CN101930073A

CN101930073A - 防空武器反隐身空间调制干涉成像光谱目标识别系统

Info

Publication number: CN101930073A
Application number: CN 201010135593
Authority: CN
Inventors: 谢纯
Original assignee: Chengdu Liehuzuo Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Liehuzuo Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2010-12-29

Abstract

本发明公开了一种防空武器反隐身空间调制干涉成像光谱目标识别系统，主要探测隐身飞行器不容易隐身的光学、红外线特征。由两部分组成：1、空间调制干涉成像光谱仪它主要由七部分组成：前置望远或照相光学系统camera、双角反射体分束器、傅里叶透镜FTL、柱面镜CL、面阵探测器、图像处理系统；2、全方位目标自动搜寻装置，空间调制干涉成像光谱仪装在具有透明窗口的半球形圆柱罩内，由两台步进电机分别驱动一对齿轮转动，使空间调制干涉成像光谱仪实现大于360°的水平转动和大于90°的俯仰转动，实现自动搜寻和跟踪目标，机械结构简单，传动精度和效率高。

Description

防空武器反隐身空间调制干涉成像光谱目标识别系统

一、技术领域

本发明涉及一种防空武器反隐身空间调制干涉成像光谱目标识别系统。

二、背景技术

目前隐身飞行器(飞机、导弹)一般雷达不易探测，比如：诺思罗普TacitBlue是另一个隐身研究机，重点研究全向隐身，采用锅盖形截面，使雷达波能量从边缘流散。上方是波音的“捕食鸟”隐身研究机。诺思罗普的方案和洛克希德的多面体思路不同，采用上圆下平的锅盖外形，使雷达波的能量从边缘流泄发散而达到隐身。这个外形和诺思罗普一向钟爱的飞翼是天作之合，诺思罗普的努力最终导致了B-2轰炸机。

AGM-137隐身导弹：AGM-137型导弹是一种空中发射的隐身战术导弹，射程为6000公里，于1996年至2004年陆续装备在B-52、B-1B、B-2三种轰炸机上，成为美国空军轰炸机攻击重大目标的主要常规武器。MGM-137型导弹是地面发射的隐身战术导弹，射程为500公里，是美国三军通用的攻击型导弹，可装载常规弹头或核弹头，重约1000公斤，能以亚音速飞行，性能比其他任何隐身导弹都好。

B-2战略轰炸机：B-2隐身轰炸机的研制工作开始于1978年，1989年确定的采购计划包括1架原型机和132架作战型飞机(其中5架是由原型机改装的)。总费用达600亿美元(1989年币值)，平均每架4.5亿。建造B-2A轰炸机的最初构想始于1975年。当时，美国国防部所属的“先进计划局”出笼了一个代号为“哈维”的项目，落实到空军，就派生出了XST(实验、隐身、战斗)计划。在这一计划中，将隐身技术运用到飞机上的设想被首次提出。富有研制军用飞机经验的洛克希德公司捷足先登，率先获得了军方的研制合同，并很快拿出两架全尺寸XST样机，初步证明隐身技术在飞机上加以应用具有可行性。1977年，“冷战”仍酣。为了能隐秘突入苏联领空，寻找并摧毁苏军的机动型洲际弹道核导弹发射架和纵深内的其它重要战略目标，美国空军提出要制造一种新型战略轰炸机，要求它能够避开对方严密的对空雷达探测网，潜入敌方纵深，以80％的成功率完成任务。为此，空军拟制出了“军刀穿透者”计划，把隐身技术的应用列入了具体议事日程。由于洛克希德公司不久前提交的样机受到好评，空军便将生产F-117A隐身战斗机的合同交给了这家公司。随着隐身战斗机的投产，美国国防部和国会要人也开始接受了“隐身轰炸机”这一概念，并于1979正式批准了空军提出的研制这种飞机的申请报告。次年，美国空军就研制“先进战略突防飞机(ASPA)”进行了公开招标，诺斯罗普公司提出的方案得到了首肯。随后，美国空军把该机的研制项目正式定名为“先进技术轰炸机(ATB)”，--这就是B-2隐身战略轰炸机的最初名称。在80年代的最初几年中，B-2的设计经历了几次大的更改。比如，在1984年，就对飞机主翼的设计进行了重大改动，因为空军不仅要求飞机能从高空突入，而且还要能超低空突防，从而带来了提高飞机升力、增强机械结构强度、进一步降低其雷达反射截面等一系列问题，1988年4月20日，美国空军首次展示了一幅B-2飞机的手绘外形彩图，世界为之一震，航空界人士和众多的军用飞机爱好者无不对其独特的外形而啧啧称奇。同年11月22日，编号为AV-1的B-2原型轰炸机终于“千呼万唤始出来”，一时成为美国公众争相一睹的怪物，世界各国的军事刊物也争相对它加以报道。但此后，B-2再次销声匿迹长达数年。这期间，它经历了军方进行的多次秘密试飞和严格检验，生产厂家不得不根据空军方面提出的种种意见和各种苛刻要求不断进行设计修改。在历时整整5年之后，1993年12月17日，美国空军终于推出了第一架B-2A型飞机。

三、发明内容

反隐身空间调制干涉成像光谱目标识别系统主要探测隐身飞行器不容易隐身的光学、红外线特征。双角反射体分束空间调制干涉成像光谱仪它主要由六部分组成：前置望远或照相光学系统、双角反射体分束器、傅里叶透镜、柱面镜、面阵探测器及信号处理系统；前置光学系统将目标成像于FTL的前焦面，此处垂直纸面放置一个狭缝，经双角反射体分束后，狭缝在的同一前焦面上被分成一对虚像，他们与原狭缝平行并且宽度方向一致；两虚狭缝在后焦面处的干涉强度被探测器阵列接收；柱面镜将该干涉光束收集到水平方向：沿探测器某一行平行于纸面；狭缝上位于垂直纸面方向不同视场点的干涉强度分布被探测器的不同行接收，这些干涉强度分布经逆傅里叶变换即得到目标点的光谱分布，从而获得一维光谱和一维空间信息；当狭缝推扫过目标像时，即可获得另一维空间信息。A/D量化、解码模块构成主、副高速图像输入通道；DPS系统，DPS系统与帧存储器和视频总线扩展接口互连；帧存储器还与图像预处理模块互通；总线控制器、图像预处理模块各自与地址总线、数据总线和控制总线连通；地址总线、数据总线和控制总线还连接有一完成非线性运算的查找表和PCI总线接口；PCI总线接口与PCI总线和一计算机连通，计算机带有SR232接口；软件系统由硬件驱动程序、系统平台和图像处理目标识别软件包组成。

图像处理目标识别部分主要提供一些高速图像处理算法软件包，包括图像预处理软件包、图像的边缘检测软件包、图像空间变换软件包、图像特征提取软件包、图像的识别软件包。所述图像处理目标识别软件包包括图像预处理、特征抽取和分割、目标识别三大功能模块；

1)图像预处理包括的内容有灰度校正、噪声过滤和畸变校正；

2)特征抽取部分实现边缘检测连接、纹理分析、区域分割算法；

3)目标识别部分包括的内容有运动目标检测、模块匹配、部分遮挡工件识别；

物体识别的基本方法是建立物体模型，然后使用各种匹配算法从真实的图像中识别出与物体模型最相似的物体。物体识别的基本步骤是：建立模型库、物体特征提取、模板匹配、假设结构的验证等，相应的识别系统包括四个主要模块：模型库、特征检测器、假设生成、和假设验证；采取基于模型的工件识别方案，该方案先把要识别的工作的模型存储起来，然后通过一种‘猜测-验证’的匹配技术，快速识别出视野中所需要的工作。

全方位目标自动搜寻装置，空间调制干涉成像光谱仪装在具有透明窗口的半球形圆柱罩内，由两台步进电机分别驱动一对齿轮转动，使空间调制干涉成像光谱仪实现大于360°的水平转动和大于90°的俯仰转动。空间调制干涉成像光谱仪摄取的图像送到图像处理单元，通过软件识别发出命令给摄像机运动控制单元驱动步进电机转动，改变摄像头方向，实现自动搜寻和跟踪目标，机械结构简单，传动精度和效率高。

四、附图说明

图1为双角反射体分束空间调制干涉成像光谱仪结构原理图。

五、具体实施方式

下面结合图1做进一步介绍：在图1中，1、2分别为两个角反射体的直角边长；3为两个角反射体的错位置；4为前置望远镜或照相光学系统；5为裂缝；6为傅里叶透镜；7为柱面镜；8为面阵探测器及信号处理系统；9为光束被分割后的剪切量。双角反射体分束空间调制干涉成像光谱仪它主要由六部分组成：前置望远或照相光学系统、双角反射体分束器、傅里叶透镜、柱面镜、面阵探测器及信号处理系统；前置光学系统将目标成像于的前焦面，此处垂直纸面放置一个狭缝，经双角反射体分束后，狭缝在的同一前焦面上被分成一对虚像，他们与原狭缝平行并且宽度方向一致；两虚狭缝在FTL后焦面处的干涉强度被探测器阵列接收；柱面镜将该干涉光束收集到水平方向：沿探测器某一行平行于纸面；狭缝上位于垂直纸面方向不同视场点的干涉强度分布被探测器的不同行接收，这些干涉强度分布经逆傅里叶变换即得到目标点的光谱分布，从而获得一维光谱和一维空间信息；当狭缝推扫过目标像时，即可获得另一维空间信息。全方位目标自动搜寻智能球形摄像机，CCD摄像头装在具有透明窗口的半球形圆柱罩内，由两台步进电机分别驱动一对齿轮转动，使摄像头实现大于360°的水平转动和大于90°的俯仰转动。CCD摄像头摄取的图像送到图像处理单元，通过软件识别发出命令给摄像机运动控制单元驱动步进电机转动，改变摄像头方向，实现自动搜寻和跟踪目标。它机械结构简单，传动精度和效率高。

Claims

1.一种防空武器反隐身空间调制干涉成像光谱目标识别系统，由双角反射体分束空间调制干涉成像光谱仪、全方位目标自动搜寻装置组成，其特征在于双角反射体分束空间调制干涉成像光谱仪它主要由七部分组成：前置望远或照相光学系统、双角反射体分束器、傅里叶透镜、柱面镜、面阵探测器、图像处理系统；前置光学系统将目标成像于的前焦面，此处垂直纸面放置一个狭缝，经双角反射体分束后，狭缝在的同一前焦面上被分成一对虚像，他们与原狭缝平行并且宽度方向一致；两虚狭缝在后焦面处的干涉强度被探测器阵列接收；柱面镜CL将该干涉光束收集到水平方向：沿探测器某一行平行于纸面；狭缝上位于垂直纸面方向不同视场点的干涉强度分布被探测器的不同行接收，这些干涉强度分布经逆傅里叶变换即得到目标点的光谱分布，从而获得一维光谱和一维空间信息；当狭缝推扫过目标像时，即可获得另一维空间信息；面阵探测器为红外焦平面低温探测阵；图像处理系统为：A/D量化、解码模块构成主、副高速图像输入通道；DSP系统，DSP系统与帧存储器和视频总线扩展接口互连；帧存储器还与图像预处理模块互通；总线控制器、图像预处理模块各自与地址总线、数据总线和控制总线连通；地址总线、数据总线和控制总线还连接有一完成非线性运算的查找表和PCI总线接口；PCI总线接口与PCI总线和一计算机连通，计算机带有SR232接口；软件系统由硬件驱动程序、系统平台和图像处理软件包组成。

2.根据权利要求1所述的一种防空武器反隐身空间调制干涉成像光谱目标识别系统，其特征在于所述全方位目标自动搜寻装置为：空间调制干涉成像光谱仪装在具有透明窗口的半球形圆柱罩内，由两台步进电机分别驱动一对齿轮转动，使空间调制干涉成像光谱仪实现大于360°的水平转动和大于90°的俯仰转动；空间调制干涉成像光谱仪摄取的图像送到图像处理单元，通过软件识别发出命令给摄像机运动控制单元驱动步进电机转动，改变摄像头方向，实现自动搜寻和跟踪目标。

3.根据权利要求1所述的一种防空武器反隐身空间调制干涉成像光谱目标识别系统，其特征在于所述图像处理软件包为：图像的边缘检测软件包、图像空间变换软件包、图像特征提取软件包、图像的目标识别软件包；包括图像预处理、特征抽取和分割、目标识别三大功能模块：1)图像预处理包括的内容有灰度校正、噪声过滤和畸变校正；2)特征抽取部分实现边缘检测连接、纹理分析、区域分割算法；3)目标识别部分包括的内容有运动目标检测、模块匹配、部分遮挡工件识别。