CN105182436A - 一种全光学波段图谱协同探测动目标的装置和方法 - Google Patents

一种全光学波段图谱协同探测动目标的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全光学波段(指：紫外、可见、近红外、中波红外及长波红外)图谱协同探测动目标的装置和方法，包括大视场二维扫描瞄准镜，共孔径主光学系统模块，红外成像成谱光学子系统模块，紫外/可见/近红外成谱和可见近红外成像光学子系统模块，短/中/长波红外测谱模块，中波宽/窄波段成像模块，可见近红外测谱模块，可见近红外成像模块，紫外测谱模块，图谱融合信号处理模块，控制模块及伺服系统。本发明利用中波红外成像及可见近红外成像识别疑似动目标并引导测谱，协同测谱数据完成疑似目标最终识别，解决现有探测装置探测波段不全，光路布局受限，设备体积大，探测动目标和动态变化对象种类少、能力差的难题。

Description

一种全光学波段图谱协同探测动目标的装置和方法
技术领域
本发明属于遥感探测和图像识别交叉领域，具体涉及一种全光学波段图谱协同探测动目标的装置和方法，可用于目标探测跟踪与识别。
背景技术
动目标和动态变化的对象类别众多，如常温状态下，运动的车辆、行人及动物；高温状态下的高速运动飞行器、爆炸、火灾等，以及环境光照的可变性，使得这些对象所具有的光谱分布范围和光谱特征各不相同，国内外均无利用图像光谱协同探测各类动目标的覆盖全光学波段的遥感探测装置。
发明内容
为了解决上述技术难题，本发明提供一种全光学波段图谱协同探测动目标的装置，满足同时获取紫外、可见、近红外、短波红外、中波红外和长波红外全光学波段各类动目标的光谱及其中波红外图像与可见近红外图像的需求。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种全光学波段图谱信息获取装置，包括大视场二维扫描瞄准镜，共孔径主光学系统模块，红外成像成光学子系统模块，紫外/可见/近红外成谱和可见近红外成像光学子系统模块，短/中/长波红外测谱模块，中波宽/窄波段成像模块，可见近红外测谱模块，可见近红外成像模块，紫外测谱模块，图谱融合信号处理模块，控制模块以及伺服系统。
大视场二维扫描瞄准镜通过伺服系统控制转动调整方位和俯仰对准目标区域，用于将目标区域的光反射至共孔径主光学系统模块；共孔径主光学系统模块将红外光透射至红外成像成谱光学子系统模块，同时将紫外/可见/近红外光反射至紫外可见近红外成谱和可见近红外成像光学子系统模块；红外成像成谱光学子系统模块将共孔径主光学系统模块透射的红外光聚焦至短/中/长波红外测谱模块实现短/中/长波红外光谱测量，同时将部分中波红外光聚焦至中波宽/窄波段成像模块实现中波红外成像；紫外可见近红外成谱和可见近红外成像光学子系统模块将共孔径主光学系统模块反射的紫外光聚焦至紫外测谱模块实现紫外光谱测量，同时将50％的可见/近红外光聚焦至可见近红外侧谱模块进行可见/近红外光谱测量、剩余50％的可见/近红外光聚焦至可见/近红外成像模块实现可见/近红外成像；图谱融合信息处理模块主要负责接收中波红外图像、可见/近红外图像进行实时目标捕获处理并获取其紫外光光谱、可见光光谱及红外光谱数据，最后进行融合处理和分析；控制模块根据任务需求和图谱融合信息处理模块处理和分析的结果，通过伺服系统控制大视场二维扫描瞄准镜搜索、跟踪、瞄准动目标和动态现象，实现光、机、电信息处理，各模块协同工作。
大视场二维扫描瞄准镜的稳定平台从组成上划分，包含外框(固定框)、中框和内框，内框安装有平面瞄准镜。内框由外框通过轴承支撑，外框通过轴承支撑在与装置固联的基座上，中框位于内外框之间，通过轴承与与内外框相连。结构在设计过程中尽量采用对称原则，充分利用有效载荷进行平衡，尽量减少配重，并减小系统的转动惯量。在设计时进行精确的计算并同时进行配重设计计算，使负载的理论质心落在旋转轴上。在装配和调试时，用合理分布和少量配重的方法使实际的质心同旋转轴线重合，从而消除设计和制造误差引起的偏心过载力矩。扫描范围的要求(方位±α°，俯仰±β°)，在装置的二维扫描机构设计中，保证了瞄准镜反射光路无遮挡。
伺服系统由上位机、稳定平台、内框力矩电机、外框力矩电机、内框/外框旋转变压器、内/外框功放模块、伺服控制器及光电隔离模块组成。
伺服系统稳定平台的内框为俯仰框，安装平面瞄准镜，以及俯仰轴的旋转变压器和俯仰力矩电机转子，外框是伺服控制系统的方位框，其外框轴上安装方位旋转变压器和方位力矩电机转子。
伺服系统的稳定平台在设计上利用力矩电机直接驱动平台，使平台结构更简单，并能大幅度减小框架轴上因传动带来的阻尼和间隙；旋转变压器测量方式为非接触式测量，不带来任何摩擦力矩；平台与机箱之间的穿线使用接线盘，可以显著减小线扭矩，并有利于保证装调工艺。
伺服控制器采用数字信号处理(DSP)+现场可编程门阵列(FPGA)构架。FPGA主要进行伺服系统时序和通讯的组织和管理，对外接口对象为控制模块，对内接口对象为DSP、数模转换(DAC)、模数转换(ADC)、旋转变压器信号处理电路等；DSP主要用于负责稳定伺服控制系统功能调度、平台框架控制校正运算等。
伺服控制器根据上位机的指令采用数字控制方式实现对稳定平台的速率和位置回路的稳定，产生对驱动器的电流指令，实现方位、俯仰稳定框架的数字控制。为平衡信号的大动态范围和高信噪比要求，在每个通道的A/D转换模块之前和控制算法中设计了两档增益变换，另一方面，在小扰动下保证高信噪比而损失一定的动态范围；控制模块通过RS422串口与伺服控制系统进行双向通讯，控制模块可在任意时刻直接访问伺服控制器的内存区，对伺服控制器下发指令及数据，并及时获取伺服控制系统的状态信息。
为减少平面瞄准镜的形变，所述平面瞄准镜采用形变小、重量轻的材料，镀反射层后对紫外、可见、近红外、中波红外及长波红外光都有较高的反射率。
共孔径主光学系统模块采用带分光镜的卡塞格林系统，由主镜(曲面反射镜)、次镜(抛物面反射镜)及紫外可见近红外分光镜组成，实现对目标紫外、可见、近红外、中波红外及长波红外谱成像和能量会聚。紫外可见近红外分光镜是45°角放置于主次反射镜之间，主次反射镜遮挡比不大于1:3，在保证主次镜成像所需合理间距的前提下，较小的遮拦比有利于提高光学系统的透过率。
红外成像成谱光学子系统模块由宽光谱中继镜、红外成谱镜组、短/中/长波红外成谱分光镜(中波半透半反)和中波红外成像镜组组成。其中宽光谱中继镜将共孔径主光学系统模块透射的光聚焦至短/中/长波红外成谱分光镜；短/中/长波红外成谱分光镜将红外光反射至红外成谱镜组，同时将部分中波红外光透射至中波红外成像镜组。
红外成谱镜组设有可变视场光栏，根据控制指令，实现不同视场范围内目标或背景红外光谱特性测量。中波红外成像镜组设有可切换中波窄带\宽带滤光片，根据控制指令，能够实现不同视场范围内目标或背景的中波窄带及中波宽带图像信息采集。
紫外/可见/近红外成谱和可见近红外成像子系统模块由紫外成谱反射镜组、平面反射镜、紫外分光镜、可见近红外半透半反分光镜、可见近红外成像镜组和可见近红外成谱镜组组成。其中紫外分光镜将紫外光反射至紫外成谱反射镜组，同时将可见近红外光透射至平面反射镜；平面反射镜将紫外分光镜透射的光反射至可见近红外半透半反分光镜；可见近红外(半透半反)分光镜将50％的可见近红外光透射至可见近红外成像镜组，同时将50％的可见近红外光反射至可见近红外成谱镜组。
可见近红外成谱镜组设有可变视场光栏，根据控制指令，实现不同视场范围内目标或背景可见近红外光谱特性测量。
紫外成谱反射镜组用于将紫外分光镜反射的光聚焦至紫外测谱模块以实现紫外光谱采集，可见近红外成谱镜组用于将可见近红外半透半反分光镜反射的光聚焦至可见近红外测谱模块以实现可见近红外光谱采集，可见近红外成像镜组用于将可见近红外半透半反分光镜透射的光聚焦至可见近红外成像模块以实现成像。
所述红外成谱镜组、紫外成谱反射镜组、可见近红外成谱镜组根据本装置结构布局约束和各测谱模块的尺寸大小可分别采用光学透镜组耦合及光纤耦合方式与各波段测谱模块耦合。
所述预定成像成谱波段为紫外、可见、近红外、中波红外及长波红外的全光学波段。
来自目标的全谱段辐射/散射光线，通过带分光镜的卡塞格林系统会聚，被四次分光。第一次分光：反射紫外、可见光、近红外；透射红外。第二次分光：反射紫外；透射可见光、近红外。第三次分光：1:1半透半反可见光、近红外。第四次分光：设置两种工作模式：
工作模式1：全反射短波红外、长波红外；1:1半透半反中波窄波段红外。
工作模式2：全反射短波红外、长波红外；1:1半透半反中波宽波段红外。
成谱波段有：1)第四次分光镜反射的宽波段红外；2)第二次分光镜反射的紫外；3)第三次分光镜反射的可见近红外光。
成像波段有：1)第四次分光镜半透的中波红外；2)第三次分光镜半透的可见近红外。
本发明将动目标和动态现象的图像自动检测跟踪识别过程与动目标/动态现象的测谱过程协同起来，从而实现对动目标和外部景物的动态变化全光学波段的图谱观测。
本发明采用全光学波段共光轴、中波红外成像和红外测谱共光路及可见近红外成像和可见近红外光测谱共光路的设计，对各类动目标和外部景物的动态变化可以实现全光学波段的实时图谱观测，同时还具有响应时间短、识别效率高的特点。
本发明采用中波红外成像及可见近红外成像的图谱一体探测设备对感兴趣目标进行检测识别，得到动目标和动态变化对象的全光学波段光谱信息和图像信息，从而实现对动目标和外部景物的动态变化全光学波段的图谱观测。
本发明体积较小、集成度高、使用方便灵活，对动目标和外部景物的动态变化可以实现全光学波段的图谱协同观测，还能实现对各种目标全光学波段的智能辨识与跟踪，可广泛应用于国民经济及国家安全领域。
按照本发明的另一方面，还提供了一种全光学波段图谱协同探测动目标的探测方法，包括以下步骤：
(1)大视场二维扫描瞄准镜搜索视场；
(2)采用中波波红外成像捕获跟踪动目标和动态变化对象，获得感兴趣动目标和动态变化对象的中波红外图像序列，同时采用可见近红外成像跟踪捕获动目标和动态变化对象，获得感兴趣目标和动态变化对象的可见近红外图像序列；
(3)目标检测模块从图像序列中获取各目标的速度和形态信息，确定跟踪动目标集合；
(4)判断是否为斑状或点目标，如果是则通过扫描瞄准镜将成像光轴移至目标中心；否则面目标，则先提取目标特征点及特征部位，然后通过扫描瞄准镜将成像光轴移至目标特征点及特征部位中心；
(5)红外测谱模块测量动目标红外光谱特征数据，紫外测谱模块测量动目标紫外光谱特征数据，可见近红外测谱模块测量动目标可见近红外光谱特征数据，结合(3)中获取目标的形态和速度信息，形成捕获目标的时-空-谱特征向量；
(6)综合调用紫外光谱特征库、可见近红外光谱特征库、短/中/长波红外光谱特征库以及目标的速度、形态特征库，形成时-空-谱特征模板；
(7)调用识别模块，将实时获取的目标时-空-谱特征向量与时-空-谱向量库模板比较并输出目标类型；
(8)记录动目标中波红外图像、可见近红外图像、目标形态、速度特征及全光学波段的光谱特征信息，并显示目标跟踪结果和时-空-谱特征。
本发明使用全光学波段图谱协同探测动目标的方法，通过目标各部分物质的谱特征可以区分不同的物体构造或物质，再加上物体的空间二维图像和时间变化序列，使得遥感探测识别物体的能力更加强大。
本发明提供全光学波段图谱协同探测方法，针对动态目标(如飞机、车辆、面目标、斑点状目标等)和动态现象(如火灾，火山喷发，爆炸等)，采用中波红外成像、可见近红外成像获取时间-空间特征与紫外、可见近红外、宽波段红外光谱信息融合的方法，捕获跟踪识别动目标更全面、更精确、更稳定。
附图说明
图1为本发明全光学波段图谱协同探测动目标装置结构示意图；
图2为本发明实施例中全光学波段图谱协同探测的光学布局图；
图3(a)为本发明全光学波段图谱协同探测动目标装置中大视场二维扫描瞄准镜稳定平台结构平面示意图；
图3(b)为本发明全光学波段图谱协同探测动目标装置中大视场二维扫描瞄准镜稳定平台结构三维示意图；
图4为本发明全光学波段图谱协同探测动目标装置中伺服系统示意图；
图5为本发明全光学波段图谱协同探测动目标的方法流程图；
图6为本发明实施例中目标与动态变化场景的感兴趣区、特征点及特征部位示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供了一种全光学波段图谱协同探测动目标的装置，所述装置同时集成了成像和测谱功能，包括大视场二维扫描瞄准镜，共孔径主光学系统模块，红外成像成光学子系统模块，紫外/可见/近红外成谱和可见近红外成像光学子系统模块，短/中/长波红外测谱模块，中波宽/窄波段成像模块，可见近红外测谱模块，可见近红外成像模块，紫外测谱模块，图谱融合信号处理模块，控制模块以及伺服系统。大视场二维扫描瞄准镜通过伺服系统控制转动调整方位和俯仰对准目标区域，用于将目标区域的光反射至共孔径主光学系统模块；共孔径主光学系统模块将红外光透射至红外成像成谱光学子系统模块，同时将紫外/可见/近红外光反射至紫外可见近红外成谱和可见近红外成像光学子系统模块；红外成像成谱光学子系统模块将共孔径主光学系统模块透射的红外光聚焦至短/中/长波红外测谱模块实现短/中/长波红外光谱测量，同时将部分中波红外光聚焦至中波宽/窄波段成像模块实现中波红外成像；紫外可见近红外成谱和可见近红外成像光学子系统模块将共孔径主光学系统模块反射的紫外光聚焦至紫外测谱模块实现紫外光谱测量，同时将50％的可见/近红外光聚焦至可见近红外侧谱模块进行可见/近红外光谱测量、剩余50％的可见/近红外光聚焦至可见/近红外成像模块实现可见/近红外成像；图谱融合信息处理模块主要负责接收中波红外图像、可见/近红外图像进行实时目标捕获处理并获取其紫外光光谱、可见光光谱及红外光谱数据，最后进行融合数据处理和分析；控制模块根据任务需求和图谱融合信息处理模块处理和分析的结果，通过伺服系统控制大视场二维扫描瞄准镜(图3)搜索、跟踪、瞄准动目标和动态现象。
进一步地，如图3所示，本发明实施例提供的大视场二维扫描瞄准镜的稳定平台从组成上划分，包含外框(固定框)、中框和内框，内框安装有平面瞄准镜，其三维图(a)和平面图(b)见图3。内框由外框通过轴承支撑，外框通过轴承支撑在与装置固联的基座上，中框位于内外框之间，通过轴承与与内外框相连。结构在设计过程中尽量采用对称原则，充分利用有效载荷进行平衡，尽量减少配重，并减小系统的转动惯量。在设计时进行精确的计算并同时进行配重设计计算，使负载的理论质心落在旋转轴上。在装配和调试时，用合理分布和少量配重的方法使实际的质心同旋转轴线重合，从而消除设计和制造误差引起的偏心过载力矩。扫描范围的要求(方位±α°，俯仰±β°)，在装置的二维扫描机构设计中，保证了瞄准镜反射光路无遮挡。
进一步地，如图4所示，伺服系统由控制模块、稳定平台、内框力矩电机、外框力矩电机、内框/外框旋转变压器、内/外框功放模块、伺服控制器及光电隔离模块组成。
进一步地，伺服系统稳定平台的内框为俯仰框，安装平面瞄准镜，以及俯仰轴的旋转变压器和俯仰力矩电机转子，外框是伺服控制系统的方位框，其外框轴上安装方位旋转变压器和方位力矩电机转子。
进一步地，伺服系统的稳定平台在设计上利用力矩电机直接驱动平台，使平台结构更简单，并能大幅度减小框架轴上因传动带来的阻尼和间隙；旋转变压器测量方式为非接触式测量，不带来任何摩擦力矩；平台与机箱之间的穿线使用接线盘，可以显著减小线扭矩，并有利于保证装调工艺。
进一步地，伺服控制器采用数字信号处理(DSP)+现场可编程门阵列(FPGA)构架。FPGA主要进行伺服系统时序和通讯的组织和管理，对外接口对象为控制模块，对内接口对象为DSP、数模转换(DAC)、模数转换(ADC)、旋转变压器信号处理电路等；DSP主要用于负责稳定伺服控制系统功能调度、平台框架控制校正运算等。
进一步地，伺服控制器根据控制模块的指令采用数字控制方式实现对稳定平台的速率和位置回路的稳定，产生对驱动器的电流指令，实现方位、俯仰稳定框架的数字控制。为平衡信号的大动态范围和高信噪比要求，在每个通道的A/D转换模块之前和控制算法中设计了两档增益变换，另一方面，在小扰动下保证高信噪比而损失一定的动态范围；控制模块通过RS422串口与伺服控制系统进行双向通讯，控制模块可在任意时刻直接访问伺服控制器的内存区，对伺服控制器下发指令及数据，并及时获取伺服控制系统的状态信息。
进一步地，为减少平面瞄准镜的形变，所述平面瞄准镜采用形变小、重量轻的材料(如K9玻璃)，镀反射层后对紫外、可见、近红外、中波红外及长波红外光都有较高的反射率。
进一步地，如图2所示，共孔径主光学系统模块采用带分光镜的卡塞格林系统，由主镜(曲面反射镜)、次镜(抛物面反射镜)及紫外可见近红外分光镜组成，实现对目标紫外、可见、近红外、中波红外及长波红外谱成像和能量会聚。紫外可见近红外分光镜是45°角放置于主次反射镜之间，主次反射镜遮挡比不大于1:3，在保证主次镜成像所需合理间距的前提下，较小的遮拦比有利于提高光学系统的透过率。
进一步地，如图2所示，红外成像成谱光学子系统模块由宽光谱中继镜、红外成谱镜组、短/中/长波红外成谱分光镜(中波半透半反)和中波红外成像镜组组成。其中宽光谱中继镜将共孔径主光学系统模块透射的光聚焦至短/中/长波红外成谱分光镜；短/中/长波红外成谱分光镜将红外光反射至红外成谱镜组，同时将部分中波红外光透射至中波红外成像镜组。
进一步地，如图2所示，红外成谱镜组设有可变视场光栏，根据控制指令，实现不同视场范围内目标或背景红外光谱特性测量。中波红外成像镜组设有可切换中波窄带\宽带滤光片，根据控制指令，能够实现不同视场范围内目标或背景的中波窄带及中波宽带图像信息采集。
进一步地，如图2所示，紫外/可见/近红外成谱和可见近红外成像子系统模块由紫外成谱反射镜组、平面反射镜、紫外分光镜、可见近红外半透半反分光镜、可见近红外成像镜组和可见近红外成谱镜组组成。其中紫外分光镜将紫外光反射至紫外成谱反射镜组，同时将可见近红外光透射至平面反射镜；平面反射镜将紫外分光镜透射的光反射至可见近红外半透半反分光镜；可见近红外(半透半反)分光镜将50％的可见近红外光透射至可见近红外成像镜组，同时将50％的可见近红外光反射至可见近红外成谱镜组。
进一步地，如图2所示，可见近红外成谱镜组设有可变视场光栏，根据控制指令，实现不同视场范围内目标或背景可见近红外光谱特性测量。
进一步地，如图2所示，紫外成谱反射镜组用于将紫外分光镜反射的光聚焦至紫外测谱模块以实现紫外光谱采集，可见近红外成谱镜组用于将可见近红外半透半反分光镜反射的光聚焦至可见近红外测谱模块以实现可见近红外光谱采集，可见近红外成像镜组用于将可见近红外半透半反分光镜透射的光聚焦至可见近红外成像模块以实现成像。
进一步地，所述紫外成谱反射镜组由2片紫外反射镜构成，光学透过率为0.5；所述可见近红外成谱镜组由7片透镜组成，光学透过率为0.5；所述可见近红外成像镜组由5片透镜组成，光学透过率为0.5；所述中波红外成像镜组分为成像谱段内透镜组和成像谱段外透镜组组成，两者透过率分别为0.2和0.3；红外成谱镜组由5片透镜组成，透过率为0.4。
进一步地，所述红外成谱镜组、紫外成谱反射镜组、可见近红外成谱镜组根据本装置结构布局约束和各测谱模块的尺寸大小可分别采用光学透镜组耦合及光纤耦合方式与各波段测谱模块耦合。
进一步地，所述预定成像成谱波段为紫外、可见、近红外、中波红外及长波红外的全光学波段。
进一步地，来自目标的全谱段辐射/散射光线，通过带分光镜的卡塞格林系统会聚，被四次分光。第一次分光：反射紫外、可见光、近红外；透射红外。第二次分光：反射紫外；透射可见光、近红外。第三次分光：1:1半透半反可见光、近红外。第四次分光：设置两种工作模式：
工作模式1：全反射短波红外、长波红外；1:1半透半反中波窄波段红外。
工作模式2：全反射短波红外、长波红外；1:1半透半反中波宽波段红外。
成谱波段有：1)第四次分光镜反射的宽波段红外；2)第二次分光镜反射的紫外；3)第三次分光镜反射的可见近红外光。
成像波段有：1)第四次分光镜半透的中波红外；2)第三次分光镜半透的可见近红外。
进一步地，如图5所示，本发明提供了一种基于上述全光学波段图谱协同探测动目标的探测方法，具体步骤如下：
(1)大视场二维扫描瞄准镜搜索视场；
(2)采用中波波红外成像捕获跟踪动目标和动态变化对象，获得感兴趣动目标和动态变化对象的中波红外图像序列，同时采用可见近红外成像跟踪捕获动目标和动态变化对象，获得感兴趣目标和动态变化对象的可见近红外图像序列；
(3)目标检测模块从图像序列中获取各目标的速度和形态信息，确定跟踪动目标集合；
(4)判断是否为斑状或点目标，如果是则通过扫描瞄准镜将成像光轴移至目标中心；否则面目标，则先提取目标特征点及特征部位，然后通过扫描瞄准镜将成像光轴移至目标特征点及特征部位中心；
(5)红外测谱模块测量动目标红外光谱特征数据，紫外测谱模块测量动目标紫外光谱特征数据，可见近红外测谱模块测量动目标可见近红外光谱特征数据，结合(3)中获取目标的形态和速度信息，形成捕获目标的时-空-谱特征向量；
(6)综合调用紫外光谱特征库、可见近红外光谱特征库、短/中/长波红外光谱特征库以及目标的速度、形态特征库，形成时-空-谱特征模板；
(7)调用识别模块，将实时获取的目标时-空-谱特征向量与时-空-谱向量库模板比较并输出目标类型；
(8)记录动目标中波红外图像、可见近红外图像、目标形态、速度特征及全光学波段的光谱特征信息，并显示目标跟踪结果和时-空-谱特征。
进一步地，如图6所示，本发明实例可实现探测斑点状目标及面目标的特征点及特征部位，面目标涉及一架飞机的机头、机尾、驾驶舱、轮胎及发动机，火山喷发等。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种全光学波段图谱协同探测动目标的装置，其特征在于，包括大视场二维扫描瞄准镜，共孔径主光学系统模块，红外成像成光学子系统模块，紫外/可见/近红外成谱和可见近红外成像光学子系统模块，短/中/长波红外测谱模块，中波宽/窄波段成像模块，可见近红外测谱模块，可见近红外成像模块，紫外测谱模块，图谱融合信号处理模块，控制模块以及伺服系统，其中：
所述大视场二维扫描瞄准镜通过伺服系统控制转动调整方位和俯仰对准目标区域，用于将目标区域的光反射至共孔径主光学系统模块；所述共孔径主光学系统模块用于将红外光透射至红外成像成谱光学子系统模块，同时将紫外/可见/近红外光反射至紫外可见近红外成谱和可见近红外成像光学子系统模块；所述红外成像成谱光学子系统模块用于将共孔径主光学系统模块透射的红外光聚焦至短/中/长波红外测谱模块实现短/中/长波红外光谱测量，同时将部分中波红外光聚焦至中波宽/窄波段成像模块实现中波红外成像；所述紫外可见近红外成谱和可见近红外成像光学子系统模块用于将共孔径主光学系统模块反射的紫外光聚焦至紫外测谱模块实现紫外光谱测量，同时将50％的可见/近红外光聚焦至可见近红外侧谱模块进行可见/近红外光谱测量、剩余50％的可见/近红外光聚焦至可见/近红外成像模块实现可见/近红外成像；所述图谱融合信息处理模块用于接收中波红外图像、可见/近红外图像进行实时目标捕获处理并获取其紫外光光谱、可见光光谱及红外光谱数据，最后进行融合数据处理和分析；所述控制模块根据任务需求和图谱融合信息处理模块处理和分析的结果，通过伺服系统控制大视场二维扫描瞄准镜搜索、跟踪、瞄准动目标和动态现象，实现光、机、电信息处理，各模块协同工作。
2.如权利要求1所述的全光学波段图谱协同探测动目标的装置，其特征在于，所述共孔径主光学系统模块采用带分光镜的卡塞格林系统，由主镜、次镜及紫外可见近红外分光镜组成，实现对目标紫外、可见、近红外、中波红外及长波红外谱成像和能量会聚，其中所述主镜为曲面反射镜，所述次镜为抛物面反射镜，所述紫外可见近红外分光镜是45°角放置于主次反射镜之间，主镜和次镜的遮挡比不大于1:3。
3.如权利要求1或2所述的全光学波段图谱协同探测动目标的装置，其特征在于，所述红外成像成谱光学子系统模块由宽光谱中继镜、红外成谱镜组、短/中/长波红外成谱分光镜和中波红外成像镜组组成，其中宽光谱中继镜用于将共孔径主光学系统模块透射的光聚焦至短/中/长波红外成谱分光镜；所述短/中/长波红外成谱分光镜用于将红外光反射至红外成谱镜组，同时将部分中波红外光透射至中波红外成像镜组，所述短/中/长波红外成谱分光镜对中波半透半反。
4.如权利要求1或2所述的全光学波段图谱协同探测动目标的装置，其特征在于，所述紫外/可见/近红外成谱和可见近红外成像子系统模块由紫外成谱反射镜组、平面反射镜、紫外分光镜、可见近红外半透半反分光镜、可见近红外成像镜组和可见近红外成谱镜组组成，其中所述紫外分光镜用于将紫外光反射至紫外成谱反射镜组，同时将可见近红外光透射至平面反射镜；平面反射镜用于将紫外分光镜透射的光反射至可见近红外半透半反分光镜；可见近红外分光镜用于将50％的可见近红外光透射至可见近红外成像镜组，同时将50％的可见近红外光反射至可见近红外成谱镜组，所述可见近红外分光镜对可见近红外光半透半反。
5.如权利要求4所述的全光学波段图谱协同探测动目标的装置，其特征在于，所述可见近红外成谱镜组设有可变视场光栏，根据控制指令，实现不同视场范围内目标或背景可见近红外光谱特性测量。
6.如权利要求4所述的全光学波段图谱协同探测动目标的装置，其特征在于，所述紫外成谱反射镜组用于将紫外分光镜反射的光聚焦至紫外测谱模块以实现紫外光谱采集，所述可见近红外成谱镜组用于将可见近红外半透半反分光镜反射的光聚焦至可见近红外测谱模块以实现可见近红外光谱采集，可见近红外成像镜组用于将可见近红外半透半反分光镜透射的光聚焦至可见近红外成像模块以实现成像。
7.如权利要求4所述的全光学波段图谱协同探测动目标的装置，其特征在于，所述红外成谱镜组、紫外成谱反射镜组、可见近红外成谱镜组根据本装置结构布局约束和各测谱模块的尺寸大小可分别采用光学透镜组耦合及光纤耦合方式与各波段测谱模块耦合。
8.如权利要求1或2所述的全光学波段图谱协同探测动目标的装置，其特征在于，所述大视场二维扫描瞄准镜的稳定平台包含外框、中框和内框，内框安装有平面瞄准镜，内框由外框通过轴承支撑，外框通过轴承支撑在与装置固联的基座上，中框位于内外框之间，通过轴承与与内外框相连。
9.一种基于权利要求1-9任一项所述的全光学波段图谱协同探测动目标的装置的探测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)大视场二维扫描瞄准镜搜索视场；
(2)采用中波波红外成像捕获跟踪动目标和动态变化对象，获得感兴趣动目标和动态变化对象的中波红外图像序列，同时采用可见近红外成像跟踪捕获动目标和动态变化对象，获得感兴趣目标和动态变化对象的可见近红外图像序列；
(3)目标检测模块从图像序列中获取各目标的速度和形态信息，确定跟踪动目标集合；
(4)判断是否为斑状或点目标，如果是则通过扫描瞄准镜将成像光轴移至目标中心；否则面目标，则先提取目标特征点及特征部位，然后通过扫描瞄准镜将成像光轴移至目标特征点及特征部位中心；
(5)红外测谱模块测量动目标红外光谱特征数据，紫外测谱模块测量动目标紫外光谱特征数据，可见近红外测谱模块测量动目标可见近红外光谱特征数据，结合(3)中获取目标的形态和速度信息，形成捕获目标的时-空-谱特征向量；
(6)综合调用紫外光谱特征库、可见近红外光谱特征库、短/中/长波红外光谱特征库以及目标的速度、形态特征库，形成时-空-谱特征模板；
(7)调用识别模块，将实时获取的目标时-空-谱特征向量与时-空-谱向量库模板比较并输出目标类型；
(8)记录动目标中波红外图像、可见近红外图像、目标形态、速度特征及全光学波段的光谱特征信息，并显示目标跟踪结果和时-空-谱特征。
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