CN113671510B - 一种基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测方法及系统，所述方法包括：S1，安装飞行器轨迹红外探测系统，所述飞行器轨迹红外探测系统包括方位角红外探测模块和氧气吸收被动测距模块；S2，通过方位角红外探测模块进行目标识别并测量出目标方位角；S3，通过氧气吸收被动测距模块测量平均氧气吸收率，并根据平均氧气吸收率与路径长度的关系模型，计算出目标距离；S4，结合所述目标方位角和目标距离实时探测目标飞行轨迹。本发明通过结合红外探测技术和氧气吸收被动测距技术，能够在不发射任何信号的情况下，隐蔽地测量出来袭飞机、导弹等目标的飞行轨迹，具有隐蔽性强、测量精度高、性能稳定、作用距离远等特点。

Description

一种基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测方法及系统
技术领域
本发明涉及飞行器探测技术领域，具体而言，涉及一种基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测方法及系统。
背景技术
现代战争中，飞机、导弹等飞行武器发挥着越来越重要的作用，准确探测来袭飞机或导弹目标的飞行轨迹，对于保护己方目标和实施对敌反击至关重要。随着科技的发展，以主动雷达为代表的飞行器轨迹主动探测系统正面临着雷达隐身技术、反辐射技术等新兴技术的威胁。一方面，隐身已成为先进飞行器设计指标之一，通过采用独特的气动外形设计和应用吸波材料，可极大减小飞行器的雷达散射截面，从而削弱敌方雷达的探测能力；另一方面，各国又争先研究反辐射技术，大力发展反辐射导弹，随着相关技术的突破，反辐射导弹的打击对象已由雷达电磁辐射，扩展到激光、红外辐射等多种辐射源，这对主动式探测系统带来了极大威胁。基于以上因素，传统主动式飞行器轨迹探测系统容易暴露自身的弊端正日益凸显，在未来战争中，其必将成为首轮打击的重点目标，因此，发展以隐蔽性见长的飞行器轨迹被动探测技术已经成为各国军方的迫切需要。
发明内容
本发明旨在提供一种基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测方法及系统，以对以隐蔽性见长的飞行器轨迹进行有效探测。
本发明提供的一种基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测方法，包括如下步骤：
S1，安装飞行器轨迹红外探测系统，所述飞行器轨迹红外探测系统包括方位角红外探测模块和氧气吸收被动测距模块；
S2，通过方位角红外探测模块进行目标识别并测量出目标方位角；
S3，通过氧气吸收被动测距模块测量平均氧气吸收率，并根据平均氧气吸收率与路径长度的关系模型，计算出目标距离；
S4，结合所述目标方位角和目标距离实时探测目标飞行轨迹。
进一步的，所述方位角红外探测模块包括红外超广角探测模块、红外成像探测模块和方向测量调整机构；所述红外成像探测模块和氧气吸收被动测距模块均安装在方向测量调整机构上，并且两个模块光轴保持平行。
进一步的，步骤S2包括如下子步骤：
S21，通过红外超广角探测模块获得目标超广角红外图像，并根据所述目标超广角红外图像计算出目标的初略方位信息，将所述目标的初略方位信息传递至所述方向测量调整机构，从而通过调整方向测量调整机构，使目标成像在所述红外成像探测模块视场中；
S22，通过所述红外成像探测模块对目标进行成像识别，并根据目标红外成像位置和方向测量调整机构角度计算出目标准确方位角；然后将计算出的所述目标准确方位角实时传递至方向测量调整机构，从而通过调整方向测量调整机构，使目标始终保持在红外成像探测模块的中央视场范围内以持续跟踪目标，并确保目标始终在所述氧气吸收被动测距模块的视场内；所述目标准确方位角即为测量出的目标方位角。
进一步的，步骤S3包括如下子步骤：
S31，建立平均氧气吸收率与路径长度的关系模型：
Figure BDA0003165546720000031
式中，
Figure BDA0003165546720000032
为第j个高斯积分节点在第i段子路径中的吸收系数值，aj为各高斯积分节点的权重，J为总的高斯积分节点个数；M为子路径个数，
Figure BDA0003165546720000033
为第i段子路径处的平均氧气浓度；Δl为子路径步长，
Figure BDA0003165546720000034
为平均氧气吸收率。
S32，通过氧气吸收被动测距模块测量平均氧气吸收率；
S33，计算目标距离：
S331，设定子路径步长Δl；
S332，利用平均氧气吸收率与路径长度的关系模型，预先计算出若干个M值所对应路径长度的平均氧气吸收率，并绘制计算出的平均氧气吸收率与路径长度的关系曲线；
S333，将步骤S32测量的平均氧气吸收率对所述关系曲线进行插值，从而得到路径长度，即目标距离。
在一个实施例中，J＝20。
进一步的，步骤S4包括如下步骤：
S41，以飞行器轨迹红外探测系统为坐标原点建立三维坐标轴；
S42，利用步骤S2测得的目标方位角和步骤S3计算出的目标距离，实时解算出目标三维坐标，通过持续解算得到连续的目标三维坐标，即得到目标飞行轨迹。
本发明还提供一种基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测系统，所述飞行器轨迹红外探测系统包括方位角红外探测模块和氧气吸收被动测距模块。其中，所述方位角红外探测模块包括红外超广角探测模块、红外成像探测模块和方向测量调整机构；所述红外成像探测模块和氧气吸收被动测距模块均安装在方向测量调整机构上，并且两个模块光轴保持平行。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明通过结合红外探测技术和氧气吸收被动测距技术，有效互补了两项技术的短板，能够在不发射任何信号的情况下，隐蔽地测量出来袭飞机、导弹等目标的飞行轨迹，具有隐蔽性强、测量精度高、性能稳定、作用距离远等特点，在侦查预警、防空反导力量建设上具有巨大的军事应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中的基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测方法的流程图。
图2为本发明实施例中的基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测系统的结构图。
图3为本发明实施例中的发动机尾焰辐射传输衰减后的目标辐射光谱图。
图4为本发明实施例中的氧气A吸收带在T＝296K，P＝1atm条件下光谱区间12840-13170cm-1内的吸收系数分布图。
图5为图4中氧气A吸收带按照从小到大的顺序进行排序后的吸收系数分布曲线图。
图6为本发明实施例中的20个高斯积分节点随压强变化的二维吸收系数数据表展示图。
图7为本发明实施例中的倾斜非均匀路径L按海拔高度划分为若干个等长度子路径的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例提出一种基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测方法，包括如下步骤：
S1，安装飞行器轨迹红外探测系统；如图2所示，所述飞行器轨迹红外探测系统包括方位角红外探测模块和氧气吸收被动测距模块；所述方位角红外探测模块包括红外超广角探测模块、红外成像探测模块和方向测量调整机构；所述红外成像探测模块和氧气吸收被动测距模块均安装在方向测量调整机构上，并且两个模块光轴保持平行。
S2，通过方位角红外探测模块进行目标识别并测量出目标方位角；
所述方位角红外探测模块的各个模块的功能如下：
(1)红外超广角探测模块
所述红外超广角探测模块因其具有超大视场，能够很容易发现空中来袭飞机、导弹等目标。同时，由于所述红外超广角探测模块上的超广角镜头成像畸变较大，根据该超广角镜头获得的目标超广角红外图像只能计算出目标的初略方位信息，并将该初略方位信息传递至所述方向测量调整机构，使目标成像在所述红外成像探测模块视场中。
(2)红外成像探测模块
当目标成像在所述红外成像探测模块视场中后，由所述红外成像探测模块对目标进行成像识别，并根据目标成像位置和方向测量调整机构角度计算出目标准确方位角；并将计算出的所述目标准确方位角实时传递至方向测量调整机构，使目标始终保持在红外成像探测模块的中央视场范围内以持续跟踪目标，并由此确保目标始终在氧气吸收被动测距模块的视场之内。
(3)方向测量调整机构
方向测量调整机构为一个带角度刻度的高精度二维旋转云台，用于实时调整红外成像探测模块和氧气吸收被动测距模块的角度。
由此该步骤S2包括如下子步骤：
S21，通过红外超广角探测模块获得目标超广角红外图像，并根据所述目标超广角红外图像计算出目标的初略方位信息，将所述目标的初略方位信息传递至所述方向测量调整机构，从而通过调整方向测量调整机构，使目标成像在所述红外成像探测模块视场中；
S22，通过所述红外成像探测模块对目标进行成像识别，并根据目标红外成像位置和方向测量调整机构角度计算出目标准确方位角；然后将计算出的所述目标准确方位角实时传递至方向测量调整机构，从而通过调整方向测量调整机构，使目标始终保持在红外成像探测模块的中央视场范围内以持续跟踪目标，并确保目标始终在所述氧气吸收被动测距模块的视场内；所述目标准确方位角即为测量出的目标方位角。
S3，通过氧气吸收被动测距模块测量平均氧气吸收率，并根据平均氧气吸收率与路径长度的关系模型，计算出目标距离；
该基于氧气吸收测距方法测量出目标距离的原理如下：
当红外军事目标(喷气式战机、导弹等)在空中飞行时，其发动机尾焰向外辐射电磁波，可等效看作黑体或类黑体。辐射在大气传输过程中会受到大气分子吸收、大气散射和大气湍流的衰减，经过路径传输后被测量系统探测器接收并转换为输出信号可表示为：
I＝I0·τTurb·τScatt·τAbsorb·τOptic·RCam            (1)
其中，I0为目标初始辐射强度，τAbsorb为大气吸收对应的透过率，τTurb为大气湍流对应的透过率，τScatt为大气散射对应的透过率，RCam为测量系统探测器的响应率，τOptic为光学系统的透过率，I为测量系统探测器输出信号。
由于燃料的充分燃烧使得氧气消耗殆尽，因此在发动机尾焰自身不存在氧气吸收，尾焰的辐射光谱近似为连续光谱。尾焰辐射经过一定距离的传输路径之后，在氧气A吸收带范围内，辐射将带有明显的氧气吸收特性，如图3所示。在氧气A吸收带及其左、右带肩波长范围内，仅存在氧气一种吸收气体，因此式(1)中大气吸收对应的透过率τAbsorb可用氧气透过率τO2来代替，式(1)可表示为：
Figure BDA0003165546720000071
为了消除大气散射、大气湍流及目标自身辐射等不确定因素的影响，定义目标辐射的基线强度为目标辐射强度、大气散射和大气湍流的乘积，如式(3)所示：
Ib＝I0·τTurb·τScatt                         (3)
基线强度可以看作是不存在氧气吸收而仅存在大气散射和大气湍流作用的目标等效辐射强度，将式(3)代入式(2)可得：
Figure BDA0003165546720000081
对于氧气A吸收带两侧的非吸收带肩而言，由于不存在任何气体吸收效应，其对应的氧气透过率为
Figure BDA0003165546720000082
因此对于两侧非吸收带肩，式(4)可表示为：
Figure BDA0003165546720000083
Figure BDA0003165546720000084
式中，v1、v3分别为氧气A吸收带左右非吸收带肩范围内的任意波数位置，在已知测量系统探测器输出信号
Figure BDA0003165546720000085
及光学系统参数
Figure BDA0003165546720000086
和
Figure BDA0003165546720000087
情况下，便可计算出两侧非吸收带肩的基线强度值
Figure BDA0003165546720000088
和
Figure BDA0003165546720000089
由于尾焰辐射可看作黑体或类黑体，其辐射光谱在氧气A吸收带及其两侧带肩较窄的波段范围内为一条平滑曲线甚至可近似为一条直线，因此，可以利用左右非吸收带肩的基线强度值
Figure BDA00031655467200000810
和
Figure BDA00031655467200000811
通过插值、拟合等方法计算出吸收带内基线强度值
Figure BDA00031655467200000812
拟合得到的基线如图3中点划线所示。当目标辐射曲线在这一较窄波段范围内近似为一条平滑直线时，氧气吸收带内基线强度
Figure BDA00031655467200000813
值可通过插值计算表示为：
Figure BDA00031655467200000814
对于氧气A吸收带内，有：
Figure BDA00031655467200000815
在已知测量系统探测器输出值
Figure BDA0003165546720000091
及光学系统参数
Figure BDA0003165546720000092
条件下，结合带内基线强度值
Figure BDA0003165546720000093
便可计算出吸收带内任意波数v2处的氧气吸收率
Figure BDA0003165546720000094
为：
Figure BDA0003165546720000095
同时，根据比尔吸收定律可知，单色辐射在大气传输中的吸收衰减与传输距离之间的关系可表示为：
τν＝1-exp(-kvL)                         (10)
式中，τν为单色波数ν处的吸收率，I0,v为目标辐射光强，kv为波数ν处的分子吸收系数，L为传输距离。
因此，结合式(9)和式(10)便可得出目标距离L的表达式为：
Figure BDA0003165546720000096
由此可见，只要实时测得三个谱段处的光强，得到氧气吸收率，便可以根据式(11)解算出目标距离。而实际应用中，路径上不同海拔处的温度、压强、氧气分子浓度各不相同，氧气的吸收系数kv又与这些参数密切相关，同时，由于任何实际测量设备均具有一定的带宽，其测量到的氧气吸收率为设备带宽内的平均值，因此需要建立平均氧气吸收率与路径长度的测距模型来求解距离。
根据量子力学理论，分子在某一频率处的吸收系数是该处分子谱线强度、跃迁低态能量、谱线中心频率、自然展宽半宽度、空气加宽半宽度和空气增宽依赖指数等参数的函数。以洛伦兹线型为例，氧气吸收带内某一吸收谱线在频率v处的吸收系数可以表示为公式(12)。
Figure BDA0003165546720000101
式中，Sl为吸收带内第l条谱线的线强，单位为cm-1/(molecule×cm-2)；f(v-v0)为谱线的线型函数；aL为洛伦兹展宽半强度线宽的半宽度，单位为cm-1。将式(12)带入式(10)，可得到均匀大气中一定光谱区间内的平均透过率
Figure BDA0003165546720000102
可写成式(13)的形式，平均氧气吸收率则等于
Figure BDA0003165546720000103
Figure BDA0003165546720000104
式中，u为均匀大气中吸收气体的物质的量；Sl、v0,l和aL,l分别为光谱区间内第l条谱线的线强，谱线中心波数和洛伦兹展宽半宽度，N为该光谱区间范围内氧气分子吸收谱线数量。该式(13)表示的是通过逐条计算各谱线对光谱区间内所有波数上吸收系数的贡献，然后利用累加求和的方式得到光谱区间的平均透过率。
图4给出的是氧气A吸收带在T＝296K，P＝1atm条件下光谱区间12840-13170cm-1内的吸收系数分布，可以看出谱线强度随波数剧烈变化，并且谱线的线宽也不尽相同，而平均透过率计算便是对图4中吸收系数曲线下面积的积分。由于气体分子的谱线数目十分庞大且谱线线宽非常窄，因此要想准确解算出吸收系数曲线下的面积，则需要采用非常小的积分步长，所以利用式(13)的方式逐条计算吸收谱线来计算平均透过率会耗费较长计算时间。
由于指定光谱区间内的平均透过率与吸收系数所处的具体波数位置无关，仅与吸收系数大小有关，因此K分布法的思想，是将图4内的吸收系数按照从小到大的顺序进行排序，便可得到一条较为平滑的吸收系数分布曲线，如图5所示，此时的横坐标为吸收系数的累积概率密度，为一个单调递增函数，其定义为：
Figure BDA0003165546720000111
其中，f(k)为吸收系数的概率函数。由此可知，图4中吸收系数曲线下的面积与图5中曲线下的面积是完全相同的，对应的数学表达式如式(15)所示：
Figure BDA0003165546720000112
式中：kv为波数v处的吸收系数值；u为均匀大气中吸收气体分子含量；Δv为所需计算的波数间隔；
Figure BDA0003165546720000113
为指定波数范围内的平均透过率；k(g)为累积概率密度g(k)所对应的吸收系数值。
相比如图4，图5中的吸收系数曲线是累积概率密度空间的一条单调平滑曲线，称为k-g曲线，式(15)右端积分项可通过若干项高斯积分完成高精度的积分，如式(16)所示：
Figure BDA0003165546720000114
式中，n为高斯积分点的个数；k(gj)为第j个高斯积分点处的吸收系数值；Δgj为第j个高斯积分点处的累积概率宽度。从数学意义上讲，k(gj)和Δgj分别对应于被积曲线第j个积分区间的曲线函数值和区间宽度。
由此可知，已知均匀大气中吸收气体含量和所需计算波数范围的k-g分布曲线后，便可快捷、精确的计算出指定波段的平均透过率。
对于实际大气中倾斜的辐射传输路径，路径上不同点处大气温度、压强及氧气分子浓度均不同，对应的氧气分子吸收系数也不同，此时，非均匀路径上的平均透过率可以表示为式(17)的形式。
Figure BDA0003165546720000115
相关K分布模式是按一定规则将大气层分为若干分层且每个分层均可认为是匀质的，并假设每一层的对应的k-g分布曲线之间具有一定相关性，这样便可以使用一组相同的高斯积分节点来求解各层平均透过率，由此，一条穿过m个大气分层非均匀路径的平均透过率则可以表示成式(18)的形式：
Figure BDA0003165546720000121
式中，
Figure BDA0003165546720000122
为第i层大气分层第j个高斯积分节点上的吸收系数；ui为第i层大气分层内吸收气体分子含量。由于光学厚度等于吸收系数和分子含量的乘积，所以上式指数项内的累加便是对路径所穿过所有大气分层光学厚度的求和。
通过计算大气层内不同温度、压强条件下氧气A吸收带的k-g曲线，并进行相关性检验，结果表明，在地球大气层的压强和温度变化范围内，氧气A吸收带内的吸收系数的k-g曲线具有较强的相关性，因此，可以利用相关K分布模式来建立任意路径上氧气吸收率与路径长度的关系模型。
由公式(16)可知，在计算出某一温度和压强下的吸收系数分布k-g曲线后，便可利用若干项高斯积分节点的累加来计算出传输路径的平均透过率。在选择了合适的高斯积分节点分布后，对于非均匀路径的平均透过率，可以采用相同的积分节点分布，并利用公式(18)来计算其平均透过率。积分节点的选择原则是：在k-g曲线两端，尤其是大吸收系数值一端，曲线斜率较大，吸收系数变化剧烈，所以在这部分选取较多的积分节点，而在曲线中间部分，吸收系数变化较为平缓，因此中间部分选取的积分节点应稀疏一些；同时，为了节省计算时间，应在保证计算精度的前提下，尽量减小积分节点的数量。参考石广玉在《大气辐射学》教材中的给出的不同高斯积分节点个数对应的位置及其权重，我们选择20个积分节点，并分析这20个积分节点的吸收系数随温度和压强的变化规律，分析结果表明，相比于压强对积分节点的吸收系数的影响，温度的变化对高斯积分节点的吸收系数的影响要小的多。故而在预制吸收系数随温度压强变化的数据表时，可以参考已有大气模式中的温度压强对应关系，采用对不同海拔处的压强值匹配一个固定的温度值，这样可以将积分节点的吸收系数查询数据表从三维数据立方体简化为二维数据列表，极大地减短了计算过程中查询积分节点的吸收系数值的查询时间。
本实施例选取1976美国标准大气模式的温度和压强轮廓作为参考压强和温度匹配，同时，为了提高吸收系数插值计算精度，对1976美国标准大气模式的温度和压强按照海拔高度进行细分插值，得到间隔更密集的大气温度、压强分布，分别计算对应温度压强下的积分节点的吸收系数值，得到20个高斯积分节点随压强变化的二维吸收系数数据表如图6所示。
根据这20个高斯积分节点的吸收系数随压强变化的二维数据表，可以插值出任意压强下节分节点对应的吸收系数，将其代入到式(16)可计算出已知距离的路径平均氧气透过率。
在实际应用中，探测系统通常已知的信息通常只包括系统自身所在位置的海拔高度、温度、压强及目标的天顶角，而沿途大气温度与压强信息则是未知的，因此，参考1976美国标准大气模式的大气层温度压强变化规律，计算出沿途路径点的海拔、温度和压强，并由此插值查表得到该处积分节点的吸收系数。
考虑到地球曲率的影响，辐射沿倾斜非均匀路径传输时，路径上任意一点的海拔高度hl，hl可由测量系统探测器所在位置海拔h0、路径天顶角θ0和该点距测量系统探测器距离l来表示：
Figure BDA0003165546720000141
式(19)右侧第三项为针对地球曲率半径的修正项，若忽略第三项，式(19)则演变为平面地球模型中海拔与路径长度关系。
将倾斜非均匀路径L按海拔高度划分为若干个等长度的子路径，如图7所示，每个子路径内可以看作为均匀大气，总的路径OT的长度为L＝l1+l2+...+ln＝MΔl，其中l1＝l2＝...ln＝Δl，M为子路径的个数。
对每一段子路径li，其两端的海拔高度可由式(19)计算得到，取每段路径平均海拔处的温度
Figure BDA0003165546720000142
压强
Figure BDA0003165546720000143
作为该段子路径的平均温度和压强，并根据理想气体方程计算该段子路径处的平均氧气浓度
Figure BDA0003165546720000144
计算出每段子路径的平均压强和温度后，便可由高斯积分节点随压强变化的二维数据列表插值计算出各段子路径中各积分节点对应的吸收系数值，代入公式(18)，便可计算得到倾斜非均匀路径OT的平均氧气透过率为：
Figure BDA0003165546720000145
从而得到平均氧气吸收率与路径长度关系公式为：
Figure BDA0003165546720000146
其中，
Figure BDA0003165546720000147
为第j个高斯积分节点在第i段子路径中的吸收系数值，aj为各高斯积分节点的权重，J为总的高斯积分节点个数，本实施例中取J＝20。
由式(21)可知，若已知倾斜非均匀路径的总路径长度L，则可通过式(21)直接计算其对应的平均氧气吸收率；而对于实际测距而言，路径的长度显然是未知的，仅已知测量系统探测器所在位置的温度、压强、海拔、目标天顶角及辐射传输路径的平均氧气吸收率(系统测量值)，此时可以通过设定子路径步长Δl，利用式(21)预先计算出若干个M值所对应路径长度的平均氧气吸收率，并绘制平均氧气吸收率与路径长度的关系曲线，然后将平均氧气吸收率测量值对该关系曲线进行插值，从而得到路径长度(即目标距离值)。
根据上述基于氧气吸收测距方法测量出目标距离的原理，该步骤S3包括如下子步骤：
S31，建立平均氧气吸收率与路径长度的关系模型，即式(21)：
Figure BDA0003165546720000151
式中，
Figure BDA0003165546720000152
为第j个高斯积分节点在第i段子路径中的吸收系数值，aj为各高斯积分节点的权重，J为总的高斯积分节点个数，本实施例中取J＝20；M为子路径个数，
Figure BDA0003165546720000153
为第i段子路径处的平均氧气浓度；Δl为子路径步长，
Figure BDA0003165546720000154
为平均氧气吸收率。
S32，通过氧气吸收被动测距模块测量平均氧气吸收率；氧气吸收被动测距模块中实现平均氧气吸收率的探测器可以采用现有技术，在此不再赘述。
S33，计算目标距离：
S331，设定子路径步长Δl；
S332，利用平均氧气吸收率与路径长度的关系模型，预先计算出若干个M值所对应路径长度的平均氧气吸收率，并绘制计算出的平均氧气吸收率与路径长度的关系曲线；
S333，将步骤S32测量的平均氧气吸收率对所述关系曲线进行插值，从而得到路径长度，即目标距离。
S4，结合所述目标方位角和目标距离实时探测目标飞行轨迹。具体包括：
S41，以飞行器轨迹红外探测系统为坐标原点建立三维坐标轴；
S42，利用步骤S2测得的目标方位角和步骤S3计算出的目标距离，实时解算出目标三维坐标，通过持续解算得到连续的目标三维坐标，即得到目标飞行轨迹。
上述实现的飞行器轨迹红外探测方法及系统，通过结合红外探测技术和氧气吸收被动测距技术，有效互补了两项技术的短板，能够在不发射任何信号的情况下，隐蔽地测量出来袭飞机、导弹等目标的飞行轨迹，具有隐蔽性强、测量精度高、性能稳定、作用距离远等特点，在侦查预警、防空反导力量建设上具有巨大的军事应用价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，安装飞行器轨迹红外探测系统，所述飞行器轨迹红外探测系统包括方位角红外探测模块和氧气吸收被动测距模块；
S2，通过方位角红外探测模块进行目标识别并测量出目标方位角；
S3，通过氧气吸收被动测距模块测量平均氧气吸收率，并根据平均氧气吸收率与路径长度的关系模型，计算出目标距离；
S4，结合所述目标方位角和目标距离实时探测目标飞行轨迹；
所述方位角红外探测模块包括红外超广角探测模块、红外成像探测模块和方向测量调整机构；所述红外成像探测模块和氧气吸收被动测距模块均安装在方向测量调整机构上，并且两个模块光轴保持平行；
步骤S2包括如下子步骤：
S21，通过红外超广角探测模块获得目标超广角红外图像，并根据所述目标超广角红外图像计算出目标的初略方位信息，将所述目标的初略方位信息传递至所述方向测量调整机构，从而通过调整方向测量调整机构，使目标成像在所述红外成像探测模块视场中；
S22，通过所述红外成像探测模块对目标进行成像识别，并根据目标红外成像位置和方向测量调整机构角度计算出目标准确方位角；然后将计算出的所述目标准确方位角实时传递至方向测量调整机构，从而通过调整方向测量调整机构，使目标始终保持在红外成像探测模块的中央视场范围内以持续跟踪目标，并确保目标始终在所述氧气吸收被动测距模块的视场内；所述目标准确方位角即为测量出的目标方位角；
步骤S3包括如下子步骤：
S31，建立平均氧气吸收率与路径长度的关系模型：
Figure FDA0004096709160000021
式中，
Figure FDA0004096709160000022
为第j个高斯积分节点在第i段子路径中的吸收系数值，aj为各高斯积分节点的权重，J为总的高斯积分节点个数；M为子路径个数，
Figure FDA0004096709160000024
为第i段子路径处的平均氧气浓度；Δl为子路径步长，
Figure FDA0004096709160000023
为平均氧气吸收率；
S32，通过氧气吸收被动测距模块测量平均氧气吸收率；
S33，计算目标距离：
S331，设定子路径步长Δl；
S332，利用平均氧气吸收率与路径长度的关系模型，预先计算出若干个M值所对应路径长度的平均氧气吸收率，并绘制计算出的平均氧气吸收率与路径长度的关系曲线；
S333，将步骤S32测量的平均氧气吸收率对所述关系曲线进行插值，从而得到路径长度，即目标距离；
步骤S4包括如下步骤：
S41，以飞行器轨迹红外探测系统为坐标原点建立三维坐标轴；
S42，利用步骤S2测得的目标方位角和步骤S3计算出的目标距离，实时解算出目标三维坐标，通过持续解算得到连续的目标三维坐标，即得到目标飞行轨迹。
2.根据权利要求1所述的基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测方法，其特征在于，J＝20。
3.一种用于实现如权利要求1或2所述的基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测方法的基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测系统，其特征在于，所述飞行器轨迹红外探测系统包括方位角红外探测模块和氧气吸收被动测距模块。
4.根据权利要求3所述的基于氧气吸收的飞行器轨迹红外探测系统，其特征在于，所述方位角红外探测模块包括红外超广角探测模块、红外成像探测模块和方向测量调整机构；所述红外成像探测模块和氧气吸收被动测距模块均安装在方向测量调整机构上，并且两个模块光轴保持平行。
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