JP3388831B2 - 空中から陸地を探査する方法および装置 - Google Patents
空中から陸地を探査する方法および装置Info
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- JP3388831B2 JP3388831B2 JP24608693A JP24608693A JP3388831B2 JP 3388831 B2 JP3388831 B2 JP 3388831B2 JP 24608693 A JP24608693 A JP 24608693A JP 24608693 A JP24608693 A JP 24608693A JP 3388831 B2 JP3388831 B2 JP 3388831B2
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
- G01V8/02—Prospecting
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超スペクトル画像デー
タを発生するために、多くの狭い連続スペクトル帯内の
画像の実時間獲得を利用する航空機搭載多重スペクトル
・センサ装置、とくに陸地ターゲットを識別するために
スペクトル輪郭およびエミッタンスを得るために個々
に、または組み合わせて使用できる画像データセットに
関するものである。
タを発生するために、多くの狭い連続スペクトル帯内の
画像の実時間獲得を利用する航空機搭載多重スペクトル
・センサ装置、とくに陸地ターゲットを識別するために
スペクトル輪郭およびエミッタンスを得るために個々
に、または組み合わせて使用できる画像データセットに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】多くの目的のために地勢の空中探査を行
うための多くの装置が知られている。それらの装置は、
地面へ向けられ、コンピュータにより迅速に比較するた
めに電気信号へ変換される画像を形成する複数の光学的
走査装置を一般に有している。たとえば、米国特許第
4,908,705号には、高速、低高度探査にとくに
効果的で、向きの制御が可能な広角画像発生装置が開示
されている。米国特許第4,939,369号には多数
のセンサ・アレイを利用する画像発生およびトラッキン
グ装置が開示されている。米国特許第5,028,99
8号には、航空機搭載のプラットフォームが一定の平均
高度を維持している間に地勢が変化するにつれて、等高
度図を実効的に生ずる電子的ズーム機能を発揮する装置
が開示されている。米国特許第5,047,783号に
はノイズ打ち消しにより放射検出器から改善された画像
を発生する技術が開示されている。米国特許第5,11
6,118号には別の航空機搭載画像発生装置が開示さ
れている。
うための多くの装置が知られている。それらの装置は、
地面へ向けられ、コンピュータにより迅速に比較するた
めに電気信号へ変換される画像を形成する複数の光学的
走査装置を一般に有している。たとえば、米国特許第
4,908,705号には、高速、低高度探査にとくに
効果的で、向きの制御が可能な広角画像発生装置が開示
されている。米国特許第4,939,369号には多数
のセンサ・アレイを利用する画像発生およびトラッキン
グ装置が開示されている。米国特許第5,028,99
8号には、航空機搭載のプラットフォームが一定の平均
高度を維持している間に地勢が変化するにつれて、等高
度図を実効的に生ずる電子的ズーム機能を発揮する装置
が開示されている。米国特許第5,047,783号に
はノイズ打ち消しにより放射検出器から改善された画像
を発生する技術が開示されている。米国特許第5,11
6,118号には別の航空機搭載画像発生装置が開示さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、物質
の見掛けの熱慣性を得、処理し、かつ計算するための方
法および装置を得ることである。
の見掛けの熱慣性を得、処理し、かつ計算するための方
法および装置を得ることである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、超スペクトル
画像データを発生するために、多くの狭い連続スペクト
ル帯内の画像の実時間獲得を利用する航空機搭載多重ス
ペクトル・センサ装置に関するものである。陸地ターゲ
ットを識別するためのスペクトル輪郭とエミッタンスを
得るために、そのように得られた画像データ・セットを
個々に用い、または組合わせて用いる。本発明の装置は
温度およびアルベドについての同時情報を提供する。そ
の情報から物質の見掛けの熱慣性を計算でき、従って2
4時間温度サイクルの間に地中および地表面から熱流パ
ターンを計算できる。本発明の装置は環境評価はもちろ
ん天然資源の探査においてとくに有用である。本発明は
8μm〜12μmの間の地表面からの熱エミッタンスを
測定および比較する事が好ましいが、本発明の原理は熱
赤外線スペクトルの全ての部分に等しく適用される。
画像データを発生するために、多くの狭い連続スペクト
ル帯内の画像の実時間獲得を利用する航空機搭載多重ス
ペクトル・センサ装置に関するものである。陸地ターゲ
ットを識別するためのスペクトル輪郭とエミッタンスを
得るために、そのように得られた画像データ・セットを
個々に用い、または組合わせて用いる。本発明の装置は
温度およびアルベドについての同時情報を提供する。そ
の情報から物質の見掛けの熱慣性を計算でき、従って2
4時間温度サイクルの間に地中および地表面から熱流パ
ターンを計算できる。本発明の装置は環境評価はもちろ
ん天然資源の探査においてとくに有用である。本発明は
8μm〜12μmの間の地表面からの熱エミッタンスを
測定および比較する事が好ましいが、本発明の原理は熱
赤外線スペクトルの全ての部分に等しく適用される。
【0005】
【実施例】まず図1を参照する。本発明の装置10は航
空機搭載センサ処理装置12を有する。このセンサ処理
装置は、400〜1140ナノメートルの連続する選択
可能な第1の波長帯を形成する第1の複数のスペクトロ
メータ14と、1400〜2500ナノメートルの第2
の連続波長帯を形成する第2の複数のスペクトロメータ
16と、8.40〜11.45μmの範囲の少なくとも
6つの波長帯を有する第1の構成および8.35〜1
1.45μmの範囲の少なくとも7つの波長帯を有する
第2の構成の2つの構成で形成された熱センサ・アレイ
18とを含む。3台のスペクトロメータ14、16、1
8は、既知の種類の複数の光センサ(図示せず)を有す
る信号弁別器20から入力を受けるためにおのおの接続
される。それらのセンサは既知の視野へ光学的画像を発
生する。その視野は、与えられた高度において決定可能
な切り取り幅をカバーする。それらのセンサは、選択に
より、瞬時視野を提供することもできる。処理装置12
は2段較正器22へ接続される。この較正器は装置10
を飛行中および飛行前に較正できる。装置10は中央処
理装置24も含む。操作されたデータを地表面に正しく
関連させるために、中央処理装置は処理装置12と、航
空機搭載航行手段26および航空機搭載安定化プラット
フォーム28からデータを受けるために接続される。中
央処理装置12は、実時間表示装置30と、グラフィッ
ク・プリンタ32と、データ記録装置34と、データ記
憶装置36とを含む出力装置へも接続される。
空機搭載センサ処理装置12を有する。このセンサ処理
装置は、400〜1140ナノメートルの連続する選択
可能な第1の波長帯を形成する第1の複数のスペクトロ
メータ14と、1400〜2500ナノメートルの第2
の連続波長帯を形成する第2の複数のスペクトロメータ
16と、8.40〜11.45μmの範囲の少なくとも
6つの波長帯を有する第1の構成および8.35〜1
1.45μmの範囲の少なくとも7つの波長帯を有する
第2の構成の2つの構成で形成された熱センサ・アレイ
18とを含む。3台のスペクトロメータ14、16、1
8は、既知の種類の複数の光センサ(図示せず)を有す
る信号弁別器20から入力を受けるためにおのおの接続
される。それらのセンサは既知の視野へ光学的画像を発
生する。その視野は、与えられた高度において決定可能
な切り取り幅をカバーする。それらのセンサは、選択に
より、瞬時視野を提供することもできる。処理装置12
は2段較正器22へ接続される。この較正器は装置10
を飛行中および飛行前に較正できる。装置10は中央処
理装置24も含む。操作されたデータを地表面に正しく
関連させるために、中央処理装置は処理装置12と、航
空機搭載航行手段26および航空機搭載安定化プラット
フォーム28からデータを受けるために接続される。中
央処理装置12は、実時間表示装置30と、グラフィッ
ク・プリンタ32と、データ記録装置34と、データ記
憶装置36とを含む出力装置へも接続される。
【0006】第1のスペクトロメータ・アレイにおける
信号対雑音比が500より高く、第2のペクトロメータ
・アレイにおける信号対雑音比が100より高いよう
に、スペクトロメータを選択することが本発明では重要
である。ノイズと等価である温度差は、0.2〜0.4
μmの帯域幅に対して、300°Kにおいて0.1〜
0.2°Kでなければならない。
信号対雑音比が500より高く、第2のペクトロメータ
・アレイにおける信号対雑音比が100より高いよう
に、スペクトロメータを選択することが本発明では重要
である。ノイズと等価である温度差は、0.2〜0.4
μmの帯域幅に対して、300°Kにおいて0.1〜
0.2°Kでなければならない。
【0007】本発明は高いスペクトルおよび高い放射分
解能画像発生スペクトロメータ、すなわち、第1のアレ
イ14に対しては可視光〜赤外線(0.4〜1.1μ
m)、第2のアレイ16に対しては太陽反射赤外線
(1.4〜2.5μm)、第3のアレイ18に対しては
熱赤外線(8〜12μm)を利用する。スペクトロメー
タ・アレイ14、16、18を含むセンサ処理装置12
は、高度、姿勢および対地速力のような飛行条件を中央
処理装置へ知らせる事ができる既知の航空機搭載プラッ
トフォーム(図示せず)内に装置される。行うべき特定
の探査のためにスペクトロメータ・アレイ14、16、
18は飛行前に較正される。探査が進むにつれて、地上
の「ピクセル」上の各素子に対して、全反射またはエミ
ッタンス・スペクトルを探査されている地面から得るこ
とができるように、信号弁別器の光学装置は連続記録さ
れているスペクトル帯の画像を得る。個々のスペクトル
帯を予め選択するために、または種々の用途のスペクト
ル帯の全スペクトルに対して、記録されている画像デー
タを航空機に搭載されている間に実時間で見ることがで
き、またはプリンタ32または記録装置30により処理
できる。
解能画像発生スペクトロメータ、すなわち、第1のアレ
イ14に対しては可視光〜赤外線(0.4〜1.1μ
m)、第2のアレイ16に対しては太陽反射赤外線
(1.4〜2.5μm)、第3のアレイ18に対しては
熱赤外線(8〜12μm)を利用する。スペクトロメー
タ・アレイ14、16、18を含むセンサ処理装置12
は、高度、姿勢および対地速力のような飛行条件を中央
処理装置へ知らせる事ができる既知の航空機搭載プラッ
トフォーム(図示せず)内に装置される。行うべき特定
の探査のためにスペクトロメータ・アレイ14、16、
18は飛行前に較正される。探査が進むにつれて、地上
の「ピクセル」上の各素子に対して、全反射またはエミ
ッタンス・スペクトルを探査されている地面から得るこ
とができるように、信号弁別器の光学装置は連続記録さ
れているスペクトル帯の画像を得る。個々のスペクトル
帯を予め選択するために、または種々の用途のスペクト
ル帯の全スペクトルに対して、記録されている画像デー
タを航空機に搭載されている間に実時間で見ることがで
き、またはプリンタ32または記録装置30により処理
できる。
【0008】この装置の陸地の諸特徴を解析する容量、
空間分解能は瞬時視野、V/H比として知られている航
空機の高度、および速力のようないくつかのパラメータ
に依存する。瞬時視野は光学装置20によりほとんど決
定される。V/H比は航行コンピュータ26中の、安定
プラットフォームを含む既知の手段により決定され、中
央処理装置24へ供給される。陸地の諸特徴を識別する
信号の質、スペクトル分解能は、スペクトロメータ・ア
レイ14、16、18が高い信号対雑音比を有するかど
うかに依存する。
空間分解能は瞬時視野、V/H比として知られている航
空機の高度、および速力のようないくつかのパラメータ
に依存する。瞬時視野は光学装置20によりほとんど決
定される。V/H比は航行コンピュータ26中の、安定
プラットフォームを含む既知の手段により決定され、中
央処理装置24へ供給される。陸地の諸特徴を識別する
信号の質、スペクトル分解能は、スペクトロメータ・ア
レイ14、16、18が高い信号対雑音比を有するかど
うかに依存する。
【0009】画像データを処理するために既知の画像処
理技術を使用できる。中央処理装置24によりオペーレ
ータが画像データの放射単位(radiometric
unit)への変換と、待機補正および幾何学的調整
(geometric rectification)
とを行うことができる。それらの変換および調整はとも
に、計測器および航空機搭載プラットフォームの動きに
より発生される歪みを理由として必要とされるものであ
る。オペーレータはスペクトル帯を組合わせ、比を形成
し、統計解析を行い、数値分類技術を適用することによ
りデータを強化できる。
理技術を使用できる。中央処理装置24によりオペーレ
ータが画像データの放射単位(radiometric
unit)への変換と、待機補正および幾何学的調整
(geometric rectification)
とを行うことができる。それらの変換および調整はとも
に、計測器および航空機搭載プラットフォームの動きに
より発生される歪みを理由として必要とされるものであ
る。オペーレータはスペクトル帯を組合わせ、比を形成
し、統計解析を行い、数値分類技術を適用することによ
りデータを強化できる。
【0010】熱慣性は温度変化に対する物質の熱応答を
表すものである。単位は℃当たり、秒の平方根当たり、
センチメートルの平方根当たりのカロリー(Cal・C
m-2・Sec-2・℃-1)である。熱慣性は次の式により
定義される。 TI =(κρC)1/2 ここに κ=熱伝導率 ρ=物質の密度 C=熱容量 である。
表すものである。単位は℃当たり、秒の平方根当たり、
センチメートルの平方根当たりのカロリー(Cal・C
m-2・Sec-2・℃-1)である。熱慣性は次の式により
定義される。 TI =(κρC)1/2 ここに κ=熱伝導率 ρ=物質の密度 C=熱容量 である。
【0011】物質の熱伝導率、密度、熱容量を測定する
ことにより熱慣性を決定できる。しかし、日中太陽サイ
クル中の最低放射温度と最高放射温度を測定することに
より物質の見掛けの熱慣性を決定できる。この決定手順
は次の通りである。
ことにより熱慣性を決定できる。しかし、日中太陽サイ
クル中の最低放射温度と最高放射温度を測定することに
より物質の見掛けの熱慣性を決定できる。この決定手順
は次の通りである。
【0012】1.予測される最低太陽加熱サイクルの諸
条件の下で最初の空中任務を実行し、放射温度をデジタ
ル形式で得るために熱赤外線センサ手段を起動させる。 2.予測される最高太陽加熱サイクルの諸条件の下で第
2の空中任務を実行し、可視光から熱赤外線まで走査す
る画像形成スペクトロメータ手段を起動させて、反射エ
ネルギーと放射温度をデジタル形式で得る。
条件の下で最初の空中任務を実行し、放射温度をデジタ
ル形式で得るために熱赤外線センサ手段を起動させる。 2.予測される最高太陽加熱サイクルの諸条件の下で第
2の空中任務を実行し、可視光から熱赤外線まで走査す
る画像形成スペクトロメータ手段を起動させて、反射エ
ネルギーと放射温度をデジタル形式で得る。
【0013】
3.日中太陽サイクル中に生ずる最高温度と最低温度の
差であるΔTを、1回目の探査と2回目の探査から計算
する。 4.2回目の探査の可視帯からアルベド(a)を計算す
る。アルベドは、物質により反射されたエネルギーの量
と、物質の表面に入射したエネルギーの量との比であ
る。 5.次式から見掛けの熱慣性を計算する。 ATI=(1−a)/ΔT
差であるΔTを、1回目の探査と2回目の探査から計算
する。 4.2回目の探査の可視帯からアルベド(a)を計算す
る。アルベドは、物質により反射されたエネルギーの量
と、物質の表面に入射したエネルギーの量との比であ
る。 5.次式から見掛けの熱慣性を計算する。 ATI=(1−a)/ΔT
【0014】図2は見掛けの熱慣性を計算するために用
いられるステップを示す。この図においては、ΔTは日
中太陽サイクル中に生ずる最高温度と最低温度の差、a
はアルベド、ATIは見掛けの熱慣性である。最高放射
温度と最低放射温度を、1回目の探査中と2回目の探査
中に熱センサ・アレイを用いて得られる。アルベドは2
回目の探査中に画像形成スペクトロメータを用いて得ら
れる。飛行仕様に従って、2回目の任務中にデータが記
録されるにつれて見掛けの熱慣性を実時間で計算でき
る。より精密な探査を必要とする特性のターゲットを探
す時に表示装置により実時間解釈を行うことができる。
1回目の探査と2回目の探査からの画素(ピクセル)を
対応して記録するという要求は、広域測位システム(G
PS)を用いて達成される。たとえば、差動GPSを用
いる場合には、第1の受信機が航空機搭載プラットフォ
ームの上に置かれ、第2の受信機が地上の基準点の上に
置かれる。このようにして、1回目の空中探査と2回目
の空中探査の両方に対して各画素についての正確な地上
位置が得られる。
いられるステップを示す。この図においては、ΔTは日
中太陽サイクル中に生ずる最高温度と最低温度の差、a
はアルベド、ATIは見掛けの熱慣性である。最高放射
温度と最低放射温度を、1回目の探査中と2回目の探査
中に熱センサ・アレイを用いて得られる。アルベドは2
回目の探査中に画像形成スペクトロメータを用いて得ら
れる。飛行仕様に従って、2回目の任務中にデータが記
録されるにつれて見掛けの熱慣性を実時間で計算でき
る。より精密な探査を必要とする特性のターゲットを探
す時に表示装置により実時間解釈を行うことができる。
1回目の探査と2回目の探査からの画素(ピクセル)を
対応して記録するという要求は、広域測位システム(G
PS)を用いて達成される。たとえば、差動GPSを用
いる場合には、第1の受信機が航空機搭載プラットフォ
ームの上に置かれ、第2の受信機が地上の基準点の上に
置かれる。このようにして、1回目の空中探査と2回目
の空中探査の両方に対して各画素についての正確な地上
位置が得られる。
【0015】データを飛行機に処理することにより、画
像形成データおよび熱慣性の解析と表示のために、より
複雑なアルゴリズムを使用することができるようにな
る。大気効果を除去し、太陽の高度と方位をデジタル地
勢データと比較することにより地勢の高度の変化に起因
する影を補償し、熱流パターンを定めるために熱モデル
を適用するためにソフトウェアを使用できる。
像形成データおよび熱慣性の解析と表示のために、より
複雑なアルゴリズムを使用することができるようにな
る。大気効果を除去し、太陽の高度と方位をデジタル地
勢データと比較することにより地勢の高度の変化に起因
する影を補償し、熱流パターンを定めるために熱モデル
を適用するためにソフトウェアを使用できる。
【図1】本発明の装置のブロック図である。
【図2】本発明の機能を示すブロック図である。
10 本発明の装置
12 航空機搭載センサ処理装置
14、16、18 スペクトロメータ
20 信号弁別器
22 較正器
24 中央処理装置
26 航行コンピュータ
28 安定プラットフォーム
30 表示装置
32 グラフィック・プリンタ
34 データ記録装置
36 記憶装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭60−249083(JP,A)
欧州特許出願公開509770(EP,A
2)
A.B.KAHLE,GEOPHYS
ICS,米国,TUSLA,1987年7
月,vol.52,no.7,858−874
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
G01V 9/00
G01C 7/02
G01J 5/48
Claims (2)
- 【請求項1】 空中から陸地を探索して探索データを獲
得し、この獲得した探索データを含むデータから探索を
した陸地表面の物質の見かけの熱慣性を計算する方法で
あって、所定の陸地区域について放射温度に関する1回目の航空
探査および2回目の航空探査を行って、前記所定の陸地
区域の各ピクセルについて、日中太陽サイクル中の予測
最低放射温度を表す第1の信号および日中太陽サイクル
中の予測最高放射温度を表す第2の信号を得る過程を備
え 、前記2回目の航空探査には、可視波帯での探査により、
前記所定の陸地区域の各ピクセルについてのアルベドを
表す第3の信号を得ることが含まれており 、差動GPS手段が用いられて、前記1回目の航空探査お
よび2回目の航空探査で得られるピクセルについての信
号が対応して記録され 、前記第1の信号および第2の信号で表される放射温度の
温度差と、前記第3の信号によって表されるアルベドと
に応じて計算をすることによって、各ピクセルに対する
探査をした陸地の物質の見掛けの熱慣性を表す信号を得
ることを特徴とする、 空中から陸地を探索する方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の空中から陸地を探索する
方法を実行する装置であって、 前記所定の陸地区域内の各ピクセルに関して画像データ
を得るために、0.4〜2.5ミクロンおよび8〜12
ミクロンの波長帯で前記所定の陸地区域を選択的に空中
探査するようにされた複数のセンサ・アレイ(14、1
6、18)と、 前記センサ・アレイから探査データを受け、それらの探
査データを処理する処理手段(12)と、 装置の較正を空中探査中に行う航空機搭載の較正手段
(22)と、装置を航空機に搭載するに適する航空機プラットフォー
ムと 、装 置を搭載する航空機搭載プラットフォームの飛行特性
を表す信号を供給する飛行手段(26)と、前記 較正手段(22)と前記飛行手段(26)からデー
タを受ける中央処理手段(24)とを備えることを特徴
とする、空中から陸地を探索するための装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US95051992A | 1992-09-25 | 1992-09-25 | |
US950,519 | 1992-09-25 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06214044A JPH06214044A (ja) | 1994-08-05 |
JP3388831B2 true JP3388831B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=25490533
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24608693A Expired - Fee Related JP3388831B2 (ja) | 1992-09-25 | 1993-09-08 | 空中から陸地を探査する方法および装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5445453A (ja) |
EP (1) | EP0589554B1 (ja) |
JP (1) | JP3388831B2 (ja) |
CN (1) | CN1043442C (ja) |
BR (1) | BR9303870A (ja) |
DE (1) | DE69319050T2 (ja) |
Families Citing this family (50)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US5614908A (en) * | 1995-04-14 | 1997-03-25 | Phelan; Joseph P. | Helicopter system with rotor blade antennas for landing assistance and for detection of electro-magnetic anomalies |
US6025597A (en) * | 1995-10-17 | 2000-02-15 | Optiscan Biomedical Corporation | Non-invasive infrared absorption spectrometer for measuring glucose or other constituents in a human or other body |
US5832187A (en) | 1995-11-03 | 1998-11-03 | Lemelson Medical, Education & Research Foundation, L.P. | Fire detection systems and methods |
US5756990A (en) * | 1996-04-17 | 1998-05-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Simplified simulation of effects of turbulence on digital imagery |
FR2749469B1 (fr) * | 1996-06-03 | 1998-07-17 | Inst Francais Du Petrole | Systeme aeroporte d'acquisition et de traitement d'images a caracteristiques modulables |
FR2749177B1 (fr) * | 1996-06-03 | 1998-07-17 | Inst Francais Du Petrole | Methode et systeme pour la teledetection de l'inflammabilite des differentes parties d'une zone survolee par un aeronef |
US6008492A (en) * | 1996-10-23 | 1999-12-28 | Slater; Mark | Hyperspectral imaging method and apparatus |
US6079665A (en) * | 1996-11-04 | 2000-06-27 | Trw Inc. | Hyperspectral air-to-air missile seeker |
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