應用紅外熱成像MRTD技術對海空目標跟蹤研究

馮昊

摘 要：本文對于紅外熱成像系統對海空目標跟蹤距離進行研究，提出了相關的修正的MRTD視距估算模型，通過驗證，本模型考慮了目標的尺寸和探測概率對視距的影響，具有一定的可行性。

關鍵詞：目標跟蹤距離 紅外熱成像系統 MRTD模型

中圖分類號：TN212 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0014-01

分析熱成像系統視距，其外在影響因素則是大氣條件、目標輻射特性，其內外因素則是熱成像系統本身的性能。目前，在軍事領域中，熱成像系統應用領域極為廣泛，其中，熱成像系統的重要戰術指標之一就是視距，盡可能大的視距都在熱成像設計中提出。所以，應該進行良好預測熱成像系統的視距，這樣能夠避免與熱成像系統作用距離的實測誤差，能夠降低生產成本，提高系統設計水平[1～2]。在已知的熱成像系統的基本性能基礎上，要想實現系統視距估算，通過相關仿真和理論分析，能夠對于各種觀測條件下的熱成像系統的視距進行估算。為更好能夠對于點輻射源目標和擴展源目標的視距進行有效的估算，本文提出的熱成像系統靜態性能的MRTD模型。

1 分析觀察等級和探測概率對目標探測的影響

在軍事方面的探測目標過程中，知道目標的方位還遠遠不夠，還應該對于目標的類型和型號等進行更為詳細的掌握。所以，紅外熱成像系統的目標探測還應該考慮目標的大小和形狀對探測距離的影響[2]。這里提出的Johnson準則，一般為國際上公認的方法，實際中存在的目標通過把目標分成若干對等效條帶圖案而進行有效的等效條帶表示。相同的總寬度與目標臨界尺寸，一組黑白間隔相等的條帶狀圖案則表示目標的等效條帶圖案，另外，實際目標的溫差，也用于目標相同的線條圖案來代替。其中，“周/臨界尺寸”能夠表示響應的目標臨界尺寸中所包含的可分辨的條帶數。通過Johnson準則，能夠對于目標的探測和識別的預測進行有效的處理。這里所謂的觀察等級，則是在考慮結合人眼視覺的基礎上，結合紅外熱成像系統的性能的一種評價方法。在Johnson準則中，目標的不同的等效條帶對數代表不同的觀察等級。等級的劃分往往是通過視覺心理實驗來進行完成，相關的大量的分析和視覺試驗工作都已經完成，公認的比較適用的就是上述指出的Johnson準則，能夠把紅外熱成像系統對目標的識別能力通過目標等效條帶圖案方式進行表達，發現、定向、識別和辨別4個等級則是人眼觀察的等級劃分，這就是所謂的Johnson準則。

2 關于紅外熱成像系統的視距估算模型探討

紅外熱成像系統的最大作用距離對于熱成像系統的設計非常重要，另外，這也是紅外熱成像系統性能的一個重要指標。在熱成像系統中，根據輻射源的成像大小，點源和擴展源兩種則是其兩種分類方法。點源顧名思義就是忽略不計目標的物理尺寸，而目標看作為一個點的輻射源。但是，需要注意，在實際中并不存在點源。只有充分考慮到了輻射源相對于觀測儀器所張的立體角度，而不僅僅是輻射源的真實物理尺寸，這樣才能判斷能否應用為點源。例如，觀測對象為地面非常遙遠的一顆星體，觀察者的真實物理尺寸盡管很大，但是，相比于觀測儀器的張角，則可以忽略不計，這樣，就可以認為觀測者為一點源。另外，在不同的觀測場合，盡管對于同一個目標，也可能為點源，可也能為擴展源。例如，這里按照噴氣式飛機的尾噴口為例進行說明，擴展源則是在5 m處觀測的情況下較為合理，而點源處理則是在2 km以外處觀測較為合理。

總體上說，光學系統一般都在熱成像系統中具備，要能夠正確判斷目標是點源還是擴展源，應該充分考慮的則是目標在探測器中所成像的尺寸以及探測器的尺寸的關系，點源的情況則是在像的尺寸比探測器尺寸小的情況下，反之，擴展源為輻射源就比較合理。

圖像細節的保持應該在探測目標過程中比較清晰，成像則是典型的特征，所以，點輻射源并沒有太大的實際意義。在對于軍事方面，特別是海空目標跟蹤的熱成像技術中，其發現、定向、識別和辨別的過程都是可以看作輻射源基本都是擴展源。所以，在這樣的情況下，應該充分考慮目標輻射的能量情況，還應該對于相關的輻射特性、人眼探測概率、幾何尺寸大小、形狀、觀察等級等方面的影響進行充分考慮，這樣才能得出比較合理的系統視距。這里提出的表征紅外熱成像系統靜態性能的MRTD模型，其中能夠一方面包括觀察者的主觀因素，另外，還具備相關的熱成像系統的性能和目標的輻射特性，能夠具備比較綜合的評價熱成像系統性能。

首先分析MRTD預測紅外熱成像系統視距，其基本原理如下，ΔT為背景的實際等效溫差，f則為目標的空間頻率，在相關的大氣衰減以后，熱成像系統對應頻率的MRTD應該小于或者等于紅外熱成像系統的溫差，同時，觀察等級所要求的最小視角則應該小于或等于輻射源對熱成像系統的張角，即：

式中，H為目標的高度。

為了對于典型掃描型紅外熱成像系統進行分析并驗證，利用MATLAB軟件進行模型的計算，通過計算不同條件下，包括不同的大氣氣象條件和探測概率，對于海空目標的發現、識別和辨別距離。此海空目標的尺寸則為5.25×2.7 m2，其中與背景之間的溫差是6.14 K。

通過計算結果分析可以知道，紅外熱成像系統作用距離能夠收到相關的探測概率和觀察等級的影響，從具體情況進行分析，一般來說，觀察等級的提高導致熱成像系統的視距的減少，另外，增大的探測概率則也導致熱成像系統的視距的減小，這里分析的結果與2001年的NVTherm模型的分析結果的變化趨勢具有一致性，同時，經過對于實驗數據的對比，此視距模型也較為接近實驗數據，這樣就能夠說明本文所提出的MRTD模型預測值的合理性，在實際的應用過程中，能夠合理選擇并應用此視距模型。

3 結語

在使用MRTD模型過程中，為了使得估算結果更加接近實測值，應該盡可能多的綜合考慮相關的背景的輻射特性、輻射特性以及目標尺寸的影響，還應該了解相關的人眼視覺系統的感知特性等，這樣就能使得紅外熱成像系統的作用距離的估算問題能夠有效的解決。

參考文獻

[1] 邵曉鵬，張建奇，楊威.熱成像系統作用距離計算[A].昆明，1999

[2] 肖甫，吳慧中，肖亮，等.地面坦克目標紅外熱成像物理模型研究[J].系統仿真學報，2005，17（11）.

[3] 李凡，劉上乾，張峰，等.點源目標的紅外搜索與跟蹤系統的作用距離估算[J].紅外技術，2008（9）.endprint

摘 要：本文對于紅外熱成像系統對海空目標跟蹤距離進行研究，提出了相關的修正的MRTD視距估算模型，通過驗證，本模型考慮了目標的尺寸和探測概率對視距的影響，具有一定的可行性。

關鍵詞：目標跟蹤距離 紅外熱成像系統 MRTD模型

中圖分類號：TN212 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0014-01

分析熱成像系統視距，其外在影響因素則是大氣條件、目標輻射特性，其內外因素則是熱成像系統本身的性能。目前，在軍事領域中，熱成像系統應用領域極為廣泛，其中，熱成像系統的重要戰術指標之一就是視距，盡可能大的視距都在熱成像設計中提出。所以，應該進行良好預測熱成像系統的視距，這樣能夠避免與熱成像系統作用距離的實測誤差，能夠降低生產成本，提高系統設計水平[1～2]。在已知的熱成像系統的基本性能基礎上，要想實現系統視距估算，通過相關仿真和理論分析，能夠對于各種觀測條件下的熱成像系統的視距進行估算。為更好能夠對于點輻射源目標和擴展源目標的視距進行有效的估算，本文提出的熱成像系統靜態性能的MRTD模型。

1 分析觀察等級和探測概率對目標探測的影響

在軍事方面的探測目標過程中，知道目標的方位還遠遠不夠，還應該對于目標的類型和型號等進行更為詳細的掌握。所以，紅外熱成像系統的目標探測還應該考慮目標的大小和形狀對探測距離的影響[2]。這里提出的Johnson準則，一般為國際上公認的方法，實際中存在的目標通過把目標分成若干對等效條帶圖案而進行有效的等效條帶表示。相同的總寬度與目標臨界尺寸，一組黑白間隔相等的條帶狀圖案則表示目標的等效條帶圖案，另外，實際目標的溫差，也用于目標相同的線條圖案來代替。其中，“周/臨界尺寸”能夠表示響應的目標臨界尺寸中所包含的可分辨的條帶數。通過Johnson準則，能夠對于目標的探測和識別的預測進行有效的處理。這里所謂的觀察等級，則是在考慮結合人眼視覺的基礎上，結合紅外熱成像系統的性能的一種評價方法。在Johnson準則中，目標的不同的等效條帶對數代表不同的觀察等級。等級的劃分往往是通過視覺心理實驗來進行完成，相關的大量的分析和視覺試驗工作都已經完成，公認的比較適用的就是上述指出的Johnson準則，能夠把紅外熱成像系統對目標的識別能力通過目標等效條帶圖案方式進行表達，發現、定向、識別和辨別4個等級則是人眼觀察的等級劃分，這就是所謂的Johnson準則。

2 關于紅外熱成像系統的視距估算模型探討

紅外熱成像系統的最大作用距離對于熱成像系統的設計非常重要，另外，這也是紅外熱成像系統性能的一個重要指標。在熱成像系統中，根據輻射源的成像大小，點源和擴展源兩種則是其兩種分類方法。點源顧名思義就是忽略不計目標的物理尺寸，而目標看作為一個點的輻射源。但是，需要注意，在實際中并不存在點源。只有充分考慮到了輻射源相對于觀測儀器所張的立體角度，而不僅僅是輻射源的真實物理尺寸，這樣才能判斷能否應用為點源。例如，觀測對象為地面非常遙遠的一顆星體，觀察者的真實物理尺寸盡管很大，但是，相比于觀測儀器的張角，則可以忽略不計，這樣，就可以認為觀測者為一點源。另外，在不同的觀測場合，盡管對于同一個目標，也可能為點源，可也能為擴展源。例如，這里按照噴氣式飛機的尾噴口為例進行說明，擴展源則是在5 m處觀測的情況下較為合理，而點源處理則是在2 km以外處觀測較為合理。

總體上說，光學系統一般都在熱成像系統中具備，要能夠正確判斷目標是點源還是擴展源，應該充分考慮的則是目標在探測器中所成像的尺寸以及探測器的尺寸的關系，點源的情況則是在像的尺寸比探測器尺寸小的情況下，反之，擴展源為輻射源就比較合理。

圖像細節的保持應該在探測目標過程中比較清晰，成像則是典型的特征，所以，點輻射源并沒有太大的實際意義。在對于軍事方面，特別是海空目標跟蹤的熱成像技術中，其發現、定向、識別和辨別的過程都是可以看作輻射源基本都是擴展源。所以，在這樣的情況下，應該充分考慮目標輻射的能量情況，還應該對于相關的輻射特性、人眼探測概率、幾何尺寸大小、形狀、觀察等級等方面的影響進行充分考慮，這樣才能得出比較合理的系統視距。這里提出的表征紅外熱成像系統靜態性能的MRTD模型，其中能夠一方面包括觀察者的主觀因素，另外，還具備相關的熱成像系統的性能和目標的輻射特性，能夠具備比較綜合的評價熱成像系統性能。

首先分析MRTD預測紅外熱成像系統視距，其基本原理如下，ΔT為背景的實際等效溫差，f則為目標的空間頻率，在相關的大氣衰減以后，熱成像系統對應頻率的MRTD應該小于或者等于紅外熱成像系統的溫差，同時，觀察等級所要求的最小視角則應該小于或等于輻射源對熱成像系統的張角，即：

式中，H為目標的高度。

為了對于典型掃描型紅外熱成像系統進行分析并驗證，利用MATLAB軟件進行模型的計算，通過計算不同條件下，包括不同的大氣氣象條件和探測概率，對于海空目標的發現、識別和辨別距離。此海空目標的尺寸則為5.25×2.7 m2，其中與背景之間的溫差是6.14 K。

通過計算結果分析可以知道，紅外熱成像系統作用距離能夠收到相關的探測概率和觀察等級的影響，從具體情況進行分析，一般來說，觀察等級的提高導致熱成像系統的視距的減少，另外，增大的探測概率則也導致熱成像系統的視距的減小，這里分析的結果與2001年的NVTherm模型的分析結果的變化趨勢具有一致性，同時，經過對于實驗數據的對比，此視距模型也較為接近實驗數據，這樣就能夠說明本文所提出的MRTD模型預測值的合理性，在實際的應用過程中，能夠合理選擇并應用此視距模型。

3 結語

在使用MRTD模型過程中，為了使得估算結果更加接近實測值，應該盡可能多的綜合考慮相關的背景的輻射特性、輻射特性以及目標尺寸的影響，還應該了解相關的人眼視覺系統的感知特性等，這樣就能使得紅外熱成像系統的作用距離的估算問題能夠有效的解決。

參考文獻

[1] 邵曉鵬，張建奇，楊威.熱成像系統作用距離計算[A].昆明，1999

[2] 肖甫，吳慧中，肖亮，等.地面坦克目標紅外熱成像物理模型研究[J].系統仿真學報，2005，17（11）.

[3] 李凡，劉上乾，張峰，等.點源目標的紅外搜索與跟蹤系統的作用距離估算[J].紅外技術，2008（9）.endprint

摘 要：本文對于紅外熱成像系統對海空目標跟蹤距離進行研究，提出了相關的修正的MRTD視距估算模型，通過驗證，本模型考慮了目標的尺寸和探測概率對視距的影響，具有一定的可行性。

關鍵詞：目標跟蹤距離 紅外熱成像系統 MRTD模型

中圖分類號：TN212 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0014-01

分析熱成像系統視距，其外在影響因素則是大氣條件、目標輻射特性，其內外因素則是熱成像系統本身的性能。目前，在軍事領域中，熱成像系統應用領域極為廣泛，其中，熱成像系統的重要戰術指標之一就是視距，盡可能大的視距都在熱成像設計中提出。所以，應該進行良好預測熱成像系統的視距，這樣能夠避免與熱成像系統作用距離的實測誤差，能夠降低生產成本，提高系統設計水平[1～2]。在已知的熱成像系統的基本性能基礎上，要想實現系統視距估算，通過相關仿真和理論分析，能夠對于各種觀測條件下的熱成像系統的視距進行估算。為更好能夠對于點輻射源目標和擴展源目標的視距進行有效的估算，本文提出的熱成像系統靜態性能的MRTD模型。

1 分析觀察等級和探測概率對目標探測的影響

在軍事方面的探測目標過程中，知道目標的方位還遠遠不夠，還應該對于目標的類型和型號等進行更為詳細的掌握。所以，紅外熱成像系統的目標探測還應該考慮目標的大小和形狀對探測距離的影響[2]。這里提出的Johnson準則，一般為國際上公認的方法，實際中存在的目標通過把目標分成若干對等效條帶圖案而進行有效的等效條帶表示。相同的總寬度與目標臨界尺寸，一組黑白間隔相等的條帶狀圖案則表示目標的等效條帶圖案，另外，實際目標的溫差，也用于目標相同的線條圖案來代替。其中，“周/臨界尺寸”能夠表示響應的目標臨界尺寸中所包含的可分辨的條帶數。通過Johnson準則，能夠對于目標的探測和識別的預測進行有效的處理。這里所謂的觀察等級，則是在考慮結合人眼視覺的基礎上，結合紅外熱成像系統的性能的一種評價方法。在Johnson準則中，目標的不同的等效條帶對數代表不同的觀察等級。等級的劃分往往是通過視覺心理實驗來進行完成，相關的大量的分析和視覺試驗工作都已經完成，公認的比較適用的就是上述指出的Johnson準則，能夠把紅外熱成像系統對目標的識別能力通過目標等效條帶圖案方式進行表達，發現、定向、識別和辨別4個等級則是人眼觀察的等級劃分，這就是所謂的Johnson準則。

2 關于紅外熱成像系統的視距估算模型探討

紅外熱成像系統的最大作用距離對于熱成像系統的設計非常重要，另外，這也是紅外熱成像系統性能的一個重要指標。在熱成像系統中，根據輻射源的成像大小，點源和擴展源兩種則是其兩種分類方法。點源顧名思義就是忽略不計目標的物理尺寸，而目標看作為一個點的輻射源。但是，需要注意，在實際中并不存在點源。只有充分考慮到了輻射源相對于觀測儀器所張的立體角度，而不僅僅是輻射源的真實物理尺寸，這樣才能判斷能否應用為點源。例如，觀測對象為地面非常遙遠的一顆星體，觀察者的真實物理尺寸盡管很大，但是，相比于觀測儀器的張角，則可以忽略不計，這樣，就可以認為觀測者為一點源。另外，在不同的觀測場合，盡管對于同一個目標，也可能為點源，可也能為擴展源。例如，這里按照噴氣式飛機的尾噴口為例進行說明，擴展源則是在5 m處觀測的情況下較為合理，而點源處理則是在2 km以外處觀測較為合理。

總體上說，光學系統一般都在熱成像系統中具備，要能夠正確判斷目標是點源還是擴展源，應該充分考慮的則是目標在探測器中所成像的尺寸以及探測器的尺寸的關系，點源的情況則是在像的尺寸比探測器尺寸小的情況下，反之，擴展源為輻射源就比較合理。

圖像細節的保持應該在探測目標過程中比較清晰，成像則是典型的特征，所以，點輻射源并沒有太大的實際意義。在對于軍事方面，特別是海空目標跟蹤的熱成像技術中，其發現、定向、識別和辨別的過程都是可以看作輻射源基本都是擴展源。所以，在這樣的情況下，應該充分考慮目標輻射的能量情況，還應該對于相關的輻射特性、人眼探測概率、幾何尺寸大小、形狀、觀察等級等方面的影響進行充分考慮，這樣才能得出比較合理的系統視距。這里提出的表征紅外熱成像系統靜態性能的MRTD模型，其中能夠一方面包括觀察者的主觀因素，另外，還具備相關的熱成像系統的性能和目標的輻射特性，能夠具備比較綜合的評價熱成像系統性能。

首先分析MRTD預測紅外熱成像系統視距，其基本原理如下，ΔT為背景的實際等效溫差，f則為目標的空間頻率，在相關的大氣衰減以后，熱成像系統對應頻率的MRTD應該小于或者等于紅外熱成像系統的溫差，同時，觀察等級所要求的最小視角則應該小于或等于輻射源對熱成像系統的張角，即：

式中，H為目標的高度。

為了對于典型掃描型紅外熱成像系統進行分析并驗證，利用MATLAB軟件進行模型的計算，通過計算不同條件下，包括不同的大氣氣象條件和探測概率，對于海空目標的發現、識別和辨別距離。此海空目標的尺寸則為5.25×2.7 m2，其中與背景之間的溫差是6.14 K。

通過計算結果分析可以知道，紅外熱成像系統作用距離能夠收到相關的探測概率和觀察等級的影響，從具體情況進行分析，一般來說，觀察等級的提高導致熱成像系統的視距的減少，另外，增大的探測概率則也導致熱成像系統的視距的減小，這里分析的結果與2001年的NVTherm模型的分析結果的變化趨勢具有一致性，同時，經過對于實驗數據的對比，此視距模型也較為接近實驗數據，這樣就能夠說明本文所提出的MRTD模型預測值的合理性，在實際的應用過程中，能夠合理選擇并應用此視距模型。

3 結語

在使用MRTD模型過程中，為了使得估算結果更加接近實測值，應該盡可能多的綜合考慮相關的背景的輻射特性、輻射特性以及目標尺寸的影響，還應該了解相關的人眼視覺系統的感知特性等，這樣就能使得紅外熱成像系統的作用距離的估算問題能夠有效的解決。

參考文獻

[1] 邵曉鵬，張建奇，楊威.熱成像系統作用距離計算[A].昆明，1999

[2] 肖甫，吳慧中，肖亮，等.地面坦克目標紅外熱成像物理模型研究[J].系統仿真學報，2005，17（11）.

[3] 李凡，劉上乾，張峰，等.點源目標的紅外搜索與跟蹤系統的作用距離估算[J].紅外技術，2008（9）.endprint