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空间面阵凝视型探测系统高灵敏度探测方法研究

苏晓锋  
【摘要】:进行空间凝视成像探测可以实现对目标的长时凝视跟踪观测,对于危险目标的及时探测和预报具有重要的意义。本文从天基红外面阵探测系统的应用出发,结合点目标的成像特性,对相机的高灵敏度目标探测应用展开研究。由于红外弱小目标在探测器像面上的成像信号与背景的对比度小,容易受噪声的干扰,本文深入分析了整个凝视成像系统的噪声特性,给出不同噪声在多帧累加中的影响。并从信噪比的角度出发进一步分析了噪声在不同探测器增益下的变化关系,给出了不同探测器增益对为提高点目标的探测灵敏度影响,为不同增益的高灵敏度目标探测应用提供理论基础。考虑目标在像面上的能量分布和运动特性对目标的检测和定位的影响,本文对同步轨道的凝视相机的点目标成像过程进行建模,深入分析了点目标在像面上运动过程中,其存在的跨像元特性对目能量起伏的影响,特别是目标的定位精度的影响;并进一步从探测器的角度出发,分析探测器在不同填充因子下对目标成像特性的影响。由于影响弱小目标探测最主要的因素为目标在像面上的成像信噪比,本文从点目标的概率模型出发,给出了为实现稳定目标检测对系统信噪比的要求,进一步分析探测器非均匀性和盲元对目标探测灵敏度的影响。并从点目标的成像特性出发提出基于能量集中的目标点目标检测算法。最后从提高目标探测灵敏的角度出发,进行了盲元规避的数字TDI的方法研究;并根据系统的噪声特性,分析多帧累加技术在提高系统信噪比方面的能力,结合探测器开窗具有高帧频的特性,提出基于探测器局部开窗技术的点目标实时探测跟踪的方法,并对其在信噪比和点目标定位精度方面的作用进行分析。为验证多帧累加在天基小口径弱小目标探测方面的性能提升,本文设计了一套相应的地面成像系统,建立了同步轨道180mm口径红外相机在短波探测波段内对大气层上空10000W/Sr点目标进行探测的地面等效模型,给出了测试结果;最后对局部开窗的实时点目标探测和跟踪进行了实验验证。本文通过充分分析凝视成像系统的点目标成像特性,明确点目标探测中的影响因素,为进行高灵敏度的点目标探测提供理论和实验参考。


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