[发明专利]基于目标红外辐射光谱和带模式的被动测距方法

说明书

技术领域：

本发明涉及的是一种距离测量方法，具体的说是一种基于红外光谱遥测技术的高精度对空被动测距方法。

技术背景：

在上个世纪末，红外热点技术成功地运用于红外搜索与跟踪系统(Infrared Search & Track System，IRSTS)当中。由于红外传感系统不向空中辐射任何能量，只是通过接收目标辐射的热能对目标进行探测和跟踪，因而不易被侦察或定位，具有极大的抗干扰能力；加之IRSTS还具有测角精度高和一定的目标识别能力，因此，IRSTS作为一种重要的被动探测系统，得到了广泛的应用。相应地，可用于IRSTS的被动测距技术的研究也逐步深入。

目前较为可行的被动测距技术可分为三大类：几何测距法、图像分析法和基于大气传输特性的被动测距法。几何测距法通常需要多个站点之间相互配合，无论是静态三角测量方式还是动态三角测量方式，都依据目标相对于系统的方位角和俯仰角进行测量，计算目标距离、速度和位置，当系统和目标均运动时，计算变得异常复杂。图像分析法虽然只需要单个站点即可工作，但该方法由于需要预先得到被测目标的图像或大致几何尺寸或者地理背景信息，测量距离短。

基于大气传输特性的被动测距法是近几年逐渐兴起的测距技术，由W Jeffrey首先提出(见文献[1]：Jeffrey W，Draper J S，Gobel R.Monocular Passive Ranging[J].Proceedings of IRIS Meeting of specialty Group on Targets，Rackgrounds and Discrimination，1994，113-130.)，该方法的关键是能否准确找到不同波段在同一大气传播路径上的衰减特性。后经多年改进与发展，目前美国空军技术研究所已经研究“基于红外及可见波段氧气传输衰减的火箭羽流被动测距方法”(见文献[2]：Vincent R A，Hawks M.R..Passive Ranging of Dynamic Rocket Plumes using Infrared and Visible Oxygen Attenuation[C]，Proc.Of SPIE Acquisition，Tracking，Pointing，and Laser Systems Technologies XXV，2010(8052)：80520D-1.)以及“基于CO2红外吸收的被动测距方法”(见文献[3]：Macdonald D J.Passive Ranging Using Infrared Atmospheric Attenuation[J].Proc.Of SPIE Infrared Technology and Applications XXXVI，2010(7660)：766041.)，比较详细说明了O2、CO2的大气传输特性，并证明了762nm附近波段只有氧气吸收带，不受天气影响，其采用的逐线积分(Line-By-Line，LBL)方法，虽然可以给出精确地带平均吸收系数，但计算量过大，对系统资源占用过多，实时性差。

进入20世纪中叶，带模式方法逐渐发展起来。所谓“带模式”可以分为“规则带模式”(见文献[4，5]：Elsasser W M.Heat transfer by infrared radiation in the atmosphere[M].Harvard Meteorological Studies No.6.Harvard Univ.Press1942；Goody R M.Atmosphere Radiation：I Theoretical Basis[M].Oxford University Press，1964.)和“随机带模式”(见文献[6]：Malkmus W. Random Lorentz band model with exponential-tailed S-1line-intensity distribution function[J].JOSA，1967，57：323～329.)两类。其基本思想是，考虑大气气体吸收分子吸收带的“总体”吸收特征，而不着眼于一条具体的吸收谱线。为了求取一条吸收带的平均透过率，“规则带模式”假定：各吸收谱线是“规则”的，即强度和位置是“均匀”分布的。但是，目前发现，在实际的大气气体分子吸收带中，这种情况是很少出现的，另一方面，“随机带模式”则又两个基本假定：1)在一条吸收带中，各条吸收谱线的位置是随机的；2)各条谱线的强度按照某种规律分布。因此，可以用相对简单的统计表达式来描述气体的吸收特性，并可以有效的降低计算复杂度，提高计算实时性。