[实用新型]一种基于高速摆镜的红外面阵搜索跟踪系统

说明书

技术领域

本专利涉及被动光学扫描成像告警技术，特别涉及红外面阵搜索跟踪系统。

背景技术

随着精确制导导弹、炮弹等武器的大量使用，战场地面机动设备(指挥控制车、导弹发射车、坦克、装甲车)的防护已成为现代战争中必须考虑的关键问题之一。在各类告警技术中，雷达、激光等有源技术存在易被敌方察觉并打击的缺点，而红外告警作为一种无源技术，能够做到在发现敌人的同时隐蔽自己，在对付精确制导导弹、炮弹、鱼雷等武器方面具有不可替代的作用。

当前，红外搜索跟踪系统主要采用的是扫描成像的线阵列焦平面探测器，这种探测器的积分成像原理很适合于固定角速度的空域搜索工作模式。但是系统积分时间受扫描速率所限，通常花在每个像素的时间都在数十微秒量级。因此，输出的信号强度较弱，信噪比较低。

相比较线阵列器件而言，面阵列焦平面器件具备以下三大优势：首先，面阵列焦平面器件积分时间更长，达到1～1000ms的数量级，从而使得面阵列焦平面器件具备更高的热灵敏度，更长的成像积分时间，更有利于系统信噪比及系统的极限作用距离两项核心指标的提升；其次，采用面阵列焦平面探测器的红外搜索跟踪系统工作帧频高，单位时间内获得的图像信息多，更适应高速和超高速武器系统图像信息获取的需求；再次，在分辨率相同的情况下，面阵列器件具备更高的搜索效率。因此，研究面阵列探测器在搜索跟踪系统中的应用技术，可大幅度的提高系统信噪比及搜索效率，进而延长系统的预警探测距离。

然而，假如仅仅只是将原有的线列探测器更换为面阵探测器，而仍沿用原系统搜索状态下的工作模式，转台周转时，场景相对于面阵探测器也在周转，在无任何补偿措施的情况下，场景图像无法在面阵列器件的积分时间内相对成像器件保持静止，所形成的搜索图像会存在严重的“拖尾”，使得系统无法对告警目标进行精确定位。

发明内容

本专利的目的在于设计出一套通用的、适合于实际作战环境的基于面阵探测器的红外搜索跟踪系统。系统同时具有目标告警与目标跟踪的功能，同时具有清晰的成像效果、更低的虚警率以及更远的探测距离。

一种基于高速摆镜的红外面阵搜索跟踪系统，包括：红外头部、方位转台、基座以及伺服控制组件和信息处理组件，其特征在于：所述的红外头部与伺服控制组件、信息处理组件安装在方位转台上，方位转台安装在作为系统支架的基座上；外部辐射经高速摆镜组件以平行光的形式反射到光学系统，光学系统将红外辐射汇聚到红外面阵探测器，面阵探测器将光学信号转变为电信号，并输入到信息处理组件，信息处理组件对目标信息进行分析和识别，伺服控制组件根据信息处理组件提供的目标告警信息分别控制高速摆镜组件和方位转台，使系统工作在搜索或者跟踪模式下。所述的信息处理组件包括数据采集模块、信号处理模块和主控及显示模块；所述数据采集模块将电信号转变为数字信号；所述信号处理模块处理所述数字信号，得到目标告警信息；主控及显示模块将目标告警信息上报和显示，形成指令，并输出到伺服控制组件，所述数据采集模块安装于红外头部。

进一步，所述的红外头部以来自物方光束经过先后为序，依次由高速摆镜组件、光学系统以及红外面阵探测器构成，所述的光学系统包括第一透镜组、45°反射镜和第二透镜组；所述高速摆镜组件包括平面反射镜、音圈电机、U型支架、反射镜轴系、高精度光栅尺和机械限位装置，采用音圈电机驱动反射镜，采用高精度光栅尺测量反射镜转角，对反射镜驱动形成闭环控制，同时设计机械限位装置对反射镜限位。

进一步，所述方位转台包括方位电机、光栅编码器和导流环以及方位转台轴系，方位电机采用圆环形的永磁交流伺服电机，光栅编码器采用中空结构的绝对式编码器，导流环采用精密导电滑环，方位轴系主轴承采用交叉滚子轴承，方位轴系副轴承采用圆柱滚子轴承。

本专利提供的一种基于高速摆镜的红外面阵搜索跟踪系统的搜索跟踪方法，通过采用红外面阵探测器配合高速摆镜实现告警系统的全方位搜索与跟踪，方法步骤如下：

步骤一、红外头部随方位转台快速扫描，高速摆镜组件同步进行“像移补偿”，控制方法上保证反射镜转动方向与方位转台旋转方向相反，反射镜转动角速度为方位转台转动角速度的一半，反射镜转动角范围为光学视场的一半，实现探测器积分时间内采集的空域不变，面阵探测器探测到的信息经导流环输出到信息处理组件，系统工作在搜索模式下；

步骤二、信息处理组件对上述信息进行处理，如果认为搜索到目标，系统进入跟踪模式，方位转台快速旋转至目标所在方位角，同时控制高速摆镜组件进行精跟踪；如果认为没有搜索到目标，则系统继续工作在搜索模式下。