[发明专利]基于光谱数据和红外温度数据融合的尾迹识别方法

说明书

本发明属于水下目标探测技术领域，公开了一种基于光谱数据和红外温度数据融合的尾迹识别方法，其包括如下步骤：基于已采集的尾迹红外温度数据样本，用红外热像仪获得的基于时间序列的红外图像提取尾迹目标温度数据，得到尾迹红外位置信息数据；基于已采集的尾迹光谱数据样本，用光谱仪采集的光谱数据进行处理，得到尾迹光谱位置信息数据；将尾迹红外位置信息数据与尾迹光谱位置信息数据进行余弦相似度计算；若计算得到的匹配度值大于或等于预设匹配度阈值，表明面向尾迹识别的光谱数据处理方法以及红外图像处理方法融合效果达到最优；否则不断地调节参数，直到二者融合效果达到最优，最后对目标尾迹识别。本发明利于提高水下目标探测的探测精度。

技术领域

本发明属于水下目标探测技术领域，特别涉及一种基于光谱数据和红外温度数据融合的尾迹识别方法。

背景技术

水下目标探测根据其检测的信号源可以分为两类：直接探测和间接探测。声呐探测一直以来是最有效的直接探测手段，但随着水下目标降噪技术的不断发展，极大地增加了声纳探测的难度。非声探测手段应运而生，这种方法使用灵活，拥有与航空载机平台性能相关的动态探测能力，因而具有广阔的应用前景。非声的直接探测手段主要是通过检测水下目标本身的红外特征、光学特征、雷达特征和磁场特征，探测发现水下目标，利用红外成像技术进行尾流探测，已成为世界上重点发展的一项侦察技术。

水下目标高温冷却水排放入海使航行区域呈现“热尾流”特性，热尾流成为暴露水下目标位置、航向等重要信息的重要因素。目前红外探测系统的最低温度分辨率可以达到0.001℃，足以探测到海面异常的温度，获取或判断导航信息，识别水下目标的位置、速度和方向。

水下目标冷却水的排放使周围海水迅速升温，由于温度升高，密度相对减小，在扩散的过程中会逐渐向上浮升。若距离较近，会随时间浮升到自由水表面，由于海面恢复到原态需要较长时间，因此，水下目标运动过的海域由于热尾迹的存在会在海表面形成热尾迹。当热尾迹浮升不受任何抑制时，海表会形成大面积热尾迹，其特征原则上会被探测到。通过利用热尾迹目标和海洋背景的温差，可以实现水下航行器的红外探测。

水下目标运动过程中，海水冷却核装置排放出大量的温热尾迹，这些轨迹的特征与海水的性质相关。水下目标扰动温度密度分层，海水浮升形成冷尾迹温差信号，与温度密度均匀海水相比，海表温变区域显著增大、尾迹温差由6.13mK增大到 84 mK，可以通过海表上游冷尾迹特征判断是否存在水下目标。红外图像是通过“测量”物体向外辐射的热量而获得的，虽然可以探测到海洋背景与尾迹的温度差异，但是具有分辨率差、信噪比低、视觉效果模糊等缺点，因而，影响了水下目标尾迹的探测效率以及识别精度。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于光谱数据和红外温度数据融合的尾迹识别方法，在利用红外数据识别尾流的基础上同时综合了光谱数据，通过对光谱数据以及红外温度数据的处理与对比，利于提高水下目标的探测与识别准确度。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

基于光谱数据和红外温度数据融合的尾迹识别方法，包括如下步骤：

步骤1. 基于已采集的尾迹红外温度数据样本，用红外热像仪获得的基于时间序列的原始红外图像提取尾迹目标温度数据，进一步得到尾迹红外位置信息数据；

步骤2. 基于已采集的尾迹光谱数据样本，用光谱仪采集的光谱数据进行处理，得到尾迹光谱位置信息数据；

步骤3. 将步骤1得到的尾迹红外位置信息数据与步骤2得到的尾迹光谱位置信息数据进行余弦相似度计算，进而得到它们之间的匹配度；

判断步骤3得到的匹配度值与预设匹配度阈值的大小关系，若该匹配度值小于预设匹配度阈值，则转到步骤4；若该匹配度值大于或等于预设匹配度阈值，则转到步骤5；

步骤4. 比较尾迹红外位置信息数据与尾迹光谱位置信息数据的数量；