CN108181666A - 一种广域覆盖窄域多点重点侦察检测技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种广域覆盖窄域多点重点侦察检测技术。本发明采用“短相干基线透镜对全视场波导阵列”信号采集实现“广域低分辨率”覆盖搜索功能，采用“全相干基线透镜对局域小视场波导阵列”信号采集实现“窄域高分辨率”多点重点侦察检测功能。该检测技术无运动部件，低功耗、在一定广域范围内进行多目标同时重点监测、跟踪、定位与识别，可广泛用于高空飞行器对地表或者空中运动目标的探测和识别领域。

Description

一种广域覆盖窄域多点重点侦察检测技术
技术领域
本发明属于光电探测领域，特别是高空飞行器对地面目标的探测和识别领域，模拟“鹰眼”搜索目标和识别目标行为的功能，实现新型广域覆盖窄域多点重点侦察检测技术。
背景技术
美国国防高级研究项目署(DARPA)在1996年起以卡内基梅隆大学为首联合美国十几所高等院校和研究机构参与了仿鹰眼视频监控重大项目VSAM(Video Surveillance andMonitoring)和VACE(Video Analysi and Content Extraction)。VASM项目主要关注于高空飞行器对地面目标的探测和识别问题，模拟鹰眼的搜索目标和理解目标行为的功能。VSAM可将目标跟踪定位结果可视化。VACE项目可根据目标运动轨迹预测目标运行方向，从而分析目标的威胁程度。
以色列的Fayman则针对目标和传感器在相对位置变化而导致目标尺度变化，目标信息量变化的问题，提出了一种变焦控制的主动跟踪方法——变焦跟踪。
相似的，英国的Ben Tordoff和David Murray则提出变焦控制的反应控制方法，模仿了鹰眼高空中看清目标的功能。反应控制方法运用中心投影法，自适应缩放保留目标深度与场景深度比，并根据自适应缩放所引起的深度运动补偿得到不需要自动校正的仿射投影方法，使得方法具有了旋转不变性。
日本东京工业大学则根据鹰眼的生理结构设计了一个广域跟踪***。根据鹰眼利用双目视觉搜索目标，单目视觉观察目标的原理，设计了具有三个探测器的云台控制平台，模拟鹰观察目标时头部的运动，三个探测器分别为一个长焦相机和两个普通相机组成，其中使用长焦相机模拟鹰眼的单目视觉，对目标产生高分辨率的视场，两个普通相机则组成广域视角，模仿鹰眼的双目视觉搜索目标，为长焦相机提供目标位置。该方法由于探测器数目的原因，此方法比较适合安防领域的目标探测。
广泛应用的“鹰眼”***多采用传统光学变焦***，或者多镜头组合的方式。随着微纳光学、相干光学以及计算机科学的发展，新型的光学探测手段开始得到发展，本发明在集成光学相干光学基础上提出的一种类“鹰眼”工作模式的广域覆盖窄域多点重点侦察检测技术。
该检测技术具有无运动部件、分模式工作功耗低的优点，随着技术的进一步成熟，有望广泛应用于运动目标光电检测，以及微纳卫星领域。
发明内容
本发明公开一种新型广域覆盖窄域多点重点侦察检测技术。
该检测技术是基于一种新型光电探测***实现的。该光电探测***的工作原理是根据Van Cittert-Zernike定理，利用集成光学的数千个透镜对和正交耦合器进行不同空间频率下的复相干系数的探测，进而通过逆傅里叶变换得到物的成像图像。基于此原理，该***的透镜对对应工作基线长度决定***的分辨率，透镜直径和波导阵列大小决定工作视场大小。因此，通过选择使用工作基线和光波导阵列可以实现不同视场和不同分辨率的工作模式。
基于集成光学和相干光学的广域覆盖窄域多点重点侦察检测技术示意图如图1所示。A101为广域覆盖窄域多点重点侦察检测***的正式图，A102为***其中一个旋臂侧视图，其中包括透镜对和光波导相干阵列，其中透镜对关于旋臂中线对称的透镜为一对，中间区域的透镜对组成的较短相干基线记为BS，在检测***中个旋臂的短基线透镜对形成环带，边缘的透镜对组成的较长相干基线记为BL。A107为***中四正交平衡探测器。目标光束经透镜汇聚被光波导阵列接收，成对透镜的同一视场点的光波导耦合相干得到相干条纹的振幅和相位差。广域低分辨率工作模式下，检测***中间环带短相干基线透镜对对应的全光波导阵列(A103)工作，长相干基线透镜对对应的光波导阵列(A104)不工作，全波导阵列工作可以覆盖广域，工作相干基线短，***空间分辨率相对低。窄域高分辨率工作模式下，检测***全相干基线(包括长相干基线、短相干基线)透镜对对应的局部光波导阵列(A105和A106)随运动目标(C101)在视场运动的位置依次工作，其他区域的光波导阵列不工作，局部波导阵列工作覆盖窄域，工作相干基线长短全面，***空间分辨率相对高。
广域覆盖窄域多点重点侦察检测技术实现方法如下：
1，广域低分辨率工作模式下，集成光学和相干成像***短相干基线透镜对对应的全光波导阵列(如图1，中间环带A103)工作，长相干基线透镜对对应的光波导阵列(如图1，A104)不工作。
2，窄域高分辨率工作模式下，集成光学和相干成像***全相干基线(包括长相干基线、短相干基线)透镜对对应的局部光波导阵列(如图1，A105和A106)随运动目标(如图1，C101)在视场运动的位置依次工作，其他区域的光波导阵列不工作。
上述两种工作模式下，均仅部分光波导阵列工作，因此，采集数据量和运行功耗都相对比较低。
附图说明
图1是基于集成光学和相干光学广域覆盖窄域多点重点侦察检测***示意图。
图2是新型广域覆盖窄域多点重点侦察检测***的成像效果图。
具体实施方式
基于集成相干技术成像***图如图1所示。根据应用需求设计***参数如下表所示。另外，可以增大每个透镜后的光波导阵列规模来增大工作视场。
表1：集成相干技术成像***参数
波段 2.5-4.5um
旋臂数 39
透镜直径 4.01mm
每臂透镜对数 30
每透镜后的光波导列阵规模 10×10
光电转换器件数量 468000元
该***工作于广域覆盖窄域多点重点侦察检测模式下的***参数如下表所示。
表2：工作模式参数
名称 大视场 小视场
视场 1度×1度 0.3度×0.3度
分辨率 60角秒 3角秒
工作最长基线 0.061m 0.241m
工作光波导阵列规模 10×10 2×2
工作基线数 10 30
总工作光电转换器件数量 156000元(总数量的33％) 18720元(总数量的4％)
对该***的工作性能进行仿真如图2所示，D101为大视场低分辨率下的成像效果，D111、D112和D113为小视场高分辨率下的效果图，相对于D101成像分辨率高，可以看清目标细节。
在大视场广域探索模式下，***工作的功耗仅为峰值功耗的33％，在小视场高分辨侦察模式下，***工作的功耗仅为峰值功耗的4％。
另外，该***工作过程中，没有运动部件，仅通过开启关注区域的波导阵列，完成运动目标的跟踪。

Claims (1)

1.一种广域覆盖窄域多点重点侦察检测技术，其特征在于方法如下：
1)广域低分辨率工作模式下，集成光学和相干成像***短相干基线透镜对对应的全光波导阵列工作，长相干基线透镜对对应的光波导阵列不工作；
2)窄域高分辨率工作模式下，集成光学和相干成像***全相干基线，包括长相干基线、短相干基线全透镜对对应的局部光波导阵列开启工作，且随运动目标在视场运动的位置依次工作，其他区域的光波导阵列不工作。
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