CN114631000A - 双模式半主动激光导引头和成像*** - Google Patents
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Abstract
一种双模式半主动激光导引头和成像***的***和方法,使用脉冲检测和角度确定,应用于四边检测器以正确识别正确的指定点。角度性能由成像***的视野来驱动。成像***分辨率为制导提供所需的角度精度,如脉冲检测孔所提示。成像***消除了在撞击前指定的需要,从而消除了对指定标的反击的暴露。在撞击之前消除指定也为单个指定标快速交战多个目标提供了机会。
Description
技术领域
本发明涉及目标跟踪,并且更具体地涉及双模式半主动激光导引头和成像***的使用。
背景技术
制导弹药、飞弹或射弹通常使用指定标(designators)来将弹药制导至目标的至少一部分。当前的指定标***要求指定标保持在目标上,直到飞弹击中。这使指定目标的***面临被发现和反击的风险。它还限制了指定***快速与多个目标交战的能力。
当前方法的另一个缺点涉及捷联(strap down)传感器。捷联导引头的瞄准线相对于射弹的轴线保持固定。与非捷联***(例如安装在万向节(gimbal)上的传感器)不同,传感器的角度测量精度由像素数和***所需的视野驱动。如果由于目标位置的不确定性或与目标的大前导角以进行截取,采集需要大视野,则需要更大数量的像素才能在距目标角度和/或角速率的测量中达到所需的精度。每个像素都需要高带宽脉冲检测处理,以便正确感知、识别和测量目标能量的扩散,从而建立距目标角度。
发明内容
因此,本发明的目的是克服与传统目标跟踪***相关的上述缺点和缺陷。
本发明的一个形态是一种双模式目标跟踪***,包括:飞弹,其包括多个翼,其中每个翼具有孔,孔配置为收集光并识别来自指定标的脉冲,该光用于基于在多个该孔中收集的该光的相对权重确定距目标角度;多个该翼中的至少一个具有配置为收集场景的高分辨率图像的成像器;以及机载处理器,其配置为:检测该指定标;基于脉冲代码在后续脉冲的预期到达时间附近设置时间门;并且触发该成像器以快速序列收集至少两个图像:第一或脉冲图像,其具有短积分时间以捕捉相对于背景的指定标脉冲;第二或目标图像,其具有较长积分时间以捕获特征和目标检测,该图像序列将该指定标脉冲与该目标图像对准。
在一个示例中,当前方法使用最少数量的像素用于脉冲识别并且指向高密度成像阵列以建立距目标角度。
该***的一个实施例是,其中,使用一个或多个机载惯性传感器来补偿在指定标帧与一个或多个场景帧之间的场景定向的变化。
该***的另一个实施例是,其中,多个该孔是四个。
该***的又一个实施例是,其中,该短积分时间设置为100纳秒,5x 20纳秒的该指定标脉冲宽度,以确保该短指定标脉冲不会因累积的背景而对散粒噪声损失。
该***的又一个实施例是,在该第一图像之后立即收集该较长积分时间,并且基于自动增益控制处理来设置此图像的该积分时间,该自动增益控制处理确保该成像器不会由于环境光照条件而饱和。最长积分时间受脉冲重复频率的限制,脉冲重复频率通常为20Hz。
本发明的另一形态是一种用于双模式目标跟踪的方法,包括:设置飞弹,其包括多个翼,其中每个翼具有孔;收集光以基于在多个该孔中收集的该光的相对权重来确定距目标角度;通过指定标来识别脉冲;在翼上设置至少一个成像器,该成像器配置为收集场景的高分辨率图像;并且设置机载处理器,其配置为:检测该指定标;基于脉冲代码在后续脉冲的预期到达时间附近设置时间门;并且触发该成像器以快速序列收集至少两个图像:第一或脉冲图像,其具有短积分时间以捕捉相对于背景的指定标脉冲;第二或目标图像,其具有较长积分时间以捕获特征和目标检测,该图像序列将该指定标脉冲与该目标图像对准。
该方法的一个实施例是,其中,使用一个或多个机载惯性传感器来补偿在指定标帧与一个或多个场景帧之间的场景定向的变化。
该方法的另一个实施例是,其中,多个该孔是
该***的又一个实施例是,其中,该短积分时间设置为100纳秒,5x 20纳秒的该指定标脉冲宽度,以确保该短指定标脉冲不会因累积的背景而对散粒噪声损失。
该方法的又一个实施例是,在该第一图像之后立即收集该较长积分时间,并且基于自动增益控制处理来设置此图像的该积分时间,该自动增益控制处理确保该成像器不会由于环境光照条件而饱和。最长积分时间受脉冲重复频率的限制,脉冲重复频率通常为20Hz。
本发明的这些方面并不意味着排它性的,并且当结合以下说明书、所附权利要求书、和附图阅读时,本发明的其它特征、方面和优点对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
附图说明
本发明的前述和其它目的、特征和优点将从以下对本发明的特定实施例的描述中变得明显,如附图中所示,其中相同的附图标记在不同视图中指代相同的部分。附图不一定按比例绘制,而是强调说明本发明的原理。
图1示出了根据本发明的原理的双模式半主动激光导引头和成像***的一个实施例的截面图。
图2示出了根据本发明的原理的位于中体的双模式半主动激光导引头和成像***的一个实施例的局部侧视图。
图3示出了根据本发明的原理的位于中体的双模式半主动激光导引头和成像***的另一个实施例的局部侧视图。
图4示出了根据本发明的原理的位于中体的双模式半主动激光导引头和成像***的一个实施例的局部侧视图。
图5是由根据本发明的原理的双模式半主动激光导引头和成像***的一个实施例捕获的场景图像的图解表示。
图6A和图6B分别是根据本发明的原理的脉冲图像和目标图像的图解表示。
图7是本发明方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
半主动激光导引头通常需要指定标来保持对目标的瞄准,直到飞弹与目标接触。这使得指定***在整个交战过程中容易受到反击。使用对所使用的激光频率敏感的相机可以很容易地检测到指定的位置。因为指定标常用的波长是众所周知的,所以这种相机很容易设计。
在本发明的一个实施例中,一种双模式导引头和成像***采用成像阵列来检测指定点并对周围场景进行成像。在该***的某些实施例中,通过指定标将武器指向特定目标的方法允许在指定标激活时飞弹识别目标,然后在指定标被移除后跟踪目标以进行拦截。这种方案的一个考虑因素是在其它指定标和/或对策中正确识别指定标。在某些实施例中,飞弹是武器、射弹、导弹、子弹、弹药、制导武器等。
该方法利用应用于四边检测器等的用于脉冲检测和角度确定的技术,以便恰当地识别正确的指定标点。角度性能通常不受制导要求的支配,它通常由成像***的视野来驱动。成像***分辨率提供了脉冲检测孔所指向的制导所需的角度精度。本发明的双模式导引头和成像***消除了在撞击之前指定的需要,因此消除了暴露于针对指定标的反击。在撞击之前消除指定也为通过单个指定标快速交战多个目标提供了机会。
在一个实施例中,时间脉冲识别确保飞弹被指向到感兴趣的目标。脉冲识别处理是在军队内部建立的,半主动激光指定标导引头采用这些经过验证的技术。在多个武器***在视野中指定单个目标的情况下,正确选择指定标很重要。它还确保飞弹不会被反制措施所愚弄。在某些实施例中,脉冲序列被键控(keyed)到特定的脉冲重复频率和/或随时间变化的脉冲周期。对确保飞弹跟踪正确目标所需的时间有严格的要求。由于指定标脉冲的脉冲宽度,探测器上脉冲的时间响应必须以不小于约10MHz的频率进行采样。在某些实施例中,然后使用样本脉冲形状来确定在多个返回中哪个是正确的脉冲。通常,这种类型的处理应用于低像素数阵列,该低像素数阵列将此脉冲检测与质心(centroid)计算相结合,以确定目标的角度和角速率。
在一个实施例中,成像阵列被设计为识别特定指定标脉冲代码并且对场景成像。在某些情况下,成像阵列需要设置两种操作模式的双ROIC(读出积分电路):时间脉冲识别和图像生成。由于形成相应图像所需的像素密度,采样率和随后的脉冲处理对ROIC设计和处理电子器件提出了很高的要求。在一个示例中,使用了对激光指定标敏感的成像阵列,但是确保选择了适当指定标所需的处理可能是广泛的。
廉价的半主动激光导引头的典型方法是使用四单元(quad-cell)阵列。四单元具有脉冲识别所需的时间响应,并根据来自四个像素中的每一个的响应的权重来提供距目标角度信息。阵列上的强度分布具有独特的角度依赖性。但是,将检测器限制为四个像素会限制视野,因为角度精度取决于检测器的瞬时视野(IFOV)和检测器从场景背景收集的光量。增加IFOV会增加观察到的背景,这会增加散粒噪声,从而降低SNR并增加角度噪声。为了满足视野和范围要求,四单元阵列通常安装在万向节上。或者,通过添加更多像素来降低IFOV,从而导致额外的处理负载和成本。如果不添加额外的像素,角度噪声是质心误差和散粒噪声引入的时间误差的组合,可以驱动角度报告误差超过制导要求。
本发明的一个实施例结合了四单元的简单性和成像器的密度。四像素阵列用于感测脉冲序列。处理四个像素以确定距目标的粗略方向。然后将具有较窄视野的图像定向,以便可以观察到目标。用于检测指定标的时间处理基于为交战选择的脉冲代码而在后续脉冲的预期到达时间附近设置门。此门用于触发成像器开始以快速序列收集两个图像。理想情况下,将短积分时间设置为与分类的门周期相匹配。
第一图像使用短积分时间以便针对背景最佳地捕获短指定标脉冲。如本文所使用的,短积分时间的大小设置为包含可能是10x其标称宽度的20纳秒指定标脉冲。这消除了由于累积的背景而导致的短指定标脉冲返回对散粒噪声的损失。在第一图像之后立即收集具有较长积分时间的第二图像。该图像的积分时间针对特征和目标检测进行了优化。最佳的积分时间是基于自动增益控制处理而设置的,自动增益控制处理确保成像器不会由于环境光照条件而饱和。图像捕获的最大积分周期由脉冲重复频率决定,通常为20Hz。捕获图像的快速序列以确保指定标脉冲与图像对准,因为两个帧共享相同的孔和检测器。可以使用机载惯性传感器等来补偿指定标帧与场景帧之间的场景定向的变化。因为使用相同的阵列来收集脉冲返回和图像,所以这两个图像本质上是对准的。
在一个实施例中,图像的快速序列使得理想地脉冲图像被捕获到一组井(wells)(电容器)中并且场景图像被捕获到第二组井中。这是尽可能快地完成,然后以更悠闲的速度读出。拥有两组井消除了在收集图像帧之前等待读取脉冲检测帧的需要。
在一个实施例中,成像器的尺寸与光纤锥体(taper)的输出尺寸相匹配。通过压缩一组光纤的一端形成光纤锥体。这会导致锥体窄端上的图像输入在锥体较大端处扩展。图像阵列的尺寸通常受到锥体扩展图像以匹配成像器尺寸和成像器像素的物理尺寸的能力的限制。在一个实施例中,使用320×320像素的阵列。
场景图像捕获积分时间的长度将理想地设置为尽可能长。理想情况下,这将基于自动增益控制回路,确保图像在正午时不会饱和,但积分时间在低光照(夜间)操作时最大化。另一个可能的限制是长积分时间会引入额外的拖尾(smear)。例如,最大积分时间可能受制于由飞弹动态引入的图像运动的量。
参考图1,示出了根据本发明的原理的双模式半主动激光导引头和成像***的一个实施例的截面图。更具体地,飞弹1具有翼3并且翼3优选地在发射后展开,以保护翼前缘上的任何传感器免受相邻火箭排气的影响。在一些实施例中有两个翼,在一些实施例中有三个或四个(如图1所示)。在该实施例中,至少一些翼具有孔5以用于指定标脉冲识别。在一种情况下,每个孔与一个像素相关联,因此通过组合来自四个翼的单个像素的输出来近似一个四单元。孔5被设计成使得从光源收集的光随着孔上的入射角而变化。孔5通常被指向使得它们的视轴分布在圆形图案上,该圆形图案的半径具有所需视野的半径的一半。来自分布在四个翼3中的四个孔5中收集的光的信息将用于使用基于在这些孔中收集的光的相对权重的方法来确定距目标角度。这些翼3中的一个或多个还可以承载另一个翼孔,也称为成像器7,用于收集场景的高分辨率图像数据。在某些实施例中,脉冲检测传感器的孔尺寸是在提高检测范围的大孔与使空气动力阻力最小化的小孔之间的折衷。孔不必是圆形的,因此它可以很长以与翼的几何形状相吻合,从而实现最大的范围性能。对于通常保持对称性的四单元实现而言,情况并非如此。
在一个示例中,孔包括针对指定标波长优化的带通滤光片。一种典型的波长是1064纳米。还使用了1400到1600纳米之间的其它波长。
参考图2,示出了根据本发明的原理的位于中体的双模式半主动激光导引头和成像***的一个实施例的局部侧视图。示出了孔5以及附加的翼孔7。更具体地说,飞弹1的每个翼都有襟副翼9,襟副翼9可以独立设置,以控制飞弹的滚动方向以及飞弹的迎角,从而控制飞弹瞄准目标拦截。
参考图3,示出了根据本发明的原理的位于中体的双模式半主动激光导引头和成像***的另一个实施例的局部侧视图。更具体地说,在某些情况下,根据射弹动力学和交战情况,可能需要额外的相机11或多个相机,以便由于在制导飞行下的攻击角度变化而被飞弹主体1遮挡而保持锁定在目标上。或者,附加相机11可以对不同的波段敏感。例如,一个孔7可以使用对SWIR波段敏感的相机,以便在能见度较低的情况下优化白天的性能,而第二个孔11可以使用对LWIR波段敏感的相机用于夜间操作。
这里描述的一个示例特定于在中体制导部分上的实施,其中多个传感器附接到能展开的翼。因此,每个翼都与主体内的至少一个单独的检测器连接,当它们组合时,有效地作为四单元。孔上接收到的信号的相对幅度用于确定距目标的粗略角度,用于定向飞弹以确保成像孔能观察到脉冲。在这种布置中,传感器孔受到保护以免受存储和处理环境以及邻近的火箭弹的影响。安装在翼上可避免从主体额外弹出,这会增加阻力并降低***的空气动力学性能。
根据本发明的原理,由半主动激光(SAL)导引头指向成像***。成像***使用时间门捕获短积分图像,这是用于指定标检测的识别处理的一部分。紧随其后的是用于场景捕捉的长时间积分。在某些情况下,该***在翼上带有孔。捕获的光被传递到装有相机和一个或多个SAL探测器的中体。以这种方式传递图像避免了从主体额外弹出的需要,并将一个或多个检测器与由于空气动力加热引起的热环境隔离。
参考图4,示出了根据本发明的原理的位于中体的双模式半主动激光导引头和成像***的一个实施例的局部侧视图。更具体地,该图进一步示出了翼3和飞弹主体1内部的部件。在一个实施例中,相机孔7由将场景聚焦到光纤电缆21的表面的透镜组成。该光纤电缆21可以是诸如用于医学成像的类型,由一束离散的纤维组成,这些纤维的相对位置在电缆的输入和输出处对准。这允许聚焦图像通过灵活的接口从翼3到焦平面25的高保真传输。虽然可以调整电缆的尺寸以匹配焦平面尺寸,但另一种方法是使用光纤锥体23来扩展光纤尺寸以匹配焦平面区域。然后将焦平面连接到ROIC 27以捕获图像。
参考图4,显示了安装在翼上的脉冲检测孔5之一。该孔由光学透镜组成,该透镜捕获所需FOV内的光并将该光聚焦到第二个光纤束29上。虽然该光纤束29不需要由多根光纤组成,因为其目的不是捕捉图像而是捕捉定义FOV上的所有光,但它优选地实现为一束较小的光纤从而保持翼主体边界的灵活性。在通过滤光片31之后,来自翼的每个纤维束29与单个检测器像素33连接。因此,四个翼分别连接到主体内的单独的探测器,当它们组合在一起时,可以有效地作为四单元。孔上接收信号的相对幅度用于确定据目标的粗略角度,用于定向导弹,从而确保成像孔可观察到脉冲。在某些实施例中,滤光片31是窄带通滤光片,调谐到感兴趣的指定标波长。
或者,该滤光片31可以放置在光学元件之后或沉积在光学元件本身上。滤光片降低了由于背景辐射与已知指定标频率不一致而产生的噪声,从而提高脉冲检测功能的检测范围和角度精度。请注意,虽然每个脉冲检测孔都连接到单个检测器像素33,但该检测器的一种实现方式是使用作为单个检测器阵列生长的四像素阵列,从而最小化处理变化以确保最佳响应均匀性。
在一个实施例中,检测器像素33的输出由模拟前端35处理,该模拟前端35放大信号并使用10MHz A/D转换器对放大的信号进行采样。数字化数据由脉冲识别和角度处理器37来处理。该处理器将检测到的脉冲与由指定标选择的指定标代码规定的预期脉冲序列相匹配。与这些***的典型情况一样,一旦检测到脉冲,该处理就会在紧凑的时序窗口内对后续脉冲进行采样。在某些情况下,由于分辨率低,该***的角度测量输出不足以进行制导。然而,该***的角度测量输出提高了足够的精度,因此可以命令飞弹将成像孔滚动到可以观察到指定标的方向。ROIC 27接收来自脉冲识别和角度处理器37的时序信号,该时序信号启动积分的开始,确保捕获指定标脉冲。
参考图5,示出了由根据本发明的原理的双模式半主动激光导引头和成像***的一个实施例捕获的场景图像的图解表示。更具体地,图示了所得到的捕获图像。成像阵列设置包括目标51的场景图像。指定标选择感兴趣的目标53并指向指定标,使得目标被激光55照亮。这允许***识别感兴趣的目标,标记(anointing)目标,使得如果指定标随后关闭,***可以继续感测并制导飞弹到达目标53。
这种设计的***在可能难以将指定标保持在目标上的情况(例如在存在波浪的情况下指定小船)下也是有益的。一旦被成像***捕获,目标随后可以被成像***跟踪,而无需指定标的帮助。为了确保正确选择目标,脉冲识别和角度处理器37提供的角度信息可用于在多个返回中进行选择。短图像集合的门选通(gating)确保目标的正确选择。角度处理器提供的角度信息旨在提供足够的信息,以确保成像***可以在其视野内观察目标。
在一个实施例中,处理器包括模拟电子设备,其向检测器提供低噪声跨阻抗放大器接口从而将检测器电流转换为电压,然后是可变增益级,从而解决由于接近范围导致的接合所需的大动态范围收盘范围。随后是高速模数转换器(例如10MHz或更高)。这被提供给处理器和/或FPGA从而基于角度测量执行脉冲检测处理。
参考图6A和图6B,分别示出了根据本发明的原理的脉冲图像和目标图像的图解表示。更具体地,在一个实施例中,ROIC 27以短积分时间捕获图像,随后以较长积分时间进行图像捕获,从而捕获场景。从脉冲捕获的信噪比的角度来看,初始短积分时间是最佳的。相对于图像捕获所需的积分周期而言,脉冲非常短,并且很容易损失在随积分时间增加的散粒噪声中。较短的积分周期对于图像场景图像捕获来说不是最佳的。使用脉冲捕获的短积分时间和目标图像捕获的长积分时间的组合,可以分别捕获脉冲和目标图像,同时保持脉冲图像55与目标图像53之间的固有配准精度。脉冲检测的短积分时间还确保多个指定标不会导致与哪个目标是感兴趣的目标相关的混淆。
参考图7,示出了本发明的方法的一个实施例的流程图。更具体地说,双模式半主动激光导引头和成像***采用标准技术进行脉冲检测和角度确定,如应用于四边形检测器,以便正确识别正确的指定点。角度性能不受制导要求的限制,而仅受成像***的视野驱动。成像***分辨率提供了脉冲检测孔所提示的制导所需的角度精度。成像***消除了指定直到撞击的需要,消除了暴露于对指定标的反击。在影响之前消除指定也为单个指定标快速参与多个目标设置了机会。
参考图7,用于双模式目标跟踪的方法的一个实施例用于包括多个翼的飞弹,其中每个翼具有孔。在100,收集光以基于在多个孔中收集的光的相对权重来确定距目标角度,从而在102,识别来自指定标的脉冲。在一个实施例中,使用翼上的至少一个成像器,其中在104,成像器配置为收集场景的高分辨率图像。在106,机载处理器配置为检测指定标;在108,基于脉冲代码围绕后续脉冲的预期到达时间设置时间门;并且在110,触发成像器以快速序列收集两个图像。具有短积分时间的第一图像或脉冲图像用于捕捉背景上的指定标脉冲。具有较长积分时间的第二或目标图像用于捕获特征和目标检测。在110,图像序列将指定标脉冲对准目标图像以用于目标跟踪。
如本文所述的计算机可读介质可以是数据存储设备或单元,例如磁盘、磁光盘、光盘或闪存驱动器。此外,应当理解,本文中的术语“存储器”旨在包括各种类型的合适的数据存储介质,无论是永久的还是临时的,例如瞬态电子存储器、非瞬态计算机可读介质和/或计算机可写介质。
从上文可以理解,本发明可以实现为计算机软件,其可以在存储介质上或经由诸如局域网或广域网之类的传输介质设置,例如互联网。还应理解的是,由于附图中描述的一些组成***组件和方法步骤可以在软件中实现,***组件(或过程步骤)之间的实际连接可能会有所不同,这取决于本发明被编程的情况。鉴于本文提供的本发明的教导,相关领域的普通技术人员将能够考虑本发明的这些和类似的实现或配置。
应当理解,本发明可以以各种形式的硬件、软件、固件、专用程序或它们的组合来实现。在一个实施例中,本发明可以在软件中实现为具体体现在计算机可读程序存储设备上的应用程序。应用程序可以上传到包括任何合适架构的机器并由其执行。
尽管已经详细描述了本发明的各种实施例,但显然这些实施例的各种修改和改变对于本领域技术人员来说是显而易见的并且是显而易见的。然而,应当明确理解,这些修改和改变在本发明的范围和精神之内,如所附权利要求中所述。此外,本文描述的本发明能够具有其它实施例并且能够以各种其它相关方式来实践或执行。此外,应理解,本文使用的措辞和术语是出于描述的目的,不应被视为限制性的。此处使用的“包括”、“包含”或“具有”及其变体旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目,而仅使用术语“由……组成”和“仅由……组成””应在限制性的意义上进行解释。
已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的实施例的前述描述。其不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。根据本发明,许多修改和变化是可能的。旨在本发明的范围不受此详细描述限制,而是受所附权利要求限制。
已经描述了许多实施方式。然而,应当理解,在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种修改。尽管在附图中以特定顺序描述了操作,但这不应被理解为要求这些操作以所示的特定顺序或按顺序执行,或者所有图示的操作都被执行以获得期望的结果。
虽然本文已经描述了本发明的原理,但是本领域技术人员应当理解,本描述仅作为示例而不是作为对本发明范围的限制。除了在此示出和描述的示例性实施例之外,其它实施例被设想在本发明的范围内。本领域普通技术人员的修改和替换被认为在本发明的范围内。
Claims (15)
1.一种双模式目标跟踪***,包括:
飞弹,其包括多个翼,其中每个翼具有至少一个孔,该孔配置为收集光并识别来自指定标的脉冲,该光用于基于在多个该孔中收集的该光的相对权重来确定距目标角度;
该多个翼中的至少一个具有配置为收集场景的高分辨率图像的成像器;以及
机载处理器,其配置为:
检测该指定标;
触发该成像器以快速序列收集至少两个图像:
第一或脉冲图像,其具有短积分时间以捕捉相对于背景的指定标脉冲;
第二或目标图像,其具有较长积分时间以捕获特征和目标检测,
该图像序列将该指定标脉冲与该目标图像对准,其中,该图像序列包括该脉冲图像和该目标图像。
2.根据权利要求1所述的***,其中,使用一个或多个机载惯性传感器来补偿在指定标帧与一个或多个场景帧之间的场景定向的变化。
3.根据权利要求1所述的***,其中,多个该孔是四个。
4.根据权利要求1所述的***,其中,该短积分时间设置为100纳秒,5x20纳秒的该指定标脉冲宽度,从而确保该短指定标脉冲不会因累积的背景而对散粒噪声损失。
5.根据权利要求1所述的***,其中,在该第一图像之后立即收集该较长积分时间,并且基于自动增益控制处理来设置此图像的该积分时间,该自动增益控制处理确保该成像器不会由于环境光照条件而饱和。
6.根据权利要求1所述的***,还包括光纤光缆,其位于该翼内部并且将该成像器连接到焦平面。
7.根据权利要求1所述的***,还包括光纤光缆,其位于该翼内部并且将该孔连接到该检测器。
8.根据权利要求1所述的***,其中,该孔是对LWIR波段敏感的相机。
9.根据权利要求1所述的***,其中,该孔是对SWIR波段敏感的相机。
10.根据权利要求1所述的***,还包括该翼上的至少一个附加相机。
11.一种用于双模式目标跟踪的方法,包括:
设置飞弹,其包括多个翼,其中每个翼具有孔;
收集光以基于在多个该孔中收集的该光的相对权重来确定距目标角度;
通过指定标来识别脉冲;
在翼上设置至少一个成像器,该成像器配置为收集场景的高分辨率图像;并且
设置机载处理器,其配置为:
检测该指定标;
触发该成像器以快速序列收集至少两个图像:
第一或脉冲图像,其具有短积分时间以捕捉相对于背景的指定标脉冲;
第二或目标图像,其具有较长积分时间以捕获特征和目标检测,
该图像序列将该指定标脉冲与该目标图像对准。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,使用一个或多个机载惯性传感器来补偿在指定标帧与一个或多个场景帧之间的场景定向的变化。
13.根据权利要求11所述的方法,其中,多个该孔是四个。
14.根据权利要求11所述的方法,其中,该短积分时间设置为100纳秒,5x20纳秒的该指定标脉冲宽度,从而确保该短指定标脉冲不会因累积的背景而对散粒噪声损失。
15.根据权利要求11所述的方法,其中,在该第一图像之后立即收集该较长积分时间,并且基于自动增益控制处理来设置此图像的该积分时间,该自动增益控制处理确保该成像器不会由于环境光照条件而饱和。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100127174A1 (en) * | 2008-11-21 | 2010-05-27 | Tener Gene D | Fpa combining sal and imaging |
US20100290038A1 (en) * | 2009-05-13 | 2010-11-18 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Distributed array semi-active laser designator sensor |
US20110073704A1 (en) * | 2009-09-26 | 2011-03-31 | Raytheon Company | Co-boresighted dual-mode sal/ir seeker including a sal spreader |
CN103983145A (zh) * | 2014-05-21 | 2014-08-13 | 中国航天空气动力技术研究院 | 一种利用无人机激光导引头最末脉冲策略捕获目标的方法 |
CN108897003A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-11-27 | 北京理工大学 | 一种双模控制的相控阵激光雷达***及方法 |
CN109373816A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-02-22 | 宋兵 | 一种激光光斑及回波跟踪监测装置 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6111241A (en) * | 1998-11-24 | 2000-08-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Semi-active laser last pulse logic seeker utilizing a focal plane array |
US6288383B1 (en) * | 1999-10-25 | 2001-09-11 | Rafael-Armament Development Authority Ltd. | Laser spot locating device and system |
WO2008060662A2 (en) * | 2006-04-12 | 2008-05-22 | Lockheed Martin Corporation | Dual fov imaging semi-active laser system |
US8207481B2 (en) * | 2009-04-21 | 2012-06-26 | Raytheon Company | Projectile guidance system including a compact semi-active laser seeker |
EP2513597B1 (en) * | 2009-12-14 | 2020-06-24 | Shilat Optronics Ltd | Laser daylight designation and pointing |
US8829404B1 (en) | 2010-03-26 | 2014-09-09 | Raytheon Company | Multi-mode seekers including focal plane array assemblies operable in semi-active laser and image guidance modes |
US9746295B1 (en) * | 2012-02-22 | 2017-08-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | 40 mm extended range high performance projectile with rocket and guidance navigation control capability and decoupling device |
US9086258B1 (en) * | 2013-02-18 | 2015-07-21 | Orbital Research Inc. | G-hardened flow control systems for extended-range, enhanced-precision gun-fired rounds |
US9897688B2 (en) * | 2013-11-30 | 2018-02-20 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Laser detection and image fusion system and method |
US10126101B2 (en) * | 2016-09-19 | 2018-11-13 | Rosemount Aerospace Inc. | Seeker/designator handoff system for use in dual-mode guided missiles |
US20200256643A1 (en) | 2019-02-12 | 2020-08-13 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Projectile guidance system |
-
2019
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100127174A1 (en) * | 2008-11-21 | 2010-05-27 | Tener Gene D | Fpa combining sal and imaging |
US20100290038A1 (en) * | 2009-05-13 | 2010-11-18 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Distributed array semi-active laser designator sensor |
US20110073704A1 (en) * | 2009-09-26 | 2011-03-31 | Raytheon Company | Co-boresighted dual-mode sal/ir seeker including a sal spreader |
CN103983145A (zh) * | 2014-05-21 | 2014-08-13 | 中国航天空气动力技术研究院 | 一种利用无人机激光导引头最末脉冲策略捕获目标的方法 |
CN108897003A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-11-27 | 北京理工大学 | 一种双模控制的相控阵激光雷达***及方法 |
CN109373816A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-02-22 | 宋兵 | 一种激光光斑及回波跟踪监测装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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