CN1178010A

CN1178010A - 目标探测装置

Info

Publication number: CN1178010A
Application number: CN 96192418
Authority: CN
Inventors: 伯纳德·约泽夫·雷茨
Original assignee: HOLLANDSE SIGNAALAPPAPATEN BV
Current assignee: HOLLANDSE SIGNAALAPPAPATEN BV
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 1998-04-01

Abstract

本发明涉及一种包括至少一个探测器(8,9)的红外传感器,借助它,在由点目标提取器(18,19)在图象矩阵中产生预报警的基础上,通过比较在一圈中连续产生的图象矩阵,能减少误报警的数量。通过光谱响应,偏光选择和视差的不同引入了连续产生的矩阵之间的差别。

Description

目标探测装置

本发明涉及一种目标探测装置，该装置包括一个可绕一个至少大体垂直的探测轴旋转的探测单元，该探测单元装配有一个探测器和用于向辐射探测器聚焦的聚焦装置，该辐射比如是由目标发出或反射的红外辐射；该装置还包括一个点目标提取器，它处理由探测器生成的代表装置周围环境的二维图像矩阵序列X₁，X₂，……，从而对在图像矩阵X₁，X₂，……之一中所探测到的每一个点目标进行预测。

一种该类型的装置是已知的，例如EP-B-0.205.794。点目标提取器的目的是减小由探测单元产生的误报警数量。如果没有点目标提取器，每旋转一周，探测器通常会产生几千次误报警。如果点目标提取器具有该技术中已知的所有特征，这个数量可以减少到每转一周只有几次误报警。然而，即便如此该装置仍不适于武器***的自主和自动操作。

通过在连续几次旋转中要求一次预测，可以减少误报警的数量。它的缺点是损失了重要的反应时间。根据本发明的装置消除了这个缺点并且其特征在于探测单元设计为每转一周至少产生两个图像矩阵，还提供了组合电路，如果对于至少两个图像矩阵，为对应的矩阵单元产生了预测，则组合电路产生探测结果。

根据本发明的装置的第一实施例的特征在于探测单元包括一个第一探测器用以每转一周产生图像矩阵X_i和一个第二探测器用以每转一周产生图像矩阵Y_i，两个探测器的窗孔的仰角方向和角度至少大体相当；如果对于图象矩阵序列X_i，Y_i，X_i+1，Y_i+1……中的相应矩阵单元连续产生至少两个预测，则组合电路产生探测结果。

在这个方面，如果即使两个探测器的仰角和孔径角度相同，但仍以不同方式观察一个潜在的目标，这是有利的。因此，一个优选实施例的特征在于第一探测器的光谱响应不同于第二个探测器的光谱响应。考虑到大气中的光谱窗，一个特殊实施例的特征在于第一探测器的光谱灵敏度在3-5微米范围内具有最大值而第二探测器在8-12微米范围内具有最大值。

一个更优实施例是利用误报警，特别是由例如海面反射的阳光引起的那些误报警，对某些偏振方向更为敏感这一事实，其特征在于第一探测器和第二探测器都包括一个偏光镜。一个特殊实施例的特征在于给至少一个偏光镜提供调整装置以调整偏光镜使预报警数量最少。

如果误报警是由附近的目标，如鸟引起的，则本发明的另一个更优实施例是很有用的。其特征在于第一和第二探测器并排放置以产生对至少附近目标的视差从而引起点目标提取器产生对非单位矩阵单元的预报，警这不会由组合电路继续形成探测结果。

根据本发明的一个更具创造性的实施例，至少对于一个选定的方位区是可能仅由一个探测器每转一周产生两个图象矩阵。这就要求探测单元的安装使得它能够绕与探测轴和探测器视线基本垂直的仰角轴旋转。这个创造性的实施例的特征在于在产生每个图象矩阵之后，绕仰角轴旋转使得在绕探测轴旋转半周后能够产生选定方位区的下一个图像矩阵。

在一个特别的优选实施例中，以这样的设计为基础的一种装置的特征在于探测器置于参照轴旁以在连续产生的图像矩阵中产生对至少附近目标的视差。

以下参照附图描述本发明，其中：

图1表示本发明的一个可能实施例；

图2示意本发明的一个可能结构；

图3表示本发明的一个框图；

图1表示根据本发明的装置的一个可能实施例，其中探测单元1装配有两个窗口2，3，探测器位于其后以接收由目标发出或反射的辐射。在工作中，探测单元1绕竖于底座5中的垂直探测轴4旋转。如果本发明用于运动体上，例如轮船，底座5通常安装在一个此处未示的平稳的平台上。底座5包括用于旋转探测轴4的驱动装置和旋转连接装置(未示出)以传送命令信号和连接电源电压并输出由探测器产生的信号。一个更有利的方法是放置探测单元1以使它能绕仰角轴6旋转，这样可在选定仰角方向下进行观测。在其最简化的实施例中，探测单元1被设计为仰角驱动装置7同时旋转两个探测器以使它们的仰视方向总是相同。

图2示意探测单元1的一种可能结构的水平剖面，其中窗口2，3是作为透镜，它们除了充分密封检测单元1的内部，还形成周围区域的图像以提供给探测器8，9。辅助光学元件10，11，如自动光栏和偏光镜，可以置于窗2，3和探测器8，9之间。探测器8，9当然可以适合于任何能够穿透大气的波长。根据本发明，探测器8，9对红外辐射敏感并且排列为直线阵列，其纵轴近似平行于探测轴4。在红外应用中，透镜2，3最好是以锗单晶设计。每转一周，探测器8能产生全部或部分周围区域，比如选定方位区的图象矩阵X_i，图象矩阵的一维是由直线阵列得到，另一维表示由绕探测轴4旋转而形成的扫查运动得到的目标的方位角。以相似的方法，探测器9产生图角矩阵Y_i。通过预处理器12，13，探测轴4和底座5中的旋转连接装置，探测器8，9的输出信号被传送给下面的舰载(deck)处理器以进行进一步处理。预处理器12，13包括该技术领域中公知的功能，如由探测器生成的信号的前置放大和滤波，这些信号的倍增以使它们通过旋转连接装置传输，和，如果需要的话，对辅助光学元件的控制。

仰角驱动装置7包括驱动装置14和一个使探测单元1能够绕仰角轴6一起旋转的轴承15。以分隔板16划分探测单元1并给每个子探测单元提供单独的仰角驱动装置也许是有利的。这提供了一个选择，或者选择探测器8，9的仰角相等，从而它们都能扫查至少基本相同的方位，或者选择仰角使得相反的方位角被扫查。

图3表示本发明的一个可能的框图，其中探测器8，9将其数据通过预处理器12，13传送给处理器17。数字信号处理器17包括一个本技术中已知的点目标提取器，一旦每转一周或转过一个选定的方位区，在由探测器8产生的图象矩阵X_i中探测到点目标，则点目标提取器18在其输出端产生预测。处理器17还包括第二个，通常是相同的点目标提取器19，一旦每转一周或转过一个选定的方位区，在由探测器9产生的图象矩阵Y_i中探测到点目标，则点目标提取器19在其输出端产生预测。如果在图象矩阵X_i和Y_i中产生了对于两个相应矩阵单元的一个预测，也就是说两个探测器在同一方向观察到一个目标，则由点目标提取器18，19产生的预测在组合电路20中组合，在组合电路20的输出端产生探测结果。

当反应时间没有受到不利影响时，这样一个二元探测器和与其耦合的组合电路由于例如噪声产生的预测不会导致探测结果这一事实减小了误报警的可能性。通过选择不同类型的探测器以使它们对例如水面上阳光反射的反应不同，这能进一步减小误报警的可能性。这减小了在这种情况下两个点目标提取器都产生预测的危险。这种情况下的一个特别有利的方案是考虑大气中的光谱窗，对两个探测器选择不同的光谱响应。通过选择探测器8在3-5微米范围内和探测器9在8-12微米范围内的灵敏度来达到需要的效果。组合电路20能这样改进，只有当与预测关联的两个相应矩阵单元的密度以与预期目标的密度一致的方式彼此关联时，才产生探测结果。这可以基于例如假设目标是一枚导弹，它的鼻锥因表面加热而具有高于周围区域的温度。两个不同光谱区域的红外辐射强度的相互关联方式能够通过技术上已知的鼻锥温度得到。

使两个探测器产生不同响应的一个更简单和有效的方法是以偏光镜作为辅助光学元件10，11，其取向可是例如正交的。为保证最佳效果，至少一个偏光镜是可调的，例如通过一个有源机构，它在工作状态时调整偏光镜以使每转一周的预报警最少。特别是由水面反射阳光引起的误报警被有效地抑制。

本技术中另一个广为人知的问题，即鸟在装置附近飞行引起的误报警，被该装置有效地抵消，这是因为由于视差，对于矩阵X_i和Y_i中的不同矩阵单元，鸟引起预测，其结果是组合电路20不会产生检测结果。如果两个探测器具有不同的光谱响应，这有时也许是不利的。至少对于一个选定方位避免这个问题可以通过在产生矩阵X_i，Y_i之后，绕仰角轴6旋转探测单元1，从而在转大约半周后再次确定矩阵X_i，Y_i，这个过程后，探测器8，9实际已改变了位置。这就导致每转一周得到四个矩阵，它们在相应的光谱范围内，在组合电路20中组合成对。而且，对于不同光谱范围，能再次比较辐射强度值。因为由一个探测器这样交替产生的矩阵总是前面产生的矩阵的镜象，因而还是要付出一定的代价。

点目标提取器18，19可以组合为一个点目标提取器，它在分时的基础上，交替处理探测器8，9输出的信号。通过在每个半周绕仰角轴旋转探测单元1，也可以省略探测器9和预处理器13。每转一周，这种方法产生两个矩阵，它们表现出视差；这种方法防止源于附近物体的误报警。还可以改变偏振方向和/或改变光谱灵敏度，以使全部所述的改进在只有一个探测器的基础上实现，虽然这种方法只适用于一个选定的小于180度的方位区。

Claims

1.目标探测装置，包括一个可以绕至少基本垂直的探测轴旋转的探测单元，该探测单元装配有一个探测器和用于向辐射探测器聚焦的聚焦装置，这种辐射比如是由目标发出或反射的红外辐射，该目标探测装置还包括一个点目标提取器，处理由探测器产生并代表该装置周围环境的二维图象矩阵序列X₁，X₂，……，用于对每个图象矩阵X₁，X₂……中探测到的点目标进行预测，其特征在于，探测单元被设计为每转一周生成至少两个图象矩阵，并提供了一种组合电路，如果对于至少两个图象矩阵产生相应于矩阵单元的两个预测，则该组合电路产生探测结果。

2.如权利要求1的装置，其特征在于，探测单元包括一个用于每转一周产生一个图象矩阵X_i的第一探测器和一个用于每转一周产生一个图象矩阵Y_i的第二探测器，两个探测器的窗孔的仰视方向和角度至少大体相当，如果对于图象矩阵序列X_i，Y_i，X_i+1，Y_i+1中的对应矩阵单元连续产生至少两个预测，则组合电路产生探测结果。

3.如权利要求2的装置，其特征在于第一探测器的光谱响应不同于第二探测器的光谱响应。

4.如权利要求3的装置，其特征在于第一探测器和第二探测器的光谱灵敏度分别在3-5微米范围和8-12微米范围内具有最大值。

5.如权利要求2的装置，其特征在于第一探测器和第二探测器都有一个偏光镜。

6.如权利要求5的装置，其特征在于至少一个偏光镜具有调整装置以调整偏光镜从而使预报警的数量最少。

7.如权利要求2的装置，其特征在于第一和第二探测器并排布置以对至少附近目标产生视差。

8.如权利要求1的装置，其特征在于探测单元的安装使其至少能绕仰角轴旋转，该轴的定位至少基本垂直于探测轴和至少一个探测器的视线。

9.如权利要求8的装置，其特征在于探测单元包括一个探测器用于每转一周产生一个选定方位区的两个图象矩阵，在此过程中，每个图象矩阵产生之后，绕仰角轴旋转，其旋转方式使得绕探测轴旋半周后产生选定方位区的下一个图象矩阵。

10.如权利要求9的装置，其特征在于探测器置于参照轴旁以对连续产生的图象矩阵中的至少附近目标产生视差。

11.如权利要求10的装置，其特征在于探测单元包括一个能为每一个产生的图象矩阵而调整的偏光镜。

12.如权利要求10或11任何一个的装置，其特征在于探测单元包括置于探测器之前用于每个产生的图象矩阵的滤光器。