用於獲取有關運動目標的精確背景紅外特徵的方法和裝置的製作方法

2023-10-22 09:03:27 1

專利名稱:用於獲取有關運動目標的精確背景紅外特徵的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及跟蹤運動目標的紅外特徵的系統。
技術背景
術語「紅外特徵」通常由國防科學家中軍事人員使用，描述物體對於紅外傳感 器的外觀。紅外特徵取決於眾多因素，包括物體的形狀和尺寸、溫度和輻射率、與其對 比來觀察物體的背景、以及檢測傳感器的波段。例如，對比田野來觀察的卡車的紅外特 徵將隨著天氣變化、一天中的時間變化以及發動機負載而顯著變化。
研究紅外特徵有兩個主要目的一是理解特定威脅的可能紅外特徵，以便可以 開發設備來檢測這種威脅；二是減少己方資產對敵方威脅傳感器的紅外特徵。實踐中， 這樣可能意味著為軍艦裝備檢測來襲反艦飛彈尾煙流的傳感器，同時具有低於飛彈制導 紅外傳感器的檢測閾值的紅外特徵。
需要對軍用飛行器進行紅外(IR)特徵測量來評估對IR飛彈的易損性，並估算降 低這種易損性的工作，但是，IR特徵較低的現代軍用飛行器尤其是旋翼飛行器，是主要 的測量難點。IR特徵測量結果通常噪聲非常多並且不可再現。
IR特徵是反差量。需要兩個IR輻射測量值來確定飛行器的IR特徵(1)飛行 器的:[R特徵，通常稱為目標測量值；和(2)飛行器周圍環境的:[R特徵，通常稱為背景測 量值。通過在兩個測量值之間求差來計算IR特徵。結果的不確定性取決於背景測量值 的精度以及目標測量值的精度。重要的是讓兩個測量值都儘可能精確。
在通常IR特徵測量中，跟蹤器，通常為馬達化的掃調-俯仰平臺，用於保持:[R 傳感器瞄準飛行中的目標飛行器。在獲取目標數據之後，停止跟蹤器。在目標飛行器飛 出傳感器視場之後，在最終場景中測量背景的IR特徵。這種技術的主要問題在於，背景 數據僅對於目標測量的最終場景有效。但是，在目標測量過程中，飛行器在移動並且背 景場景在變化。
雖然在跟蹤運動目標的紅外特徵領域已經取得了巨大進步，但是仍然存在明顯 的不足。


被認為是本發明獨特之處的新穎特徵在說明書中論述。但是，本發明本身以及 優選使用模式以及本發明進一步的目標和優勢，在結合附圖閱讀時，通過參照以下詳細 描述，將得到最清楚的理解，附圖中
圖1是根據本申請，用於跟蹤運動目標的紅外特徵的系統的優選實施方式的透 視圖。
雖然本發明可以實現各種改型和替代形式，但是作為示例在附圖中示出了本發 明的具體實施方式
並在文中詳細描述。但是，應該理解，文中具體實施方式
的描述目的 並不是將本發明限制到所公開的特定形式，而是相反，本發明應該覆蓋落入文中所述本發明精神和範圍內的全部改型方案、等同方案和替代方案。
具體實施方式
本發明的例述實施方式在以下描述。為了清楚，在本說明書中並未描述實際實 施方案的全部特徵。當然應該理解，在開發任何所述實際方式時，必須針對具體實施方 案作出眾多決策以實現開發者的具體目標，諸如滿足與系統相關和與商業相關的約束， 而這些約束從一種方案到另一種方案會發生變化。此外，應該理解，這種開發工作可能 複雜且耗費時間，但是仍然是從本公開內容受益的本領域技術人員所從事的常規工作。
參照附圖中的圖1，示出了根據本申請的跟蹤器系統10的優選實施方式的透視 圖。跟蹤器系統10優選包括掃調-俯仰(pan-and-tilt)跟蹤器平臺12和跟蹤器組件32。 跟蹤器平臺12允許跟蹤器組件32沿著路徑(未示出)跟蹤運動物體(未示出)。跟蹤器 平臺12經由軸30樞轉耦接到接地基座(未示出)。促動器系統11與接地基座可操作地 關聯，用於圍繞軸線26和28旋轉軸30、跟蹤器平臺12和跟蹤器組件32。促動器系統 11可以包括一個或多個馬達14和用於根據選定的輸入精確且準確地移動跟蹤器平臺12的 其他部件。
跟蹤器組件32優選包括各種紅外、視頻和雷射傳感器，包括至少一個中波 Hl(MWIR)成像器16，至少一個長波Hl(LWIR)成像器22 ；至少一個雷射測距儀18 ；至 少一個視頻相機20;和至少一個分光計24。應該理解，跟蹤器系統10與遠程控制站可 操作地關聯，並可以連接到有線或無線通信網絡，用來接收和傳送數據。遠程控制站優 選是建築物、拖車或類似結構，但是，應該理解遠程控制站可以是可攜式計算設備，諸 如膝上計算機、個人數字助理、蜂窩電話或者任何其他適當的計算設備。
在操作中，跟蹤器系統10記錄並重複其運動。這種特徵允許跟蹤器系統10對 運動目標諸如飛行器進行測量，然後回掃飛行器的飛行路徑，以精確測量實際背景的IR 特徵。通過沿著飛行器的路徑測量實際背景的IR特徵，跟蹤器系統10能對運動目標進 行非常敏感和非常精確的IR特徵計算和測量。
步驟1:目標測量——對於目標測量而言，運動目標，即飛行器經由至少一個顯 示設備(未示出)被自動或手動跟蹤，所述顯示設備用於顯示來自至少一個視頻和/或紅 外相機諸如MWIR成像器16、LWIR成像器22和/或視頻相機20的現場視頻信號。這 是通過操作者在飛行器通過目標區域移動時將瞄準器放置並保持在飛行器上來實現的。 MWIR成像器16、LWIR成像器22和/或視頻相機200優選安裝在跟蹤器組件32上，而 顯示設備優選位於遠程控制站中。從「開始」位置到「結束」位置記錄跟蹤器組件32 的運動。在飛行器位於瞄準器中的同時，操作者有選擇地觸發傳感器來記錄目標數據， 包括IR輻射數據。由操作者發送的觸發信號在「啟動」模式、「禁用」模式或其他模 式之間切換傳感器。隨著記錄目標數據，產生記錄跟蹤器組件32的運動連同觸發信號狀 態即傳感器是處於「啟動」模式、「禁用」模式或任何其他模式的時序記錄文件。在完 成通常持續幾秒鐘的目標測量時，操作者指令傳感器停止記錄數據並關閉記錄文件。
步驟2 背景測量——在飛行器飛出傳感器視場並且已經記錄了目標測量值之 後，操作者指令跟蹤器組件32返回「開始」位置，重複跟蹤器的運動，並根據先前產生 的記錄文件重新發送觸發信號。這種過程在文中稱為「數字跟蹤器回放」。這種數字跟蹤器回放是跟蹤器系統10記錄並重複其運動的能力。在數字跟蹤器回放過程中，在不 存在運動目標的情況下測量背景的IR輻射數據。然後通過比較運動目標的IR輻射數據 與不存在運動目標情況下背景的IR輻射數據，可以計算和/或確定運動目標的精確IR特 徵。
這種數字跟蹤器回放能力的結果是一組完整的隨時間變化的背景數據，包括IR 輻射，與步驟1中記錄的隨時間變化的目標數據相對照。這種特徵允許跟蹤器系統10測 量運動飛行器，然後回掃飛行路徑以便沿著飛行路徑測量背景。本申請系統的數字跟蹤 器回放能力允許操作者數字精確地記錄有關運動飛行器的真實背景IR數據。這種新發明 提高了 IR特徵測量的精度，並且允許對飛行器熱特徵的測量達到非常低的水平。此外， 本申請系統的數字跟蹤器回放能力支持具有甚至更低紅外特徵的下一代飛行器的研發。
應該理解，在一些實施方式中，可以並且希望跟蹤器系統10記錄背景IR數據同 時跟蹤器組件從「結束」位置到「開始」位置反向回掃其運動。
顯然，已經描述並例示清楚具有顯著優勢的本發明，優勢包括(1)實現精確 和準確測量背景IR的能力；和(2)可以記錄器運動並藉助數字跟蹤器回放來再現運動目 標路徑的系統。
以上公開的特定實施方式僅僅為例述性質，因為本發明可以採用從本文教導受 益的本領域技術人員顯然明白的不同但等同的方式進行改動並實施。因此，顯然以上公 開的特定實施方式可以替換或改動，並且所有這些變形方案應該認為落入本申請的範圍 和精神內。雖然本申請以數量有限的形式示出，但是本申請並不僅限於這些形式，而是 在不脫離本申請精神的前提下，容易進行各種變化和改動。
權利要求
1.一種測量運動目標紅外特徵的方法，包括 提供能移動的掃調-俯仰跟蹤器平臺；將跟蹤器組件與掃調_俯仰跟蹤器平臺可操作地關聯，用於跟蹤所述運動目標； 通過移動所述掃調-俯仰跟蹤器平臺利用所述跟蹤器組件跟蹤所述運動目標的路徑；作為時間的函數記錄所述掃調_俯仰平臺在開始位置和結束位置之間的運動； 將至少一個紅外傳感器與所述跟蹤器組件可操作地關聯，用於獲取紅外輻射數據； 在所述運動目標移動並限定所述路徑的同時，觸發至少一個紅外傳感器在期望的觸 發點從所述運動目標測量紅外輻射數據； 作為時間的函數記錄觸發狀態； 將掃調_俯仰跟蹤器平臺重新定位到所述開始位置； 回掃所述掃調_俯仰平臺在所述開始位置和所述結束位置之間的運動； 在所述掃調-俯仰平臺沿著所述路徑移動的同時，觸發至少一個紅外傳感器在所述 目標跟蹤步驟中限定的所述觸發點從所述背景測量紅外輻射數據；通過比較來自所述運動目標的紅外輻射數據與來自所述背景的紅外輻射數據來確定 所述運動目標的所述紅外特徵。
2.如權利要求
1所述的方法，進一步包括提供遠程控制系統，用於遠程控制所述 跟蹤器組件的掃調和俯仰角度。
3.如權利要求
1所述的方法，其特徵在於，將至少一個紅外傳感器與所述跟蹤器組件 可操作地關聯的步驟通過將至少一個中波紅外成像器與所述跟蹤器組件可操作地關聯來 實現。
4.如權利要求
1所述的方法，其特徵在於，將至少一個紅外傳感器與所述跟蹤器組件 可操作地關聯的步驟通過將至少一個長波紅外成像器與所述跟蹤器組件可操作地關聯來 實現。
5.如權利要求
1所述的方法，其特徵在於，跟蹤所述運動目標的路徑的步驟通過採用 至少一個雷射測距儀來實現。
6.如權利要求
1所述的方法，其特徵在於，跟蹤所述運動目標的路徑的步驟通過採用 至少一個視頻相機來實現。
7.如權利要求
1所述的方法，其特徵在於，跟蹤所述運動目標的路徑的步驟通過採用 至少一個分光計來實現。
8.如權利要求
2所述的方法，其特徵在於，跟蹤所述運動目標的路徑的步驟通過採用 所述遠程控制系統來實現。
9.一種用於測量運動目標紅外特徵的裝置，包括 能移動的掃調-俯仰跟蹤器平臺；跟蹤器組件，所述跟蹤器組件與所述掃調-俯仰跟蹤器平臺可操作地關聯，用於跟 蹤所述運動目標；促動器系統，所述促動器系統用於移動所述掃調-俯仰跟蹤器組件，從而利用所述 跟蹤器組件跟蹤所述運動目標的路徑；控制系統，所述控制系統用於記錄所述掃調-俯仰平臺在開始位置和結束位置之間的運動；至少一個紅外傳感器，所述紅外傳感器與所述跟蹤器組件可操作地關聯，用於 首先獲取目標紅外輻射數據然後獲取背景紅外輻射數據；和通過比較所述目標紅外輻射數據與所述背景紅外輻射數據來確定所述運動目標的紅 外特徵的部件。
10.如權利要求
9所述的裝置，其特徵在於，所述至少一個紅外傳感器是中波紅外成像器。
11.如權利要求
9所述的裝置，其特徵在於，所述至少一個紅外傳感器是長波紅外成像器。
12.如權利要求
9所述的裝置，進一步包括至少一個雷射測距儀。
13.如權利要求
9所述的裝置，進一步包括至少一個視頻相機。
14.如權利要求
9所述的裝置，進一步包括至少一個分光計。
15.如權利要求
9所述的裝置，其特徵在於，所述控制系統相對於所述跟蹤器平臺位 於遠程。
專利摘要
一種用於測量運動目標紅外特徵的方法，包括利用跟蹤器系統沿著從開始位置到結束位置的路徑跟蹤所述運動目標；沿著所述路徑測量所述運動目標的紅外輻射數據；將所述跟蹤器系統重新定位到所述開始位置；回掃所述路徑以測量背景的紅外輻射數據；和通過比較所述運動目標的紅外輻射數據與不存在所述運動目標時所述背景的紅外輻射數據來確定所述運動目標的紅外特徵。
文檔編號F41G7/00GKCN102016488SQ200980115025
公開日2011年4月13日 申請日期2009年2月2日
發明者戴維·R·施裡克特, 理察·A·謝潑德, 羅伯特·A·謝潑德, 肯達爾·E·古德曼 申請人:貝爾直升機泰克斯特龍公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan