[发明专利]一种高精度目标大气扰动检出方法

说明书

一种高精度目标大气扰动检出方法，其主要步骤：包括输入图像、整像素十字搜索、Newton‑Raphson亚像素定位、设定边界条件、进行网格划分、求解泊松方程、判定应用需求、检出扰动区位置、检出目标位置、反演流场密度。本发明首次采用基于十字搜索的整像素搜索和基于Newton‑Raphson迭代的亚像素定位方式，实现高精度目标大气扰动检出，扰动检出精度理论上可达1/50像素。本发明具备目标大气扰动检出精度不受目标飞行速度、飞行高度、隐身性能等影响的优点，理论上可实现大气层内任意高速运动目标的大气扰动检出，实现大气扰动场可视化。本发明可为高速运动目标气动特性检测等提供一种可视化手段，应用于高速运动目标气动外形优化、动力展开过程优化等领域，无需风洞，可在自然环境中应用，可降低大气扰动检测难度、大幅降低成本。

技术领域

本发明涉及一种高精度目标大气扰动检出方法，具体为一种通过对包含不可视的大气扰动信息的地物图像，进行高精度大气扰动检出的方法，可用于运动目标探测或运动目标细节流场显示等领域。

背景技术

隐身战斗机、隐身轰炸机等隐身运动目标是高威胁目标，具备雷达、红外隐身能力，采用地基雷达、天基红外等手段难以发现这类高威胁目标，需要一种不受隐身运动目标隐身性能影响的探测方法。这类目标在运动过程中都会与大气相互作用，形成大气扰动，大气扰动是大气层内动力飞行的必然产物，是这类目标的固有特性，不受目标隐身性能的影响。所以，通过大气扰动探测这类目标具有很好的可行性。

返回式航天器、降落伞、民航客机等都是在大气层内飞行的快速运动物体，这类目标气动外形优化、动力展开过程优化、运动状态实时监测等都需要流场显示设备。目前，地面风洞是这类目标流场显示的唯一设备，但地面风洞受限于体积、承压能力等限制不能满足全尺寸目标、全工况流场分析的条件，需要一种可对全尺寸目标、全工况条件都能进行流场分析的方法。当这类目标在空中飞行时，若能够对飞行状态进行实时监测，并将目标与大气相互作用的流场信息进行实时显示，有效获取流动参数，可为返回式航天器平稳着陆提供数据支持，也可为降落伞的动力展开过程优化提供数据支撑，同时也可为高速甚至是超音速民航客机的动力外形优化提供支撑。

运动物体大气扰动的可视化光学显示方法主要有阴影法、传统纹影法、干涉法等，光学测量方法主要有激光多普勒测速、PIV粒子测速方法等，但这些方法均需要相对复杂的主动光照明和光学系统，一般只在实验室或风洞内使用。背景纹影成像是在传统纹影成像和PIV粒子测速基础上发展起来的新型流场显示方法，利用随机图案的背景以及成像相机来显示背景前面区域流场变化，无需复杂的主动光源和光学系统，取得了广泛的应用。现有的背景纹影成像研究主要基于水平视觉背景、近距离高分辨率图像来进行流场可视化反演，暂无基于垂直视觉、地物为背景、远距离低分辨率图像的流场可视化反演研究以及运动目标检出研究。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高精度目标大气扰动检出方法，可为高速运动目标尤其是高速隐身目标的探测与识别提供一种可行的技术手段。

本发明的技术解决方案是：一种高精度目标大气扰动检出方法，步骤包括：

1)输入两幅图像；

2)对输入图像进行整像素十字搜索；

3)进行Newton-Raphson亚像素定位；

4)设定求解区边界条件；

5)进行网格划分；

6)根据泊松方程对扰动场折射率进行求解；

7)判定应用需求，根据不同需求执行探测目标或显示细节流场；

8)对扰动区位置进行检出，得到扰动区位置；

9)对目标位置进行检出，得到目标位置；

10)对流场密度进行反演，得到流场密度反演结果。