[发明专利]一种机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统

权利要求书

1.一种机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，其特征在于，包括误差补偿模块、快反镜控制模块及探测器控制模块；

其中，误差补偿模块与多视场/连续变焦热像仪信号与图像处理部件连接，用于计算并存储修正后的快反镜控制值；

快反镜控制模块与机载伺服转台及二维快反镜连接，通过解算机载伺服转台的运动残差信息及快反镜控制值，产生模拟信号控制二维快反镜运动；二维快反镜部署于热像仪望远光学系统与成像光学系统之间，通过二维快反镜移动使目标光路在探测器靶面产生亚像素移动；

探测器控制模块通过解析二维快反镜位置反馈信息，控制红外探测器组件的积分采样过程，对目标进行过采样。

2.根据权利要求1所述的机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，其特征在于，二维快反镜包括电磁式、音圈式、压电式平台。

3.根据权利要求1所述的机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，其特征在于，误差补偿模块接收热像仪信号与图像处理部件发出的温度、图像亚像素移动量、视场/焦距信息，根据这些信息计算不同视场/焦距下的温度与快反镜控制值曲线，通过存储电路存储温度与快反镜控制值曲线。

4.根据权利要求1所述的机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，其特征在于，误差补偿模块修正热像仪在工程生产中产生的加工、装配误差，修正二维快反镜中位移传感器的非线性及温漂误差，同时修正由于环境温度变化导致热像仪光学件变形产生的视场/焦距值变化；经过修正后得到高精度的温度与快反镜控制值曲线，曲线以温度为横坐标，快反镜控制值为纵坐标，通过计算得到当前视场/焦距及温度下的快反镜控制值。

5.根据权利要求4所述的机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，其特征在于，快反镜控制值计算步骤如下：

S1、标定系统包括带红外窗口高低温箱、平行光管、黑体及横竖四杆靶标；

S2、将热像仪置于温箱中，通过红外窗口、平行光管，观察黑体前靶标；

S3、调焦温箱使温箱至相应温度；

S4、操控热像仪至某视场/焦距下，进行调焦操作，直至靶标清晰；

S5、采集靶标图像，通过热像仪信号与图像处理部件采用扩展相位相关法计算不同图像帧之间的像素位移；

S6、操控二维快反镜运动，使图像像素位移量为过采样设计值，记录此时的视场/焦距值、热像仪温度值及二维快反镜控制值；

S7、重复步骤S4-S6遍历热像仪所有视场/焦距；

S8、重复步骤S3-S7遍历热像仪所有工作温度；

S9、计算不同视场/焦距下，温度与快反镜控制值曲线；

S10、将不同视场/焦距下，温度与快反镜控制值曲线保存于存储电路中；

S11、热像仪工作时，误差补偿模块获取当前视场/焦距值及温度，并调取存储电路中温度与快反镜控制值曲线，计算二维快反镜控制值。

6.根据权利要求1所述的机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，其特征在于，快反镜控制模块基于FPGA处理器，采用高精度DA转换电路，产生模拟量作为二维快反镜驱动信号以满足二维快反镜高速及高精度响应的需求；FPGA处理器管脚经过保护和隔离作为通信接口与机载伺服转台连接，获取机载伺服转台稳定后的角度残差值；机载伺服转台采用多级稳定结构，为提高热像仪在过采样过程中的稳定性，机载伺服转台将自身稳定后的角度残差值通过通信接口传递至快反镜控制模块；通信接口采用时钟线与信号线通信的方式，时钟线占用1路FPGA管脚，信号线路数与机载伺服转台端协商确定；当采用1路数据线时，数据传输速率不小于2Mb/s，若采用多路数据线则传输速率将大幅提高；残差值为16位数据，其更新速率高于100KHz，满足对二维快反镜驱动速度的要求；FPGA处理器根据误差补偿模块的快反镜控制值和机载伺服转台的残差值，计算二维快反镜的驱动量，进行高精度AD转换电路后，产生模拟驱动量，控制二维快反镜移动；为提高二维快反镜响应速度，对驱动量最大值限制但不进行平滑处理。

7.根据权利要求1所述的机载多视场/连续变焦热像仪过采样控制系统，其特征在于，探测器控制模块与二维快反镜位置反馈电路连接，对二维快反镜位置信号模拟量进行高精度AD采样，设定位置信号阈值，当位置信号达到阈值后，指示二维快反镜移动到位，产生驱动电平信号，驱动探测器开始积分采样；由于二维快反镜两个方向运动的时序提前获知，探测器控制模块只需对一个运动方向的二维快反镜位置信号进行AD采样，之后在一个扫描周期内用定时的方式产生驱动电平信号，以减少AD采样电路规模。