[发明专利]一种对图像面积小于20像素点的红外小目标距离估计方法

摘要

本发明提出了一种单波段探测器对在红外成像上图像面积小于20像素点的红外小目标距离的估计方法，主要解决目前对小目标的距离估计计算量大、可靠性差的问题。其实现步骤是：通过单波段探测器测量目标的辐照度E_n；利用光电经纬仪获得目标的方位角α_n和俯仰角β_n；通过GPS定位系统获得探测器的空间位置坐标(x_n，.y_n，z_n)；将n+1、n+2采样时刻目标的距离比ρ_(n+1)(n+2)以及n、n+2采样时刻目标的距离比ρ_n(n+2)表示成关于辐照度之比的函数；计算各项系数A₂、B₂和C₂，A₁、B₁和C₁；最后，构建目标距离估计方程：和距离估计备份方程：求解距离估计方程得到n+2时刻目标与探测系统的距离r_n+2。本发明具有计算量小、简单、可靠的特点，适用于空间机载和弹载平台的目标距离估计。

主权项

1.一种对图像面积小于20像素点的红外小目标距离估计方法，包括如下步骤：(1)通过单波段探测器获取第n采样时刻目标信号的辐照度E_n；(2)通过光电经纬仪确定目标相对观测平台的方位角α_n、俯仰角β_n；(3)利用全球定位系统GPS或北斗星等定位系统获取采样时刻探测器所处的三维空间坐标(x_n，y_n，z_n)；(4)从第n+2≥3采样时刻开始，计算目标在不同采样时刻目标到探测器的距离比：(4a)计算n+1和n+2两次采样时刻目标到探测器的距离比：ρ(n+1)(n+2)=rn+1/rn+2=En+2En+1-lna·En+2En+1+32ln2a·(En+2En+1)32+(lna/2-83ln3a)·(En+2En+1)2,]]>(4b)计算n和n+2两采样时刻目标到探测器的距离比：ρn(n+2)=rn/rn+2=En+2En-lna·En+2En+32ln2a·(En+2En)32+(lna/2-83ln3a)·(En+2En)2,]]>式中，r_n、r_n+1和r_n+2分别定义为n、n+1和n+2三次采样时刻目标到探测器的距离，E_n、E_n+1、E_n+2分别为n、n+1、n+2采样时刻探测器接收到的目标辐照度，τ为工作现场单位长度上大气透过率；(5)根据步骤(2)中得到的方位角α_i和俯仰角β_i，对i＝n、n+1和n+2三个不同的采样时刻，计算i采样时刻目标的一组方向余弦(l_i，m_i，n_i)，其中l_i、m_i、n_i分别为i采样时刻探测器在空间坐标系中的光心到目标形心的单位矢量的x、y、z三个坐标分量，得到i＝n、n+1、n+2三个不同采样时刻的目标方向余弦(l_n，m_n，n_n)、(l_n+1，m_n+1，n_n+1)和(l_n+2，m_n+2，n_n+2)，即：ln=cosαncosβnmn=sinαncosβnnn=sinβn,]]>ln+1=cosαn+1cosβn+1mn+1=sinαn+1cosβn+1nn+1=sinβn+1,]]>ln+2=cosαn+2cosβn+2mn+2=sinαn+2cosβn+2nn+2=sinβn+2;]]>(6)构建一元二次距离估计方程：分别计算方程的二次项系数A₂、一次项系数B₂以及常数项C₂，式中r_n+2为n+2时刻的目标距离：(6a)根据步骤(4)和步骤(5)的结果，计算距离估计方程的二次项系数A₂：A₂＝(l_n+1n_n+2-n_n+1l_n+2)ρ_(n+1)(n+2)-(l_n+1n_n-n_n+1l_n)ρ_n(n+2)ρ_(n+1)(n+2)-(l_nn_n+2-n_nl_n+2)ρ_n(n+2)；(6b)根据步骤(3)、步骤(4)和步骤(5)中获得的计算结果，计算距离估计方程的一次项系数B₂：B₂＝(x_n+1-x_n)n_n+2-(x_n+1-x_n+2)n_nρ_n(n+2)-(x_n+2-x_n)n_n+1ρ_(n+1)(n+2)+(z_n+2-z_n)l_n+1ρ_(n+1)(n+2)-(z_n+2-z_n+1)l_nρ_n(n+2)-(z_n+1-z_n)l_n+2；(6c)根据步骤(3)中获得的探测器空间坐标，计算距离估计方程的常数项C₂：C₂＝x_n+1(z_n+2-z_n)-x_n+2(z_n+1-z_n)-x_n(z_n+2-z_n+1)；(7)构建一元二次距离估计备用方程：分别计算该方程的二次项系数A₁、一次项系数B₁以及常数项C₁：(7a)根据步骤(4)和步骤(5)的结果，计算距离估计备用方程二次项系数A₁：A₁＝(l_n+1m_n+2-m_n+1l_n+2)ρ_(n+1)(n+2)-(l_n+1m_n-m_n+1l_n)ρ_n(n+2)ρ_(n+1)(n+2)-(l_nm_n+2-m_nl_n+2)ρ_n(n+2)；(7b)根据步骤(3)中获得的探测器空间坐标和步骤(5)及步骤(4)的结果，计算距离估计备用方程的一次项系数B₁：B₁＝(x_n+1-x_n)m_n+2-(x_n+1-x_n+2)m_nρ_n(n+2)-(x_n+2-x_n)m_n+1ρ_(n+1)(n+2)+(y_n+2-y_n)l_n+1ρ_(n+1)(n+2)-(y_n+2-y_n+1)l_nρ_n(n+2)-(y_n+1-y_n)l_n+2；(7c)根据步骤(3)中获得的探测器空间坐标，计算距离估计备用方程常数项C₁：C₁＝x_n+1(y_n+2-y_n)-x_n+2(y_n+1-y_n)-x_n(y_n+2-y_n+1)；(8)求解步骤(6)所构建的一元二次距离估计方程：得到的正实根，即n+2采样时刻的目标距离r_n+2；(9)判断步骤(8)所求得的正实根的情况，若求解结果有两个正实根，则取较小的一个，若无正实根，则求解步骤(7)所构建的距离估计备用方程：该方程的正实根即为n+2采样时刻的目标距离R_n+2。