红外成像系统性能评估方法研究

论文摘要

随着新工艺、新结构和新技术的引入,影响新型红外成像系统性能的因素发生了明显的变化,针对以往典型性能评估方法和模型对这些新技术考虑不足或没有考虑的问题,本文从三个方面开展了针对新型红外成像系统的性能评估方法研究,以适应不断发展的新型红外成像系统性能评估的需要:（1）基于全数字仿真的成像系统性能评估。利用三维场景模型和红外成像系统模型,结合三维驱动引擎及显示交互技术,完成成像红外导引系统模型与三维场景模型的对接,建立了综合考虑目标-背景-大气-成像系统的全数字仿真模型,实现了基于数字仿真的红外成像系统性能评估;（2）基于客观TOD判别模型的成像系统性能评估。以人眼视觉系统的信号传递特性以及眼/脑系统信息处理特性为基础,结合三角形方向判别阈值法的特点,建立了用于替代观察者进行TOD测量的客观判别模型,开展了客观判别模型与观察者的对比试验。分析结果表明,在常用的角空间频率范围内,客观判别能够准确预测观察者对三角形样条方向的判别性能,可以替代观察者进行TOD曲线测量,从而实现更为准确的成像系统性能评估;（3）基于背景杂波度量的成像系统性能预测。首先结合红外成像系统的信号传输和处理过程,分析了背景杂波的本质与属性,以及背景杂波对红外成像系统目标获取性能的影响。其次,针对不同的杂波评估需求,建立了两种杂波度量尺度:基于结构相似度的背景杂波度量尺度以及基于CRLB的背景杂波度量尺度。开展外场测量试验,获取试验处理数据。试验结果分析表明,两种杂波尺度都与背景信号对目标探测系统的干扰有很好的一致性,可以用于ATR系统目标获取性能预测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与重要意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外发展情况
• 1.2.1 基于全数字仿真的成像系统评价方法
• 1.2.2 基于性能模型的成像系统评价方法
• 1.2.3 基于背景杂波度量的性能预测方法
• 1.3 研究内容与研究方法
• 1.3.1 基于全数字仿真的成像系统性能评估
• 1.3.2 基于客观TOD判别模型的成像系统性能评估
• 1.3.3 基于背景杂波度量的成像系统性能预测
• 1.4 论文的结构与特色
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 内容结构
• 1.4.3 特色与创新点
• 第二章 基于全数字仿真的成像系统性能评估
• 2.1 全数字仿真评估方法的意义
• 2.2 仿真与评估系统框架
• 2.3 红外成像制导系统全数字仿真系统框架
• 2.4 基于三维场景的红外场景数据生成
• 2.4.1 目标建模
• 2.4.2 场景地形建模
• 2.4.3 大气传输
• 2.4.4 三维场景生成
• 2.5 三维场景与红外成像系统的图像数据交互
• 2.6 红外成像系统建模
• 2.6.1 光学系统
• 2.6.2 探测器
• 2.6.3 电信号处理
• 2.6.4 噪声模型
• 2.6.5 信号处理算法
• 2.7 三维场景与制导系统的空间交互
• 2.8 等效实时仿真的实现
• 2.9 基于仿真的红外成像制导系统性能评估
• 2.9.1 导引转动加速度的优化
• 2.9.2 探测概率与作用距离
• 2.9.3 攻击仿真
• 2.9.4 红外成像制导系统的对抗仿真及性能分析
• 2.10 小结
• 第三章 基于客观TOD判别模型的成像系统性能评估
• 3.1 TOD性能度量方法的研究背景
• 3.2 TOD曲线测量方法
• 3.3 客观TOD测量的必要性与要求
• 3.4 现有客观TOD测量模型分析
• 3.5 客观判别模型
• 3.5.1 人眼视觉系统（HVS）模型
• 3.5.2 方向判别模型
• 3.5.3 客观判别模型的验证
• 3.6 基于客观TOD判别模型的成像系统性能评估
• 3.7 小结
• 第四章 背景杂波与成像系统性能
• 4.1 背景杂波研究意义
• 4.2 背景杂波的概念
• 4.3 杂波与ATR的关系
• 4.4 背景杂波量化技术
• 4.4.1 最简单的杂波尺度
• 4.4.2 局部结构尺度
• 4.4.3 强度分布尺度
• 4.4.4 背景起伏尺度
• 4.4.5 精细差别度量/ATR算法相关杂波尺度
• 4.4.6 基于频域分析的杂波尺度
• 4.4.7 杂波及其量化技术的总结
• 4.5 背景杂波下的成像系统目标检测性能
• 4.5.1 无背景杂波情况下的目标检测性能
• 4.5.2 杂波背景下的目标检测性能
• 4.5.3 试验结果与分析
• 4.6 小结
• 第五章 背景杂波尺度与成像系统性能预测
• 5.1 引言
• 5.2 基于结构相似度的杂波尺度
• 5.2.1 研究背景
• 5.2.2 空间结构相似度杂波尺度
• 5.2.3 计算实例与结果分析
• 5.2.4 基于结构相似度杂波尺度的ATR性能预测
• 5.3 基于CRLB的杂波量化评估技术
• 5.3.1 研究背景
• 5.3.2 CRLB杂波尺度
• 5.3.3 计算实例与结果分析
• 5.3.4 基于CRLB杂波尺度的ATR性能预测
• 5.4 小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 全文总结
• 6.2 特色与创新点
• 6.3 下一步的研究计划
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间研究成果
• 发表论文情况
• 参加科研项目情况