为了满足现代战争的需求, 对于空中目标的距离精确估计显得愈发重要, 由于目标的红外辐射在大气传播过程中的衰减, 目标在不同波长的辐射会随着传输距离的改变而发生变化, 故不同的波长的辐射里包含了目标的距离信息。基于以上原理, 本文利用美国空军大气传输软件 Modtran生成空中目标在不同波段的大气透过率数据, 利用经纬仪获得目标的天顶角, 最后建立基于改进 Elman神经网络的被动测距模型。仿真结果表明本文算法能够有效提高对于空中目标距离估计的精确性。

基于氧气A 吸收带的被动测距技术已成为单站被动测距领域最具活力的研究课题之一，但是由于氧气吸收饱和区的存在，限制了被动测距的最大可达范围。采用具有1 cm– 1 分辨率的Modtran 软件进行了分光谱透射率计算，通过数据建模获得了基于目标天顶角和平均氧气吸收率的被动测距公式。该公式避免了氧气吸收率曲线的饱和区，使得氧吸收法的有效距离估计范围可延伸到50 km。此外，该公式还有对吸收率测量误差不敏感的特性，例如，在零海拔处传感器最小可检测的吸收率Aˉ= 10-2 的偏差，所能产生的距离偏差不超过50 m。该结论有望突破绝大多数氧吸收法被动测距实验局限于较近距离的现状，促进其实际应用。

由于大部分烟雾检测技术抗干扰性差, 难以区分森林水雾和绿地等假信息, 本文提出了使用主成分分析法及变换域测量技术, 基于光谱分离的烟雾检测方法。首先, 采用波长为460~520 nm、540~570 nm及580~610 nm 的3个带通滤光片获得被测物的光谱主成分。然后, 对光谱主成分进行空间映射, 构建变换域平面, 在该平面上应用简单的代数判断来实现对烟、水雾以及绿地的分类和识别。最后, 进行了1 000次的Monte Carlo仿真实验。 结果表明, 三波段光谱法简便可行, 分离度好, (P3, P4)的分离度为0.113, 不仅克服了传统图像和视频检测方法无法区分烟雾和水雾的缺点, 而且无需进行复杂的光谱数据分类计算, 在火灾监测领域很有实用价值。

基于辐射传输特性的目标距离估计作为一项典型的被动测距技术, 是目前光电对抗领域的一个研究热点。 在测距过程中无需向外界发射能量, 使得这种探测方式极大地增强了导弹或无人机的隐身能力和突防能力。 针对现有被动测距系统不适用于对迎面而来目标物体实施被动距离估计的不足, 提出了一种改进的小温差目标距离估计方法。 在引入了信号传递函数概念的基础上, 明确了当前算法的工作曲线, 指出这种方法的非线性会导致目标距离估值不唯一的风险。 本文应用非线性校正技术, 构造了新的距离估计算法。 得到了一个利用3~5和8~12 μm双波段红外传感信息, 目标背景温度和气象条件的测距公式。 研究表明, 当目标与背景表观温差等于5 K、 而背景温度估计偏差不超过±5 K时, 目标距离估计误差可控制在10%左右。

针对非合作大目标的被动测距问题，介绍了一种基于单目图像序列和成像方向的测距系统，并进行了性能分析.这种测距系统的特点是无需初始距离导引，它对目标距离的估计借助于专门的定位方程，方程由目标特征线度、摄像机的空间坐标、目标在采样时刻对相机的方位角和俯仰角决定.其中，方位角和俯仰角通过光电经纬仪获得,摄像机的空间坐标通过GPS获得,目标特征线度通过相邻帧图像匹配得到.分析表明，该系统的性能主要取决于特征线度的准确度，其他测量误差如目标的方位角、俯仰角和摄像机的空间坐标对其影响较小.目标特征线度选取时,在相邻帧目标图像匹配点中，筛选出三个具有较大极限的尺度不变特征变换关键点，构造三角形及其外接圆，在外接圆上取经过三角形重心且平行或垂直于尺度不变特征变换主方向的弦线作为特征线度，这种特征线度对目标旋转不敏感.实验结果表明这种测距方法能够实现对非合作大目标的被动测距.

研究空间运动目标到机动摄像机的距离的估计算法.通过相邻帧图像中同一目标上四对特征点的匹配,计算相邻采样时刻目标相对摄像机的距离变化量,结合目标的方位角、俯仰角、特征线度和摄像机的空间坐标,求解一个四阶非线性方程,得到前一时刻目标与摄像机之间的距离,随即确定出当前时刻上目标到摄像机距离.阐述了测距原理,推导了测距方程,最后给出了相应的实验数据.研究表明该方案通过两幅图像即可实现对目标的被动测距,缩比模型试验证明了算法的正确性和有效性.该方法适用于能够面成像的刚体三维运动目标.

研究基于光电编码器和四倍频电路的单片机速度测量系统的简化算法.该算法通过减少乘除运算缩短了测量时间,选用整数除法和分频电路避免了计算误差.作者编制了参数配置表,可使本文算法适配于不同当量系数的编码器.简化算法完成一次测量约需0.25 s,可达1 m/h的最小速度分辨力.该算法满足高精度、高分辨力和快速测量的要求,已成功用于作者研制的石油测井闭环速度控制.

建立了基于美国海军红外传输模型的双波段单站被动测距算法.在若干相连观测时刻,远处目标被假定为具有恒定辐射强度的点源,结合美国海军模型在3.4～5 μm、8～12 μm波段上,得到了目标辐照度与探测距离的关系式.分析表明,在相邻两个探测距离上可得到四个形如lnx+bx+c=0的超越方程,通过求解即可获得相应的目标距离.给出了黄海、东中国海区的美国海军红外辐射传输模型的全部系数.最后,给出了文中算法的理论误差曲线,分析表明该测距误差小于辐照度的测量误差.

介绍了一种基于红外成像和序列图像处理技术的对固定平台红外单站被动定位新算法.该算法通过对红外成像目标的实时测量信息求解出目标相对测量基站的距离,它适用于匀速、匀加速和变加速等各种运动模型,具有定位精度高、体积小和便于机动的特点.该算法对可见光成像单站被动定位同样有效.

提出了一种新的红外焦平面器件非均匀性自适应多点校正算法,该算法利用自适应滤波技术获取探测器在某一定标辐照度下稳定工作时的权值,并利用该权值去除探测器实时输出图像的温度漂移,最后对去除温度漂移的图像进行三次样条插值多点校正,具有校正精度高、动态范围大和易于工程实时实现等优点.