红外场景测角系统

　　0 引 言

　　半实物仿真试验是检验导弹制导控制回路性能的一项强有力的手段，半实物仿真系统中的目标场景模拟器是其中关键性的设备之一，负责为参试导引头提供与真实飞行条件等效的动态仿真场景，其中一个重要信息就是让导引头感受到等效的角位置信息。

　　动态仿真场景主要分为点源目标场景和成像目标场景，目前以红外辐射场景为主流。在红外目标场景中多大目标尺寸对应多大的弹目相对距离，或者两个目标之间相距多远对应合适的角度，这在做试验之前必须事先标定，才能保证试验过程中的仿真精度。一般在可见光目标场景中，可以用经纬仪或 CCD 成像系统对角度进行测量标定;在红外目标场景中，可以用红外热成像系统进行测量标定。文中主要介绍我们自行开发的红外场景测角系统。

　　1 工作原理与组成

　　入射的红外辐射，经过光学系统(电动镜头)汇聚并成像在探测器焦平面，信号读取及预放电路将探测器的小信号依次读取并转换为数字信号，由FPGA+DSP 实时处理电路对数字信号进行各种图像处理。通过接口板处理电路输出标准的 PAL 制式的视频信号。机芯组件的温控电路确保探测器工作状态的稳定，保证机芯组件在高温和低温下稳定工作，且电流、电压等主要指标基本不变。

　　计算机通过采集卡，将机芯组件输出的 PAL 制式的视频信号采集到处理软件，进行各种后续的图像处理。同时，可通过串口对机芯组件进行各种状态调整，如工作模式(自动增益、自动亮度模式;手动增益、自动亮度模式;手动增益、手动亮度模式)、调焦、增益调节、曝光时间设置、亮度调节、电子放大、黑热/白热等，并进行图像采集处理，给出角位置信息等。图 1 中红外热像头部以定制采购为主，计算机处理软件以二次开发为主。

　　2 红外光学镜头的参数确定

　　在红外热像头部中除了光学镜头外，探测器和电子处理电路都是模块化，这里只给出光学镜头的主要参数确定。

　　虽然光学镜头主要参数的确定在理论上是遵循一定的规则，但在实际应用中却受到很多限制，如红外探测器像元数的限制(只能来自法国进口)，光学镜头重量和体积的限制，热像仪生产厂商标准镜头的种类限制等，虽然厂商都声称能根据不同需求加工各种镜头，但价格却比标准镜头贵很多，因此，实际光学镜头主要参数的确定要权衡各种利弊。

　　一般地，由于光学镜头口径限制所引起焦平面上衍射弥散斑的线宽度可表示为[1]：

　　式中: ΔX 为弥散斑直径;λ为波长;F=f/D，称作 F数，f 和 D 分别是光学系统的焦距和入瞳口径。显然，F 数越小，弥散斑越小，即成像越清晰。所以，在热像仪生产厂商标准镜头中选择了 F 数最小的一组镜头，参数为 F=0.95，f=150 mm。