● 摘要
红外成像探测器用于制导系统时，具有被动工作隐蔽性好、导引精度高、作用距离远、抗干扰能力强等突出优点；而用作引信时，能识别和确定目标的易损部位，从而使战斗部杀伤元素的最大密度方向对准目标易损部位，大大提高引战配合效率。随着红外成像导引技术在空空导弹中的应用普及，红外成像制导引信一体化也成为空空导弹引信发展的主要趋势。本论文研究用于前视探测高速空中目标、控制战斗部定向起爆的制导引信一体化技术，以弹载计算机为数字信息处理平台，在弹道终端共享导引头红外成像系统的软硬件资源，作为引信完善的目标探测器，采用图像处理等技术措施，在遭遇段进行弹目交会参数的估计，以实现引信对目标易损部位、起爆方位的识别和炸点的精确控制。全文的内容主要包括：引战配合效率的基本概念、影响因素、提高途径以及制导引信一体化的涵义；红外成像制导引信一体化验证系统的硬件设计；红外成像GIF引信的系统组成；红外弱小目标检测及跟踪、目标跟踪点识别算法；弹目遭遇段剩余飞行时间、引信延迟时间和战斗部起爆方位角等起爆参数估计算法，并对测量参数的滤波算法进行了讨论和研究。主要创新成果如下：1、针对制导引信一体化验证系统硬件设计与调试过程中遇到的应用异步FIFO传输数据时的数据丢失问题，分析了异步电路中亚稳态产生的原因，设计了一种消除亚稳态的外部逻辑控制器——“半拍错位同步器”，通过附加的高频时钟和D触发器，将异步时钟分别同步到高频时钟的上升沿和下降沿，使得过于接近的异步时钟在时间上拉开适当的间隔，通过适当选择延迟时间和高频时钟，彻底消除了亚稳态的发生，确保了异步FIFO数据传输的可靠性。2、根据点目标在红外系统中成像为弥散圆斑(通常超过2×2像素)而非一个几何点的事实，提出了一种红外弱小目标快速检测算法：首先对单帧点目标图像在行列方向分别进行2:1的下采样，再进行对比度增强，然后运用背景预测法检测目标。在不影响目标探测概率的情况下，成倍地减小了运算量，提高了弱小目标检测的实时性。3、针对弹载红外成像探测器工作于被动方式而无法测距的不足，分析了云团对红外辐射衰减的影响，指出了根据灰度进行被动测距的使用条件，提出了一种基于面积的被动测距算法，根据红外序列图像中的目标面积变化，从载机雷达给出的目标初始距离出发，较准确地估算后续采样时刻的弹目距离。4、提出了一种将测角信息与目标跟踪点灰度结合起来进行剩余飞行时间估计的新算法。根据红外图像上目标像素灰度与其对应目标面元距离平方的反比关系，利用弹目遭遇段的序列红外图像，通过相邻帧间的目标跟踪点灰度比得到弹目距离比，与位标器测角信息共同估计剩余飞行时间，在测角误差不变的情况下，大幅提高了剩余飞行时间估计精度。