红外面阵搜索系统快速扫描成像像移补偿技术研究与实现

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1、博士学位论文红外面阵搜索系统快速扫描成像像移补偿技术研究与实现作者姓名：陈超帅指导教师:王世勇研究员中国科学院上海技术物理研究所学位类别:工学博士学科专业:电路与系统培养单位:中国科学院上海技术物理研究所2018年6月中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明

2、或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。涉密及延迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。作者签名：导师签名：日期：日期：TechnicalResearchandImplementationonImageMotionCompensatio

3、nofInfraredArraySearchSystembyFastScanImagingAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinCircuitsandSystemsByChenChaoshuaiSupervisor:ProfessorWangShiyongShanghaiInsti

4、tuteofTechnicalPhysicsoftheChineseAcademyofSciencesJune2018摘要摘要与当前线列探测系统相比，红外面阵搜索系统具有探测能力强、扫描效率高等特点，是红外领域研究的热点之一。但是由于在探测积分时间内成像景物相对探测靶面是运动的，面阵扫描成像不可避免的会带来图像质量退化问题，本文针对面阵扫描成像图像退化问题，开展了图像质量退化机理分析、像移补偿方案比较、高频率大摆角快速反射镜伺服控制策略研究、像移补偿效果评估等方面的研究工作。主要研究内容包括：1对红

5、外面阵扫描探测进行机理分析，基于动态光学理论推导出红外面阵扫描图像像移方程以及动基座下俯仰指向视轴稳定方程，从理论上分析了二维搜索下红外面阵扫描成像的图像像移、视场旋转、补偿速率变化等问题。分析出补偿系统的带宽、位置准确度、速度准确度，为具体方案的实施提供了理论依据和设计指导，深入研究了红外面阵搜索系统的像移补偿方案，提出了一种基于快速反射镜的像移补偿方法。2提出一种实时视轴跟踪的IRST（红外搜索跟踪）系统像移补偿控制技术，达到了方位搜索转台与补偿反射镜的快速匹配效果，实现了红外面阵搜索系统在一定

6、俯仰角度下方位搜索转台变速运动下高质量的像移补偿，快速反射镜伺服系统抗扰动能力与控制带宽得到了显著的提高。采用高精度测速算法实现对方位搜索转台速率的实时测量，采用SIMULINK构建了振镜控制模型，对伺服系统电流环、速度环以及位置环的带宽、阶跃响应、抗干扰能力等性能进行了仿真分析。仿真和实验结果证明了采用该方法能够有效的实现提升振镜控制系统的带宽，实现快速面阵扫描的高质量成像。3设计并实现了一套具有像移补偿功能的红外面阵连续扫描探测系统，采用像方扫描像移补偿技术，实现了红外面阵连续扫描成像。研究了补

7、偿伺服系统的设计，包括关键元部件的选型、伺服系统软硬件实现。搭建了红外面阵搜索系统的实验样机，实现了快速面阵扫描成像的像移补偿。4设计了像移补偿效果验证方案，搭建红外面阵搜索系统的像移补偿测试平台。采用实验室靶标对红外面阵搜索系统的MTF（调制传递函数）进行测试，对像移补偿效果进行评估。开展了系统外场全景搜索成像实验，对快速面阵扫描成I红外面阵搜索系统快速扫描成像像移补偿技术研究与实现像的像移补偿做了定性和定量评价，提出了采用倾斜刃边法测量红外面阵搜索系统的调制传递函数，分析出红外面阵搜索系统成像质

8、量的定量性指标。分别测量了未补偿、补偿后以及无像移图像的最小可分辨温差和调制传递函数，从而证明了采用振镜的反扫补偿方案可以有效实现对快速面阵扫描成像的像移补偿要求，成像效果接近凝视型。本论文的研究工作表明：连续扫描凝视补偿方式能够很好的实现对快速面阵扫描成像的像移补偿功能，极大的缩短了帧与帧之间的稳定时间，充分发挥了面阵探测器高帧频的优势，提升了系统的帧频，大幅提升扫描效率。实时视轴跟踪的IRST系统像移补偿控制技术能够有效的提升振镜的控制性能，达到了振镜与方位搜索转