专利名称:用于获取有关运动目标的精确背景红外特征的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及跟踪运动目标的红外特征的系统。
技术背景
术语“红外特征”通常由国防科学家中军事人员使用，描述物体对于红外传感 器的外观。红外特征取决于众多因素，包括物体的形状和尺寸、温度和辐射率、与其对 比来观察物体的背景、以及检测传感器的波段。例如，对比田野来观察的卡车的红外特 征将随着天气变化、一天中的时间变化以及发动机负载而显著变化。
研究红外特征有两个主要目的一是理解特定威胁的可能红外特征，以便可以 开发设备来检测这种威胁；二是减少己方资产对敌方威胁传感器的红外特征。实践中， 这样可能意味着为军舰装备检测来袭反舰导弹尾烟流的传感器，同时具有低于导弹制导 红外传感器的检测阈值的红外特征。
需要对军用飞行器进行红外(IR)特征测量来评估对IR导弹的易损性，并估算降 低这种易损性的工作，但是，IR特征较低的现代军用飞行器尤其是旋翼飞行器，是主要 的测量难点。IR特征测量结果通常噪声非常多并且不可再现。
IR特征是反差量。需要两个IR辐射测量值来确定飞行器的IR特征(1)飞行 器的:[R特征，通常称为目标测量值；和(2)飞行器周围环境的:[R特征，通常称为背景测 量值。通过在两个测量值之间求差来计算IR特征。结果的不确定性取决于背景测量值 的精度以及目标测量值的精度。重要的是让两个测量值都尽可能精确。
在通常IR特征测量中，跟踪器，通常为马达化的扫调-俯仰平台，用于保持:[R 传感器瞄准飞行中的目标飞行器。在获取目标数据之后，停止跟踪器。在目标飞行器飞 出传感器视场之后，在最终场景中测量背景的IR特征。这种技术的主要问题在于，背景 数据仅对于目标测量的最终场景有效。但是，在目标测量过程中，飞行器在移动并且背 景场景在变化。
虽然在跟踪运动目标的红外特征领域已经取得了巨大进步，但是仍然存在明显 的不足。
被认为是本发明独特之处的新颖特征在说明书中论述。但是，本发明本身以及 优选使用模式以及本发明进一步的目标和优势，在结合附图阅读时，通过参照以下详细 描述，将得到最清楚的理解，附图中
图1是根据本申请，用于跟踪运动目标的红外特征的系统的优选实施方式的透 视图。
虽然本发明可以实现各种改型和替代形式，但是作为示例在附图中示出了本发 明的具体实施方式
并在文中详细描述。但是，应该理解，文中具体实施方式
的描述目的 并不是将本发明限制到所公开的特定形式，而是相反，本发明应该覆盖落入文中所述本发明精神和范围内的全部改型方案、等同方案和替代方案。
具体实施方式
本发明的例述实施方式在以下描述。为了清楚，在本说明书中并未描述实际实 施方案的全部特征。当然应该理解，在开发任何所述实际方式时，必须针对具体实施方 案作出众多决策以实现开发者的具体目标，诸如满足与系统相关和与商业相关的约束， 而这些约束从一种方案到另一种方案会发生变化。此外，应该理解，这种开发工作可能 复杂且耗费时间，但是仍然是从本公开内容受益的本领域技术人员所从事的常规工作。
参照附图中的图1，示出了根据本申请的跟踪器系统10的优选实施方式的透视 图。跟踪器系统10优选包括扫调-俯仰(pan-and-tilt)跟踪器平台12和跟踪器组件32。 跟踪器平台12允许跟踪器组件32沿着路径(未示出)跟踪运动物体(未示出)。跟踪器 平台12经由轴30枢转耦接到接地基座(未示出)。促动器系统11与接地基座可操作地 关联，用于围绕轴线26和28旋转轴30、跟踪器平台12和跟踪器组件32。促动器系统 11可以包括一个或多个马达14和用于根据选定的输入精确且准确地移动跟踪器平台12的 其他部件。
跟踪器组件32优选包括各种红外、视频和激光传感器，包括至少一个中波 Hl(MWIR)成像器16，至少一个长波Hl(LWIR)成像器22 ；至少一个激光测距仪18 ；至 少一个视频相机20;和至少一个分光计24。应该理解，跟踪器系统10与远程控制站可 操作地关联，并可以连接到有线或无线通信网络，用来接收和传送数据。远程控制站优 选是建筑物、拖车或类似结构，但是，应该理解远程控制站可以是便携式计算设备，诸 如膝上计算机、个人数字助理、蜂窝电话或者任何其他适当的计算设备。
在操作中，跟踪器系统10记录并重复其运动。这种特征允许跟踪器系统10对 运动目标诸如飞行器进行测量，然后回扫飞行器的飞行路径，以精确测量实际背景的IR 特征。通过沿着飞行器的路径测量实际背景的IR特征，跟踪器系统10能对运动目标进 行非常敏感和非常精确的IR特征计算和测量。
步骤1:目标测量——对于目标测量而言，运动目标，即飞行器经由至少一个显 示设备(未示出)被自动或手动跟踪，所述显示设备用于显示来自至少一个视频和/或红 外相机诸如MWIR成像器16、LWIR成像器22和/或视频相机20的现场视频信号。这 是通过操作者在飞行器通过目标区域移动时将瞄准器放置并保持在飞行器上来实现的。 MWIR成像器16、LWIR成像器22和/或视频相机200优选安装在跟踪器组件32上，而 显示设备优选位于远程控制站中。从“开始”位置到“结束”位置记录跟踪器组件32 的运动。在飞行器位于瞄准器中的同时，操作者有选择地触发传感器来记录目标数据， 包括IR辐射数据。由操作者发送的触发信号在“启动”模式、“禁用”模式或其他模 式之间切换传感器。随着记录目标数据，产生记录跟踪器组件32的运动连同触发信号状 态即传感器是处于“启动”模式、“禁用”模式或任何其他模式的时序记录文件。在完 成通常持续几秒钟的目标测量时，操作者指令传感器停止记录数据并关闭记录文件。
步骤2 背景测量——在飞行器飞出传感器视场并且已经记录了目标测量值之 后，操作者指令跟踪器组件32返回“开始”位置，重复跟踪器的运动，并根据先前产生 的记录文件重新发送触发信号。这种过程在文中称为“数字跟踪器回放”。这种数字跟踪器回放是跟踪器系统10记录并重复其运动的能力。在数字跟踪器回放过程中，在不 存在运动目标的情况下测量背景的IR辐射数据。然后通过比较运动目标的IR辐射数据 与不存在运动目标情况下背景的IR辐射数据，可以计算和/或确定运动目标的精确IR特 征。
这种数字跟踪器回放能力的结果是一组完整的随时间变化的背景数据，包括IR 辐射，与步骤1中记录的随时间变化的目标数据相对照。这种特征允许跟踪器系统10测 量运动飞行器，然后回扫飞行路径以便沿着飞行路径测量背景。本申请系统的数字跟踪 器回放能力允许操作者数字精确地记录有关运动飞行器的真实背景IR数据。这种新发明 提高了 IR特征测量的精度，并且允许对飞行器热特征的测量达到非常低的水平。此外， 本申请系统的数字跟踪器回放能力支持具有甚至更低红外特征的下一代飞行器的研发。
应该理解，在一些实施方式中，可以并且希望跟踪器系统10记录背景IR数据同 时跟踪器组件从“结束”位置到“开始”位置反向回扫其运动。
显然，已经描述并例示清楚具有显著优势的本发明，优势包括(1)实现精确 和准确测量背景IR的能力；和(2)可以记录器运动并借助数字跟踪器回放来再现运动目 标路径的系统。
以上公开的特定实施方式仅仅为例述性质，因为本发明可以采用从本文教导受 益的本领域技术人员显然明白的不同但等同的方式进行改动并实施。因此，显然以上公 开的特定实施方式可以替换或改动，并且所有这些变形方案应该认为落入本申请的范围 和精神内。虽然本申请以数量有限的形式示出，但是本申请并不仅限于这些形式，而是 在不脱离本申请精神的前提下，容易进行各种变化和改动。
权利要求
1.一种测量运动目标红外特征的方法，包括 提供能移动的扫调-俯仰跟踪器平台；将跟踪器组件与扫调_俯仰跟踪器平台可操作地关联，用于跟踪所述运动目标； 通过移动所述扫调-俯仰跟踪器平台利用所述跟踪器组件跟踪所述运动目标的路径；作为时间的函数记录所述扫调_俯仰平台在开始位置和结束位置之间的运动； 将至少一个红外传感器与所述跟踪器组件可操作地关联，用于获取红外辐射数据； 在所述运动目标移动并限定所述路径的同时，触发至少一个红外传感器在期望的触 发点从所述运动目标测量红外辐射数据； 作为时间的函数记录触发状态； 将扫调_俯仰跟踪器平台重新定位到所述开始位置； 回扫所述扫调_俯仰平台在所述开始位置和所述结束位置之间的运动； 在所述扫调-俯仰平台沿着所述路径移动的同时，触发至少一个红外传感器在所述 目标跟踪步骤中限定的所述触发点从所述背景测量红外辐射数据；通过比较来自所述运动目标的红外辐射数据与来自所述背景的红外辐射数据来确定 所述运动目标的所述红外特征。
2.如权利要求
1所述的方法，进一步包括提供远程控制系统，用于远程控制所述 跟踪器组件的扫调和俯仰角度。
3.如权利要求
1所述的方法，其特征在于，将至少一个红外传感器与所述跟踪器组件 可操作地关联的步骤通过将至少一个中波红外成像器与所述跟踪器组件可操作地关联来 实现。
4.如权利要求
1所述的方法，其特征在于，将至少一个红外传感器与所述跟踪器组件 可操作地关联的步骤通过将至少一个长波红外成像器与所述跟踪器组件可操作地关联来 实现。
5.如权利要求
1所述的方法，其特征在于，跟踪所述运动目标的路径的步骤通过采用 至少一个激光测距仪来实现。
6.如权利要求
1所述的方法，其特征在于，跟踪所述运动目标的路径的步骤通过采用 至少一个视频相机来实现。
7.如权利要求
1所述的方法，其特征在于，跟踪所述运动目标的路径的步骤通过采用 至少一个分光计来实现。
8.如权利要求
2所述的方法，其特征在于，跟踪所述运动目标的路径的步骤通过采用 所述远程控制系统来实现。
9.一种用于测量运动目标红外特征的装置，包括 能移动的扫调-俯仰跟踪器平台；跟踪器组件，所述跟踪器组件与所述扫调-俯仰跟踪器平台可操作地关联，用于跟 踪所述运动目标；促动器系统，所述促动器系统用于移动所述扫调-俯仰跟踪器组件，从而利用所述 跟踪器组件跟踪所述运动目标的路径；控制系统，所述控制系统用于记录所述扫调-俯仰平台在开始位置和结束位置之间的运动；至少一个红外传感器，所述红外传感器与所述跟踪器组件可操作地关联，用于 首先获取目标红外辐射数据然后获取背景红外辐射数据；和通过比较所述目标红外辐射数据与所述背景红外辐射数据来确定所述运动目标的红 外特征的部件。
10.如权利要求
9所述的装置，其特征在于，所述至少一个红外传感器是中波红外成像器。
11.如权利要求
9所述的装置，其特征在于，所述至少一个红外传感器是长波红外成像器。
12.如权利要求
9所述的装置，进一步包括至少一个激光测距仪。
13.如权利要求
9所述的装置，进一步包括至少一个视频相机。
14.如权利要求
9所述的装置，进一步包括至少一个分光计。
15.如权利要求
9所述的装置，其特征在于，所述控制系统相对于所述跟踪器平台位 于远程。
专利摘要
一种用于测量运动目标红外特征的方法，包括利用跟踪器系统沿着从开始位置到结束位置的路径跟踪所述运动目标；沿着所述路径测量所述运动目标的红外辐射数据；将所述跟踪器系统重新定位到所述开始位置；回扫所述路径以测量背景的红外辐射数据；和通过比较所述运动目标的红外辐射数据与不存在所述运动目标时所述背景的红外辐射数据来确定所述运动目标的红外特征。
文档编号F41G7/00GKCN102016488SQ200980115025
公开日2011年4月13日 申请日期2009年2月2日
发明者戴维·R·施里克特, 理查德·A·谢泼德, 罗伯特·A·谢泼德, 肯达尔·E·古德曼 申请人:贝尔直升机泰克斯特龙公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan