本发明涉及一种圆弧形红外目标模拟器的标定装置及标定方法，属于红外目标模拟器技术领域。
背景技术：
近年来，半实物仿真成为科学研究的一项重要手段，随着红外探测技术的发展，红外目标模拟器作为光学测试的一项重要仪器，能够模拟真实目标的红外热像，为红外探测设备性能的测试和评估提供精确可控、可重复的试验条件，目前用于目标检测与定位系统的各种硬件设施已日趋完善，但是各种检测和定位方法的适应性能力比较低，而且红外成像模型参数的标定是得到目标空间位置信息的必要前提。因此，设计性能优异的标定装置和标定方法对红外目标检测与定位系统的应用起着十分关键的作用。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的需求提出了一种圆弧形红外目标模拟器的标定装置及标定方法，该装置和方法中采用在分划板上刻蚀圆弧形目标图案，并且在目标图案上端预留标校圆孔，使用红外测角仪对红外目标模拟器中目标圆孔进行对准测量，进而确定圆弧形红外目标的圆心和半径，实现标校目标圆弧的目的。
本发明的技术方案是：
圆弧形红外目标模拟器的标定装置，其特征是，该装置包括：圆弧形红外目标模拟器、高精度调整机构、测试基座、红外测角仪和三角支架，高精度调整机构位于测试基座上，圆弧形红外目标模拟器固定于高精度调整机构上；红外测角仪置于圆弧形红外目标模拟器后一定距离，安装在三角支架上，且与圆弧形红外目标模拟器光轴在同一高度；当圆弧形红外目标模拟器红外波段的目标以平行光出射时，此时用红外测角仪对圆弧形红外目标模拟器所产生的目标点进行标定。
所述圆弧形红外目标模拟器包括：黑体辐射源、滤光片、红外分划板和红外准直光学系统，黑体辐射源发出的红外辐射经过滤光片后输出光谱与红外准直系统的光谱匹配，再经由红外分划板形成所要模拟的红外目标图案，红外分划板发出的光线经准直光学系统出射平行光，最终形成所要模拟的的无穷远的红外目标图案。
圆弧形红外目标模拟器的标定方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
步骤一，安装待标定装置，将圆弧形红外目标模拟器安装固定在高精度调整机构上，并将高精度调整机构调整到适当高度；
步骤二，圆弧形红外目标模拟器与红外测角仪进行对准和目标点角度标定；
首先，将红外测角仪固定在三角支架上，然后调整三角支架的高度使红外测角仪的光轴与圆弧形红外目标模拟器的光轴调至同一高度，再调整三角支架的微调旋钮使红外测角仪的读数显示为0，此时红外测角仪与大地水平；然后，在与红外测角仪同高度的平面上放置一个反射镜，点击红外测角仪按钮将其物镜焦面的十字划线点亮，再将物镜调焦到无穷远，此时可观测到清晰的十字划线；选择一个红外分划板十字分划线中心点o作为基准点，调整红外测角4使其十字划线对准圆弧形红外目标模拟器中红外分划板的中心点o，将此时的读数清零，作为后续测量的基准，此时完成对准工作；
在对圆弧形红外目标模拟器的目标点进行标定时，需要调整红外测角仪的微调旋钮使红外测角仪的十字划线与需要测量的目标点完全重合，记录红外测角仪读数，需进行多次测量并记录测量结果，根据测量不同目标点的方位角和俯仰角标定出各目标点与红外分划板中心点间的角度，完成圆弧形红外目标模拟器的目标角度的标定；
步骤三，通过步骤一与步骤二的标定，再利用标定所得数据，对所标定的圆孔进行拟合，得到目标弧段中心坐标o1和目标半径r；
以红外分划板中心点o为基准，将红外分划板上目标圆孔进行依次标定后，得到目标圆孔坐标值，设计分划板时，令红外分划板上多个圆孔的拟合圆的几何中心坐标o1与目标弧段中心坐标重合，且圆孔的拟合圆的几何半径r比目标弧度半径r大一个标准数值x；被标定圆弧形红外目标模拟器对圆半径r的计算是通过圆上的圆孔坐标利用最小二乘法拟合计算而得，公式如下：
式中(a，b)为拟合圆的圆心o1坐标，
通过上述步骤标定出多个圆孔拟合出的拟合圆的几何中心坐标o1，代表目标弧段中心的坐标，再通过圆孔拟合得到的拟合圆的几何半径r减掉标准数值x即为目标半径r的标定值。
本发明的有益效果：
本方案由黑体发出的红外辐射经由滤光片滤光后均匀照射到红外分划板上，再由红外分划板发出的光线经准直光学系统汇聚后形成平行光，可在室内有限距离上模拟出对真实目标图像的观测效果。由于观测目标与敏感器的距离不同，观测目标在敏感器像面上成像大小不同，若观测目标未超出敏感器的视场范围，观测目标在敏感器上成像为一个整圆，一旦观测目标整体超出敏感器的视场范围，观测目标在敏感器上成像为一个弧段。本发明的标定方法是在红外分划板刻蚀出目标弧段，并在目标弧段上方一定距离刻蚀若干个等大圆孔，然后对目标圆孔进行标定从而达到标校圆弧的目的，得到目标圆弧的中心和半径。
1、该方案通过在目标弧段上方预设圆孔的方法，有效的降低目标弧段边缘亮暗灰度变化所带来的瞄准误差。
2、该方案中红外目标模拟器中所用红外分划板，利用掩膜刻蚀法制作，可根据所要模拟的目标图案的不同，随时更换分划板得到预期目标。
3、该方案提出一种确定弧形红外目标中心和半径的新方法，利用红外测角仪对红外谱段目标点进行标定。
4、该方法应用最小二乘法原理对所标定孔位进行圆拟合，精确标定出圆心坐标和半径。
5、该方法所涉及装置操作简单，可以直接在室内完成标定工作。
附图说明
图1是本发明圆弧形红外目标模拟器的标定装置结构示意图。
图2是本发明所述圆弧形红外目标模拟器结构示意图。
图3是本发明所述红外分划板定标图案。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，圆弧形红外目标模拟器的标定装置，该装置包括：圆弧形红外目标模拟器1、高精度调整机构2、测试基座3、红外测角仪4和三角支架5，高精度调整机构2位于测试基座3上，圆弧形红外目标模拟器1固定于高精度调整机构2之上。红外测角仪4置于圆弧形红外目标模拟器1后一定距离，安装在三角支架5上，且与圆弧形红外目标模拟器1光轴在同一高度。当圆弧形红外目标模拟器1红外波段的目标以平行光出射时，此时用红外测角仪4对圆弧形红外目标模拟器1所产生的目标点进行标定。
如图2所示，圆弧形红外目标模拟器1结构主要包括：黑体辐射源1-1、滤光片1-2、红外分划板1-3和红外准直光学系统1-4。黑体辐射源1-1发出的红外辐射经过滤光片1-2后输出光谱与红外准直系统1-4的光谱匹配，再经由红外分划板1-3形成所要模拟的红外目标图案，红外分划板1-3发出的光线经准直光学系统1-4出射平行光，最终形成所要模拟的的无穷远的红外目标图案。
所述黑体辐射源1-1为整个圆弧形红外模拟器1提供稳定的红外辐射。
所述滤光片1-2是为了修正黑体辐射源1-1的光谱，使目标模拟器输出光谱与所需测量的光谱匹配。
所述红外分划板1-3是选择0.05mm厚度的不锈钢片，采取掩膜刻蚀方式制作出弧形排列的小圆孔为目标点图案，图案形状位置精度可以达到3μm。
所述红外测角仪4是用来标定圆弧形红外目标模拟器1，目的是测量由黑体光源1-1经滤光片1-2和红外分划板1-3后生成的目标圆孔的角度。
圆弧形红外目标模拟器的标定方法，包括以下步骤：
步骤一，首先，安装待标定装置，将圆弧形红外目标模拟器1安装在高精度调整机构2上；然后，将圆弧形红外目标模拟器1固定于高精度调整机构2上，并将高精度调整机构2调整到适当高度。
步骤二，圆弧形红外目标模拟器1与红外测角仪4进行对准和目标点角度标定。
首先，将红外测角仪4固定在三角支架5上，然后调整三角支架5的高度使红外测角仪4的光轴与圆弧形红外目标模拟器1的光轴调至同一高度，再调整三角支架5的微调旋钮使红外测角仪4的读数显示为0，此时红外测角仪4与大地水平。之后，在与红外测角仪4同高度的平面上放置一个反射镜，点击红外测角仪4按钮将其物镜焦面的十字划线点亮，再将物镜调焦到无穷远，此时可观测到清晰的十字划线。选择一个红外分划板1-3十字分划线中心点o作为基准点，调整红外测角仪4使其十字划线对准圆弧形红外目标模拟器1中红外分划板1-3的中心点o，将此时的读数清零，作为后续测量的基准，此时完成对准工作。
在对圆弧形红外目标模拟器1的目标点进行标定时，需要调整红外测角仪4的微调旋钮使红外测角仪4的十字划线与需要测量的目标点完全重合，记录红外测角仪4读数，需进行多次测量并记录测量结果，根据测量不同目标点的方位角和俯仰角标定出各目标点与红外分划板1-3中心点间的角度，完成圆弧形红外目标模拟器1的目标角度的标定。
步骤三，通过步骤一与步骤二的标定，再利用标定所得数据，对所标定的圆孔进行拟合，得到目标弧段中心坐标o1和目标半径r。
如图3所示，以红外分划板1-3中心点o为基准，将红外分划板1-3上目标圆孔进行依次标定后，得到目标圆孔坐标值，设计分划板时，令红外分划板1-3上多个圆孔的拟合圆的几何中心坐标o1与目标弧段中心坐标重合，且圆孔的拟合圆的几何半径r比目标弧度半径r大一个标准数值x。被标定圆弧形红外目标模拟器1对圆半径r的计算是通过圆上的圆孔坐标利用最小二乘法拟合计算而得，公式如下：
式中(a，b)为拟合圆的圆心o1坐标，
通过上述步骤标定出多个圆孔拟合出的拟合圆的几何中心坐标o1，代表目标弧段中心的坐标，再通过圆孔拟合得到的拟合圆的几何半径r减掉标准数值x即为目标半径r的标定值。