摘要：针对遥测近海面测量时面临的复杂场景干扰以及视觉观感不强等方面的问题，提出在舰载遥测系统上加装红外跟踪系统。采用口径140 mm、焦距 260 mm/520 mm 的光学系统，能对红外源目标进行跟踪、图像记录和在本地/远程实时监控等功能。提出的 Kalman 滤波估计算法，能够准确预测目标的速度，使得速度顺馈技术在设备中成功实现。介绍了舰载遥测系统的特点以及一体化设计思想，实现了对遥测系统远、近场电轴的标校以及遥测与红外的互跟踪，并通过实例验证了设计的可行性。
舰载遥测系统以其海上机动性能以及远海布站的优势，在海上靶场远距离飞行目标的测控保障中，发挥着不可替代的作用。但是，舰载遥测系统也有弱点，在近距离、低仰角跟踪捕获目标时，接收的无线电
信号易被海面反射造成干扰，进而影响对目标的稳定跟踪。而红外跟踪系统具有的自动捕获跟踪功能，能弥补遥测在近海面工作的不足，实现对运动目标的自动检测、捕获与跟踪，完成复杂海面场景至天空背景下目标的稳定跟踪，从而实现遥测系统和光电成像系统的优势互补和稳定高精度跟踪测量，极大提高了遥测系统获取数据概率。简单的说，舰载遥测和光学跟踪设备的集成有利于实现资源共享，功能互补，能有效提高舰载遥测系统近距离和低仰角跟踪的综合性能。同时，对于没有遥测合作设备的目标或
飞行器，红外跟踪系统也可独立实现跟踪测量，这是传统的遥测所不具备的能力。
1、红外电视系统设计
红外电视系统主要包括光学镜头设备和管理计算机。光学镜头设备安装在遥测系统主
天线俯仰臂上，主天线结构设计之初就考虑光轴、电轴及标校轴的一致性，便于红外设备的安装及标校。管理计算机安装在遥测终端设备机柜中，通过遥测伺服控制单元实现对主天线的驱动控制。系统组成原理如图1所示。
1.1 主要功能
1.1.1 目标跟踪功能
能够自动捕获、跟踪目标;实时输出跟踪目标的图像，供监视、显示使用;实时记录
视频图像;自动捕获跟踪目标，将脱靶量信息实时输出给遥测伺服系统，驱动天线锁定跟踪目标;实时跟踪目标时，可以方便实现红外电视跟踪与遥测跟踪间的相互切换，共同完成目标跟踪。
1.1.2 标校功能
字符显示功能;时间码解调功能;游标移动功能;十字丝显示功能;
串口收发数据功能。
1.2 光学镜头设备
光学镜头由红外光学系统（两档定焦望远镜）、头部控制小系统、红外探测器和高速图像处理系统四部分组成。三维图如图2所示。
1.2.1 红外光学系统
1.2.1.1 系统参数设计
光学系统参数的确定，主要考虑如下几点因素，第一探测能力即作用距离，第二是捕获跟踪目标的视场要和遥测的跟踪误差相匹配，第三是跟踪精度即实时的测量精度，既要满足跟踪稳定性又要满足标校精度的要求。
对于探测能力，由于测量的目标离海面距离很近，受大气衰减等影响，同时考虑光学镜头的体积、重量及对遥测天线的影响等因素，选择了光学系统口径 D≥140 mm 的尺寸，在保证探测能力的同时也获得较小的体积重量。
1.2.3 高速图像处理系统
为实现目标快速捕获和对多种类型目标的自动跟踪，采用高速
DSP 和大规模可编程逻辑阵列
FPGA 的全数字高速图像处理系统。主要实现以下功能∶
1）快速自动捕获目标功能。
设备加电后，处理系统自动进入搜索状态开始搜索目标，充分利用FPGA 的高速并行功能，DSP对图像数据进行全视场实时处理，一旦目标进入探测器视场设备将快速自动捕获目标，送出目标的脱靶量数据。
2）自动跟踪功能。
对多种类型目标，DSP程序设计和调用不同的跟踪处理算法，实现对多种类型目标自动跟踪功能。输出有效目标偏离视场中心的偏差量到遥测系统，通过遥测系统选择该误差量作为跟踪误差，完成对目标的稳定跟踪。便于遥测系统在实时跟踪目标时方便实现红外跟踪与遥测跟踪间的相互切换，共同完成对目标的跟踪。
3）红外数字图像增强功能。
为提高系统对红外弱目标的探测能力，高速图像处理系统对红外数字图像进行增强处理。
4）处理后的图像显示功能。
将处理后的图像叠加字符后经过 DA 转换成标准视频图像送到机下显示，以实时输出跟踪目标的直观图像。视场中心的十字丝可显示或隐藏。
1.2.4 机械系统
机械系统除耐环境设计外，为了保证方便使用，采用手动和自动一体的开闭盖设计，即可以用手扳动保护盖，也可以自动控制开关镜头的保护盖。同时，光学望远镜中加装了温度和压力
传感器，可以将望远镜箱体内的温度和压力送给管理计算机，能更清楚了解镜头内的各种情况，便于故障诊断。
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发表于 2022-5-5 16:55:34
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