一种光电设备作用距离测量的测试方法及测试靶标

技术领域

本发明涉及光学计量与检测领域，特别是涉及一种光电设备作用距离测量的测试方法及测试靶标。

背景技术

作用距离是红外成像跟踪、红外告警等红外成像系统的重要作战指标。不同的气候条件和背景情况下，对不同具有目标特性的目标作用距离不同。装备作用距离指标是针对特定的气象条件和目标特性提出的，在外场试验中往往只能是在另外的特定气候条件和目标特性下进行，这就必然存在根据试验结果进行作用距离性能折算的问题。

现阶段红外作用距离测试所使用的靶标为“卡式炉”。在测量过程中，通过氦气球将简易“卡式炉”升空，由炉中点燃的炭火发热提供红外设备观测所需的热辐射。对于“卡式炉”升空后的辐射温度则通过估算确定，估算方法为：用红外点温计在野外测量红外靶标的温度T1，靶标升空后，其温度下降约10K，则“卡式炉”升空后的辐射温度为T＝T1-10。并将此估算值带入红外作用距离折算公式中计算。使用以上方法进行测量时存在的问题有：①遇上起风等环境时，氦气球的升空高度和轨迹难以控制，将耗费较多的人力与时间成本；②“卡式炉”的温度及加热均匀度难以控制，温度较低不利于测量，温度较高，在升空过程中易发生危险；③升空后“卡式炉”的辐射温度难以测量，在不同环境下通过估算的方式确定辐射温度存在较大的误差等。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种光电设备作用距离测量的测试方法及测试靶标，使其针对现阶段对光电设备红外作用距离测试的“热气球+卡式炉”红外辐射靶标，这种测试靶标比较依赖环境条件，准备时间长，测试试验成本高，测试误差较大，另外飞行距离和高度无法精确控制，带来的作用距离测量不确定度偏大。因此本发明考虑采用“无人机+黑体”作为光电设备作用距离新的测试靶标，新的测试靶标能够：①通过控制无人机实现红外靶标的高精度定位，并实时返回有关位置参数；②通过黑体实现红外靶标辐射温度的均匀性和温度控制的稳定性。进而提高作用距离测量的精度。

本发明提供的一种光电设备作用距离测量的测试方法，包括如下步骤：无人机航路规划：以光电设备为球心规划无人机航路，设置黑体温度并待黑体温度稳定后，使用无人机搭载黑体升空，记录无人机所处的经纬度和高度；无人机位置与高度监测：调整无人机的飞行距离和上升高度以及光电设备的观测方位与俯仰角度，直至光电设备能够稳定跟踪靶标，并记录此时无人机所处位置与高度；计算合作靶标辐射强度：合作靶标辐射强度计算公式如下：

其中，ΔJ是合作靶标辐射强度；ε

在上述技术方案中，所述无人机航路规划步骤前，还包括大气参数测量步骤，具体内容如下：测量试验时的温湿度、空气中的二氧化碳、水蒸气含量以及大气能见度。

在上述技术方案中，所述无人机航路规划步骤和所述无人机位置与高度监测步骤之间，还包括光电设备观测方位和俯仰角度调整步骤：开启光电设备，依据无人机所处的经纬度和高度调整光电设备的观测方位和俯仰角度。

在上述技术方案中，所述计算合作靶标辐射强度步骤中，通过无人机与黑体的技术规格书，得到合作靶标的表皮发射系数ε

在上述技术方案中，所述计算合作靶标辐射强度步骤中，通过查表法得到合作靶标在红外波段3～5μm内的辐射能量百分比η

在上述技术方案中，所述大气透过率计算步骤的具体过程如下：通过红外衰减计算软件包将大气参数测量步骤测量所得的环境和大气参数进行设置，得到试验时的大气透过率τ。

在上述技术方案中，所述辐射强度折算步骤的具体过程如下：将指标规定典型目标在3～5μm波段内的辐射强度与合作靶标在3～5μm波段内的辐射强度分别转换为3.7～4.8μm波段内的辐射强度。

本发明还提供了一种光电设备作用距离测量的测试靶标，包括无人机，所述无人机底部固定有固连支架，所述固连支架内设有黑体。

在上述技术方案中，所述无人机是电动多旋翼无人机。

在上述技术方案中，所述固连支架内设有无人机供电电源。

本发明光电设备作用距离测量的测试方法及测试靶标，具有以下

有益效果：

本发明所提出的合作靶标与现有合作靶标相比，实现了合作靶标所处位置信息的实时采集与读取，且对试验距离和靶标温度的控制更加精准，结合该发明提出的光电设备作用距离测试方法步骤更少，试验周期更短，使得最终作用距离的测量精度得到提升。

附图说明

图1为本发明光电设备作用距离测量的测试靶标的结构示意图；

图2为本发明光电设备作用距离测量的测试方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

如图1所示为本发明所提出光电设备作用距离测量的测试靶标，主要包括无人机1、黑体2、无人机供电电源3和固连支架4。其中黑体2通过固连支架4与无人机1下方的支撑架(图中未示出)相连，无人机供电电源3固定在固连支架4上。

如图2所示为光电设备作用距离测量的测试方法的流程示意图，具体测试方法与步骤如下：

步骤一：利用仪器测量试验时的温湿度、空气中的二氧化碳、水蒸气含量以及大气能见度；

步骤二：以光电设备(图中未示出)为球心规划无人机1航路，在地势平坦处设置黑体温度，待温度稳定后，使用无人机1搭载黑体2升空，通过遥控面板(图中未示出)记录此时无人机1所处的经纬度和高度；

步骤三：光电设备开启，依据无人机1所处的经纬度和高度调整光电设备的观测方位和俯仰角度；

步骤四：调整无人机1的飞行距离和上升高度以及光电设备的观测方位与俯仰角度，直至光电设备能够稳定跟踪靶标，并记录此时无人机1所处位置与高度；

步骤五：合作靶标辐射强度计算：

通过无人机1与黑体2的技术规格书，得到合作靶标的表皮发射系数ε

步骤六：大气透过率计算：

在红外衰减计算软件包PcModWin4.0中设置步骤一所测量所得的环境和大气有关参数，得到试验时的大气透过率τ；

步骤七：指标规定典型目标辐射强度与合作靶标辐射强度折算：

将指标规定典型目标在3～5μm波段内的辐射强度与合作靶标在3～5μm波段内的辐射强度转换为3.7～4.8μm波段内的辐射强度；

步骤八：光电设备作用距离折算：

结合式(2)(见下文)采用插值法在大气透过率τ基础上结合折算后波段内的合作靶标辐射强度推导计算得到折算后的光电设备的作用距离。

本发明提出了一种光电设备作用距离测量的测试方法及测试靶标。其中，测试靶标由无人机1搭载黑体2组成，两者之间采用固连支架4相连。

其中，无人机1用于模拟动态空中飞行目标，搭配高精度定位模块，能够精确显示位置信息，解决了光电设备试验距离测量误差较大的问题。其技术参数设计方案为：1)无人机1动力类型：电动；2)结构形式：多旋翼；3)外形尺寸：机翼展开后最大尺寸≥1.2m；4)模块化拆装：全机身模块化设计，可免工具手动拆装，拆装时间小于5min；5)定位精度：RTK定位水平精度5cm+1ppm，高程精度10cm+1ppm；6)最大有效载荷：≥25kg；7)空载最大飞行速度：≥15m/s；8)续航时间与电池容量：单组电池满足空载续航50min，至少配备3组电池；9)差分定位模块：具备实时差分模块；10)具备空中悬停功能，悬停精度：水平±1m，垂直±0.5m；11)具备自动跟踪功能：能够提供无人机实时作业角度参考，方便寻机；12)材料：机身为碳纤复合材料或更高等级；13)抗风能力：≥6级风；14)防雨等级：具备应急状态下防小雨或更高等级；15)工作温度：-10℃～50℃；16)应急系统：配备应急照明系统，以便配合夜间作业或丢失等紧急情况。

黑体2通过设置不同温度用于模拟不同目标的辐射特性，采用PID控制，能够实现温度的精确和稳定控制，解决了合作靶标温度测量误差较大的问题。黑体2技术指标参数设计如下：1)辐射源面积：≥300mm×300mm；2)辐射面方向：至少4个辐射面；3)温度稳定性：≤±1℃/10min；4)总重量：≤10kg；5)温度范围：环境温度+10℃～500℃。

基于本发明提出的光电设备作用距离测量的测试方法如下所述：

事先记录好试验时的温湿度和能见度，以光电设备所在地为球心，在距离球心一定位置处设置黑体2的温度，待温度稳定后采用无人机1挂载黑体2作为运动靶标上升到一定高度，利用光电设备对合作靶标进行观测，待设备能够稳定探测到合作靶标后记录此时无人机1的飞行距离和飞行高度。结合目标辐射特性和大气传输特性，利用式(2)即可折算出光电设备的作用距离，具体公式如下：

其中，R是飞机或导弹的作用距离；R

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。