双波段航空遥感相机的目标作用距离

刘学吉; 张洪文; 远国勤; 修吉宏; 王健飞; 张昶

doi:10.37188/OPE.20223008.0908

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双波段航空遥感相机的目标作用距离

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-11

- 双波段航空遥感相机的目标作用距离
- Target operating range of dual band aerial remote camera
- 光学精密工程 2022年30卷第8期页码：908-916
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林长春 130033
  2.空军装备部驻某地区军事代表室
  3.长春奥普光电技术股份有限公司，吉林长春 130033
- 作者简介：
  
  刘学吉（1989-），男，吉林公主岭人，硕士，助理研究员，2012年于长春理工大学获得学士学位，2015年于国防科技大学获得硕士学位，主要从事航空光学成像仿真及光学系统设计等方面的研究。E-mail： liuxueji@ciomp.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(61905240)
- DOI：10.37188/OPE.20223008.0908
  中图分类号： V248.1
- 收稿：2021-08-17，
  
  修回：2021-10-09，
  
  纸质出版：2022-04-25
- 稿件说明：
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刘学吉,张洪文,远国勤等.双波段航空遥感相机的目标作用距离[J].光学精密工程,2022,30(08):908-916.

LIU Xueji,ZHANG Hongwen,YUAN Guoqin,et al.Target operating range of dual band aerial remote camera[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(08):908-916.
刘学吉,张洪文,远国勤等.双波段航空遥感相机的目标作用距离[J].光学精密工程,2022,30(08):908-916. DOI： 10.37188/OPE.20223008.0908.

LIU Xueji,ZHANG Hongwen,YUAN Guoqin,et al.Target operating range of dual band aerial remote camera[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(08):908-916. DOI： 10.37188/OPE.20223008.0908.

摘要

为解决航空遥感相机不同波段目标作用距离计算模型缺乏统一评价标准及工程闭环等问题，开展双波段航空遥感相机目标作用距离评价标准研究及工程应用案例分析。明确航空遥感相机目标作用距离的限制条件，从目标的几何和辐射特性出发。首先根据航空遥感的特点提出了目标三维投影变换关系式，得到任意观测工况下目标的等效观测尺寸；针对可见光、红外双波段点目标和面目标各自不同的辐射成像特点，分别建立了目标作用距离计算模型。接着，结合工程应用示例对不同计算模型的结果进行分析比较，给出了适合航空遥感相机远距离斜视成像条件下选用的计算模型。然后，采用某型航空遥感相机的实际飞行图像中提取的信息，对目标作用距离计算过程中信噪比及调制度的阈值进行了合理选择，并根据修正后的阈值分析了大型舰船和坦克在可见光与红外不同的探测及识别概率下对应的作用距离。分析结果表明：在载机航高18 km，大气能见度15 km，航空遥感相机可见光焦距不低于1.5 m时，可实现在50%的概率下对海面大型舰船的探测距离141 km、识别距离93 km，对陆地坦克等小目标的探测距离105 km、识别距离80 km；在红外焦距不低于1 m的条件下，可实现在50%的概率下对海面大型舰船的探测距离203 km、识别距离140 km，对陆地坦克等小目标的探测距离44 km、识别距离37 km。上述仿真的结果吻合实际，本文的成果可较好应用于工程实践。

Abstract

In order to solve the problem of lack of unified evaluation standard and engineering closed-loop for target operating distance calculation model of aerial remote sensing camera in different bands， the research on target operating distance evaluation standard of dual band aerial remote sensing camera and engineering application case analysis were carried out. Firstly， according to the characteristics of aerial remote sensing， the three-dimensional projection transformation relationship of the target is proposed to obtain the equivalent observation size of the target under any observation condition. According to the different radiation imaging characteristics of visible and infrared dual band point target and area target， the target operating range calculation models are established respectively. Then， combined with an engineering application example， the results of different calculation models are analyzed and compared， and the calculation model suitable for long-range squint imaging of aerial remote sensing camera is given. Then， the information extracted from the actual flight image of an aerial remote sensing camera is used to reasonably select the signal to noise ratio（SNR） and modulation threshold in the calculation process of target operating distance. According to the modified threshold， the corresponding operating distance of large ships and tanks under different detection and recognition probabilities of visible light and infrared is analyzed. The analysis results show that when the flight height of the carrier is 18 km， the atmospheric visibility is 15 km and the visible light focal length of the aerial remote sensing camera is not less than 1.5 m， the detection distance of 141 km and 93 km for large ships on the sea and 105 km and 80 km for small targets such as land tanks can be realized with 50% probability. Under the condition that the infrared focal length is not less than 1m， the detection distance of 203 km and the recognition distance of 140 km for large ships on the sea and 44 km and 37 km for small targets such as land tanks can be realized with a 50% probability. The above simulation results are consistent with the reality， and the results of this paper can be better applied to engineering practice.

关键词

Keywords

references

KORB A R ， GROSSMAN S I . Model of Large-format EO-IR sensor for calculating the probability of true and false detection and tracking for moving and fixed objects ［C］. Infrared Imaging Systems： Design， Analysis， Modeling， and Testing XXVI. Baltimore ， Maryland， USA. SPIE ， 2015 ： 9452 ： 1 - 12 . doi: 10.1117/12.2178146 http://dx.doi.org/10.1117/12.2178146

李锋，董峰 . 星载空间目标可见光探测系统探测能力研究［J］. 科学技术与工程， 2016 ， 16 （ 23 ）： 285 - 289 . doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2016.23.055 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-1815.2016.23.055

LI F ， DONG F . Study on detection capability of space target space-borne optical detection system ［J］. Science Technology and Engineering ， 2016 ， 16 （ 23 ）： 285 - 289 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2016.23.055 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-1815.2016.23.055

HOU Z F ， ZHAO W ， YU F . The visible light imaging detection performance of spaced target ［C］. Photoelectronic Technology Committee Conferences ， SPIE Proceedings. Various， China. SPIE ， 2016 ： 131 - 138 . doi: 10.1117/12.2225420 http://dx.doi.org/10.1117/12.2225420

陈玉茹，胡以华，芮键 . 高分辨率可见光相机作用距离的估算［J］. 光学与光电技术， 2006 ， 4 （ 3 ）： 40 - 42 . doi: 10.3969/j.issn.1672-3392.2006.03.011 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3392.2006.03.011

CHEN Y R ， HU Y H ， RUI J . Operating range prediction of high resolution visible light camera ［J］. Optics & Optoelectronic Technology ， 2006 ， 4 （ 3 ）： 40 - 42 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1672-3392.2006.03.011 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3392.2006.03.011

郭晓东，左志高，岳松，等 . 红外点目标探测系统的作用距离理论模型分析［J］. 红外， 2019 ， 40 （ 7 ）： 18 - 25 . doi: 10.3969/j.issn.1672-8785.2019.07.003 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-8785.2019.07.003

GUO X D ， ZUO Z G ， YUE S ， et al . Theoretical model analysis of operation range of infrared point target detection system ［J］. Infrared ， 2019 ， 40 （ 7 ）： 18 - 25 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1672-8785.2019.07.003 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-8785.2019.07.003

沈飞，兰延豪，康戈文，等 . 临近空间基红外探测隐身飞机尾焰的仿真研究［J］. 上海航天， 2017 ， 34 （ 1 ）： 73 - 79 . doi: 10.19328/j.cnki.1006-1630.2017.01.012 http://dx.doi.org/10.19328/j.cnki.1006-1630.2017.01.012

SHEN F ， LAN Y H ， KANG G W ， et al . Research on infrared detection simulation of stealth aircraft exhaust plume based on near-space ［J］. Aerospace Shanghai ， 2017 ， 34 （ 1 ）： 73 - 79 . （in Chinese） . doi: 10.19328/j.cnki.1006-1630.2017.01.012 http://dx.doi.org/10.19328/j.cnki.1006-1630.2017.01.012

崇元，艾葳，王玉坤 . 红外点目标探测距离估算模型［J］. 指挥控制与仿真， 2020 ， 42 （ 6 ）： 59 - 62 . doi: 10.3969/j.issn.1673-3819.2020.06.010 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2020.06.010

CHONG Y ， AI W ， WANG Y K . Operating distance estimation model of infrared point target ［J］. Command Control & Simulation ， 2020 ， 42 （ 6 ）： 59 - 62 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1673-3819.2020.06.010 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2020.06.010

王忆锋，史衍丽，李夏玲 . 论红外探测系统作用距离的比较分析［J］. 红外技术， 2012 ， 34 （ 9 ）： 515 - 520 .

WANG Y F ， SHI Y L ， LI X L . On the comparative analysis of range performance of infrared detection systems ［J］. Infrared Technology ， 2012 ， 34 （ 9 ）： 515 - 520 . （in Chinese）

罗振莹，白璐，宁辉，等 . 基于NETD的红外探测系统作用距离分析［J］. 红外， 2017 ， 38 （ 5 ）： 27 - 30， 43 . doi: 10.3969/j.issn.1672-8785.2017.05.005 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-8785.2017.05.005

LUO Z Y ， BAI L ， NING H ， et al . Analysis of operating range of infrared detection system based on NETD ［J］. Infrared ， 2017 ， 38 （ 5 ）： 27 - 30， 43 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1672-8785.2017.05.005 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-8785.2017.05.005

宋宇 . 机载吊舱光学系统方案论证与设计［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2014 .

SONG Y . The Project Approachment and Design of Airborne POD Optical System ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2014 . （in Chinese）

丁亮 . 隐身飞机尾焰红外探测仿真技术研究［D］. 成都：电子科技大学， 2016 . doi: 10.7666/d.D00988374 http://dx.doi.org/10.7666/d.D00988374

DING L . Research on Stealth Aircraft Exhaust Plume Infrared Detection Simulating Technique ［D］. Chengdu ： University of Electronic Science and Technology of China ， 2016 . （in Chinese） . doi: 10.7666/d.D00988374 http://dx.doi.org/10.7666/d.D00988374

冯皓，张军 . 地面目标物可见光探测概率规律研究［J］. 解放军理工大学学报（自然科学版）， 2003 ， 4 （ 1 ）： 93 - 98 .

FENG H ， ZHANG J . Study on the law associated with the probability of the horizontal visual detection ［J］. Journal of PLA University of Science and Technology （Natural Science）， 2003 ， 4 （ 1 ）： 93 - 98 . （in Chinese）

姚军财，刘贵忠 . 结合人眼对比度敏感视觉特性的视频质量客观评价［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 3 ）： 659 - 667 . doi: 10.3788/OPE.20162403.0659 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20162403.0659

YAO J C ， LIU G Z . Video quality objective assessment combined contrast sensitivity characteristics of human visual system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 3 ）： 659 - 667 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20162403.0659 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20162403.0659

R . D . 小哈得逊 .红外系统原理［M］. 北京：国防工业出版社， 1997 . doi: 10.1007/978-94-017-1213-2_27 http://dx.doi.org/10.1007/978-94-017-1213-2_27

R.D.HUDSON . Infrared System Engineering ［M］. Beijing ： National Defense Industry Press ， 1997 . （in Chinese） . doi: 10.1007/978-94-017-1213-2_27 http://dx.doi.org/10.1007/978-94-017-1213-2_27

王卫杰，黄俭，袁光福，等 . 空基红外系统作用距离建模及应用分析［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 6 ）： 1295 - 1302 . doi: 10.3788/ope.20202806.1295 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202806.1295

WANG W J ， HUANG J ， YUAN G F ， et al . Modeling and application analysis of operating range of air-based infrared system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 6 ）： 1295 - 1302 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20202806.1295 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202806.1295

王惠林，栾亚东，贺剑 . 红外成像系统最小可分辨温差影响因素分析［J］. 应用光学， 2021 ， 42 （ 1 ）： 1 - 8 . doi: 10.5768/jao202142.0101001 http://dx.doi.org/10.5768/jao202142.0101001

WANG H L ， LUAN Y D ， HE J . Analysis on influence factors of MRTD in infrared imaging system ［J］. Journal of Applied Optics ， 2021 ， 42 （ 1 ）： 1 - 8 . （in Chinese） . doi: 10.5768/jao202142.0101001 http://dx.doi.org/10.5768/jao202142.0101001

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