探测与识别 技术总结哦.docx
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探测与识别技术总结哦
第一章绪论
1.目标探测与识别:
对固定或移动目标的非接触测量,测量的信号中包含距离、位置、方位角或高度信息等,这种测量的装置可以使固定,也可以是运动的,而测量到的信号经过特殊的识别方法能正确地给出相关的信息。
2.高新技术弹药:
在弹药上采用了末端敏感技术、末端制导技术、弹道修正技术等,此类弹药都具有一定的目标探测功能。
3.“三打”:
打武装直升机、打巡航导弹、打隐形机。
4.“三防”:
防侦查、防电子干扰、防精确打击。
5.智能导弹工作原理:
智能雷弹由声传感器探测1000m左右直升机螺旋桨产生的噪声,一旦分析出这种信号,雷弹锁定其频率,当信号或噪声增加到一定水平时,第二个探测系统开始工作,它能探测到直升机的接近距离或敏感到直升机主螺旋桨下降气流产生的大气压力变化,一旦达到预定的距离或压力变化时,雷弹可被弹射到一定的高度爆炸,毁伤直升机。
6.水下反鱼雷三种三种方式:
声纳、磁探测技术、两者的复合技术。
7.灵巧化的精确制导的两项关键的核心技术:
1)高分辨率、高灵敏度的毫米波或红外探测敏感技术;
2)智能化信息技术处理与识别技术。
第二章目标特性
1.坦克的主要特性与特征:
红外辐射特征、声传播特征、行驶过程中产生的地面震动特征。
2.大气窗口:
在某些波长范围内,其辐射能较好地通过,几乎一切与大气有关的光学设备都只能去适应这些窗口。
3.喷气式飞机的4种红外辐射源:
作为发动机燃烧室的热金属空腔、排出的热燃气、飞机壳体表面的自身辐射、飞机表面反射的环境辐射。
4.蒙皮辐射在8~14μm波段内占有极重要的地位的3个原因:
1)蒙皮辐射的峰值波长约为10μm,正好处在8~14μm波段范围内;
2)此波段的宽度较宽;
3)飞机蒙皮的面积非常大,它的辐射面积比喷口面积大许多倍。
第三章声探测技术
1.声压:
声音为纵波,其传播引起空气的疏密变化,从而引起气压的变化,该压力与大气压的差值即为声压。
2.声强:
垂直于传播方向的单位面积上声波所传递的能量随时间的平均变化率,也就是单位面积上输送的平均功率。
3.声强级:
(dB)
式中
——任选的参考强度,通常取为10~12W/m2
——对应的声压,即大约相当于可听到的最弱声音。
4.声传播速度与温度、湿度的关系:
温度越高,湿度越大,声传播速度越快。
理想的干燥、清洁空气中:
——热特性系数,
=1.4;
——气体常数,R=8314.32J/(kmol·K);
——空气绝对温度;
——干燥、清洁空气摩尔质量,M=28.9644kg/kmol;
当空气中存在水蒸气时,由于水蒸气的摩尔质量MS=18.01534kg/kmol,使湿空气的摩尔质量Mv减小。
5.空气中声波的衰减与频率的关系(趋势方面):
频率越高,衰减越快。
传声器收到的声能:
——声源处的声能;
——传声器离声源的距离。
其中,吸收系数:
(Np/m)
——参考压力;
——大气压;
——参考温度;
——气温;
——声波频率。
6.多普勒效应:
当声源或听者,或两者都相对于空气运动时,听者听到的音调,同声源与听者都处于静止时所听到的音调一般是不同的,这种现象叫做多普勒效应。
7.声探测系统构成及其各部分功能(简答):
构成:
传声器及其阵列、恒流源供电电路与前置放大器、程控放大器、滤波电路、模数转换(ADC)电路、数字信号处理电路、辅助电路。
传声器:
将声信号(机械能)转换成相应电信号(电能);
恒流源驱动:
阵列所用电容测量传声器,既可以直接加极化电压工作,也可以用恒流源驱动。
恒流源驱动可以避免信号的传输线损耗和降低传输线噪声,消除由于引线产生的噪声和信号衰减;
前置放大器:
确保传声器输出信号有很高的信噪比;
程控放大器:
阵列声测系统中决定模拟电路响应声音强度范围的部件,保证对大范围内的声音具有足够高的相应信噪比;
滤波电路:
模拟信号处理的重要部件,提高系统对目标声源的选择性,减少干扰声源的影响;
模数转换(ADC)电路:
保证时延估计的精度;
数字信号处理电路:
实现目标识别和定位计算实时性;
辅助电路:
提高定位精度,对声定位系统进行检测及必要时监控系统工作状态。
8.对目标的定向一般采用的3种方式:
导向筒、合成方向图、利用几何关系。
9.传声器阵列分为3类:
线阵、面阵、立体阵。
10.广义互相关法:
在互相关函数法的频域上加一个广义权函数
,及取广义互相关函数为
。
11.数据的后置处理采用的典型方法(卡尔曼滤波器):
P48
卡尔曼滤波器是理想的最小平方递归估计器,利用递推算法。
与其他估计算法相比较卡尔曼滤波器具有算法简单及存储量小的优点。
第四章地震动探测技术
1.地震波分类:
体波(纵波(P波)和横波(S波))和面波。
2.地震动信号检测系统的组成:
3.磁电式速度传感器的工作原理:
和
当传感器结构一定时,
、
均为常数,因此感应电动势e与线圈对磁场的相对速度
(
)成正比,所以这种传感器的基型是一种速度传感器,能直接测量出线速度或角速度。
但由于速度与位移之间存在积分关系,与加速度之间存在微分关系,只要在感应电动势的测量电路中加上积分或微分环节,磁电式传感器就可以用来测量运动的位移或速度。
4.传感器的灵敏度:
均为常数,因此感应电动势e与线圈对磁场的相对速度
成正比,传感器的灵敏度为K=
5.信号的时域特征分析与识别采用的方法:
信号的过零数分析在有的文献资料中简称为过零分析。
过零数分析就是对确定时间段内的时域信号将其幅值与设定阈值比较,计算信号正,负穿过阈值的次数。
第六章激光探测技术
1.激光器的构成:
激励系统、激光物质、光学谐振腔。
2.激光的特点:
定向发光、亮度极高、颜色极纯。
3.激光近炸引信的特殊要求:
1)近程、超近程探测
2)只要求单点“定距”,而不要求大空间范围的“测距”
3)体积小,功耗低。
4)高过载环境
5)弹目之间存在高速运动
4.几何截断定距体质的作用原理及特点(简答):
原理:
通常常用多组激光发射器和接收器来实现,即引信发射机和接收机在弹体周向均匀排列,发射光学系统先对激光器发出的具体较大束散角的光束进行准直,然后用柱镜或反射光锥、光楔在弹体径向进行扩束,通常使用4~6个象限使之形成360°发射视场角。
接收光学系统用浸没透镜或抛物面反射镜使之形成360°的接收视场角。
特点:
(1)激光工作于电磁波的光波段,波长极小,故其发射和接收视场的几何参数可以比较容易地使用光学元件精确控制;
(2)近炸引信一般只要求对超近程目标进行探测
5.脉冲鉴相定距体制:
原理:
图p116
特点:
(1)有很高的定距精度;
(2)处理信息的主要对象是脉冲前沿相位信息;
(3)脉冲鉴相法结合可调节的电子脉冲延时器,易于实现作用距离可现场装订的功能;
(4)具有更好的时空滤波特性
6.脉冲激光测距机定距体制:
原理:
激光脉冲发射器向目标发射一个激光脉冲,同时向门控电路输入一个由发射脉冲采样得到的光电脉冲,开启门控开关,由时钟晶振向计数器输出填充脉冲开始计时,当目标反射回波信号脉冲经放大、整形,送到控制门并关闭门控开关,计数器停止计数。
则由计数器所计填充脉冲数与晶振振荡周期就可以得到距离信息。
特点:
脉冲激光测距机定距体制是专门针对激光探测技术在子母弹母弹开仓远距离作用引信中的应用前景提出的。
在这种体制中可以借用距离门的思路,采用软件或硬件的距离门提高抗干扰性能。
使用测距体制则较适合于远距离定距,且有较成熟的系统设计方法可以借鉴,与现有技术有良好的兼容性。
7.伪随机编码定距体制:
原理:
利用相关函数的峰值进行搜索。
当相关函数的峰值达到最大时,回码和本地码完全重合,这样就能测定它的距离。
但不同点是激光发出的码元和一般的不同。
特点:
这种码元不容易被干扰,特别是对人为的有源干扰,但是对于接受方却是容易达到相关函数的峰值。
当回码的前沿和本地码的后延重合时,它的相关函数的值就会增。
8.
距离选通体制:
原理:
特点:
距离选通定距体制,是脉冲激光测距技术与脉冲无线电引信技术结合的产物。
它采用测定激光脉冲从弹上发射机到目标往返飞行时间的方法确定弹目距离,原理和发射接收技术都与脉冲激光测距机类似,由于探测距离要求极近和对系统体积、功耗等的限制,两者测定时间间隔的方法存在较大区别。
9.发射及接收光学系统的作用:
1)发射光学系统通过对激光器光束的调整,使最终发射的光束具有特定的视场,以利于完成系统功能;
2)利用比光电敏感元件感光面积大的光学接收系统把大部分分来自目标的反射光收集并汇聚到光探测器上,大大的提高引信的灵敏度。
10.接收机视场决定因素:
探测器光敏面积、焦距
11.激光近炸引信对脉冲激光电源的要求:
电源电路必须有体积小、结构简单、功耗低的特点。
引信对激光脉冲的要求包括尽可能陡峭的上升沿、尽可能窄的脉宽和尽量大的输出峰值功率。
12.鉴相器的三种形式:
D触发器、超高速比较器、模拟乘法器
13.后散射与激光脉冲宽度以及激光引信探测距离的关系(论述):
1)从激光脉冲所携带信息的角度看,基于强度或基于相位的定距方法,距离信息都与脉冲的宽度无关,大脉冲信号在能量利用率上比小脉宽信号低得多;
2)目前应用的脉冲激光定距、定高原理中,基本上都是采用测定激光脉冲往返时间的方法确定距离,往返时间一般通过测量基准脉冲前沿与回波脉冲前沿之间的延时确定,因此,激光脉冲的波形质量,特别是脉冲前沿的上升时间,对脉冲激光引信的定距精度起着决定性的作用;
3)激光脉冲的宽度直接与脉冲半导体激光器的功耗和发热有关,而受引信使用条件和体积的限制,不可能为系统提供较大功率的电源,因此应尽量减小激光脉冲的宽度,并根据系统探测率和抗干扰等指标要求确定合适的脉冲重复平频率,对降低系统功耗及激光定距技术在引信中的实用化有重要意义;
4)激光引信抗后向散射干扰特性与激光脉冲宽度有关,且脉宽越小,抗后向散射干扰能力越强。
而这种后散射信号的一个比较明显特征就是对窄脉宽光脉冲的展宽,利用这一特征鉴别后向后散射干扰,一般要求发射激光脉冲宽度小于10ns。
因此,纳秒脉宽脉冲激光电源为在激光引信中采用主动方法抗环境干扰提供了可能性。
第七章电容探测技术
1.根据电容量的公式可设计出:
变间隙式、变面积式、变介质式。
2.根据探测处理电路的不同,电容探测方式分类:
双电极式、三电极式。
3.双电极式电容探测器原理(简单了解):
P143
4.三电极式电容探测器原理(简单了解):
P144
5.根据
的探测方式不同,电容探测方式分类:
鉴频式探测,电桥式(直接耦合式)探测,模拟电路信号处理。
第八章毫米波探测技术
1.毫米波的特点:
1)与微波相比,毫米波的波束窄,方向性好,有极高的分辨率;
2)多普勒频率高,测量精度高。
与激光和红外波段相比,毫米波具有穿透烟雾,尘埃的能力,基本可以全天候工作;
3)任何物体在一定温度下都要辐射毫米波,可通过用被动方式探测物体辐射毫米波的强弱来识别;
4)噪音小
2.利用毫米波对地面金属目标的识别的原理:
假设目标正好充满整个毫米波波段,大气衰减忽略不计,当辐射计天线扫描到地面时,在天线附近产生温度,当天线波束扫描到金属目标时,天线附近产生另一温度,,利用温度差识别金属目标
3.2种辐射计类型:
全功率辐射计、迪克比较波辐射计。
4.毫米波辐射计:
用被动探测方式检测目标毫米波辐射时的探测器
5.毫米波辐射计的距离方程的4个影响因素:
天线参数、目标参数、辐射计参数、平方率检波输出信噪比。
6.探测距离直接影响因素:
天线直径、工作频率。
第九章红外探测技术
1.红外辐射的物理本质:
热辐射
2.红外辐射特性:
1)红外线对人的眼睛不敏感,所以必须用对红外线敏感的红外探测器才能接收到;
2)红外线的光量子能量比可见光的小;
3)红外线的热效应比可见光要强的多;
4)红外线更易被物质所吸收,但对于薄雾来说,长波红外线更容易通过
3.红外幅度学基础:
1)辐射能通量Φ:
单位时间内通过某一面积的辐射能,就是通过某一面积的辐射功率;
2)辐射强度P:
点辐射源在某方向上单位立体角内所发射的辐射能通量;
3)辐亮度L:
扩展源在某方向上单位投影面积A向单位立体角Ω发射的辐射能通量;
4)辐出度M:
扩展源在单位面积上向半球空间发射的辐射能通量;
5)辐照度E:
被照物体表面单位面积上接收到的辐射能通量
4.物体的辐射与吸收———基尔霍夫定律:
在热平衡条件下,所有物体在给定温度下,对某一波长来说,物体的发射本领和吸收本领的比值与物体自身的性质无关,它对于一切物体都是恒量。
即使辐出度M(λ,T)和吸收比α(λ,T)两者随物体不同且都改变很大,但M(λ,T)/α(λ,T)对所有物体来说,都是波长和温度的普适函数,即
5.黑体的全辐射量——玻尔兹曼定律:
黑体辐射的总能量与波长无关,仅与绝对温度的四次方成正比
6.红外探测器:
将不可见的红外辐射转换成可测量的信号器件
7.红外探测器分类:
热探测器、光子探测器
8.热探测器分类:
热敏电阻、热电偶、气体探测器、热释探测器
9.光子探测器分类:
光电子发射器件、光电导探测器、光伏探测器、光磁电探测器
10.光子效应条件:
光子探测器能否产生光子效应,决定于光子的能量。
入射光子能量大于本征半导体的禁带宽度Eg就能激发出光生载流子。
入射光子的最大波长与半导体禁带宽度Eg关系如下:
11.红外探测器的性能参数:
1)响应率:
探测器的信号输出均方根电压Vs(或均方根电流Is)与入射辐射功率均方根P之比,也就是投射到探测器上的单位均方根辐射功率所产生的军方个信号,称为电压响应率Rv(或电流响应率Ri)即Rv=Vs/P或Ri=Is/P;
2)探测率D:
探测率D表示辐照在探测器上的单位辐射功率所获得的信噪比。
探测率D越大,表示探测器的性能越好。
12.双色红外探测器的结构:
平面式、叠层式
1)平面式缺点:
(1)两波段敏感元件在一个平面上,各波段的敏感元件多只能接受入射光能的一半,且需两路光学系统分别对准照射到两波段敏感元件上;
(2)采用在敏感元件上往复照射的扫描方式,不能同时连续观察两个波段的信息;
2)叠层式器件克服了平面结构的上述缺点,采用两波段敏感元件上下叠层对中,这是较理想的结构,能给应用带来很多方便
13.双色红外探测的工作模式:
光电导效应、光伏效应、双峰效应、子能带间的共振吸收隧道效应
14.
探测系统的组成及基本工作原理:
原理:
为把分散的辐射能收集起来,系统必须有一个辐射能收集器,这就是通常所指的光学系统。
光学系统所汇聚的辐射能,通过探测器转换成电信号,放大器把电信号进一步放大,因此,光学系统,探测器及信号放大器是探测系统最基本的组成部分。
若把光学系统所汇聚的辐射能进行位置编码,使目标辐能中包含目标的位置信息,这样由探测器输出的电信号中也就包含了目标的位置信息,再通过方位信号处理电路进一步处理,即可得到表示目标方位的误差信号。
15.位标器:
有时把方位探测系统(除信号处理电路)与跟踪机构组成的测量头统称为位标器。
16.红外搜索系统的组成及工作原理:
组成:
(1)搜索系统:
搜索信号发生器、状态转换机构、放大器、测角机构、执行机构
(2)跟踪系统:
方位探测器,信号处理器、状态转换机构、放大器、执行机构
(3)方位探测系统:
方位探测器、信号处理器
工作原理:
状态转换机构最初处于搜索状态,搜索信号发生器发出搜索指令送到执行机构,带动方位探测系统进行扫描。
测角元件输出与执行机构转角成比例的信号,该信号与搜索指令相比较,比较后的差值去控制执行机构,执行机构的运转规律随着搜索指令变化。
搜索系统与跟踪系统都是伺服系统,区别在于两者的输入信号不同,前者输入的是预先给定的搜索指令,后者输入的是目标的方位误差信息。
第十章目标识别技术
1.目标识别技术的核心:
特征提取、特征选择、分类识别
2.模式识别的特征分为三类:
物理的、结构的、数学的
3.特征形成:
根据被识别对象产生出一组基本特征,这种基本特征是可以用仪表或传感器测量出来的,也可以是计算出来的,这样产生出来的特征称为原始特征,这个过程即为特征形成过程。
特征提取:
原始特征的数量可能会很多,样本处于一个高维空间,通过映射或变换的方法用低维空间来表示样本,这个过程叫做特征提取。
特征选择:
从一组特征中挑选出一些最有效的特征从而达到降低特征空间维数的目的,这个过程称为特征选择。
4.特征提取与选择基本途径:
直接法、变换法
5.最优特征提取与选择算法——分支定界算法基本原理:
P220
寻求全局最优的特征选择的搜索过程可用一个树结构来描述,称其为搜索树或解树,总的搜索方案是沿着树自上而下,从右至左进行,由于树的每个节点代表一种特征组合,所以所有可能的组合都可以被考虑。
因为利用了可分性判据的单调性。
采用分支定界策略使得在实际上并不计算某些特征组合而不影响全局寻优同时因为搜索先从结构简单的部分开始,所以这种特征选择算法效率很高。
6.统计模式识别:
P226
1)基于最小错误率的贝叶斯决策
2)基于最小风险的贝叶斯决策
例病变细胞的先验概率P(w1)=0.05,正常细胞的先验概率P(w2)=0.95,现有一待识别细胞其观察值x,P(x|w1)=0.5,P(x|w2)=0.2
基于最小错误概率的贝叶斯决策:
方法一:
P(w1|x)=
=0.16
P(w2|x)=
=0.884
方法二:
x
基于最小风险概率的贝叶斯决策:
、
x
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