1.本技术涉及船舶技术领域，具体而言，涉及一种光电设备红外通道对空标定方法及光电设备红外通道对空标定设备。
背景技术：2.船载光电设备是以红外、电视等多种光电传感器取代传统光学传像系统，实现昼夜全天时、全空域快速观察的新型光电设备。
3.光电设备红外通道基于红外热成像原理设计。海空目标的热辐射通过大气传输，透过光电设备镀有增透膜的红外保护玻璃后，经过红外反射镜平面反射后进入红外镜头，聚焦在红外传感器的靶面上，通过光电变换、信号处理，红外传感器将目标及背景的标准全电视视频信号，发送到图像处理模块处理，最终传输到显控终端进行显控。
4.光电设备红外通道采用被动模式，接收目标热源信息，输出目标方位，因此光电设备使用前需通过方位标定。光电设备海试时，须对设备进行作用距离标定，检查光电设备距离探测性能是否满足要求。光电设备红外通道标定时，采用真实目标飞机在空中按预定航道飞行，或者在高层建筑上架设高温热源。前者成本高，后者存在火灾隐患、且对标定场地要求高、机动性差。因此需要开发一种新的标定方法。
技术实现要素：5.本技术实施例的目的在于提供一种光电设备红外通道对空标定方法，其灵活度高、场地要求低、成本低特点。
6.本技术实施例的另一目的还在于提供一种使用上述标定方法的标定设备。
7.第一方面，提供了一种光电设备红外通道对空标定方法，包括：
8.将升空的以热气球为载体的燃烧炉作为热源，实时获取热源及光电设备的位置信息，根据热源及光电设备的位置信息计算出热源与光电设备之间的距离，采集燃烧炉表面温度信息，根据燃烧炉表面温度信息计算出热源红外辐射总强度，根据热源与光电设备之间的距离以及光谱衰减实时计算所述热源投射到光电设备接收面元上的辐射照度，控制光电设备接收面元上的辐射照度达到辐射照度阈值范围，并获取与该辐射照度对应的光电设备与热源之间的距离，在该距离值处于标定值范围时，完成所述光电设备的标定。
9.在一种实施方案中，所述实时获取热源及光电设备的位置信息包括：
10.在所述热气球的预定位置安装第一定位传感器，通过所述第一定位传感器获取所述热气球的经度、纬度、高程信息；
11.在所述光电设备的预定位置安装第二定位传感器，通过所述第二定位传感器获取所述光电热备的经度、纬度、高程信息；
12.将所述热气球的经度、纬度、高程信息和所述光电热备的经度、纬度、高程信息转换到空间大地直角坐标系中；
13.将空间大地直角坐标系中所述热气球和光电热备的经度、纬度、高程信息均转换
为以所述光电设备为中心的极坐标。
14.在一种实施方案中，在实时获取热源及光电设备的位置信息后，还包括：
15.获取光电设备与所述热源的真实距离；
16.将所述热源及光电设备的位置信息数据与真实距离进行比对，用于修正光电设备探测距离能力。
17.在一种实施方案中，所述采集所述燃烧炉表面温度信息包括：
18.在所述燃烧炉外壁固定温度传感器，利用所述温度传感器采集燃烧炉表面温度，将所述温度传感器获取的温度作为所述热源的实时温度。
19.在一种实施方案中，所述根据热源与光电设备之间的距离以及光谱衰减实时计算所述热源投射到光电设备接收面元上的辐射照度包括：
[0020][0021]
r——规定气象条件下对标准目标的作用距离；
[0022]
i——标准目标辐射源强度；
[0023]
e——投射到光电设备接收面元上到辐射照度；
[0024]
γ——规定气象条件下大气衰减系数。
[0025]
在一种实施方案中，所述根据所述热源的实时温度信息计算出热源红外辐射总强度；
[0026]
获取所述热源的实时温度后，热源的红外辐射总强度可根据斯忒藩公式计算：
[0027][0028]
ε(λ)——目标光谱的发射率；
[0029]
t——目标温度；
[0030]
σ——斯忒藩常数；
[0031]
s——目标有效辐射面积。
[0032]
在一种实施方案中，所述控制光电设备接收面元上的辐射照度达到辐射照度阈值范围，并获取与该辐射照度对应的光电设备与热源之间的距离，在该距离值处于标定值范围时，完成所述光电设备的标定，包括：
[0033]
控制投射到光电设备接收面元上的辐射照度，与标准目标的辐射照度相等时，计算出光电设备对热源的理论作用距离，并与实际作用距离比较，完成光电设备红外通道的标定。
[0034]
在一种实施方案中，所述计算出对热源的理论作用距离包括：
[0035]
利用公式计算出光电设备对热源的等效作用距离r0；其中，
[0036]
re、r0——规定气象条件下对标准目标的作用距离、对热源的等效作用距离；
[0037]
ie、i0——标准目标辐射源强度、热源辐射源强度；
[0038]
e——投射到光电设备接收面元上到辐射照度；
[0039]
γe、γ0——规定气象条件下大气衰减系数、试验时大气衰减系数。
[0040]
根据本技术的第二方面，还提供了一套光电设备标定设备，包括：
[0041]
热气球，在所述热气球升空的时候将其作为热源的载体；
[0042]
燃烧炉，布置在所述热气球中的预定位置，用于作为热源；
[0043]
位置获取装置，用于实时获取热源及光电设备的位置信息；
[0044]
第一计算模块，用于根据所述热源及光电设备的位置信息计算出热源与光电设备之间的距离；
[0045]
热源红外辐射总强度获取模块，用于采集所述热源的实时温度信息，并根据所述热源的实时温度信息计算出热源红外辐射总强度；
[0046]
第二计算模块，用于根据热源与光电设备之间的距离以及光谱衰减实时计算所述热源投射到光电设备接收面元上的辐射照度；
[0047]
控制模块，用于控制光电设备接收面元上的辐射照度达到辐射照度阈值范围，并获取与该辐射照度对应的光电设备与热源之间的距离，在该距离值处于标定值范围时，以完成所述光电设备的标定。
[0048]
由以上方案可知，本技术以升空的以热气球为载体的燃烧炉作为热源，实时获取热源及光电设备的位置信息并计算出热源与光电设备之间的距离。根据热源与光电设备之间的距离以及光谱衰减实时计算热源投射到光电设备接收面元上的辐射照度，在光电设备接收面元上的辐射照度处于阈值范围时，获取到的光电设备与热源之间的距离即为光电设备的标定距离。燃烧炉中体积及燃料的能量值可精确控制，相较于在空中按预定航道飞行的飞机，其具有体积小，红外辐射照度数据易获取，因此与现有技术相比，本技术中的标定方法具有灵活度更高、场地要求更低、成本更低的优点。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0050]
图1为根据本技术实施例示出的一种光电设备红外通道对空标定方法的流程图；
[0051]
图2为根据本技术实施例示出的一种光电设备红外通道对空标定设备示意图。
具体实施方式
[0052]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0053]
因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0054]
根据本技术的第一方面，参见图1，提供一种光电设备红外通道对空标定方法，包括以下步骤：
[0055]
s1、将升空的热气球作为热源的载体；在热气球中预定位置放置燃烧炉作为热源。
[0056]
在该步骤中，在一种实施的方案中，将光电设备置于船上预定位置，采用氦气球为载体，采用燃烧炉无烟煤为热源。在热气球下方、光电设备附近分别加装dgps检测实时位置，在燃烧炉外壁加装温度传感器监测热源实时温度。燃烧炉内的无烟煤点燃后，将燃烧炉用钢丝绳悬挂在氦气球下方，随氦气球一起浮升至空中作为观测目标。
[0057]
在一种实施方案中，燃烧炉内点燃无烟煤。燃烧炉由炉体、炉盖组成，炉盖与炉体契合后通过钢丝锁紧；炉盖布满小孔，用来增强炉体内外气体交换率，提高无烟煤燃烧效率，同时小孔孔径应能防止高温无烟煤或者煤渣掉落。无烟煤热热值约2.7
×
10^6j/kg，燃烧时，最高温度能达到550℃以上；可通过调整无烟煤的数量、燃烧状态，调节燃烧炉持续高温发热时间。
[0058]
由于氦气密度远低于空气密度，铝膜气球灌充氦气后，会整体上浮。通过缓慢释放绳索长度，保证氦气球带着热源平稳升空，并控制氦球球浮升的高度。氦气球升空后，考虑到空气流程导致氦气球飘动导致绳索张力变化，应考虑绳索的张力、及地面固定装置的重量。
[0059]
氦气球浮力计算：
[0060][0061][0062]f浮
》mg+m1g
[0063]
ρg——空气密度；
[0064]
ρ
he
——氦气密度；
[0065]
m1——氦气球装置重量；
[0066]
z——氦气球所处高度。
[0067]
氦气球放飞应通过绳索系留。绳索应选择耐磨损、不易产生静电，同时考虑到附近有热源，局部应对绳索进行隔热处理。在最大风速下，绳索能承受的最大张力应大于氦气球承受的拉力。
[0068]
氦气球放飞应通过绳索系留。绳索应选择耐磨损、不易产生静电，同时考虑到附近有热源，局部应对绳索进行隔热处理。在最大风速下，绳索能承受的最大张力应大于氦气球承受的拉力。氦气球通过绳索系留在固定物，固定物重量应大于氦气球举力的5倍。
[0069]
s2、实时获取热源及光电设备的位置信息，根据热源及光电设备的位置信息计算出热源与光电设备之间的距离。
[0070]
在该步骤中，在一种实施的方案中，在热气球下方、光电设备附近分别加装dgps，采集位置信息，计算热源与光电设备之间的距离、方位值。dgps采集目标所处的经度、纬度、高程，转化成距离、方位。先将dgps测得的大地坐标转换成空间大地直角坐标目标，再转成以光电设备位中心的极坐标。
[0071]
大地坐标系(b,l,h)转换成空间大地直角坐标(x,y,z):
[0072][0073]
——参考椭球的卯酉曲率半径；
[0074]
a、b——参考椭球的长半径和短半径；
[0075]
——参考椭球的第一偏心率。
[0076]
空间大地直角坐标系(x,y,z)转化为站心直角坐标(x,y,z)：
[0077][0078]
站心直角坐标系(x,y,z)转换为极坐标(d,β,ε)：
[0079][0080][0081]
其中，d为热源与光电设备之间的距离，β为热源与光电设备之间的方位。
[0082]
计算出热源与光电设备之间的真实距离、方位后，还可以与光电设备红外通道方位输出结果进行比对，通过比对结果再修正设备的方位输出误差。
[0083]
s3、采集所述热源的实时温度信息，根据热源的实时温度信息计算出热源红外辐射总强度。
[0084]
对热源进行实时温度监测，在燃烧炉外壁固定温度传感器，采集燃烧炉表面温度信息，将温度传感器获取的温度作为所述热源的实时温度，作为计算热源红外辐射总强度、规定工作波段的热源红外辐射强度及有效作用距离的参数。
[0085]
热源红外辐射总强度ie可根据斯忒藩公式计算：
[0086][0087]
ε(λ)——目标光谱的发射率；
[0088]
t——目标温度；
[0089]
σ——斯忒藩常数；
[0090]
s——目标有效辐射面积。
[0091]
s4、计算规定工作波段的热源红外辐射强度。
[0092]
计算出热源红外辐射总强度后，再采用通用黑体辐射曲线，计算在温度t时，光电设备红外通道观测到的工作波段的积分辐射强度占总辐射强度的百分比，从而求出规定工作波段的热源红外辐射强度i
0δλ
：
[0093]i0δλ
＝ηie[0094]
η——观测波段的积分辐射强度占总辐射强度的百分比。
[0095]
s5、控制光电设备接收面元上的辐射照度达到辐射照度阈值范围，并获取与该辐射照度对应的光电设备与热源之间的距离，在该距离值处于标定值范围时，完成所述光电设备的标定。
[0096]
目标以温度t产生辐射强度i对外辐射，经过大气透射后，投射到光电设备接收面元上得到辐射照度ee，辐射的大气透射率是光谱衰减、距离的函数。试验时采集空气湿度，根据软件仿真计算试验时大气衰减系数。
[0097][0098]
τa＝e-γ(λ)r
[0099][0100][0101]
re、r0——规定气象条件下对标准目标的作用距离、对热源的等效作用距离；
[0102]
ie、i0——热源红外辐射总强度、工作波段的热源红外辐射强度；
[0103]
e——投射到光电设备接收面元上到辐射照度；
[0104]
γe、γ0——规定气象条件下大气衰减系数、试验时大气衰减系数。
[0105]
控制投射到光电设备接收面元上到辐射照度e0，使其与标准目标的辐射照度ee等大时，可根据当时的大气衰减系数计算出对热源的理论作用距离，实际作用距离可与之比较，进行判定光电设备性能是否达标。
[0106]
根据本技术的第二方面，还提供了一种光电设备红外通道对空标定设备。图2为根据本技术实施例示出的一种光电设备红外通道对空标定设备示意图。参见图2，光电设备红外通道对空标定设备包括热气球100，燃烧炉200，位置获取装置300，第一计算模块400，热源红外辐射总强度获取模块500、第二计算模块600和控制模块700。
[0107]
其中，热气球100在热气球升空的时候将其作为热源的载体。燃烧炉200布置在热气球100中的预定位置，用于作为热源。位置获取装置300用于实时获取热源及光电设备800的位置信息。
[0108]
第一计算模块400，用于根据热源及光电设备的位置信息计算出热源与光电设备之间的距离；
[0109]
热源红外辐射总强度获取模块500，用于采集热源的实时温度信息，并根据热源的实时温度信息计算出热源红外辐射总强度；
[0110]
第二计算模块600，用于根据热源与光电设备之间的距离以及光谱衰减实时计算热源投射到光电设备接收面元上的辐射照度；
[0111]
控制模块700，用于控制光电设备接收面元上的辐射照度达到辐射照度阈值范围，并获取与该辐射照度对应的光电设备与热源之间的距离，在该距离值处于标定值范围时，
以完成光电设备的标定。
[0112]
本技术以升空的以热气球为载体的燃烧炉作为热源，实时获取热源及光电设备的位置信息并计算出热源与光电设备之间的距离。根据热源与光电设备之间的距离以及光谱衰减实时计算热源投射到光电设备接收面元上的辐射照度，在光电设备接收面元上的辐射照度处于阈值范围时，获取到的光电设备与热源之间的距离即为光电设备的标定距离。燃烧炉中体积及燃料的能量值可精确控制，相较于在空中按预定航道飞行的飞机，其具有体积小，红外辐射照度数据易获取，因此与现有技术相比，本技术中的标定方法具有灵活度更高、场地要求更低、成本更低的优点。
[0113]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
技术特征：1.一种光电设备红外通道标定方法，其特征在于，包括：将升空的热气球作为热源的载体；在所述热气球中预定位置放置燃烧炉作为热源；实时获取热源及光电设备的位置信息；根据所述热源及光电设备的位置信息计算出热源与光电设备之间的距离；采集所述热源的实时温度信息，根据所述热源的实时温度信息计算出热源红外辐射总强度；根据热源与光电设备之间的距离以及光谱衰减实时计算所述热源投射到光电设备接收面元上的辐射照度；控制光电设备接收面元上的辐射照度达到辐射照度阈值范围，并获取与该辐射照度对应的光电设备与热源之间的距离，在该距离值处于标定值范围时，完成所述光电设备的标定。2.根据权利要求1所述的光电设备红外通道标定方法，其特征在于，所述实时获取热源及光电设备的位置信息包括：在所述热气球的预定位置安装第一定位传感器，通过所述第一定位传感器获取所述热气球的经度、纬度、高程信息；在所述光电设备的预定位置安装第二定位传感器，通过所述第二定位传感器获取所述光电热备的经度、纬度、高程信息；将所述热气球的经度、纬度、高程信息和所述光电热备的经度、纬度、高程信息转换到空间大地直角坐标系中；将空间大地直角坐标系中所述热气球和光电热备的经度、纬度、高程信息均转换为以所述光电设备为中心的极坐标。3.根据权利要求2所述的光电设备红外通道标定方法，其特征在于：在实时获取热源及光电设备的位置信息后，还包括：获取光电设备与所述热源的真实距离；将所述热源及光电设备的位置信息数据与真实距离进行比对，用于修正光电设备探测距离能力。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电设备红外通道标定方法，其特征在于，所述采集所述燃烧炉表面温度信息包括：在所述燃烧炉外壁固定温度传感器，利用所述温度传感器采集燃烧炉表面温度，将所述温度传感器获取的温度作为所述热源的实时温度。5.根据权利要求4所述的光电设备红外通道标定方法，其特征在于，所述根据热源与光电设备之间的距离以及光谱衰减实时计算所述热源投射到光电设备接收面元上的辐射照度包括：r——规定气象条件下对标准目标的作用距离；i——标准目标辐射源强度；
e——投射到光电设备接收面元上到辐射照度；γ——规定气象条件下大气衰减系数。6.根据权利要求5所述的光电设备红外通道标定方法，其特征在于：所述根据所述热源的实时温度信息计算出热源红外辐射总强度；获取所述热源的实时温度后，热源的红外辐射总强度可根据斯忒藩公式计算：ε(λ)——目标光谱的发射率；t——目标温度；σ——斯忒藩常数；s——目标有效辐射面积。7.根据权利要求6所述的一种光电设备红外通道标定方法，其特征在于，所述控制光电设备接收面元上的辐射照度达到辐射照度阈值范围，并获取与该辐射照度对应的光电设备与热源之间的距离，在该距离值处于标定值范围时，完成所述光电设备的标定，包括：控制投射到光电设备接收面元上的辐射照度，与标准目标的辐射照度相等时，计算出光电设备对热源的理论作用距离，并与实际作用距离比较，完成光电设备红外通道的标定。8.根据权利要求7所述的一种光电设备红外通道标定方法，其特征在于，所述计算出对热源的理论作用距离包括：利用公式计算出光电设备对热源的等效作用距离r0；其中，r
e
、r0——规定气象条件下对标准目标的作用距离、对热源的等效作用距离；i
e
、i0——标准目标辐射源强度、热源辐射源强度；e——投射到光电设备接收面元上到辐射照度；γ
e
、γ0——规定气象条件下大气衰减系数、试验时大气衰减系数。9.一种光电设备红外通道对空标定设备，其特征在于，包括：热气球，在所述热气球升空的时候将其作为热源的载体；燃烧炉，布置在所述热气球中的预定位置，用于作为热源；位置获取装置，用于实时获取热源及光电设备的位置信息；第一计算模块，用于根据所述热源及光电设备的位置信息计算出热源与光电设备之间的距离；热源红外辐射总强度获取模块，用于采集所述热源的实时温度信息，并根据所述热源的实时温度信息计算出热源红外辐射总强度；第二计算模块，用于根据热源与光电设备之间的距离以及光谱衰减实时计算所述热源投射到光电设备接收面元上的辐射照度；控制模块，用于控制光电设备接收面元上的辐射照度达到辐射照度阈值范围，并获取与该辐射照度对应的光电设备与热源之间的距离，在该距离值处于标定值范围时，以完成所述光电设备的标定。
技术总结本申请提供一种光电设备红外通道对空标定方法及设备。所述光电设备红外通道对空标定方法包括：将升空的以热气球为载体的燃烧炉作为热源，实时获取热源及光电设备的位置信息，根据热源及光电设备的位置信息计算出热源与光电设备之间的距离，采集燃烧炉表面温度信息，根据燃烧炉表面温度信息计算出热源红外辐射总强度，根据热源与光电设备之间的距离以及光谱衰减实时计算热源投射到光电设备接收面元上的辐射照度，控制光电设备接收面元上的辐射照度达到辐射照度阈值范围，并获取与该辐射照度对应的光电设备与热源之间的距离，在该距离值处于标定值范围时，完成光电设备的标定。本申请中的标定方法具有灵活度高、场地要求低、成本低的特点。成本低的特点。成本低的特点。
技术研发人员：余国海 杨涛 陈军君 周小建 薛宏杰 谭禹欣 秦楠楠 杨枫 顾华 马傲
受保护的技术使用者：江南造船（集团）有限责任公司
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/11/1
