某熱像觀瞄具電路改進設計

劉寶剛，李常成，莫啟元

(總裝重慶軍代局駐昆明地區(qū)軍代室，昆明 650223)

某熱像觀瞄具采用大面陣凝視型熱成像技術(shù)，能進行大、中、小3 個視場的調(diào)節(jié)，主要用于夜間或白天不良氣象條件下對地面目標進行搜索、觀察和瞄準，并具備夜間巡航能力。在研制初期，該熱像觀瞄具暴露出圖像質(zhì)量差，個別性能指標水平低的問題，一定程度上影響了其使用。經(jīng)對原設計光、機、電各組成部分的初步分析后認為，光、機設計比較成熟，處于國內(nèi)先進水平，所選用的探測器也是國際上較先進的，而處理電路設計尚有潛力可挖。再對初期掛飛試驗出現(xiàn)的故障進行全面分析，認為確實屬主處理電路設計問題。于是，建議承研企業(yè)進行技術(shù)攻關(guān)，改進電路設計，以提高圖像質(zhì)量，更好地滿足技術(shù)指標和作戰(zhàn)使用要求。

1 攻關(guān)目標及可行性分析

1.1 目標

經(jīng)過系統(tǒng)分析，確定的攻關(guān)目標為:通過電路改進設計，使整機的NETD、MRTD 有所提高，圖像質(zhì)量明顯改善，增加作用距離1 000 m;最大限度地體現(xiàn)320 ×256 探測器的技術(shù)水平，而且能夠兼容384 ×288 探測器，以提高其后續(xù)競爭力;降低成本，提高經(jīng)濟效益。

1.2 可行性分析

首先，技術(shù)上是可行的。由于對原電路的設計缺陷有比較深刻的認識，認為是電路處理軟、硬件方面考慮不夠周全，采用處理方法不夠新穎，處理手段較為落后，硬件資源不夠充分等。另外，項目組骨干成員掌握著先進的圖像處理電路設計技術(shù)，并一直從事凝視焦平面電路的設計與研究，經(jīng)驗豐富，曾獲得過多次國防科學技術(shù)進步獎及國防專利。這是1 支作風硬、技術(shù)精的人才隊伍，能勝任本次電路改進設計任務。承研企業(yè)現(xiàn)有科研檢測、試驗設備和相關(guān)物質(zhì)條件均能保證本項目的攻關(guān)需求。其設計選用的電子元器件可靠、供應鏈穩(wěn)定，品質(zhì)能夠得到保證。

其次，經(jīng)濟上是合算的。初始樣機選用的電子組件(含320×256 探測器)，是從國內(nèi)廠商購買的，價格為60 萬元，對方出于對技術(shù)上的保密，裝配過程中派有專人調(diào)試，故其產(chǎn)品出現(xiàn)故障時應急處理困難，即使是其他生產(chǎn)項目使用該電子組件，也是如此，進度往往受到影響。如果對該電路改進設計成功，使用自行設計的電路，成本、價格均會降低，而且還會打破技術(shù)壁壘。

再次，環(huán)境、條件是有利的。武器裝備采購競爭機制的引入是大環(huán)境，這一客觀需求促使軍工企業(yè)必須提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高其競爭力。該項目就是軍方采用招標競爭的例證之一。加之，原采購電路存在的缺陷，正好提供了改進設計空間。最后，本次技術(shù)攻關(guān)得到了相關(guān)方的大力支持和協(xié)作保證。

2 故障原因分析

1)圖像發(fā)白。原設計沒有自動增益調(diào)整功能，在目標信號較強時圖像容易出現(xiàn)細節(jié)丟失問題。

2)大視場情況下存在“陰陽臉”問題。由于地表紅外輻射遠高于天空紅外輻照度，原設計未考慮該問題，同時不具備自動增益功能，因此大視場工作情況下觀察地平線時會出現(xiàn)上部全黑下部全白的問題。

3)細節(jié)不清晰，圖像灰暗無層次。原設計的細節(jié)增強功能較弱，在信號較弱的條件下增強效果不明顯，且圖像灰暗。

4)圖像不均勻，有較淡的光暈感，在一定情況下影響觀感。原設計不能夠?qū)o法避免的雜散光進行補償，因此表現(xiàn)出光暈現(xiàn)象。

5)目標在視場內(nèi)移動過程中存在鋸齒狀變形，嚴重影響跟蹤精度和跟蹤穩(wěn)定性。原設計插值算法比較簡單，屬于簡單的鄰域替換型插值算法，因此插值后的圖像存在鋸齒狀變形。

6)觀察高速運動物體有跳躍感。原設計由于硬件資源限制等原因，僅僅具備較低的25 Hz 幀頻，跟蹤延遲過長，跟蹤帶寬無法提高。

3 改進對策及實施

根據(jù)上述從系統(tǒng)到具體故障的分析，確定了總體改進方案，包括對上述處理電路設計缺陷進行針對性改進設計，從根本上提高圖像質(zhì)量;兼容384 ×288 探測器，擴展技術(shù)空間，以提高該熱像觀瞄具的后續(xù)競爭力;將處理電路組件、通訊組件和電源板集成一體，以提高可靠性。具體對策見表1。

4 效果驗證及結(jié)論

改進電路后整機(系統(tǒng))的性能、可靠性和圖像質(zhì)量得到明顯改善，將320 ×256 凝視型熱成像技術(shù)發(fā)揮到極致。

軍企雙方進行的驗證試驗和總體鑒定試驗后表明，其改進設計達到了預期目標。具體結(jié)果見表2。

表1 改進對策

表2 結(jié)果驗證

5 結(jié)束語

通過本次技術(shù)攻關(guān)，不僅解決了總體掛飛試驗因圖像質(zhì)量不佳導致的一系列問題，而且使熱像觀瞄具性能指標有了明顯改善，完全滿足設計技術(shù)要求和作戰(zhàn)使用要求，使320 ×256 探測器達到了競爭對手采用384 ×288 探測器所達到的性能指標，而且每套電路(含探測器)降低成本超過25 萬元，大大提高了產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢和利潤，全面實現(xiàn)了攻關(guān)預期。

［1］王真勝，馬颯颯，宋偉. 紅外熱像儀外場性能測試系統(tǒng)［J］.兵工自動化，2011(11):63-67.