+ All Categories
Home > Documents > Weather Effects on Target Acquisition

Weather Effects on Target Acquisition

Date post: 04-Jun-2018
Category:
Upload: sapane
View: 221 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
55
8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 1/55 Army Research  Laboratory  Weather  Effects  on  Target  Acquisition Part  I:  Sensor  Performance  Model Infrared  Algorithms  by  Richard  C.  Shirkey  Barbara  J.  Sauter Computational and  Information Sciences Directorate  Battlefield  Environment  Division Rene V.  Cormier  U.S.  Air  Force  Research  Laboratory  (Dynamics Research Corporation)  ARL-TR-821 uly  2001  Approved for  public release; distribution unlimited.  20010802  34  
Transcript
Page 1: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 1/55

Army Research Laboratory 

Weather Effects on Target Acquisition 

Part I : Sensor Performance Model 

Infrared Algorithms 

by 

Richard C. Shirkey 

Barbara J. Sauter 

Computational and Information Sciences Directorate 

Battlefield Environment Division 

Rene V . Cormier 

U.S. Air Force Research Laboratory 

(Dynamics Research Corporation) 

ARL-TR-821 uly 2001 

Approved for public release; distribution unlimited. 

2 0 0 1 0 8 0 2 3 4  

Page 2: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 2/55

NOTICES 

Disclaimers 

The indings n his eport re ot o e onstrued s n fficial Department f he Army osition, nless o esignated y ther 

authorized documents. 

Citation of manufacturers' or trade names does not constitute an official 

endorsement or approval of the use thereof. 

Page 3: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 3/55

REPORT DOCUMENTATION PAGE Form Approved OMB No 0704 0188 

Public reporting burden for this collection of information is estimated to average  our per response, including the time for reviewing instructions, searching existing data sources, 

gathering andmaintaining the data needed, and completing and viewing the collection information. end comments regarding this burden estimate or any other aspect of this collection of 

information, including suggestions for reducing this burden, to Washington Headquarters Services, Directorate for Information Operations and Reports, 1215 Jefferson Davis Highway, 

Suite 1204, Arlington, V A 22202-4302, and to the Office of Management and Budget, Paperwork Reduction (0704-0188), Washington, DC_20503_ 

1. AGENCY US E ONLY Leave blank)  2. EPORT DATE  July 2001 

3. EPORT TYPE AN D DA TES COVERED  FINAL 

4. TITLE  AN D SUBT ITLE Weather ffects n arget Acquisition art :  Sensor erformance Model nfrared 

Algorithms

6. AUTHOR(S) Richard C. Shirkey 

Barbara J. Sauter Rene V. Cormier, U.S. A ir Force Research Laboratory, Dynamics Research Corporation 

7. PERFORMING ORGANIZATION NAME(S) AN D ADDRESS(ES)  U.S. Army Research Laboratory Information Science and Technology Directorate 

Battlefield Environment Division 

ATTN: AMSRL-CI-EW  White Sands Missile Range, NM 88002-5501 

9. SPONSORING/MONITORING AGENCY NAME(S) AN D A DDR ESS(ES ) 

5. 

UNDING 

N UMBER S 

8. ERFORMING ORGANIZATION REPORT  N UMBER  

ARL-TR-821 

U.S. Army Research Laboratory 

2800 Powder Mill Road 

Adelphi, M D 20783-1145  

1 0. SP O N SO R IN G / MONITORING A G EN C Y  REPORT N UMBER  

ARL-TR-821 

1 1 . SUPPLEMENTARY NOTES  

12a . ISTRIBUTION/AVAILABILITY STA TEMEN T Approved fo r public release; distribution unlimited. 

12b . ISTRIBUTION C O DE  A  

13 . ABSTRACT Max imum 20 0  words) The U.S. A ir orce, Navy, nd Army re n he rocess f upgrading he lectro-Optical actical Decision A id  (EOTDA). he EOTDA has been used to predict the impact of weather and time of day on target acquisition. he  

upgraded rogram is alled he Target Acquisition Weather Software TAWS). ew eatures f the A W S will 

include: automated data access; upgraded path radiance routines; replacement of separate infrared IR); television (TV) and night vision (NV) sensor performance models with Acquire; and a U.S. Army standard sensor performance 

model, which has become a standard in Department of  Defense fo r IR , TV, and NV systems. o quantify the effects 

on redicted arget cquisition ange f upgrading he ensor erformance model,  omparison f he AW S 

Version 2 with Acquire has been undertaken. Weather effects on target acquisition are examined also insome detail. 

1 4. SUBJEC T TER MS weather effects, target acquisition, Acquire, TAWS, clutter 

1 7. SEC UR ITY CLASSIF ICATION OF  REPORT  

UNCLASSIFIED 

18 .  SECURITY CLASSIF ICATION OF  THIS PAGE UNCLASSIFIED 

1 9. SECURITY  CLASSIF ICATION  OF  A BSTR A C T  UNCLASSIFIED 

1 5. UMBER  OF  PAGES  64 

1 6. RICE C O DE  2 0. IMITATION O F A BSTR A C T 

SAR 

NSN  7540-01-280-5500  Standard Form  29 8 (Rev. 2-89) Prescr ibed by  ANSI Std.Z39-18  

Page 4: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 4/55

Acknowledgements 

The uthors would ike o cknowledge he many nd eneficial discussions with Dave Dixon, Training and Doctrine Command Analysis 

Center-White ands Missile ange TRAC-WSMR), John Mazz, Army 

Materiel Systems Analysis Agency (AMSAA), Melanie Gouveia, Logicon, 

and av e chmieder, eorgia ech esearch nstitute GTRI) hat 

occurred uring he ourse f his ork. heir id n roviding information and tracking down documents concerning both the Acquire 

and TAWS sensor performance models was invaluable.

Page 5: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 5/55

Contents 

Preface  iii 

cknowledgements V 

Executive Summary  1 

1. ntroduction  5 

2. ackground  7 

2.1 Minimum Resolvable and Detectable Temperatures  7 

2.2 ensor Performance Models  8 

2.2.1 Acquire SPM and Methodology  9 

2.2.2 AW S SPM  and Methodology  14 

2.2.2.1  Resolved Versus Unresolved Targets  16 

2.2.2.2  Determination of SC R   17 

2.2.3 Discussion  21 

3 . Comparisons  23 

3.1 cenarios  23  

3.2 Model Runs  24 

3.2.1 haracteristic  Dimension  24 

3.2.2 ensor Curves  26 

3.2.3 Aspect Ratios  26 

3.2.4 Backgrounds  27 

3.2.5 Clutter  28 

3.3 esults  29 

3.3.1 Clutter/Complexity Effects  30 3.3.2 Weather Effects  33  

3.3.2.1 Visibility  33 

3.3.2.2 elative Humidity  33 

3.3.2.3 ky Cover  36 

3.3.2.4 og and Precipitation  37 

vu 

Page 6: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 6/55

Figures 

Tables 

4.  onclusions 9 

References 1 

Acronyms 5 

Distribution 7 

1 . quivalent bar pattern 0 

2. arget-acquisition methodology 1 

3a. nitial clutter temperature algorithm 0 

3b . Current clutter temperature algorithm 0 4. robability of detection versus resolution for 50 percent 

acquisition level using the T A W S and Acquire algorithms 1 5a. -80B 5 

5b. -80U 5 

6 . Comparison of the T A W S and Acquire M R T curves 6  7. Acquire versus the T A W S clutter comparison 8 8. he TAWS versusAcquire-detection ranges at 50 percent 

probability of detection 9 

9. cene complexity effects on target-detection ranges 1 10 . isibility impacts onthe TAWS-detection ranges 5 11. elative humidity impacts onthe TAWS-detection ranges 5 12. ky cover impacts onthe TAWS-detection ranges 7 13. og impacts on the TAWS-detection ranges 8 14. recipitation impacts on the TAWS-detection ranges 8 

1 . 50 as a function of Acquire version 4 

2. ummary of detection methods 7 

3. Clutter temperature C T  values 8 

4. Algorithm fo r determining Sc 9 

5. nitial T A W S implementation of CT algorithm 9 vm 

Page 7: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 7/55

6 . Current TAWS implementation of CT algorithm 0  7. Weather conditions used in th e study 3 

8. roblems between TAWS and Acquire algorithms and 

their resolution 4 

9. -80 dimensions 5 10. mpact of a second background on detection range 2 11. Detection ranges as a function of various weather 4 

IX 

Page 8: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 8/55

Executive Summary 

Overview 

The range a target can  be detected on the battlefield is a valuable piece of information or he attlefield ommander. etection nd ecognition 

ranges epend pon he arget nd ackground haracteristics,  

atmospheric ropagation, nd ensor erformance. eather actical 

decision aids provide information on sensor performance under adverse 

weather conditions. 

The Target Acquisition Weather Software (TAWS) is an updated version 

of the U.S. A ir Force Electro-Optical Tactical Decision Aid. he TAWS 

provides .S. ir orce, Navy nd Army mission lanners nd 

warfighters with ppropriate nformation or ptimal ensor nd/or weapon systems selection, acquisition range determination, and mission routing under degraded weather conditions. he T A W S was originally 

constructed to predict detection and lock-on ranges only. ecause the U.S. Army extensively makes use of recognition and identification ranges, 

methodologies fo r adding this information to the T A W S were examined. The leading algorithm, and thus, a contender fo r the replacement of the 

current algorithm, is Acquire. 

Physics-based actical Decision Aids TDA)s, uch s AWS, mploy 

physics alculations hat have heir asis n heory r measurements. 

Thus, a physics-based TDA employs routines and physics that allow it to  ascertain he robability f etecting  iven arget t  iven ange 

under xisting r redicted weather onditions. he ffects nd methodology fo r determination of th e range a target is detected under 

adverse weather conditions at infrared (IR) wavelengths is the subject of 

this eport. he ensor erformance model Acquire nd he enor 

performance model in TAWS both use what is known as the equivalent bar attern pproach; owever, he nderlying ssumptions f ac h  

algorithm re onsiderably ifferent. 

he urpose f this eport is o  show th e ifferences between these two methodologies and to examine 

weather effects on target-acquisition ranges. 

Page 9: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 9/55

Background 

Typical performance prediction models for resolved targets a target is considered o be esolved when the arget-angular ubtense nominally 

exceeds he ensor's ngular ubtense n both ertical nd orizontal dimensions at the range of interest) treat the target with the bar/target 

equivalency riteria nd he ensor with he minimum esolvable 

temperature MRT) unction. ar - nd arget-signal quivalency s 

established by quating he bar attern emperature ifference o he 

target verage emperature ifference. he etection range s harply 

bounded in that it can never exceed the range at which the target ceases 

to be resolved, that is the (detection) range «target size/resolution. 

Models fo r predicting the

 detection range

 of unresolved targets typically rely trictly n arget-signal trength or etection. hese models 

typically abandon both the bar- and target-equivalency criteria and the M RT approach. Unresolved target models are often called hot spot or 

star detection models because they rely on high-apparent contrast fo r 

detection. he  target is a square or circle with dimensions matched to  the high temperature target area of interest. his target spot detection 

methodology pplies o ases he arget s iewed gainst  niform background, and detection occurs when the ignal-to-noise ratio on the 

display element that subtends the target exceeds that of the background. The methodology fo r spot detection applies only to the detection of the 

target (its discrimination from the background), and not to levels of target discrimination. he ensor unction s he inimum etectable temperature (MDT). 

The D T s nly ppropriate or argets gainst  niform r 

unstructured background, fo r example, aircraft against a clear or overcast sk y r vehicles n a esert background. earching fo r anks gainst a varied terrain background requires the M R T approach. Additionally, the 

M D T pproach nly epresents etection whereas he M RT pproach, 

which may also be used fo r detection, is required fo r target recognition 

and identification. 

Target detection, recognition, and identification methodology applies to  

situations in which the target is embedded in a non-uniform or cluttered background and it is necessary to separate the target characteristics from 

the background. he target discrimination M R T methodology, based on 

the Johnson cycle criteria in Acquire and Schmieder's criteria in TAWS, ca n  be  used  fo r  the  prediction  of  target-acquisition  range  at 

Page 10: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 10/55

Conclusions 

discrimination evels f detection, recognition, and dentification. oth  

the TAWS and Acquire can use M DT to predict detection range also. 

T he AW S urrently ses chmieder's work mplemented o redict 

detection; igher isaimination evels, uc h s ecognition nd 

identification, re not included. ecause Acquire s urrently both the U.S. Army and A ir Force standard fo r target acquisition, and it predicts 

ranges or iscrimination evels f etection, ecognition, nd 

identification it was decided to replace the urrent sensor performance 

model SPM) esident n he AW S with cquire. owever, his 

replacement aises he uestion f what ifferences may rise ue o  

different methodologies between the SPMs in the T A W S andAcquire. o 

answer his uestion or R ensors,  omparison f tatic arget 

discrimination methodologies and th e resultant target-acquisition ranges 

produced by the TAWS and Acquire was undertaken. t should be noted 

that this comparison in no way should be construed as a validation of the target-acquisition anges. ather we re xamining what, f ny, 

differences that arise due to the underlying SPMs and the methods that 

they implemented. 

To ompare hese wo omplex arget-acquisition models equired 

standardization of as many parameters as possible. o accomplish this, 

one weather scenario was usedin conjunction with one sensor and target, 

both with ixed rientations. hus, winter cenario was hosen nd examined using n xercised -80 oviet main battle ank against two 

backgrounds vegetation and snow) at IR wavelengths. he sensor and tank were aligned such that the sensor always had a frontal view of the 

tank; the ensor height was fixed at 300 t facing north. he date was 

fixed t 21 December t a ocal time f 12N; the ocation was ixed t 

latitude f 37°32' N, ongitude f 127°00'  Seoul, South Korea). he weather onditions ncluded lear kies with arying isibility nd 

relative humidity and overcast skies with varying visibility and relative 

humidity. dditional ases ere un ncluding ight/heavy og 

conditions, snow, drizzle, and rain. 

The PM in the TAWS is based on Schmieder's image-based work and 

thus requires additional algorithms to determine the effects of clutter in 

the scene; these algorithms ar e not necessarily intuitive. ince Acquire's 

target ransform robability unction nd chmieder's etection 

probability s  unction f esolution, gree easonably well nder 

Page 11: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 11/55

moderate lutter onditions, nd because Acquire s n ndustry, U.S. 

Army and A ir Force standard, it was decided to replace the current SPM  

with Acquire. Clutter levels can be accommodated in Acquire by varying the N50  parameter. 

The incorporation of the Acquire SP M  into the T A W S is scheduled fo r the 

TAWS Version 3, which will be released fo r use in 2001. he comparisons 

shown here, of target-acquisition range output from the current version 

of T A W S with output rom Acquire, provide ositive eedback on the 

benefits f his nhancement o AWS , while maintaining xisting 

interfaces nd providing comparable arget-detection range predictions. 

T he rimary benefit f this nhancement will e he bility o pecify  

target acquisition discrimination levels, including detection, recognition, 

and identification. 

Because th e cases examined in this report are limited to a winter scenario in Korea, specific quantitative results of th e selected weather parameters' 

impacts on target-detection range cannot be generalized to al l situations. However, these cases do highlight the importance of considering accurate atmospheric conditions in target-acquisition predictions. esults show a 

smaller weather impact to Acquire detection ranges than predicted using 

the current T A W S SP M  under conditions of fo g or precipitation. 

Page 12: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 12/55

Page 13: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 13/55

2. 

Background 

2 .1 Minimum Resolvable and Detectable Temperatures Typical performance prediction models or resolved targets a target is 

considered o e esolved when the arget-angular ubtense nominally 

exceeds he ensor's ngular ubtense n both ertical nd orizontal 

dimensions t he ange f interest) reat the arget with he bar- and 

target-equivalency criteria and the sensor with the minimum resolvable temperature MRT) unction. his methodology assumes that resolved 

targets re etected, based n bserver attern ecognition. ignal strength only needs to be sufficient in order to define the pattern. he 

signal s ypically efined s he emperature ifference between he 

average temperature of the target and a uniform background temperature 

as seen by the sensor. ar- and target-signal equivalency is established by equating he bar pattern emperature ifference o he arget verage 

temperature difference. he detection range is sharply bounded so that it 

can never exceed the range at which the target ceases to be resolved, that 

is the detection) ange « target size  /resolution. his is the maximum range t which  eriodic arget an be aithfully eproduced; hus 

target is considered unresolved if the projected sensor instantaneous field 

of 

iew 

IFOV) 

reater 

han 

ercent 

he 

arget's 

ritical dimension. he percentage is taken to  be 80  percent because other sensor apertures, n ddition o he detector IFOV, cause he ffective ystem 

IFOV to  be slightly larger. 

Models fo r predicting the detection range of unresolved targets typically 

rely trictly n arget-signal trength or etection. hese models typically abandon both the bar- and target-equivalency criteria and the 

M RT approach. Unresolved target models ar e often called hot spot or star detection odels ecause hey ely n igh pparent ontrast or  detection. he target is a square or circle with dimensions matched to the 

high emperature arget rea f nterest. his arget pot etection 

methodology pplies o ases n which he arget s iewed gainst a uniform background, and detection occurs when the signal-to-noise ratio 

on he isplay lement hat ubtends he arget xceeds hat f he 

background. hat s,  ufficient mount f arget nergy eaches 

detector lement o reate  ot spot on he ystem isplay. For this 

reason, pot etection s lso eferred o as tar etection.)  The 

Page 14: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 14/55

methodology fo r spot detection applies only to the detection of the target 

(its iscrimination rom he background), nd ot o evels f arget 

discrimination. he ensor unction s he inimum Detectable 

Temperature MDT). etection ange redictions re ot harply bounded with his nresolved arget methodology ince arget-signal 

strength does not abruptly disappear after becoming unresolved. 

T he DT s nly ppropriate or argets gainst niform r 

unstructured background; fo r example, aircraft against a clear or overcast sk y r ehicles n a desert background. earching or anks gainst a 

varied terrain background requires the M RT approach. Additionally, the 

M D T pproach nly epresents etection whereas he M R T pproach, 

which may also be used fo r detection, is required fo r target recognition 

and identification. f a target is hot enough, the M D T approach predicts 

target detection even though the target may be smaller than a forward- looking infrared (FUR) detector element. or al l practical purposes, the M DT pproach s ot sed n he Army's ombat imulations ince 

recognition r dentification s equired before iring n  arget. t should also be noted that in a cluttered environment the target would not 

be the only hot spot. 

2 .2 ensor Performance Models Target detection, recognition, and identification methodology applies to  situations in which the target is embedded in a non-uniform or cluttered background and it is necessary to separate the target characteristics from 

the background. he target discrimination M RT methodology, based on th e Johnson cycle criteria [4] in Acquire and Schmieder's criteria [5,6] in the TAWS, ca n be used fo r the prediction of target-acquisition range at 

discrimination levels of detection, recognition, and identification. oth 

the T A WS and Acquire can use M DT to predictdetection range also. 

Acquire, eveloped y he .S. Army Night ision nd lectronic Sensors Directorate (NVESD), is an analytical model that predicts target- detection and discrimination-range performance fo r systems that image 

in the visible, near-IR, and IR-spectral bands. anges and probabilities predicted y he model epresent he xpected erformance f n ensemble of trained military observers with respect to an average target 

having a specified signature and size. 

Page 15: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 15/55

The U.S. A ir Force Research Laboratory's (AFRL) Electro-Optical Tactical 

Decision Aid EOTDA) 7] was eveloped o rovide he ser with a 

single iece f oftware o valuate he ombined ffects f target-to-background ontrast, tmospheric ransmission, nd ensor performance on the range at which a target ca n  be detected by an imaging 

device. he model treats detection by television, image intensifiers, and 

thermal maging evices. he AWS,  ri-Service rogram, s n 

upgrade of the EOTDA. 

The A W S urrently ses chmieder's work mplemented o redict 

detection; igher iscrimination evels, uch s ecognition, nd 

identification, ar e ot included. ecause Acquire s urrently both the 

Army standard 8] nd a U.S. A ir Force standard fo r target acquisition, 

and because t redicts anges or iscrimination evels f etection, 

recognition nd dentification, t was ecided o eplace he urrent sensor erformance model SPM) esident n he A W S with Acquire. However, this replacement raises the uestion of what differences may 

arise due to different methodologies between the SPMs in the TAWS and 

Acquire. o answer this question fo r IR sensors, a comparison of static 

target-discrimination methodologies and the resultant target-acquisition 

ranges produced by the TAWS and Acquire was undertaken. t should 

be oted hat his omparison n o way hould be onstrued s validation f he arget-acquisition anges er e. ather we re  

examining what, if any, differences that arise due to the underlying SPMs 

and the methods that were implemented. 

2.2.1 Acquire SPM  and Methodology 

During he 950s, he ilitary eveloped lectro-optical mage 

intensifiers, which rovided nhanced isual urveillance apabilities 

under conditions of limited visibility. he complexity of these intensifiers  and ssociated arget-acquisition ystems equired methodology or 

evaluating performance haracteristics. ohn Johnson, of the then U.S. Army ngineer esearch nd evelopment aboratories ERDL) 

(currently VESD), resented esults f xperiments with uman 

observers conducted at ERDL to determine the resolution required of a system to perform certain target-interpretation processes such as target 

detection and recognition. e referred to these as decision responses and said hat the processes were dependent upon the haracteristics of the optical message, he roperties f he ntensifier evice, nd he physiological response of th e human readout processes. hrough a series 

of xperiments sing rained bservers ooking t argets nd ar 

resolution diagrams, Johnson [4 ] developed a method relating the decision  

Page 16: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 16/55

Figure 1. quivalent bar pattern. 

response o he umber f bars line airs) ormalized o he hortest 

target imension hat n bserver eeded o ee o make  ecision 

(detection, recognition, etc.). 

T he methodology developed by Johnson was simple and straightforward. 

In the laboratory, scale models of various military targets were moved to  

a istance where hey could just be detected as viewed by an observer 

through an image intensifier. ar charts, with the same contrast as the 

scale models, were then placed in the observer's field of view at the same 

range s he arget. he patial requency line airs) esolved by the 

observer was hen etermined s  unction f ontrast. his ame 

methodology was used or determining he ine airs equired by the 

observers to recognize the object seen as a tank. he spatial frequency of the pattern was specified in terms of the number of lines in the pattern 

subtended by the object's minimum dimension as illustrated in figure 1 . 

Figure 1 shows three bars across the tank's shortest dimension as seen by an observer; this is the riterion Johnson used or ecognizing that the object was a tank. urther, Johnson found that the normalized line-pair resolution equired or  articular decision esponse was early 

constant fo r the group of nine military targets he employed. n the case 

of target detection, that was 1.0-line pairs per shortest target dimension. These ormalized to he hortest arget imension) ine air alues 

required or  ecision were ound o be ndependent f contrast nd scene signal to noise ratio as long as the contrast on the bar chartwas the 

same as the target contrast. 

he results showed that decision levels fo r military argets may e onsidered quivalent o ar atterns f 

appropriate spatial frequencies. 

10  

Page 17: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 17/55

This methodology, which provided arget-discrimination riteria based 

upon resolution, gained widespread acceptance within the industry and 

became he ccepted riteria or erformance measurement f ptical systems. hese riteria ere eferred o s he ohnson Criteria r 

equivalent bar pattern approach. 

In 1974,16 years after publishing his original paper, Johnson modified his 

original work nd xtended t o over R ystems 9]. his aper 

emphasized hat he alues or he arious ecision evels re  

representative values, essentially average values required fo r 50 percent 

probability, and must not be onstrued as rigid or optimum values fo r 

specific targets and target-aspect views. he values associated with the various ecision evels emained he ame, e.g., .0 ine airs or 

detection) except fo r recognition, which changed slightly. his paper also 

recommended and provided procedures fo r usingthe concept of MR T fo r thermal sensors. ohnson's methodology is schematically represented in 

figure 2. [10] 

Figure .  Target- acquisition methodology. 

Sensor Resolution 

m i m HI nf^

mi m utfini. e U  jj/lii:  r 

Spatial Frequency 

cyrles/mrad) 

Probability 

ID 

O jS

DMClfDI 

Ibci0iriifl  

£ 02. 

lhrillEidc£ 

D IW L 

The M RT s efined s he emperature ifference between uniform background nd he ars f  our-bar attern, ac h bar aving 

7:1 aspect ratio (so the overall pattern will be a square), which is required 

by  rained bserver o ust esolve ll our bars when iewing he 

pattern hrough n mager. 11] he ef t side f the igure hows he 

resolvable emperature ifference contrast) ersus he aximum 

resolvable bar pattern (spatial frequency) as a function of contrast. or a specific target-contrast level, the maximum resolvable spatial frequency is th e ighest patial requency t which  uman bserver an till 

recognize he our istinct bars nd not ne r wo blobs. hus, he 

temperature difference required to resolve the four bars increase, as the bars et maller. This maximum esolvable patial requency s 

11 

Page 18: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 18/55

function of contrast visual or thermal) nd s the minimum resolvable 

contrast (MRC) in the visual or M R T difference curve in the thermal. n 

the figure, the bars represent the generic formulation, whereas the solid line would epresent he arget ontrast nd ensor esolution or 

specific sensor. ith knowledge of the target's contrast (AT in the E R ) , critical dimension, range, and the atmospheric attenuation, the number of resolvable ycles, N, cross he arget's ritical imension an e 

determined by 

N =

 f ^f->. where  is the maximum resolvable patial frequency of the sensor in 

cy/mr) t he pparent Ta usually n K), Hta r g s he arget-critical dimension (in meters) and R is the range (in kilometers). he apparent thermal contrast is determined by 

AT a = AT T(R), 2) 

where T(R) is th e atmospheric transmission. Under the assumption of a 

homogeneous tmospheric path he ransmission may be ound using Beer's law 

T(R) = e-ßR 3) 

where  s he tmospheric xtinction oefficient determined rom n atmospheric propagation code [12,13]. W e now need a way to correlate N 

with the iscrimination level: etection, ecognition, and identification. 

Johnson did this by establishing the so-called target transform probability 

function TTPF). 9] he TPF, hown n he ight-hand ection f 

figure 2, was erived rom aboratory sychophysical xperiments n which the ability of observers to perform a particular discrimination task 

as a function of resolvable cycles across the target-minimum dimension 

was measured. or a given discrimination task, the TTPF represents the 

50-percent point, referred to as N50, as determined from this ensemble of 

12  

Page 19: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 19/55

range. hus, if the range is unknown, but information is available about 

the target-critical dimension, the target/background AT , and the sensor 

response urve, then a olution ca n be ound through iteration fo r the range at a predetermined Pd. 

A s LIRs dvanced rom irst o econd eneration, heir esolution 

increased o hat here was early qual esolution long he ca n 

direction and perpendicular to it. his, in part, necessitated a change in  

the riginal ne-dimensional ID ) ersion f Acquire. n pdated version of Acquire, discussed in detail in reference 11 , was issued in June 

1990. he modelupdate consisted of two parts:  

1 . LIR90, which predicts laboratory measures and 

2. two dimensional (2D) version of Acquire, which predicts field performance. 

In LIR90, redicted r measured orizontal nd ertical MR T s re 

averaged at a particular temperature using 

/ff=(x* ) * -4

) *  

This effective spatial frequency applies to the effective M RT used along 

with modified alues f N50 or he ifferent iscrimination asks o predict range performance. he N50 values fo r ID or 2D are presented in table 1 . he N50 fo r a particular task, using the more recent 2D version of the model, is found by multiplying the original ID N50 values by 0.75. The amount of shift was determined by requiring the range predictions 

fo r he D model o orrectly redict he esults f field ests, which 

served s alidation or he riginal ID ) model. he iscrimination levels in figure 2 are fo r second generation FLIRs. s an example, if we 

have a target with a critical dimension of 3 m at a range of 3 km, with an 

apparent contrast that would ive a maximum resolvable frequency of 3 cycles/mrad, his would ead o  robability f ecognition, or 

second generation

 FLIR,

 of 50

 percent; with a

 first generation FLIR,

 this would lead to a probability of recognition of 25 percent. 

* The discussion  in  this paragraph relies heavily on  reference 11 . 

13 

Page 20: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 20/55

apparent contrast that would ive maximum resolvable frequency of 3 cycles/mrad, his would ead o  robability f ecognition, or 

second generation FLIR, of 50 percent; with a first generation FLIR, this would lead to a probability of recognition of 25 percent. 

Table 1 . N5o  as a  function of the Acquire version Acquire version ID  2D  

Detection  1.0  .75 

Recognition  4.0   3.0  

Identification  8.0  6 .0  

2.2.2 AWS SPM  and Methodology 

The TAWS SPM is derived from work done in the 1980s at the U.S. Air 

Force vionics aboratory now art f FRL), which ed o he development of a research grade TD A. he main difference between 

the AW S nd he Avionics esearch rade ode ies rimarily n he 

underlying thermal model, the Thermal Contrast Model 2-TCM2, with T A W S using a scaled-down version of that model. he SP M resident in TAWS uses the equivalent bar-chart approach but differs from Acquire 

by irectly ncorporating lutter ffects or 0 ercent robability f acquisition. he T A W S predicts lock-on range based on signal-to-noise ratio hresholds, hot pot detection based n M D T methodology, nd discrimination etection ange based n M RT methodology. Thus, ll  

other arameters being qual, he AW S etection anges hould be 

approximately qual o hose redicted by Acquire t he 0 ercent 

probability of detection level fo r moderate clutter (see discussion below). 

Clutter is automatically computed, based on an empirical algorithm [14], and is a strong factor in determination of the number of cycles on target. 

During the 980s, Dave Schmieder t the GTPJ examined he ffect of 

clutter on target detection. 5,6] He found that the amount and nature of 

background clutter had a significant impact on the probability of target 

detection. chmieder first looked at scene radiance standard deviation as  a clutter measure. owever, this measure had the deficiency of giving 

large lutter values o elatively uncluttered cenes when hose cenes possessed several intensity modes. Moreover, this definition, like many other amplitude measures [5] , lacked a weighting factor based on target 

size. oth amplitude and target size measures appeared to  be required to  

14  

Page 21: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 21/55

predict bserved rends. ince xisting efinitions ppeared 

inappropriate, Schmieder redefined th e erm. he clutter definition he 

used was a scene radiance standard deviation computed by averaging the radiance ariances f contiguous cene ells ver the whole cene nd 

taking the square root of th e result. his is formulated as  

clutter = [fVf INf1, 5) 

where \ is the radiance standard deviation fo r the ith cell and N is the 

number f ontiguous ells n he cene. his efinition mplicitly 

included both target size nd ntensity measures nd produced higher 

values fo r scenes that looked more complex and cluttered. t also avoided 

yielding  large lutter value or relatively uncluttered cenes that still 

contained variations in intensity. dditionally, it accounted fo r clutter object izes lose o he arget ize weighing ore n he lutter calculation. However, as with other definitions of clutter, this definition 

introduces ts wn et f roblems. cene magery s equired o  

adequately determine o\ and eq (5) is not scale invariant but depends on the cell size elected fo r calculation. chmieder took the cell size to be square in shape with side dimensions of approximately twice the target 

height. However, if the scene under examination contains more than one type of target (man, tank, bridge, etc.) the cell size must be redefined fo r 

each target examined, resulting in different values fo r ci and N. 

Based pon his efinition, chmieder erformed xperiments with 

observers which howed that clutter could be categorized according to  the ignal-to-clutter atio SCR) where he ignal was he emperature difference between the maximum/miitimum target temperature as seen 

by  ensor nd he background emperature where he lutter was defined as above. chmieder found that high clutter exhibited a SC R of 

< 1, moderate clutter an SC R of 1 to 10 , low clutter an SC R > 10 and < 40 , 

and no clutter effects could be assumed if the SC R > 40 . urthermore, 

Schmieder's data howed that fo r a detection probability of 50 percent, the number of cycles (line pairs) required fo r detection of a target varied 

between 0.5 fo r low clutter to 2.5 fo r high clutter, with moderate clutter 

requiring approximately 1.0 cycle. 

Schmieder oncluded hat cquisition evels re  trong unction f clutter s well s esolution nd hat ange rediction models must 

include lutter ffects. ecause he umber f ine airs er arget- 

angular ubtense ecessary or etection s nversely roportional o  

detection ange, hanges n CR an be xpected o ignificantly alter 

target-detection range predictions. 

15  

Page 22: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 22/55

The TAWS detection methodologyuses Schmieder's SCR algorithm at the 

50 ercent probability of detection evel o determine whether MRT or 

MDT ormalization hould be used nd o alculate arget-acquisition ranges. he SCR may be hought f as he atio f hot/cold pot ATT 

(i.e., maxmium/minimum arget emperature ackground ean 

temperature) to clutter equivalent temperature (CT), thus 

SCR = ATT/ CT- 6 ) 

The value of CT s determined by the IR scene complexity (a measure of 

the umber f bjects n he cene ompeting with he arget) n 

conjunction with he ackground cene ontrast Sc) n he arget's 

vicinity. ince detection methodologyand acquisition range both depend 

upon SC R (discussed in some detail below). 

The AWS etermination f cquisition ange s ixed t 0 ercent 

probability f detection. hus, s mentioned bove n he ection n 

Acquire MRT methodology, a solution for the range can be found if the 

target's ritical imension, arget nd ackground emperatures, nd 

MRT sensor curve re ll known. hile TAWS uses this methodology, 

there re ignificant ifferences rom Acquire—most otably n he 

determination of the number of line pairs on target, N. 

2.2.2.1 Resolved Versus Unresolved Targets 

Whether he AWS omputes he etection ange ia MRT r MDT 

methodology depends on whether the target is resolved or unresolved at 

a given sensor to target range and the SCR at that range. 

For resolved targets, if the SCR > 40, indicating little or no clutter, MDT is 

used with he arget ontrast ased n he emperature ifference 

between the hottest (or coldest) facet of the target seen by the sensor and 

a given background; this is referred to as ATMAX. ven though the target 

is esolved, Schmieder did not ecommend using MRT because he elt 

that with uch high ignal o lutter > 0), t does not matter f the target is resolved or not, and MDT (hot/cold spot) detection would give a 

longer detection range than MRT. f the SCR is < 40, MRT is used with 

the target contrast, A T A V G , being the difference of the average temperature 

of the target facets seen by the sensor and the background temperature. 

16  

Page 23: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 23/55

If the target is unresolved at a given range, it is either detected with the 

M D T methodology or is not detectable at all. f the unresolved target is 

detectable using M D T , then SC R > 40 . n that case, ATMAX is used fo r the target and background contrast. f SC R <  40, and the target is unresolved, then the clutter is to o high, and no detection occurs at this range and the 

range must e ecreased or etection o ccur. hese esults re 

summarized in table 2. 

Table 2. ummary of detection methods 

SCR  Line pairs on  target  Method 

<1  2.5  M RT  

< 1< 10 <  1.0   M RT  

10<40  0.5  M RT  

>40  -  M D T  

For alculating he CR n he bove rocedures, chmieder 

recommended using the ignal ATMAX ather than ATAVG, fo r the reason 

that in his 1982 SC R study [6] the signal component was defined as ATMAX 

rather than ATAVG- 

2.2.2.2 Determination of SC R  

In the absence of actual imagery of the target area, Schmieder estimated 

clutter from a combination of scene complexity and Sc. W e present his 

methodology in some detail below. 

Schmieder's SC R algorithmaffects the acquisition range by modifying the 

number of line pairs (N) on target. At 50 percent probability of detection, 

Schmieder's results can be formulated as [15] 

N --   1.64  H 

arg  

(log(50?) + 1.2)1M

  R  (7 ) 

17  

Page 24: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 24/55

fo r CR  .1 . he A W S uses he arget height fo r the arget-critical 

dimension, Hta r g. n order to determine SC R from eq (6 ) both the target 

contrast ATT) nd he lutter emperature, Cr must be known. T, n turn, equires knowledge f both cene ontrast and cene omplexity. 

Because the T A W S does not produce or use target- and background-scene 

images, it cannot compute clutter as originally defined by Schmieder. o 

rectify his roblem, chmieder 16 ] ecommended hat lutter e computed based n T . e ssumed hat n he verage, he arget 

contrast, AT T, which represents the temperature difference between target 

and background, would be qual to  °C. chmieder then used eq (6), 

with he verage TT  C, oupled with CRs f 0 , 0, , nd , 

representing clutter states of none, low, moderate, and high respectively, 

to etermine alues or r. chmieder tates 16] , Clearly, ther 

assumptions f arget ignal nd CR would ead o ther ssociated values. he values shown (in table 3) ar e used as a starting point to be  used until the results of further research can yield a better basis fo r these 

choices.

A method fo r relating scene contrast (Sc) to the clutter levels is needed. 

Schmieder hose 17] c anges f  o ,  o ,  o , nd  o  correspond o he lutter evels f one, ow, moderate, nd igh, respectively. hese quantities (SCR, CT, Sc) and their relation to clutter 

level are summarized in table 3. 

Clutter  Sc range level  SCR  CT  degrees C)  degrees C) 

none  40  .0 5  <1.0 

lo w   1 0  .2  > 1.0-£2.0 

moderate  4  .5  >2.0-<4.0 

high  1  2  >4.0 

To bviate he eed or he ser o elect  lutter evel, he A W S 

implemented Schmieder's lgorithms to determine CT based on a user 

input of IR-scene complexity and a calculation of scene-thermal contrast by the AW S IR model. 18] he lgorithm fo r determination of Sc as  

found in TAWS, is presented in table 4. n this table, TB s a background 

temperature nd he ubscripts  nd 2, H and  efer o he irst and 

second, high nd ow background emperatures, espectively. able 5  

and figure 3a show the original implementation. 

18  

Page 25: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 25/55

Table 4. Algorithm for determining Sc Number of c value backgrounds degrees C) 1 .5 

2 BI TB 2 

3 BH - TBL  

Table 5. nitial T A W S implementation of Or algorithm 

Scene 

Complexity 

Sc  degrees C) 

Otol  >lto2  >2to4  >4 

r  degrees C) None 05 05 05 05  

L ow 05 2 2 2 Medium  .05  .2  .5  .5 

High  .05  .2  .5  2.0 

In operational use it was found that the step function shown in figure 3a 

resulted in occasional discontinuities in detection range. o mitigate this, 

the tep unction was eplaced with he ontinuous inear unctions 

shown n able  nd igure b. ence, n onjunction with cene 

complexity, he arger he emperature ifference mong backgrounds 

(i.e., the higher the scene contrast Sc), the higher the value of Or, which in 

turn owers he alue f SCR o c Cr1)- he ower SCR s, he ewer 

equivalent ine pairs here re per arget see q 7]), which ffectively 

reduces the detection range. n general, as the number of backgrounds 

increases he detection range will change, enerally decreasing in value 

somewhat. his s easonable ince y dding ackgrounds, ne s 

effectively increasing the clutter and making the target more difficult to 

detect. hus, the lgorithm in TAWS for deterrriining Or is reasonable; 

however, he boundaries or Or nd c, hosen by Schmieder 16,17] 

using his experience and expertise, are subject to review. As indicated in 

a previous paragraph or Or; nd s Schmieder pointed out 17 ] or Sc  

These values result from heuristic and judgmental considerations. hey 

have not been derived from sensitivity trades, which rigorously calculate 

the lutter evels hat re btained rom arious background ontrast 

conditions. uch  omprehensive tudy will be ventually needed o 

arrive at more fully supported values.

19  

Page 26: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 26/55

I 1 . 0

S c e n e  Comple x i t y 

— High 

- -»Low 

2 Sce ne Cont ras t Sc ( de gre e s ) 

2 S c e n e Cont ras t Sc ( de gre e s ) 

Figure 3a. nitial clutter temperature algorithm.  Figure 3b. Current clutter temperature algorithm. 

Table 6 . Current T A W S implementation of Or algorithm 

Scene 

complexity 

Sc degrees C) 

Otol  >lto3  >3to4 

CT  degrees C) 

>4 

None 

L ow  

Medium 

.05  .05 

.05 +0.15 Sc  .2 

.05 +0.15 Sc 

.05 

.2 

.5 

.05 

.2 

.5 

High  .05 +0.4875 Sc  2.0  

This clutter algorithm has an unexpected effect on MRT detection ranges. 

When only one background is selected by the user (i.e., no scene-thermal 

clutter), or if the temperature difference among the selected backgrounds 

is < 1.0, the acquisition range found is the same whether the user selected 

scene omplexity s ow r medium. ote he middle cene ontrast 

categories now break at 3° rather than 2° for medium-scene complexity. 

This change

 is not significant since the

 impact on clutter temperature

 is at 

most 15°, and he original distinction between low and moderate scene 

contrast ategories was n rbitrary election etween he hreshold 

values of 1 for none and 4 for high. 

20 

Page 27: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 27/55

2.2.3 Discussion 

Johnson's aper mentioned he ssue f ackground lutter. e 

emphasized hat is etection riteria 1.0-line airs) were pplicable under onditions hat equired ome egree f arget hape 

discrimination n rder o etect he arget rom ther bjects n he 

background, (i.e., where background clutter was present). He also stated 

that he umber f line airs equired o ttain a particular detection 

probability ould ary ignificantly depending upon the ature f the 

background lutter. his aised  umber f uestions s o he 

significance of background clutter on the validity of the Johnson criteria, 

especially since Johnson did not provide a definition of clutter. 

Schmieder noted that the Johnson criteria fo r target detection (1.0 cycles 

or line pairs) correlated well with his moderate-clutter category (implying that uch  evel f lutter was robably resent n ohnson's work, although ohnson id ot measure t). omparison f Schmieder's 

detection probability as a function of resolution with Acquire's TTPF (see 

figure 4) clearly shows that Acquire's formalization compares favorably with chmieder's oderate lutter. ther lutter evels an e 

accommodated in  Acquire by varying N50. 

Figure 4. Probability 

of detection versus 

— Scluueder: L- 

— —  Schmierer: H 

olution fo r 50  it acquisition 

3 the T A W S  1 —|  _ — ..... Acquire  -  r algorithms.  a .« — 

S -w ÄO  i.4 — 

0L ,  •

y

0. 1 — 

i  <s

 1  z  3 

Resolution  Line Pairs / Target) 

21 

Page 28: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 28/55

3. 

Comparisons 

3.1 cenarios 

To ompare hese wo omplex arget-acquisition models equires 

standardization of as many parameters as possible. o accomplish this, 

one weather scenario was used in conjunction with one sensor and target, 

both with fixed orientations. 

A winter cenario was hosen nd xamined sing n xercised -80  

Soviet main battle tank against two backgrounds (vegetation and snow) 

at IR  wavelengths. he sensor and tank were alignedsuch that the sensor always had a frontal view of the tank; the sensor height was fixed at 30 0 ft 

facing orth. o minimize hadow ffects, he ate was ixed t 1 December at a local time of 12N. he location was also fixed at latitude of 

37032' N/ longitude of 127°00' E (Seoul, S. Korea). he weatherconditions 

include see able ) lear kies with arying isibility nd elative  

humidity, nd vercast kies with arying isibility nd elative  humidity. dditional ases ere un ncluding ight/heavy og 

conditions, snow, drizzle, and rain. 

Table 7 . Weather conditions used in the study 

Relative Humidity 

Precipitation 

30 %  none 

50 %  none 

80 %  none 

100%  light 

fo g 

100%  heavy 

fo g 

80 %  snow 

90%  light 

rain 

90%  moderate 

rain 

Cloud  clear  clear  clear  clear  clear 

Cover  overcast  overcast  overcast  overcast  overcast  overcast  overcast  overcast 

2km  2  2  2  2  2  2  2 

Visibility 5km 

10 km 

10  

10  

10  

rr; ---:-.- 5 

10  

10  

15 km  15   15   15   \  15   15  

23 

Page 29: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 29/55

3 .2 Model Runs T he AW S was un using winter limatology along with the weather 

conditions isted n able . omparisons were made with he cene 

complexity nitially et t low. o educe he ossibility f rrors, 

Acquire was initially run separately; however, this procedure was fraught 

with problems (see table 8). o alleviate this, the Acquire algorithm was 

programmed directly into TAWS , thereby, insuring that the many values 

(AT, tmospheric ransmission) ere dentical n oth rograms. 

Discussion onthe problem and their resolutionappear in table 8. 

Table . roblems etween he AW S nd Acquire lgorithms nd heir 

resolution  

Problem  Routine 

TAWS Acquire 

Resolution 

Characteristic 

dimension 

Target height  V(Xeff*Yeff)  Target height 

Sensor curves  Horizontal (ID)  Horizontal and 

Vertical (2D) 

ID 

Aspect ratio  V  (7/2 Xeff/Yeff)  <3  V (7/2 Xeff/Yeff) 

Backgrounds  3 allowed  N/A   1 used 

Scene 

complexity 

None, low, 

moderate, high 

N/A+  Low 

* ee section 3.2.> 

3.2.1 Characteristic Dimension 

The AW S nd Acquire se ifferent arget-characteristic imensions. 

For M RT calculations, T A W S uses the target height; whereas, 2D Acquire uses the square root of the target's projected area as seen by the sensor. When Acquire was rogrammed nto he AWS , hereby using  D formulization, the characteristic dimension was changed to use the target 

height. 

In th e course of this study the T A WS and Acquire target T-80 Soviet main 

battle tank databases were examined; the results from T A W S and Acquire databases, nd dditional ources, re resented n able . he CASTFOREM is the U.S. Army's entity level warfare simulation; World 

Wide W eb ( W W W ) 1, 2, and 3 were taken from various, unsubstantiated,  W W W ources or omparison urposes. he alues elected or he 

various imension izes robably epresent ifferent onfigurations f 

24 

Page 30: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 30/55

the -8 0 cf. igures a nd ). sing he un-forward ength s not 

representative of the actual target size and will produce overly optimistic 

detection ranges. he TAWS database has been subsequently changed to reflect he more ccurate alues. nce Acquire was oded nto he 

TAWS, both algorithms used the same database. 

T-80B T-«CU  

TT-V^v^i;. 

Figure 5a. -80B   Figure 5b. T-80U 

Table 9. -8 0 dimensions 

Source  Length (m)  Width  m)  Height  m) 

Acquire^  -  3.59   2.64 

T A W S  9.1  4.64  3.73  

CASTFOREM   6.75   3.55  1.5**  

W W W 1  9 .7   3 .6  2.2 

W W W 2  9.9/7.4§  3 .4  2.2 

W W W 3  7.01  3 .6  2.20 

X  values are fo r projected area 

§  gun forward/hull 

* * does not include turret 

25 

Page 31: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 31/55

3.2.2 ensor Curves 

Because he AW S was onstructed during he 980s, it uses D M R T  curves, whereas, Acquire uses 2D M RT curves. nitially, before coding 

the Acquire lgorithm nto AW S nd he wo odes were xecuted separately, it was necessary to ensure that th e two E R sensor curves that 

were being used were the same. his was accomplished by multiplying 

the TAWS abscissa by the normalization factor of .7 5 (see section 2.2.1); 

the esulting omparison s presented n igure . s hown, the wo 

sensor curves re dentical. hen Acquire was coded into T A WS and 

thus used TAWS M RT curves, N50 fo r detection was changed from .75, 

appropriate fo r th e 2D algorithm, to 1.0, appropriate fo r the ID algorithm. 

Figure 6 . 

Comparison of the 

TAWS and Acquire 

MRT curves. 

GD I  L  — — 

2£D lD W ID  inn 

3.2.3 Aspect Ratios 

In ID Acquire, the target was described by its minimuin dimension; thus, targets with dimensions (length x width) of2mx2mor2mx4mor2mxl6m  

and identical AT would al l be equally detectable according to ID Acquire. The aspect ratio adjustment compensates fo r this unrealistic result. his 

is an important issue fo r large aspect ratio targets such as battleships but 

not fo r th e ypical aspect ratios of ground vehicles. n 2D Acquire, the 

target is described by the quare oot of its area; thus, the 2 m x 6 m 

26  

Page 32: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 32/55

3.2.4 ackgrounds 

target will have a higherestimated probability of detection than the 2 m x 

2 m target. herefore, in moving from ID to 2D Acquire, we have gone 

from th e simplifying assumption that al l targets of the am e height ar e equally detectable (given th e same AT) to the simplifying assumption that 

all targets with the same presented area are equally detectable; however, 

aspect ratios > 3 are not recommended fo r Acquire. [3 ] or the typical 

aspect atios f round ehicles, his s  easonable implifying 

assumption fo r 2D Acquire. 

When sing D cquisition models uch s AWS , he irst tep conventionally performed in range prediction is to convert the laboratory 

M RT o ak e nto ccount he cene bject spect atio maximum o  

minimum object dimension) if use is to be made of the concept that an object is more readily discerned if the aspect ratio is greater than unity. The laboratory M RT is computed or measured with a bar aspect ratio of 7. 

It can  be shown [19] that 

MRTfieid  MRTj7/ 2Ne), 8) 

where s is the scene aspect ratio. 

For xample, or etection nly ne ycle s equired N  50  ), 

yielding MRTfieid =  MKlJl/2e Within TAWS , the M RT is adjusted 

by a factor oi lXeff /2Yeff where Xe f f (along-track) and Yef f (cross-track) 

are the projected target dimensions at a given range. he cross-track and along-track dimensions, viewed in a plane coincident with the sensor, ar e the bscissa nd rdinate, respectively. ince he alculation of aspect 

ratio s ntegral o AW S alculations, o hanges were made o he 

algorithm. 

The AW S l lows alculations or cenes hat nclude p o hree backgrounds; whereas, Acquire does notconsider differing backgrounds, 

primarily because Acquire ccounts fo r clutter through variation of the 

parameter N50. he TAWS backgrounds ar e intimately connected with 

the clutter calculations (see section 2.2.2), allowing ATT in eq (6 ) to vary 

as the backgrounds ar e cycled. hus, eq (6 ) can  be rewritten as  

27  

Page 33: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 33/55

SCR AT / CT (9 ) 7= 1 

3.2.5 Clutter 

Figure 7 . Acquire versus the TAWS clutter comparison. 

where he ubscript  efers o he ackground nder onsideration 

(considered primary) nd he ubscript; efers to the number of (user-  entered) backgrounds NB maximum of 3) . hus, the T A W S detection 

ranges fo r all backgrounds ar e calculated with the displayed background, 

as printed on the output, considered primary.  discussion of the lack of 

backgrounds n Acquire, which re ntimately ied o he lutter 

calculations in TAWS, is deferred to the clutter section below. 

Schmieder's work, as implemented in TAWS, accounts fo r various levels 

of lutter; whereas, Acquire nly ccounts or lutter by arying N50. 

However, s hown n ection , Acquire's lgorithm, with 50 

(detection) ompares avorably with Schmieder's t moderate lutter levels. o effectively represent Schmieder's low and high clutter cases, N50 takes on values of 0.5, and 2.5 respectively (see figure 7) . ince clutter is a subjective measure, othervalues of N50 may be chosen. 

A—  Schjnieder: L«w 

Schmied  er: Moderate Sclwieder: High Ac««xre,N50 = 1 .0 Ac«ni», N S O = O. S  Acquire, NSO  = 2.5 

Resolution  Line Pairs / Target) 

28 

Page 34: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 34/55

3.3 Results 

The December 1 

ases were un sing ow-scene omplexity

 with 

single vegetation background in TAWS, and with N50 = 0.5 in Acquire. Results showing the detection ranges predicted at noon in each case by 

TAWS andAcquire ar e shown in figure 8. 

Examination f he ata hows  maximum alue or he A W S 

calculations t 2.1 m or he egetation background ue o ensor 

optical resolution limits. ecause this limits scales with target height, a 

determination an e ade sing alues aken rom eference 

18 tables A.l-2. or the sensor and target chosen th e range limit turns out 

to be 32.8 km in good agreement with the TAWS values. his same cutoff 

fo r a maximum detection range was applied to the Acquire results. 

For detection ranges less than 10 km the agreement between Acquire and TAWS was also good. etween these high and lo w detection ranges, i.e., 

midrange alues etween 0 nd 0 m, cquire redictions were 

10 to 15 percent lower than the TAWS. pecifically, the cases with heavy 

fo g or precipitation have identical values below 10 km, while the cases 

with lo w or moderate humidity and high visibilities have values of km. Thus, e ay raw he onclusion hat he ontribution rom 

approximately 2 lutter s rrelevant n nstances when he weather conditions ar e either extremely unfavorable (low visibility) or extremely 

favorable (high visibility). 

Figure 8 . he  S  versus 

lire-detection iges at 5 0 percent 

probability of  detection. 

1 0 0 0 0 TAWS Detection Range (km) 

29  

Page 35: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 35/55

Some of the discrepancy between the T A W S and Acquire in the midrange 

may be explained by the fact that the clutter temperature in the T A WS 

runs with one background and low-scene complexity is 0.12S °C (tables 4  and 6 ), which equates to an N50  value of approximately .3 , while the value 

used or hese Acquire uns N 5o  .5 ) ould be ssociated with 

low-clutter alue f 0.2 C. owever, note hat Acquire does not use 

clutter temperature directly. ncreasing the clutter temperature to 0.2 °C  in the TAWS, by including an additional background with an appropriate 

scene ontrast emperature, id ower he AW S ange ut nly 

accounted fo r less than half of the discrepancy between the T A W S and 

Acquire values. When additional Acquire runs were made with N50 se t 

= .3 , which is not strictly analogous to calculating a clutter level in TAWS, 

the results were within 5 percent of the T A W S values. 

3.3.1  lutter/Complexity  Effects 

Because he ser an elect  cene omplexity evel f one, ow, 

moderate, or high in the T A WS (specified as Clutter/Complexity in the 

User Interface), it is important to understand how this selection affects the 

resulting etection ange. nly ne background was sed or hese comparisons in order to hold constant th e cene contrast component of 

clutter. hese omparisons howing he ffects f the hoice f scene 

complexity n A W S nclude he omplete ourly ata rom he 

December 1 uns, ather han just he oontime ata. he tandard 

deviations of the difference between T A W S and Acquire detection ranges throughout each daily un re mall, ndicating that diurnal variations 

behave similarly in both T A W S and Acquire. n general, most cases using 

one background displayed a decrease in detection range of approximately 

5 ercent when cene omplexity was ncreased rom none o ow r 

moderate, and nother 5 ercent ecrease when scene omplexity was 

increased from low or moderate to high. However, there is a fair amount 

of ariation rom his ypical esult, s hown by he ample f runs 

plotted in figure 9. n this figure, the abscissa represents the cases run 

(generally in order of cases with low humidity on the left to cases with 

high humidity and precipitation on the right), and the ordinate showing 

the percent of the resulting detection range with 

a given 

level of scene complexity compared o he ange ound with scene omplexity et to  

none. Note from tables 4 and 6 that with only one background low- and 

moderate-scene complexity will return the same values. 

30  

Page 36: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 36/55

Figure 9 . cene complexity effects on target- detection ranges. 

Low/Moderate  High ComplexH 

86.0

C a s e s  with I n c r eas ing Hum id i t y /P r ec ip i t a t i on 

The primary exception to th e general impact of varying scene complexity 

occurs both when TAWS detection ranges ar e very long and when they 

are ery hort. or xample, esults lotted oward he ef t ide f 

figure 9 include cases where humidity is 50 percent or less, and there is 

no fo g or precipitation. hese conditions result in long detection ranges, 

which ar e not substantially decreased when the scene complexity level is 

increased. dditionally, ases lotted n he ight ide f he raph provide very short detection ranges due to fo g or precipitation; so that 

increasing 

he 

omplexity 

evel 

as 

orresponding 

ecrease 

n detection range, since the detection range is already so restricted. Other 

deviations re elated o he elected isibility n ach ase, with increasing cene omplexity ausing mpacts more han he sual 

5 percent when visibility is great. In order to highlight the general trend, 

cases with visibilities of 2 and 5 km have been omitted from figure 9 , which would otherwise show even greater fluctuations. he cases potted with visibilities of 5 and 10 km reflect some fluctuation relatedto whether 

th e cloud cover was entered as clear or overcast, which accounts fo r the 

up-and-down nature of th e graph. 

Another esult ccurs when multiple backgrounds re elected n he 

TAWS. he previous results were based on cases using vegetation as the only background. f  econd ackground s dded, t ffects he 

detection range predicted fo r the first background if the complexity level is et o nything ther han one. he ffect f dding  econd 

background s hown n able 0, sing he oontime alues nd 

excluding the cases reflecting extreme high or lo w detection ranges. A s 

31  

Page 37: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 37/55

expected, detection ranges fo r the vegetation background decrease when 

the econd background f now s dded, ince he lutter has been 

increased. Additionally, detection ranges fo r the vegetation background increase when now s ntered s he rimary ackground with vegetation s the econdary background. his is expected because the 

thermal contrast (AT) betweenthe target and the background is calculated 

using the first, or primary, background entered in TAWS; the secondary 

background does not interact with the target. ecause snow has a higher 

albedo han he egetation,  elatively reater mount f he olar 

radiation is reflected onto the tank surface raising its temperature; and, 

thus, producing the larger contrast value. 

Table 10. mpact of a second background on detection range 

TAWS Range  km) 

Scene 

complexity 

Vegetation 

background 

only 

Vegetation  Vegetation 

background  background 

primary with  secondary with 

snow background  snow background 

secondary  primary 

None  22.46   22.46   23.30 

L ow   21.46   21.36   22.22 

Moderate  21.46   21.07  21.95  

High  20.39  19.87  20.81 

A s discussed in section 2.2.2, rather than a second choice of a background 

fo r a what if capability to see two separate background results in a single model un, dding  econd background erves o dd lutter o he 

scene, with he reatest mpact n onjunction with he election f moderate-or-high complexity. Note that when multiple backgrounds are selected, there ca n be a difference between detection ranges based on low and moderate omplexity, s well s ven reater ifferences between moderate and high complexity than seen with just one background. his  is  easonable result, and has been highlighted in the updated T A W S user ocumentation Version .1 nd reater). n cases with multiple 

backgrounds, the clutter temperature Or will not necessarily be consistent fo r each time in a 24-hour run, or between cases with varying weather 

input, ue o he ifferential eating f he arget nd he ifferent 

background types. However, to get an idea of the total effects possible 

under different clutter amounts, a single example at a single time shows a 

32  

Page 38: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 38/55

decrease in detection range from 19.69 km based on a single background 

and no cene omplexity to 5.75 km based on three backgrounds and 

high-scene complexity. 

3.3.2.2 Weather Effects 

Although one purpose of this report is to compare the predicted target- 

detection anges utput by he AW S nd Acquire, t s lso worth examining he ffects f weather n he redicted anges. arying 

visibility, relative humidity, cloud cover, fog, and precipitation resulted 

in imilar impacts o etection ranges in both the T A W S and Acquire, 

consistent with at least qualitative expectations of how these atmospheric 

properties affect IR sensors. [20,21] 

The 

ollowing 

xamples 

re 

ased 

airly 

ealistic 

winter-weather scenarios fo r Seoul, Korea. limatological temperature values varied 6 °C  over he 4-hr eriod, with ess ariation n ew-point emperature 

values, resulting in a typical increase in relative humidity values in the 

early morning and lower relative humidity in the afternoon. hese same temperature values were used whether or not clouds, fog, or precipitation 

were included. hese examples ar e based on low-scene complexity and 

one background in the TAWS, and N5o = 0.5 in Acquire. s discussed above, ncreasing he omplexity evel o igh rovided omewhat shorter detection ranges in most cases, but yielded similar results in terms 

of weather mpacts n etection-range redictions. able 1 ists he noontime detection ranges calculated by the TAWS (number in upper left 

of ell) nd Acquire number n ower ight f cell) or ac h weather scenario. s previously discussed, the Acquire values ar e not resolution limited to th e T A WS' appropriate maximum of 32 km in cases with high 

visibility and no fo g or precipitation. Other cases, which include fo g or precipitation seem to return detection ranges around 7 km using Acquire, while he AW S rovides much ower etection anges. therwise, 

Acquire esults how imilar mpacts based n weather nd iurnal 

effects s he AWS, nd ubsequent iscussions il l ighlight he 

specific-weather impacts using the T A W S data. 

33  

Page 39: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 39/55

Table 11 . Detection ranges as a function of various weather scenarios 

Detection Ranges (km) TAWS

 Acquire 

RH Precipitation 

30% none 

50% none 

80% none 

10 0 %  light  100%  heavy 

80% snow 

90%  light rain 

90%  moderate 

rain 

Cloud Cover 

S - 4 - > cß c d u 1 1 0

> o 

- 4 - » e n c d C D > O 

c

4- * c d Ö > o 

•S i  c d u > 

3  ovec

 le r

ovec

 le r

ovec

 le r

 

ovec

?   2 1  1 8  2 0  1 8  1 9  1 6  5  5  2  2   2   5 3  

1 «  1 6  1 7  1 5  1 6  1 4  5  5  2  2   2   5 S  5  3 2  2 8  3 0  2 7  2 8  2 4  1 2  1 0  4   5 

? 9  7 5  2 7 3 2  2 3   2 4  2 0  1 0  9  4   5  

1 0  3 2   3 2 

3 1  3 2   2 8  1 8  1 5  7  6 

•   1 H  3 2   3 2   3 2   2 9  3 0  2 5  1 5  1 4  7  6 tß >  1 5  3 2   3 2   3 2   3 2   3 2  2 9  2 1  1 8  1 0  6 

6 3 2   3 2   3 2  3 2   3 2   2 7  1 8  1 6  9 

3.3.2.1 Visibility 

Although R ensors re seful or etecting argets t anges 

beyond  the distance visible to the unaided eye, he same 

atmospheric onstituents, which educe isibility, will reduce R 

detection anges, lthough o  ifferent mount.  Figure 0  

illustrates he mpact of reduced visibility on TAWS. Under the 

benign conditions of low-relative humidity (around 30 percent at 

noon), clear skies, and 15 km isibility, TAWS provides a 

maximum ensor-detection range imit of 32 km throughout the 

24-hour period. The other examples with clear skies result in an 

increase n etection anges during aylight ours, s olar 

loading heats the target more than the background, resulting in a 

greater T or ifferential n arget/background emperatures). 

Visibility decreasing from 15 to 10 km generates rmnimal impacts, 

but oing rom 0 o  m auses  5 ercent ecrease n 

detection range, while going from 5 to 2 km results in a 35 percent 

decrease. 

34  

Page 40: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 40/55

Figure 10. Visibility impacts on the TAWS- detection ranges. 

— — — — -— — . ?  <_- ^—, D E   X  ^v S ? - a c o 

yf  ^ V  >   yT  N^_ 

^^f   — —

DC  —  15  

10  

R H  =  Low  Clear Skies 

isby=15km isby=10km isby=5km isby=2km 

ID  11   12   13   14   15   16  Local Time  IB  20   21   22   23   54  

3.3.2.2 elative Humidity 

Atmospheric moisture absorbs IR signals. ecause the time series 

of emperature alues s onsistent n ac h ase, hanging he 

relative humidity is equivalent to changing the amount of water vapor or absolute humidity available fo r attenuation of the sensor 

signal. igure 1 hows n xample f ncreasing umidity 

resulting n ecreasing etection anges. ince he old winter 

temperatures used in these cases do not allow the atmosphere to  contain ignificantly more moisture, the etection range s only 

decreased y 0 ercent s umidity s aried rom ow 

(approximately 

ercent; 

quivalent 

/m

3

igh (approximately 80  percent; quivalent o  /m3). owever, 

comparable runs made using summer temperatures show noon- 

time etection ange redictions f 8 m n ow umidity 

(approximately 30  percent; equivalent to 7 g/m3) falling to 13 km 

in igh umidity approximately 0 ercent; quivalent o  

19 g/m3), reflecting more than a 50  percentdecrease. 

35 

Page 41: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 41/55

C le a r S k i e s   Visby=5km  Figure 11. Relative humidity  impacts on the 

TAWS-detection ranges. 

35 

— 0 i 0) 

g>25 is  a

1 3 0  a a ; a 15 

10 

RH=Lo w  (30 a t n o o n ) 

H = M o d e r a t e ( 50 at n o o n ) 

H=High  ( 80 a t n o o n ) 

2  3  4  5  6  7  8  9  2  3  4 Lo c a l T i m e  

3.3.2.3 ky Cover 

The primary effect of cloud cover above the sensor path is based on the 

cloud's nfluence n eating nd ooling f he arget nd he 

background. s shown in figure 12 , this example exhibits slightly longer 

detection ranges during the night with overcast skies compared to clear 

skies. lthough both the arget and the background temperatures are 

affected by he louds, o hat he T emains maller han when o clouds ar e present, less radiational cooling allows the thermal imager to  

detect the warmer target at slightly longer ranges than under clear skies. 

Cloud cover has a reater impact during the day, as the reduced solar 

loading provides only a 5 percent detection range increase, while the case with no clouds produces a twenty percent greater detection range during 

the daytime. 

36  

Page 42: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 42/55

Page 43: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 43/55

Figure 13 . og 

impacts on the 

T A W S - detection 

ranges. 

RH=High Overcast Visby=2km 

-LIGHT FO G (Radiat ion)  

—HEAVY FO G (Advect ion) 

9 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 1 2 2 2 3 24  Local Time 

RH=High Overcast isby=5kn[ Figure 14 . Precipitation 

impacts on the TAWS-detection 

ranges. 

LIGHT RAIN  (2  m m / h r ) 

-MODERATE  RAIN  (5 m m / h r ) 

- S N OW  

2  0  1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 2 1 22 23  24 L o c a l   Time 

Page 44: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 44/55

4 . onclusions 

It is important that Acquire be merged into the T A W S so that the services 

ca n redict arget cquisition f ground argets using ecognition nd 

identification in addition to detection. he incorporation of the Acquire 

SP M  into the T A W S is scheduled fo r the TAWS Version 3, which will be  

released or se n 001. hese omparisons f the arget-acquisition 

range output from the urrent version of the T A W S with output from 

Acquire provide positive feedback on the benefits of this enhancement to  

the AWS , while maintaining he xisting nterfaces nd roviding 

comparable arget-detection range predictions. 

he primary benefit

 of this nhancement il l e he bility o pecify arget-acquisition 

discrimination levels, including detection, recognition, and identification. 

Decisions will need to be made on an efficient and appropriate selection 

of N5o fo r use in the Acquire SPM. 

Because the cases examined in this report ar e limited to a winter scenario  

in Korea, specific quantitative results of the selected weather parameters' 

impacts on target-detection range cannot be generalized to al l situations. 

However, these cases do highlight the importance of considering accurate 

atmospheric onditions n arget-acquisition redictions. esults 

showing  maller weather mpact o Acquire-detection anges han 

predicted sing he urrent AW S PM nder onditions f og r precipitation warrant additional investigation. 

39 

Page 45: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 45/55

References 

1 . auter, D., M . orres, .D . Brandt, t al., The ntegrated Weather Effects Decision Aid: A Common Software Tool to Assist in Command 

and Control Decision Making/' roceedings f the Command  Control Research  Technology Symposium, Newport, RI, (June 1999). 

2. ouveia M.J., J.S. Morrison, R.B. Bensinger, et al.,  T A W S and NOWS: 

Software Products fo r Operational Weather Support, roceedings of the Battlespace Atmospheric an d Cloud Impacts on Military Operations Conference, Colorado State University, Fort Collins, Colorado, (25-27 April 2000). 

3. Acquire Range Performance Model  for Target Acquisition Systems, Version 1  

User's Guide, U.S. Army CE COM Night Vision and Electronic Sensors 

Directorate Report, Ft. Belvoir, VA , (1995). 

4. ohnson, J., Analysis of Image Forming Systems, Proceedings of the  Image ntensifier ymposium, .S. rmy ngineer esearch nd Development Laboratory Ft. Belvoir, (A D 22 0 160), (October 1958). 

5. chmieder, D.E., and M.R. Weathersby, Detection Performance in Clutter with ariable Resolution, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic 

Systems, Version 19 , pp. 622-630, (July 1983). 

6 . chmieder, D.E., M.R. Weathersby, W.M. inlay, t al., lutter an d  Resolution ffects n Observer Static Detection Performance, U.S. Air Force 

Wright Aeronautical Laboratory, echnical Report AFWAL-TR-82-1059  (A D B071777), Wright-Patterson AFB, OH, (June 1982). 

7. ouart, C.N., M.J. Gouveia, DA. DeBenedictis, et al., Electro-Optical  Tactical ecision id EOTDA) ser's anual, ersion , echnical Description, U.S. Air Force Phillips Laboratory, Technical Report PL-TR- 

93-2002 (A D B172088L), Hanscom AFB, M A , (June 1994). 

8. Army Modeling an d Simulation Office, Standards Category Acquire, web  site, http://www.amso.army.mil/.  

9. ohnson, J., and W.R. Lawson, Performance Modeling Methods and 

Problems, Proceedings of the IRIS Specialty Group on Imaging, pp.

 105-123, Infrared nformation nd Analysis enter, RIM, Ann Arbor, M I, 

(January 1974). 

10 . Mazz, J.,  Acquire Model: Variability in N50 Analysis, Proceedings 9th  

Annual round arget odeling nd alidation onference, ignature 

Research, Inc., Calumet, M I, (August 1998) 

41  

Page 46: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 46/55

11. Howe, J.D., Electro-Optical Imaging System  Performance Prediction, in  The Infrared an d Electro-Optical Systems Handbook (U), volume4., M .C. Dudzik, Ed, Infrared Information Analysis Center and SPIE Optical Engineering 

Press, (1993). 

12. erk, ., .S. Bernstein nd . . obertson, MODTRAN: Moderate Resolution Model for LOWTRAN , U.S. Air orce Geophysics 

Laboratory, echnical Report, GL-TR-89-0122 AD A214337), Hanscom 

AFB, M A , (1989). 

13. hirkey, R.C., L.D. Duncan and F.E. Niles, The Electro-Optical Systems Atmospheric ffects ibrary, Executive Summary, Atmospheric ciences 

Laboratory, echnical eport, SL-TR-0221-1, White ands issile 

Range, NM, (October 1987). 

14. iggins, G.J., .F . Hilton, . hapiro, t l. , perational actical Decision Aids (OTDA)s  U.S. Air Force Geophysical Laboratory, Technical 

Report, GL-TR-89-0095 (A D B145 289), Hanscom AFB, M A , (March 1989). 

15. Higgins, G., D.A. DeBenedictis, M.J. Gouveia, t al., lectro-Optical Tactical Decision A id EOTDA ) Final Report, U.S. Air orce Geophysics Laboratory, echnical eport, L-TR-90-0251 I) AD 153311L), 

Hanscom AFB, M A , (September 1990). 

16 . chmieder, D.E., echnique for ncorporating High Resolution arget Signature Predictions into Sensor Performance Models, U.S. A ir Force Wright Aeronautical Laboratory, Technical Report, AFWAL-TR- 87-1055, Wright- 

Patterson AFB, OH, (July 1987). 

17. 

chmieder, D.E., Interim Contrast Categories for 'Rule of

 Thumb' Clutter

 Computation, Georgia Technical Research Institute, Technical Transmittal, 

TT-4828-004, Atlanta, GA , (March 1988). 

18. ouart, C.N., M.J. Gouveia, D.A. DeBenedictis, et al., Electro-Optical  Tactical ecision id EOTDA ) ser's anual, ersion , echnical Description, ppendix , hillips aboratory echnical eport PL-TR-93-2002 (II) (A D B171600L), Hanscom AFB, MA, (January 1993). 

19 . oist, .C., lectro-Optical maging ystem erformance, CD  

Publishing, Winter Park, FL , (1995). 

20 . uantitative Description of Obscuration Factors for lectro-Optical an d  Millimeter ave ystems, ilitary andbook, OD-HDBK-178(ER), 

(July 1986). 

21 . Federation of American Scientists, METOC Effects Smart Book (U), web site, http: / /www.fas.org/spp /military/program/met/metocsmarttbook.htm  

42  

Page 47: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 47/55

Acronyms 

ID 2D  

A MSA A  

AFRL 

CASTFOREM  

EOTDA  

ERDL 

FLIR 

GTRI 

IFOV  

IWEDA  

IR  

M DT  

M RC  

M RT  

NVESD  

SC R  

SPM  

TASC  

TAWS 

T CM2 

TDA  

TRAC 

one dimensional two dimensional 

Army Materiel Systems Analysis Agency 

U.S. A ir Force Research Laboratory 

Combined Arms and Support Taskforce Evaluation 

Model 

Electro-Optical Tactical Decision Aid 

U.S. Army ngineer esearch nd Development 

Laboratories  

forward-looking infrared 

Georgia Tech Research Institute 

instantaneous field of view 

Integrated Weather Effects Decision Aid 

infrared 

minimum detectable temperature 

inimmum resolvable contrast 

minimum resolvable temperature 

Night Vision and Electronic Sensors Directorate 

signal-to-clutter ratio 

Sensor Performance Model 

The Analytic Sciences Corporation 

Target Acquisition Weather Software 

Target Contrast Model 2 

tactical decision aid 

TRADOC  Analysis Center 

43  

Page 48: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 48/55

T R A DOC raining and Doctrine Command 

TTPF arget Transform Probability Function 

W W W orld Wide W eb  

44 

Page 49: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 49/55

Distribution 

Copies NASA  MARSHALL  SPACE FL T  CTR

ATMOSPHERIC SCIENCES DIV  

ATTN DR FICHTL  HUNTSVILLE  AL 35802 

NASA  SPACE FL T CTRATMOSPHERIC SCIENCES DIV  

CODE ED 411  HUNTSVILLE  AL 35812 

USARMYSTRATDEFNSCMND

CSSD SL L ATTN DR LILLY 

PO BOX 1500  HUNTSVILLE  A L 35807-3801  

US ARMY MISSILE C M N DA M S M I R D AC A D  ATTN DR  PETERSON REDSTONE ARSENAL  AL 35898-5242 

US ARMY MISSILE C M N D

A M S M I RD AS SS ATTN MR H F ANDERSON  REDSTONE ARSENAL  A L 35898-5253 

US ARMY MISSILE C M N DA M S M I RD  AS SS ATTN MR  B WILLIAMS REDSTONE ARSENAL  AL 35898-5253 

US ARMY MISSILE C M N DA M S M I RD DE SE  ATTN M R GORDON LILL JR  REDSTONE  ARSENAL A L 35898-5245 

US ARMY MISSILE C M N D

REDSTONE SC I INFO CTR  A M S M I RD  CS R  DOC  REDSTONE ARSENAL AL 35898-5241 

US ARMY MISSILE C M N DA M S M I REDSTONE ARSENAL AL 35898-5253 

45 

Page 50: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 50/55

PACIFIC MISSILE TEST CTR  GEOPHYSICS DIV  ATTN CODE 3250 

POINT M U G U C A 93042-5000  

N A V A L O C E A N SYST CTR  

CODE 54  ATTN DR RICHTER  SA N DIEGO CA 52152-5000 

METEOROLOGIST IN CHARGE  KWAJALEIN MISSILE RANGE  PO  BOX 6 7 A PO  SA N FRANCISCO CA 96555  

DEPT OF C O M M E R C E CTR  

M O UN T A I N ADMINISTRATION 

SPPRT CTR  LIBRARY R 51 

32 5 S BROADWAY BOULDER C O 80303 

N C A R LIBRARY SERIALS NATL  CTR FO R ATMOS RSCH PO  BOX 3000 BOULDER CO 80307-3000 

DAMIPOI WASHINGTON DC 20310-1067  

LEANDER PAGE D A M I POB WASHFATGTON DC 20310-1067  

M IL  ASST FO R ENV SC I OF C OF THE UNDERSEC OF DEFNS FO R RSCH &  ENGR R & A T E LS  PENTAGON ROOM  3D129  WASHESTGTON DC 20301-3080 

US ARMY INFANTRY ATSH CD CS OR  ATTN DR  E DUTOH FT  BENNPMG GA  30905-5090  

A IR  WEATHER SERVICE TECH LIBRARY FL4414 3 SCOTT AFB IL  62225-5458 

USAFETAC DNE  ATTN M R  GLAUBER  SCOTT AFB IL 62225-5008 

46 

Page 51: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 51/55

HQ AFWA/DNX 

10 6 PEACEKEEPER DR  STE 2N 3  OFFUTT AFB NE 68113-4039  

PAULTATTELMAN  AFRLVSBE  

29 RANDOLPH ROAD HANSCOM  AFB M A 01731-3010 

DRANDYGOROCH N A V A L RESEARCH LABORATORY  

MARINE METEOROLOGY  DIV  CODE 7543 MONTEREY  C A 3943-5006  

MELANIE GOUVEIA  

TASC  55  WALKERS BROOK D R READING M A 1867 

US ARMY

 MATERIEL

 SYST ANALYSIS ACTIVITY 

AMXSY ATTNMRJMAZZ A PG M D 21005-5071  

US ARMY MATERIEL SYST 

ANALYSIS ACTIVITY  AMXSY AT  ATTN M S R KISTNER APG M D 21005-5071  

US ARMY MATERIEL SYST ANALYSIS ACnVITY 

AMSXY  APG  M D 21005-5071  

US ARMY RESEARCH LABORATORY AMSRLD  2800 POWDER MILL ROAD ADELPHI MD 20783-1145  

US ARMY RESEARCH LABORATORY  AMSRL O P CI SD  TL 2800 POWDER  MILL ROAD ADELPHI MD 20783-1145 

US  ARMY RESEARCH LABORATORY 

AMSRL SSSH ATTNDRSZTANKAY  2800 POWDER MILL ROAD  ADELPHI M D 20783-1145 

47  

Page 52: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 52/55

US A R M Y RESEARCH LABORATORY  

AMSRLIS ATTNJGANTT 2800 POWDER  MILL ROAD  ADELPHI MD 20783-1197  

US A R M Y RESEARCH LABORATORY  AMSRL 2800 POWDER  MILL ROAD  ADLEPHI M D 20783-1145 

NATIONAL  SECURITY AGCY W 21  ATTN D R  LONGBOTHUM  9800 SAVAGE ROAD  FT  GEORGE G M E A D E M D 20755-6000  

ARMY RSRC OF C  

ATTN AMXRO GS  DR  BA C H  PO  BOX 12211 

RTP NC 27009 

DR  JERRY DAVIS NCSU  PO  BOX 8208 RALEIGH NC 27650-8208  

USARMYCECRL CECRL GP ATTNDRDETSCH HANOVER  NH 03755-1290  

US A R M Y A R D E C  SMCARIMIIBLDG59 

DOVER  N J 07806-5000  

US ARMY COMMUNICATIONS 

ELECTR CTR FOR  EW  RSTA  AMSRL EW  D  FT  M O N M O UT H  NJ 07703-5303 

US ARMY  COMMUNICATIONS  

ELECTR CTR FOR EW  RSTA  AMSRL EWMD FT  M O N M O UT H NJ 07703-5303 

US ARMY DUGWAY PROVING GR D  STEDPMTDAL3 

DUGWAY UT 84022-5000  

US ARMY D U G W A Y PROVING GR D  

STEDPMTM ATTN M R  BOWERS DUGWAY  UT 84022-5000  

48 

Page 53: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 53/55

DEPT OF  THE AIR  FORCE  OL  A 2D WEATHER  SQUAD MAC H O L L O M A N AF B NM 88330-5000 

PL  W E  KBRTLAND AF B NM  87118-6008 

USAF ROME LA B TECH 

CORRIDOR  W  STE 26 2 RL SUL  26  ELECTR PKWY BL D 10 6  GRIFFISS AFB N Y 13441-4514  

AFMC D OW  WRIGHT PATTERSON AF B OH 45433-5000 

US ARMY FIELD ARTILLERY SCHOOL  ATSFTSMTA  FT  SILL O K 73503-5600 

US ARMY FOREIGN SC I TECH CTR  

C M  220 7TH STREET NE  CHARLOTTESVILLE  V A 22448-5000  

N A V A L  SURFACE WEAPONS CTR  

CODE G6 3 DAHLGREN VA 22448-5000 

US ARMY OE C CSTE EF S PARK CENTER  IV  4501 FORD AVE  ALEXANDRIA  VA 22302-1458  

US ARMY CORPS OF ENGRS ENGR  TOPOGRAPHICS LA B 

ETLGSLB FT  BELVOIRVA 22060 

US ARMY TOPO ENGR CTR  

CETEC ZC  1  FT  BELVOIR VA 22060-5546  

US ARMY NUCLEAR  CM L AGCY M O N A ZBBLDG 2073 SPPJNGFEELD VA 22150-3198  

US ATRADOC A T C D F A  FT  M O N R O E VA 23651-5170 

49 

Page 54: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 54/55

US ARMY TRADOC ANALYSIS CTR  

ATRC W SS R  WSMRNM 88002-5502 

DTIC  8725 JOHN J K I N G M A N RD 

STE0944  FT  BELVOIR VA 22060-6218 

US ARMY  MISSILE C M N D  

A M S M I REDSTONE ARSENAL AL 35898-5243 US ARMY DUGWAY  PROVING GR D  

STEDP3  DUGWAY  UT 84022-5000 

W S M R TECH LIBRARY BR  

STEWS M IT  WSMRNM 88002 

US  MILHARY ACADEMY  DEPT OF MATHEM ATICAL SCIENCES  

ATTN M D N A MAJ DON ENGEN  

THAYER HALL  WEST POINT NY 10996-1786  

ARMY MODELDvTG &  SIMULATION OFFICE  

DDCSOPS ATTN D A M O ZS  40 0 ARMY PENTAGON WASHINGTON DC 20310-0450 

US A R M Y RESEARCH  LABORATORY 

AMSRLCIEW ATTNDRSHIRKEYINFO SC I &  TECH DIR  WSMRNM 8002-5501 

US ARMY RESEARCH  LABORATORY 

AMSRLCIEW ATTNBSAUTER INFO SC I &  TECH D IR  WSMRNM 8002-5501 

M R RENE CORMIER AFRLVSBLDRC 

29  RANDOLPH ROAD  HANSCOM  AF B M A 01731-3010  

50  

Page 55: Weather Effects on Target Acquisition

8/13/2019 Weather Effects on Target Acquisition

http://slidepdf.com/reader/full/weather-effects-on-target-acquisition 55/55

MRDDIXON

TRAC  ATTN ATRC W BC  W S M R N M 8002 

Record Copy 

95 TOTAL  


Recommended