红外多谱段动态场景模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种红外多谱段场景模拟装置及方法，主要应用于导弹制导系统半实物仿真。由宽带光源、光谱选通器、图像调制器、驱动控制计算机、场景模拟计算机、准直镜头等部分组成，光谱选通器和图像调制器均由MEMS器件作为核心部件，光路采用“光谱分光→光谱选通→图像调制”的单通道流程，在系统统一时钟下采用分时模拟方法实现红外多谱段场景的模拟输出。

Infrared multispectral dynamic scene simulation device and method

The invention provides an infrared multi-spectral scene simulation device and method, which are mainly applied to the hardware-in-the-loop simulation of missile guidance system. It is composed of broadband light source, spectrum gater, image modulator, driving control computer, scene simulation computer, collimating lens and so on. Spectral gater and image modulator are all made up of MEMS devices as the core components. The optical path adopts the single channel flow of \spectrum splitting spectrum gated image modulation\ and is unified in the system. The time division simulation method is used to realize the simulation output of infrared multispectral scene.

【技术实现步骤摘要】
红外多谱段动态场景模拟装置及方法
本专利技术涉及装备控制系统仿真领域，具体涉及一种红外多谱段动态场景模拟装置及方法，主要应用于导弹制导系统半实物仿真。
技术介绍
在红外精确制导领域，为适应日益复杂的环境和激烈对抗，多谱段成像制导技术日益受到各国研究者的关注。红外多谱段制导技术在区分诱饵干扰、云层、海/地背景、太阳反射等复杂环境方面具备显著优势，可利用光谱信息差异对目标和干扰进行有效探测、识别和跟踪，提高导弹的制导精度和增强其抗干扰性能。日益复杂的战场环境和红外多谱段制导技术的发展对制导半实物仿真系统提出了更加真实地模拟复杂环境的要求，在仿真试验中，如何模拟作战场景中的目标、干扰及背景的几何特性、运动特性和光谱辐射特性等物理特性至关重要。而目前国内外在多谱段成像仿真领域公开的研究成果较少，多为单波段或者双波段场景的模拟，波段数多者不超过3个，并且多采用多源多通道复合的方式完成双/三波段模拟，这些传统双/三波段复合模拟的方法无法实现光谱可控，并且在场景模拟谱段数较高时具有方案局限性，难以完成多谱段场景仿真。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种红外多谱段动态场景模拟装置及方法。根据本专利技术提供的一种红外多谱段动态场景模拟装置，包括：宽带光源、光谱选通器、图像调制器、准直镜头、制导探测器；宽带光源的出射光线，依次经过光谱选通器、图像调制器、准直镜头，到达制导探测器。优选地，包括：驱动控制计算机、场景模拟计算机；在驱动控制计算机的时钟和场景模拟计算机设定的场景下，采用分时模拟方法实现多谱段红外场景的模拟输出。优选地，光谱选通器、图像调制器均包括MEMS器件；光谱选通器、图像调制器分别实现光谱选通、空间光调制；光谱选通器、图像调制器的MEMS器件之间联动调制，实现红外多谱段场景模拟的驱动控制。优选地，光谱选通器包括反射镜，光谱选通器包括分光棱镜或者光栅；宽带光源的出射光线，通过分光棱镜或者光栅，依次经过MEMS器件、反射镜输出给图像调制器。优选地，图像调制器包括反射镜、匀光器；来自光谱选通器的光线依次经过匀光器、反射镜、MEMS器件射出。优选地，在统一时钟下运行，在开启制导探测器光电积分的同时，通过驱动控制计算机驱动控制光谱选通器、图像调制器，生成单波段场景图像，并且经过光学器件后被制导探测器的红外焦平面感应，即完成一个波段的场景图像投影过程；随后，立即驱动控制下一个波段的场景投影过程，即重新进行光谱选通和图像调制，经过光学器件投射给制导探测器；根据仿真需求和制导探测器敏感谱段划分，在制导探测器光敏区的一个光电积分周期内依次完成各个谱段场景图像的模拟过程，并且各谱段场景的投射时长相同。优选地，MEMS器件的不同区域的微镜片对应不同谱段的照明光束的形式完成光谱可控，即将一束全谱段红外照明光经棱镜或光栅分光后均匀照射在MEMS器件不同区域的微镜片上。优选地，光路信息调制采用依次进行光谱分光、光谱选通、图像调制的单通道流程，光路由宽带光源发出，经分光棱镜或光栅，再经光谱选通器，再经过光谱调制器，然后经过光学器件完成投影过程。优选地，对制导探测器的敏感谱段下的红外场景进行分谱段模拟，在探测器一个光电积分时间周期内，在统一时钟控制下分时依次模拟各个谱段的场景图像，并且各谱段场景的投射时长相同。根据本专利技术提供的一种红外多谱段动态场景模拟方法，利用所述的红外多谱段动态场景模拟装置，执行红外多谱段动态场景模拟。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术提出一种红外多谱段场景模拟装置及方法，主要应用于导弹制导系统半实物仿真。由宽带光源、光谱选通器、图像调制器、驱动控制计算机、场景模拟计算机、准直镜头等部分组成，光谱选通器和图像调制器均由MEMS器件作为核心部件，光路采用“光谱分光→光谱选通→图像调制”的单通道流程，在系统统一时钟下采用分时模拟方法实现红外多谱段场景的模拟输出。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是一种红外多谱段场景模拟装置原理示意图图2是一种红外多谱段场景模拟方法控制时序图具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术的目的在于实现逼真模拟红外场景的光谱特征，将红外2～12μm光谱域划分为多个细小波段，对场景的红外多光谱特性进行研究，通过红外多谱段场景模拟装置及方法，实现包含光谱信息的多谱段红外场景图像的模拟输出。本专利技术提出了一种红外多谱段动态场景模拟装置及方法。该装置主要由宽带光源、光谱选通器、图像调制器、驱动控制模块、场景模拟计算机、光学器件等部分组成。光谱选通器由MEMS器件作为核心部件，对全谱段光源进行敏感光谱选通；图像调制器由另一组MEMS器件作为核心部件，分别对每个谱段下场景图像的各个像素点的辐射强度进行空间调制；通过两组MEMS器件联动调制，可实现红外多谱段场景模拟系统的光谱选通和高帧频驱动控制功能。该方法为：仿真系统在场景模拟计算机的统一时钟下运行，在探测器一个光电积分周期内，系统统一时钟触发制导探测器开启光电积分的同时，给出触发信号驱动控制光谱选通器和图像调制器，依次分时对各个谱段场景进行投影，完成红外多谱段场景图像的分时模拟过程。该方法的优点在于巧妙利用了制导探测器“视觉暂留”特性，基于探测器光电响应与积分时间呈线性关系的原理，将复杂的多谱段场景模拟划分为时域上的单波段场景模拟，并叠加对应的光谱信息，从而在制导探测器一个光电积分时间周期内模拟输出逼真的、光谱失真少的红外多谱段场景图像。如图1所示是一种红外多谱段场景模拟装置原理示意图，所述红外多谱段场景模拟装置，包括：宽带光源1、光谱选通器2、图像调制器6、驱动控制计算机9、场景模拟计算机10、准直镜头7、制导探测器11。宽带光源由黑体辐射源构成，提供全谱段红外照明；光谱选通器和图像调制器采用MEMS器件5作为核心部件，MEMS器件由一组数字微反射镜阵列构成，微反射镜阵列具有一定面积，该区域为光谱选通/调制区域，照明光束照射在该区域上，通过PWM脉宽调制技术控制微镜片的开关及开关暂留时长，可分别实现光谱选通及图像调制功能。宽带光源提供光谱范围覆盖2～12μm的红外照明，通过分光棱镜/光栅3将不同谱段的照明光束投影在光谱选通器的数字微镜片上形成光谱照射区域，在该区域上，对其驱动模块输入一组0/1二进制信号，驱动控制不同区域镜片的开关可选通探测器敏感谱段下的照明光束，从而完成光谱选通控制；经过光谱选通的照明光束再通过匀光器8匀光后，经反射镜4反射在图像调试器的数字微镜片上，对其驱动模块输入一幅灰度图像(灰度等级8bit)，通过PWM调制技术完成场景图像中各像素灰度等级的调制，生成具备光谱信息的场景图像，再通过准直镜头投射给制导探测器。如图2所示是一种红外多谱段场景模拟方法控制时序图，场景模拟系统在统一时钟下运行，在开启制导探测器光电积分的同时，通过驱动控制计算机驱动控制光谱选通器和图像调制器，生成单波段场景图像，并且经过光学器件后被探测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外多谱段动态场景模拟装置，其特征在于，包括：宽带光源(1)、光谱选通器(2)、图像调制器(6)、准直镜头(7)、制导探测器(11)；宽带光源(1)的出射光线，依次经过光谱选通器(2)、图像调制器(6)、准直镜头(7)，到达制导探测器(11)。

【技术特征摘要】
1.一种红外多谱段动态场景模拟装置，其特征在于，包括：宽带光源(1)、光谱选通器(2)、图像调制器(6)、准直镜头(7)、制导探测器(11)；宽带光源(1)的出射光线，依次经过光谱选通器(2)、图像调制器(6)、准直镜头(7)，到达制导探测器(11)。2.根据权利要求1所述的红外多谱段动态场景模拟装置，其特征在于，包括：驱动控制计算机(9)、场景模拟计算机(10)；在驱动控制计算机(9)的时钟和场景模拟计算机(10)设定的场景下，采用分时模拟方法实现多谱段红外场景的模拟输出。3.根据权利要求1所述的红外多谱段动态场景模拟装置，其特征在于，光谱选通器(2)、图像调制器(6)均包括MEMS器件(5)；光谱选通器(2)、图像调制器(6)分别实现光谱选通、空间光调制；光谱选通器(2)、图像调制器(6)的MEMS器件(5)之间联动调制，实现红外多谱段场景模拟的驱动控制。4.根据权利要求3所述的红外多谱段动态场景模拟装置，其特征在于，光谱选通器(2)包括反射镜(4)，光谱选通器(2)包括分光棱镜或者光栅(3)；宽带光源(1)的出射光线，通过分光棱镜或者光栅(3)，依次经过MEMS器件(5)、反射镜(4)输出给图像调制器(6)。5.根据权利要求3所述的红外多谱段动态场景模拟装置，其特征在于，图像调制器(6)包括反射镜(4)、匀光器(8)；来自光谱选通器(2)的光线依次经过匀光器(8)、反射镜(4)、MEMS器件(5)射出。6.根据权利要求1所述的红外多谱段动态场景模拟装置，其特征在于，在统一时钟下运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杨，李奇，张小威，李凡，冯晓晨，李艳红，赵海生，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31