一种机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真系统及方法，用于在实验室条件下实现机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真。所述系统包括目标仿真模块、背景仿真模块、环境仿真模块、传感器仿真模块、载体平台仿真模块、机载稳瞄伺服控制仿真模块和红外图像生成模块。所述方法包括如下步骤：(1)目标仿真；(2)背景仿真；(3)大气效应仿真；(4)传感器效应仿真；(5)初始红外图像生成；(6)判断载体平台是否稳定；(7)稳定控制仿真；(8)红外目标探测与跟踪仿真；(9)红外图像生成。本发明专利技术的仿真系统具有考虑链路完整，可以实现动态仿真和信号流传递的优点。本发明专利技术的仿真方法具有可以实现红外目标跟踪的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真系统及方法
本专利技术涉及光电成像领域，尤其涉及的是一种机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真系统及方法。
技术介绍
机载红外稳瞄系统装载在飞机上，载机的姿态变化和振动会造成视轴指向不稳定，从而对机载红外稳瞄系统观测设备的清晰成像产生显著影响。为了克服这些影响，必须建立视轴稳定分系统，将系统中光学传感器的视轴与载体平台的运动和振动等相隔离，使视轴稳定在固定的惯性空间方向。同时，为了能对被观测目标进行实时跟踪观测，要求机载红外稳瞄系统能按照给定指令按一定规律运动。随着国防武器装备水平的发展，以及民用领域各行各业的需求，对设备的快速反应和机动能力以及在机动中视轴稳定、红外目标探测及跟踪的能力提出了更高的要求，在这种背景下，对机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真的需求变得更为迫切。通常进行外场试验要消耗大量的人力物力，稳定性和可重复性差，受天气影响较大，而利用计算机搭建仿真平台可以进行红外动态成像仿真，可以在实验室条件下实现，方便快捷，节省人力和物力。北京航空航天大学所拥有的专利技术“一种针对红外成像系统的全数字仿真系统及其仿真方法”(专利申请号201110115863.X，授权公告号CN102184288B)公开了一种针对红外成像系统的全数字仿真系统及其仿真方法。该仿真系统由仿真平台、仿真成员库、仿真信息表、多个仿真成员和仿真客户端构成，仿真方法具体是构建并注册仿真成员，然后配置仿真过程，再由仿真平台根据仿真过程对仿真成员进行仿真推进，并在仿真完成后对所仿真的系统进行性能评估。该专利技术能通过已开发的仿真成员完成对红外成像系统虚拟样机的快速搭建，可实现单个分系统独立仿真、多个分系统联合仿真以及整个虚拟样机的分布式协同仿真。该仿真系统能够兼容多类红外成像系统，是一种通用的仿真模型，具有灵活开放的仿真架构。该系统存在的不足是：没有考虑目标背景建模，机载稳瞄伺服控制系统建模和载体平台的抖动，当该系统应用于机载红外成像系统上时，由于缺少载体平台仿真模块和机载稳瞄伺服控制仿真模块，会有考虑链路不完整，无法完成信号流传递的缺点。中国科学院沈阳自动化研究所所申请的专利技术“一种海天背景下多类目标的红外动态场景实时仿真方法”(专利申请号CN201110447686，授权公告号CN103186906A)公开了一种海天背景下多类目标的红外动态场景实时仿真方法。该仿真方法步骤包括红外建模、场景构建、红外计算、红外大气传输、红外场景实时生成，最后渲染生成红外场景实时仿真图像。该专利技术仿真场景内容丰富，能在同一场景中包含海面、天空、舰船及多种型号的飞机；在复杂场景情况下依然能满足实时要求，不仅根据当前数据实时构建动态场景，而且实时模拟生成红外场景图像。该方法存在的不足是：当该方法应用于机载红外成像仿真时，不能根据载体姿态角计算出目标的脱靶量，实现对目标位置的实时跟踪，无法进行红外目标探测跟踪仿真。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真系统及方法。本专利技术的技术方案如下：一种机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真系统，包括目标仿真模块、背景仿真模块、环境仿真模块、传感器仿真模块、载体平台仿真模块、机载稳瞄伺服控制仿真模块和红外图像生成模块；所述的目标仿真模块、背景仿真模块、环境仿真模块、传感器仿真模块、载体平台仿真模块、机载稳瞄伺服控制仿真模块和红外图像生成模块通过总线相连接；所述的目标仿真模块包括目标几何建模单元和目标纹理建模单元；目标几何建模单元用于建立目标的几何模型，目标纹理建模单元用于生成目标的材质纹理并建立目标的材质纹理与目标的几何模型的映射关系；所述的背景仿真模块包括背景几何建模单元和背景纹理建模单元；背景几何建模单元用于建立背景的几何模型，背景纹理建模单元用于生成背景的材质纹理并建立背景的材质纹理与背景的几何模型的映射关系；所述的环境仿真模块用于借助经典的大气辐射传输计算模型和太阳辐射模型计算大气辐射传输和太阳辐射特性数据；所述的传感器仿真模块包括光学系统仿真单元、探测器仿真单元和信号处理仿真单元；光学系统仿真单元用于根据所采集的光学系统参数仿真传感器的光学系统效应，探测器仿真单元用于根据所采集的探测器参数仿真传感器的探测器效应，信号处理仿真单元用于根据所采集的信号放大电路参数仿真传感器的信号处理效应；所述的载体平台仿真模块用于仿真并为机载稳瞄伺服控制仿真模块提供载体平台的位置和姿态信息；所述的机载稳瞄伺服控制仿真模块包括视轴稳定仿真单元和位置跟踪仿真单元；视轴稳定仿真单元用于载体平台上对象的视轴指向稳定仿真，位置跟踪仿真单元用于对目标位置进行实时跟踪仿真；所述的红外图像生成模块用于根据目标仿真模块、背景仿真模块、环境仿真模块，传感器仿真模块，载体平台仿真模块和机载稳瞄伺服控制仿真模块的结果，合成仿真效果，输出动态仿真效果图。所述的机载稳瞄伺服控制仿真模块的视轴稳定仿真单元包括：(1)稳定校正环节，用于提高稳定精度；(2)反馈环节，用于实现视轴稳定仿真单元的闭环控制；(3)电机和平台框架负载环节，用于实现基于电气拖动的伺服控制。所述的机载稳瞄伺服控制仿真模块的位置跟踪仿真单元包括：(1)稳定校正环节，用于提高位置跟踪精度；(2)反馈环节，用于实现位置跟踪仿真单元的闭环控制；(3)电机和平台框架负载环节，用于实现基于电气拖动的伺服控制；(4)前馈补偿环节，用于补偿机载稳瞄伺服控制仿真模块的动态滞后，提高机载稳瞄伺服控制仿真模块的响应速度，解决机载稳瞄伺服控制仿真模块的稳定性和精度之间的矛盾。一种机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真方法，其步骤如下：(1)目标仿真1a)目标仿真模块中的目标几何建模单元从三维模型数据库中选择与待仿真的目标几何形状相符合的模型，利用三维建模工具建立目标的几何模型；1b)目标仿真模块中的目标纹理建模单元根据目标真实的热物理数据，设置纹理中所对应的不同材质的温度及发射率，从而生成目标的材质纹理；1c)目标纹理建模单元将目标的材质纹理利用纹理映射技术映射到目标几何模型上，建立目标的材质纹理与目标的几何模型的映射关系，得到目标仿真图；2)背景仿真2a)背景仿真模块中的背景几何建模单元从三维模型数据库中选择与待仿真的背景几何形状相符合的模型，利用三维建模工具建立背景的几何模型；2b)背景仿真模块中的背景纹理建模单元根据背景真实的热物理数据，设置纹理中所对应的不同材质的温度及发射率，从而生成背景的材质纹理；2c)背景纹理建模单元将背景的材质纹理利用纹理映射技术映射到背景几何模型上，建立背景的材质纹理与背景的几何模型的映射关系，得到背景仿真图；(3)环境仿真3a)利用大气辐射传输模型，对仿真系统的大气透过率和大气路径辐射进行计算，得到大气的纹理数据；3b)利用太阳辐射模型，对仿真系统的太阳辐射进行计算，得到太阳辐射的纹理数据；(4)传感器效应仿真4a)查阅传感器手册，获得传感器光学系统参数，探测器系统参数，信号处理电路参数；4b)传感器仿真模块利用传感器效应模型，对所采集的红外成像传感器系统参数进行计算，得到传感器效应的计算结果；所述传感器效应模型是光学系统效应模型、探测器效应模型和信号处理效应模型三种模型的复合模型；4c)根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真系统，其特征是，其包括目标仿真模块、背景仿真模块、环境仿真模块、传感器仿真模块、载体平台仿真模块、机载稳瞄伺服控制仿真模块和红外图像生成模块；所述的目标仿真模块、背景仿真模块、环境仿真模块、传感器仿真模块、载体平台仿真模块、机载稳瞄伺服控制仿真模块和红外图像生成模块通过总线相连接；所述的目标仿真模块包括目标几何建模单元和目标纹理建模单元；目标几何建模单元用于建立目标的几何模型，目标纹理建模单元用于生成目标的材质纹理并建立目标的材质纹理与目标的几何模型的映射关系；所述的背景仿真模块包括背景几何建模单元和背景纹理建模单元；背景几何建模单元用于建立背景的几何模型，背景纹理建模单元用于生成背景的材质纹理并建立背景的材质纹理与背景的几何模型的映射关系；所述的环境仿真模块用于借助经典的大气辐射传输计算模型和太阳辐射模型计算大气辐射传输和太阳辐射特性数据；所述的传感器仿真模块包括光学系统仿真单元、探测器仿真单元和信号处理仿真单元；光学系统仿真单元用于根据所采集的光学系统参数仿真传感器的光学系统效应，探测器仿真单元用于根据所采集的探测器参数仿真传感器的探测器效应，信号处理仿真单元用于根据所采集的信号放大电路参数仿真传感器的信号处理效应；所述的载体平台仿真模块用于仿真并为机载稳瞄伺服控制仿真模块提供载体平台的位置和姿态信息；所述的机载稳瞄伺服控制仿真模块包括视轴稳定仿真单元和位置跟踪仿真单元；视轴稳定仿真单元用于载体平台上对象的视轴指向稳定仿真，位置跟踪仿真单元用于对目标位置进行实时跟踪仿真；所述的红外图像生成模块用于根据目标仿真模块、背景仿真模块、环境仿真模块，传感器仿真模块，载体平台仿真模块和机载稳瞄伺服控制仿真模块的结果，合成仿真效果，输出动态仿真效果图。...

【技术特征摘要】
1.一种机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真系统，其特征是，其包括目标仿真模块、背景仿真模块、环境仿真模块、传感器仿真模块、载体平台仿真模块、机载稳瞄伺服控制仿真模块和红外图像生成模块；所述的目标仿真模块、背景仿真模块、环境仿真模块、传感器仿真模块、载体平台仿真模块、机载稳瞄伺服控制仿真模块和红外图像生成模块通过总线相连接；所述的目标仿真模块包括目标几何建模单元和目标纹理建模单元；目标几何建模单元用于建立目标的几何模型，目标纹理建模单元用于生成目标的材质纹理并建立目标的材质纹理与目标的几何模型的映射关系；所述的背景仿真模块包括背景几何建模单元和背景纹理建模单元；背景几何建模单元用于建立背景的几何模型，背景纹理建模单元用于生成背景的材质纹理并建立背景的材质纹理与背景的几何模型的映射关系；所述的环境仿真模块用于借助经典的大气辐射传输计算模型和太阳辐射模型计算大气辐射传输和太阳辐射特性数据；所述的传感器仿真模块包括光学系统仿真单元、探测器仿真单元和信号处理仿真单元；光学系统仿真单元用于根据所采集的光学系统参数仿真传感器的光学系统效应，探测器仿真单元用于根据所采集的探测器参数仿真传感器的探测器效应，信号处理仿真单元用于根据所采集的信号放大电路参数仿真传感器的信号处理效应；所述的载体平台仿真模块用于仿真并为机载稳瞄伺服控制仿真模块提供载体平台的位置和姿态信息；所述的机载稳瞄伺服控制仿真模块包括视轴稳定仿真单元和位置跟踪仿真单元；视轴稳定仿真单元用于载体平台上对象的视轴指向稳定仿真，位置跟踪仿真单元用于对目标位置进行实时跟踪仿真；所述的红外图像生成模块用于根据目标仿真模块、背景仿真模块、环境仿真模块，传感器仿真模块，载体平台仿真模块和机载稳瞄伺服控制仿真模块的结果，合成仿真效果，输出动态仿真效果图。2.根据权利要求1所述的机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真系统，其特征是，所述机载稳瞄伺服控制仿真模块的视轴稳定仿真单元包括：(1)稳定校正环节，用于提高稳定精度；(2)反馈环节，用于实现视轴稳定仿真单元的闭环控制；(3)电机和平台框架负载环节，用于实现基于电气拖动的伺服控制。3.根据权利要求1所述的机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真系统，其特征是，所述机载稳瞄伺服控制仿真模块的位置跟踪仿真单元包括：(1)稳定校正环节，用于提高位置跟踪精度；(2)反馈环节，用于实现位置跟踪仿真单元的闭环控制；(3)电机和平台框架负载环节，用于实现基于电气拖动的伺服控制；(4)前馈补偿环节，用于补偿机载稳瞄伺服控制仿真模块的动态滞后，提高机载稳瞄伺服控制仿真模块的响应速度，解决机载稳瞄伺服控制仿真模块的稳定性和精度之间的矛盾。4.应用于权利要求1所述的机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真系统的机载红外稳瞄系统全链路全过程仿真方法，其特征在于，其步骤如下：(1)目标仿真1a)目标仿真模块中的目标几何建模单元从三维模型数据库中选择与待仿真的目标几何形状相符...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓蕊，张宇琦，徐立涛，李奕，吴颖霞，王小兵，袁宏学，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61