一种基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统及方法技术方案

本发明专利技术属于计算机仿真技术领域，具体涉及一种基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统及方法，包括四旋翼无人机、云台、光学相机、红外相机、飞行遥控器、视频传输模块、拍照远程控制模块、高精度定位数据获取与传输模块、地面站及仿真计算软件。本发明专利技术结合光学和红外仿真技术，能够快速模拟各种气象条件下的伪装场景，考虑大气衰减传输效应，采用探测器模拟技术生成伪装目标探测图片，并给出了一种基于仿真数据的伪装方案评价方法，对伪装方案进行仿真评估，指导方案优化设计。本发明专利技术能够解决光学波段、红外波段伪装方案效果仿真评估与优化问题，实现满足“方案设计‑>仿真模拟‑>评估计算‑>方案优化”设计闭环的伪装方案辅助设计系统。

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统及方法
本专利技术属于计算机仿真
，具体涉及一种基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统及方法。
技术介绍
近年来，军事侦察探测已经构成一种全维立体的侦察探测网络，外军对重要目标的态势感知能力不断增强，全面监视、实时指挥、准确定位、精确打击已成为军事强国掌握战场主动性的决定因素。伪装作为重要的作战保障手段，通过采用植物、迷彩、遮障、烟雾、假目标等技术方法，对目标实现隐真和示假，作用就是在于直接破坏、干扰敌方获取侦察信息，削弱对目标定位与攻击的准确性与及时性。上世纪末以来发生的几场高技术战争、特别是科索沃战争已充分展示了伪装作为信息对抗手段在高技术战争中的作用与地位。面对全时域连续侦察监视，伪装方案设计是一个多因素、多层次的过程，通常需要根据具体情况(目标、威胁、背景环境)制定目标的伪装方案。在实施目标伪装方案设计过程中，要求设计人员能够及时、准确地分析、判断背景和目标多波段特性，并以此为依据设计多套伪装方案进行分析与决策。因此，伪装方案辅助设计是伪装决策的一项重要内容，对伪装方案及时、准确地优化与决策能有效地控制伪装行动风险，提高目标伪装质量。随着计算机技术发展，计算机仿真与计算技术被广泛应用于各种辅助决策系统，实现辅助决策的自动化处理，提高辅助决策的效率和准确度。然而，目前尚缺乏面向伪装设计的计算机仿真与评估手段，虽然具有较齐全的伪装特性检测手段，能够涵盖光学、红外、雷达波段，但检测数据与伪装方案辅助设计、评估尚未构成计算机应用闭环，导致目前伪装方案辅助设计与评估存在以下缺点：1、目标伪装方案辅助设计阶段仅提供作业地点、使用人力、时间、方法、器材，不能给出方案对应的伪装效果，导致伪装设计不能形成闭环，伪装效果评估大多在伪装作业完成后实施，若效果不佳则需要修改伪装方案，如此迭代会带来大量人力与时间的浪费；而且，在特定不具备实施伪装效果作业的场景，伪装作业后设计人员不能掌握其伪装效果，被侦察探测风险加大。2、模拟仿真用于辅助决策已经发展多年，各种视景仿真引擎已经投入商业应用，然而，伪装更加关心视景仿真中的光谱信息，也就是与现实目标与场景的逼真程度，目前市场上的视景仿真尚不满足这种要求，需要建立一种基于实景地物的建模仿真方法来满足伪装仿真需求。3、目前伪装方案评估是通过对试验检测数据分析得到结果，进而指导伪装方案优化，这种方法要求伪装已经实施完毕才能够进行，因此，这种评估方法不能用于仿真优化中，需要提供一种评估计算方法，能够在未实施伪装作业前基于仿真数据进行评估计算，指导伪装方案优化设计。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统及方法。结合光学和红外仿真技术，能够快速模拟各种气象条件下的伪装场景，考虑大气衰减传输效应，采用探测器模拟技术生成伪装目标探测图片，并给出了一种基于仿真数据的伪装方案评价方法，对伪装方案进行仿真评估，指导方案优化设计。本专利技术能够解决光学波段、红外波段伪装方案效果仿真评估与优化问题，实现满足“方案设计->仿真模拟->评估计算->方案优化”设计闭环的伪装方案辅助设计系统。本专利技术通过以下技术方案予以实现：基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统包括一架四旋翼无人机、云台、光学相机、红外相机、飞行遥控器、视频传输模块、拍照远程控制模块、高精度定位数据获取与传输模块、地面站及仿真计算软件。云台安装在四旋翼无人机下方；光学相机与红外相机利用固定螺栓安装固定在云台安装上，一次飞行作业只支持一种相机安装与拍照；飞行遥控器控制四旋翼无人机飞行，用户可以通过飞行遥控器控制四旋翼无人机起飞、降落、悬停等操作，以及云台的俯仰和横滚控制操作；视频传输模块摄像头利用塑料卡口安装在光学相机或红外相机上方，与相机同视野；拍照远程控制模块由相机快门控制信号发射板与接收控制板组成，相机快门控制信号发射板部署在地面站上，拍照远程控制模块的快门控制信号接收控制板安装在四旋翼无人机云台上，相机快门控制信号接收控制板安装有红外发射器，发射红外信号对准相机快门控制红外接收器；高精度定位与数据传输模块安装于四旋翼无人机机顶。仿真计算软件安装部署于地面站，完成数据处理、仿真与分析计算。进一步，四旋翼无人机包含飞控、导航定位模块，四旋翼无人机飞控选用开源飞控软件ArduPilot以及兼容该飞控软件的Pixhawk飞控板，并选用兼容北斗的GPS接收机模块，并修改配置，同时接收北斗及GPS的卫星数据并解算，得出在中国地区更好的定位效果。进一步，云台支持俯仰(抬头与低头)以及横滚，具有光学相机、红外相机的安装固定孔位，并具有远程无线控制模块，可以实现地面远程控制云台的俯仰及横滚动作，选择相机拍照角度。进一步，光学相机为PIX4D软件支持光学单反相机，配合地面仿真计算软件实现目标与背景三维模型快速重构。进一步，红外相机支持拍照与目标测温，用于伪装方案红外目标特性仿真数据校验。进一步，飞行遥控器用于无人机飞行控制以及云台远程控制。进一步，视频传输模块由视频摄像头、视频发射板与视频接收板组成，用于无人机携载光学相机或红外相机飞行拍照过程中视场监视，辅助选择合适的拍摄视角，视频发射板安装在无人机下方，用于无遮挡向地面传输视频图像，所述视频接收板通过USB接口连接地面站，由地面站显示接收视频。进一步，高精度定位数据获取与传输模块包含厘米级GPS定位板，以及数据发射板和数据接收板，用于将拍照时刻无人机的精确定位信息传输到地面，配合对应的照片进行统一存储。进一步，地面站为一台具有计算性能与图像计算功能的笔记本电脑，通过视频接收板接收数据查看四旋翼无人机实时视频。进一步，仿真计算软件安装部署于地面站，具有目标与背景三维重构、伪装方案辅助设计与仿真场景构建、伪装方案仿真分析、伪装方案评估计算功能，并包括目标特性数据库、材质库、背景环境库、侦察装备库等数据库管理单元。本专利技术还提供基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计方法，包括以下步骤：步骤一，在仿真建立前，需要准备数据库数据。利用无人机进行目标、背景多角度图像数据采集，利用PIX4D软件将采集的多维度图像处理生成三维数据，将生成的目标三维模型数据存入目标模型库，背景三维模型数据存入背景环境库；利用物理仿真方法对建立的目标及背景进行典型气象条件下的仿真，并利用无人机搭载红外相机采集数据进行校验，校验后将数据存入目标特性数据库，为红外目标特性快速计算提供数据基础；步骤二，根据伪装地点设置需要，从背景环境库选择需要的背景，并导入背景三维模型数据，在显示区显示；步骤三，对导入的背景三维模型进行材质分类，此过程为人工操作，用户通过点击软件背景材质分类后进入背景编辑状态，手工圈好一块背景后(曲线封闭)从材质库中选择背景材质；步骤四，进行伪装方案设计，用户在背景中选择伪装地点，然后从目标模型库选择目标以及所用的伪装器材，例如目标放置后采用某伪装网伪装，用户选择伪装网使用的片数，并确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统，包括四旋翼无人机(1)、云台(2)、光学相机(3)、红外相机(4)、飞行遥控器(5)、视频传输模块(6)、拍照远程控制模块(7)、高精度定位数据获取与传输模块(8)、地面站(9)及仿真计算软件，其特征在于：所述四旋翼无人机(1)的下方安装有云台(2)，所述云台(2)上安装有光学相机(3)、红外相机(4)的任意一种，所述飞行遥控器(5)控制四旋翼无人机(1)，以及云台(2)的俯仰和横滚控制，所述视频传输模块(6)的视频摄像头安装在光学相机(3)或红外相机(4)的上方，与相机同视野，所述拍照远程控制模块(7)由相机快门控制信号发射板与接收控制板组成，所述相机快门控制信号发射板部署在地面站(9)上，所述相机快门控制信号接收控制板安装在云台(2)上，所述拍照远程控制模块(7)的相机快门控制信号接收控制板安装有红外发射器，发射红外信号对准光学相机(3)、红外相机(4)任意一种的快门控制红外接收器，所述高精度定位与数据传输模块(8)安装于四旋翼无人机(1)的机顶，所述飞行遥控器(5)和地面站(9)部署在地面，供用户实时使用，所述仿真计算软件安装于地面站(9)上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统，包括四旋翼无人机(1)、云台(2)、光学相机(3)、红外相机(4)、飞行遥控器(5)、视频传输模块(6)、拍照远程控制模块(7)、高精度定位数据获取与传输模块(8)、地面站(9)及仿真计算软件，其特征在于：所述四旋翼无人机(1)的下方安装有云台(2)，所述云台(2)上安装有光学相机(3)、红外相机(4)的任意一种，所述飞行遥控器(5)控制四旋翼无人机(1)，以及云台(2)的俯仰和横滚控制，所述视频传输模块(6)的视频摄像头安装在光学相机(3)或红外相机(4)的上方，与相机同视野，所述拍照远程控制模块(7)由相机快门控制信号发射板与接收控制板组成，所述相机快门控制信号发射板部署在地面站(9)上，所述相机快门控制信号接收控制板安装在云台(2)上，所述拍照远程控制模块(7)的相机快门控制信号接收控制板安装有红外发射器，发射红外信号对准光学相机(3)、红外相机(4)任意一种的快门控制红外接收器，所述高精度定位与数据传输模块(8)安装于四旋翼无人机(1)的机顶，所述飞行遥控器(5)和地面站(9)部署在地面，供用户实时使用，所述仿真计算软件安装于地面站(9)上。


2.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统，其特征在于：所述四旋翼无人机(1)包含飞控、导航定位模块所述飞控选用开源飞控软件ArduPilot以及兼容该飞控软件的Pixhawk飞控板，并选用兼容北斗的GPS接收机模块，并修改配置，同时接收北斗及GPS的卫星数据并解算。


3.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统，其特征在于：所述云台(2)支持俯仰以及横滚，装有远程无线控制模块。


4.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统，其特征在于：所述光学相机(3)为PIX4D软件支持光学单反相机，采集的图片和高精度定位信息可以PIX4D软件输入，实现目标与背景三维模型快速重构。


5.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统，其特征在于：所述视频传输模块(6)由视频摄像头、视频发射板和视频接收板组成，用于四旋翼无人机(1)携载光学相机(3)或红外相机(4)飞行拍照过程中视场监视，辅助选择合适的拍摄视角，所述视频发射板安装在四旋翼无人机(1)下方，用于无遮挡向地面传输视频图像，所述视频接收板通过USB接口连接地面站(9)，由地面站(9)显示接收视频。


6.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统，其特征在于：所述高精度定位数据获取与传输模块(8)包含厘米级GPS定位板，以及数据发射板和数据接收板，用于将拍照时刻无人机的精确定位信息传输到地面，配合对应的照片进行统一存储。


7.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统，其特征在于：所述地面站(9)为一台具有计算性能与图像计算功能的笔记本电脑，通过视频接收板接收数据查看四旋翼无人机(1)实时视频。


8.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统，其特征在于：所述仿真计算软件包括PIX4D软件(10)、光学场景仿真模块(11)、伪装方案设计模块(12)、红外目标特性预测模块(13)、光学/红外探测模拟模块(14)、三维场景显示模块(15)、评估计算模块(16)、目标模型库(17)、背景环境库(18)、红外目标特性库(19)与红外特性材质库(20)。


9.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，在仿真建立前，准备数据库数据，利用四旋翼无人机(1)进行目标、背景多角度图像数据采集，利用PIX4D软件(10)将采集的多维度图像处理生成三维数据，将生成的目标三维模型数据存入目标模型库(17)，背景三维模型数据存入背景环境库(18)；利用物理仿真方法对建立的目标及背景进行典型气象条件下的仿真，并利用四旋翼无人机(1)搭载红外相机(4)采集数据进行校验，校验后将数据存入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪彬，李晶晶，凌军，蒋晓军，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九八三部队，
类型：发明
国别省市：江苏;32