一种深空红外微动目标模型构建方法及成像仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种深空红外微动目标模型构建方法及成像仿真系统，涉及红外目标成像系统仿真技术领域，包括：输入模块、输出模块、目标模块、探测器模块及背景环境生成模块；对仿真参数进行设置，并根据设置的仿真参数，模拟目标和探测器所处环境；对目标微动及其在运动过程中表面的红外辐射特性进行仿真计算，获得微动目标表面温度场及红外辐射强度序列；计算探测器处的辐照度，获得探测器视场内微动目标及背景的红外灰度图像；根据用户需要，将用户所需数据按照指定格式输出。本发明专利技术综合考虑环境、目标及红外传感器等多种因素，可为在轨试验、地面测试、探测方法研究提供可靠、便利的数据支撑，解决了对空间目标实测耗费巨大的痛点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种深空红外微动目标模型构建方法及成像仿真系统


[0001]本专利技术涉及红外目标成像系统仿真
，更具体的说是涉及一种深空红外微动目标模型构建方法及成像仿真系统。

技术介绍

[0002]红外成像是研究如何有效地探测景物的红外辐射，并将其转换为可被感知的图像信号的技术科学。红外探测器接收景物(包括目标和背景)的红外辐射，将其转化为电压或电流输出到显示系统，显示系统根据信号的强弱呈现相应的灰度或伪彩色图像。
[0003]红外成像探测具有对目标背景温差的高敏感性、探测手段隐蔽性、作用距离短、抗干扰性好、可全天候工作等优点，是一种非常理想的空间目标探测手段。随着世界各国航天技术的迅猛发展，发射进入太空的空间目标的数量不断增加。为了加强空间监视，作为重要的光学探测手段之一，红外成像探测技术得到了广泛的应用与发展。但是空间目标的探测会受到外场试验时的地理位置、气象条件等因素的影响，且空间目标表面辐射会随着目标所处环境的改变而改变，因此外场试验不容易根据应用需求获得各种条件下的目标的红外图像。进行外场试验人力、物力和财力耗费大，试验效率不高，所得结果不容易重复。相比较之下，利用红外成像仿真系统获取大量红外图像是一种极为经济、有效的途径。
[0004]随着计算机仿真技术和硬件设备性能的不断提高，根据预先建立的目标与场景的几何模型、运动模型以及探测器模型，利用计算机可以逼真地生成各种复杂环境和干扰条件下目标与背景的红外图像。仿真生成的图像为红外成像系统的性能评价和改进提供依据，也可为目标检测识别算法提供测试场景。红外成像仿真技术在国内外正在迅速发展，并在各种相关领域特别是空间探索领域获得了广泛的使用。将大量的红外成像仿真试验与有限次外场试验相结合，是高效率、高可信度地设计评估红外成像探测系统的最佳途径。
[0005]因此，如何较为全面地模拟深空环境中微动目标红外辐射特性，实时且逼真地生成某时刻探测器视场内场景的红外灰度图像是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种深空红外微动目标模型构建方法及成像仿真系统，综合考虑环境、目标及红外传感器等多种因素，可为在轨试验、地面测试、探测方法研究提供可靠、便利的数据支撑，解决了对空间目标实测耗费巨大的痛点。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种深空红外微动目标模型构建方法，包括以下步骤：
[0009]对包括目标参数、探测器参数及背景环境参数在内的仿真参数进行设置，并根据设置的仿真参数，模拟目标和探测器所处环境；
[0010]对目标微动及其在运动过程中表面的红外辐射特性进行仿真计算，获得微动目标表面温度场及红外辐射强度序列；
[0011]计算探测器处的辐照度，获得探测器视场内微动目标及背景的红外灰度图像；
[0012]根据用户需要，将用户所需数据按照指定格式输出。
[0013]上述技术方案达到的技术效果为：综合考虑多种因素影响，可得到较为精准的空间目标红外辐射特性及较为逼真的红外目标仿真图像，为研究微动目标红外辐射特性、基于红外图像的目标检测识别提供依据，具有较高的应用价值。
[0014]可选的，仿真参数包括：目标的材料参数、结构参数，目标的初始姿态，目标初始运动状态，探测器特性参数，目标和探测器的位置以及背景环境等。
[0015]可选的，所述方法还包括：
[0016]基于规范统一的参考标准，构建坐标系，描述目标的运动、目标与探测器之间的位置关系以及背景天体的位置。
[0017]上述技术方案达到的技术效果为：建立规范统一的参考标准，可为定位目标和探测器的位置以及描述目标的姿态提供极大地便利。
[0018]可选的，对目标微动及其在运动过程中表面的红外辐射特性进行仿真计算，具体包括以下步骤：
[0019]根据设定的目标参数，生成目标几何模型并将目标表面进行面元划分，得到给定坐标系下目标表面面元位置以及表面面元的单位法向量；
[0020]结合目标几何模型，构建目标微动模型，通过仿真计算得到目标在微动过程中任意时刻目标上某点的坐标，即微动目标的瞬时位置；
[0021]基于生成的目标和探测器所处环境、构建的目标几何模型以及得到的微动目标的瞬时位置，分析目标表面的热平衡状态，建立当前时刻目标表面的热平衡方程，求解得到目标表面的瞬时温度场；
[0022]根据普朗克辐射定律及朗伯余弦定律，利用目标表面温度求得当前时刻目标的辐射出射度。
[0023]上述技术方案达到的技术效果为：公开了获得红外辐射强度序列的具体过程，综合考虑了目标的表面材料、目标几何结构、目标姿态、目标运动以及目标所处的深空环境等因素，较为全面地模拟了深空环境中微动目标红外辐射特性，为分析处于不同环境以及不同姿态的目标红外辐射特性提供依据。
[0024]可选的，获得探测器视场内微动目标及背景的红外灰度图像，具体包括以下步骤：
[0025]在进行探测器视场内背景成像时对背景进行判断，获得探测器视场内星空背景的红外灰度图像；
[0026]通过双向反射分布函数仿真计算目标对外部辐射源的反射，得到目标自身辐射以及目标反射辐射在探测器处的辐照度；
[0027]基于设置的目标和探测器的位置，根据三维世界中的坐标与二维图像平面上坐标的映射关系，得到目标上的点对应的像素坐标；
[0028]根据得到的目标在探测器处的辐照度以及探测器视场内的背景，灰度量化后输出包含背景的目标红外仿真图像；
[0029]在仿真中加入散焦模糊以及探测器噪声，生成目标及背景的红外灰度图像。
[0030]上述技术方案达到的技术效果为：公开了获得探测器视场内目标及背景的红外灰度图像的具体过程，综合考虑了探测器特性参数、探测器噪声以及探测器散焦模糊等因素，通过仿真计算得到目标对探测器产生的辐照，可实时且较为逼真地生成某时刻探测器视场
内场景的红外灰度图像。
[0031]可选的，对背景进行判断，具体为：
[0032]在仿真过程中，对进入探测器视场的天体进行筛选；
[0033]判断探测器是否临边探测，当探测器临边探测时，考虑临边大气对探测器的影响。
[0034]本专利技术还提供了一种深空红外微动目标成像仿真系统，包括：输入模块、输出模块、目标模块、探测器模块及背景环境生成模块；
[0035]输入模块，用于提供输入接口，根据用户需要输入仿真参数，且输入模块与背景环境生成模块连接；
[0036]背景环境生成模块，用于根据仿真参数模拟目标和探测器所处环境，且背景环境生成模块分别与目标模块、探测器模块连接；
[0037]目标模块，用于对目标微动及其在运动过程中表面的红外辐射特性进行仿真计算，获得微动目标表面温度场及红外辐射强度序列；
[0038]探测器模块，用于仿真计算探测器处的辐照度，获得探测器视场内微动目标及背景的红外灰度图像；
[0039]输出模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深空红外微动目标模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：对包括目标参数、探测器参数及背景环境参数在内的仿真参数进行设置，并根据设置的仿真参数，模拟目标和探测器所处环境；对目标微动及其在运动过程中表面的红外辐射特性进行仿真计算，获得微动目标表面温度场及红外辐射强度序列；计算探测器处的辐照度，获得探测器视场内微动目标及背景的红外灰度图像；根据用户需要，将用户所需数据按照指定格式输出。2.根据权利要求1所述的一种深空红外微动目标模型构建方法，其特征在于，仿真参数包括：目标的材料参数、结构参数，目标的初始姿态，目标初始运动状态，探测器特性参数，目标和探测器的位置以及背景环境。3.根据权利要求1所述的一种深空红外微动目标模型构建方法，其特征在于，所述方法还包括：基于规范统一的参考标准，构建坐标系，描述目标的运动、目标与探测器之间的位置关系以及背景天体的位置。4.根据权利要求1所述的一种深空红外微动目标模型构建方法，其特征在于，对目标微动及其在运动过程中表面的红外辐射特性进行仿真计算，具体包括以下步骤：根据设定的目标参数，生成目标几何模型并将目标表面进行面元划分，得到给定坐标系下目标表面面元位置以及表面面元的单位法向量；结合目标几何模型，构建目标微动模型，通过仿真计算得到目标在微动过程中任意时刻目标上某点的坐标，即微动目标的瞬时位置；基于生成的目标和探测器所处环境、构建的目标几何模型以及得到的微动目标的瞬时位置，分析目标表面的热平衡状态，建立当前时刻目标表面的热平衡方程，求解得到目标表面的瞬时温度场；根据普朗克辐射定律及朗伯余弦定律，利用目标表面温度求得当前时刻目标的辐射出射度。5.根据权利要求2所述的一种深空红外微动目标模型构建方法，其特征在于，获得探测器视场内微动目标及背景的红外灰度图像，具体包括以下步骤：在进行探测器视场内背景成像时对背景进行判断，获得探测器视场内星空背景的红外灰度图像；通过双向...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷鹏，王玮杰，王俊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：