一种含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真方法

摘要

本发明公开一种含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真方法，该方法包括以下步骤：构建含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真系统；确定含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真系统布局；建立目标的光学特性模型及仿真控制模型；建立静态恒星场景物理效应模型；目标场景与恒星场景的动态合成。本发明针对现有光学成像仿真方法在仿真含有目标与恒星干扰复杂场景存在的与实际场景不等效技术问题，提出了一种合成投影式光学成像半实物仿真方法，该方法有效地解决了含有恒星干扰的目标与环境的仿真问题，为光学目标与环境仿真提供一种新的技术途径。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学目标与环境的仿真方法，更具体地，涉及一种含有目标和恒星干扰物的光学目标与环境场景的仿真方法。

背景技术

目标与环境光学场景仿真是光学制导控制半实物仿真试验的一项重要内容，其主要功能是模拟飞行器飞行过程中光学探测设备视场所见到的“目标、干扰物”场景，光学目标环境场景仿真要表现目标光学特性、干扰物的光学特性和相对于目标的动态特性、目标相对于飞行器的视线角运动特性。

现有的光学与环境场景仿真方法由两个设备共同实现，首先是由目标与环境模拟器生成目标/干扰仿真场景，同时表现干扰物相对于目标的角运动特性，然后将目标与环境模拟器置于二维视线角运动设备上，通过二维视线角运动装置带动目标模拟器运动，实现目标相对于飞行器的视线角运动特性模拟，并将目标与环境场景显示于光学探测设备前，于是实现了“目标、干扰物”的光学场景动态仿真。

由于图像仿真计算机在复杂面目标的光学分布特性以及多干扰场景的仿真方面具有不可比拟的优越性，因此现有光学仿真通常采用成像式目标与环境模拟器。

“目标+恒星干扰”光学场景仿真是目标与环境仿真的新需求。恒星作为一种干扰物，不同于现有仿真场景中的普通干扰物，如果采用上述现有方法，需图象仿真计算机实时补偿恒星在惯性坐标系中的角位移，以严格保持恒星相对于惯性空间不动的特性，而由于图象仿真计算机的帧延迟，导致这种图像式相对运动的慢补偿与快速的二维视线角运动设备的不同步性，使含有恒星环境的目标与环境场景仿真与实际场景严重不等效。

因此需要提出一种含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真方法，解决现有仿真方法无法满足“目标、恒星干扰”的光学目标与环境场景仿真问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真方法，该方法包括以下步骤：

S1：构建含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真系统；

S2：确定含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真系统布局；

S3：建立目标的光学特性模型及仿真控制模型；

S4：建立静态恒星场景物理效应模型；

S5：目标场景与恒星场景的动态合成。

优选地，仿真系统包括仿真计算机、二维视线角运动设备、成像式目标模拟系统、成像式恒星模拟系统和球面投影幕。

进一步优选地，成像式目标投影系统投影于所述球面投影幕，包括目标图像仿真计算机和成像式目标投影器。

优选地，成像式恒星投影系统投影于所述球面投影幕，包括恒星图像仿真计算机和成像式恒星投影器。

进一步优选地，步骤“S2：确定含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真系统布局”，具体包括以下步骤：

S201：确定球面投影幕球心O，球面投影幕距离球心O的距离半径为R；

S202：成像式目标投影器设置于二维视线角运动设备上且相对于球心O做视线角运动，成像式目标投影器光束指向球面投影幕且在球面投影幕成像；

S203：成像式恒星投影器设置于地面上且其光束指向球面投影幕，并在球面投影幕上成像；

S204：光学探测器设置于球幕球心O处，接收来自球幕反射的恒星与目标的投影。

仿真计算机、目标图像仿真计算机和恒星图像仿真计算机放置于控制间内。

优选地，步骤“Step3：建立目标的光学特性模型及仿真控制模型”，具体包括以下步骤：

S301：以目标图像仿真计算的图象坐标系为坐标，根据目标形状、弹目相对距离及目标张角的大小，在图象坐标系中心处建立可变大小的目标模型，并建立与面目标的光学特性分布对应的面目标灰度分布模型，形成目标图像程序；

S302：建立飞行器动力学与运动学模型和飞行器与目标相对运动模型，与目标图像仿真计算机、二维视线运动设备的通讯及驱动模型，形成仿真程序。

优选地，步骤“S4：建立静态恒星场景物理效应模型”具体包括以下步骤：

S401：根据飞行器的弹目视线角运动范围及光学探测设备视场的大小，确定仿真所需的投影区域A；

S402：使恒星投影器的光束覆盖投影区域A；

S403：星图像仿真计算机上产生恒星，并将星图像仿真计算机产生的恒星通过成像式恒星投影器投影在球面投影幕上。

投影区域A内布满恒星。

优选地，步骤“S5：目标场景与恒星场景的动态合成”具体包括以下步骤：

S501：启动仿真程序和目标图像程序；

S502：目标图像仿真计算机和成像式目标投影器共同产生目标的光学特性并投影到球面投影幕上，二维视线角运动设备带动目标投影器模拟弹目视线角运动，在球面投影幕上形成目标的运动特性；

S503：在球幕上完成了恒星场景投影与目标场景投影的动态合成，为探测器提供了含有目标和恒星干扰物的光学场景。

本发明的有益效果如下：

本发明的一种含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真方法，针对现有光学成像仿真方法在仿真含有目标与恒星干扰复杂场景存在的与实际场景不等效技术问题，提出了一种合成投影式光学成像半实物仿真方法，该方法有效地解决了含有恒星干扰的目标与环境的仿真问题，为光学目标与环境仿真提供一种新的技术途径。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真方法步骤图。

图2示出含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真系统与场景合成示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明的目的在于提供一种恒星及动态干扰物场景下仿真方法，解决现有光学成像仿真方法无法满足含有恒星、目标与动态干扰物复杂场景的仿真问题。

如图1所示，一种含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真方法，该方法包括以下步骤：

S1：构建含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真系统；

S2：确定含有目标和恒星干扰物的光学场景仿真系统布局；

S3：建立目标的光学特性模型及仿真控制模型；

S4：建立静态恒星场景物理效应模型；

S5：目标场景与恒星场景的动态合成。

具体过程如下

第一步确定“目标、恒星干扰物”光学场景仿真系统组成

仿真系统包括：仿真计算机、二维视线角运动设备、成像式目标模拟系统、成像式恒星模拟系统、球面投影幕、光学探测设备。成像式目标投影系统包括：目标图像仿真计算机、成像式目标投影器；成像式恒星投影系统包括：恒星图像仿真计算机、成像式恒星投影器。

本发明中二维视线角运动设备可选用两轴转台。

第二步确定“目标、恒星干扰物”光学场景仿真系统布局

如图2所示，确定球面投影幕球心O，球面投影幕距离O半径为R。

成像式目标投影器安装在二维视线角运动设备上，二维视线角运动设备可以带动成像式目标投影器做相对于球心的视线角运动，成像式目标投影器光束指向球幕，并可在球幕上清晰成像。

成像式恒星投影器置于地面，其光束指向球幕，并可在球面投影幕上清晰成像。

光学探测器安装于球幕球心O处，接收来自球幕反射的恒星与目标的投影；其他设备置于控制间。系统布局示意图如图2所示。

第三步建立目标的光学特性模型及仿真控制模型

以目标图像仿真计算的图象坐标系为坐标，根据目标形状、弹目相对距离及目标张角的大小，在图象坐标系中心处建立可变大小的目标模型，并建立与面目标的光学特性分布对应的面目标灰度分布模型，形成目标图像程序，该模型通过目标投影器可以成像在球幕上。

在仿真计算机上建立飞行器动力学与运动学模型、飞行器与目标相对运动等模型，与目标图像仿真计算机、二维视线运动设备的通讯及驱动模型，形成仿真程序。

第四步建立静态恒星场景物理效应模型

首先根据飞行器的弹目视线角运动范围及光学探测设备视场的大小，确定仿真所需的投影区域A，然后使恒星投影器的光束覆盖投影区域A，星图像仿真计算机上产生恒星，并将星图像仿真计算机产生的恒星通过成像式恒星投影器投影在球面投影幕上，于是投影区域A内布满恒星。

第五步目标场景与恒星场景的动态合成

启动第三步建立的目标图像程序和仿真程序，目标图像仿真计算机和成像式目标投影器共同产生目标的光学特性，二维视线角运动设备带动目标投影器模拟弹目视线角运动，在球面投影幕上产生目标的光学特性与运动特性，此目标场景与第四步在球幕上完成了动态合成。为探测器提供了“目标、恒星干扰”场景。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。