CN105137809A - 基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真*** - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，包括仿真中心、激励器、仿真器和显控终端四个部分。仿真中心周期性发送模拟飞行数据；激励器采用基于时间序列的面阵场景仿真图像发生模式，产生空对空红外特征的仿真激励视频，并以光纤通讯方式将仿真场景视频信号和当前帧时序信息同步发送到仿真器；仿真器对视频信号和时序信息进行信号处理和数据处理，输出合成后视场探测图像和目标探测或航迹信息；显控终端显示目标信息，实现人机交互。由此，本发明既保证了大视场、高空间分辨率和扫描速度三个主要指标的仿真要求，又保证了图像序列和多目标建航时序的稳定性。适用于机载红外搜索跟踪仪的综合性能和外部接口的模拟测试。

Description

基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***

技术领域

本发明属于光电仿真技术领域，主要涉及光电***性能仿真与评估，尤其涉及一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***。

背景技术

随着计算机技术的发展，光电仿真技术已经能够成为光电装备研制与试验中的先导技术、校验技术和分析技术。利用光电仿真技术能够实现对光电***研制的优化设计制导和前期性能评估，从而大大降低试验费用，缩短研制周期。

利用光电仿真技术，建立半实物仿真***，实现对机载红外搜索跟踪仪性能的仿真模拟是光电仿真技术的一种重要应用方式。但在目前众多仿真***框架设计过程中，存在不能既满足大视场、高空间分辨率、扫描速度的技术指标要求同时又保证图像时序稳定性的问题，不能对机载红外搜索跟踪仪综合性能和接口同时进行模拟仿真。

公开号为CN102981415A的中国专利“一种飞行仿真框架***”公开了一种飞行仿真框架***。该***由主控制台、仿真子***和图形***构成；主控制台用于整个仿真过程的控制、***配置的设计与分发、仿真框架内时间同步；仿真子***进行飞行功能模块的仿真，能够加载一个或者多个功能仿真模块，提供网络通讯功能、时序控制功能、任务调度功能和时间同步功能；图形***用于图形的3D显示。该***具有高度可重用、可叠加扩展、可灵活部署的优点。但该发明采用单窗口图像显示方式，存在不能既满足大视场、高空间分辨率、扫描速度的技术指标要求同时又保证图像时序稳定性的问题，不能适用于机载红外搜索跟踪仪性能和接口的仿真模拟。

公开号为CN203012388U的中国专利“目标激励式飞行仿真***”公开了一种目标激励式飞行仿真***。该***由飞行仿真装置、电子战目标模拟器、光电雷达目标模拟器、雷达目标模拟器和数据链模拟子***共5个部分组成；各部分通过光纤通道联网，构成一个***整体。该***没有体现机载红外搜索跟踪仪的图像处理流程，不能实现对机载红外搜索跟踪仪性能和接口的仿真模拟。

发明内容

针对现有仿真***存在不能既满足大视场、高空间分辨率、扫描速度的技术指标要求同时又保证图像时序稳定性的问题，不能对机载红外搜索跟踪仪综合性能和接口同时进行模拟仿真；本发明提出了一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***。

本发明的技术方案为：

所述一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，包括仿真中心、激励器、仿真器和显控终端；

所述仿真中心产生机载红外搜索跟踪仪工作过程中的仿真飞行数据，所述仿真飞行数据包括载机的轨迹坐标和姿态信息，以及若干个目标的轨迹坐标和姿态信息；激励器根据仿真中心提供的载机以及若干目标的轨迹坐标和姿态信息，产生符合机载红外搜索跟踪仪观瞄特征的激励视频，并将激励视频以及时序信息发送给仿真器；仿真器根据接收的激励视频以及时序信息，按照机载红外搜索跟踪仪的图像处理和信号处理方法进行处理，并将处理结果输出给显控终端；仿真器向激励器发送仿真场景光轴控制和工作方式设置信息；显控终端将光轴控制和工作方式设置信息发送给仿真器；

其特征在于：激励器以M×N的面阵仿真场景阵列模拟产生W×H视场的对空点目标特征仿真场景；面阵仿真场景阵列的设计参数M×N、P_dx×P_dy、P_x×P_y满足以下要求：

P_x≥(1000×W)/(57.3×D)，

P_y≥(1000×H)/(57.3×D)，

N≥P_x/P_dx，

M≥P_y/P_dy，

$\frac{1000\×W}{M\×N\×T}\≥S;$

其中，W×H表示视场指标要求，单位：度，W为水平方向视场指标要求，H为竖直方向视场指标要求，D表示空间分辨率指标要求，单位：毫弧度，S表示扫描速度指标要求，单位：度/秒；M表示面阵仿真场景阵列的行数，N表示面阵仿真场景阵列的列数，P_dx表示单个面阵仿真场景的水平像素数，P_dy表示单个面阵仿真场景的竖直像素数，P_x表示面阵仿真场景阵列要求达到的水平像素总数，P_y表示面阵仿真场景阵列要求达到的竖直像素总数，T表示面阵仿真场景视频刷新和传输周期，单位：毫秒；

单个面阵仿真场景的视场大小为W_e×H_e，W_e＝W/N，H_e＝H/M，面阵仿真场景阵列中的所有面阵仿真场景窗口视点位置相同，朝向彼此相邻，能够无重合地完全覆盖W×H视场；面阵仿真场景阵列中的所有面阵仿真场景依次编有窗口编号Screen_1，Screen_2，……，Screen_Q，Q＝M×N；激励器以T周期依次将窗口编号为Screen_1至Screen_Q的面阵仿真场景以及对应的窗口编号发送给仿真器；

仿真器采集激励器发送的面阵仿真场景以及对应的窗口编号，按照窗口编号对面阵仿真场景进行顺利排列，并采用机载红外搜索跟踪仪的图像处理和信号处理方法对图像进行处理并探测图像中的目标信息；将处理后图像按照窗口编号拼接成整个视场的视频图像，并连同目标信息输出给显控终端。

进一步的优选方案，所述一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，其特征在于：面阵仿真场景阵列中的面阵仿真场景窗口编号规则采用以下任意一种规则：

规则1：将面阵仿真场景阵列第一行第一列面阵仿真场景的窗口编号编为Screen_1；面阵仿真场景阵列奇数行从左向右依次顺序编号，偶数行从右向左依次顺序编号；某一行编号完成后向下跳转至下一行继续编号；

规则2：将面阵仿真场景阵列第一行第N列面阵仿真场景的窗口编号编为Screen_1；面阵仿真场景阵列奇数行从右向左依次顺序编号，偶数行从左向右依次顺序编号；某一行编号完成后向下跳转至下一行继续编号；

规则3：将面阵仿真场景阵列第M行第一列面阵仿真场景的窗口编号编为Screen_1；若M为奇数，则面阵仿真场景阵列奇数行从左向右依次顺序编号，偶数行从右向左依次顺序编号；若M为偶数，则面阵仿真场景阵列奇数行从右向左依次顺序编号，偶数行从左向右依次顺序编号；某一行编号完成后向上跳转至下一行继续编号；

规则4：将面阵仿真场景阵列第M行第N列面阵仿真场景的窗口编号编为Screen_1；若M为奇数，则面阵仿真场景阵列奇数行从右向左依次顺序编号，偶数行从左向右依次顺序编号；若M为偶数，则面阵仿真场景阵列奇数行从左向右依次顺序编号，偶数行从右向左依次顺序编号；某一行编号完成后向上跳转至下一行继续编号。

进一步的优选方案，所述一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，其特征在于：仿真中心与激励器采用以太网接口方式连接；激励器与仿真器间采用光纤网络和RS422两种通讯方式，激励器将面阵仿真场景信号和窗口编号通过光纤网络同步发送到仿真器，仿真器通过RS422向激励器发送仿真场景光轴控制和工作方式设置信息；仿真器与显控终端之间采用DVI视频传输和1553B通讯连接方式，其中仿真器将处理后的视频图像以DVI方式发送到显控终端，仿真器通过1553B通讯方式接收显控终端的光轴控制和工作方式设置信息，仿真器通过1553B通讯方式向显控终端上报目标信息。

进一步的优选方案，所述一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，其特征在于：所述仿真***包括大区探测、小区探测、大区搜跟、小区搜跟四个工作方式；在大区探测和大区搜跟工作方式下，激励器以M_w×N_w的面阵仿真场景阵列模拟产生W_w×H_w视场的对空点目标特征仿真场景，在小区探测和小区搜跟工作方式下，激励器以M_n×N_n的面阵仿真场景阵列模拟产生W_n×H_n视场的对空点目标特征仿真场景。

进一步的优选方案，所述一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，其特征在于：在大区探测、小区探测工作方式下，仿真器得到探测目标相对图像中心的像素偏移量，并根据光轴控制和工作方式设置信息，计算得到探测目标的方位、俯仰信息，并将探测目标的方位、俯仰信息上报显控终端；在大区搜跟、小区搜跟工作方式下，仿真器得到探测目标相对图像中心的像素偏移量，并根据光轴控制和工作方式设置信息，计算得到探测目标的方位、俯仰信息，并建立目标航迹信息，将目标航迹信息上报显控终端。

进一步的优选方案，所述一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，其特征在于：显控终端模拟机载红外搜索跟踪仪的显控操作环境，显示仿真器输出的图像信息，以二维态势方式显示上报的目标信息，并实现人机界面的操作控制。

有益效果

本发明的有益效果体现在以下几个方面。

(一)本发明中仿真中心产生的飞行数据以载机、目标实际运动轨迹采集记录或仿真轨迹模拟计算得到，与真实载机、目标运动轨迹具有高度吻合性；激励器采用计算机视景仿真三维场景生成技术，产生符合机载红外搜索跟踪仪传感器探测效果的红外特征仿真场景，与真实机载红外搜索跟踪仪在作战应用环境下的观瞄场景高度吻合。仿真过程中飞行数据的有效性和仿真场景的高逼真度保证了仿真***输入源的高置信度。

(二)本发明中激励器产生基于时间序列的面阵仿真场景图像，能够满足机载红外搜索跟踪仪探测的大视场和高空间分辨率要求；控制仿真图像以40毫秒的周期刷新，按时间序列更新观察者视点朝向，能够保证机载红外搜索跟踪仪探测的扫描速度要求；同时，序列化的面阵仿真场景视频信号和时序信息通过光纤以太网同时发送到仿真器，能够保证图像信息发送的时序稳定性，从而保证后续图像处理、信号处理和多目标探测、建航信息的时序稳定性。仿真场景图像发生方式很好地解决了机载红外搜索跟踪仪性能仿真中遇到的大视场、高空间分辨率和扫描速度三项技术指标相互制约的问题；仿真场景图像的传输方式很好地解决了图像信息传输的时序不稳定问题。

(三)本发明中仿真器采用与真实机载红外搜索跟踪仪信息处理机相同的硬件构架和外部接口。仿真器硬件采用基于PowerPC单板机构架，包括两块主板，1号板装载显卡和光纤通讯卡，2号板装载1553B通讯卡和光纤通讯卡；仿真器外部接口采用1553B总线上报多目标探测或建航信息，DVI输出图像处理后的视频信息。能够模拟真实机载红外搜索跟踪仪的各项动态性能指标和对外接口，支持机载红外搜索跟踪仪的性能模拟、接口测试和闭环仿真测试，支持分析的图像处理、多目标建航等各种算法的优化设计、验证和测试评估。

附图说明

图1是本发明仿真***的组成和信息交联图。

图2是本发明中激励器的硬件构成图。

图3是本发明中激励器的图像发生模块软件设计流程图。

图4是本发明中激励器场景发生软件的基于时间序列场景发生窗口布局示意图。

图5是本发明中仿真器的硬件构成图。

图6是本发明中仿真器的软件设计流程图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

正如图1所示，本发明以机载红外搜索跟踪仪***性能和接口作为模拟仿真对象，提出了一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，包括仿真中心1、激励器2、仿真器3和显控终端4。硬件采用商用计算机，配置千兆网卡。软件采用VC++环境开发，采用多媒体定时器，以40毫秒周期发送网络数据。

仿真中心与激励器以以太网接口方式连接，仿真中心产生机载红外搜索跟踪仪工作过程中的仿真飞行数据，并通过以太网以T＝40毫秒的周期发送给激励器，驱动激励器仿真场景中的目标、载机运动。所述仿真飞行数据由载机、目标实际运动轨迹采集记录或仿真轨迹模拟计算得到，包括载机的轨迹坐标和姿态信息，以及若干个目标的轨迹坐标和姿态信息。

激励器根据仿真中心提供的载机以及若干目标的轨迹坐标和姿态信息，产生红外目标、天空背景、干扰源等仿真场景信号源，为仿真器提供符合机载红外搜索跟踪仪观瞄特征的激励视频，并将激励视频以及时序信息发送给仿真器，同时响应仿真器的视场光轴控制和工作方式设置控制指令。激励器与仿真器间采用光纤网络和RS422两种通讯方式。激励器将面阵仿真场景信号和时序信息(即窗口编号)通过光纤网络同步发送到仿真器，仿真器通过RS422向激励器发送仿真场景光轴控制和工作方式设置信息。

仿真器根据接收的激励视频以及时序信息，按照机载红外搜索跟踪仪的图像处理和信号处理方法进行处理，并将处理结果输出给显控终端。仿真器与显控终端之间采用DVI视频传输和1553B通讯连接方式，其中仿真器将处理后的视频图像以DVI方式发送到显控终端；1553B总线是双向通讯，仿真器通过1553B通讯方式接收显控终端的光轴控制和工作方式设置信息，仿真器通过1553B通讯方式向显控终端上报目标信息。

显控终端显示仿真器输出的视频图像和目标信息态势，并实现人机交互功能。

在激励器将激励视频以及时序信息发送给仿真器过程中，本发明采用了基于时间序列面阵场景生成方式：

激励器以M×N的面阵仿真场景阵列模拟产生W×H视场的对空点目标特征仿真场景；面阵仿真场景阵列的设计参数M×N、P_dx×P_dy、P_x×P_y满足以下要求：

P_x≥(1000×W)/(57.3×D)，

P_y≥(1000×H)/(57.3×D)，

N≥P_x/P_dx，

M≥P_y/P_dy，

$\frac{1000\×W}{M\×N\×T}\≥S;$

其中，W×H表示视场指标要求，单位：度，W为水平方向视场指标要求，H为竖直方向视场指标要求，D表示空间分辨率指标要求，单位：毫弧度，S表示扫描速度指标要求，单位：度/秒；M表示面阵仿真场景阵列的行数，N表示面阵仿真场景阵列的列数，P_dx表示单个面阵仿真场景的水平像素数，P_dy表示单个面阵仿真场景的竖直像素数，P_x表示面阵仿真场景阵列要求达到的水平像素总数，P_y表示面阵仿真场景阵列要求达到的竖直像素总数，T表示面阵仿真场景视频刷新和传输周期，单位：毫秒。P_dx×P_dy采用标准视频的像素数大小，根据仿真场景软件界面大小选择320×256、768×576、1024×768、1920×1080四种格式中的一种；P_x、P_y、M、N取满足要求的最小整数，通过调整P_dx、P_dy、P_x、P_y、M、N取值，同时满足上述要求。

本实施例中，仿真***包括大区探测、小区探测、大区搜跟、小区搜跟和单目标跟踪五种工作方式，其中的大区探测、小区探测、大区搜跟、小区搜跟采用基于时间序列面阵场景生成方式。

在大区探测工作方式下，激励器以M_w×N_w的面阵仿真场景阵列模拟产生W_w×H_w视场的对空点目标特征仿真场景，仿真器探测整个视场范围内的多个目标，输出拼接完整的DVI视频图像和多目标探测的角度信息；在小区探测工作方式下，激励器以M_n×N_n的面阵仿真场景阵列模拟产生W_n×H_n视场的对空点目标特征仿真场景，仿真器探测整个视场范围内的多个目标，输出拼接完整的DVI视频图像和多目标探测的角度信息；在大区搜跟工作方式下，激励器以M_w×N_w的面阵仿真场景阵列模拟产生W_w×H_w视场的对空点目标特征仿真场景，仿真器探测整个视场范围内的多个目标，并建立多目标航迹，输出拼接完整的DVI视频图像和多目标航迹信息；在小区搜跟工作方式下，激励器以M_n×N_n的面阵仿真场景阵列模拟产生W_n×H_n视场的对空点目标特征仿真场景，仿真器探测整个视场范围内的多个目标，并建立多目标航迹，输出拼接完整的DVI视频图像和多目标航迹信息；在单目标跟踪工作方式下，激励器模拟产生W_s×H_s视场的对空点目标特征仿真场景，被跟踪目标始终处于仿真场景视场中心，仿真器输出跟踪状态下的DVI视频图像和被跟踪目标角度信息。

而本实施例中，空间分辨率指标要求为0.16mrad，扫描速度指标要求为8度/秒，大区探测、大区搜跟的视场指标是60°×10°，小区探测、小区搜跟的视场指标是15°×5°。

在大区探测工作方式下，激励器以2×9的面阵仿真场景阵列模拟产生60°×10°视场的对空点目标特征仿真场景，仿真器探测整个视场范围内的最多20个目标，输出拼接完整的DVI视频图像和多目标探测的角度信息；在小区探测工作方式下，激励器以2×9的面阵仿真场景阵列模拟产生15°×5°视场的对空点目标特征仿真场景，仿真器探测整个视场范围内的最多20个目标，输出拼接完整的DVI视频图像和多目标探测的角度信息；在大区搜跟工作方式下，激励器以2×9的面阵仿真场景阵列模拟产生60°×10°视场的对空点目标特征仿真场景，仿真器探测整个视场范围内的最多20个目标，并建立多目标航迹，输出拼接完整的DVI视频图像和多目标航迹信息；在小区搜跟工作方式下，激励器以2×9的面阵仿真场景阵列模拟产生15°×5°视场的对空点目标特征仿真场景，仿真器探测整个视场范围内的最多20个目标，并建立多目标航迹，输出拼接完整的DVI视频图像和多目标航迹信息；在单目标跟踪工作方式下，激励器模拟产生4°×3°视场的对空点目标特征仿真场景，被跟踪目标始终处于仿真场景视场中心，仿真器输出跟踪状态下的DVI视频图像和被跟踪目标角度信息。

而单个面阵仿真场景的视场大小为W_e×H_e，W_e＝W/N，H_e＝H/M，面阵仿真场景阵列中的所有面阵仿真场景窗口视点位置相同，朝向彼此相邻，能够无重合地完全覆盖W×H视场；面阵仿真场景阵列中的所有面阵仿真场景依次编有窗口编号Screen_1，Screen_2，……，Screen_Q，Q＝M×N；激励器以T周期依次将窗口编号为Screen_1至Screen_Q的面阵仿真场景以及对应的窗口编号通过光纤网络发送给仿真器，发送瞬间保证每个窗口分辨率为P_dx×P_dy，反复循环即可实现对全视场范围的面阵扫摆式场景仿真。

面阵仿真场景阵列中的面阵仿真场景窗口编号规则采用以下任一一种规则：

规则1：将面阵仿真场景阵列第一行第一列面阵仿真场景的窗口编号编为Screen_1；面阵仿真场景阵列奇数行从左向右依次顺序编号，偶数行从右向左依次顺序编号；某一行编号完成后向下跳转至下一行继续编号；

规则2：将面阵仿真场景阵列第一行第N列面阵仿真场景的窗口编号编为Screen_1；面阵仿真场景阵列奇数行从右向左依次顺序编号，偶数行从左向右依次顺序编号；某一行编号完成后向下跳转至下一行继续编号；

规则3：将面阵仿真场景阵列第M行第一列面阵仿真场景的窗口编号编为Screen_1；若M为奇数，则面阵仿真场景阵列奇数行从左向右依次顺序编号，偶数行从右向左依次顺序编号；若M为偶数，则面阵仿真场景阵列奇数行从右向左依次顺序编号，偶数行从左向右依次顺序编号；某一行编号完成后向上跳转至下一行继续编号；

规则4：将面阵仿真场景阵列第M行第N列面阵仿真场景的窗口编号编为Screen_1；若M为奇数，则面阵仿真场景阵列奇数行从右向左依次顺序编号，偶数行从左向右依次顺序编号；若M为偶数，则面阵仿真场景阵列奇数行从左向右依次顺序编号，偶数行从右向左依次顺序编号；某一行编号完成后向上跳转至下一行继续编号。

在大区探测和大区搜跟工作方式下，单个面阵仿真场景窗口视场大小为W_we×H_we，W_we＝W_w/N_w，H_we＝H_w/M_w，面阵仿真场景阵列中的所有面阵仿真场景窗口视点位置相同，朝向彼此相邻，能够无重合地完全覆盖W_w×H_w视场，Q＝M_w×N_w；在小区探测和小区搜跟工作方式下，单个面阵仿真场景窗口视场大小为W_ne×H_ne，W_ne＝W_n/N_n，H_ne＝H_n/M_n，面阵仿真场景阵列中的所有面阵仿真场景窗口视点位置相同，朝向彼此相邻，能够无重合地完全覆盖W_n×H_n视场，Q＝M_n×N_n。

本实施例中，如图4所示，采用2×9的面阵场景发生方式，在大区探测和大区搜跟工作方式下，模拟产生60°×10°视场的对空点目标特征仿真场景，每个窗口视场大小为6.7°×5°，每个窗口视点位置相同，朝向彼此相邻，无重合地完全覆盖60°×10°视场；在小区探测和小区搜跟工作方式下，模拟产生15°×5°视场的对空点目标特征仿真场景，每个窗口视场大小为1.7°×2.5°，每个窗口视点位置相同，朝向彼此相邻，无重合地完全覆盖15°×5°视场。本实施例中采用规则1编号，阵列窗口第一行由左到右，第二行由右到左，依次编号为Screen1，Screen2，……Screen18。以40毫秒的周期依次将Screen1到Screen18的仿真场景视频信号和时序信息(以窗口编号代替)通过光纤网络发送到仿真器，发送瞬间保证每个窗口分辨率为768×576，反复循环即可实现对全视场范围的面阵扫摆式场景仿真。采用基于时间序列的面阵场景仿真图像发生模式，同时保证了机载红外搜索跟踪仪的大视场、高空间分辨率和扫描速度的三项技术指标要求。

图2给出了本实施例激励器2的硬件组成，激励器2由高性能图形工作站组成，内部配置高档图像发生卡2-1、串口通讯卡2-2、光纤网络通讯卡2-3和网络通讯卡2-4。高档图像发生卡2-1选用丽台FX5800显卡，实现红外仿真场景的实时发生；串口通讯卡2-2选用CP134型，接收仿真器3发送的光轴控制和工作方式设置信息；光纤网络通讯卡2-3选用PCIFX400光纤网卡，向仿真器3发送仿真场景视频信号和当前帧时序信息；网络通讯卡2-4选用千兆网卡，接收仿真中心1发送的飞行数据。

激励器2软件按照功能划分可分为：光纤以太网通讯、网络通讯和图像发生三个模块，各部分功能由对应功能软件模块设计实现，采用VC++开发环境进行集成开发。光纤以太网通讯模块实现对光纤网络通讯卡的驱动和光纤网络通讯数据的处理功能。网络通讯模块实现对网络通讯卡的驱动和网络通讯数据的处理功能。

图3给出了本实施例激励器2的图像发生模块软件的设计流程。图像发生模块是激励器2软件设计的重点，采用Vega仿真平台开发，实现高逼真度的红外特征图像生成。图像发生模块软件设计主要包括四个流程：三维模型创建、模型材质编辑、大气环境计算和仿真程序开发。三维模型创建主要包括两个部分：利用MultigenCreator创建三维静态目标模型库，利用TerraVista生成大地形场景模型库。大气环境计算实现大气环境对场景成像效果影响的数据预算。采用可视化计算工具MAT，设定视景预演区域地理位置和大气环境参数，以在视景渲染流程中体现不同大气环境的渲染效果。模型材质编辑主要完成仿真场景中模型材质的编辑和预处理。借助可视化编辑工具TMM，将可见光纹理与特定材质建立像素级映射关系，以在视景渲染流程中体现不同材质的成像效果。仿真程序设计主要完成仿真流程的驱动控制，调用LynX界面工具中设置的各项初始化仿真参数，提供实时流畅的视景渲染效果。采用VC++运行环境，通过调用Vega平台API函数实现对仿真模型的运动控制、场景驱动算法、细节削减过渡策略、场景调度与管理和视点控制等功能。

仿真器实现对机载红外搜索跟踪仪的综合性能和接口模拟，采集激励器发送的面阵仿真场景以及对应的窗口编号，按照窗口编号对面阵仿真场景进行顺利排列，并采用机载红外搜索跟踪仪的图像处理和信号处理方法对图像进行处理并探测图像中的目标信息；将处理后图像按照窗口编号拼接成整个视场的视频图像，并连同目标信息输出给显控终端。

图5示出了本实施例中仿真器3的硬件构成。仿真器3硬件采用基于PowerPC单板机的构架形式，包括两块SVME-183主板。1号板装载FCFX400光纤通讯卡3-1和PMC704显卡3-2，2号板装载PMC1553B通讯卡3-3和FCFX400光纤通讯卡3-4。FCFX400光纤通讯卡3-1端口1接收激励器2发送的仿真场景视频信号和时序信息；1号SVME-183主板CPU按照时序信息顺序排列视频信号，并检测每帧图像的目标信息；PMC704显卡3-2按时序拼接出完整视场视频信息，并以DVI方式输出；FCFX400光纤通讯卡3-1端口2将从Screen1到Screen18完成一个视场周期探测的最多20个目标探测信息发送到FCFX400光纤通讯卡3-4；2号SVME-183主板CPU完成多目标或单目标探测信息上报信息处理和多目标航迹上报信息处理，通过PMC1553B通讯卡3-3发送到显控终端4。

图6示出了本实施例中仿真器3的软件设计流程。仿真器3采集激励器2发送的仿真场景视频信号和时序信息；按照时序信息对视频信号进行顺利排列，并探测每帧图像中的目标信息；对处理后图像按照时序拼接成整个视场的视频图像，以DVI格式输出；在大区探测、小区探测工作方式下，首先得到多目标相对图像中心的像素偏移量，根据光轴控制信息和工作方式设置信息，计算得到各探测目标的方位、俯仰信息，通过1553B总线上报到显控终端4；在大区搜跟、小区搜跟工作方式下，目标探测信息首先得到多目标相对图像中心的像素偏移量，根据光轴控制信息和工作方式设置信息，计算得到各探测目标的方位、俯仰信息，并通过多目标建航算法，建立多目标航迹信息，通过1553B总线上报到显控终端4；在单目标跟踪工作方式下，目标探测信息首先得到被跟踪目标相对图像中心的像素偏移量，根据光轴控制信息和工作方式设置信息，计算得到视场中心的方位、俯仰修正值，通过光纤网络通讯发送到激励器2，以修正仿真场景视场中心方位、俯仰角度，同时生成被跟踪目标上报信息，通过1553B总线上报到显控终端4。同时，仿真器2通过1553B总线接收显控终端4的光轴控制(包括视场中心方位、俯仰信息)和工作方式设置(包括大区、小区设置信息)；光轴信息和工作方式设置信息用于多目标方位、俯仰角度的计算，并通过RS422发送到激励器2，以控制场景发生的视场中心和大小。

激励器2中的面阵仿真场景以40毫秒的周期依次产生各面阵仿真场景，但由于仿真图像渲染时间的不稳定性，不能严格保证视频输出的40毫秒周期，导致在仿真器3的图像采集过程中会出现面阵视频次序错乱的现象。采用仿真场景视频信号和当前帧时序信息同步传输技术，很好地解决了面阵视频次序错乱的问题，保证了图像的次序稳定，从而保证了多目标探测信息和航迹信息的时序稳定性。

显控终端4用于模拟机载红外搜索跟踪仪的显控操作环境，显示仿真器输出的图像信息，以二维态势方式显示上报的目标探测信息，并实现人机界面的操作控制。硬件采用商用计算机，配置高性能显卡和PCI-e1553B通讯卡；软件按照功能划分可分为：二维态势显示、人机交互界面和1553B通讯三个模块，各模块功能由对应功能软件模块设计实现。二维态势显示模块以二维态势方式显示目标探测或航迹信息；人机交互界面允许进行工作模式切换、视场切换、单目标跟踪设置等人机交互设定；1553B模块实现对PCI-e1553B通讯卡的驱动，并处理1553B通讯数据。

Claims (6)

1.一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，包括仿真中心、激励器、仿真器和显控终端；

所述仿真中心产生机载红外搜索跟踪仪工作过程中的仿真飞行数据，所述仿真飞行数据包括载机的轨迹坐标和姿态信息，以及若干个目标的轨迹坐标和姿态信息；激励器根据仿真中心提供的载机以及若干目标的轨迹坐标和姿态信息，产生符合机载红外搜索跟踪仪观瞄特征的激励视频，并将激励视频以及时序信息发送给仿真器；仿真器根据接收的激励视频以及时序信息，按照机载红外搜索跟踪仪的图像处理和信号处理方法进行处理，并将处理结果输出给显控终端；仿真器向激励器发送仿真场景光轴控制和工作方式设置信息；显控终端将光轴控制和工作方式设置信息发送给仿真器；

其特征在于：激励器以M×N的面阵仿真场景阵列模拟产生W×H视场的对空点目标特征仿真场景；面阵仿真场景阵列的设计参数M×N、P_dx×P_dy、P_x×P_y满足以下要求：

P_x≥(1000×W)/(57.3×D)，

P_y≥(1000×H)/(57.3×D)，

N≥P_x/P_dx，

M≥P_y/P_dy，

$\frac{1000\×W}{M\×N\×T}\≥S;$

其中，W×H表示视场指标要求，单位：度，W为水平方向视场指标要求，H为竖直方向视场指标要求，D表示空间分辨率指标要求，单位：毫弧度，S表示扫描速度指标要求，单位：度/秒；M表示面阵仿真场景阵列的行数，N表示面阵仿真场景阵列的列数，P_dx表示单个面阵仿真场景的水平像素数，P_dy表示单个面阵仿真场景的竖直像素数，P_x表示面阵仿真场景阵列要求达到的水平像素总数，P_y表示面阵仿真场景阵列要求达到的竖直像素总数，T表示面阵仿真场景视频刷新和传输周期，单位：毫秒；

单个面阵仿真场景的视场大小为W_e×H_e，W_e＝W/N，H_e＝H/M，面阵仿真场景阵列中的所有面阵仿真场景窗口视点位置相同，朝向彼此相邻，能够无重合地完全覆盖W×H视场；面阵仿真场景阵列中的所有面阵仿真场景依次编有窗口编号Screen_1，Screen_2，……，Screen_Q，Q＝M×N；激励器以T周期依次将窗口编号为Screen_1至Screen_Q的面阵仿真场景以及对应的窗口编号发送给仿真器；

仿真器采集激励器发送的面阵仿真场景以及对应的窗口编号，按照窗口编号对面阵仿真场景进行顺利排列，并采用机载红外搜索跟踪仪的图像处理和信号处理方法对图像进行处理并探测图像中的目标信息；将处理后图像按照窗口编号拼接成整个视场的视频图像，并连同目标信息输出给显控终端。

2.根据权利要求1所述一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，其特征在于：面阵仿真场景阵列中的面阵仿真场景窗口编号规则采用以下任意一种规则：

规则1：将面阵仿真场景阵列第一行第一列面阵仿真场景的窗口编号编为Screen_1；面阵仿真场景阵列奇数行从左向右依次顺序编号，偶数行从右向左依次顺序编号；某一行编号完成后向下跳转至下一行继续编号；

规则2：将面阵仿真场景阵列第一行第N列面阵仿真场景的窗口编号编为Screen_1；面阵仿真场景阵列奇数行从右向左依次顺序编号，偶数行从左向右依次顺序编号；某一行编号完成后向下跳转至下一行继续编号；

规则3：将面阵仿真场景阵列第M行第一列面阵仿真场景的窗口编号编为Screen_1；若M为奇数，则面阵仿真场景阵列奇数行从左向右依次顺序编号，偶数行从右向左依次顺序编号；若M为偶数，则面阵仿真场景阵列奇数行从右向左依次顺序编号，偶数行从左向右依次顺序编号；某一行编号完成后向上跳转至下一行继续编号；

规则4：将面阵仿真场景阵列第M行第N列面阵仿真场景的窗口编号编为Screen_1；若M为奇数，则面阵仿真场景阵列奇数行从右向左依次顺序编号，偶数行从左向右依次顺序编号；若M为偶数，则面阵仿真场景阵列奇数行从左向右依次顺序编号，偶数行从右向左依次顺序编号；某一行编号完成后向上跳转至下一行继续编号。

3.根据权利要求2所述一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，其特征在于：仿真中心与激励器采用以太网接口方式连接；激励器与仿真器间采用光纤网络和RS422两种通讯方式，激励器将面阵仿真场景信号和窗口编号通过光纤网络同步发送到仿真器，仿真器通过RS422向激励器发送仿真场景光轴控制和工作方式设置信息；仿真器与显控终端之间采用DVI视频传输和1553B通讯连接方式，其中仿真器将处理后的视频图像以DVI方式发送到显控终端，仿真器通过1553B通讯方式接收显控终端的光轴控制和工作方式设置信息，仿真器通过1553B通讯方式向显控终端上报目标信息。

4.根据权利要求2所述一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，其特征在于：所述仿真***包括大区探测、小区探测、大区搜跟、小区搜跟四个工作方式；在大区探测和大区搜跟工作方式下，激励器以M_w×N_w的面阵仿真场景阵列模拟产生W_w×H_w视场的对空点目标特征仿真场景，在小区探测和小区搜跟工作方式下，激励器以M_n×N_n的面阵仿真场景阵列模拟产生W_n×H_n视场的对空点目标特征仿真场景。

5.根据权利要求4所述一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，其特征在于：在大区探测、小区探测工作方式下，仿真器得到探测目标相对图像中心的像素偏移量，并根据光轴控制和工作方式设置信息，计算得到探测目标的方位、俯仰信息，并将探测目标的方位、俯仰信息上报显控终端；在大区搜跟、小区搜跟工作方式下，仿真器得到探测目标相对图像中心的像素偏移量，并根据光轴控制和工作方式设置信息，计算得到探测目标的方位、俯仰信息，并建立目标航迹信息，将目标航迹信息上报显控终端。

6.根据权利要求5所述一种基于时间序列面阵场景的机载红外搜索跟踪仪仿真***，其特征在于：显控终端模拟机载红外搜索跟踪仪的显控操作环境，显示仿真器输出的图像信息，以二维态势方式显示上报的目标信息，并实现人机界面的操作控制。