一种全向态势感知动态目标模拟系统的制作方法

1.本发明属于光电系统技术领域，具体涉及一种全向态势感知动态目标模拟系统。


背景技术：

2.分布式孔径系统作为机载光电系统发展的新方向，结合了光电系统的被动探测和分布式结构的全向功能，在当前越来越复杂的战争环境下，可以大大提升平台的安全性和自我保护能力，因此倍受各军种的青睐。美国海军、空军和陆军都有研制光电分布式系统的计划，其中机载光电分布式孔径系统相对成熟，目前已装备美国f-35战机。
3.an/aaq-37分布式孔径系统(das)作为f-35上的一个革命性新系统，除了提供导弹威胁告警、ir飞机搜索和跟踪之外，还能够提供围绕飞机360
°
的球形红外探测图像，为飞行态势感知、导航、战斗损伤评估和武器投放等提供有力支持。das是一个被动探测系统，由安装在机身的六个红外传感器组成，每个传感器都提供95
°
的视场，确保互相之间有足够的重叠区域，实现对飞机周围空域的全覆盖。
4.随着对机载光电分布式孔径系统研究的逐步深入，建设相应的地面测试保障条件就显得尤为迫切。实验室现有的红外目标模拟系统，不能满足多个das传感器同时使用，且因为不具备相应的时钟同步和态势数据处理模块，故获得的试验数据难以定量分析，不能满足分布式孔径系统的主要功能测试。以f-35分布式孔径系统为研究对象，本发明提出了一种全向态势感知动态目标模拟系统，利用6台大视场中波红外动态目标模拟器为分布式孔径系统提供目标场景激励，可有效支撑导引头干扰效果评估技术、全向分布式态势感知、红外定向对抗、辅助导航等多项关键技术的研究，并可为4π全球图像拼接提供真实的畸变数据，以保障分布式孔径系统的综合调试、性能检测及试验。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提出了一种全向态势感知动态目标模拟系统，目的在于设计一种全向态势感知动态目标模拟系统，用于生成光电系统在测试与半实物仿真试验过程中所需要的各种动、静态红外图像并向外辐射，用以激励被测光电系统的红外探测器成像，支持光电系统的搜索、捕获、告警、跟踪等性能指标验证，并为分布式孔径系统的图像拼接和告警算法开发调试提供支撑条件。
6.为了达到上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：
7.一种全向态势感知动态目标模拟系统，包括：
8.多个调整支架，分别用于固定一被测光电传感器；
9.多个中波红外动态目标模拟器，与各所述被测光电传感器对应设置，用于分别向一被测光电传感器输出其在同一空间场景中指定视点坐标、指定视角以及指定方向的红外场景图像；
10.图形工作站，与各所述中波红外动态目标模拟器通信连接，用于生成全向态势的红外场景图像并分割为多路图像分别输出至各所述中波红外动态目标模拟器。
11.进一步的，所述调整支架用于调整所述被测光电传感器的位置和姿态，使所述被测光电传感器的入瞳与所述中波红外动态目标模拟器出瞳对准。
12.进一步的，所述调整支架包括横向直线滑轨、纵向直线滑轨、航向转动机构、俯仰转动机构和安装面；所述横向直线滑轨的投影垂直于纵向直线滑轨；所述航向转动机构安装在所述横向直线滑轨或纵向直线滑轨上，用于带动所述俯仰转动机构以垂直于所述投影的投影面的转轴旋转；所述俯仰转动机构用于带动所述安装面以平行于所述投影面的转轴旋转；所述安装面用于安装多种所述被测光电传感器。
13.进一步的，各所述中波红外动态目标模拟器的总成像视场覆盖4π空间。
14.进一步的，所述中波红外动态目标模拟器为微反射镜阵列模拟器；所述中波红外动态目标模拟器为六组，成像视场角度均等于95
°×
95
°
。
15.进一步的，所述目标模拟系统还包括主控计算机；所述主控计算机包括态势生成模块和时钟同步模块；所述态势生成模块用于依据作战想定，生成目标与载机态势数据，并将态势数据通过反射内存网发送给所述图形工作站；所述时钟同步模块配置有ptp精确时钟同步协议获取系统主时钟时间，用于使主控计算机生成和存储的数据均带有时标信息。
16.进一步的，所述图形工作站包含视景生成模块和帧号处理模块；所述视景生成模块采用定时方式读取所述态势数据，并依据所述态势数据对应生成4π空间内的双色场景，按照所述被测光电传感器的数量及其在载机上的安装角度分割为相同数量的红外视频；所述红外视频通过视频输出接口分别输出给各所述中波红外动态目标模拟器；
17.所述帧号处理模块用于对所述红外视频的每帧图像增加16进制0-f循环的帧号标识，标识方式是将图像第一行第1像素的0～255灰度级分为16段，白色代表f，黑色代表0，模拟1位十六进制，所生成编码用于后续图像与态势数据对准；每帧图像第一行的第2像素用以标志该图像的波段特性，约定黑代表低波段，白代表高波段，所述中波红外动态目标模拟器依据波段特性把图像分别缓存入对应的缓存区，等待同步信号到来后送入微反射镜阵列进行刷新输出。
18.进一步的，所述图形工作站的缓存区采用fifo模式，并根据同步信号的上升、下降沿输出所述高波段图像、低波段图像。
19.进一步的，所述图形工作站将图像和态势数据发送至所述主控计算机的方法为：
20.通过将图像生成时刻的态势数据按照顺序在反射内存网上缓存，并对每帧图像添加帧号标识，使帧号标识与内存网缓存的态势数据一一对应；
21.在所述图形工作站生成图像的同时，图形工作站把对应的态势数据写入反射内存网上该帧号对应的地址空间，当中波红外动态目标模拟器开始辐出图像时，fpga通过解码图像获得该图像帧号，并通过并行口传输给主控计算机，主控计算机采用中断方式接收数据后根据帧号在内存网上获得对应的图形工作站写入的态势数据。
22.进一步的，主控计算机还用于在获得对应帧图像态势数据的同时，把从时钟同步模块获得的当前时间信息打包到一起进行存储，以获得所述中波红外动态目标模拟器向外辐射图像的准确时标。
23.采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：
24.本发明设计了一种全向态势感知动态目标模拟系统，可利用6台大视场中波红外动态目标模拟器为分布式孔径系统提供目标场景激励，可有效支撑导引头干扰效果评估技
术、全向分布式态势感知、红外定向对抗、辅助导航等多项关键技术的研究，并可为4π全球图像拼接提供真实的畸变数据。该系统可依据态势数据实时生成分布式孔径系统各传感器对应观测到的双色视景图像，为分布式孔径系统的综合调试、性能检测与评价提供综合测试条件，从而减少或部分代替外场性能测试，为加快告警类产品的研制进度，提高研制水平、降低成本提供有利条件；可有效支撑导引头干扰效果评估技术、全向分布式态势感知、红外定向对抗、辅助导航等多项关键技术的研究，并为4π全球图像拼接提供真实畸变数据，为图像拼接算法的开发调试提供可靠保障。
附图说明
25.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
26.图1为本发明具体实施方式中一种全向态势感知动态目标模拟系统的设备组成示意图；
27.图2为本发明具体实施方式中一种全向态势感知动态目标模拟系统的工作原理图；
28.其中：1、调整支架；2、中波红外动态目标模拟器；3、图形工作站；4、主控计算机。
具体实施方式
29.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
30.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
31.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
32.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
33.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的
技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
34.在本发明的一个实施例中，提出一种全向态势感知动态目标模拟系统，如图1所示，包括：
35.多个调整支架1，分别用于固定一被测光电传感器；
36.多个中波红外动态目标模拟器2，与各被测光电传感器对应设置，用于分别向一被测光电传感器输出其在同一空间场景中指定视点坐标、指定视角以及指定方向的红外场景图像；
37.图形工作站3，与各中波红外动态目标模拟器2通信连接，用于生成全向态势的红外场景图像并分割为多路图像分别输出至各中波红外动态目标模拟器2。
38.在本实施例中，调整支架1用于调整被测光电传感器的位置和姿态，使被测光电传感器的入瞳与中波红外动态目标模拟器2出瞳对准。
39.在本实施例中，调整支架1包括横向直线滑轨、纵向直线滑轨、航向转动机构、俯仰转动机构和安装面；横向直线滑轨的投影垂直于纵向直线滑轨；航向转动机构安装在横向直线滑轨或纵向直线滑轨上，用于带动俯仰转动机构以垂直于投影的投影面的转轴旋转；俯仰转动机构用于带动安装面以平行于投影面的转轴旋转；安装面用于安装多种被测光电传感器。
40.在本实施例中，各中波红外动态目标模拟器2的总成像视场覆盖4π空间。
41.在本实施例中，中波红外动态目标模拟器2为微反射镜阵列模拟器；中波红外动态目标模拟器2为六组，成像视场角度均等于95
°×
95
°
。
42.在本实施例中，目标模拟系统还包括主控计算机4；主控计算机4包括态势生成模块和时钟同步模块；态势生成模块用于依据作战想定，生成目标与载机态势数据，并将态势数据通过反射内存网发送给图形工作站3；时钟同步模块配置有ptp精确时钟同步协议获取系统主时钟时间，用于使主控计算机4生成和存储的数据均带有时标信息。
43.在本实施例中，图形工作站3包含视景生成模块和帧号处理模块；视景生成模块采用定时方式读取态势数据，并依据态势数据对应生成4π空间内的双色场景，按照被测光电传感器的数量及其在载机上的安装角度分割为相同数量的红外视频；红外视频通过视频输出接口分别输出给各中波红外动态目标模拟器2；
44.帧号处理模块用于对红外视频的每帧图像增加16进制0-f循环的帧号标识，标识方式是将图像第一行第1像素的0～255灰度级分为16段，白色代表f，黑色代表0，模拟1位十六进制，该编码用于后续图像与态势数据对准；每帧图像第一行的第2像素用以标志该图像的波段特性，约定黑代表低波段，白代表高波段，中波红外动态目标模拟器2依据波段特性把图像分别缓存入对应的缓存区，等待同步信号到来后送入微反射镜阵列进行刷新输出。
45.在本实施例中，图形工作站3的缓存区采用fifo模式，并根据同步信号的上升、下降沿输出高波段图像、低波段图像。
46.在本实施例中，图形工作站3将图像和态势数据发送至主控计算机4的方法为：
47.通过将图像生成时刻的态势数据按照顺序在反射内存网上缓存，并对每帧图像添加帧号标识，使帧号标识与内存网缓存的态势数据一一对应；
48.在图形工作站3生成图像的同时，图形工作站3把对应的态势数据写入反射内存网上该帧号对应的地址空间，当中波红外动态目标模拟器2开始辐出图像时，fpga通过解码图
像获得该图像帧号，并通过并行口传输给主控计算机4，主控计算机4采用中断方式接收数据后根据帧号在内存网上获得对应的图形工作站3写入的态势数据。
49.在本实施例中，主控计算机4还用于在获得对应帧图像态势数据的同时，把从时钟同步模块获得的当前时间信息打包到一起进行存储，以获得中波红外动态目标模拟器2向外辐射图像的准确时标。
50.进一步的说明：
51.如图1所示，本实施例一种全向态势感知动态目标模拟系统包括6台中波红外动态目标模拟器2(简称红外目标模拟器)、1台主控计算机4、1台图形工作站3，6台四维调整调整支架1。
52.图2是本实施例的工作原理图，其中：
53.主控计算机4依据作战想定生成目标与载机态势数据，将态势数据通过反射内存网发送给图形工作站3；时钟同步模块采用ptp精确时钟同步协议，获取系统主时钟时间，使主控计算机4生成和存储的数据均带有时标信息。
54.图形工作站3采用定时方式从反射内存网上读取目标态势数据，视景生成模块依据态势数据对应生成4π空间内的双色场景，系统仿真运行时结合机上传感器安装角，实时生成6个被测传感器对应方位观测到的视景图像；6路95
°×
95
°
的视频数据通过显卡的dp口同步输出给后续红外目标模拟器。
55.图形工作站3的帧号处理模块对每帧图像增加帧号标识(16进制0-f循环)，标注方式是将图像第一行第1像素的0～255灰度级分为16段，白色代表f，黑色代表0，中间色段依次代表1～e，用于模拟1位十六进制，该编码用于后续图像与态势数据对准，每帧图像第一行的第2像素用以标志该图像的波段特性，约定黑代表低波段、白代表高波段。
56.图像到达红外目标模拟器后，红外目标模拟器会根据其高低波段标志存放到对应的模拟器缓存空间，当同步器接收到同步触发信号后，根据跳变沿将对应波段的图像送入dmd进行刷新输出，高电平代表图像为高波段，低电平代表图像为低波段。红外目标模拟器开始输出图像的同时，通过解码图像获得该图像帧号。
57.每台红外目标模拟器具有两个缓存队列，分别为高波段缓存区和低波段缓存区，每个缓存区均采用fifo(先入先出)工作模式。每个波段的缓存区深度≥4，以避免读写冲突以及时间误差累计造成的缓存溢出。采用fpga作为核心器件开发数据处理器，实现6路并行数据的接收缓存及处理，实现数据写入与输出的并行操作。每台红外目标模拟器有自己独立的并行口，工作方式相同。并行口的首位是数据锁存信号，用于触发主控计算机4中断，后4位用于传输帧号，可表示最大数据0xf，与图形工作站3给图像的帧号编码的范围相同。6台模拟器的六路数据帧号是相同的，把六个并口的数据都接回主控计算机4，只使用首先到达的一路数据。
58.主控计算机4响应并口中断，到反射内存网读取该帧号对应的态势数据，同时读取时钟卡获得当前时间信息，将态势数据和时间信息打包进行存储，用于后续进行实验数据分析时通过时间信息检索被测光电产品上报的告警信息，完成告警角精度、响应时间、虚警率等性能指标的定量评估。
59.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应
涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。