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红外成像和传感器仿真软件解决方案

日期:2016/10/29

背景

  侦察与预警是指在各种战场环境下,利用星载、机载和舰载的光电/红外/雷达传感器,依据目标与所处背景的特征差异,发现、识别、监视、跟踪、定位及制导打击敌方各种目标的技术。

 

传感器模拟与仿真流程

  SensorFX产品的功能是在计算机上实现各种战场环境下,光电、红外、雷达等常用传感器侦察与预警视景的模拟与仿真(M&S)应用软件。可对用户导入的卫星影像、RGB格式的图片或三维视景,利用自带的强大材质库(Material Library)就行材质分类,结合用户利用GUI输入的战场环境参数,通过软件内嵌的传感器效果模拟与仿真物理引擎计算原始影像的红外/电磁辐射量,并进行图像记录和显示。模拟与仿真的具体流程见图1。

  

图1 SensorFX传感器模拟与仿真流程图

 

  在以上仿真流程中,具有以下5大功能模块保证了模拟与仿真的真实性和准确性:

  材质库丰富的材质库(Material Library):材质库涵盖仿真实体的各种组成材料;库中涉及300多种实体材料类型,涵盖地表植物、水体、建筑物、五金、橡胶、土壤等材质(见图2)。提供每种材料的材料光学、热物理和电磁性能参数,如比热、热导率、比热、潜热等参数;多种地形、地理位置(经纬度)大气参数;多种光源。如太阳、月光和月光等自然光源和人造光源。

  

 

  SigSim实时传感器LOS物理引擎:在模拟仿真过程中,可计算LOS EO/IR/RF 大气透过率、LOS大气路径辐射强度/RF噪声、LOS散射辐射亮度、完全瞬态热模型中的材料温度、定向反射率和发射率、反射RF能量、表面辐射亮度、孔径辐射亮度和孔径RF能量。

  大气文件编辑器:用户可自定义大气层数、压力、温度、湿度以及分子组分浓度;雨层,雨层;波长范围;仿真情景的地理位置参数,季节和日期;运行模式选择(多重散射,海军气溶胶模型)。

  GenesisMC材料分类工具:Genesis MC是智能的半自动的材料分类工具,对输入的图像能够利用纹理材料映射数据描述模型表面材料的辐射信息。针对3D模型的引擎、轮胎、灯等独立热量源,能够独立的识别出该活动的热量区域,并能够设置最高的加热温度,当机动车辆启动时,可以随着加热时间的推进而逐步加热,并随着引擎的熄火而逐步冷却。

  Modtran辐射传输模块:可以计算大气透过率和任意大气路径的辐射亮度,光谱范围从0.2μm的紫外、可见、红外到毫米波段,光谱分辨率为1cm-1。MODTRAN针对不同的地理纬度位置和季节气候,提供了10种大气模式, 每种大气模式各自定义了大气压、 温度和从海平面到120km高度的50层大气中25种气体的混合比。同样,对气溶胶也提供了12种模式。应用MODTRAN大气辐射传输模型,可以进行从空载测量高度到地面高度的大气辐射传输修正和从地面高度到传感器高度的大气修正。

 

模拟与仿真应用案例

  场景描述:机载红外摄像机在白天和夜晚两个时段对地面敌方重要设施的进行侦察。

  原始输入图片:飞机航拍可见光照片。

  搜索目标:经伪装的敌方燃料库。

  背景:树林,沙地及普通建筑物。

  模拟红外传感器类型:长波(8-9μm)红外摄像机。

  仿真输出图片:

  某日上午4点和10点长波红外热图2张;

  下午4点和10点的长波红外热图2张;

  正午12点(Noon)红外热图1张(见图3上右);

  夜视效果图像1张(见图3下右)。

  上午十点由于太阳的照射,燃料库温度升高,虽然经过伪装,但是温度明显高于周围背景,红外辐射强度与背景有明显的差异,易被红外摄像机捕获(见图3上中)。正午的温度在所有拍摄时段内是最高的,所以燃料库与周围地物的红外差异最明显(见图3上右)。

  

图3 敌方经伪装的燃料库的红外传感器侦察与识别模拟与仿真结果显示

所属类别: 综合环境场景仿真

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