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紅外成像和傳感器仿真軟件解決方案

日期:2016/10/29

背景

  偵察與預警是指在各種戰場環境下,利用星載、機載和艦載的光電/紅外/雷達傳感器,依據目標與所處背景的特征差異,發現、識別、監視、跟蹤、定位及制導打擊敵方各種目標的技術。

 

傳感器模擬與仿真流程

  SensorFX產品的功能是在計算機上實現各種戰場環境下,光電、紅外、雷達等常用傳感器偵察與預警視景的模擬與仿真(M&S)應用軟件。可對用戶導入的衛星影像、RGB格式的圖片或三維視景,利用自帶的強大材質庫(Material Library)就行材質分類,結合用戶利用GUI輸入的戰場環境參數,通過軟件內嵌的傳感器效果模擬與仿真物理引擎計算原始影像的紅外/電磁輻射量,并進行圖像記錄和顯示。模擬與仿真的具體流程見圖1。

  

圖1 SensorFX傳感器模擬與仿真流程圖

 

  在以上仿真流程中,具有以下5大功能模塊保證了模擬與仿真的真實性和準確性:

  材質庫豐富的材質庫(Material Library):材質庫涵蓋仿真實體的各種組成材料;庫中涉及300多種實體材料類型,涵蓋地表植物、水體、建筑物、五金、橡膠、土壤等材質(見圖2)。提供每種材料的材料光學、熱物理和電磁性能參數,如比熱、熱導率、比熱、潛熱等參數;多種地形、地理位置(經緯度)大氣參數;多種光源。如太陽、月光和月光等自然光源和人造光源。

  

 

  SigSim實時傳感器LOS物理引擎:在模擬仿真過程中,可計算LOS EO/IR/RF 大氣透過率、LOS大氣路徑輻射強度/RF噪聲、LOS散射輻射亮度、完全瞬態熱模型中的材料溫度、定向反射率和發射率、反射RF能量、表面輻射亮度、孔徑輻射亮度和孔徑RF能量。

  大氣文件編輯器:用戶可自定義大氣層數、壓力、溫度、濕度以及分子組分濃度;雨層,雨層;波長范圍;仿真情景的地理位置參數,季節和日期;運行模式選擇(多重散射,海軍氣溶膠模型)。

  GenesisMC材料分類工具:Genesis MC是智能的半自動的材料分類工具,對輸入的圖像能夠利用紋理材料映射數據描述模型表面材料的輻射信息。針對3D模型的引擎、輪胎、燈等獨立熱量源,能夠獨立的識別出該活動的熱量區域,并能夠設置最高的加熱溫度,當機動車輛啟動時,可以隨著加熱時間的推進而逐步加熱,并隨著引擎的熄火而逐步冷卻。

  Modtran輻射傳輸模塊:可以計算大氣透過率和任意大氣路徑的輻射亮度,光譜范圍從0.2μm的紫外、可見、紅外到毫米波段,光譜分辨率為1cm-1。MODTRAN針對不同的地理緯度位置和季節氣候,提供了10種大氣模式, 每種大氣模式各自定義了大氣壓、 溫度和從海平面到120km高度的50層大氣中25種氣體的混合比。同樣,對氣溶膠也提供了12種模式。應用MODTRAN大氣輻射傳輸模型,可以進行從空載測量高度到地面高度的大氣輻射傳輸修正和從地面高度到傳感器高度的大氣修正。

 

模擬與仿真應用案例

  場景描述:機載紅外攝像機在白天和夜晚兩個時段對地面敵方重要設施的進行偵察。

  原始輸入圖片:飛機航拍可見光照片。

  搜索目標:經偽裝的敵方燃料庫。

  背景:樹林,沙地及普通建筑物。

  模擬紅外傳感器類型:長波(8-9μm)紅外攝像機。

  仿真輸出圖片:

  某日上午4點和10點長波紅外熱圖2張;

  下午4點和10點的長波紅外熱圖2張;

  正午12點(Noon)紅外熱圖1張(見圖3上右);

  夜視效果圖像1張(見圖3下右)。

  上午十點由于太陽的照射,燃料庫溫度升高,雖然經過偽裝,但是溫度明顯高于周圍背景,紅外輻射強度與背景有明顯的差異,易被紅外攝像機捕獲(見圖3上中)。正午的溫度在所有拍攝時段內是最高的,所以燃料庫與周圍地物的紅外差異最明顯(見圖3上右)。

  

圖3 敵方經偽裝的燃料庫的紅外傳感器偵察與識別模擬與仿真結果顯示

所屬類別: 綜合環境場景仿真

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