紅外成像和傳感器仿真軟件解決方案
背景
偵察與預(yù)警是指在各種戰(zhàn)場環(huán)境下,利用星載、機(jī)載和艦載的光電/紅外/雷達(dá)傳感器,依據(jù)目標(biāo)與所處背景的特征差異,發(fā)現(xiàn)、識別、監(jiān)視、跟蹤、定位及制導(dǎo)打擊敵方各種目標(biāo)的技術(shù)。
傳感器模擬與仿真流程
SensorFX產(chǎn)品的功能是在計算機(jī)上實現(xiàn)各種戰(zhàn)場環(huán)境下,光電、紅外、雷達(dá)等常用傳感器偵察與預(yù)警視景的模擬與仿真(M&S)應(yīng)用軟件。可對用戶導(dǎo)入的衛(wèi)星影像、RGB格式的圖片或三維視景,利用自帶的強(qiáng)大材質(zhì)庫(Material Library)就行材質(zhì)分類,結(jié)合用戶利用GUI輸入的戰(zhàn)場環(huán)境參數(shù),通過軟件內(nèi)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(jìn)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(zhǔn)確性:
材質(zhì)庫豐富的材質(zhì)庫(Material Library):材質(zhì)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(zhì)(見圖2)。提供每種材料的材料光學(xué)、熱物理和電磁性能參數(shù),如比熱、熱導(dǎo)率、比熱、潛熱等參數(shù);多種地形、地理位置(經(jīng)緯度)大氣參數(shù);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(qiáng)度/RF噪聲、LOS散射輻射亮度、完全瞬態(tài)熱模型中的材料溫度、定向反射率和發(fā)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(shù)、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(shù),季節(jié)和日期;運(yùn)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(shù)據(jù)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(dú)立熱量源,能夠獨(dú)立的識別出該活動的熱量區(qū)域,并能夠設(shè)置最高的加熱溫度,當(dāng)機(jī)動車輛啟動時,可以隨著加熱時間的推進(jìn)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(jié)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(yīng)用MODTRAN大氣輻射傳輸模型,可以進(jìn)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(yīng)用案例
場景描述:機(jī)載紅外攝像機(jī)在白天和夜晚兩個時段對地面敵方重要設(shè)施的進(jìn)行偵察。
原始輸入圖片:飛機(jī)航拍可見光照片。
搜索目標(biāo):經(jīng)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(jī)。
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(jīng)過偽裝,但是溫度明顯高于周圍背景,紅外輻射強(qiáng)度與背景有明顯的差異,易被紅外攝像機(jī)捕獲(見圖3上中)。正午的溫度在所有拍攝時段內(nèi)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(jīng)偽裝的燃料庫的紅外傳感器偵察與識別模擬與仿真結(jié)果顯示
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