CN103971606B - 球面p4异形led地球目标动态模拟显示方法及系统 - Google Patents
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Abstract
球面P4异形LED地球目标动态模拟显示方法及系统，涉及光电成像技术领域，解决现有动态成像靶标系统的仿真实验无法实现卫星绕飞的相对运动与天体地球自转运动合成的仿真问题，系统主要包括LED成像系统和动态靶标仿真系统；所述的动态靶标仿真系统主要包括服务器，大容量硬盘、显卡，发送卡和VC软件处理系统；LED成像系统包括LED成像显示屏，消影电路，接收卡，LED发光隔离板；本方法通过对地球曲率缩放，成像靶标尺寸及异形设计，航天器大角度机动与地物目标的相对运动变化，航天相机行转移时间匹配，靶标像元拼接精度，动态靶标运动精度等，使航天相机对模拟地球进行地面动态仿真成像实验成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及光电成像技术领域，具体涉及球面P4异形LED显示屏模拟航天TDICCD相机大角度机动成像过程中地球曲率和地物目标相对运动变化的显示系统。
背景技术
空间光学遥感技术的研究是一项高风险、高投入、高度复杂而又高精度的系统工程，为保证空间光学相机成像性能，必须在地面进行全面、深入可靠的理论研究与物理仿真实验研究。航天器在轨运行时绕地球中心旋转飞行，对地成像过程中，存在卫星绕飞的相对运动，天体地球自转运动以及地球球体形状不规则等问题，地面仿真对地球成像实验，动态靶标的真实可靠性成为地面物理仿真实验的关键。
现阶段航天TDICCD相机成像靶标系统均为静态或动态平面的靶标系统，专利号CN201110087063.1，名称为《基于LED显示的光学靶标系统》的专利，涉及一种基于LED显示的光学靶标系统，采用LED显示器件取代传统靶标的靶纸或靶布，可以随时更改动态显示内容而无需更换靶纸，靶板亮度高，还可以根据需要进行单色或彩色显示，显示精度可控，满足仪器精度测试和目标识别跟踪测试的需求。专利号CN201110445107.3，名称为《一种TDICCD相机动态成像的模拟装置》，装置中面阵CCD相机对动态平面靶标面实时成像，并将成像结果通过无线局域网络实时下传至台下仿真计算机，仿真计算机使用下传的图像及相应时刻的姿态信息，利用线阵推扫处理算法，可实现对不同级数TDICCD相机动态成像模拟。专利号CN200910093764.9，名称为《一种自适应靶标装置及实现方法》，多见于数码跟踪测量单元和靶标驱动单元与数据采集发送处理单元连接，靶标驱动单元与数码跟踪测量单元以远程拍摄获取图像方式建立联系，数码跟踪测量单元拍摄靶标驱动单元中带有中心线结构特征的平面投影图像，将带有中心线结构特征的平面投影图像发给数据采集发送处理单元；或电机带动滚动式图纸靶标恒定速度运动。专利号CN201110098357.4，名称为《高精度光学动态靶标装置》，涉及多功能复用激光自准直仪在模拟空间运动目标的同时，作为主动测角单元，结合外置固定参考反射镜将光学动态靶标轴系的晃动转换成二维角度的动态变化，在线测量由动态靶标轴系晃动引起的动态误差量，计算机根据轴系晃动误差实时修正光学动态靶标的静态标定值，准确确定任意时刻动态靶标的空间角度。
上述技术方案只能针对动态平面成像目标进行地面物理仿真实验，无法满足卫星绕飞的相对运动与天体地球自转运动合成的仿真实验需求，不能解决航天TDICCD大角度机动成像的地球曲率和地物目标相对运动变化的问题。
发明内容
本发明为解决现有动态成像靶标系统的仿真实验无法实现卫星绕飞的相对运动与天体地球自转运动合成的仿真，为了克服现有航天TDICCD相机大角度成像地面仿真靶标无法模拟地球曲率与地物目标相对运动变化的技术问题，提供一种球面P4异形LED地球目标动态模拟显示方法及系统。
球面P4异形LED地球目标动态模拟显示方法，该方法由以下步骤实现：
步骤一、根据地球曲率半径R对球面P4异形LED成像系统进行匹配计算，所述地球曲率缩放倍数为B，设定球面P4异形LED成像系统的曲率半径r为：r＝R/B，
步骤二、设定球面P4异形LED显示屏像素尺寸A和刈幅M×N，用下式表示为：
A＝a×L/f；
M＝2×L×tanθ；
式中，θ为TDICCD光学相机俯仰方向角度；为TDICCD光学相机侧摆方向角度；L为物距；a为像元尺寸；f为相机焦距；
并根据步骤一所述的LED成像系统的曲率半径r以及步骤二中的像素尺寸A，确定球面P4异形LED显示屏的球面中心与边缘之间的距离，用公式表示为：
dM＝r-r×cos(M/r/2)
dN＝r-r×cos(N/r/2)；
式中，dM为LED显示屏宽度方向中心与边缘尺寸的距离；dN为LED显示屏长度方向中心与边缘尺寸的距离；
步骤三、设定飞行器与地球的相对地速及LED靶标行转移时间的关系为：
V＝a×F×L/f
T＝A×f/a/F/L；
式中，F为TDICCD光学相机的行转移频率，V为球面P4异形LED成像系统中动态图像的运动速度，T为动态运动图像经过球面P4异形LED每个像素的时间；
步骤四、根据步骤二中显示屏的像素尺寸A，以及步骤三中动态运动图像经过球面P4异形LED显示屏每个像素的时间T，获得球面P4异形LED显示屏模组拼接的精度dA，以及球面P4异形LED动态靶标动态图像的运动精度dT；实现动态模拟显示；
dA＝A/NN，dT＝T/NN
式中，NN为TDICCD光学相机积分级数。
球面P4异形LED地球目标动态模拟显示系统，包括LED成像系统和动态靶标仿真系统，所述动态靶标仿真系统包括服务器以及集成在服务器中的显卡、发送卡、处理器和硬盘组成，通过处理器生成高精度动态运动图像，所述发送卡将动态运动图像发送至LED成像系统；所述LED成像系统包括LED显示屏、消影电路、接收卡和LED光隔离板，所述接收卡用于接收动态靶标仿真系统中发送卡传送的动态图像，消影电路用于消除动态靶标图像的拖影和不均匀性，LED光隔离板用于消除LED光源之间的串扰；所述LED显示屏与动态靶标仿真系统中的服务器连接，用于显示动态靶标图像。
本发明的有益效果：本发明所述的球面P4异形LED地球目标模拟显示系统，综合考虑地球曲率，成像靶标尺寸设计，航天器大角度机动与地物目标的相对运动变化，航天TDICCD相机行转移时间匹配，靶标像元拼接精度，动态靶标图像运动精度，使航天TDICCD相机对地球大角度机动成像地面动态仿真实验成为可能。在航天相机动态成像领域以及军工光学技术领域为地面全面物理仿真实验提供一套真实可靠地球目标动态模拟系统，填补了我国航天TDICCD相机对地球目标模拟仿真成像系统方面成像环境的空缺。
附图说明
图1为本发明所述的球面P4异形LED地球目标动态模拟显示系统的结构示意图；
图2为本发明所述的球面P4异形LED地球目标动态模拟显示方法中球面P4异形LED显示屏曲率示意图；
图3为本发明所述的球面P4异形LED地球目标动态模拟显示方法中球面P4异形LED显示屏尺寸设计图；
图4为本发明所述的球面P4异形LED地球目标动态模拟显示方法中LED显示屏宽度方向中心与边缘尺寸距离；
图5为本发明所述的球面P4异形LED地球目标动态模拟显示方法中LED显示屏长度方向中心与边缘尺寸距离；
图6为本发明所述的球面P4异形LED地球目标动态模拟显示方法中球面P4异形LED显示屏刈幅方向中心与边缘尺寸距离。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，球面P4异形LED地球目标动态模拟显示系统，主要包括LED成像系统和动态靶标仿真系统；所述的动态靶标仿真系统主要包括服务器，大容量硬盘、特制显卡，发送卡和VC软件处理系统；所述大容量硬盘和特制显卡安装于服务器中，所述VC软件处理系统安装于服务器系统中，用于生成高精度运动图像；所述发送卡用于将动态图像发送至LED成像系统，所述LED成像系统主要包括LED成像显示屏及电路，消影电路，接收卡，LED发光隔离板。所述LED成像显示屏及电路与服务器相连通，用于显示动态靶标图像，所述接收卡用于接收动态靶标图像，所述消影电路用于消除动态靶标图像的拖影和不均匀性，所述LED发光隔离板用于消除LED光源之间的串扰。
具体实施方式二、结合图2至图6说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的球面P4异形LED地球目标动态模拟显示系统的显示方法，该方法由以下步骤实现：
步骤一、依据地球曲率半径R对LED成像系统进行匹配计算，地球曲率缩放倍数为B，结合图2，为满足与地球形状相同效果，球面LED曲率半径r设计为
r＝R/B；
步骤二、依据航天TDICCD光学相机参数设计球面P4异形LED显示屏幕对应的像素尺寸A和刈幅M×N，计算方法如下所示：
A＝a×L/f；
M＝2×L×tanθ；
式中，θ为相机俯仰方向角度；为相机侧摆方向角度；L为物距；a为像元尺寸；f为相机焦距。
步骤三、确定P4异形LED屏幕尺寸的同时，需要确定异形LED屏幕球面中心与边缘之间的距离，结合图4至图6，计算方法如下：
dM＝r-r×cos(M/r/2)
dN＝r-r×cos(N/r/2)
式中，dM为LED显示屏宽度方向中心与边缘尺寸的距离；dN为LED显示屏长度方向中心与边缘尺寸的距离；
步骤四、飞行器与地球之间相对地速及LED靶标行转移时间设计分析
V＝a×F×L/f
T＝A×f/a/F/L
F为TDICCD相机的行转移频率，V为球面P4异形LED动态图像运动速度，T为动态运动图像经过球面P4异形LED每个像素的时间。
步骤五、球面P4异形LED屏幕模组拼接精度dA要求，球面P4异形LED动态靶标动态图像运动精度dT要求
dA＝A/NN，dT＝T/NN
NN为TDICCD相机积分级数。
具体实施方式三、结合图2至图6说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式二所述的球面P4异形LED地球目标动态模拟显示方法，首先考虑地球原始参数，地球半径：R＝6400km；选取B＝200000倍；
r＝R/B＝32m
二、根据TDICCD相机参数，屏幕对应的像素尺寸A和刈幅M×N，计算方法如下所示：
A＝a×L/f＝8.75μm×2.75m/6mm＝4mm；
M＝2×L×tanθ＝2×2.75m×tan(35)＝3.9m；
三、球面P4异形LED显示屏宽度方向中心和长度方向中心与边缘尺寸距离：
dM＝r-r×cos(M/r/2)＝6cm
dN＝r-r×cos(N/r/2)＝2.6cm
四、飞行器与地球之间相对地速及LED靶标行转移时间设计分析：
V＝a×F×L/f/A＝8.75μm×20×2.75m/6mm/4mm＝0.175mm/s
T＝A×f/a/F/L＝4mm×6mm/8.75/20/2.75m＝50ms
五、LED屏幕模组拼接精度和动态靶标动态图像运动精度要求：
dA＝A/NN＝4mm/16＝0.25mm
dT＝T/NN＝50ms/16＝3ms。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (2)
1.球面P4异形LED地球目标动态模拟显示方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：
步骤一、根据地球曲率半径R对球面P4异形LED成像系统进行匹配计算，地球曲率缩放倍数为B，设定球面P4异形LED成像系统的曲率半径r为：r＝R/B，
步骤二、设定球面P4异形LED显示屏像素尺寸A和刈幅M×N，用下式表示为：
A＝a×L/f；
M＝2×L×tanθ；
式中，θ为TDICCD光学相机俯仰方向角度；为TDICCD光学相机侧摆方向角度；L为物距；a为像元尺寸；f为相机焦距；
并根据步骤一所述的LED成像系统的曲率半径r以及步骤二中的像素尺寸A，确定球面P4异形LED显示屏的球面中心与边缘之间的距离，用公式表示为：
dM＝r-r×cos(M/r/2)
dN＝r-r×cos(N/r/2)；
式中，dM为LED显示屏宽度方向中心与边缘尺寸的距离；dN为LED显示屏长度方向中心与边缘尺寸的距离；
步骤三、设定飞行器与地球的相对地速及LED靶标行转移时间的关系为：
V＝a×F×L/f
T＝A×f/a/F/L；
式中，F为TDICCD光学相机的行转移频率，V为球面P4异形LED成像系统中动态图像的运动速度，T为动态运动图像经过球面P4异形LED每个像素的时间；
步骤四、根据步骤二中显示屏的像素尺寸A，以及步骤三中动态运动图像经过球面P4异形LED显示屏每个像素的时间T，获得球面P4异形LED显示屏模组拼接的精度dA，以及球面P4异形LED动态靶标动态图像的运动精度dT；实现动态模拟显示；
dA＝A/NN，dT＝T/NN；
式中，NN为TDICCD光学相机积分级数。
2.根据权利要求1所述的球面P4异形LED地球目标动态模拟显示方法的系统，其特征在于，包括LED成像系统和动态靶标仿真系统，所述动态靶标仿真系统包括服务器以及集成在服务器中的显卡、发送卡、处理器和硬盘组成，通过处理器生成高精度动态运动图像，所述发送卡将动态运动图像发送至LED成像系统；所述LED成像系统包括LED显示屏、消影电路、接收卡和LED光隔离板，所述接收卡用于接收动态靶标仿真系统中发送卡传送的动态图像，消影电路用于消除动态靶标图像的拖影和不均匀性，LED光隔离板用于消除LED光源之间的串扰；所述LED显示屏与动态靶标仿真系统中的服务器连接，用于显示动态靶标图像。
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