CN105373011A - 检测光电跟踪设备的实时仿真系统和计算机 - Google Patents

检测光电跟踪设备的实时仿真系统和计算机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种检测光电跟踪设备的实时仿真系统和计算机,该实时仿真系统包括数据采集卡,用于接收光电跟踪设备状态信息;仿真处理计算机,用于根据所述数据采集卡接收的所述设备状态信息设置窗口指向;采集所述光电跟踪设备的单杆控制信息,根据所述单杆控制信息模拟设备视轴姿态变化过程,设置视轴姿态;并根据环境配置和目标特性及轨迹设置对场景进行实时渲染,生成仿真目标信息和仿真图像;以及显示器,用于显示所述仿真处理计算机生成的所述仿真图像;以及视频输出卡,用于输出所述仿真图像。本发明在光电跟踪设备研制过程中,对各电控系统进行联合测试,提高研制效率;在接近真实环境下训练,针对各种不同目标进行模拟训练,提高操作手技能;在系统维护阶段,对各电控系统进行性能测试,及时发现问题。

Description

检测光电跟踪设备的实时仿真系统和计算机
技术领域
[0001] 本发明涉及仿真领域,特别地,涉及一种检测光电跟踪设备的实时仿真系统。此夕卜,本发明还涉及一种包括上述检测光电跟踪设备的实时仿真系统的计算机。
背景技术
[0002] 大型光电望远镜、光电测控经玮仪、机载吊舱、光电火控设备等都是光电跟踪设备,并通过光电跟踪系统以实现对目标的自动跟踪测量。光电跟踪设备由光学望远系统、光电成像传感器、图像跟踪器、转台、以及伺服控制器等组成。光学望远系统及光电成像传感器用于获取目标及背景图像;图像跟踪器用于提取并跟踪目标;伺服控制器根据目标脱靶量,驱动转台实现对目标的闭环跟踪。伴随着科学技术的发展,对光电跟踪设备在性能上也提出了越来越高的要求,同时在光电跟踪设备的室内检测、测试、调试和训练过程中,需要提供合作目标。目前,光电设备在研制过程中,室内仿真测试的方法主要有数值仿真和实物目标仿真两类,但这两种方法均存在局限性,对于高机动性目标的运动特征很难完全逼近;另外在外场通常采用信号弹、气球靶、飞机或实弹进行系统性能测试,这不仅耗费巨大而且存在着风险,而且无法有针对性测试光电跟踪设备各分系统关键性能。在实际测量任务中,所用的导弹和靶机成本较高,如果是由于操作手的失误,导致整个测试的失败,这将会造成不可弥补的损失。所以需要对操作手进行针对性的训练,以提高其操作技能,确保能胜利完成测量任务,但采用信号弹或靶机进行训练的话,会产生较大的训练成本;另外在全虚拟仿真环境下训练,又会跟实际效果有一定的差距。
[0003] 因此,在光电跟踪设备研制过程中,在室内需要提供一种有效的系统来对光电跟踪设备的各个电控系统进行联合测试,以便能及时发现问题,提高研制效率。同时对于操作手训练,一是要降低训练成本,二是要在接近真实环境下训练,并针对各种不同目标进行模拟训练,以提尚操作手技能。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种检测光电跟踪设备的实时仿真系统和计算机,以对光电跟踪设备进行实时检测并提高操作手的有效训练问题。
[0005] 本发明采用的技术方案如下:
一种检测光电跟踪设备的实时仿真系统,包括:
数据采集卡,用于接收光电跟踪设备状态信息;
仿真处理计算机,用于根据数据采集卡接收的设备状态信息设置窗口指向;采集光电跟踪设备的单杆控制信息,根据单杆控制信息模拟设备视轴姿态变化过程,设置视轴姿态;并根据环境配置和目标轨迹设置对场景进行实时渲染,生成仿真目标信息和仿真图像;以及
显示器,用于显示仿真处理计算机生成的仿真图像。
[0006] 进一步地,数据采集卡为四路数据通道,第一路用于接收设备状态信息;第二路用于向仿真处理计算机发送固定频率的外同步信号;第三路用于接收仿真处理计算机返回的仿真目标信息;第四路用于根据仿真目标信息,发送仿真目标引导信息。
[0007] 进一步地,数据采集卡用于将仿真目标引导信息发送给光电跟踪设备的伺服系统、并接收光电跟踪设备的测角系统发出的设备状态信息。
[0008] 进一步地,显示器,还用于通过人机交互界面修改环境配置和目标轨迹设置。
[0009] 进一步地,实时仿真系统还包括:
视频输出卡,用于接收仿真处理计算机发送的仿真图像,并将仿真图像转发给光电跟踪设备的图像跟踪处理系统。
[0010] 进一步地,视频输出卡,支持PAL制式、Cameralink视频格式输出。
[0011] 进一步地,仿真处理计算机采用多线程框架结构,包括数据采集线程、仿真单杆执行结果线程、实时仿真渲染线程和仿真输出线程,
数据采集线程,用于对设备状态信息进行解码、对仿真目标信息进行编码;
仿真单杆执行结果线程,用于根据单杆控制信息,模拟设备视轴姿态变化过程,输出变化后的视轴姿态信息;
实时仿真渲染线程,用于根据环境配置、目标轨迹设置对场景进行实时渲染,根据视轴姿态信息设置窗口指向,在显示器中实时显示仿真效果;
仿真输出线程,用于对仿真图像进行编辑,生成视频输出卡支持的格式图像,并将格式图像传递给视频输出卡。
[0012] 进一步地,数据采集线程还用于将获取的外同步触发事件作为实时仿真渲染线程和仿真单杆执行结果线程的触发源,并在实时仿真渲染线程完成当前帧仿真渲染时生成触发事件作为仿真输出线程的触发源。
[0013] 进一步地,仿真处理计算机包括,
跟踪模式设置模块,用于设置不同的工作模式,工作模式包括手动仿真跟踪模式、手动实物跟踪模式、闭环跟踪模式和维护检查模式;
仿真数据分析模块,用于在不同的工作模式下将仿真图像的数据和事先预设的真实目标的理论数据进行比对分析,以检测光电跟踪设备的性能状态。
[0014]
根据本发明的另一方面,还提供了一种计算机,其包括上述实时仿真系统。
[0015] 本发明具有的有益效果如下:
1、接入研制中光电跟踪设备,可对除光学系统及探测器采集系统外各系统进行联合测试,从而及时发现问题,提高研制效率;
2、在光电跟踪设备的基础上进行仿真训练,从而降低操作手训练成本;
3、根据环境配置和目标轨迹设置对场景进行实时渲染,在接近真实环境下训练,针对各种不同目标进行模拟训练,提高操作手技能。
[0016] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
[0017] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明检测光电跟踪设备的实时仿真系统第一实施例的硬件结构框图;
图2为本发明检测光电跟踪设备的实时仿真系统第二实施例的硬件结构框图;
图3为图1中所述仿真处理计算机优选实施例的功能模块框图;
图4为本发明检测光电跟踪设备的实时仿真系统与光电跟踪设备连接示意图。
具体实施方式
[0018] 需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0019] 参照图1,本发明的第一实施例提供了一种检测光电跟踪设备的实时仿真系统,包括:
数据采集卡10,用于接收光电跟踪设备的设备状态信息;仿真处理计算机20,用于接收光电跟踪设备的单杆控制信息,并根据单杆控制信息模拟设备视轴姿态变化过程,设置视轴姿态;根据环境配置和目标轨迹设置对场景进行实时渲染;根据数据采集卡10接收的设备状态信息设置窗口指向;并结合视轴姿态、场景和窗口指向,生成仿真目标信息和仿真图像;以及显示器30,用于显示仿真处理计算机20生成的仿真图像。其中,仿真处理计算机20包含可编程GPU (Graphics processing unit,图形处理器)显卡。本实施例提供的检测光电跟踪设备的实时仿真系统,对光电跟踪设备各电控系统的性能进行实时检测,使操作手在接近真实环境的仿真场景中进行仿真训练,提高操作手技能。
[0020] 如图2和图3所示,本发明第二实施例提供的检测光电跟踪设备的实时仿真系统,硬件平台为一台工控机,配备有具可编程GPU显卡的仿真处理计算机20、四路数据采集卡10、支持PAL (帕尔制)制式、Cameralink等数字/模拟视频的视频输出卡40 (图像帧频、格式可以根据需要设置)和一台显示实时仿真图像及人机交互界面的显示器30。软件部分,采用多线程框架结构,包括数据采集线程21、仿真单杆执行结果线程22、实时仿真渲染线程23、和仿真输出线程24,实现实时渲染。视景仿真渲染采用Vega Prime作为驱动。
[0021] 本实施例提供的检测光电跟踪设备的实时仿真系统对外接口独立,以图4所示方式直接接入实际的光电跟踪设备中,进行光电跟踪设备各电控系统联合测试,检验各电控系统性能,具体地,光电跟踪设备包括图像跟踪处理系统、单杆控制系统、伺服控制系统、执行机构和测角系统,其中,图像跟踪处理系统与视频输出卡40相连,用获取仿真图像计算脱靶量信息并传输给伺服系统;单杆控制系统和数据采集卡10相连,用于将单杆控制信息发送给数据采集卡10 ;伺服控制系统与数据采集卡10和执行机构相连,用于根据数据采集卡10发送过来的仿真目标引导信息,对执行机构进行适时调整;测角系统,与数据采集卡10相连,用于将设备状态信息传输给数据采集卡10。
[0022] 本实时仿真系统的仿真处理计算机设置有四种工作模式,分别为手动仿真跟踪模式、手动实物跟踪模式、闭环跟踪模式和维护检查模式。其中,单杆控制系统与数据采集卡10相连,不进行实际设备控制时,构成手动仿真跟踪模式;单杆控制系统、伺服控制系统、执行机构、测角系统和数据采集卡10相连,由单杆进行实际设备控制,构成手动实物跟踪模式;视频输出卡40、图像跟踪处理系统、伺控制系统、执行机构和测角系统和数据采集卡10按顺序串连,构成闭环跟踪模式;数据采集卡10、伺服系统、执行机构和测角系统相连或以上三种任一种模式结合仿真数据分析模块26构成维护检查模式。
[0023] 本实施例提供的检测光电跟踪设备的实时仿真系统的工作原理如下所示:
启动仿真程序,开启数据采集线程21对数据采集卡10接收的单杆控制信息进行解码;
同时接收外同步信号,并对测角系统发送的设备状态信息进行解码;开启仿真单杆执行结果线程22,等待数据采集线程21传送过来的外同步信号,根据接收的单杆控制信息,模拟出实际设备视轴变化,设置视轴姿态;开启实时仿真渲染线程23,等待数据采集线程21传送过来的外同步信号,进行场景渲染,根据设备视轴指向设置仿真窗口指向,向数据采集线程21发送仿真目标信息,在显示器30中显示渲染效果图像;开启仿真图像输出线程24,对当前帧仿真图像进行处理,满足支持视频输出卡40输出格式,通过视频输出卡40向图像跟踪处理系统传输图像。
[0024] 仿真处理计算机20,用于进行目标运动轨迹设置。具体有两种方式可以实现,一种是从运行开始计时,根据输入目标轨迹参数实时计算目标当前的位置,轨迹类型可设置为等效正弦引导、等效匀速、加速度及变加速度引导;另外一种是已知理论目标运动轨迹,将目标轨迹位置载入内存中。由实时仿真渲染线程23渲染当前帧场景,获取相对时间目标轨迹,在场景中设置目标位置。干扰目标设置,以当前窗口为基准,可以从各个角度飞入干扰目标。
[0025] 本实施例提供的检测光电跟踪设备的实时仿真系统,仿真处理计算机20可根据环境参数进行配置,并根据需要通过显示器30的人机交互界面修改渲染场景配置,例如,根据实际探测器像元尺寸、分辨率大小及设备焦距,设置窗口视场大小;对天气情况及相机噪声等进行设置使仿真图像接近实际观测结果;载入目标模型,如果启动目标则根据仿真数据分析模块26中设置的目标轨迹设置目标位置,载入干扰目标模型,根据干扰模式设置位置;计算仿真目标位置在观测坐标系下的方位与俯仰值与视场指向相减获得目标脱靶量值,由当前帧目标方位、俯仰值减去前一帧方位、俯仰值除以同步周期时间得到方位、俯仰预测速度。
[0026] 本实施例提供的检测光电跟踪设备的实时仿真系统,跟踪模式设置模块25用于选定工作模式:若识别到选择手动仿真跟踪模式,则仿真窗口指向数据由仿真单杆执行结果线程22提供,无需输出图像,操作手通过直接观察显示器30,操作单杆进行目标跟踪,使目标稳定保持在视场中间,此时光电跟踪设备不进行转动,仅作为操作手训练技能;若识别到选择手动实物跟踪模式,则仿真窗口指向数据由光电跟踪设备的测角系统提供,光电跟踪设备由单杆控制转动,操作手直接观察显示器30,操作单杆进行目标跟踪,使目标稳定保持在视场中央,此模式使操作手能在接近实际情况下进行训练;若识别到选择闭环跟踪模式,则在单杆实物跟踪模式下跟踪稳定时可切换到闭环跟踪模式,用于检验图像跟踪处理系统、伺服控制系统和执行机构等系统整体性能;若识别到选择维护检查模式,则实时仿真系统可直接向伺服系统输出目标脱靶量及预测速度等信息进行跟踪测试分析,实时仿真系统在手动仿真跟踪模式下,可对单杆控制系统进行测试分析,实时仿真系统可在闭环跟踪模式下,对图像跟踪处理系统进行测试分析。
[0027] 仿真数据分析模块26,用于对仿真数据进行分析。在手动仿真跟踪模式、手动实物跟踪模式和闭环跟踪模式下,记录视轴方向与目标方向位置差值等数据进行分析,评价跟踪效果。在维护检查模式下,记录系统已知目标及视轴理论位置等、各测试模式下相应的检测数据与理论数据进行比对分析,检验各电控系统性能状态。
[0028] 本实施例提供的检测光电跟踪设备的实时仿真系统,在设备维护过程中,可对光电跟踪设备各电控系统的性能进行检测,以对系统状态进行分析,以便及时发现问题,从而采取相应维护措施。
[0029] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种检测光电跟踪设备的实时仿真系统,其特征在于,所述实时仿真系统包括: 数据采集卡(10),用于接收光电跟踪设备状态信息; 仿真处理计算机(20),用于根据所述数据采集卡(10)接收的所述设备状态信息设置窗口指向;采集所述光电跟踪设备的单杆控制信息,根据所述单杆控制信息模拟设备视轴姿态变化过程,设置视轴姿态;并根据环境配置和目标轨迹设置对场景进行实时渲染,生成仿真目标信息和仿真图像;以及 显示器(30 ),用于显示所述仿真处理计算机(20 )生成的所述仿真图像。
2.根据权利要求1所述的实时仿真系统,其特征在于, 所述数据采集卡(10)为四路数据通道,第一路用于接收所述设备状态信息;第二路用于向所述仿真处理计算机(20)发送固定频率的外同步信号;第三路用于接收所述仿真处理计算机(20)返回的所述仿真目标信息;第四路用于根据所述仿真目标信息,发送仿真目标引导信息。
3.根据权利要求2所述的实时仿真系统,其特征在于, 所述数据采集卡(10)用于将生成的所述仿真目标引导信息发送给所述光电跟踪设备的伺服系统、并接收所述光电跟踪设备的测角系统发出的设备状态信息。
4.根据权利要求2所述的实时仿真系统,其特征在于, 所述显示器(30),还用于通过人机交互界面修改环境配置和目标轨迹设置。
5.根据权利要求2所述的实时仿真系统,其特征在于,所述实时仿真系统还包括: 视频输出卡(40),用于接收所述仿真处理计算机发送的所述仿真图像,并将所述仿真图像转发给所述光电跟踪设备的图像跟踪处理系统。
6.根据权利要求5所述的实时仿真系统,其特征在于, 所述视频输出卡(40 ),支持PAL制式、Camera 1 ink视频格式输出。
7.根据权利要求6所述的实时仿真系统,其特征在于, 所述仿真处理计算机(20)采用多线程框架结构,包括数据采集线程(21)、仿真单杆执行结果线程(22)、实时仿真渲染线程(23)和仿真输出线程(24),所述仿真单杆执行结果线程(22)与所述数据采集线程(21)相连,所述实时仿真渲染线程(23)与所述数据采集线程(21)和所述仿真单杆执行结果线程(22)相连,所述仿真输出线程(24)与所述实时仿真渲染线程相连, 所述数据采集线程(21),用于对所述设备状态信息进行解码、对所述仿真目标信息进行编码; 所述仿真单杆执行结果线程(22),用于根据所述单杆控制信息,模拟设备视轴姿态变化过程,输出变化后的视轴姿态信息; 所述实时仿真渲染线程(23),用于根据环境配置、目标轨迹设置对场景进行实时渲染,根据所述视轴姿态信息设置窗口指向,在所述显示器(30)中实时显示仿真效果; 所述仿真输出线程(24),用于对所述仿真图像进行编辑,生成所述视频输出卡(40)支持的格式图像,并将所述格式图像传递给所述视频输出卡(40 )。
8.根据权利要求7所述的实时仿真系统,其特征在于, 所述数据采集线程(21)还用于将获取的外同步触发事件作为所述实时仿真渲染线程(23)和所述仿真单杆执行结果线程(22)的触发源,并在所述实时仿真渲染线程(23)完成当前帧仿真渲染时生成触发事件作为所述仿真输出线程(24)的触发源。
9.根据权利要求8所述的实时仿真系统,其特征在于, 所述仿真处理计算机(20)包括, 跟踪模式设置模块(25),用于设置不同的工作模式,以在所述实时仿真渲染线程(23)中生成对应工作模式的仿真图像,所述工作模式包括手动仿真跟踪模式、手动实物跟踪模式、闭环跟踪模式和维护检查模式; 仿真数据分析模块(26),用于根据所述实时仿真渲染线程(23)生成的所述仿真图像的数据和事先预设的真实目标的理论数据进行比对分析,以检测所述光电跟踪设备的性能状态。
10.一种计算机,其特征在于,所述计算机包括如权利要求1至9任一项所述的实时仿真系统。
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