CN109583049A - 一种多通道激光探测仿真装置 - Google Patents

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张建华
袁伟
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赵晗希
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Abstract

本发明公开了一种多通道激光探测仿真装置包括：激光探测参数输入模块，用于输入搭载激光探测体制的激光探测参数；目标场景输入模块，用于设定探测场景参数信息；仿真探测结果三维示意模块，与激光探测参数输入模块及目标场景输入模块相连，接收设定的参数，并根据设定参数进行探测目标场景计算，将计算后探测目标场景输出；仿真探测结果数据统计模块，与仿真探测结果三维示意模块相连，接收仿真结果数据，并根据接收到的仿真探测结果，整理并输出，以供分析使用；半实物仿真对接模块，与仿真探测结果数据统计模块相连，并根据仿真数据与半实物仿真对接，验证相关算法。本发明解决了要求的探测目标场景实物难以部署，无法有效验证算法的难题。

Description

一种多通道激光探测仿真装置
技术领域
本发明涉及仿真领域，特别涉及一种多通道激光探测仿真装置。
背景技术
激光具有良好的抗电磁干扰性能，探测精度高，激光源具有高度的时间和空间相干性。
根据某型探测设备的设计要求，通过多种方案论证，决定采用多通道的激光探测。由于干扰条件复杂，探测场景特殊，较难实现探测目标实物场景模拟。在相关产品研制阶段，需要一种装置可以模拟探测场景和探测过程，仿真探测数据，进行算法验证。
中国电子科技集团公司第三研究所的孙志洁；杨博等发明了一种探测仿真装置(申请号201510771737.8)，利用声探测仿真模块和外辐射雷达探测仿真模块，仿真得到目标位置信息。但是，该仿真系统仅针对监视区域的部署仿真，不适用于探测目标回波模拟仿真情形，即无法通过给出目标位置，提供模拟回波信号。
北京航空航天大学的姬金祖；黄沛霖等发明了一种空中平台雷达探测动态过程的仿真方法(申请号201510430148.3)，该仿真方法通过区域边缘检测，用于仿真探测不同航道下的区域探测概率。但是该方法对于具体目标的回波信号特征无法仿真。
国家海洋局第一海洋研究所的马毅；崔廷伟；张震；张靖宇等发明了一种激光雷达水体回波信号仿真方法(申请号201510975332.6)，根据水表面回波信号、水体回波信号、水底底部回波信号计算出激光雷达水体回波信号及其参数，但是为单通道探测，探测方式单一，不适用与多通道探测仿真。
中国科学院的孙鑫的《可见光多通道目标探测技术研究》中，提出了光谱型多通道探测技术和仿真方法，但是该方法的探测体制为光谱成像探测，局限性大，不适用于脉冲激光探测。
空军工程大学和洪都航空工业集团650所的周焘；陈新云；赵平均；周志刚；于雷等的《机载激光探测设备的往复式一字形扫描研究》提出一种机载激光探测设备的往复式“一”字形扫描方式探测地面目标，但是该方法与多通道探测相比，探测区域狭窄，实时性较差，工艺要求高，实现难度较大。
北京理工大学的张彦梅的《基于激光探测技术的坦克目标识别方法》通过从理论上给出了坦克的激光反射特性，建立了坦克激光信号幅度直方图，从而进行目标识别及定位方法进行研究。但是该研究方法是基于激光探测轨迹是掠过坦克车顶部的条件，与实际探测目标情况相比，适用场景局限于导弹掠飞攻顶情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多通道激光探测仿真装置，以解决多通道激光探测的探测目标仿真场景难以布置，探测场景难以直观呈现，探测算法难以及时有效验证的难题。
为解决上述问题，本发明提供一种多通道激光探测仿真装置，该装置包括：
一种多通道激光探测仿真装置，其特点是，包括：
激光探测参数输入模块，所述激光探测参数输入模块用于输入搭载激光探测体制的激光探测参数；
目标场景输入模块，所述目标场景输入模块用于设定探测场景参数信息；
仿真探测结果三维示意模块，所述仿真探测结果三维示意模块与激光探测参数输入模块及目标场景输入模块相连，接收设定的参数，并根据设定参数进行探测目标场景计算，将计算后探测目标场景输出；
仿真探测结果数据统计模块，所述仿真探测结果数据统计模块与仿真探测结果三维示意模块相连，接收仿真结果数据，并根据接收到的仿真探测结果，整理并输出，以供分析使用；
半实物仿真对接模块，所述半实物仿真对接模块与仿真探测结果数据统计模块相连，并根据仿真数据与半实物仿真对接，验证相关算法。
进一步的，所述激光探测参数输入模块中输入的激光探测参数包括：激光器参数、探测器参数或组件结构参数的一种或几种。
进一步的，所述目标场景输入模块的场景参数信息包括：目标参数、地表起伏参数、干扰场景参数或探测目标参数的一种或几种。
进一步的，所述仿真探测结果三维示意模块包括：探测场景探测仿真窗口、探测距离和高度信息窗口。
进一步的，所述仿真探测结果数据统计模块包括：第一通道选择控件和数据显示窗口。
进一步的，所述半实物仿真对接模块包括：第二通道选择控件和仿真文件生成窗口。
进一步的，根据所述激光探测参数和探测场景参数进行激光探测仿真计算的过程，包括：
根据激光探测参数计算探测装置探测时的仿真运动轨迹信息；
根据探测场景参数计算探测目标仿真场景数据；
计算出激光探测在仿真场景中的探测点位置信息；
计算出探测目标过程中的时域信息。
进一步的，所述的目标场景输入模块设有一目标示意窗口，根据目标参数的输入，所述目标示意窗口将自动显示目标外形。
进一步的，所述的探测场景探测仿真窗口、探测距离和高度信息窗口可以根据用户需要，进行弹窗、缩放显示。
进一步的，根据所述的第一通道选择控件输入结果，数据显示窗口以十进制方式逐行输出仿真数据。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
可调参数条件更加详实，适用于多种激光探测条件和探测目标，通过输入参数可以自由搭建多通道激光探测仿真整个过程，可视化示意效果突出，并且解决了要求的探测目标场景实物难以部署，无法有效验证算法的难题，可模拟探测所需实物场景部署，为信息处理设备提供丰富的仿真数据，为预先算法优化和验证提供支持。
附图说明
图1为本发明一种多通道激光探测仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种多通道激光探测仿真装置，如图1所示，包括：
激光探测参数输入模块，所述激光探测参数输入模块用于输入搭载激光探测体制的激光探测参数；目标场景输入模块，所述目标场景输入模块用于设定探测场景参数信息；仿真探测结果三维示意模块，所述仿真探测结果三维示意模块与激光探测参数输入模块及目标场景输入模块相连，接收设定的参数，并根据设定参数进行探测目标场景计算，将计算后探测目标场景采用三维示意图方式输出；仿真探测结果数据统计模块，所述仿真探测结果数据统计模块与仿真探测结果三维示意模块相连，接收仿真结果数据，并根据接收到的仿真探测结果，整理并输出，以供分析使用；半实物仿真对接模块，所述半实物仿真对接模块与仿真探测结果数据统计模块相连，并根据仿真数据与半实物仿真对接，验证相关算法。
所述多通道激光探测仿真装置采用的是多通道激光探测体制，利用脉冲激光的发射回波时间间隔获得目标信息。
所述多通道激光探测仿真装置可以模拟多通道激光探测装置在探测目标阶段的探测过程，同时可以模拟探测场景。该探测仿真装置可以在探测建模、算法优化等阶段，替代复杂的实物场景部署，以探测仿真装置的仿真数据作为信息处理源信号，进行等效半实物仿真，为预先实物部署算法验证提供预先研究支持。
本发明实施例中，所述激光探测参数输入模块中输入的系统参数包括：激光器参数、探测器参数或组件结构参数的一种或几种，具体可以为：激光发射角度、模拟速度、有效探测距离、滚动角、方位角、偏移量、航迹偏角等。
本发明实施例中，所述目标场景输入模块的场景参数信息包括：目标参数、地表起伏参数、干扰场景参数、探测目标参数或激光探测周期的一种或几种。
本发明实施例中，为满足半实物仿真所需数据精度，多通道仿真探测装置以1ns作为时统的最小单位。每次仿真时的探测周期，则根据具体输入参数确定。
根据所述激光探测参数和探测场景参数进行激光探测仿真计算的过程，包括：根据激光探测参数计算探测装置探测时的仿真运动轨迹信息；根据探测场景参数计算探测目标仿真场景数据；计算出激光探测在仿真场景中的探测点位置信息；计算出探测目标过程中的时域信息。
本发明实施例中，各个通道的激光探测原理是激光器向目标发出光速c的脉冲激光，经过时间τ，确定目标距离R。测距机通过脉冲计数的方式得到距离数据R为：R＝cn·T/2。其中，τ＝n·T。式中，c为光速，n为接收脉冲数，T为半实物仿真硬件系统的晶振触发周期。
所述仿真探测结果三维示意模块包括：探测场景探测仿真窗口、探测距离和高度信息窗口。探测场景探测仿真窗口中内容包括：模拟运行轨迹、每个周期内发射的激光，每个激光发射周期的激光探测点、目标场景模型等。探测距离和高度信息窗口包括：探测周期、探测距离、探测高度。每个通道有单独的示意窗口。
所述仿真探测结果数据统计模块包括：第一通道选择控件和数据显示窗口。
所述半实物仿真对接模块包括：第二通道选择控件和仿真文件生成窗口。
所述的目标场景输入模块设有一目标示意窗口，根据目标参数的输入，所述目标示意窗口将自动显示目标外形。
所述的探测场景探测仿真窗口、探测距离和高度信息窗口可以根据用户需要，进行弹窗、缩放显示。
根据所述的第一通道选择控件输入结果，数据显示窗口以十进制方式逐行输出仿真数据。
所述探测装置通过顶层设计、封装，可以界面上直接手动输入参数和显示仿真结果，无需接触和学习内部代码，确保了仿真装置的上手性和代码的安全性。
该探测仿真装置可以在探测建模、算法优化等阶段，替代复杂的实物场景部署，以探测仿真装置的仿真数据作为信息处理源信号，进行等效半实物仿真，为预先实物部署算法验证提供预先研究支持。
该探测仿真装置可以在探测建模、算法优化等阶段，替代复杂的实物场景部署，以探测仿真装置的仿真数据作为信息处理源信号，进行等效半实物仿真，为预先实物部署算法验证提供预先研究支持。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种多通道激光探测仿真装置，其特征在于，包括：
激光探测参数输入模块，所述激光探测参数输入模块用于输入搭载激光探测体制的激光探测参数；
目标场景输入模块，所述目标场景输入模块用于设定探测场景参数信息；
仿真探测结果三维示意模块，所述仿真探测结果三维示意模块与激光探测参数输入模块及目标场景输入模块相连，接收设定的参数，并根据设定参数进行探测目标场景计算，将计算后探测目标场景输出；
仿真探测结果数据统计模块，所述仿真探测结果数据统计模块与仿真探测结果三维示意模块相连，接收仿真结果数据，并根据接收到的仿真探测结果，整理并输出，以供分析使用；
半实物仿真对接模块，所述半实物仿真对接模块与仿真探测结果数据统计模块相连，并根据仿真数据与半实物仿真对接，验证相关算法。
2.如权利要求1所述的多通道激光探测仿真装置，其特征在于，所述激光探测参数输入模块中输入的激光探测参数包括：激光器参数、探测器参数或组件结构参数的一种或几种。
3.如权利要求1所述的多通道激光探测仿真装置，其特征在于，所述目标场景输入模块的场景参数信息包括：目标参数、地表起伏参数、干扰场景参数或探测目标参数的一种或几种。
4.如权利要求1所述的多通道激光探测仿真装置，其特征在于，所述仿真探测结果三维示意模块包括：探测场景探测仿真窗口、探测距离和高度信息窗口。
5.如权利要求1所述的多通道激光探测仿真装置，其特征在于，所述仿真探测结果数据统计模块包括：第一通道选择控件和数据显示窗口。
6.如权利要求1所述的多通道激光探测仿真装置，其特征在于，所述半实物仿真对接模块包括：第二通道选择控件和仿真文件生成窗口。
7.如权利要求1所述的多通道激光探测仿真装置，其特征在于，根据所述激光探测参数和探测场景参数进行激光探测仿真计算的过程，包括：
根据激光探测参数计算探测装置探测时的仿真运动轨迹信息；
根据探测场景参数计算探测目标仿真场景数据；
计算出激光探测在仿真场景中的探测点位置信息；
计算出探测目标过程中的时域信息。
8.如权利要求3所述的多通道激光探测仿真装置，其特征在于，所述的目标场景输入模块设有一目标示意窗口，根据目标参数的输入，所述目标示意窗口将自动显示目标外形。
9.如权利要求4所述的多通道激光探测仿真装置，其特征在于，所述的探测场景探测仿真窗口、探测距离和高度信息窗口可以根据用户需要，进行弹窗、缩放显示。
10.如权利要求5所述的多通道激光探测仿真装置，其特征在于，根据所述的第一通道选择控件输入结果，数据显示窗口以十进制方式逐行输出仿真数据。
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