CN112016182B - 一种面向空基平台的目标追踪三维数字仿真系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种面向空基平台的目标追踪三维数字仿真系统。该系统通过数据输入接口实时接受空基平台传入的数据，并用以计算空基平台与动、静态两种目标的坐标、状态等信息。并以三维仿真模拟的方式还原真实场景中目标发现和追踪过程。整个系统包括交互界面、实时空基平台数据读取模块、物理参数计算模块、物理属性模拟模块、模拟仿真模型模块几个部分，在呈现追踪效果上避免了真实环境下的气流扰动影响，能够精准、清晰、实时地演示空基平台目标追踪过程。

Description

一种面向空基平台的目标追踪三维数字仿真系统
技术领域
本发明涉及一种面向空基平台的目标追踪三维数字仿真系统。该系统以三维仿真模拟的方式还原空基平台在真实场景中目标发现及追踪的过程，应用于计算机图形学及数字仿真领域。
背景技术
计算机图形学是一门研究通过计算机将数据转换成图形，并在专门显示设备上显示的原理方法和技术的学科。它是建立在传统的图学理论、应用数学及计算机科学基础上的一门边缘学科。计算机图形学研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术，这里的图形是指三维图形的处理。
数字仿真则是通过将电力系统的整体网络和其负载元件，建立相应的数学应用模型，并且将数学模型在装有特定软件的数字计算机上进行试验和研究的过程。目前，基于数字计算机的数字仿真技术在电子电气工程、计算机应用工程、工程设计等方面已经实现了相当广泛的应用。三维数字仿真系统因为逼真的临场环境，主要应用在飞行培训、城市规划、设计制造、医疗、军事、游戏等方面，能节省很多开销，实现真人操作的效果，达到更高的效率。
发明内容
本发明结合空基平台实时传输的数据进行计算进行建模模拟。该系统所解决的问题是空基平台机载光电相机数据实时传输效率低、可见度受环境影响大、数据可视化效果差的问题。通过三维数字仿真模拟提升了空基平台实时察打过程显示效果。
为实现上述系统，本系统分为交互界面、实时空基平台数据读取模块、物理参数计算模块、物理属性模拟模块、物理参数呈现及导出模块、模拟仿真模型模块等部分，并提供如下技术方案：
1.交互界面：提供静态、动态两种追踪目标的选择和相机变焦等多种人机交互功能，以及数据显示区域；
2.数据读取模块：通过文件共享服务器方式读取空基平台实时传输的数据；
3.物理参数计算模块：通过读取的数据计算必要的参考物理参数；
4.物理属性模拟模块：模拟飞机运动状态、移动目标运动轨迹、导弹运行轨迹等物理属性；
5.模拟仿真模型模块：提供仿真模型库，以及基本的物理引擎。
附图说明
说明书附图图1是本发明的系统架构图。
说明书附图图2是主界面布局图，包括目标切换区域、瞄准区域、物理参数显示区域。
具体实施方案
下面结合附图对方法的实施作进一步的详细描述：
1.参照说明书附图图1，空基平台将数据导入后，三维数字仿真系统读取物理参数等数据，并在参数计算模块进行计算，其中一部分数据用于计算物理属性，另一部分直接显示在交互界面的物理参数显示区，如参照说明书附图图2所示。另外，系统后台调用模型库，选择对应的模型对整个过程进行数字仿真显示。
2.数据读取要求：首先我们对输入的数据进行规定，输入的数据参数指标包括飞机所在位置信息，包括经度、维度、高度；飞机状态信息，包括飞机的飞机俯仰角、横滚角、真航向等；飞机机载光电装置信息，包括方位角、俯仰角、激光测距等；以及目标物体的信息，包括目标物体的经度、维度、高度等。这些数据都是需要实时传输，以保证三维数字仿真系统的实时展示及运动的连贯性，以及物理参数计算模块计算的精确性。
3.物理参数计算模块：根据空基平台导入到数据，我们需要计算以下数据：目标物体运动轨迹、飞机运行轨迹、目标物体与飞机之间的激光测距真值、飞机的东向、北向、天向速度。目标物体运动轨迹及飞机运行轨迹我们均采取采滞后预估的方法，通过先前的采样点拟合生成运行轨迹。目标物体与飞机之间的真是距离如下测出：
Figure BDA0002078096250000021
其中，(XA,YA,ZA)和(XO,YO,ZO)分别是飞机和目标物体对应的世界坐标；飞机的速度由下公示计算出：
Figure BDA0002078096250000022
其中dt是飞机在t时刻与t-1时刻两个位置的世界坐标之间的距离，而dt-1则是飞机在t-1时刻与t-2时刻两个位置的世界坐标之间的距离，Δ是每次取样的时间单位间隔。飞机的东向、北向、天向速度则需要分别计算他们在三个方向上的分量。
4.物理属性模拟模块：由于实时数据传输具有一定的波动性，导致最终的运动轨迹不平稳，因此在此模块，我们采用了一个轨迹拟合函数来降低运动的抖动性，并且使用lookat函数确保飞机光电装置锁定目标，以解决真实拍摄中扰动现象。
5.模拟仿真模型及交互界面：模拟仿真模型包括了飞机模型、多形态目标模型(包括装甲车、地堡、船舰等)、地形模型、房屋道路模型等。交互界面如参照说明书附图图2所示，瞄准区域为光电装置瞄准区域，也是锁定目标物体的区域。目标模式切换及选择用于切换和选择不同类型的目标物体，物理参数显示区域将直接显示实施输入的数据及部分经过计算后得到的参数。
综上所属，本发明所提出的一种面向空基平台的目标追踪三维数字仿真系统提高了空基平台实时追踪的显示效果，大幅降低了实时传输数据量，避免了气流扰动影响，适应于多种不同侦察条件，是一种显著有效且可实用的目标追踪三维数字仿真系统。

Claims (1)

1.一种面向空基平台的目标追踪三维数字仿真系统，其特征在于，包括交互界面、实时空基平台数据读取模块、物理参数计算模块、物理属性模拟模块、模拟仿真模型模块，并按照以下流程操作：
S1：从空基平台获取输入的参数及指标，包括飞机位置及状态、目标位置及状态、机载光电装置数据；
S2：根据输入数据计算目标运动状态、飞机运动状态，飞机与目标的关系；
S3：根据S2计算结果对运动状态、轨迹进行模拟实现；
S4：调用模型库模型，并根据运动状态和轨迹进行模拟仿真；
S5：在交互界面提供交互接口并实时显示输入数据及计算数据；
实时空基平台数据读取模块用于输入的数据参数指标，包括飞机所在位置信息，包括但不限于经度、维度、高度；飞机状态信息，包括但不限于飞机的飞机俯仰角、横滚角、真航向；飞机机载光电装置信息，包括但不限于方位角、俯仰角、激光测距；以及目标物体的信息，包括但不限于目标物体的经度、维度、高度，这些数据都是需要实时传输，以保证三维数字仿真系统的实时展示及运动的连贯性，以及物理参数计算模块计算的精确性；
物理参数计算模块根据实时空基平台数据读取模块导入的数据，计算但不限于以下数据：目标物体运动轨迹、飞机运行轨迹、目标物体与飞机之间的激光测距真值、飞机的东向、北向、天向速度；
物理属性模拟模块采用了轨迹拟合函数来降低运动的抖动性；并使用目标锁定函数的方式确保飞机光电装置锁定目标，以解决真实拍摄中扰动现象；
模拟仿真模型模块包括了飞机模型，多种目标模型包括但不限于地堡、船舰、装甲车，各种地形及树木模型，房屋及道路模型；
交互界面功能包括：瞄准区域为光电装置瞄准区域，也是锁定目标物体的区域；目标模式切换及选择用于切换和选择不同类型的目标物体；物理参数显示区域将直接显示实施输入的数据及部分经过计算后得到的参数。
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