CN117116113B - 舰载光电经纬仪模拟训练器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及模拟训练技术领域，尤其涉及一种舰载光电经纬仪模拟训练器，包括惯性导航设备，还包括模拟训练硬件设备和图像合成单元，其中，图像合成单元用于获取实时模拟训练图像；模拟训练硬件设备包括数据采集卡、主控操作台以及单杆操作台，数据采集卡包括网卡、光纤图像采集卡和图像输出卡，网卡用于实现惯性导航设备、主控操作台和单杆操作台之间的通讯，光纤图像采集卡用于采集训练目标的实时背景图像，图像输出卡用于输出训练目标的实时模拟训练图像，主控操作台根据实际应用情景配置训练目标的训练参数，单杆操作台用于对训练目标进行模拟训练。本发明能够模拟光电经纬仪在船舰上的使用环境，且采用光纤作为实时图像采集的接口，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及模拟训练技术领域，尤其涉及一种舰载光电经纬仪模拟训练器。
背景技术
光电经纬仪作为一种重要的光电跟踪测量设备，广泛应用于靶场武器试验、飞行设备轨迹追踪以及姿态测量等任务，目前普遍采用光电经纬仪模拟训练器模拟光电经纬仪对目标的跟踪过程，通过灵活的设置被跟踪的目标及场景，实现对经纬仪操作手的专业训练，光电经纬仪模拟训练器能够针对性的弥补训练的不足，具备经济、便捷、功能丰富等优势，具有极高的应用价值。现有的光电经纬仪模拟训练器普遍针对陆基光电经纬仪进行设计，即光电经纬仪的站址坐标为固定值，无法模拟光电经纬仪在舰船条件下的目标跟踪条件，且现有的光电经纬仪模拟训练器无法准确的建模各靶场的真实应用场景，不利于锻炼操作人员的反应判断能力；采用图像注入的方式模拟的训练目标通常只能模拟点目标，无法真实的模拟训练目标的姿态和外形，且图像注入硬件需通过额外配线连接在设备的预留信息接口上，连接方式复杂。
发明内容
本发明为解决现有的光电经纬仪模拟训练器无法仿真舰船环境下的目标跟踪条件，以及图像注入硬件的连接方式复杂等问题，提供一种舰载光电经纬仪模拟训练器，能够模拟光电经纬仪在船舰上的使用环境，且采用光纤作为实时图像采集的接口，使用较为方便。
本发明提供的舰载光电经纬仪模拟训练器，包括惯性导航设备，惯性导航设备用于采集光电经纬仪的实时位置信息和实时姿态信息，还包括模拟训练硬件设备和图像合成单元，其中，
图像合成单元包括训练目标解算模块、训练目标模型读取模块、训练目标仿真模块，训练目标合成模块，其中，训练目标解算模块用于对训练目标的实时目标位置和实时目标姿态进行解算，训练目标模型读取模块用于在训练目标模型库中根据训练目标的特性读取对应的学习模型，训练目标仿真模块用于利用学习模型对训练目标的实时目标姿态进行学习，获得实时训练仿真目标，训练目标合成模块用于将训练目标的实时背景图像、实时训练仿真目标和训练目标的实时目标位置进行合成，获得实时模拟训练图像。
模拟训练硬件设备包括数据采集卡、主控操作台以及单杆操作台，数据采集卡包括网卡、光纤图像采集卡和图像输出卡，网卡用于实现惯性导航设备、主控操作台和单杆操作台之间的通讯，光纤图像采集卡用于通过光纤在光电经纬仪的各探测器中采集训练目标的实时背景图像，图像输出卡用于通过SDI接口输出训练目标的实时模拟训练图像，主控操作台用于根据实际应用情景配置训练目标的训练参数，单杆操作台用于接收实时模拟训练图像并结合训练参数对训练目标进行模拟训练。
优选地，训练目标解算模块包括引导处理子模块，引导处理子模块用于计算训练目标的R引导、A引导和E引导的值。
优选地，训练目标解算模块对训练目标的实时目标位置和实时目标姿态进行解算的具体步骤为：
S1、利用惯性导航设备输出的航向角偏差、横滚角偏差和俯仰角偏差将光电经纬仪实测的训练目标的方位角和俯仰角转换为大地坐标系指向的训练目标的方位角和俯仰角：
其中，分别为惯性导航设备输出的航向角偏差、横滚角偏差和俯仰角偏差，A为光电经纬仪实测的训练目标的方位角，E为光电经纬仪实测的训练目标的俯仰角；
（2）；
其中，为光电经纬仪在大地坐标系指向的训练目标的方位角，/>为光电经纬仪在大地坐标系指向的训练目标的俯仰角。
S2、通过下式计算训练目标在视场内的方位角脱靶量、俯仰角脱靶量以及目标像元数：
（3）；
其中，为训练目标的方位角脱靶量，/>为训练目标的俯仰角脱靶量，N为目标像元数，A引导为训练目标的A引导的值，E引导为训练目标的E引导的值，R引导为训练目标的R引导的值，/>为探测器的像元分辨率，/>为探测器的像元尺寸，/>为训练目标的尺寸，/>为光电经纬仪的焦距。
S3、根据步骤S2的计算结果获得训练目标的实时目标位置和实时目标姿态。
与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
（1）本发明通过对训练目标的位置信息和姿态信息进行实时解算，并通过图像合成的方式向单杆操作台实时注入模拟实时图像，实现了光电经纬仪在动态站址的条件下的自动修正。
（2）本发明采用光纤作为实时图像采集的接口，解决了现有技术中图像注入硬件需通过额外配线连接在设备的预留信息接口上，连接方式复杂的问题。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的舰载光电经纬仪模拟训练器的逻辑结构示意图；
图2是根据本发明实施例提供的大地坐标系指向的转换示意图；
图3是根据本发明实施例提供的图像合成单元的工作原理示意图。
附图标记包括：惯性导航设备1、图像合成单元2、模拟训练硬件设备3、训练目标解算模块21、训练目标模型读取模块22、训练目标仿真模块23、训练目标合成模块24、数据采集卡31、主控操作台32以及单杆操作台33。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
本发明实施例提出的舰载光电经纬仪模拟训练器可应用于光电经纬仪在船舰上随海浪漂浮不定的环境状态，即光电经纬仪的站址为动态站址（也可应用于其他光电经纬仪的站址为动态站址的环境状态）的条件进行设计。
图1示出了根据本发明实施例提供的舰载光电经纬仪模拟训练器的逻辑结构，图2示出了根据本发明实施例提供的大地坐标系指向的转换；图3示出了根据本发明实施例提供的图像合成单元的工作原理。
如图1所示，本实施例提出的舰载光电经纬仪模拟训练器包括惯性导航设备1，惯性导航设备1用于采集光电经纬仪的实时位置信息和实时姿态信息，还包括模拟训练硬件设备3和图像合成单元2，其中，
图像合成单元2包括训练目标解算模块21、训练目标模型读取模块22、训练目标仿真模块23和训练目标合成模块24，其中，训练目标解算模块21用于对训练目标的实时目标位置和实时目标姿态进行解算，训练目标模型读取模块22用于在训练目标模型库中根据训练目标的特性（包括目标的尺寸、形状、姿态等）读取对应的学习模型，训练目标仿真模块23用于利用学习模型对训练目标的实时目标姿态进行学习，获得实时训练仿真目标，训练目标合成模块24用于将训练目标的实时背景图像、实时训练仿真目标和训练目标的实时目标位置进行合成，获得实时模拟训练图像。
模拟训练硬件设备3包括数据采集卡31、主控操作台32以及单杆操作台33，数据采集卡31包括网卡、光纤图像采集卡和图像输出卡，网卡用于实现惯性导航设备1、主控操作台32和单杆操作台33之间的通讯，光纤图像采集卡用于通过光纤在光电经纬仪的各探测器中采集训练目标的实时背景图像，图像输出卡用于通过SDI接口输出训练目标的实时模拟训练图像，主控操作台32用于根据实际应用情景配置训练目标的训练参数，单杆操作台33用于接收实时模拟训练图像并结合训练参数对训练目标进行模拟训练。
训练目标解算模块21包括引导处理子模块，引导处理子模块用于计算训练目标的R引导、A引导和E引导的值。
训练目标解算模块21对训练目标的实时目标位置和实时目标姿态进行解算的具体步骤为：
S1、利用惯性导航设备1输出的航向角偏差、横滚角偏差和俯仰角偏差将光电经纬仪实测的训练目标的方位角和俯仰角转换为大地坐标系指向的训练目标的方位角和俯仰角：
其中，分别为惯性导航设备1输出的航向角偏差、横滚角偏差和俯仰角偏差，A为光电经纬仪实测的训练目标的方位角，E为光电经纬仪实测的训练目标的俯仰角；
（2）；
其中，为光电经纬仪在大地坐标系指向的训练目标的方位角，/>为光电经纬仪在大地坐标系指向的训练目标的俯仰角。
S2、通过下式计算训练目标在视场内的方位角脱靶量、俯仰角脱靶量以及目标像元数：
（3）；
其中，为训练目标的方位角脱靶量，/>为训练目标的俯仰角脱靶量，N为目标像元数，A引导为训练目标的A引导，E引导为训练目标的E引导，R引导为训练目标的R引导，/>为探测器的像元分辨率，/>为探测器的像元尺寸，/>为训练目标的尺寸（长、宽和高），/>为光电经纬仪的焦距。
S3、根据步骤S2的计算结果获得训练目标的实时目标位置和实时目标姿态。
通过实时解算训练目标的位置信息和姿态信息，以不断修正输入到单杆操作台33的实时模拟训练图像，且根据实际应用情景在主控操作台32上配置训练目标的训练参数，操作手根据实时模拟训练图像和训练参数并通过单杆实现真实场景的模拟训练，提高操作上对于舰载光电经纬仪的操作能力。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (1)
1.一种舰载光电经纬仪模拟训练器，包括惯性导航设备，所述惯性导航设备用于采集所述光电经纬仪的实时位置信息和实时姿态信息，其特征在于，还包括模拟训练硬件设备和图像合成单元，其中，
所述图像合成单元包括训练目标解算模块、训练目标模型读取模块、训练目标仿真模块，训练目标合成模块，其中，所述训练目标解算模块用于对训练目标的实时目标位置和实时目标姿态进行解算，所述训练目标模型读取模块用于在训练目标模型库中根据所述训练目标的特性读取对应的学习模型，所述训练目标仿真模块用于利用所述学习模型对所述训练目标的实时目标姿态进行学习，获得实时训练仿真目标，所述训练目标合成模块用于将所述训练目标的实时背景图像、所述实时训练仿真目标和所述训练目标的实时目标位置进行合成，获得实时模拟训练图像；
所述模拟训练硬件设备包括数据采集卡、主控操作台以及单杆操作台，所述数据采集卡包括网卡、光纤图像采集卡和图像输出卡，所述网卡用于实现所述惯性导航设备、所述主控操作台和所述单杆操作台之间的通讯，所述光纤图像采集卡用于通过光纤在所述光电经纬仪的各探测器中采集所述训练目标的实时背景图像，所述图像输出卡用于通过SDI接口输出所述训练目标的实时模拟训练图像，所述主控操作台用于根据实际应用情景配置所述训练目标的训练参数，所述单杆操作台用于接收所述实时模拟训练图像并结合所述训练参数对所述训练目标进行模拟训练；
所述训练目标解算模块包括引导处理子模块，所述引导处理子模块用于计算所述训练目标的R引导、A引导和E引导的值；
所述训练目标解算模块对所述训练目标的实时目标位置和实时目标姿态进行解算的具体步骤为：
S1、利用所述惯性导航设备输出的航向角偏差、横滚角偏差和俯仰角偏差将所述光电经纬仪实测的训练目标的方位角和俯仰角转换为大地坐标系指向的训练目标的方位角和俯仰角：
其中，分别为惯性导航设备输出的航向角偏差、横滚角偏差和俯仰角偏差，A为所述光电经纬仪实测的训练目标的方位角，E为所述光电经纬仪实测的训练目标的俯仰角；
（2）；
其中，为所述光电经纬仪在大地坐标系指向的训练目标的方位角，/>为所述光电经纬仪在大地坐标系指向的训练目标的俯仰角；
S2、通过下式计算所述训练目标在视场内的方位角脱靶量、俯仰角脱靶量以及目标像元数：
（3）；
其中，为训练目标的方位角脱靶量，/>为训练目标的俯仰角脱靶量，N为目标像元数，A引导为所述训练目标的A引导的值，E引导为所述训练目标的E引导的值，R引导为所述训练目标的R引导的值，/>为所述探测器的像元分辨率，/>为所述探测器的像元尺寸，/>为所述训练目标的尺寸，/>为所述光电经纬仪的焦距；
S3、根据所述步骤S2的计算结果获得所述训练目标的实时目标位置和实时目标姿态。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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