[发明专利]多谱段合成环境模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种对大气、红外和电磁构成的合成环境进行建模、数据标准化和可视化渲染的系统，属于虚拟试验技术领域。

背景技术

合成环境会对武器系统的性能产生重要影响，但因在虚拟试验过程中缺乏精确、有效的环境数据作为支撑，并未能较好解决环境数据可重用以及异构网络互操作的问题，从而降低了虚拟试验结果的精度。多谱段合成环境模拟方法重点解决大气、红外、电磁等虚拟试验合成环境的建模仿真问题，为虚拟试验提供全面、准确、持续和标准的合成环境数据，揭示了复杂战场条件下环境因素对武器系统的固有影响，为武器系统的作战效能评估提供支持。

目前，国内外对合成环境的仿真、建模平台的研究，主要集中在对综合自然、地理环境等方面的合成研究，而针对大气、红外、电磁等多谱段环境的合成研究不多。如JMASE只是红外环境建模与仿真平台，通过面向对象的设计，定义一系列的标准、服务和模型API接口，促进了模型代码的重用以及系统模型的互操作性。基于外部渲染方法，在JMASE框架下建立了一个对红外环境仿真中辐射信号进行计算和管理的可重用红外仿真模型，开发了一个三维大气模型组件。但是该系统无法仿真和建模大气以及电磁环境，数据标准转化也只是基于JMASE平台环境，只能应用该工具集，对于不同源的数据格式没有统一标准化，无法在异构系统之间进行发布和调用。

另外，如AGETIM是一款基于SEDRIS新型3D地形环境建模工具，该工具适用于光线/射线的探测,包括对红外、电磁和声波谱段探测、建模。但是在建模方面除了包括场景和目标的三维建模外，没有场景和目标的红外、电磁特性建模（例如火焰、灯光的红外特性建模和雷达的电磁特性建模）；同时，场景和目标在传感器不同波段下（红外成像和SAR成像）的多通道成像，除了具有不同波段下（红外、可视化以及夜视模式，没有SAR成像）的多通道成像外，不具有场景和目标红外、电磁的特性的计算（场景和目标的红外辐射计算，电磁波传播特性计算以及目标的RCS计算）功能。并且，缺少在整个仿真过程中合成环境的可视化渲染功能。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，开发了一款基于SEDRIS标准的多谱段合成环境模拟软件系统，解决了在仿真试验中复杂真实环境难以模拟，同时缺乏精确、有效的环境支撑数据，未能充分体现环境因素对试验影响的问题，实现了大气、红外、电磁等合成环境的建模、SEDRIS标准化以及可视化，为仿真应用提供标准化的合成环境数据，为武器系统的作战效能评估提供支持。

本发明技术解决方案如下：多谱段合成环境模拟系统，包括合成环境建模与计算单元、合成环境数据Sedris标准化单元以及合成环境渲染及可视化单元；

合成环境建模与计算单元根据待仿真任务完成大气、场景和目标红外和电磁特性的建模，即建立大气模型、场景和目标的红外特性模型、场景和目标的电磁特性模型、红外特效模型；对建立的场景和目标的红外特性模型进行大气热传输效应计算以及场景和目标热辐射计算，得到不同谱段下的红外辐射数据；对红外特效模型进行场景特效散射以及辐射特性计算，得到不同谱段下的红外特效数据；对建立的场景和目标的电磁特性模型进行电磁传播特性计算和目标电磁反射特性计算，得到不同谱段下的电磁数据以及目标电磁特性数据；读取大气模型生成的不同高度下的大气数据，将不同谱段下的红外辐射数据和特效数据、电磁数据、目标电磁特性数据以及不同高度下的大气数据统称为合成环境数据发送至合成环境数据Sedris标准化单元；

合成环境数据Sedris标准化单元将接收多谱段合成环境建模与计算单元发送来的合成环境数据，根据SEDRIS标准，对合成环境数据进行转换，转换完成后存入Sedris合成环境数据库中；

合成环境渲染及可视化单元从Sedris合成环境数据库中读取当前仿真任务下Sedris标准格式的合成环境数据，利用动态加载技术根据仿真推进过程逐步将合成环境数据加载到可视化场景中，并对加载后的可视化场景进行渲染。

所述合成环境建模与计算单元包括材质分类子模块、红外特性计算模块、电磁特性计算模块、大气数据生成模块和粒子特效模块；

材质分类子模块获取的场景和目标的卫星影像图或者航拍图像或者目标纹理贴图，对获取的图像按照材质属性进行分类，针对不同的分类，生成不同的材质编码文件（MCM）和材质系统文件（.ms）作为场景和目标的红外特性模型；同时根据目标体的CAD几何模型和场景模型，将目标体和场景上具有相同材质的区域进行划分；将不同区域的电磁材质信息汇总为相对应的电磁特性文件作为场景和目标的电磁特性模型；