[发明专利]海面舰船尾迹实时动态红外仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于目标识别和仿真技术领域，具体涉及一种海面舰船尾迹实时动态红外仿真方法。

背景技术

研究海面舰船尾迹实时动态红外仿真是研究海面目标和海洋背景下红外对抗的重要方式。海洋场景红外仿真系统研制的关键总结有三点：第一点是建立准确地海面红外辐射模型，红外探测器所接收到的红外辐射，不仅包括海面其红外自身辐射，而且还包括对太阳辐射、环境辐射的反射及大气效应，同时对不同的红外探测还要考虑探测器效应；第二点是建立符合物理规律的高真实感海面，全随机的海平面不仅需要数据量丰富的波浪模型，还需要计算机的巨大地实时计算量，给实时仿真带来了一定的困难，以低数据量的波浪模型叠加出大规模海面又会显得海面过于虚假，所以选择合适的波浪模型来生成海面高度场仿真海面十分关键；第三点是海面目标的红外模型与特性研究，海浪始终和海面目标物体进行相互作用，例如舰船与海面的相互作用形成了复杂的尾迹，需要结合流体与红外特性适当简化模型，才能在计算机中实时的仿真出来。因此，海面舰船尾迹实时动态红外仿真的实现需要考虑复杂的自身和环境的辐射、波浪模型计算复杂、海面目标与海面相互作用复杂。

因此，研制出一种准确、高度真实的海面舰船尾迹实时动态红外仿真方法是亟待克服的技术难题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种海面舰船尾迹实时动态红外仿真方法。

本发明的一个实施例提供了一种海面舰船尾迹实时动态红外仿真方法，包括如下步骤：

(a)采用LOD方法和FFT方法生成动态海面几何模型；

(b)生成舰船开尔文尾迹几何模型；

(c)基于Cox-Munk模型生成海面太阳反射模型；

(d)生成舰船红外热尾迹几何模型；

(e)在所述动态海面几何模型上依次叠加所述开尔文尾迹几何模型、所述太阳反射模型、所述舰船红外热尾迹几何模型。

在本发明的一个实施例中，步骤(a)包括：

(a1)采用所述LOD方法，生成海面的平面网格；

(a2)采用所述FFT方法，根据所述平面网格建立海面高度场；

(a3)对所述海面高度场进行海水渲染以生成所述动态海面几何模型。

在本发明的一个实施例中，步骤(b)包括如下步骤：

(b1)根据舰船Wigley模型生成所述开尔文尾迹几何模型函数；

(b2)根据所述舰船的长度受到水的粘滞作用修正所述开尔文尾迹几何模型函数。

在本发明的一个实施例中，步骤(d)包括如下步骤：

(d1)对所述动态海面几何模型上的目标舰船进行判断，当所述目标舰船运动时，开启粒子系统；

(d2)以所述目标舰船的尾部建立笛卡尔坐标系，在原点处产生定义为液体状态的粒子，设置所述粒子的几何参数与温度参数以实现所述舰船红外热尾迹几何模型的生成。

在本发明的一个实施例中，所述几何参数满足单位体积内的所述粒子密度为1。

在本发明的一个实施例中，所述温度参数满足所述粒子温度从舰船尾部的发射点到20倍舰船长度区间内服从高斯随机分布，所述高斯随机分布的温度均值为所述海面表层温度减去0.2℃，其温度方差为0.03℃。

在本发明的一个实施例中，所述粒子系统包括：粒子发射器、效应器以及图像渲染器。

在本发明的一个实施例中，所述舰船红外热尾迹模型长L和宽W满足：

在本发明的一个实施例中，步骤(e)包括：

(e1)将所述海面几何模型和所述开尔文几何模型进行叠加得到第一几何模型；

(e2)将所述第一几何模型传入GPU顶点着色器得到第二几何模型；

(e3)将所述第二几何模型、相机与光源信息传入GPU的片段着色器，根据所述太阳反射模型计算反射和辐射能量，将所述反射和辐射能量与海面热辐射能量叠加，得到海面红外辐射亮度模型；

(e4)将所述海面红外辐射亮度模型与所述舰船红外热尾迹几何模型进行叠加，以获得所述海面舰船尾迹实时动态红外仿真结果。

在本发明的一个实施例中，步骤(e2)包括：将所述第一几何模型的所有几何顶点传入GPU的顶点着色器中进行坐标变换、图元装配、光栅化和插值处理得到第二几何模型。

与现有技术相比，本发明有益效果为：

1、本发明将热尾迹、开尔文尾迹、太阳反射相结合，首次在三维红外场景中实现了动态的热尾迹定量仿真；