[发明专利]一种局部照射下目标激光散射特性的简便计算方法

摘要

一种局部照射下目标激光雷达散射截面的简便计算方法，属于目标探测、识别、隐身技术领域。本发明通过修改视景体参数，实现局部照射下目标激光雷达散射截面的简便计算。首先获取目标表面材质的双向反射分布函数；建立复杂目标的几何模型；读取目标几何模型文件，根据照射激光光斑尺寸及位置，设置视景体参数；调用OpenGL函数完成目标渲染及消隐处理，实现局部照射下目标的实时显示；最后获取目标激光雷达散射截面计算公式中各参数，完成局部照射下的目标激光雷达散射截面仿真计算。相较于现有算法，本发明采用的算法易操作，灵活性强，易于修改照射激光光斑尺寸及照射位置，可兼顾激光全覆盖或局部照射下目标的激光雷达散射截面仿真计算。

主权项

1.一种局部照射下目标激光散射特性的简便计算方法，其特征是该方法包括如下步骤：(1)获取目标表面材质的双向反射分布函数计算目标激光雷达散射截面，首先要知道目标表面材质的双向反射分布函数，对于理想漫反射目标而言，双向反射分布函数为常数，等于ρ/π，其中，ρ为半球反射率；对于非理想漫反射目标，采用比较测量法，即利用已知半球反射率的标准板作为参考与目标表面材料样片进行比较测量，获得目标表面材质的双向反射分布函数；(2)建立复杂目标的几何模型根据复杂目标的几何特征参数，利用3D建模软件，建立复杂目标几何模型，建模软件将目标模型网格化，分成若干面元，在Windows环境下，利用VS2010读取目标几何模型文件，调用OpenGL图形库的函数进行目标图像处理；(3)根据激光光斑照射尺寸与照射位置设置视景体参数通过调用OpenGL图形库中平行投影函数来设置视景体参数，以达到模拟不同尺寸激光光斑照射目标的目的，调用平行投影函数void glOrtho(GLdouble left，GLdouble right，GLdouble bottom，GLdouble top，GLdouble near，GLdouble far)创建一个正交平行视景体，视景体以外的物体不会被绘制到屏幕显示窗口上，平行投影函数的变量(left，right，bottom，top，near，far)中，left和right为视景体左右边界在OpenGL二维屏幕坐标系x轴上对应的坐标值，bottom和top为视景体下上边界在OpenGL二维屏幕坐标系y轴上对应的坐标值，near和far为视景体前后边界在垂直于OpenGL二维屏幕向外的z轴上对应的坐标值，OpenGL屏幕显示窗口实时显示目标时，目标几何模型坐标系原点与OpenGL二维屏幕坐标系原点重合，根据激光照射光斑大小，设置视景体参数，令视景体的宽度和高度都等于激光光斑直径，沿z轴的深度应大于等于目标长、宽、高中的最大尺寸，确保目标旋转后，目标显示正常，视景体的中心即为照射激光光斑的中心，当视景体的中心与屏幕坐标系原点重合时，模拟激光光斑照射目标中心的情况，当视景体的中心与屏幕坐标系原点不重合时，模拟激光光斑倾斜照射目标的情况；(4)进行目标渲染及消隐处理设置视景体参数后，使用Phong漫反射光照模型进行目标渲染，然后去除显示窗口内的目标隐藏面元，完成目标消隐处理；(5)计算目标激光雷达散射截面步骤(3)中创建的视景体，其内切圆对应模拟激光光斑，因此，计算目标激光雷达散射截面时，需判断屏幕显示窗口内的目标面元与视景体内切圆的位置关系，将视景体内切圆上以及圆内的各个目标面元单位面积激光雷达散射截面值与该面元面积的乘积叠加，即可计算目标激光雷达散射截面σ其中：σm为第m个目标面元激光雷达散射截面；σ0m为第m个目标面元单位面积激光雷达散射截面；sm为第m个目标面元的面积；fr为目标表面材质的双向反射分布函数；θim为第m个目标面元法线与激光入射方向之间的夹角；θsm为第m个目标面元法线与探测器接收光轴之间的夹角；s′m为第m个目标面元在屏幕显示窗口上的投影面积；上式中，目标表面材质的双向反射分布函数fr由步骤(1)获取；使用步骤(4)的Phong漫反射光照模型渲染后，每个目标面元颜色值即为入射光线与该面元表面法矢之间夹角的余弦；因此，cosθim可直接从颜色缓存中获取；由屏幕显示窗口对应的物理尺寸，即可计算s′m所对应的物理尺寸，将fr、cosθim、s′m代入目标激光雷达散射截面计算公式中，可获得目标激光雷达散射截面值。