激光跟瞄仿真系统及两种跟瞄方法 .pdfVIP

第22卷第11期强激光与粒子束Vol.22,No.11

2010年11月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSNov.,2010

文章编号:10014322(2010)11257506

*

激光跟瞄仿真系统及两种跟瞄方法

岳玉芳,张玉双

(北京应用物理与计算数学研究所,北京100088)

摘要:基于OpenGL和大气传输光学分析的3维全数字仿真是激光跟瞄系统的重要研究手段。为提

高跟踪和瞄准精度,从激光跟瞄仿真系统整体出发,研究了目标成像中的投影变换、成像与跟踪的关系、高精度

跟踪现有算法的控制过程仿真等内容,并提出了基于大视口、目标大气传输图像序列的跟瞄仿真技术。说明了

仿真系统中跟瞄精度分析的特点。就某仿真场景,设计了头部顶点和两点提取两种跟瞄方法,在不同大气

湍流条件下得到了它们的跟瞄精度,说明应用该激光跟瞄仿真系统,能够预先设计、测试和验证一些跟瞄方法,

帮助进行算法分析和改进,从而提高工作效率和节约成本。

关键词:激光跟瞄仿真系统;目标成像;仿真成像;跟踪精度

中图分类号:TN249文献标志码:Adoi:10.3788/HPLP2575

提高跟瞄精度是激光跟瞄系统的核心内容,随着计算机技术的发展和3维图形理论与算法的日益成熟,结

合3维建模技术的跟瞄系统动态特性可视化仿真成为一种有效研究手段[1]。激光跟瞄系统数字仿真与普通的

可见光光电跟瞄数字仿真区别在于后者对跟踪精度和瞄准精度的要求更高,另外,有激光发射时还需要考虑激

光对系统传感器成像的影响。在目标3维建模和光学亮度分析的基础上,进行大气传输成像研究,得到系统传

感器上的虚拟仿真成像,并在这种真实感仿真图像上进行目标跟瞄算法测试是各种虚拟仿真分析的核心。例

如美国麻省理工学院Lincoln实验室的POPS软件提供目标虚拟图像,它的基础是基于OpenGL语言的计算

机图形学技术和大气传输光学分析理论[2]。文献[3]从目标及背景的光学特性数值模拟出发,说明了仿真图像

的真实感模拟方法,文献[4]基于3维图形开发工具包RTG对跟踪识别过程仿真进行了初步研究。为满足目

前对激光跟瞄方法仿真测试的需要,立足于计算机图形学、光学传输分析、跟瞄方法研究,我们建立了激光跟瞄

仿真系统,对具有头部近似球形的目标设计了头部顶点跟瞄方法,对瞄准点与两个特征点共线的特殊目标设

计了两点提取跟瞄方法,研究了它们在不同大气湍流强弱环境下的仿真跟瞄精度。

1激光跟瞄系统及其仿真

1.1激光跟瞄系统概要

如图1所示,设激光系统所在位置为坐标系原点O处,M为目标空间位置,系统跟踪轴(即视轴)方向为

OM。OM在xz平面上的投影为ON。ON与z轴负方向(系统坐标系中的正北)的夹角为跟踪轴方位角,

OM与ON的夹角为跟踪轴俯仰角。

将xyz坐标系平移到M点,先绕y轴旋转,使得Oz成为NO,Ox成为Mx;再绕Mx旋转,使得NO

11

成为Mz,y轴正方向成为My,形成新的坐标系xyz,称为视场坐标系。图1中xy表示传感器成像平

1111111

面。对视场坐标系上的