戰場(chǎng)環(huán)境傳感信息的可視化研究

在現代戰爭中，高科技技術(shù)有著(zhù)重要應用，如紅外成像制導技術(shù)、合成孔徑雷達成像技術(shù)、紅外成像技術(shù)等在現代戰爭中發(fā)揮著(zhù)重要作用。自20世紀下半葉，基于雷達、紅外、地磁、可見(jiàn)光等多傳感器的傳感信息的航空航天遙測遙感技術(shù)的快速發(fā)展，為現有的地理信息系統提出了新的要求，要求地理信息系統不僅攜帶地理位置、地貌特征數據，而且具有傳感信息數據。直接利用地面的傳感信息進(jìn)行遙測遙感研究和作戰武器性能的實(shí)戰演練研究，有許多不足之處：要耗費大量的資金和軍用物資，研制周期長(cháng)，安全性差，而且很難在實(shí)戰演習條件下改變狀態(tài)，因此有必要利用可視化仿真技術(shù)進(jìn)行研究。然而現階段，國內外的虛擬戰場(chǎng)環(huán)境仿真技術(shù)大多是對戰場(chǎng)環(huán)境及作戰過(guò)程的仿真，對利用傳感信息進(jìn)行戰場(chǎng)環(huán)境的可視化仿真研究不多?；诖?，本文提出了一種利用傳感信息對戰場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行仿真研究的方法。

1 戰場(chǎng)環(huán)境的傳感信息

航天航空平臺能裝載多種特征的遙感傳感器，如雷達、可見(jiàn)光、紅外、地磁等。這些平臺綜合利用多種傳感信息進(jìn)行融合效果分析，能夠更準確地發(fā)現、識別和描繪地面的實(shí)體目標特征。在這些航天航空平臺中，星載、機載成像雷達和紅外成像系統就是一個(gè)很重要的應用。成像雷達主要包括合成孔徑雷達、實(shí)孔徑陣列成像雷達、逆合成孔徑雷達等，合成孔徑雷達的主要應用是發(fā)現和識別軍事目標，如作戰飛機、坦克群，機場(chǎng)和停機坪，各種車(chē)輛、橋梁、鐵路、公路、堤壩和各種軍事建筑物等。另外目前SAR正在向多頻段、多極化、變入射角、多模式方向發(fā)展，即使被偽裝或隱藏起來(lái)的軍事目標，SAR照樣可以發(fā)現和識別目標。紅外成像在戰場(chǎng)環(huán)境中的重要應用之一是紅外成像制導，紅外成像制導是當今最先進(jìn)的紅外制導方式之一，由于其目標識別能力強，因而成為當今精確制導武器的一大發(fā)展趨勢。同時(shí)在紅外導引頭的研制測試過(guò)程中，紅外圖像的獲取是十分重要的。然而通過(guò)現場(chǎng)實(shí)拍得到的圖像有很大的局限性，首先很難獲得各種氣象條件下的紅外圖像，另外許多軍事目標的紅外圖像也是無(wú)法拍到的，而且外場(chǎng)拍攝要耗費很長(cháng)的時(shí)間和大量的人力物力。紅外景象仿真技術(shù)可以很好地解決這些問(wèn)題，其優(yōu)點(diǎn)是有效、完備、經(jīng)濟、安全。因此很有必要利用現代快速發(fā)展的計算機技術(shù)進(jìn)行成像仿真研究。從合成孔徑雷達成像和紅外成像的機理可知，要進(jìn)行戰場(chǎng)的SAR成像和紅外成像仿真，就要建立相應的傳感信息源，即建立與真實(shí)戰場(chǎng)環(huán)境所對應的地物、軍事目標、建筑物的物理屬性數據庫。

根據合成孔徑雷達成像仿真機理和紅外成像仿真機理可知，戰場(chǎng)環(huán)境傳感信息與環(huán)境中的背景、軍事目標、建筑物的表面紋理材質(zhì)的物理屬性有關(guān)。合成孔徑雷達成像利用材料對電磁波的散射特性數據，即雷達散射截面(RCS)。自然場(chǎng)景的RCS是其后向散射系數的函數，人造物體的RCS是入射電磁波的頻率、極化方式、入射角、反射角的函數。因此SAR成像仿真的傳感信息是場(chǎng)景及三維模型實(shí)體的雷達散射截面，為了仿真需求，必須建立場(chǎng)景中紋理材料的后向散射系數數據和入射到三維實(shí)體模型的表面的電磁波的頻率、極化方式、入射角和反射角數據。紅外成像利用材料的物理屬性數據和空間中大氣的傳輸特性數據，如紋理材料的光譜吸收率、反射率、熱特性、大氣的輻射、大氣對紅外輻射的衰減等。紅外成像仿真的關(guān)鍵是確定物體表面的溫度分布和輻射場(chǎng)，通過(guò)溫度場(chǎng)來(lái)計算各點(diǎn)的紅外輻射。

2 戰場(chǎng)傳感信息集成

戰場(chǎng)傳感信息集成，就是建立戰場(chǎng)環(huán)境傳感信息的數據庫。建立傳感信息數據庫，與建立一般仿真所需的數據庫不同。數據庫中材料的物理屬性必須與真實(shí)材料的物理屬性相同。Vega軟件提供了150多種材料的物理屬性數據，該數據庫文件(.mtl)是二進(jìn)制文件，利用Vega自帶的工具spabba可以把文件轉換成ASCII文件，可以使使用者編輯和修改數據庫文件。使用者也可以創(chuàng )建自己的材料數據庫文件。下面是一個(gè)紋理材料文件的例子：

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