用于激光雷达成像仿真的动态场景模型

基于激光雷达成像的基本原理,结合目标表面的空间反射特性,在图形处理器架构下,借助其强大的并行计算能力,建立了激光雷达场景动态仿真模型,实现了不同入射、观测位置条件下目标表面空间辐射亮度分布的计算．针对典型场景进行了模拟实验,并将实验结果与实际激光雷达系统采集到的图像数据进行了对比分析．实验结果表明,模拟结果与实测图像数据在基本特征上是相似的; 定量分析结果表明,模拟图像与实际图像在主要特征上是相符的．     

基于移动增强现实技术的复杂场景视频图像多目标跟踪

复杂场景视频图像多目标跟踪过程中在环境干扰下检测准确性不好,为了提高复杂场景视频图像多目标跟踪能力,提出基于移动增强现实技术的复杂场景视频图像多目标跟踪方法,构建复杂场景视频图像的3维成像模型.采用边缘特征分割和Harris角点特征检测方法进行复杂场景视频图像的多维尺度分解,构建目标图像的3维成像模型,采用灰度信息重构方法进行复杂场景视频图像的像素序列重组,建立目标图像的3维轮廓特征分布集,采用模糊信息度特征提取方法实现复杂场景视频图像的特征提取,通过移动增强现实技术进行复杂场景视频图像多目标跟踪过程中的自适应寻优,提高复杂场景视频图像多目标跟踪的准确性.仿真结果表明,采用该方法进行复杂场景视频图像多目标跟踪的准确度较高,图像成像的分辨能力较好.     

一种改进的合成孔径激光雷达成像算法

合成孔径激光雷达作为新体制激光雷达,可以实现对目标的高分辨率的成像。微波波段的合成孔径成像雷达所采用的回波信号模型已不能用在合成孔径激光雷达系统,传统的距离多普勒算法亦得不到较高的成像分辨率。提出一种改进的合成孔径激光雷达的成像算法,在对合成孔径激光雷达回波信号特征分析的基础上,对经过了光外差探测的回波信号进行脉冲压缩并基于时间作傅里叶变换,构建一个补偿因子,最后通过距离徙动校正实现对被测目标的高分辨率二维成像。采用了仿真实验的方法验证了此方法的可行性。     

基于单目视频的室外自然场景雾天模拟算法

为了能够更快速逼真地模拟室外自然条件下的虚拟场景,提出了一种基于真实拍摄的单目视频的雾天场景模拟算法.算法首先对初始输入图像中场景进行语义分割,针对不同类型的场景进行深度信息的解析;同时对多帧图像序列之间的光流场分布情况和摄像机的运动参数进行估计,完成不同帧图像之间的深度映射与修正,最后基于大气散射模型的原理进行雾天场景的模拟与仿真.理论分析和实验表明,所提出的算法与传统的基于虚拟现实的方法相比效率大大提高,且生成的雾天虚拟场景更具真实感.     

折反射成像的经纬仪模型研究

折反射全向相机具有能够提供360°视场、安装灵活、结构紧凑、成本低廉等优势.在单视点结构的约束条件下,根据折反射成像的旋转对称性,提出了折反射成像的全新模型.首先,根据折反射成像的投影几何理论,分析并推导出图像点到投影中心之间的距离与空间射线俯仰角的对应关系.其次,根据现有的球面统一模型将空间点投影到图像平面上,得出的图像点坐标在提出的模型中反投影出一条空间射线,对比统一球面模型验证提出的模型的正确性.最后用提出的模型计算图像点的反投影误差,得到误差为0.2个像素以内,实验结果表明,提出的模型能够获得较高的标定精度.提出的经纬仪模型将二维标定化简为一维标定,为折反射全向视觉的研究开辟了新的思路.     

无扫描激光三维成像系统的建模与仿真

当前的像增强器耦合型CCD(ICCD)模型主要针对微光成像系统,无法直接用于三维成像系统.在三维成像系统中,像增强器不再工作于高增益状态,而且增益非线性对测量结果有很大影响.为此,改进ICCD模型中的噪声模型,采用非线性增益模型.针对光源强度和像增强器增益均随时间变化,对模型进行时间离散化处理.结合光照模型和物体三维数据进行系统仿真和定量分析.结果表明,增加CCD势阱容量、减小微通道板(MCP)增益、增大光源功率,可以提高信噪比,从而提高测量精度,同时需要提高快门速度、光源调制度,并抑制环境光影响.     

基于曲率模型修正的星载DDM建模与仿真

针对星载场景下地球曲率对第一等延迟环范围变化的影响,提出一种基于曲率模型修正的时延-多普勒图像(delay-Doppler map, DDM)建模方法。利用二分法对机载场景下的平面地球模型中第一等延迟环处散射点、发射机、接收机的几何关系进行修正,利用海面反射信号的相关功率模型得到散射信号的相关功率。对机载场景下平面地球模型和星载场景下基于曲率的地球模型进行模拟仿真,结果表明,星载场景下基于曲率模型修正的相关功率峰值略低于机载场景下的地球平面模型的相关功率峰值,整体波形无太大差异。     

基于机载激光雷达点云的森林场景建模

利用机载激光雷达森林点云数据进行真实森林场景的精细三维重建,为构建数字森林环境与林业资源管理应用提供参考.提出利用点云魔方软件对森林点云数据进行处理,分离得到地面点云和植被点云;采用层堆叠分割方法对森林植被进行分割并提取每株树木的平面位置、树高、冠幅直径及面积等参数;运用景观设计软件SketchUp和Lumion进行森林场景三维建模,模拟真实森林三维场景中的地形和植被效果.以某地区约4万m2的森林场景机载激光雷达点云数据为实例进行森林场景三维重建,从激光雷达数据中分割出的773棵树木点云,结合树种分布、树高及轮廓等信息构建了逼真的三维森林场景.试验结果表明,根据森林点云数据的分割结果能快速高效地构建模拟现实树木形态结构的真实感三维模型,克服传统树木建模精度低和可视化不高的缺点.     

航天遥感器的空间目标成像模型研究

提出了一种新的空间目标的成像模型,用于仿真模拟航天遥感器观测到的空间目标成像特性的分析与实验.假定空间目标几何形状为球形,使用已有的空间目标照度计算公式,建立了目标星等仿真计算模型;通过使用航天遥感器CCD、光学系统参数和目标星等计算模型,可得到空间目标在理想观测条件下的航天遥感器焦平面上点源响应的信号强度和图像;考虑到航天遥感器与空间目标的相对运动关系,建立了空间目标在实际观测条件下的航天遥感器焦平面上线成像的能量分布模型和运动引起的模糊图像;综合使用上述几种模型,可生成空间目标在航天遥感器不同成像观测条件下的动态帧序列图像,以满足空间目标的探测与识别仿真算法研究的需求.     

基于合成孔径聚焦技术的煤岩超声成像检测研究

为了提高超声波换能器检测煤岩界面的成像效果,分析煤岩声阻抗差异和超声波指向性的特征,提出了超声波合成孔径聚焦的煤岩成像检测.基于非均质散射场理论,建立煤岩声场模型,开展了煤岩模型的超声波合成孔径聚焦成像检测的数值模拟,获得了不同类型煤质模型的成像图像.采用超声波合成孔径聚焦成像检测方法,完成了0.4和0.5m煤厚的模拟样成像检测实验与理论研究.仿真与实验结果表明,基于非均质散射场理论的煤岩合成孔径聚焦超声波成像检测建模与数值模拟是正确的,合成孔径聚焦技术有效地提高了超声波成像检测图像的分辨率.     

Scattering simulation and reconstruction of a 3D complex target above an underlying surface using SIMO radar with plane array

A SIMO(single input and multiple output) system of a step-frequency(SF) radar is used.It works in downward-looking spotlight mode and moves within a 2D synthetic plane array.A 3D(three-dimensional) matrix of bistatic scattering fields is produced in both the amplitude and phase from a 3D complex-shaped electric-large target above background surface.In numerical simulation,the bidirectional analytic ray tracing(BART) method is applied to calculate bistatic scattering in the SIMO observations from a volumetric target above background rough surface.An improved 3D RMA(range migration algorithm) is then utilized to make the imaging.Its 3D imaging is applied to reconstruct the target profile.As validation and comparison,the scattering fields of some simple targets are computed with comparisons of the BART and FEKO software.The SIMO techniques of imaging and reconstruction for a 3D target,such as a tank-like model over rough surface,are presented.     

一种适合逆合成孔径激光雷达的成像算法

逆合成孔径激光雷达是主动式有源成像雷达,能够实现高速运动物体的实时高分辨成像。但传统R-D算法很难得到目标的二维高分辨图像。提出一种适合逆合成孔径激光雷达成像的算法,通过时频分析法分析逆合成孔径激光雷达的回波信号特征,对光外差探测后的回波信号进行重排Wigner分布和Radon变换的处理,估计出目标的运动速度,通过构造有效的补偿因子,实现对目标的二维高分辨率成像。通过仿真实验得到了分辨率更高的图像,验证了此方法的有效性。     

基于ECEF的雷达组网目标综合定位精度分析

以地基分布式有源雷达组网系统为讨论对象，在具体分析了4种定位误差的相互关系的基础上，给出了一种基于ECEF转换法的系统目标综合定位精度评估模型，并利用典型的雷达参数，对多部2D及2D与3D混合的雷达组网系统的实际目标综合定位精度进行了仿真和对比分析，得到了一些对雷达组网系统的实际部署优化处理有参考价值的结论.     

基于MATLAB的机载激光雷达扫描机制的研究

机载激光雷达扫描系统中常用的机械扫描机制,一般分为棱镜扫描方式、高速偏转镜扫描方式以及双振镜扫描方式。首先,基于不同方式的扫描机制,分别建立其数学模型。其次,分别应用Matlab对机载激光雷达扫描轨迹进行模拟仿真。最后,基于模拟仿真结果,总结了常用机械扫描机制的特点及其适用范围,为不同环境下的雷达扫描方式选择提供依据。     

空间激光雷达最小接收光功率的计算

采用信号检测的统计思想,在详细分析雷达接收机各种噪声大小与概率分布、计算空间背景光大小和光谱特性的前提下,基于信号检测理论中的虚警概率和发现概率提出了一种能直接计算非相干检测方式下所需最小光功率的方法。仿真结果表明,由该方法计算的最小光功率能够更好地优化激光雷达系统的性能。     

反导预警雷达交接班效能仿真模型框架研究

针对反导防御作战中早期预警雷达和多功能相控阵雷达的交接班效能仿真验证问题,深入解析了雷达交接班概念和内涵,提出了雷达交接班过程的时间、高度和逻辑三维模型.基于该过程模型和地基雷达预警探测导弹目标的使命任务特点,提出了反导预警雷达交接班准则,进而构建了包括弹道仿真、交班时机仿真等较完整的仿真流程方案和模型体系,形成一个可行有效的雷达交接班效能仿真模型框架.该模型框架可用于反导预警雷达交班策略研究等,为反导预警指挥提供一定的决策支持.     

兼顾远场和近场性能的便携式三维声纳设计

为了降低三维成像声纳系统的复杂度,并保证系统在整个水下探测范围内具有准确的波束图,提出兼顾远场和近场性能的便携式三维成像声纳设计方法. 该设计采用十字型阵列实现三维声纳成像,相比平面阵,极大降低了硬件复杂度,设备灵活轻便. 针对发射阵列,提出近场条件下的多频发射波束形成算法,根据十字型阵列的景深划分多个发射聚焦区间,并通过菲涅尔近似,配置各聚焦区间的时延参数,保证近场的波束性能. 针对接收阵列,提出优化的CZT (chirp zeta transform) 波束形成算法,可实现远场和近场条件下的快速波束形成,且计算量低于其他波束形成算法. 仿真实验表明,在近场聚焦区间内,该算法的角度分辨率和旁瓣高度变化差异较小,波束图性能稳定. 实际水下实验证实该设计可以在探测场景内获得清晰的水下三维图像.     

基于VEGA PRIME激光制导导弹三维视景仿真设计

三维视景仿真依据仿真目的,可实时再现导弹攻击目标的全过程,为激光制导武器半实物仿真的飞行仿真、航迹规划等提供了直观的分析手段。通过Vega prime和Creator建立了导弹攻击目标的三维视景仿真系统中所需的三维实体模型、地形模型、天空、海面、雪地和碰撞等特殊效果并对其进行优化处理。依据导弹弹道解算模型实时解算导弹弹道参数,通过人机交互界面实时显示导弹飞行的位置和姿态,实现了导弹攻击目标的可视化仿真。     

Kinect与二维激光雷达结合的机器人障碍检测

在Kinect相机和二维激光雷达结合的基础上,提出了一种适用于移动机器人、低成本的障碍物三维感知方法。该方法首先通过Kinect相机和二维激光雷达联合标定建立深度图像点与激光雷达测距点的对应关系,然后,融合二者的检测数据得到环境障碍物位置。具体步骤为:1）Kinect相机与二维激光雷达分别从环境中获取深度图像和二维激光数据;2）将深度图像转换成虚拟二维激光数据;3）根据联合标定得到的对应关系融合虚拟激光数据与二维激光雷达数据,得到障碍物的位置。实物测试证明该方法正确有效,可用于移动机器人对环境障碍物的判断。