基于方向谱的海浪三维数值模拟

为进行海面视景仿真,对基于方向谱的海浪三维数值模拟方法进行了研究.采用Gerstner波对海浪模型进行了建模,并增加陡度控制参数控制海浪波形,总结了常用的海浪谱和方向扩展函数,分析了波浪立体观测计划(SWOP)和Donelan方向扩展函数之间的异同,采用PM谱和Donelan方向扩展函数构成的海浪方向谱,进行了海浪的三维数值模拟.结果表明,该方法仿真效果逼真,具有较高的应用价值.     

基于三角面元波面分割的海面红外成像仿真

从海面小波面法线出发,采用海浪谱模型模拟海面的形态,提出一种新的简便算法,将海面各小波面划分成三角面元,通过求三角面元的法向量来计算海面发射率,大大降低了计算的难度。其次,综合考虑海面自身热辐射及海面反射天空、太阳辐射和探测器与海面之间的大气路径光谱辐射,建立海面红外辐射模型。最后,生成海面红外辐射的灰度图像,并给出在不同探测器天顶角下的仿真结果。通过结果分析,该方法可以有效地模拟海面红外辐射特性,仿真的红外图像对于舰船红外仿真研究及红外探测具有重要意义。     

中波段动态海洋红外视景仿真

大面积动态海洋红外视景仿真是三维红外海战场环境仿真的重要内容,具有重要的应用价值。引入法线贴图,采用GPU着色器技术,提出了一种中波段动态海洋视景的生成方法,实现了逼真的红外海面视景实时仿真。基于矩形平面构建海洋模块,利用海面纹理的法线图,在GPU着色器中计算海面像素的辐射特性、辐射强度和方向。采用了一种基于纹理坐标操作的动态波浪模拟着色器算法实现海面法线的动态变化。提出了基于视点和视场检测的海洋模块调度策略以提高系统渲染效率。实验结果表明,该方法生成的红外海面视景渲染速度可达到80帧/s以上,满足实时仿真的要求,并能逼真地仿真中波段海面的光斑现象。     

基于OpenGL的三维浅水海浪可视化仿真

针对目前浅水区海浪的数值模拟不能获得可视化、逼真的仿真效果．而基于Vega平台的可视化仿真灵活性不高，且需要昂贵的仿真平台支撑等问题。从海浪形态的Longuet-Higgis构造模型出发。利用真实的海浪谱对海浪进行仿真控制，并且从波面细化，颜色处理和光照控制三个方面提出了对海浪仿真效果改进的方法。最后运用VC＋＋和免费的OPENGL图形库实现了三维浅水区海浪的可视化仿真。结果表明该方法可以灵活实现实时、逼真的三维浅水区海浪仿真。     

风速对海面长波红外偏振度的影响研究

粗糙海面偏振特性对海面场景下的目标探测和识别具有较大影响。为了研究不同风速和探测角下海面长波红外偏振特性,基于双向反射分布函数和菲涅尔反射公式推导了长波红外偏振度计算模型,依据海浪谱和快速傅里叶变换法建立海面模型,并结合中国台站实测数据,计算了海水辐射和天空大气辐射,仿真分析了不同风速条件下海面在长波红外波段的偏振特性,仿真结果表明:随着风速的增加,各面元入射角的分布几乎对称的向两侧拓展,使得偏振度峰值减小,对应的探测角减小,当探测角小于63°时,偏振度随风速增加而增加,探测角大于63°时,偏振度随风速增加而减小,探测角为63°时,海面偏振度基本不受风速影响。研究结果对海面场景下的红外偏振探测有一定指导意义。     

海浪谱的选择对海面电磁波散射建模的影响

海浪谱的选择对Bragg共振散射建模的影响是海面电磁波散射建模的关键问题。首先简介了海浪谱的概念,然后选择RA(Romeiser-Alpers)谱进行了Bragg共振散射建模,最后选择另一种具有代表性的PM(Pierson-Moskowitz)谱进行了Bragg共振散射建模,并通过仿真实验对两种海浪谱及其用于Bragg共振散射建模的效果进行了比较分析。获得的结论对合理地选择海浪谱具有指导意义。     

基于快速Fourier变换三维海浪建模方法研究

提出了基于海浪谱的快速Fourier变换的大范围深海场景的建模方法.针对海浪三维结构上的缺陷,计算出用于水面网格变形的顶点三维数据,还计算出用于水面光照计算的表面法向量和切向量,将得到的高度场数据平铺到可见区域的网格上,以模拟出整个可见海面的波浪效果.该方法能够区分杂乱的海浪细微轮廓,可以很好的完成海浪的三维模拟,最终改进了三维海浪仿真的真实感和清晰度,达到了令人满意的效果.     

海面环境中红外偏振成像系统作用距离模型

诸多实验证明海面辐射具有偏振特性,目前还没有有效的红外偏振成像系统的海面目标探测能力的相关理论。利用T. Elfouhaily提出的海浪方向谱模型反演出海浪高度分布;通过一种基于Monte-Carlo光线逆追踪的方法分析了海面的红外偏振辐射特性;根据Stokes矢量分量的噪声特性建立了Stokes矢量各分量的最小可分辨温差值(MRTD)计算方法;并在此基础上,利用Stokes矢量分量的MRTD与场景的表观温差(ATD)的差异建立了海面环境中的红外偏振成像系统作用距离模型。     

基于OpenGL的海面场景模拟

研究海面场景的三维模拟技术。针对军事试验中对海面场景的需要,从分析海浪的物理模型出发,分析和研究基于海浪谱的海面建模方法,选取Pierson-Moskowitz海浪谱,利用具有平台独立性的OpenGL图形库对海面场景进行模拟,快速实时有效地的模拟了,不同风速下的海面场景。     

基于OpenGL的远海岛礁海浪模拟

远海岛礁海域不同于大陆沿海海域,对其进行仿真模拟时,需充分考虑其特殊性.针对P-M谱不适用于复杂环境海浪模拟的问题,通过加入岛礁因子,对原有算法进行改进.通过分析岛礁海域附近可能发生的折射、绕射等现象,以Gerstner波为原型进行环岛海浪模拟,并为其设置触发条件.最终依据波的线性叠加原则,将改进后的海浪谱与环岛海浪进行叠加,建立了完整的海浪模型,并利用OpenGL开发工具和Microsoft Visual Studio实现了整个远海岛礁海浪模型的三维仿真模拟.仿真结果表明,岛礁因子的加入使得P-M海浪谱可以更好地适应于岛礁地形,整体模拟效果具有较好的实时性和真实感.     

红外仿真中的海面辐射模型

作为海面目标的主要背景,海面的红外辐射特性对于舰船红外仿真研究具有重大意义。建立了三种海面辐射计算模型：漫射灰体、平静海面和波浪海面,并针对红外仿真中舰船辐射场和海面背景红外热像模拟两方面的计算要求比较分析了三种模型的计算结果。结果表明,对于舰船辐射场计算而言,使用经验模型已经具有足够的精度;而在模拟海面背景红外热像时,波浪的影响不可忽视,必须采用波浪海面模型模拟海面辐射亮度。     

建筑物目标三维红外场景仿真

提出了建筑物目标三维红外场景仿真方法。首先分析了三维场景模型的生成方法,采用软件绘制的方法获取三维场景,并将其加载至OpenGL环境中进一步处理;然后分析了三维红外场景的生成方法,对辐射源进行三维模拟,建立红外成像模型,得到目标表面红外辐射特性;最后模拟红外热像仪生成目标三维红外场景,给出了仿真结果和温度对比曲线。实验结果表明,仿真图像真实地反映了建筑物目标的红外辐射特性,各部分温度与实测温度变化规律基本一致。本文所述仿真方法切实可行,达到了场景仿真的效果。     

基于场景模型的热红外遥感成像模拟方法

为实现升空后运行的卫星的整体性能处于最佳状态,通常在卫星发射前,采用计算机仿真的方法对从地表到影像获取的整个遥感物理过程进行模拟.针对现有模拟方法不能全部采用辐射传输、成像等物理模型,实现大场景、复杂地表覆盖情况下的热红外遥感成像模拟,在基于场景模型的热红外遥感成像模拟基础上,将模拟系统分为地表场景模拟、大气作用模拟及传感器成像场景,重点对模拟各场景所涉及的物理模型和算法进行了综述和分析,并初步构建了大场景、复杂地表覆盖下模拟的技术框架,是对热红外遥感成像模拟的一种全新而有益的尝试,对相关研究工作也有一定参考价值.     

基于OGRE的海面舰船目标红外仿真方法

海面舰船目标是维护我国海洋权益、保卫主权的重点防范目标。本文提出基于OGRE的海面舰船目标红外仿真方法,该方法在对海面舰船目标三维建模的基础上,利用 OGRE渲染引擎实现不同成像条件下的红外仿真和场景漫游功能。首先,建立舰船目标三维几何模型,将其划分为不同区域,建立目标红外辐射温度计算模型,生成舰船各部分红外纹理。然后,考虑大气衰减效应,生成DDS格式的大气透过率和大气辐射纹理。最后将各类纹理传至OGRE渲染机制,完成场景渲染及漫游功能。对不同时间和不同视距下的舰船目标进行红外仿真,结果表明该方法能够生成不同成像条件下的三维红外场景,满足实时性要求,具有一定的应用价值。     

海面目标高分辨率卫星成像仿真方法

海洋目标高空间分辨率遥感成像仿真技术在海面目标探测识别等方面得到了广泛应用。舰船与海水流体交互作用在高分辨率下得以显现,对其产生的复杂流场辐射模拟是成像仿真的主要难点。重点研究了舰船航行过程中与海水交互产生的流场几何形态和物性变化,提出了与海面方向辐射特性的耦合作用模型及海洋目标高分辨率遥感成像仿真方法。通过频谱分析的方法构建海面三维模型,使用计算流体力学的方法构造了船只航行流场的三维几何模型。根据海面组分分布的不同将其辐射特性与三维结构关联,构建了亚米级海洋场景三维辐射模型。通过辐射传输计算、场景内部多次反射模拟及大气影响和传感器效应仿真,最终得到观测条件下的卫星遥感图像。结果表明,将GF-6卫星全色波段实测图像与相同成像条件下的仿真图像对比,图像均值的误差为9.17%,标准差误差为9.21%,在平均灰度值、灰度分布、纹理细节等方面都具有较好的一致性,可以较真实地模拟高分辨率卫星成像下的海洋目标场景。     

海洋背景下8～12μm Kelvin尾迹红外探测

舰船在海面航行时会在船后留下一条明显可辨的尾流且能够持续很长时间,长度可达数千米。采用JONSWAP谱模型实现了海面的模拟,结合Kelvin尾迹模型,完成了海洋背景下Kelvin波的尾迹显示。在此基础上,综合考虑海面及周围环境辐射的影响,建立尾迹探测的红外辐射模型,计算并分析了Kelvin尾迹的红外辐射特征。研究结果表明:探测俯仰角较小时,Kelvin尾迹特征明显易于探测,俯仰角较大时,Kelvin尾迹特征减弱;海面风速是影响探测效果的重要因素,风速增加,海面对Kelvin尾迹的调制作用增强,最终会导致无法探测;尾迹探测不受白天和夜晚的影响。     

海岛环境SAR图像仿真

弹载SAR岛屿海岸线景象匹配成功概率与实时图中海岸线形状密切相关,海岛环境下海浪和地形起伏等因素对海岸线在SAR图像中的特征具有不可忽略的影响,造成海岸线的模糊和变形。首先分析了海岛环境弹载SAR图像的特点,然后基于海浪频谱和方向谱相关经验公式,利用线性叠加方法给出了详细的海浪仿真的实现过程;建立了海岛高程起伏的二维指数函数模型;利用波数域方法给出了典型场景下的海岛SAR图像仿真结果,并在此基础上分析了海浪和山峰对弹载SAR图像海岸线检测的影响和基于SAR图像的海岸线检测方法局限性。研究结果表明基于SAR回波数据的海岸线检测方法是一种适于弹载SAR应用的有效方法。     

短波红外吸收带林火与背景辐射亮度比较分析

对于短波红外吸收带图像高温目标特征的研究有利于提高红外目标的识别率。短波红外吸收通道可探测的地面高温目标辐射特征除了与目标温度有关,还受到大气参数状况、遥感器参数设置等影响。采用仿真分析方法,较为系统地获得了不同大气条件下林火目标与地面背景辐射数据,分析了二者的特征差异,并仿真分析了波段带宽设置对仪器接收到的辐射能量的影响。研究表明仪器带宽设置对高温目标的探测信噪比起决定作用,其次,大气模式设置不同,在短波红外水体吸收通道,林火与背景的辐射亮度特征差异显著不同。地面背景入瞳处总辐射在4.3 um附近吸收带主要受程辐射影响,在2.7 um附近吸收带主要受水汽含量影响。