【摘要】：高幀頻探測系統(tǒng)在航空航天探測領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用,為了完成對其功能和性能的測試與驗(yàn)證工作,需要高幀頻景象仿真模擬系統(tǒng)開展相關(guān)的半物理仿真測試。同時,隨著探測技術(shù)應(yīng)用環(huán)境的發(fā)展和變化,對于高動態(tài)特性目標(biāo)的雙波段和多波段仿真技術(shù)需求日益強(qiáng)烈。本文以可見光與短波紅外雙波段的空間復(fù)合景象仿真模擬技術(shù)和探測系統(tǒng)功能仿真測試技術(shù)為研究對象,分析并研究了探測系統(tǒng)應(yīng)用背景下的數(shù)字場景建模、物理光學(xué)景象轉(zhuǎn)換和探測功能仿真相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù),設(shè)計(jì)了景象仿真與探測系統(tǒng)一體化集成技術(shù)方案,組建了半物理仿真測試驗(yàn)證平臺,完成了系統(tǒng)綜合測試。針對高動態(tài)目標(biāo)雙波段仿真與探測的技術(shù)需求,本文主要研究內(nèi)容如下:1、以空間碎片運(yùn)動檢測為應(yīng)用背景,分析研究了空間探測環(huán)境中目標(biāo)和背景的輻射特性,建立數(shù)學(xué)模型并給出目標(biāo)與背景的輻射量計(jì)算方法,并研究利用OpenGL進(jìn)行數(shù)字仿真場景建模的方法;2、深入研究了DMD的硬件特性和驅(qū)動方法,分析了常用灰度調(diào)制方法的局限性,提出了一種驅(qū)動DMD超高幀頻顯示高動態(tài)圖像的灰度調(diào)制方法,極大提高景象仿真系統(tǒng)的顯示幀頻,實(shí)現(xiàn)對高動態(tài)特性目標(biāo)與背景的仿真;3、結(jié)合DMD投影成像特點(diǎn),提出了用于雙波段仿真場景空間復(fù)合精度判定與校正的算法,通過投影特定模式的圖像并利用寬波段相機(jī)采集成像結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理,建立各個波段DMD微鏡與投影屏幕像素空間位置的映射關(guān)系,實(shí)現(xiàn)復(fù)合精度判定與場景偏差矯正;4、分析了空間運(yùn)動目標(biāo)探測的背景環(huán)境特點(diǎn),根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境,充分結(jié)合雙波段探測成像圖像的特性,提出了兩種不同的目標(biāo)運(yùn)動檢測算法,同時對探測系統(tǒng)的掃描跟蹤策略進(jìn)行了研究,實(shí)現(xiàn)了探測系統(tǒng)的功能仿真,完成對運(yùn)動目標(biāo)的檢測、捕獲、跟蹤和測量;5、對景象仿真與探測系統(tǒng)一體化技術(shù)進(jìn)行了研究,提出利用透射式投影屏幕實(shí)現(xiàn)雙波段場景空間復(fù)合的技術(shù)方案,完成景象模擬器軟硬件驅(qū)動、景象仿真系統(tǒng)控制軟件和探測系統(tǒng)功能仿真軟件的設(shè)計(jì),集成了仿真與探測一體化的探測系統(tǒng)半物理仿真測試平臺,并通過系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了景象仿真系統(tǒng)與探測系統(tǒng)的功能與性能。
[Abstract]:High frame rate detection system is increasingly widely used in the field of aerospace exploration. In order to complete the testing and verification of its function and performance, the high frame rate scene simulation system needs to carry out the related semi-physical simulation tests. At the same time, with the development and change of detection technology application environment, there is a growing demand for dual-band and multi-band simulation technology for high dynamic target. In this paper, the spatial composite scene simulation technology of visible light and short-wave infrared dual-band and the function simulation and testing technology of detection system are studied, and the digital scene modeling under the application background of the detection system is analyzed and studied. The key technologies related to physical and optical scene conversion and detection function simulation are designed. The integrated technology scheme of scene simulation and detection system is designed. A semi-physical simulation test verification platform is established and the system comprehensive test is completed. According to the technical requirements of dual-band simulation and detection of high dynamic targets, the main contents of this paper are as follows: 1. Based on the background of space debris motion detection, the radiation characteristics of target and background in space exploration environment are analyzed and studied. The mathematical model is established and the method to calculate the radiance of the target and the background is given. The method of using OpenGL to model the digital simulation scene is studied. 2. The hardware characteristic and driving method of DMD are deeply studied, the limitation of common gray level modulation method is analyzed, and a grayscale modulation method is proposed to drive DMD ultra-high frame frequency display high dynamic image. The display frame rate of scene simulation system is greatly improved, and the simulation of high dynamic characteristic target and background is realized. 3. According to the characteristics of DMD projection imaging, an algorithm is proposed to judge and correct the spatial compound precision of dual-band simulation scene. By projecting the image of a specific mode and using the imaging results collected by a wide band camera, the data are analyzed and processed. The mapping relationship between each band DMD micromirror and the pixel position of the projection screen is established to determine the compound precision and correct the scene deviation. 4. The background environment characteristics of space moving target detection are analyzed. According to the different application environment, two different target motion detection algorithms are proposed according to the characteristics of dual-band detection imaging images. At the same time, the scanning and tracking strategy of the detection system is studied, the function simulation of the detection system is realized, and the detection, capture, tracking and measurement of moving targets are completed. 5. The integrated technology of scene simulation and detection system is studied, and the technology scheme of using transmission projection screen to realize spatial recombination of dual-band scene is put forward, and the software and hardware drive of scene simulator is completed. The design of scene simulation system control software and detection system function simulation software, integrated simulation and detection of the detection system semi-physical simulation test platform, The function and performance of scene simulation system and detection system are verified by comprehensive experiments.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.9;TP391.41

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本文編號：2413247