一种光电注入式图像成像模拟装置的制作方法

本实用新型属于光电测量技术领域，具体涉及一种能测量跟踪精度的光电注入式图像成像模拟装置。

背景技术：

光电跟踪仪等设备在舰艇环境中时常要跟踪高速运动目标。

但是，在现实环境中，很难找到这种高速运动目标，因此无法有效的检验、测试光电跟踪仪的伺服跟踪性能、跟踪精度性能。

因此，需要一种能够为光电跟踪仪等设备提供动（静）态目标调试平台、产生仿真图像目标，使设备跟踪仿真目标，并对被测试设备的跟踪性能进行精度统计的装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提出一种专门用于测量光电跟踪仪跟踪仿真图像目标的性能、并对其跟踪精度性能进行评估的光电注入式图像成像模拟装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光电注入式图像成像模拟装置，由显示器、鼠标和键盘，以及图像工作站、人机工作站和采集工作站组成；

所述的图像工作站包括主控图像计算机和与主控图像计算机连接的高性能专业显卡及图像采集卡；

所述的人机工作站包括连接显示器的主控人机计算机和与主控人机计算机连接的CAN口通信板；

所述的采集工作站包括数据采集板、导航板、电源板和测角板，所述的数据采集板通过I/O口分别与导航板和测角板连接；所述的主控人机计算机通过网络交换机与主控图像计算机连接，所述的数据采集板连接主控人机计算机。

所述的一种光电注入式图像成像模拟装置，其图像采集卡通过PCI总线与主控图像计算机连接。

所述的一种光电注入式图像成像模拟装置，其高性能专业显卡通过PCI-E总线与主控图像计算机连接。

再进一步，其数据采集板由DSP、CAN芯片、CPLD/FPGA芯片，并口、定时计数器、时统信号转换电路组成。

本实用新型的有益效果是：

本模拟装置能仿真目标图像与仿真背景，实现舰艇环境下动态目标航路的图像仿真，具有仿真目标运动的航路轨迹设计，可输出仿真图像给光电设备进行保精度跟踪。

附图说明

图1为本实用新型的主视图；

图2为本实用新型的侧视图；

图3为本实用新型的主控计算机组成示意图；

图4为本实用新型的采集工作站组成示意图；

图5为本实用新型人机、图像和采集工作站的电气接口示意图；

图6为本实用新型的工作流程示意图。

各附图标记为：1—显示器，2—鼠标，3—键盘，4—工控机，5—电子机箱，51—图像工作站，511—主控图像计算机，512—高性能专业显卡，513—图像采集卡，514—CAN口通信板，515—网络交换机，516—主控人机计算机，52—采集工作站，521—数据采集板，522—导航板，523—测角板，53—人机工作站。

具体实施方式

如图1、图2所示，实用新型运用OpenGL三维模型与场景制作图像仿真技术、人机交互VC界面设计技术、DSP数据采集技术、FPGA+DSP图像采集与处理技术、网络技术、CAN总线技术，开发出了一种技术涉及面广，软硬件集成度高的模拟装置，该装置具有仿真飞行目标图像与仿真背景，实现舰艇环境下动态目标航路的图像仿真。具有仿真目标运动的航路轨迹设计，依据给定目标航路产生激光主波、回波脉冲信号，模拟激光距离，输出给光电设备调试。

本实用新型具体的技术方案是：一种光电注入式图像模拟装置，它由位于上方的显示器1、鼠标2和键盘3，位于下方的工控机4和电子机箱5组成，所述的图像工作站51、采集工作站52和人机工作站53分别设置在工控机4和电子机箱5内。

图像工作站51完成目标图像模型及背景图像制作(海、空、岸模拟背景及模拟目标)，进行目标航路轨迹仿真图像的运行，以及目标模型与背景图像的准确叠加等，通过专业显卡实时逼真绘制、显示目标仿真图像。

人机工作站53运行仿真程序人机交互界面，进行目标航路轨迹设计，实时获得光电测角、导航等外围设备的信息，目指数据的网络发布，进行精度统计。

采集工作站52完成外围设备的数据采集与处理工作，实时采集光电设备的测角数据、导航设备的纵摇、横摇、航向、航速数据，同时接收激光控制命令和仿真距离，生成激光主波回波信号，并响应外时统源信号。

如图3所示，所述的图像工作站51运用OpenGL图像仿真技术设计目标仿真图像，包括主控图像计算机511、高性能专业显卡512、图像采集卡513、扩展总线槽（PCI总线、PCI-E总线）、网络适配卡等组成，图像工作站51通过网络交换机515与人机工作站53连接。

图像工作站51采用OpenGL软件建立飞机、舰船等目标模型以及背景场景，设置纹理、材质、动画、特效及渲染，可以创建出效果逼真、强大视觉冲击力的三维仿真动画。采用高性能专业显卡512实时绘制、显示目标仿真图像，具备制作大型三维图像及运行的硬件资源，PCI-E 3.0总线插槽，多路高清数字显示输出接口（VGA接口、DIV接口、s-video接口可选），满足常用的PAL 25帧/秒、NTSC30帧/秒的三维仿真图像显示与输出。

图像采集卡513采用PCI总线插槽，可独立于主控图像计算机511运行，接收主控图像计算机511的PCI总线数据、目标仿真图像数据、接收高性能专业显卡512输出的目标及背景仿真图像、完成复合视频输出，具备一路CCIR视频输入接口、PCI总线接口、两路CCIR视频输出接口。

图像采集卡513工作时以PCI总线接口的形式接收主控图像计算机511制作的目标模型仿真图像数据，20ms时间周期进行图像处理并转换为25帧/秒的CCIR视频信号输出。图像采集卡513以PCI接口与主控图像计算机511进行图像数据交互，供电取PCI总线电源。

图像工作站51的应用程序采用VC6.0编程，程序中嵌入OpenGL软件，实现仿真图像根据应用程序的需求实时绘制、显示和输出。应用程序采用OpenGL制作好仿真图像，通过OpenGL颜色缓冲区机制，读取出仿真图像数据，20ms周期性的利用PCI总线与图像采集卡513进行目标模型图像数据交互。实时周期性利用OpenGL绘制一帧仿真图像。

所述的人机工作站53完成目标航迹的设计和VC人机界面设计，包括主控人机计算机516、高性能专业显卡512、扩展总线槽（PCI总线、PCI-E总线）、网络适配卡、CAN口通信板514和网络交换机515，所述的主控人机计算机516连接网络交换机515，CAN口通信板514完成主控人机计算机516与数据采集板521的CAN总线数据传输。该板采用PCI总线插槽,符合标准的CAN总线网络标准。

人机工作站53通过CAN口通信实现与采集系统的数据交互，实时获得光电设备的测角信息、时统信息。网络交换机515提供网络数据通信，实现人机工作站53与光电、导航、时统进行网络数据的交互。

人机界面设置目标航路参数，包括目标距离、目标高度、目标速度、目标航向、目标方位，根据目标运动特性建立目标运动轨迹。依据导航数据，经过坐标公式转换，将大地坐标系下目标数据转化为稳定球坐标系下三维数据，形成目指点。人机工作站53将目指数据通过网络发送给光电设备，设备调舷发现目标并开始跟踪。人机工作站53将目标轨迹数据通过网络发送给图像工作站51，图像工作站51依据目标航迹实时绘制目标仿真图像。

如图4所示，所述的采集工作站52采集光电角度数据技术，包括数据采集板521、导航板522、电源板和测角板523，所述的数据采集板521通过I/O口分别与导航板522和测角板523连接。

所述的数据采集板521由DSP、CAN芯片、CPLD/FPGA芯片，并口、定时计数器、时统信号转换电路等组成。DSP采集I/O口的导航数据、测角数据、激光发射状态，响应外时统源信号，响应内部定时计数器定时信号，DSP通过CAN芯片与主控计算机系统进行包括导航数据、测角数据、激光发射状态及仿真距离数据、时统源信号等数据的交互，根据激光距离＝光波波速×时间的数学模型，将并口形式的目标理论距离值转变为调整时间t，利用60MHZ有源晶振、CPLD/FPGA产生激光主波回波脉冲信号，发送给光电设备。

数据采集板521主要技术指标为：接口形式：18位并口＋4位地址线选通；激光发射请求状态：1位并口；目标仿真距离精度：2.5m（均方根值)；主回波脉冲宽度满足3us，脉冲频率满足60MHZ；目标仿真距离：500m～60Km；选通线低电平有效，且输入端匹配电阻；电压输入DC5V，DC＋15V，DC-15V，电压精度：+10%。

测角板523截取光电设备指向器中多极旋转变压器提供的方位角和俯仰角的模拟信息并转换成数字量，按约定完成和主控计算机的数字传输。

测角板523主要技术指标为：方位角范围：0°～360°；俯仰角范围：－25°～＋85°；角度分辨率：360°/；接口形式：18位并口＋4位地址线选通；工作方式选择：工作/自检、1位地址线选通、选通线及自检线低电平有效，且输入端匹配电阻。

导航板522接收外部导航系统中平台罗经的纵摇（ψ）、横摇（θ）、航向（K）的信息，接收计程仪的航速（V）的信息。并将之转换为数字量，为光电设备主控计算机提供导航接口的数字信息。

导航板522的接口形式为：16位并口＋4位地址线选通；工作方式选择：工作/自检，1位地址线选通，选通线、自检信号低电平有效，且输入端接上拉匹配电阻；电源板提供单机板所需的5V、＋15V、－15V直流电源；电源板主要技术指标：线性开关电源：输入电压220V，输出电压DC5V，DC＋15V，DC-15V；功率：<1千瓦。

导航板522信息转换要求为：

如图6所示，本实用新型装置工作时，生成目标航路和目标信息并且求取光电跟踪误差，生成目标仿真复合视频图像，驱动光电设备；在对模拟目标跟踪模拟训练时，本实用新型装置按训练要求生成仿真目标复合视频图像和目标指示数据，将该目指报文和仿真图像发送给光电设备；光电设备接收目指数据后，根据光电目标指示参数调舷搜索目标，发现仿真目标后实施跟踪、激光仿真测距操作；本实用新型装置对产生的仿真目标理论位置和采集得到的光电架位实际位置进行综合处理，以确定光电设备是否跟踪上；若判定统计的光电跟踪误差满足规定的激光发散角误差范围，本实用新型装置实时输出激光主回波信号。

如图5所示，图像模拟装置与外部设备的接口包括：具有接收导航设备模拟和网络数据接口；具有接收时统设备模拟脉冲信号和网络时间接口；具有截取光电设备模拟测角信息、视频信息、激磁电压信息、激光发射状态。具有发射主波回波信息接口和网络信息接口；供电要求输入交流220V。

该装置已经成功应用于204D、204J光电跟踪仪保精度跟踪试验。仿真设备模拟飞机航路以角速度60度/秒、70度/秒做匀速圆周运动，并将飞机仿真图像视频输出给光电跟踪仪，光电接收目指并跟踪上目标，实时统计精度，精度指标均满足要求，实现了光电跟踪仪保精度跟踪的试验要求。