一种机载SAR图像快速仿真方法及设备技术

本发明专利技术涉及图像仿真领域，特别是一种机载SAR图像快速仿真方法及设备。本发明专利技术通过在导入3D场景模型或构建3D场景模型后计算成像区域以及其他相关参数，并增加在飞机上增加点光源后，采集光学图像和处理后输出SAR仿真图像；使仿真图像具备了顶视、阴影、光斑以及强反射目标十字光标效果，极大地加快了仿真速度，有效地提高了仿真效果；也避免了SAR图像与实时仿真的无人机及SAR状态分离，无法反映实时仿真过程中雷达所指区域地物特征的问题。真过程中雷达所指区域地物特征的问题。真过程中雷达所指区域地物特征的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种机载SAR图像快速仿真方法及设备


[0001]本专利技术涉及图像仿真领域，特别是一种机载SAR图像快速仿真方法及设备。

技术介绍

[0002]无人机模拟训练系统通常由飞行平台仿真、载荷仿真、链路仿真、战场态势仿真、地面显控等部分组成，主要用于对无人机操作员进行飞行监控、任务监控、链路监控等操作训练。合成孔径雷达(以下简称SAR)仿真是载荷仿真的一类，通常包含逻辑仿真、图像仿真两部分，逻辑仿真完成SAR的工作模式管理、指令响应、参数回传等功能，用于完成SAR图像数据生成。
[0003]无人机模拟训练的机载SAR图像仿真通常有两种实现方法：
[0004]1)利用日常积累的实拍SAR图像建立SAR图像库。在模拟训练系统进入图像工作模式时，从图像库中按某种策略调取SAR图像进行显示。
[0005]2)建立场景及目标三维模型，根据入射信号及场景信息计算目标模型雷达散射场信息，而后基于SAR成像原理生成SAR仿真图像。
[0006]其中，第一种方法的主要缺点是：SAR图像与实时仿真的无人机及SAR状态分离，无法反映实时仿真过程中雷达所指区域地物特征；第二种方法的主要缺点是：SAR图像生成速度慢，而SAR成像分辨率高，无法满足实时仿真的快速需求(即在30S内处理4K*4K像素图像的需求)。目前公开专利CN111462012A提供了一种基于条件生成对抗网络的SAR图像仿真方法，但该方法主要解决的是噪声干扰，并未解决以上问题。所以如今需要一种仿真效果更好的仿真方法及设备。

技术实现思路
/>[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的仿真速度不满足实际使用需求的问题，提供一种机载SAR图像快速仿真方法及设备。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0009]一种机载SAR图像快速仿真方法，包括以下步骤：
[0010]S1：导入3D场景模型或构建3D场景模型，初始化飞机及光学传感器模型；所述3D场景模型包括环境模型、反射目标模型以及模型材质；
[0011]S2：动态接收所述飞机的位置参数，计算所述3D场景模型中SAR图像的成像区域；
[0012]S3：在飞机上设置点光源，并确定光学传感器的状态参数；所述状态参数包括位置、姿态以及视场角；
[0013]S4：通过所述光学传感器采集所述成像区域的光学图像；
[0014]S5：对所述光学图像进行灰度化及加噪处理，获取并输出SAR仿真图像；
[0015]其中，所述方法采用光学实时3D引擎(如unity、unreal engine、Unigine或其他任意引擎)进行仿真。本专利技术通过增加在飞机上增加点光源，使仿真图像具备了项视、阴影、光斑以及强反射目标十字光标效果，极大地加快了仿真速度，有效地提高了仿真效果；同时，
本专利技术通过在预先建立或导入的模型中进行仿真，并根据SAR和飞机的实际情况来制定仿真参数，从而避免了SAR图像与实时仿真的无人机及SAR状态分离，无法反映实时仿真过程中雷达所指区域地物特征的问题，也达到了快速仿真(即在30S内处理完4K*4K像素图像)的效果。
[0016]作为本专利技术的优选方案，所述步骤S2包括：
[0017]S21：动态接收所述飞机的位置参数，计算所述飞机指向所述反射目标模型的地理系方位角；
[0018]S22：根据所述反射目标模型的经纬度、所述地理系方位角及成像区域长宽计算成像区域4个角点的经纬度，得到所述成像区域；其中，所述成像区域长宽通过查表获取，所述查表中的表格与机载SAR的性能相对应。本专利技术根据所述反射目标模型的经纬度、所述地理系方位角及成像区域长宽计算成像区域4个角点的经纬度，得到所述成像区域，从而保证了仿真中的SAR成像区域与真实机载SAR成像区域一致。
[0019]作为本专利技术的优选方案，所述地理系方位角的计算包括以下步骤：
[0020]S211：获取所述飞机的位置参数以及所述反射目标模型的位置参数；
[0021]S212：根据下式将所述飞机以及所述反射目标模型的位置参数由大地坐标系转换到大地直角坐标系；
[0022][0023]其中，(x
g
，y
g
，z
g
)为大地直角坐标系下坐标，H、B、L分别为所述位置参数的高度、纬度和经度，e为椭球的第一偏心率，a为椭球的长半径；
[0024]S213：根据下式将所述飞机以及所述反射目标模型的位置参数由大地直角坐标系转换到地理系；
[0025][0026]其中，(x
s
，y
s
，z
s
)为地理系下坐标；
[0027]S214：根据下式计算所述飞机指向所述反射目标模型的地理系方位角；
[0028]θ
saz
＝arctan((y
s目标
‑
y
s飞机
)/(x
s目标
‑
x
s飞机
))，
[0029]其中，θ
saz
为所述地理系方位角，(x
s飞机
，y
s飞机
，z
s飞机
)为飞机地理系下坐标，(x
s目标
，y
s目标
，z
s目标
)为目标在地理系下坐标。
[0030]作为本专利技术的优选方案，所述步骤S22中成像区域根据所述反射目标模型的经纬度、所述地理系方位角及成像区域长宽基于下式获取：
[0031]B2＝arcsin(sin(B1)*cos(d/a)+cos(B1)*sin(d/a)*cos(θ))
[0032]L2＝L1+atan((cos(d/a)
‑
sin(B1)*sin(B2))/(sin(θ)*sin(d/a)*cos(B1))))
[0033]其中，L1为点1经度，B1为点1纬度，θ为点2相对点1的方位角，d为点1到点2距离，L2为点2经度，B2为点2纬度。
[0034]作为本专利技术的优选方案，所述光学传感器模型的状态参数为：
[0035]位置参数：所述光学传感器位于所述成像区域的正上方，且与所述飞机处于同一高度；
[0036]姿态参数：所述光学传感器的地理系方位角＝所述飞机指向所述反射目标模型的地理系方位角；所述其中，L为所述成像区域的长，ΔH＝H
飞机
‑
H
目标
，H
飞机
、H
目标
，分别为所述飞机和所述反射目标模型的高度；
[0037]视场角：其中，W为所述成像区域的宽。
[0038]作为本专利技术的优选方案，所述步骤S4还包括根据所述光学图像的像素大小设定相应的延迟时间。由于仿真SAR图像所耗费时间小于同等大小SAR图像实际生成时间，本专利技术通过设置不同的延迟时间，使得SAR仿真图像成像时间与机载SAR实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载SAR图像快速仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：导入3D场景模型或构建3D场景模型，初始化飞机及光学传感器模型；所述3D场景模型包括环境模型、反射目标模型以及模型材质；S2：动态接收所述飞机的位置参数，计算所述3D场景模型中SAR图像的成像区域；S3：在飞机上设置点光源，并确定光学传感器的空间参数；所述空间参数包括位置、姿态以及视场角；S4：通过所述光学传感器采集所述成像区域光学图像；S5：对所述光学图像进行灰度化及加噪处理，获取并输出SAR仿真图像；其中，所述方法采用光学实时3D引擎进行仿真。2.根据权利要求1所述的一种机载SAR图像快速仿真方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S21：动态接收所述飞机的位置参数，计算所述飞机指向所述反射目标模型的地理系方位角；S22：根据所述反射目标模型的经纬度、所述地理系方位角及成像区域长宽计算成像区域4个角点的经纬度，得到所述成像区域；其中，所述成像区域长宽通过查表获取，所述查表中的表格与机载SAR的性能相对应。3.根据权利要求2所述的一种机载SAR图像快速仿真方法，其特征在于，所述地理系方位角的计算包括以下步骤：S211：获取所述飞机的位置参数以及所述反射目标模型的位置参数；S212：根据下式将所述飞机以及所述反射目标模型的位置参数由大地坐标系转换到大地直角坐标系；其中，(x
g
，y
g
，z
g
)为大地直角坐标系下坐标，H、B、L分别为所述位置参数的高度、纬度和经度，e为椭球的第一偏心率，a为椭球的长半径；S213：根据下式将所述飞机以及所述反射目标模型的位置参数由大地直角坐标系转换到地理系；其中，(x
s
，y
s
，z
s
)为地理系下坐
标；S214：根据下式计算所述飞机指向所述反射目标模型的地理系方位角；θ
saz
＝arctan((y
s目标
‑
y
s飞机
)/(x
s目标
‑
x
s飞机
))，其中，θ
saz
为所述地理系方位角，(x
s飞机
，y
s飞机
，z

【专利技术属性】
技术研发人员：田峰，周英博，叶国祥，李自强，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：