一種基于stk的多聯(lián)合實(shí)時視景仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)視景仿真領(lǐng)域，尤其涉及一種基于STK的多聯(lián)合實(shí)時視景仿真方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 視景仿真（Visual Simulation)是一種基于可計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體 地說，就是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范 圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用、相 互影響，從而產(chǎn)生"沉浸"于等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。其作為計(jì)算機(jī)技術(shù)中最為前沿的 應(yīng)用領(lǐng)域之一，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)、模擬駕駛、場景再現(xiàn)、城市規(guī)劃及其它應(yīng)用領(lǐng) 域。
[0003] 衛(wèi)星工具包（Satellite Tool Kit, STK)是由美國 Analytical Graphics (AGI)公 司開發(fā)的一個基于物理原理的幾何引擎軟件，它能夠在真實(shí)或者仿真時間中準(zhǔn)確的顯示和 分析陸地、海洋、天空以及宇宙空間中的任務(wù)。STK先進(jìn)的2D和3D可視化技術(shù)以及分析數(shù) 據(jù)輸出功能，能夠幫助用戶增強(qiáng)對視景仿真情況的理解和認(rèn)識。作為一款商業(yè)分析軟件， STK的領(lǐng)先地位在航天領(lǐng)域毋庸置疑，其支持包括設(shè)計(jì)、測試、發(fā)射、運(yùn)行和任務(wù)應(yīng)用在內(nèi)的 航天任務(wù)的全過程。STK起初多應(yīng)用于衛(wèi)星軌道分析，現(xiàn)已逐漸擴(kuò)展成分析和執(zhí)行陸、海、 空、天、電磁任務(wù)的專業(yè)仿真平臺，是一種先進(jìn)的現(xiàn)貨分析和可視化工具，支持航天、防御和 情報任務(wù)。
[0004] 但是在實(shí)際的視景仿真中，我們往往不需要那么多功能，STK軟件本身對于視景仿 真來說就過于臃腫，功能過于復(fù)雜，操作失分繁瑣，使用掌握困難。而且STK軟件本身和其 他軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互并不理想，同時也不便在仿真系統(tǒng)中來控制2D/3D場景與當(dāng)前數(shù)據(jù)的 同步顯示。采用Visual Studio開發(fā)MFC程序，集成STK X技術(shù)，便能有效解決這一問題。
[0005] 實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS)是指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以足夠快的速 度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速 響應(yīng)，調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時任務(wù)，并控制所有實(shí)時任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系 統(tǒng)。提供及時響應(yīng)和高可靠性是其主要特點(diǎn)。
[0006] RedHawk Linux系統(tǒng)是美國并行計(jì)算機(jī)公司開發(fā)的Linux實(shí)時操作系統(tǒng)，該系統(tǒng) 主要應(yīng)用于多處理器環(huán)境，并能在多處理或多核心環(huán)境下確保應(yīng)用程序的可靠性。RedHawk 內(nèi)核可以將控制權(quán)由低優(yōu)先級進(jìn)程轉(zhuǎn)交給高優(yōu)先級進(jìn)程。這樣就保證了正在等待外部事件 發(fā)生的高優(yōu)先級進(jìn)程能夠在事件發(fā)生時被立即響應(yīng)，即使CPU正在被占用也不受影響。這 種操作系統(tǒng)目前的主要支持對象是美國軍方，美國海軍的神盾級巡洋艦的反空襲，反水面 艦艇，反潛武器系統(tǒng)均采用的是這種操作系統(tǒng)。
[0007] 申請?zhí)枮?01410322798. 1，發(fā)明名稱為《基于STK的多實(shí)時數(shù)據(jù)驅(qū)動對象通用態(tài) 勢顯示系統(tǒng)及方法》的專利，給出了 STK軟件在空天地系統(tǒng)中多實(shí)時數(shù)據(jù)驅(qū)動對象仿真應(yīng)用 方案，突破了 STK在實(shí)時驅(qū)動仿真中仿真對象少的限制，通過采用時分復(fù)用策略完成多STK 仿真對象所需的外部馭動數(shù)據(jù)的傳輸分配管理，實(shí)現(xiàn)STK場景內(nèi)多對象的實(shí)時外部數(shù)據(jù)驅(qū) 動顯示與控制。但其缺點(diǎn)在于沒有結(jié)合仿真區(qū)域的地理信息，也沒有提出一個完整的實(shí)時 仿真系統(tǒng)架構(gòu)。
[0008] 申請?zhí)枮?01410258901. 0,發(fā)明名稱為《一種基于STK模型的空間目標(biāo)可見性分 析的方法》，申請?zhí)枮?01410423444. 6,發(fā)明名稱為《一種天基空間目標(biāo)成像仿真方法及裝 置》等，都是針對航天領(lǐng)域的衛(wèi)星等目標(biāo)提出的。衛(wèi)星等空間目標(biāo)往往具有固定的運(yùn)行軌 道，一旦發(fā)射到預(yù)定軌道后，其軌道一般不會改變，即使改變，軌道也是可計(jì)算的。而戰(zhàn)斗 機(jī)、導(dǎo)彈等目標(biāo)的飛行軌跡是具有隨機(jī)性的，其目標(biāo)數(shù)量也不確定，需要對其進(jìn)行實(shí)時檢 測、跟蹤，同時因?yàn)轱w行高度的限制，地理環(huán)境也要被考慮在內(nèi)，這些都給視景仿真增加了 難度和復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明提供一種基于STK的多聯(lián)合實(shí)時視景仿真方法，主要針對戰(zhàn)斗機(jī)、導(dǎo)彈等 目標(biāo)的仿真。
[0010] 本發(fā)明的思路：首先把視景仿真模塊從雷達(dá)仿真系統(tǒng)中分離開，將系統(tǒng)規(guī)劃為三 部分，分別負(fù)責(zé)目標(biāo)模型仿真、雷達(dá)系統(tǒng)仿真、視景仿真，再將三個模塊用光纖連接，然后雷 達(dá)仿真機(jī)根據(jù)目標(biāo)模型仿真機(jī)發(fā)送的目標(biāo)信息，搜索目標(biāo)并跟蹤計(jì)算目標(biāo)的位置，計(jì)算結(jié) 果每隔一定的時間發(fā)送到視景仿真機(jī)，視景仿真機(jī)根據(jù)計(jì)算的目標(biāo)位置，實(shí)時顯示仿真的 三維結(jié)果。
[0011] -種基于STK的多聯(lián)合實(shí)時視景仿真方法，包括如下步驟：
[0012] S1、搭建目標(biāo)模型仿真機(jī)，建立相應(yīng)的目標(biāo)模型模塊，采用RedHawk Linux實(shí)時操 作系統(tǒng)，每隔IOms向雷達(dá)系統(tǒng)仿真機(jī)發(fā)送一次目標(biāo)回波數(shù)據(jù)；
[0013] S2、搭建雷達(dá)系統(tǒng)仿真機(jī)，建立相應(yīng)的雷達(dá)模型模塊，所述雷達(dá)系統(tǒng)仿真機(jī)采用 RedHawk Linux實(shí)時操作系統(tǒng)，每隔IOms向視景仿真機(jī)發(fā)送一次目標(biāo)位置數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的 視景仿真場景；
[0014] S3、搭建視景仿真機(jī)，建立相應(yīng)的仿真場景模塊，每隔Ims檢測一次數(shù)據(jù)接收端， 每當(dāng)接收到一次S2所述雷達(dá)系統(tǒng)仿真機(jī)發(fā)送的目標(biāo)數(shù)據(jù)，控制STK響應(yīng)一次，所述仿真場 景為地形二維、三維模型，目標(biāo)三維模型；
[0015] S4、將Sl所述目標(biāo)模型模塊、S2所述雷達(dá)模型模塊和S3所述仿真場景模塊用光 纖連接，采用內(nèi)存反射卡交換數(shù)據(jù)；
[0016] S5、運(yùn)行Sl所述目標(biāo)模型仿真機(jī)、S2所述雷達(dá)系統(tǒng)仿真機(jī)和S3視景仿真機(jī)上的 仿真程序，視景仿真機(jī)上將實(shí)時顯示檢測到的目標(biāo)和目標(biāo)跟蹤的軌跡。
[0017] 進(jìn)一步地，S3所述搭建視景仿真機(jī)，建立相應(yīng)的仿真場景模塊，具體步驟如下：
[0018] S31、利用JQuery+PHP的方法接入谷歌地圖API，抓取衛(wèi)星地圖的柵格模型，將抓 取到的柵格模型劃分為20個等級，包括精度71km~0. 27m ;
[0019] S32、獲取仿真區(qū)域的DEM地形數(shù)據(jù)，利用抓取的衛(wèi)星地圖制作地形紋理，將地形 紋理映射到地形模型生成三維地形模型；
[0020] S33、建立 MFC 工程，在資源的 Dialog 中添加 Global Control 和 Map Control 兩 個ActiveX控件，用于分別顯示三維/二維實(shí)時仿真場景和目標(biāo)；
[0021] S34、新建線程接收S2所述雷達(dá)系統(tǒng)仿真機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，根據(jù)接收到的內(nèi)容，選擇 響應(yīng)"添加新目標(biāo)"事件或"移動目標(biāo)位置"事件。
[0022] 本發(fā)明的有益效果是：
[0023] 利用RedHawk Linux的實(shí)時計(jì)算保證了仿真的實(shí)時性，使用真實(shí)的地圖地形數(shù)據(jù) 和戰(zhàn)斗機(jī)目標(biāo)三維模型讓視景仿真顯得更加真實(shí)，同時采用雷達(dá)系統(tǒng)仿真機(jī)驅(qū)動視景仿真 機(jī)的方式，保證了 STK視景仿真的實(shí)時性。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明多聯(lián)合仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0025] 圖2是視景仿真機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0026] 圖3是映射好的紋理地形圖。
[0027] 圖4是視景仿真運(yùn)行效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0029] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0030] 如圖1所示，搭建如圖結(jié)構(gòu)的多聯(lián)合仿真系統(tǒng)。
[0031] S1、搭建目標(biāo)模型仿真機(jī)，建立相應(yīng)的目標(biāo)模型模塊；
[0032] 目標(biāo)模型的關(guān)鍵部分是目標(biāo)雷達(dá)截面積（RCS)模型，可用公式表示為：
[0033]目標(biāo)雷達(dá)散射體截面積
[0034] 其中，E1表示入射電磁波在目標(biāo)處的矢量電場強(qiáng)度（V/m) ,H1表示入射電磁波在目 標(biāo)處的矢量磁場強(qiáng)度仏/!11)，^表示目標(biāo)散射波在觀測點(diǎn)處的矢