戰場環境傳感信息的可視化研究

4.2 建立大氣傳輸模型

目標至紅外探測器的路徑上存在著大氣，物體的紅外輻射受到大氣中某些氣體選擇性吸收和懸浮微粒散射等因素的作用而產生衰減。許多大氣因素，如風、云、霧、雨、雪等，直接影響大氣衰減。計算大氣衰減的方法很多，主要有經驗公式法和大氣模型法，目前精度較高的是美國的LOWTRAN模型。而在Vega中，利用MAT設定大氣傳輸模型，計算大氣透射率、大氣背景輻射、太陽或月亮的直接輻射等。MAT工具用來創建、編輯、生成大氣傳輸特性的數據庫，首先設定地理位置、大氣狀態、氣象條件和光譜波段等參數，然后利用MOSART和TERTEM軟件，根據所輸入的參數，得到特定光譜范圍內的大氣傳輸特性以及相關物質的輻射特性，生成相應的數據庫，以提供紅外成像仿真過程中Sensor模塊所需要的數據。

由于大氣傳輸特性的計算十分復雜和繁瑣，且計算量巨大，因此這部分的工作要在仿真前完成，以保證仿真的實時性。MAT將一種大氣狀況下，各個時間內的傳輸特性存放在一個數據庫中，仿真過程中只要調用相應的數據庫就可以得到所需數據。

4.3 場景的紅外輻射建模

紅外成像仿真的關鍵是確定物體表面的溫度分布和輻射場，通過溫度場來計算各點的紅外輻射。實際情況下，目標的表面溫度和輻射通量主要受背景輻射和內熱源的影響，必須建立其適當的背景和內熱源模型。對于無內熱源目標，例如草地、人造物等它們的溫度分布和自身材料的熱特性、光譜反射特性以及背景輻射等因素有關，通過求解熱交換方程來確定。而對于有內熱源目標，例如飛機、車輛等，它們自身的某些部位是內熱源，可以產生熱量，是目標溫度分布的主要因素，對此應根據實際情況給定目標的溫度分布或建立內熱源模型求解其溫度分布。目前從國內外的研究狀況來看，1996年，Hyum提出用等效熱阻把內熱源與物體表面聯系起來的模型，借以模擬內熱源與物體表面間熱傳導的物理過程。這種方法不僅使模型具有物理意義，而且紅外仿真效果也有很大提高。目前對背景紅外成像仿真的方法基本上遵從測量、經驗與理論相結合的原則。TMM工具為場景模型賦予材質紋理，每種材質都有其相應的光譜反射特性庫和熱特性庫。由于紋理材質數據庫是開放的，可以根據模型的表面溫度分布或建立內熱源模型求解其溫度分布和實際物體的材料特性，建立相應紋理材質文件(.mtl)，且該文件包含材質的熱特性庫和光譜反射特性庫，再把建立的材質文件添加到Vega的材質數據庫中。根據已經建立的大氣傳輸模型和目標與背景模型以及目標與背景構成材料的物理屬性，利用輻射度計算公式計算探測器上所接受到的紅外輻射強度。Vega的Sensor模塊用來模擬生成可見光譜段以外的圖像，Sensor模塊包括SensorVision和SensorWorks兩個部分。利用它可以控制紅外探測器的參數，模擬探測器對紅外成像的影響，處理Sensor模塊與其他模塊以及MAT、TMM工具的連接與調用。得到在探測器成像面上對應像元的輻射亮度，并不是最終結果，數字圖像反映的是灰度值，因此必須把輻射亮度轉化為灰度等級，這是個量化的過程。按照將最大的輻射度對應于255，最小的輻射度對應于0的原則生成一個灰度圖像。

4.4 場景紅外圖像的實時仿真

Vega讀取已經生成的三維紅外場景模型，并考慮各種目標以及觀察者的運動狀態，對場景中的靜態及動態目標進行實時模擬，使場景中的各種動態目標運動起來。為了方便控制場景，本文利用了一種將Vega窗口植入到基于MFC的View窗口的方法。該方法實質是將Vega著色放進MFC的View窗口中進行。當前有兩種可實現View窗口的Vega驅動：一是直接繼承MFC中的CView類，稱為直接繼承模式；二是通過繼承MFC中的CView類而派生出一個子類zsVegaView，稱為模板方法模式。這個zsVegaView類提供了啟動一個Vega線程最基本功能，還以虛函數的形式定義了特定的應用要進行操作的通用接口，因此用戶的應用程序只需從zsVegaView派生出新類并根據需要重載必要的虛函數即可。本文采用了模板方法模式。zsVegaView類由CView類派生，并封裝了Vega特性的變量、函數和定義運行線程。

5 結語

戰場環境傳感信息的可視化是一個龐大、復雜的系統工程。本文在分析SAR、紅外成像仿真原理的基礎上，給出了基于實時視景仿真軟件Vega的戰場環境傳感信息的可視化方法，為戰場環境傳感信息的可視化研究提供了一個可行的方法。只要能建立目標的傳感信息，就可以利用這些傳感信息實現戰場環境的可視化。雖然取得了較為理想的仿真結果，但有些工作，例如，如何獲取更多傳感信息數據，建立更大的傳感信息數據庫；如何在多臺計算機上進行交互式仿真研究，充分體現仿真的實時性等方面仍然需要進一步的研究和探索。