一种基于Vega和RTW的光电经纬仪实时可视化仿真平台

摘要

一种基于Vega和RTW的光电经纬仪实时可视化仿真平台：实时渲染经纬仪虚拟场景；使用通过GPU编程编写的着色器向场景实时添加所需要的图像效果；建立经纬仪跟踪控制系统的Simulink模型并通过RTW生成其实时仿真解算模块；仿真单元调用此仿真模块驱动场景完成对经纬仪的仿真。本发明结合了可视化仿真和模型数值仿真的方法，用Vega进行视景驱动，用着色器添加图像效果，用RTW从Simulink模型生成其仿真解算模块，很好地满足了实时性的要求；相比一般的半实物仿真平台，不需接入实际系统也能达到训练操作手的目的，同时对经纬仪跟踪控制系统进行了仿真，可以为实际系统的分析与设计提供仿真平台。

主权项

一种基于Vega和RTW的光电经纬仪实时可视化仿真平台，其特征在于包括以下步骤：（1）首先为仿真平台建立硬件结构，包括一台配备可编程GPU的主控计算机，两台显示器，与实际系统功能相一致的操控台,包括相关按钮和操纵杆，以及鼠标和键盘，操控台信号通过串口传递给计算机；（2）建立平台仿真单元，其功能主要包括：产生用户操作界面，显示各项状态及数据；开启Vega线程渲染虚拟场景，通过Vega API及OpenGL对场景进行控制；通过GPU编程编写的着色器在场景渲染时实时添加仿真所需要的一些图像效果；通过串口读取操控台按钮及操纵杆信号；（3）建立光电经纬仪跟踪控制系统Matlab/Simulink模型，并通过RTW由此模型生成其实时仿真解算模块，各种系统参数能够在模块运行时实时调整；（4）仿真单元开启的Vega线程实现对虚拟场景的实时渲染和控制，其功能是根据诸多因素利用Vega API及OpenGL渲染出相应的场景，这些因素包括：选择的目标、背景及地形的种类及相关参数；目标的位置和姿态；视点的位置和姿态；视场的大小；（5）通过GPU编程编写着色器为场景实时添加仿真所需的一些图像效果，包括灰度场景、噪声、模糊效果；（6）仿真单元刚开启时处于手动跟踪模式，仿真单元通过串口读取操控台数据，操作手拉动操纵杆驱动虚拟场景中视点的朝向，使得场景中目标尽量靠近视场中心，之后按下相关按钮切换到经纬仪跟踪模式，这一过程能够用于操作手训练；（7）进入经纬仪跟踪模式后，仿真单元不再通过操控台信号驱动场景视点，而是通过调用步骤（3）中所生成的经纬仪跟踪控制系统Matlab/Simulink模型的仿真解算模块，具体做法为：在当前帧，仿真单元通过经纬仪成像跟踪算法或Vega API获得场景中目标的脱靶量信息，传递给仿真解算模块进行解算得到经纬仪跟踪控制系统的输出，此输出即为经纬仪视轴姿态，能够用于下一帧场景中视点姿态的设置，重复此过程从而模拟出符合实际光电经纬仪跟踪控制系统特性的工作过程。