高速动态场景生成系统研制

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1、硕士学位论文高速动态场景生成系统研制DEVELOPMENTOFHIGH-THROUGHPUTDYNAMICSCENEGENERATIONSYSTEM蒙春城哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP391.9学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文高速动态场景生成系统研制硕士研究生：蒙春城导师：彭宇教授申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TP391.9U.D.C:681.5DissertationfortheMasterDegre

2、einEngineeringDEVELOPMENTOFHIGH-THROUGHPUTDYNAMICSCENEGENERATIONSYSTEMCandidate:MengChunchengSupervisor:Prof.PengYuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:InstrumentScienceandTechnologyAffiliation:SchoolofElectricEngineeringDateofDefense:June,2015Degree-Conferring-Institution:H

3、arbinInstituteofTechnology摘要摘要目标特征捕获系统是精确制导武器的关键组成部分，对精确制导武器的技术指标和性能的发挥起着至关重要的作用。飞行场景仿真测试是目标特征捕获系统研制过程的重要组成部分，可以有效地降低研发成本与测试风险、缩短研发周期。针对目标特征捕获系统模拟飞行场景仿真测试对高帧频、高分辨率的场景生成需求以及仿真测试对数据传输高速率与图像显示实时性等挑战，本文开展了高速动态场景生成系统研制。首先，调研与分析目标特征捕获系统飞行场景仿真测试的相关技术现状，对其功能和技术指标进行需求分析。本文利用软件的灵活性与硬件的高性能，提出高速动态场景生成系统设

4、计方案：基于计算机开发场景生成软件，模拟生成高帧频、高分辨率的动态飞行场景图像；研制图像注入模块，基于FPGA实现场景图像的处理与高速传输。其次，针对目标特征捕获系统模拟飞行场景仿真对高帧频、高分辨率的场景生成需求，基于计算机开发场景生成软件模拟目标与背景分布特征，采用OpenCV实现动态场景图像的生成与显示，并采用多线程编程技术提高场景生成效率与图像显示实时性。再次，针对仿真测试对数据传输高速率与图像显示实时性等挑战，提出以FPGA为核心器件、控制USB3.0接口与总线LVDS接口实现图像数据高速传输的图像注入模块设计方案，基于FPGA进行图像灰度填充用于满足飞行场景仿真的高分

5、辨率测试需求，采用基于乒乓操作的双缓存结构保证数据传输连续性，实现图像数据的缓存，并利用DMA传输方式提高传输速率。最后，提出脱离高速动态场景生成系统对接测试信息处理机的系统环回测试验证方案，对场景模拟生成、图像高速传输、高速缓存等功能模块进行了测试验证，并进行了系统联合测试。测试结果表明，本文研制的高速动态场景生成系统性能稳定可靠，可以满足目标特征捕获系统飞行场景仿真测试的功能需求与技术指标。本文研制的高速动态场景生成系统是目标特征捕获系统测试的关键环节，将为精确制导武器模拟飞行测试奠定基础。关键词：目标特征捕获系统；飞行场景仿真；场景生成；图像注入；USB3.0-I-Abst

6、ractAbstractThetargetcharacteristiccapturesystem,whichisacriticalcomponentoftheprecisionguidedmunition,playsavitalroleintechnicalindexesandperformanceoftheprecisionguidedmunition.Asanimportantpartofthetargetcharacteristiccapturesystem,theflightscenesimulationtestcaneffectivelyreducethecostsof

7、developmentandtherisksoftests,andshortenthedevelopmentcycleaswell.Tofulfilltherequirementsofthescenegenerationwithhighframefrequencyandhighresolutionfortheflightscenesimulationinthetargetcharacteristiccapturesystem,andtofacethechallengesofthe