一种激光角反射器的仿真方法与流程

1.本发明一种激光角反射器的仿真方法，涉及仿真技术领域，尤其涉及飞行器数字化仿真及其仿真方法。


背景技术：

2.随着仿真技术的发展与计算机性能的提升，飞行器自身的飞行仿真已经可以比较准确的反应实际工况，但是对于飞行过程中外测设备的模拟仿真通常不会进行考虑。
3.为进一步深化教学改革，贯彻落实院校教育向部队靠拢的指示精神，提高任职培训的针对性，搭建结合实际、适应未来的航天发射推演系统，对于外测设备的模拟仿真就变得不可或缺。
4.本发明给出一种激光角反射器的模拟仿真方法，可以有效的将外测设备的仿真与飞行器自身的飞行仿真衔接起来，使整个仿真过程更加完整与真实。


技术实现要素：

5.本发明提出一种激光角反射器的仿真方法。
6.主要步骤如下：
7.1构建角反射器本体坐标系，以左下角为原点，以角反射器的横向延伸方向为x轴，以角反射器的纵向延伸方向为y轴，z轴符合右手定则，角反射器本体坐标系固连于飞行器本体坐标系。
8.2在角反射器本体坐标系中根据下文算法生成角反射器三维模型的顶点信息，以顶点信息构建三维模型。
9.3将入射光线转换至角反射器本体坐标系。
10.4依次对光线的交点、一次反射点、二次反射点进行相交判断，并计算衰减与反射损耗。
11.5重复步骤4，直到反射光线不再与角反射器相交，得到出射光线的方向与强度。
12.由此即实现了一种激光角反射器的模拟仿真，得到的出射光线数据送地面光学雷达进入下一仿真环节。
具体实施方式
13.一种激光角反射器的仿真方法主要步骤如下：
14.1构建角反射器本体坐标系，以左下角为原点，以角反射器的横向延伸方向为x轴，以角反射器的纵向延伸方向为y轴，z轴符合右手定则，角反射器本体坐标系固连于飞行器本体坐标系。
15.2角反射器以三个相互垂直的平面为1个反射单元，以4个反射单元为1个绘制单元。角反射器的三维模型以绘制单元的多次重复来生成。
16.2.1设反射单元的边长为a。则反射单元三个反射面的直角边为斜边为a。
17.2.2以(0 0 0)为起始点的第1个反射单元的3个反射面的3个三维空间坐标即为：
[0018][0019]
据此可生成第1个反射单元的3个反射面。
[0020]
2.3同理，组成1个绘制单元的第2、3、4个反射单元分别以(0 0 0)、为起始点，3个反射面的3个三维空间坐标分别为
[0021][0022][0023]
2.4改变起始点的偏移坐标，重复2)、3)的过程，即可生成角反射器三维模型的顶点数据。
[0024]
3将入射光线转换至角反射器本体坐标系；
[0025]
将地面光学雷达射出的激光以射线考虑，定义光线射出点为p
起点
，激光雷达的旋转角度为
[0026][0027]
则激光雷达朝向方向向量为
[0028][0029]
右侧方向向量为
[0030][0031]
将dir_f与dir_r归一化即得到可用于计算的单位向量。
[0032]
4对光线与角反射器的交点进行相交判断：
[0033]
4.1根据用户设置的光线强度与介质衰减率计算出光线无遮挡下能够传输的最大距离为distance。根据传输距离计算出光线终点的位置
[0034]
p
终点
＝p
起点
+normalize(dir_f)
×
distance
[0035]
4.2根据p
起点
与p
终点
的位置是否在角反射器模型的两侧来进行初步判断，如果两点的x、y、z有任一在同一侧，则判为不相交。否则，进行进一步的判断。
[0036]
4.3角反射器模型垂直与z轴，因此，使用z坐标做交点的初步定位。定义
[0037]
time_stamp＝(0-p
起点
.z)/dir_f.z
[0038]
则光线与角反射器的交点应为
[0039]
p
交点
＝normalize(dir_f)
×
time_stamp+p
起点
[0040]
4.4在步骤4.2中进行了初步的相交判断，在此步骤需要考虑角反射器的外型，判断交点是否在角反射器的反射范围内。
[0041]
4.4.1上边界与下边界的判断：
[0042][0043]
成立则进一步判断，否则判为不相交。
[0044]
4.4.2左边界与上边界的判断：因为奇数位反射单元与偶数位反射单元的边界不一致，因此需要先判断交点的纵向位置。定义
[0045][0046]
如果则使用偶数反射位进行判断，否则使用奇数反射位进行判断。
[0047]
4.4.使用奇数反射单元进行判断时，如果
[0048][0049]
则判断为相交。
[0050]
使用偶数反射单元进行判断时，如果
[0051][0052]
则判断为相交。
[0053]
4.5在步骤4.4中已经完成了奇偶反射单元的判断，现在根据p
交点
的x分量判断出具体的反射单元。通过对x坐标取模，将计算过程缩减到一个反射单元内部
[0054]
offset_x＝fmodf(p
交点
.x，a)
[0055]
当使用奇数反射单元时，如果
[0056][0057]
则使用3号反射单元，否则使用1号反射单元。
[0058]
当使用偶数反射单元时，如果
[0059][0060]
则使用4号反射单元，否则使用2号反射单元。
[0061]
5对光线的一次反射点、二次反射点进行判断，并计算衰减。
[0062]
5.1每一个反射单元由三个相互垂直的反射面构成，以入射光线的方向向量开始，依次测试该方向向量与三个反射面的交点是否在三角形内。
[0063]
5.2设光线与反射面的交点为p，反射面的三个顶点为别为a、b、c，依次判断
[0064]
dot(cross(b-a，c-a)，cross(b-a，p-a))≥0
[0065]
dot(cross(c-b，a-b)，cross(c-b，p-b))≥0
[0066]
dot(cross(a-c，b-c)，cross(a-c，p-c))≥0
[0067]
如果上述三式皆成立，则交点在该三角反射面内，可任选三角形一条边计算反射光线的出射方向。
[0068]
5.3以反射点为新的入射光线起始点重复步骤5.1、5.2，直到反射光线不在三角反射面内。此时的光线方向即为角反射器的出射光线方向。光路的模即为传输距离。
[0069]
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

技术特征：
本发明一种激光角反射器的仿真方法，其特征主要在于以下三方面：1.构建角反射器本体坐标系，通过算法生成角反射器顶点信息，以顶点信息构建三维模型与数学模型。2.通过规模的缩放，将计算限定在一个反射单元内。3.在计算反射光路的过程中，计算出光线传播的累计距离与反射损耗。

技术总结
本发明一种激光角反射器的仿真方法，涉及仿真技术领域，尤其涉及飞行器数字化仿真及其仿真方法。本发明通过算法生成角反射器模型，通过将角反射器的本体坐标系与飞行器的本体坐标系固连，把入射光线转换至角反射器本体坐标系的方式，将飞行器六自由度模型的输出结果与外测设备的仿真衔接了起来，使整个仿真过程更加完整与真实。更加完整与真实。


技术研发人员：苏森 段东建 谢雪明 苏鹏 董齐
受保护的技术使用者：北京星途探索科技有限公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/3/8