本发明属于仿真模型技术领域，特别是涉及一种可应用于仿真模型的红外特征模拟系统及方法。
背景技术：
现代军事战争中，发现即意味着被摧毁，如何通过伪装隐身、示假干扰等手段防敌侦察监视和精确制导捕获，从而保存己方有生力量，是各国军事竞相研究的热点。古今中外特别是近年来的高技术局部战争充分表明良好的示假伪装可以充分地诱导、分散和吸引敌方的注意力和火力打击，以较小的代价提高己方军事作战效能，达到保护己方真实军事目标安全和消耗敌方作战资源的目的。
近年来，随着新材料、模拟仿真、精密加工等技术的不断发展，各种类型的示假目标或仿真模型不断涌现出来。这些示假目标模型虽然外形结构可以逼真复现，但是由于在材质及其内部结构等方面均与真实目标存在差异性，导致其热红外辐射特征及雷达反射特性等光电特征信息都与真实目标还会存在明显的区别。由此在热红外成像和合成孔径雷达(sar)成像侦察已成为军事侦察常用手段的背景下，示假目标模型仅仅通过追求外形轮廓与可见光波段的相似性来隐藏自己、迷惑敌人，已经越来越难以适应现代战争的示假伪装需求。
示假目标的雷达特征一般通过外形结构与材料特性即可达到与真实目标类似的效果。然而，现实环境中的目标红外特征与自身热特性(材料特性、内部热源)、环境因素(温湿度、外界热辐射)以及大气传输特性等密切相关，一定时间内在热传导、对流、辐射的方式下形成具有特殊空间分布和辐射温度的红外特征。因此现在急需一种能应用于示假目标的仿真模型红外特征模拟的系统及方法，来满足现代军事红外示假伪装的需求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种可应用于仿真模型的红外特征模拟系统及方法，根据不同时刻真实军事目标物体或装备外部表面的热红外特征图像信息提取军事目标相应关键部位的温度数据，并根据这些温度数据自动控制贴敷于示假目标模型内部表面的加热薄膜模块的温度参数，使得战场示假目标模型具有和真实军事目标一样的热红外特征辐射信息，从而达到利用示假目标模型迷惑、干扰敌人的判断能力和阻止敌人打击、破坏的目的。
本发明的技术方案是这样实现的：一种可应用于仿真模型的红外特征模拟系统，包括工业控制计算机、热红外图像采集传感器、工业以太网络现场总线、温度控制主站模块、温度控制从站模块、电池模块、rs485现场总线、usb转串口线缆、表贴式温度传感器和温度控制加热薄膜模块；所述工业控制计算机通过工业以太网络现场总线连接多个角度热红外图像采集传感器，将采集真实目标的热红外特征图像信息；所述温度控制主站模块通过usb转串口线缆连接工业控制计算机，固化存储由工业控制计算机下发的温度数据，并且通过rs485现场总线与多个温度控制从站模块进行数据交互，主从通信的协议遵循标准的modbusrtu协议；各个温度控制从站模块分别与贴敷于示假目标模型内部表面中心位置的温度控制加热薄膜模块连接，控制其发热，所述电池模块为各个温度控制加热薄膜模块提供电能；所述表贴式温度传感器位于各个温度控制加热薄膜模块，实时检测，将温度信息反馈给各个温度控制从站模块。
进一步说，所述温度控制主站模块包括单片机、 12v稳压电源、rs485总线驱动器、rtc实时时钟模块、usb转串口模块、tf卡数据存储模块和led状态指示灯模块，所述单片机分别与 12v稳压电源、rs485总线驱动器、rtc实时时钟模块、usb转串口模块、tf卡数据存储模块和led状态指示灯模块连接，单片机接收工业控制计算机下发的时间-温度数据表格并存储至tf卡模块；所述rtc实时时钟模块不停地运行，使单片机得到标准时间；所述单片机通过 12v稳压电源提供电能，通过usb转串口模块进行烧写程序，通过rs485总线驱动器与rs485现场总线连接，通过led状态指示灯模块指示其状态。
进一步说，所述温度控制从站模块包括单片机、 12v稳压电源、rs485总线驱动器、高精度表贴式温度传感器、大电流磁保持继电器和led状态指示灯，所述单片机分别与 12v稳压电源、rs485总线驱动器、高精度表贴式温度传感器、大电流磁保持继电器和led状态指示灯连接；单片机通过 12v稳压电源提供电能，通过rs485总线驱动器与rs485现场总线连接，单片机控制大电流磁保持继电器的触点吸合和断开；高精度表贴式温度传感器位于各个温度控制加热薄膜模块内，用于测量加热薄膜表面中心处的温度数据，将温度信息反馈给各个温度控制从站模块，实现对加热薄膜的闭环温控；所述单片机通过led状态指示灯模块指示其状态。
采用上述系统的模拟方法，包括如下步骤：
s1：首先工业控制计算机通过工业以太网络现场总线连接的多个角度红外成像传感器，利用红外成像传感器采集真实军事目标在在不同季节和不同日期时间段内正常工作状态时外部表面的热红外特征图像信息；
s2：利用工业控制计算机内的目标光电特性处理软件对获得的目标红外图像信息进行分析处理，提取得到目标外部表面各关键位置点处的温度数据统计值，并生成一个带有日期—时间标记的温度数据表格；
s3：把步骤s2)得到的温度数据表格通过工业控制计算机的串行通信口写入温度控制主站模块并存储；
s4：温度控制主站模块按rtc实时时钟模块提供的实时时间与时间—温度数据表格的日期时间参数比对，形成温度控制从站模块下发当前时间目标温度参数的报文；
s5：温度控制从站模块通过高精度表贴式温度传感器实时测量加热薄膜表面中心处的温度数据，并对当前表面温度与目标温度比较判断，通过控制大电流磁保持继电器的开关状态实现加热薄膜模块的发热量控制，使加热薄膜模块维持在设定的目标温度；
s6：各个加热薄膜模块按照设定的不同温度，形成预设的热特征，并随季节时段等时间信息进行自动变化，使示假仿真模型可达到自身热红外特征与真实目标近似一致的模拟效果。
进一步说，所述步骤s2)中目标光电特性处理软件，用于目标背景红外图像数据处理和特征分析，包括红外图像数据读取、温度标定、区域选取与统计、特征提取分析，利用软件对目标红外数据集统计分析，得到某一类背景中目标在不同季节、时段下的典型红外特征信息；所述温度标定是指将图像灰度值转换为温度数据；所述区域选取与统计是指框选或自定义选取分析区域，统计区域内红外特征，包括温度平均值、方差、直方图分布；所述特征提取分析是指提取目标红外图像中的高温区，得到形状、温度等特征信息。
进一步说，所述温度控制主站模块能固化存储由工业控制计算机下发的温度数据，并根据温度控制主站模块的rtc实时时钟功能自动下发温度参数给各个温度控制从站模块，各个温度控制从站模块根据接收到的目标温度信息自动控制贴敷于示假目标模型内部表面的加热薄膜模块发热，从而使示假目标模型自身的热红外辐射特征信息与真实目标一样，使示假目标模型具有更为逼真的热红外辐射特征，从而更具有迷惑性，能够迷惑敌方红外成像探测设备。
进一步说，通过温度控制主站模块的usb转串口模块也能设定不同日期时间节点内，即一年四季：春、夏、秋、冬，一日之内：早晨、中午、傍晚、夜间的典型时段的温度数据，示假目标模型在不同表面位置处的温度参数，从而实现自动控温的功能，达到示假目标模型自身的热红外特征信息与真实目标一样的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)温度控制主站模块与温度控制从站模块的主从通信的协议遵循标准的modbusrtu协议，使通信更简洁与高效；
2)各个温度控制从站模块能根据接收到的目标温度参数控制加热薄膜单元模块发热，实现示假目标模型各个温控节点的自动温度控制，从而达到示假目标模型可以无人值守和操作的目的；
3)温度控制从站模块对贴敷于示假目标模型内部表面的加热薄膜模块实现温度参数闭环控制，并且温度控制从站模块具有过温保护的功能；温度控制从站模块亦能实时测量对应加热薄膜模块表面的温度数据进而实现温度参数闭环控制，温控功能更精确、稳定；
4)根据不同的示假目标模型自动热红外特征信息主动模拟和示假伪装应用的场合，可用于陆上车辆、海上舰船、水下潜艇、天上飞机等军用装备的示假目标模型的内部形成示假目标热红外特征主动模拟和伪装，使示假目标或仿真模型红外示假更加可靠逼真；
5)本发明系统具有成本低、可靠性高、使用维护简单和方便等诸多特点，可用于诸多军用仿真模型靶标、示假目标模型的内部，也可拓展应用到阵地口部、建筑活动区等工程设施红外特征模拟，形成基于热红外特征信息主动模拟和伪装的系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对本领域技术人员来讲，在不独处创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明模拟系统的整体结构示意图；
图2为本发明模拟系统的主要工作流程图；
图3为本发明的温度控制主站模块的结构框图；
图4为本发明的温度控制从站模块的结构框图；
图5为本发明的温度控制主站模块与各个温度控制从站模块的通信连接示意图；
图6为本发明的表贴式温度传感器与加热薄膜模块的位置关系示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1-6所示，一种可应用于仿真模型的红外特征模拟系统，包括工业控制计算机、热红外图像采集传感器、工业以太网络现场总线、温度控制主站模块、温度控制从站模块、电池模块、rs485现场总线、usb转串口线缆、表贴式温度传感器和温度控制加热薄膜模块；所述工业控制计算机通过工业以太网络现场总线连接多个角度热红外图像采集传感器，将采集真实目标的热红外特征图像信息；所述温度控制主站模块通过usb转串口线缆连接工业控制计算机，固化存储由工业控制计算机下发的温度数据，并且通过rs485现场总线与多个温度控制从站模块进行数据交互，主从通信的协议遵循标准的modbusrtu协议；各个温度控制从站模块分别与贴敷于示假目标模型内部表面中心位置的温度控制加热薄膜模块连接，控制其发热，所述电池模块为各个温度控制加热薄膜模块提供电能；所述表贴式温度传感器位于各个温度控制加热薄膜模块，实时检测，将温度信息反馈给各个温度控制从站模块。
所述温度控制主站模块包括单片机、 12v稳压电源、rs485总线驱动器、rtc实时时钟模块、usb转串口模块、tf卡数据存储模块和led状态指示灯模块，所述单片机分别与 12v稳压电源、rs485总线驱动器、rtc实时时钟模块、usb转串口模块、tf卡数据存储模块和led状态指示灯模块连接，单片机接收工业控制计算机下发的时间-温度数据表格并存储至tf卡模块；所述rtc实时时钟模块不停地运行，使单片机得到标准时间；所述单片机通过 12v稳压电源提供电能，通过usb转串口模块进行烧写程序，通过rs485总线驱动器与rs485现场总线连接，通过led状态指示灯模块指示其状态。
温度控制主站模块的工作流程主要分为如下步骤：
e1：温度控制主站模块接收工业控制计算机下发的时间-温度数据表格并存储至tf卡模块；
e2：温度控制主站模块的rtc实时时钟模块不停地运行，主站程序得到标准时间；
e3：温度控制主站模块遍历检测时间-温度数据表格里的时间节点参数；
e4：当温度控制主站模块遍历检测到实时时钟的时间与时间-温度数据表格里的时间参数相同时，向下执行e5，否则执行e2和e3；
e5：温度控制主站模块通过rs485通讯总线为各个温度控制从站模块下发与时间节点参数相对应的modbusrtu标准报文来实现不同温度控制从站模块的目标温度参数的自动更新与控制。
所述温度控制从站模块包括单片机、 12v稳压电源、rs485总线驱动器、高精度表贴式温度传感器、大电流磁保持继电器和led状态指示灯，所述单片机分别与 12v稳压电源、rs485总线驱动器、高精度表贴式温度传感器、大电流磁保持继电器和led状态指示灯连接；单片机通过 12v稳压电源提供电能，通过rs485总线驱动器与rs485现场总线连接，单片机控制大电流磁保持继电器的触点吸合和断开；高精度表贴式温度传感器位于各个温度控制加热薄膜模块内，用于测量加热薄膜表面中心处的温度数据，将温度信息反馈给各个温度控制从站模块，实现对加热薄膜的闭环温控；所述单片机通过led状态指示灯模块指示其状态。
温度控制从站模块的工作流程分为如下步骤：
f1：温度控制主站模块按照遍历检测到的时间节点参数下发modbusrtu温控报文给各个温度控制从站模块；
f2：各个温度控制从站模块接收到温控报文后按照各自的站号解析报文数据帧，得到自己的目标温度参数；
f3：温度控制从站模块根据得到的目标温度参数控制大电流磁保持继电器的触点吸合和断开，温度控制从站模块检测到当前温度小于目标温度参数时继电器触点吸合，温度控制从站模块检测到当前温度大于或者等于目标温度参数时继电器触点断开，从而实现各个温度控制从站模块控制贴敷于示假目标模型内部表面的加热薄膜模块发热，进而达到假目标自动温控和红外特征模拟的目的。
采用上述系统的模拟方法，包括如下步骤：
s1：首先工业控制计算机通过工业以太网络现场总线连接的多个角度红外成像传感器，利用红外成像传感器采集真实军事目标在在不同季节和不同日期时间段内正常工作状态时外部表面的热红外特征图像信息；
s2：利用工业控制计算机内的目标光电特性处理软件对获得的目标红外图像信息进行分析处理，提取得到目标外部表面各关键位置点处的温度数据统计值，并生成一个带有日期—时间标记的温度数据表格；
s3：把步骤s2)得到的温度数据表格通过工业控制计算机的串行通信口写入温度控制主站模块并存储；
s4：温度控制主站模块按rtc实时时钟模块提供的实时时间与时间—温度数据表格的日期时间参数比对，形成温度控制从站模块下发当前时间目标温度参数的报文；
s5：温度控制从站模块通过高精度表贴式温度传感器实时测量加热薄膜表面中心处的温度数据，并对当前表面温度与目标温度比较判断，通过控制大电流磁保持继电器的开关状态实现加热薄膜模块的发热量控制，使加热薄膜模块维持在设定的目标温度；
s6：各个加热薄膜模块按照设定的不同温度，形成预设的热特征，并随季节时段等时间信息进行自动变化，由此示假仿真模型可达到自身热红外特征与真实目标近似一致的模拟效果。
所述步骤s2)中目标光电特性处理软件，用于目标背景红外图像数据处理和特征分析，包括红外图像数据读取、温度标定、区域选取与统计、特征提取分析，利用软件对目标红外数据集统计分析，得到某一类背景中目标在不同季节、时段下的典型红外特征信息；所述温度标定是指将图像灰度值转换为温度数据；所述区域选取与统计是指框选或自定义选取分析区域，统计区域内红外特征，包括温度平均值、方差、直方图分布；所述特征提取分析是指提取目标红外图像中的高温区，得到形状、温度等特征信息。
所述温度控制主站模块能固化存储由工业控制计算机下发的温度数据，并根据温度控制主站模块的rtc实时时钟功能自动下发温度参数给各个温度控制从站模块，各个温度控制从站模块根据接收到的目标温度信息自动控制贴敷于示假目标模型内部表面的加热薄膜模块发热，从而实现示假目标模型自身的热红外辐射特征信息与真实目标一样，由此示假目标模型具有更为逼真的热红外辐射特征，从而更具有迷惑性，能够迷惑敌方红外成像探测设备。
通过温度控制主站模块的usb转串口模块也能设定不同日期时间节点内，即一年四季：春、夏、秋、冬，一日之内：早晨、中午、傍晚、夜间的典型时段的温度数据，示假目标模型在不同表面位置处的温度参数，从而实现自动控温的功能，达到示假目标模型自身的热红外特征信息与真实目标一样的目的。
本发明系统能够按照获得的如表1所示的日期时间-温度数据表格自动控制各个对应的加热薄膜模块发热，温度控制主站模块实现的主要功能是根据事先设定好的日期-时间节点(日期-时间的格式为年-月-日时：分：秒，温控时间精确到分钟即可，如表1所示)为各个温度控制从站模块下发对应modbusrtu标准报文来实现不同温度控制从站模块节点的目标温度参数的自动更新与控制。
表1：不同时间温度控制从站模块的目标温度参数
使用时，工业控制计算机根据从红外成像传感器获取的正常工作状态下真实目标表面红外特征信息，提取军事目标表面关键位置点处的温度数据并形成格式化的文本数据，并通过工业控制计算机的串行通信口将该文本数据下发给温度控制主站模块；温度控制主站模块自身带有rtc实时时钟的功能，能够在不同的日期时间节点内给分布于示假目标模型内部表面的各个温度控制从站模块下发目标温度数据，温度控制从站模块实时测量加热薄膜的表面温度，并对当前温度与目标温度比较判断，通过控制大电流磁保持继电器上位与下位的开关状态实现加热薄膜的表面温度控制，从而达到示假目标模型自身的热红外特征信息与真实目标一样逼真的效果，达到可靠逼真的示假伪装目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
1.一种可应用于仿真模型的红外特征模拟系统，其特征在于：包括工业控制计算机、热红外图像采集传感器、工业以太网络现场总线、温度控制主站模块、温度控制从站模块、电池模块、rs485现场总线、usb转串口线缆、表贴式温度传感器和温度控制加热薄膜模块；
所述工业控制计算机通过工业以太网络现场总线连接多个角度热红外图像采集传感器，将采集真实目标的热红外特征图像信息；
所述温度控制主站模块通过usb转串口线缆连接工业控制计算机，固化存储由工业控制计算机下发的温度数据，并且通过rs485现场总线与多个温度控制从站模块进行数据交互，主从通信的协议遵循标准的modbusrtu协议；
各个温度控制从站模块分别与贴敷于示假目标模型内部表面中心位置的温度控制加热薄膜模块连接，控制其发热，所述电池模块为各个温度控制加热薄膜模块提供电能；
所述表贴式温度传感器位于各个温度控制加热薄膜模块，实时检测，将温度信息反馈给各个温度控制从站模块。
2.根据权利要求1所述的一种可应用于仿真模型的红外特征模拟系统，其特征在于：所述温度控制主站模块包括单片机、 12v稳压电源、rs485总线驱动器、rtc实时时钟模块、usb转串口模块、tf卡数据存储模块和led状态指示灯模块，所述单片机分别与 12v稳压电源、rs485总线驱动器、rtc实时时钟模块、usb转串口模块、tf卡数据存储模块和led状态指示灯模块连接，单片机接收工业控制计算机下发的时间-温度数据表格并存储至tf卡模块；所述rtc实时时钟模块不停地运行，使单片机得到标准时间；所述单片机通过 12v稳压电源提供电能，通过usb转串口模块进行烧写程序，通过rs485总线驱动器与rs485现场总线连接，通过led状态指示灯模块指示其状态。
3.根据权利要求1所述的一种可应用于仿真模型的红外特征模拟系统，其特征在于：所述温度控制从站模块包括单片机、 12v稳压电源、rs485总线驱动器、高精度表贴式温度传感器、大电流磁保持继电器和led状态指示灯，所述单片机分别与 12v稳压电源、rs485总线驱动器、高精度表贴式温度传感器、大电流磁保持继电器和led状态指示灯连接；单片机通过 12v稳压电源提供电能，通过rs485总线驱动器与rs485现场总线连接，单片机控制大电流磁保持继电器的触点吸合和断开；高精度表贴式温度传感器位于各个温度控制加热薄膜模块内，用于测量加热薄膜表面中心处的温度数据，将温度信息反馈给各个温度控制从站模块，实现对加热薄膜的闭环温控；所述单片机通过led状态指示灯模块指示其状态。
4.一种可应用于仿真模型的红外特征模拟系统的模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：
s1：首先工业控制计算机通过工业以太网络现场总线连接的多个角度红外成像传感器，利用红外成像传感器采集真实军事目标在在不同季节和不同日期时间段内正常工作状态时外部表面的热红外特征图像信息；
s2：利用工业控制计算机内的目标光电特性处理软件对获得的目标红外图像信息进行分析处理，提取得到目标外部表面各关键位置点处的温度数据统计值，并生成一个带有日期—时间标记的温度数据表格；
s3：把步骤s2)得到的温度数据表格通过工业控制计算机的串行通信口写入温度控制主站模块并存储；
s4：温度控制主站模块按rtc实时时钟模块提供的实时时间与时间—温度数据表格的日期时间参数比对，形成温度控制从站模块下发当前时间目标温度参数的报文；
s5：温度控制从站模块通过高精度表贴式温度传感器实时测量加热薄膜表面中心处的温度数据，并对当前表面温度与目标温度比较判断，通过控制大电流磁保持继电器的开关状态实现加热薄膜模块的发热量控制，使加热薄膜模块维持在设定的目标温度；
s6：各个加热薄膜模块按照设定的不同温度，形成预设的热特征，并随季节时段等时间信息进行自动变化，由此示假仿真模型可达到自身热红外特征与真实目标近似一致的模拟效果。
5.根据权利要求4所述的一种可应用于仿真模型的红外特征模拟系统的模拟方法，其特征在于：所述步骤s2)中目标光电特性处理软件，用于目标背景红外图像数据处理和特征分析，包括红外图像数据读取、温度标定、区域选取与统计、特征提取分析，利用软件对目标红外数据集统计分析，得到某一类背景中目标在不同季节、时段下的典型红外特征信息；所述温度标定是指将图像灰度值转换为温度数据；所述区域选取与统计是指框选或自定义选取分析区域，统计区域内红外特征，包括温度平均值、方差、直方图分布；所述特征提取分析是指提取目标红外图像中的高温区，得到形状、温度等特征信息。
6.根据权利要求4所述的一种可应用于仿真模型的红外特征模拟系统的模拟方法，其特征在于：所述温度控制主站模块能固化存储由工业控制计算机下发的温度数据，并根据温度控制主站模块的rtc实时时钟功能自动下发温度参数给各个温度控制从站模块，各个温度控制从站模块根据接收到的目标温度信息自动控制贴敷于示假目标模型内部表面的加热薄膜模块发热，从而使示假目标模型自身的热红外辐射特征信息与真实目标一样，由此示假目标模型具有更为逼真的热红外辐射特征，从而更具有迷惑性，能够迷惑敌方红外成像探测设备。
7.根据权利要求4所述的一种可应用于仿真模型的红外特征模拟系统的模拟方法，其特征在于：通过温度控制主站模块的usb转串口模块也能设定不同日期时间节点内，即一年四季：春、夏、秋、冬，一日之内：早晨、中午、傍晚、夜间的典型时段的温度数据，示假目标模型在不同表面位置处的温度参数，从而实现自动控温的功能，达到示假目标模型自身的热红外特征信息与真实目标一样的目的。
技术总结