一种受地形影响的雷达探测范围三维可视化的修正方法

摘要

本发明公开了一种受地形影响的雷达探测范围三维可视化的修正方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)判断雷达中心位置与地形高程值的关系，决定是否绘制雷达探测范围。(2)从雷达中心开始，确定受地形影响的采样点。(3)采用插值的方法，将被遮挡的采样点修正到地形处。本发明相对于其他地形修正方法，不仅效率上有了大幅提升，而且对于不同的地形，都能得到较好的修正精度。

说明书

技术领域

本发明属于雷达探测范围三维可视化技术领域，特别是涉及了存在地形影响下对雷达探测范围的修正方法。

背景技术

近年来，随着虚拟现实和可视化技术在军事领域的广泛应用，虚拟战场环境得到了长足的发展，电磁信息的可视化倍受指挥员和技术研究人员的关注。雷达作为战场电磁信息的主要来源，其作用范围本身是不可见的，而且受到环境因素的极大制约，从虚拟战场环境中获取相关的地形(陆地和海洋)、气象等信息，建立起考虑地形和气象等因素的雷达作用范围模型，将其以某种可视的、多分辨率的、与用户可交互的方式呈现在虚拟数字化战场环境当中，具有十分重要的意义。本发明正是为修正雷达探测范围三维可视化时受地形影响而产生的误差。现有已公开的雷达三维可视化受地形影响的修正方法比较少。2006年孟国明在其硕士论文中(国防科技大学)提出了一种修正方法，该方法以几何光学为基础，将受影响的采样点垂直修正到对应的地形点处或原点与地形最高点连线的延长线上，同时，该方法采用直接的赋值法对受地形影响的采样点进行修正，如图5所示，但此在地形较为陡峭时修正精度不高，根据此种方法，当一段山坡遮挡了雷达波瓣时，会将采样点垂直修正到对应的地形上，在采样点间隔不变的情况下，山坡越陡峭，修正到地形上的采样点越少，这样就造成了精度不高的问题。2007年陈鹏在其博士论文中(国防科技大学)提出了另一种修正方法，该方法首先记录第一个受地形影响的采样点，找到地形的最高点(即山峰)，将记录点与山峰之间的采样点修正为对应的地形高程(即将点垂直的提到上面)，山峰后受地形影响的采样点在不同情况下修正到AFC折线段或直线AB上，如图6所示，但此方法不仅在地形陡峭时修正精度较低，同时对于图2(b)所示的情况，此方法首先找到第一个受地形影响的P点，然后找到山峰，将这之间的采样点修正为对应的地形，实际上此时雷达波瓣被地形完全截断，应该将受影响的采样点修正到截断面处，故此方法并不适用于全部的地形情况。此外，此种方法首先对单峰进行处理，再扩展到多峰的情况，处理速度较慢。

发明内容

本发明目的是解决现有技术的不足，提供一种受地形影响的雷达探测范围三维可视化的修正方法，使其在雷达探测范围三维可视化时，有较高效率且适应各种不同地形的地形修正方法。

为实现上述目的，本发明的修正方法以几何光学中的光的直线传播为基本原理，对各种地形遮挡情况分别确定受地形影响的采样点范围，用线性插值对受地形影响的采样点进行修正，其特点包括下列步骤：

(1)判断雷达中心位置与对应地形高度的关系，决定是否绘制雷达探测范围；

(2)从雷达中心开始，根据不同的地形情况，确定雷达波瓣上受地形影响需修正的的采样点；

(3)使用线性插值法将受地形影响的采样点修正到地形处。

决定是否绘制雷达探测范围其步骤如下：设雷达中心位置O(x，y_O)，对应地形点判断雷达中心位置O(x，y_O)与对应地形点高程值的关系，若则绘制雷达探测范围，反之则不绘制。

确定雷达波瓣上受地形影响需修正的采样点包括以下步骤：

(1)从雷达中心点O开始，当前为采样点P(x，y_P)，对应地形点为Q(x，y_Q)；若y_P＜y_Q，则记录P之前的采样点P₀进入下一步，反之进入步骤(7)；

(2)计算OQ与x轴的夹角angle，找出俯仰角为angle的采样点Q′，需修正的采样点范围即为OP₀与OQ′夹角之间的采样点，若OQ′＞OQ，则将采样点使用线性插值法修正到直线P₀Q，进入下一步；反之不处理，进入下一步；

(3)沿OQ方向增加微小步长Δr到K，若OQ′＞OK，则进入下一步；反之进入步骤(7)；

(4)计算K(x，y_K)对应的地形点若进入步骤(6)；反之进入下一步；

(5)计算OQ₁与x轴的夹角angle，找出俯仰角为angle的采样点Q₁′，需修正的采样点范围即为OQ′与OQ₁′夹角之间的采样点，若OQ₁′＞OQ₁，则使用线性插值法将采样点修正到直线QQ₁，令Q＝Q₁，进入步骤(3)；反之不处理，令Q＝Q₁，进入步骤(3)；

(6)令Q＝K，进入步骤(3)；

(7)处理下一个未处理的采样点P，进入步骤(1)，若一个波瓣中的所有采样点已处理，则进入下一个波瓣；若所有波瓣的采样点均已处理，则结束方法。

使用线性插值法将采样点修正到直线P₀Q上，具体包括以下步骤：

(1)记录OP₀、OQ的长度r₀、r₁，OP₀与OQ′之间采样点的数目int erval，当前需修正的采样点的俯仰角angle0以及从P₀开始到当前采样点的个数loop；

(2)由线性插值公式可得当前采样点修正后的距离tp＝r₀+(r₁-r₀)*loop/int erval；

(3)由极坐标与直角坐标转换公式可得修正后采样点的坐标。

本发明的有益效果在于：

修正雷达探测范围三维可视化时受地形影响而产生的误差，适应各种不同地形，修正精度高，处理速度快。具体表现为：

①本发明将采样点回缩到地形处而非垂直提到地形处，故不存在当一段山坡遮挡了雷达波瓣时，会将采样点垂直修正到对应的地形上，在采样点间隔不变的情况下，同样长度的山坡越陡峭，修正到山坡地形上的采样点越少，造成了精度不高等问题。

②本发明不考虑单峰与多峰情况，一次性对地形进行处理，速度较快。

附图说明

图1是雷达中心位置O低于对应地形点Q₀的几何图。

图2是连接OQ出现的两种不同情况的几何图；图2(a)为OQ′＞OQ，图2(b)为OQ′＜OQ。

图3是增加微小步长Δr到K，K与其对应地形点Q₁的两种情况的几何图；图3(a)为图3(b)为

图4是连接OQ₁出现的两种不同情况的几何图；图4(a)为OQ₁′＞OQ₁，图4(b)为OQ₁′＜OQ₁。

图5是孟国明其硕士论文中地形修正方法的几何图。

图6是陈鹏博士论文中地形修正方法的几何图。

图7是本发明的流程图。

图8是确定受地形影响的采样点的范围方法的流程图。

具体实施方式

下面，我们结合附图对本发明做进一步的阐述：

如图7所示；

1.根据雷达中心位置高度和对应的地形高度，判断是否绘制雷达探测范围

设置visible标志，在绘制时使用；读取雷达中心坐标(x，y_P)以及对应的地形坐标(x，y_Q)；若则令visible＝true，绘制雷达探测范围；反之令visible＝false，不绘制雷达探测范围。

2.确定雷达波瓣上受地形影响的采样点的范围，如图8所示。

(1)从雷达中心点O开始，当前为采样点P(x，y_P)，对应地形点为Q(x，y_Q)；若y_P＜y_Q，则记录P之前的采样点P₀进入下一步，如图2(a)所示；反之进入步骤(7)。

(2)计算OQ与x轴的夹角angle，找出俯仰角为angle的采样点Q′，需修正的采样点范围即为OP₀与OQ′夹角之间的采样点。若OQ′＞OQ，则将采样点使用第3步中的插值法修正到直线P₀Q，进入下一步，如图2(a)所示；反之不处理，进入下一步，如图2(b)所示。

(3)沿OQ方向增加微小步长Δr到K。若OQ′＞OK，则进入下一步；反之进入步骤(7)。

(4)计算K(x，y_K)对应的地形点若进入步骤(6)，如图3(a)；反之进入下一步，如图3(b)所示。

(5)计算OQ₁与x轴的夹角angle，找出俯仰角为angle的采样点Q₁′，需修正的采样点范围即为OQ′与OQ₁′夹角之间的采样点。若OQ₁′＞OQ₁，则使用权利要求4中的插值法将采样点修正到直线QQ₁，令Q＝Q₁，进入步骤(3)，如图4(a)所示；反之不处理，令Q＝Q₁，进入步骤(3)，如图4(b)所示。

(6)令Q＝K，进入步骤(3)。

(7)处理下一个未处理的采样点P，进入步骤(1)。若一个波瓣中的所有采样点已处理，则进入下一个波瓣；若所有波瓣的采样点均已处理，则结束方法。

3.使用线性插值的修正受地形影响的采样点

(1)记录OP₀、OQ的长度r₀、r₁，OP₀与OQ′之间采样点的数目int erval，当前需修正的采样点的俯仰角angle0以及从P₀开始到当前采样点的个数loop。

(2)由线性插值公式可得当前采样点修正后的距离tp＝r₀+(r₁-r₀)*loop/int erval。

(3)由极坐标与直角坐标转换公式可得修正后采样点的坐标。