全球经纬度网格的雷达探测范围真三维建模
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摘 要
针对雷达探测范围会受到复杂地形因素影响，单一地依靠电磁传播模型可视化雷达探测区域很难真实有效地展现电磁覆盖情况的问题，该文提出一种基于GeoSOT-3D空间剖分的雷达探测范围的计算与表达一体化的真三维模型。GeoSOT-3D剖分框架将上至地球50 000km下至地心的全部地球空间划分成多层次，多尺度空间体元，体元可承载多源异构空间数据。依据GeoSOT-3D的剖分流程，将地形数据、雷达探测空间数据离散化。最后，开发了雷达探测范围可视化验证平台。实验结果表明，该建模方法对复杂的地形适应性强，可视化表现效果真实直观。
引用格式
引用格式：孙忠秋，程承旗．全球经纬度网格的雷达探测范围真三维建模 [J].测绘科学,2017,42(6):144-148.
正文
雷达通过发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。传统的雷达探测范围研究重点是水平方向和高度方向的二维模拟。随着计算机性能的提升，雷达三维探测范围已成为研究热点[1-2]。复杂地形因素会对雷达探测产生较大的影响，但一般的雷达参数只给出雷达在各方向角的探测距离，或者经过水平地面反射后的辐射威力图[3-4]。因此急需解决复杂地形环境的雷达探测范围的有效的建模和可视化的问题。
近年来，针对雷达探测范围的真三维建模有很多研究，其中文献［5］将DEM数据转换为极坐标(R,Z)格式，对切面地形采样点数据进行三次样条拟合。通过比较搜索路径上的总电场与直射电场的关系，依此判断在考虑复杂地形后的雷达探测距离。文献［6］通过分析雷达探测范围边界与数字地形高程的相对位置关系，提出一种基于几何光学原理的雷达探测范围受复杂地形影响的修正算法。文献［7］对雷达方程中的传播因子进行了建模，并基于典型雷达辐射波束对雷达探测范围进行仿真验证等。综合分析这些研究，可以发现，现有的雷达探测范围的计算是将地形因素作为影像雷达覆盖范围的因子，通过处理计算该因子，计算实际的探测范围，这样的处理流程算法复杂，计算量大，当雷达的基础参数动态变化时，很难实现快速的建模。
本文采取空间离散化的思路，首先按照GeoSOT-3D的剖分流程，结合雷达探测方程将地形数据、雷达探测数据离散化，然后利用GeoDOT-3D编码组织离散后数据，进而提出一种新型的雷达探测范围的计算与表达一体化的真三维模型。依据该模型，结合多种可视化技术，开发了雷达探测范围真三维展示验证平台，并对结果进行分析，解决了雷达探测范围真三维建模与快速可视化的问题。
在考虑地形影响后，雷达的实际受影响范围要小于理论范围，需要可视化的空间体元减少，随着剖分层级的增多，也就是空间分辨率的提高，需要渲染的体元个数显著增加，如果不考虑地形的影响，则渲染效率降低明显，若考虑地形影响，因为体元个数的减少则可以保证了渲染速率。
电磁信息可视化一直是科学可视化领域的一个研究热点。针对如何在复杂的环境下更高效和形象地表现雷达电磁环境问题，本文基于GeoSOT-3D全球立体剖分框架提出了雷达探测范围真三维模型，该模型从空间建模的角度出发，按照可接受的尺度将理论的雷达探测范围离散化，同时将地形数据离散化，由于两种模型是同构的，因此通过求交运算即可计算出在复杂地形影响下的雷达探测范围。文章最后模拟了考虑地形与未考虑地形两种情况下的雷达探测范围的可视化。试验结果表明，该建模方法对复杂的地形适应性强，可视化表现效果真实直观。
2017年（第42卷）第6期
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