一种基于地形分析的雷达盲区计算显示方法与流程

1.本发明涉及指挥自动化系统军事装备能力分析及标图显示领域中的一种基于地形分析的雷达盲区计算显示方法，特别适用于指挥自动化系统中对典型防空雷达装备基于地形的探测能力分析及分析结果的显示应用。


背景技术：

2.远程防空警戒雷达、近程野战防空雷达等是陆军航空兵装备面对的主要威胁，为规避其威胁或对其威胁进行及时预警，其探测能力分析是陆军航空兵指挥自动化系统中不可或缺的重要能力。由于地球曲率、和地形遮蔽等因素的作用，导致雷达探测存在地形遮蔽盲区，快速分析以及全面直观的表达地形遮蔽盲区就成为一项关键技术。现有技术中，对雷达地形遮蔽盲区的计算方法主要通过将目标点与雷达部署位置的连线与该线所在的所有地形面进行遮蔽计算，得到目标点的最小探测高度，并将其作为目标点的盲区间隙高度。但是上述计算方法的步骤繁琐，分析耗时较长，效率低下，且探测盲区不能在二维地图上进行直观的表达显示，对作战指挥辅助分析和结果表示能力支持不足。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题就是避免上述背景技术中的不足之处而提供一种基于地形分析的雷达盲区计算显示方法，该方法以通视分析为基础，先通过二分查找计算雷达与地形在扫描方位的遮挡点和切线段，然后使用该扫描方位的切线段方程与不同高度的大地椭球面方程直接计算交点，通过连接所有扫描方位的切线段在同一高度椭球面的交点获得雷达在该高度的最大探测范围，使用不同颜色和线宽对遮挡线和不同高度的等高线绘制并显示。
4.本发明具有计算方法简单高效可靠，适应各种地理计算平台，二维地图上表达简洁直观，具有适应并行计算平台的能力，具有计算精度可按需调整、适应多种雷达参数类型的特点。
5.本发明目的是这样实现的：
6.一种基于地形分析的雷达盲区计算显示方法，具体包括以下步骤：
7.步骤1，以通视计算为基础，使用二分查找方法计算以雷达坐标o为起始点且以α为扫描方位的射线与地形的切线，记录切点q(α)，同时在该射线上计算雷达最大作用距离点记录为f(α)；
8.步骤2，判断线段of(α)的长度是否大于线段oq(α)的长度，若大于则计算线段q(α)f(α)分别与100米、200米、400米、800米、1600米、2400米、3600米高度大地椭球面的交点，若存在交点则分别记录为h(α，100)、h(α，200)、h(α，400)、h(α，800)、h(α，1600)、h(α，2400)，h(α，3600)；
9.步骤3，以
△
α为步进，在雷达扫描方位αmin～αmax范围内重复步骤1至步骤2；
10.步骤4，判断每个计算方位α与相邻方位α+
△
α的切点是否满足oq(α)《of(α)且oq(α
+
△
α)《of(α+
△
α)，满足则以加粗黑色线段连接q(α)和q(α+
△
α)，不满足则不连接；
11.步骤5，以加粗红色线段连接每个计算方位α与相邻方位α+
△
α的最大作用距离点f(α)和f(α+
△
α)；
12.步骤6，对100米、200米、400米、800米、1600米、2400米、3600米高度设置不同的颜色，判断每个计算方位α与相邻方位α+
△
α是否同时存在相同高度的交点h(α，h)和h(α+
△
α，h)，是则以该高度相应颜色的细线连接，否则若只存在h(α，h)，则将h(α，h)连接到切点q(α+
△
α)。
13.进一步的，所述步骤2的具体过程如下：
14.步骤201，将点q(α)和f(α)的大地坐标转换为地心坐标系(xq,yq,zq)、(xf,yf,zf),计算(xq,yq,zq)(xf,yf,zf)的直线距离，如果小于1米则返回无交点，否则继续后续计算；
15.步骤202，设等高线高度为h，如果q(α)的高度大于h则返回无交点，否则设大地椭球参数长轴为a0，短轴为b0，计算新的椭球参数a2＝(a0+h)^2，b2＝(b0+h)^2；
16.步骤203，将q(α)和f(α)形成的线段上点的参数方程代入新的椭球参数，计算是否形成交点，如果没有交点则返回，如果有1个交点则返回该交点，如果有2个交点，则返回距离最大距离点f(α)最近的交点。
17.与现有技术相比，本发明的优势在于：
18.1、本发明以通视计算为基础，使用二分查找方法计算扫描方位与地形的切线，因此可适配各种地理计算平台，且可根据俯仰精度要求设置二分查找的深度。
19.2、本发明由于基于雷达的探测范围使用切线方程与不同高度的大地椭球面方程直接计算交点，计算精度高，可根据不同的过程参数适应不同高度和探测范围的雷达。
20.3、本发明由于采用适当的高度参数，使用不同的颜色和线型对遮挡线、等高线、最大探测范围线进行标绘显示，因此使雷达探测能力在二维地图上的绘制结果的全面性和直观性得以极大支持。
21.4、本发明计算结果易于存储，可方便地运用到后续的航线规划和威胁分析等应用中。
附图说明
22.图1是本发明使用基于地形分析的雷达盲区计算显示方法实现雷达探测能力的绘制的示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
24.参照图1，本发明基于通视计算和二分查找，在各方位计算雷达与地形的切点，在该扫描线上以切点为起点以最大探测范围点为终点形成线段，计算该线段与不同高度大地椭球面的交点，使用黑色加宽线连接各方位的切点为遮挡线，使用红色加宽线连接各方位最大探测范围点为最大探测范围线，使用不同颜色连接各方位同一高度等高线形成不同高度探测范围线，实现最终的雷达探测盲区结果显示。本发明使用采用不同高度间隔计算探测范围线，使计算结果显示分布均匀，使用户对雷达探测盲区快速形成简洁和直观的认识。
25.一种基于地形分析的雷达盲区计算显示方法，其特征在于包括以下步骤：
26.①
以通视计算为基础，使用二分查找方法计算以雷达坐标o为起始点且以α为扫描方位的射线与地形的切线，记录切点q(α)，同时在该射线上计算雷达最大作用距离点记录为f(α)；
27.实施例设最小俯仰角alpha_min和最大俯仰角alpha_max，以o为原点，方位为α，俯仰角alpha_c＝(alpha_min+alpha_max)/2，最大探测距离rmax计算最大作用距离点fa，判断线段ofa是否通视，通视则设alpha_max＝alpha_c，否则alpha_min＝alpha_c,重新计算俯仰角alpha_c＝(alpha_min+alpha_max)/2和fa，继续计算20次，按照alpha_min计算遮挡点q(α)和最大总用距离点f(α)。
28.②
判断线段of(α)的长度是否大于线段oq(α)的长度，若大于则计算线段q(α)f(α)分别与100米、200米、400米、800米、1600米、2400米、3600米高度大地椭球面的交点，若存在交点则分别记录为h(α，100)、h(α，200)、h(α，400)、h(α，800)、h(α，1600)、h(α，2400)，h(α，3600)；
29.③
以
△
α为步进，在雷达扫描方位αmin～αmax范围内重复步骤
①
和
②
；
30.实施例αmin和αmax为雷达的最小扫描方位和最大扫描方位，一般为设置好的雷达性能参数，如果全向雷达则αmin＝0，αmax＝359.9,从α＝αmin开始计算，每次增加方位
△
α即α＝α+
△
α，如果α《αmax,则继续计算，否则停止计算。
31.④
绘制遮挡线：判断每个计算方位α与相邻方位α+
△
α的切点是否满足oq(α)《of(α)且oq(α+
△
α)《of(α+
△
α)，满足则以加粗黑色线段连接q(α)和q(α+
△
α)，不满足则不连接；
32.实施例雷达位置o地心坐标为(xo,yo,zo)，方位α的遮挡点为q(α)，地心坐标为(xq,yq,zq)，最大作用范围点为f(α)，地心坐标为(xf,yf,zf)，相邻方位α+
△
α的遮挡点为q(α+
△
α)，地心坐标为(xq1,yq1,zq1)，最大作用范围点为f(α+
△
α)，地心坐标系为(xf1,yf1,zf1)，判断(xq-xo)^2+(yq-yo)^2+(zq-zo)^2《(xf-xo)^2+(yf-yo)^2+(zf-zo)^2,则oq(α)《of(α)，同理判断(xq1-xo)^2+(yq1-yo)^2+(zq1-zo)^2《(xf1-xo)^2+(yf1-yo)^2+(zf1-zo)^2则oq(α+
△
α)《of(α+
△
α)。
33.⑤
绘制最大作用范围线：以加粗红色线段连接每个计算方位α与相邻方位α+
△
α的最大作用距离点f(α)和f(α+
△
α)；
34.⑥
绘制等高线：对100米、200米、400米、800米、1600米、2400米、3600米高度设置不同的颜色，判断每个计算方位α与相邻方位α+
△
α是否同时存在相同高度的交点h(α，h)和h(α+
△
α，h)，是则以该高度相应颜色的细线连接，否则若只存在h(α，h)，则将h(α，h)连接到切点q(α+
△
α)。
35.实施例对100米高度设置线宽为2，颜色为红色，对200米高度设置线宽为1，颜色为浅红色，对400米高度设置线宽为2，颜色为绿色，800米高度设置线宽为1，颜色为浅绿色，1600米高度设置线宽为2，颜色为蓝色、2400米高度设置线宽为1，颜色为浅蓝色、3600米高度设置线宽为2，颜色为青色。
36.其中，步骤
②
具体包括以下步骤：
37.(201)将点q(α)和f(α)的大地坐标转换为地心坐标系(xq,yq,zq)、(xf,yf,zf),计算(xq,yq,zq)(xf,yf,zf)的直线距离，如果小于1米则返回无交点，否则继续后续计算；
38.实施例计算距离lqf＝((xf-xq)^2+(yf-yq)^2+(zf-zq)^2)^0.5，如果lqf《1则说明雷达的最大返回无交点，否则继续后续计算。
39.(202)设等高线高度为h，如果q(α)的高度大于h则返回无交点，否则设大地椭球参数长轴为a0，短轴为b0，计算新的椭球参数a2＝(a0+h)^2，b2＝(b0+h)^2；
40.实施例等高线高度为h，计算q(α)的大地坐标(bq，lq，hq)，如果hq》h则说明遮挡点高度大于等高线高度，此时无法形成交点，因此返回无交点，否则按照按照新椭球参数计算交点，采用wgs84坐标系椭球参数长轴a0＝6378137.0，短轴b0＝6356752.3142，长轴和短轴的长度增加h作为新的长轴和短轴。
41.(203)将q(α)和f(α)形成的线段上点的参数方程代入新的椭球参数，计算是否形成交点，如果没有交点则返回，如果有1个交点则返回该交点，如果有2个交点，则返回距离最大距离点f(α)最近的交点。
42.实施例计算矢量(
△
x,
△
y,
△
z)＝(xf,yf,zf)-(xq,yq,zq)，计算参数a＝(
△
x*
△
x+
△
y*
△
y)/a2+
△
z*
△
z/b2，b＝2*(xq*
△
x+yq*
△
y)/a2+2*zq*
△
z/b2，c＝(xq*xq+yq*yq)/a2+zq*zq/b2-1.0，flag＝b*b-4*a*c，如果flag《0，则返回无交点，否则计算参数it1＝(-b+flag^0.5)/(2*a)，it2＝(-b-flag^0.5)/(2*a)，如果it1》it2则交换两者的值。判断it1是否在0到1.0范围内，是则计算交点i1＝q(α)+(f(α)-q(α))*it1,同理计算交点i2，如果交点i2存在则返回交点i2，否则返回交点i1并结束。
43.完成基于地形分析的雷达盲区计算显示方法。

技术特征：
1.一种基于地形分析的雷达盲区计算显示方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，以通视计算为基础，使用二分查找方法计算以雷达坐标o为起始点且以α为扫描方位的射线与地形的切线，记录切点q(α)，同时在该射线上计算雷达最大作用距离点记录为f(α)；步骤2，判断线段of(α)的长度是否大于线段oq(α)的长度，若大于则计算线段q(α)f(α)分别与100米、200米、400米、800米、1600米、2400米、3600米高度大地椭球面的交点，若存在交点则分别记录为h(α，100)、h(α，200)、h(α，400)、h(α，800)、h(α，1600)、h(α，2400)，h(α，3600)；步骤3，以
△
α为步进，在雷达扫描方位αmin～αmax范围内重复步骤1至步骤2；步骤4，判断每个计算方位α与相邻方位α+
△
α的切点是否满足oq(α)<of(α)且oq(α+
△
α)<of(α+
△
α)，满足则以加粗黑色线段连接q(α)和q(α+
△
α)，不满足则不连接；步骤5，以加粗红色线段连接每个计算方位α与相邻方位α+
△
α的最大作用距离点f(α)和f(α+
△
α)；步骤6，对100米、200米、400米、800米、1600米、2400米、3600米高度设置不同的颜色，判断每个计算方位α与相邻方位α+
△
α是否同时存在相同高度的交点h(α，h)和h(α+
△
α，h)，是则以该高度相应颜色的细线连接，否则若只存在h(α，h)，则将h(α，h)连接到切点q(α+
△
α)。2.根据权利要求1所述的一种基于地形分析的雷达盲区计算显示方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：步骤201，将点q(α)和f(α)的大地坐标转换为地心坐标系(xq,yq,zq)、(xf,yf,zf),计算(xq,yq,zq)(xf,yf,zf)的直线距离，如果小于1米则返回无交点，否则继续后续计算；步骤202，设等高线高度为h，如果q(α)的高度大于h则返回无交点，否则设大地椭球参数长轴为a0，短轴为b0，计算新的椭球参数a2＝(a0+h)^2，b2＝(b0+h)^2；步骤203，将q(α)和f(α)形成的线段上点的参数方程代入新的椭球参数，计算是否形成交点，如果没有交点则返回，如果有1个交点则返回该交点，如果有2个交点，则返回距离最大距离点f(α)最近的交点。

技术总结
本发明公开了一种基于地形分析的雷达盲区计算显示方法，它涉及指挥自动化系统军事装备能力分析及标图显示领域。以通视分析为基础，先通过二分查找计算雷达与地形在扫描方位的遮挡点和切线段，然后使用该扫描方位的切线段方程与不同高度的大地椭球面方程直接计算交点，通过连接所有扫描方位的切线段在同一高度椭球面的交点获得雷达在该高度的最大探测范围，使用不同颜色和线宽对遮挡线和不同高度的等高线绘制并显示。本发明具有计算方法简单高效可靠，适应各种地理计算平台，二维地图上表达简洁直观，具有适应并行计算平台的能力，具有计算精度可按需调整、适应多种雷达参数类型的特点。型的特点。型的特点。


技术研发人员：张冬宁 刘文展 米芳彬 齐小谦 韩博 冯士妥 于健 张凯
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/7/27