[發明專利]空天地一體化態勢表達引擎及其帶慣性的視點控制方法

有效

• 申請號: 201310533644.2
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN103605424A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 徐青;藍朝楨;施群山;呂亮;周楊;李建勝;何鈺;邢帥;張衡
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍信息工程大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 胡泳棋

技術領域

本發明涉及一種空天地一體化態勢表達引擎及其帶慣性的視點控制方法。

背景技術

隨著技術的發展，人類的活動不再局限于地面，空間成為人類活動的又一重要場所。為了占領空間這塊重要的領地，越來越多的衛星發射升空，使得在軌和失效的衛星達到了成千上萬顆，空間環境急劇惡化。為確保空間安全，維護空間利益，各國紛紛建立了自己的空間態勢感知系統。空間態勢感知系統是一個龐大復雜的系統工程，其獲取的數據包含天基、地基等各類多源異構數據，如何將這些數據有效利用起來，為戰略戰術決策及其他空間活動提供信息服務成為一個迫切需要解決的問題。

為了更好的掌握空間態勢系統感知的空間目標、空間環境等各類數據的變化規律及其相互作用關系，需要開發空天地一體化態勢表達引擎，將大到整個太陽系的各大行星，小到地球上的一個地面站及其周圍高分辨率地形，可見的空間目標及不可見的空間環境等各類數據進行統一展示。要實現各類態勢數據的自然順暢展示，首先需要解決的就是視點控制問題，視點控制的好壞直接影響用戶對態勢表達引擎的使用體驗。

視點是用戶觀察可視化場景的唯一接口，是虛擬現實的基本要素。對于簡單的可視化場景展示，一般利用開發工具本身提供的函數即可滿足要求，如OpenGL的gluLookAt()函數。對于復雜的可視化場景則需要更加具有“沉浸感”的視點控制方法，如GoogleEarth、WorldWind等數字地球可視化系統的視點控制方法，這類可視化引擎的視點控制主要解決的是如何更好的實現地面上的漫游，視點始終以地球為關注點，可以進行旋轉、縮放和繞地面某點進行旋轉，近地漫游時地平線始終水平，無法傾斜；還有一類如STK這樣的重點在空間目標仿真的可視化引擎，該引擎將用戶關注的目標一直置于視場的中心，對目標進行旋轉和縮放，不適合地面場景的瀏覽，視點可以在不同目標之間進行切換，但是切換采用直接變換方式，沒有變換的過程，很突兀；另外一類是如Celestia這樣的行星際可視化引擎，這類可視化引擎視點可以在不同目標之間進行流暢的切換，但是其主要關注的焦點是各類天文目標，當視點拉近到地球等球體表面時，會出現地平線傾斜，無法繞球面某點進行旋轉等問題，從而影響地面地形的瀏覽體驗。上面的幾類視點控制方法都無法很好的滿足空天地一體化態勢表達引擎的需求。

由于空天地一體化態勢表達引擎的主要特點有數據類型多、空間尺度和距離變化大、涉及坐標系多等特點，為了使設計的視點控制方法能夠更好的適應空天地一體化態勢表達，下面對空天地一體化態勢表達的各個主要特點進行詳細的分析。

1.1數據類型多

空間態勢感知數據是空天地一體化態勢表達引擎的表達對象，空間態勢感知數據紛繁復雜。根據監測數據的類型，感知數據可分為兩大類，一是空間目標數據，包括地球軌道上的所有目標：在軌活動衛星、失效衛星、空間碎片等各類大小目標；二是空間環境數據，包括太陽活動相關數據、地磁場、電離層、空間輻射帶、高能粒子等各類數據。除了感知數據外還有一類數據是空間態勢感知系統本身的數據，如地基和天基監視系統本身分布情況、運行狀態等，這類數據從表達形式上可以和空間目標數據歸為一類。另外一類數據是地球本身的地理信息數據以及整個太陽系的各大行星數據和恒星背景數據。由此構成了一個完整的包含空天地的態勢表達系統的基礎數據，上面這些數據中，部分數據本身是可見的直觀的，如空間目標等數據，這些數據要真實的再現，部分數據本身是抽象的不可見的，因此需要對這些數據進行可視化表達，使不可見的變為可見的。如此繁多的數據需要在同一個框架下進行統一展示，這為視點控制帶來了前所未有的困難。圖1是空天地一體化態勢表達引擎的數據分類圖。

1.2空間尺度和距離變化大

空天地一體化態勢表達引擎除了數據類型多外，還有一個重要的特點就是需要表達的目標空間尺度和距離變化巨大，大到整個太陽系中半徑為696,300千米的最大目標太陽，小到地球表面上一個幾米大的監控雷達；遠到距離太陽最遠的海王星離太陽4,504,300,000千米，到太陽最近的水星也有57,910,000千米，而地面上的兩個目標之間的距離則可以近到一米以內，如何實現大尺寸跨度下目標的精確表示，以及大距離跨度下目標之間的無縫切換是是必須解決的關鍵技術。

1.3涉及坐標系多