[發明專利]電磁環境態勢展示方法

在審

• 申請號: 201910580701.X
• 申請日: 2019-06-29
• 公開（公告）號: CN110456168A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 李明兵;王立;顏銘江;萬群;顧鵬程;雷志雄;張力川;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 51121 成飛(集團)公司專利中心
• 代理人: 郭純武<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開的一種基于平行坐標系的電磁環境態勢展示方法，旨在提供一種靈活直觀、能獲得較為全面的數據，更清晰、更精確的電磁環境態勢展示方法。通過下述技術方案予以實現：基于平行坐標系將電磁環境進行格點化，對感知得到的輻射源位置信息進行離散化處理，并用格點編號表示輻射源位置，對空間頻率維度進行定量映射，以為單位的頻率數值較大，將其轉化為對數形式；對其頻率進行歸一化處理；利用首尾兩個端點為曲線的起點和終點，其余格點控制曲線走向的貝塞爾曲線對特征維之間關系進行描述；并采用貝塞爾曲線對相同特征，不同時間的相互聯系進行展示，將能夠反映電磁環境的各特征之間的聯系以及各特征隨時間的變化以圖像形式展現出來。

技術領域

本發明涉及電磁環境認知領域，尤其涉及電磁環境態勢的展示方法。

背景技術

電磁環境的展示能夠為頻譜分配人員對頻譜分析和決策提供支持，在內容上，電磁態勢應包括輻射源目標態勢、裝備用頻狀態、電磁環境信息，以及對這些信息的分析和理解；在數據上，電磁態勢應能為電子頻譜管控、航路規劃等指控功能提供準確的數據支撐；在形式上，電磁態勢應能供豐富且便于理解的信息表現形式，使其更好的認清和理解電磁環境。其重要性絲毫不亞于地理環境和氣象環境。空間內不同方位、不同類型、不同功率的輻射源射頻脈沖在接收機處疊加,形成密集、多樣、時變的電磁脈沖,直接地反映出電磁環境的動態性。因此,可通過電磁環境脈沖流的描述來間接地實現電磁環境態勢顯示。然而，電磁環境的復雜性、動態性和不可見性給態勢生成中的電磁信息表征帶來了困難。復雜電磁環境主要包括：地理環境、氣象環境和電磁輻射等。電磁輻射是復雜電磁環境一個最為重要的因素，因此電磁效應是描述電磁態勢必不可少的因素。如何在復雜電磁環境下評估和展現看不見、摸不著的電磁態勢，成為仿真人員面臨的新難題。由于在不同時間使用不同輻射源,造成信號數量、種類、密集程度動態變化；頻域上,多種輻射源集中于有限的電磁頻段內,造成信號頻譜嚴重交疊；空域上,性能各異輻射，時域上,雙源所輻射的電磁波,密集地覆蓋空間；能量域上, 各型輻射源的天線方向圖、波束掃描、發射功率等特性迥異,且輻射源與接收機相對位置時變,導致目標點處感知信號的功率實時變化。信號密集、頻譜交疊、分布廣泛、功率多變等電磁環境態勢,嚴重地影響著裝備效能的發揮。由于在空域、時域、頻域上分布的電磁信號數量繁多、樣式復雜、動態多變，形成了極其復雜的電磁環境。電磁環境的復雜性可能會影響頻譜分配人員對電磁環境的理解，因此，對電磁環境態勢可視化一直是電磁環境認知中的重點和難點。地形可視化、雷達作用范圍展現、電磁環境數據的三維可視化等方面是相關研究工作的主要集中方向。目前對電磁態勢的研究主要集中在已有平行坐標進行改進，通過加入貝塞爾數據擬合，解決數據遮蔽等問題。在實際使用中，往往需要從不同角度了解電磁態勢以及對電磁態勢進行分析，由于沒有考慮交互，且拋開了傳統的三維電磁態勢仿真顯示，難以真實、直觀地展現電磁態勢。而對于雷達作用范圍的研究主要是將雷達模型假設放在二維或者三維環境中，考慮到其發射功率、環境中的電磁損耗以及不同電磁環境和地理環境對電磁波的影響，計算雷達的有效偵察范圍，這是當前對雷達作用范圍的研究。對于電磁環境數據的可視化研究大多應用面繪制或者體繪制的方法，通過相應的模型或者方針計算得到不同位置的電磁場數據，并將其映射到地形背景中，然后將其繪制出來。傳統應用平行坐標進行多維數據可視化分析時，主要用于效果呈現，較少考慮用戶的交互，無法充分體現平行坐標在多維數據可視分析中的作用。綜上所述，電磁信號復雜、動態多變，傳統交互無疑將耗費更多時間，要想對多維電磁態勢進行分析和展現具有一定難度。周倜等人提出了改進平行坐標理論框架下的多維電磁態勢展現方法，定量表達了電磁態勢數據主體，但較難直觀、真實地實現電磁態勢的可視化。在現有技術中，二維電磁態勢可視化的表現形式主要有等值線和分色云圖兩種。等值線的繪制方法主要有點陣法、網格法和三角形網格法。分色云圖則更強調場強變化趨勢。三維電磁態勢可視化方法研究還處于不斷完善階段，是目前研究的熱點問題。三維態勢的構建方法主要是面繪制和體繪制兩類。面繪制法一般先在三維空間數據場中構造出二維平面、曲面等幾何圖元，然后利用計算機圖形學技術實現繪制展現。主要繪制思路是先提取目標物體的表面信息，再根據光照、明暗模型調用繪制算法進行陰影和渲染得到最后的顯示圖像。如此繪制出來的圖像不足以反映原始數據場的全貌和細節，只能反映出部分相關圖像。體繪制法是一種直接由三維數據場形成二維屏幕圖像的技術。體繪制技術主要研究如何表示、維護和繪制體數據集，為洞察數據內部結構和理解物質復雜特性提供機制。體繪制最大的優勢是可以探索物體的內部結構，可以描述非定形的物體如生物肌肉等，在這些方面強于面繪制技。國內外的三維電磁態勢可視化在地表覆蓋、地形地貌、海洋和氣象環境等方面的技術相研究成果較多，但大范圍電磁態勢的仿真和可視化技術仍然相對薄弱。田偉等人針對具體裝備，提出了一種基于地理信息系統的用頻臺站電磁態勢仿真和可視化分析方法，該方法可有效分析用頻臺站電磁態勢分布和指導用頻臺站科學合理選址，但不能夠有效地展示整體電磁態勢。從目前的研究現狀看，電磁態勢可視化系統總體框架設計還處于理論探討層面，離實用化還有一段距離。如何根據實際使用需求設計出相對通用的可視化系統總體框架，解決不同系統之間的互聯、互通和互操作就顯得尤為重要。由相關領域的研究現狀可以看出，電磁態勢可視化技術的研究雖然已具備了一定的理論基礎，但是這些相關研究尚不能很好地解決仿真實驗中電磁態勢可視化的通用性、真實性和直觀性等問題，需要進一步研究電磁態勢可視化技術。