雷達(dá)電磁波三維探測范圍可視化仿真

圖5是對圓柱體數(shù)據(jù)提取等值面的效果，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)探測范圍的可視化。但是從中也能明顯看出從圓柱體數(shù)據(jù)直接提取等值面的缺陷，圓柱體數(shù)據(jù)場數(shù)據(jù)密度不一致，內(nèi)密外疏，如圖6所示。這樣會(huì)造成2個(gè)問題，一是在探測范圍的外邊界數(shù)據(jù)不光滑，誤差較大，為了減小誤差，需要更多的剖分面，體數(shù)據(jù)量急劇增加，增大計(jì)算負(fù)荷；二是探測范圍內(nèi)部數(shù)據(jù)場密度過大，數(shù)據(jù)冗余，計(jì)算出的等值面片比計(jì)算機(jī)像素還要小，面片退化為點(diǎn)，浪費(fèi)計(jì)算資源。
2．2 同心圓柱環(huán)拼接
為了圓柱體數(shù)據(jù)場密度不一致問題，提出了一種同心圓柱環(huán)拼接算法。首先將圓柱體數(shù)據(jù)沿距離方向等分為圓柱環(huán)，然后從內(nèi)向外依次填充數(shù)據(jù)，使得外環(huán)的數(shù)據(jù)密度不小于內(nèi)環(huán)的數(shù)據(jù)密度，最后將各圓柱體環(huán)數(shù)據(jù)可視化拼接，即可實(shí)現(xiàn)對探測范圍的可視化。本算法的關(guān)鍵是利用APM模型的遞推算法，將初始場外推，減少遞推步數(shù)，如圖7所示。利用已經(jīng)算出a點(diǎn)和b點(diǎn)的電場值，插值計(jì)算出中點(diǎn)c的電場值，把c的電場值作為初始值帶入APM模型求解后面的數(shù)據(jù)。這樣就避免了上面提出的2個(gè)問題。若a與b之間的地形變化劇烈，這種方法也可能帶來較大的誤差。這時(shí)，應(yīng)以雷達(dá)原點(diǎn)為初始場，計(jì)算雷達(dá)至c點(diǎn)的電場強(qiáng)度。在工程中，充分考慮雷達(dá)周圍的地形情況可避免大量的重復(fù)運(yùn)算，如若雷達(dá)至a，b和c點(diǎn)的地形一樣，或誤差很小，那么可以使用任意一點(diǎn)的電場值代替其他點(diǎn)的電場值。

3 結(jié)果與分析
設(shè)發(fā)射頻率為1 GHz，天線高度為25 m，采用水平極化方式，地面絕對濕度為0．1 g／m3，地表空氣溫度為15℃，地面類型為中等干燥地面。利用VTK軟件包和同心圓柱環(huán)拼接方法，雷達(dá)探測范圍仿真的結(jié)果如圖8所示。若加入電子干擾，設(shè)雷達(dá)的半功率波束寬度為30℃，探測范圍仿真結(jié)果如圖9所示。比較圖8、圖9和圖5，利用同心圓柱拼接算法，探測邊界光滑性得到明顯的改善。繪制完畢后，用鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)可以改變視角，速率可滿足實(shí)時(shí)性要求。

在實(shí)際的戰(zhàn)場環(huán)境中，電磁環(huán)境非常復(fù)雜，除了地形地質(zhì)、實(shí)時(shí)變化大氣環(huán)境，雷達(dá)探測范圍還與目標(biāo)散射截面積有關(guān)。構(gòu)建真正可以提供輔助決策功能的虛擬戰(zhàn)場平臺，還需進(jìn)行大量的研究與探索，將電磁環(huán)境和地理環(huán)境充分融合。