雷達電磁波三維探測范圍可視化仿真

圖5是對圓柱體數據提取等值面的效果，實(shí)現了雷達探測范圍的可視化。但是從中也能明顯看出從圓柱體數據直接提取等值面的缺陷，圓柱體數據場(chǎng)數據密度不一致，內密外疏，如圖6所示。這樣會(huì )造成2個(gè)問(wèn)題，一是在探測范圍的外邊界數據不光滑，誤差較大，為了減小誤差，需要更多的剖分面，體數據量急劇增加，增大計算負荷；二是探測范圍內部數據場(chǎng)密度過(guò)大，數據冗余，計算出的等值面片比計算機像素還要小，面片退化為點(diǎn)，浪費計算資源。
2．2 同心圓柱環(huán)拼接
為了圓柱體數據場(chǎng)密度不一致問(wèn)題，提出了一種同心圓柱環(huán)拼接算法。首先將圓柱體數據沿距離方向等分為圓柱環(huán)，然后從內向外依次填充數據，使得外環(huán)的數據密度不小于內環(huán)的數據密度，最后將各圓柱體環(huán)數據可視化拼接，即可實(shí)現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(chǎng)外推，減少遞推步數，如圖7所示。利用已經(jīng)算出a點(diǎn)和b點(diǎn)的電場(chǎng)值，插值計算出中點(diǎn)c的電場(chǎng)值，把c的電場(chǎng)值作為初始值帶入APM模型求解后面的數據。這樣就避免了上面提出的2個(gè)問(wèn)題。若a與b之間的地形變化劇烈，這種方法也可能帶來(lái)較大的誤差。這時(shí)，應以雷達原點(diǎn)為初始場(chǎng)，計算雷達至c點(diǎn)的電場(chǎng)強度。在工程中，充分考慮雷達周?chē)牡匦吻闆r可避免大量的重復運算，如若雷達至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(chǎng)值代替其他點(diǎn)的電場(chǎng)值。

3 結果與分析
設發(fā)射頻率為1 GHz，天線(xiàn)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(lèi)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，雷達探測范圍仿真的結果如圖8所示。若加入電子干擾，設雷達的半功率波束寬度為30℃，探測范圍仿真結果如圖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，用鼠標旋轉可以改變視角，速率可滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求。

在實(shí)際的戰場(chǎng)環(huán)境中，電磁環(huán)境非常復雜，除了地形地質(zhì)、實(shí)時(shí)變化大氣環(huán)境，雷達探測范圍還與目標散射截面積有關(guān)。構建真正可以提供輔助決策功能的虛擬戰場(chǎng)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。