一種用于區(qū)域電磁環(huán)境計(jì)算的變尺度柵格化方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于區(qū)域電磁環(huán)境計(jì)算的 變尺度柵格化方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電磁技術(shù)在民用、軍用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的電磁波傳播特性及 整個(gè)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)分布的研究有重大的意義。
[0003] 現(xiàn)有的電磁波傳播特性預(yù)測(cè)主要分為經(jīng)驗(yàn)性模型分析法、半經(jīng)驗(yàn)半確定性模型分 析法和確定性模型分析法。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头治龇ǜ鶕?jù)大量的實(shí)際電波測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)推導(dǎo)獲得傳 播模型，方法簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境信息要求不高，但計(jì)算精度較差。確定性模型分析法是基于對(duì)無(wú) 線傳播基本原理研究，是一種理論性模型，其優(yōu)點(diǎn)是適用性廣、計(jì)算精度高等，但運(yùn)算量很 大，運(yùn)算速度較慢。半經(jīng)驗(yàn)半確定性模型分析法介于兩者之間，在運(yùn)算量、計(jì)算精度、適用范 圍上做了一定權(quán)衡，是一種折中的做法。
[0004] 但目前所有算法都是針對(duì)配合式輻射源進(jìn)行的，即預(yù)先設(shè)置輻射源的位置、信號(hào) 強(qiáng)度、頻率等參數(shù)，因?yàn)楝F(xiàn)有做法不能實(shí)時(shí)對(duì)空間中電磁環(huán)境的變化做出響應(yīng)，大大限制了 該技術(shù)的應(yīng)用范圍。
[0005] 如CN201310754210. 5公開(kāi)了一種基站的環(huán)境電磁輻射的估算方法和裝置。所述 基站的環(huán)境電磁輻射的估算方法包括：獲取基站在一預(yù)測(cè)點(diǎn)的廣播波束的第一輻射量估計(jì) 值和所述基站在所述預(yù)測(cè)點(diǎn)的業(yè)務(wù)波束的第二輻射量估計(jì)值；根據(jù)所述第一輻射量估計(jì)值 和所述第二輻射量估計(jì)值，生成所述基站在所述預(yù)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境電磁輻射估計(jì)值。實(shí)現(xiàn)該方 法的前提是確定地知道該基站是輻射源，并具體知道該輻射源的參數(shù)。
[0006] 再比如CN201510329815. 9公開(kāi)了一種仿真強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境下的電磁分布情況仿 真方法。該方法使用雙曲余弦函數(shù)模擬時(shí)域下的電磁脈沖波形，使用時(shí)域有限差分算法對(duì) 環(huán)境的電磁場(chǎng)變化進(jìn)行仿真模擬，使用GPU實(shí)現(xiàn)時(shí)域有限差分方法的加速，得到時(shí)域上的 電磁分布情況，最后通過(guò)快速傅里葉變換，得到頻率域上的電磁分布情況，解決了電磁脈沖 武器攻擊下超電大尺寸對(duì)象的電磁環(huán)境分布特性計(jì)算問(wèn)題。同樣，實(shí)現(xiàn)該方法的前提也是 是確定地知道輻射源以及知道該輻射源的參數(shù)。
[0007] 與此同時(shí)，要利用上述方法對(duì)一片區(qū)域的電磁環(huán)境進(jìn)行計(jì)算通常都是將區(qū)域進(jìn)行 柵格化，再對(duì)每個(gè)柵格區(qū)域的電磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，但這樣處理對(duì)于大型區(qū)域柵格點(diǎn)會(huì)過(guò)多，計(jì) 算量會(huì)非常大。且對(duì)于其中的不同小區(qū)域，用戶的關(guān)注度可能不一樣，對(duì)計(jì)算精度的要求也 有所差異。因而現(xiàn)有的柵格化做法難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，極大的限制了該技術(shù)的應(yīng)用 范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于解決計(jì)現(xiàn)有技術(shù)中的方法計(jì)算量大，難以滿足用戶要求的技術(shù) 問(wèn)題。本發(fā)明公開(kāi)了一種用于區(qū)域電磁環(huán)境計(jì)算的變尺度柵格化方法，本發(fā)明還公開(kāi)了一 種電磁環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下 本發(fā)明公開(kāi)了一種用于區(qū)域電磁環(huán)境計(jì)算的變尺度柵格化方法，其具體包括以下的步 驟：將待監(jiān)測(cè)區(qū)域采用基準(zhǔn)尺度柵格化，并結(jié)合地理環(huán)境信息區(qū)分出待監(jiān)測(cè)區(qū)域中的重點(diǎn) 關(guān)注區(qū)域和非關(guān)注區(qū)域，將重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域用更細(xì)致的柵格化尺度進(jìn)行劃分，將非關(guān)注區(qū)域 用更粗略的柵格化尺度進(jìn)行劃分；變尺度柵格化后，以新的柵格中心位置進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié) 果代表整個(gè)柵格區(qū)域的電磁環(huán)境。
[0010] 更進(jìn)一步地，上述方法還包括：步驟一、在需要監(jiān)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)的區(qū)域中設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè) 點(diǎn)，所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)；步驟二、根據(jù)步驟一監(jiān)測(cè)到的場(chǎng)強(qiáng)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置坐標(biāo) 以及該區(qū)域的地理環(huán)境信息，對(duì)輻射源進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，并計(jì)算出輻射源的發(fā)射功率；步驟 三、根據(jù)步驟二計(jì)算出的輻射源參數(shù)以及需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域的地理環(huán)境信息計(jì)算出待監(jiān)測(cè)區(qū) 域的電磁環(huán)境分布情況。
[0011] 更進(jìn)一步地，上述步驟二具體包括以下的步驟：（1)對(duì)輻射源定位；（2)結(jié)合各個(gè) 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置和確定的輻射源位置，分別計(jì)算各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與輻射源之間的信號(hào)傳播路徑， 所述傳播路徑包括直射路徑、反射路徑和繞射路徑；（3)計(jì)算不同路徑傳播的信號(hào)在監(jiān)測(cè) 點(diǎn)處合成信號(hào)的傳播衰減，并結(jié)合監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量的接收信號(hào)強(qiáng)度，估計(jì)輻射源至各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn) 方向上的輻射功率；（4)結(jié)合輻射源到各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)方向上的輻射功率，綜合評(píng)估輻射源的 發(fā)射功率。
[0012] 更進(jìn)一步地，上述定位具體為采用時(shí)差定位或交叉定位來(lái)確定輻射源的位置。
[0013] 更進(jìn)一步地，上述步驟三具體包括：（a)結(jié)合地理環(huán)境信息查找出定位后的輻射 源的電磁波的傳播路徑；（b)將地理環(huán)境平均劃分為多個(gè)接收點(diǎn)，根據(jù)不同的傳播路徑計(jì) 算出該地理環(huán)境中每個(gè)接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。
[0014] 更進(jìn)一步地，上述所述步驟（a)中的傳播路徑具體包括直射傳播路徑的判斷、反射 傳播路徑的查找以及繞射傳播路徑的查找。
[0015] 更進(jìn)一步地，上述步驟（b)具體包括：分別計(jì)算每條路徑上的直射、繞射和/或反 射傳播衰減，并將每條路徑上得到的場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行疊加，從而得到每個(gè)接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。
[0016] 更進(jìn)一步地，上述直射電場(chǎng)衰減的計(jì)算公式為：
，其中， .?為發(fā)射射線場(chǎng)強(qiáng)，《?:為直達(dá)波接收點(diǎn)的射線傳播路徑長(zhǎng)度，:t為波長(zhǎng)。
[0017] 更進(jìn)一步地，反射場(chǎng)_和繞射場(chǎng)％:的計(jì)算公式分別為：
；
，其中，分別為反射波和繞射波的擴(kuò)散因子，R、D分別為 反射系數(shù)和繞射系數(shù)，對(duì)計(jì)算的每條傳播路徑得到的場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行疊加，求得總場(chǎng)強(qiáng)Λ&， U=Σ矣，即可得到該接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。 :I
[0018] 本發(fā)明還公開(kāi)了一種用于區(qū)域電磁環(huán)境計(jì)算的變尺度柵格化系統(tǒng)，其具體包括基 準(zhǔn)尺度柵格化單元、地理環(huán)境信息獲取單元、判斷單元、柵格化尺度更新單元；所述基準(zhǔn)尺 度柵格化單元用于將待監(jiān)測(cè)區(qū)域采用基準(zhǔn)尺度柵格化；所述地理環(huán)境信息獲取單元用于獲 取待監(jiān)測(cè)區(qū)域的地理環(huán)境信息；所述判斷單元用于根據(jù)地理環(huán)境信息區(qū)分出待監(jiān)測(cè)區(qū)域中 的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域和非關(guān)注區(qū)域；所述柵格化尺度更新單元用于根據(jù)判斷單元的判斷結(jié)果更 新重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域和非關(guān)注區(qū)域的柵格化尺度，將重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域用更細(xì)致的柵格化尺度進(jìn)行 劃分，將非關(guān)注區(qū)域用更粗略的柵格化尺度進(jìn)行劃分，變尺度柵格化后，以新的柵格中心位 置進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果代表整個(gè)柵格區(qū)域的電磁環(huán)境。
[0019] 通過(guò)采用以上的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明解決了傳統(tǒng)柵格劃分方 式造成的柵格總數(shù)過(guò)多、計(jì)算量過(guò)大，無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)完成大區(qū)域電磁環(huán)境計(jì)算的問(wèn)題，解 決傳統(tǒng)方法尺度單一，不區(qū)分區(qū)域電磁環(huán)境計(jì)算中重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域和非關(guān)注區(qū)域的問(wèn)題。平 衡區(qū)域大小和計(jì)算量，滿足對(duì)不同區(qū)域需要不同精度的需求。解決了將大型區(qū)域柵格化后， 柵格過(guò)多，難以計(jì)算的問(wèn)題。同時(shí)本發(fā)明還可以解決電磁環(huán)境計(jì)算實(shí)時(shí)性的問(wèn)題，可以在無(wú) 人操控的情況下自行計(jì)算區(qū)域電磁環(huán)境，不需要花費(fèi)人力對(duì)新出現(xiàn)的輻射源進(jìn)行調(diào)查、設(shè) 置，大大提高了系統(tǒng)的應(yīng)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為基準(zhǔn)尺度柵格化的示意圖。
[0021 ] 圖2為變尺度柵格化示例1。
[0022] 圖3為變尺度柵格化示例2。
[0023] 圖4為電磁環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)處理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0025] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的基準(zhǔn)尺度柵格化的示意圖。將待監(jiān)測(cè)區(qū)域依照基準(zhǔn)尺度柵格 化，得到的結(jié)果如圖1所示，根據(jù)研究區(qū)域大小、區(qū)域環(huán)境(包括地形、建筑、樹(shù)林等）通用化 需求、計(jì)算能力等綜合考慮制定的柵格化尺度大小。一般情況下，將采用基準(zhǔn)尺度柵格化 對(duì)區(qū)域電磁環(huán)境進(jìn)行計(jì)算，并以柵格中心坐標(biāo)位置的計(jì)算結(jié)果代表整個(gè)柵格區(qū)域的電磁環(huán) 境。
[0026] 所述的變尺度柵格化，是針對(duì)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域或非關(guān)注區(qū)域，將部分研究區(qū)域做更 精細(xì)化或更粗略化的劃分。變尺度柵格化是基準(zhǔn)尺度柵格化基礎(chǔ)之上的，是將某一個(gè)基準(zhǔn) 尺度柵格再細(xì)分或?qū)⑾噜彽亩鄠€(gè)基準(zhǔn)尺度柵格合并后以新的尺度再行劃分。變尺度柵格化 后，仍以柵格中心位置作為計(jì)算參數(shù)，計(jì)算結(jié)果代表整個(gè)柵格區(qū)域的電磁環(huán)境。
[0027] 實(shí)際應(yīng)用中，若研究的區(qū)域較大或?yàn)榱藴p小運(yùn)算量，可將重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域用更細(xì)致 的柵格化尺度進(jìn)行計(jì)算，非關(guān)注的區(qū)域用粗略柵格化尺度，以平衡計(jì)算區(qū)域大小和運(yùn)算量 之間的矛盾。
[0028] 變尺度柵格化后的柵格，以輻射源和柵格中心連線為直射傳播路徑，尋找、計(jì)算電 磁傳播經(jīng)過(guò)柵格和做遮擋判斷，若射線經(jīng)過(guò)變尺度柵格化后的柵格，使用修改后的柵格對(duì) 應(yīng)的地理環(huán)境信息。
[0029] 如圖2所示，被黑框覆蓋的區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)關(guān)注區(qū)域，將該區(qū)用更細(xì)致的柵格化尺度 進(jìn)行劃分，得到更為細(xì)致的柵格，以滿足用戶的特別需要。
[0030] 如圖3所示，被樹(shù)形標(biāo)志覆蓋的區(qū)域?yàn)榉顷P(guān)注區(qū)域，將該區(qū)用更粗略的柵格化尺 度進(jìn)行計(jì)算，以減少計(jì)算量。
[0031] 因此，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于區(qū)域電磁環(huán)境計(jì)算的變尺度柵格化方法，其具體包 括以下的步驟：將待監(jiān)測(cè)區(qū)域采用基準(zhǔn)尺度柵格化，并結(jié)合地理環(huán)境信息區(qū)分出待監(jiān)測(cè)區(qū) 域中的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域和非關(guān)注區(qū)域，將重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域用更細(xì)致的柵格化尺度進(jìn)行劃分，將 非關(guān)注區(qū)域用更粗略的柵格化尺度進(jìn)行劃分；變尺度柵格化后，以新的柵格中心位置進(jìn)行 計(jì)算，計(jì)算結(jié)果代表整個(gè)柵格區(qū)域的電磁環(huán)境。具體的標(biāo)準(zhǔn)尺度的選擇以及具體采用何種 更為細(xì)致或者粗略的柵格化尺度根據(jù)需要進(jìn)行靈活選擇，在此不進(jìn)行限定。通過(guò)上述方法， 在待監(jiān)測(cè)區(qū)域中區(qū)分出重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域和非關(guān)注區(qū)域，既滿足了用戶對(duì)于重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域更為 細(xì)致區(qū)分的需要，又減少了計(jì)算量。
[0032] 更進(jìn)一步地，為了能夠在沒(méi)有事先知道輻射源參數(shù)的情況下，也能夠進(jìn)行區(qū)域電 磁環(huán)境的計(jì)算，本發(fā)明還公開(kāi)了一種電磁環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其具體包括以下的步驟：步驟 一、在需要監(jiān)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)的區(qū)域中設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量根據(jù)區(qū)域大小、定位方式來(lái)確 定，