表示方法在局部地形區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行雷達(dá)成像的結(jié)果 圖；
[0040] 圖5是本發(fā)明與視景系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步仿真結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖與實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0042] 本發(fā)明構(gòu)建地形環(huán)境數(shù)據(jù)的表示方法總體流程圖如圖1所示，方法主要由數(shù)據(jù)的 靜態(tài)存儲(chǔ)表示和數(shù)據(jù)的仿真動(dòng)態(tài)表示兩部分組成，其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0043] 1.構(gòu)建地形數(shù)據(jù)的編碼表示，編碼方法如圖2所示，圖2中按照地物種類劃顯示了 幾種典型地物類型，例如水系、植被、土壤、建筑等;在枚舉編碼中對(duì)雷達(dá)仿真中的相關(guān)電磁 特性參數(shù)和雷達(dá)材質(zhì)的枚舉類型進(jìn)行定義，其中電磁特性分為極化方式和頻段，使用枚舉 方法可以方便提供程序調(diào)用接口；屬性編碼中包括四類環(huán)境屬性包括:地面環(huán)境、大氣環(huán) 境、海洋環(huán)境和雷達(dá)設(shè)備相關(guān)的屬性，在這些屬性描述中對(duì)雷達(dá)相關(guān)的屬性內(nèi)容進(jìn)行定義， 例如地物材質(zhì)、地雜波類型、大氣條件、海面狀態(tài)、雷達(dá)姿態(tài)等;單位編碼設(shè)置了相關(guān)的角度 和距離單位。
[0044] 2.構(gòu)建地形數(shù)據(jù)的空間參照模型，包括數(shù)據(jù)的空間組織結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的坐標(biāo)兩個(gè)部 分。
[0045] 數(shù)據(jù)的空間組織結(jié)構(gòu)中，將不同的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)到一個(gè)數(shù)據(jù)框架中，使用結(jié) 構(gòu)模型轉(zhuǎn)化的方法獲得數(shù)據(jù)之間的一致性和對(duì)應(yīng)關(guān)系。RSG數(shù)據(jù)和TIN數(shù)據(jù)格式表示的一致 性通過(guò)兩個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)：（1)數(shù)據(jù)采樣，通過(guò)地理信息數(shù)據(jù)的投影方式、地理空間范圍和矢量 數(shù)據(jù)點(diǎn)信息，來(lái)在水平方向和垂直方向進(jìn)行間隔采樣；（2)高程數(shù)據(jù)的插值計(jì)算，RSG到TIN 的轉(zhuǎn)換，使用線性內(nèi)插方法通過(guò)尋找待計(jì)算位置點(diǎn)的坐標(biāo)周圍鄰域的加權(quán)平均來(lái)獲得其高 程數(shù)據(jù)，權(quán)值一般采用高斯加權(quán)的方法獲得，TIN到RSG的轉(zhuǎn)換使用泰森多邊形法實(shí)現(xiàn)。 [0046]數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系使用局部直角坐標(biāo)系與WGS-84地心坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換公式進(jìn)行 實(shí)現(xiàn)。
[0047] 3.構(gòu)建雷達(dá)散射截面積數(shù)據(jù)庫(kù)，采用XML格式進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)屬性描述方面， 數(shù)據(jù)的屬性描述包括頻率、入射角、極化方式和RCS值。
[0048] 4.構(gòu)建地形數(shù)據(jù)的多分辨率表示，其中，地形高程數(shù)據(jù)使用Neville濾波方法構(gòu) 造，地形材質(zhì)數(shù)據(jù)使統(tǒng)計(jì)概率最大材質(zhì)屬性方法確定。
[0049] 5.構(gòu)建基于GPU的材質(zhì)數(shù)據(jù)的壓縮與解壓，首先采用基于字典技術(shù)的行程編碼方 法對(duì)材質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，雷達(dá)圖像實(shí)時(shí)仿真時(shí)，在GHJ中使用幾何著色器并配合流式輸 出功能實(shí)現(xiàn)材質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)解壓，其它著色器不做特殊處理，在光柵化階段被屏蔽，輸入輸 出的數(shù)據(jù)均以紋理的形式存儲(chǔ)在顯存中，使用單通道的紋理格式保存解壓后的材質(zhì)信息， 解壓輸出的材質(zhì)數(shù)據(jù)作為第2個(gè)渲染過(guò)程的輸入。在雷達(dá)圖像實(shí)時(shí)渲染中，程序通過(guò)渲染 "NULL"圖元激活GPU解壓程序。
[0050] 6.構(gòu)建預(yù)測(cè)加載和細(xì)節(jié)層次模型的內(nèi)存管理策略，首先在內(nèi)存中創(chuàng)建四個(gè)加載不 同分辨率地形數(shù)據(jù)的內(nèi)存塊如圖3所示，最內(nèi)層地形數(shù)據(jù)分辨率為0.0002度，外層數(shù)據(jù)分辨 率依次減小，最外層分辨率為0.001度，各內(nèi)存塊均加上一個(gè)緩沖區(qū)。由于雷達(dá)所在的子單 元處于地形區(qū)域的中心，根據(jù)雷達(dá)的經(jīng)煒度就可以確定需加載地形區(qū)域的左下角和右上角 經(jīng)煒度值。
[0051] 通過(guò)當(dāng)前幀和前一幀的雷達(dá)位置信息預(yù)測(cè)下一幀雷達(dá)位置，并將雷達(dá)數(shù)據(jù)的加載 分布到連續(xù)的幾幀中，假設(shè)當(dāng)前雷達(dá)位置SPi，前一幀雷達(dá)位置為Po,則一般可以假定當(dāng)前 雷達(dá)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?Ρι-Ρο)/||Ρι-Ρο| I，假設(shè)兩幀之間的時(shí)間間隔為t，則視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度大小為 Pi-Pol Ι/t，所以視點(diǎn)移動(dòng)速度為：
[0052]
(6)
[0053]其中f表示幀速，則下一幀視點(diǎn)位置P2預(yù)測(cè)為：
[0054] P2 = Pi+vt = Pi+(Pi-Po) = 2Pi-Po (7)通過(guò)上述方法預(yù)加載下一幀雷達(dá)可覆蓋區(qū) 域的地形數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)內(nèi)存中地形數(shù)據(jù)的加載效率。
[0055] 7.將數(shù)據(jù)傳入到雷達(dá)成像單元進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。
[0056] 下面使用本實(shí)施例中的環(huán)境數(shù)據(jù)表示方法對(duì)局部地形數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，數(shù)據(jù)包含材 質(zhì)數(shù)據(jù)和地面高程數(shù)據(jù)，然后數(shù)據(jù)傳入雷達(dá)成像仿真單元，成像結(jié)果如圖4所示，圖4(a)為 地形的材質(zhì)數(shù)據(jù)，圖4(b)為地形的高程數(shù)據(jù)，圖4(c)為雷達(dá)高度300米，波束采樣寬度1.2度 的雷達(dá)成像結(jié)果，圖4(d)為雷達(dá)高度300米，波束采樣寬度0.5度的雷達(dá)成像結(jié)果。從結(jié)果中 可以看出，本發(fā)明的地形環(huán)境表示方法能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行有效的成像表示。
[0057] 進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的方法數(shù)據(jù)一致性進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)同一地形區(qū)域，中心經(jīng)煒度為:經(jīng) 度111.50°，煒度為23.084°，同時(shí)對(duì)視景系統(tǒng)和雷達(dá)圖像仿真系統(tǒng)進(jìn)行同步實(shí)驗(yàn)，得到的仿 真結(jié)果如圖5所示，圖5(a)為雷達(dá)掃描范圍為±60°時(shí)的成像結(jié)果，圖5(b)為雷達(dá)掃描范圍 為±135°時(shí)的成像結(jié)果，圖5(c)為視景系統(tǒng)60°視場(chǎng)角的成像結(jié)果，圖5(d)為視景系統(tǒng)135° 視場(chǎng)角的成像結(jié)果，從結(jié)果中可以看出，以河流為參考目標(biāo)，雷達(dá)系統(tǒng)和視景系統(tǒng)的仿真結(jié) 果具有一致性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種面向雷達(dá)圖像仿真的地形環(huán)境數(shù)據(jù)表示方法，其特征在于，包括如下步驟:構(gòu)建 地形數(shù)據(jù)的靜態(tài)存儲(chǔ)表示，從地形數(shù)據(jù)編碼、地形空間參照模型、雷達(dá)地物散射截面積數(shù)據(jù) 組織三方面來(lái)規(guī)范雷達(dá)地形數(shù)據(jù)；構(gòu)建地形數(shù)據(jù)的仿真動(dòng)態(tài)表示，建立地形數(shù)據(jù)的多分辨 率表示模型，利用GPU實(shí)現(xiàn)材質(zhì)數(shù)據(jù)的壓縮與解壓，在實(shí)時(shí)仿真過(guò)程中，使用預(yù)測(cè)加載和細(xì) 節(jié)層次模型的內(nèi)存管理策略實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地形環(huán)境數(shù)據(jù)表示方法，其特征是，所述的地形為真實(shí)世界的 地理地形數(shù)據(jù)，地形數(shù)據(jù)的類型包括:數(shù)字表面高程數(shù)據(jù)和地面材質(zhì)屬性數(shù)據(jù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地形環(huán)境數(shù)據(jù)表示方法，其特征是，所述的地形數(shù)據(jù)編碼的方 法由分類編碼、屬性編碼、枚舉編碼和單位編碼組成。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地形環(huán)境數(shù)據(jù)表示方法，其特征是，所述的地形空間參照模 型，其表示的地理數(shù)據(jù)的空間組織方式為規(guī)則網(wǎng)格，不同數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換使用不規(guī)則三角 網(wǎng)結(jié)構(gòu)與規(guī)則網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換模塊，模塊使用反距離加權(quán)法來(lái)計(jì)算插值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地形環(huán)境數(shù)據(jù)表示方法，其特征是，所述的地形空間參照模 型，仿真中各系統(tǒng)間的地理位置交互和系統(tǒng)內(nèi)的成像計(jì)算，使用局部直角坐標(biāo)系與WGS-84 地心坐標(biāo)系統(tǒng)間相互轉(zhuǎn)換的方法實(shí)現(xiàn)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地形環(huán)境數(shù)據(jù)表示方法，其特征是，所述的雷達(dá)地物散射截面 積數(shù)據(jù)(RCS)采用數(shù)據(jù)庫(kù)的組織方式預(yù)先存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，RCS數(shù)據(jù)按照類屬關(guān)系構(gòu)成自頂向 下的層次化結(jié)構(gòu)，并以XML文件格式進(jìn)行存儲(chǔ)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地形環(huán)境數(shù)據(jù)表示方法，其特征是，所述的建立地形數(shù)據(jù)的多 分辨率表示模型，材質(zhì)數(shù)據(jù)的多分辨率表示采用最大出現(xiàn)概率子抽樣方法，高程數(shù)據(jù)的多 分辨率表示采用Nevi1le濾波方法實(shí)現(xiàn)，多分辨率數(shù)據(jù)以四叉樹形式進(jìn)行組織。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地形環(huán)境數(shù)據(jù)表示方法，其特征是，所述的利用GHJ實(shí)現(xiàn)材質(zhì) 數(shù)據(jù)的壓縮與解壓，采用基于字典技術(shù)的形成編碼壓縮與解壓方法，雷達(dá)圖像實(shí)時(shí)仿真時(shí)， 在GHJ中使用幾何著色器并配合流式輸出功能實(shí)現(xiàn)材質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)解壓。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地形環(huán)境數(shù)據(jù)表示方法，其特征是，所述的預(yù)測(cè)加載和細(xì)節(jié)層 次模型的內(nèi)存管理策略，按照離雷達(dá)中心的距離的不同，內(nèi)存中使用不同的細(xì)節(jié)層次數(shù)據(jù)， 即不同分辨率的數(shù)據(jù)，隨著雷達(dá)的移動(dòng)，使用預(yù)測(cè)加載的方法，以環(huán)形數(shù)據(jù)更新方法更新數(shù) 據(jù)，每次每個(gè)分辨率層更新一個(gè)L形區(qū)域。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向雷達(dá)圖像仿真的地形環(huán)境數(shù)據(jù)表示方法，用于構(gòu)建具有一致性表示的、模擬真實(shí)環(huán)境的雷達(dá)地形數(shù)據(jù)庫(kù)，屬于仿真技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括如下步驟：第一，構(gòu)建地形數(shù)據(jù)的靜態(tài)存儲(chǔ)表示，包括地形數(shù)據(jù)編碼方法、地形空間參照模型、雷達(dá)地物散射截面積數(shù)據(jù)表示；第二，構(gòu)建地形數(shù)據(jù)的仿真動(dòng)態(tài)表示，包括數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建和實(shí)時(shí)內(nèi)存調(diào)度方法。本發(fā)明主要用于機(jī)載雷達(dá)仿真系統(tǒng)中的地面成像模擬，是研發(fā)雷達(dá)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的必要構(gòu)成，在飛行模擬訓(xùn)練、雷達(dá)設(shè)計(jì)方面有廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】G06T15/00, G06T17/05
【公開號(hào)】CN105488838
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510862914
【發(fā)明人】張立民, 張建廷, 鄧向陽(yáng), 方偉, 方君
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍海軍航空工程學(xué)院
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月30日