雷达电磁波三维探测范围可视化仿真

设干扰机主瓣方向与雷达主瓣方向的夹角为θ，等效的传播损失经验公式为：

式中：θ3dB为半功率波束宽度。

2、三维可视化方法

2．1、圆柱等值面提取

利用VTK软件包实现数据场的可视化，VTK使用的是Pipeline应用程序结构，封装成一系列定义清晰，易于扩展的类，具体流程如图3所示。为获取整个体数据场，可由APM模型分别计算以雷达为原点的各个方位角垂直面上的传播损失，然后将各个垂直剖面联合起来，形成圆柱坐标形式的体数据，如图4所示。提取圆柱体数据场在特定阈值时的等值面即可形成雷达探测范围。为了简化，假设各方位角垂直面上的地形和大气状况相同。

图5是对圆柱体数据提取等值面的效果，实现了雷达探测范围的可视化。但是从中也能明显看出从圆柱体数据直接提取等值面的缺陷，圆柱体数据场数据密度不一致，内密外疏，如图6所示。这样会造成2个问题，一是在探测范围的外边界数据不光滑，误差较大，为了减小误差，需要更多的剖分面，体数据量急剧增加，增大计算负荷；二是探测范围内部数据场密度过大，数据冗余，计算出的等值面片比计算机像素还要小，面片退化为点，浪费计算资源。

2．2、同心圆柱环拼接

为了圆柱体数据场密度不一致问题，提出了一种同心圆柱环拼接算法。首先将圆柱体数据沿距离方向等分为圆柱环，然后从内向外依次填充数据，使得外环的数据密度不小于内环的数据密度，最后将各圆柱体环数据可视化拼接，即可实现对探测范围的可视化。本算法的关键是利用APM模型的递推算法，将初始场外推，减少递推步数，如图7所示。利用已经算出a点和b点的电场值，插值计算出中点c的电场值，把c的电场值作为初始值带入APM模型求解后面的数据。这样就避免了上面提出的2个问题。若a与b之间的地形变化剧烈，这种方法也可能带来较大的误差。这时，应以雷达原点为初始场，计算雷达至c点的电场强度。在工程中，充分考虑雷达周围的地形情况可避免大量的重复运算，如若雷达至a，b和c点的地形一样，或误差很小，那么可以使用任意一点的电场值代替其他点的电场值。

3、结果与分析

设发射频率为1 GHz，天线高度为25 m，采用水平极化方式，地面绝对湿度为0．1 g／m3，地表空气温度为15℃，地面类型为中等干燥地面。利用VTK软件包和同心圆柱环拼接方法，雷达探测范围仿真的结果如图8所示。若加入电子干扰，设雷达的半功率波束宽度为30℃，探测范围仿真结果如图9所示。比较图8、图9和图5，利用同心圆柱拼接算法，探测边界光滑性得到明显的改善。绘制完毕后，用鼠标旋转可以改变视角，速率可满足实时性要求。

在实际的战场环境中，电磁环境非常复杂，除了地形地质、实时变化大气环境，雷达探测范围还与目标散射截面积有关。构建真正可以提供辅助决策功能的虚拟战场平台，还需进行大量的研究与探索，将电磁环境和地理环境充分融合。

作者：张敬卓，袁修文，赵学军，孟慧军