[发明专利]一种船载天线设备遮挡三维实时检测及可视化系统

权利要求书

1.一种船载天线设备遮挡三维实时检测及可视化系统，其特征在于：所述系统包括仿真场景初始化、任务过程仿真、遮挡计算和可视化三个模块；其中仿真场景初始化完成大规模动态海面、船体及设备模型构建与渲染；任务过程仿真实现对船体和船载雷达设备跟踪状态的实时运动仿真；遮挡计算和可视化应用仿真平台物理引擎进行遮挡关系计算和遮挡状态可视化。

2.根据权利要求1所述的一种船载天线设备遮挡三维实时检测及可视化系统，其特征在于：所述仿真场景初始化包括以下具体内容：

1)在建模工具中构建船舶和雷达设备的精确三维几何结构模型，并分层组织船体和各雷达对象，使船体模型作为父节点，各雷达对象作为船体模型的子节点；

2)基于虚幻引擎提供的PBR着色器模板设计着色材质，实现对海水颜色、波动形态和反射特性的控制，实现高逼真度动态海面的实时可视化，完成大规模动态海面的构建与渲染；

3)在三维渲染引擎中载入船体模型，并在模型的层次结构中获取船体和各雷达设备的节点。

3.根据权利要求2所述的一种船载天线设备遮挡三维实时检测及可视化系统，其特征在于：基于虚幻引擎提供的PBR着色器模板设计着色材质具体包括以下内容：

1)应用虚幻引擎基于物理的渲染材质模板设置海水物理属性，逼真表现海水外观；

2)应用向量扰动方法，在平面几何体上实现动态波动效果，通过引入海面波动法线图，并使用UV动画对其进行采样来设定平面几何体的顶点法线，经光照计算实现几何体表面波动光影效果。

4.根据权利要求1所述的一种船载天线设备遮挡三维实时检测及可视化系统，其特征在于：所述任务过程仿真具体实现方式为：

1)船体和各雷达设备状态数据采集后使用UDP组播形式在各对应组地址进行发送；

2)在仿真初始化阶段，针对各组地址建立UDP套接字，设置套接字绑定本机地址和端口并加入上述组地址，并创建数据接收线程完成该套接字中数据的接收和量纲转化处理；

3)通过引擎提供的矩阵、四元组空间变换接口设计船体和雷达的运动和姿态控制算法，实现对船体和船载雷达设备跟踪状态下的运动和姿态仿真。

5.根据权利要求4所述的一种船载天线设备遮挡三维实时检测及可视化系统，其特征在于：船体移动及船摇的仿真方式如下：使用接收的船体位置信息构造平移矩阵；四元组控制模型在局部坐标系x、y、z三个轴向的旋转，使用接收的船体横摇和纵摇数据构造描述船体姿态的四元组，并把四元组转换为旋转矩阵；把位移矩阵和旋转矩阵相乘得到控制矩阵；最后用该矩阵设定对象的空间变换实现船体位移及船摇的仿真。

6.根据权利要求4所述的一种船载天线设备遮挡三维实时检测及可视化系统，其特征在于：雷达对象作为船体对象的子节点继承了船体的运动，在此基础上实现其跟踪姿态的仿真，其实现过程如下：使用接收的甲板系雷达方位、俯仰姿态数据构造描述雷达姿态运动的四元组；把四元组转换为旋转矩阵，并使用该矩阵设定雷达对象的空间变换实现其跟踪姿态的仿真。

7.根据权利要求1所述的一种船载天线设备遮挡三维实时检测及可视化系统，其特征在于：遮挡计算和可视化是应用虚幻引擎物理模块完成波束与船舶环境中遮挡要素的碰撞分析，具体工作流程为：首先根据遮挡要素几何结构和雷达波束形态构建碰撞体，其中，碰撞体是对象几何结构的包络，是引擎中物理模块的计算输入；通过定义对象通道来优化物理模块碰撞规则设计，并把波束和遮挡对象分别纳入不同对象通道；在仿真运行时，应用引擎物理模块对通道内对象进行遮挡关系计算，并对遮挡情况进行可视化展示。

8.根据权利要求7所述的一种船载天线设备遮挡三维实时检测及可视化系统，其特征在于：应用引擎物理模块对通道内对象进行遮挡关系计算，并对遮挡情况进行可视化展示的过程具体实现如下：

1)根据船舶遮挡要素几何结构在虚幻引擎中构建其离散有向包围盒，作为刚体模型提交给物理引擎参与实时碰撞检测；

2)在建模工具中，根据各雷达波束的发生形态，构建各雷达波束的包围盒模型；

3)在仿真初始化阶段，通过对虚幻引擎物理模块碰撞规则的设置优化碰撞计算，具体过程如下：添加波束、波束遮挡体两个对象通道，设定两者碰撞响应为覆盖并生成覆盖事件，设定两者忽略与其它对象通道的碰撞计算，进一步提升计算效率；把波束对象加入波束对象通道，把遮挡要素加入遮挡体对象通道；

4)在仿真运行时，应用引擎PhysicsX模块的几何体相交测试算法，对上述两个通道内对象的碰撞体进行相交测试，实时计算并返回遮挡情况。