[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

说明书

本发明涉及一种船载天线设备遮挡三维实时检测及可视化系统，主要用于对船载雷达设备受遮挡情况进行实时计算及可视化，为各雷达设备跟踪遮挡情况的监视判断和相应工况调整提供技术支持。该方法应用三维实时渲染技术，通过大规模动态海水场景的构建，船体和雷达设备精确三维模型的构建和导入，完成仿真场景的初始化。在此基础上，根据船舶环境遮挡要素构建相应的碰撞体，根据各雷达波束发生模型构建雷达波束碰撞体，并通过实时获取船舶运动、雷达方位俯仰姿态等测量数据对雷达跟踪动态进行仿真，在此过程中应用物理引擎对雷达波束与船体及其它设备的碰撞情况进行实时检测，实现雷达设备跟踪遮挡情况的实时计算和可视化。

技术领域

本发明属于海基航天测控技术领域，涉及一种船载天线设备遮挡三维实时检测及可视化系统。

背景技术

海基航天测控平台，是船舶与特装系统包括测控、通信设备的有机结合。各种大型试验设备沿船艏艉线密集架设，电磁信号容易受到相互之间天线外罩以及烟囱、船桅等船体建筑的遮挡和反射，影响信号强度，产生干扰，进而影响测量精度。

设备遮挡是任务测量工况设计的一个重要考量因素，也是测控任务执行过程中被持续关注的重要问题。测控设备的布设密集，设备间遮挡关系复杂；为满足变航向测量需要，需要对遮挡情况进行实时分析，以制定相应的规避措施来保持目标全程通视和通信畅通，保障任务顺利完成。

测控任务执行过程中，由于船体空间受限造成的设备间信号遮挡是影响任务的一个重要问题，相关方案和软件开发人员开展了一系列工作。方案人员总结了遮挡角的简易计算方法，软件人员在监视软件上也设计了相应的遮挡角图形显示界面。

1.当前遮挡角度计算方法

此方法认为遮挡面积同遮挡物的位置、高度、宽度以及二者几何关系等因素相关。假设遮挡物处于静止状态，从被遮挡设备的视角看，遮挡阴影在被遮挡设备的方位角和俯仰角满足一定关系时才会出现，因此可将遮挡关系看作关于方位角x和俯仰角y的函数。

图1中方位角x和俯仰角y均采用甲板坐标系，其中方位角x[0,360]，俯仰角y[0,90]，阴影部分描述设备的受遮挡区域。当设备的方位、俯仰角坐标(x,y)在阴影区域内时受遮挡，当其坐标位于阴影区域外时设备信号不受遮挡。对于船上的设备来说，遮挡阴影一般出现在船艏艉线上，即分布于x＝0度和x＝180度两侧，阴影区域随着俯仰角y值的增大而减小。

2.遮挡关系可视化

当前船舶遮挡余量实时监视软件是二维显示界面，根据设备的遮挡数据进行处理和显示。遮挡数据是描述设备受遮挡边界的方位俯仰坐标集合，由总体人员在船体现场实验获取。处理过程和显示方法如下：在预处理阶段，软件首先读取相关配置文件，获取船上所有雷达设备的遮挡数据。软件根据此信息为各个设备拟合生成图1所示的遮挡区域；运行时在接收各类测量数据，从中提取设备方位角和俯仰角和船体的速度姿态数据；最后，基于遮挡区域和实时获取的雷达和船体数据，采用整体视图+分设备视图的画面设计了遮挡角的可视化界面。其中整体视图将船舶航向和各设备绘制在一个表盘上，用户可实时观察航向与设备方位角、俯仰角的变化，如图2所示；分设备视图采用俯视投影坐标系，绘制出单台设备的遮挡区域以及设备指向轴的投影曲线，用户可监视在任务时段中设备是否落入和绕开了阴影区域，图3显示了脉雷设备的遮挡区域，以及一次侧向测量的过程。

上述监视显示软件中的遮挡关系分析采用的是一种静态估算模型，不能反映各设备动态跟踪条件下的遮挡关系的变化。基于此设计的遮挡关系监视界面采用二维显示形式，不能直观的展示各雷达设备的跟踪姿态和空间遮挡关系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供了一种可以应用于不同船型和设备的遮挡情况分析的船载天线设备遮挡三维实时检测及可视化系统，实现对遮挡情况进行精确的空间分析和更为直观的三维展示。