文章目录

• 一、相关研究
• 二、雷达探测范围定义
• 三、雷达探测范围离散几何数据生成
• 四、雷达探测范围几何图元构造
• 五、效果
• 参考文献

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一、相关研究

作为一种现代装备，雷达一直是一种重要的仿真对象，不论是各种雷达方程、资源调度、交接预报，以及结合弹道导弹目标的探测，结合预警卫星或置于大的探测体系中的分析都屡见不鲜。但可视化相关研究较少，多是作为某研究的附属出现。

可视化相关技术主要可分为5类：

①雷达模拟器。直接模拟雷达屏幕，根据雷达功能和目标特性，动态仿真雷达屏幕显示效果，可用于模拟训练等场合，如文献[1]采用软件实现了雷达模拟器，仿真雷达显示及参数设置与控制。

②示意性可视化。表现雷达作用的过程信息，作为态势的有机组成部分，如文献[2]设计了电磁特效对策类别、样式、颜色和参数，给出了几种典型的电磁对抗行动的显示效果。此项技术虽然简单，但是意义很重大，类似于标准、标号设计，如果得到认证和推广，会发挥比较大的作用。

③雷达威力切片可视化。这个概念未必合适，主要指2种情况：一是雷达天线方向图，对雷达系统仿真而言，雷达天线仿真是基础，如文献[3]进行了雷达天线方向图的建模，并给出了可视化结果；二是垂直面内雷达威力，以可视化方式展示某方位的雷达探测范围，如文献[4]采用C语言编程，绘制了垂直方向探测范围。

④雷达威力三维可视化。其实质是2个问题，探测威力数据如何生成、采取何种技术进行可视化。

文献[4]-[8]的探测范围数据生成技术基本类似，都是从雷达距离方程出发，考虑干扰等各种因素，生成表示探测范围的边界采样数据，然后进行绘制。文献[4]年代较为久远，绘制还较为简单；文献[5]采用三角形带绘制，未提及采用的具体平台；文献[6]、[7]出自同一团队，都是采用利用STK，将生成的威力数据作为数据文件导入的方式进行绘制；文献[8]则利用Direct3D进行绘制。

文献[3]和文献[9]在威力数据生成上的方法比较类似，都是采用离散化然后传递或跟踪的方法来计算边界。文献[3]采用OpenGL进行绘制。

此外，文献[10]在计算威力数据时考虑了地形的影响，文献[8]则将雷达探测范围可视化置于一个大的态势系统中实现。

⑤二维地图雷达威力可视化。虽然三维日益普及，但二维态势仍有其存在的价值，在二维地图上显示雷达探测范围也有其固有的应用领域，也有需要解决的技术细节。

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二、雷达探测范围定义

采用OSGEarth开发平台，雷达探测范围是已经计算出来的结果，其表达形式定义如下。

class	RadarRange{
	cartesianFrame	_frame;	//坐标系
	double	_minRange;	//最小作用距离，单位为m，
	double	_maxRange;	//最大作用距离，单位为m
	double	_minAzimuthAngle;	//方位角，与x轴夹角，单位是度，由-180°~180°
	double	_maxAzimuthAngle;
	double	_minElevetionAngle;		//仰角，0°-90°
	double	_maxElevetionAngle;}

显然，这样的定义方式并不足以描述干扰、地形等各种影响，但对于并非装备级的仿真和态势系统来说，是可以的。

cartesianFrame用于表达坐标系，采用原点和三个坐标轴表示。

class cartesianFrame{
private:
	CVector3D	_origin;
	CVector3D	_xAxis;
	CVector3D	_yAxis;
	CVector3D	_zAxis;};

给定经纬度和高程，生成该位置的雷达直角坐标系如下

void	cartesianFrame::initENUFrame(double B, double L, double H){
	double sb = B * PI / 180.0;
	double sl = L * PI / 180.0;
	_yAxis.x = -sin(sb)*cos(sl);
	_yAxis.y = -sin(sb)*sin(sl);
	_yAxis.z = cos(sb);
	_yAxis.SetUnit();
	_xAxis.x = -sin(sl);
	_xAxis.y = cos(sl);
	_xAxis.z = 0.0;
	_xAxis.SetUnit();
	_zAxis.x = cos(sb)*cos(sl);
	_zAxis.y = cos(sb)*sin(sl);
	_zAxis.z = sin(sb);
	_zAxis.SetUnit();
	LB2DD(B, L, H, _origin.x, _origin.y, _origin.z);

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三、雷达探测范围离散几何数据生成

根据上述定义可知，雷达探测范围在垂直方向的二维图如下

为了绘制雷达探测范围，生成离散的采样点，然后构造几何图元即可。

根据上述形状，显然，可以生成前、后两个曲面上的离散点，顶面、底面和侧面则可以直接利用曲面的边界上点绘制。

采用的方法是在方位、俯仰两个方向上，每隔1度生成一个采样点。

osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> va = dynamic_cast<osg::Vec3Array*>(_radarGeometry->getVertexArray());
va->resize(_xDim*_yDim * 2+2);
for (int i = 0; i < _yDim; i++){
for (int j = 0; j < _xDim; j++){
		double xa = (_radarWorkingMode->_minAzimuthAngle + xDelta * j) ;
		double ya = (_radarWorkingMode->_minElevetionAngle + yDelta * i) ;
		CPoint3D v2 = _radarWorkingMode->_frame.getGloballCoordFromAzElRa(xa, ya, _radarWorkingMode->_minRange);
		(*va)[i*_xDim + j] = osg::Vec3d(v2.x, v2.y, v2.z);
		v2 = _radarWorkingMode->_frame.getGloballCoordFromAzElRa(xa, ya, _radarWorkingMode->_maxRange * scale);
		(*va)[i*_xDim + j + _xDim * _yDim] = osg::Vec3d(v2.x, v2.y, v2.z);}}
	(*va)[_xDim*_yDim * 2+1] = osg::Vec3d(0, 0, 0);

其中，根据方位角、俯仰角和距离生成雷达坐标系中点矢量的代码如下

CPoint3D	cartesianFrame::getGloballCoordFromAzElRa(double az, double el,double ra){
	double cosAz = cos(az*PI / 180.0);
	double sinAz = sin(az*PI / 180.0);
	double cosEl = cos(el*PI / 180.0);
	double sinEl = sin(el*PI / 180.0);
	double y = ra * cosEl*cosAz;
	double x = ra * cosEl * sinAz;
	double z = ra * sinEl;
	CPoint3D pos = _origin + _xAxis * x + _yAxis * y + _zAxis * z;
	return pos;}

近曲面和远曲面的数据分别存储，最后存储的数据用于图元重启。

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四、雷达探测范围几何图元构造

生成的数据是类似于上图中的离散网格点，为了表现雷达探测范围，采用索引形式构造图元，同时需要使用图元重启技术。

osg::ref_ptr<osg::DrawElementsUShort>	_radarPlaneElements;
osg::ref_ptr<osg::DrawElementsUShort>	_radarLineElements;
osg::ref_ptr<osg::DrawElementsUShort>	_radarLineStripeElements;
osg::ref_ptr<osg::Geometry>	_radarGeometry;

采用了三个图元，radarPlaneElements以具有半透明效果的面表示雷达范围。

radarLineElements和radarLineStripeElements是用于表示雷达范围的网格线，用于增强三维效果，其中前者用于表示上、下、左、右面中的线；后者用于表示前、后曲面的线。

如前面曲面图元的构造如下

for (int i = 0; i < _yDim - 1; i++){
	for (int j = 0; j < _xDim; j++){
		_radarPlaneElements->push_back(j + i * _xDim);
		_radarPlaneElements->push_back(j + (i + 1) * _xDim);}
	_radarPlaneElements->push_back(restartindex);	}
tmp = _yDim / _lineInterval;
off = (double)(_yDim) / tmp;
for (int i = 0; i <= tmp; i++){
	double tmp1 = off * i;
	int pos = int(tmp1);
	if (pos >= _yDim)pos = _yDim - 1;
	for (int j = 0; j < _xDim; j++)
		_radarLineStripeElements->push_back(j + pos * _xDim);
	_radarLineStripeElements->push_back(restartindex);}
tmp = _xDim / _lineInterval;
off = (double)(_xDim) / tmp;
for (int i = 0; i <= tmp; i++){
	double tmp1 = off * i;
	int pos = int(tmp1);
	if (pos >= _xDim)
		pos = _xDim - 1;
	for (int j = 0; j < _yDim; j++)
		_radarLineStripeElements->push_back(j * _xDim + pos);
	_radarLineStripeElements->push_back(restartindex);}

上方平面图元的构造如下

for (int i = 0; i < _xDim; i++){
	int pos = _xDim * (_yDim - 1) + i;
	_radarPlaneElements->push_back(pos);
	_radarPlaneElements->push_back(pos + _xDim * _yDim);}
_radarPlaneElements->push_back(restartindex);	
tmp = _xDim / _lineInterval;
off = (double)(_xDim) / tmp;
for (int i = 0; i <= tmp; i++){
	double tmp1 = off * i;
	int pos = int(tmp1);
	if (pos >= _xDim)pos = _xDim - 1;
	_radarLineElements->push_back(_xDim * (_yDim - 1) + pos);
	_radarLineElements->push_back(_xDim*_yDim + _xDim * (_yDim - 1) + pos);}
_radarLineElements->push_back(restartindex);

其余4个面也类似，分别构造。

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五、效果

上图中，雷达方位角范围120°，最小仰角15°，最大仰角60°，最近最远距离为100km和1000km。

上图中表示全向雷达，方位角范围360°。

上图中雷达的最小距离为0。

需要指出的是，由于表示雷达的图元是按固定顺序构造的，而透明物体不写入z缓存将导致显示效果会随着视点而出现问题（博文《基于osgEarth的卫星瞬时覆盖绘制方法》），区别在于卫星圆锥覆盖是凸的，当采用Z缓存消隐加背面剔除时覆盖面肯定是正常的，改进是锦上添花，但是雷达范围本身较为复杂，即使采用了上述技术，覆盖面显示仍然会出现不稳定。下一步将解决此问题。

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参考文献

[1] 朱保安,何东越,徐成前,等.雷达模拟器设计与实现[J].电脑知识与技术,2022,18(20):115-117.
[2] 陈行勇,马启原.基于动画特效的电磁态势显控方法[J].电子信息对抗技术,2022,37(3):91-94.
[3] 冯晓哲,杨瑞,王健,等. 雷达探测威力范围与三维可视化研究[J].现代雷达,2015,37(5):74-78.
[4] 张尉,程柏林,刘素华.搜索雷达探测范围的可视化技术[J].现代雷达,2000,22(4):43-47.
[5] 陈鹏,孟国明,吴玲达.虚拟战场环境中雷达作用范围表现技术研究[J].北京理工大学学报,2006,26(26S):57-60.
[6] 徐鹏,王振华,刘东青,等. 基于STK的雷达威力三维可视化仿真方法[J]. 空军预警学院学报,2018,32(2):114-117.
[7] 刘东青,王振华,彭赛阳.基于STK平台下的雷达干扰可视化仿真分析[J]. 空军预警学院学报,2017,31(5):360-364.
[8] 陈弓,戴晨光,刘航冶.雷达阵地场景三维可视化系统的研究与实现[J].计算机仿真,2008,25(9):227-230.
[9] 杨超,陈鹏,魏迎梅.雷达最大探测范围三维可视化研究与实现[J]. 计算机工程与应用,2007,43(11):245-248.
[10] 邱航,陈雷霆.地形影响下雷达作用范围三维可视化研究[J]. 电子测量与仪器学报,2010,24(6):528-535.

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