基于OpenFlight的数字地形处理软件包设计及应用

数字地形技术的发展为雷达系统仿真领域提供了一个新的发展方向。该文基于OpenFlight格式地形数据库，分析了地形数据库的组成要素、建模方法及数据结构。详细论述了数字地形信息的提取、多叉树的遍历及地形数据坐标转换的实现方法，并针对雷达模拟器设计中对地形数据访问复杂的难题，提出将通用三角面地形数据转化为网格化数据的新思想。运用面向对象设计思想，开发了数字地形处理软件包。详细探讨了软件包在雷达模拟器中的应用，并进行了仿真试验，给出了仿真图例。实践证明数字地形处理软件开发包在雷达模拟器设计中实现了高逼真的雷达仿真图像，为雷达模拟器的设计提供了有效的工具，具有较强的工程实用价值。     

基于多尺度DEM的雷达仿真图像生成

为了改进目前应用于雷达仿真图像生成的数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)中存在的不足,引入"不规则地形起伏参数"来动态调整生成DEM的采样间隔和密度,并根据导航雷达的方位和距离分辨能力,建立了基于多尺度DEM雷达仿真图像生成方法.应用结果表明,该方法对量程范围内、外的地形模型数据采用了不同的分辨率,所生成的仿真图像近处细节逼真,远处显示地形轮廓,大大提高了各种量程下的雷达图像生成速度,该成果已经应用于雷达模拟器的研制中.     

目标高程对SAR图像中目标位置偏差的影响

利用合成孔径雷达(Synthetic aperture radar,SAR)干涉技术对目标场景进行三维成像时,目标自身高度会引起其在图像上产生相应的位移,从而导致数字地形高度图(Digital elevation model,DEM)中目标位置与实际观测场景中目标位置存在偏差.本文提出了一种新的雷达地面目标定位方法,通过详细分析雷达图像中目标位移的原因,具体推导了目标在方位向和距离向上的位移量与成像几何,目标高度之间的数学关系,提供了修正目标位置的理论依据.通过仿真实验,证明了本文理论分析的正确性.     

雷达模拟器中地物杂波信号仿真的方法研究

地物杂波仿真的逼真程度如何直接关系雷达模拟训练系统的可信性和训练效果.通过研究地物杂波的形成机理,利用地物杂波关系模型设计并实现了雷达模拟训练系统地物杂波的信号仿真算法,得到了能够反映真实地形情况的虚拟地杂波场景.首先根据数字地形及雷达在数字地形中的位置,确定雷达周围地形环境信息,按照当前雷达方位角和波束宽度计算并确定可能产生地物回波的地形数据,然后根据当前雷达高低角和波束宽度进一步确定地物回波的位置和强度,最后根据地物回波后向散射系数方程以及反射信号方程,计算得到回波位置和强度,确定回波延迟时间和回波强度,并在雷达终端输出显示,实现仿真数据的可视化.得到的地物杂波与通常所用统计模型得到的地物杂波相比,具有逼真度高和可重现的优点,大大提高了模拟训练的效率,具有较高的实用价值.     

几种地形辅助导航方法的比较

地形辅助导航系统将飞行航迹下的地形高度信息与机载数字高程地图比较后得到导航定位结果，并以此对惯性导航主系统进行必要的修正。针对基于扩展Kalman滤波，基于关联算子和基于点群滤波的3种地形辅助导航方法，介绍其基本原理后。采用真实地形数据进行仿真，比较不同飞行情况下这些方法的性能。     

基于改进蚁群算法的直升机航迹规划仿真

提出了基于改进蚁群算法的直升机航迹规划仿真过程,直升机在执行任务的过程中,有效地利用地形以躲避雷达扫描是直升机提高其生存能力的关键手段。利用真实地形的DEM数字高程建立真实地形;根据目标与雷达的交会几何关系,推算出雷达在真实地形中扫描的盲区;并针对传统的蚁群算法缺点,提出一种改进的蚁群算法仿真飞机飞行通过雷达区域,为其选择一条安全的飞行路线,使直升机从起始点到目的点的路径最优,从而达到提高战斗效率的目的。     

基于OPENGL 的雷达/ARPA 模拟器

针对雷达/ARPA模拟器的特点,利用使用OPENGL图形库开发了雷达/ARPA模拟器,详细介绍了地形数据的表示和抽稀方法,雷达图像的显示方法和静态目标回波的产生方法,实验表明本文介绍的技术能实现较好的仿真。     

大面积人工数字地图生成软件的设计与实现

为给地形匹配研究提供低成本、大面积、生成速度快的随机数字地图,开发了一种数字地图生成软件.选用二维离散AR算法产生模拟数字地形,采用小块地图拼接的方法生成大面积地图.用标准C语言编程实现地形数据的快速生成和调用,并根据要求可以任意加入威胁地形.建立了便于调用数据的地形数据存储格式.利用该软件生成大面积数字地图速度快,面积可以按需要设定,生成的地形符合实际地形特征.由于每次生成的地形特征可以不相同,所以该软件可为地形匹配研究提供有效的大面积地形数据.     

MapX在雷达仿真测评系统中的应用研究

要衡量雷达数据处理过程的效果,雷达仿真测评系统必不可少.其中针对现代战场仿真提出的对数据实时,精确显示并直观表现雷达数据处理效果的要求,将MapX组件技术应用到雷达仿真测评系统中,在Visual C 环境下结合windows编程技术具体实现矢量地图显示、漫游、缩放、经纬度获取、图形绘制、图形属性设置以及真实地理信息下航迹显示等功能,真实、直观、动态的表现雷达所处的战场地理环境和多目标跟踪算法跟踪效果.     

被动雷达/红外成像制导数据融合系统仿真

数据融合是精确制导武器多模制导系统中的一项关键技术。为提供精确跟踪目标性能,建立了数据融合系统中数据校准等测量信息和制导信息融合等环节的数学模型,并结合精确制导武器仿真平台,构建了被动雷达／红外成像双模制导数据融合数字仿真系统。将构造的外部干扰模型引入数据融合仿真系统,仿真了双模精确制导武器在攻击目标的过程中雷达导引头和红外导引头遭遇外部干扰、测量输出发生异常突跳时融合系统融合处理制导信息的过程,结果表明融合系统在雷达或红外导引头测量输出发生异常的情况下通过估计和融合可以输出有效的制导信息,被动雷达／红外成像双模制导系统采用数据融合方案可以提高精确制导武器的抗诱偏和抗干扰能力。     

一种新的三维地景库的建模方法

针对传统的模拟器计算机成像系统之不足,提出了1种新的视景系统的建模方法,即基于矢量数字地图的三维地景生成算法。该算法以矢量地图为约束,各种地表纹理作为输入样图,用矢量地图中的高程信息构建三维地形网格,并根据矢量数字地图中图元之间的不同属性映射相应的纹理,得到了与矢量数字地图相一致的三维地景。与传统的地景库生成算法相比,新算法生成的三维地景更加真实精确;解决了以往地景库一经生成就无法更改的问题;具有一定的预测和重现场景的功能;缩短了地景库的开发周期,降低了开发成本。同时,运用了基于视点的地景数据动态调度策略,可实现真实场景的实时绘制。     

基于DWL的合成视景系统数据库的完整性

合成视景系统（SVS）是解决可控飞行撞地(CFIT)事故的有效途径,近年来,国家实施的重点基础研究发展计划已经把SVS的相关研究纳入了计划研究的一部分。SVS数据库的完整性研究是SVS研究中比较重要的部分。基于现阶段大部分飞机上都配备GPS、雷达测高仪等设备,本文主要基于下视传感器（DWL）对SVS数据库的完整性进行研究。基于DWL对SVS数据库进行实时监控可以有效保证数据库垂直方向数据的完整性,但是对于飞机数据库水平方向数据的完整性保证能力还略显不足。     

基于人工神经网络的地形线性化方法

地形线性化方法对地形辅助导航系统性能有重要的影响。本文采用人工神经网络这一新技术来分块记忆地形数据，给出数字地图上任意位置的线性化参数，并用于系统状态的扩展卡尔曼滤波，与其他传统地形线性化方法相比，用人工神经网络来处理地形函数，系统滤波性能得到改善，提高了导航精主工，并可减少地图的存贮量，适用并行处理。     

无人机航路规划环境模型研究

通过威胁信息的分层转化,利用信息融合原理构造无人机航路规划的环境模型。在对原始数字地图二维三次插值处理的基础上,分别针对无人机的最大爬升坡度、最小离地间隙以及纵向转弯曲率约束进行了数字地形的调整。分别对探测威胁和火力威胁进行分析,以雷达发现概率、水平距离以及遮蔽影响因素构造探测威胁转化模型,以击落概率和导弹最大作用半径构造火力威胁转换模型,以地形因素的形式融入预处理后的数字地图中,经相关约束调整构造出无人机航路规划环境模型。     

A shadow detection and extraction algorithm using digital elevation models and x‐band weather radar measurements

The aviation industry has been investigating the potential of synthetic and enhanced vision systems (SVS and EVS) to increase the situational awareness of pilots who are operating in low‐visibility weather conditions. Synthetic vision displays provide a real‐time depiction of a terrain model from the pilot's perspective. To ensure the integrity of this terrain depiction, consistency checking using remote sensing of the terrain environment has been suggested. This requires the detection and extraction of terrain features from both the model and the sensor measurements. Further, the features must be represented in the same reference domain.

Terrain shadowing occurs when areas are not in the line‐of‐sight of the observer. It is these shadowed regions and their morphological characteristics that are identified as the feature domain in which consistency can be assessed between two sources of terrain information. This paper describes an algorithm to extract shadow features from digital elevation models during flight to enable direct comparison with x‐band radar modus operandi. Results are presented using flight‐test data acquired from two platforms with different radar equipment.

The proposed algorithm not only has application to the consistency‐checking problem, but also to terrain navigation, image fusion, and digital elevation model accuracy assessments.     

基于DEM的滨海地区非均匀杂波模拟

鉴于滨海地区军事地理位置的重要性以及场景复杂的多变性,对该区域的杂波模拟成为当前杂波研究工作的重点和难点。针对滨海地区杂波模拟这一问题,本文分析了影响滨海地区复合杂波生成的关键因素,并结合数字高程模型（DEM）,对地形场景进行了单元划分,重点对海陆交界杂波单元进行了后向散射单元系数建模,求解出该区域杂波功率谱。仿真结果表明,较之单纯的海面和地面,滨海环境下机载PD雷达的杂波功率谱非均匀起伏特性更为显著。仿真结果符合滨海地区杂波的理论分析,证明了基于DEM的滨海地区复合杂波模型和功率谱计算具有实用性和有效性。     

Gravity measurements and terrain corrections using a digital terrain model in the NW Himalaya

Areas recently gravity surveyed in the NW Himalaya are characterized by high-elevation and high-amplitude topographic undulations. A new method of applying combined Bouguer and terrain corrections using a digital terrain model is highly accurate and offers advantages over conventional techniques by saving efforts and being more flexible. Partitioning parameters for station-dependent inner-zone compartments and station-independent outer zones can be optimally selected for the desired accuracy requirements. A digital terrain database is used to obtain the outer-zone corrections. In the situation of the NW Himalaya surveys, a 1.2 km inner zone is divided into 112 compartments for each station and a digital terrain database containing nearly 16 000 data points for 30″×30″ compartments was applied using the computer program EFFECT.FOR, to compute combined Bouguer and terrain corrections for a 20 km range. The terrain corrections between 20 and 170 km were computed using National Geophysical Data Centre (NGDC) 5′×5′ gridded global elevation database. The magnitude of the terrain correction varies between 3 and 50 mGal. The effects of the 20 km range terrain correction are more pronounced on short-medium wavelength anomalies. The Swarghat gravity high is further enhanced while several high-frequency pseudo-anomalies disappear after applying the terrain corrections. The refined Bouguer anomaly varies from −160 mGal at the southern end of the section, to −310 mGal at the northern end, suggesting a Moho depth variation from 45 to nearly 60 km. The steepness of the northward negative gravity gradient, typical for the Himalaya, is considerably reduced after applying a terrain correction for the 170 km range.     

基于交互多模型的飞机地形规避策略研究

为了解决飞机前视地形防撞问题,针对机载防撞雷达系统的缺点及局限性,提出了一种以虚拟雷达替代机载防撞雷达系统的基于交互多模型的飞机地形规避策略。该方法根据飞机机动运动特点,建立适于准确快速预测的匀速运动模型、匀加速运动模型以及当前统计模型,采用交互多模型原理结合成熟的卡尔曼滤波估计技术,对飞机未来飞行状态进行实时预测,根据飞机飞行状态预测结果与机载地形库进行匹配以进行地形规避。通过仿真的方法,以F16 飞机为例,对飞机飞行状态预测算法进行了验证,结果表明,对于较长时间预测,预测时间对预测精度有很大影响,可根据预测时间确定告警等级。研究还表明基于交互多模型的飞机地形规避方法,相比于机载雷达防撞系统具有无可比拟的优势,可以替代机载雷达防撞系统。