戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境視景仿真研究
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2 系統(tǒng)主要模塊
2．1 虛擬場景仿真
虛擬場景仿真是戰(zhàn)場電磁環(huán)境視景仿真系統(tǒng)的場景構(gòu)成驅(qū)動和顯示展現(xiàn)引擎，根據(jù)戰(zhàn)場地理環(huán)境和輻射源的分布情況，以二維／三維的形式、生動形象地描述虛擬戰(zhàn)場電磁環(huán)境，進(jìn)行戰(zhàn)場電磁環(huán)境的可視化。它是系統(tǒng)實現(xiàn)戰(zhàn)場數(shù)字化虛擬的平臺，是仿真系統(tǒng)的框架基礎(chǔ)。虛擬場景仿真提供數(shù)字地圖的加載、場景的渲染與顯示、多維度虛擬空間的體系建立、電子兵力布置與電磁模型應(yīng)用的空間容器等功能。
進(jìn)行虛擬場景仿真，可以采用現(xiàn)有的視景仿真平臺、場景渲染驅(qū)動、三維建模軟件等成熟技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。利用現(xiàn)有日趨完善的GIS(數(shù)字地理信息系統(tǒng))技術(shù)，可以直接加載實際地圖數(shù)據(jù)，使仿真更貼近實戰(zhàn)條件。三維圖形引擎可以完整解決虛擬戰(zhàn)場的場景渲染和驅(qū)動，諸如PHIGS，OpenGl Performer，Java3D，OpenSG，Vege Prime和OSG等。電子兵力三維建模時，可以使用常用的軟件，如3D Studio Max和MultiGen Creator等。上述技術(shù)應(yīng)用廣泛，解決方案眾多，可以使開發(fā)的系統(tǒng)平臺較輕松地接軌國際水平。
2．2 建立電磁模型
建立電磁模型是戰(zhàn)場電磁環(huán)境視景仿真系統(tǒng)中計算與分析的解決方案。它提供給仿真軟件與電磁傳播相關(guān)的運算法則、計算方案和分析方法。建立電磁模型主要是建立電波傳播模型和場景電磁屬性模型。
在仿真中，要以電波傳播物理特征屬性為基礎(chǔ)，建立電波傳播模型，這是戰(zhàn)場電磁環(huán)境仿真的重點。同時，如何使建立的電磁數(shù)字模型在虛擬的環(huán)境中合理高效的運行是仿真的難點。既要考慮電波傳播的方式不同，如直射、繞射、多徑反射；又要對電磁波的傳播途徑、自由空間損耗、多徑反射計算、降雨衰減和天線極化衰減等問題進(jìn)行分析建模；還需結(jié)合仿真中其他因素的物理電磁屬性，如考慮數(shù)字地圖中地形地貌的電波反射系數(shù)、氣象影響因素等。
2．3 生成電子兵力
生成電子兵力是戰(zhàn)場電磁環(huán)境視景仿真系統(tǒng)的虛擬成員生成驅(qū)動和數(shù)字描述方案，主要是對電子兵力的三維模型建立和進(jìn)行屬性描述與數(shù)字裝訂，其提供輻射源對象的電磁屬性數(shù)字描述和三維顯示模型。
如何在虛擬的數(shù)字地圖中定義各種輻射源，是建立逼近真實的電子戰(zhàn)仿真的重要工作之一。電子兵力是戰(zhàn)場電磁環(huán)境仿真中的參與成員，如何在虛擬戰(zhàn)場中定義這些角色，是電子兵力生成的主要任務(wù)。電子兵力的生成要根據(jù)實際戰(zhàn)場中的電子輻射武器來進(jìn)行分析考慮，除了對主要電磁屬性，如發(fā)射功率、天線增益、工作頻率、信號體制、天線方向圖、天線極化方式等進(jìn)行說明外，還需要對輻射源工作時間、天線俯仰角、電子設(shè)備的損耗等相關(guān)電波輻射參數(shù)進(jìn)行考查。然后，對這些屬性描述進(jìn)行電子兵力數(shù)字裝訂。
2．4 綜合計算分析
綜合計算分析是戰(zhàn)場電磁環(huán)境分析與綜合視景仿真軟件的人機交互管理和各個模塊調(diào)用的融合與聯(lián)接，其提供給仿真軟件整體運行的驅(qū)動力，是仿真系統(tǒng)運行的“導(dǎo)演”。綜合計算分析主要是進(jìn)行項目的運行與管理、關(guān)聯(lián)調(diào)用其他模塊、電磁傳播的計算與分析、結(jié)果報告的生成與顯示。
3 仿真關(guān)鍵技術(shù)
3．1 電磁模型建立
電磁波在空間傳播，由于不同的傳播空間環(huán)境、不同的電波特性，具有不同的傳播模式。戰(zhàn)場中最簡單的電磁環(huán)境模型是一個輻射源發(fā)射電波，在空間中某一場點接收輻射，考查此場點的場強，可以用來描述輻射源在此場點的輻射情況。所有紛亂復(fù)雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境都是基于該簡單模型疊加而成的。較為準(zhǔn)確地計算輻射情況需要的參量很多，比如需要輻射源和接收源的地理位置信息，即要知道它們的空間關(guān)系，還要求得在空間中是否有多徑反射點、雨霧干擾等因素，如果需要求得接收端的接收功率，還需要接收設(shè)備的電參量等與電波輻射相關(guān)的信息。計算方案公式如下所述。計算輻射場強E：
式中：E為輻射場強(單位為dBμV／m)；P為發(fā)射功率(單位為dBm)；d為距離(單位為km)。電波的反射系數(shù)R為反射波場強與入射波場強的比值(是一個復(fù)數(shù))，表示為：
對于水平極化和垂直極化的反射系數(shù)Rh和Rv分別由如下公式計算：
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