面向GPU的地形遮蔽探测并行算法

地形遮蔽算法在军事、民航和气象分析等领域有广泛应用。随着仿真规模的扩大、仿真结果实时性要求越来越高,传统计算模型俨然不能满足当下的实时性要求。为解决这一不足,实现了在统一计算设备架构(CUDA)并行计算平台上的地形遮蔽探测算法,解决了仿真计算速度慢的问题。在CPU端将雷达探测区域内离散采样点的高程数据矩阵化,进而提升高程值在并行化计算中的读取速度。针对雷达仿真计算参数对线程分配方式进行优化,采用循环对比方式对地形遮蔽角的计算进行并行加速。采用设备端线程同步和数据交替传输技术,确保计算结果一致性和最大化利用GPU端计算资源。采用多模式并行化计算模式,使用多线程并行化计算和单线程串行化计算来支撑GPU端计算资源不足时的退化计算,从而保证计算的高可用。实验结果表明,相较于i7-12700H CPU在仿真粒度为3 600条探测波束下的地形遮蔽串行计算和多线程并行计算,在3060 Laptop GPU下分别获取了48倍和17倍加速,为仿真实时性提供了有效的工程解决方案。

地形遮蔽下的电磁波绕射效应对机载电子战影响

针对机载电子战中经常遇到的地形遮蔽问题,定量分析了遮蔽条件下电磁波绕射效应对机载电子战设备的影响。首先基于传统刃形单峰绕射模型提出了在地球曲率下山峰绕射高度的计算方法;然后基于Picquenard刃形多峰绕射模型提出了地球曲率下的主峰迭代搜索算法;最后利用构建的电磁波绕射模型,提出了机载电子战在地形遮蔽情况下的对抗策略。将算法嵌入模型后,通过比对仿真结果与真实试验数据,表明所提算法可适用于计算地形遮蔽对机载电子战设备的影响。

一种低空突防的雷达地形遮蔽盲区算法研究

利用雷达地形遮蔽盲区进行低空突防对敌人地面目标进行攻击是航迹规划关键技术之一。分析了雷达盲区的生成因素,给出了数字地图的处理方法,并提出了一种建立雷达地形遮蔽盲区的快速构造方法并对该算法进行了仿真验证,仿真结果表明该算法的可行性。

一种快速构造雷达地形遮蔽盲区的方法

在突防航迹规划中 ,应首先建立反映敌方对空防御状况的威胁空间和各种雷达盲区 .其中 ,雷达地形遮蔽盲区是进行突防航迹规划的主要依据 .分析了雷达盲区的生成因素 ,提出了一种建立雷达地形遮蔽盲区的快速构造方法 ,给出了对雷达盲区的有向性处理方案 .

考虑地形遮蔽的日照时数精细化推算模型

日照时数是农业气候资源中光照资源的重要衡量指标,实际地形下地形遮蔽是不可忽略的因素,为了获取实际地形下全国日照时数的精细化资料,推算模型必须精确计算遮蔽量。本文基于全国1∶25万数字高程模型(DEM)资料,构建了实际地形下天文可照时数自动计算模型,通过模型可以精确地计算出地形遮蔽量。采用1971-2000年全国2346个具有完整资料的国家气象站日照时数资料,用各时间尺度的格点实际地形下天文可照时数量与格点日照百分率乘积,作为相应尺度的日照时数,得到了各时间尺度全国实际地形下日照时数格点数据集,格点距为0.01°×0.01°。采用了全国2346个台站日照时数实测值,与推算值进行对比分析,结果表明,考虑了地形遮蔽的年日照时数推算值普遍稍小于实测值,年日照时数推算平均绝对误差(MAE)约为61.6h,均方根误差(RMSIE)约为78.7h,平均相对误差约为2.9%;地形起伏越剧烈,推算误差越大;太阳高度角越大,则推算误差越小。

雷达对低空目标探测的地形遮蔽算法研究

地形遮蔽是影响雷达探测发现目标能力的关键因素。有效算法是实施模拟仿真的基础。在借鉴离散判断法思想的基础上,针对某实际问题,建立了雷达对低空目标探测的地形遮蔽模型算法。本算法实用性好、精度高,可用于作战推演的实时仿真。

考虑地形遮蔽影响的电磁传播算法与可视化研究

采用规则格网数据(DEM)建立虚拟地理环境,并设定研究平面和电磁设备的空间位置,通过三角图元求交算法确定电磁波与地形是否存在遮蔽情况,从而计算得到受地形遮蔽影响的电磁场数据;采用颜色混合技术和优化处理的体绘制技术,将抽象的电磁场数据映射到可见的不同颜色值,形成直观、形象的可视化效果。

基于转盘爬虫法的雷达地形遮蔽盲区快速计算

为解决飞机在低空突防过程中的雷达地形遮蔽盲区快速计算问题,提出了一种基于转盘爬虫对象的快速算法。首先介绍了雷达盲区产生的因素,分析了地形遮蔽和地球曲率盲区的计算模型,然后定义了转盘及爬虫对象,并设计了基于转盘爬虫对象的地形遮蔽盲区计算方法和流程。在此基础上,将雷达地形遮蔽盲区计算结果进行三维建模及可视化,通过典型算例对算法进行对比测试和实验,得到不同高度的雷达地形遮蔽盲区分布图及三维可视化模型,证明了算法的快速性和可行性。

地形遮蔽条件下雷达网探测威力计算

快速、准确预测雷达探测威力是研究无人机突防作战的关键.基于理想条件下雷达三维探测范围,分析了雷达盲区产生因素;重点考虑地形遮蔽的影响,提出了一种快速计算雷达及雷达网地形遮蔽盲区的方法,在保证计算精度的情况下解决了传统方法计算量大、计算时间长的问题.最后利用Matlab软件对该方法进行了仿真验证.仿真结果表明,该方法可以快速、准确地形成不同高度层的雷达及组网雷达探测威力图,为无人机突防航迹的合理规划与威胁评估提供了依据.

一种基于DEM的雷达地形遮蔽盲区确定方法

针对常规雷达检飞方法耗时耗力且难以全面掌握问题,提出一种利用数字高程模型(DEM)数据的雷达地形遮蔽盲区计算方法.该方法将雷达不同方位距离处的地面高程数据转换为雷达观测仰角,与雷达自由空间垂直威力图比较,确定地形遮蔽点,形成雷达方位地形遮蔽剖面,全部方位地形剖面即构成雷达地形遮蔽盲区,进而确定不同高度层的雷达探测威力范围.仿真结果表明,该方法结合雷达检飞,可形成更全面、准确的雷达探测威力图,为雷达部防作战提供可靠的雷达探测威力范围依据.

基于地形遮蔽的飞行器暴露范围计算

研究飞行器在实战环境中的暴露范围对提升飞行器隐身作战能力,指导战前任务规划具有重要意义;提出了飞行器暴露范围和高度余量概念;建立了飞行器暴露范围模型;通过数字地图处理技术建立了地形遮蔽作用下的暴露范围模型;对雷达探测概率进行了研究,建立了探测概率模型;编写了飞行器暴露范围计算软件,能实时计算出不同方位方向上的高度余量;最后进行了实例仿真,结果表明所建模型的正确性及所编软件的有效性。

基于地球曲率的雷达地形遮蔽盲区计算

针对已有的雷达地形遮蔽盲区计算方法中地形建模不够准确,或者算法通用性不强等问题,提出基于地球曲率的雷达探测空间计算算法。首先,分析地形遮蔽下的雷达探测效果;然后,定义了雷达最低可见角。在此基础上,计算雷达在不同地点上空的俯仰探测角度范围,进而得到雷达在不同地点上空的高度探测范围。仿真结果表明该算法通用性强、易于实现,且时间复杂度低,具有较高的应用价值。

预警系统对低空目标探测的地形遮蔽算法研究

地形遮蔽是影响预警探测系统发现目标能力的关键因素。有效算法是实施模拟仿真的基础。在分析电磁波和光线在地球大气层内传播过程中的机理和现象的基础上 ,充分考虑了地球的曲率影响和大气的折射效应及吸收效应 ,针对某实际问题 ,建立了预警系统对低空目标探测的地形遮蔽模型算法。本算法实用性好、精度高 。

地形遮蔽的雷达低空探测效能研究

在低空突防中,地形遮蔽盲区是敌方进行突防航迹规划的主要依据。本文介绍了一种构造地形遮蔽盲区的方法,并建立了反映我方对空防御状况的威胁空间和雷达盲区,最后给出了雷达的探测效能。

地形遮蔽下雷达网的融合探测包络计算

为了计算在地形遮蔽条件下的雷达网融合探测包络,提出了一种基于分弧段连接矩阵方法,确定雷达网整体探测威力边界。首先对单雷达地形遮蔽下的探测能力进行分析,接着通过判断雷达网中各雷达之间的关系,计算相交雷达的边界交点信息。在各雷达边界交点的基础上,将雷达边界分成若干分弧段,筛选出组成雷达网探测区域边界的分弧段,建立分弧段连接矩阵,基于该矩阵计算雷达网探测边界,分析雷达网探测能力。实验结果表明,依据提出的算法快速有效地计算出雷达网的探测威力范围,可为雷达网布站提供有效地理论依据。

基于地形遮蔽的自旋弹测高雷达回波建模与仿真

为解决导弹自旋运动模型复杂、建模计算量大的问题,建立了一种新的导弹自旋运动模型。在该运动模型的基础上,考虑了地形起伏对弹载测高雷达回波遮挡的影响,利用仿真地形,采用地形遮蔽算法,建立地形遮挡下的雷达回波模型,仿真得到不同高度下的雷达回波图和频谱图。通过对回波的分析、得到在高度为10km,雷达斜照射角度超过65.3°时,地形起伏对于雷达回波有显著遮蔽影响雷达回波发生频谱搬移等若干结论。该结论与实际情况一致,验证了模型的准确性,为后续弹载测高雷达回波模拟提供一定的理论支撑。

高原地区VHF地空通信覆盖范围影响因素研究

针对利用地形遮蔽法计算的民航VHF通信信号覆盖范围较粗略的问题,提出了一种在原有的算法下加入雾衰减从而提高信号覆盖精度的算法模型,并构建可视化的显示平台。首先,以西藏某高原地区VHF通信监视台站为例,利用地理信息系统从实际的地图中获取台站周围的数字高程模型(DEM),计算在地形影响下不同高度层上的信号传播截止距离;其次,根据国际电联无线电通信部门(ITU-R)P系列建议书中的雾衰减模型,构造在地形和雾共同影响下的新算法模型;最后,给定飞行高度、发射频率、发射功率等进行仿真。结果表明,多因素影响下的信号覆盖范围比单因素下的覆盖范围精确,可以为VHF地面通信监视台站选址、飞行航线规划以及西部地区民航发展提供有效支撑。

不规则地形对ADS-B地面站信号覆盖影响分析

传统基于可视域分析方法获得的地面站信号覆盖常常无法准确反映系统的实际监视性能。提出一种针对不规则地形的广播式自动相关监视(ADS-B)地面站信号覆盖分析方法。首先针对不规则地形信道特点,推导了Longley-Rice模型的具体仿真算法,提出利用该模型模拟航空无线信道;仿真符合ADS-B规范标准的天线,计算信号在自由空间的辐射距离;然后结合由地物遮挡引起的视线截止距离,进行综合比较得出最终覆盖范围;最后选取某地为例进行研究和分析,与其他算法比较,用实际数据对预测范围进行验证。实验结果表明,不规则地形是影响地面站覆盖的关键因素,Longley-Rice模型可以准确模拟信号衰减。本文方法为地面站选址提供理论支持。

面向环境多重约束的雷达部署位置优选方法

雷达部署阵地区域范围内的复杂地理环境和电磁干扰环境将严重影响雷达装备探测性能。聚焦复杂地理和电磁环境下雷达优化部署的迫切需求,提出了一种面向环境多重约束的雷达阵地部署位置优选方法。根据雷达阵地的地形地貌和电磁干扰环境,建立地理和电磁环境双约束条件下的雷达阵地选址模型;结合雷达方程,计算复杂传播地形下的传播损耗,并将目标高度层探测威力和重点区域覆盖威力作为雷达选址位置优劣的评估指标;将雷达在环境多重约束下的探测范围进行可视化展示。针对实际系统中雷达作战场景复杂、传统雷达装备部署方法考虑约束单一的问题,通过计算环境和电磁多重约束下的传播损耗、地形损耗、电磁损耗,并加入实际高程地形数据作为参考,更真实客观地分析阵地周围环境对雷达装备性能的影响。所提出的评估指标与优选方法及可视化呈现,可为多重约束下雷达装备作战效能提升提供准确、可靠、直观的阵地优化部署策略。

雷达威胁环境下的无人机三维航迹规划

提出了一种雷达威胁环境下应用A*算法进行低空突防三维航迹规划的方法。首先对地形高程数据进行综合平滑处理,建立满足无人机机动性能要求的安全飞行曲面,并结合雷达威胁量化模型,计算出地形遮蔽雷达盲区的范围,最后在满足地形遮蔽雷达盲区的安全飞行曲面上运用A*算法规划出三维飞行航迹。仿真结果显示,该算法能简单、快速地获得三维最优航迹,易于工程实现。