[发明专利]基于DEM数据叠加的航海雷达回波模拟方法

摘要

本发明涉及航海雷达的回波模拟系统，具体是一种基于DEM数据叠加的航海雷达回波模拟方法。本发明的方法是：A、读取目标区域的电子海图数据，将等高线存储为链表形式，将导控中心给出的位置信息存储到雷达模拟器，同时转存到GPU常量寄存器；将该区域DEM数据存储到GPU纹理缓冲器；B、调用微软开发库中的设置定时器函数；C、响应定时器消息；生成用户层数据，进行雷达标绘。本发明能够提高航海雷达模拟器处理速度、提高模拟雷达回波仿真精度。

主权项

1.一种基于DEM数据叠加的航海雷达回波模拟方法，其特征是：A、读目标区域的电子海图数据，将等高线存储为链表形式，将导控中心给出的经纬度边界、本船信息、雷达参数存储到雷达模拟器，同时将经纬度边界、本船信息、雷达参数转存到GPU常量寄存器；将该区域DEM数据存储到GPU纹理缓冲器；B、调用微软开发库中的设置定时器函数；C、响应定时器消息，在CPU中生成包含固定目标回波、杂波及运动目标数据的底层回波数据；在GPU中利用DEM数据修正底层回波数据，生成用户层数据，进行雷达标绘；所述步骤C具体包括以下步骤：C1、设置视口与投影变换函数；使用OpenGL的视口函数设置视口大小，即雷达模拟器屏幕的宽度与高度，单位为像素；使用投影变换函数对屏幕二维裁剪，即确定多少个像素表示坐标系中的1海里，雷达量程fRange，单位为海里；C2、回波生成；将扫描扇形分割成圆心角为1°的扇形，通过聚合、连通步骤提高回波绘制效率；所述聚合步骤为：1°扫描扇形在圆心角上分割成M个小扇形，小扇形的两条弦与等高线求交点得到遮挡后回波的起点和终点，每条弦长N等分，按照顺时针方向，由圆心到圆弧搜索当前分辨单元△R为中心的8邻域的小扇形间扇形区域，形成带状回波，多个带状区域消除边界连接聚合；所述连通步骤为：在扫描扇形区域内，得到多个聚合的四边形的区域，在相邻方位和相邻距离的分辨单元上找出凸出的四个顶点，并且四边形尽可能多的包含所有聚合的带状区域，以减少绘制回波四边形的数量；回波以线性链表表示，四边形顶点数据结构包括：四边形点数据、高程值、回波类型；C3、绘制回波多边形；利用OpenGL的双缓存结构，显示的是前一时刻的扫描扇形回波，在FBO中计算当前时刻场景生成画面，双缓存交替显示形成回波动态扫描的结果；C4、调用OpenGL的读取像素函数；从计算机的显卡内存中读取场景的颜色值并保存到纹理缓冲器；读取当前时刻绘出的回波，即截取屏幕的宽度和高度,数据格式与类型，存储到GPU纹理缓冲器；C5、回波修正；本船位置O由导控中心传入数据实时更新，直角坐标系为该点的切平面，在雷达量程范围内，雷达回波(xe,ye)与DEM的某一小块区域重合；纹理缓冲器中DEM回波图像的地理坐标在屏幕坐标上投影f(K,L)，这幅图像的宽和高分别为K和L，裁剪为长方形，量程对应的回波像素点m×n，DEM对应回波图的范围左上角坐标右下角回波图左上角坐标(xL,yL)，右下角坐标(xR,yR)，本船DEM坐标本船回波图坐标(x0,y0)，在横轴和纵轴两个方向上计算两幅图的坐标映射，回波图与DEM在GPU片断中处理时坐标线性映射关系按照以下(1)式，由于纬度渐长率的影响，DEM数据纵轴每一个像素点代表的地理距离随纬度增加而递增，待修正的回波图在纵轴方向上等像素分割为Num个矩形区域，按照(1)式的方法消除纬度渐长率的影响；(1)式中：用DEM数据对回波修正的准则：1)DEM无回波数据的像素点，雷达只有扫描到标记的人工建筑才能产生回波；2)DEM与雷达都存在回波的像素点，用DEM的灰度值乘以回波值修正；3)DEM有回波数据而雷达无回波，用DEM的像素点修饰雷达回波的轮廓边界；滤波后雷达回波图由原来的多个不规则的四边形的二值图，修正为用灰度值填充的雷达回波图，灰度值越大，高程越高；C6、绘制雷达回波图像；航海雷达模拟器的不同工作模式通过对回波纹理坐标旋转实现；雷达模拟器的量程改变通过步骤C1中设定的量程值fRange实现，改变回波纹理坐标的缩放因子；C7、生成用户层数据，进行雷达标绘；在步骤C6后，雷达底层数据绘制完毕，通过模拟器鼠标与键盘操作完成目标录取及跟踪。