戰(zhàn)場復雜電磁環(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)的場景構成驅動和顯示展現引擎，根據戰(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，進行戰(zhàn)場電磁環(huán)境的可視化。它是系統(tǒng)實現戰(zhàn)場數字化虛擬的平臺，是仿真系統(tǒng)的框架基礎。虛擬場景仿真提供數字地圖的加載、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用的空間容器等功能。
進行虛擬場景仿真，可以采用現有的視景仿真平臺、場景渲染驅動、三維建模軟件等成熟技術，并在此基礎上進行系統(tǒng)開發(fā)。利用現有日趨完善的GIS(數字地理信息系統(tǒng))技術，可以直接加載實際地圖數據，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。上述技術應用廣泛，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，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行分析建模；還需結合仿真中其他因素的物理電磁屬性，如考慮數字地圖中地形地貌的電波反射系數、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)的虛擬成員生成驅動和數字描述方案，主要是對電子兵力的三維模型建立和進行屬性描述與數字裝訂，其提供輻射源對象的電磁屬性數字描述和三維顯示模型。
如何在虛擬的數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。電子兵力的生成要根據實際戰(zhàn)場中的電子輻射武器來進行分析考慮，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、天線極化方式等進行說明外，還需要對輻射源工作時間、天線俯仰角、電子設備的損耗等相關電波輻射參數進行考查。然后，對這些屬性描述進行電子兵力數字裝訂。
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用的融合與聯接，其提供給仿真軟件整體運行的驅動力，是仿真系統(tǒng)運行的“導演”。綜合計算分析主要是進行項目的運行與管理、關聯調用其他模塊、電磁傳播的計算與分析、結果報告的生成與顯示。
3 仿真關鍵技術
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，還需要接收設備的電參量等與電波輻射相關的信息。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R為反射波場強與入射波場強的比值(是一個復數)，表示為：
對于水平極化和垂直極化的反射系數Rh和Rv分別由如下公式計算：
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