引信对地海背景可见面元确定方法

1.本发明属于引信探测技术领域，特别是涉及一种引信对地海背景可见面元确定方法。


背景技术：

2.由于现代的低空和超低空雷达技术的迅猛发展，在低空甚至是超低空的环境下对舰载雷达、海面漂浮雷达等目标实施精准有效的打击时，对地面、海面等复杂环境的精准探测成为了必不可少的环节。在复杂地、海环境的干扰下，如何有效地探测并打击目标成为低空任务中的一个重大课题。
3.可见面元是指地、海建模仿真背景下，引信探测场范围内可探测到的、对环境回波信号贡献的面元。
4.现阶段的低空探测实验一般是使用实物代替目标，在真实试验场环境进行探测交会实验，而在低空探测仿真实验中采用弹目之间的距离小于引信探测距离的方法仿真并获取可见面元。
5.然而，在低空执行实验任务时，成本高、时间周期长、环境要求高，而在传统软件平台仿真时，在对地面、海面进行探测的过程中由于引信探测的局部照射效应，在引信波束与环境面元的相交处，面元的中心点的随机性会导致计算出的该面元贡献程度与实际偏差太大，精度降低。此外，为了提升精度而过多处理面元会导致运行效率降低，无法保证仿真的实时性，从而得出错误的仿真结果，给后续的信号处理过程中提供的可见面元可参考性大大降低。
6.总之，现有技术存在的问题是：确定引信对地海背景可见面元时，精度不够高、效率低下。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种引信对地海背景可见面元确定方法，精度高、效率低高能够降低实验任务的成本，提升传统实验仿真方法的精度与效率。
8.实现本发明目的的技术解决方案为：
9.一种引信对地海背景可见面元确定方法，包括如下步骤：
10.(10)初始参数获取：划分满足远场条件的地、海网格面元，获取引信的探测场初始参数和地、海环境模型的初始参数；
11.(20)构建地海环境引信探测场扩展模型：根据所述引信探测场初始参数，构建引信探测场模型，然后扩展该模型后得到地海环境引信探测场扩展模型，并按照判定条件区分内部面元和边界面元；
12.(30)地海环境探测场边界面元处理：根据所述探测场扩展模型确定的探测场范围，对地、海环境边界面元分别进行细分处理，确定递归调用次数后对地、海环境边界面元进行递归细分；
13.(40)地海环境探测场自适应处理：根据递归细分后的边界面元对引信探测区是否可见及是否被其它面元遮挡，对其进行自适应处理，得到对环境回波有贡献的引信对地海背景可见面元。
14.本发明与现有的传统实验相比，其显著优点有：
15.1、可见面元精度提高：本发明提出的引信探测地、海环境探测场扩展模型，提升探测场边界探测范围从而保证了引信探测场边界处面元的完整性，另外修正了边界处的引信探测方法，即区分了内部面元和边界面元，内部面元是指完全在引信探测场范围内的环境面元，边界面元是指引信探测场扩展模型的探测场范围内除了内部面元之外的环境面元，然后针对边界面元采用递归细分算法，对细分之后的小面元进行探测判断及计算，使得引信对地海背景探测场边界出的可见面元的精度大为提高；
16.2、效率提高：本发明提出的地、海环境探测场范围内的内部面元处理方法，采用简单高效的中心点判断法，不必同边界面元一样递归细分迭代增加运算量，从而保证了整个算法的效率性。
17.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
18.图1为本发明引信对地海背景可见面元确定方法的主流程图。
19.图2为图1中构建地海环境引信探测场扩张模型步骤的流程图。
20.图3为图1中地海环境探测场的边界面元处理步骤的流程图。
21.图4为边界面元细分处理示意图。
22.图5为图1中地海环境探测场的可见面元判定步骤的流程图。
具体实施方式
23.如图1所示，本发明引信对地海背景可见面元确定方法，包括如下步骤：
24.(10)初始参数获取：划分满足远场条件的地、海网格面元，获取引信的探测场初始参数和地、海环境模型的初始参数；
25.所述(10)初始参数获取步骤包括：
26.(11)划分满足远场条件的地、海网格面元：在近场条件下按照微波段中划分模型表面准则，即划分面元数不小于模型表面面积与模型面元最大线性尺寸平方一半的比值，来划分环境网格面元以满足远场条件；
27.引信探测属于近场环境，这时引信与地、海环境模型面元之间的距离r和地、海环境模型面元的最大线性尺寸d属于同一个量级，不再满足远场条件。按照下式微波段中划分模型表面的准则，可以使地、海网格面元尺寸满足远场条件，进而可以将模型表面的小面元当作点目标来处理。如果假设模型表面面积为s，n为面元表面划分的面元数，则微波段中划分模型表面的准则为：
[0028][0029]
除此之外，为了使得到的模型和实际情况更为贴切，可以在模型表面曲率变化小时少划分一些面元，模型表面曲率变化大的地方多划分一些面元，小面元的最大尺寸最好
小于距离典型值的十分之一；
[0030]
(12)获取引信探测场初始参数：获取引信探测场初始参数，包括：引信的作用距离laserr，单位m，弹径missileradius，单位m，引信波束倾角theta1，单位度，引信波束厚度theta2，单位度，引信中心偏移量fuse_cntr，单位m，弹轴矢量missile_axis_dir，无单位，引信的偏航角phi_m，单位度，引信的俯仰角theta_m，单位度，引信的滚转角gama_m，单位度；
[0031]
(13)获取地海环境模型初始参数：获取地、海环境模型初始参数，包括：地形海拔rnd，单位m，海面的波动等级range，无单位，地面的高度ter_height单位m，海面的高度sea_height，单位m，地形系数a：ter_a，无单位，地形系数b：ter_b，无单位，地形系数beta0：ter_beta0，无单位以及地，海三角面元的顶点坐标矢量point1，point2，point3，三角面元的法向量normal、表示是否被遮挡的shelter标志位和表示环境面元类型的sea/ter标志位。
[0032]
(20)构建地海环境引信探测场扩展模型：根据所述引信探测场初始参数，构建引信探测场模型，然后扩展该模型后得到地海环境引信探测场扩展模型，并按照判定条件区分内部面元和边界面元；
[0033]
如图2所示，所述(20)构建地海环境引信探测场扩展模型步骤包括：
[0034]
(21)构建引信探测场模型：根据所述引信探测场初始参数，确定引信波束倾角和厚度，将倾角波束沿波束与引信纵轴的夹角方向分别向内外旋转引信波束厚度的一半，即构成单个方向上的探测场，将单方向探测场绕引信纵轴旋转一周，即可得到初始参数对应的引信探测场模型；
[0035]
(22)区分面元位置：将所述引信探测场扩展模型加以扩展，得到引信探测场扩展模型，根据所述引信探测场扩展模型，将面元区分为内部面元和边界面元；
[0036]
在引信探测算法中将引信与中心点的矢量与弹轴矢量间的夹角判断扩展一定的范围，即[theta1-3*theta2，theta1+3*theta2]，同时作用距离也延长至原先作用距离的1.2倍，即1.2*laserr，这样该探测场扩展模型就涵盖了引信探测场边界处的所有环境面元，保证了后续探测结果的精确性。
[0037]
在上述情况下，可以根据判定条件的不同来区分内部面元和边界面元，即：
[0038]
linedir＝vdir(get_face_center(temp_face[i].point1,temp_face[i].point2,te mp_face[i].point3),fuse_cntr)；
[0039]
linedir1＝vdir(temp_face[i].point1,fuse_cntr)；
[0040]
linedir2＝vdir(temp_face[i].point2,fuse_cntr)；
[0041]
linedir3＝vdir(temp_face[i].point3,fuse_cntr)；
[0042]
a＝agbv1(linedir,missile_axis_dir)*180.0/m_pi；
[0043]
a1＝agbv1(linedir1,missile_axis_dir)*180.0/m_pi；
[0044]
a2＝agbv1(linedir2,missile_axis_dir)*180.0/m_pi；
[0045]
a3＝agbv1(linedir3,missile_axis_dir)*180.0/m_pi；
[0046]
上述表达式中，linedir为第i个面元中心点与引信偏移处连线矢量，而后面的linedir1、linedir2、linedir3则分别是该面元的第1、2、3个顶点与引信偏移处连线矢量，a为linedir与弹轴的夹角，a1为linedir1与弹轴的夹角，a2为linedir2与弹轴的夹角，a3为linedir3与弹轴的夹角。
[0047]
a《＝thetaa+3*thetab&&a》＝thetaa-3*thetab&&absv(linedir)《1.2*thetac，theta表示引信波束倾角，thetab表示引信波束厚度，thetac表示引信作用距离。当该条件满足时，则包含了探测场扩展模型的所有面元，在这种情况下满足下面条件时表明该面元为内部面元，否则该面元为边界面元。
[0048]
a1《＝thetaa+thetab/2&&a1》＝thetaa-thetab/2&&absv(linedir1)《thetac&&
[0049]
a2《＝thetaa+thetab/2&&a2》＝thetaa-thetab/2&&absv(linedir2)《thetac&&a3《＝thetaa+thetab/2&&a3》＝thetaa-thetab/2&&absv(linedir3)《theta
[0050]
(30)地海环境探测场边界面元处理：根据所述探测场扩展模型确定的探测场范围，对地、海环境边界面元分别进行细分处理，确定递归调用次数后对地、海环境边界面元进行递归细分；
[0051]
如图3所示，所述(30)地、海环境探测场的边界面元处理步骤包括：
[0052]
(31)边界面元细分:对边界面元区分为地边界面元和海边界面元，分别按下述过程进行细分处理，
[0053]
将一个三角面元每个边的中心点连接划分为四个小三角面元，在定义小三角面元的顶点时，当point1确定后，point2和point3的确定要根据统一的顺序(例如统一使用逆时针)，这样保证了生成的小三角面元的法向量是统一的，以免造成后续统计结果的不准确，如图4所示；
[0054]
(32)边界面元递归细分：根据对统计结果精确性和工程仿真效率性的要求，对所述边界面元做递归细分。
[0055]
根据不同的情境可能对统计结果的精确性和工程仿真的效率性要求不同，用户可根据实际情况决定递归细分的次数creattime，即每次调用细分函数后，creattime要减一，然后再次调用细分函数即可实现一个三角面元多次细分成小三角面元，此时要借助一个全新的容器mostnew，每次递归前要清除该容器中数据，放入细分后的三角面元数据后在进行下一次递归调用时调用当前mostnew容器，即create_triangle(mostnew)，create_triangle即为递归细分函数；
[0056]
(40)地海环境探测场自适应处理：根据递归细分后的边界面元对引信探测区是否可见及是否被其它面元遮挡，对其进行自适应处理，得到对环境回波有贡献的引信对地海背景可见面元。
[0057]
先将递归细分后的小面元进行引信探测区判断，添加内部面元后将所有面元(内部面元和递归细分后的边界小面元)由近到远排序，应用中心点探测法，即只有引信探测点与面元中心点的矢量连线之间不存在面元时判定为可见面元，剔除不作贡献的无效面元。
[0058]
如图5所示，所述(40)地海环境探测场自适应处理步骤包括：
[0059]
(41)引信探测区可见面元提取：将递归细分后对引信探测场可见的边界面元纳入引信探测区可见面元集合；
[0060]
建立一个新容器visiable_mix_new，按照中心点探测法来判断边界递归细分后的小三角面元是否处于探测区范围内，在探测区范围内就将该面元放入该容器中，最后为了后续的可见面元遮挡判断需要将内部大面元也放入该容器；
[0061]
(42)遮挡面元剔除：将所述引信探测区可见面元集合中所有面元由近到远排序，从最远的面元开始逐一进行遮挡判断，如果引信与该面元中心点的连线被其他面元遮挡，
则判定该面元为不可见面元，将其剔除，判定流程结束后仍在集合中的面元则为对环境回波有贡献的引信对地海背景可见面元。
[0062]
将放入visiable_mix_new容器中的所有面元由近到远排序，从最远的面元开始判断，如果引信与该面元中心点的连线被其他面元遮挡，则判定该面元为无效面元，即将该面元的shelter标志位更改为true，放入visiable_mix_see容器中，直至遍历完该容器内的所有面元，至此该容器内面元就是对环境回波有贡献的可见面元。
[0063]
使用本发明方案，实现了一种引信对地海背景可见面元确定方法，相较于实地试验，降低了实物实验的成本，包括实物、时间周期等；相较于传统实验仿真方法，本发明提出的引信探测地、海环境探测场扩展模型，提升探测场边界探测范围，保证了引信探测场边界处面元的完整性。另外本发明方案修正了边界处的引信探测方法，即区分了内部面元和边界面元，针对边界面元采用递归细分算法，使得引信对地海背景探测场边界出的可见面元的精度大为提高，而内部面元采用简单高效的中心点判断法，保证了算法的效率。

技术特征：
1.一种引信对地海背景可见面元确定方法，其特征在于，包括如下步骤：(10)初始参数获取：划分满足远场条件的地、海网格面元，获取引信的探测场初始参数和地、海环境模型的初始参数；(20)构建地海环境引信探测场扩展模型：根据所述引信探测场初始参数，构建引信探测场模型，然后扩展该模型后得到地海环境引信探测场扩展模型，并按照判定条件区分内部面元和边界面元；(30)地海环境探测场边界面元处理：根据所述探测场扩展模型确定的探测场范围，对地、海环境边界面元分别进行细分处理，确定递归调用次数后对地、海环境边界面元进行递归细分；(40)地海环境探测场自适应处理：根据递归细分后的边界面元对引信探测区是否可见及是否被其它面元遮挡，对其进行自适应处理，得到对环境回波有贡献的引信对地海背景可见面元。2.根据权利要求1所述的引信对地海背景可见面元确定方法，其特征在于，所述(10)初始参数获取步骤包括：(11)划分满足远场条件的地、海网格面元：在近场条件下按照微波段中划分模型表面准则划分环境网格面元以满足远场条件；(12)获取引信探测场初始参数：获取引信探测场初始参数，包括：引信的作用距离laserr，单位m，弹径missileradius，单位m，引信波束倾角theta1，单位度，引信波束厚度theta2，单位度，引信中心偏移量fuse_cntr，单位m，弹轴矢量missile_axis_dir，无单位，引信的偏航角phi_m，单位度，引信的俯仰角theta_m，单位度，引信的滚转角gama_m，单位度；(13)获取地海环境模型初始参数：获取地、海环境模型初始参数，包括：地形海拔rnd，单位m，海面的波动等级range，无单位，地面的高度ter_height单位m，海面的高度sea_height，单位m，地形系数a：ter_a，无单位，地形系数b：ter_b，无单位，地形系数beta0：ter_beta0，无单位以及地，海三角面元的顶点坐标矢量point1，point2，point3，三角面元的法向量normal、表示是否被遮挡的shelter标志位和表示环境面元类型的sea/ter标志位。3.根据权利要求2所述的引信对地海背景可见面元确定方法，其特征在于，所述(20)构建地海环境引信探测场扩展模型步骤包括：(21)构建引信探测场模型：根据所述引信探测场初始参数，确定引信波束倾角和厚度，将倾角波束沿波束与引信纵轴的夹角方向分别向内外旋转引信波束厚度的一半，即构成单个方向上的探测场，将单方向探测场绕引信纵轴旋转一周，即可得到初始参数对应的引信探测场模型；(22)区分面元位置：将所述引信探测场扩展模型加以扩展，得到引信探测场扩展模型，根据所述引信探测场扩展模型，将面元区分为内部面元和边界面元。4.根据权利要求3所述的引信对地海背景可见面元确定方法，其特征在于，所述(30)地、海环境探测场的边界面元处理步骤包括：(31)边界面元细分:对边界面元区分为地边界面元和海边界面元，分别按下述过程进行细分处理，将一个三角面元每个边的中心点连接划分为四个小三角面元，在定义小三角面元的顶
点时，当point1确定后，point2和point3的确定要根据统一的顺序，以保证生成的小三角面元的法向量是统一的；(32)边界面元递归细分：根据对统计结果精确性和工程仿真效率性的要求，对所述边界面元做递归细分。5.根据权利要求4所述的引信对地海背景可见面元确定方法，其特征在于，所述(40)地海环境探测场自适应处理步骤包括：(41)引信探测区可见面元提取：将递归细分后对引信探测场可见的边界面元纳入引信探测区可见面元集合；(42)遮挡面元剔除：将所述引信探测区可见面元集合中所有面元由近到远排序，从最远的面元开始逐一进行遮挡判断，如果引信与该面元中心点的连线被其他面元遮挡，则判定该面元为不可见面元，将其剔除，判定流程结束后仍在集合中的面元则为对环境回波有贡献的引信对地海背景可见面元。

技术总结
本发明公开一种引信对地海背景可见面元确定方法，精度高、效率高。本发明方法包括如下步骤：(10)初始参数获取：划分满足远场条件的地、海网格面元，获取探测场初始参数和模型初始参数；(20)构建地海环境引信探测场扩展模型：根据所述引信探测场初始参数，构建引信探测场模型，扩展得到地海环境引信探测场扩展模型，区分内部面元和边界面元；(30)地海环境探测场边界面元处理：根据扩展模型确定的探测场范围，对地、海环境边界面元分别进行递归细分；(40)地海环境探测场自适应处理：根据递归细分后的边界面元对引信探测区是否可见及是否被其它面元遮挡，对其进行自适应处理，得到对环境回波有贡献的引信对地海背景可见面元。境回波有贡献的引信对地海背景可见面元。境回波有贡献的引信对地海背景可见面元。


技术研发人员：庄志洪 刘帅帅 王宏波 孙雅兰 王珂
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/3/8