CN109405834A - 一种基于数字地图的遮蔽角实时解算方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于数字地图的遮蔽角实时解算方法以及系统，所述方法包括以下步骤：根据行动区域建立以传感器站址为中心的数字地图；计算所述数字地图中的每个方位角所对应的遮蔽角；在给定海拔高度上判断传感器在所述数字地图中的每个方位角上的探测是否被遮蔽；根据判断结果得到传感器对给定海拔高度的实际最大探测距离；基于目标的实时位置信息得到传感器对目标的最大探测距离。本发明能够解决目前传感器实际探测距离的计算受到地形遮蔽数据需事先测量的限制，未能利用地图数据实时计算且计算精度不够的问题。

Description

一种基于数字地图的遮蔽角实时解算方法以及系统

技术领域

本发明涉及工程应用技术领域，特别是涉及一种基于数字地图的遮蔽角实时解算方法以及系统。

背景技术

目前在工程应用上主要采用装订已测量的地形遮蔽数据进行遮蔽角的计算，这种方法受测量数据范围的限制，缺乏动态调整的能力，无法满足传感器根据目标位置进行实时遮蔽计算的需求，并且，预先装订遮蔽数据使得数据精度是确定不变的，不能根据使用需求进行灵活定制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字地图的遮蔽角实时解算方法以及系统，能够解决目前传感器实际探测距离的计算受到地形遮蔽数据需事先测量的限制，未能利用地图数据实时计算且计算精度不够的问题。

为达到上述目的，本发明第一方面提出一种基于数字地图的遮蔽角实时解算方法，包括以下步骤：

根据行动区域建立以传感器站址为中心的数字地图；

计算所述数字地图中的每个方位角所对应的遮蔽角；

在给定海拔高度上判断传感器在所述数字地图中的每个方位角上的探测是否被遮蔽；

根据判断结果得到传感器对给定海拔高度的实际最大探测距离；

基于目标的实时位置信息得到传感器对目标的最大探测距离。

优选地，所述根据行动区域建立以传感器站址为中心的数字地图包括：

将行动区域的方位角数据转换至地理坐标系；

将转换至地理坐标系的方位角数据转换至以传感器站址为中心的数字地图中。

优选地，所述计算所述数字地图中的每个方位角所对应的遮蔽角包括：

在所述数字地图中的每个方位角方向上进行等间隔取值得到间隔点；

利用插值方法得到每个方位角方向上的各个间隔点对应的高程数据；

通过每个方位角方向上的各个间隔点对应的高程数据得到每个方位角所对应的遮蔽角。

优选地，所述在给定海拔高度上判断传感器在所述数字地图中的每个方位角上的探测是否被遮蔽；包括：

预设一给定海拔高度；

计算所述给定海拔高度在以传感器站址为基准的每一个方位角上的相对高度；

将所述给定海拔高度在每一个方位角上的相对高度与该方位角上的遮蔽角对应的相对高度进行比较；

当所述给定海拔高度在每一个方位角的相对高度不大于该方位角上的遮蔽角对应的相对高度时，对于所述给定海拔高度，传感器在该方位角上没有被遮蔽；当所述给定海拔高度在每一个方位角的相对高度大于该方位角上的遮蔽角对应的相对高度时，对于所述给定海拔高度，传感器在该方位角上被遮蔽。

优选地，所述根据判断结果得到传感器对给定海拔高度的实际最大探测距离包括：

计算传感器最大探测投影水平距离；

根据所述传感器最大探测投影水平距离得到传感器对给定海拔高度的实际最大探测距离。

优选地，所述基于实时目标位置得到传感器对目标的最大探测距离包括：

获取目标的实时位置信息；

根据所述目标的实时位置信息计算所述目标所在的方位角；

根据所述目标的目标高度计算所述目标高度相对于所述传感器站址的相对高度；

根据所述相对高度以及所述目标所在的方位角得到传感器对目标的最大探测距离。

本发明第二方面提出一种基于数字地图的遮蔽角实时解算系统，包括：

数字地图构建模块，用于根据行动区域建立以传感器站址为中心的数字地图；

遮蔽角计算模块，用于计算所述数字地图中的每个方位角所对应的遮蔽角；

判断模块，用于在给定海拔高度上判断传感器在所述数字地图中的每个方位角上的探测是否被遮蔽；

传感器对给定海拔高度最大探测距离计算模块，用于根据判断结果得到传感器对给定海拔高度的实际最大探测距离；

传感器对目标最大探测距离计算模块，基于目标的实时位置信息得到传感器对目标的最大探测距离。

本发明第三方面提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的方法。

本发明第四方面提出一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述计算机可读存储介质在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述的方法。

本发明的有益效果如下：

本发明方法实现了基于数字地图的遮蔽角实时解算方法，可根据数字地图的表示方法，利用插值方法计算给定海拔高度下各个方位角上的多个遮蔽地形的遮蔽角，实现给定海拔高度下传感器在全方位上的最大实际探测距离的解算，从而可以根据目标实时位置信息计算其所属的方位角和相对高度，完成传感器对目标最大探测距离的实时解算，在工程上具有较好的应用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明中的一个实施例提出一种基于数字地图的遮蔽角实时解算方法的步骤流程图；

图2示出本发明中的又一个实施例提出一种基于数字地图的遮蔽角实时解算系统的结构框图；

图3示出本发明中的再一个实施例提出的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

图1示出本发明的一个实施例提出的一种基于数字地图的遮蔽角实时解算方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

S100、根据行动区域建立以传感器站址为中心的数字地图。

具体的，S100包括以下子步骤：

S101、将行动区域的方位角数据转换至地理坐标系。

S102、将转换至地理坐标系的方位角数据转换至以传感器站址为中心的数字地图中。

在本实施例的具体实施中，行动区域可由用户选择设定，根据用户选择的行动区域，在数字地图上取出以传感器站址(φ₀,λ₀,h₀)为中心O，以M×N为边长的网格化的数字地图。对于行动区域的每一个方位角度β_L，其中β_L∈(0°,360°]，不妨将该方位角在站心直角坐标系下取长度为的线段(可按照理论最大探测距离取值)，得到点在站心直角坐标系下XZ方向上的坐标。再利用坐标变换，将行动区域在站心直角坐标系下的方位角数据坐标转换为地理坐标系下，并平移到以传感器站址为中心的数字地图坐标系中，得到T点坐标(φ_k,λ_k,h_k)。

根据T点的经纬度坐标，判别其在数字地图中网格上的位置，具体步骤如下：

如果T点对应某个格网点B上，则可将T点坐标用数字地图上格网点的表示方法来表示，即V_pq＝{(x_pq,h_pq,z_pq)|x_pq＝p×ΔX,z_pq＝q×ΔZ}，其中，x_pq和z_pq分别表示T点在X和Z方向上的坐标，h_pq表示T点高程，p和q分别表示在数字地图X和Z方向上的行、列号，ΔX和ΔZ分别表示在数字地图X和Z方向的网格间隔；

如果T点不在格网点上，则T点一定在某个小网格中，不妨设T点在由格网点(i,j)、(i+1,j)、(i,j+1)和(i+1,j+1)组成的网格中。利用如下方法将T点近似到其所属网格的顶点上：

1)、如果|p-i|<|p-(i+1)|，则令p≈i；否则，令p≈i+1；

2)、如果|q-j|<|q-(j+1)|，则令q≈j，否则，令q≈j+1。不失一般性，设T点近似为格网点B(i,j)。

S200、计算所述数字地图中的每个方位角所对应的遮蔽角；

具体的，S200包括以下子步骤：

S201、在所述数字地图中的每个方位角方向上进行等间隔取值得到间隔点；

S202、利用插值方法得到每个方位角方向上的各个间隔点对应的高程数据；

S203、通过每个方位角方向上的各个间隔点对应的高程数据得到每个方位角所对应的遮蔽角。

本实施例的具体实施中，在数字地图的方位角β_L上，从O点向B点方向以作为间隔，将OB分为W等分，计算每个间隔点B_LK(K＝1,2,...,W)的二维位置坐标(i_K,j_K)及其相应的高程h_LK，具体步骤如下：

首先计算得到每个间隔点B_LK(i_K,j_K)在数字地图上的坐标

然后判别B_LK在格网上的位置，得到每个格网点对应的高程数据。具体步骤如下：

1)、如果B_LK在格网的某个格网点上，则取该格网对应的数字地图上的高程数据；

2)、如果B_LK不在格网点上，则B_LK一定在某个小格网中。不妨设B_LK在格网点(Pm,Pn)、(Pm+1,Pn)、(Pm,Pn+1)和(Pm+1,Pn+1)中，根据精度要求e，判别其是否可以近似为所属的格网中某个格网点上：

当|i_K-Pm|≤e或|i_K-(Pm+1)|≤e时，则令i_K＝Pm或i_K＝Pm+1；；

当|j_K-Pn|≤e或|j_K-(Pn+1)|≤e时，则令j_K＝Pn或j_K＝Pn+1。

于是，将B_LK点近似为其邻近的格网点(Pm,Pn)或(Pm+1,Pn)或(Pm,Pn+1)或(Pm+1,Pn+1)，则B_LK点的高程取为其近似的格网点对应的高程数据；

3)、如果B_LK不在格网点上，且B_LK与所属的格网中的格网点(Pm,Pn)、(Pm+1,Pn)、(Pm,Pn+1)和(Pm+1,Pn+1)在格网横纵方向上的精度都超过精度误差的要求，则在B_LK与格网点(Pm,Pn+1)和(Pm+1,Pn+1)连线的交点Q₁(i_K,Pn+1)上，利用插值方法计算得到Q₁点的高程

同理，在B_LK与格网点(Pm,Pn)和(Pm+1,Pn)连线的交点Q₂(i_K,Pn)上插值计算得到Q₂点高程

再利用插值方法计算得到B_LK点的高程h_LK

h_LK＝h_Q2+(j_K-Pn)(h_Q1-h_Q2)；

于是，得到B_LK点对应的遮蔽角为

因此，得到方位角β_L上的遮蔽数据(D_LK,ε_LK)，其中，D_LK＝K×ΔW。

S300、在给定海拔高度上判断传感器在所述数字地图中的每个方位角上的探测是否被遮蔽。

具体的，S300包括以下子步骤：

S301、预设一给定海拔高度；

S302、计算所述给定海拔高度在以传感器站址为基准的每一个方位角上的相对高度；

S303、将所述给定海拔高度在每一个方位角上的相对高度与该方位角上的遮蔽角对应的相对高度进行比较；

S304、当所述给定海拔高度在每一个方位角的相对高度不大于该方位角上的遮蔽角对应的相对高度时，对于所述给定海拔高度，传感器在该方位角上没有被遮蔽；当所述给定海拔高度在每一个方位角的相对高度大于该方位角上的遮蔽角对应的相对高度时，对于所述给定海拔高度，传感器在该方位角上被遮蔽。

在本实施例的具体实施中，给定海拔高度应当被理解为相对于海拔的高度，给定海拔高度可由用户自行进行选择设定，其具体数值本发明不做限定，具体的，对于每一个方位角度β_L，选取方位角β_L上的遮蔽角数据(D_LK,ε_LK)，将传感器探测水平遮蔽距离D_LK从小到大进行排序，得到D_L1≤D_L2≤…≤D_LW。R_max表示传感器理论最大探测距离，如果D_L1≥R_max，则得到最大探测距离为r_max＝R_max；否则，如果D_LK<R_max，则计算给定海拔高度在D_LK下的相对高度H_Lj，得到

其中，H_D表示给定海拔高度，H_r表示传感器站址海拔高度，R表示地球平均半径。

根据方位角β_L上遮蔽角数据(D_LK,ε_LK)(1≤K≤W)，取各遮蔽角对应的相对高度H′_Lj。对于所有的j(j＝1,2,...,W)，如果都满足H′_Lj≤H_Lj，则表示传感器对于给定海拔高度在β_L上没有被遮蔽；否则，若对于某个j，有H′_Lj>H_Lj，则表示传感器对于给定海拔高度在β_L上被遮蔽。

S400、根据判断结果得到传感器对给定海拔高度的实际最大探测距离。

具体的，S400包括以下子步骤：

S401、计算传感器最大探测投影水平距离；

S402、根据所述传感器最大探测投影水平距离得到传感器对给定海拔高度的实际最大探测距离。

在本实施例的具体实施中，当H′_Lj≤H_Lj时，表示传感器在给定海拔高度的该方位角上没有被遮蔽，根据遮蔽角数据(D_LK,ε_LK)(K＝1,2,...,W)中最大遮蔽角ε_Ln，计算传感器最大探测投影水平距离D_Ln，具体计算方法如下。

对于给定海拔高度H_D，有：

整理得到：

若H_D-H_r-H′_Lj≥0，则计算得到：

否则，若H_D-H_r-H′_Lj<0，则令D′_Ln＝D_Ln。因此，得到该方向的传感器实际最大探测距离：

r_max＝min(D′_Ln,R_max)；

当H′_Lj>H_Lj时，表示传感器在该位置上被遮蔽，则计算对于i(i＝1,2,...,j)时，对应的遮蔽数据(D_Li,ε_Li)中最大遮蔽角ε_Ls下的探测距离D′_Ls(s＝1,2,...,j)，具体计算方法如下：

如果最大的遮蔽角即为j，则D′_Ls对应的高度H_Ls等于H_Lj，即H_Ls＝H_Lj。则该方向最大探测距离为r_max＝D_Lj。

如果j≠s，则得到

求解上面方程，若H_D-H_r-H′_Lj≥0，计算得到：

当有多个最大遮蔽角时，则取最小的j所对应的遮蔽角进行计算，计算方法同上。

否则，若H_D-H_r-H′_Lj<0，则令D′_Ls＝D_Lj。于是，得到该方向的传感器实际最大探测距离：

r_max＝min(D′_Ls,D_j)。

S500、基于目标的实时位置信息得到传感器对目标的最大探测距离。

具体的，所述S500包括以下子步骤：

S501、获取目标的实时位置信息；

S502、根据所述目标的实时位置信息计算所述目标所在的方位角；

S503、根据所述目标的目标高度计算所述目标高度相对于所述传感器站址的相对高度；

S504、根据所述相对高度以及所述目标所在的方位角得到传感器对目标的最大探测距离。

在本实施例的具体实施中，获取目标的实时位置信息可以通过传感器来实现，具体的，目标的实时位置信息是三维的，包括有经度坐标信息、纬度坐标信息以及高度坐标信息，首先，利用坐标转换模型，将目标在北天东坐标系下的坐标信息(x_mb,y_mb,z_mb)转换为地理坐标系下的坐标信息(L_mb,B_mb,H_mb)。然后，根据目标的实时位置信息计算其所在的方位角β_mb，计算过程如下：

若z_mb≥0且x_mb>0，则

若x_mb<0，则

若z_mb≤0且x_mb>0，则

若z_mb>0且x_mb＝0，则

若z_mb<0且x_mb＝0，则

若z_mb＝0且x_mb＝0，则β_mb＝0。

令：

将目标所在的方位角从弧度转换为度，其中θ_mb∈(0°,360°]。

考虑目标特性，计算传感器对于目标的最大探测距离R_D，得到：

其中，RCS表示传感器反射截面积，默认值为2。根据给出的目标高度，计算目标高度相对于传感器站址的相对高度，得到

其中

再根据目标所在的方位角θ_mb，利用与S300和S400相同的方法，计算得到基于目标的实时位置信息得到传感器对目标的最大距离探测。其中，在S300和S400的计算过程中，令R_max＝R_D。

本发明可根据数字地图的表示方法，利用插值方法计算给定海拔高度下各个方位角上的多个遮蔽地形的遮蔽角，实现给定海拔高度下传感器在全方位上的最大实际探测距离的解算，从而可以根据目标的实时位置信息计算其所属的方位角和相对高度，完成传感器对目标最大探测距离的实时解算，在工程上具有较好的应用价值。

图2示出本发明的另一个实施例提出的一种基于数字地图的遮蔽角实时解算系统，如图2所示，所述系统包括：

数字地图构建模块，用于根据行动区域建立以传感器站址为中心的数字地图；

遮蔽角计算模块，用于计算所述数字地图中的每个方位角所对应的遮蔽角；

判断模块，用于在给定海拔高度上判断传感器在所述数字地图中的每个方位角上的探测是否被遮蔽；

传感器对给定海拔高度最大探测距离计算模块，用于根据判断结果得到传感器对给定海拔高度的实际最大探测距离；

传感器对目标最大探测距离计算模块，基于目标的实时位置信息得到传感器对目标的最大探测距离。

本发明的再一个实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述基于数字地图的遮蔽角实时解算方法。如图3所示，适于用来实现本实施例提供的服务器的计算机系统，包括中央处理单元(CPU)，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(RAM)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还存储有计算机系统操作所需的各种程序和数据。CPU、ROM以及RAM通过总线被此相连。输入/输入(I/O)接口也连接至总线。

以下部件连接至I/O接口:包括键盘、鼠标等的输入部分；包括诸如液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分；包括硬盘等的存储部分；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分。通信部分经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至I/O接口。可拆卸介质，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分。

特别地，提据本实施例，上文流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在计算机可读介质上的计算机程序，上述计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。

附图中的流程图和示意图，图示了本实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或示意图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，上述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，示意图和/或流程图中的每个方框、以及示意和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括获取模块、计算模块、检测模块等。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。例如，计算模块还可以被描述为“服务器”。

作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中所述装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入终端中的计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本发明的基于数字地图的遮蔽角实时解算方法。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种基于数字地图的遮蔽角实时解算方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据行动区域建立以传感器站址为中心的数字地图；

计算所述数字地图中的每个方位角所对应的遮蔽角；

在给定海拔高度上判断传感器在所述数字地图中的每个方位角上的探测是否被遮蔽；

根据判断结果得到传感器对给定海拔高度的实际最大探测距离；

基于目标的实时位置信息得到传感器对目标的最大探测距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据行动区域建立以传感器站址为中心的数字地图包括：

将行动区域的方位角数据转换至地理坐标系；

将转换至地理坐标系的方位角数据转换至以传感器站址为中心的数字地图中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述数字地图中的每个方位角所对应的遮蔽角包括：

在所述数字地图中的每个方位角方向上进行等间隔取值得到间隔点；

利用插值方法得到每个方位角方向上的各个间隔点对应的高程数据；

通过每个方位角方向上的各个间隔点对应的高程数据得到每个方位角所对应的遮蔽角。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在给定海拔高度上判断传感器在所述数字地图中的每个方位角上的探测是否被遮蔽包括：

预设一给定海拔高度；

计算所述给定海拔高度在以传感器站址为基准的每一个方位角上的相对高度；

将所述给定海拔高度在每一个方位角上的相对高度与该方位角上的遮蔽角对应的相对高度进行比较；

当所述给定海拔高度在每一个方位角的相对高度不大于该方位角上的遮蔽角对应的相对高度时，对于所述给定海拔高度，传感器在该方位角上没有被遮蔽；当所述给定海拔高度在每一个方位角的相对高度大于该方位角上的遮蔽角对应的相对高度时，对于所述给定海拔高度，传感器在该方位角上被遮蔽。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据判断结果得到传感器对给定海拔高度的实际最大探测距离包括：

计算传感器最大探测投影水平距离；

根据所述传感器最大探测投影水平距离得到传感器对给定海拔高度的实际最大探测距离。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于实时目标位置得到传感器对目标的最大探测距离包括：

获取目标的实时位置信息；

根据所述目标的实时位置信息计算所述目标所在的方位角；

根据所述目标的目标高度计算所述目标高度相对于所述传感器站址的相对高度；

根据所述相对高度以及所述目标所在的方位角得到传感器对目标的最大探测距离。

7.一种基于数字地图的遮蔽角实时解算系统，其特征在于，包括：

数字地图构建模块，用于根据行动区域建立以传感器站址为中心的数字地图；

遮蔽角计算模块，用于计算所述数字地图中的每个方位角所对应的遮蔽角；

判断模块，用于在给定海拔高度上判断传感器在所述数字地图中的每个方位角上的探测是否被遮蔽；

传感器对给定海拔高度最大探测距离计算模块，用于根据判断结果得到传感器对给定海拔高度的实际最大探测距离；

传感器对目标最大探测距离计算模块，基于目标的实时位置信息得到传感器对目标的最大探测距离。

8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述计算机可读存储介质在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。