CN110807831A - 一种基于最小单元碰撞检测的传感器覆盖范围计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于最小单元碰撞检测的传感器覆盖范围计算方法,属于传感器覆盖范围技术领域,包括S1:建立自由条件下传感器三维探测模型,选取栅格化尺度,构建由最小化单元组成的三维传感器覆盖范围模型;S2:根据DEM数据提供的左下角点坐标、采样间隔、行列数得到每个格网的区域范围;S3:选取相同栅格化尺度,对DEM区域的三维空间范围,构建由相同最小单元组成的DEM高程模型;S4:采用碰撞检测方法对两个模型中的最小单元进行相交检测,得出地形影响下的实际传感器覆盖有效范围。本发明简化了计算方法的复杂程度,有效计算出在地形影响下传感器覆盖有效范围或在自由条件下多传感器覆盖有效范围。
Description
技术领域
本发明属于传感器覆盖范围技术领域,涉及一种基于最小单元碰撞检测的传感器覆盖范围计算方法。
背景技术
低空探测主要采用传感器探测低空飞行物体,其中主要涉及的传感器有雷达、光学传感器等。传感器探测范围的确定是低空探测的重点研究目标。目前,针对传感器覆盖范围计算方法的研究主要分为基于几何地理要素的计算方法以及基于性能指标的计算方法两大类:基于几何地理要素的计算方法主要考虑了地形地物对传感器覆盖范围计算方法的影响;基于性能指标的计算方法可以综合考虑多种环境因素对传感器覆盖范围计算方法的影响。其中,基于几何地理要素是低空探测必须考虑的问题,目前已有相关学者和工程技术人员在地形地物对传感器覆盖范围的影响开展研究工作。
然而,现有计算方法考虑地形影响后,需要不断计算从传感器中心点出发的射线与数字高程模型(Digital Elevation Model,简称DEM)表面的相交运算,即变成了三维空间中的线面相交问题,计算量大且计算方法复杂度高。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种基于最小单元碰撞检测的传感器覆盖范围计算方法,该计算方法在计算地形影响下的传感器覆盖范围时,将传感器覆盖范围和地形数据的覆盖范围均栅格化最小单元体,将空间线-面相交运算、面-面相交运算转化为基于碰撞检测的最小单元体的相交运算,将复杂的运算变得简单。该计算方法同样可以应用于多传感器覆盖范围计算。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种基于最小单元碰撞检测的传感器覆盖范围计算方法,包括以下步骤:
S1:基于几何计算方法建立自由条件下传感器三维探测模型,选取适当的栅格化尺度,按照水平方向和垂直方向,将传感器的三维空间范围分割为多个底面为固定单元格的最小单元体,构建由最小化单元组成的三维传感器覆盖范围模型;
S2:根据数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据提供的左下角点坐标、采样间隔、行列数等参数,依次计算出每个格网上表面4个顶点的经纬高坐标,得到每个格网的区域范围;
S3:DEM区域范围按照步骤S1中选取相同的栅格化尺度,对DEM区域的三维空间范围按照水平方向和垂直方向,分割为多个底面为固定单元格的最小单元体,构建为由相同最小单元组成的DEM高程模型;
S4:采用碰撞检测方法对三维传感器覆盖范围模型和DEM高程模型中的最小单元进行相交检测,得出地形影响下的实际传感器覆盖有效范围。
进一步,步骤S4中,所述碰撞检测方法的相交检测过程包括:
定义包围盒,即定义为包含三维传感器覆盖范围模型或DEM高程模型,且各边平行于坐标轴的最小的六面体,包围盒确定过程为:分别计算组成对象的基本几何元素集合中各个元素的顶点的x、y、z坐标的最大值和最小值;三维传感器覆盖范围模型和DEM高程模型相交,则包围两个模型的包围盒相交,两个包围盒在x、y、z三个坐标轴上的投影区间均重叠,因此包围盒间的相交测试最多需要进行六次比较运算,具体包括以下步骤:
S41:对参与求交的两个由最小单元构建的三维传感器覆盖范围模型和DEM高程模型建立最小包围盒,并判断包围盒是否相交,如果两个模型包围盒相交并在三个坐标轴上的投影区间均重叠,则求出相交部分;否则,求交结束;
S42:分别遍历两个模型的所有最小单元,
判断它们是否位于两个包围盒的相交部分:
①若是,则判断该最小单元是否属于三维传感器覆盖范围模型:(a)若是,剔除该最小单元;(b)若不是,则进行下一步;
②若不是,则直接进行下一步;
S43:保存所属模型的最小单元。
进一步,步骤S1中所述的栅格化尺度并不唯一,需根据实际需求选择确定。
进一步,所述传感器为雷达,所述传感器三维探测模型为雷达覆盖模型,所述三维传感器覆盖范围模型为三维雷达覆盖范围模型。
本发明的有益效果在于:本发明将最小单元思想与碰撞检测计算方法相结合,突破了现有技术单一使用这两种思想的局限性,最小单元思想与碰撞检测计算方法优势互补,简化了计算方法的复杂程度,有效计算出在地形影响下传感器覆盖有效范围或在自由条件下多传感器覆盖有效范围。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作优选的详细描述,其中:
图1为DEM区域范围计算例图;
图2为DEM区域栅格化例图;
图3为相交检测计算方法流程图;
图4为相交部分示意图;
图5为去除重复部分剩余模型示意图;
图6为雷达覆盖范围与DEM高程范围栅格化三维截面示意图;
图7为多雷达覆盖范围栅格化三维截面示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中,附图仅用于示例性说明,表示的仅是示意图,而非实物图,不能理解为对本发明的限制;为了更好地说明本发明的实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供一种基于最小单元碰撞检测的传感器覆盖范围计算方法,以雷达覆盖范围为例:
针对地形影响下的雷达覆盖范围计算:
步骤1:基于几何计算方法建立自由条件下雷达覆盖模型,根据实际应用的需求,选取适当的栅格化尺度(该尺度并不唯一,需根据实际需求确定),按照水平方向和垂直方向,将其分割为一个个底面为固定单元格的最小单元体,构建由最小化单元组成的三维雷达覆盖范围模型;栅格化尺度的选取是多尺度统一建模的基础;
步骤2:数字高程模型(Digital Elevation ModelDEM区域范围计算。根据DEM数据提供的左下角点坐标、采样间隔、行列数等参数,依次计算出每个格网上表面4个顶点的经纬高坐标,得到每个格网的区域范围;以图1为例:
由局部放大图所示:左下角坐标(2.4,2.0),根据坐标间格为0.2计算,可得由(2.4,2.0),(2.2,2.0),(2.2,2.2),(2.4,2.0)组成网格区域所对应高程为0.125,其它网格依次类推。DEM区域范围计算例图如图1所示。
步骤3:DEM区域范围按照步骤1中选取适当的栅格化尺度,对DEM区域的三维空间范围按照水平方向和垂直方向,将其分割为一个个底面为固定单元格的最小单元体,构建为相同最小单元组成的DEM高程模型;DEM区域栅格化图例如图2所示。
步骤4:将采用层次包围盒方法(AABB)对模型中的最小单元进行相交检测,最终得出地形影响下的实际雷达探测有效范围。其中,碰撞检测方法的相交过程:
(1)定义本发明中涉及的碰撞检测方法的包围盒,即定义为包含该对象且各边平行于坐标轴的最小的六面体。包围盒确定过程为:分别计算组成对象的基本几何元素集合中各个元素的顶点的x、y、z坐标的最大值和最小值。
(2)若本发明中涉及两个模型相交,则其两个包围盒相交并当且仅当它们在3个坐标轴上的投影区间均重叠,因此包围盒间的相交测试最多需要六次比较运算。
(3)针对本发明中的设计相交检测计算方法,如图3所示:
A.对参与求交的两个由最小单元构建的模型建立最小包围盒,并判断包围盒是否相交。如果相交(两个模型包围盒相交并在3个坐标轴上的投影区间均重叠),求出相交部分;否则,求交结束。相交部分如图4所示,其中区域D即为两个模型的相交区域;
B.分别遍历两个模型的所有最小单元,判断它们是否于两个包围盒相交的部分,如果不是,则判断是否为传感器模型,若是,直接剔除该最小单元,若否,则直接进行下一步。去除重复部分剩余模型如图5所示,去除了图4中的相交区域D,得到剩余模型。
C.保存所属模型的最小单元。
D.结束。
若为自由条件下,多传感器覆盖范围计算:
去除步骤2和步骤3即可。
如图6所示为雷达覆盖范围与DEM高程范围栅格化三维截面示意图,如图7所示为多雷达覆盖范围栅格化三维截面示意图。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种基于最小单元碰撞检测的传感器覆盖范围计算方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:基于几何计算方法建立自由条件下传感器三维探测模型,选取适当的栅格化尺度,按照水平方向和垂直方向,将传感器的三维空间范围分割为多个底面为固定单元格的最小单元体,构建由最小化单元组成的三维传感器覆盖范围模型;
S2:根据数字高程模型DEM数据提供的左下角点坐标、采样间隔、行列数,依次计算出每个格网上表面4个顶点的经纬高坐标,得到每个格网的区域范围;
S3:DEM区域范围按照步骤S1中选取相同的栅格化尺度,对DEM区域的三维空间范围按照水平方向和垂直方向,分割为多个底面为固定单元格的最小单元体,构建为由相同最小单元组成的DEM高程模型;
S4:采用碰撞检测方法对三维传感器覆盖范围模型和DEM高程模型中的最小单元进行相交检测,得出地形影响下的实际传感器覆盖有效范围。
2.根据权利要求1所述的基于最小单元碰撞检测的传感器覆盖范围计算方法,其特征在于:步骤S4中,所述碰撞检测方法的相交检测过程包括:
定义包围盒,即定义为包含三维传感器覆盖范围模型或DEM高程模型,且各边平行于坐标轴的最小的六面体,包围盒确定过程为:分别计算组成对象的基本几何元素集合中各个元素的顶点的x、y、z坐标的最大值和最小值;三维传感器覆盖范围模型和DEM高程模型相交,则包围两个模型的包围盒相交,两个包围盒在x、y、z三个坐标轴上的投影区间均重叠,因此包围盒间的相交测试最多需要进行六次比较运算,具体包括以下步骤:
S41:对参与求交的两个由最小单元构建的三维传感器覆盖范围模型和DEM高程模型建立最小包围盒,并判断包围盒是否相交,如果两个模型包围盒相交并在三个坐标轴上的投影区间均重叠,则求出相交部分;否则,求交结束;
S42:分别遍历两个模型的所有最小单元,
判断它们是否位于两个包围盒的相交部分:
①若是,则判断该最小单元是否属于三维传感器覆盖范围模型:(a)若是,剔除该最小单元;(b)若不是,则进行下一步;
②若不是,则直接进行下一步;
S43:保存所属模型的最小单元。
3.根据权利要求1所述的基于最小单元碰撞检测的传感器覆盖范围计算方法,其特征在于:步骤S1中所述的栅格化尺度并不唯一,需根据实际需求选择确定。
4.根据权利要求1所述的基于最小单元碰撞检测的传感器覆盖范围计算方法,其特征在于:所述传感器为雷达,所述传感器三维探测模型为雷达覆盖模型,所述三维传感器覆盖范围模型为三维雷达覆盖范围模型。
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GR01 | Patent grant | ||
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