CN113569446B - 基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法及系统 - Google Patents

基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法及系统，包括对部署区域三维空间和对防空雷达水平探测方位进行网格离散化，基于真实地形高程数据，获得不同探测方位角内考虑地形遮蔽角、地球曲率的雷达实际作用距离，实现对雷达可部署位置和雷达全方位空间探测的定量描述，通过不同部署位置防空雷达与全部三维空间网格点的覆盖属性判断，计算出各型雷达的空间覆盖体积和多种雷达组网后的整体空间覆盖体积。以雷达空间覆盖体积最大化为目标，采用优化算法对防空雷达部署位置进行优化求解。本发明提供的防空雷达优化部署方法有效减少防空雷达低空覆盖盲区，实现对低空突防目标尽早发现尽早拦截，提高防空体系的低空作战效能。

Description

基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法及系统
技术领域
本发明涉及防空雷达领域，具体地，涉及一种基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法及系统。
背景技术
在丘陵、山地、高原等地区，受地球曲率、地形遮蔽角等因素影响，防空雷达对低空突防目标作用距离大幅缩小，导致防空火力拦截次数减少和防空效能严重下降。目前防空雷达部署方法将立体空间简化为二维平面，未考虑真实地形地貌条件下高程数据对防空雷达搜索发现、跟踪距离的影响，适用范围有限。因此迫切需要建立考虑地形遮蔽角、地球曲率和地理条件的防空雷达部署优化模型，获得三维空间覆盖体积最大化的防空雷达部署方案，提高防空雷达对低空突防目标的作战效能。
在公开号为CN111709584A的中国专利文献中，公开了一种基于人工蜂群算法的雷达组网优化部署方法，包括以下步骤：步骤1)初始化蜜源，包括初始化算法各参数、初始化蜜源中的各雷达位置和计算蜜源适应度；步骤2)跟随蜂选择蜜源；步骤3)跟随蜂尝试更新蜜源中的雷达部署位置；步骤4)引领蜂尝试更新对应蜜源中的雷达部署位置；步骤5)迭代计算，重复步骤2)-4)，直至计算达到指定迭代次数退出，其最优的蜜源位置即为最终结果。但是该专利文献中未考虑真实高程数据、地形遮蔽角、地球曲率和地理条件对防空雷达作用距离的影响，在丘陵、山地、高原等复杂地形地区适用范围有限。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法及系统。
根据本发明提供的一种基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法，包括以下步骤：
步骤S1：基于三维空间网格离散化方法，用网格对连续的部署区域三维空间进行分割，将网格线与真实地形的交叉点作为可选防空雷达部署位置；
步骤S2：以可选防空雷达部署位置为中心，用射线对防空雷达水平探测方位进行网格离散化划分；
步骤S3：基于真实地形高程数据，遍历计算可选防空雷达部署位置处防空雷达不同离散方位角下地形遮蔽角和雷达实际最大作用距离，获得防空雷达的全方位探测性能矩阵；
步骤S4：通过判断可选防空雷达部署位置与三维空间网格点相对方位角、相对俯仰角、相对距离是否满足防空雷达探测条件，遍历完成所有三维空间网格点与雷达可选防空雷达部署位置的覆盖属性判断；
步骤S5：多种防空雷达在该部署区域内进行组网探测，重复步骤S3和步骤S4的执行，直至计算出每种防空雷达的全方位探测性能矩阵，判断每种雷达所在部署位置对全部三维空间网格点的覆盖属性，计算防空雷达组网探测在整个三维空间中的覆盖体积；
步骤S6：以防空雷达组网探测在整个三维空间网格中的探测体积最大化为目标，采用优化算法对多种防空雷达的部署位置进行优化。
优选的，所述步骤S1中，基于三维空间网格离散化方法对连续部署区域三维空间进行离散分割，获得数量有限的可选防空雷达部署位置，并根据真实地理条件设置地形部署条件矩阵。
优选的，所述步骤S3中，根据考虑地形遮蔽角的雷达实际最大作用距离、地球曲率的雷达的最大作用距离、雷达最大功率作用距离，取三者最小值为该探测方位角对应的雷达实际最大作用距离。
优选的，所述步骤S4中的防空雷达探测条件包括：若相对俯仰角小于等于地形遮蔽角且该三维空间网格点在地形之上且相对距离小于等于雷达实际最大作用距离，则判断该三维空间网格点能被部署位置的雷达探测。
优选的，所述步骤S6中，建立基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署模型，采用优化算法进行求解，所述优化算法包括遗传算法。
根据本发明提供的一种基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署系统，包括以下模块：
模块M1：基于三维空间网格离散化方法，用网格对连续的部署区域三维空间进行分割，将网格线与真实地形的交叉点作为可选防空雷达部署位置；
模块M2：以可选防空雷达部署位置为中心，用射线对防空雷达水平探测方位进行网格离散化划分；
模块M3：基于真实地形高程数据，遍历计算可选防空雷达部署位置处防空雷达不同离散方位角下地形遮蔽角和雷达实际最大作用距离，获得防空雷达的全方位探测性能矩阵；
模块M4：通过判断可选防空雷达部署位置与三维空间网格点相对方位角、相对俯仰角、相对距离是否满足防空雷达探测条件，遍历完成所有三维空间网格点与雷达可选防空雷达部署位置的覆盖属性判断；
模块M5：多种防空雷达在该部署区域内进行组网探测，重复模块M3和模块M4的执行，直至计算出每种防空雷达的全方位探测性能矩阵，判断每种雷达所在部署位置对全部三维空间网格点的覆盖属性，计算防空雷达组网探测在整个三维空间中的覆盖体积；
模块M6：以防空雷达组网探测在整个三维空间网格中的探测体积最大化为目标，采用优化算法对多种防空雷达的部署位置进行优化。
优选的，所述模块M1中，基于三维空间网格离散化方法对连续部署区域三维空间进行离散分割，获得数量有限的可选防空雷达部署位置，并根据真实地理条件设置地形部署条件矩阵。
优选的，所述模块M3中，根据考虑地形遮蔽角的雷达实际最大作用距离、地球曲率的雷达的最大作用距离、雷达最大功率作用距离，取三者最小值为该探测方位角对应的雷达实际最大作用距离。
优选的，所述模块M4中的防空雷达探测条件包括：若相对俯仰角小于等于地形遮蔽角且该三维空间网格点在地形之上且相对距离小于等于雷达实际最大作用距离，则判断该三维空间网格点能被部署位置的雷达探测。
优选的，所述模块M6中，建立基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署模型，采用优化算法进行求解，所述优化算法包括遗传算法。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明基于三维地形高程数据，获得考虑真实地貌条件、地球曲率和地形遮蔽因素的覆盖体积最大化的防空雷达部署方案，有效减少防空雷达低空覆盖盲区，实现对低空突防目标尽早发现尽早拦截，提高防空体系的低空作战效能；
2、本发明对部署区域三维空间和对防空雷达水平探测方位进行网格离散化，基于真实地形高程数据，获得不同探测方位角内考虑地形遮蔽角、地球曲率等因素的雷达实际作用距离，实现对雷达可部署位置和雷达全方位空间探测的定量描述；
3、本发明以雷达空间覆盖体积最大化为目标，建立基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署模型，采用优化算法对防空雷达部署位置进行优化求解；以整体空间覆盖体积为优化指标，衡量多种防空雷达组网后对低空突防目标的防御效能，具有较高的合理性和可行性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法流程图；
图2为本发明实施例中三维空间网格点与雷达部署位置地形网格点的覆盖属性判断示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明基于基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法，参照图1，包括以下步骤：
步骤S1：根据雷达性能参数、真实地形地貌条件等实际情况，基于三维空间网格离散化方法，用一定大小、数量、形状的网格对连续部署区域三维空间进行分割。
步骤S2：根据真实部署区域的地形海拔高度数据，将网格线与真实地形的交叉点作为数量有限的可选防空雷达部署位置，根据真实地理条件设置地形部署条件矩阵。
步骤S3：以可选防空雷达部署位置为中心，用一定数量的射线对防空雷达水平探测方位角进行网格离散化划分，将该中心的可探测三维空间均分为若干区域。
步骤S4：遍历寻找每份探测方位角所对应地形网格点，获得该探测方位角内地形海拔高度最大值，计算该探测方位角内地形遮蔽角和考虑地形遮蔽角的雷达实际最大作用距离。
步骤S5：根据考虑地形遮蔽角的雷达实际最大作用距离、地球曲率的雷达的最大作用距离、雷达最大功率作用距离，取三者最小值为该探测方位角对应的雷达实际最大作用距离。
步骤S6：依次计算每份方位角对应的地形遮蔽角和雷达实际最大作用距离，最终获得该部署位置的雷达全方位作用性能矩阵。
步骤S7：遍历所有三维空间网格点，计算雷达可选防空雷达部署位置与三维空间网格点相对方位角、相对俯仰角、相对距离，基于雷达全方位作用性能矩阵，选取相对方位角对应的雷达某份探测方位角，若相对俯仰角小于等于地形遮蔽角且该三维空间网格点在地形之上且相对距离小于等于雷达实际最大作用距离，则判断该三维空间网格点能被部署位置的雷达探测，覆盖属性记为1，否则为0；遍历完成所有三维空间网格点与雷达可选防空雷达部署位置的覆盖属性判断，参照图2。
步骤S8：遍历可选防空雷达部署位置的整个探测三维空间网格点，筛选出覆盖属性为1的可被探测的三维空间网格点，累加三维空间网格点对应的三维空间网格单元体积，获得该防空雷达部署位置的三维空间覆盖体积。
步骤S9：多种防空雷达在该部署区域内进行组网探测时，重复步骤S3、步骤S4、步骤S5、步骤S6、步骤S7、步骤S8，计算每种防空雷达的全方位探测性能矩阵，判断每种雷达所在部署位置对全部三维空间网格点的覆盖属性。
步骤S10：遍历全部三维空间网格点，筛选出与任意防空雷达部署位置的覆盖属性为1的三维空间网格点(即被任意防空雷达探测)，累加计算这类三维空间网格点单元体积，获得除去重叠覆盖空间部分的多种防空雷达组网后的三维空间覆盖体积。
步骤S11：以防空多种防空雷达组网后的三维空间覆盖体积最大化为优化目标，以多种防空雷达的部署位置为优化变量，建立基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署模型，采用优化算法(如遗传算法)进行求解，实现雷达覆盖体积最大化、盲区最小化、尽早发现尽早跟踪和多次火力拦截。
综上，本发明对部署区域三维空间和对防空雷达水平探测方位进行网格离散化，基于真实地形高程数据，获得不同探测方位角内考虑地形遮蔽角、地球曲率等因素的雷达实际作用距离，实现对雷达可部署位置和雷达全方位空间探测的定量描述，通过不同部署位置防空雷达与全部三维空间网格点的覆盖属性判断，计算出各型雷达的空间覆盖体积和多种雷达组网后的整体空间覆盖体积。以雷达空间覆盖体积最大化为目标，建立基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署模型，采用优化算法对防空雷达部署位置进行优化求解；以整体空间覆盖体积为优化指标，衡量多种防空雷达组网后对低空突防目标的防御效能，具有较高的合理性和可行性。
与传统二维平面优化部署方法相比，本发明基于三维地形高程数据，获得考虑真实地貌条件、地球曲率和地形遮蔽因素的覆盖体积最大化的防空雷达部署方案，有效减少防空雷达低空覆盖盲区，实现对低空突防目标尽早发现尽早拦截，提高防空体系的低空作战效能。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：基于三维空间网格离散化方法，用网格对连续的部署区域三维空间进行分割，将网格线与真实地形的交叉点作为可选防空雷达部署位置；
步骤S2：以可选防空雷达部署位置为中心，用射线对防空雷达水平探测方位进行网格离散化划分；
步骤S3：基于真实地形高程数据，遍历计算可选防空雷达部署位置处防空雷达不同离散方位角下地形遮蔽角和雷达实际最大作用距离，获得防空雷达的全方位探测性能矩阵；
步骤S4：通过判断可选防空雷达部署位置与三维空间网格点相对方位角、相对俯仰角、相对距离是否满足防空雷达探测条件，遍历完成所有三维空间网格点与雷达可选防空雷达部署位置的覆盖属性判断；
步骤S5：多种防空雷达在该部署区域内进行组网探测，重复步骤S3和步骤S4的执行，直至计算出每种防空雷达的全方位探测性能矩阵，判断每种雷达所在部署位置对全部三维空间网格点的覆盖属性，计算防空雷达组网探测在整个三维空间中的覆盖体积；
步骤S6：以防空雷达组网探测在整个三维空间网格中的探测体积最大化为目标，采用优化算法对多种防空雷达的部署位置进行优化。
2.根据权利要求1所述的基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法，其特征在于：所述步骤S1中，基于三维空间网格离散化方法对连续部署区域三维空间进行离散分割，获得数量有限的可选防空雷达部署位置，并根据真实地理条件设置地形部署条件矩阵。
3.根据权利要求1所述的基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法，其特征在于：所述步骤S3中，根据考虑地形遮蔽角的雷达实际最大作用距离、地球曲率的雷达的最大作用距离、雷达最大功率作用距离，取三者最小值为该探测方位角对应的雷达实际最大作用距离。
4.根据权利要求1所述的基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法，其特征在于：所述步骤S4中的防空雷达探测条件包括：若相对俯仰角小于等于地形遮蔽角且该三维空间网格点在地形之上且相对距离小于等于雷达实际最大作用距离，则判断该三维空间网格点能被部署位置的雷达探测。
5.根据权利要求1所述的基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署方法，其特征在于：所述步骤S6中，建立基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署模型，采用优化算法进行求解，所述优化算法包括遗传算法。
6.一种基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署系统，其特征在于，包括以下模块：
模块M1：基于三维空间网格离散化方法，用网格对连续的部署区域三维空间进行分割，将网格线与真实地形的交叉点作为可选防空雷达部署位置；
模块M2：以可选防空雷达部署位置为中心，用射线对防空雷达水平探测方位进行网格离散化划分；
模块M3：基于真实地形高程数据，遍历计算可选防空雷达部署位置处防空雷达不同离散方位角下地形遮蔽角和雷达实际最大作用距离，获得防空雷达的全方位探测性能矩阵；
模块M4：通过判断可选防空雷达部署位置与三维空间网格点相对方位角、相对俯仰角、相对距离是否满足防空雷达探测条件，遍历完成所有三维空间网格点与雷达可选防空雷达部署位置的覆盖属性判断；
模块M5：多种防空雷达在该部署区域内进行组网探测，重复模块M3和模块M4的执行，直至计算出每种防空雷达的全方位探测性能矩阵，判断每种雷达所在部署位置对全部三维空间网格点的覆盖属性，计算防空雷达组网探测在整个三维空间中的覆盖体积；
模块M6：以防空雷达组网探测在整个三维空间网格中的探测体积最大化为目标，采用优化算法对多种防空雷达的部署位置进行优化。
7.根据权利要求6所述的基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署系统，其特征在于：所述模块M1中，基于三维空间网格离散化方法对连续部署区域三维空间进行离散分割，获得数量有限的可选防空雷达部署位置，并根据真实地理条件设置地形部署条件矩阵。
8.根据权利要求6所述的基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署系统，其特征在于：所述模块M3中，根据考虑地形遮蔽角的雷达实际最大作用距离、地球曲率的雷达的最大作用距离、雷达最大功率作用距离，取三者最小值为该探测方位角对应的雷达实际最大作用距离。
9.根据权利要求6所述的基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署系统，其特征在于：所述模块M4中的防空雷达探测条件包括：若相对俯仰角小于等于地形遮蔽角且该三维空间网格点在地形之上且相对距离小于等于雷达实际最大作用距离，则判断该三维空间网格点能被部署位置的雷达探测。
10.根据权利要求6所述的基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署系统，其特征在于：所述模块M6中，建立基于三维空间网格离散化的防空雷达优化部署模型，采用优化算法进行求解，所述优化算法包括遗传算法。
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