CN114996973A - 一种基于多域网格的电磁态势可视化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁态势可视化技术领域，具体公开了一种基于多域网格的电磁态势可视化系统及方法，包括表现层、业务层和数据层；业务层用于计算多域网格的中心坐标、功率信息和频率信息，绘制电磁态势数据，以及用于数据的接收和转发；表现层用于接收业务层发送的电磁态势数据，并显示电磁态势数据的二维和三维信息，以实现电磁态势的可视化；数据层用于存储所述电磁态势数据以及系统运行过程中产生的数据；该系统实现电磁态势时、空、频、能信息的全面展示。

Description

一种基于多域网格的电磁态势可视化系统及方法

技术领域

本发明涉及电磁态势可视化技术领域，具体涉及一种基于多域网格的电磁态势可视化系统及方法。

背景技术

国内外学者对电磁环境仿真有大量研究，研究主要热点为雷达探测范围仿真、无线通信电磁环境仿真、仿真可视化方法研究等；例如周桥等人在信息工程大学发表的电磁环境可视化系统的设计与开发[M]中研究了采用直接体绘制、面绘制和切片绘制的方法进行仿真，实现了某区域电磁态势分析结果的可视化，具有很好的仿真效果，但受硬件条件限制，不适合大数据量的电磁环境，绘制的实时性有待提高；冯晓萌、吴玲达等人在《系统仿真学报》上发表的基于CUDA架构的复杂电磁环境空间数据实时体绘制技术[J]中研究了基于CUDA架构来实现电磁场数据的生成与更新，并采用并行光线投射算法，来加快电磁场的渲染；安红等人在《太赫兹科学与电子信息学报》上发表的电磁信号环境仿真与可视化分析系统[J]中研究了对电磁信号从时间特征、频度特征、时频特征、分布特征4个维度进行可视化分析功能，能够较为全面的展现电磁环境信息，但未考虑环境因素的影响；赵金红等人在《指挥控制与仿真》上发表的一种战场区域电磁环境可视化表征方法[J]中研究了如何实现战场上电子设备在当前时刻、指定频率下对于整个作战区域能量分布情况的可视化；马良等人在《中国通信学会》上发表的复杂电磁环境三维态势展示方法研究[C]中设计了球形规则网格体数据组织模型，构建了复杂电磁环境的通用组织计算框架，研究运用等值线绘制算法、颜色映射切片绘制算法和光线投射算法三者相结合的可视化方法，从不同高度和不同方向切割电磁环境，不仅能直观感受复杂电磁环境的全貌，而且能观察对作战指挥最有影响的细节信息；郭淑霞等人在《西北工业大学学报》上发表的复杂战场电磁环境建模与电磁态势可视化技术[J]中研究了结合混合采样的雷达探测范围面绘制方法，在虚拟战场仿真平台实现了自由空间及干扰环境下雷达辐射源探测范围三维可视化以及多辐射源空间合成场强的态势展示；Chen Y等人在IEEE发表的3D Visualization of electromagneticenvironment[C]中研究讨论了几种基于GIS的关键技术，包括地形绘制，建筑物建模和电磁场可视化，引入Direct3D的几何Clipmap算法和网格接口，以实现电磁环境中的地形和建筑物的三维可视化和复杂场景中电磁环境数据的实时渲染；Zhang X等人在IEEE发表的Research on visualization simulation of electromagnetic in complexenvironments[C]中提出了一种电磁环境三维可视化技术，能够充分展示空间电磁信号的类型，性质和分布，但不能够实现实施绘制和分析。

虽然国内外对电磁态势生成都做了大量的研究，且已经取得了相当的研究成果，但是仍存在如下不足：

（1）相应研究比较分散化，导致无法完全展示电磁态势在时域、频域、空域、能域等的要素与特点；（2）无法有效展现多个维度之间的关联性，如场强和频率的关联、时间和频率的关联等；（3）可视化模型难以直观地展现电磁态势信息。

而且目前电磁态势的仿真主要以计算机软件仿真为主，该方法采用计算机同时对辐射源、仿真实物和仿真场景进行数据建模，将整个系统放在计算机中模拟实现，使这个仿真过程在模拟的真实场景中进行，使用相关计算公式进行仿真计算得到结果数据；低轨卫星系统卫星数量大，分布在近地空间中，借助可视化技术，能够将所有的卫星及其覆盖范围在空间中显示出来；然而现有的电磁态势可视化系统无法满足仿真过程中大量卫星的覆盖范围、运动轨迹的实时计算和更新，以及使用多域网格工具等这些要求；因此，如何将各电磁态势信息连贯起来并保持电磁态势的时空一致性，构建合适的可视化模型是目前亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在运用多域网格对电磁态势在时域、空域、频域和能域信息进行统一表征，即本发明的第一个目的是提供一种基于多域网格的电磁态势可视化系统，该系统以多域网格为底层数据组织方式，实现电磁态势时、空、频、能信息的全面展示，在服务端嵌入卫星仿真子模块、网格算法（计算）子模块、态势绘制子模块等，保证了态势的实时性和高效性；同时，以动态链接库的形式调用功能模块，以数据流的形式实现各模块之间的交互，使得电磁态势可视化系统具有很强的扩展性，能够装载其他的处理和分析模块。

本发明的第二个目的是提供一种基于多域网格的电磁态势可视化方法，该方法通过多域网格将电磁态势信息（数据）的时域、频域、空域和能域信息有效地结合起来，实现在空间上的多尺度表达；在该方法中，以多域网格的空域信息作为可视化的主体，其他表征域信息与空间网格建立映射关系，从而使得每个网格都存储了完备的电磁信息，实现了电磁态势表征的多维度一致性。

本发明所采用的第一个技术方案是：一种基于多域网格的电磁态势可视化系统，包括表现层、业务层和数据层；

所述业务层用于计算多域网格的中心坐标、功率信息和频率信息，绘制电磁态势数据，以及用于数据的接收和转发；

所述表现层用于接收业务层发送的电磁态势数据，并显示电磁态势数据的二维和三维信息，以实现电磁态势的可视化；

所述数据层用于存储所述电磁态势数据以及系统运行过程中产生的数据。

优选地，所述表现层包括界面逻辑控制模块、数据人机交互模块和可视化展示模块；

所述界面逻辑控制模块用于实现界面各按钮、窗体、文本控件的响应逻辑，以保证各个控件之间的链接正确有序；

所述数据人机交互模块用于判断用户的鼠标和键盘输入，并将输入的相应指令或数据传递给所述业务层；

所述可视化展示模块用于将接收到的电磁态势数据转化为二维和三维信息，并在界面渲染表达。

优选地，所述业务层包括逻辑函数接口、电磁态势绘制模块、功能模块和数据接口模块；

所述逻辑函数接口用于与表现层交互；

所述电磁态势绘制模块用于接收数据接口模块转发的数据，并进行绘制以获得电磁态势数据，将电磁态势数据通过逻辑函数接口传输给表现层；

所述功能模块用于计算多域网格的中心坐标和地球表面电磁信息，并发送给数据接口模块；

所述数据接口模块用于接收和转发数据。

优选地，所述电磁态势绘制模块包括数据处理子模块、态势计算子模块和态势绘制子模块；其中，

所述数据处理子模块用于接收数据接口模块发送的数据，将接收的数据进行筛选和转换处理，并将已处理数据传送给态势计算子模块；

所述态势计算子模块用于基于已处理的所有多域网格中心坐标和地球表面电磁信息进行计算以获得各个多域网格的电磁信息，并将所述各个多域网格的电磁信息传送给态势绘制子模块；

所述态势绘制子模块用于基于各个多域网格的电磁信息进行绘制从而获得电磁态势数据，并将电磁态势数据通过逻辑函数接口传输给表现层。

优选地，所述态势计算子模块执行以下操作以获得各个多域网格的电磁信息：

基于已处理的所有多域网格中心坐标和地球表面的功率信息数据，通过自由空间传播模型进行计算获得各个多域网格的功率信息；

基于已处理的所有多域网格中心坐标和地球表面的频率信息获得各个多域网格的频率信息。

优选地，所述功能模块包括网格计算子模块和卫星仿真子模块；

所述网格计算子模块用于计算多域网格的中心坐标，所述卫星仿真子模块用于计算地球表面电磁信息；

其中，所述网格计算子模块执行以下操作获得多域网格的中心坐标：

（1）获取卫星的高度信息，以计算卫星电磁的覆盖范围；

（2）以卫星电磁的覆盖范围为边界，基于相邻网格中心点之间的经纬度步长和高度步长获得电磁覆盖范围内的所有网格的中心坐标。

优选地，所述数据接口模块包括外部数据接口、内部数据接口、地理信息数据接口和数据库访问接口；

所述外部数据接口用于接收和发送外部文件；

所述内部数据接口用于接收功能模块发送的数据并转发至数据处理子模块或数据层，用于接收数据层的数据并转发至功能模块或数据处理子模块，还用于将数据处理模块及功能模块的数据转发至数据层进行存储；

所述地理信息数据接口用于接收和发送地理信息数据；

所述数据库访问接口用于与数据层进行数据传输。

优选地，所述数据层包含数据库和标准化数据接口；

所述标准化数据接口用于实现对数据库的读写操作；

所述数据库用于存储获取的场景信息和卫星的电磁信息。

优选地，所述表现层还用于获取地球表面任一多域网格的功率-频率关系，并显示地球上任一多域网格的频率和功率信息。

本发明所采用的第二个技术方案是：一种基于多域网格的电磁态势可视化方法，包括以下步骤：

S100：获取卫星的高度信息，以计算卫星电磁的覆盖范围；

S200：基于所述卫星电磁的覆盖范围获取范围内任一时刻所有多域网格的中心坐标，获得地球表面的功率信息和频率信息；

S300：基于所述所有多域网格中心坐标和地球表面的功率信息，通过自由空间传播模型进行计算获得各个多域网格的功率信息；基于所述所有多域网格中心坐标和地球表面的频率信息获得各个多域网格的频率信息；

S400：基于所有多域网格的中心坐标、功率信息和频率信息绘制电磁态势数据，并显示电磁态势数据的二维和三维信息，从而实现电磁态势的可视化。

上述技术方案的有益效果：

（1）本发明公开的基于多域网格的电磁态势可视化系统基于OSG和OSGEarth引擎，该系统以多域网格为底层数据组织方式，实现电磁态势时、空、频、能信息的全面展示，在服务端嵌入卫星仿真子模块、网格算法（计算）子模块、态势绘制子模块等，保证了态势的实时性和高效性；同时，以动态链接库的形式调用功能模块，以数据流的形式实现各模块之间的交互，使得电磁态势可视化系统具有很强的扩展性，能够装载其他的处理和分析模块；电磁态势可视化系统通过加载数据库和外部的高程信息、地形信息和影像信息等，能够模拟出较为真实的三维空间环境，实现对低轨卫星及星座在复杂电磁环境下的态势显示。

（2）由于电磁信息数据量大，维度高且复杂多变，传统的电磁态势可视化方式，往往忽视电磁态势信息各个维度之间的关联，研究较为分散和片面；而本发明公开的基于多域网格的电磁态势可视化方法通过多域网格，将电磁态势信息的时域、频域、空域和能域信息有效地结合起来，同时以多域网格的空域信息作为可视化的主体，其他三个表征域信息与空间网格建立映射关系，从而使得每个网格都存储了完备的电磁信息，实现了电磁态势表征的多维度一致性。

（3）本发明能够根据需要，改变多域网格的层级，从而改变观测的粒度大小，实现电磁态势在空间中的多尺度分布展示。

（4）本发明将空间中传统的距离计算转换成两个网格之间的网格数目计算，丰富了可视化模型的信息表达。

（5）本发明基于多域网格的思想，实现了低轨卫星的电磁覆盖范围的可视化。

附图说明

图1为本发明的一个实施例提供的一种基于多域网格的电磁态势可视化系统的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的电磁态势可视化系统的表现层功能示意图；

图3为本发明的一个实施例提供的卫星仿真模块流程示意图；

图4为本发明的一个实施例提供的数据接口模块功能示意图；

图5为本发明的一个实施例提供的数据库组织示意图；

图6为本发明的一个实施例提供的一种基于多域网格的电磁态势可视化方法的流程示意图；

图7为本发明的一个实施例提供的一种基于多域网格的电磁态势可视化方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

图1为本发明的一个实施例提供的一种基于多域网格的电磁态势可视化系统，包括表现层、业务层和数据层；其中，表现层是系统的前端界面，用于接收业务层发送的电磁态势数据，并显示电磁态势数据的二维和三维信息，从而实现电磁态势的可视化；业务层包含系统的核心要素，主要用于计算多域网格的中心坐标、功率信息和频率信息，绘制电磁态势数据以及数据的接收和转发等；数据层是系统架构的最底层，用于存储系统所需的数据以及运行过程中产生的数据，还用于访问数据库。

如图2所示，表现层包括界面逻辑控制模块、数据人机交互模块和可视化展示模块；其中，界面逻辑控制模块用于负责实现界面各按钮、窗体、文本等控件的响应逻辑，保证各个控件之间的链接正确有序；数据人机交互模块用于负责判断用户的鼠标和键盘输入，继而将输入的相应指令或数据传递给同层次的其他模块或业务层；可视化展示模块用于将接收到的电磁态势数据转化为二维和/或三维信息（图形、动画），并在界面渲染表达，包括场景搭建、卫星仿真、网格绘制和电磁态势等的显示，显示卫星在空间中的电磁覆盖或卫星对地球表面的电磁覆盖。

用户通过数据人机交互模块，主要以按钮、参数控制、鼠标点选二三维场景和鼠标滚轮控制等方式，调用界面逻辑控制模块实现界面的顺序呈现，或向业务层发起请求，调用相应的功能模块，并根据返回的消息和数据做出可视化响应。

业务层包括逻辑函数接口、电磁态势绘制模块、功能模块和数据接口模块；逻辑函数接口用于与表现层交互，即业务层通过逻辑函数接口与表现层交互；电磁态势绘制模块用于接收数据接口模块转发的数据，并进行绘制获得电磁态势数据，将电磁态势数据通过逻辑函数接口传输给表现层进行可视化；功能模块用于计算多域网格的中心坐标和地球表面电磁信息（功率信息、频率信息等），并将多域网格的中心坐标和地球表面电磁信息等数据发送给数据接口模块；数据接口模块用于接收和转发数据。

电磁态势绘制模块包括数据处理子模块、态势计算子模块、态势绘制子模块和其他绘制子模块；其中，数据处理子模块用于接收数据接口模块发送的数据，将接收的数据进行筛选和转换处理，以使处理后的数据符合态势绘制的需要，并将处理后的数据（已处理数据）输入态势计算子模块；态势计算子模块用于根据输入的已处理数据（已处理的所有多域网格中心坐标和地球表面电磁信息数据）进行计算获得各个多域网格的电磁信息，各个多域网格的电磁信息包括但不限于功率信息和频率信息；并将各个多域网格的电磁信息输入态势绘制子模块或其他绘制子模块；态势绘制子模块和其他绘制子模块均用于基于各个多域网格的电磁信息进行绘制从而获得电磁态势数据，并将电磁态势数据通过逻辑函数接口传输给表现层进行可视化。

态势计算子模块执行以下操作获得各个多域网格的电磁信息：

根据已处理的所有多域网格中心坐标和地球表面的功率信息数据，通过自由空间传播模型进行计算获得各个多域网格的功率信息；基于所有多域网格中心坐标和地球表面的频率信息（卫星的频率信息）获得电磁覆盖该多域网格的频率信息（各个多域网格的频率信息）。

态势绘制子模块或其他绘制子模块执行以下操作绘制电磁态势数据：

根据上述计算得到的每个多域网格的中心坐标确定网格在三维场景中的空间位置；电磁信息中每个多域网格的功率信息决定了多域网格的颜色深浅；同时结合电磁态势可视化系统中的地形地貌图和高程影像图反映了地球表面的基本信息，运用高程信息能够绘制矢量线与地面的关系，在三维地球场景中绘制所有多域网格以得到电磁态势数据；多域网格能够贴合地表地形，增强可视化效果，国界、省界等测绘信息与卫星电磁覆盖范围相结合，使得可视化更具实际意义和价值，增强可读性。

通过电磁态势绘制模块绘制电磁态势可视化模型，并在三维场景中进行可视化展示，该模型以卫星为顶点，以地面电磁覆盖的圆形区域为地面，整体近似圆锥体，椎体由许多紧密排列的小立方体组合而成；立方体的大小代表了观测的最小粒度，认为立方体范围内部具有统一的电磁信息，由于这些立方体存在于空域，同时存储了各个时刻的频域和能域信息，将电磁信息在时、空、频、能等表征域的信息联合起来，因此称之为多域网格；每个立方体的颜色代表该网格的功率大小，椎体整体呈现渐变效果。

功能模块包括网格计算子模块和卫星仿真子模块；网格计算子模块用于计算多域网格的中心坐标，卫星仿真子模块用于计算地球表面电磁信息，多域网格中心坐标和地球表面电磁信息数据由数据接口模块转发到电磁态势绘制模块绘制形成电磁态势数据，最终在表现层进行可视化；

网格计算子模块执行以下操作获得多域网格的中心坐标：

（1）获取卫星的高度信息，以计算卫星电磁的覆盖范围；

通过卫星的两行根数，运用SGP4模型能获取卫星在选定时刻的高度；卫星电磁覆盖范围的角半径通过以下公式获得：

式中，

为卫星电磁覆盖范围的角半径；R为地球半径；h为卫星高度；θ为卫星对地观测角半径，即卫星、观测点连线与卫星、星下点连线的夹角；E为地面对卫星的观测仰角。

其中，以地面对卫星的观测仰角E作为确定卫星电磁覆盖范围的条件，在观测点P、地心O和卫星S的平面内，由三角关系可得：

（2）基于卫星电磁的覆盖范围获取范围内任一时刻所有多域网格的中心坐标；

以卫星电磁的覆盖范围为边界，基于相邻网格中心点之间的经纬度步长和高度步长获得电磁覆盖范围内的所有网格的中心坐标；其中，相邻网格中心点之间的经纬度步长通过以下公式表示：

式中，

为经纬度步长；

为网格层级，即划分网格的最小粒度；

高度步长通过以下公式表示：

式中，

为高度步长；

为网格层级，即划分网格的最小粒度；

为剖分的最大高度，其值为50638.82697201572km。

本发明能够根据需要改变多域网格的层级，从而改变观测的粒度大小，实现电磁态势在空间中的多尺度分布展示；同时，本发明将空间中传统的距离计算转换成两个网格之间的网格数目计算，丰富了可视化模型的信息表达。

卫星仿真子模块执行以下操作获得地球表面电磁信息：

获取卫星的频率和功率信息，从而得到卫星电磁覆盖范围内的地球表面电磁信息（功率信息和频率信息）。

如图3所示，卫星仿真子模块用于实现卫星仿真功能，卫星仿真功能提供卫星轨道计算、卫星电磁覆盖计算和地球表面电磁信息计算等服务，从而得到卫星仿真数据；通过用户交互界面将仿真所需的卫星模型导入场景；设置仿真的初始条件，初始数据经由卫星仿真子模块能够得到相应的输出数据，从而支持卫星仿真功能。

如图1和如图4所示，数据接口模块包括外部数据接口、内部数据接口、地理信息数据接口和数据库访问接口；外部数据接口用于接收和发送外部文件；内部数据接口用于接收功能模块发送的数据并转发至数据处理子模块或数据层，用于接收数据层的数据并转发至功能模块或数据处理子模块，还用于将数据处理模块及功能模块的数据转发至数据层进行存储；地理信息数据接口用于接收和发送地理信息数据；数据库访问接口用于与数据层的数据库进行数据传输。

数据层包含数据库和标准化数据接口；标准化数据接口用于实现对数据库的读写操作；数据库用于存储获取的场景信息和卫星的电磁信息；如图5所示，数据库包括地理信息库、卫星信息库、模型数据库、图标数据库和电磁信息库，地理信息库用于存储地理高程数据、地球影像和行政区边界数据，卫星信息库用于存储卫星基本信息和卫星轨道信息，模型数据库用于存储地表建筑模型和三维装备模型，图标数据库用于存储军标、二维图形数据和常用示意图标，电磁信息库用于存储电磁编码数据。

本发明基于OSG和OSGEarth引擎自行研发了一款电磁态势可视化系统，该系统以多域网格为底层数据组织方式，实现电磁态势时、空、频、能信息的全面展示，在服务端嵌入卫星仿真子模块、网格计算子模块、态势绘制子模块等，保证了态势的实时性和高效性；同时，以动态链接库的形式调用功能模块，以数据流的形式实现各模块之间的交互，使得电磁态势可视化系统具有很强的扩展性，能够装载其他的处理和分析模块；电磁态势可视化系统通过加载数据库和外部的高程信息、地形信息和影像信息等，能够模拟出较为真实的三维空间环境，实现对低轨卫星及星座在复杂电磁环境下的态势显示。

目前对电磁态势多域网格研究以空域为主，地球球体剖分格网是基于球体的一种可以无限细分，但又不改变形状的地球拟合格网，其三维空间剖分直接在地球参考椭球体上进行，有无缝覆盖全球、连续性和紧致性好的优势，更有利于全球地理信息多尺度组织、表达和综合分析；并且地球格网的离散性、层次性和全球连续性特征，既符合计算机对数据离散化处理的要求，又能够满足地理空间数据的全维组织和表达需求；电磁信息是地理空间信息的一部分，而地球球体剖分网格是研究地理信息数据的重要有效工具，能够很好的组织电磁三维数据场。

本发明中的多域网格在空域中的划分方式以GeoSOT网格（Geographiccoordinate Subdividing grid with One dimension integral coding on 2n-Tree）为主；该划分方式利用三次度、分、秒的经纬度拓展和高度维补充，以大地高为基准形成从地心到地表之上5万公里的实际地球物理空间表达结构；将该物理空间拓展为可不断以八叉树组织结构向下细分的数字空间，将传统的经纬度标识方式拓展为具有唯一标识的编码标识，且该方式具有两个显著特点，一是在两极地区采用环式新处理方式，在与经纬划分方式保持联系的同时避免了两极地区粒度变化急剧，面片粒度差距过大的问题，二是利用八叉树组织结构及实际物理空间的可继承性使得与实际物理空间一一对应的剖分编码所标识的信息空间具有继承关联性，可以实现“一次最小粒度建模，多层级关联”的威胁区表征能力，是实现物理空间和基于其上的雷达威胁区表征的一致性表达和计算要求的可行基础理论框架；该剖分方式具有二三维一致性剖分、多粒度继承性关联，剖分编码与实际物理空间相关联并且自身组织结构可以参与空间关系计算等优点。

进一步的，在一个实施例中，还包括获取地球表面任一多域网格的功率-频率关系，包括：各个多域网格中心的功率是通过自由空间传播模型计算获得，各个多域网格的频率由电磁覆盖该网格的卫星决定，分为L、S、C、X、Ku、K、Ka、红外、可见光、紫外十个频段，根据电磁覆盖该多域网格的卫星的信号所在频段，在多域网格处对各个频段的功率分别相加，得到多域网格的功率-频率关系；电磁态势可视化系统的表现层输出柱状图，横轴为各个频段，纵轴为功率大小，从而反映各个频段的功率叠加，能够显示地球上任一多域网格的频率和功率信息。

进一步的，在一个实施例中，还包括基于电磁态势可视化系统实时显示卫星电磁覆盖范围随卫星运动的变化情况。

实施例二

图6和图7为本发明的一个实施例提供的一种基于多域网格的电磁态势可视化方法，包括以下步骤：

S100：获取卫星的高度信息，以计算卫星电磁的覆盖范围；

S200：基于所述卫星电磁的覆盖范围获取范围内任一时刻所有多域网格的中心坐标，获得地球表面的功率信息和频率信息；

S300：基于所述所有多域网格中心坐标和地球表面的功率信息，通过自由空间传播模型进行计算获得各个多域网格的功率信息；基于所述所有多域网格中心坐标和地球表面的频率信息获得各个多域网格的频率信息；

S400：基于所有多域网格的中心坐标、功率信息和频率信息绘制电磁态势数据，并显示电磁态势数据的二维和三维信息，从而实现电磁态势的可视化。

本发明以多域网格为数据组织工具，获取卫星电磁覆盖范围内所有网格的电磁信息，最后基于电磁态势可视化系统，显示所有网格，实现了低轨卫星电磁覆盖范围电磁态势的二维和三维展示。

由于电磁信息数据量大，维度高且复杂多变，传统的电磁态势可视化方式，往往忽视电磁态势信息各个维度之间的关联，研究较为分散和片面；而本发明通过多域网格，将电磁态势信息（数据）的时域、频域、空域和能域信息有效地结合起来，在可视化方案中，以多域网格的空域信息作为可视化的主体，其他三个表征域信息与空间网格建立映射关系，从而使得每个网格都存储了完备的电磁信息，实现了电磁态势表征的多维度一致性。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于多域网格的电磁态势可视化系统，其特征在于，包括表现层、业务层和数据层；

所述业务层用于计算多域网格的中心坐标、功率信息和频率信息，绘制电磁态势数据，以及用于数据的接收和转发；

所述表现层用于接收业务层发送的电磁态势数据，并显示电磁态势数据的二维和三维信息，以实现电磁态势的可视化；

所述数据层用于存储所述电磁态势数据以及系统运行过程中产生的数据。

2.根据权利要求1所述的电磁态势可视化系统，其特征在于，所述表现层包括界面逻辑控制模块、数据人机交互模块和可视化展示模块；

所述界面逻辑控制模块用于实现界面各按钮、窗体、文本控件的响应逻辑，以保证各个控件之间的链接正确有序；

所述数据人机交互模块用于判断用户的鼠标和键盘输入，并将输入的相应指令或数据传递给所述业务层；

所述可视化展示模块用于将接收到的电磁态势数据转化为二维和三维信息，并在界面渲染表达。

3.根据权利要求1所述的电磁态势可视化系统，其特征在于，所述业务层包括逻辑函数接口、电磁态势绘制模块、功能模块和数据接口模块；

所述逻辑函数接口用于与表现层交互；

所述电磁态势绘制模块用于接收数据接口模块转发的数据，并进行绘制以获得电磁态势数据，将电磁态势数据通过逻辑函数接口传输给表现层；

所述功能模块用于计算多域网格的中心坐标和地球表面电磁信息，并发送给数据接口模块；

所述数据接口模块用于接收和转发数据。

4.根据权利要求3所述的电磁态势可视化系统，其特征在于，所述电磁态势绘制模块包括数据处理子模块、态势计算子模块和态势绘制子模块；其中，

所述数据处理子模块用于接收数据接口模块发送的数据，将接收的数据进行筛选和转换处理，并将已处理数据传送给态势计算子模块；

所述态势计算子模块用于基于已处理的所有多域网格中心坐标和地球表面电磁信息进行计算以获得各个多域网格的电磁信息，并将所述各个多域网格的电磁信息传送给态势绘制子模块；

所述态势绘制子模块用于基于各个多域网格的电磁信息进行绘制从而获得电磁态势数据，并将电磁态势数据通过逻辑函数接口传输给表现层。

5.根据权利要求4所述的电磁态势可视化系统，其特征在于，所述态势计算子模块执行以下操作以获得各个多域网格的电磁信息：

基于已处理的所有多域网格中心坐标和地球表面的功率信息数据，通过自由空间传播模型进行计算获得各个多域网格的功率信息；

基于已处理的所有多域网格中心坐标和地球表面的频率信息获得各个多域网格的频率信息。

6.根据权利要求3所述的电磁态势可视化系统，其特征在于，所述功能模块包括网格计算子模块和卫星仿真子模块；

所述网格计算子模块用于计算多域网格的中心坐标，所述卫星仿真子模块用于计算地球表面电磁信息；

其中，所述网格计算子模块执行以下操作获得多域网格的中心坐标：

（1）获取卫星的高度信息，以计算卫星电磁的覆盖范围；

（2）以卫星电磁的覆盖范围为边界，基于相邻网格中心点之间的经纬度步长和高度步长获得电磁覆盖范围内的所有网格的中心坐标。

7.根据权利要求3所述的电磁态势可视化系统，其特征在于，所述数据接口模块包括外部数据接口、内部数据接口、地理信息数据接口和数据库访问接口；

所述外部数据接口用于接收和发送外部文件；

所述内部数据接口用于接收功能模块发送的数据并转发至数据处理子模块或数据层，用于接收数据层的数据并转发至功能模块或数据处理子模块，还用于将数据处理模块及功能模块的数据转发至数据层进行存储；

所述地理信息数据接口用于接收和发送地理信息数据；

所述数据库访问接口用于与数据层进行数据传输。

8.根据权利要求1所述的电磁态势可视化系统，其特征在于，所述数据层包含数据库和标准化数据接口；

所述标准化数据接口用于实现对数据库的读写操作；

所述数据库用于存储获取的场景信息和卫星的电磁信息。

9.根据权利要求1所述的电磁态势可视化系统，其特征在于，所述表现层还用于获取地球表面任一多域网格的功率-频率关系，并显示地球上任一多域网格的频率和功率信息。

10.一种基于多域网格的电磁态势可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：获取卫星的高度信息，以计算卫星电磁的覆盖范围；

S200：基于所述卫星电磁的覆盖范围获取范围内任一时刻所有多域网格的中心坐标，获得地球表面的功率信息和频率信息；

S300：基于所述所有多域网格中心坐标和地球表面的功率信息，通过自由空间传播模型进行计算获得各个多域网格的功率信息；基于所述所有多域网格中心坐标和地球表面的频率信息获得各个多域网格的频率信息；

S400：基于所有多域网格的中心坐标、功率信息和频率信息绘制电磁态势数据，并显示电磁态势数据的二维和三维信息，从而实现电磁态势的可视化。

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