CN117077461A - 基于载体轨迹的仿真显示方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于载体轨迹的仿真显示方法及装置。其中，该方法包括：创建三维场景，识别仿真载体的载体类型和仿真载体的天线类型；根据载体类型在三维场景中加载仿真载体的载体三维模型，根据天线类型在三维场景中加载仿真载体的天线三维模型；根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型，其中，天线方向图模型包括多个方位，每个方位上的数据值用于表征信号强度；对仿真载体进行轨迹仿真，获取仿真载体在仿真过程中的实时状态数据；根据实时状态数据和天线安装参数分别更新天线三维模型和天线方向图模型在三维场景中的第二显示界面和第三显示界面。通过本发明，解决了相关技术中通过质点进行载体轨迹仿真不够直观形象的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航仿真领域，具体而言，涉及一种基于载体轨迹的仿真显示方法及装置。
背景技术
相关技术中，在卫星导航仿真领域，仿真状态的显示中，通常包含对载体运动状态的显示，以直观展示出当前信号所对应的载体位置及姿态信息。常规做法是在平面图像中以质点来代替载体实体进行显示，并且以一系列连续的点及线段来描述载体运动轨迹，以文字或仪表盘图像的形式展示载体的运动姿态，如航向角度、横滚角度、俯仰角度等。这在一定程度上为仿真过程中的载体的整体状态监控提供了可视化的操作界面，使仿真信号与其所对应的当前载体位置姿态信息能够一一对应。而对于天线方向图的展示，则是独立于载体的，这使得运动过程中天线方向图与载体显示存在图像分离，天线方向图的展示不够直观。
相关技术中，以质心代表载体进行位置、姿态、以及运动轨迹的显示，固然在图像处理上简单易行，但实际上，信号仿真的是载体接收天线接收到的信号情况，以载体质心笼统的描述整个信号的接收部分，在高要求高精度的仿真中是不可取的。不结合天线的单独载体运动显示，只是质点代表的二维平面图，不能显示六自由度，仅仅只显示线运动，角运动信息并不是直观获取。对于载体运动状态的实时展示，仅仅显示由质点代表的二维平面轨迹图或姿态图已经无法满足要求。
针对相关技术中存在的上述问题，目前尚未发现有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于载体轨迹的仿真显示方法及装置。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种基于载体轨迹的仿真显示方法，包括：创建三维场景，识别仿真载体的载体类型和所述仿真载体的天线类型；根据所述载体类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的载体三维模型，根据所述天线类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的天线三维模型；根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型，其中，天线方向图模型包括多个方位，每个方位上的数据值用于表征信号强度；对所述仿真载体进行轨迹仿真，获取所述仿真载体在仿真过程中的实时状态数据；根据所述实时状态数据更新所述载体三维模型在所述三维场景中的第一显示界面，根据所述实时状态数据和天线安装参数分别更新所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的第二显示界面和第三显示界面。
进一步，获取所述仿真载体在仿真过程中的实时状态数据包括：获取所述仿真载体在仿真过程中的实时运动参数，其中，所述实时运动参数包括：实时位置数据和实时姿态数据；将所述实时运动参数从地球坐标系转换至所述三维场景下的XYZ坐标系，得到实时状态数据。
进一步，在获取所述仿真载体在仿真过程中的实时运动参数之后，所述方法还包括：采用所述实时姿态数据乘以天线相对于所述仿真载体的安装姿态矩阵，得到中间数据；采用所述中间数据乘以所述仿真载体相对于导航系的旋转矩阵，得到天线的当前姿态数据；采用所述当前姿态数据分别设置所述天线三维模型和所述天线方向图模型的旋转参数。
进一步，在根据所述实时状态数据和天线安装参数分别更新所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的第二显示界面和第三显示界面之后，所述方法还包括：检测人机交互设备触发的视角切换指令，其中，所述视角切换指令用于指示切换至目标视角；基于所述目标视角的自由度分别调整所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的朝向和姿态。
进一步，创建三维场景包括：初始化显示基础三维场景；通过数字高程模型DEM和正射影像数据对所述基础三维场景进行拉伸渲染，得到三维地形，并将所述三维地形的属性信息配置为刚体。
进一步，根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型包括：获取M*N维的样本数据，其中，M-1代表球面空间横向的采样步数，N-1代表球面空间纵向的采样步数；对所述样本数据进行插值和拟合，得到第一数据集；以所述第一数据集中每一个方位上的数据值乘以比例因子，并叠加预设半径，得到第二数据集；采用冷暖色系模型配置所述第二数据集中每一个方位上的数据值，得到每一个方位上的颜色子模型；组合所有方位上的颜色子模型，得到天线方向图模型。
进一步，对所述仿真载体进行轨迹仿真包括：在所述三维场景中选择起始点，并设置起始点运动参数；选择所述仿真载体的多个轨迹模型，并分别设置每个轨迹模型的运动参数，对所述多个轨迹模型进行组合，得到轨迹模型序列；设置仿真速度，其中，所述仿真速度用于表征仿真时间还原真实时间的比例；根据所述起始点运动参数和所述轨迹模型序列实时输出所述仿真载体当前仿真时刻在导航坐标系下的线运动数据、角运动数据、以及仿真异常信息，其中，所述导航坐标系包括：地心地固坐标系、当地导航坐标系、以及载体坐标系。
根据本申请实施例的另一个方面，还提供了一种基于载体轨迹的仿真显示装置，包括：处理模块，用于创建三维场景，识别仿真载体的载体类型和所述仿真载体的天线类型；加载模块，用于根据所述载体类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的载体三维模型，根据所述天线类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的天线三维模型；生成模块，用于根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型，其中，天线方向图模型包括多个方位，每个方位上的数据值用于表征信号强度；仿真模块，用于对所述仿真载体进行轨迹仿真，获取所述仿真载体在仿真过程中的实时状态数据；显示模块，用于根据所述实时状态数据更新所述载体三维模型在所述三维场景中的第一显示界面，根据所述实时状态数据和天线安装参数分别更新所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的第二显示界面和第三显示界面。
进一步，所述仿真模块包括：获取单元，用于获取所述仿真载体在仿真过程中的实时运动参数，其中，所述实时运动参数包括：实时位置数据和实时姿态数据；转换单元，用于将所述实时运动参数从地球坐标系转换至所述三维场景下的XYZ坐标系，得到实时状态数据。
进一步，所述仿真模块还包括：获取单元，用于在所述获取单元获取所述仿真载体在仿真过程中的实时运动参数之后，采用所述实时姿态数据乘以天线相对于所述仿真载体的安装姿态矩阵，得到中间数据；第一运算单元，用于采用所述中间数据乘以所述仿真载体相对于导航系的旋转矩阵，得到天线的当前姿态数据；第二运算单元，用于采用所述当前姿态数据分别设置所述天线三维模型和所述天线方向图模型的旋转参数。
进一步，所述装置还包括：检测模块，用于在所述显示模块根据所述实时状态数据和天线安装参数分别更新所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的第二显示界面和第三显示界面之后，检测人机交互设备触发的视角切换指令，其中，所述视角切换指令用于指示切换至目标视角；调整模块，用于基于所述目标视角的自由度分别调整所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的朝向和姿态。
进一步，所述处理模块包括：处理单元，用于初始化显示基础三维场景；渲染单元，用于通过数字高程模型DEM和正射影像数据对所述基础三维场景进行拉伸渲染，得到三维地形，并将所述三维地形的属性信息配置为刚体。
进一步，所述生成模块包括：获取单元，用于获取M*N维的样本数据，其中，M-1代表球面空间横向的采样步数，N-1代表球面空间纵向的采样步数；处理单元，用于对所述样本数据进行插值和拟合，得到第一数据集；运算单元，用于以所述第一数据集中每一个方位上的数据值乘以比例因子，并叠加预设半径，得到第二数据集；配置单元，用于采用冷暖色系模型配置所述第二数据集中每一个方位上的数据值，得到每一个方位上的颜色子模型；组合单元，用于组合所有方位上的颜色子模型，得到天线方向图模型。
进一步，所述仿真模块包括：第一设置单元，用于在所述三维场景中选择起始点，并设置起始点运动参数；第二设置单元，用于选择所述仿真载体的多个轨迹模型，并分别设置每个轨迹模型的运动参数，对所述多个轨迹模型进行组合，得到轨迹模型序列；第三设置单元，用于设置仿真速度，其中，所述仿真速度用于表征仿真时间还原真实时间的比例；输出单元，用于根据所述起始点运动参数和所述轨迹模型序列实时输出所述仿真载体当前仿真时刻在导航坐标系下的线运动数据、角运动数据、以及仿真异常信息，其中，所述导航坐标系包括：地心地固坐标系、当地导航坐标系、以及载体坐标系。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，程序运行时执行上述的步骤。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；其中：存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于通过运行存储器上所存放的程序来执行上述方法中的步骤。
本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述方法中的步骤。
通过本发明，创建三维场景，识别仿真载体的载体类型和仿真载体的天线类型，根据载体类型在三维场景中加载仿真载体的载体三维模型，根据天线类型在三维场景中加载仿真载体的天线三维模型，根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型，对仿真载体进行轨迹仿真，获取仿真载体在仿真过程中的实时状态数据，根据实时状态数据更新载体三维模型在三维场景中的第一显示界面，根据实时状态数据和天线安装参数分别更新天线三维模型和天线方向图模型在三维场景中的第二显示界面和第三显示界面，对载体运动轨迹及运动姿态的呈现更加形象化，形象地展示出了载体在空间各个维度上收到卫星信号强度的差异，解决了相关技术中通过质点进行载体轨迹仿真不够直观形象的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例的一种计算机的硬件结构框图；
图2是根据本发明实施例的一种基于载体轨迹的仿真显示方法的流程图；
图3是本发明实施例仿真载体在各个视角的示意图，其中，（a）是载体俯视图，（b）是载体叠加天线方向图的俯视图，（c）是载体前视图，（d）载体叠加天线方向图的前视图，（e）是载体侧视图，（f）是载体叠加天线方向图的侧视图；
图4是本发明实施例载体视图与天线方向图视图的示意图，其中，（a）是载体视图，（b）是天线方向视图；
图5是本发明实施例中载体系的示意图；
图6是本发明实施例中载体姿态正向的示意图，其中，（a）是横滚角，（b）是俯仰角，（c）是航向角；
图7是本发明实施例的实现流程图；
图8是根据本发明实施例的一种基于载体轨迹的仿真显示装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
本申请实施例一所提供的方法实施例可以在服务器、计算机、或者类似的运算装置中执行。以运行在计算机上为例，图1是本发明实施例的一种计算机的硬件结构框图。如图1所示，计算机10可以包括一个或多个（图1中仅示出一个）处理器102（处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置）和用于存储数据的存储器104，可选地，上述计算机还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述计算机的结构造成限定。例如，计算机10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的一种基于载体轨迹的仿真显示方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器（Network Interface Controller，简称为NIC），其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频（Radio Frequency，简称为RF）模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
在本实施例中提供了一种基于载体轨迹的仿真显示方法，图2是根据本发明实施例的一种基于载体轨迹的仿真显示方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
步骤S202，创建三维场景，识别仿真载体的载体类型和仿真载体的天线类型；
可选的，根据仿真载体的类型，三维场景可以是包括地球、太空、月球等背景的三维场景。可以自动根据仿真载体类型加载不同的三维背景效果，如地面、大海、宇宙深空等，可以导入并加载全球地表三维地图，也可以导入并加载无限循环的局部三维地图。
步骤S204，根据载体类型在三维场景中加载仿真载体的载体三维模型，根据天线类型在三维场景中加载仿真载体的天线三维模型；
在本实施例中，根据当前仿真类型，预加载相应的三维载体模型及天线模型，例如，仿真的是汽车载体，则自动加载汽车模型，以此类推。
步骤S206，根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型，其中，天线方向图模型包括多个方位，每个方位上的数据值用于表征信号强度；
本实施例中天线方向图的样本数据包括多个方位上的数据值，当样本数据所有方位上的数据值可以相等或者不相等，若所有方位上的数据值均相等时，生成的天线方向图模型是一个标准球体。
本实施例的载体三维模型、天线三维模型、天线方向图模型具有固定的相对位置及姿态绑定关系，天线模型通过第一挂接点叠加在载体模型上，天线方向图模型通过第二挂接点叠加在天线模型上，即天线模型始终位于载体模型上的固定安装位置及相对姿态，天线方向图模型始终位于天线模型周围、且与天线保持固定的相对姿态。
步骤S208，对仿真载体进行轨迹仿真，获取仿真载体在仿真过程中的实时状态数据；
可选的，实时状态数据包括实时位置数据和实时姿态数据，该数据可以由仿真系统内部计算模块根据预设的轨迹仿真命令动态计算生成，也可以由仿真系统外部输入。
步骤S210，根据实时状态数据更新载体三维模型在三维场景中的第一显示界面，根据实时状态数据和天线安装参数分别更新天线三维模型和天线方向图模型在三维场景中的第二显示界面和第三显示界面。
包括：根据实时状态数据和天线安装参数更新天线三维模型在三维场景中的第二显示界面，根据实时状态数据和天线安装参数更新天线方向图模型在三维场景中的第三显示界面。
通过上述步骤，创建三维场景，识别仿真载体的载体类型和仿真载体的天线类型，根据载体类型在三维场景中加载仿真载体的载体三维模型，根据天线类型在三维场景中加载仿真载体的天线三维模型，根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型，对仿真载体进行轨迹仿真，获取仿真载体在仿真过程中的实时状态数据，根据实时状态数据更新载体三维模型在三维场景中的第一显示界面，根据实时状态数据和天线安装参数分别更新天线三维模型和天线方向图模型在三维场景中的第二显示界面和第三显示界面，对载体运动轨迹及运动姿态的呈现更加形象化，形象地展示出了载体在空间各个维度上收到卫星信号强度的差异，解决了相关技术中通过质点进行载体轨迹仿真不够直观形象的技术问题。
在本实施例中，在根据实时状态数据和天线安装参数分别更新天线三维模型和天线方向图模型在三维场景中的第二显示界面和第三显示界面之后，还包括：检测人机交互设备触发的视角切换指令，其中，视角切换指令用于指示切换至目标视角；基于目标视角的自由度分别调整天线三维模型和天线方向图模型在三维场景中的朝向和姿态。
可选的，人机交互设备可以是鼠标、键盘、触摸屏、语音控制、肢体动作、脑机接口等设备，响应鼠标、键盘、或触摸屏等触发的指令，切换三维场景视角，从相应自由度下显示天线及天线方向图在背景环境中的朝向、姿态，可以对场景进行旋转、平移、放大缩小等操作，从而从多个自由度下观看天线及天线方向图在背景环境中的朝向、姿态。监测用户通过鼠标、键盘、或触摸屏等设的输入的视角切换指令，进行三维场景视角切换，从而可以从多个自由度下观看天线及天线方向图在三维背景环境中的朝向、姿态。图3是本发明实施例仿真载体在各个视角的示意图，以载体为基准，示意了相应的俯视图、前视图、侧视图。
在本实施例的一个实施方式中，获取仿真载体在仿真过程中的实时状态数据包括：获取仿真载体在仿真过程中的实时运动参数，其中，实时运动参数包括：实时位置数据和实时姿态数据；将实时运动参数从地球坐标系转换至三维场景下的XYZ坐标系，得到实时状态数据。
可选的，地球坐标系可以是ECEF(Earth-Centered, Earth-Fixed,地心地固),坐标系或WGS844(WorldGeodeticCoordinateSystem1984，大地)坐标系，接收仿真过程中外围其他处理模块输出的载体实时位置及姿态数据，需对其进行坐标系转换，将载体所用的ECEF或WGS84坐标系坐标转换至三维场景下的XYZ坐标，重新设置载体模型位置、天线模型及天线方向图模型位置。
可选的，在获取仿真载体在仿真过程中的实时运动参数之后，还包括：采用实时姿态数据乘以天线相对于仿真载体的安装姿态矩阵，得到中间数据；采用中间数据乘以仿真载体相对于导航系的旋转矩阵，得到天线的当前姿态数据；采用当前姿态数据分别设置天线三维模型和天线方向图模型的旋转参数。
根据载体的姿态数据，乘以天线相对于载体安装姿态矩阵，再乘以载体相对于导航系的旋转矩阵，得到天线的当前姿态，对天线模型及天线方向图模型设置其旋转参数，以展示出符合其姿态特征的动作。
在一个示例中，创建三维场景包括：初始化显示基础三维场景；通过数字高程模型DEM和正射影像数据对基础三维场景进行拉伸渲染，得到三维地形，并将三维地形的属性信息配置为刚体。
初始化显示基础三维场景，通过DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）和正射影像数据进行拉伸渲染出三维地形及空间效果，地形数据的属性配置碰撞检测的刚体，仿真载体模型不能穿过刚体，提高仿真效果的逼真度。
在本实施例的一个实施方式中，根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型包括：获取M*N维的样本数据，其中，M-1代表球面空间横向的采样步数，N-1代表球面空间纵向的采样步数；对样本数据进行插值和拟合，得到第一数据集；以第一数据集中每一个方位上的数据值乘以比例因子，并叠加预设半径，得到第二数据集；采用冷暖色系模型配置第二数据集中每一个方位上的数据值，得到每一个方位上的颜色子模型；组合所有方位上的颜色子模型，得到天线方向图模型。M、N均为大于0的正整数。
可选的，除了冷暖色系模型之外，也可以采用其他的模型，如颜色色彩灰度模型（数据值越大，对应方位的子模型的灰度值越大）、黑白模型（数据值越大，对应方位的子模型的黑色像素点的密度越高）等，
本实施方式中天线方向图的样本数据为一个二维数组，代表球面空间下，一定间隔下的采样信号增益或衰减数值，以M*N为361x181为例，361x181维数组举例，代表球体一周的360度、以及纵向的180度，即每间隔1度进行一次采样。通过对天线方向图采样数据进行插值、拟合，形成密度更高的数据集。以数据集中每一个方位上的数据值乘以比例因子、再叠加恰当的半径，再以冷暖色系对叠加后值的大小进行区分，值越大，越偏向暖色，值越小，越偏向冷色，生成每一个方位上的部分模型，组合在一起即为天线方向图的三维模型。图4是本发明实施例载体视图与天线方向图视图的示意图。
在一个示例中，对仿真载体进行轨迹仿真包括：在三维场景中选择起始点，并设置起始点运动参数；选择仿真载体的多个轨迹模型，并分别设置每个轨迹模型的运动参数，对多个轨迹模型进行组合，得到轨迹模型序列；设置仿真速度，其中，仿真速度用于表征仿真时间还原真实时间的比例；根据起始点运动参数和轨迹模型序列实时输出仿真载体当前仿真时刻在导航坐标系下的线运动数据、角运动数据、以及仿真异常信息，其中，导航坐标系包括：地心地固坐标系、当地导航坐标系、以及载体坐标系。
本实施例可根据测试需要，选择不同的载体模型，预设载体线运动以及角运动参数，根据预设载体模型和运动参数对轨迹进行六自由度仿真，并且将仿真载体的线运动及角运动轨迹显示于真实的三维场景中。本实施例既可以满足测试的可重复性，又可实时获取真实的测试环境，便于测试数据的获取、分析及预警等。在一个轨迹仿真的实施场景中，载体轨迹三维可视化仿真流程包括：
步骤1：加载三维场景模型，显示三维环境地图。加载的三维场景模型包括预设三维仿真场景或者采集实景环境构建的三维仿真场景；
步骤2：在三维场景的地图中选取任一点为起始点，并设置起始点运动参数；
起始点运动参数包括ECEF坐标系下的位置，载体系（载体坐标系）下的速度以及姿态（横滚角、俯仰角、航向角）。图5是本发明实施例中载体系的示意图，以前右下为例，图6是本发明实施例中载体姿态正向的示意图，导航系（导航坐标系）采用北东地，示意了横滚角、俯仰角、航向角。
步骤3：进入图形化轨迹预设，选择载体类型。如通过拖动载体的多种图形化轨迹模型，设置运动参数，对轨迹模型进行组合，确定轨迹模型序列；
为了满足不同的测试需求，本发明根据载体运动特性进行了分类，包括汽车、飞机、船舰、弹体、卫星等，各种载体动态极限值不同，仿真测试环境不同，叠加的误差也不相同。而同一种载体存在不同的运动模型不同，运动模型可设置的运动参数包括不同坐标系下（ECEF、导航系、载体系）的线运动参数（位置、速度、加速度、加速度）以及角运动参数（姿态、角速度、角加速度、角加加速度）。通过设置不同坐标系下的线运动及角运动参数中的一种或者多种形成不同的轨迹模型。为实现不同测试需求的载体轨迹，可将不同的轨迹模型按照不同的顺序进行组合。
步骤4：设置仿真速度，进行慢放、快放设置。为了满足不同测试需求，仿真时间可以还原真实的测试时间，也可以设置倍数于真实测试的测试时间，例如可以2s仿真真实的2s的运动轨迹，也可以2s仿真真实的1s轨迹；
步骤5：根据设定的起始点运动参数以及轨迹模型序列参数，输出时刻t在地心地固系、导航系、载体系下的线运动与角运动数据以及仿真过程中异常信息；
每个坐标系下的线运动数据包括位置、速度、加速度以及加加速度，分别为线运动数据的0阶量、1阶量、2阶量和3阶量；角运动数据包括角度、角速度、角加速度以及角加加速度，分别为角运动的0阶量、1阶量、2阶量和3阶量。
在地心地固坐标系中，采用以下公式进行转换：
，分别为t时刻的前一点/>时刻的0阶量、1阶量、2阶量和3阶量，可由前一点/>时刻的0阶量、1阶量、2阶量和3阶量得到新时刻t的角运动与线运动0阶量。新时刻t的1阶量、2阶量和3阶量的计算根据设置的运动序列参数（轨迹模型序列中轨迹模型的运动参数）通过模型计算可以得到，需要注意的是，为了接近真实环境需要考虑到地球曲率、地球自转造成的柯氏加速度影响，柯氏加速度为/>为地球自转角速度，/>为载体垂直于地球自转角速度的速度。
同时考虑载体对不同环境的影响，通过环境模型计算0阶量、1阶量、2阶量和3阶量在各个方向上的误差值，从而得到新的运动数据
,其中，fe n(t)为带误差的新的各阶运动数据，fn(t)为不带误差的各阶运动数据，en(t)为根据环境误差模型计算出的各阶误差。
其他坐标系下的线运动与角运动数据可以通过坐标系转换得到，坐标系转换是通过平移以及旋转得到，新坐标系的运动数据M(t)为坐标转换的旋转矩阵，/>为坐标转换的平移向量。
步骤6：根据步骤3选定的载体类型在三维地图中加载载体模型，根据步骤5输出的轨迹数据进行坐标转换及投影，在三维地图中同步载体线运动以及角运动变化，显示载体姿态以及轨迹。三维地图中加载的载体模型根据步骤3选定的载体类型确定，不同的载体类型对应不同的载体模型，按照坐标转换及投影可以在三维地图中同步显示载体的各个角度以及轨迹变化；
步骤7：更新计算时刻t，返回步骤5。计算更新的时刻t的各个坐标系下的各阶运动参数；
步骤8：识别到停止指令或者达到预设轨迹时间长度后，停止仿真并给出结束提示；
步骤9：进行回放设置，返回步骤4，依次进行后续步骤。可以选择之前已经预设好的轨迹，进行回放，可以进行无限次可重复的仿真测试。
本实施例不同于现有技术中的轨迹仿真，仅将载体作为质点进行轨迹仿真，而是同时仿真了载体的线运动与角运动。并且考虑了地球自转、地球形状等真实环境的因素；同时针对不同的载体类型，考虑不同环境，例如船舰加入海浪等级的影响，卫星考虑多种摄动误差等，保证载体运动尽量接近真实，满足对现实载体运动的高度还原。本实施例提供的图形化载体运动预设界面，可根据预设参数进行运动仿真并投射到导入的三维可视化场景中，实现了时间不限、地点不限的可重复性仿真，同时将输出预设运动的异常信息，可预知测试中存在的异常从而不断调整测试方案，节省测试成本。
本实施例的方案提供了一种基于载体轨迹的动态天线方向图三维显示方法，能够正确的反应仿真过程中信号与载体及天线的对应关系，以及天线在各个不同角度下的信号增益或衰减关系。图7是本发明实施例的实现流程图，基于载体轨迹的动态天线方向图三维显示，包括：
步骤1：建立三维可视化显示场景；
步骤2：加载载体模型及天线模型；
根据当前仿真类型，预加载相应的三维载体模型及天线模型，例如，仿真的是汽车载体，则自动加载汽车模型。
步骤3：加载天线方向图数据，并生成相应的三维模型；
步骤4：接收载体位置及姿态数据，并更新显示三维场景中的模型；
接收仿真过程中其他处理模块输出的载体实时位置及姿态数据，需对其进行坐标系转换，将载体所用的ECEF或WGS84坐标系坐标转换至三维场景下的XYZ坐标，重新设置载体模型位置、天线模型及天线方向图模型位置。
步骤5：接收用户的交互输入，调整场景显示视角。
采用本实施例的方案，相较于传统的以质心代替载体进行载体运动轨迹的显示、以及仪表盘形式的载体姿态显示，本实施例以三维场景、通过载体模型叠加天线方向图模型的方式，对载体运动轨迹及运动姿态的呈现更加形象化，形象地展示出了载体（卫星导航信号接收机天线）在空间各个维度上收到卫星信号强度的差异，更加真实地还原出了现实世界的情况，是信号“仿真”的本质所在。在仿真过程中，可以随时对三维场景内的载体、天线、天线方向图模型等进行旋转、缩放等操作，从各个不同视角对载体运动及相关状态进行细致观察，操作便捷、一目了然。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献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（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，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的方法。
实施例2
在本实施例中还提供了一种基于载体轨迹的仿真显示装置，用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图8是根据本发明实施例的一种基于载体轨迹的仿真显示装置的结构框图，如图8所示，该装置包括：
处理模块80，用于创建三维场景，识别仿真载体的载体类型和所述仿真载体的天线类型；
加载模块82，用于根据所述载体类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的载体三维模型，根据所述天线类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的天线三维模型；
生成模块84，用于根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型，其中，天线方向图模型包括多个方位，每个方位上的数据值用于表征信号强度；
仿真模块86，用于对所述仿真载体进行轨迹仿真，获取所述仿真载体在仿真过程中的实时状态数据；
显示模块88，用于根据所述实时状态数据更新所述载体三维模型在所述三维场景中的第一显示界面，根据所述实时状态数据和天线安装参数分别更新所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的第二显示界面和第三显示界面。
可选的，所述仿真模块包括：获取单元，用于获取所述仿真载体在仿真过程中的实时运动参数，其中，所述实时运动参数包括：实时位置数据和实时姿态数据；转换单元，用于将所述实时运动参数从地球坐标系转换至所述三维场景下的XYZ坐标系，得到实时状态数据。
可选的，所述仿真模块还包括：获取单元，用于在所述获取单元获取所述仿真载体在仿真过程中的实时运动参数之后，采用所述实时姿态数据乘以天线相对于所述仿真载体的安装姿态矩阵，得到中间数据；第一运算单元，用于采用所述中间数据乘以所述仿真载体相对于导航系的旋转矩阵，得到天线的当前姿态数据；第二运算单元，用于采用所述当前姿态数据分别设置所述天线三维模型和所述天线方向图模型的旋转参数。
可选的，所述装置还包括：检测模块，用于在所述显示模块根据所述实时状态数据和天线安装参数分别更新所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的第二显示界面和第三显示界面之后，检测人机交互设备触发的视角切换指令，其中，所述视角切换指令用于指示切换至目标视角；调整模块，用于基于所述目标视角的自由度分别调整所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的朝向和姿态。
可选的，所述处理模块包括：处理单元，用于初始化显示基础三维场景；渲染单元，用于通过数字高程模型DEM和正射影像数据对所述基础三维场景进行拉伸渲染，得到三维地形，并将所述三维地形的属性信息配置为刚体。
可选的，所述生成模块包括：获取单元，用于获取M*N维的样本数据，其中，M-1代表球面空间横向的采样步数，N-1代表球面空间纵向的采样步数；处理单元，用于对所述样本数据进行插值和拟合，得到第一数据集；运算单元，用于以所述第一数据集中每一个方位上的数据值乘以比例因子，并叠加预设半径，得到第二数据集；配置单元，用于采用冷暖色系模型配置所述第二数据集中每一个方位上的数据值，得到每一个方位上的颜色子模型；组合单元，用于组合所有方位上的颜色子模型，得到天线方向图模型。
可选的，所述仿真模块包括：第一设置单元，用于在所述三维场景中选择起始点，并设置起始点运动参数；第二设置单元，用于选择所述仿真载体的多个轨迹模型，并分别设置每个轨迹模型的运动参数，对所述多个轨迹模型进行组合，得到轨迹模型序列；第三设置单元，用于设置仿真速度，其中，所述仿真速度用于表征仿真时间还原真实时间的比例；输出单元，用于根据所述起始点运动参数和所述轨迹模型序列实时输出所述仿真载体当前仿真时刻在导航坐标系下的线运动数据、角运动数据、以及仿真异常信息，其中，所述导航坐标系包括：地心地固坐标系、当地导航坐标系、以及载体坐标系。
需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
实施例3
本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
S1，创建三维场景，识别仿真载体的载体类型和所述仿真载体的天线类型；
S2，根据所述载体类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的载体三维模型，根据所述天线类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的天线三维模型；
S3，根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型，其中，天线方向图模型包括多个方位，每个方位上的数据值用于表征信号强度；
S4，对所述仿真载体进行轨迹仿真，获取所述仿真载体在仿真过程中的实时状态数据；
S5，根据所述实时状态数据更新所述载体三维模型在所述三维场景中的第一显示界面，根据所述实时状态数据和天线安装参数分别更新所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的第二显示界面和第三显示界面。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器（Read-Only Memory，简称为ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称为RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
本发明的实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，上述电子设备还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
S1，创建三维场景，识别仿真载体的载体类型和所述仿真载体的天线类型；
S2，根据所述载体类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的载体三维模型，根据所述天线类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的天线三维模型；
S3，根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型，其中，天线方向图模型包括多个方位，每个方位上的数据值用于表征信号强度；
S4，对所述仿真载体进行轨迹仿真，获取所述仿真载体在仿真过程中的实时状态数据；
S5，根据所述实时状态数据更新所述载体三维模型在所述三维场景中的第一显示界面，根据所述实时状态数据和天线安装参数分别更新所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的第二显示界面和第三显示界面。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，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，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
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，在本申请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。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元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，本申请的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或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（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本申请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、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于载体轨迹的仿真显示方法，其特征在于，包括：
创建三维场景，识别仿真载体的载体类型和所述仿真载体的天线类型；
根据所述载体类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的载体三维模型，根据所述天线类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的天线三维模型；
根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型，其中，所述天线方向图模型包括多个方位，每个方位上的数据值用于表征信号强度；
对所述仿真载体进行轨迹仿真，获取所述仿真载体在仿真过程中的实时状态数据；
根据所述实时状态数据更新所述载体三维模型在所述三维场景中的第一显示界面，根据所述实时状态数据和天线安装参数分别更新所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的第二显示界面和第三显示界面；
其中，对所述仿真载体进行轨迹仿真包括：在所述三维场景中选择起始点，并设置起始点运动参数；选择所述仿真载体的多个轨迹模型，并分别设置每个轨迹模型的运动参数，对所述多个轨迹模型进行组合，得到轨迹模型序列；设置仿真速度，其中，所述仿真速度用于表征仿真时间还原真实时间的比例；根据所述起始点运动参数和所述轨迹模型序列实时输出所述仿真载体当前仿真时刻在导航坐标系下的线运动数据、角运动数据、以及仿真异常信息，其中，所述导航坐标系包括：地心地固坐标系、当地导航坐标系、以及载体坐标系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述仿真载体在仿真过程中的实时状态数据包括：
获取所述仿真载体在仿真过程中的实时运动参数，其中，所述实时运动参数包括：实时位置数据和实时姿态数据；
将所述实时运动参数从地球坐标系转换至所述三维场景下的XYZ坐标系，得到实时状态数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在获取所述仿真载体在仿真过程中的实时运动参数之后，所述方法还包括：
采用所述实时姿态数据乘以天线相对于所述仿真载体的安装姿态矩阵，得到中间数据；
采用所述中间数据乘以所述仿真载体相对于导航系的旋转矩阵，得到天线的当前姿态数据；
采用所述当前姿态数据分别设置所述天线三维模型和所述天线方向图模型的旋转参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述实时状态数据和天线安装参数分别更新所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的第二显示界面和第三显示界面之后，所述方法还包括：
检测人机交互设备触发的视角切换指令，其中，所述视角切换指令用于指示切换至目标视角；
基于所述目标视角的自由度分别调整所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的朝向和姿态。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，创建三维场景包括：
初始化显示基础三维场景；
通过数字高程模型DEM和正射影像数据对所述基础三维场景进行拉伸渲染，得到三维地形，并将所述三维地形的属性信息配置为刚体。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型包括：
获取M*N维的样本数据，其中，M-1代表球面空间横向的采样步数，N-1代表球面空间纵向的采样步数；
对所述样本数据进行插值和拟合，得到第一数据集；
以所述第一数据集中每一个方位上的数据值乘以比例因子，并叠加预设半径，得到第二数据集；
采用冷暖色系模型配置所述第二数据集中每一个方位上的数据值，得到每一个方位上的颜色子模型；
组合所有方位上的颜色子模型，得到天线方向图模型。
7.一种基于载体轨迹的仿真显示装置，其特征在于，包括：
处理模块，用于创建三维场景，识别仿真载体的载体类型和所述仿真载体的天线类型；
加载模块，用于根据所述载体类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的载体三维模型，根据所述天线类型在所述三维场景中加载所述仿真载体的天线三维模型；
生成模块，用于根据天线方向图的样本数据生成天线方向图模型，其中，所述天线方向图模型包括多个方位，每个方位上的数据值用于表征信号强度；
仿真模块，用于对所述仿真载体进行轨迹仿真，获取所述仿真载体在仿真过程中的实时状态数据；
显示模块，用于根据所述实时状态数据更新所述载体三维模型在所述三维场景中的第一显示界面，根据所述实时状态数据和天线安装参数分别更新所述天线三维模型和所述天线方向图模型在所述三维场景中的第二显示界面和第三显示界面；
其中，所述仿真模块包括：第一设置单元，用于在所述三维场景中选择起始点，并设置起始点运动参数；第二设置单元，用于选择所述仿真载体的多个轨迹模型，并分别设置每个轨迹模型的运动参数，对所述多个轨迹模型进行组合，得到轨迹模型序列；第三设置单元，用于设置仿真速度，其中，所述仿真速度用于表征仿真时间还原真实时间的比例；输出单元，用于根据所述起始点运动参数和所述轨迹模型序列实时输出所述仿真载体当前仿真时刻在导航坐标系下的线运动数据、角运动数据、以及仿真异常信息，其中，所述导航坐标系包括：地心地固坐标系、当地导航坐标系、以及载体坐标系。
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行上述权利要求1至6中任一项所述的方法步骤。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；其中：
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于通过运行存储器上所存放的程序来执行权利要求1至6中任一项所述的方法步骤。
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