一种用于区域电磁环境计算的变尺度栅格化方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电磁环境监测技术领域，本发明公开了一种用于区域电磁环境计算的 变尺度栅格化方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着电磁技术在民用、军用领域的广泛应用，对复杂环境下的电磁波传播特性及 整个区域的场强分布的研究有重大的意义。
[0003] 现有的电磁波传播特性预测主要分为经验性模型分析法、半经验半确定性模型分 析法和确定性模型分析法。经验模型分析法根据大量的实际电波测量结果统计推导获得传 播模型，方法简单，对环境信息要求不高，但计算精度较差。确定性模型分析法是基于对无 线传播基本原理研究，是一种理论性模型，其优点是适用性广、计算精度高等，但运算量很 大，运算速度较慢。半经验半确定性模型分析法介于两者之间，在运算量、计算精度、适用范 围上做了一定权衡，是一种折中的做法。
[0004] 但目前所有算法都是针对配合式辐射源进行的，即预先设置辐射源的位置、信号 强度、频率等参数，因为现有做法不能实时对空间中电磁环境的变化做出响应，大大限制了 该技术的应用范围。
[0005] 如CN201310754210. 5公开了一种基站的环境电磁辐射的估算方法和装置。所述 基站的环境电磁辐射的估算方法包括：获取基站在一预测点的广播波束的第一辐射量估计 值和所述基站在所述预测点的业务波束的第二辐射量估计值；根据所述第一辐射量估计值 和所述第二辐射量估计值，生成所述基站在所述预测点的环境电磁辐射估计值。实现该方 法的前提是确定地知道该基站是辐射源，并具体知道该辐射源的参数。
[0006] 再比如CN201510329815. 9公开了一种仿真强电磁脉冲环境下的电磁分布情况仿 真方法。该方法使用双曲余弦函数模拟时域下的电磁脉冲波形，使用时域有限差分算法对 环境的电磁场变化进行仿真模拟，使用GPU实现时域有限差分方法的加速，得到时域上的 电磁分布情况，最后通过快速傅里叶变换，得到频率域上的电磁分布情况，解决了电磁脉冲 武器攻击下超电大尺寸对象的电磁环境分布特性计算问题。同样，实现该方法的前提也是 是确定地知道辐射源以及知道该辐射源的参数。
[0007] 与此同时，要利用上述方法对一片区域的电磁环境进行计算通常都是将区域进行 栅格化，再对每个栅格区域的电磁场进行计算，但这样处理对于大型区域栅格点会过多，计 算量会非常大。且对于其中的不同小区域，用户的关注度可能不一样，对计算精度的要求也 有所差异。因而现有的栅格化做法难以满足实际应用的需求，极大的限制了该技术的应用 范围。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于解决计现有技术中的方法计算量大，难以满足用户要求的技术 问题。本发明公开了一种用于区域电磁环境计算的变尺度栅格化方法，本发明还公开了一 种电磁环境实时监测系统。
[0009] 本发明的技术方案如下 本发明公开了一种用于区域电磁环境计算的变尺度栅格化方法，其具体包括以下的步 骤：将待监测区域采用基准尺度栅格化，并结合地理环境信息区分出待监测区域中的重点 关注区域和非关注区域，将重点关注区域用更细致的栅格化尺度进行划分，将非关注区域 用更粗略的栅格化尺度进行划分；变尺度栅格化后，以新的栅格中心位置进行计算，计算结 果代表整个栅格区域的电磁环境。
[0010] 更进一步地，上述方法还包括：步骤一、在需要监测场强的区域中设置多个监测 点，所述监测点用于实时监测场强；步骤二、根据步骤一监测到的场强、监测点的位置坐标 以及该区域的地理环境信息，对辐射源进行实时定位，并计算出辐射源的发射功率；步骤 三、根据步骤二计算出的辐射源参数以及需要监测的区域的地理环境信息计算出待监测区 域的电磁环境分布情况。
[0011] 更进一步地，上述步骤二具体包括以下的步骤：（1)对辐射源定位；（2)结合各个 监测点的位置和确定的辐射源位置，分别计算各个监测点与辐射源之间的信号传播路径， 所述传播路径包括直射路径、反射路径和绕射路径；（3)计算不同路径传播的信号在监测 点处合成信号的传播衰减，并结合监测点测量的接收信号强度，估计辐射源至各个监测点 方向上的辐射功率；（4)结合辐射源到各个监测点方向上的辐射功率，综合评估辐射源的 发射功率。
[0012] 更进一步地，上述定位具体为采用时差定位或交叉定位来确定辐射源的位置。
[0013] 更进一步地，上述步骤三具体包括：（a)结合地理环境信息查找出定位后的辐射 源的电磁波的传播路径；（b)将地理环境平均划分为多个接收点，根据不同的传播路径计 算出该地理环境中每个接收点的场强。
[0014] 更进一步地，上述所述步骤（a)中的传播路径具体包括直射传播路径的判断、反射 传播路径的查找以及绕射传播路径的查找。
[0015] 更进一步地，上述步骤（b)具体包括：分别计算每条路径上的直射、绕射和/或反 射传播衰减，并将每条路径上得到的场强进行叠加，从而得到每个接收点的场强。
[0016] 更进一步地，上述直射电场衰减的计算公式为：
，其中， .?为发射射线场强，《?:为直达波接收点的射线传播路径长度，:t为波长。
[0017] 更进一步地，反射场_和绕射场％:的计算公式分别为：
；
，其中，分别为反射波和绕射波的扩散因子，R、D分别为 反射系数和绕射系数，对计算的每条传播路径得到的场强进行叠加，求得总场强Λ&， U=Σ矣，即可得到该接收点的场强。 :I
[0018] 本发明还公开了一种用于区域电磁环境计算的变尺度栅格化系统，其具体包括基 准尺度栅格化单元、地理环境信息获取单元、判断单元、栅格化尺度更新单元；所述基准尺 度栅格化单元用于将待监测区域采用基准尺度栅格化；所述地理环境信息获取单元用于获 取待监测区域的地理环境信息；所述判断单元用于根据地理环境信息区分出待监测区域中 的重点关注区域和非关注区域；所述栅格化尺度更新单元用于根据判断单元的判断结果更 新重点关注区域和非关注区域的栅格化尺度，将重点关注区域用更细致的栅格化尺度进行 划分，将非关注区域用更粗略的栅格化尺度进行划分，变尺度栅格化后，以新的栅格中心位 置进行计算，计算结果代表整个栅格区域的电磁环境。
[0019] 通过采用以上的技术方案，本发明的有益效果为：本发明解决了传统栅格划分方 式造成的栅格总数过多、计算量过大，无法在短时间内完成大区域电磁环境计算的问题，解 决传统方法尺度单一，不区分区域电磁环境计算中重点关注区域和非关注区域的问题。平 衡区域大小和计算量，满足对不同区域需要不同精度的需求。解决了将大型区域栅格化后， 栅格过多，难以计算的问题。同时本发明还可以解决电磁环境计算实时性的问题，可以在无 人操控的情况下自行计算区域电磁环境，不需要花费人力对新出现的辐射源进行调查、设 置，大大提高了系统的应用性。
【附图说明】
[0020] 图1为基准尺度栅格化的示意图。
[0021 ] 图2为变尺度栅格化示例1。
[0022] 图3为变尺度栅格化示例2。
[0023] 图4为电磁环境实时监测处理流程图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合说明书附图，详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0025] 图1为现有技术中的基准尺度栅格化的示意图。将待监测区域依照基准尺度栅格 化，得到的结果如图1所示，根据研究区域大小、区域环境(包括地形、建筑、树林等）通用化 需求、计算能力等综合考虑制定的栅格化尺度大小。一般情况下，将采用基准尺度栅格化 对区域电磁环境进行计算，并以栅格中心坐标位置的计算结果代表整个栅格区域的电磁环 境。
[0026] 所述的变尺度栅格化，是针对重点关注区域或非关注区域，将部分研究区域做更 精细化或更粗略化的划分。变尺度栅格化是基准尺度栅格化基础之上的，是将某一个基准 尺度栅格再细分或将相邻的多个基准尺度栅格合并后以新的尺度再行划分。变尺度栅格化 后，仍以栅格中心位置作为计算参数，计算结果代表整个栅格区域的电磁环境。
[0027] 实际应用中，若研究的区域较大或为了减小运算量，可将重点关注区域用更细致 的栅格化尺度进行计算，非关注的区域用粗略栅格化尺度，以平衡计算区域大小和运算量 之间的矛盾。
[0028] 变尺度栅格化后的栅格，以辐射源和栅格中心连线为直射传播路径，寻找、计算电 磁传播经过栅格和做遮挡判断，若射线经过变尺度栅格化后的栅格，使用修改后的栅格对 应的地理环境信息。
[0029] 如图2所示，被黑框覆盖的区域为重点关注区域，将该区用更细致的栅格化尺度 进行划分，得到更为细致的栅格，以满足用户的特别需要。
[0030] 如图3所示，被树形标志覆盖的区域为非关注区域，将该区用更粗略的栅格化尺 度进行计算，以减少计算量。
[0031] 因此，本发明公开了一种用于区域电磁环境计算的变尺度栅格化方法，其具体包 括以下的步骤：将待监测区域采用基准尺度栅格化，并结合地理环境信息区分出待监测区 域中的重点关注区域和非关注区域，将重点关注区域用更细致的栅格化尺度进行划分，将 非关注区域用更粗略的栅格化尺度进行划分；变尺度栅格化后，以新的栅格中心位置进行 计算，计算结果代表整个栅格区域的电磁环境。具体的标准尺度的选择以及具体采用何种 更为细致或者粗略的栅格化尺度根据需要进行灵活选择，在此不进行限定。通过上述方法， 在待监测区域中区分出重点关注区域和非关注区域，既满足了用户对于重点关注区域更为 细致区分的需要，又减少了计算量。
[0032] 更进一步地，为了能够在没有事先知道辐射源参数的情况下，也能够进行区域电 磁环境的计算，本发明还公开了一种电磁环境实时监测方法，其具体包括以下的步骤：步骤 一、在需要监测场强的区域中设置多个监测点，监测点的数量根据区域大小、定位方式来确 定，