一种无人机地面接收电磁信号的三维显示与盲区确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无人机指挥控制技术领域，涉及计算机图形学、电磁环境等领域，具体 是指一种用于实现无人机地面接收电磁信号的三维显示与通信盲区确定方法。
【背景技术】
[0002] 无人驾驶飞机以其准确、高效和灵便的侦察、干扰、搜索及在非正规条件下作战等 多种作战能力，在现代战争中发挥着显著的作用。地面站为无人机系统的指挥控制中心，无 人机遥测遥控地面站被称之为整个无人机系统的"神经中枢"，对系统的正常运行起到非常 重要的作用。因此无人机存在单点失效性的缺点，即一旦地面站失去与无人机间的正常链 路通信，则无人机便会丧失效用。所以，合理的规划无人机航线，避免因路径遮挡等原因导 致地面接收盲区的出现，对保持无人机系统通信链路的通畅性具有重要的意义。
[0003] 电磁环境可视化是科学计算可视化技术中的一个研究热点之一，目前用频设备的 广泛使用，并且类型多、数量多、占用频谱范围宽，从而导致空间电磁环境极为复杂。但是电 磁环境具有看不见、摸不着的特点，这使得电磁环境的三维可视化对电磁场数据的处理和 解释的效率低，周期长，其次，信息交流的手段也不够丰富，研究人员之间的信息交流仅仅 局限于文字和语言的层面，这样导致分析问题的效率很低，不能及时发现调制非正常现象 与错误，不能达到动态调整计算过程的目的。
【发明内容】
[0004] 本发明针对无人机飞行过程中链路信息监控和航线规划的需要，以及电磁信号强 度数据量大和电磁环境的抽象性等问题，提出了一种无人机地面接收电磁信号的三维显示 与盲区确定方法。
[0005] 本发明的一种无人机地面接收电磁信号的三维显示与盲区确定方法，包括以下步 骤：
[0006] 步骤一：电磁信号强度数据获取及与预处理，包括以下步骤：
[0007] 步骤1. 1、设定网格范围，即地面站接收电磁信号强度区域范围，并以此作为数据 三维可视化显示的一个模型单元。设网格范围是以预计地面站位置o^y^z。）为长方体中 心点，长方体地面为边长为a米的正方形，高为b米。
[0008] 步骤1. 2、预设有效电磁信号强度数据的下限、上限值，分别为E0_、E0_。
[0009] 步骤I. 3、由网格范围获得大小Snx*ny*nz的电磁信号强度数组E[n x，ny，nz]，其中 (nx，ny，nz)分别为在经度、炜度、高度方向上的采集点个数。对下行链路数据进行离散取值 存入数组E[nx，ny，nj中，设某点数据值为E& ,k)。
[0010] 其中，设（x，y，z)为采集离散点的位置坐标，（Ax，Ay，Δ ζ)为在长方体长、宽、高 方向上的离散点距离间隔。则（x，y，z)与（i，j，k)是一一对应的关系：
(I)
[0012] 步骤I. 4、判断数据E(1^k)是否为有效值：
[0013] 若EOnil' E匕⑶< EO mx，则Eu,⑶为有效值，其值不变；
[0014] 若E(1,,k)< EOnilJE (1,,k)> EOniax，则对其进行舍弃，利用周围数据进行代替。
[0015] 步骤1. 5、若某点电磁信号强度数据（E^k))比周围的数据都要大或都要小，则对 其进行高斯滤波处理。
[0016] 步骤二：定义电磁信号强度三维可视化显示模型单元，具体建模过程包括以下步 骤：
[0017] 步骤2. 1、预设保证链路通信正常的有效电磁信号强度下限值匕，即当某点接收到 的电磁信号强度小于^时，则判定此点为地面接收电磁信号的盲区点。
[0018] 步骤2.2、根据最大（E_)、最小值（E_)定义模型单元中各数据点的色温值 (R, G, B) 〇
[0019] 步骤2. 3、定义三维显示模型单元的建模方式。
[0020] 步骤2. 4、将步骤一、步骤二的操作载入列表N ;其中，N为列表编号，即第N组电磁 数据，其中N的取值是以无人机在拟定航线上的位置进行区分的。
[0021] 步骤三：对无人机地面接收站周围区域的电磁信号强度进行三维显示，根据模型 颜色判定是否存在盲区，以及此航线是否为合理航线。
[0022] 本发明方法的优点和积极效果在于：
[0023] 本发明是在无人机沿拟定航线飞行过程中，从数据链的下行数据中实时提取出地 面站附近区域的电磁信号强度数据，对抽象的、不可见的电磁数据进行可视化显示。根据显 示模型的颜色能够判断出：当无人机在当前拟定航线上某点时，判断无人机与地面站的通 信链路中是否存在盲区。从而对此航线的合理性、以及通信链路电磁质量情况进行判断。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明方法的整体流程示意图；
[0025] 图2为本发明方法所采用的数据采集点分布图；
[0026] 图3为利用发明方法实现的对某一模型单元的效果显示图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和具体实施实例对本发明作进一步的说明。
[0028] 本发明提出的无人机地面接收电磁信号的三维显示与盲区确定方法，基于地面站 附近接收的电磁信号强度值进行数据的三维可视化实现，并对是否存在接收盲区进行判 断，具体流程如图1所示，本发明方法具体包括下面三个步骤。
[0029] 步骤一、电磁信号强度数据获取及与预处理，包括下面步骤I. 1~步骤1. 5 :
[0030] 步骤1. 1、设定网格范围，即地面站接收电磁信号强度区域范围，并以此作为数据 三维可视化显示的一个模型单元，具体模型如图2所示。设网格范围是以预计地面站位置 (x。，y。，z。）为长方体中心点，长方体地面为边长为a米的正方形，高为b米。
[0031] 步骤1. 2、预设有效电磁信号强度数据的下限、上限值，分别为E0_、E0_。
[0032] 步骤I. 3、由网格范围获得大小Snx*ny*nz的电磁信号强度数组E[n x，ny，nz]，其中 (nx，ny，nz)分别为在经度、炜度、高度方向上的采集点个数。对下行链路数据进行离散取值 存入数组E[nx，ny，nj中，设某点数据值为E& ,k)。
[0033] 其中，设（x，y，z)为采集离散点的位置坐标，（Δχ，Ay，Δ ζ)为在长方体长、宽、高 方向上的离散点距离间隔。则（x，y，z)与（i，j，k)是一一对应的关系：
⑴
[0035] 步骤1. 4、判断数据U是否为有效值，对非有效值进行取代处理：
[0036] 若EOnil' E < EO _，则为有效值，其值不变；
[0037] 若E(1, jik) < EO _或E (1, jik) > EO _，则对其进行舍弃，利用周围数据进行代替，具体 的：
[0038] ①（i，j，k)点为长方体的顶点时（以原点为例，其它顶点处理方法相同）：
[0040] ②（i，j，k)点为长方体边上的点时（以（i，0,0)方向边上的点为例，其它边上的 点处理方法相同）：
[0042] ③（i，j，k)点为长方体面上的点时（以底面（k = 0)上的点为例，其它面上的点 处理方法相同）：
[0050] 步骤1. 5、若某点电磁信号强度数据& 0比地面站接收电磁信号强度区域范围 数据都要大或都要小，则对其进行高斯滤波处理，具体的对E^]ik)进行高斯滤波为：
[0061] 步骤二：建立电磁信号强度三维可视化显示模型单元，具体建模过程分为以下四 个步骤：
[0062] 步骤2. 1、预设保证链路通信正常的有效电磁信号强度下限值&，即当某点接收到 的电磁信号强度小于^时，则判定此点为地面接收电磁信号的盲区点。
[0063] 步骤2. 2、根据最大值EOniax、最小值E0_、El来定义（i，j，k)点的色温（R，G，B)
[0069] 其中，λ为k)的归一化处理值。
[0070] 步骤2. 3、确定三维显示模型单元的建模方式 rnrml 抱亩撕占 Dl UH古彳太+*的形才进奸低获述拔_搶昭.
』+1)的顺序进行四面体构造，遍布整个模型单元的所有的点，其中PkU为采集点