CN108537361A - 一种机动雷达和通信台站的选址评估方法 - Google Patents

Abstract

一种机动雷达和通信台站的选址评估方法，根据雷达和通信台站机动作业对场地的基本要求，在综合分析雷达和通信台站性能指标及影响机动作业因素的基础上，依据地理信息***(GIS)提供的机动区域的地理信息，按照模糊综合评判建模要求，结合层次分析法原理，建立以雷达和通信台站机动阵地选址综合评判方法，并利用无人机对预选地址实地考核，从而形成雷达和通信台站机动阵地选址综合评判体系。

Description

一种机动雷达和通信台站的选址评估方法

技术领域

本发明属于基于多目标优化的雷达/通信台站选址技术领域，是一种基于地理信息***(GIS)的选址方法，特别涉及一种基于多重分形的3D区域数字高程(DEM)的机动雷达和通信台站的选址方法。

背景技术

有关机动雷达和通信台站的选址问题的研究由来已久，在军事领域中的作用尤为重要，在现代信息化作战条件下，雷达和通信台站是己方获取敌方飞行器和地面人员装备部署的工具，也是敌方重点侦察打击的对象，因此，雷达和通信台站的机动部署是军队制定作战计划所涉及的重要环节之一，是提高己方雷达和通信台站生存能力和作战效能的重要措施与手段。在民用领域中，现代蜂窝通信***和无线数字电视广播***面临类似的问题，即在特定的区域内如何恰当地选择基站位置，使得在基站数目最少的情况下实现对目标区域的全覆盖。雷达和通信台站的选址问题涉及设备本身性能与任务目标要求、拟选地点的地理特征、交通和通信条件、电磁环境和自然环境等多种因素相关，是一个多约束条件下的目标优化问题，针对这一问题，学界进行了大量的研究工作，已有一定数量的研究成果。经典的解决方案是利用GIS***数据生成预定区域的数字高程(DEM)地形，按雷达/通信台站的性能与任务选择地点，但由于现有的GIS***的分辨率(90×90m²)不能满足复杂地理条件下的选址问题，为解决这一问题，传统的方法是采用GIS***数据生成粗网格DEM数据，而后利用三维样条插值或多重分形插值生成符合分辨率要求的DEM数据，在工程层面上解决了部分问题，但随着拟选定区域地理环境复杂度的提高，内插算法所生成的地理数据与实际情况会存在较大的差异，因此，基于内插的处理方法在复杂地理条件下已不满足工程的需要，必须另辟蹊径解决这一难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机动雷达和通信台站的选址评估方法，在继承传统方法优势的基础上，根据多重分形理论和人在回路的方法，将机动雷达和通信台站的选址问题转化为GIS数据与无人机实测数据融合及人工干预的决策问题，采用经过多重分形插值后的DEM数据初选出雷达/通信台站的地点，而后通过无人机对目标区域的实测，提出“DEM数据与实测数据融合”的概念与算法，并将其应用到雷达和通信台站的选址。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种机动雷达和通信台站的选址评估方法，包括如下步骤：

S1)确定一级评价因素集U＝{u₁,u₂,u₃,u₄}，其中，u₁为任务要求，u₂为地形状况，u₃为通信状况，u₄为生存状况；

S2)将一级评价因素细分为二级评价因素，为模糊综合评判建模打下良好基础，其中，u₁＝{x₁₁,x₁₂,x₁₃}，x₁₁为上级对机动雷达或移动通信台站的任务要求，x₁₂为雷达或移动通信台站的主要技术性能，x₁₃为雷达或移动通信台站的最大机动距离；u₂＝{x₂₁,x₂₂,x₂₃}，x₂₁为拟选地点的可用面积，x₂₂为对雷达波束或无线通信的遮蔽情况，x₂₃为道路交通情况；u₃＝{x₃₁,x₃₂,x₃₃}，x₃₁为拟选地点是否存在有线通信条件，x₃₂为拟选地点是否存在无线通信条件，x₃₃为拟选地点的电子干扰强度；u₄＝{x₄₁,x₄₂}，x₄₁为拟选地点的伪装条件，x₄₂为拟选地点与保障点之间的距离；

S3)根据u₁的要求，利用地理信息***(GIS)生成预机动部署雷达或通信台站地点的地域信息，计算区域内制高点的高度并由高到低排序；

S4)计算每个制高点的可用面积，根据雷达的探测范围计算该地点的遮挡情况，考察附近的道路交通状况；

S5)根据预选地点的有线、无线通信条件，考察附近是否存在大功率辐射源及其工作频段，确定可能的干扰强度；

S6)根据预选地点的植被分布，评估自然伪装条件，计算与各个保障点间的距离，并按由近及远排序；

S7)无人机对预选地点实施侦测，利用可见光/红外探测设备和无线电信号侦收设备；

S8)利用人在回路技术修正计算结果：根据计算和实地考察结果进行综合决策，确定雷达或通信台站的部署地点。

所述步骤S2)中，雷达或移动通信台站的主要技术性能包括雷达的发射功率，工作频率与带宽，最大作用距离，接收机灵敏度；移动通信台站的通信模式、频率、带宽和最大通信距离。

所述步骤S3)中，利用GIS***生成预定区域的数字地图，在数字地图中找出区域内所有制高点，然后根据评价指标，采用模糊判据初选预部署雷达/通信台站地点。

所述步骤S4)中，制高点的可用面积计算方法如下：

根据雷达/通信台站所需占地面积，利用GIS***数据生成制高点为中心所需面积DEM图，估计该区域的起伏度，粗略确定可用面积值；待无人机飞越预定区域并发回高分辨率图像后，对粗略确定的可用区域进行图像拼接，再次计算区域的起伏度，修正可用面积值。

所述步骤S3)～S6)中，在利用GIS***生成机动部署区域后，采用多重分形方法对预选地点实施进行三维插值，提高现有GIS***的分辨率，生成高分辨率DEM图，选择特征明显点作为图像匹配点；利用Voronoi图的方法生成拟选地点与周围障碍物之间的几何关系图，计算障碍物与地点之间的距离与遮蔽角；考察地点附近的道路状况、有线和无线通信条件，考察地点附近的大功率辐射源及其工作频段，确定干扰强度。

所述步骤S7)中，无人机对预选地点实施侦测，逐一进行航拍，利用可见光/红外探测设备和无线电信号侦收设备，获取高分辨率的地形图和电磁环境数据，实时回传图像和侦测信息。

所述步骤S8)中，计算步骤如下：

S8.1)根据无人机回传的影像，采用航空摄影法即利用两相邻像对，在全数字自动摄影测量***的支持下，通过输入GIS***中的地面控制点经过相对定向和绝对定向及影像自动相关匹配，生成数字高程(DEM)数据；；

S8.2)对拟选定区域的DEM数据进行栅格化处理，采用Delaunay算法生成3维地形图，以选出的雷达/通信台站站点为中心，向四周作一个半径R的缓冲区，整个缓冲区范围就是今后雷达/通信台站的工作区范围；

S8.3)计算高程高于或等于雷达站地面绝对高程的各山峰最高点相对于雷达站地面点的垂直遮蔽角γ、方位角a及两点之间的水平距离d：

S8.4)利用软件制表功能，将各山峰点垂直遮蔽角γ、方位角а、水平距离d等信息，制作成数据表格，利用人在回路的方法和模糊评判原则，结合相应专业知识，对选出的雷达站点合理性进行论证，确定是否选择该地域；

依次按上述步骤评估区域内所有候选制高点，完成雷达或通信台站的选址。

所述综合决策步骤如下：

S7.1)采用专家评议法，将机动地点选址评价因素的评语分成4个等级，确定评语集V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}＝{优，良，合格，差}；

S7.2)确定权重向量W＝{w₁,w₂,…,w_n}，以及第1层第i个指标因素x_i的权重向量W_i＝{w_i1,w_i2,…,w_ij,…,w_im}，(i＝1,2,…,n)，其中w_ij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m)表示第1层第i个指标因素的第j个指标x_ij的权重值；

S7.3)确定单因素评判矩阵R_i＝[r_ij(t)]_m×4；

对于可量化的因素，根据专家给出的最佳值x_ijm与实际值x_ij比较，对值越小越佳的因素，令a_ij＝x_ijm/x_ij，反之令a_ij＝x_ij/x_ijm，根据

S7.4)对各因素类作评判B_i＝w_iR_i(i＝1,2…n)；

令R＝[B₁,B₂,…B_n]^T，评价等级V＝(v₁,v₂,v₃,v₄)＝(5,4,3,2)，则B＝WR，计算综合评判值Q＝VB^T，若4＜Q≤5，则为优；3＜Q≤4，则为良；2＜Q≤3，则为合格；Q≤2，则为差；从而得出预选机动阵地的优劣程度。

与现有技术相比，在给定雷达或通信台站和机动部署地域的前提下，本发明可以在较短的时间内确定部署位置，可以明显提高选址的合理性。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为网格化DEM图，其中(a)规则化，(b)为非规则化。

图3为拼接前的DEM图。

图4为拼接后的DEM图。

图5为高程高于或等于雷达站地面绝对高程的各山峰最高点相对于雷达站地面点的垂直遮蔽角、方位角及两点之间的水平距离的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，一种机动雷达和通信台站的选址评估方法，包括如下步骤：

S1)依据上级意图与计划，确定雷达或通信台站预部署的地域，明晰雷达或通信台站的主要技术性能(探测/通信距离、发射功率和接收机灵敏度等)，制定一、二级选址评价指标，具体细节包括：

确定一级评价因素集U＝{u₁,u₂,u₃,u₄}，其中，u₁为任务要求，u₂为地形状况，u₃为通信状况，u₄为生存状况；

进一步，将一级评价因素细分为二级评价因素，为模糊综合评判建模打下良好基础，其中，u₁＝{x₁₁,x₁₂,x₁₃}，x₁₁为上级对机动雷达或移动通信台站的任务要求，x₁₂为雷达或移动通信台站的主要技术性能，例如雷达或移动通信台站的主要技术性能包括雷达的发射功率、工作频率与带宽、最大作用距离、接收机灵敏度等，移动通信台站的通信模式、频率、带宽和最大通信距离等，x₁₃为雷达或移动通信台站的最大机动距离；u₂＝{x₂₁,x₂₂,x₂₃}，x₂₁为拟选地点的可用面积，x₂₂为对雷达波束或无线通信的遮蔽情况，x₂₃为道路交通情况；u₃＝{x₃₁,x₃₂,x₃₃}，x₃₁为拟选地点是否存在有线通信条件，x₃₂为拟选地点是否存在无线通信条件，x₃₃为拟选地点的电子干扰强度；u₄＝{x₄₁,x₄₂}，x₄₁为拟选地点的伪装条件，x₄₂为拟选地点与保障点之间的距离；

S2)根据u₁的要求，利用地理信息***(GIS)生成预机动部署雷达或通信台站地点的地域信息，计算区域内制高点的高度并由高到低排序；

S3)计算每个制高点的可用面积，根据雷达的探测范围计算该地点的遮挡情况，考察附近的道路交通状况；

S4)根据预选地点的有线、无线通信条件，考察附近是否存在大功率辐射源及其工作频段，确定可能的干扰强度；

S5)根据预选地点的植被分布，评估自然伪装条件，计算与各个保障点间的距离，并按由近及远排序；

具体地，先利用GIS***生成预定区域的数字地图，在数字地图中找出区域内所有制高点，然后按由高到低排序，并根据评价指标，采用模糊判据初选预部署雷达/通信台站地点，采用多重分形方法对预选地点实施进行三维插值，提高现有GIS***的分辨率，生成高分辨率DEM图，选择特征明显点作为图像匹配点；并利用Voronoi图的方法生成拟选地点与周围障碍物之间的几何关系图，计算障碍物与地点之间的距离与遮蔽角；考察地点附近的道路状况、有线和无线通信条件，考察地点附近的大功率辐射源及其工作频段，确定干扰强度。

基于Voronoi图实现雷达或通信台站的初选址计算方法，利用了Voronoi图的影响范围特性、最大空心圆特性和局部动态特性，能跟保证雷达或通信台站位于预选地点的中心，实现雷达或通信台站的自动优化选址和预选区域内各个部署点位的最佳划分。

采用多重分形法对预选地点处的DEM图实施内插处理，生成较高分辨率的DEM图，这种处理方法是基于自然地形具有不同尺度上的自相似性，与样条插值等方法比较，该内插算法具有较小的插值误差。实施多重分形内插时应首先对DEM图进行网格化处理，对相对平坦的地点采用规则矩形网格化，对有一定起伏的地点采用非规则的三角网格化处理，见附图2、3。

其中，对预选地点实施侦测，可利用无人机，对预选地点逐一进行航拍，利用可见光/红外探测设备和无线电信号侦收设备，考察预选地点的电磁环境，实时回传图像和侦测信息；

对所有预选地点的DEM图与航拍图进行拼接，再次计算障碍物与地点之间的距离与遮蔽角，结合电磁环境信息和道路交通信息生成数据表格。采用无人机航拍图像修正经过内插后的TEM图，生成高分辨率的预选地点处的图像，图像拼接基于匹配点的选择和相似度计算，在实际操作中应选择TEM图上特征明显的点作为匹配点，各匹配点之间应大于图像拼接所要求的阈值，拼接后的图像应进行边沿光滑处理，见附图4。

所有计算结果，利用人在回路技术修正。

S6)根据计算和实地考察结果，采用人工判读和计算机辅助决策对预选地点逐一进行综合判决，确定雷达或通信台站的部署地点。

其中，计算步骤如下：

S6.1)根据无人机回传的影像，采用航空摄影法即利用两相邻像对，在全数字自动摄影测量***的支持下，通过输入GIS***中的地面控制点经过相对定向和绝对定向及影像自动相关匹配，生成数字高程(DEM)数据；；

S6.1.2)对拟选定区域的DEM数据进行栅格化处理，采用Delaunay算法生成3维地形图，以选出的雷达/通信台站站点为中心，向四周作一个半径R(雷达型号不同，该数值会不同)的缓冲区，整个缓冲区范围就是今后雷达/通信台站的工作区范围；

S6.1.3)计算高程高于或等于雷达站地面绝对高程的各山峰最高点相对于雷达站地面点的垂直遮蔽角γ、方位角a及两点之间的水平距离d，如图5所示：

S6.1.4)利用软件制表功能，将各山峰点垂直遮蔽角γ、方位角а、水平距离d等信息，制作成数据表格，利用人在回路的方法和模糊评判原则，结合相应专业知识，对选出的雷达站点合理性进行论证，确定是否选择该地域；

依次按上述步骤评估区域内所有候选制高点，完成雷达或通信台站的选址。

判决步骤如下：

S6.2.1)采用专家评议法，将机动地点选址评价因素的评语分成4个等级，确定评语集V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}＝{优，良，合格，差}；

S6.2.2)确定权重向量W＝{w₁,w₂,…,w_n}，以及第1层第i个指标因素x_i的权重向量W_i＝{w_i1,w_i2,…,w_ij,…,w_im}，(i＝1,2,…,n)，其中w_ij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m)表示第1层第i个指标因素的第j个指标x_ij的权重值；

S6.2.3)确定单因素评判矩阵R_i＝[r_ij(t)]_m×4；

对于可量化的因素，根据专家给出的最佳值x_ijm与实际值x_ij比较，对值越小越佳的因素，令a_ij＝x_ijm/x_ij，反之令a_ij＝x_ij/x_ijm，根据

S6.2.4)对各因素类作评判B_i＝w_iR_i(i＝1,2…n)。

综合评判.令R＝[B₁,B₂,…B_n]^T，评价等级V＝(v₁,v₂,v₃,v₄)＝(5,4,3,2)，则B＝WR,计算综合评判值Q＝VB^T，对照表3，可得出预选机动阵地的优劣程度

表3

Q值	5.0～4.0	4.0～3.0	3.0～2.0	<2.0
					等级	优	良	合格	差

本发明中，针对GIS***提供的DEM图分辨率不能满足机动雷达/通信台站的选址问题，提出了多重分形内插方法提高DEM图的分辨率，并以此图初选雷达/通信台站点位。

本发明中，为消除内插带来的局部地形误差，提出采用无人机航拍预选地点图像与DEM拼接的方法，相对于传统的基于GIS的辐射源选址方法有明显的理论、方法先进性。

Claims (8)

1.一种机动雷达和通信台站的选址评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)确定一级评价因素集U＝{u₁,u₂,u₃,u₄}，其中，u₁为任务要求，u₂为地形状况，u₃为通信状况，u₄为生存状况；

S2)将一级评价因素细分为二级评价因素，u₁＝{x₁₁,x₁₂,x₁₃}，x₁₁为上级对机动雷达或移动通信台站的任务要求，x₁₂为雷达或移动通信台站的主要技术性能，x₁₃为雷达或移动通信台站的最大机动距离；u₂＝{x₂₁,x₂₂,x₂₃}，x₂₁为拟选地点的可用面积，x₂₂为对雷达波束或无线通信的遮蔽情况，x₂₃为道路交通情况；u₃＝{x₃₁,x₃₂,x₃₃}，x₃₁为拟选地点是否存在有线通信条件，x₃₂为拟选地点是否存在无线通信条件，x₃₃为拟选地点的电子干扰强度；u₄＝{x₄₁,x₄₂}，x₄₁为拟选地点的伪装条件，x₄₂为拟选地点与保障点之间的距离；

S3)根据u₁的要求，利用地理信息***(GIS)生成预机动部署雷达或通信台站地点的地域信息，计算区域内制高点的高度并由高到低排序；

S4)计算每个制高点的可用面积，根据雷达的探测范围计算该地点的遮挡情况，考察附近的道路交通状况；

S5)根据预选地点的有线、无线通信条件，考察附近是否存在大功率辐射源及其工作频段，确定可能的干扰强度；

S6)根据预选地点的植被分布，评估自然伪装条件，计算与各个保障点间的距离，并按由近及远排序；

S7)无人机对预选地点实施侦测，利用可见光/红外探测设备和无线电信号侦收设备；

S8)利用人在回路技术修正计算结果：根据计算和实地考察结果进行综合决策，确定雷达或通信台站的部署地点。

2.根据权利要求1所述机动雷达和通信台站的选址评估方法，其特征在于，所述步骤S2)中，雷达或移动通信台站的主要技术性能包括雷达的发射功率，工作频率与带宽，最大作用距离，接收机灵敏度；移动通信台站的通信模式、频率、带宽和最大通信距离。

3.根据权利要求1所述机动雷达和通信台站的选址评估方法，其特征在于，所述步骤S3)中，利用GIS***生成预定区域的数字地图，在数字地图中找出区域内所有制高点，然后根据评价指标，采用模糊判据初选预部署雷达/通信台站地点。

4.根据权利要求1所述机动雷达和通信台站的选址评估方法，其特征在于，所述步骤S4)中，制高点的可用面积计算方法是：

根据雷达/通信台站所需占地面积，利用GIS***数据生成制高点为中心所需面积DEM图，估计该区域的起伏度，粗略确定可用面积值；待无人机飞越预定区域并发回高分辨率图像后，对粗略确定的可用区域进行图像拼接，再次计算区域的起伏度，修正可用面积值。

5.根据权利要求1所述机动雷达和通信台站的选址评估方法，其特征在于，所述步骤S3)～S6)中，在利用GIS***生成机动部署区域后，采用多重分形方法对预选地点实施进行三维插值，提高现有GIS***的分辨率，生成高分辨率DEM图，选择特征明显点作为图像匹配点；利用Voronoi图的方法生成拟选地点与周围障碍物之间的几何关系图，计算障碍物与地点之间的距离与遮蔽角；考察地点附近的道路状况、有线和无线通信条件，考察地点附近的大功率辐射源及其工作频段，确定干扰强度。

6.根据权利要求1所述机动雷达和通信台站的选址评估方法，其特征在于，所述步骤S7)中，无人机对预选地点实施侦测，逐一进行航拍，利用可见光/红外探测设备和无线电信号侦收设备，获取高分辨率的地形图和电磁环境数据，实时回传图像和侦测信息。

7.根据权利要求6所述机动雷达和通信台站的选址评估方法，其特征在于，所述步骤S8)中，计算步骤如下：

S8.1)根据无人机回传的影像，采用航空摄影法即利用两相邻像对，在全数字自动摄影测量***的支持下，通过输入GIS***中的地面控制点经过相对定向和绝对定向及影像自动相关匹配，生成数字高程(DEM)数据；；

S8.2)对拟选定区域的DEM数据进行栅格化处理，采用Delaunay算法生成3维地形图，以选出的雷达/通信台站站点为中心，向四周作一个半径R的缓冲区，整个缓冲区范围就是今后雷达/通信台站的工作区范围；

S8.3)计算高程高于或等于雷达站地面绝对高程的各山峰最高点相对于雷达站地面点的垂直遮蔽角γ、方位角a及两点之间的水平距离d：

S8.4)利用软件制表功能，将各山峰点垂直遮蔽角γ、方位角а、水平距离d等信息，制作成数据表格，利用人在回路的方法和模糊评判原则，结合相应专业知识，对选出的雷达站点合理性进行论证，确定是否选择该地域；

依次按上述步骤评估区域内所有候选制高点，完成雷达或通信台站的选址。

8.根据权利要求1所述机动雷达和通信台站的选址评估方法，其特征在于，所述综合决策步骤如下：

S7.1)采用专家评议法，将机动地点选址评价因素的评语分成4个等级，确定评语集V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}＝{优，良，合格，差}；

S7.2)确定权重向量W＝{w₁,w₂,…,w_n}，以及第1层第i个指标因素x_i的权重向量W_i＝{w_i1,w_i2,…,w_ij,…,w_im}，(i＝1,2,…,n)，其中w_ij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m)表示第1层第i个指标因素的第j个指标x_ij的权重值；

S7.3)确定单因素评判矩阵R_i＝[r_ij(t)]_m×4；

对于可量化的因素，根据专家给出的最佳值x_ijm与实际值x_ij比较，对值越小越佳的因素，令a_ij＝x_ijm/x_ij，反之令a_ij＝x_ij/x_ijm，根据

S7.4)对各因素类作评判B_i＝w_iR_i(i＝1,2…n)；

令R＝[B₁,B₂,…B_n]^T，评价等级V＝(v₁,v₂,v₃,v₄)＝(5,4,3,2)，则B＝WR，计算综合评判值Q＝VB^T，若4＜Q≤5，则为优；3＜Q≤4，则为良；2＜Q≤3，则为合格；Q≤2，则为差；从而得出预选机动阵地的优劣程度。