一种基于三维激光扫描仪和GIS的雷达阵地堪选方法技术

一种基于三维激光扫描仪和GIS的雷达阵地堪选方法，采用三维激光扫描仪和便携式举升平台，配套使用RTK、标靶等辅助设备，能够快速、精确的获取阵地三维点云数据，经数据处理后生成高精度DEM数据。在此基础上，使用GIS系统三维空间分析功能的天际线工具生成天际线，然后根据天际线和导入的地形数据提取天际线各点的高度，生成遮蔽角数据，根据遮蔽角数据和雷达参数生成雷达的遮蔽角图和雷达平面探测范围图。使用GIS系统的视线分析工具，生成观察点上某方向上的可视线，根据可视线和导入的地形数据提取可视线各点的高度生成断面图，进行雷达反射区的起伏度分析，得出量化的起伏度数据，并在此基础上优选出适合的雷达阵地架设位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子测量领域，涉及一种雷达阵地的勘测选取方法。
技术介绍
雷达的探测威力不仅取决于雷达本身的性能参数，同时也取决于雷达阵地的地理环境，地物遮蔽、地表反射等因素会导致雷达的实际波瓣与理想波瓣差别较大，其中，地物遮蔽会影响雷达的水平探测范围，地面反射导致的垂直波瓣分裂会使雷达的探测范围增大或减小，影响雷达的低空测高精度。随着技术的发展，新一代雷达对阵地地形的条件提出了更高的要求，需要更小的遮蔽角和更大、更平坦的阵地反射面，因此对雷达阵地的地形勘测及实际波瓣分析能力提出了更高的要求。目前，用于雷达阵地地形测量的手段主要为全站仪+GPS的方式，遮蔽角测量中主要使用全站仪：在待测地形中，人工判断出雷达架设位置并架设全站仪，水平360度每间隔一度进行人工观测，通过调整全站仪目镜的倾斜角度，瞄准障碍物的最高点，并记录目镜倾角，得出遮蔽角。通过测量记录绘制纸质的雷达阵地遮蔽角图，再生成雷达平面探测范围图，分析主要观测方向的效能是否符合阵地接收条件的要求。断面测量中主要使用GPS：在待测地形中，架设GPS主站，通过罗盘选定雷达的主要观测方向(一般为一个扇区，范围比较大)，理论上在每度方向上需要操作员手持GPS移动站间隔一定距离(理想状态测定到分米级，实际应用中，由于工作量大，目前测到5米到10米间隔的采样精度)进行测量，由于作业工作量大，一般通过人工判断，选定1至2个典型地形角度进行跑杆测量，其他角度忽略。通过测量记录绘制纸质的雷达阵地断面图，再分析雷达发射区的起伏程度是否符合阵地接收条件。上述测量方法的不足之处在于测量速度慢、数据率低，完成一个阵地遮蔽和主要作战方向断面测量就需要1天时间，完成一个阵地地形的精细测量大约需要3人*1个月的时间；同时，测量得到的数据点稀疏，测量出的地形地貌不够精确，无法满足实际应用需求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于三维激光扫描仪测量和GIS(地理信息系统)空间分析的，测量速度快、数据率高、精度高的雷达阵地堪选方法。本专利技术的技术解决方案是：一种基于三维激光扫描仪和GIS的雷达阵地堪选方法，包括如下步骤：(1)根据任务设定的雷达观测方向和目标的距离，结合雷达的参数，划定雷达可架设的区域范围并划分为区块，然后根据阵地的接收条件要求，逐个区块的进行遮蔽角分析和起伏度分析，初步选择出符合任务设定要求的雷达架设区块；遮蔽角θ的计算方法为，θ＝tan-1[(d1-h)/d]，其中d1为遮蔽物高度，h为雷达中心高度，d为雷达架设站点和遮蔽物的水平距离。起伏度Δh的计算方法为，Δh＝λds/32h，其中λ为雷达的工作波长，h为雷达中心高度，ds为雷达架设站点和起伏地物的水平距离。(2)从步骤(1)选定的雷达架设区块中，按照阵地修建工程的难易程度进行排序，选取出适合作为雷达假设阵地的m个预选阵地，m为正整数；m的取值通常为2、3或者4。(3)针对步骤(2)确定的m个预选阵地，逐个分别执行以下相同的实地勘测流程，获取m个阵地各自的全局DEM数据：(31)在预选阵地中部、无遮挡的地域架设RTK主站；(32)在预测试的雷达架设点架设举升平台，安装三维激光扫描仪，同时将RTK移动站1与三维激光扫描仪同轴固定，并将举升平台升高至三维激光扫描仪不被遮挡、不影响测量范围的高度；在三维激光扫描仪的测量范围内架设标靶，同时将RTK移动站2与标靶同轴固定；(33)采用RTK移动站1和RTK主站通信，测量出三维激光扫描仪测量坐标系的原点在大地坐标系的坐标值并记录，采用RTK移动站2和RTK主站通信，测量出标靶圆心的大地坐标值并记录；(34)遥控三维激光扫描仪开始扫描，完成以三维激光扫描仪为圆心、扫描距离为半径、水平360度、垂直160度的扫描测量并存储测量信息；(35)改变RTK移动站1和RTK移动站2的位置，重复步骤(32)～(34)，共获取K站的扫描数据，K站扫描数据的组合需覆盖整个预选阵地，K为正整数；(36)对于K站中每一站的扫描数据，根据RTK移动站1和RTK移动站2测量值，获取该站测量位置处的三维激光扫描仪测量坐标系与大地坐标系的坐标转换关系，并将三维激光扫描仪的测量数据由三维激光扫描仪测量坐标系转换至大地坐标系；然后在大地坐标系下，将转换后的K站三维激光扫描仪的测量数据进行拼接，得到全局点云数据；(37)根据步骤(36)得到的全局点云数据生成全局DEM数据；(4)针对步骤(3)确定的m个全局DEM数据，逐个分别执行以下相同的数据分析流程，获取m个阵地的堪选结果：(41)将全局DEM数据导入GIS系统，使用GIS系统生成天际线，然后根据天际线和导入的全局DEM数据提取天际线各点的高度，进行几何运算生成遮蔽角数据，并根据遮蔽角数据和雷达参数生成雷达阵地遮蔽角图和雷达平面探测范围图；使用GIS系统生成观察点上某方向上的可视线，根据可视线和导入的全局DEM数据提取可视线各点的高度，生成断面图；(42)确定雷达反射区的范围，计算得到雷达反射区的起伏度量化数据；雷达反射区的范围通过近端界限和远端界限限定，其中远端界限df≥23.3h2/λ，近端界限dn≤0.7h2/λ，其中λ为雷达的工作波长，h为雷达中心高度。(43)根据雷达类型确定遮蔽角要求，在雷达阵地遮蔽角图上判断雷达观测方向的遮蔽角是否满足要求；同时根据起伏度量化数据，判定雷达反射区范围内的起伏度是否满足要求；起伏度满足的要求为Δh≤λds/32h，式中ds的取值在df和dn之间。(44)将遮蔽角和起伏度同时满足要求的预选阵地作为可用雷达架设阵地输出。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)现阶段的阵地初选方法是在大比例尺军用地图上，凭借专家经验人工选择可架设区域。此方式存在的不足是主观性较强，不能够量化分析，可重复性较差。本专利技术通过GIS系统空间分析方法，根据雷达选址规范的要求，可以快速实现阵地架设区域的预选，在提高了工作效能的同时，实现了阵地预选的自动化、标准化，降低了对人员专业技能的依赖性；(2)本专利技术方法采用三维激光扫描仪和便携式举升平台，配套使用RTK、标靶等辅助设备，能够快速、精确的获取阵地三维点云数据，经数据处理后可以生成高精度三维高程地形模型，解决了现场测量中多站数据融合的难题，可以满足阵地测量大区域地形数据采集和数据预处理需要。采用这种方式，数据密本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维激光扫描仪和GIS的雷达阵地堪选方法，其特征在于包括如下步骤：(1)根据任务设定的雷达观测方向和目标的距离，结合雷达的参数，划定雷达可架设的区域范围并划分为区块，然后根据阵地的接收条件要求，逐个区块的进行遮蔽角分析和起伏度分析，初步选择出符合任务设定要求的雷达架设区块；(2)从步骤(1)选定的雷达架设区块中，按照阵地修建工程的难易程度进行排序，选取出适合作为雷达假设阵地的m个预选阵地，m为正整数；(3)针对步骤(2)确定的m个预选阵地，逐个分别执行以下相同的实地勘测流程，获取m个阵地各自的全局DEM数据：(31)在预选阵地中部、无遮挡的地域架设RTK主站；(32)在预测试的雷达架设点架设举升平台，安装三维激光扫描仪，同时将RTK移动站1与三维激光扫描仪同轴固定，并将举升平台升高至三维激光扫描仪不被遮挡、不影响测量范围的高度；在三维激光扫描仪的测量范围内架设标靶，同时将RTK移动站2与标靶同轴固定；(33)采用RTK移动站1和RTK主站通信，测量出三维激光扫描仪测量坐标系的原点在大地坐标系的坐标值并记录，采用RTK移动站2和RTK主站通信，测量出标靶圆心的大地坐标值并记录；(34)遥控三维激光扫描仪开始扫描，完成以三维激光扫描仪为圆心、扫描距离为半径、水平360度、垂直160度的扫描测量并存储测量信息；(35)改变RTK移动站1和RTK移动站2的位置，重复步骤(32)～(34)，共获取K站的扫描数据，K站扫描数据的组合需覆盖整个预选阵地，K为正整数；(36)对于K站中每一站的扫描数据，根据RTK移动站1和RTK移动站2测量值，获取该站测量位置处的三维激光扫描仪测量坐标系与大地坐标系的坐标转换关系，并将三维激光扫描仪的测量数据由三维激光扫描仪测量坐标系转换至大地坐标系；然后在大地坐标系下，将转换后的K站三维激光扫描仪的测量数据进行拼接，得到全局点云数据；(37)根据步骤(36)得到的全局点云数据生成全局DEM数据；(4)针对步骤(3)确定的m个全局DEM数据，逐个分别执行以下相同的数据分析流程，获取m个阵地的堪选结果：(41)将全局DEM数据导入GIS系统，使用GIS系统生成天际线，然后根据天际线和导入的全局DEM数据提取天际线各点的高度，进行几何运算生成遮蔽角数据，并根据遮蔽角数据和雷达参数生成雷达阵地遮蔽角图和雷达平面探测范围图；使用GIS系统生成观察点上某方向上的可视线，根据可视线和导入的全局DEM数据提取可视线各点的高度，生成断面图；(42)确定雷达反射区的范围，计算得到雷达反射区的起伏度量化数据；(43)根据雷达类型确定遮蔽角要求，在雷达阵地遮蔽角图上判断雷达观测方向的遮蔽角是否满足要求；同时根据起伏度量化数据，判定雷达反射区范围内的起伏度是否满足要求；(44)将遮蔽角和起伏度同时满足要求的预选阵地作为可用雷达架设阵地输出。...

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描仪和GIS的雷达阵地堪选方法，其特征在于包
括如下步骤：
(1)根据任务设定的雷达观测方向和目标的距离，结合雷达的参数，划定
雷达可架设的区域范围并划分为区块，然后根据阵地的接收条件要求，逐个区
块的进行遮蔽角分析和起伏度分析，初步选择出符合任务设定要求的雷达架设
区块；
(2)从步骤(1)选定的雷达架设区块中，按照阵地修建工程的难易程度
进行排序，选取出适合作为雷达假设阵地的m个预选阵地，m为正整数；
(3)针对步骤(2)确定的m个预选阵地，逐个分别执行以下相同的实地
勘测流程，获取m个阵地各自的全局DEM数据：
(31)在预选阵地中部、无遮挡的地域架设RTK主站；
(32)在预测试的雷达架设点架设举升平台，安装三维激光扫描仪，同
时将RTK移动站1与三维激光扫描仪同轴固定，并将举升平台升高至三维激光
扫描仪不被遮挡、不影响测量范围的高度；在三维激光扫描仪的测量范围内架
设标靶，同时将RTK移动站2与标靶同轴固定；
(33)采用RTK移动站1和RTK主站通信，测量出三维激光扫描仪测
量坐标系的原点在大地坐标系的坐标值并记录，采用RTK移动站2和RTK主
站通信，测量出标靶圆心的大地坐标值并记录；
(34)遥控三维激光扫描仪开始扫描，完成以三维激光扫描仪为圆心、
扫描距离为半径、水平360度、垂直160度的扫描测量并存储测量信息；
(35)改变RTK移动站1和RTK移动站2的位置，重复步骤(32)～
(34)，共获取K站的扫描数据，K站扫描数据的组合需覆盖整个预选阵地，K
为正整数；
(36)对于K站中每一站的扫描数据，根据RTK移动站1和RTK移动
站2测量值，获取该站测量位置处的三维激光扫描仪测量坐标系与大地坐标系

\t的坐标转换关系，并将三维激光扫描仪的测量数据由三维激光扫描仪测量坐标
系转换至大地坐标系；然后在大地坐标系下，将转换后的K站三维激光扫描仪
的测量数据进行拼接，得到全局点云数据；
(37)根据步骤(36)得到的全局点云数据生成全局DEM数据；
(4)针对步骤(3)确定的m个全局DEM数...

【专利技术属性】
技术研发人员：才长帅，李光伟，闫海，高其嘉，曹原，王晓莉，陈京平，李建勋，冀鑫炜，石海天，刘建平，李静，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军装备研究院雷达与电子对抗研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11