電磁態勢可視化系統設計研究

程芳

【摘 要】各種用頻和電子干擾設備的電磁輻射構成了復雜的電磁環境。本文提出了一種電磁態勢可視化系統的設計方案，系統采用C/S/S三層結構，通過統計圖表、頻譜圖、瀑布圖等綜合展現戰場電磁態勢數據的時域、頻域分布，結合地理信息系統與自然環境信息繪制已知通信、雷達、電子對抗等用頻裝備的輻射區域，實時顯示電磁態勢。

【關鍵詞】電磁態勢；可視化；電磁信號多維數據

中圖分類號： E91；TN974 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）04-0232-002

Research on Design of Electromagnetic Situation Visualization System

CHENG Fang

（91404 Troops，Qinhuangdao Hebei 066000，China）

【Abstract】Electromagnetic radiation of various frequency and electronic interference devices constitutes a complex electromagnetic environment. This paper proposes a design scheme of the electromagnetic situation visualization system. The system adopts a C/S/S three-tier structure and comprehensively presents the time domain and frequency domain distribution of battlefield electromagnetic situation data through statistical charts， spectrum charts， and waterfall maps， combined with geography. The information system and natural environment information are used to map radiation areas of known communications， radar， electronic countermeasures， and other frequency equipment， and the electromagnetic state is displayed in real time.

【Key words】 Electromagnetic situation； Visualization； Multidimensional data of electromagnetic signals

0 引言

隨著電子技術的不斷發展，各種電子戰裝備不斷投入作戰應用，戰場的信號密度將十分密集，且信號形式復雜多樣。戰場電磁態勢的分析與顯示一直是制約指揮員實施準確、高效指揮的關鍵環節。科學、直觀地描述電磁態勢，不但有助于指揮員對電磁環境準確判斷、科學決策、合理部署，而且對于指揮員準確把握訓練進程至關重要。準確、全面、直觀的戰場綜合態勢能夠讓指揮員以最短的時間掌握戰場的變化情況，支持指揮員進行及時準確的戰術態勢分析，有效評估電子信息裝備與主戰武器在復雜電磁環境下的適應能力與作戰效能，為復雜電磁環境下信息化戰爭的作戰與指揮提供決策依據。

所謂電磁態勢的可視化就是通過二維、三維相結合的可視化方法將戰場各種電磁信號的類型、屬性和分布等情況的分析結果用統計圖表、頻譜圖、瀑布圖等形式表現出來。電磁態勢可視化的意義在于，增強作戰指揮人員對戰場電磁態勢的直觀感知能力，為雷達、通信、電子對抗裝備的使用和試驗指揮的正確、及時決策提供可靠依據。電子對抗態勢顯示系統主要用于指揮員迅速直觀地了解戰場電磁態勢，為雷達、通信、電子對抗裝備的使用和訓練的指揮決策提供可靠依據。系統有效結合空間地理信息系統以及虛擬現實技術，形象展示特定的戰場空間中、特定的時間下的電磁態勢時、空、能、頻的分布情況，為指揮人員提供全方位、多視角、各尺度的戰場復雜電磁環境信息。

1 系統設計目標

電磁態勢可視化系統的基本功能是以圖形圖像的形式表現以下三個方面內容：電磁環境中的主要用頻裝備和電子干擾裝備的作戰效能評估；空間中敵我頻譜利用態勢感知；戰場空間中信號情報的分析與獲取。

運用多種可視化手段，將模型仿真數據和電磁環境監測所采集到的數據進行科學的、形象的表現，幫助指揮員分析與預測戰場電磁態勢，增強對看不見、摸不著的戰場電磁環境的感知能力，進而做出正確的指揮決策。

可視化的具體實現方法是：使用科學計算可視化的體繪制和面繪制技術，表現雷達三維作用范圍以及雷達探測概率的空間分布、通信干擾機的壓制范圍、戰場空間中各頻段頻譜時頻分布圖；使用信息可視化的平行坐標和雷達圖等技術，表現戰場電磁信號的統計特征。

2 系統體系設計

2.1 系統組成

電磁態勢可視化系統包括協議適配器、傳輸分發服務器、地理信息數據庫、數據處理器、態勢顯示分系統、實兵模型管理分系統、數據管理分系統等六個分系統，如圖1所示。

2.2 分系統設計

協議適配器主要完成試驗區各種訓練、試驗數據的協議適配，對各種格式、內容的數據進行適配，轉化成實兵對抗研練戰場綜合態勢系統所能識別、應用的數據；協議適配器根據篩選規則提供數據篩選的功能，減少系統處理數據的流量。

傳輸分發服務器主要完成系統內數據業務的路由和分發，體現在兩個方面，一方面完成適配后的數據的路由和分發，滿足系統內其他節點對適配后數據的訂閱需求，另一方面可以完成態勢類原始數據的存儲。

數據處理器完成對通信監測數據、雷達監測數據以及實兵數據的處理。體現在四個方面：融合、分析、統計、處理（依據試驗任務的不同需求）。

態勢顯示分系統包括三方面內容：通信數據顯示、雷達數據顯示和實兵數據顯示，提供對各種數據的通用顯示手段，依據具體的顯示需求，對數據處理器提供各種處理結果進行顯示。

裝備編成庫，對參訓、配訓和受訓裝備進行管理。

兵力編成庫，依據試驗、訓練和演習活動的需要，對紅軍、藍軍進行編成；按照試驗區目前的試驗、訓練和研練的模式，從配屬關系、信息關系建立實兵模型。

數據管理分系統，為系統提供數據支撐，除為系統提供數據支撐外，還為系統提供Web數據訪問服務。

3 系統功能設計

3.1 態勢實時顯示功能

（1）以二維和三維可視化的形式在數字地圖上，以三維模型的形式顯示艦船編隊、飛機編隊的實時位置和行動態勢；

（2）具有二維、三維戰場綜合態勢聯動顯示功能。利用消息同步機制，實現二維、三維態勢的同步聯動顯示，利用二維、三維顯示各自的特點顯示戰場態勢；

3.2 自然環境仿真功能

（1）能夠仿真顯示雨、雪、云、霧等自然天氣狀態，并根據時間進行動態調整；

（2）根據時間進程，對黎明、晝間、黃昏和夜間光線變化進行仿真顯示；

（3）能夠對海洋環境進行仿真顯示，包括海浪的大小、艦船在海面的航跡、船只航行激起的浪花、海水的顏色、海面光線的變化等；

（4）能夠顯示的三維地理環境包括海洋、平原、山地、島嶼等；

（5）能夠對煙塵、爆炸、導彈尾焰等特效進行仿真顯示。

4 關鍵技術及實現途徑

4.1 電磁信息融合處理技術

本系統將利用電磁信息融合處理技術把來自許多傳感器和信息源的數據和信息加以聯合、相關和組合，以獲得精確的位置估計和身份估計、完整而及時的戰場態勢和威脅分析。

在該系統中，電磁信息融合的最主要目的是將多傳感器和信息源電磁信息進行綜合處理，將各傳感器數據的時間信息進行統一度量，獲取信號的時域、空域、頻域的特征，這包括以下幾個步驟：

（1）頻域信息整理

將多個點位的多元傳感器的信息進行整理，形成該點位的全頻段的偵察信息；

（2）時域坐標變換

將來自于各傳感器的目標數據信息統一到同一個時間軸上，形成以偵察點位為索引的時-頻信息；

（3）空域坐標變換

將來自于各個傳感器目標數據信息變換到同一個空間坐標上。

4.2 云計算技術

電磁態勢可視化系統電磁態勢的解析與計算需要基于海量的實時與歷史電磁感知數據，根據不同的分析目的，采用一套或多套仿真計算模型或算法，進而得出結論。一方面，電磁環境復雜，系統內感知設備、模擬設備眾多，不同平臺不同類型的通信體制并存，因此產生的監測數據規模龐大。這些數據冗余與關聯并存，時序不確定；另一方面，由于戰場環境要素的增加，相應場景也會有千差萬別的分析需求，這些分析與計算類型不同、涉及數據范圍不同、處理流程和協同關系復雜，同時又需要較高的運算速度和精度，應采用獨立化、分布式、并行計算的方式建立一系列的分析運算應用單元，靈活部署于運算服務器集群。針對電子對抗態勢顯示系統大數據量計算與快速分析處理要求，為保證整個系統的穩定性、安全性以及靈活擴展，作到上層應用軟件與硬件支撐的無縫結合，根據計算需要，自動調整分配資源集合，本系統基于云計算模式給出整體的解決途徑。

5 結束語

電磁態勢可視化系統在基礎地理信息顯示、兵力態勢顯示、背景電磁環境顯示的基礎上，結合輻射源的輻射特性、天線方向圖模型數據及電磁環境監測信息，通過二維、三維結合的方式綜合展現戰場電磁態勢的空域、能域分布，實時顯示戰場電磁態勢。

【參考文獻】

[1]古小明，周克勝，朱居瑩.戰場復雜電磁環境[J].四川兵工學報，2009，30（8）：78-80.

[2]王英志，章新華.戰場電磁環境可視化問題初探[J].艦船科學技術，2005，27（1）：83-86.