Global Mapper软件在雷达选址上的应用分析

郭林辉

摘要：随着航班流量的日渐增长以及航路航线越来越密集，雷达监视的需求也越来越大，尤其是在我国东部地区，仅华东地区在“十二五”期间就已建成6部二次雷达，立项达到20部以上。那么，这么多部雷达布点直接关系到这个区域的监视性能，分析雷达选址点的覆盖性能是有必要的，从而验证选址点监视性能可行性。利用global Mapper这一GIS地图软件，加载数字高程模型（DEM），使用视距分析功能实现对选址点的覆盖描述，结合选址要求、航路航线和现有雷达覆盖情况进行分析选址点覆盖性能，论证其可行性。此外，研究结论也可以应用到其他视距分析领域。

关键词：global Mapper；数字高程模型（DEM）；视距；雷达覆盖

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2015）26027502

0引言

传统模式的雷达选址比较单一，由于缺乏工具，大多采用人工现场勘测，耗时较长，并不能直观反映选址点的地形特征，尤其是周边范围较远的地形特征，有时这些地形对雷达作用范围是有影响的，更不能做到对选址点的覆盖情况进行进一步分析。即使使用了google earth等地图工具，只是粗略选择相对较高的位置，也不能做到对选址点周边的高程地形进行分析，难以一次性、大范围、高效的建立整个选址研究区域的数字高程模型，更谈不上覆盖图制作了和航路航线覆盖情况。

本文利用Global Mapper（以下简称“GM”）软件，可以快速的分析选址点覆盖性能。该软件具备三维地形可视化和海量数据快速处理能力，还可以利用卫星地图研究地形情况，极大方便了雷达前期选址和覆盖分析。此外，GM具有强大的数据处理能力，可以输入输出多种数据格式，若运用到其他软件或结合使用，前景也是非常可观的。

1GM软件介绍及可行性论证

GM是一款地图绘制软件，支持多种格式的数据源（如：SRTM数据），还能在线方式获得卫星数据和其他地形图数据源。GM软件通过处理将这些数据源显示为光栅地图、高程地图、矢量地图等，可以建立在不同的坐标投影模型下（如CAAC航图使用的兰勃特投影方式），很容易实现地图作编辑、转换、分析、发布等功能，同时它还可以对数据集的范围进行裁剪，支持脚本批量处理，并且可以提供距离和面积计算，光栅混合、对比度调节、海拔高度查询、视线计算等。GM软件还提供开发接口，方便使用者二次开发。相比其他理信息系统软件（GIS），GM软件兼容性更好，支持输出不同数据类型格式的文件。对于高程方面的数据分析上，GM软件可以真实的3D方式来查看高程地图或建立3D模型。此款软件上手容易、操作简单，对计算机软硬件要求不高，基本可以满足雷达站选址方面的要求。

在使用GM软件之前，有必要论证其是否可行。第一，要论证其地图数据影影射是否准确，本文加载CAAC航图文件，查看其轮廓重合度来判断影射正确与否。第二，论证其覆盖分析是否可靠，本文采用对比官方专业覆盖图制作软件Wrap结果，分析其覆盖准确性。

1.1地图数据影射论证

通过将CAAC航图以兰勃特投影方式导入到GM软件当中，同时加载SRTM高程数据，对图形重合度进行比对。如图1所示，从地图轮廓及岛屿形状上看，CAAC航图与SRTM数据基本重合的，就可以得到SRTM高程数据中对于CAAC航图是正确的。

图1航图与地形图轮廓基本重合1.2覆盖分析的论证

覆盖分析论证是与某官方软件对比，利用GM视距分析功能制作出来的覆盖图形与官方软件Wrap进行比较。如图2所示，对官方制作的覆盖图与GM制作的覆盖图进行重合比对，其中浅色的部分是GM的覆盖图形，而深色的Wrap计算出来的，从图形轮廓上看是几本一致的，而GM制作的覆盖图輪廓更加细致，那么使用GM制作覆盖图是可行的，甚至更优。

图2GM与Wrap覆盖图重合比较通过上述两种校验，基本确定了GM软件在雷达选址应用分析上是可靠的，分析的结果也是有说服力的。

2雷达选址分析

利用GM进行雷达选址应用分析，主要分为5个步骤：前期准备、选址点覆盖制作、覆盖分析、环境分析。最重要的是覆盖分析，这直接关系到雷达是否达到期望的性能。

2.1前期准备

将GM用于雷达选址，首先要获得高程地图，这个可以到srtm官网上进行下载；其次是制作航图，可以将CAAC航图进行影射，也可以自己制作。自己自作的航图可用性好，加载快，这里可以通过在GM软件中导入每个航点，然后依据航图连接航线。当然，还要准备一些其他的地图，如谷歌卫星地图、城市地图等。

选址前期，需要简要分析期望的选址位置地形情况，这里通过使用3D影像和等高线来分析。如图3所示的3D影像，可以直观看到地形情况，波峰波谷位置；图4是GM制作出来的等高线图，这是对地形情况更加具体的描述，从等高线上容易找到制高点、地形变化趋势。对于雷达选址来说，尽量选择地势平坦区域的中心，也就是等高线稀疏的地方，这个区域越大则越有利，至少保证20公里半径；如果找不到广阔的平坦区域，那么可以选择多个区域的制高点，这样遮蔽角就小；最后，需要根据航图避开航线交汇点。

图33D影像显示图4地形上的等高线2.2选址点覆盖制作

使用GM工具栏上的视距分析工具，将其放置到选址点位置，设置分析选项对话框，如图5所示，选项中包含发射机高度、接收机高度、地球曲率、选择图层、作用距离、方位、菲涅尔区、功率图等。一般将发射机高度设置在above ground，接收机高度设置在above sea，根据需要制作不同高度层，可以用不同颜色区分，作用距离设置成雷达最大作用距离475km（256NM），由于地球曲率原因最大视线距离不可能为无穷大，一般10000m的高度，最大视线距离可以达到450km。菲涅尔区的存在会使无线电强度削弱，即使视线上没有遮挡也不意味该点能建立无线电传输路径，一般只考虑第一菲涅尔区，保证在第一菲涅尔区不受遮挡，这样可以认为是自由空间传输。而高程数据采样，在缺省值的基础上扩大10倍以上，这样计算速度会大大提高，图6即为制作好的覆盖图。

图5视距分析选项图6不同高度覆盖图2.3覆盖分析

当有了完整的覆盖图，就可以对覆盖性能进行分析，根据雷达选址要求。需要进行遮蔽分析，区域及航线分析，顶空盲区分析，报告点覆盖分析。

2.3.1遮蔽分析

按照选址要求需要在360°范围内2～5°采样一次遮蔽角大小，进而画出遮蔽图。使用GM提供3D path功能获取该方向上的地形，如图7所示，这样可以很容易计算出最大遮蔽角数值。如果需要考虑周边的建筑物，可以利用谷歌卫星地图，标志出可能影响最大遮蔽角的建筑，图7中两个黑点之间为标注的建筑物位置。通过这样的方法快速的制作出遮蔽图。

图73D path上的地形情况2.3.2区域及航线分析

区域及航线覆盖能力分析是雷达选址中最为重要的一项。在图6中制作完成的覆盖图中，可以清晰的看出不同高度层覆盖率情况、航线覆盖情况、存在遮蔽区域。为了满足区域内多重覆盖的要求，还要画出与其他异地雷达叠加的覆盖图，查看重叠区域是否满足多重覆盖要求。

航线分析主要是分析各条航线的覆盖情况，这个

数据比区域覆盖更有用，即使区域覆盖率很低，只要航线都能覆盖到，那么选址点覆盖性能还是满足要求。

2.3.3顶空盲区分析

一般而言，雷达在仰角45°以上存在顶空盲区，那么10000米高度就有10公里半径的顶空盲区，在覆盖图中将顶空盲区标出，只要分析标出的区域是否存在航线。其实，在选址前期就要求避开了航线交汇点，那么实际的盲区对航线影响将是很小，一般就一两条航线。

2.3.4报告点分析

报告点分析多用于进近和本次区域，与遮蔽分析计算是一样的，这里计算报告点的仰角是否在遮蔽范围内，但遮蔽范围不一定是最大遮蔽角的地方。使用报告点的高度与距离比较得到仰角，利用GM的3D path功能分析出雷达选址点到报告点的地形情况，如图7所示，在此段范围内选择最大遮蔽角，当最大遮蔽角小于仰角即是满足报告点覆盖的。

2.4环境分析

主要是确认周边不存在雷达场地规范要求中的障碍物、反射体、信号源，这些在完成以上分析时现场探测确认，在GM软件上标志出障碍物、反射体、发射源位置，然后依据雷达选址规范确认是否符合要求。同时，将现场周边道路、水源、供电、传输信息一并标志，分析该点建站是否便利、经济。

3结论与展望

通过使用GM软件视距分析功能结合数字高程模型，可以有效的对雷达选址点进行覆盖计算，利用覆盖图直观的分析覆盖性能，同时还可以分析周边的遮蔽情况。另外，还可以对选址点周边环境做一个分析，是否满足雷达的电磁要求。使用GM软件可大大提高选址工作效率，减少现场勘探工作。另一方面，GM软件不仅可以在雷达选址上发挥作用，只要涉及到无线电传输领域，如甚高频通信、ADSB（广播式自动相关监视）、MLAT（多点点位系统）、基站通信等，都可以利用GM提供的视距分析功能计算作用距离与覆盖能力，基于高程数据模型的视距分析也将会成为重点研究方向，特别是移动通信领域。

当然，使用GM软件也存在一些不足之处。第一，SRTM高程数据的精确度不够，一般分辨率在90m；第二，只反映了地形情况，缺少对周边建筑物、丛林描述。随着科学技术发展和大数据时代来临，这些不足也都能被攻破，现在城市3D建筑模型、街景地图都已出现了，相信GM软件在测绘、地图制作、地形分析、3D应用等领域都将会有更广闊的前景。

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