电磁态势可视化系统设计研究

程芳

【摘 要】各种用频和电子干扰设备的电磁辐射构成了复杂的电磁环境。本文提出了一种电磁态势可视化系统的设计方案，系统采用C/S/S三层结构，通过统计图表、频谱图、瀑布图等综合展现战场电磁态势数据的时域、频域分布，结合地理信息系统与自然环境信息绘制已知通信、雷达、电子对抗等用频装备的辐射区域，实时显示电磁态势。

【关键词】电磁态势；可视化；电磁信号多维数据

中图分类号： E91；TN974 文献标识码： A 文章编号： 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

隨着电子技术的不断发展，各种电子战装备不断投入作战应用，战场的信号密度将十分密集，且信号形式复杂多样。战场电磁态势的分析与显示一直是制约指挥员实施准确、高效指挥的关键环节。科学、直观地描述电磁态势，不但有助于指挥员对电磁环境准确判断、科学决策、合理部署，而且对于指挥员准确把握训练进程至关重要。准确、全面、直观的战场综合态势能够让指挥员以最短的时间掌握战场的变化情况，支持指挥员进行及时准确的战术态势分析，有效评估电子信息装备与主战武器在复杂电磁环境下的适应能力与作战效能，为复杂电磁环境下信息化战争的作战与指挥提供决策依据。

所谓电磁态势的可视化就是通过二维、三维相结合的可视化方法将战场各种电磁信号的类型、属性和分布等情况的分析结果用统计图表、频谱图、瀑布图等形式表现出来。电磁态势可视化的意义在于，增强作战指挥人员对战场电磁态势的直观感知能力，为雷达、通信、电子对抗装备的使用和试验指挥的正确、及时决策提供可靠依据。电子对抗态势显示系统主要用于指挥员迅速直观地了解战场电磁态势，为雷达、通信、电子对抗装备的使用和训练的指挥决策提供可靠依据。系统有效结合空间地理信息系统以及虚拟现实技术，形象展示特定的战场空间中、特定的时间下的电磁态势时、空、能、频的分布情况，为指挥人员提供全方位、多视角、各尺度的战场复杂电磁环境信息。

1 系统设计目标

电磁态势可视化系统的基本功能是以图形图像的形式表现以下三个方面内容：电磁环境中的主要用频装备和电子干扰装备的作战效能评估；空间中敌我频谱利用态势感知；战场空间中信号情报的分析与获取。

运用多种可视化手段，将模型仿真数据和电磁环境监测所采集到的数据进行科学的、形象的表现，帮助指挥员分析与预测战场电磁态势，增强对看不见、摸不着的战场电磁环境的感知能力，进而做出正确的指挥决策。

可视化的具体实现方法是：使用科学计算可视化的体绘制和面绘制技术，表现雷达三维作用范围以及雷达探测概率的空间分布、通信干扰机的压制范围、战场空间中各频段频谱时频分布图；使用信息可视化的平行坐标和雷达图等技术，表现战场电磁信号的统计特征。

2 系统体系设计

2.1 系统组成

电磁态势可视化系统包括协议适配器、传输分发服务器、地理信息数据库、数据处理器、态势显示分系统、实兵模型管理分系统、数据管理分系统等六个分系统，如图1所示。

2.2 分系统设计

协议适配器主要完成试验区各种训练、试验数据的协议适配，对各种格式、内容的数据进行适配，转化成实兵对抗研练战场综合态势系统所能识别、应用的数据；协议适配器根据筛选规则提供数据筛选的功能，减少系统处理数据的流量。

传输分发服务器主要完成系统内数据业务的路由和分发，体现在两个方面，一方面完成适配后的数据的路由和分发，满足系统内其他节点对适配后数据的订阅需求，另一方面可以完成态势类原始数据的存储。

数据处理器完成对通信监测数据、雷达监测数据以及实兵数据的处理。体现在四个方面：融合、分析、统计、处理（依据试验任务的不同需求）。

态势显示分系统包括三方面内容：通信数据显示、雷达数据显示和实兵数据显示，提供对各种数据的通用显示手段，依据具体的显示需求，对数据处理器提供各种处理结果进行显示。

装备编成库，对参训、配训和受训装备进行管理。

兵力编成库，依据试验、训练和演习活动的需要，对红军、蓝军进行编成；按照试验区目前的试验、训练和研练的模式，从配属关系、信息关系建立实兵模型。

数据管理分系统，为系统提供数据支撑，除为系统提供数据支撑外，还为系统提供Web数据访问服务。

3 系统功能设计

3.1 态势实时显示功能

（1）以二维和三维可视化的形式在数字地图上，以三维模型的形式显示舰船编队、飞机编队的实时位置和行动态势；

（2）具有二维、三维战场综合态势联动显示功能。利用消息同步机制，实现二维、三维态势的同步联动显示，利用二维、三维显示各自的特点显示战场态势；

3.2 自然环境仿真功能

（1）能够仿真显示雨、雪、云、雾等自然天气状态，并根据时间进行动态调整；

（2）根据时间进程，对黎明、昼间、黄昏和夜间光线变化进行仿真显示；

（3）能够对海洋环境进行仿真显示，包括海浪的大小、舰船在海面的航迹、船只航行激起的浪花、海水的颜色、海面光线的变化等；

（4）能够显示的三维地理环境包括海洋、平原、山地、岛屿等；

（5）能够对烟尘、爆炸、导弹尾焰等特效进行仿真显示。

4 关键技术及实现途径

4.1 电磁信息融合处理技术

本系统将利用电磁信息融合处理技术把来自许多传感器和信息源的数据和信息加以联合、相关和组合，以获得精确的位置估计和身份估计、完整而及时的战场态势和威胁分析。

在该系统中，电磁信息融合的最主要目的是将多传感器和信息源电磁信息进行综合处理，将各传感器数据的时间信息进行统一度量，获取信号的时域、空域、频域的特征，这包括以下几个步骤：

（1）频域信息整理

将多个点位的多元传感器的信息进行整理，形成该点位的全频段的侦察信息；

（2）时域坐标变换

将来自于各传感器的目标数据信息统一到同一个时间轴上，形成以侦察点位为索引的时-频信息；

（3）空域坐标变换

将来自于各个传感器目标数据信息变换到同一个空间坐标上。

4.2 云计算技术

电磁态势可视化系统电磁态势的解析与计算需要基于海量的实时与历史电磁感知数据，根据不同的分析目的，采用一套或多套仿真计算模型或算法，进而得出结论。一方面，电磁环境复杂，系统内感知设备、模拟设备众多，不同平台不同类型的通信体制并存，因此产生的监测数据规模庞大。这些数据冗余与关联并存，时序不确定；另一方面，由于战场环境要素的增加，相应场景也会有千差万别的分析需求，这些分析与计算类型不同、涉及数据范围不同、处理流程和协同关系复杂，同时又需要较高的运算速度和精度，应采用独立化、分布式、并行计算的方式建立一系列的分析运算应用单元，灵活部署于运算服务器集群。针对电子对抗态势显示系统大数据量计算与快速分析处理要求，为保证整个系统的稳定性、安全性以及灵活扩展，作到上层应用软件与硬件支撑的无缝结合，根据计算需要，自动调整分配资源集合，本系统基于云计算模式给出整体的解决途径。

5 结束语

电磁态势可视化系统在基础地理信息显示、兵力态势显示、背景电磁环境显示的基础上，结合辐射源的辐射特性、天线方向图模型数据及电磁环境监测信息，通过二维、三维结合的方式综合展现战场电磁态势的空域、能域分布，实时显示战场电磁态势。

【参考文献】

[1]古小明，周克勝，朱居莹.战场复杂电磁环境[J].四川兵工学报，2009，30（8）：78-80.

[2]王英志，章新华.战场电磁环境可视化问题初探[J].舰船科学技术，2005，27（1）：83-86.