隨著電磁設(shè)備的增多,電磁環(huán)境日益復(fù)雜,很多設(shè)施設(shè)備都會(huì)受到電磁環(huán)境的影響,對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行仿真是評(píng)估電磁影響的基礎(chǔ)。由于電磁環(huán)境看不見(jiàn)、摸不著,因此迫切需要尋求一種方法,來(lái)對(duì)電磁設(shè)備的輻射能力及電磁環(huán)境的分布情況,進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確、直觀地描述。該問(wèn)題的核心最終歸結(jié)為電磁環(huán)境計(jì)算模型的構(gòu)建以及對(duì)空間電磁環(huán)境進(jìn)行可視化。本文的研究工作主要是在三維數(shù)字地球上,地理坐標(biāo)系下基于電波傳播模型的多輻射源三維電磁環(huán)境模型的構(gòu)建,地理坐標(biāo)系下球形規(guī)則網(wǎng)格電磁環(huán)境場(chǎng)數(shù)據(jù)直接體繪制以及相關(guān)的優(yōu)化方法等。具體來(lái)說(shuō)有以下四個(gè)方面:1)針對(duì)在三維數(shù)字地球上電磁環(huán)境的建模問(wèn)題,首先本文選擇在地理坐標(biāo)系下組織電磁場(chǎng)數(shù)據(jù),即等間隔經(jīng)度、等間隔緯度和等間隔高度采樣空間電磁環(huán)境,形成球形規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)組織形式。其次,基于ITM(Irregular Terrain Model)電波傳播模型,設(shè)計(jì)了多輻射源電磁環(huán)境計(jì)算模型。在此基礎(chǔ)上,改進(jìn)傳統(tǒng)直角坐標(biāo)系下的地形重用方法,稱(chēng)之為球形規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)地形重用算法,不僅減少了地形提取的冗余計(jì)算,實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的加速計(jì)算,而且考慮了地球曲率的影響,數(shù)值計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。最后,針對(duì)多輻射源電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)在個(gè)人PC機(jī)中計(jì)算效率低的問(wèn)題,提出一種多輻射源并行采樣方法,結(jié)合球形規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)地形重用算法,實(shí)現(xiàn)多源電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的快速計(jì)算。2)針對(duì)傳統(tǒng)GPU(Graphics Processing Units)光線投射體繪制算法的包圍盒是立方體,不能直接用來(lái)繪制地理坐標(biāo)系下的球形規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù),提出一種基于圓頂體包圍盒的GPU光線投射算法,詳細(xì)描述了球形規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)的圓頂體包圍盒的構(gòu)建過(guò)程;同時(shí),為了獲取重采樣點(diǎn)正確的光學(xué)屬性,設(shè)計(jì)了著色器中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法,從而實(shí)現(xiàn)球形規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)的體繪制。為了實(shí)現(xiàn)電磁環(huán)境的加速重建,在地理坐標(biāo)系下進(jìn)行數(shù)據(jù)的八叉樹(shù)剖分,構(gòu)建體數(shù)據(jù)的緊致包圍盒,剔除空體素,減少了繪制的體數(shù)據(jù)量和光線重采樣次數(shù),提高了繪制效率。3)針對(duì)大規(guī)模的球形規(guī)則網(wǎng)格電磁場(chǎng)數(shù)據(jù),不能一次性從外存加載到系統(tǒng)內(nèi)存和紋理內(nèi)存中進(jìn)行繪制的問(wèn)題,基于深度八叉樹(shù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),并結(jié)合小波變換的多分辨率分析特性,將體數(shù)據(jù)看做三維離散信號(hào),構(gòu)建基于深度八叉樹(shù)和三維小波變換的多分辨率分層分塊數(shù)據(jù)模型。根據(jù)視點(diǎn)位置,動(dòng)態(tài)調(diào)度不同分辨率下的多分辨率數(shù)據(jù)模型。4)設(shè)計(jì)了電磁環(huán)境三維建模與可視化子系統(tǒng),該子系統(tǒng)對(duì)電磁環(huán)境的三維建模與可視化等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證,并將子系統(tǒng)集成在VBF(Virtual Battle Field)平臺(tái)上。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：P226.3;O441
【部分圖文】：

圖 1.1 ITM 模型計(jì)算區(qū)域示意圖IREM 模型IREM 模型(Terrain Integrated Rough Earth Model)[16]是基于發(fā)射機(jī)的地面起伏來(lái)計(jì)算傳播損耗，由美國(guó)電磁兼容分析中心研發(fā)，其圍從 20MHz 到 20GHz 由于 TIREM 模型預(yù)測(cè)結(jié)果精度較高，并在美軍電磁衰減預(yù)測(cè)系統(tǒng)中該模型得到了廣泛應(yīng)用 該模型與 IT的區(qū)別：對(duì)視距區(qū)域內(nèi)傳輸損耗值的計(jì)算方法不同，該模型是采衍射損耗與反射區(qū)域損耗中較小的一個(gè)作為視距損耗，而 ITM 模線的多徑，來(lái)對(duì)視距區(qū)域的損耗值進(jìn)行計(jì)算 獻(xiàn)[9]對(duì)Okumura-Hata模型和COST231-Hata模型在不同頻率或者下進(jìn)行了仿真研究 文獻(xiàn)[14]詳細(xì)介紹了 ITM 模型，并在 ITM 模通過(guò)數(shù)值簡(jiǎn)化方法，實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的快速計(jì)算，同時(shí)基于等值提取電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的等值面信息 文獻(xiàn)[17]基于 ITM 模型并設(shè)計(jì)并計(jì)算電磁波由于受不規(guī)則地形的影響，空間中各個(gè)采樣點(diǎn)的信號(hào)

圖 1.2 GPU 圖形渲染管線（圖片引用文獻(xiàn)[58]）1) 可編程頂點(diǎn)處理器頂點(diǎn)處理器的主要功能是對(duì)每一個(gè)送入到流水線的頂點(diǎn)進(jìn)行一系列的數(shù)換操作，負(fù)責(zé)生成所有后續(xù)階段需要的信息 讀取幾何數(shù)據(jù)流中每個(gè)頂點(diǎn)性信息（頂點(diǎn)位置 顏色 紋理坐標(biāo)等），將物體的頂點(diǎn)位置從局部坐標(biāo)系模型視圖投影(Model View Projection，MVP)變換轉(zhuǎn)換到裁剪空間中的坐標(biāo)有的頂點(diǎn)必須首先轉(zhuǎn)換到該坐標(biāo)系 除了頂點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換這個(gè)基本功能外，以生成每個(gè)頂點(diǎn)的紋理坐標(biāo)，以及為頂點(diǎn)賦顏色值，甚至還可以在頂點(diǎn)上光照和表面法向信息進(jìn)行計(jì)算 2) 可編程片元處理器片元處理器主要用來(lái)對(duì)光柵化后的頂點(diǎn)和像素信息（即 片元 ，fragments行著色操作 片元包含了更新幀緩沖區(qū)中的一個(gè)單獨(dú)位置所需要的全部數(shù)據(jù)頂點(diǎn)處理器類(lèi)似，片元處理器對(duì)流水線中的每個(gè)片元執(zhí)行一次，為每個(gè)片予一個(gè)最終的顏色，經(jīng)過(guò)各種片元測(cè)試 融合操作 霧化計(jì)算等操作后，

圖 2.2 體數(shù)據(jù)，圖片引用文獻(xiàn)[70]程介紹體繪制流程中的各個(gè)步驟及其關(guān)鍵技術(shù)，屏幕上的二維圖像，以便為以后算法的優(yōu)化和是體繪制算法的基本流程，不同的體繪制算法能會(huì)有細(xì)微的差別，但體數(shù)據(jù)在體繪制算法中終轉(zhuǎn)化為屏幕上的二維圖像 獲取體數(shù)據(jù)體數(shù)據(jù)預(yù)處理體數(shù)據(jù)重采樣分類(lèi)提前分類(lèi)
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本文編號(hào)：2887389