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)備都會受到電磁環(huán)境的影響,對電磁環(huán)境進行仿真是評估電磁影響的基礎(chǔ)。由于電磁環(huán)境看不見、摸不著,因此迫切需要尋求一種方法,來對電磁設(shè)備的輻射能力及電磁環(huán)境的分布情況,進行科學、準確、直觀地描述。該問題的核心最終歸結(jié)為電磁環(huán)境計算模型的構(gòu)建以及對空間電磁環(huán)境進行可視化。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,地理坐標系下球形規(guī)則網(wǎng)格電磁環(huán)境場數(shù)據(jù)直接體繪制以及相關(guān)的優(yōu)化方法等。具體來說有以下四個方面:1)針對在三維數(shù)字地球上電磁環(huán)境的建模問題,首先本文選擇在地理坐標系下組織電磁場數(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)計了多輻射源電磁環(huán)境計算模型。在此基礎(chǔ)上,改進傳統(tǒng)直角坐標系下的地形重用方法,稱之為球形規(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算,實現(xiàn)電磁場數(shù)據(jù)的加速計算,而且考慮了地球曲率的影響,數(shù)值計算結(jié)果更加準確。最后,針對多輻射源電磁場數(shù)據(jù)在個人PC機中計算效率低的問題,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,實現(xiàn)多源電磁場數(shù)據(jù)的快速計算。2)針對傳統(tǒng)GPU(Graphics Processing Units)光線投射體繪制算法的包圍盒是立方體,不能直接用來繪制地理坐標系下的球形規(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)建過程;同時,為了獲取重采樣點正確的光學屬性,設(shè)計了著色器中的坐標轉(zhuǎn)換算法,從而實現(xiàn)球形規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)的體繪制。為了實現(xiàn)電磁環(huán)境的加速重建,在地理坐標系下進行數(shù)據(jù)的八叉樹剖分,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)針對大規(guī)模的球形規(guī)則網(wǎng)格電磁場數(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)存中進行繪制的問題,基于深度八叉樹的存儲結(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,構(gòu)建基于深度八叉樹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)視點位置,動態(tài)調(diào)度不同分辨率下的多分辨率數(shù)據(jù)模型。4)設(shè)計了電磁環(huán)境三維建模與可視化子系統(tǒng),該子系統(tǒng)對電磁環(huán)境的三維建模與可視化等相關(guān)技術(shù)進行了驗證,并將子系統(tǒng)集成在VBF(Virtual Battle Field)平臺上。
【學位單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：P226.3;O441
【部分圖文】：

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

圖 1.2 GPU 圖形渲染管線（圖片引用文獻[58]）1) 可編程頂點處理器頂點處理器的主要功能是對每一個送入到流水線的頂點進行一系列的數(shù)換操作，負責生成所有后續(xù)階段需要的信息 讀取幾何數(shù)據(jù)流中每個頂點性信息（頂點位置 顏色 紋理坐標等），將物體的頂點位置從局部坐標系模型視圖投影(Model View Projection，MVP)變換轉(zhuǎn)換到裁剪空間中的坐標有的頂點必須首先轉(zhuǎn)換到該坐標系 除了頂點坐標轉(zhuǎn)換這個基本功能外，以生成每個頂點的紋理坐標，以及為頂點賦顏色值，甚至還可以在頂點上光照和表面法向信息進行計算 2) 可編程片元處理器片元處理器主要用來對光柵化后的頂點和像素信息（即 片元 ，fragments行著色操作 片元包含了更新幀緩沖區(qū)中的一個單獨位置所需要的全部數(shù)據(jù)頂點處理器類似，片元處理器對流水線中的每個片元執(zhí)行一次，為每個片予一個最終的顏色，經(jīng)過各種片元測試 融合操作 霧化計算等操作后，

圖 2.2 體數(shù)據(jù)，圖片引用文獻[70]程介紹體繪制流程中的各個步驟及其關(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有細微的差別，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)重采樣分類提前分類
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本文編號：2887389