Global Mapper軟件在雷達(dá)選址上的應(yīng)用分析

郭林輝

摘要：隨著航班流量的日漸增長(zhǎng)以及航路航線越來越密集，雷達(dá)監(jiān)視的需求也越來越大，尤其是在我國(guó)東部地區(qū)，僅華東地區(qū)在“十二五”期間就已建成6部二次雷達(dá)，立項(xiàng)達(dá)到20部以上。那么，這么多部雷達(dá)布點(diǎn)直接關(guān)系到這個(gè)區(qū)域的監(jiān)視性能，分析雷達(dá)選址點(diǎn)的覆蓋性能是有必要的，從而驗(yàn)證選址點(diǎn)監(jiān)視性能可行性。利用global Mapper這一GIS地圖軟件，加載數(shù)字高程模型（DEM），使用視距分析功能實(shí)現(xiàn)對(duì)選址點(diǎn)的覆蓋描述，結(jié)合選址要求、航路航線和現(xiàn)有雷達(dá)覆蓋情況進(jìn)行分析選址點(diǎn)覆蓋性能，論證其可行性。此外，研究結(jié)論也可以應(yīng)用到其他視距分析領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：global Mapper；數(shù)字高程模型（DEM）；視距；雷達(dá)覆蓋

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16723198（2015）26027502

0引言

傳統(tǒng)模式的雷達(dá)選址比較單一，由于缺乏工具，大多采用人工現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，耗時(shí)較長(zhǎng)，并不能直觀反映選址點(diǎn)的地形特征，尤其是周邊范圍較遠(yuǎn)的地形特征，有時(shí)這些地形對(duì)雷達(dá)作用范圍是有影響的，更不能做到對(duì)選址點(diǎn)的覆蓋情況進(jìn)行進(jìn)一步分析。即使使用了google earth等地圖工具，只是粗略選擇相對(duì)較高的位置，也不能做到對(duì)選址點(diǎn)周邊的高程地形進(jìn)行分析，難以一次性、大范圍、高效的建立整個(gè)選址研究區(qū)域的數(shù)字高程模型，更談不上覆蓋圖制作了和航路航線覆蓋情況。

本文利用Global Mapper（以下簡(jiǎn)稱“GM”）軟件，可以快速的分析選址點(diǎn)覆蓋性能。該軟件具備三維地形可視化和海量數(shù)據(jù)快速處理能力，還可以利用衛(wèi)星地圖研究地形情況，極大方便了雷達(dá)前期選址和覆蓋分析。此外，GM具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以輸入輸出多種數(shù)據(jù)格式，若運(yùn)用到其他軟件或結(jié)合使用，前景也是非?？捎^的。

1GM軟件介紹及可行性論證

GM是一款地圖繪制軟件，支持多種格式的數(shù)據(jù)源（如：SRTM數(shù)據(jù)），還能在線方式獲得衛(wèi)星數(shù)據(jù)和其他地形圖數(shù)據(jù)源。GM軟件通過處理將這些數(shù)據(jù)源顯示為光柵地圖、高程地圖、矢量地圖等，可以建立在不同的坐標(biāo)投影模型下（如CAAC航圖使用的蘭勃特投影方式），很容易實(shí)現(xiàn)地圖作編輯、轉(zhuǎn)換、分析、發(fā)布等功能，同時(shí)它還可以對(duì)數(shù)據(jù)集的范圍進(jìn)行裁剪，支持腳本批量處理，并且可以提供距離和面積計(jì)算，光柵混合、對(duì)比度調(diào)節(jié)、海拔高度查詢、視線計(jì)算等。GM軟件還提供開發(fā)接口，方便使用者二次開發(fā)。相比其他理信息系統(tǒng)軟件（GIS），GM軟件兼容性更好，支持輸出不同數(shù)據(jù)類型格式的文件。對(duì)于高程方面的數(shù)據(jù)分析上，GM軟件可以真實(shí)的3D方式來查看高程地圖或建立3D模型。此款軟件上手容易、操作簡(jiǎn)單，對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件要求不高，基本可以滿足雷達(dá)站選址方面的要求。

在使用GM軟件之前，有必要論證其是否可行。第一，要論證其地圖數(shù)據(jù)影影射是否準(zhǔn)確，本文加載CAAC航圖文件，查看其輪廓重合度來判斷影射正確與否。第二，論證其覆蓋分析是否可靠，本文采用對(duì)比官方專業(yè)覆蓋圖制作軟件Wrap結(jié)果，分析其覆蓋準(zhǔn)確性。

1.1地圖數(shù)據(jù)影射論證

通過將CAAC航圖以蘭勃特投影方式導(dǎo)入到GM軟件當(dāng)中，同時(shí)加載SRTM高程數(shù)據(jù)，對(duì)圖形重合度進(jìn)行比對(duì)。如圖1所示，從地圖輪廓及島嶼形狀上看，CAAC航圖與SRTM數(shù)據(jù)基本重合的，就可以得到SRTM高程數(shù)據(jù)中對(duì)于CAAC航圖是正確的。

圖1航圖與地形圖輪廓基本重合1.2覆蓋分析的論證

覆蓋分析論證是與某官方軟件對(duì)比，利用GM視距分析功能制作出來的覆蓋圖形與官方軟件Wrap進(jìn)行比較。如圖2所示，對(duì)官方制作的覆蓋圖與GM制作的覆蓋圖進(jìn)行重合比對(duì)，其中淺色的部分是GM的覆蓋圖形，而深色的Wrap計(jì)算出來的，從圖形輪廓上看是幾本一致的，而GM制作的覆蓋圖輪廓更加細(xì)致，那么使用GM制作覆蓋圖是可行的，甚至更優(yōu)。

圖2GM與Wrap覆蓋圖重合比較通過上述兩種校驗(yàn)，基本確定了GM軟件在雷達(dá)選址應(yīng)用分析上是可靠的，分析的結(jié)果也是有說服力的。

2雷達(dá)選址分析

利用GM進(jìn)行雷達(dá)選址應(yīng)用分析，主要分為5個(gè)步驟：前期準(zhǔn)備、選址點(diǎn)覆蓋制作、覆蓋分析、環(huán)境分析。最重要的是覆蓋分析，這直接關(guān)系到雷達(dá)是否達(dá)到期望的性能。

2.1前期準(zhǔn)備

將GM用于雷達(dá)選址，首先要獲得高程地圖，這個(gè)可以到srtm官網(wǎng)上進(jìn)行下載；其次是制作航圖，可以將CAAC航圖進(jìn)行影射，也可以自己制作。自己自作的航圖可用性好，加載快，這里可以通過在GM軟件中導(dǎo)入每個(gè)航點(diǎn)，然后依據(jù)航圖連接航線。當(dāng)然，還要準(zhǔn)備一些其他的地圖，如谷歌衛(wèi)星地圖、城市地圖等。

選址前期，需要簡(jiǎn)要分析期望的選址位置地形情況，這里通過使用3D影像和等高線來分析。如圖3所示的3D影像，可以直觀看到地形情況，波峰波谷位置；圖4是GM制作出來的等高線圖，這是對(duì)地形情況更加具體的描述，從等高線上容易找到制高點(diǎn)、地形變化趨勢(shì)。對(duì)于雷達(dá)選址來說，盡量選擇地勢(shì)平坦區(qū)域的中心，也就是等高線稀疏的地方，這個(gè)區(qū)域越大則越有利，至少保證20公里半徑；如果找不到廣闊的平坦區(qū)域，那么可以選擇多個(gè)區(qū)域的制高點(diǎn)，這樣遮蔽角就??；最后，需要根據(jù)航圖避開航線交匯點(diǎn)。

圖33D影像顯示圖4地形上的等高線2.2選址點(diǎn)覆蓋制作

使用GM工具欄上的視距分析工具，將其放置到選址點(diǎn)位置，設(shè)置分析選項(xiàng)對(duì)話框，如圖5所示，選項(xiàng)中包含發(fā)射機(jī)高度、接收機(jī)高度、地球曲率、選擇圖層、作用距離、方位、菲涅爾區(qū)、功率圖等。一般將發(fā)射機(jī)高度設(shè)置在above ground，接收機(jī)高度設(shè)置在above sea，根據(jù)需要制作不同高度層，可以用不同顏色區(qū)分，作用距離設(shè)置成雷達(dá)最大作用距離475km（256NM），由于地球曲率原因最大視線距離不可能為無窮大，一般10000m的高度，最大視線距離可以達(dá)到450km。菲涅爾區(qū)的存在會(huì)使無線電強(qiáng)度削弱，即使視線上沒有遮擋也不意味該點(diǎn)能建立無線電傳輸路徑，一般只考慮第一菲涅爾區(qū)，保證在第一菲涅爾區(qū)不受遮擋，這樣可以認(rèn)為是自由空間傳輸。而高程數(shù)據(jù)采樣，在缺省值的基礎(chǔ)上擴(kuò)大10倍以上，這樣計(jì)算速度會(huì)大大提高，圖6即為制作好的覆蓋圖。

圖5視距分析選項(xiàng)圖6不同高度覆蓋圖2.3覆蓋分析

當(dāng)有了完整的覆蓋圖，就可以對(duì)覆蓋性能進(jìn)行分析，根據(jù)雷達(dá)選址要求。需要進(jìn)行遮蔽分析，區(qū)域及航線分析，頂空盲區(qū)分析，報(bào)告點(diǎn)覆蓋分析。

2.3.1遮蔽分析

按照選址要求需要在360°范圍內(nèi)2～5°采樣一次遮蔽角大小，進(jìn)而畫出遮蔽圖。使用GM提供3D path功能獲取該方向上的地形，如圖7所示，這樣可以很容易計(jì)算出最大遮蔽角數(shù)值。如果需要考慮周邊的建筑物，可以利用谷歌衛(wèi)星地圖，標(biāo)志出可能影響最大遮蔽角的建筑，圖7中兩個(gè)黑點(diǎn)之間為標(biāo)注的建筑物位置。通過這樣的方法快速的制作出遮蔽圖。

圖73D path上的地形情況2.3.2區(qū)域及航線分析

區(qū)域及航線覆蓋能力分析是雷達(dá)選址中最為重要的一項(xiàng)。在圖6中制作完成的覆蓋圖中，可以清晰的看出不同高度層覆蓋率情況、航線覆蓋情況、存在遮蔽區(qū)域。為了滿足區(qū)域內(nèi)多重覆蓋的要求，還要畫出與其他異地雷達(dá)疊加的覆蓋圖，查看重疊區(qū)域是否滿足多重覆蓋要求。

航線分析主要是分析各條航線的覆蓋情況，這個(gè)

數(shù)據(jù)比區(qū)域覆蓋更有用，即使區(qū)域覆蓋率很低，只要航線都能覆蓋到，那么選址點(diǎn)覆蓋性能還是滿足要求。

2.3.3頂空盲區(qū)分析

一般而言，雷達(dá)在仰角45°以上存在頂空盲區(qū)，那么10000米高度就有10公里半徑的頂空盲區(qū)，在覆蓋圖中將頂空盲區(qū)標(biāo)出，只要分析標(biāo)出的區(qū)域是否存在航線。其實(shí)，在選址前期就要求避開了航線交匯點(diǎn)，那么實(shí)際的盲區(qū)對(duì)航線影響將是很小，一般就一兩條航線。

2.3.4報(bào)告點(diǎn)分析

報(bào)告點(diǎn)分析多用于進(jìn)近和本次區(qū)域，與遮蔽分析計(jì)算是一樣的，這里計(jì)算報(bào)告點(diǎn)的仰角是否在遮蔽范圍內(nèi)，但遮蔽范圍不一定是最大遮蔽角的地方。使用報(bào)告點(diǎn)的高度與距離比較得到仰角，利用GM的3D path功能分析出雷達(dá)選址點(diǎn)到報(bào)告點(diǎn)的地形情況，如圖7所示，在此段范圍內(nèi)選擇最大遮蔽角，當(dāng)最大遮蔽角小于仰角即是滿足報(bào)告點(diǎn)覆蓋的。

2.4環(huán)境分析

主要是確認(rèn)周邊不存在雷達(dá)場(chǎng)地規(guī)范要求中的障礙物、反射體、信號(hào)源，這些在完成以上分析時(shí)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)確認(rèn)，在GM軟件上標(biāo)志出障礙物、反射體、發(fā)射源位置，然后依據(jù)雷達(dá)選址規(guī)范確認(rèn)是否符合要求。同時(shí)，將現(xiàn)場(chǎng)周邊道路、水源、供電、傳輸信息一并標(biāo)志，分析該點(diǎn)建站是否便利、經(jīng)濟(jì)。

3結(jié)論與展望

通過使用GM軟件視距分析功能結(jié)合數(shù)字高程模型，可以有效的對(duì)雷達(dá)選址點(diǎn)進(jìn)行覆蓋計(jì)算，利用覆蓋圖直觀的分析覆蓋性能，同時(shí)還可以分析周邊的遮蔽情況。另外，還可以對(duì)選址點(diǎn)周邊環(huán)境做一個(gè)分析，是否滿足雷達(dá)的電磁要求。使用GM軟件可大大提高選址工作效率，減少現(xiàn)場(chǎng)勘探工作。另一方面，GM軟件不僅可以在雷達(dá)選址上發(fā)揮作用，只要涉及到無線電傳輸領(lǐng)域，如甚高頻通信、ADSB（廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視）、MLAT（多點(diǎn)點(diǎn)位系統(tǒng)）、基站通信等，都可以利用GM提供的視距分析功能計(jì)算作用距離與覆蓋能力，基于高程數(shù)據(jù)模型的視距分析也將會(huì)成為重點(diǎn)研究方向，特別是移動(dòng)通信領(lǐng)域。

當(dāng)然，使用GM軟件也存在一些不足之處。第一，SRTM高程數(shù)據(jù)的精確度不夠，一般分辨率在90m；第二，只反映了地形情況，缺少對(duì)周邊建筑物、叢林描述。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和大數(shù)據(jù)時(shí)代來臨，這些不足也都能被攻破，現(xiàn)在城市3D建筑模型、街景地圖都已出現(xiàn)了，相信GM軟件在測(cè)繪、地圖制作、地形分析、3D應(yīng)用等領(lǐng)域都將會(huì)有更廣闊的前景。

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