Файл: Исследование вопросов визуализации рельефа для решения задач радиотехники васильев Н. А., Гегельский М. А.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 11
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
УДК 621.396.677.3
ГРНТИ 47.45.29
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ РЕЛЬЕФА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ РАДИОТЕХНИКИ
Васильев Н.А., Гегельский М.А.
Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С. М. Буденного
При решении задач радиотехники можно столкнуться с трудностями, которые невозможно решить без использования трехмерной модели местности. Данная проблема является актуальной и по сей день, так как решение задач путем моделирования требует не только правильных математических расчётов, но также требует учитывать рельеф местности, на котором происходит моделирование.
рельеф, радиотехника, исследование.
Одной из задач, где приходится использовать карту является радиолокация. В задачах радиолокации часто используются радиолокационные станции, задачей которых является обнаружение целей, измерение координат и скорости движения объекта, разрешение целей, а также классификация объектов. Для достижения точного определения местоположения цели используются точечные ориентиры, которые выбираются по карте, исходя из их местоположения.
Использование карты позволяет заранее определить место, которое обеспечит наиболее лучшую передачу сигнала. Именно поэтому ее использование может стать необходимым, особенно в городских условиях, а определении места для установки вышек сотовой связи.
Матрицы высот представляет собой растровую модель местности, имеющую трехмерную структуру. Получить ее можно преобразованием исходных данных, которые являются векторами, в растровый вид, в дальнейшем этот вид можно дополнять другими растровыми моделями, используя метод интерполяции. Имея регулярную структуру, матрица высот содержит информацию о элементах, которая представляет из себя высоты рельефа. Каждая такая матрица может содержать в себе информацию о абсолютном рельефе, или относительные высоты, или их сумму [1].
При использовании матрицы с относительными высотами рельеф формируется в виде плоскости, не имеющей высоту, то есть мы получим 2D изображение с изометрическим видом на него.
Для начала работы необходимо открыть нужный нам файл. Далее необходимо узнать с помощью какого драйвера будет происходить чтение файла. Следующим шагом было решено указать размер растра, это необходимо для некоторых операций в будущем.
Для осуществления дальнейших действий необходимо знать над каким слоем будет происходить работа, значит следует вывести сообщение о том в каком слое мы находимся [2].
Далее надлежит узнать систему координат, это необходимо сделать чтобы получить информацию о координатах и привязке изображения к конкретному участку Земли. Данное действие является необходимым, так как исходный файл имеет регулярную структуру и нам нужно знать не только координаты привязки, но и шаг, с которым идут эти координаты.
Следующий важный шаг – это получение высот. Для того чтобы это узнать нужно иметь информацию о слое, из которого мы хотим получить информацию о высотах, что мы уже сделали ранее.
Использованный способ позволяет не только вывести весь массив с высотами, но и посмотреть какую-то отдельную его часть.
Последним шагом является построение трехмерного изображение рельефа местности, который находился в исходном файле.
Стоит отметить, что способ используемый в данной программе создан для неквадратных матриц, что влечет за собой некоторые сложности в реализации, в отличие от квадратных матриц.
В качестве выходных данных имеем информацию, которую мы извлекли из файла после работы кода, а также построенное трехмерное изображение рельефа Земли.
На рис. 1 приведена информация о типе используемого файла.
Рис. 1. Тип используемого файла
На рис. 2 показаны данные о используемом драйвере, для работы с данным типом файла.
Рис. 2. Используемый драйвер
С помощью драйвера Raster Matrix Format можно извлечь данные о пространственных привязках и метаданных содержащихся в исходном файле.
На рис. 3 указаны размер растра и номер слоя в котором осуществляется работа.
Рис. 3. Размер растра и номер исследуемого слоя
На рис. 4 указана информация о используемой системе координат, а также информация о привязке, кроме этого показаны координаты левого верхнего угла, от которого начинается построение матрицы высот и показана регулярность структуры файла формата MTW.
Рис. 4. Информация о системе координат
Из рис. 4 видно регулярность структуры данного файла, на это указывает шаг, с которым изменяются координаты, который равен 119.(9). Из этой информации можно сделать вывод о том, почему данный формат занимает такой малый объем памяти. Это связано с тем что в файле нет необходимости хранить координаты для каждой высоты, вместо этого хранится лишь информация о углах растра и шаг с которым происходит изменение координаты [3]. Именно этот способ позволил заметно уменьшить объем занимаемый файлом.
Чтобы построить трехмерную модель нам необходимо иметь начальные координаты, которые задаются от нуля функции х и y возвращают значения строки для того чтобы построение проходило построчно. Далее мы указываем координаты высоты Z, все высоты нам уже известны из предыдущего шага. Следующим действием является само построение, в котором указывается по каким координатам будет осуществляться построение [4].
На рис. 5 приведено трехмерное изображение рельефа.
Рис. 5. Трехмерное изображение местности
Для проверки правильной работы программы сравним полученное трехмерное изображение и сравним с реальным изображением с карт. На рис. 6 представлены два изображения, слева полученное путем моделирования трехмерного изображения местности, справа изображение с топографической карты карты.
Рис. 6. Рельеф местности Пензенской области.
По рисунку можно заметить некоторые различия, которые связаны с использованием разный цветовых схем на картах, если же сравнивать высоты в конкретных точках, то они совпадают на сто процентов. Шаг исходной карты двадцать минут.
В современном мире моделирование экспериментов используется во многих отраслях науки и промышленности. Одну из ключевых позиций занимает моделирование с использованием трехмерных моделей Земли и отдельных ее участков для различных целей. Популярность данного метода легко объяснить, при моделировании можно использовать не только существующие объекты, но и объекты, находящиеся на стадии проектирования. Это значит, что можно опробовать новые технические решения и внести в них правки, что в свою очередь значительно повышает качество проектов. Именно поэтому моделирование используют и в областях, связанных с радиотехникой.
Список используемых источников
1. «Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение» Второе издание, исправленное. Б. Скляр «Вильямс» Москва-Санкт-Петербург-Киев, 2003
2. Тихонов В. И., Хименко В. И. Выбросы траекторий случайных процессов. — М.: Наука, 1987. — 304 с.
3. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга 1. — М.: Советское радио, 1974. — 552 с.
4. Миронова Ю.Н. Применение систем глобального позиционирования в геоинформационных системах. // Теоретические и прикладные проблемы географии: Материалы международной научно-практической конференции (Астана, 9-10 июня 2014 г.). – Астана, 2014, часть II, с. 307-309.
5. ESRI (July 1998). "ESRI Shapefile Technical Description" (PDF). Retrieved 2007-07-04
Статья представлена научным руководителем, заместителем начальника научно-исследовательского центра Военной академии связи, кандидатом технических наук Михалевым Олегом Александровичем»