一种电子对抗三维仿真推演可视化方法与流程

本发明涉及人机交互，尤其涉及一种电子对抗三维仿真推演可视化方法。

背景技术：

1、传统电子对抗仿真技术主要侧重于信号层面的模拟、处理和评估，例如通过脉冲描述字流模拟辐射信号，通过统计模型或效能模型评估干扰结果。在可视化方面，早期系统多采用二维态势图、符号标绘或数值列表显示辐射源、侦察平台和干扰平台。随着三维图形技术的发展，部分系统开始将地形、平台和装备模型置于三维场景中展示，但对电磁信号的产生、传播、侦察、干扰及作用结果仍多停留在静态标注、简单图标或离线数据展示层面。

2、现有集成化仿真系统能够在三维地理环境中展示平台实体，并支持基本场景观察、视角切换和态势浏览；部分三维仿真平台能够展示地形、舰艇、飞机、导弹等实体模型。在电子对抗专项仿真方面，部分软件能够完成信号生成、干扰效能计算和对抗结果输出，但通常缺乏与三维场景引擎的深度融合，难以将电磁数据处理结果实时转化为连续、动态、可交互的三维视觉表达。因此，现有技术仍存在电磁态势显示不连续、侦察与干扰过程表现割裂、交互复盘能力不足以及电磁空间与物理空间融合度不高的问题。

3、现有技术缺陷总结：

4、现有电磁态势三维可视化方面存在以下突出技术问题：

5、电磁态势呈现不直观、不连续：传统仿真系统多采用二维符号、数值列表或简略图标表示电磁辐射源，缺乏在三维空间中对辐射强度、覆盖范围、场强梯度和信号衰减过程的连续动态表达，导致用户难以直观感知电磁能量在三维空间中的分布、覆盖和变化趋势。

6、侦察与干扰过程可视化割裂、效果不明确：电子侦察过程通常仅以数据报告形式呈现，缺乏在三维场景中直观展示扫描波束、定位过程与成果的手段。同时，对压制式干扰与欺骗式干扰的效果呈现方式单一，缺乏视觉区分度，无法清晰体现干扰信号的传播、影响范围以及虚假目标三维模型的欺骗效果。

7、推演过程缺乏交互性与过程回溯能力：现有仿真中，用户难以通过点击、框选、对象列表选择或视角切换等直观操作实时获取电磁实体和电磁可视化对象的属性信息，也难以在推演过程中暂停仿真、保存包含数据状态和渲染状态的全局态势快照，并基于历史快照进行状态回滚、参数调整和分支推演，限制了推演分析和训练复盘的有效性。

8、与三维环境及其他仿真要素融合度低：电子对抗仿真往往作为独立模块运行，其可视化结果未能与三维地理环境、仿真单元部署、通信链路、武器弹道和目标状态等仿真要素进行统一时空基准下的融合显示，导致电磁空间与物理空间态势割裂，难以支撑一体化三维仿真推演。

9、本发明旨在提供一种电子对抗三维仿真推演可视化方法，通过三维环境与电磁实体初始化、电磁态势动态生成、电子侦察过程可视化、电子干扰效果差异化呈现以及用户交互和态势融合控制，实现电子对抗全过程在三维仿真环境中的直观、连续、可交互和可回溯展示。

10、本发明提供一种电子对抗三维仿真推演可视化方法，用于实现以下目标：

11、建立一种电磁态势三维动态生成与渲染方法，将辐射源的位置、类型、功率、工作频段以及随距离变化的衰减特征，转化为动态辐射光晕和等强度面等三维视觉元素，实现电磁能量空间分布和变化趋势的可视化。

12、设计一种电子侦察过程的三维模拟与呈现方法，将侦察平台的扫描波束、辐射源发现、目标定位和侦察成果关联显示，以侦察波束三维模型、模型轮廓发光、锁定框、定位旗标和关联连线进行可视化展示。

13、设计一种电子干扰效果的三维差异化表现方法，针对压制式干扰生成环形干扰波纹、受干扰状态和链路中断或劣化状态指示，针对欺骗式干扰生成虚假目标三维模型、欺骗目标视觉标识和误锁定提示标识，以展示不同干扰类型的作用机制和影响范围。

14、构建一种支持用户交互与过程回溯的推演控制方法，使用户能够在三维场景中选择电磁实体或电磁可视化对象、查询对象参数、切换观察视角，并能够在推演过程中创建全局态势快照，基于历史快照进行状态回滚、仿真想定参数调整和分支推演。

15、实现一种与三维仿真环境深度集成的方法，使电磁可视化元素、三维地形、三维实体模型、武器弹道和通信链路在同一坐标系、同一时间轴和同一渲染引擎中统一绘制，并通过事件驱动机制同步更新相关可视化状态，形成统一的多维融合态势图。

16、本发明涉及计算机仿真、虚拟现实、人机交互及三维可视化技术领域，本发明通过构建电子对抗对象的数字化模型、电磁态势可视化模型以及交互式推演控制机制，实现电子侦察、电子干扰、电磁态势演化及推演过程控制的三维动态展示与交互分析，属于电子信息系统仿真与三维可视化融合应用技术领域。

技术实现思路

1、针对现有技术中电磁态势呈现不直观、侦察与干扰过程可视化割裂、交互复盘能力弱以及电磁空间与物理空间融合度低的问题，本发明提供一种电子对抗三维仿真推演可视化方法，属于虚拟现实及人机交互技术领域。构建三维场景，初始化电磁实体，仿真数据与三维模型之间的绑定配置，形成电子对抗推演的基础环境；根据实体属性数据计算电磁辐射范围、场强分布及辐射特征，并生成对应的电磁态势可视化结果；电磁态势数据作为侦察对象，通过侦察波束与辐射态势之间的空间关系判断目标探测状态；根据干扰类型生成对应的干扰效果模型；姜场景数据、态势数据、侦察结果及干扰结果进行统一管理和融合展示，同时提供查询分析、视角切换、过程回放、快照保存、状态回滚及分支推演功能，从而形成完整的电子对抗三维仿真推演闭环流程。本发明通过构建电子对抗对象的数字化模型、电磁态势可视化模型以及交互式推演控制机制，实现电子侦察、电子干扰、电磁态势演化及推演过程控制的三维动态展示与交互分析；本发明提高了用户对电磁态势空间分布和动态变化过程的感知效率；降低电磁空间与物理空间割裂带来的态势理解难度；适用于多实体、多事件并发的电子对抗三维仿真推演场景。

2、一种电子对抗三维仿真推演可视化方法，如图1所示，包括如下步骤：

3、步骤s1，对三维场景和电磁实体进行初始化，并对电磁实体数据与电磁实体之间进行绑定配置，形成电子对抗推演基础环境；

4、步骤s2，电子对抗三维仿真推演可视化系统根据步骤s1绑定的电磁实体数据计算电磁辐射范围、场强分布及辐射特征，并动态生成对应的电磁态势可视化结果，即为电磁态势；

5、步骤s3，电子侦察过程模拟与可视化：

6、构建侦察波束三维模型；以步骤s2生成的电磁态势数据作为侦察对象，通过侦察波束三维模型与电磁态势之间的空间关系判断目标探测状态，输出并显示探测、定位和电子侦察成果；

7、步骤s4，电子干扰效果仿真与三维呈现：

8、在步骤s2生成的电磁态势和步骤s3生成的电子侦察成果基础上，系统根据电子干扰任务指令确定干扰类型；根据干扰类型生成对应的干扰效果模型，并采用差异化三维可视化方式进行呈现；

9、步骤s5，用户交互查询、视角控制与切换、过程控制、快照回滚和态势融合；

10、对三维场景数据、电磁态势、电子侦察成果数据和干扰结果数据进行统一管理，并进行用户交互查询、视角控制与切换、过程控制、快照回滚和态势融合。

11、进一步，步骤s1中，所述形成电子对抗推演基础环境的过程如下：

12、步骤1.1，三维场景初始化：

13、电子对抗三维仿真推演可视化系统根据预设对抗仿真想定，通过场景管理模块调用三维模型库和地理信息数据库，加载与推演区域对应的三维数字地图、地形地貌模型以及参与推演的三维实体模型；加载完成后，系统根据仿真想定配置各三维实体模型的初始位置、姿态参数及属性数据，为后续电磁态势生成和推演计算提供基础场景环境；

14、所述三维实体模型的仿真单元包括雷达站、侦察平台、干扰平台、通信节点、目标平台及其他电子对抗相关实体；

15、步骤1.2，定义每个电磁实体的仿真数据属性；

16、所述仿真数据属性包括空间坐标、工作频段、辐射功率（或接收灵敏度）和信号类型；所述电磁实体包括辐射源、侦察设备和干扰源；

17、步骤1.3，系统通过仿真数据属性分别与三维实体模型和电磁可视化对象之间建立绑定关系；通过绑定关系驱动后续电磁态势生成、电子侦察判断、电子干扰效果呈现、用户交互查询以及快照回滚过程；

18、所述绑定关系包括实体编号、模型编号、对象类型、空间坐标、姿态参数、频段参数、功率参数、信号类型、状态标识和时间戳。

19、进一步，步骤s2中，所述动态生成电磁态势的过程如下：

20、电子对抗三维仿真推演可视化系统根据步骤s1中绑定的电磁实体数据，对每个处于工作状态的辐射源分别执行电磁辐射可视化处理，得到电磁辐射可视化结果即为电磁态势；所述电磁态势用于将辐射源的空间位置、辐射功率和信号衰减特征转化为动态辐射光晕和等强度面；

21、步骤2.1，电子对抗三维仿真推演可视化系统调用三维图形引擎中的粒子系统、半透明材质和着色器程序，在三维实体模型的空间坐标处生成并渲染代表辐射强度的动态辐射光晕；

22、所述动态辐射光晕包括核心辐射区和外围衰减区；所述核心辐射区为以辐射源空间坐标为中心、半径不超过第一等强半径的区域；所述外围衰减区为第一等强半径以外至有效作用半径以内的区域；核心辐射区亮度与辐射功率正相关，外围衰减区的透明度和亮度随距离增加逐渐降低；核心辐射区和外围衰减区有效作用半径根据信号传播模型计算得到；所述信号传播模型的计算因素包括自由空间损耗、地形遮蔽和辐射功率，计算因素用于表征当前辐射源在对应功率条件下的有效作用范围；

23、步骤2.2，系统通过三维网格生成接口，围绕辐射源三维模型生成一组半透明同心球面或等值面切片，并将半透明同心球面或等值面切片作为等强度面进行显示；系统采用顶点着色器和片段着色器，根据距离衰减函数实时更新半透明同心球面或等值面切片的颜色、透明度和显示范围，以表现连续场强变化；

24、所述半透明同心球面或等值面切片的空间间距用于表征不同场强等级之间的距离差异，所述半透明同心球面或等值面切片的透明度梯度用于表征信号强度随传播距离增加而逐渐衰减的变化趋势；

25、步骤2.3，系统按照辐射源类型为不同类别的辐射源配置差异化视觉标识：搜索雷达对应蓝色连续环纹辐射光晕并附加雷达搜索图标；火控雷达对应橙红色脉冲纹理辐射光晕并附加目标锁定图标；通信电台对应绿色网格纹理辐射光晕并附加通信节点图标；所有辐射源对应的动态辐射光晕、等强度面和类型图标共同构成当前时刻的电磁态势可视化结果。

26、所述辐射源包括搜索雷达、火控雷达和通信电台；所述辐射源通过绑定关系与对应三维实体模型、电磁辐射范围和可视化对象关联。

27、进一步，步骤s3中，所述电子侦察过程模拟与可视化过程如下：

28、当电子对抗三维仿真推演可视化系统接收到侦察任务指令或仿真流程触发侦察事件时，系统基于步骤s2生成的电磁态势执行电子侦察过程模拟与可视化处理；

29、步骤3.1，构建侦察波束三维模型：

30、基于三维图形引擎的网格实例化，根据侦察平台的天线方向图参数、扫描角度、扫描距离和姿态参数，生成锥形或扇形的半透明几何体，并将锥形或扇形的半透明几何体定义为侦察波束三维模型；所述侦察波束三维模型附着于侦察平台三维实体模型，并与侦察平台三维实体模型的空间位置、朝向和姿态同步更新；所述侦察波束三维模型通过周期性摆动、旋转或扇扫动画模拟侦察扫描过程；

31、步骤3.2，可视化探测与定位事件：

32、当侦察波束三维模型与动态辐射光晕或等强度面在三维空间中发生交集，且交集持续时间达到预设探测时间阈值、接收功率达到预设探测功率阈值时，系统判定侦察平台探测到对应辐射源，则在被探测三维实体模型处触发模型轮廓发光和锁定框显示，并输出探测提示信息；当大于等于两个侦察平台分别获得同一辐射源的测向角、到达时间差或频率差参数时，系统通过多点定位算法解算辐射源空间坐标，并在解算出的辐射源空间坐标处添加定位旗标；所述定位旗标用于标识已完成定位的辐射源位置；

33、步骤3.3，记录与显示侦察成果：

34、将被探测或被定位的辐射源信息更新至电子侦察情报列表；当侦察波束三维模型与动态辐射光晕或等强度面未发生交集时，侦察波束三维模型保持持续扫描状态；当侦察波束三维模型与动态辐射光晕或等强度面发生交集但未完成定位时，系统在电子侦察情报列表中记录辐射源探测状态、探测时间、侦察平台编号和辐射源类型；当完成定位时，系统在辐射源空间坐标处添加定位旗标，并通过实体标签、定位旗标和关联连线显示电子侦察成果，形成电子侦察成果图。

35、进一步，步骤s4中，所述电子干扰效果仿真与三维呈现过程如下：

36、在步骤s2生成的电磁态势和步骤s3生成的电子侦察成果基础上，根据电子干扰任务指令确定干扰类型，并分别执行压制式干扰可视化处理和欺骗式干扰可视化处理：

37、所述干扰类型包括压制式干扰和欺骗式干扰；

38、所述压制式干扰通过干扰波纹扩散、目标辐射特征衰减及链路中断状态展示干扰效果；所述欺骗式干扰通过虚假目标三维模型生成、虚假辐射源构建及目标误锁定过程展示欺骗效果：

39、步骤4.1，压制式干扰可视化：

40、调用三维粒子系统或曲面动画控制器，在三维实体模型的空间坐标处生成以干扰源为中心向外扩散的环形干扰波纹；

41、所述环形干扰波纹的初始强度、扩散速度和最大扩散半径由干扰功率参数计算得到；环形干扰波纹的初始强度用于表示干扰能量强弱，环形干扰波纹的扩散速度用于表示干扰作用传播速度，环形干扰波纹的最大扩散半径用于表示压制式干扰的有效作用距离；

42、当环形干扰波纹在扩散过程中与目标辐射源的动态辐射光晕、等强度面或侦察波束三维模型在三维空间内发生交集时，系统触发目标辐射源的受干扰状态，将被干扰目标辐射源的动态辐射光晕颜色更新为警告色，并根据干扰强度触发动态辐射光晕亮度闪烁、动态辐射光晕范围收缩或者二者同时发生；同时，将与被干扰目标辐射源关联的探测链路更新为中断状态或劣化状态指示；

43、所述探测链路为侦察设备、探测设备或雷达设备与目标对象之间建立的可视化连线；所述探测链路用于显示探测关系、锁定关系和受干扰后的链路状态变化；

44、步骤4.2，欺骗式干扰可视化：

45、根据欺骗策略参数，在干扰源三维实体模型周围空间内动态实例化一个或多个虚假目标三维模型，并按照预设空间偏移量分布于真实目标三维模型周围；所述虚假目标三维模型在几何外形、运动特征或辐射特征上与真实目标三维模型相似；

46、对虚假目标三维模型施加欺骗目标视觉标识；所述欺骗目标视觉标识包括半透明材质、周期性淡入淡出效果、网格纹理和旋转标识符中的至少一种；欺骗目标视觉标识用于在三维场景中将虚假目标三维模型与真实目标三维模型进行视觉区分；

47、虚假目标三维模型按照预设轨迹运动或在预设空间位置悬停，用于模拟诱饵行为；当目标方侦察系统将虚假目标三维模型识别为真实目标三维模型时，在被识别的虚假目标三维模型外侧显示锁定框、目标编号和误锁定提示标识，以展示欺骗式干扰生效过程；当目标方侦察系统未识别虚假目标三维模型时，虚假目标三维模型保持诱饵运动或悬停状态。

48、进一步，步骤s5中，所述用户交互查询、视角控制与切换、快照回滚和态势融合过程如下：

49、系统对步骤s1至步骤s4形成的三维场景数据、电磁态势、电子侦察成果数据和干扰结果数据进行统一管理，并提供用户交互查询、视角控制、快照回滚、分支推演和态势融合显示功能，从而形成完整的电子对抗三维仿真推演闭环流程；

50、步骤5.1，用户交互查询：

51、用户通过鼠标点击、框选或对象列表选择操作，选取三维场景中的电磁实体或电磁可视化对象，弹出信息面板，显示被选取对象的对象类型、对象编号、空间坐标、姿态参数、工作频段、辐射功率、接收灵敏度、干扰功率、信号类型、作用半径、探测状态、干扰状态、关联链路状态、所属任务编号和时间戳中的对应参数；

52、所述电磁实体包括辐射源、侦察设备、干扰源和目标对象；所述电磁可视化对象包括动态辐射光晕、等强度面、侦察波束三维模型、环形干扰波纹和虚假目标三维模型；

53、步骤5.2，视角控制与切换：

54、提供第一人称（跟随平台）、第三人称（跟随三维模型）、全局俯瞰多种预设摄像机视角，并平滑切换；同时提供“干扰视角”和“被干扰目标视角”，使用户从不同角度体验对抗效果；

55、步骤5.3，过程控制与快照回滚：

56、在推演过程中，用户通过过程控制界面向系统发送暂停指令，系统响应暂停指令后停止推进仿真时间轴，并保持当前三维场景数据、电磁态势数据、电子侦察成果数据和干扰结果数据不变；

57、在暂停点，用户能创建全局态势快照；所述全局态势快照保存实体状态数据、环境参数、电磁态势数据、侦察结果数据、干扰结果数据和当前三维场景的完整渲染状态；所述完整渲染状态包括动态辐射光晕、等强度面、侦察波束三维模型和环形干扰波纹，以及虚假目标三维模型的空间属性、显示属性和视觉状态；

58、用户基于任一历史快照，将仿真状态回滚至所选历史快照对应的时间点；系统读取所选历史快照中的实体状态数据、环境参数、电磁态势数据、侦察结果数据、干扰结果数据和完整渲染状态，并恢复为所选历史快照对应时间点的推演状态；在状态恢复后，用户修改仿真想定参数，并从所选历史快照对应时间点重新推进推演或创建分支推演，用于对比不同参数配置或不同决策条件下的态势演化结果；

59、所述仿真想定参数包括以下至少一项：调整干扰源功率、改变侦察策略、调整侦察波束扫描参数、调整虚假目标三维模型生成数量、调整虚假目标三维模型空间偏移量、调整压制式干扰作用半径和调整干扰任务触发时间；

60、步骤5.4，态势融合：

61、将动态辐射光晕、等强度面、侦察波束三维模型、环形干扰波纹、虚假目标三维模型、三维地形、三维实体模型和通信链路在同一渲染引擎中统一绘制；通过共享时空基准和事件驱动机制，使干扰生效事件、侦察定位事件、目标误锁定事件和链路中断事件实时影响通信链路中断告警、传感器视野变化和目标状态标识三类可视化表现，从而形成一体化多维融合态势；

62、所述电磁可视化对象包括动态辐射光晕、等强度面、侦察波束三维模型、环形干扰波纹和虚假目标三维模型。

63、与现有技术相比，本发明至少具有如下技术效果：

64、态势感知直观化：本发明通过动态辐射光晕、等强度面、侦察波束三维模型、环形干扰波纹和虚假目标三维模型，将抽象的电磁信号、电磁传播过程、侦察过程和干扰过程转化为可观察、可交互的三维视觉形态，提高了用户对电磁态势空间分布和动态变化过程的感知效率；

65、训练复盘深度化：本发明通过过程暂停、全局态势快照、状态回滚和分支推演，使用户能够回溯关键推演节点，调整干扰源功率、侦察策略、虚假目标生成数量和干扰触发时间，并对比不同仿真想定参数下的态势演化结果，从而提高训练复盘和方案分析的针对性；

66、支持快照与回滚的电子对抗推演控制方法：本发明在三维仿真推演过程中创建包含实体状态数据、环境参数、电磁态势数据、侦察结果数据、干扰结果数据和完整渲染状态的全局态势快照，并能够基于所述全局态势快照实现状态回滚与分支推演；

67、系统集成一体化：本发明通过共享时空基准和事件驱动机制，将电磁可视化元素、三维地形、三维实体模型、武器弹道和通信链路统一绘制于同一渲染引擎中，使电子对抗事件能够同步影响通信链路中断告警、传感器视野变化和目标状态标识，降低电磁空间与物理空间割裂带来的态势理解难度；

68、技术实现高效可行：本发明通过gpu加速渲染、层次细节控制、视锥裁剪、异步数据处理与渲染、快照压缩存储和差分存储，提高电磁态势显示、干扰效果渲染和快照回滚过程的运行效率，使本发明能适用于多实体、多事件并发的电子对抗三维仿真推演场景。