（信息与通信工程专业论文）地理信息系统在侦察监视中的应用研究.pdf

独创 性 声明 本人声明 所呈交的学位论文是我本人在导师 指导下进行的 研究工作及取得 的 研究 成 果。 尽我 所知， 除了 文中 特别加以 标注和致 谢的 地方外， 论文中 不 包含 其 他人已 经发表和撰写 过的 研究成 果， 也不 包含为获得国防 科学技术大学 或其它 教育机构的学 位或证书而 使用过的 材料. 与我一同 工作的同志 对本 研究 所做的 任 何贡献均已 在论文中 作了 明确的 说明 并 表示 谢意。 学 位论文 题目 :地理 信息系 统 在 侦 察监 视中 的 应 用 研究 学 位 论 文 作 者 。 :冬 裤。 期 : 、 一 ， 年 ，、 : 、!日 学位论文版权使用授权书 本人完全了 解国防科学技术大学有关 保留、 使用学位论文的规定. 本人授权 国防 科学技术大学可以 保留 并向 国家有关部门 或机构送交论文的复印 件和电 子 文 档， 允 许 论文 被查阅 和 借阅; 可以 将学 位论文的 全部或部分内 容编入有关数据 库进行检索，可以 采用影印、 缩印 或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密学 位论文在解密后适用本授权书。 ) 学 位 论文 题目 :地理 信息 系 统 在 侦 察监 视中 的 应 用 研究 学 位 论 文 作 者 签 名 :忍矶、 。 闰， 岔 作者指导教师签名: 日 期 :a v 弓 年 月! 日 日 期: 2 .b o 3年 /l月1/ 日 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 图索引 图2 . 1地理信息系统的组成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 。 . 。 . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 图3 . 1卫星侦察数据处理过程， ， . 。 ， 二 ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 。 . “ ， . . . . 图3 .2星体坐标系定义. . . . . . ， ， 二 ， 。 . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 图3 .3空间数据图层结构. . ， . ， . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . ， 二 ， . . . ， ， 二 1 1 图3 .4地理对象表示的层次结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 图3 .5各数据库之间的关系表。 . . ， ， . ， 二 。 . ” . ， ， ， . . ， ， 二 ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 图3 .6空间数据与属性数据的关联关系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 图4 . 1系统解决方案示意图. . ， . 。 . ， ， . . . . . 。 . . ， . ， 二 。 . . ， . . . . ， . . ， ， . ， ， 15 图4 .2系统功能模块图. . . . . . . . . . . ， . . ， . ， . ， . . . . ， 二， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 图4 . 3网络通信模块流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， ， ， . . ， ， . ， . . . . . . . 1 7 图4 .4实时数据显示模块数据流程. . 。 . . . ， . ， . . 。 . . . . . . . . . . . . . 一 ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 图4 .5地理信息处理模块功能框图. ， . ， . ， . . ， ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 图4 .6地理信息处理模块丁作流程图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 图4 .7数据库查询模块流程. . . . . . . . . . 。 . . ， . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 0 图4 .8导航窗口与主视图窗口的映射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 图4 .9 wg s - 8 4 坐标系. . ， . ， . . . . . . . . . . . . . ， . ， . . . ， . . ， ， 。 ， 二 ， ， ， ， . . . . . . . . . . . . . 2 8 图4 . 1 0圆柱投影图. . . . . . . . . . . . . . . . . 。 . . 。 . . . . . . . . . . . ， . . . ， . . . . ， . . ， . . . . . . . . . 3 0 图4 . 1 1 r o b i n s o n 投影. ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， ， ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 图4 . 1 2当前秒数据实时显示流程. . . ， . . . ， ， 二， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 3 图4 . 1 3卫星对地面的覆盖， ， ， 二 ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 图4 . 1 4信息查询数据流向图. ， . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 图4 . 1 5 o r a c l e 数据库客户服务器通信结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 图4 . 1 6通过a d o访问o r a c l e 时所使用的软件层. . ， ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 甲 ， . . . . . . . . . . . 4 0 图4 . 1 7时间输入检查子模块的流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 图4 . 1 8历史数据查询算法流程。 。 . ， ， . ， . ， . . ， ， ， ， ， . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 1 图5 . 1系统主用户界面实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . ， . ， ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 图5 .2应用程序主窗口的多级菜单结构实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 4 图5 .3导航窗口显示， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 4 图5 .4足 巨 离工具测量结果显示. 。 . ， . ， . ， . ， . . . . . . . . . . . . . . ， . 。 . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 5 图5 . 5卫星和雷达态势显示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 一 ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 图5 .6卫星侦察覆盖区域显示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6 图5 . 7使用信息点取工具显示该点雷达信息. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 6 图5 .8空间查询结果. ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 一一一一一一一一一一一一一一一一一一蓄v瑟一一 - 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 ，.n己 44 : 图5 .9历史数据查询结果” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 图5 . 1 0设置打印和输出选项， 二 ” . . . . . . . . . . . . . . . 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 表索引 表 3 . 1 表 3 . 2 表4 . 1 表4 . 2 表4 . 3 卫星情报数据结构 雷达情报数据结构 8 9 八川11勺.j 八、q刁od wg s - 8 4主要参数” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 坐标转换函数 态势标绘函数 第 v i i 页 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 第一章 绪论 夸 1 . 1课题意义 当今世界正处在一个 “ 信息革命”的时代，信息时代的战争必将是信息化的战争。 在 信息浪潮席卷之下，国与国的军事竞争将取决于对信息的占 有程度， 抢占 信息领域的 制高 点已成为各国国家层面上的战略目 标。 侦察情报信息， 是战争指导者进行战略决策、制定战略计划、筹划和指导战争的重要 依据，可以 提供完备、精确、快速、 全空域的战场信息支援，对此信息的快速获取和正确 理解往往成为克敌制胜的关键因素之一。但是对于涉及面广、数据量大、具有强烈的地理 ( 空间)特征的军事侦察情报信息，按照旧的方法，仅仅依靠手工作业是远远不能适应现 代军事需要的。关系数据库尽管也能对数据进行管理，但因缺乏空间定位和地图可视化， 降低了 数据的利用率。同时如果仅以 数据库技术来组织信息，而不对空间分布特性进行分 析，所形成的决策信息带有明显的局限性和片面性。 近年来，地理信息系统技术的兴起和蓬勃发展，为侦察监视中情报信息的综合分析提 供了难得的契机。开展侦察监视中地理信息系统的应用研究，将有利于把侦察情报信息与 地理信息有机地集成在一起，通过信息可视化技术，为其它系统提供地理信息和相关信息 的支持，从而能够基于电子地图，方便、直观、高效地进行有关分析和辅助决策。地理信 息系统作为一项高科技手段，由于它在地理信息分析和管理方面具备的卓越能力和较好的 通用性，在侦察中的作用是非常巨大的， 可以对侦察区域的态势进行全空域的监控，能够 精确描绘侦察目 标情况及运动目 标的运动状态和地理位置，对提高我军全球监视能力，具 有重要的实用意义。 侦察监视数据的处理无论是从空间数据管理、 信息查询到结果可视化， 无不体现出地理信息系统的技术思想。 地理信息系统的发展为其在侦察监视中的应用既提供了良好的机遇，又带来了新的挑 战。可以相信，地理信息系统一定能够在军事侦察中取得更加广泛地应用，并为我国侦察 水平的提高做出重大贡献! 1 . z应用研究现状 地 理 信 息 系 统 ( g e o g r a p h ic in f o r m a t i o n s y s t e m s - - - g i s ) 是1 9 世 纪6 0 年 代 开 始 迅 速 发 展 起来的一门新技术。 最初的 发展来源于“ 将地图发展成数字地图 便于计 算机分析 和利用” 这样 一 个目的。 3 7 在美国 及发 达国 家， 地理信息系 统的 应用遍及军事、 环境保护、 资 源保护、 灾害 预测、 城市 规划建设、 政府管理 等众多 领域。 在 海湾战 争期间， 美国国 防 制图局为战 争需要 在工 作 站上 建 立了g i s 与 遥 感的 集 成 系 统， 它能 处 理 卫 星 和高 低 侦 察 机实 时 获 得 战 场 数字 影像， 及 时 地 将反 映 战 场 现 状的 正 射影 影 像 叠 加到 数 字 地图 上 ， 数 据直 接 传送 到 海 湾 前 线 指 挥部 一百 i 质 一 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 和五角大楼， 为军事决策提供2 4 小时的实时服务。 p 6 3 从我国现在g i s 应用情况看，总体水平是比较高的，而且存在着巨大的应用潜力。 近 年来，我国g i s 应用己经初步形成一 个 多层次、不同规模、不同尺度的应用局面，取得了 良 好的经济效益和社会效益。 文献 2 创说明了g i s 在卫星导航定位应用系统开发中的研究 与实 现， 文献 2 2 1 探讨了g i s 在 城市 地籍 管理中的 应用， 文献【 2 4 讲 述了 基于g i s 组 件m a p x 的 机载辅 助导 航系统的 设计与 实 现， 文 献【 2 6 2 8 3 4 3 8 】 也分别从 不同 的 领域对g i s 的 应 用进行了研究。 目前，我国g i s 在军事中已经取得了相当程度的应用，但由于需求不断增加，g i s 在 军事领域各方面的应用随之而来。开展侦察监视中的g i s 应用研究，还有许多工作要做， 例如:采用g i s 技术作为侦察监视数据集成的平台，以多种方式录入侦察地理数据，以多 种方式输出决策所需的地理空间信息， 运用g i s 进行空间数据管理， 对侦察信息进行在综 合分析评价和模拟预测等。上述内容有待于针对具体的应用进行研究。 1 . 3本文主要研究内容 实施侦察的方式和手段主要有谍报侦察、无线电技术侦察、卫星侦察、航空侦察以及 搜集研究公开资料等。随着信息社会和空间时代的来临各国加强了在空间信息领域的争 夺， 尤其在军事方面， 各国都在争相发展对地侦察卫星系统。 运用星载电 子设备对地面( 或 低空) 雷达进行无源定位与监视， 提供相应的电子情报， 是一 种极为有效的和极具威胁的 侦 察手段。卫星侦察监视范围大，可以不受空域的影响，对任意区域进行重复侦察，提供详 尽的电子情报，战时也可以实现快速的信息支援，侦察隐蔽性好，是其它侦察监视手段所 不能比拟的一种侦察手段。 我国也在积极开展卫星侦察技术的研究，本文内容结合地理信息系统的应用，主要讲 述了在卫星侦察数据处理中地理信息系统的应用问题，设计并实现了基于地理信0 、 系统的 卫星侦察态势显示系统。论文有很强的实践性和实际应用价值。 整个系统的实现过程中涉及到了地理信息系统和侦察监视等相关技术的研究与运用。 本人主要完成了地理信息系统集成二次开发、侦察数据的传输接收和侦察数据实时态势标 绘等部分的工作，因此论文的重点也就放在相应部分技术问题的讨论上。 g i s 技术在侦察监视的应用主要有以下几方面: ( i ) 作为信息集成的平台， 提供信息服务 在建立空间图形库的基础上，g i s 支持以下基本图形应用: .电子地图的应用: .数据的显示、查询功能; ( 2 )实 现以空间分析为基础的侦察 情报综合分析 卫星侦察信息是一个多要素的综合体，各要素间具有时间序列和空间特征。g i s为我 们综合分析各种信息提供了现代化的手段。 .空间量算: g i s 系统是一个空间信息系统， 利用g i s 应用程序， 实现对研究对象长 第 2页 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 度的量算。 . 空间叠加分析: g i s 技术可提供矢量 栅格一体分析， 可对不同要素所在的图层 进行叠加分析。目 前，多数g i s 都提供了矢量与矢量叠加、矢量与栅格叠加的功能。利用 叠加分析，可将任意选择的要素进行空间叠加分析，以帮助我们进行专题分析。 . 缓冲区分析: 利用缓冲区分析，可进行点、线、面的缓冲分析。 通过在重点雷达周 围建立缓冲区，可对缓冲区内各要素进行统计，为决策提供有力的辅助手段。 ( 3 )专题图生成 g i s提供了强大的制图功能，可在数字地图背景下形成雷达态势分布、卫星星下点轨 迹等专题图。 本文将针对上述几个方面对地理信息系统在态势显示中的应用问题展开具体研究。论 文的主要内容如下: 第一章，绪论。主要论述了本文研究的重要意义、g 工 s 研究的现状以及木文的研究工 作。 第二章，简要介绍了地理信息系统的概念及研究内容和军事地理信息系统，这是展开 相关应用研究的基础。 第三章， 对卫星侦察监视数据进行了研究，正是在对这些数据全面理解的基础上， 才 能将地理信息系统与卫星侦察监视相结合，为侦察情报信息的可视化分析与决策提供了可 9 旨 。 第四章，设计并实现了基于地理信息系统的卫星侦察态势显示系统，以该系统的功能 要求为依据设计了系统的实现方案，并在此基础上将系统分为若干模块，对每个模块的功 能都做了详尽的描述。另外，还讲述了卫星侦察态势显示系统的主要功能的实现。这部分 内容结合了作者长期软件编程的实践经验，克服了相关技术参考资料不足的困难，对于如 何在开发环境下嵌入地理信息系统控件形成了一套可行、高效的方法。 第五章，给出了该系统在三星时差定位地面实时数据处理系统中成功应用的例子，表 明所利用的技术和方法的可行性。 一一一一一一一w刃3 一 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 第二章 地理信息系统概述 以计算机为核心的信息处理系统技术是二次世界大战后科技革命的主要标志之一。 在 信息的诸多类型中与空间相关的信息是十分重要的一类。人类生存的地球这个三维空间中 的万物无不与空间位置相关，如何利用计算机处理空间相关信息是地理信息系统产生和发 展的原动力。g i s技术在国防、城市规划、交通运输、环境监测和保护等与国民经济乃至 国家命脉相关的重要领域的成功应用，极大地推动了社会生产力的发展，同时，也极大地 刺激了g i s技术的迅速发展， 使之成为世界各国 激烈竞争的高科技热点之一。r v ， 国家科 委将其列入九五重中之重科技攻关项目。 ; 2 . 1地理信息系统 地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m简称 g i s ) 是一项以计算机为基础的 新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、 边缘性的学科，是管 理和研究空间数据的技术系统。在计算机软硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或 空间位置进行各种处理，对数据进行有效的管理，研究各种空间实体及相互关系。通过对 多因素的综合分析， 它可以 迅速地获取满足应用需要的 信息，并能以 地图、图 形或数据的 形式表示处理的结果。1 r 11 3 1 14 113 6 1 虽然g i s 是一门多学科综合的边缘学科， 但其核心是计算机科学， 基本技术是数据库、 地图可视化及空间分析( 见图2 . 1 ) a 图2 . 1地理信息系统的组成 虽然g i s 使用了地图、可视化、数据库等技术，但与c a d 系统、计算机地图系统、数 据库系统等均有很大的区别。 c a d 系统提供交互式的图形处理功能，以辅助像建筑、v l s i 等人造对象的设计，其主 要特点是设计者与计算机模型的交互。目 前许多c a d 开始支持对象的非图形性质，而g i s 处理的数据大多来自 现实世界，较之 c a d的人造对象更为复杂，数据量更大。另外， c a d 中的拓扑关系较为简单。更重要的是，g i s强调对空间数据的分析，c a d在这方面的功能 第 4页 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 要弱的多。 计算机地图系统侧重于数据查询、分类及自 动符号化，具有辅助设计地图和产生高质 量矢量形式的输出机制。它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺少拓扑关系; 另外，它与数据库的联系通常是一些简单的查询。 数据库系统是各种类型信息系统的核心。通用数据库侧重非图形数据的优化存储与查 询，其图形查询与显示功能极为有限，其数据分析功能也很有限。然而，数据库的一些基 本技术，如数据模型、数据存储、数据检索等，都在g i s 中广泛采用， 成为g i s 的核心技 术。 川 2 . 2地理信息系统的研究内容 地理信息系统的研究内容包括: ( 1 )输入。研究地理数据如何有效地输入到g i s 中。大多数的地理数据是从低质地图 输入 g i s ,常用的方法是数字化和扫描。 数字化的主要问 题是低效率和高 代价; 扫描输入 则面临另一个问题，扫描得到的栅格数据如何变换成g 工 s 数据库通常要求的点、线、面、 拓扑关系属性等形式。 目前g i s 的输入正在越来越多地借助非地图形式，遥感就是其中的一种形式。遥感数 据已经成为g i s 的重要数据来源。 地理数据采集的另一项主要进展是 g p s技术。gps 可以准确、快速地定位在地球表面 的任何地点，因而，除了作为原始地理信息的来源外， gps 在飞行器跟踪、紧急事件处理、 环境和资源监测、管理等方面有着很大的潜力。 ( 2 )存储。 g i s中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类，如何在计算机中有效存储 和管理这两类数据是g i s 的基本问题。在计算机高速发展的今天，尽管微机的硬盘容量己 达到g b 级， 但计算机的存储器对灵活、高效地处理地图这类对象仍是不够的。 g i s 的数据 存储却有其独特之处。大多数的g i s 系统中采用了分层技术，即根据地图的某些特征， 把 它分成若干层，整张地图是所有层相互叠加的结果。在与用户的交换过程中只处理涉及到 的层，而不是整幅地图，因而能够对用户的要求做出快速反应。 ( 3 )地理数据的操作和分析。 g i s 中对数据的操作提供了 对地理数据有效管理的手段。 对图形数据( 点、线、 面) 和属性数据的增加、删除、 修改等基本操作大多可借鉴c a d 和通 用数据库中的成熟技术; 有所不同的是g i s 中图形数据与属性数据紧密结合在一起，形成 对地物的描述，对其中一类数据的操作势必影响到与之相关的另一类数据，因而操作带来 的数据一致性和操作效率问题是g i s 数据操作的主要问题。 地理数据的分析功能，即空间分析，是g i s 得以 广泛应用的重要原因之一。通过g i s 提供的空间分析功能，用户可以从已知的地理数据中得出隐含的重要结论，这对于许多应 用领域是至关重要的。 g i s的空间分析分为两大类:矢量数据空间分析和栅格数据空间分析。矢量数据空f u j 分析通常包括:空间数据查询和属性分析，多边形的重新分类、边界消除与合并，点线、 第 5 页 国 防 科 学 技 术 人 学 研 究 生 院 学 位 论 文 点与多边形、线与多边形、多边形与多边形的叠加，缓冲区分析，网 络分析， 面运算，目 标集统计分析。栅格数据空间分析功能通常包括:记录分析，叠加分析、滤波分析、扩展 领域操作、区域操作、统计分析。 ( 4 )输出。 将用户查询的结果或是数据分析的结果以合适的形式输出是g i s 问题求解 过程的最后一道工序。输出形式通常有两种:在计算机屏幕上显示或通过绘图仪输出。对 于一 些对输出精度要求较高的应用领域，高质量的输出功能对g i s 是必不可少的。这方面 的 技术主要包括: 数据校正、 编辑、图 形整饰、 误差消除、 坐标变换、出 版印 刷等。 1 1 1 11 1 4 1 2 . 3军事地理信息系统 军事地理信息系统是在计算机支持下，运用系统工程和信息科学的理论与方法， 综合 地、动态地获取、存储、管理和分析军事地理环境信息的空间信息系统。军事地理信息系 统能够为作战指挥自 动化提供战区地形、地貌、水文、地质、气象、植被、道路、人日、 经济等综合的数字环境信息;军事地理信息系统所包含的多媒体地理数据库、 模型库、 知 识库等相互结合，能够为军事战略和战术决策提供强有力的支持;军事地理信息系统在构 建数字战场中处于举足轻重的地位， 是数字战场的不可或缺的 组成部分。3 0 1 军事地理信息系统在构建数字战场中的作用主要表现为:提供多分辨率的空间数据框 架，包括大地测量控制数据、数字高程数据、正射影像数据、交通数据、水文数据、 地籍 数据等，从而为战场主体和客体的精确定位和实时定位提供基础数据:提供基于战区图像 的实时的敌我态势显示，包括多种遥感平台获取的战场重要目 标的动态变化，比如军队的 集结与展开、打击目 标的判别及其评估等;提供多媒体军事专题信息，比如反映作战潜力 的战区经济信息、可动员的兵员数据等。在一定意义上说，军事地理信息系统是数字战场 的基础，没有军事地理信息系统的支持， 数字战场就可能变成无源之水、无本之木。 根据采取的技术途径不同，目前军事地理信息系统分为三类:一是超媒体网络军事地 理信息系统。它是通过因特网或其他网 络， 把不同地点、不同部队、各自 独立的军事地理 信息系统连接在一起，以实现地理资源的共享。它具有获取、 提供信息及其应用的多项功 能，包括数字、图形、图像、文本等地理信息的双向或多向传输和可视化显示，三维的数 字地图及其空间数据的在线分析等。二是构件式军事地理信息系统，它是将系统的功能分 解为若干构件，这些构件可以是来自 不同厂家或不同档次的产品，其开发环境相对宽松。 根据应用要求， 通过可视化界面和专用接口 把具有不同功能的构件组合在一起，就能够形 成一个可靠而有效的系统。 三是开放式军事地理信息系统， 它是根据行业标准( 或军事标准 ) 和有关接口 建立的军事地理信息系统。在开放式军事地理信息系统中，不同厂商的软件、 不同结构的数据库可以相互交换数据，可以形成一个集成式的操作系统，从而实现不同空 间数据、数据的不同功能、不同操作系统之间的信息共享。显而易见，三种类型的军事地 理信息系统是根据现代战争的需要和信息技术发展的现状开发出来的。因为，现代战场呈 现出陆、海、空、天一体化的特点，在广阔的战场上驰骋的合成军队又需要统一的战场环 境信息，因此开放式军事地理信息系统的开发就成为必然。又因为军事地理信息系统的开 第 6 页 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 发是个不断前进的过程， 现有的系统中的硬件或软件新旧并存， 技术性能与标准不尽一致， 为了利用现有的条件，就出现了构件式军事地理信息系统。同时，通信技术与网络技术的 发展，也为网络军事地理信息系统的建立奠定了基础。 军事地理信息系统的关键技术是多源数据的融合、联机分析与数据挖掘。由于多源数 据在存储格式、语义、编码、质量、处理方式和空间参照系统等方面的不同，以及数据的 重复，使得多源数据的融合十分复杂。为了有效地实现信息共享，要对分布式数据库的海 量的空间信息进行联机分析与数据挖掘，这也是一个技术难点，因而成为技术攻关的一个 重要方向。此外，网络军事地理信息系统的信息传输，构件式军事地理信息系统的接口 技 术，开放式军事地理信息系统的统一标准，都是军事地理信息系统深入发展的研究方向。 军事地理信息系统是军事地理科学与信息技术相结合的产物。早在上个世纪7 0 年代， 就出现了数字地图，之后又建立了地图数据库，这就为军事地理信息系统的建立奠定了基 础。 海湾战争前， 美军就开发出数字地形保障系统， 并逐步配备到陆军师的地形分析分队。 数字地形保障系统具有地形测量与计算，绘制地图，进行坡度、通视、交通、植被等分析 多项功能。美军现有的军事地理信息系统性能更高，其中明 尼苏达基地的系统最为先进， 其数据层次多于 7 5个。明 尼苏达基地的陆军利用该系统在全面评估土壤、植被、 坡度、 河宽、河深、流速等地理要素和敌情的基础上，成功地选择了横渡密西西比河的最佳渡河 地点。在科索沃战争中，美空军大量装备了袖珍型的地理信息系统。该系统由一台膝上计 算机、网络服务器和打印 机组成。 相当于1 0 0 张光盘( 每张光盘含有1 2 0 0 幅地图的 数字信 息 ) 空间数字信息被拷贝 在硬盘上。 数据包括全欧洲的 地图及卫星影像。 系统如果与美军测 绘局的数据库连接，还可以获得更多更新的信息。 系统具有缩放显示功能，影像图的比例 尺最小为1 : 5 0 0 万，最大为1 : 5 万，分辨率最大为1 米。美军利用袖珍型军事地理信息 系统对若干目标进行了精确打击，并成功地救援了被击落的飞行员。美军认为及时开发出 稳定的地理信息系统是保持信息优势，实现 2 1世纪国家安全目 标的关键。因此，在新世 纪，军事地理信息系统将作为数字战场的重要组成部分和主要的应用系统而备受关注。 第 7 页 国防科学技术人学研究生院学位论文 第三章卫星侦察监视数据研究 3 1 卫星侦察数据处理过程 卫星侦察情报的目的是，最大限度地获取在国家所感兴趣的区域内整个电磁环境的情 报资料。其主要目标是所有类型的雷达( 陆基、海用和机载的侦察、火控、导航及其他用 途的雷达) 对它们在各种工作状态下( 例如搜索和跟踪状态) 的信号特征进行探测、定 位和识别，并记录它们的发射信号参数i 旧l 。将卫星侦察得到的数据变成我们可以读懂的情 报信息需要经过如下的处理过程； ( 1 ) 测控系统接收来自卫星的原始侦察数据： ( 2 ) 对原始侦察数据进行解密和解扰处理，经格式化后得到全脉冲和中频采样数据； ( 3 ) 对中频采样数据进行脉内特征分析，形成雷达信号脉内特征库并与雷达情报相关 联： ( 4 ) 在资料数据库的支持下，将形成的雷达情报与其它来源的情报进行相关，完成对 雷达型号、平台类型的相关分析，生成卫星侦察情报。 ( 5 ) 以图形和表格的方式综合显示侦察数据、雷达分布和各类处理结果。 卫星侦察数据处理过程如图3 1 。 图3 1 卫星侦察数据处理过程 3 2 卫星侦察情报数据结构 情报综合实现了卫星侦察数据到侦察情报的过程，卫星侦察情报信息是一个多要素的 综合体，各要素问具有时间序列和空间特征。卫星侦察情报数据主要包含了卫星和雷达两 方面的信息，数据结构见表3 1 和表3 2 。 表3 1 卫星情报数据结构 第8 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 7 卫星位置y单位：m 8 卫星位置z单位：m 9 卫星速度x 单位：k m h 1 0 卫星速度y单位：k m h 1 1 卫星速度z单位；k m 小 1 2 偏航角卫星姿态单位：度 1 3 俯仰角卫星姿态单位：度 1 4 滚动角卫星姿态单位：度 1 5 轨道倾角轨道参数单位：度 1 6 升交点赤经轨道参数单位：度 1 7 轨道第一偏心率轨道参数 1 8 轨道、- 长径轨道参数单位；m 1 9 近地点幅角 轨道参数 单位：度 2 0 真近点角 轨道参数单位：度 2 1卫星星r 点经度 单位：度 2 2卫星星r 点纬度 单位：度 2 3卫星高度 单位：公里 其中卫星位置x 、y 、z 所在的星体坐标系定义如下：如图3 2 x d 图3 2 星体坐标系定义 x 轴方向就是卫星轨道的切线方向，也即卫星飞行方向。y 轴方向是卫星轨道面的法 线方向。z 轴方向是卫星与卫星星下点连线的方向。三个坐标轴之间的关系符合右手螺旋 定则。图3 2 巾。d 、y 。和。d 分别是地固坐标系的坐标轴。a 为俯仰角，即卫星雷达矢量 与x 轴的夹角；b 为方位面观测角，即卫星辐射源矢量与y 轴的夹角。 表3 2 雷达情报数据结构 国防科学技术大学研究生院学位论文 2 开始时间 雷达信号开始出现的时间。 3 持续时间 该雷达的信号持续时间( 秒) 。 4 卫星圈号 得到该雷达数据的卫星运行圈号。 5 雷达犁号 该雷达的信号体制类型，如：常规、参差、抖动、滑变、频率 6 雷达体制 捷变、频率分集、脉冲压缩等。 7 威胁等级 8生产国地区 9平台类型 雷达平台类型，如机载、舰载等。 i o 平台型号雷达平台裂号，如“f 一1 6 ”。 1 l 纬度地理纬度 1 2 经度 地理经度 1 3 俯仰波束宽度 1 4 方位波束宽度 1 5 天线主瓣增益 1 6天线平均旁瓣增益 1 7天线扫描模式 1 8位置序号 表明移动目标 1 9峰值功率单位：k w 2 0 平均功率单位：w 2 1 作用距离单位：k m 2 2 探测高度 单位：m 2 3 载频适用丁脉冲压缩雷达和载频类型为1 刮定或捷变的雷达。 2 4 载频晟大值单位：m h z 2 5载频最小值单位：m h z 2 6 载频变化范围频率( 跳) 变化范围。适用于载频类型为捷变的雷达。 2 7 载频个数适用于载频类型为分集或跳变的雷达。 2 8p r i 适用于重频类型为常规、抖动、滑变、群脉冲的雷达。 2 9 p r i 最人值单伉：微秒 3 0p r | 最小值单位：微秒 3 1 p k i 变化范围 适用于重频类犁为抖动或滑变的雷达。 3 2 p r l 个数适用丁重频类型为参差、组变、跳变、滑变、群脉冲的雷达。 3 3 骨架周期适用丁重频类型为参差、组变、跳变、群脉冲的雷达。 3 4 脉宽单位：微秒 3 5 脉宽最大值单位：微秒 3 6 脉宽晟小值单位：微秒 3 7 脉宽个数适月j 于多赇冲雷达。 3 8脉幅 3 9重点信号标志非重点雷达信号：跟踪雷达信号；告警雷达信号。 4 0识则置信度受漏脉冲率和脉冲列参数统计影响。 第1 0 页 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 3 . 3卫星侦察情报数据管理 当对卫星所获得的数据进行预处理后，这些数据就转化为可被人利用的各种数据格式 的地球信息，但此时，它们所包含的信息量是有限的;把数据转化为信息，直至日 标、计 划和策略信息时，则需要地理信息系统的支持。这些信息进入地理信息系统后， 在信息处 理过程中，它们的信息含量将逐渐增高，信息的使用价值随之增大; 特别是当它们经过各 种专题地理信息系统的处理后，它们的信息含量将大幅度地提高，信息的使用价值增值更 j决。 运用地理信息系统的数据管理思想我们把卫星侦察情报分为空间数据和属性数据， 空 间数据主要是和空间位置、空间关系有关的数据，属性数据是地理元素中非空间的属性信 息。一个空间数据对应一个地理实体，任何地理实体至少包含一个属性，地理信息系统的 分析、检索主要是通过对属性的操作运算实现的。对这两类数据采用不同的管理方法。空 间数据主要用文件的方式管理，属性数据则采用数据库来管理。12 3 1 3 . 3 . 1卫星侦察情报空间数据管理 卫星侦察情报空间数据根据不同的性质和管理要求，我们把它分为不同的图层。 各个 空间地理数据对应一个地理对象，以图层为单位进行存储，各个图层以文件的形式储存在 磁盘中。用户可以根据自己的需要，管理一个或多个图层，从而生成用户所需的地图和相 关信息。根据卫星侦察情报数据，空间数据分层结构如图3 . 3 所示。 q 图3 . 3空间数据图层结构 卫星侦察空间侦察数据的图层按性质基本可划分为三类: ( 1 )世 界地图 和各种地区图 层 ( 包括省市或县的界面和边界图层) 用于背景显示， 作 为基础地图层。 ( 2 ) 卫星侦察情报数据中地理坐标生成的卫星、雷达等图层和用户根据需要自 行添加 的标记层作为项目图层。 ( 3 ) 其他图 层 ( 如水系、 铁路、公路等) 作为辅助图 层，与项目 图 层一 样是可选的， 只是起辅助参考用，不能对其进行操作。 采用这种分层存放的结构， 可以提高图形的搜索速度， 便于各种不同数据的灵活调用、 更新和管理。 一m万贾一- - -一 一 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 随着卫星侦察情报数据种类的 增多，可能需要添加更多的图层。 随着图 层数的增加， 图层的显示或隐藏操作会非常复杂。我们采用图3 . 4 所示的层次结构来表示地理对象。 图3 .4地理对象表示的层次结构 图层类包含若千个图层，可用来控制多个图层的同时显示或隐藏。每个图层属于哪个 图层类可以灵活地进行调整。每个图层包含若干个对象类，对象类是图层中具有相同属性 性质的地理对象的集合，属于同一对象类的地理对象具有相同的属性名、符号、线型和颜 色。 1 5 3 . 3 . 2卫星侦察情报属性数据管理 相对空间数据而言， 属性数据数据量大而且关系复杂，因此我们利用关系数据库来管 理卫星侦察情报属性数据。以下是几个主要的数据库:卫星情报库、雷达识别库、活动雷 达数据库、 雷达环境库、雷达情报库、重点威胁数据库。它们之间的关系如表3 . 5 。 雷达识别库 卫星情报库 雷达属性表 雷达与平台关联表 雷达情报库 p w数据表 p r i 数据表 r f数据表 活动雷达库 雷 达 环 境 库1 活动雷达识别表 又 if ip ;il ft 中 今: 雷达分布表 蕾 ii 未知雷达表 铆 雷达定位表 蕾 t f ig 裹 平台属性表 活动雷达位置表 图3 . 5各数据库之间的关系表 ( 1 )雷达识别参数库: 存放经长期情报分析确认的已知雷达特征参数， 包括雷达型号、 体制、射频参数、 重频参数、脉宽参数、射频特征、重频特征、脉宽特征等。雷达识别参 第 1 2 页 国 防 科 学 技 术 人 学 研 究 生 院 学 位 论 文 数库是雷达辐射源识别的模板数据库。为减少冗余， 采用主子表结构，以雷达型号表为主 表，雷达射频表、雷达重频表、雷达脉宽表、雷达调制规律表等为相关的子表，主表与子 表之间通过主键雷达型号相关联。 ( 2 )重点威胁库:根据该连续侦察时段的任务规划 ( 侦察覆盖区域、 重点等)，从雷 达识别参数库中提取。与雷达识别参数库类似，也采用主子表的结构。 ( 3 )活动雷达库: 记录当前任务规划情况下侦察到的雷达的 特征参数。内 容包括雷达 编号、雷达特征参数、脉内 调制规律和参数等。 ( 4 )活动雷达位置数据库表:记录侦察到的雷达的出现时间、位置等数据。 ( 5