一种基于FPGA的三维网络链路优化及并行计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的三维网络链路优化及并行计算方法，在三维网络链路的目标之间进行地形剖面分析，获取表达地形起伏的高程采样数据；使用Gramham凸包算法对获取的高程采样数据进行处理，提取出反应地形整体变化趋势的保凸特征点集；采用贝塞尔曲线拟合算法对提取的保凸特征点集进行曲线拟合，通过逐段光滑插值，实现整条曲线的保凸可视化。该方法有效解决了网络态势绘制过程中山脉穿孔的问题，同时针对大量网络计算需求，采用FPGA对计算密集型算法进行并行计算，提高了计算能力，从而保证了网络可视化的实时性。从而保证了网络可视化的实时性。从而保证了网络可视化的实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的三维网络链路优化及并行计算方法


[0001]本专利技术涉及三维网络链路
，尤其涉及一种基于FPGA的三维网络链路优化及并行计算方法。

技术介绍

[0002]现代战争已经是体系化的战争，战场目标不再是一个个孤立的个体，而是组成为一个有机的整体，其中存在作战编队、通信网络、指挥控制、监视侦察等等复杂多样的关系，实时地将战场上多维度的庞大信息进行网络可视化的显示是现在研究的重点内容。
[0003]在三维虚拟战场中，会使用可视化网络来更直观的表现目标之间的复杂关系，但是战场情况瞬息万变，网络态势可视化需要同时具备真实性和实时性，实际上高低不平的地势会影响目标间的连线出现穿模现象，且现有技术的方案也不能满足网络计算实时性的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于FPGA的三维网络链路优化及并行计算方法，该方法有效解决了网络态势绘制过程中山脉穿孔的问题，同时针对大量网络计算需求，采用FPGA对计算密集型算法进行并行计算，提高了计算能力，从而保证了网络可视化的实时性。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种基于FPGA的三维网络链路优化及并行计算方法，所述方法包括：
[0007]步骤1、在三维网络链路的目标之间进行地形剖面分析，获取表达地形起伏的高程采样数据；
[0008]步骤2、使用Gramham凸包算法对步骤1获取的高程采样数据进行处理，提取出反应地形整体变化趋势的保凸特征点集；
[0009]步骤3、采用贝塞尔曲线拟合算法对步骤2提取的保凸特征点集进行曲线拟合，通过逐段光滑插值，实现整条曲线的保凸可视化。
[0010]由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述方法有效解决了网络态势绘制过程中山脉穿孔的问题，同时针对大量网络计算需求，采用FPGA对计算密集型算法进行并行计算，提高了计算能力，从而保证了网络可视化的实时性。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0012]图1为本专利技术实施例提供的基于FPGA的三维网络链路优化及并行计算方法流程示意图；
[0013]图2为本专利技术实施例所述高程采样数据的获取过程示意图；
[0014]图3为本专利技术实施例所述贝塞尔曲线拟合算法保凸控制点的构造示意图。
具体实施方式
[0015]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本专利技术的限制。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0016]如图1所示为本专利技术实施例提供的基于FPGA的三维网络链路优化及并行计算方法流程示意图，所述方法包括：
[0017]步骤1、在三维网络链路的目标之间进行地形剖面分析，获取表达地形起伏的高程采样数据；
[0018]在该步骤中，如图2所示为本专利技术实施例所述高程采样数据的获取过程示意图，针对三维网络链路的三维坐标采用WGS
‑
84地心坐标系，首先使用地理信息系统GIS(Geographic Information System)在两点目标AO、BO之间进行地形剖面分析，然后根据设置的采样频率沿球面进行数据采样，得到第一目标AO、第二目标BO对应的经纬位置点之间的剖面高程点集；
[0019]所得到的点集参见图2中的AG、BG两点之间的黑色折线上的点，其中AG、BG为地心EC与目标点AO、BO连线与水平面形成的交点，通过对该黑色折线段进行采样，获取表达地形起伏的高程采样数据。
[0020]步骤2、使用Gramham凸包算法对步骤1获取的高程采样数据进行处理，提取出反应地形整体变化趋势的保凸特征点集；
[0021]在该步骤中，在小范围时，若三维网络链路两个目标之间连线与三维地形之间无交点，则采用两点线段连线进行可视化表达即可获得较好的视觉效果；但当两目标之间连线与三维地形有交点时，若仍旧采用线段连线则容易出现山脉穿孔的问题。故本实施例使用Gramham凸包算法对步骤1获取的高程采样数据进行处理，提取出反应地形整体变化趋势的保凸特征点集，具体过程为：
[0022]首先根据获取的高程采样数据，读取两个目标点P0、P1之间的剖面高程点集；
[0023]再利用向量点乘计算其他采样点与目标点之间的直线P0P1的夹角；
[0024]以点P0为原点，直线P0P1为X轴，计算其他采样点在剖面上的横坐标及纵坐标，构造二维坐标平面；
[0025]然后按照计算的夹角对其他采样点按照由小到大进行排序；
[0026]利用向量叉乘依次对排序后的采样点进行右旋，判断各采样点是否为凸包上的点，并将凸包上的采样点归入凸包集；例如先取出采样点P2，P3两点，计算向量P0P2和P3P2的叉乘，如果大于0，说明是向右旋转，即采样点P2是凸包上的点，接着取下一个P4点，与P2、P3一起来判断P3是否是凸包上的点；若P2不是凸包上的点，接着取下一个P4点，与P0、P3一起来判断P3是否是凸包上的点；
[0027]当所有采样点遍历完毕后，确认凸包集，获得反应地形整体变化趋势的保凸特征点集。
[0028]步骤3、采用贝塞尔曲线拟合算法对步骤2提取的保凸特征点集进行曲线拟合，通过逐段光滑插值，实现整条曲线的保凸可视化。
[0029]在该步骤中，如图3所示为本专利技术实施例所述贝塞尔曲线拟合算法保凸控制点的构造示意图，基于保凸特征点集A、B、C、D、E，以线段CD为例，在该线段CD上再插入两个新的控制点，然后C、D端点和这两个新的控制点构造一段三次贝塞尔曲线，以C点为例说明新增控制点的几何构建过程为：
[0030]在三角形BCD中计算中线GH；
[0031]记a＝CG与CH的长度比值，在中线GH上取点F，使得线段GF与FH的长度比值为a＝CG/CH＝GF/FH；
[0032]过C点作GH的平行线C1C2，使得线段CC1＝GF，线段CC2＝FH；
[0033]过C2点作CD的垂线L1，过D1点作CD的垂线L2，比较两条垂线L1和L2的长度，若垂线L2较小，则取较小垂线对应的点D1，则过点D1作CD的平行线，交平行线C1C2于点C3，则点C3、D1即为线段CD上插入的两个新控制点；
[0034]按照上述方法依次处理非端点的各点；
[0035]在端点处进行特殊处理，具体为：首先使用中线平移获得端点控制点，然后使用向量计算出平移后位置同顶点的位移向量，从而计算出控制点的坐标；举例来说，首先取得开始端点A的右侧控制点A2，使得A2＝A，左侧控制点A1忽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的三维网络链路优化及并行计算方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、在三维网络链路的目标之间进行地形剖面分析，获取表达地形起伏的高程采样数据；步骤2、使用Gramham凸包算法对步骤1获取的高程采样数据进行处理，提取出反应地形整体变化趋势的保凸特征点集；步骤3、采用贝塞尔曲线拟合算法对步骤2提取的保凸特征点集进行曲线拟合，通过逐段光滑插值，实现整条曲线的保凸可视化。2.根据权利要求1所述基于FPGA的三维网络链路优化及并行计算方法，其特征在于，在步骤1中，针对三维网络链路的三维坐标采用WGS
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84地心坐标系，首先使用地理信息系统GIS在两点目标AO、BO之间进行地形剖面分析，然后根据设置的采样频率沿球面进行数据采样，得到第一目标AO、第二目标BO对应的经纬位置点之间的剖面高程点集；所得到的点集为AG、BG两点之间的黑色折线上的点,其中AG、BG为地心EC与目标点AO、BO连线与水平面形成的交点，通过对该黑色折线段进行采样，获取表达地形起伏的高程采样数据。3.根据权利要求1所述基于FPGA的三维网络链路优化及并行计算方法，其特征在于，在步骤2中，首先根据获取的高程采样数据，读取两个目标点P0、P1之间的剖面高程点集；再利用向量点乘计算其他采样点与目标点之间的直线P0P1的夹角；以点P0为原点，直线P0P1为X轴，计算其他采样点在剖面上的横坐标及纵坐标，构造二维坐标平面；然后按照计算的夹角对其他采样点按照由小到大进行排序；利用向量叉乘依次对排序后的采样点进行右旋，判断各采样点是否为凸包上的点，并将凸包上的采样点归入凸包集；当所有采样点遍历完毕后，确认凸包集，获得反应地形整体变化趋势的保凸特征点集。4.根据权利要求1所述基于FPGA的三维网络链路优化及并行计算方法，其特征在于，在步骤3中，采用贝塞尔曲线拟合算法对步骤2提取的保凸特征点集进行曲线拟合的过程具体为：基于保凸特征点集A、B、C、D、E，以线段CD为例，在该线段CD上再插入两个新的控制点，然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，胡怀湘，王家润，吴春春，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十五研究所，
类型：发明
国别省市：