基于MapX實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)模擬器中態(tài)勢(shì)圖顯示功能

趙 泉,錢志亞

(船舶重工集團(tuán)公司723所,揚(yáng)州225001)

0 引 言

雷達(dá)信號(hào)模擬器是以計(jì)算機(jī)為核心的電磁環(huán)境仿真設(shè)備,主要用于檢測(cè)雷達(dá)偵察設(shè)備的信號(hào)分選、目標(biāo)識(shí)別等性能,為雷達(dá)偵察設(shè)備的系統(tǒng)測(cè)試、功能檢驗(yàn)等提供技術(shù)保障,也是訓(xùn)練雷達(dá)偵察裝備職手的有效輔助工具。由于現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的需要,在實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練中不再滿足于在雷達(dá)坐標(biāo)系統(tǒng)下簡(jiǎn)單的訓(xùn)練,而是希望在大地坐標(biāo)系統(tǒng)下將多個(gè)訓(xùn)練目標(biāo)的位置在電子地圖上顯示出來(lái),由此能夠大大提高日常訓(xùn)練的真實(shí)性。

目前Mapinfo公司的組件產(chǎn)品MapX相對(duì)于其他地理信息系統(tǒng)(GIS)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品具有使用方便靈活、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言簡(jiǎn)單、費(fèi)用低廉、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn),因此得到廣泛應(yīng)用。本文著重介紹在雷達(dá)信號(hào)模擬器中如何運(yùn)用MapX技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)在電子地圖中的顯示功能。

1 系統(tǒng)分析

雷達(dá)信號(hào)模擬器通過(guò)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻中雷達(dá)偵察設(shè)備平臺(tái)與雷達(dá)信號(hào)模擬器平臺(tái)的距離、方位、俯仰等參數(shù),根據(jù)系統(tǒng)功能要求,雷達(dá)信號(hào)模擬器要實(shí)現(xiàn)各個(gè)平臺(tái)的實(shí)時(shí)位置顯示及運(yùn)動(dòng)軌跡顯示,能夠?qū)崟r(shí)顯示雷達(dá)信號(hào)模擬器的信號(hào)強(qiáng)度范圍,根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度范圍及雷達(dá)偵察平臺(tái)的位置實(shí)時(shí)計(jì)算雷達(dá)偵察設(shè)備是否偵收到雷達(dá)信號(hào),以及信號(hào)的到達(dá)角。因此針對(duì)系統(tǒng)的功能要求,利用MapX控件要完成的GIS功能有:地圖控制功能,包括縮放、漫游;地圖圖層創(chuàng)建及刪除;軌跡繪制功能,包括直線、折線、圓形軌跡繪制;目標(biāo)點(diǎn)地理信息獲取,如指定位置經(jīng)緯度獲取;矢量地圖上的目標(biāo)移動(dòng);目標(biāo)距離、角度計(jì)算等功能。MapX通過(guò)OCX控件技術(shù)可方便地加入到工程中,因此可利用其復(fù)雜的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的圖層操作能力來(lái)實(shí)現(xiàn)以上這些功能。

2 MapX簡(jiǎn)介

MapX是MapInfo公司推出的地圖控件,它可以在應(yīng)用程序中方便地加入GIS功能,使用VB、VC++、Delphi、PowerBuilder等面向?qū)ο笳Z(yǔ)言來(lái)創(chuàng)建應(yīng)用程序。MapX按圖層組織地圖,通常在MapX中使用的圖層都是矢量圖層,可以進(jìn)行無(wú)限縮放而不丟失該圖層的地理信息。MapX可以方便地將一些有特殊意義的數(shù)據(jù)記錄在地圖上,使用戶直觀地了解地理信息,為用戶的決策提供根據(jù)。MapX還可提供強(qiáng)大的地理信息查詢與統(tǒng)計(jì)功能。這些特點(diǎn)正是MapX適用于開(kāi)發(fā)GIS的主要原因。

3 MapX技術(shù)在雷達(dá)信號(hào)模擬器系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 建立仿真地理環(huán)境

在雷達(dá)目標(biāo)模擬器系統(tǒng)中,仿真的地理環(huán)境主要是指電子地圖的創(chuàng)建及其顯示坐標(biāo)系設(shè)置。首先,MapX顯示的GST文件需先在MapX組件工具GeosetManager中建立好;其次,在VC++工程中包含位于MapX安裝路徑的子目錄下MapX.h和MapX.cpp文件。接下來(lái)在視圖類中包含MapX.h頭文件,為要顯示的地圖資源對(duì)象創(chuàng)建地圖資源ID并在視圖框類的onCreate和onSize消息映射函數(shù)中創(chuàng)建MapX地圖控件并調(diào)整它與窗口的相對(duì)位置、大小和顯示坐標(biāo)系參數(shù)。通過(guò)以上步驟就把包含MapX的應(yīng)用程序框架搭建完畢,可以編譯運(yùn)行顯示地圖了。

3.2 地圖控制及實(shí)現(xiàn)

在目標(biāo)仿真過(guò)程中為了使觀察更加細(xì)致靈活,控制地圖的縮放和漫游必不可少。這些功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)調(diào)用MapX控件中的標(biāo)準(zhǔn)工具。這些工具由MapX封裝,在需要使用的地方通過(guò)調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。地圖要素的選擇、查詢、編輯,放大、縮小等功能也比較容易實(shí)現(xiàn),對(duì)于Map對(duì)象有一些可以直接調(diào)用的工具。例如:

放大:Map1.CurrentTool=miZooomInTool

縮小:Map1.CurrentTool=miZooomOutTool

漫游:Map1.CurrentTool=miPanTool

在沒(méi)有可直接調(diào)用工具的時(shí)候,可以自定義工具。

3.3 地圖圖層創(chuàng)建及刪除

MapX中的電子地圖其實(shí)由很多透明的圖層組合而成,每個(gè)圖層包含地圖的不同組成部分。這些圖層依次堆疊在一起,用戶即可看到地圖的全貌。例如,第1個(gè)圖層包含國(guó)界,第2個(gè)圖層包含代表首都的符號(hào),而第3個(gè)圖層包含高速公路。將這些透明部分依次堆疊在一起,即構(gòu)成一張完整的地圖。對(duì)于實(shí)時(shí)應(yīng)用程序,地圖圖元在地圖圖層中需要實(shí)時(shí)更新,例如在圖層中顯示運(yùn)動(dòng)著的目標(biāo),如采用動(dòng)畫(huà)圖層,地圖的重新繪制將會(huì)更加迅速。在目標(biāo)仿真程序中,為了便于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算及圖層管理,通過(guò)CMapXLayer類中的CreateLayer函數(shù)分別創(chuàng)建了“雷達(dá)” 、“軌跡” 、“目標(biāo)”層,通過(guò) CMapXLayer類中的SetAnimationLayer函數(shù)將”目標(biāo)”層指定為動(dòng)態(tài)圖層。因?yàn)閯?chuàng)建的圖層會(huì)被添加到地圖中,當(dāng)下一次打開(kāi)應(yīng)用程序時(shí),創(chuàng)建圖層過(guò)程會(huì)失敗,所以在應(yīng)用程序結(jié)束時(shí),采用CMapXLayer類中的 Remove函數(shù)將創(chuàng)建的圖層刪除。

3.4 軌跡繪制功能

在系統(tǒng)中,軌跡繪制主要是指用戶由于目標(biāo)仿真的需要在地圖上利用鼠標(biāo)拖動(dòng)繪制軌跡,包括直線、多折線、矩形線和圓形線等軌跡。該功能通過(guò)MapX中的多種方法和事件實(shí)現(xiàn)。首先,在視圖類的初始化事件中OnInitialupdate通過(guò)調(diào)用CMapX類中的CreateCustomT ool函數(shù)創(chuàng)建自定義工具,聲明自定義工具常量。然后分別在MapX消息函數(shù)onToolUsed或OnPolyToolUsedMap中創(chuàng)建相應(yīng)軌跡。在onToolUsed中利用傳入的鼠標(biāo)鍵按下點(diǎn)坐標(biāo)(X1、Y1)和鼠標(biāo)鍵抬起點(diǎn)坐標(biāo)(X2、Y2)計(jì)算直線、弧線、矩形、橢圓頂點(diǎn)或圓形圓心和半徑長(zhǎng)度構(gòu)成點(diǎn)集對(duì)象,再利用CMapXFeatureFaetory類中的CreateLine和CreateArc方法繪制直線和弧線;利用CMapXFeatureFaetory類中的CreateElliptical-Region和 CreateCircularRegion函數(shù)繪制橢圓和圓。調(diào)用CMapXFeature類中的SetType圖元類型設(shè)置函數(shù)將圖元設(shè)置成miFeatureTypeLine(線型圖元),調(diào)用CMapXStyle類中的線型修改函數(shù)Set-LineStyle、SetLineColor設(shè)置圖形的線型樣式、線的顏色等。最后調(diào)用CMapXLayer中的AddFeature方法將圖元添加到圖層中去,然后用 Refresh函數(shù)將圖層刷新。在OnPolyToolUsedMap中利用傳入的鼠標(biāo)鍵按下的一系列點(diǎn)計(jì)算折線、多邊型線的頂點(diǎn)構(gòu)成點(diǎn)集對(duì)象,再利用CMapXFeatureFaetory類中的CreateLine函數(shù)繪制折線、多邊型線。

3.5 基于真實(shí)地理信息的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)

在使用MapX進(jìn)行目標(biāo)模擬的過(guò)程中要解決的關(guān)鍵問(wèn)題有2個(gè):(1)目標(biāo)創(chuàng)建及移動(dòng);(2)目標(biāo)之間的相對(duì)位置關(guān)系在電子地圖上的顯示。

(1)目標(biāo)創(chuàng)建及移動(dòng)

在雷達(dá)信號(hào)模擬器系統(tǒng)中,需要為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指定軌跡,讓目標(biāo)按指定軌跡運(yùn)動(dòng)。首先,要設(shè)置目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn),可以通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊的方式,利用程序響應(yīng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件,獲取點(diǎn)擊點(diǎn)在屏幕上的位置。并通過(guò) Map1.ConvertCoord(&ScreenX,&ScreenY,&MapX,&MapY,miScreenToMap)內(nèi)置的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)換成目標(biāo)經(jīng)緯度信息,也可通過(guò)手動(dòng)方式直接設(shè)置目標(biāo)的經(jīng)緯度值。然后,通過(guò)CMapXStyle類中的標(biāo)簽特性修改函數(shù)SetSymbolType、SetSymbolBitmapSize、SetSymbolBitmap-Name設(shè)置目標(biāo)圖形、尺寸、圖形名稱;最后,調(diào)用CMapXLayer中的AddFeature方法將目標(biāo)添加到“目標(biāo)”圖層中去,用 CMapXFeature的 Update函數(shù)顯示目標(biāo)圖形。在地圖中,目標(biāo)要連續(xù)地沿軌跡運(yùn)動(dòng),因而在地圖中的位置會(huì)動(dòng)態(tài)變化。在視圖的OnTimer事件中求出當(dāng)前與前一時(shí)刻目標(biāo)的經(jīng)緯度偏差,然后使用CMapXFeature的Offset函數(shù)將目標(biāo)圖形按經(jīng)緯度偏差移動(dòng)后,用 Update函數(shù)更新目標(biāo)圖形,實(shí)現(xiàn)了電子地圖中目標(biāo)的移動(dòng)。

(2)目標(biāo)之間的相對(duì)位置關(guān)系在電子地圖上的顯示

MapX電子地圖有數(shù)值坐標(biāo)系統(tǒng)和顯示坐標(biāo)系統(tǒng)兩套坐標(biāo)系統(tǒng),其中數(shù)值坐標(biāo)系坐標(biāo)是圖層元數(shù)數(shù)值表示的X-Y坐標(biāo)位置,一般默認(rèn)為經(jīng)緯度。顯示坐標(biāo)系統(tǒng)是圖層中圖元在窗口中顯示的地圖坐標(biāo)和地圖投影方式。因此在實(shí)時(shí)計(jì)算目標(biāo)之間的相對(duì)位置關(guān)系時(shí),其地圖顯示時(shí),要將其轉(zhuǎn)換到WGS-84大地坐標(biāo)系下,即經(jīng)緯度。

設(shè)雷達(dá)的大地坐標(biāo)為(L,B,H),其中L為經(jīng)度;B為緯度;H為雷達(dá)的大地高度。雷達(dá)在地心空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(X,Y,Z)T,則兩者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系有:

式中:e為參考橢球的第一偏心率;N為所在點(diǎn)的卯酉曲率半徑。

設(shè)如圖1所示,已知P點(diǎn)、Q點(diǎn)的大地坐標(biāo)分別為(L1,B1,H1)、(L2,B2,H2),則通過(guò)公式(1)將兩點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到地心空間直角坐標(biāo)(Xp,Yp,Zp)和(Xq,Yq,Zq),再通過(guò)坐標(biāo)軸的3次旋轉(zhuǎn),即可將Q點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到以P點(diǎn)為原點(diǎn)的雷達(dá)測(cè)量坐標(biāo)系中。

圖1 雷達(dá)測(cè)量坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換圖

通過(guò)公式(1)可將電子地圖上目標(biāo)的經(jīng)、緯度信息轉(zhuǎn)化到雷達(dá)平臺(tái)上的雷達(dá)測(cè)量坐標(biāo)系中,這樣能夠方便地計(jì)算出兩點(diǎn)之間的相對(duì)位置關(guān)系及距離,滿足了雷達(dá)信號(hào)模擬器在使用中雷達(dá)偵察設(shè)備對(duì)方位、距離的檢測(cè)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

將MapX技術(shù)應(yīng)用到雷達(dá)信號(hào)模擬器系統(tǒng)中,可以真實(shí)、直觀、精確、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬仿真,使真實(shí)的地理信息融入了雷達(dá)信號(hào)模擬器系統(tǒng)之中,便于在模擬系統(tǒng)中對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行評(píng)估、檢測(cè)。并為基于地理信息的多站工作環(huán)境下雷達(dá)信號(hào)模擬器的進(jìn)一步研究提供了便捷。

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