顯控仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱長(zhǎng)發(fā) 程耀 劉泉晶 王寶欣

摘要：顯控仿真系統(tǒng)是新型號(hào)武器裝備在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段中模擬和檢驗(yàn)實(shí)際裝備功能的重要工具之一。顯控仿真系統(tǒng)通過(guò)接收并顯示各武器分系統(tǒng)的信息狀態(tài)；顯示雷達(dá)搜索到的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)空情信息的融合與共享；模擬控制各分系統(tǒng)設(shè)備，對(duì)分系統(tǒng)和目標(biāo)下達(dá)控制命令，達(dá)到模擬作戰(zhàn)流程的目的。通過(guò)顯控仿真系統(tǒng)的模擬控制，既可以檢驗(yàn)分系統(tǒng)的設(shè)備功能完整性，又可以為武器系統(tǒng)優(yōu)化提供設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：顯控；仿真系統(tǒng)；模擬控制

中圖分類號(hào)：TP311.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）07-0237-02

Abstract： The display-control simulations is one of the important tools for simulating and verifying the actual equipment functions of the new model weapon equipment in the design phase.The display-control simulations achieve the purpose of simulating operational command process by receiving and displaying information status of each weapon subsystem； displaying radar's targets and fusing and sharing air situation； simulating to control subsystems.Through the analog control of the display-control simulations，it can not only verify the functional integrity of the subsystem， but also provide design ideas for weapon system optimization.

Key words： The display-control； Simulations system； Analog control

1 引言

顯控仿真系統(tǒng)[1][2]能夠?yàn)槲淦飨到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)作戰(zhàn)功能提供平臺(tái)，具有目標(biāo)情報(bào)顯示[3]與控制、系統(tǒng)及各設(shè)備狀態(tài)信息顯示，同時(shí)具有對(duì)系統(tǒng)的各設(shè)備控制、管理等功能[4]。顯控仿真系統(tǒng)主要由硬件設(shè)備和仿真軟件組成，硬件設(shè)備連接雷達(dá)系統(tǒng)、導(dǎo)彈系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等設(shè)備，仿真軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收各系統(tǒng)的報(bào)文，根據(jù)解析網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，適時(shí)發(fā)送控制命令，以模擬真實(shí)作戰(zhàn)環(huán)境下的武器指揮系統(tǒng)的作戰(zhàn)過(guò)程。

2 硬件組成

顯控仿真系統(tǒng)的硬件主要包括計(jì)算機(jī)模塊、顯示模塊、操控模塊以及電源模塊等組成，如圖1所示。

計(jì)算機(jī)模塊：顯控仿真系統(tǒng)的核心部分，由主板、內(nèi)存、顯卡等板卡組成。計(jì)算機(jī)模塊裝載顯控仿真軟件，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)接收并處理各系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、接收處理操控模塊的按鍵命令以及響應(yīng)顯控仿真系統(tǒng)軟件的操控。

顯示模塊：執(zhí)行計(jì)算機(jī)模塊的顯示終端，通過(guò)VGA/DVI與計(jì)算機(jī)模塊連接。計(jì)算機(jī)模塊將各分系統(tǒng)的狀態(tài)和空情信息整理解析，以文字或圖形的形式在顯示模塊中顯示。

操控模塊：主要由鼠標(biāo)、鍵盤和用戶自定義按鍵組成，與計(jì)算機(jī)模塊通過(guò)串口連接。計(jì)算機(jī)模塊采集操控模塊按下彈起的信號(hào)，并控制操控自定義按鍵燈的亮滅狀態(tài)。操控模塊結(jié)合軟件界面的按鈕，對(duì)各分系統(tǒng)下達(dá)仿真控制命令。

電源模塊：連接外部的輸入電源，通過(guò)變壓模塊轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)設(shè)備各內(nèi)部模塊所需的電壓或電流。其中，電源模塊中的穩(wěn)壓模塊能夠保護(hù)仿真系統(tǒng)內(nèi)部模塊，使其不受外部電源變化的影響。

3 顯控仿真系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

顯控仿真系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)基于Qt Creator跨平臺(tái)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行。QT[4][5]是一種跨平臺(tái)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架，能夠在windows、linux及中標(biāo)麒麟等多種操作系統(tǒng)下運(yùn)行，其面向?qū)ο蟮木幊谭绞?、豐富的API函數(shù)以及良好的界面優(yōu)化能力能夠完全滿足該仿真軟件的開(kāi)發(fā)需求。本文的Qt Creator版本為3.2.1，QT版本為4.8.6。

3.1 通信方式

顯控仿真系統(tǒng)軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞脚c信息處理機(jī)軟件進(jìn)行通信。通常，網(wǎng)絡(luò)通信方式有兩種：TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）。UDP具有可傳輸距離長(zhǎng)，傳輸速度快等特點(diǎn)[7]，因此本文選用UDP方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，通過(guò)周期性發(fā)送與重復(fù)多拍發(fā)送的方式相結(jié)合以降低其數(shù)據(jù)傳輸可靠性差帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。采用QT自帶的QUdpSocket類，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播發(fā)送與接收和廣播接收功能。實(shí)例創(chuàng)建如圖2所示，m_udpSocket用于點(diǎn)播收發(fā)，m_udpSocket用于廣播接收。

顯控系統(tǒng)內(nèi)部計(jì)算機(jī)模塊與操控模塊之間則是通過(guò)RS422串口通信。相比其他方式，RS422串口通信成本低，可靠性高，同時(shí)其傳輸距離和傳輸速度均可滿足本文的需求。本文選用成熟的第三方庫(kù)qextserialport，該工具使用便捷，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。

網(wǎng)絡(luò)與串口的通信報(bào)文一般由報(bào)頭、報(bào)文內(nèi)容和報(bào)尾組成，如圖3所示。通過(guò)報(bào)頭長(zhǎng)度與報(bào)尾的標(biāo)識(shí)對(duì)報(bào)文的有效性進(jìn)行篩選，確保數(shù)據(jù)的完整性。通過(guò)比對(duì)前后報(bào)文的流水號(hào)與時(shí)戳，可以區(qū)分是否為同一拍報(bào)文，防止同一命令多次響應(yīng)處理。通過(guò)報(bào)頭標(biāo)識(shí)，判讀該報(bào)文消息的歸類，進(jìn)而對(duì)報(bào)文內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別。對(duì)報(bào)文有效性篩選的流程圖，如圖4所示。

3.2 顯控仿真系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)組成

顯控仿真系統(tǒng)軟件主要由數(shù)據(jù)處理、仿真軟件界面和串口數(shù)據(jù)處理等組成。

3.2.1數(shù)據(jù)處理過(guò)程

數(shù)據(jù)（包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與串口數(shù)據(jù)）處理，分為接收?qǐng)?bào)文處理與發(fā)送報(bào)文處理兩部分。通過(guò)QT的信號(hào)與槽機(jī)制和共享內(nèi)存的方式，利用全局變量值的傳遞，將網(wǎng)絡(luò)處理（接收或發(fā)送）與界面解析（顯示或讀取界面參數(shù)）分開(kāi)，以降低網(wǎng)絡(luò)處理與界面解析之間的耦合度，提高軟件的可讀性。

接收?qǐng)?bào)文時(shí)，進(jìn)行如圖4所示的有效性篩選后，提取報(bào)文內(nèi)容賦值給特定的全局結(jié)構(gòu)體變量，并釋放對(duì)應(yīng)報(bào)文的信號(hào)（如sig_00H（））。主程序收到信號(hào)后，激發(fā)對(duì)應(yīng)槽函數(shù)（如slot_00H（）），使其對(duì)結(jié)構(gòu)體變量按協(xié)議一一解析，并根據(jù)協(xié)議要求更新界面顯示或設(shè)置按鍵燈的亮滅。

發(fā)送報(bào)文時(shí)，按照協(xié)議對(duì)全局結(jié)構(gòu)體變量一一賦值，并釋放對(duì)應(yīng)報(bào)文的信號(hào)（如sig_MSG（0x10））。主程序收到信號(hào)后，激發(fā)對(duì)應(yīng)槽函數(shù)（如slot_MSG（quint8 msgID）），根據(jù)msgID，組織對(duì)應(yīng)報(bào)文報(bào)頭報(bào)尾的內(nèi)容，將結(jié)構(gòu)體變量賦值到報(bào)文內(nèi)容的位置，并將完整的報(bào)文發(fā)送給目的端。

3.2.2仿真軟件界面設(shè)計(jì)

顯控仿真軟件界面通過(guò)文字、圖像或顏色等方式，顯示武器系統(tǒng)的各類信息。按照功能，顯控界面主要分五部分顯示區(qū)域：狀態(tài)顯示區(qū)、目標(biāo)顯示區(qū)、設(shè)備參數(shù)設(shè)置區(qū)、消息提示區(qū)。界面布局示意圖，如圖5所示。

狀態(tài)顯示區(qū)主要顯示系統(tǒng)時(shí)間、武器系統(tǒng)信息、各設(shè)備狀態(tài)等信息，主要以文字和顏色來(lái)表達(dá)；目標(biāo)顯示區(qū)主要顯示目標(biāo)的速度、方位、類型等屬性信息以及在地圖上顯示目標(biāo)的位置，主要以表格和圖標(biāo)來(lái)表達(dá)；設(shè)備參數(shù)設(shè)置區(qū)通過(guò)點(diǎn)擊軟件按鈕彈出對(duì)話框的形式，為各設(shè)備參數(shù)裝訂提供輸入接口；消息提示區(qū)則顯示顯控仿真系統(tǒng)命令以及各系統(tǒng)的消息回告，便于操作手確認(rèn)狀態(tài)，主要以文字來(lái)表達(dá)。

顯控仿真軟件界面實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)UI界面來(lái)布局基本控件的位置、大小，如QPushButton、QLabel、QTableWidget等。對(duì)于自定義的控件則通過(guò)創(chuàng)建繼承于QWidget的自定義類，通過(guò)Layout布局方式約束自定義控件中元素的位置關(guān)系。

對(duì)于整體界面的配色，本文主要通過(guò)讀取QSS文件與樣式表兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)讀取QSS文件，使同種控件的配色保持一致。對(duì)于一些特殊的控件，則通過(guò)樣式表單獨(dú)設(shè)置。進(jìn)而使得界面整潔、風(fēng)格統(tǒng)一。

4 結(jié)論

顯控仿真系統(tǒng)既能驗(yàn)證武器系統(tǒng)的可行性，同時(shí)也可以作為操作手熟悉作戰(zhàn)流程的虛擬機(jī)。顯控仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)使武器系統(tǒng)能夠并行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，大大降低了武器系統(tǒng)的研制周期。同時(shí)，顯控仿真系統(tǒng)的軟件和硬件采用通用化設(shè)計(jì)，能夠快速適應(yīng)其他型號(hào)的開(kāi)發(fā)任務(wù)，從而降低了產(chǎn)品的研制成本。以上述原理為基礎(chǔ)的顯控仿真系統(tǒng)，已經(jīng)得到應(yīng)用并取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 尹偉，馬晉，張新，張文兵.顯控系統(tǒng)軟件仿真模式研究[J].航空電子技術(shù)，2017，48（01）：39-42+47.

[2] 劉帥.雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)顯控及通信技術(shù)[J].中國(guó)新通信，2018，20（12）：27.

[3] 林春來(lái)，李強(qiáng)，石尚慶.圖標(biāo)化空情顯示分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2005（08）：809-811+820.

[4] 李光，李杰，王夢(mèng)瀟.指揮中心顯控技術(shù)及應(yīng)用[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2018，9（03）：79-84.

[5] 付嘉寧.基于Qt的顯控系統(tǒng)圖形顯示的研究[J].電子測(cè)試，2017（15）：37-38.

[6] 譚清怡.基于QT的雷達(dá)終端軟件實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（18）：50.

[7] 談敏剛，錢龍軍.VxWorks系統(tǒng)下的UDP通信在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2014，27（12）：1-3.

【通聯(lián)編輯：梁書】