基于Qt的雷達(dá)顯控數(shù)據(jù)處理一體化設(shè)計

房亮 劉濤慶

(中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所,河南鄭州 450047)

0 引言

隨著陸基偵察雷達(dá)的快速發(fā)展,對于顯控軟件的要求也越來越高。由于軍用技術(shù)對于保密的要求,由美國微軟公司開發(fā)的Windows操作系統(tǒng)平臺越來越不適用于復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境,所以對于顯控軟件的國產(chǎn)化提出了更高的要求。國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的操作系統(tǒng)平臺一般都是基于開源的Linux系統(tǒng),Qt具有跨平臺性能和良好的圖形界面設(shè)計優(yōu)勢,所以基于Q t開發(fā)的雷達(dá)顯控軟件能夠在國產(chǎn)平臺上運行。

Qt作為業(yè)界優(yōu)秀的跨平臺開發(fā)工具,目前支持的平臺包括Windows、Mac、Linux等桌面操作系統(tǒng)和其他的嵌入式平臺、移動開發(fā)平臺。它針對各個平臺編寫平臺相關(guān)的適配層,為不同的平臺提供一套相同接口的庫,直接與各個平臺融合在一起,既不損失性能又跨平臺。對開發(fā)者來講,能夠做到每次針對不同的平臺編譯成該平臺的本地代碼,一次開發(fā)而能快速的平臺移植。多篇文獻(xiàn)對基于QT的雷達(dá)終端軟件設(shè)計進(jìn)行論述,文獻(xiàn)[1]提出了一種基于Qt的圖形視圖框架下的實時刷新顯示被動雷達(dá)信息的方法,文獻(xiàn)[2]提出了一種基于Qt的雷達(dá)信息顯示的新方法,文獻(xiàn)[3]提出了一種基于Qt,在ARM平臺下的雷達(dá)終端顯控軟件設(shè)計的方法。

本文的雷達(dá)終端軟件基于Qt開發(fā),將顯示控制和數(shù)據(jù)處理一體化設(shè)計。顯示控制功能完成目標(biāo)信息的顯示和雷達(dá)分機(jī)的控制,進(jìn)行人機(jī)交互。數(shù)據(jù)處理功能完成對雷達(dá)信號處理數(shù)據(jù)的分析處理,產(chǎn)生目標(biāo)數(shù)據(jù)。將顯控和數(shù)據(jù)處理功能集成到軟件中,操作更加簡便,有利于雷達(dá)終端的小型化和可移植。

1 軟件架構(gòu)設(shè)計

1.1 模塊劃分

本雷達(dá)終端軟件基于顯示控制和數(shù)據(jù)處理一體化設(shè)計,顯示控制功能主要包括圖形顯示和分機(jī)控制子模塊,數(shù)據(jù)處理功能主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出子模塊;雷達(dá)主界面以P型、B型、電子地圖顯示畫面(可切換)為背景,實時顯示目標(biāo)的點跡、航跡坐標(biāo)、雷達(dá)分機(jī)工作狀態(tài)等;分機(jī)控制模塊接收操作員的指令,發(fā)送工作參數(shù)到雷達(dá)主機(jī),從而控制信號處理、功放、天線等分機(jī),并監(jiān)視雷達(dá)分機(jī)的工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集模塊通過網(wǎng)口接收信號處理后的數(shù)據(jù),根據(jù)通信協(xié)議解析數(shù)據(jù);點跡處理模塊進(jìn)行解模糊、點擊凝聚、幀間合并等處理,產(chǎn)生距離、方位、速度等點跡信息;航跡處理模塊進(jìn)行初試建航、航跡相關(guān)、航跡管理等處理,形成目標(biāo)航跡。其模塊劃分如圖1所示。

圖1 軟件模塊劃分Fig.1 Software module division

1.2 工作流程

軟件啟動后,首先監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)、分機(jī)的工作狀態(tài),如果連接不成功則顯示通信鏈路故障,如果分機(jī)故障則顯示故障信息;其次加載系統(tǒng)參數(shù)和配置文件,進(jìn)入雷達(dá)主界面。雷達(dá)偵察任務(wù)啟動后,進(jìn)行雷達(dá)校準(zhǔn),軟件實時接收信號處理分機(jī)處理后的數(shù)據(jù),由數(shù)據(jù)處理模塊完成點跡處理、航跡處理、數(shù)據(jù)輸出等工作;顯示控制模塊將目標(biāo)信息按照圖、表、文字的方式顯示;操作員可以設(shè)置雷達(dá)的工作參數(shù)、工作模式、偵察參數(shù)等,同時實時監(jiān)測各個分機(jī)的狀態(tài)信息并將其顯示在界面上。軟件關(guān)閉后,自動保存雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)和任務(wù)參數(shù)。軟件工作流程如圖2所示。

圖2 軟件工作流程Fig.2 Software workflow

2 顯示控制設(shè)計

本軟件顯示控制模塊的主要功能是每個周期在屏幕上以B顯或者P顯方式更新顯示數(shù)據(jù)處理后到的目標(biāo)點跡、航跡信息(包括編號、距離、方位、徑向速度、坐標(biāo)、目標(biāo)分類等元素),顯示雷達(dá)工作狀態(tài)信息等。

2.1 P顯

P顯以正北為方位角的零度,角度按順時針增加,距離延半徑方向增加,圓心則為雷達(dá)主機(jī)所在的位置。其中距離有4種量程,分別為:5km、10km、15km、20km。P顯類執(zhí)行的邏輯流程:首先添加子窗口,初始化窗口位置大小,設(shè)置刷新窗口定時器,判斷定時器時間,如果計時到,如果是P顯則進(jìn)行窗口繪圖。

2.2 B顯

B顯坐標(biāo)系縱軸代表目標(biāo)的距離,橫軸代表目標(biāo)的方位。B顯類執(zhí)行的邏輯流程與P顯類相似:首先添加子窗口,初始化窗口位置大小,設(shè)置刷新窗口定時器,判斷定時器時間,如果計時到,判斷顯示方式,如果是B顯則進(jìn)行窗口繪圖。

2.3 顯示主界面

主界面左邊以P顯或者B顯方式顯示目標(biāo)圖形,右上方顯示裝訂參數(shù)和雷達(dá)狀態(tài)信息,包括伺服當(dāng)前的方位、俯仰以及雷達(dá)工作是否正常和故障信息,右中間顯示目標(biāo)實時參數(shù)信息,包括距離、方位、速度、幅度等元素,右下方顯示雷達(dá)操作的功能按鈕,包括參數(shù)設(shè)置、標(biāo)定、顯示方式等。如圖3所示。

圖3 軟件主界面Fig.3 The main interface of the software

3 數(shù)據(jù)處理設(shè)計

點跡處理和航跡處理是本軟件數(shù)據(jù)處理的核心功能,決定著數(shù)據(jù)處理效果的精度和質(zhì)量。

3.1 點跡處理

點跡處理主要根據(jù)接口通信協(xié)議對信號處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解包;對數(shù)據(jù)進(jìn)行符合性檢查,檢查幀信息、校驗和信息的合法性;解析雷達(dá)工作狀態(tài),包括故障代碼、工作頻率、功放狀態(tài)等信息;解析點跡目標(biāo),包括目標(biāo)距離、方位、速度信息,剔除異常值也就是野值,數(shù)據(jù)合法性檢驗是數(shù)據(jù)處理的重要環(huán)節(jié),對改進(jìn)處理結(jié)果的精度、提高處理質(zhì)量非常重要[4];對不同的幀進(jìn)行幀間合并處理,由于雷達(dá)本身波束寬度的原因,可能在連續(xù)多幀數(shù)據(jù)中都包含有相同的目標(biāo)點跡,因此需要在幀間對相同的點跡信息進(jìn)行合并處理。點跡處理執(zhí)行的邏輯流程:首先進(jìn)行數(shù)據(jù)符合性檢查,如果不符合則丟棄該包,如果符合則解析該包;解析點跡目標(biāo)和工作狀態(tài)信息,剔除野值,根據(jù)校北數(shù)據(jù)對目標(biāo)進(jìn)行距離方位修正,加入到目標(biāo)數(shù)組中;遍歷目標(biāo)數(shù)組,判斷是否符合幀間合并的條件,如果是則進(jìn)行幀間合并。邏輯流程如圖4所示。

圖4 點跡處理流程Fig.4 Point trace processing flow

3.2 航跡處理

在同一目標(biāo)連續(xù)多幀被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)后,軟件會自動為該目標(biāo)建立一條航跡。航跡處理就是將同一目標(biāo)的點跡形成航跡的過程,在建立航跡與航跡相關(guān)過程中采用邏輯比較法,如圖5所示,工作流程如下:

圖5 航跡處理流程Fig.5 Track processing flow

(1)將第一次掃描周期的量測目標(biāo)作為可能航跡,建立初始波門;

(2)將第二次掃描周期的量測點,通過直觀法,建立候選的航跡,初始化航跡質(zhì)量均為3,對每一個候選的航跡目標(biāo),利用一階多項式外推的方法,建立橢圓波門;

(3)將第三次掃描周期的量測目標(biāo)進(jìn)行分類:滿足橢圓波門內(nèi)的量測目標(biāo),建立臨時航跡,如果滿足條件的觀測超過一個,則此候選目標(biāo)航跡分裂為多個航跡,匹配后,這些航跡的質(zhì)量均加1;若沒有滿足橢圓波門內(nèi)的量測目標(biāo),利用直線外推的預(yù)測值代替,建立一個臨時航跡,該臨時航跡質(zhì)量減1,如果連續(xù)2次均沒有量測目標(biāo)匹配,那么刪除該臨時航跡;

(4)連續(xù)進(jìn)行(2)(3)步處理,更新航跡時,利用濾波算法對航跡的走向進(jìn)行平滑預(yù)測,及時對偏離的航跡進(jìn)行修正。通過地面目標(biāo)的機(jī)動性運動特征,建立目標(biāo)的機(jī)動性運動模型,計算航跡目標(biāo)的機(jī)動性系數(shù),可大大提高目標(biāo)預(yù)測位置的準(zhǔn)確性。當(dāng)航跡質(zhì)量為6時認(rèn)為該航跡為穩(wěn)定航跡;

(5)在每次掃描中,落入相關(guān)波門中但并未被關(guān)聯(lián)的點跡與未落入波門的點跡作為新的航跡。

4 結(jié)論

本文設(shè)計了一種基于Qt的跨平臺雷達(dá)終端軟件,該軟件對顯示控制和數(shù)據(jù)處理進(jìn)行一體化設(shè)計,進(jìn)行模塊劃分,詳述了顯示和數(shù)據(jù)處理的工作流程,軟件將顯示與數(shù)據(jù)處理有序的耦合在一起,成功應(yīng)用于某雷達(dá)終端,具有很好的可移植性和可靠性,對于相關(guān)雷達(dá)終端軟件的設(shè)計具有實踐的指導(dǎo)意義。