空空導彈GPS飛行軌跡軟件的設計與實現

張建學

（中國空空導彈研究院 河南 洛陽 471009）

空空導彈的研制過程中需要在靶場進行大量的發射試驗，試驗過程中遙測是最為重要的測試手段，通過遙測數據可以“透明”地了解導彈在飛行過程中的參數變化。隨著中遠程空空導彈研制的啟動，傳統的光學測量系統的優勢將受到挑戰，GPS彈道測量將作為一個主要的測量手段，成為靶場空空導彈飛行試驗的基本配置[1]。

在飛行試驗中，需要精確測定彈道飛行軌跡，使用光測系統測量導彈軌跡，對氣象條件要求高、處理時間長[2]。隨著空空導彈中遠程導彈研制，對導彈彈道測量提出了更高的要求，全球定位系統（GPS）技術發展，為導彈測量提供了一條新的途徑[3]。GPS技術用于導彈測量和靶場監測，具有原理簡單、使用方便、精度高、受氣象環境影響小，節省設備、人員，數據處理速度快等優點，特別適用于對中遠程制導飛行器飛行軌跡的全程連續測量，是其他系統無法比擬的[4]。

1 軟件需求

該軟件實時接收、存儲、解算由網絡傳送來的GPS數據和試驗彈參數，在電子地圖上實時顯示導彈的飛行軌跡和飛行參數，主要功能需求如下：

1）實時接收、存儲、解算由地面站網絡端口傳送的GPS數據；

2）實時顯示載機的三維坐標、3個方向上的速度、時間、方位、高度等飛行參數；

3）可以使用電子地圖作為顯示系統的背景，也可以制作有簡單地標組成的地圖作為顯示背景，顯示時自動剔除誤碼。在電子地圖上顯示空空導彈的飛行軌跡和其他參數，顯示比例圖可以放大縮小；

4）采用數據庫管理技術[5]，可實現事后數據讀取和重放；

5）用無線網絡的方式，將全部信息傳輸至第二顯示終端，為領航、決策提供依據。

2 軟件設計

該軟件利用多線程[6]技術實時接收遙測地面站發送的數據包，擁有數據包預處理、顯示、存儲。該軟件采用圖形化用戶界面，具有以下特點：

1）功能區域劃分清楚 界面分為信息輸入區、功能操作區、數據顯示區、狀態提示區等分區，一目了然；

2）操作簡單 功能操作區采用“一鍵實現功能”的設計，易于上手；

3）信息顯示直觀 在數據顯示區域針對不同參數的不同特點選用適當的顯示方式，如：衛星位置、速度、信噪比信息采用數值顯示，飛行軌跡采用圖形曲線顯示；

4）附加功能便利用戶 軟件初始化時直接讀取配置文件中記錄的歷史GPS基準值、數據文件存儲路徑等信息，避免每次運行時用戶都要重復設置。

為了滿足各項功能需求，在重點考慮應用軟件可靠性的同時，還應兼顧軟件的可擴展性等其他需要，因此采用模塊化的軟件結構設計，將軟件劃分為若干功能模塊，包含I／O設置、顯示電子地圖、事后數據重放、GPS數據預處理、GPS信息處理、GPS數據顯示及第二終端發送等模塊，其系統軟件示意圖如圖1所示。

圖1 系統軟件示意圖Fig.1 Block diagram of system software

3 軟件實現

Visual C++是一個功能強大的面向對象的可視化應用程序開發工具，是計算機界公認的最優秀的應用開發工具之一。在提供可視化的編程方式的同時，Visual C++也適用于編寫直接對系統進行底層操作的程序，生成代碼的質量也優于其他的開發工具。它提供的AppWizard能自動生成應用程序的標準框架，大大減輕了編程的工作量，使得程序員從大量的復雜勞動中解脫出來，體會到真正的程序語言的強大功能和良好的靈活性。文中主要介紹如下的編程技巧：用鼠標單擊窗口標題條以外區域移動窗口、顯示旋轉文本、使用上下文菜單。

“事后數據回放”功能是將導彈飛行過程中的保存的遙測數據進行回放分析。這是在試驗操作過程中的一個重要環節，回放是對飛機飛行過程的重演，調入飛行記錄文件后可以進行播放，播放的模式有3種，即正常、單幀和快速。飛行任務結束后，通過保存的數據文件可以在地圖上任意重新顯示導彈的飛行軌跡，數據回放處理流程如圖2所示。

圖2 數據回放流程圖Fig.2 Flow chart of data replaying

“GPS數據預處理”功能為從接收的遙測數據找出GPS數據并判斷GPS信息幀。因為遙測發送的數據內容根據同步碼來判別，首先剔除誤碼，然后提取GPS數據包，每次運行軟件將自動生成臨時飛行記錄文件“flydata.gps”，而在每次接收到遙測數據幀的同時，會自動將該幀寫入“flydata.gps”文件，在退出程序時會提醒用戶 “是否需要保存此次飛行記錄?”，且默認的保存文件名為當前系統時間，如“201109151025.gps”表示記錄時間為2011年9月15日上午10:25。某GPS數據幀輸出的4種幀格式的數據包：GPS數據包、衛星狀態數據包、GLN數據包、BDGLN數據包。衛星定位數據包幀結構，如圖3所示。

圖3 幀結構Fig.3 Frame structure

4種數據包中“數據”一項所含數據結構各不相同。且“數據包類型”一項填充不同值作為4種幀格式的判斷標志，因此下文統稱其為幀標志。幀標志定義如圖4所示。

圖4 幀標志類型定義Fig.4 Frame flag define

由于接收的數據不會是完整GPS數據幀，需要與上次處理后剩下的GPS數據一起處理，如果數據長度不大于6字節，把數據作為下一次的數據，繼續接收新數據。但同步碼長度是相等的，包括長度為5字節，GPS數據預處理模塊流程圖如圖5所示。

圖5 GPS數據預處理流程圖Fig.5 Flow chart of data preprocessing

4 使用效果

該軟件能夠實時顯示導彈的速度、高度、位置、軌跡；實時顯示和記錄導彈的截獲信息和其他工作信息，使地面技術人員及時掌握和了解導彈的工作情況，提高試驗的成功率和準確度，從而大大提高試驗效率和試驗結果的有效性，節約試驗經費和時間。圖6所示為某型號導彈飛行軌跡示意圖。此外遙測地面站可根據GPS顯示參數引導遙測接收系統，防止跟蹤時偏離目標[7-8]。

圖6 導彈飛行軌跡示意圖Fig.6 Sketch map of missile flight trace

5 結 論

該軟件作為GPS飛行試驗的關鍵性軟件，其成熟可靠是系統的關鍵。但是隨著北斗／伽利略GPS系統等新的定位系統發展，新設備的接入，對原有系統的可擴展性提出了很高的要求。

本軟件通過設計一個模塊化的結構體系，并經編碼、調試后，在某型號經實際應用表明，不但具有很好的擴展性，僅僅在GPS數據預處理模塊上進行改動即可滿足系統擴展的需要，而且運行穩定、可靠，完全滿足空空導彈飛行試驗的需要。

[1]安桂生，陳雷.空空導彈靶場遙測接收處理的現狀與發展趨勢[J].航空兵器，2006（3）:56－59.AN Gui-sheng，CHEN Lei.Actuality and trend for telemetry data receiving and processing of air-to-air missile[J].Aero Weapon，2006（3）：56-59.

[2]李英麗，劉春亭.空空導彈遙測系統設計[M].北京：國防工業出版社，2006.

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[4]樊會濤，呂長起，林忠賢，等.空空導彈系統總體設計[M].北京：國防工業出版社，2007.

[5]桂延寧，張福順，焦李成.飛行器軌跡及參數測量的一種新方法[J].電子學報，2003（12）:1894-1896.GUI Yan-ning，ZHANG Fu-shun，JIAO Li-cheng.A new method of trace and parameter measurements for flying objects[J].Acta Electronica Sinica，2003（12）:1894-1896.

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[7]王楠，王龍.慣性系下GPS/SINS緊組合導航算法研究[J].現代電子技術，2011（20）:93-95.WANG Nan，WANG Long.Research of GPS/SINS tightly integrated navigation algorithm in inertial coordinate[J].Modern Elecetronics Technique，2011（20）:93-95.

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