雷達終端設計與實現(xiàn)

◎楊筱卉

雷達終端設計與實現(xiàn)

◎楊筱卉

雷達顯示終端功能單一、界面操作局限性大等問題影響了雷達終端界面操作功能的拓展。本文通過介紹了雷達終端的顯示，以及如何利用Direct3D、ArcGIS Engine等現(xiàn)代計算機技術實現(xiàn)雷達終端顯示的高效、便利以及節(jié)約計算機資源的設計方式。

雷達是利用電磁波檢測的電子裝置，已成為無線遠程檢測領域最重要的電子設備。二戰(zhàn)期間，雷達被不斷運用于軍事戰(zhàn)場，所到各國的高度重視。隨著科技的不斷發(fā)展，雷達也越來越多的被運用到民用方面，海上導航雷達、天氣雷達、測量速度雷達等得到了不斷的運用與發(fā)展。雷達終端顯示器作為雷達的一種終端設備，用于實時接收和處理所得到的信息，是雷達操作人員利用雷達設備進行工作的重要橋梁，因此作為人機交互接口的雷達終端顯示器設計與實現(xiàn)也影響著雷達設備的使用效率。便于理解與操作、實現(xiàn)性能優(yōu)越的的雷達終端顯示器成為當前研究與發(fā)展的重點。

雷達終端顯示概述

雷達終端顯示器的主要功能就是將雷達所采集到的目標信息以及情報（目標的位置、特征、運動情況以及各種參數(shù)）反映在雷達終端顯示器上。計算機技術、圖像處理技術、數(shù)字信號處理技術的不斷發(fā)展，也為雷達終端顯示的發(fā)展提供了技術支持，利用計算機處理雷達視頻顯示成為發(fā)展的趨勢。本文基于現(xiàn)代計算機技術發(fā)展下的幾種雷達終端顯示器的設計與實現(xiàn)。

雷達終端顯示控制包括6個軟件模塊：綜合顯示、目標表業(yè)顯示、顯示的控制、雷達參數(shù)的顯示、雷達參數(shù)的設置以及雷達系統(tǒng)的操控。

PPI的顯示主要依靠綜合顯示來完成，主要包括目標背景的視頻、目標的軌跡、距標線、刻度、同步線等顯示；導航信息、時間信息等也由綜合顯示功能提供。

目標表頁主要顯示目標參數(shù)以及表頁的形式，目標批號、方位、距離、航向等由目標表頁顯示負責，提供操作員目標航跡參數(shù)信息的實時更新顯示，為操作者判斷目標走勢提供直觀信息。

顯示控制功能主要完成對PPI顯示區(qū)的控制，顯示量程、偏心顯示、軌跡顯示、顯示顏色等都涵蓋在顯示控制功能當中，控制功能可以根據(jù)操作者的習慣進行設置。

雷達參數(shù)的顯示主要對雷達處理的參數(shù)進行相應的設置，可以大大的提高操作人員的工作效率。

雷達參數(shù)的設置是對雷達參數(shù)控制功能的顯示，根據(jù)參數(shù)的設置提供給操作者正確的操作與提示。

雷達系統(tǒng)操控功能主要通過中間件對操控模塊進行控制，完成雷達工作模式、工作量程、伺服開關等控制，提供操作者可觸摸控制接口，對觸摸控制模塊的操作進行響應，并將狀態(tài)反饋于觸摸控制模。

基于Direct3D的雷達終端軟件化顯示方法的設計與實現(xiàn)

在目前，基于Windows操作系統(tǒng)下的雷達終端顯示方式有2種，一種是利用現(xiàn)場可編程門陣（FPGA）或者數(shù)字信號處理（DSP）的方式來實現(xiàn)雷達終端顯示；另一種是在軟件程序開發(fā)的基礎上來實現(xiàn)雷達終端顯示，軟件程序開發(fā)是在的多媒體編程接口或者OpenGL技術上的來實現(xiàn)雷達終端顯示，其普通做法是先量化雷達掃描線，每條掃描線分為512個點，逐點填寫顏色實現(xiàn)。使用這種方式實現(xiàn)雷達終端顯示的話占有計算機的內存與資源比較大，不利于雷達終端作后續(xù)的信息及情報的處理。

Direct3D渲染三維對象技術相對上述兩種雷達終端顯示可以實現(xiàn)減少計算機資源的占用的目的，為雷達后續(xù)的目標跟蹤、信息處理等節(jié)約計算空間以及時間。Direct3D的雷達終端軟件化顯示技術主要有三個方面的問題：一是三維對象的渲染問題；二是利用Alpha混合技術達到雷達視頻余輝的衰減；三是利用紋理技術實現(xiàn)海圖覆蓋層。

三維對象的渲染。傳統(tǒng)PPI顯示采用量化方位線，逐點填色的方式。但是此種方式的計算時間較長，而且雷達的數(shù)據(jù)量又比較大，因此成為雷達終端顯示發(fā)展的瓶頸。Direct3D的雷達終端軟件化顯示技術可以實現(xiàn)T＆L的流水線處理形式，使用變換坐標的方法，每更新一條方位的視頻數(shù)據(jù)，更新一個世界變換矩陣，使攝像機繞PPI圓心進行旋轉，在不影響顯示效果的情況下，雷達數(shù)據(jù)量化為4096條方位線，旋轉速度以(360°/4096)/次為佳。

Alpha混合技術。Alpha混合技術可以利用SetRenderState接口來達到2層紋理的渲染狀態(tài)。一層紋理可以設置成PPI的表面紋理，第二層紋理可以設置成更新時的紋理，然后將2層紋理的顏色相乘輸出。每更新一幀的視頻數(shù)據(jù)影響到視頻余輝的衰減。

紋理技術實現(xiàn)海圖覆蓋層。紋理創(chuàng)建需要兩個過程，第一個紋理創(chuàng)建中，Direct3D提供了創(chuàng)建紋理的接口，根據(jù)實際雷達PPI顯示的大小，創(chuàng)建紋理；創(chuàng)建第二個紋理需要使用D3DXCreateTexture()接口，接口的寬度與表面紋理的寬度相同，高度為1，這個紋理創(chuàng)建可以用來更新雷達終端的顯示。而在紋理創(chuàng)建的基礎上，可以實現(xiàn)海圖覆蓋層的疊加，這樣可以增加雷達操作者對于整個形勢的把握和控制。

基于ArcGIS Engine的雷達終端顯示實現(xiàn)方法

加載地圖文件。ArcGIS Engine可以支持的地圖文件有柵格、矢量和文檔3類格式。MapControl 控件為ArcGIS Engine提供相應的加載方法。

構造幾何對象。幾何對象是可以直觀的反映地圖數(shù)據(jù)，因此雷達顯示地圖數(shù)據(jù)的時候就需要構造相應的幾何對象，而ArcGIS Engine可以提供包括Point、Multipoint、Line和Envelope(包絡線)在內的多種幾何對象模型，并提供相應的接口，操作人員可以根據(jù)自身的需求采用合適的方法構造需要的幾何對象。

已完成構造的幾何對象符號化后封裝成所需要的元素。符號化試講構造號的幾何對象進行實體化的過程，沒有符號化的話，幾何對象就無法顯示。ArcGIS Engine針對不用的幾何對象提供了不同的符號化方式。而不同類型的幾何對象的符號化也存在著不同。

地圖刷新顯示。添加的新元素需要經(jīng)過刷新才能顯示，AE的IActiveView接口定義了PartialRefresh，其標準重載方式為PartialRefresh(esriViewDrawPhase phase,object Data,IEnvelope envelope);其中參數(shù)1用于設置待刷新的視圖對象；根據(jù)視圖對象的不同，該方法可選擇不同的繪制方式進行局部刷新，其刷新效率較高，適合于多種情況使用．Refresh方法用于強制重繪視圖，即將地圖中的所有數(shù)據(jù)全部重繪，效率較低，速度較慢，一般不使用。

隨著計算機技術以及雷達終端的不斷研究與發(fā)展，諸如Direct3D、ArcGIS Engine等先進的計算機技術越來越運用于雷達終端顯示上，不僅節(jié)約了計算的使用空間，同時提高了操作人員對于雷達終端設備的操作，提高工作的效率。隨著技術的發(fā)展，雷達終端顯示以及雷達技術也會得到不斷地發(fā)展，為社會的各方各面都提供有效最大的便利。

(作者單位：北方電子研究院有限公司）