顯控仿真系統設計與實現

朱長發 程耀 劉泉晶 王寶欣

摘要：顯控仿真系統是新型號武器裝備在系統設計階段中模擬和檢驗實際裝備功能的重要工具之一。顯控仿真系統通過接收并顯示各武器分系統的信息狀態；顯示雷達搜索到的目標，實現空情信息的融合與共享；模擬控制各分系統設備，對分系統和目標下達控制命令，達到模擬作戰流程的目的。通過顯控仿真系統的模擬控制，既可以檢驗分系統的設備功能完整性，又可以為武器系統優化提供設計思路。

關鍵詞：顯控；仿真系統；模擬控制

中圖分類號：TP311.11 文獻標識碼：A

文章編號：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[1][2]能夠為武器系統實現各項作戰功能提供平臺，具有目標情報顯示[3]與控制、系統及各設備狀態信息顯示，同時具有對系統的各設備控制、管理等功能[4]。顯控仿真系統主要由硬件設備和仿真軟件組成，硬件設備連接雷達系統、導彈系統、通信系統等設備，仿真軟件通過網絡接收各系統的報文，根據解析網絡報文，適時發送控制命令，以模擬真實作戰環境下的武器指揮系統的作戰過程。

2 硬件組成

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

計算機模塊：顯控仿真系統的核心部分，由主板、內存、顯卡等板卡組成。計算機模塊裝載顯控仿真軟件，主要負責實時接收并處理各系統的網絡數據、接收處理操控模塊的按鍵命令以及響應顯控仿真系統軟件的操控。

顯示模塊：執行計算機模塊的顯示終端，通過VGA/DVI與計算機模塊連接。計算機模塊將各分系統的狀態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、鍵盤和用戶自定義按鍵組成，與計算機模塊通過串口連接。計算機模塊采集操控模塊按下彈起的信號，并控制操控自定義按鍵燈的亮滅狀態。操控模塊結合軟件界面的按鈕，對各分系統下達仿真控制命令。

電源模塊：連接外部的輸入電源，通過變壓模塊轉化為系統設備各內部模塊所需的電壓或電流。其中，電源模塊中的穩壓模塊能夠保護仿真系統內部模塊，使其不受外部電源變化的影響。

3 顯控仿真系統軟件設計

顯控仿真系統軟件的開發基于Qt Creator跨平臺集成開發環境下進行。QT[4][5]是一種跨平臺應用程序開發框架，能夠在windows、linux及中標麒麟等多種操作系統下運行，其面向對象的編程方式、豐富的API函數以及良好的界面優化能力能夠完全滿足該仿真軟件的開發需求。本文的Qt Creator版本為3.2.1，QT版本為4.8.6。

3.1 通信方式

顯控仿真系統軟件通過網絡傳輸的方式與信息處理機軟件進行通信。通常，網絡通信方式有兩種：TCP（傳輸控制協議）和UDP（用戶數據報協議）。UDP具有可傳輸距離長，傳輸速度快等特點[7]，因此本文選用UDP方式進行網絡通信，通過周期性發送與重復多拍發送的方式相結合以降低其數據傳輸可靠性差帶來的風險。采用QT自帶的QUdpSocket類，實現點播發送與接收和廣播接收功能。實例創建如圖2所示，m_udpSocket用于點播收發，m_udpSocket用于廣播接收。

顯控系統內部計算機模塊與操控模塊之間則是通過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qextserialport，該工具使用便捷，數據傳輸穩定。

網絡與串口的通信報文一般由報頭、報文內容和報尾組成，如圖3所示。通過報頭長度與報尾的標識對報文的有效性進行篩選，確保數據的完整性。通過比對前后報文的流水號與時戳，可以區分是否為同一拍報文，防止同一命令多次響應處理。通過報頭標識，判讀該報文消息的歸類，進而對報文內容進行識別。對報文有效性篩選的流程圖，如圖4所示。

3.2 顯控仿真系統軟件的結構組成

顯控仿真系統軟件主要由數據處理、仿真軟件界面和串口數據處理等組成。

3.2.1數據處理過程

數據（包括網絡數據與串口數據）處理，分為接收報文處理與發送報文處理兩部分。通過QT的信號與槽機制和共享內存的方式，利用全局變量值的傳遞，將網絡處理（接收或發送）與界面解析（顯示或讀取界面參數）分開，以降低網絡處理與界面解析之間的耦合度，提高軟件的可讀性。

接收報文時，進行如圖4所示的有效性篩選后，提取報文內容賦值給特定的全局結構體變量，并釋放對應報文的信號（如sig_00H（））。主程序收到信號后，激發對應槽函數（如slot_00H（）），使其對結構體變量按協議一一解析，并根據協議要求更新界面顯示或設置按鍵燈的亮滅。

發送報文時，按照協議對全局結構體變量一一賦值，并釋放對應報文的信號（如sig_MSG（0x10））。主程序收到信號后，激發對應槽函數（如slot_MSG（quint8 msgID）），根據msgID，組織對應報文報頭報尾的內容，將結構體變量賦值到報文內容的位置，并將完整的報文發送給目的端。

3.2.2仿真軟件界面設計

顯控仿真軟件界面通過文字、圖像或顏色等方式，顯示武器系統的各類信息。按照功能，顯控界面主要分五部分顯示區域：狀態顯示區、目標顯示區、設備參數設置區、消息提示區。界面布局示意圖，如圖5所示。

狀態顯示區主要顯示系統時間、武器系統信息、各設備狀態等信息，主要以文字和顏色來表達；目標顯示區主要顯示目標的速度、方位、類型等屬性信息以及在地圖上顯示目標的位置，主要以表格和圖標來表達；設備參數設置區通過點擊軟件按鈕彈出對話框的形式，為各設備參數裝訂提供輸入接口；消息提示區則顯示顯控仿真系統命令以及各系統的消息回告，便于操作手確認狀態，主要以文字來表達。

顯控仿真軟件界面實現主要通過UI界面來布局基本控件的位置、大小，如QPushButton、QLabel、QTableWidget等。對于自定義的控件則通過創建繼承于QWidget的自定義類，通過Layout布局方式約束自定義控件中元素的位置關系。

對于整體界面的配色，本文主要通過讀取QSS文件與樣式表兩種方式來實現。通過讀取QSS文件，使同種控件的配色保持一致。對于一些特殊的控件，則通過樣式表單獨設置。進而使得界面整潔、風格統一。

4 結論

顯控仿真系統既能驗證武器系統的可行性，同時也可以作為操作手熟悉作戰流程的虛擬機。顯控仿真系統的實現使武器系統能夠并行設計和開發，大大降低了武器系統的研制周期。同時，顯控仿真系統的軟件和硬件采用通用化設計，能夠快速適應其他型號的開發任務，從而降低了產品的研制成本。以上述原理為基礎的顯控仿真系統，已經得到應用并取得了良好的效果。

參考文獻：

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

[2] 劉帥.雷達信號處理機顯控及通信技術[J].中國新通信，2018，20（12）：27.

[3] 林春來，李強，石尚慶.圖標化空情顯示分系統的設計與實現[J].計算機測量與控制，2005（08）：809-811+820.

[4] 李光，李杰，王夢瀟.指揮中心顯控技術及應用[J].指揮信息系統與技術，2018，9（03）：79-84.

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

[6] 譚清怡.基于QT的雷達終端軟件實現[J].電子技術與軟件工程，2018（18）：50.

[7] 談敏剛，錢龍軍.VxWorks系統下的UDP通信在實時系統中的應用[J].工業控制計算機，2014，27（12）：1-3.

【通聯編輯：梁書】