◎楊筱卉

雷達(dá)終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

◎楊筱卉

雷達(dá)顯示終端功能單一、界面操作局限性大等問(wèn)題影響了雷達(dá)終端界面操作功能的拓展。本文通過(guò)介紹了雷達(dá)終端的顯示，以及如何利用Direct3D、ArcGIS Engine等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)終端顯示的高效、便利以及節(jié)約計(jì)算機(jī)資源的設(shè)計(jì)方式。

雷達(dá)是利用電磁波檢測(cè)的電子裝置，已成為無(wú)線遠(yuǎn)程檢測(cè)領(lǐng)域最重要的電子設(shè)備。二戰(zhàn)期間，雷達(dá)被不斷運(yùn)用于軍事戰(zhàn)場(chǎng)，所到各國(guó)的高度重視。隨著科技的不斷發(fā)展，雷達(dá)也越來(lái)越多的被運(yùn)用到民用方面，海上導(dǎo)航雷達(dá)、天氣雷達(dá)、測(cè)量速度雷達(dá)等得到了不斷的運(yùn)用與發(fā)展。雷達(dá)終端顯示器作為雷達(dá)的一種終端設(shè)備，用于實(shí)時(shí)接收和處理所得到的信息，是雷達(dá)操作人員利用雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行工作的重要橋梁，因此作為人機(jī)交互接口的雷達(dá)終端顯示器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)也影響著雷達(dá)設(shè)備的使用效率。便于理解與操作、實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)越的的雷達(dá)終端顯示器成為當(dāng)前研究與發(fā)展的重點(diǎn)。

雷達(dá)終端顯示概述

雷達(dá)終端顯示器的主要功能就是將雷達(dá)所采集到的目標(biāo)信息以及情報(bào)（目標(biāo)的位置、特征、運(yùn)動(dòng)情況以及各種參數(shù)）反映在雷達(dá)終端顯示器上。計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，也為雷達(dá)終端顯示的發(fā)展提供了技術(shù)支持，利用計(jì)算機(jī)處理雷達(dá)視頻顯示成為發(fā)展的趨勢(shì)。本文基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展下的幾種雷達(dá)終端顯示器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

雷達(dá)終端顯示控制包括6個(gè)軟件模塊：綜合顯示、目標(biāo)表業(yè)顯示、顯示的控制、雷達(dá)參數(shù)的顯示、雷達(dá)參數(shù)的設(shè)置以及雷達(dá)系統(tǒng)的操控。

PPI的顯示主要依靠綜合顯示來(lái)完成，主要包括目標(biāo)背景的視頻、目標(biāo)的軌跡、距標(biāo)線、刻度、同步線等顯示；導(dǎo)航信息、時(shí)間信息等也由綜合顯示功能提供。

目標(biāo)表頁(yè)主要顯示目標(biāo)參數(shù)以及表頁(yè)的形式，目標(biāo)批號(hào)、方位、距離、航向等由目標(biāo)表頁(yè)顯示負(fù)責(zé)，提供操作員目標(biāo)航跡參數(shù)信息的實(shí)時(shí)更新顯示，為操作者判斷目標(biāo)走勢(shì)提供直觀信息。

顯示控制功能主要完成對(duì)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(dāng)中，控制功能可以根據(jù)操作者的習(xí)慣進(jìn)行設(shè)置。

雷達(dá)參數(shù)的顯示主要對(duì)雷達(dá)處理的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，可以大大的提高操作人員的工作效率。

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

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

基于Direct3D的雷達(dá)終端軟件化顯示方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在目前，基于Windows操作系統(tǒng)下的雷達(dá)終端顯示方式有2種，一種是利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣（FPGA）或者數(shù)字信號(hào)處理（DSP）的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)終端顯示；另一種是在軟件程序開發(fā)的基礎(chǔ)上來(lái)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)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(shù)上的來(lái)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)終端顯示，其普通做法是先量化雷達(dá)掃描線，每條掃描線分為512個(gè)點(diǎn)，逐點(diǎn)填寫顏色實(shí)現(xiàn)。使用這種方式實(shí)現(xiàn)雷達(dá)終端顯示的話占有計(jì)算機(jī)的內(nèi)存與資源比較大，不利于雷達(dá)終端作后續(xù)的信息及情報(bào)的處理。

Direct3D渲染三維對(duì)象技術(shù)相對(duì)上述兩種雷達(dá)終端顯示可以實(shí)現(xiàn)減少計(jì)算機(jī)資源的占用的目的，為雷達(dá)后續(xù)的目標(biāo)跟蹤、信息處理等節(jié)約計(jì)算空間以及時(shí)間。Direct3D的雷達(dá)終端軟件化顯示技術(shù)主要有三個(gè)方面的問(wèn)題：一是三維對(duì)象的渲染問(wèn)題；二是利用Alpha混合技術(shù)達(dá)到雷達(dá)視頻余輝的衰減；三是利用紋理技術(shù)實(shí)現(xiàn)海圖覆蓋層。

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

Alpha混合技術(shù)。Alpha混合技術(shù)可以利用SetRenderState接口來(lái)達(dá)到2層紋理的渲染狀態(tài)。一層紋理可以設(shè)置成PPI的表面紋理，第二層紋理可以設(shè)置成更新時(shí)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(shù)實(shí)現(xiàn)海圖覆蓋層。紋理創(chuàng)建需要兩個(gè)過(guò)程，第一個(gè)紋理創(chuàng)建中，Direct3D提供了創(chuàng)建紋理的接口，根據(jù)實(shí)際雷達(dá)PPI顯示的大小，創(chuàng)建紋理；創(chuàng)建第二個(gè)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(gè)紋理創(chuàng)建可以用來(lái)更新雷達(dá)終端的顯示。而在紋理創(chuàng)建的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)海圖覆蓋層的疊加，這樣可以增加雷達(dá)操作者對(duì)于整個(gè)形勢(shì)的把握和控制。

基于ArcGIS Engine的雷達(dá)終端顯示實(shí)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(yīng)的加載方法。

構(gòu)造幾何對(duì)象。幾何對(duì)象是可以直觀的反映地圖數(shù)據(jù)，因此雷達(dá)顯示地圖數(shù)據(jù)的時(shí)候就需要構(gòu)造相應(yīng)的幾何對(duì)象，而ArcGIS Engine可以提供包括Point、Multipoint、Line和Envelope(包絡(luò)線)在內(nèi)的多種幾何對(duì)象模型，并提供相應(yīng)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(gòu)造需要的幾何對(duì)象。

已完成構(gòu)造的幾何對(duì)象符號(hào)化后封裝成所需要的元素。符號(hào)化試講構(gòu)造號(hào)的幾何對(duì)象進(jìn)行實(shí)體化的過(guò)程，沒(méi)有符號(hào)化的話，幾何對(duì)象就無(wú)法顯示。ArcGIS Engine針對(duì)不用的幾何對(duì)象提供了不同的符號(hào)化方式。而不同類型的幾何對(duì)象的符號(hào)化也存在著不同。

地圖刷新顯示。添加的新元素需要經(jīng)過(guò)刷新才能顯示，AE的IActiveView接口定義了PartialRefresh，其標(biāo)準(zhǔn)重載方式為PartialRefresh(esriViewDrawPhase phase,object Data,IEnvelope envelope);其中參數(shù)1用于設(shè)置待刷新的視圖對(duì)象；根據(jù)視圖對(duì)象的不同，該方法可選擇不同的繪制方式進(jìn)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(qiáng)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(jì)算機(jī)技術(shù)以及雷達(dá)終端的不斷研究與發(fā)展，諸如Direct3D、ArcGIS Engine等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)越來(lái)越運(yùn)用于雷達(dá)終端顯示上，不僅節(jié)約了計(jì)算的使用空間，同時(shí)提高了操作人員對(duì)于雷達(dá)終端設(shè)備的操作，提高工作的效率。隨著技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)終端顯示以及雷達(dá)技術(shù)也會(huì)得到不斷地發(fā)展，為社會(huì)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）