基于MGIS和GDI的數據融合綜合態勢顯示系統設計與實現?

程子桃 白 亮

（中國電子科技集團公司第二十七研究所 鄭州 450047）

1 引言

數據融合是指將某一目標的多源信息進行融合，形成比單一信源更精確、更完全的估計和判決［1］。隨著數據融合研究的不斷深入，新的數據融合算法不斷涌現出來。為了實現對不同的數據融合算法進行測試和性能評估，依托某課題設計開發了數據融合仿真測試平臺。數據融合綜合態勢顯示系統為該平臺的一個子系統，主要完成將各類目標數據疊加在地圖上以態勢圖的方式顯示，以直觀表現不同融合算法的實際效果。

傳統的完全基于MGIS（軍事地理信息系統）實現的態勢顯示系統，態勢顯示對象由MGIS系統管理，其優點是系統開發效率相對較高［2～3］，但也存在如下缺點：

1）MGIS在更新態勢對象（航跡、軍標、批號等）時，需清除原有對象數據，在態勢數據量大、顯示刷新頻率高的情況下，態勢顯示的性能不能滿足要求；

2）不能控制任意態勢對象的相關屬性（顯隱、顏色等）；

3）態勢顯示依賴于MGIS實現、管理，限制了系統的可擴展性和靈活性。

本文提出基于MGIS和GDI技術相結合的數據融合綜合態勢顯示系統解決方案，基于MGIS完成地圖顯示管理，基于GDI繪圖技術完成航跡、軍標等態勢對象的繪制，通過兩者的無縫集成，實現大數據量情況下數據融合綜合態勢的流暢、實時顯示。

2 系統需求分析

2.1 數據融合仿真測試平臺概述

數據融合仿真測試平臺采用分布式系統結構，由信源模擬器、劇情、數據采集器、測試網關、綜合態勢顯示、性能評估和被測數據融合軟件等子系統組成。仿真網絡與測試網絡通過測試網關相連。其結構如圖1所示。

圖1 數據融合仿真測試平臺結構圖

其中，劇情子系統提供測試想定的編輯，生成目標狀態與屬性真值，提供環境信息、系統時統，并控制測試開始、結束等。

信源模擬器根據劇情目標真值數據、工作參數、環境等信息完成各類傳感器探測數據的模擬。

數據采集器實時接收、存儲各個子系統產生的數據。

測試網關主要完成仿真網絡與測試網絡之間數據報文格式轉換，有控制地轉發與隔離，防止目標狀態真值進入測試網絡。

性能評估完成各數據融合軟件的各項性能指標值的計算。

2.2 數據融合綜合態勢顯示系統需求分析

為了直觀地展現目標的位置，系統必須支持矢量化的地圖，并提供常規的地圖操作，比如漫游、縮放等功能；為了區分目標類別和敵我屬性，系統需要支持各目標類型軍標。

由于目標數據是一個時間連續的數據集合，因此要求系統能夠實時顯示當前目標點跡和歷史目標點跡，并形成相應目標批次的航跡。并且系統可以在信息融合結果、目標真值數據與傳感器探測數據間切換，分別顯示或疊加顯示融合態勢、真值態勢與傳感器態勢。

最后，為了測試結束后再現各融合算法融合效果，系統需提供數據記錄和回放功能。

3 系統設計

數據融合綜合態勢顯示系統由數據接收解析、態勢圖形顯示、數據顯示、態勢回放模塊組成，如圖2所示。

數據接收解析模塊基于UDP協議，完成接收并解析劇情子系統、信源模擬子系統、被測數據融合軟件等發送的態勢數據。

態勢圖形顯示模塊完成地圖、劇情真值態勢、傳感器探測態勢和融合航跡態勢的顯示。

顯示控制模塊完成各數據源態勢的顯示切換及屬性控制。

態勢回放模塊完成態勢數據存儲和回放顯示。

圖2 數據融合綜合態勢顯示系統模塊組成

4 系統實現

4.1 基于MGIS的地圖顯示

MGIS是軍事地理信息系統基礎平臺，是我軍自主開發的通用地理信息系統開發工具，為區域綜合電子信息系統等作戰指揮自動化系統提供通用的地理信息處理軟件基礎平臺［4～7］。

MGIS提供的應用開發接口包括C＋＋類庫和ActiveX組件庫兩種形式［8］。其中，MGIS C＋＋類庫提供C＋＋動態鏈接庫形式的二次開發包，涵蓋了MGIS提供的幾乎所有功能，執行效率相對更高一些；MGIS ActiveX組件庫提供ActiveX控件形式的二次開發包，開發更為方便［9］。本系統開發環境為Vc＋＋6.0，由于地圖顯示需要和GDI繪圖集成，開發接口采用C＋＋類庫形式。

基于MGIS類庫顯示地圖主要步驟如下：

1）連接 MGIS數據庫，調用接口 MgisOpen－Database（）；

2）初始化MGIS環境，主要代碼如下：

4.2 基于GDI的態勢對象顯示

GDI（Graphics Device Interface，圖形設備接口）為Windows系統中進行圖形圖像處理程序開發的接口庫［10］?；贕DI的態勢對象包括航跡曲線、標距環、軍標等。本文重點描述軍標的繪制實現。

將飛機、艦船、導彈等目標類型軍標簡化為幾個坐標點及其連線（直線或弧線）構成的矢量圖形，以軍標顯示時的第一個點為原點，計算其它點相對原點的坐標。繪制軍標時先根據航跡的航向對各坐標點進行旋轉，再根據原點（即目標當前位置）進行平移，即可將上述軍標坐標轉換為屏幕坐標并連線顯示。常見目標類型軍標矢量化描述示意圖如圖3所示。

圖3 常見目標類型軍標矢量化描述示意圖

軍標屏幕坐標計算方法如下：

將目標當前位置的經緯度坐標轉換為屏幕坐標（X0，Y0），并根據航跡臨近點經緯度坐標計算航向角α；已知軍標某個坐標點的相對坐標為（X1，Y1），則該坐標點的屏幕坐標（X，Y）的計算方法為

4.3 MGIS地圖顯示和GDI態勢對象顯示的集成處理

由于基于MGIS的地圖顯示和基于GDI的態勢對象顯示相互獨立，各自繪制在獨立的DC（設備上下文）上，需要進行疊加處理；同時在對態勢進行縮放、漫游等操作時，需要對地圖和態勢對象的顯示進行同步處理，確保地圖顯示和GDI態勢對象顯示的坐標系一致。具體實現如下：

1）MGIS地圖顯示和GDI態勢顯示DC疊加處理，主要代碼如下：

2）MGIS地圖顯示和GDI態勢顯示同步處理

實現方法為在用戶進行態勢圖漫游、縮放等操作時，更新態勢顯示對象的當前視圖經緯度數據范圍信息，并根據該經緯度范圍信息調用MGIS相關接口（MgsAppDcToWc、MgsMapMove、MgsZoomOut、MgsZoomIn等）對地圖進行同步漫游、縮放處理，即可實現地圖和GDI態勢對象顯示的同步。

4.4 顯示控制

以傳感器態勢顯示控制為例說明實現過程，融合航跡、劇情態勢顯示控制方法類似。

態勢顯示初始化時根據傳感器選擇報文初始化各傳感器的點跡、航跡曲線信息數據結構，每部傳感器的所有點跡數據在一條曲線上顯示，航跡按批號顯示；其中航跡根據批號、更新狀態判斷該航跡是否已存在；如不存在或狀態為新航跡，則在對應傳感器的航跡曲線隊列中增加一條航跡，并初始化顏色等信息。每增加一條航跡曲線時記錄該曲線在所有態勢曲線中的序號。對指定傳感器的點跡／航跡顯示控制即可通過對該傳感器所屬的曲線隊列逐一設置相關屬性（顯隱、顏色等）實現。

4.5 態勢回放

本系統除支持傳統的基于數據文件態勢回放外，還具備實時態勢回放功能。

1）基于數據文件的態勢回放

在實時測試模式下，通過雙緩存和多線程技術將接收到的態勢數據存儲到本地文件；進入回放模式后，讀取數據文件態勢信息至緩存中，設置固定周期多媒體定時器，將態勢數據周期性發送給相關模塊進行數據解析、顯示。每個周期發送的報文數根據回放速率調整。

2）實時態勢回放

在顯示態勢時，除目標經度、緯度數據外，增加時間信息。實時態勢回放（態勢重演）時根據當前時間信息判斷態勢數據是否顯示。本方法可完全復原態勢航跡節點的時間序列，可任意拖動時間軸快速顯示指定時刻態勢，并能在實時測試模式和重演模式之間即時切換。

5 結語

圖4 數據融合綜合態勢顯示軟件效果圖

本文設計實現的數據融合綜合態勢顯示系統綜合了MGIS和GDI技術的優點，具備更高效的態勢顯示性能，可以方便控制任意態勢對象的相關屬性，同時具備良好的可擴展性和靈活性。該系統已成功應用于某數據融合測試評估系統綜合態勢顯示，滿足大數據量下綜合態勢顯示性能要求，如圖4所示。本態勢顯示系統的地圖顯示部分可以根據需要替換為其它技術（具備通過DC繪制地圖接口），通用性較好，可廣泛應用于其它項目態勢顯示系統中。

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