基于Qt的雷達顯控數據處理一體化設計

房亮 劉濤慶

(中國電子科技集團公司第二十七研究所,河南鄭州 450047)

0 引言

隨著陸基偵察雷達的快速發展,對于顯控軟件的要求也越來越高。由于軍用技術對于保密的要求,由美國微軟公司開發的Windows操作系統平臺越來越不適用于復雜的戰場環境,所以對于顯控軟件的國產化提出了更高的要求。國內具有自主知識產權的操作系統平臺一般都是基于開源的Linux系統,Qt具有跨平臺性能和良好的圖形界面設計優勢,所以基于Q t開發的雷達顯控軟件能夠在國產平臺上運行。

Qt作為業界優秀的跨平臺開發工具,目前支持的平臺包括Windows、Mac、Linux等桌面操作系統和其他的嵌入式平臺、移動開發平臺。它針對各個平臺編寫平臺相關的適配層,為不同的平臺提供一套相同接口的庫,直接與各個平臺融合在一起,既不損失性能又跨平臺。對開發者來講,能夠做到每次針對不同的平臺編譯成該平臺的本地代碼,一次開發而能快速的平臺移植。多篇文獻對基于QT的雷達終端軟件設計進行論述,文獻[1]提出了一種基于Qt的圖形視圖框架下的實時刷新顯示被動雷達信息的方法,文獻[2]提出了一種基于Qt的雷達信息顯示的新方法,文獻[3]提出了一種基于Qt,在ARM平臺下的雷達終端顯控軟件設計的方法。

本文的雷達終端軟件基于Qt開發,將顯示控制和數據處理一體化設計。顯示控制功能完成目標信息的顯示和雷達分機的控制,進行人機交互。數據處理功能完成對雷達信號處理數據的分析處理,產生目標數據。將顯控和數據處理功能集成到軟件中,操作更加簡便,有利于雷達終端的小型化和可移植。

1 軟件架構設計

1.1 模塊劃分

本雷達終端軟件基于顯示控制和數據處理一體化設計,顯示控制功能主要包括圖形顯示和分機控制子模塊,數據處理功能主要包括數據采集、數據處理和數據輸出子模塊;雷達主界面以P型、B型、電子地圖顯示畫面(可切換)為背景,實時顯示目標的點跡、航跡坐標、雷達分機工作狀態等;分機控制模塊接收操作員的指令,發送工作參數到雷達主機,從而控制信號處理、功放、天線等分機,并監視雷達分機的工作狀態。數據采集模塊通過網口接收信號處理后的數據,根據通信協議解析數據;點跡處理模塊進行解模糊、點擊凝聚、幀間合并等處理,產生距離、方位、速度等點跡信息;航跡處理模塊進行初試建航、航跡相關、航跡管理等處理,形成目標航跡。其模塊劃分如圖1所示。

圖1 軟件模塊劃分Fig.1 Software module division

1.2 工作流程

軟件啟動后,首先監測網絡連接狀態、分機的工作狀態,如果連接不成功則顯示通信鏈路故障,如果分機故障則顯示故障信息;其次加載系統參數和配置文件,進入雷達主界面。雷達偵察任務啟動后,進行雷達校準,軟件實時接收信號處理分機處理后的數據,由數據處理模塊完成點跡處理、航跡處理、數據輸出等工作;顯示控制模塊將目標信息按照圖、表、文字的方式顯示;操作員可以設置雷達的工作參數、工作模式、偵察參數等,同時實時監測各個分機的狀態信息并將其顯示在界面上。軟件關閉后,自動保存雷達系統參數和任務參數。軟件工作流程如圖2所示。

圖2 軟件工作流程Fig.2 Software workflow

2 顯示控制設計

本軟件顯示控制模塊的主要功能是每個周期在屏幕上以B顯或者P顯方式更新顯示數據處理后到的目標點跡、航跡信息(包括編號、距離、方位、徑向速度、坐標、目標分類等元素),顯示雷達工作狀態信息等。

2.1 P顯

P顯以正北為方位角的零度,角度按順時針增加,距離延半徑方向增加,圓心則為雷達主機所在的位置。其中距離有4種量程,分別為:5km、10km、15km、20km。P顯類執行的邏輯流程:首先添加子窗口,初始化窗口位置大小,設置刷新窗口定時器,判斷定時器時間,如果計時到,如果是P顯則進行窗口繪圖。

2.2 B顯

B顯坐標系縱軸代表目標的距離,橫軸代表目標的方位。B顯類執行的邏輯流程與P顯類相似:首先添加子窗口,初始化窗口位置大小,設置刷新窗口定時器,判斷定時器時間,如果計時到,判斷顯示方式,如果是B顯則進行窗口繪圖。

2.3 顯示主界面

主界面左邊以P顯或者B顯方式顯示目標圖形,右上方顯示裝訂參數和雷達狀態信息,包括伺服當前的方位、俯仰以及雷達工作是否正常和故障信息,右中間顯示目標實時參數信息,包括距離、方位、速度、幅度等元素,右下方顯示雷達操作的功能按鈕,包括參數設置、標定、顯示方式等。如圖3所示。

圖3 軟件主界面Fig.3 The main interface of the software

3 數據處理設計

點跡處理和航跡處理是本軟件數據處理的核心功能,決定著數據處理效果的精度和質量。

3.1 點跡處理

點跡處理主要根據接口通信協議對信號處理后的數據進行解包;對數據進行符合性檢查,檢查幀信息、校驗和信息的合法性;解析雷達工作狀態,包括故障代碼、工作頻率、功放狀態等信息;解析點跡目標,包括目標距離、方位、速度信息,剔除異常值也就是野值,數據合法性檢驗是數據處理的重要環節,對改進處理結果的精度、提高處理質量非常重要[4];對不同的幀進行幀間合并處理,由于雷達本身波束寬度的原因,可能在連續多幀數據中都包含有相同的目標點跡,因此需要在幀間對相同的點跡信息進行合并處理。點跡處理執行的邏輯流程:首先進行數據符合性檢查,如果不符合則丟棄該包,如果符合則解析該包;解析點跡目標和工作狀態信息,剔除野值,根據校北數據對目標進行距離方位修正,加入到目標數組中;遍歷目標數組,判斷是否符合幀間合并的條件,如果是則進行幀間合并。邏輯流程如圖4所示。

圖4 點跡處理流程Fig.4 Point trace processing flow

3.2 航跡處理

在同一目標連續多幀被雷達發現后,軟件會自動為該目標建立一條航跡。航跡處理就是將同一目標的點跡形成航跡的過程,在建立航跡與航跡相關過程中采用邏輯比較法,如圖5所示,工作流程如下:

圖5 航跡處理流程Fig.5 Track processing flow

(1)將第一次掃描周期的量測目標作為可能航跡,建立初始波門;

(2)將第二次掃描周期的量測點,通過直觀法,建立候選的航跡,初始化航跡質量均為3,對每一個候選的航跡目標,利用一階多項式外推的方法,建立橢圓波門;

(3)將第三次掃描周期的量測目標進行分類:滿足橢圓波門內的量測目標,建立臨時航跡,如果滿足條件的觀測超過一個,則此候選目標航跡分裂為多個航跡,匹配后,這些航跡的質量均加1;若沒有滿足橢圓波門內的量測目標,利用直線外推的預測值代替,建立一個臨時航跡,該臨時航跡質量減1,如果連續2次均沒有量測目標匹配,那么刪除該臨時航跡;

(4)連續進行(2)(3)步處理,更新航跡時,利用濾波算法對航跡的走向進行平滑預測,及時對偏離的航跡進行修正。通過地面目標的機動性運動特征,建立目標的機動性運動模型,計算航跡目標的機動性系數,可大大提高目標預測位置的準確性。當航跡質量為6時認為該航跡為穩定航跡;

(5)在每次掃描中,落入相關波門中但并未被關聯的點跡與未落入波門的點跡作為新的航跡。

4 結論

本文設計了一種基于Qt的跨平臺雷達終端軟件,該軟件對顯示控制和數據處理進行一體化設計,進行模塊劃分,詳述了顯示和數據處理的工作流程,軟件將顯示與數據處理有序的耦合在一起,成功應用于某雷達終端,具有很好的可移植性和可靠性,對于相關雷達終端軟件的設計具有實踐的指導意義。