張建學(xué)

（中國空空導(dǎo)彈研究院 河南 洛陽 471009）

空空導(dǎo)彈的研制過程中需要在靶場進行大量的發(fā)射試驗，試驗過程中遙測是最為重要的測試手段，通過遙測數(shù)據(jù)可以“透明”地了解導(dǎo)彈在飛行過程中的參數(shù)變化。隨著中遠程空空導(dǎo)彈研制的啟動，傳統(tǒng)的光學(xué)測量系統(tǒng)的優(yōu)勢將受到挑戰(zhàn)，GPS彈道測量將作為一個主要的測量手段，成為靶場空空導(dǎo)彈飛行試驗的基本配置[1]。

在飛行試驗中，需要精確測定彈道飛行軌跡，使用光測系統(tǒng)測量導(dǎo)彈軌跡，對氣象條件要求高、處理時間長[2]。隨著空空導(dǎo)彈中遠程導(dǎo)彈研制，對導(dǎo)彈彈道測量提出了更高的要求，全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)發(fā)展，為導(dǎo)彈測量提供了一條新的途徑[3]。GPS技術(shù)用于導(dǎo)彈測量和靶場監(jiān)測，具有原理簡單、使用方便、精度高、受氣象環(huán)境影響小，節(jié)省設(shè)備、人員，數(shù)據(jù)處理速度快等優(yōu)點，特別適用于對中遠程制導(dǎo)飛行器飛行軌跡的全程連續(xù)測量，是其他系統(tǒng)無法比擬的[4]。

1 軟件需求

該軟件實時接收、存儲、解算由網(wǎng)絡(luò)傳送來的GPS數(shù)據(jù)和試驗彈參數(shù)，在電子地圖上實時顯示導(dǎo)彈的飛行軌跡和飛行參數(shù)，主要功能需求如下：

1）實時接收、存儲、解算由地面站網(wǎng)絡(luò)端口傳送的GPS數(shù)據(jù)；

2）實時顯示載機的三維坐標、3個方向上的速度、時間、方位、高度等飛行參數(shù)；

3）可以使用電子地圖作為顯示系統(tǒng)的背景，也可以制作有簡單地標組成的地圖作為顯示背景，顯示時自動剔除誤碼。在電子地圖上顯示空空導(dǎo)彈的飛行軌跡和其他參數(shù)，顯示比例圖可以放大縮??；

4）采用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)[5]，可實現(xiàn)事后數(shù)據(jù)讀取和重放；

5）用無線網(wǎng)絡(luò)的方式，將全部信息傳輸至第二顯示終端，為領(lǐng)航、決策提供依據(jù)。

2 軟件設(shè)計

該軟件利用多線程[6]技術(shù)實時接收遙測地面站發(fā)送的數(shù)據(jù)包，擁有數(shù)據(jù)包預(yù)處理、顯示、存儲。該軟件采用圖形化用戶界面，具有以下特點：

1）功能區(qū)域劃分清楚 界面分為信息輸入?yún)^(qū)、功能操作區(qū)、數(shù)據(jù)顯示區(qū)、狀態(tài)提示區(qū)等分區(qū)，一目了然；

2）操作簡單 功能操作區(qū)采用“一鍵實現(xiàn)功能”的設(shè)計，易于上手；

3）信息顯示直觀 在數(shù)據(jù)顯示區(qū)域針對不同參數(shù)的不同特點選用適當(dāng)?shù)娘@示方式，如：衛(wèi)星位置、速度、信噪比信息采用數(shù)值顯示，飛行軌跡采用圖形曲線顯示；

4）附加功能便利用戶 軟件初始化時直接讀取配置文件中記錄的歷史GPS基準值、數(shù)據(jù)文件存儲路徑等信息，避免每次運行時用戶都要重復(fù)設(shè)置。

為了滿足各項功能需求，在重點考慮應(yīng)用軟件可靠性的同時，還應(yīng)兼顧軟件的可擴展性等其他需要，因此采用模塊化的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計，將軟件劃分為若干功能模塊，包含I／O設(shè)置、顯示電子地圖、事后數(shù)據(jù)重放、GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理、GPS信息處理、GPS數(shù)據(jù)顯示及第二終端發(fā)送等模塊，其系統(tǒng)軟件示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)軟件示意圖Fig.1 Block diagram of system software

3 軟件實現(xiàn)

Visual C++是一個功能強大的面向?qū)ο蟮目梢暬瘧?yīng)用程序開發(fā)工具，是計算機界公認的最優(yōu)秀的應(yīng)用開發(fā)工具之一。在提供可視化的編程方式的同時，Visual C++也適用于編寫直接對系統(tǒng)進行底層操作的程序，生成代碼的質(zhì)量也優(yōu)于其他的開發(fā)工具。它提供的AppWizard能自動生成應(yīng)用程序的標準框架，大大減輕了編程的工作量，使得程序員從大量的復(fù)雜勞動中解脫出來，體會到真正的程序語言的強大功能和良好的靈活性。文中主要介紹如下的編程技巧：用鼠標單擊窗口標題條以外區(qū)域移動窗口、顯示旋轉(zhuǎn)文本、使用上下文菜單。

“事后數(shù)據(jù)回放”功能是將導(dǎo)彈飛行過程中的保存的遙測數(shù)據(jù)進行回放分析。這是在試驗操作過程中的一個重要環(huán)節(jié)，回放是對飛機飛行過程的重演，調(diào)入飛行記錄文件后可以進行播放，播放的模式有3種，即正常、單幀和快速。飛行任務(wù)結(jié)束后，通過保存的數(shù)據(jù)文件可以在地圖上任意重新顯示導(dǎo)彈的飛行軌跡，數(shù)據(jù)回放處理流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)回放流程圖Fig.2 Flow chart of data replaying

“GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理”功能為從接收的遙測數(shù)據(jù)找出GPS數(shù)據(jù)并判斷GPS信息幀。因為遙測發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容根據(jù)同步碼來判別，首先剔除誤碼，然后提取GPS數(shù)據(jù)包，每次運行軟件將自動生成臨時飛行記錄文件“flydata.gps”，而在每次接收到遙測數(shù)據(jù)幀的同時，會自動將該幀寫入“flydata.gps”文件，在退出程序時會提醒用戶 “是否需要保存此次飛行記錄?”，且默認的保存文件名為當(dāng)前系統(tǒng)時間，如“201109151025.gps”表示記錄時間為2011年9月15日上午10:25。某GPS數(shù)據(jù)幀輸出的4種幀格式的數(shù)據(jù)包：GPS數(shù)據(jù)包、衛(wèi)星狀態(tài)數(shù)據(jù)包、GLN數(shù)據(jù)包、BDGLN數(shù)據(jù)包。衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 幀結(jié)構(gòu)Fig.3 Frame structure

4種數(shù)據(jù)包中“數(shù)據(jù)”一項所含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各不相同。且“數(shù)據(jù)包類型”一項填充不同值作為4種幀格式的判斷標志，因此下文統(tǒng)稱其為幀標志。幀標志定義如圖4所示。

圖4 幀標志類型定義Fig.4 Frame flag define

由于接收的數(shù)據(jù)不會是完整GPS數(shù)據(jù)幀，需要與上次處理后剩下的GPS數(shù)據(jù)一起處理，如果數(shù)據(jù)長度不大于6字節(jié)，把數(shù)據(jù)作為下一次的數(shù)據(jù)，繼續(xù)接收新數(shù)據(jù)。但同步碼長度是相等的，包括長度為5字節(jié)，GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊流程圖如圖5所示。

圖5 GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理流程圖Fig.5 Flow chart of data preprocessing

4 使用效果

該軟件能夠?qū)崟r顯示導(dǎo)彈的速度、高度、位置、軌跡；實時顯示和記錄導(dǎo)彈的截獲信息和其他工作信息，使地面技術(shù)人員及時掌握和了解導(dǎo)彈的工作情況，提高試驗的成功率和準確度，從而大大提高試驗效率和試驗結(jié)果的有效性，節(jié)約試驗經(jīng)費和時間。圖6所示為某型號導(dǎo)彈飛行軌跡示意圖。此外遙測地面站可根據(jù)GPS顯示參數(shù)引導(dǎo)遙測接收系統(tǒng)，防止跟蹤時偏離目標[7-8]。

圖6 導(dǎo)彈飛行軌跡示意圖Fig.6 Sketch map of missile flight trace

5 結(jié) 論

該軟件作為GPS飛行試驗的關(guān)鍵性軟件，其成熟可靠是系統(tǒng)的關(guān)鍵。但是隨著北斗／伽利略GPS系統(tǒng)等新的定位系統(tǒng)發(fā)展，新設(shè)備的接入，對原有系統(tǒng)的可擴展性提出了很高的要求。

本軟件通過設(shè)計一個模塊化的結(jié)構(gòu)體系，并經(jīng)編碼、調(diào)試后，在某型號經(jīng)實際應(yīng)用表明，不但具有很好的擴展性，僅僅在GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊上進行改動即可滿足系統(tǒng)擴展的需要，而且運行穩(wěn)定、可靠，完全滿足空空導(dǎo)彈飛行試驗的需要。

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