李杉格 林靜 李杰

摘要：隨著特種飛機(jī)、無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)載光電吊艙作為其核心任務(wù)載荷之一，逐漸得到了廣泛關(guān)注，合理的顯控軟件設(shè)計(jì)對(duì)于充分發(fā)揮光電吊艙效能尤為重要。在Windows操作系統(tǒng)下，運(yùn)用圖像處理、GDI接口、虛擬儀表、多線程、網(wǎng)絡(luò)和串口通信等技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于MFC應(yīng)用程序框架的某型機(jī)載多功能光電吊艙顯示控制軟件，用于顯示目標(biāo)圖像并對(duì)光電吊艙進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視與實(shí)時(shí)控制。在實(shí)際試飛過程中，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的有效性與可靠性。

關(guān)鍵詞：光電吊艙； 光電/紅外； 顯控軟件； OpenCV； C++

DOIDOI：10.11907/rjdk.173335

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2018）008-0153-04

英文摘要Abstract：With the development of special mission aircraft and UAV technology，airborne EO pods are gaining more attention as one of the critical payloads，in which reasonable display console software design is particularly important for bringing EO pod efficiency into full play.On the Windows operating system，combing with the image processing，GDI interface，virtual instrument，multi-thread，network and serial communication technologies，we design and realize the display console software based on MFC for a multi-functional airborne EO pod，The software can be used for image displaying，state monitoring and real-time controlling of the EO pod.The validity and reliability of this application have been verified via actual trial flights.

英文關(guān)鍵詞Key Words：electro-optical pod； EO/IR； display console software； OpenCV； C++

0 引言

光電偵察探測(cè)在隱蔽性、分辨力以及電子戰(zhàn)環(huán)境下的生存能力具有特殊優(yōu)勢(shì)，多功能光電吊艙集成可見光、紅外、激光測(cè)距/照射等組件，是光電偵察探測(cè)裝備中的重要一員，更是特種偵察飛機(jī)、察打一體無人機(jī)、海監(jiān)艦船的核心任務(wù)載荷之一，可用于對(duì)地/對(duì)海目標(biāo)進(jìn)行大范圍監(jiān)視，在戰(zhàn)場(chǎng)偵察、邊境巡邏、地理遙感、抗災(zāi)搶險(xiǎn)、海事救援等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

國內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)研究更多注重于機(jī)載光電吊艙的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、目標(biāo)參數(shù)提取等技術(shù)及應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)。如：甘至宏[1]提出光電吊艙內(nèi)框架減振系統(tǒng)的新設(shè)計(jì)方法，增加有效載荷空間與跟蹤精度；王向軍等[2]提出一種變焦控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)快速分段變焦；KANG MYUNG HO等[3]提出一種新的載機(jī)自動(dòng)成像目標(biāo)坐標(biāo)生成方法；劉洵[4]、婁樹理[5]、王正林等[6]對(duì)光電吊艙的應(yīng)用、發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行了深入剖析。

作為多功能光電吊艙系統(tǒng)的重要組成部分與操作員交互界面，光電顯控軟件對(duì)于順利完成既定任務(wù)與后期數(shù)據(jù)分析發(fā)揮著重要作用。本文介紹一種機(jī)載多功能光電吊艙顯控軟件，其在VS2012集成開發(fā)環(huán)境下使用C++語言進(jìn)行開發(fā)，且高效、可靠，人機(jī)界面友好。

1 軟件總體設(shè)計(jì)

1.1 功能設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，光電吊艙主要掛載于特種通用飛機(jī)、旋翼機(jī)、無人機(jī)等飛機(jī)平臺(tái)上。根據(jù)系統(tǒng)需求，光電顯控軟件需具備以下功能：

（1）目標(biāo)圖像顯示功能：光電顯控軟件啟動(dòng)后，即開始持續(xù)監(jiān)控可見光/紅外兩路視頻數(shù)據(jù)通道，收到視頻數(shù)據(jù)后，在軟件界面上予以解壓顯示，并按需疊加顯示十字線、跟蹤框等輔助標(biāo)識(shí)。

（2）光電吊艙控制功能：初始化完成后，光電吊艙操作員可根據(jù)具體需求，通過鼠標(biāo)、鍵盤、操縱桿對(duì)光電吊艙進(jìn)行實(shí)時(shí)控制（調(diào)節(jié)鏡頭參數(shù)、吊艙指向、電源通斷等），對(duì)目標(biāo)進(jìn)行可見光/紅外成像、搜索、跟蹤、測(cè)距等。

（3）光電吊艙狀態(tài)監(jiān)視功能：通過解析接收到的遙測(cè)數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)中的疊加信息，光電顯控軟件以文字、數(shù)值、虛擬儀表等多種形式提供光電吊艙狀態(tài)信息，以及載機(jī)平臺(tái)位置、姿態(tài)等輔助信息，實(shí)現(xiàn)光電吊艙、載機(jī)平臺(tái)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視[7]。

（4）數(shù)據(jù)回放功能：執(zhí)行任務(wù)時(shí)，光電顯控軟件可實(shí)時(shí)記錄光電吊艙狀態(tài)數(shù)據(jù)和目標(biāo)圖像/距離數(shù)據(jù)，供任務(wù)執(zhí)行效果展示及回放分析。

1.2 界面設(shè)計(jì)

如圖1所示為光電顯控軟件主界面，主要考慮簡(jiǎn)潔性、合理性、可靠性等幾方面進(jìn)行設(shè)計(jì)[8]。光電顯控軟件主要分為以下幾個(gè)模塊：①視頻顯示模塊：解壓顯示可見光/紅外視頻（亦可雙擊全屏顯示視頻），并按需顯示十字線、跟蹤框、目標(biāo)數(shù)據(jù)等疊加信息；②光電吊艙控制模塊：對(duì)光電吊艙（包括可見光、紅外、激光、伺服等組件）進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；③飛參顯示模塊：顯示載機(jī)平臺(tái)經(jīng)緯度、姿態(tài)、速度、高度、POS狀態(tài)等信息；④遙測(cè)信息顯示模塊：顯示無線鏈路狀態(tài)，遙測(cè)、統(tǒng)計(jì)視頻數(shù)據(jù)；⑤操縱桿選項(xiàng)模塊：配置操縱桿，監(jiān)控操縱桿狀態(tài)和串口控制數(shù)據(jù)。

2 軟件應(yīng)用開發(fā)

2.1 工作流程

如圖2所示為光電顯控軟件工作流程。軟件啟動(dòng)后，首先進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)文件、軟件界面、通信機(jī)制及視頻庫的初始化；其次，啟動(dòng)多個(gè)必要線程以保證軟件的實(shí)時(shí)性[9]；然后，操作員即可通過界面按鈕、鍵盤或操縱桿對(duì)光電吊艙進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視與控制；任務(wù)完成后，還可按需進(jìn)行數(shù)據(jù)回放展示。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通信

如圖3所示為無人機(jī)系統(tǒng)地面控制站信息流，地面控制站包括鏈路監(jiān)控、飛行控制、載荷控制3個(gè)席位。其中，光電顯控軟件運(yùn)行于載荷控制席位中，需處理目標(biāo)圖像、遙控/遙測(cè)兩大類數(shù)據(jù)：①目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)：為壓縮后的視頻數(shù)據(jù)，對(duì)傳輸可靠性要求較高，光電顯控軟件通過TCP單播接收鏈路監(jiān)控席位傳送的目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)，分別在兩個(gè)線程中使用while循環(huán)予以實(shí)現(xiàn)，接收到足夠圖像數(shù)據(jù)后[10]進(jìn)行解壓顯示；②遙控/遙測(cè)數(shù)據(jù)：光電顯控軟件采用UDP組播與鏈路監(jiān)控席位、飛行控制席位進(jìn)行遙控/遙測(cè)數(shù)據(jù)交互，用WSAAsyncSelect異步選擇模型予以實(shí)現(xiàn)，鏈路、飛控、載荷3類設(shè)備遙控/遙測(cè)數(shù)據(jù)均在組網(wǎng)中進(jìn)行交換，各功能軟件各予所有、各取所需，通信更加簡(jiǎn)潔高效[11]。

2.3 虛擬儀表

此外，在視頻圖像上還可按需疊加顯示輔助線、文字信息等，使用cvRectangle、cvPutText、cvLine等函數(shù)予以實(shí)現(xiàn)。

3 試飛測(cè)試

軟件研發(fā)完成后，在外場(chǎng)進(jìn)行了5架次全系統(tǒng)試飛（每架次飛行時(shí)間約2h），對(duì)光電吊艙探測(cè)/識(shí)別距離、靜目標(biāo)鎖定、動(dòng)目標(biāo)跟蹤[18]、激光測(cè)距距離/精度等功能指標(biāo)進(jìn)行完整測(cè)試。測(cè)試中，光電顯控軟件表現(xiàn)良好，圓滿達(dá)到了各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種機(jī)載多功能光電吊艙顯控軟件，經(jīng)試飛測(cè)試，驗(yàn)證了其功能的完善性、操作的便捷性與程序的可靠性，在實(shí)際應(yīng)用中可有效提高光電吊艙系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行效能，對(duì)后續(xù)其它光電吊艙顯控軟件的設(shè)計(jì)研發(fā)具有一定借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 甘至宏.光電吊艙內(nèi)框架減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].光學(xué)精密工程，2010，18（9）：2036-2043.

[2] 王向軍，王敏.適用于無人機(jī)小型吊艙的變焦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].光電工程，2013，40（1）：139-144.

[3] KANG M H，LEE J H，KIM B H，et al.Generation of target coordination for automatic image aquisition of the airborne EO/IR POD[P].韓國，KR101415145，2014-07-04.

[4] 劉洵，王國華，毛大鵬，等.軍用飛機(jī)光電平臺(tái)的研發(fā)趨勢(shì)與技術(shù)剖析[J].中國光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)，2009 （4）：269-288.

[5] 婁樹理，楊增勝，周曉東.無人機(jī)光電偵察、監(jiān)視技術(shù)研究[J].紅外與激光工程，2007，23（2）：28-30.

[6] 王正林.無人機(jī)光電載荷及其應(yīng)用[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2013，28（1）：16-17.

[7] 張鵬，劉博，段照斌.新型民航客機(jī)虛擬綜合顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電光與控制，2017，24（6）：69-73.

[8] Installation of Electronic Display in Part 23 Airplanes[S].AC No：23.1311-1C，1999.

[9] 陳淑潔，楊海明.提高基于Windows工控軟件實(shí)時(shí)性的策略研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008（22）：5903-5905.

[10] CHARLES PETZOLD.Windows程序設(shè)計(jì)[M].方敏，張勝，梁路平，等，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[11] 劉軍利.綜合顯控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2015.

[12] G950 integrated flight deck pilot′s guide[EB/OL].https：//www.garmin.com/.

[13] 李杉格，林靜.基于GMap的無人機(jī)地面控制軟件開發(fā)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)：專業(yè)版，2017（34）：62-65.

[14] 邱偉龍，陳國興.飛機(jī)虛擬儀表建模仿真關(guān)鍵技術(shù)研究[J].飛機(jī)設(shè)計(jì)，2014，34（3）：49-54.

[15] 陳明生，梁光明，孫即祥，等.復(fù)雜背景下H.264壓縮域運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法[J].通信學(xué)報(bào)，2011，32（3）：91-97.

[16] ROBERT LAGANIERE.OpenCV2計(jì)算機(jī)視覺編程手冊(cè)[M].張靜，譯.北京：科學(xué)出版社，2013.

[17] 黎志華，李新國.基于OpenCV的紅外弱小運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤[J].紅外與激光工程，2013，42（9）：2561-2565.

[18] 王同，彭祺，屠禮芬.基于OpenCV的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)軟件實(shí)現(xiàn)[J].軟件導(dǎo)刊，2015，14（12）：132-133.

（責(zé)任編輯：黃 ?。?/p>