程耀，謝華，許康恒，王宇飛，沈全成

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海 201109）

由于武器控制臺(tái)中心P 顯的顯示受顯示區(qū)域的限制，屏幕上有時(shí)無(wú)法清晰觀察到某一特定方向上密集型目標(biāo)群的運(yùn)動(dòng)情況[1]。基于此，該課題開發(fā)的偏心P 顯可擴(kuò)大艦艇周圍某一特定方向的瞭望范圍，可將雷達(dá)視頻的掃描中心移動(dòng)到屏幕上的非幾何中心位置，方位刻度盤及其他顯示元素也隨偏心的位置變化而變化[2]。同時(shí)該課題借助VxWorks 平臺(tái)和Qt 技術(shù)，使得系統(tǒng)具有更好的可靠性、卓越的實(shí)時(shí)性，開發(fā)的應(yīng)用軟件具有模塊化、移植性強(qiáng)的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，編寫難度較小[3]。

1 總體設(shè)計(jì)

該課題的武器控制臺(tái)作為武器作戰(zhàn)系統(tǒng)的信息處理和控制中心，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口與雷達(dá)、光電跟蹤設(shè)備、導(dǎo)彈發(fā)射設(shè)備、其他輔助設(shè)備連接，完成命令、狀態(tài)等信息交互[4]。雷達(dá)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)發(fā)穩(wěn)跟的目標(biāo)信息至武器控制臺(tái)，通過(guò)FC 光纖接口轉(zhuǎn)發(fā)雷達(dá)視頻信息至武器控制臺(tái)；然后武器控制臺(tái)中的信息處理軟件依據(jù)目標(biāo)信息進(jìn)行模型分析，算法解析，分析目標(biāo)屬性，將顯示信息通過(guò)消息隊(duì)列的通信方式送至顯示控制軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示[5]；雷達(dá)視頻轉(zhuǎn)發(fā)至武器控制臺(tái)內(nèi)的視頻接口/處理板進(jìn)行視頻信息處理，然后通過(guò)綜顯板的視頻與圖層疊加技術(shù)，顯示控制軟件，再通過(guò)封裝好的中間件，調(diào)用相關(guān)對(duì)視頻處理的API 函數(shù)，完成雷達(dá)視頻與圖形化人機(jī)交互界面疊加實(shí)時(shí)顯示。武器控制臺(tái)功能結(jié)構(gòu)框圖如1所示。

圖1 武器控制臺(tái)功能結(jié)構(gòu)框圖

武器控制臺(tái)的偏心P 顯依據(jù)當(dāng)前艦艇的航向和通過(guò)雷達(dá)而獲得的目標(biāo)位置及其運(yùn)動(dòng)情況、雷達(dá)原始視頻信號(hào)、光電跟蹤設(shè)備方位等信息，然后圖形化顯示，通過(guò)這種直觀有效的方式呈現(xiàn)給操作手,便于掌握目標(biāo)特性，進(jìn)而采取最優(yōu)火力打擊策略。顯示元素包括艦艇航向標(biāo)識(shí)、光電跟蹤設(shè)備方位、目標(biāo)圖符及其運(yùn)動(dòng)軌跡、雷達(dá)視頻（含視頻掃描線）、方位刻度盤等。武器控制臺(tái)中心P顯顯示示意圖如圖2所示。

圖2 武器控制臺(tái)中心P顯顯示示意圖

2 軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)

該課題偏心P 顯的實(shí)現(xiàn)，首先，通過(guò)VxWorks 操作系統(tǒng)強(qiáng)實(shí)時(shí)，強(qiáng)可靠性的特點(diǎn)，保證顯示控制軟件開發(fā)的穩(wěn)定平臺(tái)，然后，依托Qt 豐富的跨平臺(tái)C++圖形用戶界面庫(kù)[6-7]，功能模塊化設(shè)計(jì)，元素可重用設(shè)計(jì)。將整個(gè)偏心P 顯系統(tǒng)功能模塊層次化設(shè)計(jì)[8]，將軟件分為主模塊和子模塊，主模塊用于控制子模塊運(yùn)行，并完成子模塊之間的數(shù)據(jù)調(diào)度等工作，包含初始化模塊、管理模塊和維護(hù)更新模塊。初始化模塊完成子模塊的聲明和主要全局變量的初始化；管理模塊確定子模塊功能內(nèi)容，并將子模塊輸入/輸出連接，實(shí)現(xiàn)子模塊間信息交互；維護(hù)更新模塊使主模塊具備一定的適應(yīng)性，提高系統(tǒng)自適應(yīng)性[9]。

子模塊完成具體功能并接收外部輸入信號(hào)等，通過(guò)模塊內(nèi)部的過(guò)程運(yùn)行，將運(yùn)行結(jié)果輸出至外部，同時(shí)模塊擁有自身的知識(shí)庫(kù)，使其更加具有可維護(hù)性、自適應(yīng)性。模塊的內(nèi)部運(yùn)行受控于知識(shí)庫(kù)的作用，接收知識(shí)庫(kù)的參數(shù)和方法，同時(shí)過(guò)程運(yùn)行結(jié)果也會(huì)反饋至知識(shí)庫(kù)，一方面，可以判斷過(guò)程運(yùn)行的結(jié)果的正確與否，并優(yōu)化模塊輸出結(jié)果，另一方面，更新知識(shí)庫(kù)參數(shù)等信息，以此不斷提升模塊性能，使系統(tǒng)更加具有智能性。模塊結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示。

圖3 模塊運(yùn)行內(nèi)部示意圖

3 功能具體實(shí)現(xiàn)

該課題的軟件功能實(shí)現(xiàn)基于良好的軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)，創(chuàng)建了一個(gè)主窗口繼承于QDialog 的控件類，然后創(chuàng)建一個(gè)繼承于QWidget 的控件類作為P 顯窗口類，再創(chuàng)建若干繼承于QWidget 的子控件類[10]，如艦首標(biāo)識(shí)類、移動(dòng)目標(biāo)圖符類、光電標(biāo)識(shí)類等。P 顯窗口類對(duì)象作為主窗口的子窗口，子控件類對(duì)象作為子窗口顯示元素。

該課題偏心P 顯采用多圖層疊加技術(shù)，通過(guò)面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言的繼承性、多態(tài)性特征，創(chuàng)建P 顯窗口類不同屬性的對(duì)象子窗口，然后疊加顯示，合理分層，合理分配界面顯示元素和功能，簡(jiǎn)化功能模塊復(fù)雜性，優(yōu)化程序代碼可讀性，使得軟件系統(tǒng)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰，軟件的重復(fù)利用率提升[11]。該課題偏心P 顯分圖層疊加顯示示意圖如圖4 所示。

圖4 偏心P顯分圖層疊加顯示示意圖

PPI 頂圖層和PPI 圖層均為透明圖層，PPI 頂圖層顯示P 顯方位刻度盤和響應(yīng)鼠標(biāo)單擊信號(hào)事件，并連接主窗口槽函數(shù)，同時(shí)響應(yīng)主窗口發(fā)來(lái)的偏心顯示信號(hào)；PPI 圖層顯示P 顯距離環(huán)、艦首指示、光電指示、目標(biāo)指示，響應(yīng)主窗口發(fā)來(lái)的輸入事件（如偏心顯示、中心顯示、距離環(huán)顯示等信號(hào)）[12]；雷達(dá)視頻圖層負(fù)責(zé)開窗并顯示雷達(dá)視頻信息，接收主窗口發(fā)來(lái)的設(shè)置視頻圓周位置、中心和半徑及掃描線屬性等命令信息。

PPI 頂圖層和PPI 圖層同屬P 顯窗口控件類，通過(guò)類的創(chuàng)建函數(shù)create(QWidget *parent,quint16 x,quint16 y,quint16 w,quint16 h,quint16 r,quint8 type)，指定父窗口、顯示位置和大小信息，以及創(chuàng)建類型[13]。PPI 頂圖層方位刻度盤偏心狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)如圖5所示。o(centerx,centery)為中心顯示的中心點(diǎn)，o′(centerx′,centery′)為偏心顯示的中心點(diǎn)。偏心中心的位置是通過(guò)鼠標(biāo)獲取當(dāng)前窗口光標(biāo)指示的位置確定的。方位刻度盤的實(shí)現(xiàn)借助于Qt 的QPainter 類功能，通過(guò)translate()函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)繪圖窗口坐標(biāo)原點(diǎn)的重新定義，將繪圖中心點(diǎn)o作為直角坐標(biāo)系原點(diǎn)（0,0），然后通過(guò)rotate(int angle)函數(shù)對(duì)繪圖進(jìn)行特定角度旋轉(zhuǎn)，完成中心P 顯及偏心P 顯的方位刻度盤的繪制。

圖5 偏心P顯方位刻度盤實(shí)現(xiàn)邏輯示意圖

中心P 顯顯示時(shí)，根據(jù)圓形P 顯半徑像素點(diǎn)r，繪制00方位刻度值painter.drawText(0,r,tr("00"))；再通過(guò)根據(jù)方位刻度盤分度值，進(jìn)行rotate(Angle)旋轉(zhuǎn)繪制其他刻度值，進(jìn)而完成整個(gè)中心P 顯的刻度值繪制。偏心P 顯時(shí)，已知新中心點(diǎn)o′(centerx′,centery′)的坐標(biāo)值和偏心P 顯方位刻度的值，如繪制方位100和1900刻度，以圖可知y=kx+b的k=tan(10)，b=centery′-tan(10)·centerx′,而圓形P 顯的圓的方程為(x-centerx)2+(y-centery)2，依據(jù)直線和圓方程算出偏心P 顯下100和1900的窗口坐標(biāo)(xo′,yo′)和(xo″,yo″)，再已知中心o(centerx,centery)算出旋轉(zhuǎn)角度α和β，依據(jù)中心P 顯方位刻度盤的實(shí)現(xiàn)方式，完成偏心P 顯下方位刻度盤的繪制[14]。

PPI 圖層主要完成自身距離環(huán)的繪制以及自定義子控件對(duì)象的顯示（艦首標(biāo)識(shí)、光電標(biāo)識(shí)，目標(biāo)圖符等界面元素），繪畫區(qū)域限制為圓形區(qū)域，通過(guò)Qt 的QRegion(x,y,w,h,QRegion::Ellipse)類完成圓形繪圖區(qū)域的指定和限制，偏心P 顯狀態(tài)下，通過(guò)o(centerx,centery)和o′(centerx′,centery′)計(jì)算出兩點(diǎn)之間距離d，進(jìn)而測(cè)算出偏心P 顯半徑像素點(diǎn)r′=r+d，如圖6 所示。

圖6 偏心P顯距離環(huán)的實(shí)現(xiàn)邏輯示意圖

目標(biāo)指示、艦首指示、光電指示等界面元素均屬于PPI圖層子控件對(duì)象，在創(chuàng)建界面元素子控件時(shí)[15]，通過(guò)創(chuàng)建子控件類對(duì)象create(QWidget *parent,quint16 w,quint16 h,quint16 centerx,quint16 centery,QString str)傳遞繪圖區(qū)域中心位置、繪圖半徑等信息給子控件實(shí)例對(duì)象，然后子控件本身完成繪制工作并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新顯示。信息處理軟件將艦首航向角度和光電跟蹤設(shè)備方位值發(fā)至顯示控制軟件，顯控軟件根據(jù)偏心中心點(diǎn)位置和當(dāng)前繪圖區(qū)域半徑，繪制艦首航向指示和光電跟蹤方位指示。

目標(biāo)指示的顯示將根據(jù)目標(biāo)方位、距離實(shí)時(shí)換算出在偏心P 顯狀態(tài)下繪圖區(qū)域的像素點(diǎn)，創(chuàng)建P 顯目標(biāo)庫(kù)，每次刷新顯示時(shí)首先判斷目標(biāo)庫(kù)是否存在相同目標(biāo)批號(hào)的目標(biāo)moving_target，若存在，則更新該目標(biāo)歷史點(diǎn)跡數(shù)，否則在目標(biāo)庫(kù)創(chuàng)建新目標(biāo)moving_target，并保存該目標(biāo)的歷史點(diǎn)跡；當(dāng)顯示控制軟件未收到目標(biāo)庫(kù)內(nèi)某一批號(hào)目標(biāo)時(shí)，刪除該目標(biāo)及其歷史點(diǎn)跡數(shù)。偏心P 顯下目標(biāo)指示的移動(dòng)換算示意圖如圖7 所示。

圖7 偏心P顯目標(biāo)指示移動(dòng)邏輯示意圖

顯示控制軟件對(duì)雷達(dá)視頻圖層的控制是通過(guò)中間件控制，主窗口通過(guò)PPI 頂圖層鼠標(biāo)點(diǎn)跡事件獲取偏心P 顯中心位置o′(centerx′,centery′)和PPI 圖層的偏心P 顯半徑r′，然后開雷達(dá)視頻窗口，并傳遞中心位置和半徑參數(shù)至綜顯板，對(duì)雷達(dá)視頻圖層進(jìn)行控制操作[16]。

4 功能測(cè)試

該課題經(jīng)過(guò)良好的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)和位置信息與坐標(biāo)映射關(guān)系的計(jì)算，完成了基于VxWorks 平臺(tái)和Qt 技術(shù)的偏心P 顯功能的實(shí)現(xiàn)，并在艦艇武器型號(hào)應(yīng)用中得到穩(wěn)定測(cè)試，功能可靠，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，具備良好的人機(jī)交互功能。通過(guò)點(diǎn)擊主窗口的偏心顯示功能按鈕，啟動(dòng)偏心P 顯功能，在通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件時(shí)，確定光標(biāo)所在窗口位置為新的中心點(diǎn)，以此實(shí)現(xiàn)偏心P 顯功能。中心P 顯和偏心P 顯軟件實(shí)現(xiàn)效果圖如圖8 所示。

圖8 武器控制臺(tái)雷達(dá)顯示實(shí)現(xiàn)效果圖

5 結(jié)束語(yǔ)

該課題偏心P 顯通過(guò)良好軟件架構(gòu)的頂層設(shè)計(jì)，借助VxWorks 操作系統(tǒng)高可靠性、強(qiáng)實(shí)時(shí)性的開發(fā)平臺(tái)和Qt 全面、豐富的藝術(shù)級(jí)應(yīng)用界面開發(fā)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。開發(fā)實(shí)現(xiàn)了友好、便捷的人機(jī)交互界面，使得武器控制臺(tái)顯控系統(tǒng)具有更強(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性，縮短了開發(fā)周期，方便系統(tǒng)的升級(jí)和維護(hù)。