基于Direct3D技術(shù)的VTS雷達PPI顯示優(yōu)化設(shè)計

劉 鐸，黃曉燕

(1.中國電子科技集團第20研究所雷達部，陜西西安 710068;2.西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院，陜西西安 710072)

顯控終端是雷達系統(tǒng)的重要組成部分，為雷達操作員提供主要的操作功能與目標(biāo)信息顯示功能。根據(jù)雷達回波數(shù)據(jù)，顯示終端對一次回波的處理，將直接影響雷達的性能指標(biāo)情況，而實時回波顯示對計算機顯卡的要求也較高，運用Directx3D技術(shù)可最大限度的提高顯卡的使用效率，實現(xiàn)了利用純軟件方法顯示雷達視頻回波［1－2］。

針對PPI顯示系統(tǒng)中存在的一次回波數(shù)據(jù)處理問題［3］，可通過下面兩種方法進行解決:

(1)通過軟件實現(xiàn)雷達視頻回波顯示。需將數(shù)字化的雷達視頻回波數(shù)據(jù)從極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)系實時顯示。經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，灰度圖像映射不能填滿整個屏幕，而距離圓心中心越遠，缺損越大，從而形成了摩爾紋。利用 Directx3D技術(shù)下的 PPI(Plane Position Indicator)顯示采用遠區(qū)補償方法并結(jié)合圖層融合消除這一問題。

(2)通過網(wǎng)絡(luò)接收回波數(shù)據(jù)較大時，通常會出現(xiàn)丟包現(xiàn)象和數(shù)據(jù)實時刷新問題。因此采用合理的數(shù)據(jù)處理方法，將影響到雷達回波的顯示。利用多級緩存和求均的方法，回波數(shù)據(jù)可得到較好的修正。

1 系統(tǒng)工作原理

雷達系統(tǒng)由天線、伺服系統(tǒng)、收發(fā)機構(gòu)、定時處理、信號處理板、中心機和終端 PP顯示等子系統(tǒng)構(gòu)成［4－7］。

伺服機構(gòu)控制天線轉(zhuǎn)動，收發(fā)機構(gòu)將接收到的目標(biāo)信息，通過定時器定時傳送到信號處理板，信號處理將各掃描方位上的回波信號進行數(shù)字化采樣，形成回波數(shù)據(jù)包，回波數(shù)據(jù)包通過PCI總線發(fā)送至中心機，中心機通過千兆以太網(wǎng)將回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至顯控終端，PPI在回波數(shù)據(jù)包的驅(qū)動下實現(xiàn)實時回波顯示。雷達工作示意圖如圖1所示。

圖1 雷達工作示意圖

2 PPI顯示坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

系統(tǒng)PPI顯示使用的顯示器分辨率為1 920×1 080，每條回波掃描線由500個像素點組成，顯示區(qū)域大小為1 000×1 000個像素。顯示圓心坐標(biāo)(500，500)，圓距離半徑為500。

在距離方向?qū)O坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)公式如下

其中，(x0，y0)為極坐標(biāo)圓心;ρ為圓半徑，對應(yīng)屏幕坐標(biāo)如圖2所示。

圖2 屏幕坐標(biāo)

回波數(shù)據(jù)對應(yīng)的單色灰度顏色變化范圍為0～255之間，回波信號使用Byte進行量化和表示，每次采集500個回波點。本系統(tǒng)的天線掃描周期約3 s，PPI方位波束周期分為8 192、4 096、2 048這3種，針對不同量程波束周期及每幀數(shù)據(jù)量大小變換在10 000～200 000之間。

采用查表方式，以方位角θ和距離ρ組成的極坐標(biāo)地址空間與顯示存儲地址(x，y)的直角坐標(biāo)地址空間的映射關(guān)系，并用查找表的方式反映該種映射關(guān)系，即(ρ，θ)為表的索引，(x，y)為表的內(nèi)容，極坐標(biāo)與對應(yīng)直角坐標(biāo)的關(guān)系變?yōu)榈刂放c內(nèi)容的映射關(guān)系，查找表的內(nèi)容事先根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換基本原理經(jīng)高精度計算得到。

3 數(shù)據(jù)緩存機制

中心機采用千兆以太網(wǎng)方式每隔1 ms將32 kB的回波數(shù)據(jù)送出，顯控終端接收到32 kB大小的數(shù)據(jù)后，將目標(biāo)信息實時刷新顯示。由于數(shù)據(jù)不同量程的數(shù)據(jù)量大小不同，UDP網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失問題，因此需將接收到的數(shù)據(jù)進行二級緩存，數(shù)據(jù)緩存示意圖如圖3所示。通過不斷更新緩存區(qū)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)回波數(shù)據(jù)的實時更新。

圖3 數(shù)據(jù)緩存示意圖

4 Direct3D紋理圖層融合

系統(tǒng)PPI顯示共有4個圖層，分別由視頻層、方位距標(biāo)層、遮蔽區(qū)域繪制層和屬性層構(gòu)成。不同層之間需進行融合，利用Direct3D的圖層融合技術(shù)，對各紋理層進行圖層疊加，完成多紋理層的同一畫面顯示。Direct3D圖層融合效果函數(shù)代碼示例如下，多圖層融合效果如圖4所示。

Device→Clear(0，NULL，D3DCLEAR_TARGET|D3DCLEAR_ZBUFFER，D3DCOLOR_XRGB(0，0，0)，1.0f，0);

Device→BeginScene();//設(shè)置圖層效果

g_pEffect→SetTexture("texVideo"，g_pTexVideo);

g_pEffect→SetTexture("texAntenna"，g_pTexAntenna);

g_pEffect→SetTexture("texDistSign"，g_pTexDist-Sign);

g_pEffect→SetTexture("texDistSign1"，g_pTexDist-Sign1);

g_pEffect→SetTexture("texAttrib"，g_pTexAttrib);

g_pEffect→SetTexture("texDraw"，g_pTexDraw);/獲取并設(shè)置使用手法渲染圖形

D3DXHANDLEh Technique=g_pEffect→GetTech-niqueByName("TShader");

g_pEffect→SetTechnique(hTechnique);

UINT nPasses;

g_pEffect→Begin(＆nPasses，0);

for(UINT iPass=0;iPass＜nPasses;iPass++)

{

g_pEffect→BeginPass(iPass);

Device→SetStreamSource(0，m_pVB，0，sizeof(TEX_1));

Device→SetFVF(D3DFVF_TEX);

Device→DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLESTRIP，0，2);

g_pEffect→EndPass();

}

g_pEffect→End();

圖4 多圖層效果圖融合前、融合后

5 遠區(qū)補償方法

由于從直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)所固有的非線性影響及方位與雷達觸發(fā)的異步關(guān)系，會出現(xiàn)回波遠區(qū)分裂的現(xiàn)象。結(jié)合查表法使坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中正、余弦函數(shù)值的精度達到10－3，并采用插值算法在一次方位處理完成后，下一次觸發(fā)到來前，再以當(dāng)前的回波值輔以新的方位進行顯示處理。方位插值前后的示意圖如圖5所示。

圖5 方位差值示意圖

在1 000×1 000顯示區(qū)，該區(qū)域范圍圓周的像素數(shù)為2π×10 000，通過插補方位處理后，插入后方位數(shù)量為8 192個，并可消除摩爾紋。遠區(qū)補償方法效果如圖6所示。

圖6 遠區(qū)補償效果

令波束方位為n～m，x∈［n，m］;采用線性插值做方位x處插值，A表示回波，則任意兩回波處插值的回波可表示為Ax=(Am+An)/2。

如上圖可看出，通過遠區(qū)補償摩爾紋消失，因此可有效地解決遠區(qū)回波分裂現(xiàn)象。

6 結(jié)束語

本文主要利用Directx3D技術(shù)下VTS雷達的PPI顯示，針對遠區(qū)一次回波圖像出現(xiàn)的損失問題，采用遠區(qū)補償方法結(jié)合Direct3D技術(shù)的圖層融合，實現(xiàn)了圖像顯示的修正。同時解決了網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中出現(xiàn)的回波數(shù)據(jù)丟失問題。在回波實時處理中采用二級緩存方法，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時更新，系統(tǒng)軟件采用VS2005對本方法進行了開發(fā)驗證。

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