软件化的雷达显控终端的设计与研究

贾伟涛  赵彦东通讯作者

北方自动控制技术研究所  山西太原  030006

摘要：雷达显控终端是雷达系统中的一个关键组件，用于显示和控制雷达数据以及相关信息。随着科技的进步和雷达技术的不断发展，雷达显控终端也在不断演进和更新。文章基于软件技术，提出了一种设计雷达显控终端的新方案。并进行了仿真测试，验证了雷达显控终端设计的正确性。

关键词：雷达显控终端；雷达系统；软件技术

0 引言

雷达的含义是无线电探测和测距，它的基本功能是利用目标对电磁波的散射来发现目标并确定目标的空间位置[1]。

传统雷达显控终端使用专用硬件、价格高、兼容性差、升级需同时改变软硬件、软件开发周期长。而以软件技术为核心的雷达显控终端优势明显：具备通用性、成本低、易移植、调试和维护。由此看来，以软件技术为核心来设计雷达显控终端是行之有效的途径。相比之下，以软件技术为核心的雷达显控终端具有明显的优势。

1总体设计

雷达显控终端是一个关键的雷达系统组件，在雷达系统中充当着智能化的控制中枢，将复杂的雷达数据转化为有用的信息，为操作人员提供全面的认知和决策支持[2]。文章的雷达显控终端软件通过IntelliJ IDEA Community Edition 2023平台实现，使用Java这一面向对象的编程语言来进行开发。

1.1 需求分析

在一个完整的雷达系统中，雷达显控终端应当具备以下几点功能：

1）雷达信号接收与处理：通过一些程序设计算法，与雷达建立数据连接，不断获取雷达采集到的数据。

2）实时显示目标数据：雷达显控终端需要在用户界面中实时显示目标数据。

3）友好的用户界面：由于雷达显控终端承担着人机交互的重要功能，所以它应当具有友好的用户界面，可以将雷达数据以图形化的方式展示出来，使操作员能够更直观地理解和分析数据。

4）灵活性与可扩展性：雷达显控终端可以根据具体需求进行定制和扩展。它们可以与不同型号和类型的雷达设备配合使用，以满足多样化的应用需求。

1.2 功能划分

基于上述的需求分析，将雷达显控终端大致划分为以下五个功能模块：数据通信模块、坐标转换模块、雷达显示模块、异常处理模块和系统数据模块，如图1所示。

图1 功能模块划分

2 详细设计

2.1 数据通信模块

数据通信模块的功能是与雷达建立TCP（Transmission Control Protocol）连接，从而进行可以不断获取数据采集器中的数据。在本雷达显控终端中，TCP数据包以字符#开头，以字符#结尾。若在需要发送的数据中出现了#号字符，则对这些字符做转义处理。

2.2 坐标转换模块

坐标转换模块的功能是将从雷达得到的坐标点正确的用户屏幕上。

图2 坐标转换示意图

如上图2所示，由于雷达显控终端从雷达接收到的坐标点的坐标系是极坐标系，因此首先需要进行极坐标和直角坐标的坐标系转换。在极坐标系中，点的坐标通常为(ρ, θ)；在XOY直角坐标系中，点的坐标为(x, y)。因此两个坐标系下坐标点的换算关系为：

将坐标点换算成XOY直角坐标系后，由于相对于屏幕的直角坐标系X1O1Y1的原点在屏幕左上顶点，所以坐标点还需要换算成直角坐标系X1O1Y1中的坐标，以便能在屏幕中能正确显示位置。假设XOY坐标系的O点在X1O1Y1坐标系中的坐标为(x0, y0)，所以两个坐标系下坐标点的换算关系为：

在实际设计用户界面时，O点一般为用户屏幕的中心，用户屏幕的中心坐标为：

其中screenWidth为屏幕宽度，screenHeight为屏幕高度，这两个参数可以从Java中的Toolkit 类来获取。Toolkit 类提供了访问与底层窗口系统交互的方法，其中就包括了获取屏幕尺寸的方法。

综合上述坐标变换的公式，得到最终的坐标点的坐标为：

2.3 雷达显示模块

雷达显示模块将雷达数据以平面二维显示方式进行显示，显示方式分为雷达图显示和热力图显示。

（1）雷达图显示与控制

每接收一个雷达数据后，在用户屏幕中的雷达图对应位置会显示出一个圆形的向外扩大且逐渐变淡的雷达波。对于不同种类的雷达数据，会显示不同的颜色对数据类型加以区分。

雷达图标注了刻度线，用户可以在控制面板改变雷达图的量程，如2km,、4km和 8km等；雷达图也标注了方位角，用户可以在控制面板改变雷达图的方位角，如30°、45°、60°、90°等。

（2）热力图显示与控制

用户可在控制面板更改雷达的显示模式，将其切换为热力图模式。本模块的热力图支持三个参数：点的权重、半径和颜色取值范围。点的权重可以用来确定每个坐标点的颜色深浅。半径是指每个数据点周围的影响范围，即权重会在半径范围内逐渐衰减，较大的半径会导致数据点的影响范围更广。颜色取值范围包含颜色最大取值和颜色最小取值，是一个区间。用户可通过调节这三个参数来改变热力图的呈现效果。

2.4 异常处理模块

雷达显控终端采用软件技术的方法实现，当软件应用程序在运行过程中遇到错误或异常情况时，为了保证程序的稳定性和可靠性，使用到了Java的异常处理机制。在代码中，把可能会发生异常的代码段用try-catch语句包装起来。当异常发生时，程序不会立即终止，而是会跳转到catch块中执行相应的处理代码，以便程序可以继续执行或进行适当的回滚操作。通过这种方式，异常处理可以防止程序因错误而崩溃，提高了程序的可靠性。

2.5 系统数据模块

雷达显控终端在运行过程中，会把产生的数据存储到数据库中。这些数据包括：接收到的雷达数据与用户的操作记录。日志导出模块主要完成对这些数据的查看和导出两个操作。

（1）数据查看

当查看大量数据时，数据分页是一种常用的技术。雷达显控终端在进行数据分页时，为系统提供了两个参数：页码（PageNumber）与页面大小（PageSize）。页码表示页面的总数，用户可以通过更改页码来导航到不同的页面。页面大小是指每个分页页面上显示的数据条目数量。这个参数决定了每个页面的数据量大小。本模块给用户提供了四种页面大小供用户选择：10条/页、20条/页、50条/页和100条/页。

（2）数据导出

    用户可以选择页面中的部分数据进行导出，也可以选择导出全部的数据。导出的数据会存储到Excel文件中，以便用户进一步的查看。

3 运行结果

雷达显控终端软件在设计完成后，通过网线与仿真设备进行连接，进行仿真测试。测试结果表明，本雷达显控终端软件可以实现需求分析中提出的功能，能够正确的接收雷达数据并正确的显示在用户界面中。在本软件的运行过程中，用户显示界面包含雷达图、热力图与控制面板，运行结果分别见图3和图4。

图3 用户显示界面

图4 用户控制界面

4结论

在Windows系统下对本雷达显控终端进行了仿真测试。仿真测试结果表明: 该系统能够实现雷达回波数据的实时采集、传输、显示和存储，具备一定的工程应用价值。

参考文献

[1] 杨文芳. 基于信息论的雷达波形设计研究[D]. 辽宁:东北大学,2013. DOI:10.7666/d.J0125355.

[2]曾凌洋. 基于嵌入式计算机的雷达显控终端设计[D]. 四川:电子科技大学,2005. DOI:10.7666/d.Y740829.

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