基于DirectX的雷达可视化仿真系统的设计与实现

摘要：针对指挥控制系统处理大量雷达数据所面I临的问题，利用三维可视化技术，建立一个基于DirectX的雷达可视化仿真系统。系统通过软件形式。替代业界常用的雷达扫描转换卡，对雷达一次信号、二次信号做出快速的处理和漫游，在可视化仿真系统中直观的显示雷达扫描信息，并将雷达扫描结果与地图进行配准以后进行显示。该系统可以真实地再现雷达扫描结果，为指挥控制系统提供快速的数据处理和直观的显示。

关键词：DirectX；指挥控制系统；雷达

0 引言

随着雷达行业的快速发展，在军事、飞行、安全等许多领域内，都需要在各种指挥控制中心显示终端上显示雷达信号处理后的态势图形或文字信息，所以目前最有利的方法是采用软件方式处理雷达一次、二次信号。它能很好地兼容各种型号的雷达，通过合理的算法对不同型号的雷达所提供的信号进行快速的处理和计算。

为了减轻指控人员的工作量。本文将三维可视化技术应用于雷达一次、二次信号的处理和显示，进行基于DireetX的雷达可视化仿真系统的研究。

1 系统总体设计

本系统是一个有关雷达扫描数据处理及三维图像的显示的程序，主要通过软件的方式处理雷达一次信号和二次信号，再集中地将处理后的数据，通过硬件加速的方式在显示设备上还原扫描结果，与地图进行配准，以图形化界面直观、实时地将扫描结果提供给指控人员。

从整个系统的结构分析可知，系统分为三个部分：

（1）描述对象集群是一系列由用户构建的对象，用户通过设置其属性，以及这些对象的互相关联。可以描述整个图形界面上要表现的信息。这些描述对象集群包括窗口菜单、对话框、控件、地图、图层、图元、等等。数据的处理包括数据的采集、分类、分析及处理。

（2）绘制者（fgDrawer）跟踪描述对象集群的变化，在适当的时候控制图元调度者和漫游控制在硬件中准备绘制的对象，然后在适当的时候以优化后的绘制方法和顺序绘制出屏幕信息。

（3）图形控制器（GPU）的特点在于可以高速批量绘制大量的线条和面，通过绘制者优化后的绘制命令在GPU控制下可最快地绘制出屏幕信息。绘制结果存储在帧存中，通过双缓存机制切换并显示到显示屏上从而避免屏幕闪烁。

系统采用面向对象的方法，把每个模块的功能都进行独立的封装，将图形显示、数据处理、数据采集等功能分离，由显示终端提供定时器，按指定的时间间隔实时的对数据进行处理和绘制。整体系统如图1所示，

2 基于DIrectX的系统实现

DirectX是一种图形与硬件的接口，为实现逼真的三维绘制效果和快速的绘制功能提供了高效的函数库，本系统利用DirectX三维绘制加速的优越性，实现各种三维显示的有关计算和图形算法，从而保证系统的实时性和准确性。

2.1扫描回波整体走势设计

在常规的雷达扫描回波示波器中，只能查看当前雷达扫描回波，多个方位的扫描回波之间的相对关系和整体扫描结果的概览无法在同一窗体中显示。在本系统中，利用DirectX三维技术，将3600回波信息通过高程数据显示，整个数据面随扫描方位的变化以离散点、单线或包络的形式展现出来，如图2所示。

2.2地图叠加显示及缩放细节控制的设计

为了更加直观地将扫描结果和扫描区域呈现给用户，本系统将地球坐标与笛卡尔坐标进行圆心投影，实现地图、雷达扫描状态以及扫描结果等在笛卡尔坐标中的匹配显示。如图3所示。

缩放细节控制（LOD），造成地图漫游速度不快的另一个重要的原因是过度绘制（overdraw），当地图以较大比例尺显示时，一方面，大量的特征/标注重叠在一起使得地图过密而无法观察；另一方面，一些原来很复杂的图形，在这时可能显示尺度已经变得很小，如果仍然按照原来的复杂描述绘制其实是一种浪费，因为在光栅显示器上已经无法分辨该图形的很多细节了。本系统的控制图形控制器在这种时候以一种精简或退化了的描述绘制图形则可节省大量的绘制工作。

如上图4所示，对一条复杂曲线，可以根据当前的比例尺（缩放比例）选择不同精细度的退化模型来绘制。在允许的情况下，例如该曲线的尺度仅两三个像素，甚至只用画一条线段就可以了。本系统支持这种图形退化处理和根据比例尺自动切换的功能，还能控制对于高比例尺关闭某些过于细致的图层或隐藏标注，用户调入地图并漫游显示时所有这些缩放细节控制都自动实现。效果如图5所示。

2.3系统实现平台与功能说明

程序编制采用Visual C++6.0，并使用DirectX图形应用编程接口来通过硬件加速绘制，以适应海量的雷达数据的实时显示需求：主界面采用MFC编制。

本系统是一个雷达可视化仿真显示程序，根据数据采集卡采集雷达扫描数据，经过分析处理，将雷达扫描结果在地图上配准和显示。系统主要功能包括：

（1）地图配准显示界面：包括地图的配准和雷达扫描目标在地图上的显示，以及地图的无级缩放和目标在地图上的漫游。

（2）扫描曲线趋势界面：包括雷达全方位扫描曲线的实时显示，用三维模型通过高程数据展现雷达扫描回波的数据趋势包络，以辅助工作人员判断扫描目标。

3 结语

本文开发了基于DirectX的一个雷达可视化仿真系统，使用界面友好、简洁、适用于各种型号的雷达，通过对雷达一次信号和二次信号的处理。将扫描回波以包络的形式显示，并将扫描结果与地图进行配准，在PPI图中进行无级缩放和漫游。本系统将功能设计、实际数据处理和三维动态漫游通过软件方式有效的结合在一起，为军事、飞行等行业的指控终端提供了一个高效、直观的显示。随着雷达技术的发展，三维可视化技术将发挥越来越重要的作用。