空空导弹GPS飞行轨迹软件的设计与实现

张建学

（中国空空导弹研究院 河南 洛阳 471009）

空空导弹的研制过程中需要在靶场进行大量的发射试验，试验过程中遥测是最为重要的测试手段，通过遥测数据可以“透明”地了解导弹在飞行过程中的参数变化。随着中远程空空导弹研制的启动，传统的光学测量系统的优势将受到挑战，GPS弹道测量将作为一个主要的测量手段，成为靶场空空导弹飞行试验的基本配置[1]。

在飞行试验中，需要精确测定弹道飞行轨迹，使用光测系统测量导弹轨迹，对气象条件要求高、处理时间长[2]。随着空空导弹中远程导弹研制，对导弹弹道测量提出了更高的要求，全球定位系统（GPS）技术发展，为导弹测量提供了一条新的途径[3]。GPS技术用于导弹测量和靶场监测，具有原理简单、使用方便、精度高、受气象环境影响小，节省设备、人员，数据处理速度快等优点，特别适用于对中远程制导飞行器飞行轨迹的全程连续测量，是其他系统无法比拟的[4]。

1 软件需求

该软件实时接收、存储、解算由网络传送来的GPS数据和试验弹参数，在电子地图上实时显示导弹的飞行轨迹和飞行参数，主要功能需求如下：

1）实时接收、存储、解算由地面站网络端口传送的GPS数据；

2）实时显示载机的三维坐标、3个方向上的速度、时间、方位、高度等飞行参数；

3）可以使用电子地图作为显示系统的背景，也可以制作有简单地标组成的地图作为显示背景，显示时自动剔除误码。在电子地图上显示空空导弹的飞行轨迹和其他参数，显示比例图可以放大缩小；

4）采用数据库管理技术[5]，可实现事后数据读取和重放；

5）用无线网络的方式，将全部信息传输至第二显示终端，为领航、决策提供依据。

2 软件设计

该软件利用多线程[6]技术实时接收遥测地面站发送的数据包，拥有数据包预处理、显示、存储。该软件采用图形化用户界面，具有以下特点：

1）功能区域划分清楚 界面分为信息输入区、功能操作区、数据显示区、状态提示区等分区，一目了然；

2）操作简单 功能操作区采用“一键实现功能”的设计，易于上手；

3）信息显示直观 在数据显示区域针对不同参数的不同特点选用适当的显示方式，如：卫星位置、速度、信噪比信息采用数值显示，飞行轨迹采用图形曲线显示；

4）附加功能便利用户 软件初始化时直接读取配置文件中记录的历史GPS基准值、数据文件存储路径等信息，避免每次运行时用户都要重复设置。

为了满足各项功能需求，在重点考虑应用软件可靠性的同时，还应兼顾软件的可扩展性等其他需要，因此采用模块化的软件结构设计，将软件划分为若干功能模块，包含I／O设置、显示电子地图、事后数据重放、GPS数据预处理、GPS信息处理、GPS数据显示及第二终端发送等模块，其系统软件示意图如图1所示。

图1 系统软件示意图Fig.1 Block diagram of system software

3 软件实现

Visual C++是一个功能强大的面向对象的可视化应用程序开发工具，是计算机界公认的最优秀的应用开发工具之一。在提供可视化的编程方式的同时，Visual C++也适用于编写直接对系统进行底层操作的程序，生成代码的质量也优于其他的开发工具。它提供的AppWizard能自动生成应用程序的标准框架，大大减轻了编程的工作量，使得程序员从大量的复杂劳动中解脱出来，体会到真正的程序语言的强大功能和良好的灵活性。文中主要介绍如下的编程技巧：用鼠标单击窗口标题条以外区域移动窗口、显示旋转文本、使用上下文菜单。

“事后数据回放”功能是将导弹飞行过程中的保存的遥测数据进行回放分析。这是在试验操作过程中的一个重要环节，回放是对飞机飞行过程的重演，调入飞行记录文件后可以进行播放，播放的模式有3种，即正常、单帧和快速。飞行任务结束后，通过保存的数据文件可以在地图上任意重新显示导弹的飞行轨迹，数据回放处理流程如图2所示。

图2 数据回放流程图Fig.2 Flow chart of data replaying

“GPS数据预处理”功能为从接收的遥测数据找出GPS数据并判断GPS信息帧。因为遥测发送的数据内容根据同步码来判别，首先剔除误码，然后提取GPS数据包，每次运行软件将自动生成临时飞行记录文件“flydata.gps”，而在每次接收到遥测数据帧的同时，会自动将该帧写入“flydata.gps”文件，在退出程序时会提醒用户 “是否需要保存此次飞行记录?”，且默认的保存文件名为当前系统时间，如“201109151025.gps”表示记录时间为2011年9月15日上午10:25。某GPS数据帧输出的4种帧格式的数据包：GPS数据包、卫星状态数据包、GLN数据包、BDGLN数据包。卫星定位数据包帧结构，如图3所示。

图3 帧结构Fig.3 Frame structure

4种数据包中“数据”一项所含数据结构各不相同。且“数据包类型”一项填充不同值作为4种帧格式的判断标志，因此下文统称其为帧标志。帧标志定义如图4所示。

图4 帧标志类型定义Fig.4 Frame flag define

由于接收的数据不会是完整GPS数据帧，需要与上次处理后剩下的GPS数据一起处理，如果数据长度不大于6字节，把数据作为下一次的数据，继续接收新数据。但同步码长度是相等的，包括长度为5字节，GPS数据预处理模块流程图如图5所示。

图5 GPS数据预处理流程图Fig.5 Flow chart of data preprocessing

4 使用效果

该软件能够实时显示导弹的速度、高度、位置、轨迹；实时显示和记录导弹的截获信息和其他工作信息，使地面技术人员及时掌握和了解导弹的工作情况，提高试验的成功率和准确度，从而大大提高试验效率和试验结果的有效性，节约试验经费和时间。图6所示为某型号导弹飞行轨迹示意图。此外遥测地面站可根据GPS显示参数引导遥测接收系统，防止跟踪时偏离目标[7-8]。

图6 导弹飞行轨迹示意图Fig.6 Sketch map of missile flight trace

5 结 论

该软件作为GPS飞行试验的关键性软件，其成熟可靠是系统的关键。但是随着北斗／伽利略GPS系统等新的定位系统发展，新设备的接入，对原有系统的可扩展性提出了很高的要求。

本软件通过设计一个模块化的结构体系，并经编码、调试后，在某型号经实际应用表明，不但具有很好的扩展性，仅仅在GPS数据预处理模块上进行改动即可满足系统扩展的需要，而且运行稳定、可靠，完全满足空空导弹飞行试验的需要。

[1]安桂生，陈雷.空空导弹靶场遥测接收处理的现状与发展趋势[J].航空兵器，2006（3）:56－59.AN Gui-sheng，CHEN Lei.Actuality and trend for telemetry data receiving and processing of air-to-air missile[J].Aero Weapon，2006（3）：56-59.

[2]李英丽，刘春亭.空空导弹遥测系统设计[M].北京：国防工业出版社，2006.

[3]刘春亭，王胜利.空空导弹遥测的应用与发展[J].航空兵器，2000（3）：77-79.LIU Chun-ting，WANG Sheng-li.Application and development fortelemetryofair-to-airmissile[J].AeroWeapon，2000（3）：77-79.

[4]樊会涛，吕长起，林忠贤，等.空空导弹系统总体设计[M].北京：国防工业出版社，2007.

[5]桂延宁，张福顺，焦李成.飞行器轨迹及参数测量的一种新方法[J].电子学报，2003（12）:1894-1896.GUI Yan-ning，ZHANG Fu-shun，JIAO Li-cheng.A new method of trace and parameter measurements for flying objects[J].Acta Electronica Sinica，2003（12）:1894-1896.

[6]David J.Kruglinski.Visual C++技术内幕[M].潘爱民，等译.北京：清华大学出版社，2009.

[7]王楠，王龙.惯性系下GPS/SINS紧组合导航算法研究[J].现代电子技术，2011（20）:93-95.WANG Nan，WANG Long.Research of GPS/SINS tightly integrated navigation algorithm in inertial coordinate[J].Modern Elecetronics Technique，2011（20）:93-95.

[8]常树龙.空空导弹遥测数据三维实时显示系统设计与实现[J].现代电子技术，2010（4）:64-66.CHANG Shu-long.Design and implementation of display system in real-time three-dimensional for air-to-air missile telemetry data[J].Modern Elecetronics Technique，2010（4）:64-66.