基于MGIS和GDI的数据融合综合态势显示系统设计与实现❋

程子桃 白 亮

（中国电子科技集团公司第二十七研究所 郑州 450047）

1 引言

数据融合是指将某一目标的多源信息进行融合，形成比单一信源更精确、更完全的估计和判决［1］。随着数据融合研究的不断深入，新的数据融合算法不断涌现出来。为了实现对不同的数据融合算法进行测试和性能评估，依托某课题设计开发了数据融合仿真测试平台。数据融合综合态势显示系统为该平台的一个子系统，主要完成将各类目标数据叠加在地图上以态势图的方式显示，以直观表现不同融合算法的实际效果。

传统的完全基于MGIS（军事地理信息系统）实现的态势显示系统，态势显示对象由MGIS系统管理，其优点是系统开发效率相对较高［2～3］，但也存在如下缺点：

1）MGIS在更新态势对象（航迹、军标、批号等）时，需清除原有对象数据，在态势数据量大、显示刷新频率高的情况下，态势显示的性能不能满足要求；

2）不能控制任意态势对象的相关属性（显隐、颜色等）；

3）态势显示依赖于MGIS实现、管理，限制了系统的可扩展性和灵活性。

本文提出基于MGIS和GDI技术相结合的数据融合综合态势显示系统解决方案，基于MGIS完成地图显示管理，基于GDI绘图技术完成航迹、军标等态势对象的绘制，通过两者的无缝集成，实现大数据量情况下数据融合综合态势的流畅、实时显示。

2 系统需求分析

2.1 数据融合仿真测试平台概述

数据融合仿真测试平台采用分布式系统结构，由信源模拟器、剧情、数据采集器、测试网关、综合态势显示、性能评估和被测数据融合软件等子系统组成。仿真网络与测试网络通过测试网关相连。其结构如图1所示。

图1 数据融合仿真测试平台结构图

其中，剧情子系统提供测试想定的编辑，生成目标状态与属性真值，提供环境信息、系统时统，并控制测试开始、结束等。

信源模拟器根据剧情目标真值数据、工作参数、环境等信息完成各类传感器探测数据的模拟。

数据采集器实时接收、存储各个子系统产生的数据。

测试网关主要完成仿真网络与测试网络之间数据报文格式转换，有控制地转发与隔离，防止目标状态真值进入测试网络。

性能评估完成各数据融合软件的各项性能指标值的计算。

2.2 数据融合综合态势显示系统需求分析

为了直观地展现目标的位置，系统必须支持矢量化的地图，并提供常规的地图操作，比如漫游、缩放等功能；为了区分目标类别和敌我属性，系统需要支持各目标类型军标。

由于目标数据是一个时间连续的数据集合，因此要求系统能够实时显示当前目标点迹和历史目标点迹，并形成相应目标批次的航迹。并且系统可以在信息融合结果、目标真值数据与传感器探测数据间切换，分别显示或叠加显示融合态势、真值态势与传感器态势。

最后，为了测试结束后再现各融合算法融合效果，系统需提供数据记录和回放功能。

3 系统设计

数据融合综合态势显示系统由数据接收解析、态势图形显示、数据显示、态势回放模块组成，如图2所示。

数据接收解析模块基于UDP协议，完成接收并解析剧情子系统、信源模拟子系统、被测数据融合软件等发送的态势数据。

态势图形显示模块完成地图、剧情真值态势、传感器探测态势和融合航迹态势的显示。

显示控制模块完成各数据源态势的显示切换及属性控制。

态势回放模块完成态势数据存储和回放显示。

图2 数据融合综合态势显示系统模块组成

4 系统实现

4.1 基于MGIS的地图显示

MGIS是军事地理信息系统基础平台，是我军自主开发的通用地理信息系统开发工具，为区域综合电子信息系统等作战指挥自动化系统提供通用的地理信息处理软件基础平台［4～7］。

MGIS提供的应用开发接口包括C＋＋类库和ActiveX组件库两种形式［8］。其中，MGIS C＋＋类库提供C＋＋动态链接库形式的二次开发包，涵盖了MGIS提供的几乎所有功能，执行效率相对更高一些；MGIS ActiveX组件库提供ActiveX控件形式的二次开发包，开发更为方便［9］。本系统开发环境为Vc＋＋6.0，由于地图显示需要和GDI绘图集成，开发接口采用C＋＋类库形式。

基于MGIS类库显示地图主要步骤如下：

1）连接 MGIS数据库，调用接口 MgisOpen－Database（）；

2）初始化MGIS环境，主要代码如下：

4.2 基于GDI的态势对象显示

GDI（Graphics Device Interface，图形设备接口）为Windows系统中进行图形图像处理程序开发的接口库［10］。基于GDI的态势对象包括航迹曲线、标距环、军标等。本文重点描述军标的绘制实现。

将飞机、舰船、导弹等目标类型军标简化为几个坐标点及其连线（直线或弧线）构成的矢量图形，以军标显示时的第一个点为原点，计算其它点相对原点的坐标。绘制军标时先根据航迹的航向对各坐标点进行旋转，再根据原点（即目标当前位置）进行平移，即可将上述军标坐标转换为屏幕坐标并连线显示。常见目标类型军标矢量化描述示意图如图3所示。

图3 常见目标类型军标矢量化描述示意图

军标屏幕坐标计算方法如下：

将目标当前位置的经纬度坐标转换为屏幕坐标（X0，Y0），并根据航迹临近点经纬度坐标计算航向角α；已知军标某个坐标点的相对坐标为（X1，Y1），则该坐标点的屏幕坐标（X，Y）的计算方法为

4.3 MGIS地图显示和GDI态势对象显示的集成处理

由于基于MGIS的地图显示和基于GDI的态势对象显示相互独立，各自绘制在独立的DC（设备上下文）上，需要进行叠加处理；同时在对态势进行缩放、漫游等操作时，需要对地图和态势对象的显示进行同步处理，确保地图显示和GDI态势对象显示的坐标系一致。具体实现如下：

1）MGIS地图显示和GDI态势显示DC叠加处理，主要代码如下：

2）MGIS地图显示和GDI态势显示同步处理

实现方法为在用户进行态势图漫游、缩放等操作时，更新态势显示对象的当前视图经纬度数据范围信息，并根据该经纬度范围信息调用MGIS相关接口（MgsAppDcToWc、MgsMapMove、MgsZoomOut、MgsZoomIn等）对地图进行同步漫游、缩放处理，即可实现地图和GDI态势对象显示的同步。

4.4 显示控制

以传感器态势显示控制为例说明实现过程，融合航迹、剧情态势显示控制方法类似。

态势显示初始化时根据传感器选择报文初始化各传感器的点迹、航迹曲线信息数据结构，每部传感器的所有点迹数据在一条曲线上显示，航迹按批号显示；其中航迹根据批号、更新状态判断该航迹是否已存在；如不存在或状态为新航迹，则在对应传感器的航迹曲线队列中增加一条航迹，并初始化颜色等信息。每增加一条航迹曲线时记录该曲线在所有态势曲线中的序号。对指定传感器的点迹／航迹显示控制即可通过对该传感器所属的曲线队列逐一设置相关属性（显隐、颜色等）实现。

4.5 态势回放

本系统除支持传统的基于数据文件态势回放外，还具备实时态势回放功能。

1）基于数据文件的态势回放

在实时测试模式下，通过双缓存和多线程技术将接收到的态势数据存储到本地文件；进入回放模式后，读取数据文件态势信息至缓存中，设置固定周期多媒体定时器，将态势数据周期性发送给相关模块进行数据解析、显示。每个周期发送的报文数根据回放速率调整。

2）实时态势回放

在显示态势时，除目标经度、纬度数据外，增加时间信息。实时态势回放（态势重演）时根据当前时间信息判断态势数据是否显示。本方法可完全复原态势航迹节点的时间序列，可任意拖动时间轴快速显示指定时刻态势，并能在实时测试模式和重演模式之间即时切换。

5 结语

图4 数据融合综合态势显示软件效果图

本文设计实现的数据融合综合态势显示系统综合了MGIS和GDI技术的优点，具备更高效的态势显示性能，可以方便控制任意态势对象的相关属性，同时具备良好的可扩展性和灵活性。该系统已成功应用于某数据融合测试评估系统综合态势显示，满足大数据量下综合态势显示性能要求，如图4所示。本态势显示系统的地图显示部分可以根据需要替换为其它技术（具备通过DC绘制地图接口），通用性较好，可广泛应用于其它项目态势显示系统中。

［1］于海霞，付才魁，林敏.AIS与军用雷达目标航迹融合算法研究［J］.军事交通学院学报，2009，11（5）：91－95.

［2］王家耀.军事地理信息系统的现状与发展［J］.中国工程科学，2002，4（12）：8－11.

［3］曹泽文，邓苏，陈文凯.基于 MGIS的部署图生成工具的设计与实现［J］.科学技术与工程，2009，9（23）：7183－7186.

［4］王凌艳，王志清，霍烁烁，等.基于MGIS的飞行器航迹数字化可视平台设计与实现［J］.现代防御技术，2013，41（6）：66－70，152.

［5］王家耀.军事地理信息系统（MGIS）在现代化战争中的作用及其发展［J］.信息工程大学学报，2000，1（4）：102－105.

［6］王家耀，华一新.军事地理信息系统［M］.北京：解放军出版社，1997：12－13.

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［8］军事地理信息系统编程参考手册［M］.北京：中国电子科技集团公司第15研究所，2001：32－35.

［9］修义瑞，李斌，刘忠.基于 MGIS的海洋站实况显示系统实现［J］.海洋测绘，2009，29（4）：64－66.

［10］周晓青.Windows GDI的图形图像处理技术应用［J］.网络安全技术应用，2013，10：17－18.