基于Direct3D技术的VTS雷达PPI显示优化设计

刘 铎，黄晓燕

(1.中国电子科技集团第20研究所雷达部，陕西西安 710068;2.西北工业大学航海学院，陕西西安 710072)

显控终端是雷达系统的重要组成部分，为雷达操作员提供主要的操作功能与目标信息显示功能。根据雷达回波数据，显示终端对一次回波的处理，将直接影响雷达的性能指标情况，而实时回波显示对计算机显卡的要求也较高，运用Directx3D技术可最大限度的提高显卡的使用效率，实现了利用纯软件方法显示雷达视频回波［1－2］。

针对PPI显示系统中存在的一次回波数据处理问题［3］，可通过下面两种方法进行解决:

(1)通过软件实现雷达视频回波显示。需将数字化的雷达视频回波数据从极坐标转化为直角坐标系实时显示。经坐标转换后，灰度图像映射不能填满整个屏幕，而距离圆心中心越远，缺损越大，从而形成了摩尔纹。利用 Directx3D技术下的 PPI(Plane Position Indicator)显示采用远区补偿方法并结合图层融合消除这一问题。

(2)通过网络接收回波数据较大时，通常会出现丢包现象和数据实时刷新问题。因此采用合理的数据处理方法，将影响到雷达回波的显示。利用多级缓存和求均的方法，回波数据可得到较好的修正。

1 系统工作原理

雷达系统由天线、伺服系统、收发机构、定时处理、信号处理板、中心机和终端 PP显示等子系统构成［4－7］。

伺服机构控制天线转动，收发机构将接收到的目标信息，通过定时器定时传送到信号处理板，信号处理将各扫描方位上的回波信号进行数字化采样，形成回波数据包，回波数据包通过PCI总线发送至中心机，中心机通过千兆以太网将回波数据转发至显控终端，PPI在回波数据包的驱动下实现实时回波显示。雷达工作示意图如图1所示。

图1 雷达工作示意图

2 PPI显示坐标转换

系统PPI显示使用的显示器分辨率为1 920×1 080，每条回波扫描线由500个像素点组成，显示区域大小为1 000×1 000个像素。显示圆心坐标(500，500)，圆距离半径为500。

在距离方向将极坐标转换为直角坐标公式如下

其中，(x0，y0)为极坐标圆心;ρ为圆半径，对应屏幕坐标如图2所示。

图2 屏幕坐标

回波数据对应的单色灰度颜色变化范围为0～255之间，回波信号使用Byte进行量化和表示，每次采集500个回波点。本系统的天线扫描周期约3 s，PPI方位波束周期分为8 192、4 096、2 048这3种，针对不同量程波束周期及每帧数据量大小变换在10 000～200 000之间。

采用查表方式，以方位角θ和距离ρ组成的极坐标地址空间与显示存储地址(x，y)的直角坐标地址空间的映射关系，并用查找表的方式反映该种映射关系，即(ρ，θ)为表的索引，(x，y)为表的内容，极坐标与对应直角坐标的关系变为地址与内容的映射关系，查找表的内容事先根据坐标转换基本原理经高精度计算得到。

3 数据缓存机制

中心机采用千兆以太网方式每隔1 ms将32 kB的回波数据送出，显控终端接收到32 kB大小的数据后，将目标信息实时刷新显示。由于数据不同量程的数据量大小不同，UDP网络接收数据会出现数据丢失问题，因此需将接收到的数据进行二级缓存，数据缓存示意图如图3所示。通过不断更新缓存区数据，实现回波数据的实时更新。

图3 数据缓存示意图

4 Direct3D纹理图层融合

系统PPI显示共有4个图层，分别由视频层、方位距标层、遮蔽区域绘制层和属性层构成。不同层之间需进行融合，利用Direct3D的图层融合技术，对各纹理层进行图层叠加，完成多纹理层的同一画面显示。Direct3D图层融合效果函数代码示例如下，多图层融合效果如图4所示。

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

Device→BeginScene();//设置图层效果

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);/获取并设置使用手法渲染图形

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();

图4 多图层效果图融合前、融合后

5 远区补偿方法

由于从直角坐标转换成极坐标所固有的非线性影响及方位与雷达触发的异步关系，会出现回波远区分裂的现象。结合查表法使坐标转换中正、余弦函数值的精度达到10－3，并采用插值算法在一次方位处理完成后，下一次触发到来前，再以当前的回波值辅以新的方位进行显示处理。方位插值前后的示意图如图5所示。

图5 方位差值示意图

在1 000×1 000显示区，该区域范围圆周的像素数为2π×10 000，通过插补方位处理后，插入后方位数量为8 192个，并可消除摩尔纹。远区补偿方法效果如图6所示。

图6 远区补偿效果

令波束方位为n～m，x∈［n，m］;采用线性插值做方位x处插值，A表示回波，则任意两回波处插值的回波可表示为Ax=(Am+An)/2。

如上图可看出，通过远区补偿摩尔纹消失，因此可有效地解决远区回波分裂现象。

6 结束语

本文主要利用Directx3D技术下VTS雷达的PPI显示，针对远区一次回波图像出现的损失问题，采用远区补偿方法结合Direct3D技术的图层融合，实现了图像显示的修正。同时解决了网络传输过程中出现的回波数据丢失问题。在回波实时处理中采用二级缓存方法，实现了数据的实时更新，系统软件采用VS2005对本方法进行了开发验证。

［1］MERRILL I S.雷达手册［M］.2版.王军，林强，米慈中，等.译.北京:电子工业出版社，2003.

［2］丁鹭飞，耿富录.雷达原理［M］.3版.西安:西安电子科技大学出社，2002.

［3］孙鹏，赵保军.VTS雷达信号处理器的设计与实现［J］.现代雷达，2002(1):54－56.

［4］童文滔，徐火生.一种新型雷达显示系统技术的研究［J］.舰船电子工程，2004，24(5):4 －5.

［5］张乐锋，虞华，胡卫东，等.信息化雷达显控终端的设计与实现［J］.现代雷达，2009，31(8):33 －38.

［6］周新春，昂海松，罗东明.基于DirectX的微型飞行器飞行仿真系统［J］.系统工程与电子技术，2007，29(7):1197－1200.

［7］王成龙，米阳，于晓波.靶场光学测量设备仿真训练系统的设计［J］.测控技术，2008(4):76－78.