一种适应乱序数据包的雷达回波平滑显示方法

杨沁泓,付 林,焦 禹,孔 玥

(中国船舶集团有限公司第八研究院,南京 211153)

0 引 言

分布式视频处理技术作为基于服务器组网络传输的新型拼接技术,可以提高信息处理的速率和容量,但处理后的信息通过网络发送到后端显示软件具有乱序、片段化、数据疏、漏等缺点。

本文提出一种适应乱序数据包的雷达回波平滑显示方法,实现扫描线及回波在态势显示区域顺时针更新,能精确呈现搜索雷达的探测结果,同时兼容不同型号处理器组采样能力造成的扇区数据疏、漏或间隙,实现扇区数据间的平滑处理,保证用于态势显示的回波视频数据准确、纹理精细。

1 基本概念

1.1 态势显示区视频回波绘制机制

显示软件将态势显示区分割成n个圆心角为θ/n的扇形区域,再通过对雷达回波进行全程全方位的特征提取,识别出全部雷达回波的特征,根据方位、距离转化成屏幕的纵、横坐标,把雷达回波特征可视化映射至态势显示区对应的扇形区域,可以用以下公式实现转换:

dx=Υ×sin(α×π÷180)

(1)

dy=Υ×cos(α×π÷180)

(2)

Px=X0+dx×R÷Sr+λx

(3)

Py=Y0-dy×R÷Sr+λy

(4)

式中,α、β分别为方位和仰角,°;Υ为距离;X0、Y0分别为原点像素x值和y值;dx、dy分别为距离在x、y方向的分量值;R为半径的像素值;Sr为当前量程(由放大比例确定),与dx和dy量纲相同;λx、λy分别为偏心x和y分量;Px、Py分别为x方向和y方向的屏幕坐标。

图1给出了回波视频数据包经解析后投影至对应扇区的示意。

图1 扇区示意图

1.2 分布式信息处理面临的问题

分布式处理器的处理能力、截取的数据包内容、网络传输速率、拆包等原因导致视频数据无法按照天线扫描的顺序依次到达显示软件,造成扫描线摆动、雷达回波更新乱序等现象,不符合搜索雷达显控软件中扫描线和回波信息跟随伺服天线0°～360°顺时针旋转及更新的作战需要和使用习惯。

同时,大量程、高分辨率的回波数据采用单报文传输将超过网络传输字节限制,须将该回波数据截取成多个报文包分次发送给显示软件,显示软件将其进行拼接再实时显示。

另外,采样率的选取可能造成方位扇区疏或漏,显示软件面向用户,须保证回波视频纹理的精度和连续,因此必须实现扇区数据间的平滑处理。

2 算法实现

本文算法流程包括数据接收、方位排列、数据拼接、视频纹理平滑处理和回波视频绘制等,如图2所示。

2.1 数据接收

开辟网络线程和缓冲区A,无差别接收雷达并行数据处理器1～N的回波数据。为缓冲区A设置标志位,表示A[i]数据元素是否更新或删除,其中i表示缓冲区A内数据元素所在位置,将该标志位作为索引关键字,按网络包到达先后顺序将收到的扇区回波数据放入缓冲区内尚未更新的位置,并将该位置的标志位置为true,此时缓冲区A未排列也未拼包。

图2 算法流程图

2.2 方位排列

视频数据包携带方位计数器信息,可作为视频数据的标记,再通过下述方法进行视频数据包排列:

对于大小为BufferNum的缓冲区A,设置变量i、j用于指向缓冲区A内的元素位置,其中i=0(即指向缓冲区A的第1个数),j=BufferNum-1(即指向缓冲区A的最后1个数);将第1个数组元素赋值给pivot(即pivot = A[0])。从最后1个数由后向前开始遍历(j--),当找到满足以下两个条件任意一个条件的元素时,交换i和j指向的数据元素:

(1)(A[j].unAziCount>=pivot.unAziCount)&&((A[j].unAziCount - pivot.unAziCount) <60000);

(2)(A[j].unAziCount<=pivot.unAziCount)&&((pivot.unAziCount- A[j].unAziCount) >60000)。

从第1个数由前向后开始遍历(i++),当找到满足以下两个条件任意一个条件的元素时,交换i和j指向的数据元素:

(1)(A[i].unAziCount <= pivot.unAziCount) &&((pivot.unAziCount-A[i].unAziCount)<60000);

(2)(A[i].unAziCount>=pivot.unAziCount)&&((A[i].unAziCount - pivot.unAziCount) >60000)。

循环重复直至i=j,将pivot元素赋值给A[i],此次循环结束。

递归重复上述过程,最终实现缓冲区A中的数据按扫描线顺时针排列。假设缓冲区A内未经排列的回波报文的脉冲计数器序列为 {65534,65533,65535,65532,2,3,1,4,0},则排列后的回波报文的脉冲计数器序列为 {65532,65533,65534,65535,0,1,2,3,4}

2.3 数据拼接

顺序提取排列后缓冲区中的元素,将同一扇区的回波数据片段按图3所示拼接成一个完整的扇区数据,清空被提取的内容并将标志位(bVideoUpdate)置为false。

图3 数据拼接示意图

2.4 视频纹理平滑处理

将拼接好的数据填入视频纹理环形缓冲区,同时更新写指针;绘图线程读取视频纹理环形缓冲区内容,绘制视频纹理,同时更新读指针。

针对扇区采样点出现的间隙,通过下式实现数据平滑填充:

(5)

式中,Data1为上一个方位上的回波数据;Datan为当前方位上的回波数据;Datai为填充在i方位上的回波数据;Indexi为i方位量化至态势显示区上的索引值,如图4所示。

图4 视频纹理填充示意图

2.5 回波视频绘制

通过设置合适的投影矩阵和合适的视口将图形映射到屏幕坐标,或通过其他方式实现雷达回波的显示。

3 实测结果分析

实验平台基于分布式处理器组,视频数据经光纤发送至分布式处理器的进机卡中,再经服务器轮询处理后发送给显示软件。

本文使用基于OpenGL纹理映射机制,用于处理后的回波显示。通过本文所提方法处理后,显示效果如图5所示。

4 结束语

经实验证明,本文方法符合态势显示跟随搜索雷达伺服天线0°～360°顺时针旋转探测而更新的作战需要和使用习惯,能够实现大量程、高分辨率的信息传输及显示,克服不同型号处理器组采样能力造成的扇区疏、漏或间隙,实现扇区间的平滑处理,保证回波视频纹理的精度和细腻度。后续将在距离副瓣的填充算法、节约数据预处理时间和效率方面进一步展开研究。

图5 处理后的回波显示效果