赵 泉,钱志亚

(船舶重工集团公司723所,扬州225001)

0 引 言

雷达信号模拟器是以计算机为核心的电磁环境仿真设备,主要用于检测雷达侦察设备的信号分选、目标识别等性能,为雷达侦察设备的系统测试、功能检验等提供技术保障,也是训练雷达侦察装备职手的有效辅助工具。由于现代信息化战争的需要,在实战训练中不再满足于在雷达坐标系统下简单的训练,而是希望在大地坐标系统下将多个训练目标的位置在电子地图上显示出来,由此能够大大提高日常训练的真实性。

目前Mapinfo公司的组件产品MapX相对于其他地理信息系统(GIS)开发产品具有使用方便灵活、开发语言简单、费用低廉、开发周期短等优点,因此得到广泛应用。本文着重介绍在雷达信号模拟器中如何运用MapX技术实现目标在电子地图中的显示功能。

1 系统分析

雷达信号模拟器通过目标运动轨迹实时计算当前时刻中雷达侦察设备平台与雷达信号模拟器平台的距离、方位、俯仰等参数,根据系统功能要求,雷达信号模拟器要实现各个平台的实时位置显示及运动轨迹显示,能够实时显示雷达信号模拟器的信号强度范围,根据信号强度范围及雷达侦察平台的位置实时计算雷达侦察设备是否侦收到雷达信号,以及信号的到达角。因此针对系统的功能要求,利用MapX控件要完成的GIS功能有:地图控制功能,包括缩放、漫游;地图图层创建及删除;轨迹绘制功能,包括直线、折线、圆形轨迹绘制;目标点地理信息获取,如指定位置经纬度获取;矢量地图上的目标移动;目标距离、角度计算等功能。MapX通过OCX控件技术可方便地加入到工程中,因此可利用其复杂的空间数据结构和强大的图层操作能力来实现以上这些功能。

2 MapX简介

MapX是MapInfo公司推出的地图控件,它可以在应用程序中方便地加入GIS功能,使用VB、VC++、Delphi、PowerBuilder等面向对象语言来创建应用程序。MapX按图层组织地图,通常在MapX中使用的图层都是矢量图层,可以进行无限缩放而不丢失该图层的地理信息。MapX可以方便地将一些有特殊意义的数据记录在地图上,使用户直观地了解地理信息,为用户的决策提供根据。MapX还可提供强大的地理信息查询与统计功能。这些特点正是MapX适用于开发GIS的主要原因。

3 MapX技术在雷达信号模拟器系统中的应用

3.1 建立仿真地理环境

在雷达目标模拟器系统中,仿真的地理环境主要是指电子地图的创建及其显示坐标系设置。首先,MapX显示的GST文件需先在MapX组件工具GeosetManager中建立好;其次,在VC++工程中包含位于MapX安装路径的子目录下MapX.h和MapX.cpp文件。接下来在视图类中包含MapX.h头文件,为要显示的地图资源对象创建地图资源ID并在视图框类的onCreate和onSize消息映射函数中创建MapX地图控件并调整它与窗口的相对位置、大小和显示坐标系参数。通过以上步骤就把包含MapX的应用程序框架搭建完毕,可以编译运行显示地图了。

3.2 地图控制及实现

在目标仿真过程中为了使观察更加细致灵活,控制地图的缩放和漫游必不可少。这些功能的实现主要是通过调用MapX控件中的标准工具。这些工具由MapX封装,在需要使用的地方通过调用相应的函数来实现。地图要素的选择、查询、编辑,放大、缩小等功能也比较容易实现,对于Map对象有一些可以直接调用的工具。例如:

放大:Map1.CurrentTool=miZooomInTool

缩小:Map1.CurrentTool=miZooomOutTool

漫游:Map1.CurrentTool=miPanTool

在没有可直接调用工具的时候,可以自定义工具。

3.3 地图图层创建及删除

MapX中的电子地图其实由很多透明的图层组合而成,每个图层包含地图的不同组成部分。这些图层依次堆叠在一起,用户即可看到地图的全貌。例如,第1个图层包含国界,第2个图层包含代表首都的符号,而第3个图层包含高速公路。将这些透明部分依次堆叠在一起,即构成一张完整的地图。对于实时应用程序,地图图元在地图图层中需要实时更新,例如在图层中显示运动着的目标,如采用动画图层,地图的重新绘制将会更加迅速。在目标仿真程序中,为了便于实时数据计算及图层管理,通过CMapXLayer类中的CreateLayer函数分别创建了“雷达” 、“轨迹” 、“目标”层,通过 CMapXLayer类中的SetAnimationLayer函数将”目标”层指定为动态图层。因为创建的图层会被添加到地图中,当下一次打开应用程序时,创建图层过程会失败,所以在应用程序结束时,采用CMapXLayer类中的 Remove函数将创建的图层删除。

3.4 轨迹绘制功能

在系统中,轨迹绘制主要是指用户由于目标仿真的需要在地图上利用鼠标拖动绘制轨迹,包括直线、多折线、矩形线和圆形线等轨迹。该功能通过MapX中的多种方法和事件实现。首先,在视图类的初始化事件中OnInitialupdate通过调用CMapX类中的CreateCustomT ool函数创建自定义工具,声明自定义工具常量。然后分别在MapX消息函数onToolUsed或OnPolyToolUsedMap中创建相应轨迹。在onToolUsed中利用传入的鼠标键按下点坐标(X1、Y1)和鼠标键抬起点坐标(X2、Y2)计算直线、弧线、矩形、椭圆顶点或圆形圆心和半径长度构成点集对象,再利用CMapXFeatureFaetory类中的CreateLine和CreateArc方法绘制直线和弧线;利用CMapXFeatureFaetory类中的CreateElliptical-Region和 CreateCircularRegion函数绘制椭圆和圆。调用CMapXFeature类中的SetType图元类型设置函数将图元设置成miFeatureTypeLine(线型图元),调用CMapXStyle类中的线型修改函数Set-LineStyle、SetLineColor设置图形的线型样式、线的颜色等。最后调用CMapXLayer中的AddFeature方法将图元添加到图层中去,然后用 Refresh函数将图层刷新。在OnPolyToolUsedMap中利用传入的鼠标键按下的一系列点计算折线、多边型线的顶点构成点集对象,再利用CMapXFeatureFaetory类中的CreateLine函数绘制折线、多边型线。

3.5 基于真实地理信息的运动目标

在使用MapX进行目标模拟的过程中要解决的关键问题有2个:(1)目标创建及移动;(2)目标之间的相对位置关系在电子地图上的显示。

(1)目标创建及移动

在雷达信号模拟器系统中,需要为运动目标指定轨迹,让目标按指定轨迹运动。首先,要设置目标运动的起始点,可以通过鼠标点击的方式,利用程序响应鼠标点击事件,获取点击点在屏幕上的位置。并通过 Map1.ConvertCoord(&ScreenX,&ScreenY,&MapX,&MapY,miScreenToMap)内置的坐标转换函数转换成目标经纬度信息,也可通过手动方式直接设置目标的经纬度值。然后,通过CMapXStyle类中的标签特性修改函数SetSymbolType、SetSymbolBitmapSize、SetSymbolBitmap-Name设置目标图形、尺寸、图形名称;最后,调用CMapXLayer中的AddFeature方法将目标添加到“目标”图层中去,用 CMapXFeature的 Update函数显示目标图形。在地图中,目标要连续地沿轨迹运动,因而在地图中的位置会动态变化。在视图的OnTimer事件中求出当前与前一时刻目标的经纬度偏差,然后使用CMapXFeature的Offset函数将目标图形按经纬度偏差移动后,用 Update函数更新目标图形,实现了电子地图中目标的移动。

(2)目标之间的相对位置关系在电子地图上的显示

MapX电子地图有数值坐标系统和显示坐标系统两套坐标系统,其中数值坐标系坐标是图层元数数值表示的X-Y坐标位置,一般默认为经纬度。显示坐标系统是图层中图元在窗口中显示的地图坐标和地图投影方式。因此在实时计算目标之间的相对位置关系时,其地图显示时,要将其转换到WGS-84大地坐标系下,即经纬度。

设雷达的大地坐标为(L,B,H),其中L为经度;B为纬度;H为雷达的大地高度。雷达在地心空间直角坐标系中的坐标为(X,Y,Z)T,则两者之间的转换关系有:

式中:e为参考椭球的第一偏心率;N为所在点的卯酉曲率半径。

设如图1所示,已知P点、Q点的大地坐标分别为(L1,B1,H1)、(L2,B2,H2),则通过公式(1)将两点坐标转换到地心空间直角坐标(Xp,Yp,Zp)和(Xq,Yq,Zq),再通过坐标轴的3次旋转,即可将Q点坐标转化到以P点为原点的雷达测量坐标系中。

图1 雷达测量坐标系与大地坐标系转换图

通过公式(1)可将电子地图上目标的经、纬度信息转化到雷达平台上的雷达测量坐标系中,这样能够方便地计算出两点之间的相对位置关系及距离,满足了雷达信号模拟器在使用中雷达侦察设备对方位、距离的检测要求。

4 结束语

将MapX技术应用到雷达信号模拟器系统中,可以真实、直观、精确、实时、动态地对目标运动进行模拟仿真,使真实的地理信息融入了雷达信号模拟器系统之中,便于在模拟系统中对设备性能进行评估、检测。并为基于地理信息的多站工作环境下雷达信号模拟器的进一步研究提供了便捷。

[1]黄杏元,汤勤.地理信息系统概论[M].北京:高等教育出版社,1990.

[2]齐锐,屈韶琳,阳琳赟.用MapX开发地理信息系统[M].北京:清华大学出版社,2003.