一种机载光电吊舱显控软件设计与实现

2018-10-29李杉格林静李杰

软件导刊 2018年8期

关键词：红外

李杉格林静李杰

摘要：随着特种飞机、无人机技术的发展，机载光电吊舱作为其核心任务载荷之一，逐渐得到了广泛关注，合理的显控软件设计对于充分发挥光电吊舱效能尤为重要。在Windows操作系统下，运用图像处理、GDI接口、虚拟仪表、多线程、网络和串口通信等技术，设计并实现了基于MFC应用程序框架的某型机载多功能光电吊舱显示控制软件，用于显示目标图像并对光电吊舱进行状态监视与实时控制。在实际试飞过程中，验证了该设计的有效性与可靠性。

关键词：光电吊舱；光电/红外；显控软件； OpenCV； C++

DOIDOI：10.11907/rjdk.173335

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2018）008-0153-04

英文摘要Abstract：With the development of special mission aircraft and UAV technology，airborne EO pods are gaining more attention as one of the critical payloads，in which reasonable display console software design is particularly important for bringing EO pod efficiency into full play.On the Windows operating system，combing with the image processing，GDI interface，virtual instrument，multi-thread，network and serial communication technologies，we design and realize the display console software based on MFC for a multi-functional airborne EO pod，The software can be used for image displaying，state monitoring and real-time controlling of the EO pod.The validity and reliability of this application have been verified via actual trial flights.

英文关键词Key Words：electro-optical pod； EO/IR； display console software； OpenCV； C++

0 引言

光电侦察探测在隐蔽性、分辨力以及电子战环境下的生存能力具有特殊优势，多功能光电吊舱集成可见光、红外、激光测距/照射等组件，是光电侦察探测装备中的重要一员，更是特种侦察飞机、察打一体无人机、海监舰船的核心任务载荷之一，可用于对地/对海目標进行大范围监视，在战场侦察、边境巡逻、地理遥感、抗灾抢险、海事救援等领域发挥着重要作用。

国内外学者的相关研究更多注重于机载光电吊舱的结构优化设计、目标参数提取等技术及应用与发展趋势。如：甘至宏[1]提出光电吊舱内框架减振系统的新设计方法，增加有效载荷空间与跟踪精度；王向军等[2]提出一种变焦控制系统，可实现快速分段变焦；KANG MYUNG HO等[3]提出一种新的载机自动成像目标坐标生成方法；刘洵[4]、娄树理[5]、王正林等[6]对光电吊舱的应用、发展趋势等进行了深入剖析。

作为多功能光电吊舱系统的重要组成部分与操作员交互界面，光电显控软件对于顺利完成既定任务与后期数据分析发挥着重要作用。本文介绍一种机载多功能光电吊舱显控软件，其在VS2012集成开发环境下使用C++语言进行开发，且高效、可靠，人机界面友好。

1 软件总体设计

1.1 功能设计

本设计中，光电吊舱主要挂载于特种通用飞机、旋翼机、无人机等飞机平台上。根据系统需求，光电显控软件需具备以下功能：

（1）目标图像显示功能：光电显控软件启动后，即开始持续监控可见光/红外两路视频数据通道，收到视频数据后，在软件界面上予以解压显示，并按需叠加显示十字线、跟踪框等辅助标识。

（2）光电吊舱控制功能：初始化完成后，光电吊舱操作员可根据具体需求，通过鼠标、键盘、操纵杆对光电吊舱进行实时控制（调节镜头参数、吊舱指向、电源通断等），对目标进行可见光/红外成像、搜索、跟踪、测距等。

（3）光电吊舱状态监视功能：通过解析接收到的遥测数据和图像数据中的叠加信息，光电显控软件以文字、数值、虚拟仪表等多种形式提供光电吊舱状态信息，以及载机平台位置、姿态等辅助信息，实现光电吊舱、载机平台的实时状态监视[7]。

（4）数据回放功能：执行任务时，光电显控软件可实时记录光电吊舱状态数据和目标图像/距离数据，供任务执行效果展示及回放分析。

1.2 界面设计

如图1所示为光电显控软件主界面，主要考虑简洁性、合理性、可靠性等几方面进行设计[8]。光电显控软件主要分为以下几个模块：①视频显示模块：解压显示可见光/红外视频（亦可双击全屏显示视频），并按需显示十字线、跟踪框、目标数据等叠加信息；②光电吊舱控制模块：对光电吊舱（包括可见光、红外、激光、伺服等组件）进行实时控制；③飞参显示模块：显示载机平台经纬度、姿态、速度、高度、POS状态等信息；④遥测信息显示模块：显示无线链路状态，遥测、统计视频数据；⑤操纵杆选项模块：配置操纵杆，监控操纵杆状态和串口控制数据。

2 软件应用开发

2.1 工作流程

如图2所示为光电显控软件工作流程。软件启动后，首先进行相关数据文件、软件界面、通信机制及视频库的初始化；其次，启动多个必要线程以保证软件的实时性[9]；然后，操作员即可通过界面按钮、键盘或操纵杆对光电吊舱进行实时状态监视与控制；任务完成后，还可按需进行数据回放展示。

2.2 网络通信

如图3所示为无人机系统地面控制站信息流，地面控制站包括链路监控、飞行控制、载荷控制3个席位。其中，光电显控软件运行于载荷控制席位中，需处理目标图像、遥控/遥测两大类数据：①目标图像数据：为压缩后的视频数据，对传输可靠性要求较高，光电显控软件通过TCP单播接收链路监控席位传送的目标图像数据，分别在两个线程中使用while循环予以实现，接收到足够图像数据后[10]进行解压显示；②遥控/遥测数据：光电显控软件采用UDP组播与链路监控席位、飞行控制席位进行遥控/遥测数据交互，用WSAAsyncSelect异步选择模型予以实现，链路、飞控、载荷3类设备遥控/遥测数据均在组网中进行交换，各功能软件各予所有、各取所需，通信更加简洁高效[11]。

2.3 虚拟仪表

此外，在视频图像上还可按需叠加显示辅助线、文字信息等，使用cvRectangle、cvPutText、cvLine等函数予以实现。

3 试飞测试

软件研发完成后，在外场进行了5架次全系统试飞（每架次飞行时间约2h），对光电吊舱探测/识别距离、静目标锁定、动目标跟踪[18]、激光测距距离/精度等功能指标进行完整测试。测试中，光电显控软件表现良好，圆满达到了各项设计要求。

4 结语

本文设计并实现了一种机载多功能光电吊舱显控软件，经试飞测试，验证了其功能的完善性、操作的便捷性与程序的可靠性，在实际应用中可有效提高光电吊舱系统的任务执行效能，对后续其它光电吊舱显控软件的设计研发具有一定借鉴意义。

参考文献：

[1] 甘至宏.光电吊舱内框架减振系统设计[J].光学精密工程，2010，18（9）：2036-2043.

[2] 王向军，王敏.适用于无人机小型吊舱的变焦控制系统设计[J].光电工程，2013，40（1）：139-144.

[3] KANG M H，LEE J H，KIM B H，et al.Generation of target coordination for automatic image aquisition of the airborne EO/IR POD[P].韩国，KR101415145，2014-07-04.

[4] 刘洵，王国华，毛大鹏，等.军用飞机光电平台的研发趋势与技术剖析[J].中国光学与应用光学，2009 （4）：269-288.

[5] 娄树理，杨增胜，周晓东.无人机光电侦察、监视技术研究[J].红外与激光工程，2007，23（2）：28-30.

[6] 王正林.无人机光电载荷及其应用[J].光电技术应用，2013，28（1）：16-17.

[7] 张鹏，刘博，段照斌.新型民航客机虚拟综合显示系统设计[J].电光与控制，2017，24（6）：69-73.

[8] Installation of Electronic Display in Part 23 Airplanes[S].AC No：23.1311-1C，1999.

[9] 陈淑洁，杨海明.提高基于Windows工控软件实时性的策略研究[J].计算機工程与设计，2008（22）：5903-5905.

[10] CHARLES PETZOLD.Windows程序设计[M].方敏，张胜，梁路平，等，译.北京：清华大学出版社，2010.

[11] 刘军利.综合显控软件的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2015.

[12] G950 integrated flight deck pilot′s guide[EB/OL].https：//www.garmin.com/.

[13] 李杉格，林静.基于GMap的无人机地面控制软件开发[J].现代计算机：专业版，2017（34）：62-65.

[14] 邱伟龙，陈国兴.飞机虚拟仪表建模仿真关键技术研究[J].飞机设计，2014，34（3）：49-54.

[15] 陈明生，梁光明，孙即祥，等.复杂背景下H.264压缩域运动目标检测算法[J].通信学报，2011，32（3）：91-97.