可视化技术在雷达侦察信号分析中的应用

董传刚，刘卫荣

(中国电子科技集团公司第15研究所信息技术应用系统部，北京 100083)

数据可视化技术是运用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换为图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。数据可视化的概念来自科学计算可视化［1］，自1987年提出以来，在各工程和计算领域得到了广泛的应用与发展。当前，可视化在自然科学、工程技术、金融、通信和商业等领域得到了普遍应用。

在医学数据的可视化领域，由于近代非侵入诊断技术，如CT、MRI和正电子放射断层扫描(PET)的发展，医生能够轻易获得病人有关部位的二维断层图像;在油气勘探领域，利用可视化技术，英国PGS Tigress有限公司开发的可视化软件及大庆勘探开发研究院开发的地质数据可视化系统，可从大量的地质勘探数据或测井数据中，构造出感兴趣的等值面、等值线，并显示其范围及走向，从而帮助专业人员作出正确解释［2］。

近年来，国际上提出了信息可视化问题，是可视化技术在非空间数据领域的应用［3］，用以发现隐藏在海量数据背后的重要特征、关系和模式，从而了解多维数据及其之间的相互关系与发展趋势。

1 雷达侦察数据可视化

按用户和数据间交互方式的不同，可视化策略可分为如下 3 种［4］:

(1)事后处理。即可视化过程在数据计算完成之后才开始。(2)跟踪。跟踪方式下随着计算的推进可做一些可视化工作，其要求显示中间结果，并允许监控程序在达到目的或出现异常时终止计算过程，因而具有一定的交互性。(3)驾驭。驾驭是充分交互的，计算与数据的可视化同时进行，并可根据当前计算状态对计算过程进行实时交互控制。

随着电子侦察技术的不断发展，电子侦察设备对电磁信号的侦察能力越来越强，且电磁环境日益复杂，所侦察的数据量日益增多、侦收信号的杂乱程度也日益提高，故对电子侦察数据的自动处理算法提出了越来越高的要求。将可视化技术应用到电子侦察数据分析过程中，对验证电子侦察设备侦察性能、处理算法对电磁环境的适应能力、处理结果的可靠性均具有重要意义。

将雷达侦察设备前端所侦收的射频脉冲的脉冲描述字定义如下［5］

其中，θAOA为脉冲的到达方位角;fRF为脉冲的载波频率;τTOA为脉冲前沿到达时间;τPW为脉冲宽度;AP为脉冲幅度，在该定义中不考虑雷达脉冲的脉内调制特征。

雷达侦察数据可视化就是将相关的可视化技术及策略应用到雷达侦察数据的处理过程中，结合雷达侦察信号分选的算法及处理流程，对脉冲描述字中的各参数进行统计分析，以图形的方式直观呈现出来，并可根据统计图形对信号的处理过程进行人工干预，直至获取到可信的雷达侦察数据处理结果。对雷达脉冲的到达方位角θAOA、载波频率fRF、脉冲宽度τPW、脉冲幅度AP按一定规则进行直方图统计，分别展示方位角直方图、载波频率直方图和脉冲宽度直方图、脉冲幅度直方图;对脉冲的前沿到达时间τTOA可通过脉冲间到达时间差获取到n阶TDOA，再对n阶TDOA进行直方图统计并展示。

2 人机交互点的选取

雷达侦察信号的分选过程，可归纳为对脉冲的空域参数、参数域参数、时域参数［6］的综合处理过程，即通过空域参数处理、参数域参数处理、时域参数处理得到雷达的特征参数，如图1所示。

图1 雷达侦察信号分选流程

根据对脉冲描述字PDW的定义，对图1进行细化，可获得如图2所示的雷达侦察信号处理过程。

图2 雷达侦察信号分选流程(细化)

其中，方位信息预分选、载频预分选、脉宽预分选及脉幅预分选的执行顺序是可调整的。从图2可看出，影响雷达侦察信号处理结果的因素包括5个:方位信息、载频信息、脉宽信息、脉幅信息和nTDOA。因此，人机交互点的选取应基于脉冲的方位信息、载频信息、脉宽信息、脉幅信息及脉冲间到达时间差nTDOA，将方位信息预分选过程、载频预分选过程、脉宽预分选过程、脉幅预分选过程及nTDOA分选过程转换为人机交互的处理过程，再将脉冲的方位信息、载频、脉宽、脉幅及nTDOA的统计结果以直方图方式进行展现，各处理过程的输入参数通过操作统计结果直方图输入，且各处理过程的执行顺序及是否需要执行均由人工确定，从而达到了对各处理过程输出结果的人工控制，使雷达侦察信号的处理过程完全可控，并实现了充分的可视化交互。

3 仿真与实现

可视化工具采用西班牙Steema Software SL公司开发的TeeChart图表类控件，该控件可在VB、VC、Delphi等各开发环境中使用［7］，通过该控件提供的各种属性和方法来控制生成的图形，以实现人机交互系统方便快捷的人机交互性，开发环境采用Visual Studio 2010。

系统设计的类图如图3所示，以CRadarDataPro-Frame类作为该系统的框架类，该框架类包括一个分割窗口类CSplitterWnd以及一个表格显示的视图类CPulseGridView、一个图形显示的视图类CPulseGraph-View，各视图类下包含各显示控件 CBCGPGridCtrl、CTeeChart、CComboBox［8］。

图3 系统设计基本类图

软件界面分割为上下两个窗口，上部窗口中嵌入一个列表显示控件，用以显示脉冲描述字列表，下部窗口中嵌入两个图形控件及一个下拉框控件，用以显示脉冲描述字的统计图形，并通过图形控件实现对雷达侦察信号的人机交互分选，在下拉框控件中列出对脉冲描述字的统计图形，包括方位直方图、载频直方图、脉宽直方图和TDOA直方图。软件设计界面如图4所示。

图4 软件设计界面图

通过菜单“文件”→“文件浏览”，打开由脉冲描述字形成的二进制文件，在表格中显示脉冲列，同时对脉冲描述字进行统计，并将统计图形显示在直方图控件区域，并在TDOA时序图控件区域显示脉冲的TDOA时序图。通过“图形选择”下拉框，将直方图切换到载频直方图，在直方图上双击，产生载频范围选取的colorband，鼠标左键按住colorband的一条边进行拖动，选择载频的范围，再次双击，可产生另一个colorband，如图5中所示的两个colorband，从而形成多个载频参数范围，实现脉冲的载频预分选，列表区域及TDOA时序图显示区域随colorband的变化进行实时更新。对其他脉冲描述字的交互过程与载频相同，实现对雷达侦察信号处理过程的驾驭。

图5 图形显示界面

4 结束语

将可视化技术应用到雷达侦察信号处理过程中，以直观简洁的方式展现脉冲描述字统计特征，对获取准确的雷达特征参数具有重要意义。随着电子侦察设备侦察性能的日益提高，侦察的数据量在不断增大，如何实现对海量电子侦察数据的可视化，进一步提高可视化分析过程的响应速度是下一步研究的方向。

［1］ 任永功，于戈．数据可视化技术的研究与进展［J］．计算机科学，2004，31(12):92 －96．

［2］ 黄志澄．给数据以形象给信息以智能—数据可视化技术及其应用展望［J］．电子展望与决策，1999(6):3－9．

［3］ 杨彦波，刘滨，祁明月．信息可视化研究综述［J］．河北科技大学学报，2014，35(1):91 －102．

［4］ 杨文强．复杂电磁环境下的态势展示［D］．北京:北京邮电大学，2009．

［5］ 赵国庆．雷达对抗原理［M］．西安:西安电子科技大学出版社，1999．

［6］ 陶荣辉．雷达信号分选技术研究［D］．北京:中国工程物理研究院，2005．

［7］ 屈景辉，李传伟．TeeChart应用技术详解—快速图表制作工具［M］．北京:中国水利水电出版社，2008．

［8］ 尹成，颜成钢．Visual C++2010开发权威指南［M］．北京:人民邮电出版社，2010．