显控仿真系统设计与实现

朱长发 程耀 刘泉晶 王宝欣

摘要：显控仿真系统是新型号武器装备在系统设计阶段中模拟和检验实际装备功能的重要工具之一。显控仿真系统通过接收并显示各武器分系统的信息状态；显示雷达搜索到的目标，实现空情信息的融合与共享；模拟控制各分系统设备，对分系统和目标下达控制命令，达到模拟作战流程的目的。通过显控仿真系统的模拟控制，既可以检验分系统的设备功能完整性，又可以为武器系统优化提供设计思路。

关键词：显控；仿真系统；模拟控制

中图分类号：TP311.11 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）07-0237-02

Abstract： The display-control simulations is one of the important tools for simulating and verifying the actual equipment functions of the new model weapon equipment in the design phase.The display-control simulations achieve the purpose of simulating operational command process by receiving and displaying information status of each weapon subsystem； displaying radar's targets and fusing and sharing air situation； simulating to control subsystems.Through the analog control of the display-control simulations，it can not only verify the functional integrity of the subsystem， but also provide design ideas for weapon system optimization.

Key words： The display-control； Simulations system； Analog control

1 引言

显控仿真系统[1][2]能够为武器系统实现各项作战功能提供平台，具有目标情报显示[3]与控制、系统及各设备状态信息显示，同时具有对系统的各设备控制、管理等功能[4]。显控仿真系统主要由硬件设备和仿真软件组成，硬件设备连接雷达系统、导弹系统、通信系统等设备，仿真软件通过网络接收各系统的报文，根据解析网络报文，适时发送控制命令，以模拟真实作战环境下的武器指挥系统的作战过程。

2 硬件组成

显控仿真系统的硬件主要包括计算机模块、显示模块、操控模块以及电源模块等组成，如图1所示。

计算机模块：显控仿真系统的核心部分，由主板、内存、显卡等板卡组成。计算机模块装载显控仿真软件，主要负责实时接收并处理各系统的网络数据、接收处理操控模块的按键命令以及响应显控仿真系统软件的操控。

显示模块：执行计算机模块的显示终端，通过VGA/DVI与计算机模块连接。计算机模块将各分系统的状态和空情信息整理解析，以文字或图形的形式在显示模块中显示。

操控模块：主要由鼠标、键盘和用户自定义按键组成，与计算机模块通过串口连接。计算机模块采集操控模块按下弹起的信号，并控制操控自定义按键灯的亮灭状态。操控模块结合软件界面的按钮，对各分系统下达仿真控制命令。

电源模块：连接外部的输入电源，通过变压模块转化为系统设备各内部模块所需的电压或电流。其中，电源模块中的稳压模块能够保护仿真系统内部模块，使其不受外部电源变化的影响。

3 显控仿真系统软件设计

显控仿真系统软件的开发基于Qt Creator跨平台集成开发环境下进行。QT[4][5]是一种跨平台应用程序开发框架，能够在windows、linux及中标麒麟等多种操作系统下运行，其面向对象的编程方式、丰富的API函数以及良好的界面优化能力能够完全满足该仿真软件的开发需求。本文的Qt Creator版本为3.2.1，QT版本为4.8.6。

3.1 通信方式

显控仿真系统软件通过网络传输的方式与信息处理机软件进行通信。通常，网络通信方式有两种：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。UDP具有可传輸距离长，传输速度快等特点[7]，因此本文选用UDP方式进行网络通信，通过周期性发送与重复多拍发送的方式相结合以降低其数据传输可靠性差带来的风险。采用QT自带的QUdpSocket类，实现点播发送与接收和广播接收功能。实例创建如图2所示，m_udpSocket用于点播收发，m_udpSocket用于广播接收。

显控系统内部计算机模块与操控模块之间则是通过RS422串口通信。相比其他方式，RS422串口通信成本低，可靠性高，同时其传输距离和传输速度均可满足本文的需求。本文选用成熟的第三方库qextserialport，该工具使用便捷，数据传输稳定。

网络与串口的通信报文一般由报头、报文内容和报尾组成，如图3所示。通过报头长度与报尾的标识对报文的有效性进行筛选，确保数据的完整性。通过比对前后报文的流水号与时戳，可以区分是否为同一拍报文，防止同一命令多次响应处理。通过报头标识，判读该报文消息的归类，进而对报文内容进行识别。对报文有效性筛选的流程图，如图4所示。

3.2 显控仿真系统软件的结构组成

显控仿真系统软件主要由数据处理、仿真软件界面和串口数据处理等组成。

3.2.1数据处理过程

数据（包括网络数据与串口数据）处理，分为接收报文处理与发送报文处理两部分。通过QT的信号与槽机制和共享内存的方式，利用全局变量值的传递，将网络处理（接收或发送）与界面解析（显示或读取界面参数）分开，以降低网络处理与界面解析之间的耦合度，提高软件的可读性。

接收报文时，进行如图4所示的有效性筛选后，提取报文内容赋值给特定的全局结构体变量，并释放对应报文的信号（如sig_00H（））。主程序收到信号后，激发对应槽函数（如slot_00H（）），使其对结构体变量按协议一一解析，并根据协议要求更新界面显示或设置按键灯的亮灭。

发送报文时，按照协议对全局结构体变量一一赋值，并释放对应报文的信号（如sig_MSG（0x10））。主程序收到信号后，激发对应槽函数（如slot_MSG（quint8 msgID）），根据msgID，组织对应报文报头报尾的内容，将结构体变量赋值到报文内容的位置，并将完整的报文发送给目的端。

3.2.2仿真软件界面设计

显控仿真软件界面通过文字、图像或颜色等方式，显示武器系统的各类信息。按照功能，显控界面主要分五部分显示区域：状态显示区、目标显示区、设备参数设置区、消息提示区。界面布局示意图，如图5所示。

状态显示区主要显示系统时间、武器系统信息、各设备状态等信息，主要以文字和颜色来表达；目标显示区主要显示目标的速度、方位、类型等属性信息以及在地图上显示目标的位置，主要以表格和图标来表达；设备参数设置区通过点击软件按钮弹出对话框的形式，为各设备参数装订提供输入接口；消息提示区则显示显控仿真系统命令以及各系统的消息回告，便于操作手确认状态，主要以文字来表达。

显控仿真软件界面实现主要通过UI界面来布局基本控件的位置、大小，如QPushButton、QLabel、QTableWidget等。对于自定义的控件则通过创建继承于QWidget的自定义类，通过Layout布局方式约束自定义控件中元素的位置关系。

对于整体界面的配色，本文主要通过读取QSS文件与样式表两种方式来实现。通过读取QSS文件，使同种控件的配色保持一致。对于一些特殊的控件，则通过样式表单独设置。进而使得界面整洁、风格统一。

4 结论

显控仿真系统既能验证武器系统的可行性，同时也可以作为操作手熟悉作战流程的虚拟机。显控仿真系统的实现使武器系统能够并行设计和开发，大大降低了武器系统的研制周期。同时，显控仿真系统的软件和硬件采用通用化设计，能够快速适应其他型号的开发任务，从而降低了产品的研制成本。以上述原理为基础的显控仿真系统，已经得到应用并取得了良好的效果。

参考文献：

[1] 尹伟，马晋，张新，张文兵.显控系统软件仿真模式研究[J].航空电子技术，2017，48（01）：39-42+47.

[2] 刘帅.雷达信号处理机显控及通信技术[J].中国新通信，2018，20（12）：27.

[3] 林春来，李强，石尚庆.图标化空情显示分系统的设计与实现[J].计算机测量与控制，2005（08）：809-811+820.

[4] 李光，李杰，王梦潇.指挥中心显控技术及应用[J].指挥信息系统与技术，2018，9（03）：79-84.

[5] 付嘉宁.基于Qt的显控系统图形显示的研究[J].电子测试，2017（15）：37-38.

[6] 谭清怡.基于QT的雷达终端软件实现[J].电子技术与软件工程，2018（18）：50.

[7] 谈敏刚，钱龙军.VxWorks系统下的UDP通信在实时系统中的应用[J].工业控制计算机，2014，27（12）：1-3.

【通聯编辑：梁书】