Android平台下的雷达显控系统设计

第18卷 第7期 中 国 水 运 Vol.18 No.7 2018年 7月 China Water Transport July 2018

收稿日期：2018-02-08

作者简介：陈纳新（1992-），男，河南人，重庆邮电大学移动通信重点实验室硕士生，研究方向为雷达显控。

基金项目：国家自然科学基金（61301126，61471077），长江学者和创新团队发展计划（IRT1299），重庆市科委重点

实验室专项经费，重庆市基础科学与前沿技术研究项目（cstc2017jcyjAX0380，cstc2015jcyjBX0065）， 重庆市高校优秀成果转化资助项目（KJZH17117）。

Android 平台下的雷达显控系统设计

陈纳新，余 斌

（重庆邮电大学移动通信重点实验室，重庆 400065）

摘 要：针对传统雷达显控终端在便携性、人机交互方面的不足，本文结合OpenGL（Open Graphics Library）纹理技术在雷达显控的应用，设计并实现了一种Android 平台下的雷达显控系统。该系统实现了雷达平面位置显示（Plan Position Indicator，PPI）、警戒区目标闪烁功能。该系统具有显示效率高、内存占用小、支持触屏操作、便携性好等优点。

关键词：雷达；PPI 显示；Android；OpenGL

中图分类号：TN957 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2018）07-0087-03

一、引言

船舶导航雷达用于探测海面上的冰山、礁石、船只、浮冰等各类物体，并可提供有效的目标方位及距离信息，从而使船舶避让各类障碍物，防止碰撞事故发生，是船艇航海必备的导航设备[1-3]。现代船载导航雷达显示系统主要特点为数字化的信息处理、高效的信息展示、简单易用的人机交互方式[4]，实现方式多为片上系统（System on Chip，SOC）平台或以ARM（Advanced RISC Machines）为核心的嵌入式平台[5]。雷达显控终端作为雷达操作员与雷达系统间的重要桥梁，具备雷达视频图像的绘制、目标的识别与跟踪、船舶信息的显示等众多功能，提供了重要的导航信息[6-8]。

二、雷达视频显示

本系统对原始雷达回波数据进行解析，并将索引、量程、角度、视频数据存入EchoBean 对象中，随后系统使用该对象在大小为10241024 像素的雷达图像显示区域进行雷达图像的绘制。EchoBean 类的定义如下。

ClassEchoBean{ int range；//量程 int angle；//回波角度 int packetIndex；//数据包索引 byte[] data；//雷达视频数据 }

由于雷达天线硬件上的限制，接收的方位信号不稳定，具有一定的随机性[9]。因此在绘制时，2帧间的图像绘制以第1帧的数据作为绘制数据，以2帧间角度差作为绘制角度，来绘制扇形区域的雷达回波图像。出于效率、硬件消耗和显示效果的考虑，本系统不以帧为单位进行扇形绘制，而以一个给定的分割角度为单位进行绘制。若回波缓存区暂未绘制的回波数据累计角度差大于等于分割角度，则从回波缓存区

第1帧回波角度作为起点，绘制分割角度大小扇形区域的雷达回波图像。分割角度选取较大时，硬件消耗低，但画面刷新不流畅；分割角度选取较小时，画面刷新流畅，但对硬件消耗也更高，由于Android 系统所采用的硬件设备相对于传统PC 设备仍有不少差距，系统可根据实际运行效果对特定设备进行分割角度的调整以改善显示效果。本系统雷达天线旋转周期为2.5s，为使刷新频率达到24Hz （肉眼分辨极限，不会有卡顿感），故选取分割角度为6°。图1展示了角度分割绘制雷达图像的具体步骤。

获取本次绘图的第1帧数据data1以及第2帧数据data2从data1中获取回波数据和起始角度，从data2中获取结束角度调用渲染器的requestRender 方法，将更新后的图像刷新到屏幕是

否

接收数据并存入回波缓冲区

累计角度差达到6°

本次绘制角度是否达到6°？

是

否

根据回波角度、半径和回波数据更

新纹理缓冲区将data1和data2从回波缓冲区删除

图1 基于角度分割的雷达图像绘制流程图

三、雷达警戒区报警

雷达的警戒区报警功能指用户在雷达图像显示区指定一个封闭区域，系统自动检测其中的目标并进行报警操作。系

统对其中的目标进行闪烁显示以区别于其他目标，从而帮助雷达操作员快速定位警戒区目标。本功能的难点是在闪烁显示警戒区目标的同时不影响雷达原始回波数据的绘制[10]。由于本系统采用了角度分割的绘制方案，故可以在相邻的分割角度中，更改纹理缓冲区中的目标颜色来实现，但在更改纹

理缓冲区时需要将雷达原始回波数据与纹理缓冲区数据之间的逻辑关系区分开来。雷达警戒区的实现如图2所示，图2中guardArea保存了警戒区目标的索引值，程序通过查询此索引值判断目标是否在警戒区内。

图2 警戒区功能实现流程图

四、测试结果

本测试的硬件平台选择某品牌Android手机，处理器平台为骁龙820（CPU

为4核心Kryo，GPU为Adreno530），内存为3GB，屏幕分辨率为1,9201,080

。

本显控系统在Android Studio 2.3中开发，运行在Android 7.0版本系统中，测试环境为某高校科技楼楼顶。基带处理版与显控终端之间采用Wi-Fi作为数据传输通道。硬件平台如图3所示。

图3 测试平台实物图

1．实时性测试

系统运行界面如图4所示，在图形显示区域中，根据雷达回波信号强度，图像显示为黄色、绿色和灰色三种颜色。雷达视频图像的刷新率为24帧，系统运行流畅。在最高数据速率下，雷达天线旋转一圈的回波数据超过百万字节（每圈1,375帧数据，偏心时，每帧数据大小为1,000Byte），显控系统能够及时对其进行解析、坐标变换、计算和回波图像绘制，同时能够完成二次信息（如导航线路、AIS目标、警戒区）的显示和船舶文本信息的更新。

图4 雷达显控系统运行界面

2．报警功能测试

雷达的警戒区报警功能能够自动发现给定警戒区域内的目标并进行闪烁报警。本系统通过对纹理缓冲区中的像素点进行检测，当检测到警戒区域内的目标时进行闪烁报警时，不存在虚警和漏检情况。图5展示了警戒区内目标的闪烁效果，其中白色线围成的区域即为划定的警戒区，实际运行时该区域内的目标不断地显示和消失从而实现闪烁报警效果。

图5 警戒区域内目标闪烁效果

五、结束语

本文提出了用OpenGL纹理缓冲区来模拟显存的开发方法，实时显示雷达视频图像和警戒区信息等功能。该方法在Android系统下具有通用性好、内存占用低、显示效果好等优点。得益于Android系统对触屏的原生支持和在移动设备上的流行，本系统相比于传统显控有更好的人机交互体验和便携性。

参考文献

[1] 张鑫，柳晓鸣，刘畅.船舶导航雷达方位超分辨方法[J].

大连海事大学学报，2017，43（2）：45-52.

[2] 李家强，姜庆刚，陈金立等.船舶导航雷达的海杂波自适

应抑制算法[J].现代雷达，2016，（2）：23-26.

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