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.（下转第90页）3．液压系统设计在闸门启闭机液压控制系统中，由PLC控制电比例泵达到无级变速。

在闸门油缸中安装位移传感器，用以实时检测油缸活塞杆运行位置，并通过PLC控制油泵的排油量，以达到两扇闸门的同步到位。

在阀门启闭机液压控制系统中，由PLC控制电比例泵完成变速运行，阀门开启以输水系统灌、泄水要求变速。

阀门遇平水关闭时，采用差动回路，靠阀门自重下落。

在阀门油缸中安装位移传感器，用以实时观测阀门在水下的运行状况，并通过PLC控制油泵的排油量，以达到两扇阀门提升过程中的同步。

位移传感器可兼做限位控制，在启闭机工作行程到位时发出停机信号。

由于阜宁地区冬季温度较低，易使油液粘度增大，影响油液的流动性，进而影响启闭机的工作性能。

为了避免这种情况的发生，在系统中设置温度控制传感器，其既有传感器的功能，又具有温度继电器的作用，以保证启闭机在冬季低温环境下的正常运行工作。

整个液压系统的工作压力除溢流阀的自动保护作用外，还同时设压力控制传感器，可随机观察系统的压力变化情况，并参与控制。

采用的压力控制传感器，其既有传感器的功能，又具有压力继电器的作用，实现双重保护，有效防止该启闭机过载。

即当系统压力≥系统最大工作压力时，由压力控制传感器发讯，同时继电器断开，系统停止工作。

系统设有同规格型号的双电比例泵，一用一备，以防一泵出现故障时另一泵能保证闸、阀门的正常运行，电气控制应做到能保证其可经常交替切换工作，以降低泵的故障率。

泵站全密封，分设进、回油区，且能方便更换液压油和杂质清理。

油箱箱体采用不锈钢板；油箱液位在闸、阀门油缸正常工作状态下应保持在油箱容积的55%～85%，液位过低需报警处理。

油泵与油管柔性连接，电动机与基座等之间采用弹性减震垫，以降低工作时的震动和噪音。

4．闸、阀门运行设计根据直推式液压机型和人字闸门的运行方式，以及输水系统灌、泄水的要求，闸、阀门启闭机均以变速方式运行。

闸门启闭根据人字闸门的运行阻力矩特点[4]，采用无级变速，并符合“慢－快－慢”的要求。

闸门运行曲线见图3、4。

图3 阜宁船闸人字闸门变速开启运行曲线图图4 阜宁船闸人字闸门变速关闭运行曲线图 阀门启、闭可按实际工程需求调试。

四、结语液压直推式启闭机由于具有承载力大、传动效率高、结构紧凑、运行平稳可靠、经济性较好等特点，且实现了船闸闸、阀门启闭机无级变速运行，在江苏省船闸工程中得到了广泛应用。

本文从实际工程出发，对液压启闭机的设计要点进行总结、梳理，以期为工程设计提供一些参考、借鉴。

参考文献[1] 徐亮，方海东，吉同元.船闸工程安全监测及自动化研究[J].中国水运（下半月），2011.[2] 许建平.江苏省船闸液压启闭机的“标准化、系列化、通用化”设计和应用[J].水运工程，2009.[3] 中设设计集团股份有限公司.阜宁船闸改造工程施工图设计.2015.[4] 许建平.京杭运河扩容工程船闸人字门启闭机设计[J].水运工程，2003.（上接第88页）[3] 徐江山，陈振华，金鑫等.一种X波段船舶导航雷达射频接收机设计[J].现代雷达，2016，38（4）：68-72.[4] 卫保国，郭妍利，莫红飞.多模式下高转速船用导航雷达回波显示[J].科学技术与工程，2013，13（17）：4962-4967.[5] 王名孝，田增山，周牧.基于虚拟显存的雷达显控系统设计[J].重庆邮电大学学报（自然科学版），2017，29（3）：358-364.[6] 任强，杨晶.Frame Buffer技术在雷达显示中的实现与应用[J].电子科技，2009，22（6）：61-63.[7] 张鹏.一种基于OpenGL的雷达回波显示方法[J].舰船电子对抗，2011，34（3）：39-42.[8] Ying S，Zhang X. A Radar Display Terminal Based on aPartial-Screen-Updating Method[C]// International Conference on Embedded Software and Systems Symposia，2008.Icess Symposia. IEEE，2008：28-31.[9] 何永喜，张国兵，张旗.基于OpenGL技术的雷达终端显示设计与仿真[J].信息化研究，2012（2）：15-18. [10] 刘琪，迟贤书.OpenGL与OpenGL ES在开发过程中的异同[J].辽宁工程技术大学学报，2008，27（2）：261-262.。