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user: 4. 软件系统设计与实现 4.1. 系统界面设计 论本文系统的主界面主要包括菜单栏、按钮栏、参数设置栏和图像显示栏四大摸块。其中菜单栏包括文件、目标、场景等菜单选项；按钮栏包括二维、三维界面操作按钮；参数设置栏包括导弹和雷达参数的设置；图像显示栏包括二三维动态展示窗口及传感器数据分析口等。系统主界面如图2所示。 图2. 系统主界面 4.1.1. 菜单项内容及使用 菜单栏的设置按照Windows窗体使用习惯及软件功能设置了三个菜单项，分别为“文件”、“目标”、“场景”。“文件”菜单包括“保存”、“清除”、“退出”等选项，可以进行“数据保存”、“数据清除”、“软件退出”等操作。“目标”菜单包括“导弹”、“雷达1”、“雷达2”等选项，可以对导弹和雷达进行建立和参数设置等操作。“场景”菜单包括“3D动态展示”、“2D动态展示”、“数据分析”等选项，可对右侧图像显示栏三种显示模式进行选择。其具体内容如图3所示。 图3. 菜单栏界面 4.1.2. 界面按钮的介绍及使用 为对系统进行可视化操作，综合其他软件的按钮操作习惯，现在菜单栏的下方设置按钮栏，包括二维、三维界面操作共14个操作按钮，编号第①至⑧项按钮为对场景的播放进度设置，编号⑨⑩⑪⑫按钮为场景的视角设置，编号⑬⑭按钮为二维的放大和缩小操作，各按钮编号如图4所示。 图4. 工具栏操作按钮图示 按钮①到⑭按钮的程序编程，使用AGI.STKObjects.Interop接口实例化后，调用其内部函数及“ExecuteCommand()”的方法来实现。 4.1.3. 设置模块功能 参数设置模块功能是该软件系统的重要核心部分，为实现多雷达对导弹的预报交接可视化展示功能，将该模块主要包括“导弹设置”、“预警雷达1设置”、“跟踪雷达2设置”三部分。通过对这三部分的参数设置，构建多雷达跟踪弹道导弹的预报交接仿真场景的基本元素，后续的图形化界面的场景也是对这些元素进行展示和分析的。 a) 导弹设置 通过对导弹的设置，仿真生成一条弹道轨迹。弹道轨迹的生成可通过添加发射点和落点的纬度、经度、高度以及发射时间由STK组件的内部计算引擎进行生成，也可以通过调用外部导弹轨迹数据文件进行加载，数据文件为.e类型，文件按照格式显示了弹道在各个时刻的三个坐标轴方向的位置和速度值 [ 8 ]，如图5所示。另外该软件系统的轨迹数据文件可增加导弹状态的协方差，导弹的状态协方差将以误差椭球的形式在场景中动态演化，导弹位置矢量的协方差矩阵实际上是一个三维的实对称矩阵，因此只需要添加其上三角6个数据值即可，数值对应情况如图6所示。同时为方便快速的展示可视化效果，软件增加了加载实验实例按钮，可一键增加导弹所有数据。 图5. 导弹轨迹数据文件的编写格式 图6. 协方差数据编写格式 b) 预警雷达1设置 预警雷达1作用为通过设置一道搜索屏对穿越搜索屏内的导弹目标进行探测，从而形成预警信息，因此预警雷达的搜索屏设置范围较大，但其探测精度不高。其主要设置参数包括雷达站的经度、纬度、高度，以及雷达搜索屏的仰角、方位角、厚度角以及搜索半径。前置雷达1的作用为进行大区域预警，搜索角度越大则预警能力越强，由于相控阵雷达阵列天线单面的搜索范围一般为左右各60，因此搜索屏的搜索范围参考实际情况默认设置为120。当导弹穿越雷达的搜索屏时，雷达通过短时跟踪可获得导弹目标的状态值，并根据雷达的探测误差得出导弹目标的状态协方差，由此为跟踪雷达2形成引导信息。同时为方便快速的展示可视化效果，软件增加了加载实验实例按钮，可一键增加导弹所有数据。 c) 跟踪雷达2设置 将雷达1生成的导弹状态数据值作为引导数据，经前文介绍的算法技术可以计算出雷达2的搜索区域及波束扫描范围，引导雷达2在目标到达交接时刻时根据计算出的搜索区域可快速搜索到目标。因此雷达2的搜索区域为搜索窗，与雷达1的搜索屏有所不同，其主要设置参数包括搜索区域的上下俯仰角、左右方位角和探测距离。另外为确定搜索区域内波束分布和编排，还需要进一步设置波束宽度和扫描速率。由于设置参数较多，为方便快速的展示可视化效果，软件增加了加载实验实例按钮，可一键增加导弹所有数据。 4.1.4. 图形界面模块功能 该图形界面窗口位于主界面的右侧，是系统软件的可视化的主要展示窗口，主要包括三维(3D)、二维(2D)内下导弹的运动轨迹、雷达动态监测的过程以及弹道状态和雷达探测数据的变化图。在3D、2D的界面下，用户可以通过工具栏的操作按钮对当前展示的场景进行相应的操作获取更好的观察效果。 其中，“3D动态显示”可以进入3D动态显示模式，该模式将导弹目标在空间中飞行轨迹实时展示出来，其与雷达站和地球间的空间几何关系一目了然，展示了其视觉优势。另外在该模式下除了使用界面上的操作按钮进行操作外，还可以按住鼠标左键拖动可以观看场景不同的位置，按住鼠标右键拖动可以放大缩小场景。“2D动态显示”可以进入2D动态显示模式。该模式是将地球表面二维化，导弹的运动轨迹在此模式下显示为其在地球表面的投影。“数据分析”可以进入数据分析模式，此模式以图表的形式展示了导弹的状态数据随时间的变换情况、预警雷达对导弹的可见性分析以及跟踪雷达对导弹目标的俯仰方位斜距随时间的变化情况。具体操作界面如图7所示。 图7. 图形操作界面 4.2. 系统功能实现 使用本文系统进行弹道导弹的雷达预报交接展示的主要操作步骤分为两个方面，首先是通过界面左侧设置栏装订好导弹和雷达的相关参数，参数装订完成之后会在右侧图形界面上显示所装订的导弹及雷达目标。其次是通过右侧的图形操作界面控制对可视化场景进行控制。 4.2.1 . 参数设置 打开软件进入主界面后，左侧为参数设置栏，分别对导弹、预警雷达、跟踪雷达进行相关参数装订。 a) 导弹设置流程如下： 第一步，点击【导弹设置】进入导弹相关参数设置，在发射参数中输入导弹发射点的经度、维度、高度以及发射时间(UTCG)，在落点参数中输入落点的纬度、经度、高度； 第二步，点击【弹道计算】可以计算出一条弹道轨迹，并在右侧3D动态显示中显示出导弹轨迹，该弹道轨迹是使用STK内核引擎生成的，弹道数据也可以通过外部文件加载。 另外用户也可以使用【加载实验数据】按钮，可一键加载导弹所有数据并进行展示。 b) 预警雷达1设置流程如下： 第一步，点击【预警雷达1设置】进入前置雷达相关参数设置，在雷达站参数中输入雷达站的经度、纬度、高度； 第二步，点击【建立雷达站】可在地图上生成前置雷达站； 第三步，在搜索屏参数设置中输入搜索屏仰角、屏方位角、屏厚度以及屏半径，点击【建立搜索屏】可在该雷达站生成搜索屏，并在3D动态显示中对搜索屏进行直观显示。 另外用户也可以使用【加载实验数据】按钮可一键加载雷达1的所有数据并进行展示。 c) 跟踪雷达2设置流程如下： 第一步，点击【跟踪雷达2设置】进入后置雷达相关参数设置，在雷达站参数中输入雷达站的经度、纬度、高度； 第二步，点击【建立雷达站】可在地图上生成后置雷达站。因为后置跟踪雷达对目标的搜索为小范围少量波束的区域搜索，其搜索区域为搜索小窗与前置雷达的搜索屏设置不同。根据前置雷达1的获得的导弹的状态值和协方差数据可以获得雷达的交接时刻及交接时刻下导弹的协方差数据和后置雷达的搜索区域。得到雷达搜索区域经换算后在此输入区域上、小、左、右角以及波束宽度、探测距离、扫描速率； 第三步，点击【建立搜索区域】可在地图上形成雷达站的搜索区域展示。 另外用户也可以使用【加载实验数据】按钮可一键加载雷达2的所有数据并进行展示。 4.2.2 . 图像界面展示 在软件主界面的右侧为图形界面操作，在完成左侧相关目标的参数设置后，可以对3D动态展示和2D动态展示图进行操作以及数据分析图表的切换显示。 a) 3D动态展示 点击【3D动态展示】，可以看到一个三维的地球动态场景，场景内显示了在左侧建立的导弹飞行轨迹和雷达探测区域和波束，点击工具栏中的⑤播放按钮，场景会按照设定的场景时间段进行运行，场景时间会显示在整个场景的左下侧，如图8所示。场景的放大缩小可通过按住鼠标右键拖动实现，另外通过按钮(图4所示)可以实现场景播放的加速、慢速、暂停、时间复位，以及场景观看角度的切换，具体每个按钮的功能可参照4.1.2节介绍。这里需要注意的是，导弹的飞行时间和雷达传感器的探测时间必须在场景的时间段内，否则场景播放时无法看到动态过程。 图8. 场景运行时间 b) 2D动态展示 点击【2D动态展示】，可以看到一个二维的全球地图，二维地图与三维动态场景不同，在场景播放时地图是不会随着时间运行而移动，只有目标会在地图上移动，其移动的过程是与3D动态展示同步进行的，同时地图上也展示了导弹目标的地面航迹和雷达探测区域在地球表面上的投影，是对3D动态展示的一种补充，可以很好的展示经纬度信息。2D动态展示操作较少只有通过⑬⑭按钮进行放大缩小操作。 c) 数据分析 点击【数据分析】，可以看到一个图表展示，分别为“导弹状态数据”、“雷达1探测数据”、“雷达2探测数据”。点击【导弹状态数据】显示导弹在X轴、Y轴、Z轴的位置及速度6个状态值随飞行时间的变换曲线；点击【雷达1探测数据】显示雷达1对导弹目标的时间可见性分析；点击【雷达2探测数据】显示了雷达2在探测距离内，对导弹目标的方位角、俯仰角、斜距随导弹飞行时间的变化情况；三种数据分析界面如图9所示。 图9. 数据分析界面