高速实时雷达视频图像与电子海图叠加显示研究及实现

摘要

船舶交通管理系统VTS(Vessel Traffic System)是集多技术为一体的水上交通管理电子应用系统，在船舶交通运输领域承担着对水上交通的监督管理、突发事件的应急反应及重大险情的救助等重要任务。但是目前国内并未掌握VTS系统的核心技术，也难形成相关产业，导致所有已建水域VTS系统的关键设备全部由国外引入。这不仅制约了我国VTS行业的发展水平，而且严重威胁我国信息安全。因此，为了打破国外企业对该行业的长期垄断，VTS系统的国产化已是势在必行。
　　本课题来源于船舶导航系统国家工程研究中心承担的“交通运输部信息化技术研究项目”（合同编号:2014364X15080），旨在推进VTS国产化进程，解决VTS系统中信息的处理和显示这两大关键技术难题。本论文主要完成雷达视频图像与电子海图叠加显示系统的设计与实现。以Visual Studio2008为开发环境，通过大量编程实现雷达目标数据的提取及其在电子海图上准确的显示，同时完成整个人机交互界面的设计，通过控件实现对系统显示状态的控制。
　　本文首先对系统进行整体结构设计。然后对S-57《数字海道测量数据传输标准》和S-52《电子海图内容与显示规范标准》进行深入研究，编程实现ENC数据到本地格式SENC数据的转换。通过对SENC数据的解析，结合具体的坐标转换算法、S-52符号库、GDI等关键技术完成海图背景的显示。详细介绍雷达原始视频到终端显示的实现过程。在此过程中主要完成滤波、岸线屏蔽、数据压缩等处理，通过套接字编程的方式实现雷达视频数据在网络中实时准确的传输，在终端完成解压及高速高效的坐标转换，利用双缓存绘图技术实现雷达视频图像实时、无闪烁地显示。二者叠加过程中，坐标转换起到了关键性的作用。最后，给出叠加显示系统具体软件实现过程和融合结果并对结果进行分析，对整篇论文做出总结。本论文的研究成果在一定程度上打破了国外VTS厂商的技术垄断，实现电子海图和雷达视频图像在其配套设备以外系统中的显示。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 项目来源

1．2 选题背景及国内外研究概况

1．3 课题主要研究内容及研究方法

1．4 论文结构安排

第2章 系统总体结构设计

2．1 系统的功能结构

2．2 软件设计方案

2．2．1 电子海图显示模块设计

2．2．2 雷达视频图像显示模块设计

2．2．3 叠加显示模块总体框架设计

2．3 本章小结

第3章 电子海图显示实现

3．1 S-57标准理论数据模型与海道测量数据的数据结构

3．2 ENC到SENC的转化及数据格式设计

3．2．1 ENC到SENC的转化

3．2．2 SENC数据格式设计

3．3 关键技术的解决

3．3．1 大地坐标到墨卡托直角坐标转换

3．3．2 平面直角坐标到屏幕显示坐标转换

3．3．3 S-52标准海图符号库研究

3．3．4 GDI技术研究

3．4 电子海图显示的软件实现

3．4．1 集成开发环境

3．4．2 SENC数据解析

3．4．3 符号化绘制

3．4．4 具体显示流程

3．5 电子海图显示的多功能实现

3．5．1 电子海图多背景功能实现

3．5．2 电子海图测量功能实现

3．5．3 电子海图漫游功能实现

3．5．4 电子海图缩放功能实现

3．6 本章小结

第4章 雷达视频图像显示实现

4．1 雷达原始视频的采集及处理

4．2 雷达视频数据的压缩

4．2．1 传统的雷达视频数据压缩方案

4．2．2 针对雷达数据特性的数据压缩方案

4．3 雷达视频数据的网络传输

4．3．1 数据通信的实现

4．3．2 多线程的程序设计

4．3．3 数据读取的实现

4．4 雷达极坐标到屏幕显示坐标的转换

4．5 雷达视频图像的显示

4．5．1 无闪烁显示程序设计

4．5．2 实时性的保证

4．5．3 雷达视频图像显示控制

4．6 本章小结

第5章 叠加显示系统的设计与实现

5．1 叠加显示的前提条件

5．2 叠加显示的软件实现

5．3 系统测试结果分析

5．3．1 雷达视频图像与电子海图的叠加功能实现

5．3．2 雷达视频图像随电子海图的漫游功能实现

5．3．3 雷达视频图像随电子海图的缩放功能实现

5．4 系统有效性验证

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介