(新)机载雷达数据处理系统软件需求规格说明书

1、所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。机载雷达项目软件需求规格说明书编写目的1.4普导 目乐定义.参考资料需求概述111111.1 目标1.1.2 运行环境1.1.3 关键点 关键功能 关键算法21.3.3 关键技术21.4 约束条件33 需求规格3.3.1 软件系统总体功能/对象结构33.2 软件子系统功能/对象结构 1.3.3 描述约定1.3.4 功能或对象的描述1.3.5 处理流程3.3.6 性能123.7 外部接口 1.33.8 数据133.9 操作133.10 故障处理1.33.11 算法说明1.34 尚

2、未解决的问题1.35 支持信息14同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风!1引言1.1 编写目的通过本文档定义机载雷达数据处理系统的具体的功能需求、非功能需求、技 术约束。为设计人员和开发实施人员后续工作提供依据和基础，避免设计和开发过程偏离用户需求。1.2 背景本项目为国家863科研课题项目，主要用户机载雷达的数据处理，以及机载 雷达与地基、车载雷达数据对比，生成雷达产品为监测人员对飞机飞行环境进行 评估提供支撑。本系统属独立系统，与其他产品无从属关系1.3 定义IQ数据：回波数据的两个垂直分量，经过计算可以得到更进一步的数据1.4 参考资料无2需求概述2.1 目标机载雷达数据处理系统主要用于机载雷达数

3、据的处理，为飞机航行提供安全 飞行的保证。机载雷达处理系统包括数据输入、数据输出、数据处理，数据显示，显示控 制、辅助功能。并对操作人员提供人机交互功能，满足特定产品的处理显示。2.2 运行环境本系统主要运行在普通PC, windows XP操作系统。2.3 关键点2.3.1 关键功能机载雷达数据处理系统中关键功能主要是实时数据处理功能以及历史数据 处理功能。实时数据处理功能主要指系统接收机载雷达UDP广播的径向数据和惯导数据，进行数据处理生成产品生成，产品显示。历史数据处理功能主要指系统读取本地的雷达数据以及惯导数据，进行数据 拆分，产品生成，产品显示。2.3.2 关键算法机载雷达数据处理系

4、统中关键算法，主要包括 I/Q数据处理算法、坐标转换 算法、质量控制算法、产品生成算法，具体描述如下：1、I/Q数据处理算法I/Q数据处理算法主要是采用fft方法对输入的本地I/Q数据进行处理，生 成R V、Wffi功率谱数据等。2、质量控制算法质量控制是通过相关算法判断资料中雷达数据的可靠性，以便后续对其进行 相应的处理。质量控制算法包括地物杂波抑制、速度退模糊、衰减订正、散射订 正。只有质量控制算法执行正常，才能保证后续生成的数据产品及图形的可靠 性。所以质量控制算法为本项目中的一类关键算法。3、产品生成算法产品生成算法是通过相关算法生成雷达数据产品。该功能提供的产品直接决 定了本系统的最

5、终用户的使用体验，其中的图形、雷达产品生成算法还具有算法 复杂、处理数据量大的特点，因而产品生成算法是本项目中的一类关键算法。2.3.3 关键技术机载雷达数据处理系统是一个实时业务系统，对稳定性、时效性要求极高， 另外为了应对雷达数据处理技术发展带来的雷达数据和雷达数据算法的不断增 加，要求系统具有良好的可扩展性。要满足稳定性、时效性、可扩展性方面的要 求，机载雷达数据处理系统开发过程中需要如下关键技术：1、分层体系结构分层体系结构：在纵向采用分层体系结构，将应用软件系统自下而上分为数据层、支撑层、应用层和接口层，底层由基础硬件层、基础软件层提供支撑环境；2、异常处理技术数据加工处理系统是一个

6、实时业务系统，用户对系统软件的稳定性和健壮性的要求很高，异常处理是一种比较有效的提高软件健壮性和稳定性的方法。本系统异常处理的主要设计思想是：基于不同的异常源分析和异常类型定义， 结合异 常处理机制对异常进行分层、分类处理，同时系统设计时充分考虑如何尽量避免 异常出现。3、算法模块热插拔框架雷达数据处理过程以算法模块为最小单元，根据业务需求进行业务流程灵活 配置，要求对各类资料的整个数据处理过程中预处理、质量控制和产品生成算法模块支持热插拔。对于正在使用中的功能模块，需要等到相应的任务执行完毕后 再进行算法模块更新和删除。算法模块热插拔框架是本系统保证可扩展性及流程 可配置性的关键所在。4、C

7、/C+编程技术本系统用C/C+铀程语言实现，主要考虑到 C/C+良好的跨平台特性及较高的运行效率，同时还能利用诸多应用广泛且性能优良的基于C/C+钠言的通讯、图形界面等开发包。2.4 约束条件本系统属于国家科研项目，所有技术资料需对外界保密。3需求规格3.1 软件系统总体功能/对象结构机载雷达数据处理系统的主要功能是：对获取的雷达数据进行I/Q数据处理、坐标转换、质量控制，生成雷达数据产品，并将雷达数据产品以及飞机轨迹进行 图像显示。机载雷达处理系统包括数据输入、数据输出、数据处理，数据显示，显示控制、辅助功能六部分。并对操作人员提供人机交互功能，满足特定产品的处理显 示。机载雷达数据处理系统

8、的功能结构图如下：所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。机载雷达数据处理系统他气象资料输入历史雷达数据输入预定航线数据输入功 率谱 数据 输出达据出 雷数输数据处理数据显示显不控制辅助功能计算RVW及 功率 谱I/Q 数 据 处 理至 标 转 换据格式转换质 量 控 制产 品 生 成Q数展谱示等吊图显宾达据示 凯雷数显地基雷达数据显+雷达产品显示雷达参数显示雷达 参数 显示姿态 信息 显示航 迹 显 示地图显示载探测数据坐标转大地坐厘速提取雷达探测数据三维格点化处地物杂波抑制雷达数据对比玄冰含量计算汪描端迹算雷扫远轨计描叠计 扫重库图3-1机载雷达数据处理系统

9、功能结构图同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风!所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。3.2 软件子系统功能/对象结构本系统无子系统3.3 描述约定3.4 功能或对象的描述机载雷达处理系统包括数据输入、数据输出、数据处理，数据显示，显示控 制、辅助功能。并对操作人员提供人机交互功能，满足特定产品的处理显示。机载雷达处理系统功能列表如下:功能功能说明数据输入实时雷达数 据输入UD呦据接收米用UD脸收方式，实时接收机载雷达 R、V、 W LDR等相关数据。UDP雷达数据 解析利用基于局域网的 UD砌议，解析UD琳据 族取中R, V、W LDR等数据。飞行姿态数 据输入UD啖

10、据接收米用UD脸收方式，实时接收机载雷达的飞 行姿态数据。UDP惯导数据 解析利用基于局域网的 UD砌议，解析UD琳据 族取飞机姿态数据。预订航线数 据输入预定航线文件 读取读取本地的预定航线数据文件。预定航1可文件 解析根据预定航线文件格式解析获取预定航线 数据。历史雷达数 据输入数据雷达型号 识别根据文件路径判断雷达所属雷达型号雷达数据读取读取雷达数据文件雷达数据文件 解析根据型号解析雷达数据其他气象资 料输入其他气象资料 文件读取本地非雷达气象资料文件读取气象数据解析根据气象数据格式进行数据解析数据输出测网雷达数据输出经过对I/Q数据的处理后，将 R、V、W按每 个仰角层以PPI的方式，

11、组成完整体扫的测 雨雷达数据，写入一个.netcdf格式的文件。 一次体扫数据由多个 PPI文件构成。测云雷达数据输出经过对I/Q数据的处理后，将 R、V、W按每 个仰角层以PPI的方式，组成完整体扫的测 云雷达数据，写入一个.netcdf格式的文件。 一次体扫数据由多个 PPI文件构成。功率谱数据输出经过对I/Q数据的处理后，将功率谱按每个 仰角层以PPI的方式，写入二进制格式的文 件，后缀名为.power。一次体扫数据由多个 PPI文件构成。气象产品输 出数据文件输出对雷达数据进过数据处理，将生成数据输出 到本地保存。数据图像输出将气象产品数据绘制气象图像，进行本地存 储。数据处理I/Q数

12、据处理I/Q数据处理，族取R V、W数据用fft方法对I/Q数据进行处理，得到R、VWoI/Q数据处理， 状取功率谱数 据用fft方法对I/Q数据进行处理，得功率谱 数据。坐标转换雷达坐标经纬 格点化处理负责将机载雷达探测数据坐标转换为经纬 度的大地坐标。雷达坐标三维 格点化处理负责将雷达坐标转换为空间的三维格点坐 标。数据格式转换指雷达扫描数据的 VPPI和VRHI数据格式的 相互转换。质量控制地物杂波抑制利用地物杂波抑制算法，消除雷达数据中的 地物杂波、异常地物杂波。速度退模糊利用速度退模糊算法对雷达数据进行平均 径向速度的退模糊处理衰减订正利用衰减订正算法对雷达数据进行雷达数 据散射订正

13、利用散射订正算法消除雷达数据中间歇点 杂波毫米波散射和 衰减订正机载雷达风 场探测精度 计算AirplaneLib.lib头现机载相控阵多普勒 雷达径向风探测精度的计算。产品生成云水含量计算调用算法，对雷达 RHI数据中的云水含量进 行计算。云冰含量计算调用算法，对雷达 RHI数据中的云冰含量进 行计算。雷达数据对比机载，地基，车载雷达数据的对比计算。获 取不同雷达对相应的空间位置采样对比数 据。雷达扫描远端 轨迹计算飞机绕某点盘旋时，获取雷达扫描远端的数 据轨迹。双角扫描重叠 库计算对衔接且不重叠相关各角数据，进行双角扫 描重叠库数据的对比计算融化层识别数据显示I/Q数据图谱显示将机载雷达I

14、/Q数据以图谱的形式进行显 示。机载雷达数据显示机载雷达的R, V, W ZDR LDR数据的极坐 标显示。地基雷达数据显示地基雷达的R, V, W孜据的极坐标显示。雷达产品显不云水含量图像 显示根据色标，标记雷达采样区域内的云水含 量，进行二维图像显示。云冰含量图像根据色标，标记雷达采样区域内的云冰含显示量，二维图像显示。雷达数据对比 图像显示车载、机载、地基雷达共同米样区域的对比 数据，根据色标进行二维图像显示。雷达扫描远端 轨迹图像显示雷达扫描的远端轨迹区域，进行二维图像显 示。双角扫描重叠 库图像显示双角扫描重叠库数据，根据色标进行二维图 像显示。融化层识别显 示雷达参数显示雷达参数以

15、列表形式，进行数据显示。飞机姿态信息显示以图形和仪表的形式显示飞机的飞行姿态。航迹显示在GIS区域叠加显示飞机的实时航迹。地图显示GIS信息的二维图像显示。GIS信息的作用主要是导航和定位，可以进行完整地理信息 的二维显示。三维显示雷达数据以及 GIS数据的三维显示。并且可 以进行剖面等二维操作功能。显示控制缩放对显示的数据图像以及 GIS图像进行缩放操 作，并且能够进行多图像同步缩放。拖拽漫游对显示的数据图像以及 GIS图像进行拖拽漫 游操作，并且能够进行多图像同步操作。光标读取能够读取光标所在位置周围九个位置，每个 点的测量值。翻页对显示图像进行翻仰角操作。动画对非实时数据可以进行动画播放

16、，能够对本 地的多个I/Q数据，进行动画播放。辅助功能参数配置算法参数配置能够通过界面配置各算法的参数。r雷达参数配置能够通过界面配置各雷达的参数。地理信息配置能够通过界面配置各地理信息的参数。用户管理用户添加能够添加用户，赋予用户角色信息。用户删除能够删除用户。用户定制功能用户可以根据需要定制系统界面、功能。接口服务能够动态的 加载外 部的可 执行程序 或者 dll ,实现接口服务。算法加载算法添加提供算法添加的界面，用户可以根据需要导 入新的算法。:加载过程配置用户定制调用的流程，制定输入。流程配置可进行业务流程的配置。能够调整预处理， 质量控制、产品生成中个算法的处理顺序。3.5 处理流

17、程本系统主要包含实时数据处理流程、历史数据处理流程、飞机姿态处理显示 流程、飞机航迹处理显示流程、业务流程配置流程、算法动态加载流程、参数配 置流程、用户管理流程等处理流程。1 .实时雷达数据处理显示流程实时数据处理显示流程图如下:图3-2体扫开始，接收基于局域网的 UDP议的数据，解析 R V、W LDR数据, 判断是否进行质量控制，如果需要质量控制，进行地物杂波抑制，衰减订正，散 射订正。将雷达数据以图像的形式在界面上进行显示，当体扫数据处理完成后将 产品数据输出到本地存储。2 .历史数据处理显示流程历史数据处理显示流程图如下:开始判断数据类型是否为I/Q数据地基雷达数据载入1T地基雷达数

18、据解析1质量控制1地基雷达产品生成1F地基雷达数据显示FR、V、W数据netcdf文件输出I/Q数据解析1I/Q数据处理1计算R、V、 W数据1质量控制机载雷达产品生成1机载雷达数据显示11R、V、W数据界 面显示1FR、V、W数据netcdf文件输出1 r计算功率谱数据1r输出二进制文件历史数据处理包括I/Q数据和地基雷达数据的处理。先判断数据类型如果为I/Q数据，调用I/Q数据处理流程，进行数据解析，将功率谱数据输出成二进制文件，将R V、W做据进行质量控制、产品生成、将数据显示在界面上。地基雷达数据载入后，进行地基雷达数据解析，之后进行质量控制，产品生成，然后以图像的形式显示地基雷达产品

19、，并将 R V W数据输出成netcdf格 式文件。3 .飞机姿态处理显示流程飞机姿态处理显示流程图如下：体扫开始，接收基于局域网的UDP议的数据，解析其中的飞机飞行姿态数 据和机外环境数据。飞机飞行姿态数据包含多个惯导数据：速度、加速度、横滚 角、俯仰角、航向角、高度、颠簸等；机外环境数据包含：温度、湿度、风力、 风向等。随后，将解析的数据以图形方式或者仪表的方式显示出来。由于是实时接收UDF议数据，所以飞机的姿态数据和机外环境数据是不断变化的，直到体扫结束。4 .飞机航迹处理显示流程飞机航迹处理显示流程图如下:图5体扫开始，接收基于局域网的 UDP*议的数据，解析其中的惯导数据，得到 飞机

20、飞行的经纬度、翻滚角、俯仰角、方位角、高度等数据。调用算法，将飞机 经纬度坐标转换为地心坐标系的经纬度。根据计算出来的地心坐标系的经纬度, 将飞机航迹绘制在GIS地图中。由于是实时接收UDFW议数据，所以GIS地图中 绘制出来的飞机航迹是不断变化的，直到体扫结束。5 .业务流程配置流程程序启动业务流程初始化流程图如下:图6业务流程初始化，首先读取配置文件，获取参数，进行数据预处理设置，然 后进行质量控制选项设置，产品生成选项设置。业务流程配置流程如下:V是否修改产品生成设置否系统是否空闲更新产品生成过程 配置文件同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风!更新业务流程结束用户通过业务流程配置界面修改配置业务流

21、程点击确定后，判断是否修改了 预处理设置、质量控制设置、产品生成设置，更新对应的配置文件，当系统处于 空闲时间时更新系统业务流程。6 .算法动态加载流程算法动态加载流程图如下:图7算法初始化后，用户操作算法添加界面进行算法添加以及算法参数设置点击 确定后，更行算法配置文件，算法参数文件，当系统空闲时更新算法调用流程。7 .参数配置流程参数配置流程图如下:参数配置界面启动算法参数读取否I更新算法垢数配 置文件功率谱噪声门 限计算显示功率喑图像 重画图8参数配置包括算法参数配置、雷达参数配置和地理信息参数配置。进行参数 配置首先要读取配置文件得到各类型的参数，然后根据需要进行参数的修改和保存。最后

22、将新配置参数的参数应用到后面的数据处理中。8 .用户管理流程用户管理流程图如下：该系统可以为不同的用户提供不同的操作界面、系统功能和显示方式等。因 此，需要对用户进行帐号和权限管理。用户管理分为权限管理和帐号管理。用户帐号可以分为三个级别：超级用户（root）、系统管理员（admin）、一般用户（user）。用户管理还包括系统用户的 登录、切换、锁屏和退出等操作。帐号管理功能负责维护系统的用户帐号列表，并创建用户帐号，为用户帐号 分配系统权限（通过指定系统角色），可以进行用户帐号的添加、删除、更新和 检索。权限管理功能负责维护系统的功能权限表，并创建系统角色，为系统角色分 配权限，可以进行系统

23、角色的添加、删除、更新和检索。3.6性能由于本系统数据实时处理系统所有对本系统的时效性以及稳定性有所要求。 4G大小的文件需要10分钟左右时间处理完毕。3.7 外部接口对外提供接口服务，能够启动外部的应用程序或者通过配置能够调用外部的 动态库。3.8 数据本系统处理的数据主要为I/Q数据、地基雷达数据、机载雷达数据、惯导数 据、以及产品数据。3.9 操作主要的操作包括缩放、拖拽漫游、光标读取、翻页、动画功能。3.10 故障处理无3.11 算法说明一、反射率的计算：首先要读数据，将每一个帧的包头和I/Q数据部分都读入预先定义的结构体数组与data_I,data_Q 数组中，接着进行以下几步计算：1、消直流 对一个帧内所有的I或Q做平均，求出直流信号DC_I,DC_Q,然后data_I=data_I-DC_I,data_Q=data_Q-DC_Q ,消去直流信号。2、计算回波功率 Pr=（data_I） 2+（data_Q） 2,3、计算平均回波功率由于在每个径向上要发射Tr个脉冲，有Tr次采样，因此要将Tr个距离门上的每个对应点的回波功率做平均，求出平均回波功率Pr。4、消除噪声干扰信号机内带有噪声，需