1、简介
雷达PPI显示，全称Plan Position Indicator（平面位置显示器），简称P显，是多数雷达综合显示单元的核心部件。在IEEE 686-2017《IEEE Standard for Radar Definitions》中，对P显给出的定义是：“A display in which targetechoes (blips)are shown in plan position, thus forming a map-like display, withradial distance from the center representing range and with the angle of theradius vector representing azimuth angle”。（一种显示器，其中目标回波（光点）显示在平面位置，从而形成一种地图状的显示器，中心的径向距离表示距离，半径矢量的角度表示方位角）。也就是说，P显就是一种以雷达为圆心，通过极坐标的方式表示探测目标距离和方位的显示方式，提供360°范围内雷达探测的全部平面信息。
为了直观地诠释PPI显，我们先简单了解下A显和B显，这两种显示形态标识了雷达显示器的发展历程。
A显表示距离显示器，这是雷达显示器的早期形态。如下图1所示，该方式仅描绘了接收机输出幅度与距离的关系图，有点像示波器。
图1 雷达A显示意图
可以看出，在同一时刻，显示屏上只能表述一个方位上的探测信息，这样的显示方式对于确定目标的实际位置观察起来很不方便。于是B显就出现了，如下图2所示。
图2 雷达B显示意图
方位（0°~360°）为横轴，距离为纵轴，虽然在该直角坐标系中，可以方便地确定目标的位置，但是在人脑海中难以形成直观感受，进而催生了以极坐标系为基础的PPI显的诞生。
3、P显
在雷海精卫显控处理板的P显示如图3所示：
图3 雷达PPI显示意图
上图中，红色边框的圆形区域为P显示区，显示内容主要包括电子海图、雷达回波、以及目标航迹、电子方位线等辅助标绘内容。
考虑到导航雷达各显示要素特点以及嵌入式平台的渲染效率，精卫产品中的P显采用图像分层、叠加显示的方法予以实现，如图4所示。
图4 雷达PPI分层图
从下至上，分为电子海图卫星地图图层、雷达回波图层以及辅助标绘图层。其中雷达回波图层绘制的是雷达回波，要求刷新率60FPS以上，其独立于其他图层，采用OpenGLES顶点着色器和纹理贴图的方法在GPU上高频渲染。
这里要注意的是，P显是基于极坐标系的，雷达采样出的数字信号是基于直角坐标系的，参照B显。要正确显示雷达视频务必要完成直角坐标系至极坐标系的投影转换—雷达扫描变换。
4、雷达扫描变换
如下图5所示，雷达扫描变换可以理解为B显至P显的投影过程。
图5 雷达扫描变换示意图
在实际工程应用中，雷达扫描变换有两个突出问题需要解决：
1） 效率，浮点数的三角函数计算占用大量的计算资源，效率低下，难以满足导航雷达显示的实时性要求，尤其在嵌入式平台；
2） 盲点，在极坐标变换过程中，四个象限均存在固定且对称的像素点没有颜色填充。
对于效率，精卫产品解决方案如下：
1） 基于OpenCL，构建并行计算模型，利用GPU协同计算；
2） 空间换时间，在内存中建立三角函数查找表；
3） 近区去重，消除极坐标系近区的冗余计算（绘制重叠）；
对于盲点，一般的处理方法是选择附近的像素进行填充，但是这里我们采用逆向映射查表的方法予以解决。即构建从屏幕像素点至极坐标系的映射散列，当一个方位的回波数据完成绘制后，查找逆向映射散列，找出该方位上要处理的盲点坐标以及所对应的雷达采样点，完成补盲。
5、结语
本文概要介绍了雷达显示技术中的P显、A显以及B显的各自特点以及实现原理。探讨了精卫产品基于GPU协同计算、数据结构设计对于提高雷达扫描变化效率以及PPI显中补盲的具体方法。
一枝独秀不是春,百花齐放春满园。雷海将在后续的文章中继续分享相关成果，与各位航海同仁携手并进，构建具有中国自主知识产权的航海产业。
文献参考
1) 基于OpenGL的雷达终端显示技术，舰船电子工程，2017
2) 基于OpenGL的导航雷达PPI显示设计与开发，哈尔滨工程大学，2016
3) Android平台下船舶导航雷达显控软件的设计与实现，重庆邮电大学，2018
4) 高效雷达PPI显示算法，现代雷达，2015
5) 基于Direct3D的雷达P显在通用计算机上的实现，舰船电子工程，2012