一、项目简介最近在学习 C 和 Qt 的过程中我尝试从零实现了一个简单的雷达模拟器Radar Simulator。这个项目并不是一个真实的雷达系统而是一个用于学习和实践的模拟项目。项目主要使用C17Qt 6CMakeTCP SocketQPainterWindows通过这个项目尝试把之前学习到的 C、Qt、TCP 网络通信以及一些简单的数学模型结合起来最终实现一个可以运行的雷达模拟程序。二、最终效果项目最终运行界面如下。可以看到程序以 PPIPlan Position Indicator平面位置显示器的形式显示雷达扫描区域。目前实现的主要效果包括雷达圆形扫描区域距离刻度/网格雷达扫描线雷达目标显示目标运动目标选择目标状态信息显示TCP 客户端与服务端通信三、为什么做这个项目之前学习 C 的过程中主要接触的是一些单独的知识点例如C 基础语法STL数据结构与算法Qt 基础TCP 网络通信这些内容单独学习的时候比较零散。因此我希望尝试做一个稍微完整一些的项目把这些知识放到一个实际的软件中。雷达模拟器比较适合作为练习项目因为它同时涉及网络通信 数据处理 数学计算 图形界面 用户交互这样可以把多个知识点串联起来。四、项目整体结构目前项目大致可以分成几个部分RadarSimulator │ ├── TCP通信 │ ├── RadarServer │ ├── LineBuffer │ └── LineProtocol │ ├── 雷达数据 │ ├── RadarTarget │ ├── RadarDetection │ └── RadarTrack │ ├── Qt界面 │ └── RadarWidget │ └── 主程序 └── MainWindow其中不同模块负责不同的工作。例如RadarServer负责 TCP 服务端通信。LineBuffer负责处理 TCP 数据流中的分包、粘包等问题将接收到的数据整理成完整的数据行。LineProtocol负责解析和生成自定义的文本协议。RadarTarget表示模拟环境中的雷达目标。RadarWidget负责雷达 PPI 界面的绘制。五、TCP通信雷达模拟器并不是简单地把所有数据直接写死在 Qt 界面里面而是设计了一个简单的 TCP 通信机制。客户端可以向雷达服务端发送命令例如GET_STATUS GET_POSITION MOVE 200 150 STOP服务端根据命令返回相应的数据。例如GET_STATUS返回STATUS OK请求目标位置GET_POSITION返回POS 125 350移动目标MOVE 200 150服务端返回STATUS MOVED这个部分也是项目开发过程中比较早完成的部分。通过先把 TCP 通信和协议解析测试通再逐渐把这些数据接入 Qt 图形界面。六、自定义通信协议为了让客户端和服务端之间能够进行简单、清晰的通信项目采用了基于文本行的简单协议。例如MOVE 200 150\r\n其中MOVE表示操作类型200 150表示相关参数\r\n表示一条消息的结束。目前实现了包括MOVE STOP GET_STATUS GET_POSITION POS STATUS ERROR等类型的消息。在测试过程中也专门考虑了空消息未知命令CRLF半包多条消息连续到达一次接收完整消息等情况。七、雷达目标在通信模块完成以后项目开始加入雷达目标。这里需要区分几个不同的概念。RadarTarget表示模拟环境中实际存在的目标。例如目标ID 位置 速度 运动状态RadarDetection表示雷达当前扫描得到的一次目标观测结果。例如目标距离 目标方位角 目标强度RadarTrack则可以理解为根据多次检测结果形成的目标跟踪信息。目前项目主要以模拟和展示为目的并没有实现复杂的真实雷达跟踪算法。这些类主要用于帮助项目建立比较清晰的数据结构。八、PPI雷达显示最终的雷达界面使用 Qt 的QPainter进行绘制。主要绘制内容包括雷达背景 雷达圆 距离网格 十字坐标线 扫描线 目标 目标信息雷达显示采用极坐标的思路。雷达目标通常可以使用距离 r 方位角 θ来描述。然后再将极坐标转换成平面坐标最终转换成 Qt 窗口中的屏幕坐标。简单来说就是雷达目标数据 ↓ 距离 方位角 ↓ 极坐标 ↓ 笛卡尔坐标 ↓ 屏幕坐标 ↓ QPainter绘制九、目前实现的功能目前项目已经实现了一个基本可运行的雷达模拟器。主要功能包括TCP通信TCP ServerTCP Client 测试自定义文本协议命令解析半包处理多消息处理雷达数据雷达目标目标位置目标运动目标状态Qt界面PPI雷达显示雷达网格扫描线目标绘制鼠标选择目标目标信息显示十、项目开发过程这个项目并不是一次性完成的而是逐步增加功能。大致过程是第一阶段 Qt项目搭建 ↓ 第二阶段 TCP通信协议 ↓ 第三阶段 LineBuffer / LineProtocol ↓ 第四阶段 RadarServer ↓ 第五阶段 雷达目标数据 ↓ 第六阶段 Qt PPI界面 ↓ 第七阶段 目标显示与运动 ↓ 第八阶段 目标选择与交互其中前期主要解决的是“程序之间如何通信”后期才逐渐把重点转移到图形界面和雷达显示。因此这个项目实际上也是一个从“底层通信”逐渐向“完整桌面应用”扩展的过程。十一、项目使用到的主要技术技术项目中的用途C17项目主要开发语言Qt 6桌面图形界面Qt Widgets窗口和控件QPainter雷达 PPI 绘制QTcpServerTCP 服务端QTcpSocketTCP 网络通信CMake项目构建Git版本管理TCP客户端/服务端通信十二、项目目前的不足这个项目主要用于学习和实践因此距离真正的雷达软件还有很大的差距。目前还存在一些不足例如雷达目标模型比较简单没有实现真实的雷达信号处理没有实现复杂的目标跟踪算法TCP协议比较简单图形界面仍然比较基础软件工程方面还有很多可以改进的地方。因此这个项目更适合作为一个 C / Qt 学习项目而不是实际的雷达系统。十三、后续计划后续准备继续对这个项目进行整理并把实现过程拆分成几个部分进行介绍。计划包括第一部分Qt6 项目结构和雷达模拟器整体设计。第二部分TCP通信以及自定义文本协议的设计。第三部分雷达目标、坐标转换以及相关数学模型。第四部分使用 QtQPainter绘制 PPI 雷达界面。第五部分最终将 TCP、雷达数据和 Qt 图形界面整合起来。十四、项目源码项目源码https://gitee.com/cyclone367/radar-simulator.githttps://gitee.com/cyclone367/radar-simulator.git项目会随着后续完善持续更新。十五、总结这个项目从最开始的 TCP 协议测试到后面的雷达目标模拟再到最终的 Qt PPI 图形界面是一个逐步完善的过程。对我来说这个项目最大的意义并不是实现了一个多么复杂的雷达系统而是尝试把之前学习的 C、Qt、TCP、数据结构和数学计算等知识真正组合到一个可以运行的软件中。后续会继续把这个项目拆开从 TCP 通信、协议设计、雷达目标、坐标转换以及 Qt 绘图等几个方面分别进行介绍。如果你对这个项目感兴趣后续文章会继续记录整个实现过程。
一、项目简介最近在学习 C 和 Qt 的过程中我尝试从零实现了一个简单的雷达模拟器Radar Simulator。这个项目并不是一个真实的雷达系统而是一个用于学习和实践的模拟项目。项目主要使用C17Qt 6CMakeTCP SocketQPainterWindows通过这个项目尝试把之前学习到的 C、Qt、TCP 网络通信以及一些简单的数学模型结合起来最终实现一个可以运行的雷达模拟程序。二、最终效果项目最终运行界面如下。可以看到程序以 PPIPlan Position Indicator平面位置显示器的形式显示雷达扫描区域。目前实现的主要效果包括雷达圆形扫描区域距离刻度/网格雷达扫描线雷达目标显示目标运动目标选择目标状态信息显示TCP 客户端与服务端通信三、为什么做这个项目之前学习 C 的过程中主要接触的是一些单独的知识点例如C 基础语法STL数据结构与算法Qt 基础TCP 网络通信这些内容单独学习的时候比较零散。因此我希望尝试做一个稍微完整一些的项目把这些知识放到一个实际的软件中。雷达模拟器比较适合作为练习项目因为它同时涉及网络通信 数据处理 数学计算 图形界面 用户交互这样可以把多个知识点串联起来。四、项目整体结构目前项目大致可以分成几个部分RadarSimulator │ ├── TCP通信 │ ├── RadarServer │ ├── LineBuffer │ └── LineProtocol │ ├── 雷达数据 │ ├── RadarTarget │ ├── RadarDetection │ └── RadarTrack │ ├── Qt界面 │ └── RadarWidget │ └── 主程序 └── MainWindow其中不同模块负责不同的工作。例如RadarServer负责 TCP 服务端通信。LineBuffer负责处理 TCP 数据流中的分包、粘包等问题将接收到的数据整理成完整的数据行。LineProtocol负责解析和生成自定义的文本协议。RadarTarget表示模拟环境中的雷达目标。RadarWidget负责雷达 PPI 界面的绘制。五、TCP通信雷达模拟器并不是简单地把所有数据直接写死在 Qt 界面里面而是设计了一个简单的 TCP 通信机制。客户端可以向雷达服务端发送命令例如GET_STATUS GET_POSITION MOVE 200 150 STOP服务端根据命令返回相应的数据。例如GET_STATUS返回STATUS OK请求目标位置GET_POSITION返回POS 125 350移动目标MOVE 200 150服务端返回STATUS MOVED这个部分也是项目开发过程中比较早完成的部分。通过先把 TCP 通信和协议解析测试通再逐渐把这些数据接入 Qt 图形界面。六、自定义通信协议为了让客户端和服务端之间能够进行简单、清晰的通信项目采用了基于文本行的简单协议。例如MOVE 200 150\r\n其中MOVE表示操作类型200 150表示相关参数\r\n表示一条消息的结束。目前实现了包括MOVE STOP GET_STATUS GET_POSITION POS STATUS ERROR等类型的消息。在测试过程中也专门考虑了空消息未知命令CRLF半包多条消息连续到达一次接收完整消息等情况。七、雷达目标在通信模块完成以后项目开始加入雷达目标。这里需要区分几个不同的概念。RadarTarget表示模拟环境中实际存在的目标。例如目标ID 位置 速度 运动状态RadarDetection表示雷达当前扫描得到的一次目标观测结果。例如目标距离 目标方位角 目标强度RadarTrack则可以理解为根据多次检测结果形成的目标跟踪信息。目前项目主要以模拟和展示为目的并没有实现复杂的真实雷达跟踪算法。这些类主要用于帮助项目建立比较清晰的数据结构。八、PPI雷达显示最终的雷达界面使用 Qt 的QPainter进行绘制。主要绘制内容包括雷达背景 雷达圆 距离网格 十字坐标线 扫描线 目标 目标信息雷达显示采用极坐标的思路。雷达目标通常可以使用距离 r 方位角 θ来描述。然后再将极坐标转换成平面坐标最终转换成 Qt 窗口中的屏幕坐标。简单来说就是雷达目标数据 ↓ 距离 方位角 ↓ 极坐标 ↓ 笛卡尔坐标 ↓ 屏幕坐标 ↓ QPainter绘制九、目前实现的功能目前项目已经实现了一个基本可运行的雷达模拟器。主要功能包括TCP通信TCP ServerTCP Client 测试自定义文本协议命令解析半包处理多消息处理雷达数据雷达目标目标位置目标运动目标状态Qt界面PPI雷达显示雷达网格扫描线目标绘制鼠标选择目标目标信息显示十、项目开发过程这个项目并不是一次性完成的而是逐步增加功能。大致过程是第一阶段 Qt项目搭建 ↓ 第二阶段 TCP通信协议 ↓ 第三阶段 LineBuffer / LineProtocol ↓ 第四阶段 RadarServer ↓ 第五阶段 雷达目标数据 ↓ 第六阶段 Qt PPI界面 ↓ 第七阶段 目标显示与运动 ↓ 第八阶段 目标选择与交互其中前期主要解决的是“程序之间如何通信”后期才逐渐把重点转移到图形界面和雷达显示。因此这个项目实际上也是一个从“底层通信”逐渐向“完整桌面应用”扩展的过程。十一、项目使用到的主要技术技术项目中的用途C17项目主要开发语言Qt 6桌面图形界面Qt Widgets窗口和控件QPainter雷达 PPI 绘制QTcpServerTCP 服务端QTcpSocketTCP 网络通信CMake项目构建Git版本管理TCP客户端/服务端通信十二、项目目前的不足这个项目主要用于学习和实践因此距离真正的雷达软件还有很大的差距。目前还存在一些不足例如雷达目标模型比较简单没有实现真实的雷达信号处理没有实现复杂的目标跟踪算法TCP协议比较简单图形界面仍然比较基础软件工程方面还有很多可以改进的地方。因此这个项目更适合作为一个 C / Qt 学习项目而不是实际的雷达系统。十三、后续计划后续准备继续对这个项目进行整理并把实现过程拆分成几个部分进行介绍。计划包括第一部分Qt6 项目结构和雷达模拟器整体设计。第二部分TCP通信以及自定义文本协议的设计。第三部分雷达目标、坐标转换以及相关数学模型。第四部分使用 QtQPainter绘制 PPI 雷达界面。第五部分最终将 TCP、雷达数据和 Qt 图形界面整合起来。十四、项目源码项目源码https://gitee.com/cyclone367/radar-simulator.githttps://gitee.com/cyclone367/radar-simulator.git项目会随着后续完善持续更新。十五、总结这个项目从最开始的 TCP 协议测试到后面的雷达目标模拟再到最终的 Qt PPI 图形界面是一个逐步完善的过程。对我来说这个项目最大的意义并不是实现了一个多么复杂的雷达系统而是尝试把之前学习的 C、Qt、TCP、数据结构和数学计算等知识真正组合到一个可以运行的软件中。后续会继续把这个项目拆开从 TCP 通信、协议设计、雷达目标、坐标转换以及 Qt 绘图等几个方面分别进行介绍。如果你对这个项目感兴趣后续文章会继续记录整个实现过程。
