Литература / М.И.Финкельштейн Основы радиолокации

ботки и отображения данных. Труднее автоматизировать процессы анализа воздушной обстановки, причем самой ответственной задачей является принятие решения о не­ обходимости изменения параметров движения отдельных ВС. В существующих АС УВД эти функции продолжает вы­ полнять диспетчер.

АС УВД (рис. 12.1) включает подсистемы сбора инфор­ мации, преобразования и передачи информации, вычисли­

ния УВД, делится на ста­ тическую (характеристика воздушных судов и трасс), которая вводится в вычис­

К подсистеме преобразования и передачи данных можно отнести операциии первичной обработки, осуществляемые в настоящее время в АПОИ, т. е. обнаружение пачки им­ пульсов на фоне помех, определение координат цели, а так­ же декодирование сигналов, поступающих от бортовых ответчиков, и формирование требуемых кодов для ЭВМ. В эту подсистему входят также устройства трансляции радиолокационной информации.

После первичной обработки радиолокационной информа­ ции дальнейшая обработка для целей АС УВД произво­ дится в вычислительном комплексе и именуется вторичной обработкой радиолокационной информации Для упрощения алгоритмов вторичной обработки необходимо преобразо­ вать полярную систему координат, используемую в РЛС, в прямоугольную систему координат.

510

2. Объединение информации первичной и вторичной РЛС. После декодирования сигналов вторичной РЛС опреде­

ляются координаты соответствующей цели. При этом точ­ ность определения азимута выше, чем в первичной РЛС, из-за меньшей флуктуации сигналов, а точность измерения дальности ниже из-за нестабильности задержек при деко­ дировании — кодировании в ответчике и при декодиро­ вании в запросчике.

При объединении каналов следует произвести усреднение данных по соответствующей координате, с весом, обратно пропорциональным средне­ му квадратическому значе- У

нию погрешности. Однако на практике часто произ­ водят логическое объедине­ ние, выбирая более точное значение координат и от­

координатного сигнала, который кодируется и передается

вЭВМ для вторичной обработки.

3.Вторичная обработка радиолокационной информации. В ЭВМ из РЛС поступают координаты в виде цифрового кода. Для окончательного решения вопроса о том, соответ­ ствуют эти координаты цели или помехе, надо запомнить информацию и проанализировать ее за несколько циклов обзора. Фактически так и поступает оператор, наблюдая за экраном ИКО.

Сопоставляя информацию о текущих координатах за ряд

последующих циклов обзора, определяем трассы и элемен­ ты движения цели. Пусть в результате обзора получено еди­ ничное измерение D, 0, которое будем именовать отметкой

(рис. 12.2). Примем эту отметку за начало траектории (хотя она может оказаться и ложной) и нанесем вокруг нее область неопределенности Si, ограниченную радиусами Vmln 70бз И Vmax Т'обз (Vmin и Vmax — минимальная и максимальная скорости цели, Т0бз — время оборота антенны РЛС круго-

511

вого обзора). При втором обзоре в область <$! попадает не­ сколько отметок, каждая из которых может принадлежать рассматриваемой цели и являться продолжением ее траек­ тории/

По каждой из возможных траекторий производится экстраполяция, т. е. предсказывается положение цели для третьего обзора (на рис. 12.? отмечено кружком). При этом скорость V определяется по первым двум Отметкам и

далее предполагается неизменность скорости И курса, т. е. цель должна переместиться на Зная Максимальные по­ грешности координат и возможности маневрирования цели, можно окружить экстраполированную отметку цели 'не­ которой областью S2, именуемой стробом. Если она задана

ввиде прямоугольника, проверяются неравенства

~~\!Ji Ук\

где xb yt — координата новой отметки, xk, Уь — координа­

ты центра строба; бх, — половины сторон строба. Данный процесс именуется идентификацией. Если есть

данные о высоте, то целесообразно еще проверить |//f —

—где Hi — высота (транслируемая ответчиком); Hh—высота, записанная в канале сопровождения; 6//—вы­

сота объемного строба.

Попадание отметки в одну из областей S3 на четвертом цикле обзора может быть принято за условие обнаружения траекторий и создание условий для автоматического со­ провождения цели. В процессе автоматического сопровожде­ ния происходит сглаживание, т. е. осреднение наблюдений. При этом целесообразно применять методы последователь­ ного или скользящего сглаживания, когда при длительном наблюдении все предыдущие результаты должны со време­ нем уменьшаться так, чтобы параметры движения непре­ рывно корректировались по новым данным.

При сопровождении в отдельных обзорах возможен про­ пуск отметок. При этом производится экстраполяция на последующие 5 ... 10 обзоров со все возрастающей погреш­ ностью, т. е. возрастающими размерами стробов. Если за указанное число обзоров не появится ни одной отметки, то траектория «сбрасывается» с сопровождения. При движении по близким и перекрещивающимся траекториям возможно перепутывание траекторий. Наилучший способ отождествле­ ния отметок — по бортовому номеру, получаемому по ак­ тивному каналу. Данный бортовой номер последовательно сравнивается с номерами, записанными за предыдущие цик­

512

лы обзора до совпадения с одним из них. Это создает возмож­ ность дальнейшего сопровождения цели.

Наряду с описанной здесь вторичной обработкой радио­ локационной информации АС УВД может применяться обработка информации от нескольких РЛС — третичная обработка.

12.2. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЯРКОСТИ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

1. Запоминающие ЭЛТ прямого видения. Изображение, наблюдаемое на экране обычной ЭЛТ е яркостной отметкой, имеет ряд недостатков. Прежде всего яркость обычной ЭЛТ мала, что требует затемнения помещения или применения тубуса. Это значительно затрудняет работу диспетчера аэропорта, а также создает определенные неудобства для экипажа на борту самолета. Яркостная отметка на экране ЭЛТ характеризуется кратковременной весьма яркой вспыш­ кой и послесвечением с весьма низкой яркостью, что можно трактовать как недостаточное время послесвечения (сплош­ ная линия на рис. 12.3). Это обстоятельство утомляет опе­ ратора и удлиняет время оценки воздушной обстановки. Наконец, обычно (особенно при отсутствии накопителя перед ЭЛТ) контрастность радиолокационного изображения ока­ зывается низкой.

Получить яркое изображение при сохранении дли­ тельного послесвечения можно с помощью запоминающей ЭЛТ прямого видения (потенциалоскопы с видимым изо­ бражением). В работе этих ЭЛТ используется не послесве­ чение кристаллов люминофора, а свойства потенциального рельефа диэлектрика. Наиболее распространены полуто­ новые ЭЛТ, у которых, как и в обычных ЭЛТ, яркость со­ ответствующего участка экрана определяется амплитудой сигнала. У запоминающих ЭЛТ яркость экрана достигает 10 000 кд/м2 и более, что на один—два порядка выше, чем в обычных ЭЛТ, и полностью обеспечивает возможность ра­ боты оператора без затемнения и тубуса. Вместе с тем эти ЭЛТ уступают по числу градаций яркости и диаметру фокусированного пятна.

В запоминающей полутоновой ЭЛТ (рис. 12.4) перед люминесцентным экраном расположена мелкоструктурная сетка, покрытая со стороны прожекторов диэлектриком (накопительная сетчатая мишень), затем коллекторная сетка. Данная ЭЛТ — двухлучевая. Записывающий сфо­ кусированный узкий луч, модулированный радиолокацион-

613

ним сигналом, развертывается по сетчатой мишени и обра­ зует потенциальный рельеф, а воспроизводящий расфоку­ сированный широкий луч непрерывно облучает всю мишень. Потенциал металлической мелкоструктурной сетки (под­ ложки) фиксируется (например, путем соединения с кор­ пусом). Ток воспроизводящего луча, проходящего на экран, зависит от потенциального рельефа диэлектрика, покрываю­

ЭЛТ

щего мелкоструктурную сетку (наподобие сеточной харак­ теристики электронной лампы) и сохраняющегося в течение длительного времени.

2. Преобразование радиолокационного изображения в

телевизионное. Высокое качество телевизионного (ТВ) изображения, которое можно наблюдать без всякого за­ темнения помещения, широко известно.

Повышение яркости при преобразовании радиолокаци­ онного изображения в телевизионное связано прежде всего с многократной регенерацией сигнала записанного за один период обзора РЛС и отображением регенерирован­ ных изображений с большой частотой повторения на теле­ визионных индикаторах. Увеличение кажущейся средней яркости по закону Тальбота равно

где Th —период кадровой ТВ развертки; Т0бз—период об­

зора РЛС; Втв(/) и ВРл (0 — законы изменения яркости

514

возбужденного элемента ТВ и радиолокационного индика­ торов соответственно.

При одинаковой эффективности люминофоров экранов (равенство интегралов в формуле (12.2.1)) г — ТОб3/7\ и для трассовых РЛС имеет порядок г~500. Следует

еще учесть низкую эффективность экранов радиолокацион­ ных ЭЛТ, особенно двухслойных.

Преобразование радиолокационных сигналов в теле­ визионные производится с помощью запоминающих ЭЛТ — графеконов. Устройство двустороннего графекона схема­ тически показано на рис. 12.5. Здесь имеется два проже­ ктора — записывающий и считывающий. Посередине рас-

слоем диэлектрика (толщиной примерно 1 мкм). Под­ ложка, являющаяся сигнальной пластиной, прикреплена к металлической сетке с высокой прозрачностью (700 ...

800 отверстий на 1 см2), препятствующей возвращению вто­ ричных электронов на мишень.

Считывающий луч с помощью отклоняющей системы обегает диэлектрическую мишень и заряжает ее элемен­ тарные емкости до равновесного потенциала, приблизи­ тельно равного потенциалу коллектора. Записывающий

ную проводимость. При этом элементарные емкости разря­ жаются через элементарные сопротивления участков возбужденной проводимости и потенциал диэлектрика

515

где z — число строк разложения; 0 — относительное время обратного хода кадровой развертки; k — формат кадра.

Пренебрегая различием растров, потребуем птв > прл, т.е.

z > v 72ODmal/0S,5 ст. (1 - )а

Например, при Dmax = 450 км, Оо,5 = 0,7°, ти =

-3,5 мкс, В == 0,08, k — 1 получим z > 720 строк.

12.3.ОТОБРАЖЕНИЕ ЗНАКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

1.Знакогенерирование. Способы знакогенерирования можно разделить на функциональные и растровые. При функциональном способе электронный луч движется по

□1234

5 Б 2 2 3

Рис. 12.6. Функциональный способ знакогенерирования

контуру знака. На рис. 12.6 представлен способ аппрокси­ мации знаков отрезками пилообразных напряжений (штри­ ховой метод). Траектория на рис. 12.6, а образуется по­ средством напряжений их и иу, показанных на рис. 12.6, б.

В зависимости от того, какие участки подсвечиваются, образуются цифры, показанные на рис. 12.6, в. Могут быть

516

В растровом способе знакогенерирования электронный луч образует растр наподобие телевизионного, перекрываю­ щий небольшую часть экрана или весь экран ЭЛТ. Различа­ ют микрорастр для отображения одного знака, малоформат­ ный растр для отображения нескольких знаков и знакогенерирование на большом растре. В соответствующие моменты времени происходит управление яркостью экрана, в резуль­ тате чего возникает изображение знака. При этом знак

импульсы

Рис. 12.7. Знакогенератор

может быть как ярким на светлом фоне, так и темным на светлом фоне (луч гасится в местах, соответствующих эле­ ментам знака).

Для реализации указанных способов используется зна­ когенератор (рис. 12.7), включающий цифро-аналоговые преобразователи с устройством управления лучом ЭЛТ по осям хну. После установки луча в требуемое место на

устройство формирования знака поступает информацион­ ный сигнал знака, кодовая комбинация которого превра­ щается дешифраторами в импульсы считывания из постоян­ ного запоминающего устройства, хранящего данные об элементах контура знака, а также отклонения ± (Дх, Д#). Устройство формирования имупльсов подсвета ЭЛТ высвечивает контуры знака.

Знакогенерирование как перспективное средство общения человека с ЭВМ широко внедряется в радиолокационные

широко распространены в ранних образцах АС УВД в виде так называемого характрона, где запись производится с помощью электронного луча, поперечному сечению которо­ го придается форма отображаемого знака. Для этого между электронным прожектором и экраном располагается матри­

517

ца в виде тонкой металлической пластины (« 0,02 мм) С отверстиями порядка 0,1 ... 0,5 мм в виде букв и специаль­ ных знаков (рис. 12.8, а). Длина алфавита может достигать, например, 128 знаков. Электронный луч проходя через отверстие в тонкой пластинке, принимает его форму (рис. 12.8, б).

* Т 4 3 2 1 К I

ЛУ 8 7 6 5 И / Р А . 0 9 В/

♦ Б Е Н П Г х г А “ X X А Л + ®

<-Х

Рис. 12.8. Матрица и формуляр характрона

Рис. 12.9. Структурная схема управления характроном

При использовании ЗЭЛТ требуется обеспечить подачу соответствующих управляющих сигналов, определяющих соответствие знака матрицы и положения электронного луча на экране и всю последовательность работы ЗЭЛТ. Структурная схема управления ЗЭЛТ показана на рис. 12.9. Управляющие импульсы и информация РЛС с активным ответом в закодированном виде поступают в определенной последовательности из АПОИ.

518

С выхода коммутирующего устройства на устройства раз­ вертки по горизонтали и по вертикали подается информация о положении луча по вертикали в двоичном коде. Она запи­ сывается на регистр отклонений и затем преобразуется в Непрерывные токи отклЬняющих (адресных) катушек (ОК), Необходимые для отклонения электронного луча в соот­ ветствующее место экрана. Однако электронный луч пока заперт. Поступающие коды знаков матрицы записываются В соответствующие регистры и преобразуются в управляю­ щие напряжения, воздействующие на специальные выби­ рающие отклоняющие пластины, определяя выбор знака. Компенсирующие пластины служат для возвращения луча ria ось ЗЭЛТ. Сюда подаются такие же правляющие на­ пряжения, но с учетом разницы в чувствительности ЗЭЛТ. ФК на рис. 12.9 — фокусирующие катушки.

Знаки, относящиеся к одной цели, объединяются в фор­ муляр. Для распределения знаков внутри формуляра вво­ дятся специальные (формулярные) отклоняющие пластины и устройство сдвига зПаков (при отсутствии формулярных Пластин можно воспользоваться компенсирующими плас­ тинами). Устройство формирования подсветных импульсов отпирает ЗЭЛТ после того, как закончатся процессы форми­ рования выбирающих напряжений и отклоняющих токов.

В настоящее время описано множество других типов Дарактронов. Сюда относится характрон с двумя прожекто­ рами. Один из них воспроизводит обычное радиолокацион­ ное изображение, а второй — знаковое. В другом типе характрона с большим экраном имеется заднее окно для Проектирования дополнительных изображений — графики, карты и т. д.

12.4.СОВМЕЩЕННЫЕ ИНДИКАТОРЫ

1.Методы совмещенного отображения. Для того чтобы Диспетчер мог производить оценку воздушной обстановки

йбыстро принимать решение, необходимо сосредоточить на одном экране всю динамическую информацию (коорди­ натную и знаковую) вместе со статической (контуры карты, трассы и т. д.). Общие требования к совмещенному ото­ бражению следующие:

1)оно должно быть немерцающим и достаточно ярким Для работы в неосвещенном помещении;

2)должна быть обеспечена однозначность отождествле­

ния координатной информации со знаковой, причем знаки должны уверенно считываться с рабочего места диспетчера;

519