книги из ГПНТБ / Васильев Г.А. Повышение эффективности комплексной автоматизации

гобом сигнале при двоичном квантовании составляюокот ­

ло 1 дБ по сравнению с многоуровневым {30]. Эти оцен­ ки, полученные при решении задачи обнаружения при двухуровневом квантовании, могут быть использованы как ориентировочные для анализа систем передачи ра­ диолокационной информации. Практическая реализация устройств предварительной селекции, а также устройств преобразования и передачи радиолокационной информа­ ции при двоичном квантовании амплитуд сигналов зна­ чительно проще, чем при многоуровневом. Применение двоичного квантования амплитуд сигналов, как указано в работе [68], позволяет сократить необходимую пропу­ скную способность канала связи в

где А — количество различимых амплитудных градаций сигнала. Назовем Л'4 коэффициентом амплитудной избы­ точности. Количество амплитудных градаций сигнала равно обычно 4—8. Поэтому значение К = 2 —3.

Общий коэффициент сокращения пропускной способ­ ности канала связи

Среднее значение К с учетом указанных выше по­ рядков величин для коэффициентов Ki, К2, Кз, Ki состав­ ляет обычно 350—500. Пропускная способность канала связи для непосредственной передачи радиолокацион­ ной информации Сп= (5 - 1 0 5—106) дв. ед./с {25—28]. Не­ обходимая пропускная способность узкополосного кана­ ла связи для передачи преобразованной радиолокацион­ ной информации Св— Сп/К и может составлять 1000— 3000 дв. ед/с при использовании всех указанных путей сокращения избыточности.

Таким образом, сокращение избыточности радиолока­ ционной информации позволяет передать преобразован­ ные радиолокационные сигналы по каналу связи, обла­ дающему значительно меньшей пропускной способностью по сравнению с каналом, который необходим для пере­ дачи непреобразовательных сигналов. Однако процесс преобразования, состоящий в «укрупнении» интервалов квантования по азимуту, дальности и разрешающей спо­ собности приводит к ошибкам передачи координат

30

целей. Очевидно, что чем больше сокращение из­ быточности исходной информации, тем меньшей про­ пускной способностью должен обладать канал связи. В то же время при сокращении избыточности информа­ ции возникают ошибки передачи координат и снижается разрешающая способность. Поэтому необходимо устано­ вить связь между пропускной способностью применяе­ мого канала связи и предельной точностью и разрешаю­ щей способностью автоматических методов передачи радиолокационной информации. Ниже излагаются прин­ ципы построения систем, основанных на применении ме­ тодов секторного и кадрового преобразования, рассма­ триваются возможности реализации сокращения необхо­ димой пропускной способности канала связи и источники возникающих при этом ошибок передачи ко­ ординат целей.

2.2. Принципы секторного метода передачи информации обзорной РЛС

Рассмотрим принципы построения системы автомати­ ческой передачи информации, в основу которой положен метод секторного преобразования. При дальнейшем из­ ложении условимся, что на вход системы передачи по­ ступают дискретные сигналы, несущие информацию о координатах целей, наблюдаемых РЛС. Дискретиза­ ция сигналов производится в УПС. Будем предполагать, что квантование сигналов РЛС по амплитуде и времени их появления в УПС происходит без снижения первона­ чальной точности. Это предположение основано на том, что общая точность РЛС, УПС и системы передачи

восновном определяется точностью последней. Структурная схема секторной системы передачи ин­

формации приведена на рис. 2.1. С выхода РЛС импуль­ сы запуска и квантованные сигналы, несущие информа­ цию о дальности наблюдаемых целей, поступают в устройство преобразования тракта дальности, осуще­ ствляющее линейную трансформацию масштаба интер­ валов времени между поступающими от РЛС сигналами и формирование их длительности в соответствии с вы­ бранными значениями коэффициентов Ки Кг, Кз- Сигна­ лы текущего углового положения антенны РЛС обычно в виде напряжений сельсинов грубого и точного отсче­ тов поступают на устройство преобразования сигналов

31

азимута. Задачей этого устройства является формирова­ ние сигналов, удобных для передачи по каналу связи.

Сигналы РЛС, преобразованные в трактах дальности и азимута системы, поступают на выходное устройство, которое вырабатывает суммарный сигнал, содержащий информацию о координатах целей и поступающий в ка­ нал связи. В приемном устройстве суммарный сигнал разлагается на исходные компоненты, которые подаются на регенераторы сигналов дальности и азимута. Регене­ рированные сигналы используются для формирования

Рис. 2.1.

Рис. 2.2.

32

напряжений или кодов, соответствующих переданным ко­ ординатам целей, и выдаются потребителю.

Основным элементом передающей части системы (рис.’ 2.1) является преобразователь сигналов тракта дальности, выполняющий линейную трансформацию мас­ штаба интервалов времени. Функциональная схема пре­ образователя показана на рис. 2.2, а временные диа­ граммы, поясняющие его работу, на рис. 2.3.

Пусть начальное состояние преобразователя, опреде­ ляемое схемой управления, соответствует режиму запи­ си сигналов РЛС. В режиме записи ключ Кл1 замкнут, а ключ Кл2 разомкнут. Импульсы запуска РЛС (вре­ менная диаграмма /, рис. 2.3) подаются на генератор первичных масштабных импульсов и запускают его. Масштабные импульсы с периодом тп поступают на де­ шифратор, имеющий п выходов. Первый импульс про­ ходит на вход схемы совпадения И1, второй — на вход схемы И2 и т. д. Период первичных масштабных импуль­ сов

Тп— Тр/п,

где Гр — длительность рабочего хода развертки РЛС, соответствующая максимальной передаваемой дальности. Дешифратор возвращается в исходное состояние { п + 1) масштабным импульсом. Новый цикл работы дешифра-

торов начинается в момент поступления следующего им­ пульса запуска.

Последовательность сигналов на выходах дешифра­ тора аналогична отклоняющему напряжению развертки в индикаторе РЛС. Сигналы дешифратора используются для получения однозначной связи между номерами пе­ риодов повторения масштабных импульсов и номерами ячеек запоминающего устройства (ЗУ) с одинаковыми номерами. «Развертывающее напряжение» дешифратора, которое может быть представлено в виде ступенчатой функции с одинаковой величиной «ступенек» по оси орди­ нат (времени) и оси абсцисс (номеров ячеек ЗУ), по­ казано на временной диаграмме 2 в виде линейной зависимости для удобства иллюстрации процессов -пре­ образования.

Первичные масштабные импульсы через линию за­ держки подаются на один из входов схемы временного квантования. При поступлении сигналов РЛС на ее второй вход на выходе образуется равнодискретная выборка квантованных сигналов, сдвинутых по оси вре­ мени относительно первичных масштабных импульсов на величину задержки, равную тп/2. Квантованные по вре­ мени сигналы через замкнутый ключ Кл1 подаются па­ раллельно на входы схем совпадений И1, И 2,..., Ип. Выходы схем И1, И 2,..., И„ подключены к ячейкам ЗУ, в качестве которого может быть использован регистр сдвига. При этом номера схем совпадений соответству­ ют номерам ячеек ЗУ. В случае, если интервал времени

входе схемы совпадения совпадает с появлением сигнала на г'-м выходе дешифратора. При этом производится за­ пись сигнала РЛС в i-ю ячейку ЗУ. В результате, вре­ менное положение сигнала РЛС в процессе записи -пре­ образуется в пространственное.

Если время цикла записи (т. е. интервала -времени, в течение которого производится запись поступающих сигналов) выбрано равным периоду повторения импуль­ сов системы передачи информации 7В, то в ЗУ записы­ ваются сигналы, содержащиеся в

^ 1 = Др/ДРрлс=7,в/7’п

соседних периодах повторения РЛС. В течение периода времени Тв производится квантование сигналов РЛС как по дальности, так и по азимуту. Интервал квантования

34

по азимуту

Л'Р = 2яТъ/Тп.

Интервал квантования по дальности

М =сти /2 ,

где с — скорость света.

Последовательность квантованных сигналов РЛС изо­ бражена на временной диаграмме 3. Сигналы Si(rni) и S2(7"ni), поступившие в первом периоде повторения Тщ в моменты ti = ixn и t j = j тп, записываются в ячейки с но­ мерами i и / запоминающего устройства, которое по­ казано схематически на временной диаграмме 2 в. виде отрезка АВ по оси ординат. Во втором периоде повторе­ ния РЛС в моменты ti = ixn, tj = jxu и th = kтп поступают сигналы Si(Г^), S2(Tn2) и s3(Tu2), которые подаются в ячейки ЗУ с номерами i, /, ft.

Так как в предыдущем периоде повторения сигналы в ячейках с номерами i и / уже были записаны, то по­ вторная запись не меняет состояния этих ячеек. Сигнал s 3(Tnz) поступает в ft-ю ячейку ЗУ и записывается. Сиг­ налы s2(Tu3) и s3 (Tn3), полученные в третьем периоде по­ вторения РЛС, подаются соответственно на /-ю и ft-ю ячейки ЗУ, не вызывая изменения их состояния. По окон­ чании периода Тв схема управления производит пере­ ключение преобразователя в режим считывания. При этом ключ Кл1 переводится в разомкнутое состояние,

аключ Кл2 в замкнутое.

Врежиме считывания вторичные масштабные им­ пульсы с периодом Хв—Т-в/п через ключ Кл2 поступают на запоминающее устройство и производят последова­ тельный опрос его ячеек. Этот процесс показан на вре­ менной диаграмме 4 в виде линейной функции, заменяю­

щей реальную ступенчатую. В результате опроса ячеек ЗУ на его выходе образуется последовательность сигна­ лов с временной дискретностью, равной тв. Сигналы, за­ писанные в i-й, /-й и ft-й ячейках, поступают на выход ЗУ при подаче на его вход i-ro, /-го и ft-го вторичных масштабных импульсов. Временные интервалы между началом цикла считывания и выходными сигналами со­ ответственно равны

Ti —ixв; 7'j ==/tb! Tk:==kxв,

как показано на временной диаграмме 5. Считывание сигналов производится со стиранием для того, чтобы под-

готовить ЗУ к последующему циклу записи. После по­ дачи в ЗУ п-го вторичного масштабного импульса цикл считывания заканчивается и схема управления снова переводит преобразователь в режим записи.

В силу линейности прямого и обратного преобразо­ ваний между интервалами поступающих на преобразо­ ватель сигналов и интервалами выходных сигналов вы­ полняется соотношение

что легко видеть из рис. 2.3.

Таким образом, операция линейного преобразования позволяет в К1К2 раз «растянуть» масштаб времени на выходе преобразователя по сравнению с масштабом на входе. Следовательно, в такое же количество раз может быть увеличена длительность выходных импульсов си­ стемы передачи информации и сокращена необходимая полоса пропускания канала связи по сравнению с исход­ ной.

Весьма важной характеристикой секторного метода является время задержки преобразования. Преобразо­ вание производится в течение случайного времени, кото­ рое зависит от момента поступления входного сигнала. Минимальное время задержки равно Тп для сигнала Зт(Тпз), пришедшего в начале последнего периода по­ вторения РЛС в цикле записи (рис. 2.3). Максимальная задержка преобразования равна (2Тъ—Гп) и имеет ме­ сто для сигнала SM(Tni), поступившего в конце первого периода повторения РЛС в цикле записи.

Процессы записи и считывания могут выполняться при отсутствии взаимной синхронизации между периода­ ми Гп и Тв. Вследствие несинхронное™ этих процессов задержка преобразования распределена равномерно и изменяется случайным образом от нуля до 2 Tb= 2KiK2Tp. Среднее время преобразования равно TB=K iK .2Tp и со­ ставляет для большинства современных РЛС 10—30 мс. Перемещение современных скоростных целей в зоне об­ зора за это время значительно меньше ошибок РЛС, устройства предварительной селекции и системы пере­ дачи информации. Поэтому при дальнейшем анализе секторного метода ошибками координат, которые возни­ кают вследствие задержки преобразования, можно пре­ небречь.

36

Из рассмотрения принципа работы устройства преоб­ разования следует, что время обратного хода процесса считывания (временная диаграмма 4 на рис. 2.3) может быть сделано достаточно малым по сравнению с Тв и поэтому может не учитываться в дальнейшем.

Как следует из рассмотрения принципа действия пре­ образователя сигналов тракта дальности, его основной недостаток заключается в том, что в течение половины времени работы (соответствующего циклу считывания) поступающие от РЛС сигналы не записываются и, следо­ вательно, теряются. Существует две принципиальные воз­ можности устранения этого недостатка. Первая — это применение двух аналогичных устройств, одно из кото­ рых работает в режиме записи, а другое — в режиме считывания в течение времени 7'в. По прошествии этого времени схема управления осуществляет инвертирование режимов работы устройств: первое переводится в режим считывания, а второе в режим записи. В результате по­ теря сигналов, поступающих от РЛС, исключается.

Второй принципиальной возможностью является соз­ дание схемы, аналогичной рассмотренной, но допускаю­ щей одновременную работу ЗУ как в режиме записи поступающих сигналов, так и в режиме считывания. Сле­ дует отметить, что для обоих этих вариантов сохраняет­ ся линейная трансформация масштаба времени как и

всхеме преобразователя.

Ввыходном устройстве системы (рис. 2.1) выполня­ ется формирование сигналов, поступивших с преобразо­ вателя, к виду, удобному для передачи по каналу связи.

Длительность вновь сформированных сигналов тк> т в, что снижает разрешающую способность системы по дальности, но позволяет сократить необходимую пропу­ скную способность канала связи.

Теория работы остальных элементов, входящих в со­ став структурной схемы системы (рис. 2.1): устройств передачи и приема информации, регенераторов — не име­ ет принципиальных особенностей и достаточно полно описана в литературе [31—39]. Передача текущего зна­ чения азимутального положения антенны РЛС — моно­ тонно и медленно меняющейся функции времени — не представляет принципиальных трудностей. Эта операция может быть выполнена с высокой степенью точности при использовании канала (подканала в общем канале) с пропускной способностью 50—100 дв. ед./с [40—42].

37

Таким образом, метод секторного преобразования по­ зволяет осуществить автоматическую передачу инфор­ мации обзорной РЛС но каналу связи, имеющему про­ пускную способность 1 000—3 000 дв. ед./с с задержкой информации в несколько десятков миллисекунд.

2.3. Принципы кадрового метода передачи информации обзорной РЛС

Структурная схема системы, реализующая кадровый метод передачи информации обзорной РЛС, показана на рис. 2.4. Работа схемы происходит следующим образом. Сигналы дальности и азимута поступают на преобразо­ ватель, который может быть выполнен на запоминающей электронно-лучевой трубке. Отклонение записыва­ ющего луча трубки осуществляется с помощью радиаль­ но-круговой развертки. Нормированные сигналы, посту­ пающие на управляющий электрод трубки с выхода УПС, создают на запоминающей мишени потенциаль­ ный рельеф, соответствующий расположению отметок от целей на индикаторе кругового обзора РЛС. Полное время цикла записи равно периоду вращения антенны РЛС.

Процесс считывания может выполняться одновремен­ но с процессом записи. Управление считыванием осуще­ ствляется синхрогенератором, формирующим строчные и кадровые напряжения развертки. Считывающий луч трубки, отклонение которого производится обычно в пря-

"f^ устройство

|_ системы _|

Рис, 2.4.

38

моугольных координатах, последовательно строка за строкой сканирует запоминающую мишень трубки и счи­ тывает образовавшийся на ней в процессе записи потен­ циальный рельеф. В результате на выходе преобразо­ вателя образуется последовательность сигналов, соответ­ ствующая координатам целей, наблюдаемым РЛС. Полный период считывания в кадровой системе имеет при­ мерно такую же величину, что и Гобз- В процессе пре­ образования осуществляется сокращение избыточности сигналов РЛС в соответствии с выбранными значения­ ми коэффициентов Ki, К2, Л'з-

Преобразованные сигналы РЛС вместе со строчными и кадровыми импульсами синхронизации поступают на выходное устройство, преобразуются в суммарный сиг­ нал и передаются в канал связи. Из канала связи сум­ марный сигнал поступает на приемник информации и разлагается на исходные составляющие. Синхросигналы восстанавливаются регенератором и используются для формирования отклоняющих напряжений разверток в приемном индикаторе. Сигналы от целей, поступающие на индикатор также после регенерации, вследствие вре­ менной связи с синхросигналами обеспечивают формиро­ вание изображения, аналогичного наблюдаемому на ин­ дикаторе кругового обзора РЛС.

Рассмотрим более подробно процессы преобразова­ ния сигналов в кадровой системе. Для записи сигналов используется радиально-круговая развертка с периодом повторения Тп и длительностью рабочего хода Тр. В ре­ зультате вращения линии развертки синхронно с вра­ щением антенны РЛС на запоминающей мишени трубки создается система радиальных линий. Количество их

<7п ==Тобз/Тп == Тобз/К2Тр,

где Гобз — период вращения антенны РЛС. Квантование сигналов РЛС по времени (и, следова­

тельно, по дальности) устройством предварительной се­ лекции соответствует разбиению линий радиальной раз­ вертки на элементарные участки длительностью ткв. Для выполнения операций преобразования на записанное в полярных координатах изображение зоны обзора на­ кладывается прямоугольный растр считывания. Пусть полное время считывания и количество строк считываю­ щего растра соответственно равны Гкдр и с/в. В этом случае время считывания одной строки

Тв==ТКцР/цв.

39