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

В результате выполнения операций кадрового преобра­ зования скорость выходных процессов по сравнению со входными может быть уменьшена в /С12 раз, где

Kiz— Тв/Тр— Гцдр/Сг^п/Т'обз^в-

В частном случае, если Гкдр^Гобз, то

KlZ== (Д/пА/н)К2 : Kll\>.

Отсюда

Тв—(gn/qB)Tn=KiKzTp.

Таким образом, применение кадрового преобразова­ ния позволяет в К1К2 раз увеличить длительность выход­ ных сигналов по сравнению с входными {xB= KiKz) и, следовательно, во столько же раз сократить необходимую для их передачи полосу пропускания канала связи.

Запись сигналов РЛС производится в случайные мо­ менты времени, зависящие от расположения целей в зо­ не обзора. Процесс считывания не синхронизирован с процессом записи, и, кроме того, сканирование зоны обзора при записи и считывании выполняется по раз­ личным законам. Эти обстоятельства приводят к появле­ нию случайных, равномерно распределенных задержек в преобразовании сигналов РЛС. Минимальное время задержки равно нулю, а максимальное определяется длительностью полного цикла считывания Гкдр. В част­ ном случае, когда Гкдр= Т0бз, среднее время задержки составляет Т0бз/2 и может служить источником значи­ тельных ошибок в передаче координат целей, обладаю­ щих высокими скоростями.

Использование для передачи сигналов длительностью Т к > тв дает возможность дополнительного снижения не­ обходимой пропускной способности канала связи, но одновременно сопровождается снижением разрешающей способности целей, расположенных вдоль строк.

Описанная схема кадрового преобразования может быть практически реализована с применением как ана­ логовых, так и цифровых устройств. Использованию по­ следних следует отдать предпочтение, несмотря на не­ обходимость применения запоминающего устройства с большим количеством ячеек памяти.

Передача синхросигналов системы, которые являются периодическими функциями времени, может быть выпол­ нена в узком подканале общего канала связи.

40

Таким образом, метод кадрового преобразования мо­ жет быть использован для создания систем автоматиче­ ской передачи информации обзорной РЛС по каналу связи, пропускная способность которого в K^KiKzKsKb, раз уменьшена по сравнению с исходной. Основной ис­ точник ошибок передачи координат кадровым методом (так же, как и секторным) — процесс укрупненного пре­ образования элементов зоны обзора РЛС. Кадровому методу в отличие от секторного свойственны значитель­ ные динамические ошибки, возникающие в результате изменения координат целей за время преобразования.

Для метода кадрового преобразования, так же как и для секторного, требование сокращения пропускной спо­ собности канала связи и требование высокой точности и разрешающей способности координат передаваемых целей находятся в противоречии. Поэтому необходима оценка потенциальных характеристик метода кадрового преобразования при ограниченной пропускной способно­ сти канала связи.

2.4. Пространственно-временное преобразование информации при передаче по узкополосному каналу связи [69]

Предположим, что в устройстве предварительной се­ лекции временное квантование производится с помощью импульсов с периодом, равным т1;в. В результате раз­ вертка дальности разбивается на участки, количество которых

(2.7)

где индекс t есть признак временного квантования. Если интервалу времени Tv соответствует максималь­

ная дальность действия РЛС, равная D, то элементу временного квантования длительностью ткв соответству­ ет элемент дальности

41

зора РЛС разбивается на элементарные участки по ази­ муту, угловой размер которых

Число элементарных участков по азимуту может быть выражено через пространственные соотношения для зоны обзора

Пространственное квантование зоны обзора, возни­ кающее в процессе работы РЛС, дает возможность вы­ разить общее количество элементов разложения через их размеры (2.8), (2.10):

Двоичное квантование амплитуд сигналов РЛС «дискретизирует» яркость элементов разложения, как это показано на рис. 2.5, где обведенный контур с за­ черненными точками соответствует наличию сигналов.

Квантование во времени и в пространстве — две стороны одного и того же процесса. Поэтому количество элементов разложения радиолокационной зоны обзора во времени и в пространстве равно

Выражения (2.7) — (2.14) позволяют установить взаим­ но-однозначное масштабное соответствие между про­ цессами во времени и в пространстве до преобразования

^рлс Ткв - Tp*-D = прлс Д<7РЛс ,

42

Как указывалось в § 2.1, общее количество элементов разложения радиолокационной зоны обзора NPJlc=

= 106—107 и не может быть передано по узкополосному каналу за время Г0бз.

В предыдущих разделах были рассмотрены методы секторного и кадрового преобразования радиолокацион­ ной информации обзорной РЛС и указаны принципы

Рис. 2.5.

«укрупнения» интервалов квантования для передачи ее по узкополосному каналу связи. Рассмотрение сектор­ ного метода выполнено на примере системы, состоящей из цифровых элементов, а при рассмотрении кадрового метода в качестве примера использована система, в ко­ торой применяются аналоговые элементы. Общность целей и методики сокращения избыточности радиолока­

43

ционной информации для передачи по узкополосным каналам связи приводит к общности количественных оценок как при использовании обоих методов, так и при использовании различных технических средств. Поэтому в принципиальном плане вопрос о пространственно-вре­ менном преобразовании может быть рассмотрен на примере цифрового квантования.

Предположим, что в соответствии с пропускной спо­ собностью канала связи период повторения вторичных масштабных импульсов (рис. 2.2 и 2.3) выбран рав­ ным тв. Если длительность периода повторения системы передачи информации равна Тв, то развертка дально­ сти при считывании делится на

интервалов времени. Соответственно период вращения антенны РЛС содержит

(2.17)

периодов повторения системы передачи информации.

В то же время количество элементарных участков дальности в пространстве зоны обзора

где Ad — элемент разложения по дальности в системе передачи радиолокационной информации. Количество элементарных секторов разложения

где Др — элемент разложения по азимуту в системе пе­ редачи радиолокационной информации. Общее количе­ ство элементов разложения зоны обзора РЛС после преобразования системой передачи радиолокационной информации на основании формул (2.16) — (2.19)

Таким образом, пространственно-временные масштаб­ ные соотношения после преобразования могут быть

Отметим важное обстоятельство, которое будет ис­ пользовано в дальнейшем для анализа характеристик

44

методоз передачи радиолокационной информации. Об­ щее количество элементов разложения зоны обзора РЛС до преобразования конечно в силу конечности входящих в выражение (2.12) величин. Для определен­ ной наперед заданной полосы пропускания тракта РЛС (которая обычно определяется полосой пропускания усилителя промежуточной частоты А/рлс приемника

РЛС) количество элементов разложения в формуле (2.12) следует считать постоянным:

■^РЛС ^ ^РЛС 9рлс = ^'обз/т'кв^г == Const,

поскольку ткв= 1 /Д /рлс, где Д)рлс = const.

Общее количество элементов разложения после пре­ образования (2.20) точно так же является ограничен­ ным. В этом случае ограничение определяется в конеч­ ном итоге пропускной способностью канала связи, который используется для передачи информации. По­ этому (2.20) можно записать в следующем виде

Выражение (2.22) соответствует принципу физиче­ ской реализуемости системы. Существо этого принципа заключается в том, что бесконечное (точнее, конти­ нуальное) множество состояний внешней среды или, иначе, континуальное множество положений цели в зоне обзора отображается на множество состояний некоторой модели, роль которой выполняет физически существую­ щая система (РЛС, система передачи радиолокацион­ ной информации и т. д.). При этом различимое множе­ ство состояний модели всегда является конечным в силу конечного времени обзора пространства и конечной ско­ рости реакции системы на входное воздействие.

После преобразования общее количество элементов разложения сокращается в Npnc jN раз. Выразим вели­

чину этого сокращения через временные и пространст­ венные параметры, используя равенства (2.12), (2.13)

и (2.20):

^ рлс W = прлс Чрлс / я<7=

— 'св/'скв^2 — Д^ДЙ/Дррлс А^РЛС •

Для проектирования необходимо указать связь меж­ ду масштабными преобразованиями (2.15) и (2.21).

45

Будем считать, что максимальная дальность действия РЛС и максимальная дальность передаваемой зоны обзора равны D, а время периода обзора пространства РЛС и время преобразования информации всей зоны обзора равны Т0бз- В этом случае объединение (2.15) и (2.21) дает пространственно-временные масштабные соотношения для первичного (запись сигналов РЛС) и вторичного (считывание и передача сигналов в канал связи) режимов преобразования:

^РЛС Ткв = = ^ Р ^РЛС ^РЛС = = ^ = = Пхв ~~ Тъ,

Ярлс ^ п = Тобз <—<7РЛС ДЗрлс - 2тс — цЫр <—с[1в = Т0бз. (2.23)

46

Пространственное преобразование при первичном и вторичном квантовании показано на рис. 2.6. Первич­ ному квантованию соответствует полярная сетка, изо­ браженная тонкими линиями, а вторичному — толстыми. Первичные отметки от целей (квантованные сигналы РЛС) изображены в виде черных кружков внутри' эле­ ментов первичной сетки квантования. Вторичные отмет­ ки от целей, полученные в результате преобразования, изображены в правом верхнем углу укрупненных эле­ ментов разложения, в виде прямоугольников с крестом. Перенос преобразованной отметки в правый верхний угол (при условии, что антенна РЛС вращается по ча­ совой стрелке) соответствует формированию выходного сигнала во времени только после того, как получена вся информация, содержащаяся внутри укрупненного вторичного элемента разложения.

Отметим важный частный случай, когда устройство предварительной селекции сигналов РЛС предназначе­ но для совместной работы с системой передачи инфор­ мации. При этом оказывается целесообразным произво­ дить разбиение передаваемой максимальной дальности в УПС и в преобразователе сигналов РЛС на одинако­ вое количество элементов. Таким образом, период им­ пульсов квантования равен периоду первичных мас­

же генератора. На практике выбор тКв=Тп обычно отве­ чает соотношению тп> т КОрр, где тКорр — время корреля­ ции исходного радиолокационного сигнала. При этом увеличивается вероятность обнаружения сигналов малой интенсивности в УПС, а общее число ложных обнару­ жений не изменяется Ц7]. Возникающие потери разре­ шающей способности и точности при оценке дальности определяются в конечном счете пропускной способ­ ностью применяемого канала связи.

Масштабное пространственно-временное соотноше­ ние (2.23) при Ткв=тп с учетом выражений для коэффи­

Отметим еще одно положение, связанное с вопроса­ ми пространственно-временного преобразования иимею-

47

Г л а в а т р е т ь я

РАЗЛОЖЕНИЕ ЗОНЫ ОБЗОРА РЛС НА ЭЛЕМЕНТЫ

3.1. Гипотеза о распределении целей в зоне обзора РЛС

Источником сообщений о координатах целей в систе­ мах автоматической передачи радиолокационной инфор­ мации является РЛС кругового обзора. Измерения координат целей по данным РЛС на выходе системы передачи информации сопровождается ошибками, кото­ рые вследствие использования естественной полярной системы координат подразделяют на ошибки по дально­ сти и ошибки по азимуту. Ошибки измерений, случай­ ные по своей природе, описываются обычно величиной среднеквадратических отклонений или законами рас­ пределения.

Появление тех или иных ошибок при измерении зависит не только от метода и качества технической реализации системы, но определяется также характером распределения целей в зоне обзора. Поэтому оценка точности — основного показателя качества автоматиче­ ской системы передачи радиолокационной информации должна производиться с учетом распределения целеш в зоне обзора РЛС. Рассмотрим качественную сторону вопроса о распределении целей в зоне обзора в систе­ мах гражданского и военного назначения.

Движение самолетов гражданской авиации во вре­ мени и в пространстве носит упорядоченный характера что соответствует появлению отметок от целей в опре­ деленных областях зоны обзора РЛС. Однако сущест­ вование случайных отклонений, характерных для любо­ го движения, приводит к необходимости эффективного контроля практически всей зоны обзора РЛС для обес­ печения высокой безопасности воздушного движения: предотвращения случайных отклонений самолета от трассы, предупреждения опасных сближений самолетов, обхода грозовых областей и т. д. В связи с этими