CN1667431A - 船用导航雷达 - Google Patents
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Abstract
一种船用导航雷达，包括发射机(50)和接收机(70)，尤其是还包括信号处理及显示系统(100)，所述信号处理及显示系统(100)中的接口电路(140)连接接收机(70)和微处理器主电路(110)，所述微处理器主电路(110)的输出电视视频R、G、B信号线连接扫描显示电路(160)，所述微处理器主电路(110)还连接具有指令输入键盘的操作电路(130)；本发明采用高清晰度绿屏光栅逐行扫描显示器，画面稳定，回波清晰饱满；所有操作均在显示单元上进行，方便、直观，使得本发明的船用导航雷达通用性强，可靠性高，特别适合于各种中小型船舶。
Description
技术领域 本发明涉及利用无线电波反射测定目标存在的系统，特别涉及确定目标方位、距离的系统，尤其涉及一种船用导航雷达。
背景技术 船用导航雷达主要用来发现和测定周围目标的方位和距离，正确地显示岸线、航标、其他航行船舶或其他标志物相对于雷达的坐标位置，以便本船采取正确的航行姿态。
现有技术已有微波信号的发射与接收，但是由于图像的显示是依靠回波亮点的余辉来实现的，因而随天线扫描不可避免回波亮点总是由明到暗交变，造成观察不便。例如申请号为02800268的中国专利申请，公开了发明名称为“FM-CW雷达装置”的技术方案，其说明书摘要如下：
“FM-CW雷达装置，包括切换FM-CW波的调制信号的调制信号发生装置；高速傅立叶变换发送信号和接收信号的差拍信号进行检测处理，计算与目标物体的距离、相对速度的计算装置；根据计算距离确定检测范围控制调制信号的切换的控制装置；切换为变更了发送波的调制频率、三角波频率，发送波的中心频率之一的值的调制信号。把在计算出的最短距离上加上规定距离的距离，或者从固定物体的距离中减去规定距离的距离作为检测范围。”
通过对其整体方案分析得知，该专利申请也未解决显示屏上回波亮点由明到暗交变，造成观察不便的缺陷。
发明内容 本发明所要解决的技术问题是避免现有技术的不足之处而提出一种能实现TV显示，即行扫、场扫和视频数据显示的船用导航雷达。
本发明通过以下的技术方案来实现：首先将回波视频经幅度和时间量化成数字量；再对回波视频数字进行实时采样并实时存贮；然后重新定时，将雷达定时系统转换成重新定时系统；接着将经重新定时的极座标系统转换成XY直角坐标系统；将视频回波标志等以XY为地址存入主存；然后以与XY地址完全相应的TV显示行地址和场地址将视频回波和标记从存贮器取出；最后将视频回波信号、由微机控制产生的字符和各种标志信号，经合成形成电视视频R、G、B信号；由TV同时产生的行同步，场同步以及合成的电视视频R、G、B信号分别经显示电路，对TV行、场扫描实现同步和视频放大后，使回波稳定地显示在TV画面上。
因此本发明的船用导航雷达包括：发射机、接收机，尤其是还包括信号处理及显示系统，所述信号处理及显示系统中接口电路连接接收机和微处理器主电路，所述微处理器主电路输出电视视频R、G、B信号线连接扫描显示电路，所述微处理器主电路还连接操作电路。
信号处理及显示系统中两片数字电路连接成操作电路，用以当作键盘输入各种指令。
在接口电路中两片只读存储器内固化90度范围内64段距离量化单元的SIN、COS增量表软件。
接口电路中第一片可编程逻辑(PLD)电路连接主波信号线和重新定时波门信号线，并输出视频回波信号时间量化信号线。
接口电路中第二片PLD电路输出H0-H9、V0-V8地址信号；同时其一引脚输出HS信号，一引脚输出VS信号，还同时输出X、Y地址信号，并与H、V地址构成A0-A18地址总线。
所述微处理器主电路输出电视视频R、G、B信号线是由第三片可编程逻辑电路将37脚的VL、38脚的VH、6脚的CHAR、10脚的MARK输入信号合成为R、G、B信号，再分别由42、41、30脚输出。
接口电路中一只微处理器将FW信号根据不同的量程转换成不同的TRIG信号，并由其一只引脚送至第一片可编程逻辑(PLD)电路的一个引脚。
GPS信号送至第三片可编程逻辑(PLD)电路的一个引脚，魔球信号送至它的另一个引脚。
与现有技术相比较，本发明采用高清晰度绿屏光栅逐行扫描显示器，画面稳定，回波清晰饱满；所有操作均在显示单元上进行，方便、直观；本发明采用多功能的微处理器、超大规模可编程逻辑集成电路以及在系统可编程技术，能够实现扫描相关、扫掠相关、图象保持、弱信号加强、航迹显示、自动调谐、设置警告区域、GPS显示等功能；而且本发明具有中英文、公里/海里自动转换，方便用户选择使用；使得本发明通用性强，可靠性高，特别适合于各种中小型船舶。
附图说明
图1是本发明船用导航雷达使用示意图；
图2是本发明信号处理及显示系统构成示意图；
图3是本发明发射机电原理图；
图4-1、图4-2是本发明信号处理及显示系统中接口电路电原理图；
图5-1、图5-2是本发明信号处理及显示系统中微处理器主电路的电原理图；
图6是本发明信号处理及显示系统中扫描显示电路电原理图。
具体实施方式
下面结合附图及最佳实施例对本发明作进一步详尽的描述。
如图1所示，发射机50在与方位编码脉冲(天线每转一周2048/4096个)相对同步的发射触发脉冲触发下，通过FET的开关调制，经脉冲变压器形成高压脉冲，激励磁控管振荡器，从而形成射频功率脉冲。射频功率经三端环行器，方位关节传输到天线，经天线作用，使射频脉冲功率在一定的波束角范围向空间定向幅射电磁波。
定向幅射的高频电磁波，在前进方向上遇到目标或障碍物60，则一部分电磁波沿原路反射回来，被接收机70雷达天线所接收，沿方位旋转关节——三端环行器(收发开关，此时发射端被隔离)——限幅器——接收前端——本振信号与回波信号通过混频形成中频，该中频被中频放大器选择放大并检波，获得回波视频脉冲。
接收机70回波视频脉冲相对于发射触发的时间延迟代表了目标相对于雷达的距离，即Ro＝C/2て，其中Ro为目标离雷达的距离，て为目标回波与发射触发的相对延时，C为光速。目标的方向，由雷达天线定向的方位来确定。
目标回波是出现在以雷达为原点，以发射触发为定时基准的极坐标系统上，即距离和方位(R，θ)座标上，为了实现TV显示(即行扫、场扫和视频数据显示)，本发明首先将回波视频经幅度和时间量化成数字量；对回波视频数字进行实时采样并实时存贮；然后重新定时，将雷达定时系统转换成重新定时系统；将经重新定时的极座标系统转换成XY直角坐标系统；将视频回波标志等以XY为地址存入主存；然后以与XY地址完全相应的TV显示行地址和场地址以及视频回波和标记从存贮器取出；再把视频回波信号、由微机控制产生的字符和各种标志信号，经合成形成电视视频R、G、B信号；和由TV同时产生的行同步，场同步以及合成的电视视频R、G、B信号分别经显示电路对TV行、场扫描实现同步和视频放大后，使回波稳定地显示在TV屏幕上。
本发明的最佳实施例如图2所示，船用导航雷达除了包括发射机50、接收机70外，尤其还包括信号处理及显示系统100，所述信号处理及显示系统100中接口电路140连接接收机70和微处理器主电路110，所述微处理器主电路110的输出电视视频R、G、B信号线连接扫描显示电路160，所述微处理器主电路110还连接操作电路130。
信号处理及显示系统100中数字集成电路U71、U72连接成具有指令输入键盘的操作电路130。
在接口电路140中存储器A3、A4内固化90度范围内64段距离量化单元的SIN、COS增量表软件。
接口电路140中可编程逻辑电路A5连接主波信号线和重新定时波门信号线，并输出视频回波信号时间量化信号线。
接口电路140中可编程逻辑电路A8输出H0-H9、V0-V8地址信号；同时31脚输出HS信号，32脚输出VS信号，还同时输出X、Y地址信号，并与H、V地址构成A0-A18地址总线。
所述微处理器主电路110输出电视视频R、G、B信号是由可编程逻辑电路A6将37脚的VL、38脚的VH、6脚的CHAR、10脚的MARK输入信号合成为R、G、B信号再分别由42、41、30脚输出。
接口电路140中微处理器A9将FW信号根据不同的量程转换成不同的TRIG信号，并由18脚送至可编程逻辑电路A5的56脚。
GPS信号送至可编程逻辑电路A6的1脚，魔球信号送至可编程逻辑电路A6的5脚。
如图3所示，发射触发信号TRIG经过N6整形后，此时脉冲宽度一般在4US左右，经过R7、C31微分来调整脉冲宽度。从N6的10、11脚产生的正脉冲由V30-V33推挽放大。在触发脉冲没到时，+300V电压通过R12给C4充电，很快充到300V。当触发脉冲加到V23栅极时，V23导通，C4通过脉冲变压器T3初级、R13、V23放电，在T3初级产生-300V电压，通过T3:1:15升压，在T3次级上得到4.5KV负向高压，供给磁控管阴极，使之能产生9410MHZ的射频振荡。
如图4-1和图4-2所示的接口电路140，是将收发单元来的视频回波、调谐指示电平、方位信息和船首信息等进行处理转换，同时将TRIG、带宽转换、脉宽转换送往收发单元。
当FTC不起作用时，从收发单元来的视频回波通过S35后，直接输出。当FTC1、FTC2起作用时，视频回波通过C20与由S36选通R4-R7组成的微分电路，将雨雪回波(连续回波)取出前沿，从中识别目标。R1为匹配电阻。V2吸收微分后的正脉冲。
如图5-1和图5-2所示的微处理器主电路110，A/D转换电路U09的主要任务是将模拟视频回波转换成数字量，以便计算机系统进行处理。
如图4-2所示，经过S37-S39幅度量化之后的视频回波还不能被计算机所接受，必须进行时间量化，时间量化电路由A5构成。
A5将V1、V2、V3锁存为OUTH、OUTI，实现了对V1、V2、V3的时间量化，量化视频的宽度为采样时钟周期的整数倍，幅度为TTL电平。采样时钟以0.5KM、1KM作为标准，海里制主振频率为38.88MHz，公里制主振频率36MHz。72.7MHz、77.7MHz的振荡频率经S27(74S74)分频成36MHz、38.8MHz的主振荡频率送入A5的68、69脚。
船首线的宽度一般由一个重新定时波门宽度确定。带宽控制由RG0-RG3来选择。由收发单元送来的方位编码信号FW为天线旋转一圈，产生128个方位编码，然后由A8将相邻的两个编码信号之间插入36个相同时间间隔的码信号。此目的是由于方位齿轮的不均匀性，使得送下来的方位信号不均匀，按照此方法，可以减少图象的来回晃动。经过A8处理后，送出来的方位信号为128*36＝4096，亦即将图象一圈360度分成4096等份。
当TRIG信号到来时，主波门MG开始工作，当记满490个脉冲时，主波门结束。
S31(CY7C128)为扫描存储器(缓存)，缓存在主波门期间写入，写时钟脉冲同采样脉冲，在重新定时波门期间为读状态。
坐标转换电路由S28-S30、A3、A4、A5、A8等组成。S28-S30为方位计数器，记数时钟为RTG1，船首线HL将罗经方位S28：P0-P3、S29：P0-P3、S30：P0-P3置数，若无罗经输入，则HL为置方位零位。
S28-S30输出90度范围内的方位数据S28：Q1-Q3，S29：Q0-Q3，S30：Q0-Q1，S30：Q3用作象限识别(0-180度为0，180-360度为1)，控制Y计数器(A8：I191)加或减运算。Q10、Q11经I105(A8)异或，控制I1(A8)：X计数器加或减运算(一、三象限为加运算，输出为0，二四象限为减运算，输出为1)。
存储器A3、A4内存放着90度范围内64个距离段(由地址A5：R13-R18决定)中每一个距离量化单元的SIN增量表和COS增量表。
微处理器主电路110的核心是单片机A9：GMS90C32，其在系统中的主要作用为：开机时对各种控制信号进行初始化；对雷达工作状态实行监控，产生各种相应的控制信号；产生EBL、VRM、FBM(固定方位刻度)、RING、字符、设置报警、各种菜单等。
如图5-1所示，操作电路130中通过U71、U72 I/O口的扩展，形成键盘扫描电路。
如图5-1、图5-2所示，微处理器U23发出所有的控制信号。它是8位单片机，即8位数据总线，16位地址总线，程序存储器U2为64K的27C512，数据存储器U25为HY628400A，它的寻址范围为512K，这是为了满足视频数据计算和TV显示地址的需要。外置电擦除可编程只读存储器U24为X25045，其优点主要是能在应用系统中进行在线改写，主要存储船首，报警，时间累计纪录等功能。
U12为8253，是含有3个16位可编程定时器的微机接口芯片。
字符及各种标志信号通过通过U14～U18共5个74157切换后，存储在U25中，并经过U1(GAL16V8)，合成后送到A6。
TV信号形成电路主要功能是产生各种TV定时信号，存储和读出回波视频数据VL、VH、PLOT、ALARMG、HOLD、SCAN等信号，并与CHAR、MARK信号合成，形成R、G、B信号。同时输出HS、VS至光栅扫描电路，将各种视频数据显示在屏幕上。
如图4-2所示，TV定时器由52.5MHz的晶振经S32(74F74)二分频后，形成26.25MHz的主振频率，它是行计数器的计数时钟。行计数器经过二分频形成行地址H0-H9，同时输出行消隐HB、行同步HS、行清零HCLR、RAMW、RAMW1、RAMW2、RAMW3。场计数二分频后，形成场地址VDE、V1-V8，同时形成VS、VB(场消隐)、VCLR(场计数清零)。
如图4-1所示，主存由S31组成，主要用于存储视频数据，在WE信号控制下，当地址为X、Y坐标数据时，写入数据，当地址为H、V坐标数据时，通过A0-A4将存储器相应单元的信号送出。
VL、VH、PLOT、ALARM、HOLD、SCAN等数据合成后，再与CHAR、MARK等信号合成，形成R、G、B信号，在HVB期间，送光栅扫描电路显示。
从收发单元送来的调谐电平，经图5-2中的U09，即ADC0804转换成数字量，由单片机U23控制处理，输出至U08，即DAC0832，转换成模拟量，送至MIC。
加装GPS时，GPS信号送至单片机U23处理后，同时由A8，A5等来实现显示在屏幕的相应位置。
如图6所示，由图4-1所示的接口电路140送来的各种视频信号经过行、场同步，在显象管上显示出来。
实践证明，本发明采用高清晰度绿屏光栅逐行扫描显示器，画面稳定，回波清晰饱满；所有操作均在显示单元上进行，方便、直观；本发明采用多功能的微处理器、超大规模可编程逻辑集成电路以及在系统可编程技术，能够实现扫描相关、扫掠相关、图象保持、弱信号加强、航迹显示、自动调谐、设置警告区域、GPS显示等功能；而且本发明具有中英文、公里/海里自动转换，方便用户选择使用；使得本发明通用性强，可靠性高，特别适合于各种中小型船舶。
Claims (8)
1、一种船用导航雷达，包括发射机(50)和接收机(70)，其特征在于：还包括信号处理及显示系统(100)，用于处理和显示来自接收机(70)的图像信息；
所述信号处理及显示系统(100)中的接口电路(140)连接接收机(70)和微处理器主电路(110)，所述微处理器主电路(110)的输出电视视频R、G、B信号线连接扫描显示电路(160)，所述微处理器主电路(110)还连接操作电路(130)。
2、根据权利要求1所述的船用导航雷达，其特征在于：信号处理及显示系统(100)中的数字集成电路U71、U72连接成操作电路(130)，该操作电路(130)有操作指令的输入键盘。
3、根据权利要求1所述的船用导航雷达，其特征在于：在接口电路(140)中存储器A3、A4内固化90度范围内64段距离量化单元的SIN、COS增量表软件。
4、根据权利要求1所述的船用导航雷达，其特征在于：接口电路(140)中可编程逻辑电路A5连接主波信号线和重新定时波门信号线，并输出视频回波信号时间量化信号线。
5、根据权利要求1所述的船用导航雷达，其特征在于：接口电路(140)中可编程逻辑电路A8输出H0-H9、V0-V8地址信号；同时31脚输出HS信号，32脚输出VS信号，还同时输出X、Y地址信号，并与H、V地址构成A0-A18地址总线。
6、根据权利要求1所述的船用导航雷达，其特征在于：所述微处理器主电路(110)输出电视视频R、G、B信号是由可编程逻辑电路A6将37脚的VL、38脚的VH、6脚的CHAR、10脚的MARK输入信号合成为R、G、B信号再分别由42、41、30脚输出。
7、根据权利要求1所述的船用导航雷达，其特征在于：接口电路(140)中微处理器A9将FW信号根据不同的量程转换成不同的TRIG信号，并由18脚送至可编程逻辑电路A5的56脚。
8、根据权利要求1所述的船用导航雷达，其特征在于：GPS信号送至可编程逻辑电路A6的1脚，魔球信号送至可编程逻辑电路A6的5脚。
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