RU2140091C1 - Трехмерный индикатор радиолокационной станции - Google Patents

Abstract

Трехмерный индикатор радиолокационной станции относится к области индикаторов РЛС. Сущность изобретения состоит в том, что для решения технической задачи - повышения наглядности воспроизведения внешней обстановки на экране индикатора формируется трехмерное изображение цели, две координаты которого составляют дальность и азимут цели, а третья равна в определенном масштабе амплитуде отраженного сигнала и изображается на экране в виде светящейся линии, начинающейся в месте расположения наблюдаемого участка цели и направленной в сторону увеличения дальности, для чего в индикатор введен после видеоусилителя преобразователь амплитуда - длительность, преобразующий сигналы различной амплитуды в сигналы фиксированной амплитуды различной длительности, пропорциональной амплитуде сигнала. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к области радиолокационной техники, в частности к области электронных индикаторных устройств обзорных радиолокационных станций (РЛС).

Для визуального наблюдения за обнаруженными целями в РЛС используются электронные индикаторные устройства. В связи с этим индикатор является оконечным устройством РЛС, обеспечивающим оператора РЛС визуальной информацией об обнаруженных станцией целях.

На экране индикатора РЛС воспроизводятся все сигналы, принятые антенной РЛС, усиленные приемным устройством и выделенные системой обработки сигналов. Задачей аппаратуры обработки РЛС и оператора, ведущего наблюдение за целями на экране индикатора, является тщательный анализ всей воспроизведенной на экране информации с целью выделения полезных сигналов о целях на фоне помех. После этого оператором решается вторая задача - определение дальности до цели, направления на цель, а также определение других характеристик цели - направления и скорости движения цели, типа и размеров цели и др.

В настоящее время (см. Справочник по радиолокации под ред.М.Сколник. М. Сов.радио. 1979 г. т.3, стр. 197) можно рассматривать 15 методов отображения на экранах индикаторов РЛС радиолокационных данных и соответствующих им типов разверток индикаторов.

Основными можно считать развертки типа A, B и P. Остальные являются различными модификациями указанных трех. В индикаторе типа А сигнал отображается путем отклонения горизонтально перемещающегося по экрану луча вверх на величину, пропорциональную амплитуде отраженного целью сигнала. Направление на цель определяется по отдельному индикатору углового положения антенны. Таким образом индикатор типа А отображает две координаты - дальность до цели и амплитуду отраженного сигнала.

Различными вариантами индикатора типа A являются индикаторы J, K, L, M и N. Индикатор типа J имеет развертку по дальности в виде кольца, что увеличивает длину развертки и повышает точность определения дальности. Индикатор типа К используется в РЛС с переключением диаграммы направленности антенны на два угловых положения с воспроизведением отраженных сигналов для различных положений антенны со смещением отметок от цели по дальности. При равенстве амплитуд отраженных сигналов определяется точное направление на цель.

В индикаторе типа L воспроизведение информации о цели аналогично индикатору типа K, но отметки о цели для каждого из двух лучей антенны воспроизводятся на одинаковой дальности, но в противоположных направлениях.

В индикаторах типа М и N используются развертки типа А, K или М, но с использованием ступеньки или впадины в развертке по дальности для повышения точности измерения дальности.

Индикаторы типа B относятся к индикаторам с прямоугольной системой разверток. Наибольшее распространение получили индикаторы типа B с воспроизводимыми координатами азимут-дальность.

В индикаторах типа P - индикаторах кругового обзора (ИКО) используется полярная система координат с разверткой по дальности от центра экрана к краю и по азимуту - по угловому смещению развертки. Отметка от цели воспроизводится в виде световой засветки (модуляции луча по яркости).

Модификациями указанных индикаторов являются индикаторы типа C, D, E, H и I. В индикаторах типа C и D вместо дальности воспроизводится по вертикали высота воздушной цели. Индикатор типа E является совокупностью двух индикаторов дальность-угол места, на одном из которых эти координаты воспроизводятся в прямоугольной системе, а на другом в полярной.

На индикаторе типа H используется система разверток, как в индикаторе типа B, но эхо-сигнал отображается двумя точками. По левой точке определяются азимут и дальность цели, а по правой - приближенно высота.

В индикаторе типа I, применяющемся в РЛС с коническим сканированием луча антенны, эхо-сигнал воспроизводится на экране в виде окружности, радиус которой пропорционален дальности до цели. Наиболее яркий участок окружности характеризует отклонение направления на цель от оси конуса развертки луча антенны.

Индикаторы типа F и G предназначены для отображения только одного эхо-сигнала и обеспечивают точное наведение на цель по азимуту и углу места. В них используется яркостная отметка цели.

На экранах индикаторов для облегчения работы операторов вместе с радиолокационными данными могут воспроизводиться специальные метки, неподвижные и регулируемые метки дальности и линии калиброванных значений направления и высоты. Для дополнительной информации или маркировки данных на экран могут быть выведены буквенно-цифровые данные, различные знаки и символы.

Как отмечено в специальной литературе (напр. А.С.Магдесиев, М.М.Резник. Индикаторы обзорных радиолокационных станций. Воениздат. М. 1963 г. стр. 23. ), в обзорных РЛС основным типом индикаторов является индикатор кругового обзора (ИКО). Он может использоваться в трех режимах - кругового обзора, кольцевого обзора и секторного обзора. В режиме кольцевого обзора на экране воспроизводится круговая картина расположения целей только в пределах выбранного отрезка по дальности. В режиме секторного обзора центр изображения индикатора смещается в сторону по азимуту для увеличения масштаба или области наблюдения в противоположном смещению направлении.

Совместное использование кольцевого и секторного режимов приводит к формированию индикатора типа B.

Широкое использование в системах обработки РЛС цифровых методов и телевизионных принципов формирования изображения в индикаторах РЛС значительно расширили возможности формирования на одном индикаторе различных типов разверток, вида и объема информации.

Кроме азимута и дальности, на экране ИКО отображается и уровень отраженного целями и принимаемого сигнала в виде яркостных отметок различного уровня яркости.

Как отмечено в литературе (Каплин С.И., Каплина М.С. Навигационные комплексы нового поколения. Судостроение. N 4. 1994 г.), глаз оператора способен различать до 8 степеней яркости отметки от цели.

Рассмотрим более подробно индикаторы типа азимут-дальность - ИКО и типа B для морских РЛС наблюдения за надводной обстановкой. Основным достоинством индикатора кругового обзора является возможность наблюдения за всей надводной обстановкой в зоне видимости радиолокационной станции обнаружения. По экрану ИКО можно одновременно определить две координаты цели - азимут и дальность.

Однако наблюдение за всей обстановкой на экране индикатора связано с ограничением возможности повышения точности определения координат цели и разрешающей способности по дальности и по азимуту.

На одном индикаторе кругового обзора в РЛС нельзя одновременно получить отображение обстановки во всей зоне обнаружения станции и определить особенности обстановки, так как для выполнения последнего требуется крупномасштабный индикатор. Для устранения этого недостатка в РЛС обнаружения применяют секторные индикаторы типа B.

Эти индикаторы используются для:
-получения предельно возможной для данной РЛС разрешающей способности по азимуту и по дальности независимо от фокусировки луча, что дает возможность использовать индикатор для определения особенностей обнаруженных целей (число и ориентировочные размеры целей, их относительное расположение и др. );
- повышения разрешающей способности близких по азимуту целей;
- повышения точности отсчета координат целей.

Особенности устройства и функционирования секторного индикатора типа азимут-дальность, который принимается нами в качестве ближайшего аналога - прототипа, подробно рассмотрены в литературе, в частности в книге А.С.Магдесиев, М. М.Резник. Индикаторы обзорных радиолокационных станций. Воениздат. М. 1963. Страницы 55 - 78.

В указанной литературе отмечено, что индикаторы типа азимут-дальность относятся к индикаторам с прямоугольной системой разверток. Применительно к РЛС наблюдения за надводной обстановкой, развертка по азимуту осуществляется в горизонтальном направлении, а по дальности - в вертикальном, отраженные сигналы воспроизводятся на экране такого индикатора в виде вытянутых горизонтальных линий, образуемых светящимися точками отраженных протяженной целью сигналов при вращении антенны по азимуту масштабные отметки дальности - в виде ряда горизонтальных линий, соответствующих фиксированным дальностям; масштабные отметки азимута - в виде ряда вертикальных линий, соответствующих фиксированным углам поворота антенны.

Для получения изображения сектора на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) в индикаторе азимут-дальность применяется быстрая временная развертка по дальности (вертикальная или кадровая развертка) и медленная, управляемая антенной, развертка азимута (горизонтальная или строчная развертка). Поэтому отклоняющая система таких индикаторов состоит из двух взаимно-перпендикулярных неподвижных отклоняющих катушек: вертикальной катушки, создающей развертку по азимуту, и горизонтальной отклоняющей катушки, создающей развертку азимута.

Вертикальная отклоняющая катушка питается током канала развертки азимута, изменяющимся пропорционально углу или синусу угла поворота антенны.

Горизонтальная отклоняющая катушка питается током канала развертки дальности, аналогичным каналу развертки дальности ИКО с вращающейся отклоняющей катушкой.

Для смещения начала развертки в горизонтальном и вертикальном направлениях применяются самостоятельные катушки, которые питаются постоянным током. Для того, чтобы иметь возможность изменять величину постоянного тока, протекающего через катушку смещения начала развертки, последовательно с ней включается переменное сопротивление или электронная схема, обеспечивающие регулировку положения начала разверток на экране индикатора.

Типовой индикатор азимут-дальность состоит из следующих основных элементов (см. указанную выше книгу - Индикаторы обзорных радиолокационных станций. Стр. 60, рис.26):
- электронно-лучевой трубки с неподвижной отклоняющей системой:
- канала развертки дальности;
- канала развертки азимута:
- канала подсвета прямого хода азимутальной развертки;
- канала видеоусиления;
- цепей питания и управления режимом трубки.

Описанный прототип предлагаемого трехмерного индикатора РЛС имеет ряд недостатков.

Информативность изображения на экране индикатора обнаруженных объектов и наглядность воспроизведения внешней обстановки и образов обнаруженных объектов недостаточна. Оценка уровня сигнала, отраженного различными участками цели по степени яркости отметки затруднена, так как человеческий глаз способен различить не более 8 градаций яркости светящейся точки (см. выше). Таким образом яркостная градация уровня сигнала, отраженного различными участками цели (судна, корабля, участка побережья с различными строениями и объектами), не обеспечивает качественную оценку конфигурации цели, что делает невозможным качественное распознавание обнаруженной цели.

Уровни яркостных отметок изображения зависят также от выбранного режима воспроизведения изображения по яркости и внешнего освещения в месте расположения индикатора.

Имеющее место интегрирование в пределах диаграммы направленности антенны отраженных от различных по размерам и отражающей способности участков цели затрудняют оценку конфигурации цели, сглаживая ее профиль.

Для улучшения функционирования индикатора нам понадобится преобразователь "амплитуда-длительность" или "напряжение-длительность" .

Преобразователи "напряжение-длительность" известны и широко используются в технике, в частности в преобразователях "напряжение-цифра". Одна из возможных схем такого преобразователя и его функционирование описаны в книге В.П. Демидов. Н.Ш.Кутыев. Управление зенитными ракетами. Второе издание, переработанное и дополненное. Воениздат. 1989 (стр.стр. 290. 291. рис.10.7.).

В указанной книге описывается преобразователь "напряжение-цифра", в котором указанное преобразование сигнала осуществляется через промежуточное преобразование напряжения во временной импульс в преобразователе "напряжение-длительность" с последующим счетом числа импульсов высокостабильного генератора, вырабатываемых в течение выделенного временного интервала. Описываемый преобразователь работает следующим образом. На входе преобразователя установлена схема сравнения, которая сравнивает величину преобразуемого постоянного напряжения с величиной линейно возрастающего пилообразного напряжения, вырабатываемого генератором линейного пилообразного напряжения. Схема сравнения вырабатывает импульс сравнения в момент совпадения указанных двух напряжений.

Импульсы, запускающие генератор пилообразного напряжения, одновременно подаются на триггер, который начинает формирование положительного прямоугольного импульса напряжения постоянной амплитуды, время существования которого определяется моментом прихода импульса сравнения. Таким образом осуществляется промежуточное преобразование "напряжение-длительность", при котором длительность преобразованного импульса пропорциональна величине напряжения на входе схемы.

С выхода триггера прямоугольный импульс напряжения подается на схему вентиля совпадения, на другой вход которого подаются высокостабильные импульсы генератора импульсов. При подаче на вентиль положительного импульса с триггера с выхода вентиля на счетчик поступают эталонные импульсы генератора импульсов. Показания счетчика являются цифровым эквивалентом преобразованного напряжения. После каждого цикла преобразования счетчик обнуляется импульсом сброса, который синхронен с импульсом начала развертки.

Как отмечается в указанной книге, достоинством рассмотренной схемы является ее простота. Точность преобразования зависит в основном от линейности пилообразного напряжения.

Далее в книге отмечается, что в качестве преобразователей "напряжение-цифра" (с промежуточным преобразованием "напряжение-длительность") могут быть использованы также схемы на базе широтно-импульсных модуляторов (фантастрон, санатрон, мультивибратор), которые вырабатывают импульсы, длительность которых зависит от управляющего напряжения. Используя в качестве управляющего измеряемое напряжение - U_изм, можно преобразовать его значение в импульс длительностью T_вых, т.е.

T_вых = k • U_изм,
где k - коэффициент пропорциональности.

В дальнейшем T_вых преобразуется в числовой код с помощью схемы преобразования временного интервала в число, работа которой была описана выше.

Из изложенного следует, что в настоящее время преобразователи "напряжение-длительность" и "напряжение-цифра" общеизвестны и широко используются в аналоговой и цифровой технике.

Сущность изобретения заключается в создании на экране индикатора РЛС трехмерного изображения пространственных целей, таких как корабль, участок берега и т.п.

Предложен трехмерный индикатор радиолокационной станции, включающий электронно-лучевую трубку с отклоняющими системами по дальности и по азимуту, с первым анодом, фокусирующим и управляющим электродами, канал развертки по дальности в составе каскада запуска, схемы задержки, генератора пилообразного напряжения, схемы подсвета и выходного каскада развертки, канал развертки по азимуту в составе схемы формирования исходного напряжения азимутальной развертки, а также усилителя и выходного каскада, схему формирования импульса подсвета развертки азимута, схему формирования азимутальных отметок, схему сдвига развертки по дальности, схему сдвига развертки по азимуту, схему фокусировки, схему формирования отметок дальности, смеситель и видеоусилитель, причем первый вход отклоняющей системы по дальности соединен с выходом выходного каскада развертки канала развертки по дальности, второй вход - с выходом схемы сдвига развертки по дальности, первый вход отклоняющей системы по азимуту соединен с первым выходом усилителя и выходного каскада канала развертки по азимуту, второй вход - с выходом схемы сдвига развертки по азимуту, первый анод соединен с выходом схемы подсвета канала развертки по дальности и с выходом схемы формирования импульса подсвета развертки азимута, фокусирующий электрод соединен с выходом схемы фокусировки, управляющий электрод соединен с выходом смесителя, в канале развертки по дальности импульсы запуска поступают на вход каскада запуска, выход которого соединен через двухпозиционный переключатель с входом схемы задержки или с входом генератора пилообразного напряжения, выход схемы задержки соединен через спаренный с вышеуказанным двухпозиционным переключателем, соответственно, с входом генератора пилообразного напряжения или со свободным контактом, первый выход генератора пилообразного напряжения соединен с входом схемы подсвета, а второй - с входом выходного каскада развертки, в канале развертки по азимуту вход схемы формирования напряжения азимутальной развертки связан механически с осью вращения антенны, а выход - с входом усилителя и выходного каскада, первый выход которого соединен с входом отклоняющей системы по азимуту, а второй - с входом схемы формирования импульса подсвета развертки азимута, вход схемы формирования азимутальных отметок механически соединен с осью вращения антенны, а выход - с первым входом смесителя, второй вход которого соединен с выходом схемы формирования отметок дальности, вход видеоусилителя соединен с видеовыходом приемника РЛС, а выход - с третьим входом смесителя, выход которого соединен с входом управляющего электрода, отличающийся тем, что в состав индикатора введен преобразователь "амплитуда-длительность", вход которого соединен с выходом видеоусилителя, а выход - с третьим входом смесителя, вместо связи выхода видеоусилителя с третьим входом смесителя, что обеспечивает преобразование поступающих из видеоусилителя видеоимпульсов различной амплитуды в видеоимпульсы фиксированной амплитуды различной длительности, пропорциональной амплитуде поступающих на вход преобразователя видеоимпульсов, и воспроизведение на экране индикатора третьей координаты - амплитуды видеоимпульса в виде светящейся линии длиной, пропорциональной амплитуде видеоимпульса, начинающейся в месте расположения облучаемого участка цели по направлению и по дальности и направленной в сторону увеличения дальности, причем совокупность указанных светящихся линий - отметок от различных участков протяженной цели соответствует радиолокационному образу цели, приближенно соответствующему ее визуальному образу.

В состав преобразователя "амплитуда-длительность" включены запоминающее устройство амплитуды видеоимпульсов, генератор запускающих импульсов, генератор пилообразного напряжения, схема сравнения и триггер, причем вход запоминающего устройства амплитуды видеоимпульсов и вход генератора запускающих импульсов соединены через вход преобразователя с выходом видеоусилителя индикатора, выход генератора запускающих импульсов соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выход запоминающего устройства амплитуды видеоимпульсов соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, первый выход схемы сравнения соединен со вторым входом триггера, а второй - со вторым входом запоминающего устройства амплитуды видеоимпульсов, триггер, соединенный первым входом со вторым выходом генератора запускающих импульсов, а вторым входом - с выходом схемы сравнения, соединен своим выходом, через выход преобразователя, с третьим входом смесителя, благодаря чему обеспечивается выдача через смеситель на управляющий электрод электронно-лучевой трубки индикатора преобразованных видеоимпульсов фиксированной амплитуды и различной длительности, пропорциональной амплитуде поступающих на вход преобразователя "амплитуда-длительность" видеоимпульсов.

Перечень фигур чертежей и иных материалов.

Фиг. 1. Блок-схема трехмерного индикатора.

Фиг. 2. Блок-схема и временные диаграммы преобразователя "амплитуда-длительность".

Фиг. 3. Схема формирования на экране индикатора трехмерного изображения из двухмерного.

Фиг. 4 Силуэт морской цели (танкера).

Фиг. 5. Радиолокационное изображение цели (танкера), представленной на фиг. 4. на экране секторного индикатора современных РЛС.

Фиг. 6. Радиолокационное изображение цели (танкера), представленной на фиг. 4, на экране предлагаемого трехмерного индикатора.

Перечень условных обозначений на фиг. 1.

1. Электронно-лучевая трубка.

2. Отклоняющая система по дальности.

3. Отклоняющая система по азимуту.

4. Первый анод.

5. Фокусирующий электрод.

6. Управляющий электрод.

7. Канал развертки по дальности.

8. Каскад запуска.

9. Схема задержки.

10. Генератор пилообразного напряжения.

11. Схема подсвета.

12. Выходной каскад развертки.

13. Канал развертки по азимуту.

14. Схема формирования исходного напряжения азимутальной развертки.

15. Усилитель и выходной каскад.

16. Схема формирования импульса подсвета развертки азимута.

17. Схема формирования азимутальных отметок.

18. Схема сдвига по дальности.

19. Схема сдвига по азимуту.

20. Схема фокусировки.

21. Схема формирования отметок дальности.

22. Смеситель.

23. Видеоусилитель.

24. Преобразователь "амплитуда-длительность".

Перечень условных обозначений на фиг. 2 и на фиг. 3.

1. Запоминающее устройство амплитуды видеоимпульса.

2. Генератор запускающих импульсов.

3. Генератор пилообразных импульсов.

4. Схема сравнения.

5. Триггер.

U_вх - входной видеоимпульс.

U_оп - опорное постоянное напряжение.

U_зап - запускающий импульс.

U_п - пилообразный импульс.

U_ср - импульс сравнения.

U_вых - выходной преобразованный импульс.

t - текущее время.

Блок-схема предлагаемого трехмерного индикатора представлена на фиг. 1. Предлагаемый трехмерный индикатор построен с использованием существующих узлов и устройств секторного индикатора азимут-дальность, описание, блок-схема и принцип работы которого приведены в литературе (A.С.Магдесиев, М.М. Резник. Индикаторы обзорных радиолокационных станций. Воениздат. М. 1983. Страницы 55-78, рисунки 23-41.).

В состав указанного стандартного индикатора (см. блок-схему на фиг. 1, соответствующую блок-схеме на рис. 26 в указанной литературе) входят: электронно-лучевая трубка 1 с отклоняющими системами по дальности 2 и по азимуту 3, с первым анодом 4, фокусирующим 5 и управляющим 6 электродами, канал развертки по дальности 7, включающий в свой состав каскад запуска 8, схему задержки 9, генератор пилообразного напряжения 10, схему подсвета 11 и выходной каскад развертки 12, канал развертки по азимуту 13 в составе схемы формирования исходного напряжения азимутальной развертки 14 и усилителя и выходного каскада 15, схема формирования импульса подсвета развертки азимута 16, схема формирования азимутальных отметок 17, схема сдвига по дальности 18, схема сдвига по азимуту 19, схема фокусировки 20, схема формирования отметок дальности 21, смеситель 22 и видеоусилитель 23.

В отличие от существующего стандартного индикатора в перечисленном выше составе устройств в состав трехмерного индикатора после видеоусилителя введен преобразователь "амплитуда-длительность" 24.

Перечисленные блоки, схемы и устройства трехмерного индикатора соединены между собой следующим образом. Первый вход отклоняющей системы по дальности ЭЛТ 2 соединен с выходом выходного каскада развертки 12 канала развертки по дальности 7, второй вход - с выходом схемы сдвига по дальности 18. Первый вход отклоняющей системы по азимуту 3 соединен с первым выходом усилителя и выходного каскада 15 канала развертки по азимуту 13, второй вход - с выходом схемы сдвига по азимута 19. Первый анод 4 соединен с выходом схемы подсвета 11 и с выходом схемы формирования импульса подсвета развертки азимута 16. Фокусирующий электрод 5 соединен с выходом схемы фокусировки 20. Управляющий электрод соединен с выходом смесителя 22.

В канале развертки по дальности 7 импульсы запуска поступают на вход каскада запуска 8, выход которого соединен через двухпозиционный переключатель с входом схемы задержки 9 или с входом генератора пилообразного напряжения 10. Выход схемы задержки 9 соединен через спаренный с вышеуказанным двухпозиционным переключателем, соответственно, с входом генератора пилообразного напряжения 10 или со свободным контактом. Первый выход генератора пилообразного напряжения 10 соединен с входом схемы подсвета 11, а второй - с входом выходного каскада развертки 12.

В канале развертки по азимуту 13 вход схемы формирования напряжения азимутальной развертки 14 связан механически с осью вращения антенны, а выход - с входом усилителя и выходного каскада 15, первый выход которого соединен с входом отклоняющей системы по азимуту, а второй - с входом схемы формирования импульса подсвета развертки азимута 16. Вход схемы формирования азимутальных отметок 17 механически соединен с осью вращения антенны, а выход - с первым входом смесителя 22, второй вход которого соединен с выходом схемы формирования отметок дальности 21.

Вход видеоусилителя 23 соединен с видеовыходом приемника РЛС, а выход - с входом преобразователя "амплитуда-длительность" 24, выход которого соединен с третьим входом смесителя 22.

Блок-схема преобразователя амплитуды (напряжения) импульсного видеосигнала в импульсы различной длительности, пропорциональной амплитуде импульсного напряжения, с фиксированной амплитудой, т.е. преобразователя "амплитуда-длительность", используемого в предлагаемом трехмерном индикаторе, представлена на фиг. 2. Преобразователь построен на основе описанного выше преобразователя "напряжение-цифра", блок-схема и функционирование которого описано в литературе (В.П.Демидов, Н.Ш.Кутыев. Управление зенитными ракетами. М. Воениздат. 1989. Стр. 290-291, рис.10.7.). Так как входным сигналом для описанного преобразователя является постоянное напряжение, для преобразования в предлагаемом трехмерном индикаторе импульсных видеосигналов перед преобразователем установлено запоминающее устройство, обеспечивающее фиксацию и подачу на первый вход схемы сравнения преобразователя необходимого для ее нормальной работы постоянного напряжения, равного амплитуде импульсного сигнала. В остальном схема преобразователя соответствует описанной выше схеме преобразователя " амплитуда-цифра" в части преобразователя "амплитуда-длительность".

В состав преобразователя таким образом входят следующие устройства (см. фиг. 2а ): запоминающее устройство амплитуды видеоимпульса - 1, генератор запускающих импульсов - 2, генератор пилообразных импульсов - 3, схема сравнения - 4, триггер - 5.

Первый вход устройства 1 и вход устройства 2, являющиеся входом преобразователя 24 (фиг. 1), соединены с выходом видеоусилителя 23 (фиг. 1), второй вход устройства 1 соединен со вторым выходом устройства 4. Выход устройства 1 соединен с первым входом устройства 4. Первый выход устройства 2 соединен с входом устройства 3, выход которого соединен со 2 входом устройства 4. Второй выход устройства 2 соединен с первым входом триггера 5. Первый выход устройства 4 соединен со вторым входом триггера 5, выход которого, являющийся выходом преобразователя 24 (фиг. 1), соединен с третьим входом смесителя 22 (фиг. 1).

Функционирует преобразователь "амплитуда-длительность" следующим образом (см. фиг. 2а и фиг. 2б ). Запоминающее устройство 1 обеспечивает запоминание амплитуды поступающего на ее первый вход видеосигнала U_вх в виде постоянного напряжения на ее выходе и выдачу этого постоянного напряжения на вход схемы сравнения 4, являясь для этой схемы опорным напряжением. Временные диаграммы U_вх и U_оп представлены на фиг. 2б. Видеосигнал U_вх поступает также на вход генератора запускающих импульсов 2, с первого и второго выходов которого снимаются запускающие импульсы U_зап (см. диаграмму для U_зап). Запускающие импульсы генератора 2 обеспечивают запуск генератора пилообразных импульсов 3 и триггера 5. Генератор пилообразных импульсов 3 вырабатывает линейно возрастающее напряжение с фиксированными начальным и конечным уровнями и длительностью, пропорциональной установленной для преобразователя максимальной длительности преобразованного сигнала, - U_п. Схема сравнения 4 сопоставляет поступающее на ее вход 2 пилообразное напряжение U_п с поступившим на ее вход 1 фиксированным напряжением - U_оп, равным амплитуде видеоимпульса U_вх. В момент совпадения указанных двух напряжений схема сравнения вырабатывает импульс сравнения - U_ср.

Импульсы запуска U_зап из блока 2, запускающие генератор пилообразного напряжения 3, одновременно подаются на первый вход триггера 5, который начинает формирование положительного прямоугольного напряжения (импульса U_вых), спад которого определяется приходом импульса сравнения - U_ср, поступающего из блока 4 на второй вход триггера 5, заканчивающего формирование импульса выходного напряжения - U_вых, пропорционального по длительности амплитуде входного видеоимпульса - U_вх.

С выхода триггера 5, являющегося выходом преобразователя "амплитуда-длительность", на смеситель 22 (фиг.1) поступают преобразованные видеоимпульсы фиксированной амплитуды различной длительности, пропорциональной амплитуде поступающих на вход преобразователя видеоимпульсов - U_вх.

После каждого цикла преобразования схема обнуляется импульсом сброса, который синхронен с импульсом сравнения - U_ср, выдается со второго выхода схемы сравнения 4 на второй вход запоминающего устройства 1 и обнуляет запоминающее устройство.

Таким образом работает преобразователь "амплитуда-длительность". Схема преобразователя разработана на основе описанных выше известных из технической литературы устройств и блоков. В связи с этим возможность реализации преобразователя не вызывает сомнений.

Рассмотрим работу трехмерного индикатора в целом (см. фиг. 1). Как было отмечено выше, новым в индикаторе является только преобразователь "амплитуда-длительность". В связи с этим нет необходимости подробно останавливаться на описании серийных блоков и устройств индикатора, достаточно подробно описанных в литературе, в частности в указанной выше книге "Индикаторы обзорных радиолокационных станций". Рассмотрим кратко функционирование индикатора.

На экране электронно-лучевой трубки индикатора воспроизводится выбранный оператором участок местности (поверхности моря) по азимуту и по дальности в прямоугольных координатах.

Создание развертки по дальности (по вертикали) обеспечивается с помощью отклоняющей системы по дальности 2. Необходимые для ее функционирования напряжения и токи вырабатываются каналом развертки по дальности 7. На вход канала 7 подаются от передатчика в каскад запуска 8 импульсы запуска, обеспечивающие запуск развертки. Для смещения начала развертки по дальности используется схема задержки импульса запуска 9. С выхода устройств 8 или 9 импульсы запуска поступают на генератор пилообразного напряжения 10. Сформированное генератором 10 пилообразное напряжение развертки по дальности через выходной каскад развертки 12 преобразуется в отклоняющий ток и подается на отклоняющую систему 2, обеспечивая на экране электронно-лучевой трубки вертикальную развертку по дальности. Схема сдвига развертки по дальности 18 обеспечивает плавное смещение начала развертки в небольших пределах, изменяя начальный ток в отклоняющих катушках. Для подсвета развертки по дальности схема подсвета 11 канала развертки по дальности 7 вырабатывает импульсы подсвета, подаваемые на первый анод трубки 1.

Создание развертки по азимуту (по горизонтали) обеспечивается с помощью отклоняющей системы по азимуту 3, канала развертки по азимуту 13 и схемы сдвига по азимуту 19. Воспроизводимый на экране индикатора участок поверхности по азимуту определяется состоянием схемы формирования исходного напряжения азимутальной развертки 14 и схемой формирования азимутальных отметок 17, исходные данные об угловом положении антенны для которых определяются механической связью элементов схем с осью вращения антенны. Устройство 14 обеспечивает согласованное с вращением антенны формирование напряжения азимутальной развертки и выдача его в усилитель и выходной каскад 15, с первого выхода которого ток развертки поступает в отклоняющую систему по азимуту 3 и совместно с током схемы сдвига по азимуту 19 обеспечивает горизонтальное перемещение вертикальной развертки по дальности на экране индикатора.

Благодаря совместному функционированию отклоняющих систем по азимуту и по дальности на экране индикатора формируется растр в выбранном участке морской (земной) поверхности.

Схема фокусировки 20 обеспечивает необходимую фокусировку изображения, изменяя напряжение на фокусирующем электроде электронно-лучевой трубки.

Формирование изображения на экране электронно-лучевой трубки обеспечивается подачей необходимых сигналов на ее управляющий электрод. Линии фиксированных значений азимута и дальности формируются с помощью схем 17 и 21, выходные напряжения которых поступают на трубку через входы 1 и 2 смесителя 22 на управляющий электрод 6. Сигналы отражений от целей в форме видеоимпульсов различной амплитуды поступают на вход видеоусилителя 23, с выхода которого поступают на вход преобразователя "амплитуда-длительность" 24. В преобразователе 24 импульсы различной амплитуды преобразуются в сигналы фиксированной амплитуды различной длительности, пропорциональной амплитуде видеоимпульсов. Функционирование преобразователя 24 подробно изложено выше. Преобразованные видеосигналы поступают из преобразователя на вход 3 смесителя 22. Смесь видеосигналов, азимутальных отметок и отметок дальности поступают с выхода смесителя 22 на управляющий электрод 6 трубки, обеспечивая воспроизведение на экране индикатора трехмерного изображения и координатную сетку азимут-дальность.

Для наглядности представления процесса формирования на экране индикатора трехмерного изображения, вместо используемого сейчас двухмерного, на фиг. 3 представлена схема преобразования сигналов, формирующих указанные изображения на экране индикатора, размещенных на различных уровнях (1. - 5.).

На уровне 1. изображен экран существующего секторного индикатора азимут-дальность с отображением на экране протяженной морской цели, от которой на экране индикатора получено пять дискретных отметок при различных положениях антенны по азимуту и облучении различных участков протяженной цели (судна).

На экране индикаторов для уровней 1. и 5. азимутальная развертка расположена горизонтально, развертка по дальности - вертикально.

На дровнях 2., 3. и 4. представлены эпюры напряжений в различных точках преобразователя "амплитуда-длительность" трехмерного индикатора для различных положений антенны РЛС по азимуту. Для каждого видеоимпульса по горизонтали отложены амплитуды сигналов, по вертикали - время.

На уровне 2. приведены эпюры видеоимпульсов в координатах амплитуда (по горизонтали) - время (по вертикали), изображение которых воспроизводится на экране секторного индикатора азимут-дальность, приведенного на уровне 1.

На уровне 3. приведены эпюры напряжений в смесителе преобразователя "амплитуда-длительность" (см. фиг. 2). Здесь U_оп - опорное постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде видеоимпульса, а U_п - пилообразное напряжение с фиксированным начальным уровнем и скоростью возрастания напряжения. Как следует из описания функционирования преобразователя, схема сравнения обеспечивает выдачу импульса сравнения в момент совпадения напряжений U_п и U_оп, обеспечивая формирование в триггере 5 преобразователя и на выходе преобразователя "амплитуда-длительность" прямоугольных импульсов различной длительности U_вых, пропорциональной амплитуде видеоимпульсов, эпюры напряжений которых приведены на уровне 4.

На экране трехмерного индикатора, изображенного на уровне 5., преобразованные видеоимпульсы имеют изображение в виде вертикальных линий различной длины, пропорциональной амплитуде соответствующего видеоимпульса. Совокупность воспроизводимых на экране отраженных видеоимпульсов образует радиолокационный трехкоординатный образ протяженной морской цели.

В общем случае амплитуда отраженных отдельными участками протяженной цели сигналов пропорциональна облучаемой площади цели - ее высоте, так-как длина облучаемого участка одинакова. Поэтому воспроизводимое на трехмерном индикаторе изображение цели эквивалентно ее визуальному изображению. В связи с этим очевидно, что предлагаемый трехмерный индикатор обеспечивает более качественное изображение как морских, так и наземных протяженных целей.

Таким образом, на экране индикатора воспроизводится отраженный облучаемым участком цели сигнал, начинающийся в точке расположения цели по дальности и направлению, длиной, соответствующей длительности преобразованного отраженного сигнала, пропорциональной амплитуде эхо-сигнала.

За счет вращения антенны РЛС и движения развертки по экрану индикатора, согласованному с вращением антенны, отраженные пространственной целью сигналы будут воспроизводиться совокупной группой, воспроизводя на экране радиолокационный пространственно-уровневый трехмерный образ цели в координатах азимут-дальность-уровень.

Уровень отраженного сигнала является функцией от размера облучаемого участка цели и отражательных способностей этого участка. За исключением "ярких" точек, поверхность цели, с учетом интегрирования уровня отражений в пределах диаграммы направленности антенны, можно считать однородной. В связи с этим радиолокационный образ пространственных целей, таких как крупные суда, участки побережья и т.п., можно считать подобными их визуальному образу.

Очевидно, что пространственный образ радиолокационных целей на экране предлагаемого трехмерного индикатора будет тем правильнее отражать его истинный (визуальный) образ, чем большее число последовательных облучений цели диаграммой направленности РЛС придется на видимый поперечный размер цели.

Таким образом, лучшие условия воспроизведения пространственных целей на экране предлагаемого трехмерного индикатора РЛС будут в условиях, когда наблюдаемый угловой размер цели будет превышать ширину диаграммы направленности РЛС в горизонтальной плоскости в пять-десять и более раз.

Отдельные участки поверхности пространственной цели облучаются в пределах ширины диаграммы направленности РЛС. В связи с этим уровень отражений интегрируется и при воспроизведении на экране участки с большей отражающей поверхностью сглаживаются.

Из изложенного следует, что предложенный трехмерный индикатор работоспособен и обеспечивает повышение качества отображения целей на экране индикатора РЛС.

На фиг. 4 изображен силуэт морской цели (танкера). На фиг. 5 показано радиолокационное изображение цели (танкера), представленной на фиг. 4, на экране современных РЛС. На фиг. 6 представлено радиолокационное изображение этой же цели на экране предлагаемого трехмерного индикатора.

Представленные иллюстрации позволяют сделать вывод, что качество отображения внешней морской и береговой обстановки на экране предлагаемого трехмерного индикатора значительно выразительнее и качественнее, что обеспечивает лучшее распознавание целей и внешней обстановки при плавании в открытом море и вблизи берегов.

Приведенные в заявке описание одного из возможных вариантов технической реализации предлагаемого трехмерного индикатора РЛС и приведенные характеристики качественного отличия получаемого на экране предлагаемого индикатора радиолокационного изображения позволяют сделать следующее заключение.

Техническая реализация предлагаемого трехмерного индикатора обзорной РЛС возможна, т.к. основана на использовании известных в радиотехнике принципов, технических решений и устройств.

Приведенные в описании изобретения данные о качественных преимуществах трехмерного изображения морских и наземных целей в предлагаемом трехмерном индикаторе очевидны и позволяют с достаточной достоверностью утверждать о преимуществах качества изображения целей на экране трехмерного индикатора перед качеством изображения целей на экранах существующих типов индикаторов обзорных РЛС.

Claims (2)

1. Трехмерный индикатор радиолокационной станции, включающий электронно-лучевую трубку с отклоняющими системами по дальности и по азимуту, с первым анодом, фокусирующим и управляющим электродами, канал развертки по дальности в составе каскада запуска, схемы задержки, генератора пилообразного напряжения, схемы подсвета и выходного каскада развертки, канал развертки по азимуту в составе схемы формирования исходного напряжения азимутальной развертки, а также усилителя, схему формирования импульса подсвета развертки азимута, схему формирования азимутальных отметок, схему сдвига развертки по дальности, схему сдвига развертки по азимуту, схему фокусировки, схему формирования отметок дальности, смеситель и видеоусилитель, причем первый вход отклоняющей системы по дальности соединен с выходом выходного каскада развертки канала развертки по дальности, второй вход - с выходом схемы сдвига развертки по дальности, первый вход отклоняющей системы по азимуту соединен с первым выходом усилителя канала развертки по азимуту, второй вход - с выходом схемы сдвига развертки по азимуту, первый анод соединен с выходом схемы подсвета канала развертки по дальности и с выходом схемы формирования импульса подсвета развертки азимута, фокусирующий электрод соединен с выходом схемы фокусировки, управляющий электрод соединен с выходом смесителя, в канале развертки по дальности импульсы запуска поступают на вход каскада запуска, выход которого соединен через двухпозиционный переключатель с входом схемы задержки или с входом генератора пилообразного напряжения, выход схемы задержки соединен через переключатель, спаренный с вышеуказанным двухпозиционным переключателем, с входом генератора пилообразного напряжения или со свободным контактом, первый и второй выходы генератора пилообразного напряжения соединены с входом схемы подсвета и с входом выходного каскада развертки соответственно, в канале развертки по азимуту вход схемы формирования напряжения азимутальной развертки связан механически с осью вращения антенны, а выход - с входом усилителя, второй выход которого соединен с входом схемы формирования импульса подсвета развертки азимута, вход схемы формирования азимутальных отметок механически соединен с осью вращения антенны, а выход - с первым входом смесителя, второй вход которого соединен с выходом схемы формирования отметок дальности, вход видеоусилителя соединен с видеовыходом приемника РЛС, а выход - с третьим входом смесителя, отличающийся тем, что в состав индикатора введен преобразователь амплитуда - длительность, причем выход видеоусилителя соединен с третьим входом смесителя через преобразователь амплитуда - длительность, что обеспечивает преобразование поступающих из видеоусилителя видеоимпульсов различной амплитуды в видеоимпульсы фиксированной амплитуды различной длительности, пропорциональной амплитуде поступающих на вход преобразователя видеоимпульсов, и воспроизведение на экране индикатора третьей координаты - амплитуды видеоимпульса в виде светящейся линии длиной, пропорциональной амплитуде видеоимпульса, начинающейся в месте расположения облучаемого участка цели по направлению и по дальности и направленной в сторону увеличения дальности, причем совокупность указанных светящихся линий - отметок от различных участков протяженной цели соответствует радиолокационному образу цели, приближенно соответствующему ее визуальному образу.

2. Трехмерный индикатор радиолокационной станции по п.1, отличающийся тем, что в состав преобразователя амплитуда-длительность включены запоминающее устройство амплитуды видеоимпульсов, генератор запускающих импульсов, генератор пилообразного напряжения, схема сравнения и триггер, причем вход запоминающего устройства амплитуды видеоимпульсов и вход генератора запускающих импульсов соединены через вход преобразователя с выходом видеоусилителя индикатора, выход генератора запускающих импульсов соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выход запоминающего устройства амплитуды видеоимпульсов соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, первый и второй выходы схемы сравнения соответственно соединены со вторым входом триггера и со вторым входом запоминающего устройства амплитуды видеоимпульсов, триггер, соединенный первым входом со вторым выходом генератора запускающих импульсов, при этом выход триггера является выходом преобразователя амплитуда - длительность, благодаря чему обеспечивается выдача через смеситель на управляющий электрод электронно-лучевой трубки индикатора преобразованных видеоимпульсов фиксированной амплитуды и различной длительности, пропорциональной амплитуде поступающих на вход преобразователя амплитуда - длительность видеоимпульсов.

Images