УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ РАЗВЕРТКИ Российский патент 1995 года по МПК G01S7/52 

Изобретение относится к технике радиолокационных измерений и может быть использовано для формирования электронной развертки изображения поверхности земли при производстве картографических работ, ледовой и других видов разведок.

В настоящее время для получения радиолокационного изображения поверхности земли используют радиолокационные станции кругового обзора (РКО). В качестве индикаторов в РКО используются электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) с большим послесвечением. Однако индицируемые на ЭЛТ расстояния являются наклонными дальностями, вследствие чего изображение по координате "горизонтальная дальность" получается искаженным. Вместе с тем для существенного повышения производительности труда при производстве картографических и разведочных работ необходимо масштаб изображения скорректировать так, чтобы горизонтальные расстояния в изображении были пропорциональны соответствующим горизонтальным дальностям. Это делается за счет коррекции формы импульса тока отклоняющей катушки, а значит и скорости развертки дальности в пределах прямого хода луча ЭЛТ. Требуемая форма импульса тока отклоняющей катушки в пределах прямого хода развертки дальности характеризуется половиной ветви гиперболы, которая асимптотически приближается к прямой. Гиперболическая функция может быть приближенно синтезирована с помощью экспоненциальных функций. Начало коррекции развертки изображения соответствует приходу первого импульса, отраженного от земли. (Финкельштейн М.И. Основы радиолокации, М. Радио и связь, 1983, с.468-473).

Однако РКО обладают низкой разрешающей способностью по дальности в тангенциальном направлении, что практически ограничивает возможность их использования при производстве картографических работ.

Лишены этого недостатка радиолокаторы бокового обзора (РБО), обеспечивающие возможность производства топографической съемки поверхности земли и решения таких задач, как ледовая разведка и другие виды разведок, причем качество получаемых изображений приближается к аэрофотоснимкам. Для формирования и регистрации изображения обследуемой поверхности в РБО используются ЭЛТ без послесвечения с одной линией развертки дальности и яркостной отметкой. С помощью оптического устройства такая линия развертки проецируется на фотопленку, которая протягивается в перпендикулярном направлении со скоростью, пропорциональной путевой скорости полета носителя (Финкельштейн М.И./ Основы радиолокации. М. Радио связь, 1983, с.477-478).

Коррекция развертки изображения по координате горизонтальная дальность в РБО так же, как в РКО, может производится за счет коррекции формы импульса тока отклоняющей катушки в пределах прямого хода развертки дальности путем приближенного синтезирования гиперболической функции с помощью экспоненциальных функций. Однако достигаемая при этом точность коррекции радиолокационного изображения поверхности получается невысокой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному является устройство формирования электронной развертки, содержащее генератор тактовых импульсов, радиолокатор бокового обзора измеритель высоты и регистрирующее устройство.

Однако в прототипе режимы записи информации в ОЗУ блока памяти и последующего ее считывания на регистратор асинхронны, при этом возможно ухудшение качества регистрируемого изображения. Это объясняется тем, что при скорости считывания информации на ОЗУ блока памяти меньшей, чем скорость записи ее в ОЗУ происходят пропуски избыточных циклов записи информации, поступающей на вход ОЗУ блока памяти из РБО во время считывания ее из другого ОЗУ, что приводит к снижению информативности и соответственно ухудшению разрешения регистрируемого изображения по координате путевая дальность носителя. При скорости считывания информации из ОЗУ блока памяти большей, чем скорость записи ее в ОЗУ происходит многократное считывание на регистратор одной и той же ранее записанной в ОЗУ информации. При соизмеримых скоростях режимов записи и считывания информации из-за их ассинхронности происходят периодические пропуски одиночных циклов записи информации и следующее за этим двукратное считывание одной и той же информации. Все это ухудшает качество радиолокационного изображения обследуемой поверхности.

Более высокого качества радиолокационного изображения можно достичь при регистрации на фотопленку яркостных отметок эхосигналов, индицируемых на однокоординатной ЭЛТ с одной линией развертки дальности, поступающих на ее вход в каждом цикле зондирования непосредственно из РБО и одновременной коррекции изображения путем задания закона изменения формы импульса тока отклоняющей катушки ЭЛТ, а значит и скорости развертки дальности в пределах прямого хода луча ЭЛТ, обратного закону изменения приращения задержек плоской радиоволны, отраженной от дискретизированных участков обследуемой поверхности. При этом достигается высокая точность коррекции изображения от интервала дискретизации поверхности в заданном диапазоне измерения и полностью исключаются пропуски информации, поступающие из РБО, или многократная регистрация одной и той же информации.

Повышение качества радиолокационного изображения и упрощение устройства достигается тем, что в устройстве формирования и электронной развертки, содержащем радиолокатор бокового обзора, измеритель высоты, управляемый генератор, формирователь управляющего сигнала, регистрирующее устройство и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с четвертым входом формирователя управляющего сигнала и вторым входом управляемого генератора, выход которого соединен с третьим входом формирователя управляющего сигнала, первый вход подключен к второму входу измерителя высот, первый выход которого соединен с вторым входом формирователя, а первый вход подключен к второму выходу измерителя высоты, первый выход которого соединен с вторым входом формирователя управляющего сигнала, а вход, объединенный с первым входом формирователя подключен к второму выходу радиолокатора бокового обзора, причем формирователь управляющего сигнала содержит триггер, счетчик, адреса, постоянное запоминающее устройство, регистр и управляемый генератор, выход триггера соединен с входом обнуления счетчика адреса, выход счетчика соединен с входом постоянного запоминающего устройства, выход которого подключен к входу регистра, выход управляемого генератора соединен с синхронизирующим входом регистра и является выходом формирователя, вход сброса триггера является первым входом формирователя, вход синхронизации триггера вторым входом формирователя, счетный вход счетчика адреса третьим входом формирователя, а вход тактовых импульсов управляемого генератора является четвертым входом формирователя, последовательно соединенные счетчик развертки дальности и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом регистрирующего устройства, второй вход которого подключен к первому входу радиолокатора бокового обзора, второй вход которого соединен с первым входом счетчика развертки дальности, второй вход которого подключен к выходу формирователя управляющего сигнала.

На чертеже представлена структурная схема устройства формирования электронной развертки.

Устройство формирования электронной развертки содержит генератор 1 тактовых импульсов, управляемый генератор 2, формирователь 3 управляющего сигнала, измеритель 4 высоты, радиолокатор 5 бокового обзора, счетчик 6 развертки дальности, цифроаналоговый преобразователь 7 и регистрирующее устройство 8, причем выход генератора 1 тактовых импульсов соединен соответственно с вторым и четвертым входами управления генератора 2 и формирователя 3, третий вход которого подключен к выходу управляемого генератора 2, второй вход к первому выходу измерителя 4 высоты, второй выход которого соединен с первым входом управляемого генератора 2, а вход, объединенный с первыми входами формирователя 3 и счетчика 6 развертки дальности, подключен к второму выходу радиолокатора 5 бокового обзора, первый выход которого соединен с первым входом регистрирующего устройства 8, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 7, вход которого подключен к выходу счетчика 6 развертки дальности, второй вход которого подключен к выходу формирователя 3.

Формирователь 3 содержит последовательно соединенные триггер 9, счетчик 10 адреса, постоянное запоминающее устройство 11, регистр 12, управляемый генератор 13, причем первый вход формирователя 3 является входом сброса триггера 9, вход 3 счетным входом счетчика 10 адреса, а вход 4 входом тактовых импульсов управляемого генератора 13, выход которого, соединенный с синхронизирующим входом регистра 12, является выходом формирователя 3.

В качестве управляемого генератора 2 может быть использован делитель частоты с переменным коэффициентом деления, на информационные D-входы которого подается корд коэффициента деления, соответствующий коду высоты полета носителя, поступающему из измерителя 4 высоты, а на вход вычитания импульсы с выхода генератора 1 тактовых импульсов.

В качестве измерителя 4 высоты может быть использована и импульсная дальномерная РЛС с узкой характеристикой в угломестной и азимутальной плоскостях, синхронизируемая импульсами запуска, вырабатываемыми РБО, в которой в качестве оконечного устройства вместо ЭЛТ используется счетчик импульсов, с помощью которого в цифровой форме производстве измерение времени запаздывания (высоты), отраженного от зондируемой в нормальном направлении поверхности, импульса.

В качестве радиолокатора 5 бокового обзора может также использоваться импульсная дальномерная РЛС с узкой характеристикой направленности в азимутальной плоскости и широкой в угломестной плоскости. В качестве регистрирующего устройства 7 можно использовать однокоординатную ЭЛТ без послесвечения с одной линией развертки дальности и яркостной отметкой, проецируемой на фотопленку, движущуюся в перпендикулярном направлении со скоростью, пропорциональной путем скорости полета носителя.

Устройство работает следующим образом.

Видеоимпульсы запуска, вырабатываемые радиолокатором 5 бокового обзора (РБО 5), синхронизируют излучаемые РБО 5 и измерителем 4 высоты (ИВ 4) в сторону поверхности земли зондирующие сигналы и поступают на вход формирователя 3 (ФП 3) и вход счетчика 6 развертки дальности (СРД 6). С этого момента времени СРД 6 кратковременно ориентируются в исходное (нулевое) состояние, ИВ 4 начинает формирование кода высоты полета носителя, триггер 9, а затем счетчик 10 адреса (СА 10) ориентируются в нулевое состояние и по нулевому адресу из ПЗУ 11 считывается код коэффициента деления К₁
K₁ где С скорость распространения радиоволн;
ΔZ дискрет развертки высоты полета носителя;
F_зг частота генератора 1 тактовых импульсов (ГТИ 1);
Н_max максимально допустимая высота полета носителя в заданном диапазоне измерения.

Первым и последующим импульсами, формируемыми управляемым генератором 13 (УГ 13) после ориентации СА 10 в нулевое состояние, код коэффициента деления К₁ переписывается в регистр 12 и устанавливается на информационных входах УГ 13. На время ориентации СА 10 в нулевое состояние УГ 13 вырабатывает импульсы с частотой следования F₁:
F₁
С этой частотой в СРД 6 производится отсчет импульсов и формирование текущего кода развертки дальности, который преобразуется далее цифроаналоговым преобразователем 7 (ЦАП 7) в линейное дискретно меняющееся напряжение, поступающее на вход 2 регистрирующего устройства 8 (РУ 8) и управляющее разверткой луча однокоординатной ЭЛТ.

Отраженный от поверхности земли эхо-сигнал отметки высоты полете носителя фиксирует в ИВ 4 код высоты, измеренный с дискретом ΔZ, который с выхода ИВ 4 поступает на вход управляемого генератора 2 (УГ 2). Одновременно видеоимпульс отметки высоты с выхода ИВ 4 поступает на вход ФП 3 и ориентирует триггер 9 в единичное состояние, при этом СА 10 разблокируется и начинает отсчет импульсов частоты F_3j, вырабатываемых УГ 2 в соответствии с установившимся к этому моменту времени на его первом входе кодом высоты полета носителя
где m_o количество дискретов развертки ΔZ₁, соответствующее высоте полета носителя, равной длине мертвой зоны по дальности Н_j H_o, в пределах которой еще происходит формирование характеристики направленности РБО, а оценка результатов измерений, как правило, не производится;
m_max количество дискретов развертки ΔZ₁, соответствующее максимальной высоте полета носителя в заданном диапазоне измерения.

С момента ориентации триггера 9 в единичное состояние по адресам, задаваемым СА 10 в пределах мертвой зоны по углу места α_o в которой разрешение элементов обследуемой поверхности очень мало и оценка результатов измерений, как правило, не производится, из ПЗУ 11 с периодичностью импульсов частоты F_3j считывается код коэффициента деления К₂₀:
K₂₀=K₁/sinα_o+cosα_octg где α_o угол мертвой зоны;
n_o количество дискретов развертки ΔZ_о горизонтальной дальности в мертвой зоне α при максимальной высоте полета носителя Н_j H_max в заданном диапазоне измерения.

По окончании мертвой зоны по углу места α_o из ПЗУ 11 с периодичностью следования импульсов частоты F_3j продолжают считываться коды коэффициентов деления K_2i
inα_i+cosα_ictg
где
α_i= arctg α_i=arctg где n_max количество дискретов развертки ΔZ₁ горизонтальной дальности при максимальной высоте полете носителя H_j H_max в заданном диапазоне измерения.

Коды коэффициентов деления К₂₀ и К₂₁ из ПЗУ 11 переписываются в соответствующей последовательности выходными импульсами УГ 13 в регистр 12, устанавливаются на информационных входах УГ 13, который вслед за частотой F₁= формирует импульсы сначала с частотой F₂₀= а затем F₂= с помощью которых продолжается отсчет импульсов в СРД 6 и дальнейшее преобразование в ЦАП 7 текущего кода СРД в напряжение развертки дальности ЭЛТ РУ 8, меняющееся уже не по линейному закону, а по закону изменения частоты F_2i. Так как частота следования импульсов F_2i, меняется от максимальной в начале развертки горизонтальной дальности (в области малых углов α_i и наибольших искажений изображения) до минимальной в конце развертки горизонтальной дальности (в области больших углов α_i и наименьших искажений), то соответственно от максимальной до минимальной меняется крутизна изменения напряжения на выходе ЦАП 7 и тока в отклоняющей катушке ЭЛТ РУ 8, а значит и скорость прямого хода луча ЭЛТ РУ 8, при этом автоматически происходит коррекция по координате горизонтальная дальность масштаба отображения и регистрации информации, поступающей из РБО 5 на вход 2 РУ 8.

Таким образом, предлагаемое устройство формирования электронной развертки позволяет полностью исключить пропуски или многократное повторение регистрируемой информации и тем самым добиться более высокого качества радиолокационного изображения и одновременно упростить устройство.

Использование: формирование электронной развертки изображения поверхности Земли. Сущность изобретения: устройство содержит генератор тактовых импульсов 1, управляемый генератор 2, формирователь управляющего сигнала 3, включающий триггер 9, счетчик адреса 10, постоянное запоминающее устройство 11, регистр 12 и управляемый генератор 13, измеритель высот 4, радиолокатор бокового обзора 5, счетчик развертки дальности 6, цифроаналоговый преобразователь 7, регистрирующее устройство 8. 1 2 10 11 12 13 12 6 7 8, 5 4 2, 5 6, 5 9, 5 8, 1 13. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ РАЗВЕРТКИ, содержащее радиолокатор бокового обзора, измеритель высоты, вход которого соединен с вторым выходом радиолокатора бокового обзора, генератор тактовых импульсов и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что в него введены управляемый генератор, счетчик развертки дальности, цифроаналоговый преобразователь и формирователь управляющего сигнала, при этом второй выход радиолокатора бокового обзора соединен с первыми входами счетчика развертки дальности и формирователя управляющего сигнала, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым выходом измерителя высоты и выходом управляемого генератора, первый вход которого соединен с вторым выходом измерителя высоты, выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом управляемого генератора и четвертым входом формирователя управляющего сигнала, выход которого соединен с вторым входом счетчика развертки дальности, выход которого через цифроаналоговый преобразователь соединен с вторым входом регистрирующего устройства, первый вход которого соединен с первым выходом радиолокатора бокового обзора, а формирователь управляющего сигнала содержит триггер, счетчик адреса, постоянное запоминающее устройство, регистр и управляемый генератор, выход триггера соединен с входом обнуления счетчика адреса, выход которого соединен с входом постоянного запоминающего устройства, выход которого подключен к входу регистра, выход регистра соединен с входом управления управляемого генератора, выход управляемого генератора соединен с синхронизирующим входом регистра и является выходом формирователя управляющего сигнала, вход сброса триггера является первым входом формирователя управляющего сигнала, вторым, третьим и четвертым входами которого соответственно являются вход синхронизации триггера, счетный вход счетчика адресов и вход тактовых импульсов управляемого генератора.