РАДИОЛОКАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК G01S7/12 

Настоящее изобретение относится к радиолокационному устройству. В современных радиолокаторах в качестве индикатора обычно используют электронно-лучевую трубку с разверткой по прямоугольному растру, где получают изображение отраженных сигналов, маркеров по дальности и азимуту, а также графической информации, необходимой пользователю. Если требуется высокое разрешение, то используют развертку в виде растра из 1000 строк. У прямоугольного растра интервалы между соседними элементами изображения вдоль строки одинаковы по всему экрану, в результате чего разрешающая способность в декартовых координатах по всему экрану одинакова, однако разрешение по азимуту постепенно ухудшается в направлении к самому локатору (то есть к кораблю, на котором находится локатор). Во многих случаях и в особенности при навигации по свободной воде с этим свойством можно мириться на достаточном расстоянии от локатора. Однако существуют обстоятельства, когда надо иметь высокое разрешение по азимуту на малых расстояниях, например, при навигации по рекам, каналам, эстуариям, а также в местах причаливания. Таким образом, типовой радиолокатор с растровой прямоугольной разверткой не может обеспечить требуемой степени разрешения по азимуту.

Ранее предлагается радиолокационный индикатор с разверткой по спирали, его преимущество в том, что ближе к центру экрана, то есть на малой дальности от корабля-носителя радиолокатора, интервал между соседними элементами изображения меньше чем у края индикатора, поскольку каждый элемент изображения охватывает одинаковый угол. Считается, что подобный индикатор обеспечивает большее разрешение в наиболее ответственной области. Однако на практике индикаторы с разверткой по спирали не обеспечивают требуемого разрешения, так как для обработки данных необходимы очень высокие скорости работы процессора. Если к примеру частота вращения строки составляет 36 кГц при поступлении 2048 бит на одном обороте, то потребуется обращаться к запоминающему устройству с частотой 73 Мгц. Обработка данных при такой частоте весьма сложна и неприемлема для промышленной аппаратуры с точки зрения затрат.

Поэтому цель данного изобретения состоит в создании радиолокационного устройства с индикатором с разверткой по спирали или по кругу, в котором исключена необходимость обработки данных со столь большими скоростями.

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения предусматривается создание радиолокационного устройства, содержащего индикатор и запоминающее устройство, где хранится информация о дальности и азимуте отраженных радиолокационных сигналов, отличающегося тем, что устройство содержит схему отклонения луча, которая осуществляет развертку на индикаторе на последовательных сканах углового вращения с различными радиальными расстояниями, осуществляется считывание информации из запоминающего устройства по чередующимся элементам изображения, и чередующиеся азимутальные элементы изображения одного скана перемежаются с чередующимися элементами изображения следующего скана.

Благодаря этому скорость обработки данных в два раза меньше величины, которая могла бы потребоваться в противоположном случае.

Желательно, чтобы схема отклонения луча осуществляла развертку на индикаторе по спирали. Схема отклонения может содержать две отклоняющие катушки, конденсатор, подключенный к соответствующей катушке, схему, подающую на соответствующие катушки два синусоидальных сигнала со сдвигом по фазе 90^o, при этом катушки являются резонансными. Желательно, чтобы в радиолокаторе считывание информации из запоминающего устройства осуществлялось в виде многоразрядных слов, когда каждый разряд эквивалентен двум элементам изображения по азимуту. В состав радиолокационного устройства может входить схема, гасящая половину каждого бита, считываемого из памяти. В состав схемы гашения может входить цифро-аналоговый преобразователь.

Желательно, чтобы запоминающее устройство было разделено на две половинки, при этом радиолокатор подает отраженные сигналы по чередующимся элементам изображения на различные половинки памяти, тогда на протяжении одного скана осуществляется считывание содержимого из одной половинки, а на протяжении другого - из второй. В запоминающем устройстве могут быть ячейки, сгруппированные по дальности и азимуту.

В радиолокаторе может содержаться схема, подавляющая локаторные сигналы, указывающие на локаторную отметку цели в виде элемента изображения, пока локаторные сигналы не укажут на наличие цели в соседнем элементе изображения. Такая схема может состоять из компаратора и устройства задержки, вносящего задержку, эквивалентную элементу изображения, в отраженные локаторные сигналы, при этом на компаратор поступают отраженные сигналы, как напрямую, так и после задержки, и компаратор подавляет те прямые сигналы, для которых нет таких же задержанных сигналов. Желательно, чтобы подобная схема, подавляющая локаторные сигналы, размещалась на входе запоминающего устройства, тогда к запоминающему устройству проходят лишь сигналы, неподавленные такой схемой.

Желательно, чтобы в радиолокаторе увеличивалась скорость индикатора с увеличением расстояния от центра по радиусу с тем, чтобы обеспечить по сути одинаковую яркость у отметок цели на всем индикаторе.

Перейдем к более подробному описанию радиолокационного устройства по данному изобретению на примере варианта его реализации со ссылками на приложенные чертежи.

На фиг. 1 устройство показано в виде блок-схемы; на фиг. 2 - индикатор, получаемый в таком устройстве; на фиг. 3 показан сигнал отклонения, используемый в данном устройстве; на фиг. 4 изображены сигналы, используемые в таком индикаторе; на фиг. 5 показана часть блок-схемы устройства; на фиг. 6 показано, как осуществляется перенос графической информации на экран.

Как видно из фиг. 1, в состав радиолокатора входит типовая щелевая антенна 1 с концевым возбуждением, антенна вращается по азимуту со скоростью 30 оборотов в минуту. На экране 2 электронно-лучевой трубки 3 индикатора отображаются отраженные сигналы, причем сканирование экрана осуществляется по спирали, что показано на фиг. 2 с помощью блока отклонения 4 луча.

В состав блока отклонения луча 4 входит процессорный блок управления 5, куда поступают данные, представляющие скорость вращения антенны 1, а он формирует такой сигнал вращения строки в виде прямоугольного сигнала частотой 36 кГц в линии 6, синхронизированный с вращением антенны. Этот сигнал поступает на модулятор 7 вместе с сигналами от генератора пилообразного напряжения 8, куда от блока управления 5 проходит сигнал синхронизации по кадрам. Пилообразное напряжение формируется так, чтобы оптимизировать линейность развертки на экране индикатора. В модуляторе 7 пилообразное напряжение прерывается тактовыми сигналами вращения строки для получения амплитудно-модулированной последовательности импульсов вроде той, что изображена на фиг. 3 с линейно нарастающей амплитудой.

Период FR каждой группы модулированных импульсов представляет собой период кадровой развертки (обычно 17 мс), а интервал FL между смежными группами импульсов представляет собой интервал обратного хода луча. Промодулированный сигнал подается на фильтр нижних частот 9, который удаляет гармоники прямоугольного сигнала. С выхода фильтра 9 сигнал через схему 10 напрямую подается на усилитель отклонения по оси X 11 на усилитель отклонения по оси Y 12 через фазовращатель 13, обеспечивающий сдвиг на 90^o. Усилители 11 и 12 формируют синусоидальные сигналы, сдвинутые на 90^o и поступающие на соответствующие резонансные цепи, состоящие из конденсатора 21 и 22 соответственно и катушек отклонения 32 и 31 по осям Y и X соответственно на экране ЭЛТ 3. То, что катушки 31 и 32 являются резонансными, позволяет уменьшить требуемое напряжение возбуждения и дополнительно улучшить фильтрацию сигналов развертки. К катушке отклонения по оси Y 32 (по вертикали) подсоединен источник постоянного тока 33, включенный последовательно с катушкой индуктивности 34 с тем, чтобы получить большое полное сопротивление на частоте вращения строки, и тем самым развязать усилитель отклонения 12 от источника постоянного тока. Источник 33 применяется с тем, чтобы отрегулировать смещение центра C развертки на экране 2. Экран 2 ЭЛТ 3 имеет прямоугольную форму, причем более длинные стороны расположены вертикально, то есть параллельно корпусу корабля. Когда корабль движется курсом вперед, то желательно, чтобы центр развертки C, соответствующий положению корабля, находился ниже центра экрана с тем, чтобы максимально увеличить обзор вперед.

Сигналы от антенны 1 поступают на электронно-лучевую трубку 3 индикатора через схему обработки сигнала 40. Приемопередатчик 42 формирует импульсы, передаваемые в антенну, и в ответ на принятые отраженные сигналы подает электрические видеосигналы на цифровой преобразователь видеосигнала 43. В свою очередь цифровой преобразователь 43 управляется от источника переменной частоты 44 и вырабатывает сигналы для схемы выборки 45. Схема выборки 45 подает выходные сигналы в линию 46, обеспечивая информацией по дальности R и пеленгом Ф по азимуту все локальные отраженные сигналы, превышающие пороговое значение. Сигналы в линии 46 имеют вид 16-разрядных слов, причем соответствующие разряды отождествляют отдельные биты из числа 2048 бит по азимуту, из числа 512 бит по дальности, а также указывают, действительно ли конкретное местоположение по дальности и азимуту соответствует отражающему объекту, то есть надо ли высвечивать соответствующее местоположение на экране или нет. Таким образом, каждое слово в линии 46 соответствует 16 элементам изображения на экране.

По линии 46 сигналы поступают на вход блока памяти 50, разделенного на две половинки 51 и 52. На различные половинки блока памяти 51 и 52 подачу слов в линии 46 производят с чередующимися азимутальными битами, то есть первое слово подается на первую половинку 51, второе слово подается на вторую половинку 52, третье слово - на первую половинку 51 и т.д. Ячейки в блоке памяти 50 сгруппированы по дальности R и азимутальному пеленгу Ф с тем, чтобы они непосредственно соответствовали входным словам, в результате чего подключается необходимость преобразования в декартовы координаты X и Y, что обычно делается в радиолокаторах с прямоугольным растром. В каждой половинке 51 и 52 блока памяти 50 содержится информация по чередующимся элементам изображения на каждом из 512 сканов по дальности.

Выходные сигналы с обеих половинок 51 и 52 запоминающего устройства 50 подаются на цифроаналоговый преобразователь 53 через блок считывания - селекторный блок 54, селектирующий информацию с одной или другой половинки. На протяжении первого полного скана экрана 2 селектор 54 подсоединяет верхнюю половинку памяти 51 к цифроаналоговому преобразователю 53, тогда как на втором скане к преобразователю подсоединяется нижняя половинка 52. Подобная коммутация производится таким образом, чтобы на протяжении нечетных сканов верхняя половинка 51 соединялась с преобразователем 53, а во время четных сканов с преобразователем соединялась нижняя половинка 52. Выходной сигнал каждой половинки запоминающего устройства 50 содержит ряд 16-разрядных слов, каждое из которых соответствует интервалу в 32 элемента изображения по азимуту. Каждый разряд этих слов соответствует чередующимся элементам изображения, а именно слова с первой половинки соответствуют нечетным элементам изображения, со второй половинки соответствуют четным элементам изображения.

На фиг. 4 (a, b, c, d, e, f, g, h) представлен суммарный эквивалентный сигнал на входе блока памяти 50 до разделения по обеим половинкам, и на выходе блока 50 после разделения. Каждый из разрядов выходных сигналов вдвое длинней разрядов во входном сигнале. Обе группы слов на выходе блока памяти подвергаются гашению, когда гасится половинка каждого бита. С этой целью на цифроаналоговый преобразователь 53 удобно по линии 55 подавать сигнал в форме меандра частотой 72 МГц. В частности, слово по фиг. 4b соответствует нечетному скану и подвергается действию гасящего сигнала, изображенного на фиг. 4d, когда гаситься последняя половинка каждого бита. В результате на экран поступает выходной сигнал, изображенный на фиг. 4e. Полученные с нижней половинки 52 блока памяти 50 слова четного скана подвергаются гашению сигналом, изображенным на фиг. 4f, когда гасится первая половинка каждого бита. В результате на экране 2 во время четных сканов появляется выходной сигнал, изображенный на фиг. 4g. Частота повторения сканов и время после свечения люминофора на экране 2 являются такими, что в результате четных и нечетных сканов на экране индикатора появляется изображение вроде того, что показано на фиг. 4h, соответствующее сигналу, изображенному на фиг. 4a. Можно заметить, что за счет применения подобного метода можно при 36 кГц достичь разрешения, эквивалентного разрешению, для которого в противном случае требуются компоненты, работоспособные на 72 МГц.

У края экрана 2 линейная скорость электронного луча будет превышать скорость луча у центра C, поскольку время, приходящееся на один оборот, будет одинаковым для всех точек. По этой причине силу электронного луча увеличивают на больших дальностях с тем, чтобы яркость экрана на всех участках была постоянной. Схема подавления помех изображена на фиг. 5. В ее состав входит устройство задержки 60 и компаратор 61 и представляет устройство череспериодной компенсации помех. Желательно, чтобы подобное устройство включалось до блока памяти 50, тогда на компаратор 61 видеоинформация по всем элементам изображения поступает как напрямую, так и после задержания в устройстве 60, эквивалентной одному элементу изображения. В результате любой отраженный сигнал, ширина которого по азимуту составляет лишь один элемент изображения, будет полностью погашен устройством череспериодной компенсации. Типовой помехой является попадание сигналов от другого радиолокатора. Такие сигналы создают на экране узкую радиальную линию, ширина которой равняется одному элементу изображения. Устройство череспериодной компенсации помех подавляет такие помехи, а также пассивные помехи от дождя и небольших волн. Применение такого устройства в ряде случаев повышает разрешение. В данном изобретении вместо развертки по спирали могут применяться и другие типы вращения. На экран можно переносить графическую информацию согласно фиг. 6.

Предлагаемое радиолокационное устройство может найти применение на кораблях, самолетах и установках наземного базирования.

Предлагается радиолокационное устройство, содержащее индикатор, блок памяти, блок выборки и блок считывания, подключенный к блоку памяти, отличающийся тем, что введен блок отклонения луча, подключенный к одному из входов индикатора и выполненный с возможностью обеспечения на индикаторе развертки по дальности и азимуту, при этом блок памяти выполнен с возможностью ввода информации от чередующихся азимутальных элементов изображения в различные элементы блока памяти, а блок считывания выполнен в виде селекторного блока с возможностью считывания из блока памяти информации от чередующихся азимутальных элементов изображения и с возможностью перемещения чередующихся азимутальных элементов изображения одной развертки с чередующимися азимутальными элементами изображения следующей развертки, при этом выход селекторного блока соединен с другим входом индикатора. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Радиолокационное устройство, содержащее индикатор, блок памяти для хранения информации о дальности и азимуте цели, блок выборки, подключенный к входу блока памяти для ввода информации, и блок считывания, подключенный к выходу блока памяти, отличающееся тем, что введен блок отклонения луча, подключенный к одному из входов индикатора и выполненный с возможностью обеспечения на индикаторе развертки по дальности и азимуту, при этом блок памяти выполнен с возможностью ввода информации от чередующихся азимутальных элементов изображения в различные элементы блока памяти, а блок считывания выполнен в виде селекторного блока с возможностью считывания из блока памяти информации от чередующихся азимутальных элементов изображения и с возможностью перемежения чередующихся азимутальных элементов изображения одной развертки с чередующимися азимутальными элементами изображения следующей развертки, при этом выход селекторного блока соединен с другим входом индикатора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок отклонения луча выполнен с возможностью осуществления спиральной развертки на экране индикатора. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок отклонения содержит две отклоняющие катушки, конденсатор, подключенный к каждой соответствующей катушке, схему разветвления синусоидального сигнала и фазовращатель со сдвигом по фазе на 90^o на соответствующие катушки, при этом катушки являются резонансными. 4. Устройство по любому из пп.1 3, отличающееся тем, что блок памяти выполнен с возможностью считывания информации в виде многоразрядных слов, при этом каждый разряд эквивалентен двум элементам изображения по азимуту. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что содержит схему гашения, выполненную с возможностью гашения половины каждого разряда многоразрядного слова, считываемого из запоминающего блока. 6. Устройство по любому из пп.1 5, отличающееся тем, что блок памяти выполнен в виде двух блоков, блок выборки выполнен с возможностью ввода информации от чередующихся азимутальных элементов изображения в первый и второй блоки памяти, а селекторный блок выполнен с возможностью считывания информации из первого и второго блоков памяти с обеспечением чередования азимутальных элементов изображения одной развертки перемежающихся с чередованием азимутальных элементов изображения следующей развертки. 7. Устройство по одному из пп.1 6, отличающееся тем, что ячейки блока памяти сгруппированы для хранения информации о дальности и азимуте цели. 8. Устройство по одному из пп.1 7, отличающееся тем, что содержит устройство череспериодной компенсации помех. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что устройство череспериодной компенсации помех содержит компаратор и устройство задержки с задержкой, эквивалентной одному элементу изображения в сигнале, при этом вход устройства задержки с задержкой, эквивалентной одному элементу изображения в сигнале, является входом устройства череспериодной компенсации помех и соединен с первым входом компаратора, выход устройства задержки с задержкой, эквивалентной одному элементу изображения в сигнале, соединен с вторым входом компаратора, выход которого является выходом устройства череспериодной компенсации помех. 10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что устройство череспериодной компенсации помех включено на входе блока памяти. 11. Устройство по одному из пп.1 10, отличающееся тем, что индикатор выполнен с возможностью увеличения силы свечения на экране в зависимости от увеличения расстояния от центра развертки.