ГЕНЕРАТОР ОТРАЖЕННЫХ СИГНАЛОВ ОТ БЕРЕГОВОЙ ЧЕРТЫ Российский патент 2002 года по МПК G01S7/40 

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к имитаторам сигналов, отраженных от береговой черты, на выходе приемника обзорной судовой радиолокационной станции (РЛС), и может быть использовано для обучения и тренировки операторов РЛС действиям при плавании судна в узкостях и вдоль линии берега.

Известны устройства, имитирующие отражения от поверхности земли, адекватные типу выбранного ландшафта, для самолетных РЛС, но структура этих отражений не привязана к конкретной местности или карте, а моделирование может осуществляться только для движущихся носителей РЛС [1] . Известно устройство, которое позволяет формировать изображение на экране самолетных РЛС с синтезированной апертурой, адекватное географическим особенностям облучаемой области [2] , но эта область представляет собой окружность на карте выбранной местности, которая находится в стороне от носителя РЛС, что не позволит полноценно тренировать операторов РЛС для отработки действий при плавании в протяженных каналах, заливах, проливных зонах, кроме того, в устройствах [1] и [2] изображение границ типов ландшафтов формируется размытым, что характерно, в большей степени, для самолетных РЛС.

Широко известны устройства имитации отраженных сигналов от точечных или малопротяженных объектов для судовых радиолокационных станций [3] , однако моделировать отражения от береговой черты, располагая отметки друг около друга, с помощью этих устройств нельзя, так как не обеспечивается работа устройств в темпе функционирования РЛС, кроме того, в этих устройствах существуют ограничения по количеству моделируемых объектов на одном направлении. Известны также устройства для формирования отражений от береговой черты с использованием видеозаписывающей аппаратуры [4] , которые, однако, не позволяют имитировать свободное маневрирование судна-носителя РЛС в процессе тренировки, а район судоходства для тренировки можно выбрать только при наличии соответствующей видеозаписи с использованием однотипной РЛС.

Наиболее близким к заявляемому по большинству существенных признаков является устройство, содержащее пульт управления, блок памяти, блок формирования относительных координат цели, блок записи, считывания и синхронизации, оперативное запоминающее устройство и блок формирования видеосигнала, реализованного с помощью генератора шума, цифроаналогового преобразователя и сумматора, с их связями. [5] . Блок записи считывания и синхронизации содержит блок формирования максимальной интенсивности сигнала цели, первое и второе оперативное запоминающее устройство, генератор синхросигналов, первый, второй, третий и четвертый блоки синхронизации, блок формирования текущей интенсивности сигнала цели, с их связями. Данное устройство обеспечивает формирование сигналов от большого числа целей, в том числе и на одном направлении, в темпе функционирования РЛС, однако, имитация береговой черты устройством, выбранным в качестве прототипа, невозможна из-за большого объема перезаписываемой информации, использующейся для моделирования береговой черты, что не позволяет работать устройству в темпе функционирования РЛС.

Задачей изобретения является обеспечение формирования отражений от береговой черты в темпе функционирования РЛС, с учетом маневрирования судна-носителя РЛС.

Технический результат заключается в повышении достоверности моделирования контура береговой черты и знаков навигационного ограждения на экране РЛС относительно движущегося судна-носителя РЛС.

Решение задачи достигается тем, что в устройство, содержащее пульт управления, блок памяти, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и блок формирования видеосигнала (блок ФВС), причем выход пульта управления соединен информационной шиной с входом блока памяти, а выход ОЗУ соединен информационной шиной с входом блока ФВС, выход которого является вторым выходом устройства, введены блок электронной библиотеки карт (блок ЭБК), блок управления предварительной записью (блок УПЗ), блок формирования относительных координат носителя (блок ФОКН) и блок считывания и синхронизации, при этом выход пульта управления соединен информационной шиной с первым входом блока считывания и синхронизации и с входом блока ЭБК, выход которого соединен информационной шиной с первым входом блока УПЗ, второй вход которого подключен к третьему выходу блока считывания и синхронизации, а выход соединен информационной шиной с первым входом ОЗУ, второй вход которого подключен шиной адреса и синхронизации к второму выходу блока считывания и синхронизации, вход блока ФОКН подключен информационной шиной к выходу блока памяти, а выход соединен информационной шиной с вторым входом блока считывания и синхронизации, первый выход которого является первым выходом устройства.

Возможность достижения технического результата обусловлена тем, что аппроксимация контура береговой черты и навигационных ограждений обеспечивается большим количеством точек, размеры каждой из которых равны разрешающей способности РЛС по дальности, а их местоположение точно соответствует карте района плавания.

Введение в состав генератора отраженных сигналов от береговой черты (генератора ОСБЧ), блока ФОКН, блока считывания и синхронизации и ОЗУ обеспечивает синхронизацию процесса формирования относительных координат носителя РЛС с процессом формирования сигналов, отраженных от береговой черты и знаков навигационного ограждения, на выходе приемника РЛС и возможность формирования отраженных сигналов в темпе функционирования моделируемой РЛС.

Учет движения и свободного маневрирования судна-носителя РЛС относительно береговой черты и знаков навигационного ограждения обеспечивается тем, что считывание информации из ОЗУ осуществляется в направлении текущего пеленга антенны РЛС от текущего расчетного местоположения судна-носителя РЛС.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема заявляемого устройства. На фиг. 2 приведен пример осуществления блока считывания и синхронизации. На фиг. 3 приведены временные диаграммы функционирования устройства в режиме предварительной записи информации, на фиг. 4 приведены временные диаграммы функционирования устройства в режиме считывания и на фиг. 5 показан порядок опроса ячеек третьего ОЗУ.

Генератор ОСБЧ содержит пульт 1 управления, выход которого информационной шиной соединен с первым входом блока 8 считывания и синхронизации, с входом блока 5 ЭБК и с входом блока 2 памяти, выход которого соединен информационной шиной с входом блока 7 ФОКН, выход которого соединен информационной шиной с вторым входом блока 8 считывания и синхронизации, третий выход которого соединен с вторым входом блока 6 УПЗ, первый вход которого подключен информационной шиной к выходу блока 5 ЭБК, а выход соединен информационной шиной с первым входом ОЗУ 3, второй вход которого подключен шиной адреса и синхронизации к второму выходу блока 8 считывания и синхронизации, а выход соединен информационной шиной с входом блока 4 ФВС, выход которого является вторым выходом устройства, первым выходом которого является первый выход блока 8 считывания и синхронизации.

Блок 8 считывания и синхронизации содержит первый блок 8-1 синхронизации, второй блок 8-2 синхронизации, третий блок 8-4 синхронизации, четвертый блок 8-5 синхронизации, первое ОЗУ 8-6, второе ОЗУ 8-7, блок 8-8 вычисления косинуса и синуса пеленга антенны (блок ВКСПА), блок 8-9 формирования адреса в режиме считывания (блок ФАРС) и блок 8-10 формирования адреса в режиме записи (блок ФАРЗ), при этом первый выход первого блока 8-1 синхронизации соединен шиной адреса и синхронизации с вторым входом первого ОЗУ 8-6, а второй выход соединен с первым входом второго блока 8-2 синхронизации, выход которого соединен шиной адреса и синхронизации с вторым входом второго ОЗУ 8-7 и с третьим входом первого ОЗУ 8-6, выход которого соединен информационной шиной с первым входом второго ОЗУ 8-7, выход которого подключен информационной шиной к четвертому входу блока 8-9 ФАРС, третий вход которого подключен информационной шиной к выходу блока 8-8 ВКСПА. Первый выход генератора 8-3 соединен с вторым входом второго блока 8-2 синхронизации, с вторым входом блока 8-9 ФАРС и первым входом четвертого блока 8-5, второй выход соединен с вторым входом блока 8-8 ВКСПА и входом третьего блока 8-4 синхронизации, третий выход шиной синхронизации соединен с первым входом блока 8-8 ВКСПА, четвертый выход соединен с вторым входом блока 6 УПЗ, входом блока 8-10 ФАРЗ и вторым входом четвертого блока 8-5 синхронизации.

Первым входом блока 8 считывания и синхронизации является вход генератора 8-3 синхросигналов, а вторым входом является информационная шина, соединенная с входом первого блока 8-1 синхронизации и с первым входом первого ОЗУ 8-6. Первым выходом блока 8 считывания и синхронизации является шина синхронизации, объединяющая синхросигнал с первого выхода генератора 8-3 синхросигналов и синхросигналы с третьего выхода генератора 8-3 синхросигналов, вторым выходом является шина адреса и синхронизации, объединяющая адресные сигналы с выхода блока 8-9 ФАРС, адресные сигналы с выхода блока 8-10 ФАРЗ и синхросигналы с выхода четвертого блока 8-5 синхросигналов, а третьим выходом является четвертый выход генератора 8-3 синхросигналов.

Устройство в целом может быть реализовано с использованием средств вычислительной техники совместно с цифроаналоговыми схемами на основе общеизвестных радиоэлементов. Пульт 1 управления, блок 2 памяти, ОЗУ 3 и блок 4 ФВС аналогичны блокам прототипа. Блок 5 ЭБК позволяет долговременно хранить информацию о структуре береговой черты в виде прямоугольного поля с осями координат X и Y, каждая ячейка которого хранит информацию о наличии (лог. 1) или отсутствии (лог. 0) береговой черты или знака навигационного ограждения в этой ячейке. Блок 6 УПЗ транслирует информацию о выбранном районе плавания в ОЗУ 3, блок 7 ФОКН осуществляет расчет текущих координат судна-носителя РЛС, а блок считывания и синхронизации управляет режимами работы устройства и опросом ОЗУ 3.

Устройство работает следующим образом. Подготовка к работе генератора ОСБЧ состоит в выборе на пульте 1 управления района плавания и включении режима предварительной записи информации. Временные диаграммы работы генератора ОСБЧ в режиме предварительной записи представлены на фиг. 3. При этом генератор 8-3 синхросигналов на четвертом выходе формирует импульс цикла предварительной записи информации (ИЦПЗИ) длительностью t_цпз (фиг. 3, поз. а), который включает блок 6 УПЗ в режим трансляции выбранной информации с выхода блока 5 ЭБК на второй вход ОЗУ 3 (фиг. 3, поз. б). Этот же импульс включает блок 8-10 ФАРЗ, который на своем выходе последовательно перебирает адреса X и Y ОЗУ 3 так, чтобы за время фиксированного значения адреса X перебирались последовательно все адреса Y (фиг. 3, поз. в, г, д, е) и таким образом за время t_цпз последовательно формировались адреса всех ячеек ОЗУ. Синхронизацией записи информации в ОЗУ 3 управляет четвертый блок 8-5 синхронизации по команде ИЦПЗИ, поступающего на его второй вход. Время, необходимое для предварительной записи, определяется объемом памяти ОЗУ 3 и быстродействием элементов схемы.

После окончания трансляции исходной информации пульт 1 управления переключается в режим считывания, задаются начальные координаты судна-носителя РЛС, его начальные курс и скорость, моменты начала и параметры маневров судна-носителя РЛС. Эту информацию вводят с пульта 1 управления в блок 2 памяти как до начала, так и в процессе работы генератора ОСБЧ в режиме считывания. Также в процессе работы вводят информацию о выбранном режиме работы РЛС. В блоке 2 памяти, кроме указанной информации, хранятся данные о маневренных характеристиках судна-носителя РЛС.

Временные диаграммы работы генератора ОСБЧ в режиме считывания представлены на фиг. 4.

Блок 7 ФОКН, на основе полученной информации из блока 2 памяти, производит вычисление текущих относительных координат судна-носителя РЛС во время цикла расчета (фиг. 4, поз а), по окончании которого на его выходе формируется импульс цикла записи в первое ОЗУ 8-6 (ИЦ31) (фиг. 4, поз б), в течение которого первый блок 8-1 синхронизации на шине адреса и синхронизации формирует последовательность команд цикла записи информации в первое ОЗУ 8-6 (фиг. 4, поз в). По окончании записи информации блок 7 ФОКН начинает вычисление новых текущих координат судна-носителя РЛС, а на выходе первого блока 8-1 синхронизации формируется импульс конца записи информации в первое ОЗУ 8-6 (ИКЗИ1) (фиг. 4, поз г), который подается на вход второго блока 8-2 синхронизации и переводит его в режим готовности к формированию команд цикла перезаписи информации из первого ОЗУ 8-6 во второе ОЗУ 8-7. Период повторения цикла расчета Т_p определяется временем перемещения судна-носителя РЛС, движущегося с максимальной скоростью V_max, на величину разрешающей способности РЛС по дальности Δd в соответствии с выражением
T_p≤ Δd/V_max. (1)
Генератор 8-3 синхросигналов вырабатывает ИНПХ (первый выход) (фиг. 4, поз. д), ИНОХ (второй выход) (фиг. 4, поз. е), а также коды текущего пеленга и угла места МДНА РЛС (третий выход). Период следования ИНПХ и ИНОХ (Т_и), их временная расстановка (t_пх - время прямого хода и t_ох - время обратного хода), а также последовательность смены кодов пеленга и угла места МДНА определяются режимом работы РЛС, задаваемым с пульта 1 управления.

Второй блок 8-2 синхронизации по первому ИНПХ (второй вход) после прихода ИКЗИ1 (первый вход) формирует в течение времени t_цз2 на шине адреса и синхронизации последовательность команд цикла перезаписи информации из первого ОЗУ 8-6 во второе ОЗУ 8-7 (фиг. 4, поз. ж). Длительность t_цз2 определяется соотношением
t_цз2≤t_пх. (2)
Третий блок 8-4 синхронизации на каждый приходящий на его вход ИНОХ формирует в течение времени t_цз3 на шине адреса и синхронизации последовательность команд цикла перезаписи информации из второго ОЗУ 8-7 в блок 8-9 ФАРС (фиг. 4, поз. з). Длительность t_цз3 определяется соотношением
t_цз3≤t_ох. (3)
По информационной шине из генератора 8-3 синхросигналов (третий выход) поступает код текущего пеленга антенны в блок 8-8 ВКСПА. Значение косинуса и синуса пеленга МДНА фиксируется на момент каждого ИНОХ и по информационной шине подается на третий вход блока 8-9 ФАРС. С приходом на второй вход блока 8-9 ФАРС ИНПХ на его выходе начинают последовательно формироваться адреса X и Y ячеек третьего ОЗУ 3 в направлении пеленга антенны П_а РЛС судна-носителя от его текущего местоположения (см. фиг. 5). Частота смены адреса F_а третьего ОЗУ 3 определяется величиной разрешающей способности моделируемой РЛС по дальности Δd в соответствии с выражением
F_A = c/Δd (4)
где с - скорость распространения электромагнитных волн в воздухе, и соответствует частоте смены дискретов по дальности. Размеры каждого дискрета дальности равны разрешающей способности РЛС по дальности.

Адресом считывания ячеек ОЗУ 3 является значение их координат Х и Y на момент дискрета дальности, выбираемого последовательно из интервала от 1 до m, где m - общее число дискретов дальности, определяемое соотношением

где D_max - размер зоны обзора РЛС по дальности.

Если D_max больше расстояния от судна-носителя РЛС до края поля ОЗУ в направлении текущего П_a РЛС, то D_max принимается равной этому расстоянию. При выборе очередного дискрета дальности происходит увеличение или уменьшение на единицу либо только адреса X, либо только адреса Y, либо одновременно и адреса Х и адреса Y. Номера дискретов n, на которых происходит смена адреса, определяется соотношениями
если Int((n -1)•sin П_a)>Int(n•sin П_a), (6)
где Int - функция выделения целой части числа, то значение Y на n-м дискрете увеличивается на 1,
если Int((n-1)•sin П_a)= Int(n•sin П_a), (7)
то значение Y на n-м дискрете не изменяется,
если Int((n-1)•sin П_a)<Int(n•sin П_a), (8)
то значение Y на n-м дискрете уменьшается на 1,
если Int((n-1)•cos П_a)>Int(n•cos П_a), (9)
то значение X на n-м дискрете увеличивается на 1,
если Int(n-1)•cos П_a)= Int(n•cos П_a), (10)
то значение X на n-м дискрете не изменится,
если Int((n-1)•cos П_a)<Int(n•cos П_a), (11)
то значение X на n-м дискрете уменьшается на 1.

Порядок опроса ячеек ОЗУ 3 показан на фиг. 5. При опросе первой ячейки, когда номер дискрета n равен 1, значение адреса X уменьшится на 1 относительно текущей координаты X судна-носителя РЛС, а значение адреса Y будет равно значению текущей координаты Y судна-носителя РЛС. При опросе второй ячейки, когда номер дискрета n равен 2, значение адреса X уменьшится еще на 1 относительно текущей координаты X судна-носителя РЛС, а значение адреса Y не изменится. При опросе третьей ячейки, когда номер дискрета n равен 3, значение адреса X не изменится, а значение адреса Y уменьшится на 1 относительно текущей координаты Y судна-носителя РЛС, и т. д.

Четвертый блок 8-5 синхронизации на каждый приходящий на его первый вход ИНПХ формирует на своем выходе в течение времени t_цс3 последовательность команд цикла считывания информации из ОЗУ 3 (фиг. 4, поз. и). Длительность t_цс3 определяется соотношением
t_цс3= t_пх. (12)
При считывании информация о наличии или отсутствии береговой черты с задержкой относительно ИНПХ, соответствующей номеру выбранного дискрета дальности, поступает с выхода ОЗУ 3 по информационной шине в блок 4 ФВС, где преобразуется в видеосигнал, аналогичный видеосигналу РЛС при обнаружении отражений от береговой черты и знаков навигационного ограждения.

Устройство обеспечивает имитацию района плавания размерами, определяемыми соотношением быстродействия его блоков, временами t_цх, t_ох, Т_и, Т_p и объемом памяти ОЗУ 3, что для современных обзорных РЛС, средств вычислительной техники и радиоэлементов составляет поле квадрата, сторона которого может достигать нескольких сотен километров.

На первый выход генератора ОСБЧ поступают ИНПХ и сигналы углового положения МДНА. На второй выход генератора ОСБЧ поступают видеосигналы, сформированные блоком 4 ФВС. При подаче сигналов с выходов генератора ОСБЧ на входы обзорных РЛС и устройств обработки радиолокационной информации обеспечивается имитация функционирования обзорной РЛС при плавании вблизи береговой черты и знаков навигационного ограждения с учетом свободного маневрирования судна-носителя РЛС, с достоверностью, которая позволяет производить обучение и тренировку операторов действиям при плавании судна вдоль берега в навигационно-опасных районах судоходства, таких как заливы, проливные зоны и каналы.

Источники информации
1. Патент США N 4168582, кл. G 01 S 9/00; G 11 С 19/00, 1979.

2. Патент США N 5192208, кл. G 09 B 9/00, 1993.

3. Тверской Г. Н. , Терентьев Г. К. , Харченко И. П. Имитаторы эхосигналов судовых радиолокационных станций. - Л. , Судостроение, 1973, с. 142-205.

4. Б. П. Бичаев, В. М. Зеленин, Л. И. Новик. Морские тренажеры. - Л. , Судостроение, 1986, с. 120-126.

5. Свидетельство РФ на полезную модель N 11348 МПК 6 G 01 S 7/40, 1999 (прототип).

Использование: для обучения и тренировки операторов радиолокационных средств и устройств обработки радиолокационной информации действиям при плавании судна в наиболее навигационно-опасных районах, таких как узкость, проливная зона или вдоль линии берега выбранного района судоходства. Технический результат заключается в повышении достоверности моделирования контура береговой черты и знаков навигационного ограждения на экране РЛС относительно движущегося судна-носителя РЛС. Сущность изобретения: в устройство, содержащее пульт управления, блок памяти, оперативное запоминающее устройство и блок формирования видеосигнала, введены блок электронной библиотеки карт, блок управления предварительной записью, блок формирования относительных координат судна-носителя РЛС и блок считывания и синхронизации с их связями, что обеспечивает моделирование сигналов, аналогичных отраженным сигналам от береговой черты и знаков навигационного ограждения выбранного района судоходства на выходе приемника радиолокационной станции (РЛС), собственных шумов приемника и сигналов синхронизации в темпе функционирования РЛС и с учетом движения судна-носителя РЛС. Размер имитируемого района плавания может составлять поле квадрата со стороной в несколько сотен километров с дискретностью формирования контура береговой черты равной разрешающей способности РЛС по дальности. 5 ил.

Генератор отраженных сигналов от береговой черты, содержащий пульт управления, блок памяти, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и блок формирования видеосигнала (блок ФВС), причем выход пульта управления соединен информационной шиной с входом блока памяти, а выход ОЗУ соединен информационной шиной с входом блока ФВС, выход которого является вторым выходом устройства, отличающийся тем, что в него введены блок электронной библиотеки карт (блок ЭБК), блок управления предварительной записью (блок УПЗ), блок формирования относительных координат носителя (блок ФОКН) и блок считывания и синхронизации, при этом выход пульта управления информационной шиной соединен с первым входом блока считывания и синхронизации и с входом блока ЭБК, выход которого информационной шиной соединен с первым входом блока УПЗ, второй вход которого подключен к третьему выходу блока считывания и синхронизации, а выход соединен информационной шиной с первым входом ОЗУ, второй вход которого подключен шиной адреса и синхронизации к второму выходу блока считывания и синхронизации, вход блока ФОКН подключен информационной шиной к выходу блока памяти, а выход соединен информационной шиной с вторым входом блока считывания и синхронизации, первый выход которого является первым выходом устройства.