ГЕНЕРАТОР, ИМИТИРУЮЩИЙ СИГНАЛЫ ОБЗОРНОЙ КОРАБЕЛЬНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ, ОТРАЖЕННЫЕ ОТ БЕРЕГОВОЙ ЛИНИИ Российский патент 2007 года по МПК G01S7/40 

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к имитаторам сигналов, отраженных от береговой линии, на выходе приемника обзорной корабельной РЛС, и может быть использовано для обучения и тренировки операторов РЛС и устройств обработки радиолокационной информации действиям по идентификации береговой линии с морской картой при плавании судна в наиболее навигационно-опасных районах, таких как узкость, проливная зона или вдоль линии берега выбранного района судоходства.

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 этих 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 корабельных 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.

Известны устройства для формирования отражений от береговой черты с использованием видеозаписывающей аппаратуры [3], которые, однако, не позволяют имитировать свободное маневрирование судна-носителя РЛС в процессе тренировки, а район судоходства для тренировки можно выбирать 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 электронной библиотеки карт, блок управления предварительной записью, блок формирования относительных координат носителя, оперативное запоминающее устройство, блок формирования видеосигнала, реализованного с помощью цифроаналогового преобразователя, генератора шума и сумматора, блок считывания и синхронизации, с их связями [4]. Данное устройство обеспечивает моделирование сигналов, подобных сигналам на выходе приемника РЛС, отраженных от береговой черты и знаков навигационного ограждения выбранного района судоходства, собственных шумов приемника и сигналов синхронизации в темпе функционирования РЛС с учетом движения судна-носителя этой РЛС, однако устройство имитации береговой черты, выбранное в качестве прототипа, не позволяет моделировать пространственное распределение отражений радиолокационных сигналов от береговой линии с учетом различных условий радиолокационной наблюдаемости, а также производить ввод произвольной береговой линии, нарисованной на экране компьютера, руководителем в зависимости от задач тренировки, при отсутствии требуемой электронной карты.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей генератора отраженных сигналов от береговой черты, что обеспечивает возможность ввода произвольной береговой линии руководителем тренировки, а также моделирование пространственного распределения отражений радиолокационных сигналов от береговой линии с учетом типа радиолокационной наблюдаемости и характеристик РЛС судна-носителя.

Технический результат заключается в повышении достоверности моделирования радиолокационных отражений от береговой линии на экране обзорной РЛС относительно движущегося судна-носителя этой РЛС.

Решение задачи достигается тем, что в схему прототипа [4] введены блоки с их связями, обеспечивающими возможность ввода произвольной береговой линии и формирования пространственного распределения отражений радиолокационных сигналов от береговой линии с учетом различных условий радиолокационной наблюдаемости и характеристик РЛС судна-носителя.

Возможность достижения технического результата обусловлена тем, что аппроксимация береговой линии обеспечивается большим количеством точек, размеры каждой из которых равны разрешающей способности обзорной РЛС по дальности, их местоположение точно соответствует карте района плавания или нарисованной береговой линии и рассчитано с учетом типа радиолокационной наблюдаемости, характеристик РЛС и движения 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 приведен пример осуществления блока формирования видеосигнала.

На фиг.4 приведены временные диаграммы функционирования устройства.

На фиг.5 приведен пример изображения кромки береговой линии на карте района плавания в виде поля с осями координатой X и Y.

На фиг.6 приведен пример изображения кромки береговой линии на карте района плавания, преобразованного относительно движущегося судна-носителя РЛС из поля с осями координат Х и Y в поле с осями координат П и Д.

На фиг.7 приведен пример изображения береговой линии с учетом типа радиолокационной наблюдаемости, характеристик РЛС и движения судна носителя этой РЛС на карте района плавания в виде поля с осями координат П и Д.

Генератор, имитирующий сигналы обзорной корабельной радиолокационной станции (РЛС), отраженные от береговой линии (генератор ОРСБЛ), содержит пульт 1 управления, блок 2 памяти, блок 3 электронной библиотеки карт, хранящий информацию о структуре береговой линии (ЭБК), блок 4 ввода информации о структуре береговой линии (ВБЛ), блок 5 считывания и синхронизации, блок 6 формирования относительных координат судна-носителя РЛС (ФОКН), блок 7 формирования относительных координат береговой линии с учетом движения и свободного маневрирования судна-носителя РЛС (ФОКБЛ), блок 8 управления предварительной записью о структуре береговой линии (УПЗ), блок 9 формирования пространственного распределения и анализа радиолокационной наблюдаемости элементов береговой линии (ФПРиАРЛН), оперативное запоминающее устройство 10 (ОЗУ) и блок 11 формирования видеосигнала (ФВС), при этом выход пульта 1 управления соединен информационной шиной с первым входом блока 5 считывания и синхронизации, с входом блока 4 ВБЛ, с входом блока 3 ЭБК и с входом блока 2 памяти, первый выход которого соединен информационной шиной с первым входом блока 9 ФПРиАРЛН, первый выход которого соединен информационной шиной с первым входом ОЗУ 10, второй выход соединен шиной адреса со вторым входом ОЗУ 10, второй вход соединен информационной шиной с четвертым выходом блока 5 считывания и синхронизации, третий вход соединен шиной адреса с пятым выходом блока 5 считывания и синхронизации, второй выход блока 2 памяти соединен информационной шиной с первым входом блока 7 ФОКБЛ, третий выход соединен информационной шиной с входом блока 6 ФОКН, выход которого соединен информационной шиной со вторым входом блока 7 ФОКБЛ, первый выход которого соединен информационной шиной с третьим входом блока 5 считывания и синхронизации, второй выход соединен шиной адреса с четвертым входом блока 5 считывания и синхронизации, третий вход соединен информационной шиной со вторым выходом блока 5 считывания и синхронизации, четвертый вход соединен шиной адреса с третьим выходом блока 5 считывания и синхронизации, второй вход которого соединен информационной шиной с выходом блока 8 УПЗ, первый выход соединен с третьим входом блока 8 УПЗ, первый вход которого соединен информационной шиной с выходом блока 3 ЭБК, второй вход соединен информационной шиной с выходом блока 4 ВБЛ, шестой выход блока 5 считывания и синхронизации соединен шиной синхронизации с третьим входом ОЗУ 10, седьмой выход соединен шиной адреса с четвертым входом ОЗУ 10, восьмой выход соединен шиной синхронизации с пятым входом ОЗУ 10, выход которого соединен информационной шиной с входом блока 11 ФВС, выход которого является первым выходом устройства, девятый выход блока 5 считывания и синхронизации является вторым выходом устройства, десятый выход является третьим выходом устройства.

Блок 5 считывания и синхронизации содержит генератор 5-1 синхросигналов, первый блок 5-2 синхронизации, второй блок 5-3 синхронизации, первое ОЗУ 5-4, третий блок 5-5 синхронизации, второе ОЗУ 5-6 и четвертый блок 5-7 синхронизации, при этом первым входом блока 5 считывания и синхронизации является вход генератора 5-1 синхросигналов, первый выход которого соединен со вторым входом второго блока 5-3 синхронизации, с входом четвертого блока 5-7 синхронизации и является десятым выходом блока 5 считывания и синхронизации, второй выход соединен со вторым входом третьего блока 5-5 синхронизации, третий выход соединен шиной синхронизации с первым входом третьего блока 5-5 синхронизации и является девятым выходом блока 5 считывания и синхронизации, четвертый выход соединен с входом первого блока 5-2 синхронизации и является первым выходом блока 5 считывания и синхронизации, первый выход первого блока 5-2 синхронизации соединен шиной адреса со вторым входом первого ОЗУ 5-4, второй выход соединен шиной синхронизации с третьим входом первого ОЗУ 5-4, третий выход соединен с первым входом второго блока 5-3 синхронизации, первый выход которого соединен шиной адреса с четвертым входом первого ОЗУ 5-4 и является третьим выходом блока 5 считывания и синхронизации, второй выход соединен шиной синхронизации с третьим входом второго ОЗУ 5-6 и с пятым входом первого ОЗУ 5-4, первый вход которого является вторым входом блока 5 считывания и синхронизации, выход является вторым выходом блока 5 считывания и синхронизации, первый выход третьего блока 5-5 синхронизации соединен шиной адреса с четвертым входом второго ОЗУ 5-6 и является пятым выходом блока 5 считывания и синхронизации, второй выход соединен шиной синхронизации с пятым входом второго ОЗУ 5-6 и является шестым выходом блока 5 считывания и синхронизации, первый вход второго ОЗУ 5-6 является третьим входом блока 5 считывания и синхронизации, второй вход является четвертым входом блока 5 считывания и синхронизации, выход является четвертым выходом блока 5 считывания и синхронизации, первый выход четвертого блока 5-7 синхронизации является седьмым выходом блока 5 считывания и синхронизации, второй выход является восьмым выходом блока 5 считывания и синхронизации.

Устройство в целом может быть реализовано путем использования средств вычислительной техники, совместно с цифроаналоговыми схемами на основе общеизвестных радиоэлементов. Пульт 1 управления, блок 2 памяти, блок 3 ЭБК, блок 6 ФОКН и блок 11 ФВС аналогичны блокам прототипа. Блок 8 УПЗ отличается от прототипа возможностью трансляции информации о структуре береговой линии в первое ОЗУ 5-4 не только от блока 3 ЭБК, но и от блока 4 ВБЛ. ОЗУ 10 отличается от прототипа тем, что хранит информацию о структуре береговой линии по направлению текущего пеленга антенны, а не обо всем районе плавания. Блок 5 считывания и синхронизации обеспечивает управление работой блоков устройства, а также обнуление ячеек, запись и считывание информации из ОЗУ 10; отличающийся от прототипа тем, что:

1) из него исключены блок ВКСПА, блок ФАРЗ и блок ФАРС;

2) генератор 5-1 синхросигналов - вырабатывает синхросигналы и сигналы управления режимами работы блоков 5-2, 5-3, 5-5 и 5-7 синхронизации и блока 8 УПЗ;

3) блоки 5-2, 5-3, 5-5 и 5-7 синхронизации - обеспечивают управление записью и считыванием информации из первого ОЗУ 5-4, второго ОЗУ 5-6 и ОЗУ 10 соответственно, обнуление ячеек второго ОЗУ 5-6 и ОЗУ 10, а также формируют адреса первого ОЗУ 5-4, второго ОЗУ 5-6 и ОЗУ 10 при записи и считывании информации;

4) первое ОЗУ 5-4, второе ОЗУ 5-6 - обеспечивают хранение информации во время расчетов.

Введение в состав генератора ОРСБЛ:

1) блока 4 ВБЛ - обеспечивает ввод произвольной береговой линии, нарисованной на экране компьютера;

2) блока 7 ФОКБЛ - обеспечивает расчет относительных координат береговой линии с учетом движения и свободного маневрирования судна-носителя РЛС;

3) блока 9 ФПРиАРЛН - обеспечивает возможность формирования пространственного распределения отражений от береговой линии с учетом ее изрезанности и различных условий радиолокационной наблюдаемости.

Устройство работает следующим образом. Подготовка к работе генератора ОРСБЛ состоит в том, что с пульта 1 управления, который может быть реализован с помощью панели управления обзорной корабельной РЛС и клавиатуры компьютера:

1) Выбирается район плавания из электронной библиотеки карт или вводится произвольная береговая линия, нарисованная на экране компьютера.

2) В блок 2 памяти вводится: тип судна-носителя РЛС (большой, средний, малый корабль); тип РЛС; режимы работы РЛС; начальные координаты судна-носителя РЛС; начальные курс и скорость судна-носителя РЛС; моменты начала и параметры маневров судна-носителя РЛС; коэффициент радиолокационной наблюдаемости.

Эту информацию вводят с клавиатуры компьютера, как до начала, так и в процессе работы генератора ОРСБЛ. Также в процессе работы вводят информацию об изменении текущего режима работы РЛС.

В блоке 2 памяти, который представляет собой долговременное запоминающее устройство (ДЗУ), хранящее информацию, введенную с пульта 1 управления, и может быть реализован, например, на базе винчестера компьютера или на регистрах памяти, кроме указанной информации хранятся данные о технических характеристиках РЛС (разрешающая способность по дальности, ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, минимальная дальность обнаружения, максимальная дальность обнаружения, высота установки антенны РЛС) и о маневренных характеристиках судна-носителя РЛС (максимальная скорость, радиус циркуляции).

Блок 3 ЭБК позволяет долговременно хранить информацию о структуре береговой линии в районе плавания в виде поля с осями координат Х и Y. Блок 3 ЭБК можно реализовать с помощью ДЗУ на магнитных носителях, например жесткий или гибкий диск. Информация о районе плавания записывается в определенную область магнитного носителя, например, в виде файла, в следующей последовательности: значение ячейки с адресом (X₀, Y₀), значение ячейки с адресом (X₀, Y₁), ..., значение ячейки с адресом (X₀, Y_n); значение ячейки с адресом (X₁, Y₀), значение ячейки с адресом (X₁, Y₁), ..., значение ячейки с адресом (X_n, Y_n). Каждая ячейка поля хранит информацию о наличии (лог.1) или отсутствии (лог.0) береговой линии в этой ячейке. При работе генератора ОРСБЛ происходит считывание значений ячеек из нужной области магнитного носителя в той же последовательности, в которой производилась запись.

Блок 4 ВБЛ переводит нарисованную на экране компьютера произвольную береговую линию в информацию о структуре береговой линии в виде прямоугольного поля с осями координат Х и Y, которая записывается в определенную область магнитного носителя в последовательности аналогичной записи в блок 3 ЭБК. Каждая ячейка поля хранит информацию о наличии (лог.1) или отсутствии (лог.0) береговой линии в этой ячейке. При работе генератора ОРСБЛ происходит считывание значений ячеек из нужной области магнитного носителя в той же последовательности, в которой производилась запись.

Блок 6 ФОКН, на основе полученной информации из блока 2 памяти, в реальном масштабе времени производит вычисление текущих координат судна-носителя РЛС во время цикла расчета (фиг.4, а), по окончании которого рассчитанные координаты (Х_НК, Y_НК) поступают в блок 7 ФОКБЛ и хранятся там до прихода следующих. Период цикла расчета Т_р, определяется временем перемещения судна-носителя РЛС, движущегося с максимальной скоростью, на величину разрешающей способности РЛС по дальности, в соответствии с выражением (1):

где Δd - разрешающая способность РЛС по дальности;

V_max - максимальная скорость судна-носителя РЛС.

При первом расчете местоположения носителя блок 6 ФОКН принимает от блока 2 памяти данные о первоначальном положении носителя, его курсе и скорости. В дальнейших расчетах блок 6 ФОКН использует координаты предыдущего местоположения носителя и время начала маневра. Если текущее время меньше времени начала маневра, то в расчетах используются начальные или введенные с пульта 1 управления курс и скорость носителя. Если текущее время равно времени начала маневра, то для расчета очередного местоположения носителя используются курс и скорость маневра. Функции блока 6 ФОКН может выполнять специальный процессор или компьютер.

Генератор 5-1 синхросигналов вырабатывает на первом выходе (фиг.4, б) импульсы начала прямого хода развертки (ИНПХ), на втором выходе (фиг.4, в) - импульсы начала обратного хода развертки (ИНОХ), на третьем выходе - коды текущего пеленга максимума диаграммы направленности антенны (МДНА), а на четвертом выходе (фиг.4, г) - импульс начала работы (ИНР). Период следования ИНПХ и ИНОХ (Т_и), их временная расстановка (t_пх - время прямого хода и t_ox - время обратного хода) и последовательность смены кодов пеленга антенны определяются режимом работы РЛС, задаваемым с пульта 1 управления. Для реализации генератора 5-1 синхросигналов, в части касающейся моделирования кодов пеленга антенны, могут быть использованы отдельные устройства соответствующего антенного поста. В качестве генератора ИНПХ и ИНОХ могут быть использованы блоки синхронизаторов РЛС или схемы собранные и функционирующие по аналогичным принципам и по своим параметрам соответствующие моделируемой РЛС.

Блок 8 УПЗ после прихода ИНР (третий вход) в течение времени t_ц1 транслирует информацию о структуре береговой линии из блока 3 ЭБК или блока 4 ВБЛ в первое ОЗУ 5-4 в той же последовательности, в которой производилась запись информации. Блок 8 УПЗ может быть реализован на повторителях типа 1533АП5 с возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние.

Первый блок 5-2 синхронизации после прихода ИНР в течение времени t_ц1:

1) На шине адреса (первый выход) последовательно формирует адреса Х и Y первого ОЗУ 5-4 (фиг.4, е) с частотой, равной частоте считывания блоком 8 УПЗ значений ячеек из блока 3 ЭБК или блока 4 ВБЛ: (X₀, Y₀), (X₀, Y₁), ..., (X₀, Y_n), (X₁, Y₀), (X₁, Y₁), ..., (X_n, Y_n).

2) На шине синхронизации (второй выход) формирует импульс цикла 1 (ИЦ1) (фиг.4, д), который поступает на третий вход первого ОЗУ 5-4 и включает его в режим записи информации из блока 8 УПЗ.

3) На третьем выходе после окончания ИЦ1 формирует импульс конца записи (ИКЗ) в первое ОЗУ 5-4 (фиг.4, ж), который подается на первый вход второго блока 5-3 синхронизации и переводит его в режим готовности к формированию импульса цикла считывания информации из первого ОЗУ 5-4 в блок 7 ФОКБЛ.

Время, необходимое для трансляции и записи информации, определяется объемом памяти первого ОЗУ 5-4 и быстродействием элементов схемы.

Первое ОЗУ 5-4 хранит информацию о структуре береговой линии в виде прямоугольного поля с осями координат Х и Y (фиг.5), каждая ячейка которого хранит информацию о наличии (лог.1) или отсутствии (лог.0) береговой линии в этой ячейке. Адресом записи, считывания и обнуления ячеек первого ОЗУ 5-4 является пара чисел (X_n, Y_n), первое число соответствует номеру дискрета координаты X, второе - номеру дискрета координаты Y; номер дискрета выбирается из интервала от 1 до n, где n - общее число дискретов по Х и Y, определяемое соотношением (2):

где X_max, Y_max - максимальные размеры поля координат по оси Х и оси Y;

Δd - разрешающая способность РЛС по дальности.

Первый вход первого ОЗУ 5-4 является информационным входом, на который поступает информация о наличии (лог.1) или отсутствии (лог.0) береговой линии с блока 8 УПЗ. Второй вход первого ОЗУ 5-4 является адресным входом, и может представлять собой от одного до восьми выводов статического ОЗУ, на первую половину которых поступают адреса ячеек по оси X, а на вторую половину - по оси Y. Во время цикла записи (t_ц1) эти адреса поступают с первого выхода первого блока 5-2 синхронизации, который включается ИНР. Адреса ячеек перебираются в последовательности: (X₀, Y₀), (X₀, Y₁), ..., (X₀, Y_n), (X₁, Y₀), (X₁, Y₁), ..., (X_n, Y_n) с частотой считывания значения ячеек блоком 8 УПЗ из блока 3 ЭБК или блока 4 ВБЛ. При этом на третий вход первого ОЗУ 5-4 подается команда записи информации со второго выхода первого блока 5-2 синхронизации (ИЦ1). Четвертый вход первого ОЗУ 5-4 является адресным входом, на который во время цикла считывания (t_ц2) информации с первого выхода второго блока 5-3 синхронизации подаются адреса ячеек в последовательности, в которой производилась запись. При этом на пятый вход первого ОЗУ 5-4 подается команда считывания информации со второго выхода второго блока 5-3 синхронизации. Первое ОЗУ 5-4 может быть реализовано на общеизвестных элементах статического ОЗУ большой емкости.

Второй блок 5-3 синхронизации по первому ИНПХ (второй вход) после прихода ИКЗ (первый вход) в течение времени t_ц2:

1) На шине адреса (первый выход) последовательно формирует адресами У первого ОЗУ 5-4 (фиг.4, и): (X₀, Y₀), (X₀, Y₁), ..., (X₀, Y_n), (X₁, Y₀), (X₁, Y₁), ..., (X_n, Y_n).

2) На шине синхронизации (второй выход) формирует импульс цикла 2 (ИЦ2) (фиг.4, з), который поступает на пятый вход первого ОЗУ 5-4 и включает его в режим считывания информации в блок 7 ФОКБЛ. Этот же импульс поступает на третий вход второго ОЗУ 5-6 и переводит его в режим записи информации из блока 7 ФОКБЛ.

Длительность t_ц2 определяется соотношением (3):

где t_пх - время прямого хода развертки.

Блок 7 ФОКБЛ, на основе полученной информации из блока 2 памяти (разрешающая способность РЛС по дальности, ширина ДНА в горизонтальной плоскости), из блока 6 ФОКН (рассчитанные текущие координаты судна-носителя РЛС), из первого ОЗУ 5-4 (последовательности лог.1 и лог.0, соответствующие наличию или отсутствию элемента береговой линии в ячейке) и из второго блока 5-3 синхронизации (адреса ячеек первого ОЗУ 5-4), производит перерасчет адресов первого ОЗУ 5-4 в адреса второго ОЗУ 5-6 (т.е. координат береговой линии из декартовой системы координат в полярные); наличие на информационной шине лог.1 служит командой блоку 7 ФОКБЛ на перерасчет. Для каждой ячейки первого ОЗУ 5-4, содержащей элемент береговой линии, с адресами (X_БЛ, Y_БЛ):

1) Рассчитывается адрес ячейки второго ОЗУ 5-6, соответствующий текущим значениям пеленга и дальности до кромки береговой линии (П_БЛ, Д_БЛ), в соответствии с выражениями (4), (5), (6), (7), (8) и ниже изложенными условиями:

A) Если Х_БЛ≥Х_НК и Y_БЛ≥Y_НК, то для расчетов используются выражения (4) и (8);

B) Если X_БЛ≥Х_НК и Y_БЛ<Y_НК, то для расчетов используются выражения (5) и (8);

C) Если Х_БЛ<Х_НК и Y_БЛ<Y_НК, то для расчетов используются выражения (6) и (8);

D) Если X_БЛ<Х_НК и Y_БЛ≥Y_НК, то для расчетов используются выражения (7) и (8).

где П_БЛ, Д_БЛ - адреса ячеек второго ОЗУ 5-6, соответствующие координатам береговой линии в прямоугольной системе координат с осями П и Д;

Х_БЛ, Y_БЛ - адреса ячеек первого ОЗУ 5-4, соответствующие координатам береговой линии в прямоугольной системе координат с осями Х и У;

Х_НК, Y_НК - текущие координаты судна-носителя РЛС;

Δd - разрешающая способность РЛС по дальности;

ϕ_г - ширина ДНА в горизонтальной плоскости, в градусах.

2) Полученные значения П_БЛ и Д_БЛ округляются до ближайшего целого значения и поступают по адресной шине (второй выход) во второе ОЗУ 5-6.

Функции блока 7 ФОКБЛ может выполнять специальный процессор или компьютер.

Второе ОЗУ 5-6 хранит информацию о структуре береговой линии в виде прямоугольного поля с осями координат П и Д (фиг.6), каждая ячейка которого хранит информацию о наличии (лог.1) или отсутствии (лог.0) береговой линии в этой ячейке. Адресом записи, считывания и обнуления ячеек первого ОЗУ 5-4 является пара чисел (П_k, Д_m), первое число соответствует номеру дискрета пеленга 77, второе - номеру дискрета дальности Д; номер дискрета пеленга П выбирается из интервала от 1 до k, где k - общее число дискретов пеленга 77, а номер дискрета дальности Д выбирается из интервала от 1 до m, где m - общее число дискретов дальности Д, определяемые соотношениями (9) и (10):

где ϕ_г - ширина ДНА в горизонтальной плоскости, в градусах.

где Д_max - максимальный размер зоны обзора РЛС по дальности;

Δd - разрешающая способность РЛС по дальности;

с - скорость распространения электромагнитных волн в воздухе;

t_пх - время прямого хода развертки.

Первый вход второго ОЗУ 5-6 является информационным входом, на который поступают сигналы лог.1, соответствующие наличию элемента береговой линии в ячейке, с блока 7 ФОКБЛ. Второй вход второго ОЗУ 5-6 является адресным входом, и может представлять собой от одного до восьми выводов статического ОЗУ, на первую половину которых поступают адреса ячеек по оси П, а на вторую половину - по оси Д. Во время цикла записи (t_ц2) со второго выхода блока 7 ФОКБЛ поступают адреса (П_БЛ, Д_БЛ), соответствующие адресам записи лог.1, наличия элемента береговой линии, в ячейку второго ОЗУ 5-6. При этом на третий вход второго ОЗУ 5-6 подается команда записи информации со второго выхода второго блока 5-3 синхронизации (ИЦ2). Четвертый вход второго ОЗУ 5-6 является адресным входом, на который во время цикла считывания информации (t_ц3) с первого выхода третьего блока 5-5 синхронизации подаются адреса ячеек, необходимых для дальнейшего анализа. При этом на пятый вход второго ОЗУ 5-6 подается команда считывания информации со второго выхода третьего блока 5-5 синхронизации. Также на четвертый вход второго ОЗУ 5-6 во время цикла обнуления информации (t_ц4) с первого выхода третьего блока 5-5 синхронизации последовательно подаются адреса всех ячеек второго ОЗУ 5-6. При этом на пятый вход второго ОЗУ 5-6 подается команда обнуления информации со второго выхода третьего блока 5-5 синхронизации. Второе ОЗУ 5-6 может быть реализовано на общеизвестных элементах статического ОЗУ большой емкости.

Третий блок 5-5 синхронизации:

1) На каждый приходящий ИНОХ (второй вход) в течение времени t_ц3:

1.1. На шине адреса (первый выход) формирует адреса второго ОЗУ 5-6 (фиг.4, л), старший разряд которых - П фиксирован и равен текущему пеленгу антенны - П_А, значение которого поступает в виде кода по информационной шине с третьего выхода генератора 5-1 синхросигналов на первый вход третьего блока 5-5 синхронизации, а младшие разряды Д последовательно перебираются от меньшего к большему: (П_А, Д₀), (П_А, Д₁), ..., (П_А, Д_m).

1.2. На шине синхронизации (второй выход) формирует импульс цикла 3 (ИЦЗ) (фиг.4, к), который поступает на пятый вход второго ОЗУ 5-6 и включает его в режим считывания информации в блок 9 ФПРиАРЛН. Этот же импульс поступает на третий вход ОЗУ 10 и включает его в режим записи информации из блока 9 ФПРиАРЛН.

Длительность t_ц3 определяется соотношением (11):

где t_ox - время обратного хода развертки.

2) После окончания ИЦ3 с задержкой, равной t_ц6, в течение времени t_ц4.

2.1. На шине адреса (первый выход) формирует адреса второго ОЗУ 5-6 (фиг.4, н) в последовательности: (П₀, Д₀), (П₀, Д₁), ..., (П₀, Д_m), (П₁, Д₀), ..., (П_k, Д_m).

2.2. На шине синхронизации (второй выход) формирует импульс цикла 4 (ИЦ4) (фиг.4, м), который поступает на пятый вход второго ОЗУ 5-6 и обнуляет его ячейки.

Длительность t_ц4 определяется соотношением (12):

где t_ох - время обратного хода развертки;

t_ц3 - длительность цикла 3 (считывания из второго ОЗУ 5-6).

Блок 9 ФПРиАРЛН, на основе полученной информации из блока 2 памяти (разрешающая способность РЛС по дальности, высота установки антенны, минимальная дальность обнаружения РЛС и коэффициент радиолокационной наблюдаемости), из второго ОЗУ 5-6 (последовательность лог.1 и лог.0, соответствующие наличию или отсутствию элемента береговой линии в ячейке, по направлению текущего пеленга антенны) и из третьего блока 5-5 синхронизации (адресах ячеек второго ОЗУ 5-6, соответствующие направлению текущего пеленга антенны):

1) Осуществляет расчет дальности радиолокационной наблюдаемости Д_РГ в соответствии с выражением (13):

где К_РЛН - коэффициент радиолокационной наблюдаемости;

Н_А - высота установки антенны РЛС.

2) Наличие на информационной шине лог.1 служит командой на анализ радиолокационной наблюдаемости данной ячейки, в соответствии с условием (14):

где Д_БЛ - номер дискрета дальности, соответствующий наличию элемента береговой линии в ячейке второго ОЗУ 5-6, по направлению текущего пеленга антенны;

Д_min - минимальная дальность обнаружения РЛС;

Д_РГ - дальность радиогоризонта;

Δd - разрешающая способность РЛС по дальности.

3) Если условие (14) выполняется, то:

3.1. Определяется значение Q_БЛ - количество элементов береговой линии в направлении текущего пеленга антенны;

3.2. Если Q_БЛ=1, то:

A) Разыгрывается случайное событие - запускается генератор случайных чисел (ГСЧ) с равномерным законом распределения плотности вероятности для получения значения Р (количество элементов береговой линии, участвующие в формировании пространственного распределения). Диапазон параметра Р от 1 до 10, дискретность равна 1.

B) Последовательно для каждой ячейки второго ОЗУ 5-6 с адресами: (П_БЛ, Д_БЛ+1), (П_БЛ, Д_БЛ+2), (П_БЛ, Д_БЛ+3), ..., (П_БЛ, Д_БЛ+(P-1)) производится анализ, в соответствии с условием (15):

где Д_БЛ - номер дискрета дальности, соответствующий наличию элемента береговой линии в направлении текущего пеленга антенны;

р - порядковый номер элемента береговой линии, участвующий в формировании пространственного распределения (р=1, 2, ... Р);

Д_РГ - дальность радиогоризонта;

Δd - разрешающая способность РЛС по дальности.

Если условие (15) выполняется, то в ОЗУ 10, по адресу ячейки, соответствующему анализируемой дальности элемента береговой линии, записывается сигнал лог.1. Если условие (15) не выполняется, то анализ радиолокационной наблюдаемости элементов береговой линии по направлению текущего пеленга антенны прекращается и по информационной шине на первый вход ОЗУ 10 по этому и последующим адресам записывается лог.0.

3.3. Если Q_БЛ>1, то:

A) Разыгрывается случайное событие - запускается ГСЧ с равномерным законом распределения плотности вероятности для получения значения Р (количество элементов береговой линии, участвующие в формировании пространственного распределения). Диапазон параметра Р от 1 до 10, дискретность равна 1.

B) Последовательно для каждой ячейки второго ОЗУ 5-6 с адресами: (П_БЛ, Д_БЛ1+1), (П_БЛ, Д_БЛ1+2), (П_БЛ, Д_БЛ1+3), ..., (П_БЛ, Д_БЛ1+(Р-1)) производится анализ, в соответствии с условиями (16) и (17):

где Д_БЛ1 - номер дискрета дальности, соответствующий дальности до первого элемента береговой линии по направлению текущего пеленга антенны;

Д_РГ - дальность радиогоризонта;

Δd - разрешающая способность РЛС по дальности;

Д_БЛ2 - номер дискрета дальности, соответствующий дальности до второго элемента береговой линии по направлению текущего пеленга антенны;

р - порядковый номер элемента береговой линии, участвующий в формировании пространственного распределения (р=1, 2, ... Р).

Если условия (16) и (17) выполняются, то в ОЗУ 10, по адресу ячейки, соответствующему анализируемой дальности элемента береговой линии, записывается сигнал лог.1; анализ радиолокационной наблюдаемости элементов береговой линии по направлению текущего пеленга антенны прекращается после перебора всех ячеек второго ОЗУ 5-6 с вышеперечисленными адресами, а в ОЗУ 10 по адресам ячеек, начиная с адреса (П_БЛ, Д_БЛ1+Р), записывается лог.0.

Если условие (16) выполняется, а условие (17) не выполняется, то анализ последующих ячеек второго ОЗУ 5-6, содержащих элемент береговой линии, производится в соответствии с условием (18):

где Д_БЛМ - номер дискрета дальности, соответствующий дальности до М-го элемента береговой линии по направлению текущего пеленга антенны;

q - порядковый номер элемента береговой линии в направлении текущего пеленга антенны (q=2, 3, ... Q_БЛ);

Р - количество элементов береговой линии, участвующих в формировании пространственного распределения.

Если условия (16) и (18) выполняются, то по адресу анализируемой ячейки записывается лог.1; анализ радиолокационной наблюдаемости элементов береговой линии по направлению текущего пеленга антенны прекращается после перебора всех ячеек второго ОЗУ 5-6 с вышеперечисленными адресами, а в ОЗУ 10 по адресам ячеек, начиная с адреса (П_БЛ, Д_БЛ1+(P-1)), записывается лог.0.

Если условия (16), (17) и (18) не выполняются, то анализ радиолокационной наблюдаемости элементов береговой линии по направлению текущего пеленга антенны прекращается и по информационной шине на первый вход ОЗУ 10 по этому и последующим адресам записывается лог.0.

Функции блока 9 ФПРиАРЛН может выполнять специальный процессор или компьютер.

ОЗУ 10 в своих ячейках хранит информацию о наличии (лог.1) или отсутствии (лог.0) береговой линии по направлению текущего пеленга антенны. Адресом записи, считывания и обнуления ячеек ОЗУ 10 является номер дискрета дальности, выбираемой последовательно из интервала от 1 до m, где m - общее число дискретов дальности Д, определяемое соотношением (10). Первый вход ОЗУ 10 является информационным входом, на который поступает информация о наличии (лог.1) или отсутствии (лог.0) элементов береговой линии в направлении текущего пеленга антенны с первого выхода блока 9 ФПРиАРЛН. Второй вход ОЗУ 10 является адресным входом и может представлять собой от одного до восьми выводов статического ОЗУ, на которые поступают адреса ячеек по оси Д, соответствующие направлению текущего пеленга антенны, в последовательности, в которой производилось считывание из второго ОЗУ 5-6. Во время цикла записи эти адреса устанавливаются блоком 9 ФПРиАРЛН и поступают с его второго выхода. При этом на третий вход ОЗУ 10 подается команда записи информации в ОЗУ 10 (ИЦЗ) со второго выхода третьего блока 5-5 синхронизации. Четвертый вход ОЗУ 10 является адресным входом, на которой во время цикла считывания информации с первого выхода четвертого блока 5-7 синхронизации подаются адреса ячеек Д, соответствующие направлению текущего пеленга антенны, в последовательности: Д₀, Д₁, ..., Д_m. При этом на пятый вход ОЗУ 10 подается команда считывания информации со второго выхода четвертого блока 5-7 синхронизации. Также на четвертый вход ОЗУ 10 во время цикла обнуления информации (t_ц6) с первого выхода четвертого блока 5-7 синхронизации последовательно подаются адреса всех ячеек ОЗУ 10. При этом на пятый вход ОЗУ 10 подается команда обнуления информации со второго выхода четвертого блока 5-7 синхронизации. ОЗУ 10 может быть реализовано на общеизвестных элементах статического ОЗУ большой емкости.

Четвертый блок 5-7 синхронизации:

1) На каждый приходящий на его вход ИНПХ в течение времени t_ц5:

1.1. На шине адреса (первый выход) формирует адреса ОЗУ 10 (фиг.4, п) в последовательности: Д₀, Д₁, ...,Д_m.

1.2. На шине синхронизации (второй выход) формирует импульс цикла 4 (ИЦ5) (фиг.4, о), который поступает на пятый вход ОЗУ 10 и включает его в режим считывания информации в ЦАП 11-2.

Длительность t_ц5 определяется соотношением (19):

где t_пх - время прямого хода развертки.

2. После окончания ИЦ5 в течение времени t_ц6:

2.1. На шине адреса (первый выход) формирует адреса ОЗУ 10 (фиг.4, с) в последовательности: Д₀, Д₁, ..., Д_m.

2.2. На шине синхронизации (второй выход) формирует импульс цикла 6 (ИЦ6) (фиг.4, р), который поступает на пятый вход ОЗУ 10 и обнуляет его ячейки.

Длительность t_ц6 определяется соотношением (20):

где t_ox - время обратного хода развертки;

t_ц3 - длительность цикла 3 (считывания из второго ОЗУ 5-6).

Блоки 5-2, 5-3, 5-5 и 5-7, соответственно первый, второй, третий и четвертый блоки синхронизации, представляют собой обычные ждущие блокинг-генераторы, которые могут быть также реализованы на общеизвестных микросхемах.

При считывании информация с выхода ОЗУ 10 о наличии или отсутствии береговой линии, с задержкой относительно ИНПХ, соответствующей номеру выбранного дискрета дальности, поступает по информационной шине в ЦАП 11-2, где преобразуется в видеосигнал подобный сигналу РЛС при обнаружении отражений от береговой линии.

Блок 11 ФВС может быть реализован на общеизвестных схемах. Составляющими этого блока являются ЦАП 11-2, который в случае появления сигнала на выходе, например 039, преобразует его в аналоговый видеосигнал соответствующей длительности и амплитуды, генератор 11-1 шума, который имитирует собственные шумы приемника, и сумматор 11-3, объединяющий видеосигнал от береговой линии и имитируемые шумы приемника.

Устройство обеспечивает имитацию района плавания размерами, определяемыми соотношением быстродействия его блоков, времени t_пх, t_ox, Т_и, Т_р и объемом памяти ОЗУ, что для современных РЛС, средств вычислительной техники составляет поле квадрата, сторона которого может достигать нескольких сотен километров.

На первый выход генератора ОРСБЛ поступают видеосигналы, сформированные блоком 11 ФВС. На второй выход поступают коды текущего пеленга антенны (МДНА). На третий выход - ИНПХ, для синхронизации работы устройства и РЛС. При подаче сигналов с выходов генератора на входы обзорных РЛС и устройств обработки радиолокационной информации обеспечивается имитация функционирования обзорной РЛС при плавании вдоль линии берега в различных условиях радиолокационной наблюдаемости в темпе функционирования РЛС с учетом движения судна-носителя РЛС, с достоверностью, которая позволяет производить обучение и тренировку операторов элементарным действиям по быстрому и точному измерению координат заметных точек береговой линии. Эти сигналы позволяют подключать генератор ОРСБЛ непосредственно к входам индикаторных устройств корабельных обзорных РЛС и при этом не задействовать остальные приборы приемо-передающего тракта РЛС в процессе обучения и тренировки операторов, что увеличивает общий ресурс работы станции.

Список используемых источников

1. Патент США №4168582, кл. G01S 9/00; G11C 19/00, 1979.

2. Патент США №5192208, кл. G09B 9/00, 1993.

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

4. Патент РФ №2178571, МПК 6 G01S 7/40, 2002 (прототип).

Изобретение предназначено для обучения и тренировки операторов РЛС и устройств обработки радиолокационной информации действиям по идентификации береговой линии с морской картой при плавании судна в наиболее навигационно-опасных районах. Достигаемый технический результат заключается в повышении достоверности моделирования радиолокационных отражений от береговой линии на экране обзорной РЛС относительно движущегося судна-носителя этой РЛС. Заявленное устройство содержит пульт управления, блок памяти, блок электронной библиотеки карт, блок управления предварительной записью, блок формирования относительных координат носителя, оперативное запоминающее устройство, блок формирования видеосигнала, блок считывания и синхронизации, блок ввода береговой линии, блок формирования относительных координат береговой линии, блок формирования пространственного распределения и анализа радиолокационной наблюдаемости, соединенные определенным образом. Размер имитируемого района плавания может составлять поле квадрата со стороной в несколько сотен километров с дискретностью формирования береговой линии равной разрешающей способности обзорной РЛС по дальности. 7 ил.

Генератор, имитирующий сигналы обзорной корабельной радиолокационной станции (РЛС), отраженные от береговой линии, содержащий пульт управления, блок памяти, блок электронной библиотеки карт, хранящий информацию о структуре береговой линии (блок ЭБК), блок управления предварительной записью о структуре береговой линии (блок УПЗ), блок формирования относительных координат судна-носителя РЛС (блок ФОКН), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), блок формирования видеосигнала (блок ФВС), блок считывания и синхронизации, отличающийся тем, что в него введены блок ввода информации о структуре береговой линии (блок ВБЛ), блок формирования относительных координат береговой линии с учетом движения и свободного маневрирования судна-носителя РЛС (блок ФОКБЛ), блок формирования пространственного распределения отражений сигналов от береговой линии и анализа радиолокационной наблюдаемости элементов береговой линии (блок ФПРиАРЛН), при этом выход пульта управления соединен информационной шиной с первым входом блока считывания и синхронизации, являющимся входом информации о режиме работы РЛС, с входом блока ВБЛ, являющийся входом информации о структуре произвольной береговой линии, с входом блока ЭБК, являющимся входом информации о структуре береговой линии и с входом блока памяти, являющимся входом информации о типе судна-носителя РЛС, начальных координатах судна-носителя РЛС, начальных курсе и скорости, моментах начала маневров и параметрах маневров судна-носителя РЛС, типе РЛС и режимах ее работы, коэффициенте радиолокационной наблюдаемости в выбранном районе плавания, первый выход которого соединен информационной шиной с первым входом блока ФПРиАРЛН, являющимся входом информации о технических характеристиках РЛС, высоте установки антенны на судне-носителе РЛС, коэффициенте радиолокационной наблюдаемости, первый выход которого соединен информационной шиной с первым входом ОЗУ, являющимся входом информации о наличии или отсутствии элементов береговой линии в направлении текущего пеленга антенны с учетом радиолокационной наблюдаемости в выбранном районе плавания, второй выход соединен шиной адреса со вторым входом ОЗУ, являющимся входом информации об адресах ячеек по оси Д, соответствующих направлению текущего пеленга антенны, второй вход соединен информационной шиной с четвертым выходом блока считывания и синхронизации, являющимся выходом информации о наличии или отсутствии элемента береговой линии по направлению текущего пеленга антенны, третий вход соединен шиной адреса с пятым выходом блока считывания и синхронизации, являющимся выходом информации о структуре береговой линии в виде прямоугольного поля с осями координат П и Д, соответствующих направлению текущего пеленга антенны, второй выход блока памяти соединен информационной шиной с первым входом блока ФОКБЛ, являющимся входом информации о технических характеристиках РЛС, третий выход соединен информационной шиной с входом блока ФОКН, являющимся входом информации о начальных координатах, курсе и скорости судна-носителя РЛС, моментах начала и параметрах маневра с учетом радиуса циркуляции судна-носителя РЛС, выход которого соединен информационной шиной со вторым входом блока ФОКБЛ, являющимся входом информации о текущих координатах судна-носителя РЛС, первый выход которого соединен информационной шиной с третьим входом блока считывания и синхронизации, являющимся входом информации о текущих значениях пеленга и дальности от судна-носителя РЛС до кромки береговой линии, второй выход соединен шиной адреса с четвертым входом блока считывания и синхронизации, являющимся входом данных о наличии элементов береговой линии и необходимости дальнейшего анализа считываемой информации, третий вход соединен информационной шиной со вторым выходом блока считывания и синхронизации, являющимся выходом информации о структуре береговой линии в виде прямоугольного поля с осями координат Х и Y, четвертый вход соединен шиной адреса с третьим выходом блока считывания и синхронизации, являющимся выходом информации о наличии или отсутствии элементов береговой линии, второй вход которого соединен информационной шиной с выходом блока УПЗ, являющимся выходом транслируемой информации о структуре береговой линии в районе плавания, первый выход соединен с третьим входом блока УПЗ, первый вход которого соединен информационной шиной с выходом блока ЭБК и являющийся входом информации о структуре береговой линии в районе плавания, второй вход соединен информационной шиной с выходом блока ВБЛ, являющимся выходом информации о структуре произвольной береговой линии, шестой выход блока считывания и синхронизации соединен шиной синхронизации с третьим входом ОЗУ, являющимся входом информации о подаче команды записи информации в ОЗУ из блока ФПРиАРЛН, седьмой выход соединен шиной адреса с четвертым входом ОЗУ и является адресным входом, на который во время цикла считывания информации подаются адреса ячеек Д_m, соответствующие направлению текущего пеленга антенны, восьмой выход соединен шиной синхронизации с пятым входом ОЗУ, являющимся входом информации о подаче команд считывания данных из ОЗУ в блок ФВС и обнуления данных в ОЗУ, выход которого соединен информационной шиной с входом блока ФВС, являющимся входом информации о наличии или отсутствии береговой линии, с задержкой относительно импульса начала прямого хода развертки (ИНПХ), соответствующей номеру выбранного дискрета дальности, выход которого является первым выходом устройства, девятый выход блока считывания и синхронизации является вторым выходом устройства, десятый выход является третьим выходом устройства.