ГЕНЕРАТОР, ИМИТИРУЮЩИЙ РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИГНАЛЫ КОРАБЕЛЬНОГО РАДИОЛОКАТОРА, ОТРАЖЕННЫЕ ОТ БЕРЕГА Российский патент 2009 года по МПК G09B9/54 G01S7/40 

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к имитаторам сигналов, отраженных от берега, на выходе приемника обзорной корабельной радиолокационной станции (РЛС), и может быть использовано для обучения и тренировки операторов РЛС и устройств обработки радиолокационной информации действиям по идентификации берега 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 о структуре береговой линии, блок ввода береговой линии, блок формирования относительных координат носителя, блок формирования относительных координат береговой линии, блок формирования пространственного распределения и анализа радиолокационной наблюдаемости, 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 линии выбранного района судоходства, собственных шумов приемника и сигналов синхронизации в темпе функционирования РЛС с учетом движения судна-носителя этой РЛС, однако устройство имитации береговой линии с учетом радиолокационной тени, выбранное в качестве прототипа, не позволяет моделировать пространственное распределение отражений радиолокационных сигналов от всего берега вглубь с учетом различных условий радиолокационной наблюдаемости и с учетом реальных условий отражения зондирующих сигналов от берега в целом.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей генератора отраженных сигналов от береговой лини, что обеспечивает моделирование пространственного распределения отражений радиолокационных сигналов от всего берега, а не только береговой линии с учетом зон видимости и затенения, радиолокационной наблюдаемости, реальных условий среды и характеристик РЛС судна-носителя.

Технический результат заключается в повышении достоверности моделирования радиолокационных отражений от берега 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 формирования пространственного распределения отражений радиолокационных сигналов от всего берега вглубь, ограниченного дальностью действия РЛС, с учетом различных условий радиолокационной наблюдаемости, реальных условий отражений сигнала и характеристик РЛС судна-носителя.

Возможность достижения технического результата обусловлена тем, что аппроксимация берега обеспечивается большим количеством точек, размеры каждой из которых равны разрешающей способности обзорной РЛС по дальности, их местоположение точно соответствует карте района плавания 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 5 считывания и синхронизации.

На фиг.3 приведен пример осуществления блока 12 формирования видеосигнала.

На фиг.4 приведены временные диаграммы функционирования устройства имитации отраженных радиолокационных сигналов от берега.

На фиг.5 приведен пример изображения берега на карте района плавания в виде поля с осями координат Х и Y.

На фиг.6 приведен пример изображения берега и 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.

Генератор, имитирующий радиолокационные сигналы корабельного радиолокатора, отраженные от берега (генератор ИРСОБ), содержит пульт 1 управления, блок 2 памяти, блок 3 электронной библиотеки карт, хранящий информацию о структуре берега (ЭБК), блок 5 считывания и синхронизации, блок 4 формирования относительных координат судна-носителя радиолокатора (ФОКН), блок 7 формирования относительных координат берега с учетом движения и свободного маневрирования судна-носителя радиолокатора (ФОКБ), блок 6 управления предварительной записью о структуре берега (УПЗ), блок 8 анализа отражательной способности берега, блок 9 формирования пространственного распределения отраженных сигналов от берега и анализа радиолокационной наблюдаемости элементов берега (ФПРиАРЛН), генератор 10 случайных чисел, оконечный формирователь отражений от элементов берега 11 (ОФО) и блок 12 формирования видеосигнала (ФВС), при этом выход пульта 1 управления соединен информационной шиной с первым входом блока 5 считывания и синхронизации, с первым 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 генератора 10 случайных чисел, второй выход соединен шиной адреса со вторым входом генератора 10 случайных чисел, второй вход соединен информационной шиной с первым выходом блока 8 анализа отражательной способности берега, третий вход соединен шиной адреса со вторым выходом блока 8 анализа отражательной способности берега, первый выход генератора случайных чисел соединен информационной шиной с первым входом блока 11 ОФО, второй выход соединен шиной адреса со вторым входом блока 11 ОФО, второй выход блока 2 памяти соединен информационной шиной с первым входом блока 7 ФОКБ, третий выход соединен информационной шиной с входом блока 4 ФОКН, выход которого соединен информационной шиной со вторым входом блока 7 ФОКБ, 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 и со вторым входом блока 3 ЭБК, 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 6 УПЗ, первый выход соединен со вторым входом блока 6 УПЗ, первый вход которого соединен информационной шиной со вторым выходом блока 3 ЭБК, первый выход которого соединен информационной шиной с первым входом блока 8 АОСБ, третий вход соединен шиной адреса с третьим входом блока 8 АОСБ и пятым выходом блока 5 считывания и синхронизации, второй вход блока 8 АОСБ соединен информационной шиной с четвертым выходом блока 5 считывания и синхронизации, шестой выход блока 5 считывания и синхронизации соединен шиной синхронизации с третьим входом ОФО 11, седьмой выход соединен шиной адреса с четвертым входом ОФО 11, восьмой выход соединен шиной синхронизации с пятым входом ОФО 11, 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, а 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 совместно с цифроаналоговыми схемами средств вычислительной техники на основе общеизвестных радиоэлементов. Пульт 1 управления, блок 2 памяти, блок 4 ФОКН, блок 6 УПЗ, блок 7 ФОКБ, блок 9 ФПРиАРЛН, блок 11 ОФО и блок 12 ФВС аналогичны блокам прототипа.

Блок 3 ЭБК отличается от прототипа гораздо большим объемом памяти и возможностью хранить информацию обо всех ячейках берега в заданном районе плавания в формате координаты (X, Y) - координаты (пеленг, дальность) - высота. Блок 8 УПЗ отличается от прототипа возможностью трансляции информации о структуре береговой линии в первое ОЗУ 5-4 только от блока 3 ЭБК. Блок 5 считывания и синхронизации обеспечивает управление работой блоков устройства, а также обнуление ячеек, запись и считывание информации из ОФО 11.

Введение в состав генератора ИРСОБ:

1. блока 8 АОСБ - обеспечивает анализ ячеек берега по высоте и отвечает за формирование зон засветок и зон затенения;

2. блока 10 ГСЧ - обеспечивает возможность формирования пространственного распределения отражений от берега с учетом реальных условий отражения зондирующих сигналов.

Устройство работает следующим образом. Подготовка к работе генератора ИРСОБ 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;

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 ИРСОБ. Также в процессе работы вводится информация 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 также данные:

1. о технических характеристиках РЛС (разрешающая способность по дальности, ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, минимальная дальность обнаружения, максимальная дальность обнаружения, высота установки антенны РЛС);

2. 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 таблицы - соответствия с тремя столбцами: первый столбец хранит информацию в виде поля с осями координат Х и Y, второй - в виде поля с осями координат П и Д (пеленг, дальность), третий - хранит информацию о высоте каждой ячейки берега. 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 ИРСОБ происходит считывание значений ячеек из нужной области магнитного носителя в той же последовательности, в которой производилась запись.

Блок 4 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 (X_HK, Y_HK) поступают в блок 7 ФОКБ 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 4 ФОКН принимает от блока 2 памяти данные о первоначальном положении носителя, его курсе и скорости. В дальнейших расчетах блок 4 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 4 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 (T_u), их временная расстановка (t_nx - 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 6 УПЗ после прихода ИНР (второй вход) в течение времени t_ц1 транслирует информацию о структуре берега из блока 3 ЭБК 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 6 УПЗ значений ячеек из блока 3 ЭБК: (Х₀, Y₀), (Х₀, Y₁),…, (Х₀, 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 6 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 ФОКБ.

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 берега в виде прямоугольного поля с осями координат X и Y (фиг.5), каждая ячейка которого хранит информацию о наличии (лог.1) или отсутствии (лог.0) берега 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_mах - максимальные размеры поля координат по оси X,

Y_max - максимальные размеры поля координат по 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 6 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: (Х₀, Y₀), (Х₀, Y₁), …, (Х₀, Y_n), (X₁, Y₀), (X₁, Y₁), …, (X_n, Y_n) с частотой считывания значения ячеек блоком 6 УПЗ из блока 3 ЭБК. 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 адреса Х и Y первого ОЗУ 5-4 (фиг.4, и): (Х₀, Y₀), (Х₀, Y₁), …, (Х₀, 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 ФОКБ. Этот же импульс поступает на третий вход второго ОЗУ 5-6 и переводит его в режим записи информации из блока 7 ФОКБ.

Длительность t_ц2 определяется соотношением (3):

где: t_nx - время прямого хода развертки.

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

1. Рассчитывается адрес ячейки второго ОЗУ 5-6, соответствующий текущим значениям пеленга и дальности до берега (П_Б, Д_Б), в соответствии с выражениями (4), (5), (6), (7), (8) и ниже изложенными условиями:

1.1. Если X_Б≥Х_НК и Y_Б≥Y_НК, то для расчетов используются выражения (4) и (8);

1.2. Если X_Б≥Х_НК и Y_Б<Y_НК, то для расчетов используются выражения (5) и (8);

1.3. Если X_Б<Х_НК и Y_Б<Y_НК, то для расчетов используются выражения (6) и (8);

1.4. Если X_Б<X_НК и Y_Б≥Y_НК, то для расчетов используются выражения (7) и (8).

где: П_Б,Д_Б - адреса ячеек блока координат (П, Д), соответствующие координатам берега в прямоугольной системе координат с осями П и Д;

Х_Б, Y_Б - адреса ячеек блока координат (X, Y), соответствующие координатам берега в прямоугольной системе координат с осями Х и Y;

Х_HK, Y_HK - текущие координаты судна-носителя РЛС;

Δd - разрешающая способность РЛС по дальности;

φ_г - ширина ДНА в горизонтальной плоскости, в градусах.

2. Полученные значения П_Б и Д_Б округляются до ближайшего целого значения и поступают по адресной шине (второй выход) во второе ОЗУ 5-6 и во второй столбец блока 3 ЭБК.

Функции блока 7 ФОКБ может выполнять специальный процессор или компьютер.

Второе ОЗУ 5-6 хранит информацию о структуре берега 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) берега 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 П, второе - номеру дискрета дальности Д; номер дискрета пеленга П выбирается из интервала от 1 до k, где k - общее число дискретов пеленга П, 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_mах - максимальный размер зоны обзора РЛС по дальности;

Δd - разрешающая способность РЛС по дальности;

с - скорость распространения электромагнитных волн в воздухе;

t_nx - время прямого хода развертки.

Первый вход второго ОЗУ 5-6 является информационным входом, на который поступают сигналы лог.1, соответствующие наличию элемента берега в ячейке, с блока 7 ФОКБ. 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 ФОКБ поступают адреса (П_Б,

Д_Б), соответствующие адресам записи лог.1, наличия элемента берега, 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 четвертом входе второго ОЗУ 5-6 во время цикла обнуления информации (t_ц4) на первом выходе третьего блока 5-5 синхронизации последовательно перебираются 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 (ИЦ3) (фиг.4, к), который поступает на пятый вход второго ОЗУ 5-6 и включает его в режим считывания информации в блок 8 АОСБ и в блок 3 ЭБК. Этот же импульс поступает на третий вход ОФО 10 и включает его в режим записи информации из блока 10 генератора случайных чисел.

Длительность t_ц3 определяется соотношением (11):

где: t_ox - время обратного хода развертки.

2. После окончания ИЦЗ 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_ц3 - длительность цикла 3 (считывания из второго ОЗУ 5-6).

Блок 8 АОСБ на основе полученной информации из блока 3 ЭБК (высот ячеек берега в направлении текущего пеленга антенны) записывает значения высот и действует по следующему алгоритму:

1. Сравнивает значения высот ячеек берега последовательно от ячейки с меньшей дальностью в направлении текущего пеленга антенны до ячейки с большей дальностью;

2. Если высота последующих ячеек берега больше высоты предыдущих, он пропускает эти ячейки к дальнейшей обработке в блок ФПР и АРЛН;

3. Как только высота следующей по дальности ячейки берега становится меньше высоты предыдущей, блок АОСБ запоминает адрес ячейки с большим значением высоты и само значение высоты, по адресам последующих ячеек, высота которых меньше записанного значения, записывается значение (лог.0) и в дальнейшей обработке эти ячейки участие не принимают;

4. Этот процесс происходит до тех пор, пока значение высоты одной из последующих ячеек берега в текущем направлении пеленга антенны не превысит или не станет равным записанному значению высоты. Тогда по адресу этой ячейки записывается значение (лог.1) и она поступает к дальнейшей обработке в блок ФПР и АРЛН;

5. Дальнейший процесс обработки последующих ячеек берега в направлении текущего пеленга антенны производится по описанному выше алгоритму в пунктах 2-4.

Подобным образом на экране РЛС формируются зоны радиолокационного затенения и зоны засветки.

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 блока 8 АОСБ (последовательность лог.1 и лог.0, соответствующие наличию или отсутствию элемента берега в ячейке, по направлению текущего пеленга антенны и 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_Б - номер дискрета дальности, соответствующий наличию элемента берега в ячейке блока 8 АОСБ, по направлению текущего пеленга антенны;

Д_min - минимальная дальность обнаружения РЛС;

Д_РГ - дальность радиогоризонта;

Δd - разрешающая способность РЛС по дальности.

Если условие выполняется, то эти ячейки передаются к дальнейшей обработке в генератор случайных чисел, если нет - по адресам таких ячеек записывается значение (лог.0) и в дальнейшей обработке эти ячейки участия не принимают.

Функции блока 9 ФПРиАРЛН может выполнять специальный процессор.

На вход генератора 10 случайных чисел подается последовательность адресов ячеек берега в направлении текущего пеленга антенны, которые формируют зоны засветки на экране РЛС и удовлетворяют критерию по радиогоризонту. Генератор случайных чисел формирует сигнал запрета обработки ячеек берега (т.е. обнуляет значение ячеек) по внесенному в него закону изменения случайного процесса. Таким образом, в схеме устройства имитации отраженных радиолокационных сигналов от берега реализован учет реальных условий среды, то есть флюктуации ЭПР отражающей земной поверхности.

Блок 11 ОФО в своих ячейках хранит информацию о наличии (лог.1) или отсутствии (лог.0) берега по направлению текущего пеленга антенны. Адресом записи, считывания и обнуления ячеек ОФО 11 является номер дискрета дальности, выбираемой последовательно из интервала от 1 до m, где m - общее число дискретов дальности Д, определяемое соотношением (10). Первый вход ОФО 11 является информационным входом, на который поступает информация о наличии (лог.1) или отсутствии (лог.0) элементов берега в направлении текущего пеленга антенны с первого выхода блока 10 ГСЧ. Второй вход ОФО 11 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, блок 10 ГСЧ транслирует эти адреса со своего второго выхода. При этом на третий вход ОФО 11 подается команда записи информации в ОФО 11 (ИЦЗ) со второго выхода третьего блока 5-5 синхронизации. Четвертый вход ОФО 11 является адресным входом, на который 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 ОФО 11 подается команда считывания информации со второго выхода четвертого блока 5-7 синхронизации. Также на четвертом входе ОФО 11 во время цикла обнуления информации (t_ц6) на первом выходе четвертого блока 5-7 синхронизации последовательно перебираются адреса всех ячеек ОФО 11. При этом на пятый вход ОФО 11 подается команда обнуления информации со второго выхода четвертого блока 5-7 синхронизации. ОФО 11 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 ОФО 11 (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 ОФО 11 и включает его в режим считывания информации в ЦАП 11-2.

Длительность t_ц5 определяется соотношением (19):

где: t_nx - время прямого хода развертки.

2. После окончания ИЦ5 в течение времени t_ц6:

2.1. На шине адреса (первый выход) формирует адреса ОФО 11 (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 ОФО 11 и обнуляет его ячейки. Длительность t_ц6 определяется соотношением (20):

где: 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 ОФО 11 о наличии или отсутствии берега, с задержкой относительно ИНПХ, соответствующей номеру выбранного дискрета дальности, поступает по информационной шине в ЦАП 12-2, где преобразуется в видеосигнал, подобный сигналу РЛС при обнаружении отражений от берега.

Блок 12 ФВС может быть реализован на общеизвестных схемах. Составляющими этого блока являются:

- генератор шума 12-1 для имитации собственных шумов приемного устройства РЛС,

- ЦАП 12-2, который в случае появления сигнала на выходе, например 039, преобразует его в аналоговый видеосигнал соответствующей длительности и амплитуды,

- сумматор 12-3, объединяющий видеосигнал от берега и имитируемые шумы приемника.

Устройство обеспечивает имитацию района плавания размерами, определяемыми соотношением быстродействия его блоков, времени t_nx, t_ox, T_u, 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 ИРСОБ поступают видеосигналы, сформированные блоком 12 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 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 берега. Эти сигналы позволяют подключать ИРСОБ непосредственно к входам индикаторных устройств РЛС обучения и при этом не задействовать остальные приборы РЛС в процессе тренировки, тем самым увеличивая ресурс приборов высокочастотного тракта станции и время наработки на отказ.

Список используемых источников

1. Патент США №4168582, кл. G01S 9/00; G11С 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 №2303795, МПК ⁶ G01S 7/40, 2007 (прототип).

Использование предназначено для обучения и тренировки операторов корабельного радиолокатора и устройств обработки радиолокационной информации действиям по идентификации берега с морской картой при плавании судна в наиболее навигационно-опасных районах. Достигаемый технический результат заключается в повышении достоверности моделирования радиолокационных отражений от берега на экране обзорного корабельного радиолокатора относительно движущегося судна-носителя этого радиолокатора. Сущность изобретения заключается в том, что заявленное устройство содержит пульт управления, блок памяти, блок электронной библиотеки карт, блок управления предварительной записью о структуре берега, блок формирования относительных координат судна-носителя радиолокатора, блок формирования пространственного распределения отраженных сигналов от берега и анализа радиолокационной наблюдаемости элементов берега, оконечный формирователь отражений от элементов берега, блок формирования видеосигнала, блок считывания и синхронизации, блок анализа отражательной способности берега и генератор случайных чисел, определенным образом соединенные между собой. Устройство обеспечивает моделирование радиолокационных сигналов, подобных сигналам на выходе обзорного корабельного радиолокатора, отраженных от берега, собственных шумов приемного устройства и сигналов синхронизации, в различных условиях радиолокационной наблюдаемости, в темпе функционирования радиолокатора и с учетом движения судна-носителя, а также реальных условий среды. 6 ил.

Генератор, имитирующий радиолокационные сигналы корабельного радиолокатора, отраженные от берега, содержащий пульт управления, блок памяти, блок электронной библиотеки карт, хранящий информацию о структуре берега (блок ЭБК), блок управления предварительной записью о структуре берега (блок УПЗ), блок формирования относительных координат судна-носителя радиолокатора (блок ФОКН), блок формирования относительных координат берега с учетом движения и свободного маневрирования судна-носителя радиолокатора (блок ФОКБ), блок формирования пространственного распределения отраженных сигналов от берега и анализа радиолокационной наблюдаемости элементов берега (блок ФПРиАРЛН), оконечный формирователь отражений от элементов берега, блок формирования видеосигнала (блок ФВС), блок считывания и синхронизации, при этом выход пульта управления соединен информационной шиной с первым входом блока считывания и синхронизации, являющимся входом информации о режиме работы корабельного радиолокатора, с первым входом блока ЭБК, являющимся входом информации о высоте и структуре берега и с входом блока памяти, являющимся входом информации о типе судна-носителя радиолокатора, начальных координатах судна-носителя радиолокатора, начальных курсе и скорости, моментах начала маневров и параметрах маневров судна-носителя радиолокатора, типе радиолокатора и режимах его 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 радиолокатора, высоте установки антенны на судне-носителе радиолокатора, коэффициенте радиолокационной наблюдаемости, второй выход блока памяти соединен информационной шиной с первым входом блока ФОКБ, являющимся входом информации о технических характеристиках радиолокатора, третий выход соединен информационной шиной с входом блока ФОКН, являющимся входом информации о начальных координатах, курсе и скорости судна-носителя радиолокатора, моментах начала и параметрах маневра с учетом радиуса циркуляции судна-носителя радиолокатора, выход которого соединен информационной шиной со вторым входом блока ФОКБ, являющимся входом информации о текущих координатах судна-носителя радиолокатора, 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 радиолокатора до кромки береговой линии, второй выход соединен шиной адреса с четвертым входом блока считывания и синхронизации и со вторым входом блока ЭБК, являющимся входом данных о наличии элементов берега и необходимости дальнейшего анализа считываемой информации, третий вход блока ФОКБ соединен информационной шиной со вторым выходом блока считывания и синхронизации, являющимся выходом информации о структуре берега в виде прямоугольного поля с осями координат Х и Y, четвертый вход блока ФОКБ соединен шиной адреса с третьим выходом блока считывания и синхронизации, являющимся выходом информации о наличии или отсутствии элементов берега, второй вход которого соединен информационной шиной с выходом блока УПЗ, являющимся выходом транслируемой информации о структуре берега в районе плавания, первый выход блока считывания и синхронизации соединен со вторым входом блока УПЗ, первый вход которого соединен информационной шиной со вторым выходом блока ЭБК и является входом информации о структуре берега в районе плавания, шестой выход блока считывания и синхронизации соединен шиной синхронизации с третьим входом оконечного формирователя отражений, являющимся входом информации о подаче команды записи информации в оконечный формирователь отражений из блока ФПРиАРЛН, седьмой выход соединен шиной адреса с четвертым входом оконечного формирователя отражений, являющимся 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 оконечного формирователя отражений, являющимся входом информации о подаче команд считывания данных из оконечного формирователя отражений в блок ФВС и обнуления данных в оконечном формирователе отражений после считывания, отличающийся тем, что введены блок анализа отражательной способности берега (блок АОСБ) и генератор случайных чисел, при этом первый выход блока ФПРиАРЛН соединен информационной шиной с первым входом генератора случайных чисел, являющимся входом информации о наличии или отсутствии элементов берега в направлении текущего пеленга антенны с учетом радиолокационной наблюдаемости в выбранном районе плавания, второй выход соединен шиной адреса со вторым входом генератора случайных чисел, являющимся входом информации об адресах ячеек по оси Д, соответствующих направлению текущего пеленга антенны, второй вход соединен информационной шиной с первым выходом блока АОСБ, являющимся входом информации о наличии или отсутствии элемента берега в ячейке, по направлению текущего пеленга антенны, третий вход соединен шиной адреса со вторым выходом блока АОСБ, являющимся входом информации об адресах ячеек по оси Д, соответствующих направлению текущего пеленга антенны, первый выход генератора случайных чисел соединен информационной шиной с первым входом оконечного формирователя отражений, являющимся входом информации о наличии элементов берега в направлении текущего пеленга антенны с учетом флюктуации, второй выход соединен шиной адреса со вторым входом оконечного формирователя отражений, являющимся входом информации об адресах ячеек по оси Д, первый выход блока ЭБК соединен информационной шиной с первым входом блока ФОСБ, третий вход блока ЭБК соединен шиной адреса с третьим входом блока АОСБ и пятым выходом блока считывания и синхронизации, являющимся выходом информации о структуре берега в виде прямоугольного поля с осями координат П и Д, соответствующих направлению текущего пеленга антенны, второй вход блока АОСБ соединен информационной шиной с четвертым выходом блока считывания и синхронизации, являющимся выходом информации о наличии или отсутствии элемента берега по направлению текущего пеленга антенны, выход оконечного формирователя отражений соединен информационной шиной с входом блока ФВС, являющимся входом информации о наличии или отсутствии элементов берега, 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 предназначен для выдачи по информационной шине кодов текущего пеленга максимума диаграммы направленности антенны и является вторым выходом устройства, десятый выход блока считывания и синхронизации предназначен для выдачи ИНПХ индикатора корабельного радиолокатора и является третьим выходом устройства.