УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ МОНОИМПУЛЬСНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ
MONOPULSE RADAR INFORMATION DISPLAY DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации, в частности к устройствам отображения информации моноимпульсных РЛС с механическим или электрическим управлением лучом в пространстве. Электрическое управление осуществляется от ЭВМ по программе в соответствии с выбранным методом обзора.
В моноимпульсных РЛС на выходе суммарного канала образуются сигналы, несущие информацию об амплитуде отраженных от цели сигналов, а на выходе разностных каналов после нормирования по суммарному сигналу образуются сигналы ошибок по азимуту и углу места, несущие информацию об отклонении цели от равносигнального направления диаграммы направленности антенны с точностью до коэффициента крутизны разностной диаграммы. В известных системах суммарный сигнал в дальнейшем поступает на индикаторные устройства и в канал определения дальности, а сигналы ошибок поступают в систему управления положением диаграммы направленности антенны (см. А.И. Леонов, К.И. Фомичев, Моноимпульсная радиолокация, М., 1970 г.). В моноимпульсных РЛС для ручного управления положением диаграммы направленности антенны обычно применяются индикаторы направления (см. патент США Н. кл. 343-11, №3480995 от 25.11.69. М., Сколник. Введение в технику радиолокационных систем, М., Изд-во "Мир", 1965 г., стр.228), у которых на экране отображается сигнал угловой ошибки. В индикаторе (см. М.И. Леонов, К.И. Фомичев, Моноимпульсная радиолокация, М., Изд-во "Советское радио", 1970 г., стр.146) сигналы с выходов суммарного и разностного каналов, поступая на отклоняющую систему ЭЛТ, используются для отображения нескольких целей, находится в пределах луча антенны РЛС.
В известных устройствах отображения информации (см. патенты США: №3343159, МКИ G01S 7/12 за 1967 г. №3579234, МКИ G01S 7/12 за 1971 г. №3500402 Н. кл. 343-11 за 1970 г.; №3603997, Н. кл. 343-10 за 1971 г., №3810173, Н. кл. 343-5R за 1974 г.; патенты Великобритании №1179744, МКИ G01S 7/12 за 1970 г.; №1329789, Н. кл. H4D за 1973 г.; №1226963, Н. кл. H4D (МКИ G01S 7/12) за 1971 г.; патенты ФРГ: №1473395, МКИ G01S 7/12 за 1972 г. №2364075, МКИ G01S 7/04 за 1975 г. №2520494, МКИ G01S 7/12 за 1976 г.; патент Франции №1586134, МКИ: G01S 11/00 за 1970 г.; патенты Японии №239, Н. Кл. 100C4 за 1970 г.; №49-15677, Н. кл. 100C4 за 1974 г. №49-39558, Н. Кл. 100C4 за 1974 г., №45-112176, Н. кл. 100C4 за 1975 г.; №50-20839, Н. кл. 100C4 за 1975 г.; авторские свидетельства СССР №441536, МКИ G01S 7/10 за 1974 г.; №416644, МКИ G01S 7/04 за 1974 г.) применяются электронно-лучевые трубки с ортогональной системой отклонения электронного луча в координатах X и Y, а выходная информация о положении луча в пространстве поступает в полярной системе координат. Преобразование этой информации в систему координат X и Y индикатора осуществляется в формирователе разверток, который может быть как аналоговым (см. авт. св. СССР №242986, МКИ G01S 7/04 за 1969 г., №416644, МКИ G01S 7/04 за 1974 г.), так и цифровыми (см. В.Р. Берман и др. Методы построения трактов формирования разверток по азимуту в индикаторах с применением цифровых устройств, "Вопросы радиоэлектроники", серия ОТ, вып.17, 1971 г. А.В. Веселовский, В.В. Маркачев, Цифровой формирователь развертки луча ЭЛТ "Вопросы радиоэлектроники", серия ОТ, вып.19, 1969 г., Цветков В.А. Яблокова Т.В. Цифровой формирователь РКР "Морское приборостроение", серия У, ВТ, вып.5, 1973 г., авт. св. СССР: №362448, МКИ Н03к 5/156 за 1970 г., №290434, МКИ Н03к 4/74 за 1971 г., патент США №4002827, Н. кл. 343-5 (МКИ: H04N 5/02), опубл. за 1976 г.). В индикаторных устройствах с радиально-круговой разверткой отметки целей на экране имеют дугообразную форму, угловой размер которых зависит от ширины диаграммы направленности РЛС, и флуктуируют под влиянием помех. Размер, форма и частота флуктуации используются оператором в процессе обнаружения при превышении контрастирующими яркостями порога контрастной чувствительности глаза. При обнаружении цели оператор совмещает визирную отметку с центром отметки цели и вводит координаты цели в ЭВМ для вторичной обработки. В индикаторах на ЭЛТ яркость отметок при возбуждении люминофора одиночными импульсами малой длительности, обычно используемых в радиолокации, сравнительно мала. Поэтому превышение порога контрастной чувствительности глаза достигается за счет интегрирования по яркости отраженных от цели сигналов. Интегрирование обусловлено явлением накопления пачки из нескольких импульсов, действующих на один и тот же участок экрана ЭЛТ (см. М.И. Финкельштейн, Основы радиолокации, М., 1973 г., стр.32). В индикаторных устройствах РЛС с высокими скоростями обзора пространства это явление отсутствует, потому что на одну развертку растра обычно приходится, по одному отраженному от цели импульсу, а из-за дискретности растра отметка отображается в виде отдельных точек. Эти факторы затрудняют обнаружение цели оператором. Для устранения дискретности отметки цели в индикаторе (см. патент США №3810173, G01S 7/12 за 1974 г.) развертка растра модулируется по отклонению шумами. В этом случае отметка цели отображается в виде протяженной отметки с размытыми краями, что существенно затрудняет нахождение центра отметки цели для совмещения с меткой визира.
В другом устройстве (см. патент Великобритании №1179744 по МКИ G01S 7/12 за 1970 г.) наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению и поэтому принятым за прототип, содержится индикатор на электронно-лучевой трубке, формирователь разверток полярного растра и визира и видеоусилитель. Точность съема угловых координат отметок целей определяется ошибкой нахождения центра отметок, разрешающей способностью ЭЛТ, ошибкой совмещения двух видов информации, самой значительной из которых является ошибка нахождения центра отметки цели. Ошибка совмещения двух видов информации устраняется при одноканальном формировании разверток растра и визира.
Недостатком прототипа является низкая точность съема угловых координат отметок целей.
Целью настоящего изобретения является устранение этого недостатка.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство отображения информации, содержащее индикатор на электроннолучевой трубке с двумя входами отклонения по каждой из координат X и Y, подключенный первыми входами отклонения по координатам X и Y к соответствующим выходам формирователя разверток полярного растра и визира и через видеоусилитель соединен с выходом суммарного канала РЛС, дополнительно введены умножитель X и умножитель Y, выходами подключенные к соответствующим вторым входам отклонения по координатам X и Y индикатора и масштабирующий усилитель, включенный между выходом разностного канала РЛС и первыми входами умножителей X и Y, причем второй вход умножителя X подключен к выходу отклонения по координате Y формирователя разверток, а второй вход умножителя Y подключен к выходу отклонения по координате X формирователя разверток.
Такое построение устройства отображения информации позволяет, также, повысить вероятность обнаружения цели оператором моноимпульсной РЛС с высокими скоростями обзора, так как использование сигнала ошибки с выхода разностного канала для отклонения развертки по координатам X и Y позволяет выводить электронный луч ЭЛТ в точку, соответствующую координатам отметки цели на экране индикатора при прохождении цели линейным участком разностной диаграммы, а сигналы с выхода суммарного канала будут подсвечивать эту точку и за счет интегрирования по яркости сигналов в шуме при накоплении контраст отметки цели на фоне шумов увеличивается.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства отображения информации, где:
1 - индикатор на электронно-лучевой трубке;
2 - формирователь разверток полярного растра и визира;
3 - видеоусилитель;
4 - умножитель X;
5 - умножитель Y;
6 - масштабирующий усилитель;
7 - первый вход отклонения по координате X индикатора 1;
8 - первый вход отклонения по координате Y индикатора 1;
9 - выход отклонения по координате X формирователя разверток 2;
10 - выход отклонения по координате Y формирователя разверток 2;
11 - вход видеосигнала индикатора 1;
12 - выход суммарного канала РЛС;
13 - второй вход отклонения по координате X индикатора 1;
14 - второй вход отклонения по координате Y индикатора 1;
15 - выход разностного канала РЛС;
16 - первый вход умножителя X 4;
17 - первый вход умножителя Y 5;
18 - второй вход умножителя X 4;
19 - второй вход умножителя Y 5.
Устройство отображения информации содержит индикатор 1 на электронно-лучевой трубке, формирователь разверток 2 полярного растра и визира, видеоусилитель 3, умножитель X 4, умножитель Y 5, масштабирующий усилитель 6. Индикатор 1 первыми входами отклонения 7 и 8 по координатам X и Y подключен к соответствующим выходам 9 и 10 формирователя разверток 2, а входом видеосигнала 11 соединен с выходом 12 суммарного канала РЛС. Выход умножителя X 4 и выход умножителя Y 5 подключены к соответствующим вторым входам отклонения 13 и 14 по координатам X и Y индикатора 1. Выход 15 разностного канала РЛС через масштабирующий усилитель 6 соединен с первыми входами 16 и 17 умножителя X 4 и умножителя Y 5. Второй вход 18 умножителя X 4 подключен к выходу отклонения 10 по координате Y формирователя разверток 2, а второй вход 19 умножителя Y 5 подключен к выходу отклонения 9 по координате X формирователя разверток 2. Устройство отображения информации работает следующим образом. Формирователь разверток 2 полярного растра и визира в соответствии с текущими угловыми координатами диаграммы направленности антенны РЛС и координатами визира вырабатывает сигналы отклонения разверток по координатам X и Y
X=Rsinα,
Y=Rcosα,
где R - текущая дальность,
α - текущая угловая координата.
Эти сигналы с выходов 9 и 10 формирователя разверток 2 поступают на первые входы отклонения 7 и 8 по координатам X и Y индикатора 1. Сигнал угловой ошибки Δα с выхода 15 разностного канала моноимпульсной РЛС, поступая через масштабирующий усилитель 6 на входы 16 и 17 умножителей X и Y, преобразуется в сигналы отклонения электронного луча ЭЛТ по координатам X и Y в соответствии со следующими формулами:
<mrow><mi>Δ</mi><mi>X</mi><mo>=</mo><mi>m</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>2</mn><mi>R</mi><mi>sin</mi><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>α</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>α</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>α</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>=</mo><mi>m</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Y</mi><mi>sin</mi><mi>Δ</mi><mi>α</mi><mo>−</mo><mn>2</mn><mi>X</mi><msup><mrow><mi>sin</mi></mrow><mn>2</mn></msup><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>α</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
<mrow><mi>Δ</mi><mi>Y</mi><mo>=</mo><mo>−</mo><mi>m</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>2</mn><mi>R</mi><mi>sin</mi><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>α</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>α</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>α</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>=</mo><mo>−</mo><mi>m</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>X</mi><mi>sin</mi><mi>Δ</mi><mi>α</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>Y</mi><msup><mrow><mi>sin</mi></mrow><mn>2</mn></msup><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>α</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
при Δα≤2° с точностью 0,1%
<mrow><mi>Δ</mi><mi>X</mi><mo>≈</mo><mi>m</mi><mi>Y</mi><mi>Δ</mi><mi>α</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>m</mi><mi>K</mi></mfrac><mi>Δ</mi><mi>α</mi><mi>Y</mi></mrow>
,
<mrow><mi>Δ</mi><mi>Y</mi><mo>≈</mo><mo>−</mo><mi>m</mi><mi>X</mi><mi>Δ</mi><mi>α</mi><mo>=</mo><mo>−</mo><mfrac><mi>m</mi><mi>K</mi></mfrac><mi>Δ</mi><mi>α</mi><mi>X</mi></mrow>
,
где Δα - угол рассогласования между линией визирования на цель и равносигнальным направлением диаграммы направленности антенны РЛС, выраженный в радианах;
K - коэффициент крутизны разностной диаграммы направленности;
m - коэффициент приведения масштабов сигналов отклонения электронного луча ЭЛТ по входам отклонения по координатам X и Y индикатора 1.
Сигналы ΔX в ΔY с выходов умножителей X и Y поступают на вторые входы отклонения 13 и 14 по координатам X и Y индикатора 1, которые затем суммируются с сигналами отклонения, поступившими по первым входам отклонения 7 и 8, и отклоняют электронный луч ЭЛТ в точку экрана, соответствующую координатам цели при прохождении цели линейным участком разностной диаграммы направленности антенны. Отметка цели отображается в виде яркой точки за счет интегрирования видеосигналов с выхода 12 суммарного канала. Оператор совмещает данную отметку с отметкой визира для ввода координат цели в ЭВМ. Суммирование сигналов, поступающих на входы отклонения 7 и 13 по координате X и входы 8 и 14 по координате Y индикатора 1, может быть выполнено как на входе усилителей отклонения (фиг.1), так и за счет применения дополнительной системы отклонения электронного луча, например, электростатических пластин или электромагнитной катушки.
α
β
ε
В заявляемом изобретении угол α тождественный текущим азимуту β или углу места ε диаграммы направленности антенны, а сигнал ошибки Δ - соответственно сигналам ошибок по азимуту Δ или углу места Δ.
Использование новых элементов - умножителя X, умножителя Y и масштабирующего усилителя выгодно отличает предлагаемое устройство отображения информации от указанного прототипа, так как исключается ошибка нахождения центра отметки цели из общей ошибки измерения угловой координаты за счет неточности совмещения центра отметки цели с меткой визира, среднеквадратическое значение которой определяется по формуле (см. Г.П. Попов. Инженерная психология в радиолокации. М., Изд-во "Советское радио", 1971 г., стр.84):
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><mi>α</mi><mi>ц</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>0,58</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>ϕ</mi><mi>o</mi></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><mn>57,3</mn><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub></mrow><mi>Λ</mi></mfrac><mfrac><mn>1</mn><mi>R</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>α</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>α</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub></mrow>
,
0
где φ - ширина диаграммы направленности антенны по точкам половинной мощности;
max
R - максимальная дальность обнаружения цели;
R - текущая дальность;
<mrow><mi>Λ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>D</mi><mi>э</mi></msub></mrow><mi>δ</mi></mfrac></mrow>
- разрешающая способность ЭЛТ;
э
D - диаметр экрана;
δ - эффективный диаметр движущегося пятна;
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>α</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msub></mrow>
- среднеквадратическая ошибка нахождения центра отметки цели;
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>α</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub></mrow>
- среднеквадратическая ошибка за счет разрешающей способности ЭЛТ по углу.
Например, при
φ<sub>o</sub>=1,5°
R<sub>max</sub>=20 км,
R=15 км,
D<sub>э</sub>=400 мм,
δ=0,4 мм,
Λ=1000,
<maths num="9"><math display="block"><mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>α</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mn>0,43</mn></mrow><mi>o</mi></msup></mrow></math><img file="00000009.tif" he="8" wi="23" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
<maths num="10"><math display="block"><mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>α</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mn>0,04</mn></mrow><mi>o</mi></msup></mrow></math><img file="00000010.tif" he="8" wi="23" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
<maths num="11"><math display="block"><mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><mi>α</mi><mi>ц</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mn>0,47</mn></mrow><mi>o</mi></msup></mrow></math><img file="00000011.tif" he="7" wi="23" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
Таким образом, исключение ошибки нахождения центра отметки цели, среднеквадратическое значение которой составляет около 30% ширины диаграммы направленности и 90% общей ошибки определения угловой координаты цели, позволяет повысить точность съема угловых координат в 3÷4 раза по сравнению с прототипом, учитывая аппаратурные погрешности, вносимые элементами узла умножения, состоящего из умножителя X, умножителя Y и масштабирующего усилителя, а также погрешности суммирования сигналов отклонения. Узел умножения устройства отображения информации легко реализуется в аналоговом исполнении на микросхемах серии 140. Лабораторные исследования макета устройства отображения показали его преимущества перед известными устройствами. Дополнительным преимуществом данного изобретения является повышение вероятности обнаружения цели за счет увеличения контраста цели на фоне помех при высоких скоростях обзора пространства. Это позволяет расширить область применения устройств отображения информации с повышенной точностью съема угловых координат целей в РЛС с ФАР для вывода первичной информации.
Для доведения изобретения до промышленного использования необходимо провести разработку полной электрической схемы и конструкторской документации узла умножения, изготовление, настройку и испытание в составе устройства отображения информации в условиях применения. Остальные устройства заимствуются из ранее разработанных изделий.