ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ ЦЕЛЕЙ

Генератор сигналов целей
Полезная модель относится к области радиолокации, а именно к устройствам формирования сигналов, имитирующих сигналы синхронизации и сигналы на выходе приемника обзорной радиолокационной станции (РЛС), содержащие сигналы, отраженные от движущихся целей, и щумы приемника, и предназначена для обеспечения проверки работы устройств обработки радиолокационной информации, а также обучения и тренировки операторов этих средств в условиях большого количества движущихся по сложным траекториям целей.
Широко известны устройства для формирювания траекторий движ)тцихся целей и носителя РЛС по известным начальным координатам, времени начала и параметрам манёвра, а также формирования текущих полярных координат целей относительно РЛС 1. Известны также устройства для формирования пачки отраженных сигналов цели, учитывающие эффективную отражающую поверхность (ЭОП) цели, дальность до цели, её угловое положение и форму диаграммы направленности РЛС 2.
Из известных генераторов сигналов целей, используемых для проверки устройств обработки радиолокационной информации наиболее близким к заявляемому по большинству существенных признаков и достигаемому техническому эффекту является генератор целей, включающий пульт управления, генератор синхросигналов, генератор шума и сумматор 3. Устройство, выбранное в качестве прототипа, обеспечивает проверку только алгоритмов и устройств сопровождения целей, но не обеспечивает проверку алгоритмов и устройств обнаружения сигналов, отбора отметок для завязки траекторий в стробах обнаружения и отбора отметок для продолжения траекторий в стробах сопровождения, а также не обеспечивает возможность проведения тренировки операторов этих средств. Это обусловлено тем, что данное устройство не позволяет
формировать сигналы большого числа целей в темпе функционирования моделируемой РЛС.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей генератора сигналов целей, обеспечивающих полную проверку устройств и алгоритмов обработки радиолокационной информации от обнаружения пачек отраженных от целей импульсов до выдачи текущих координат целей потребителям, а также обучение и тренировку операторов этих средств.
Указанная задача решается тем, что в генератор сигналов целей, содержащий пульт управления, генератор синхросигналов, блок формирования относительных координат цели, блок формирования максимальной интенсивности сигналов цели, блок формирования текущей интенсивности сигналов цели, генератор щума и сумматор, введены блок памяти, три оперативных запоминающих устройства, четыре блока синхронизации и цифроаналоговый преобразователь. Введение указанных блоков с их связями обеспечивает формирование в темпе функционирования моделируемой РЛС сигналов синхронизации и углового положения максимума диаграммы направленности антенны (МДНА), а также видеосигналов, отражённых от целей пачек импульсов, модулированных по амплитуде формой диаграммы направленности антенны, на фоне мещающих шумов. При этом обеспечивается формирование видеосигналов, отражённых от заданного числа целей, движущихся по задаваемым произвольным траекториям, в том числе расположенных по одному направлению.
На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема заявляемого устройства. На фиг. 2 приведены временные диаграммы функционирования устройства в целом, на фиг. 3,4, 5 и 6 приведены временные диаграммы функционирования устройства в отдельных циклах.
Генератор сигналов целей содержит пульт 1 управления , блок 2 памяти, блок 3 формирования относительных координат цели (блок 3 ФОКЦ), блок 4 формирования максимальной интенсивности сигналов цели (блок 4 ФМИСЦ), первое оперативное
запоминающее устройство 5 (первое ОЗУ 5), генератор 6 синхросигналов, первый блок 7 синхронизации, второй блок 8 синхронизации, генератор 9 шума, второе оперативное запоминающее устройство 10 (второе ОЗУ 10), блок 11 формирования текущей интенсивности сигналов цели (блок 11 ФТИСЦ), третье оперативное запоминающее устройство 12 (третье ОЗУ 12), сумматор 13, цифро-аналоговый преобразователь 14 (ЦАП 14), третий блок 15 синхронизации, четвертый блок 16 синхронизации, при этом выход пульта 1 управления соединён информационной шиной с входом генератора 6 синхросигналов и с первым входом блока 2 памяти, выход которого соединён информационной шиной с первым входом блока 4 ФМИСЦ и с входом блока 3 ФОКЦ, выход которого соединён информационной шиной с вторым входом блока 4 ФМИСЦ и с вторым входом первого ОЗУ 5, первый вход которого подключен к выходу блока 4 ФМИСЦ. Первый выход первого блока 7 синхронизации соединён адресной шиной с вторым входом блока 2 памяти и с четвёртым входом первого ОЗУ 5, а второй выход соединён шиной синхронизации с третьим входом блока 2 памяти и с третьим входом первого ОЗУ 5, третий выход соединён с первым входом второго блока 8 синхронизации, первый выход которого соединён адресной шиной с пятым входом первого ОЗУ 5 и с третьим входом второго ОЗУ 10, второй выход соединён шиной синхронизации с шестым входом первого ОЗУ 5 и с вторым входом второго ОЗУ 10. Выход первого ОЗУ 5 соединён информационной шиной с первым входом второго ОЗУ 10, первый выход которого соединен информационной шиной с первым входом блока 11 ФТИСЦ, а второй выход соединен адресной шиной с третьим входом третьего ОЗУ 12. Второй вход блока 11 ФТИСЦ подключен информационной шиной к третьему выходу генератора 6 синхросигналов, который является третьим выходом устройства, а выход соединен информационной шиной с первым входом третьего ОЗУ 12. Первый выход генератора 6 синхросигналов соединен с вторым входом второго блока 8 синхронизации, с входом четвертого блока 16 синхронизации и является первым выходом устройства, а второй выход соединён с входом третьего блока 15
синхронизации, первый выход которого соединён адресной шиной с четвёртым входом второго ОЗУ 10, а второй выход соединён шиной синхронизации с пятым входом второго ОЗУ 10 и с вторым входом третьего ОЗУ 12, четвёртый вход которого подключён адресной шиной к первому выходу четвёртого блока 16 синхронизации, пятый вход подключён шиной синхронизации ко второму выходу четвертого блока 16 синхронизации, а выход соединен информационной пганой с входом ЦАП 14, выход которого соединён со вторым входом сумматора 13, первый вход которого подключён к выходу генератора 9 шума, а выход является вторым выходом устройства.
Устройство в целом может быть реализовано на основе средств вычислительной техники совместно с обшеизвестными цифро-аналоговыми микросхемами. Генератор 9 шума и сумматор 13 аналогичны блокам прототипа. Пульт 1 управления отличается от соответствуюшего блока прототипа возможностью ввода дополнительной информации о координатах и характеристиках целей и носителя РЛС. Генератор 6 синхросигналов отличается от соответствуюшего блока прототипа наличием второго и третьего дополнительных выходов. На втором выходе формируется импульс начала обратного хода развёртки (ИНОХ) моделируемой РЛС. Временное расположение скихросигнала, формируемого на первом выходе и являющегося импульсом начала прямого хода развёртки (ИНПХ), и ИНОХ приведено на фиг.2, поз. а, б. На третьем выходе формируются коды пеленга и угла места МДНА в соответствии с программой сканирования, принятой в моделируемой РЛС. Блок 3 ФОКЦ функционирует на основе общеизвестных алгоритмов 1, а блок 4 ФМИСЦ и блок 11 ФТИСЦ - на основе общеизвестных алгоритмов 2.
Устройство работает следуюпщм образом. Подготовка к работе состоит в задании с пульта 1 управления для каждой цели её номера, величины средней ЭОП, начальных координат, моментов начала и параметров манёвров, а также начальных координат, моментов начала и параметров манёвров носителя моделируемой РЛС. Эту информацию вводят как до начала, так и в процессе работы устройства. Также в
процессе работы вводят информацию о режиме работы моделируемой РЛС и об изменении режима работы.
В блоке 2 памяти кроме указанной информации хранятся данные о технических характеристиках моделируемой РЛС, определяющих дальность обнаружения целей в различных режимах работы.
Временные диаграммы работы устройства представлены на фиг. 2.
Генератор 6 синхросигналов вырабатывает ИНПХ (первый выход) (фиг. 2, поз. а), ИНОХ (второй выход) (фиг. 2, поз. б), а также коды текущего пеленга и угла места МДНА РЛС (третий выход). Период следования ИНПХ и ИНОХ (Ти), их временная расстановка (tnx - время прямого хода и tox - время обратного хода), а также последовательность смены кодов пеленга и угла места МДНА определяются режимом работы моделируемой РЛС, задаваемым с пульта 1 управления.
Первый блок 7 синхронизации, независимо от генератора 6 синхросигналов, формирует в течение времени ti на шине адреса (первый выход) и шине синхронизации (второй выход) последовательность команд цикла вычисления и записи данных в первое ОЗУ 5 (фиг. 2, поз. в), который заканчивается формированием на третьем выходе импульса конца записи в первое ОЗУ (фиг. 2, поз. г), подаваемого на первый вход второго блока 8 синхронизации. Временные диаграммы цикла вычисления и записи данных в первое ОЗУ 5 приведены на фиг.З. Период повторения этого цикла - период расчёта Тр, определяется временем перемещения цели, движущейся с максимальной скоростью Ущах, на величину разрешающей способности моделируемой РЛС по дальности Ad в соответствии с выражением
Длительность цикла вычисления и записи данных в первое ОЗУ 5 определяется соотношением
Tp  Ad/Vn,ax.
Второй блок 8 синхронизации по первому ИНПХ (второй вход) после прихода импульса конца записи в первое ОЗУ 5 (первый вход) формирует в течение времени 1вд2 на шине адреса (первый выход) и шине синхронизации (второй выход) последовательность команд цикла перезаписи данных из первого ОЗУ 5 во второе ОЗУ 10 (фиг. 2, поз. д). Временные диаграммы этого цикла приведены на фиг.4. Длительность 1цз2 определяется соотношением
Третий блок 15 синхронизации на каждый приходящий на его вход ИНОХ формирует в течение времени 1цзз на шине адреса (первый выход) и цшне синхронизации (второй выход) последовательность команд цикла перезаписи данных из второго ОЗУ 10 в третье ОЗУ 12 (фиг. 2, поз. е). Временные диаграммы этого цикла приведены на фиг. 5. Длительность  определяется соотношением
Четвёртый блок 16 синхронизации на каждый приходящий на его вход PfflTIX формирует в течение времени 1цсз на шине адреса (первый выход) и шине синхронизации (второй выход) последовательность команд цикла считывания данных из третьего ОЗУ 12 (фиг. 2, поз. ж). Временные диаграммы этого цикла приведены на фиг. 6. Длительность 1цсз определяется соотношением
Цикл вычисления и записи данных в первое ОЗУ 5 (см. диаграммы фиг.З) состоит из интервалов вычисления в блоке 3 ФОЬЩ значений относительных координат и в блоке 4 ФМИСЦ значений максимальной интенсивности сигнала для каждой из N моделируемых целей и записи вычисленных значений в первое ОЗУ 5. Адресом выбора исходных данных для вычисления из блока 2 памяти и записи вычисленных значений относительных координат и максимальной интенсивности сигнала в первое ОЗУ 5 является номер моделируемой цели. Относительные координаты целей - дальность, пеленг, угол места, вычисляются в блоке 3 ФОКЦ на основании поступающих на его вход по информационной шине из блока 2 памяти
1цз2  1пх
1цзЗ  tox
1цсЗ  tnx
данных о начальных координатах, времени начала и характеристиках манёвров целей и носителя моделируемой РЛС и поступают на второй вход первого ОЗУ 5. Значение максимальной интенсивности сигнала цели, соответствующей амплитуде видеосигнала центрального импульса пачки отражённых от цели сигналов, вычисляется в блоке 4 ФМИСЦ на основании поступающих на его первый вход по информационной щине из блока 2 памяти данных о технических характеристиках моделируемой РЛС, величине средней ЭОП цели и поступающей на его второй вход по информационной щине из блока 3 ФОКЦ дальности до цели. При формировании значения максимальной интенсивности сигнала цели учитывается характер флюктуации ЭОП цели и радиогоризонт. Вычисленное значение с выхода блока 4 ФМИСЦ по информационной щине поступает на первый вход первого ОЗУ 5. Значения дальности, пеленга, угла места и максимальной интенсивности сигнала цели записываются в первое ОЗУ 5 по сигналам синхронизации, поступающим на его третий вход, по адресу, соответствующему номеру цели, поступающему на четвёртый вход первого ОЗУ 5. По окончании записи данных по последней из N моделируемых целей первый блок 7 синхронизации формирует на третьем выходе импульс конца записи в первое ОЗУ, который подаётся на первый вход второго блока 8 синхронизации и переводит его в режим готовности к формированию команд цикла перезаписи данных из первого ОЗУ 5 во второе ОЗУ 10.
Цикл перезаписи данных из первого ОЗУ 5 во второе ОЗУ 10 начинается с приходом на второй вход второго блока 8 синхронизации первого ИНПХ после приведения этого блока в готовность и состоит из интервалов (см. диаграммы фиг. 4) считывания данных из первого ОЗУ 5 и записи данных во второе ОЗУ 10 по каждой из N моделируемых целей. Адресом считывания и записи данных первого ОЗУ 5 и второго ОЗУ 10 является номер моделируемой цели.
Цикл перезаписи данных из второго ОЗУ 10 в третье ОЗУ 12 начинается с приходом на вход третьего блока 15 каждого ИНОХ и состоит из интервалов (см. диаграммы фиг.5) вычисления в блоке 11 ФТИСЦ для каждой из N моделируемых
целей значений текущей интенсивности сигнала цели и их записи в третье ОЗУ 12. Значение текущей интенсивности сигнала цели, соответствующее амплитуде видеосигнала очередного импульса пачки отражённых от цели сигналов, вычисляется в блоке 11 ФТИСЦ на основании поступающих на его первый вход по информациокмой шине из второго ОЗУ 10 значений максимальной интенсивности сигнала, пеленга и угла места цели и поступающих на его второй вход по информационной шине из генератора 6 синхросигналов значений пеленга и угла места МДНА. В блоке 11 ФТИСЦ, таким образом, осуществляется модуляция по амплитуде пачки отражённых от цели сигналов формой диаграммы направленности антенны. Адресом выбора из второго ОЗУ 10 исходных данных является номер моделируемой цели. Адресом записи в третье ОЗУ 12 значений текущей интенсивности сигнала цели является дальность до этой цели, считываемая со второго выхода второго ОЗУ 10 и поступающая по адресной шине на третий вход третьего ОЗУ 12.
Цикл считывания данных третьего ОЗУ 12 начинается с приходом на вход четвёртого блока 16 синхронизации каждого ИНПХ и состоит из интервалов (см. диаграммы фиг.6) считывания информации из третьего ОЗУ 12 и обнуления соответствующей ячейки третьего ОЗУ 12 для каждого дискрета дальности. Размеры каждого дискрета дальности равны разрешающей способности моделируемой РЛС по дальности. Адресом считывания и обнуления ячеек третьего ОЗУ 12 является номер дискрета дальности, выбираемый последовательно из интервала от 1 до т, где m - общее число дискретов дальности, определяемое соотношением
где Dmax - размер зоны обзора РЛС по дальности;
j  max  пх
Ad 2Ad
При считывании данные об амплитуде видеосигналов с задержкой относительно ИНПХ, соответствующей номеру выбранного дискрета дальности, поступают с выхода третьего ОЗУ 12 по информационной шине на вход ЦАП 14, где преобразуются в аналоговый сигнал. Обнуление ячеек третьего ОЗУ 12 осуществляется для подготовки его к очередному циклу перезаписи данных из второго ОЗУ 10.
Устройство обеспечивает формирование числа целей, определяемого соотношением быстродействия его блоков и времени tnx, W, TH, Тр, что для современных обзорных РЛС, средств вычислительной техники и радиоэлементов составляет от десятков до нескольких сотен.
Синхронизация процесса вычисления значений относительных координат большого числа целей и значений максимальной интенсивности сигналов целей с процессом формирования отражённых от целей сигналов на выходе приёмника моделируемой РЛС достигается наличием в составе устройства блока 2 памяти, первого блока 7 синхронизации, второго блока 8 синхронизации, первого ОЗУ 5 и второго ОЗУ 10.
Возможность формирования отражённых сигналов в темпе функционирования моделируемой РЛС , в том числе от целей, расположенных по одному направлению, обеспечивается наличием в составе устройства третьего блока 15 синхронизации, четвёртого блока 16 синхронизации, и третьего ОЗУ 12, а также тем, что считывание данных из второго ОЗУ 10 осуществляется по адресу, соответствующему номеру цели, а запись данных в третье ОЗУ 12 - по адресу, соответствующему дальности до цели.
Аналоговый сигнал с выхода ЦАП 14, соответствующий видеосигналам отраженных от целей импульсов моделируемой РЛС, поступает на второй вход сумматора 13, где суммируется с сигналом генератора 9 щума, поступающим на первый вход сумматора. Генератор шума вырабатывает видеосигнал, аналогичный шумам приемника моделируемой РЛС. В результате сложения на выходе сумматора
13, который является вторым выходом устройства, получается видеосигнал, аналогичный видеосигналу моделируемой РЛС при обнаружении целей в пределах зоны видимости. На первый выход устройства поступает ИНПХ, а на третий выход сигналы углового положения МДНА. При подаче сигналов с выходов генератора сигналов целей на входы устройств обработ1си радиолокационной информации обеспечивается полная имитация функционирования обзорной РЛС, позволяющая осуществлять проверку этих устройств и алгоритмов их работы, а также производить обучение и тренировку операторов.
Источники информации
1.Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки. - М.: Радио и связь, 1986, с. 133 - 136.
2.Тверской Г.Н., Терентьев Г.К., Харченко И.П. Имитаторы эхо-сигналов судовых радиолокационных станций. - Л.: Судостроение, 1973, с. 206 - 211.
3.Патент США ()Q55, кл.О018 7/40,1999 (прототип).