Видеоадаптер радиолокационной обстановки

° °МПК7:О0187/12
ВВДЕОАДАПТЕР РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ
Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована для отображения аналоговой информации от радиолокационной станции на мониторе современного компьютера с прямоугольным растром .
По мере развития вьиислительной техники появилась необходимость отображения на одном мониторе совмещенной радиолокационной обстановки, а именно: первичной информации (отметки аналоговых эхо-сигналов от радиолокационной станции (РЛС)) и вторичной информации (картографический фон, знакографическая информация о скорости, высоте и т.д.), причем первичная и вторичная информации должны совмещаться по координатам.
Известно радиолокационное устройство (1), содержащее индикатор, блок памяти, блок выборки, блок считывания и блок отклонения. Недостатком этого устройства является наличие специализированного индикатора со спиральной разверткой, что не позволяет совместить радиолокационное изображение со знакографической информацией компьютера, которое формируется для прямоугольной растровой развертки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство совмещенного отображения радиолокационной и знакографической информации (2), содержащее интерфейс радиолокационной магистрали, интерфейс ведущего процессора, интерфейс расширения графического адаптера, буфер радиолокационный, сигнальный процессор, радиолокационный процессор, буфер изображения, видеомультиплексор, цифро-аналоговый преобразователь видеосигналов.
Недостатками прототипа являются: возможность использования только при наличии компьютера с интерфейсом расширения; чрезвычайно высокие требования к быстродействию тракта отображения, так как в нем используется та же пиксельная частота (через интерфейс расширения), что и в тракте изображения вторичной информации.
Технической задачей нредлагаемой нолезной модели является совершенствование автоматизированного рабочего места диснетчера, например, по управлению воздушным движением.
Поставленная задача решена при создании предлагаемой полезной модели с техническими результатами:
-обеспечено совмещение и отображение двух изображений (первичной и вторичной информации) с различными пиксельными частотами на одном экране;
-обеспечено снижение требований к быстродействию тракта отображения первичной информации;
-обеспечено взаимодействие видеоадаптера с компьютерами без интерфейса расширения;
-сняты ограничения на изображение вторичной информации (частоту регенерации, цветовую палитру и т.д.).
Для достижения указанных технических результатов в предлагаемый видеоадаптер радиолокационной обстановки, содержащий блок интерфейса радиолокационной шины, блок системного интерфейса, вход которого соединен с системной шиной компьютера, блок памяти изображения и цифро-аналоговый преобразователь видеосигналов, введены преобразователь системы координат, арбитр памяти, блок масштабирования по осям координат, генератор пиксельной частоты, блок регенерации, входной блок интерфейса монитора, вход которого соединен со входной шиной интерфейса монитора, выходной блок интерфейса монитора, который первой группой входов соединен со входной шиной интерфейса монитора, второй группой входов соединен с выходами цифро-аналогового преобразователя видеосигналов, а группой выходов соединен с выходной шиной интерфейса монитора, причем группа выходов блока интерфейса радиолокационной шины соединена с группой входов блока масштабирования по осям координат, группа выходов которого соединена с группой входов преобразователя сиетемы координат, группа адресных выходов которого соединена с первой группой
входов арбитра памяти, вторая группа входов которого соединена с группой выходов блока регенерации, группа входов данных которого соединена с группой выходов данных арбитра памяти, блок памяти изображения соединен с арбитром памяти, вход системной шины компьютера соединён с группами входов данных блока масштабирования по осям координат, преобразователя системы координат и блока регенерации, входы стробов данных которых раздельно соединены с выходами блока системного интерфейса.
Предлагаемая полезная модель представлена на чертеже в виде структурной схемы.
Видеоадаптер радиолокационной обстановки содержит: шину 1 радиолокационной информации от радиолокационной станции, системную шину 2 компьютера (например, ISA), входную шину 3 интерфейса монитора, выходную шину 4 интерфейса монитора (например, SVGA), блок 5 интерфейса радиолокационной шины, преобразователь 6 системы координат, арбитр 7 памяти, блок 8 памяти изображения, который состоит из видеобуферов 9 и 10, блок 11 масштабирования по осям координат, блок 12 системного интерфейса, генератор 13 пиксельной частоты, блок 14 регенерации, цифро-аналоговый преобразователь 15 видеосигналов, входной блок 16 интерфейса монитора, выходной блок 17 интерфейса монитора.
Шина 1 предназначена для приема от РЛС следующих основных сигналов: импульса запуска, определяюш;его момент посылки зондирующего импульса; сигналов положения антенны (аналоговых или цифровых), характеризующих азимут зондирования воздушного пространства в горизонтальной или вертикальной плоскости; аналоговых эхо-сигналов (один или несколько каналов), амплитуда которых характеризует яркость отметки, время задержки их относительно импульса запуска пропорционально дальности до объекта отражения.
Шина 2, стандартная по составу цепей и дисциплине обмена, предназначена для обмена данными между видеоадаптером и компьютером.
3 Шина 3 соединяет вход видеоадаптера с выходом графического адаптера
компьютера на монитор. Шина 3 имеет стандартный набор цепей, в том числе: кадровые (КС) и строчные (СС) синхронизирующие сигналы, аналоговые составляющие R, G, В изображения компьютера (вторичная информация), она не содержит цепей пиксельной частоты.
Блок 5 интерфейса предназначен для приема сигналов с шины 1 и преобразования их в форму, удобную для обработки первичной информации другими блоками видеоадаптера. Преобразователь 6 системы координат преобразует координаты отметок эхо-сигнала из полярной в декартовую систему с учетом масштаба от блока 11, содержит программно-доступные компьютеру регистры координат точки стояния РЛС, регистр размерности матрицы изображения первичной информации по строке и столбцу, может быть выполнен на основе накапливающих сумматоров.
Блок 11 масштабирования определяет частоту и величину шагов преобразования координат для преобразователя 6 системы координат, содержит память констант величин шагов преобразования (например, таблицы Cos а и Sin а), доступный компьютеру регистр масштабов, делители частоты.
Блок 8 памяти, состоящий из видеобуферов 9 и 10, предназначен для хранения данных радиолокационной обстановки до их обновления. Видеобуферы 9 и 10 представляют собой двухмерные массивы ячеек, каждая из которых содержит текущую информацию для соответствующего пикселя изображения первичной информации (строки и столбцы массива соответствуют строкам и столбцам изображения).
Арбитр 7 памяти предназначен для организации доступа по записи и чтению блокам 6 и 14 к видеобуферам 9 и 10.
Блок 14 регенерации с участием арбитра 7 обеспечивает регенерацию изображения первичной информации в заданном окне вывода по содержимому блока 8 памяти. Блок 14 содержит регистры задержек изображения первичной информации по кадру и строкам и регистры размерности окна вывода по горизон4тали и вертикали. Блок 14 может быть выполнен на основе счётчиков и регистров
сдвига.
Блок 12 системного интерфейса через системную шину 2 обеспечивает компьютеру доступ к регистрам блоков видеоадаптера для записи параметров, которые в дальнейшем управляют преобразованием и отображением радиолокационной информации, то есть блок 12 обеспечивает управление видеоадаптером со стороны компьютера.
Генератор 13 формирует импульсы пиксельной частоты, фаза которых привязана к фронту строчного синхроимпульса от входного блока 16 интерфейса монитора.
Входной блок 16 интерфейса монитора принимает строчные и кадровые синхросигналы с шины 3, анализирует их скважность, преобразует в единую форму для всех типов развертки и выдает на блоки видеоадаптера для синхронизации процессов.
Блок 17 интерфейса комплексирует (например, суммирует) одноименные сигналы R, G, В от преобразователя 15 и шины 3 и выдает результат на выходную шину 4 интерфейса монитора, а также транслирует управляющие и синхронизируюш;ие сигналы между шинами 3 и 4.
Видеоадаптер выполняет следующие основные функции:
-преобразование в заданном масштабе первичной информации (аналоговой информации от РЛС) из полярной системы координат в декартовую с записью в память;
-отображение первичной информации из памяти в заданном окне кадра развертки;
-совмещение изображений первичной и вторичной информации. Процессы преобразования координат и отображения информации несинхронные, используют общий ресурс - память.
По начальному запуску компьютер через системную шину 2 и блок 12 системного интерфейса записывает в блоки 6, 11 и 14 видеоадаптера значения раз5
личных параметров, которые в дальнейшем используются в процессах преобразования и отображения данных. При необходимости некоторые параметры (масштаб, положение точки стояния РЛС и т.д.) изменяются по желанию оператора в любое время работы видеоадаптера.
Основные параметры, посредством которых осуществляется управление процессом отображения:
-задержка начала окна отображения первичной информации от кадрового синхросигнала (количество строк, которые нужно пропустить до окна вывода);
-задержка начала отображения строк от строчного синхросигнала (количество пикселей от строчного сигнала до начала окна вывода);
-размер окна вывода по вертикали (VI) и горизонтали (HI) в пикселях первичной информации.
Эти параметры записываются компьютером в блок 14 регенерации.
Синхронизация процесса отображения первичной информации с отображением вторичной информации от компьютера производится кадровыми и строчными синхросигналами, которые поступают по шине 3 и преобразуются входным блоком 16 интерфейса монитора по полярности. В каждом кадре блок 14 регенерации отрабатывает заданные задержки окна вывода изображения первичной информации от кадрового и строчного синхросигналов, определяя таким образом моменты времени начала окна вывода по кадру и строкам. Во время развёртки каждой строки окна вывода блок 14 регенерации последовательно считывает через арбитр 7 содержимое ячеек очередной строки двухмерного массива блока 8 памяти, преобразует его в код цветовой палитры и вьщаёт через преобразователь 15, блок 17 интерфейса монитора и шину 4 на монитор. Выдача данных синхронизируется пиксельной частотой от генератора 13. Конец окна вывода по строкам и кадру определяется в блоке 14 регенерации по кодам HI и VI размерности матрицы изображения первичной информации. Процесс выдачи повторяется в каждом кадре. Один из двух видеобуферов 9 или 10 блока 8 памяти для чтения определяет арбитр 7, например, чередуя построчно видеобуферы 9 и 10 между процессами записи первичной информации и отображения. Возможны другие варианты распределения видеобуферов 9 и 10.
Основной проблемой при отображении первичной информации в устройствах данного класса является обеспечение высокого быстродействия в тракте отображения (частота выдачи пикселей в строке сравнима с граничной частотой срабатывания логических элементов и соединителей). В связи с тем, что во входной шине 3 интерфейса монитора, в отличие от интерфейса расширения, используемого в прототипе, цепь пиксельной частоты отсутствует, в предложенном видеоадаптере генератором 13 формируется собственная пиксельная частота, используемая для выдачи пикселей в строке. Это позволяет, с одной стороны, снизить ее до уровня, достаточного для устойчивого срабатывания элементов тракта отображения первичной информации, что снимает проблему высокого быстродействия этого тракта. С другой стороны, различие пиксельных частот при формировании изображений первичной и вторичной информации усложняет процесс совмеш;ения этих изображений в строках, поскольку нарушается синхронность выдачи пикселей в строках двух изображений. Проблема совмеш;ения в видеоадаптере решается в процессе преобразования системы координат и записи отметок эхосигналов в память путём учета отношения пиксельных частот в масштабе изображения первичной информации, что компенсирует различие пиксельных частот.
Основные параметры, посредством которых компьютер управляет процессом преобразования координат:
-в преобразователе 6 системы координат - декартовые координаты ХС1 и YC1 точки стояния РЛС и размер матрицы изображения первичной информации (VI и HI - размер окна вывода по вертикали и горизонтали соответственно);
-в блоке 11 масштабирования - масштаб по координатам (MX и MY). Значения ХС1 и YC1, VI и HI - в пикселях изображения первичной информации, MX и MY - в единицах длины на пиксель.
Процесс преобразования координат и записи в блок 8 памяти ведётся по мере поступления радиолокационной информации от РЛС и состоит в следующем. Поступающие эхо-сигналы преобразуются блоком 5 интерфейса из аналоговой формы в цифровую и выставляются на вход арбитра 7 памяти. Адрес памяти для записи данных формируется блоком 5 и преобразователем 6 под управлением блока 11 масштабирования, который задает величину и частоту шагов преобразования координат. При этом блок 5 интерфейса преобразует сигналы положения антенны в цифровой код азимута синхронно с вращением антенны и передает на преобразователь 6, в котором по каждому импульсу запуска с блока 5 фиксируется текущий код азимута и формируется последовательность адресов двухмерного массива ММ (X, Y) ячеек памяти по формулам:
ММ(Х}  ХС + ММ(Г)  7С1 +
где: ММ(Х) и MM(Y) - адрес ячейки в строке и столбце массива памяти соответственно;
D и а - дальность и азимут (полярные координаты) отметки эхо-сигнала;
ХС1 и YC1 - координаты точки стояния РЛС в пикселях первичной информации относительно верхнего левого угла окна вывода;
MX и MY - масштаб изображения первичной информации по осям координат X и Y.
Взаимосвязь параметров для формул ММ(Х), MM(Y) с параметрами изображения вторичной информации:
,
Dy.Cosa
MX DxSina
ХС  ХС2 X -;УС1  7С2;
МХ  М2х:- -;MY  М2; где: XC2, YC2 - координаты точки стояния РЛС в пикселях вторичной
информации;
М2 - масштаб изображения вторичной информации;
F1 и F2 - пиксельные частоты изображений первичной и вторичной информации,
Полученная с преобразователя 6 последовательность адресов коммутируется арбитром 7 на адресные входы одного из видеобуферов 9 или 10 блока 8 памяти. На каждом шаге преобразования преобразователь 6 формирует управляюш,ие сигналы записи на арбитр 7 памяти, по которым коды эхо-сигналов от блока 5 записываются в блок 8 памяти по текуш;ему адресу двухмерного массива MM(X,Y), Частота шагов преобразования задается блоком 11 масштабирования и обратно пропорциональна масштабам MX и MY.
В процессе преобразования координат с записью в память за один оборот антенны содержимое ячеек двухмерного массива памяти полностью обновляется, причем характеристики отметок эхо - сигналов записываются в массив по адресам, пропорциональным декартовым координатам отметок эхо - сигналов с учетом точки стояния РЛС и отношения пиксельных частот F1 и F2,
Совмеш;ение изображений первичной и вторичной информации осуществляется совместно в процессах преобразования координат и отображения, В отображении обеспечивается синхронность и синфазность формирования двух изображений по началу кадра и началу строк. В процессе преобразования координат учитывается отношение частот F1 и F2 в масштабе по оси координаты X, что обеспечивает в строках двух изображений равную скорость выдачи радиолокационной обстановки (в единицах длины на единицу времени).
Одной из проблем устройств подобного класса является сопряжение с компьютерами различных поколений, с различными размерностями разверток и частотами регенерации изображения, что связано с различием пиксельной частоты изображения вторичной информации. Адаптация предлагаемого видеоадаптера в этих случаях сводится к пересчету в компьютере параметров управления для ви9
деоадаптера, связанных с отношением пиксельных частот F1 и F2. При этом пиксельная частота F1 видеоадаптера остается неизменной, на параметры изображения вторичной информации ограничения не накладываются.
Таким образом, предлагаемый видеоадаптер обеспечивает преобразование системы координат из полярной в декартовую, формирование изображения первичной информации с собственной пиксельной частотой и совмещение его с изображением вторичной информации.
Предлагаемое техническое решение видеоадаптера радиолокационной обстановки позволило усовершенствовать автоматизированное рабочее место диспетчера путем улучшения его технико-эксплуатационных характеристик. Применение видеоадаптера радиолокационной обстановки возможно как в современных компьютерах, так и, в перспективе, в компьютерах следуюш;их поколений .
Источники информации:
1.Патент RU 21005320, МПК6: G01S 7/12, опубл. 1998 г.,
2.Трусилов В. и др. Устройство совмеш,енного отображения радиолокационной и знакографической информации. //Современные технологии автоматизации. - 1998. - №1. - С. 88-90 (прототип).
i-SfCi
,Ш
ШЖй