СЕКТОРНЫЙ ИНДИКАТОР МОНОИМПУЛЬСНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ
MONOPULSE RADAR SECTOR DISPLAY

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации, в частности к устройствам отображения информации моноимпульсных РЛС с механическим или электронным управлением лучом в пространстве. Электронное управление осуществляется от ЭВМ по программе в соответствии с выбранным методом обзора.
В моноимпульсной 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. В известных системах (см. А.И. Леонов, К.И. Фомичев, Моноимпульсная радиолокация, Изд-во "Советское радио", М., 1970 г.) суммарный сигнал в дальнейшем поступает на индикаторные устройства и в канал определения дальности, а сигналы ошибок поступают в систему управления положением диаграммы направленности антенны. В радиолокации для сопровождения целей используются как РЛС непрерывного сопровождения, так и РЛС сопровождения на проходе (во время обзора) с моноимпульсным методом пеленгации целей. В РЛС непрерывного сопровождения для ручного сопровождения целей по угловым координатам используется индикатор типа F (ошибка по углу места - ошибка по азимуту), а по дальности - типа A/R (амплитудная отметка цели на шкале дальности) см. Г. Пул, Основные методы и системы индикации, пер. с англ., Изд-во "Энергия", Л., 1969 г.). Для решения этой задачи может использоваться один индикатор типа А (см. М. Сколник, Введение в технику радиолокационных систем, Изд-во "Мир", М., 1965 г., стр.227), у которого сигнал с выхода разностного канала смещает сигнальную развертку, отклоняя амплитудную метку цели вправо или влево в зависимости от знака угловой ошибки. Величина наклона служит мерой величины угловой ошибки. В индикаторе (см. патент США №3480955, МКИ G01S 7/10, 1969 г.) для обеспечения индикации угломестных и азимутальных ошибок сигналы с выходов разностных каналов РЛС поступают на вертикальный канал отклонения луча ЭЛТ с горизонтальной разверткой. Импульсы выбросов той или иной полярности свидетельствуют о наличии ошибок. Применение этих индикаторов в РЛС непрерывного сопровождения показывает, что основным способом ручного сопровождения по угловым координатам является способ компенсации угловых ошибок. В другом устройства (см. патент США №3747097, МКИ G01S 7/10, 1973 г.) для получения визуального отображения радиолокационных целей в моноимпульсной РЛС с высокой разрешающей способностью по дальности сигнал угловой ошибки поступает в канал горизонтального отклонения луча ЭЛТ, а суммарный видеосигнал - в канал модуляции электронного луча.
В известных РЛС сопровождения со сканированием по угловым координатам диаграммы направленности антенны ручное сопровождение целей осуществляется способом "преследования", т.е. отметка цели, отображаемая на экране индикатора за каждый период сканирования пространства, с помощью органов ручного управления электронным визиром (см. У. Ньюмен, Р. Спрулл, Основы интерактивной машинной графики", пер. с англ., изд-во "Мир", М., 1976 г., стр.182) совмещается с меткой визира сопровождения, координаты которой вводятся в вычислительное устройство (см. авторское свидетельство СССР №232338, МКИ G01S 7/10, 1967 г.). В этом индикаторе точность установки электронного визира сказывается низкой за счет эффекта маскирования отметки цели наложенной на нее меткой визира. Этот недостаток устранен в индикаторе (см. патент США №3787847, МКИ G01S 7/22, 1974 г.) за счет введения устройства, бланкирующего визир на время действия строба сопровождения и одновременно модулирующего видеосигнал цели таким образом, что его яркость оказывается максимальной, когда центр отметки совпадает с визиром. Недостатком данного устройства является низкая точность сопровождения цели по угловым координатам. В РЛС с высокими скоростями сканирования пространства на экране индикаторных устройств отметка цели отображается в виде отдельных точек из-за дискретности растра, что существенно затрудняет сопровождение целей по угловым координатам. Для устранения дискретности отметки цели в индикаторе (см. патент США №3810173, МКИ G01S 7/12, 1974 г.) развертка растра модулируется по отклонению шумами. В этом случае цель отображается в виде протяженной отметки с размытыми краями, что еще больше затрудняет сопровождение центра отметки цели по угловым координатам.
Известен секторный индикатор (см. авторское свидетельство СССР №441536, МКИ G01S 7/10, 1974 г.), наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому изобретению и поэтому принятый за прототип, содержащий блок индикатора, подключенный входами видеосигнала и сигнала развертки по дальности, соответственно, к выходам суммарного канала РЛС и генератора развертки по дальности, синхронизатор, выходами подключенный ко входам синхронизации блока индикатора, генератора развертки по дальности, блока объединения кодов и блока формирования строба дальности, датчик кодов угловых координат и дальности визира, выходами кода дальности и кодов угловых координат соединен, соответственно, со входами блока формирования строба дальности и первыми входами блока объединения кодов, датчик кодов угловых координат диаграммы направленности, подключенный выходами кодов угловых координат ко вторым входам блока объединения кодов, первый сумматор, первыми входами подключенный к выходам старших разрядов блока объединения кодов, а вторыми входами соединен с выходами переключателя положения сектора, выходы сумматора соединены со входами старших разрядов кодов угловых координат сигнальной развертки и визира блока индикатора, который входами младших разрядов кодов угловых координат сигнальной развертки и визира подключен к выходам младших разрядов кодов блока объединения кодов.
Недостатком известного устройства является низкая точность сопровождения цели по угловым координатам при сканировании диаграммы направленности.
Цель изобретения - повышение точности сопровождения цели по угловым координатам при сканировании диаграммы направленности.
Эта цель достигается тем, что в секторный индикатор моноимпульсной РЛС с выходами суммарного и разностных каналов, содержащий блок индикатора, подключенный входами видеосигнала и сигнала развертки по дальности, соответственно, к выходам суммарного канала РЛС и генератора развертки по дальности, синхронизатор, выходами подключенный ко входам синхронизации блока индикатора, генератора развертки по дальности, блока объединения кодов и блока формирования строба дальности, датчик кодов угловых координат и дальности визира, выходами кода дальности и кодов угловых координат соединен, соответственно, со входами блока формирования строба дальности и первыми входами блока объединения кодов, датчик кодов угловых координат диаграмм направленности, подключенный выходами кодов угловых координат ко вторым входам блока объединения кодов, первый сумматор первыми входами подключенный к выходам старших разрядов блока объединения кодов, а вторыми входами соединен с выходами переключателя положения сектора, введены блок формирования кода приращений по угловым координатам сигнальной развертки и второй сумматор, выходами подключенный ко входам кодов угловых координат сигнальной развертки и визира блока индикатора, причем первые входы младших разрядов кода второго сумматора подключены к выходам младших разрядов кода блока объединения кодов, а входы старших разрядов кода соединены с выходами первого сумматора, вторые входы второго сумматора подключены к выходам блока формирования кода приращений по угловым координатам сигнальной развертки, соединенного с выходами разностного канала РЛС, синхронизатора и блока формирования строба дальности.
Такое построение индикаторного устройства моноимпульсной РЛС позволяет повысить точность сопровождения целей по угловым координатам при сканировании диаграммы направленности за счет повышения точности совмещения отметки цели с отметкой визира, так как суммирование кодов угловых координат сигнальной развертки с кодами приращений в узком стробе сопровождения по дальности с выхода блока формирования кода приращений по угловым координатам сигнальной развертки позволяет отклонять развертку в точку, соответствующую положению цели в пространстве при прохождении ее линейным участком разностной диаграммы направленности. За счет эффекта интегрирования при возбуждении одного и того же участка экрана индикатора видеосигналом с выхода суммарного канала РЛС, яркость отметки цели увеличивается и тем самым отпадает необходимость в формировании подсвета специального визира сопровождения, совмещаемого с отметкой цели. Таким образом исключаются эффект маскирования отметки цели визиром сопровождения и связанные с этим явлением ошибки. Дополнительным преимуществом данного изобретения является устранение дискретности отметки цели по угловым координатам при сопровождении цели моноимпульсной РЛС с быстрым сканированием диаграммы направленности.
На фиг.1, 2 представлена структурная схема секторного индикатора, где
1 - блок индикатора;
2 - генератор развертки по дальности;
3 - синхронизатор;
4 - блок объединения кодов;
5 - блок формирования строба дальности;
6 - датчик кодов угловых координат и дальности визира;
7 - датчик кодов угловых координат диаграммы направленности;
8 - первый сумматор;
9 - переключатель положения сектора;
10 - блок формирования кода приращений по угловым координатам сигнальной развертки;
11 - второй сумматор;
12 - вход видеосигнала блока индикатора 1;
13 - вход сигнала развертки по дальности блока индикатора 1;
14 - выход суммарного канала РЛС;
15, 16, 17, 18 - выходы синхросигналов синхронизатора 3;
19 - выход кода дальности датчика 6;
20 - выход кодов угловых координат визира датчика 6;
21 - выход кодов угловых координат диаграммы направленности датчика 7;
22 - выходы старших разрядов кода блока 4 объединения кодов;
23 - первые входы первого сумматора 8;
24 - вторые входы первого сумматора 8;
25 - входы кодов угловых координат сигнальной развертки и визира блока индикатора 1;
26 - первые входы младших разрядов кода второго сумматора 11;
27 - выходы младших разрядов кода блока 4 объединения кодов;
28 - первые входы старших разрядов кода второго сумматора 11;
29 - вторые входы второго сумматора 11;
30 - выход разностного канала РЛС;
31 - выход синхронизатора 1;
32 - стробирующее устройство;
33 - масштабирующий усилитель;
34 - запоминающее устройство;
35 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
Секторный индикатор моноимпульсной РЛС с выходами суммарного и разностных каналов содержит блок индикатора 1, генератор 2 развертки по дальности, синхронизатор 3, блок 4 объединения кодов, блок 5 формирования строба дальности, датчик 6 кодов угловых координат и дальности визира, датчик 7 кодов угловых координат диаграммы направленности, первый сумматор 8, переключатель 9 положения сектора, блок 10 формирования кода приращений по угловым координатам сигнальной развертки и второй сумматор 11. Блок индикатора 1 подключен входами 12 и 13 видеосигнала и сигнала развертки по дальности, соответственно, к выходам 14 суммарного канала РЛС и генератора 2 развертки по дальности. Синхронизатор 3 выходами 15, 16, 17, 18 подключен ко входам синхронизации блока индикатора 1, генератора 2 развертки по дальности, блока 4 объединения кодов и блока 5 формирования строба дальности, соединенного с выходом 19 кода дальности датчика 6. Выходы 20 и 21 кодов угловых координат датчиков 6 и 7 подключены к блоку 4 объединения кодов, выходами 22 старших разрядов кода соединенного с первыми входами 23 первого сумматора 8, вторые входы 24 которого подключены к выходам переключателя 9 положения сектора.
Выход второго сумматора 11 подключен ко входам 25 кодов угловых координат сигнальной развертки и визира блока индикатора 1. Первые входы 26 младших разрядов кода второго сумматора 11 подключены к выходам 27 младших разрядов кода блока 4 объединения кодов, а входы 28 старших разрядов кода соединены с выходами первого сумматора 8. Вторые входы 29 второго сумматора 11 подключены к выходам блока 10 формирования кода приращений по угловым координатам сигнальной развертки, соединенного с выходом 30 разностного канала РЛС, выходом 31 синхронизатора 3 и выходом блока 5 формирования строба дальности.
Секторный индикатор моноимпульсной РЛС работает следующим образом. Коды угловых координат (азимута или угла места) диаграммы направленности антенны и визира, соответственно, с выходов 20 и 21 датчиков 6 и 7 подступают на входы блока 4 объединения кодов, где эти коды по команде от синхронизатора 3 коммутируются на одни выходы 22, 27. При этом старшие разряды кода с выхода 22 складываются с кодом такой же разрядности с выхода переключателя 9 положения сектора. Такое сложение, выполняемое, первым сумматором 8, сдвигает входной код на величину дискретности младшего из поступающих на входы первого сумматора 8 разрядов кода. На выходе первого сумматора 8 и выходе 27 младших разрядов кода блока 4 образуется двоичный код угловой координаты развертки сектора, сдвинутый относительно исходного кода на величину кода с выхода переключателя 9 положения сектора. Код дальности с выхода 19 датчика 6 поступает на вход блока 5 формирования строба дальности, где вырабатывается узкий строб длительностью 1-2 элемента разрешения по дальности. Этот строб, поступая в блок 10 формирования кода приращений по угловым координатам сигнальной развертки, содержащий последовательно соединенные стробирующее устройство 32 масштабирующий усилитель 33, запоминающее устройство 34 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 35, стробирует видеосигнал ошибки отклонения по угловой координате от равносигнального направления диаграммы направленности с выхода 30 разностного канала РЛС. Таким образом, выделенный сигнал ошибки с выхода стробирующего устройства 32 после масштабирования и запоминания преобразуется в цифровой двоичный код. При этом цена младшего разряда этого кода соответствует цене младшего разряда кода с выхода 27 блока 4. Запоминающее устройство 34 введено для запоминания сигнала ошибки на время преобразования в АЦП. Это устройство не предназначено для межпериодного накопления сигналов, так как при этом происходило бы накопление шумов. Для АЦП с высоким быстродействием запоминающее устройство 34 может отсутствовать в блоке 10. По командам 17 и 31 синхронизатора 3 коды угловых координат сигнальной развертки сектора с выходов первого сумматора 8 и выходов 27 блока 4 и код приращений по угловым координатам сигнальной развертки с выхода блока 10 после суммирования вторым сумматором 11 поступают на входы 25 индикатора 1, где по команде 15 синхронизатора 3 записывается в приемный регистр кодов угловых координат. По сигналу 16 синхронизатора 3 генератор 2 вырабатывает сигнал развертки по дальности, поступающий на вход 13 индикатора 1. На экране индикатора 1 формируется развертка растра, подсвет которой осуществляется видеосигналом с выхода 14 суммарного канала РЛС, а при изменении поступающих угловых координат диаграммы направленности антенны образуется растровое изображение первичной радиолокационной информации в секторе с координатами азимут (угол места) - дальность. Введение суммирования кодов угловых координат и приращений угловых координат, сформированных в узком стробе сопровождения по дальности отметки цели, позволяет отклонять сигнальную развертку в точку, соответствующую координатам отметки цели на экране индикатора при прохождении цели линейным участком разностной диаграммы направленности. В случае выхода цели из строба сопровождения по дальности коды приращений угловых координат равны нулю или при наличии в стробе шумовых помех коды приращений угловых координат принимают случайные значения, и на экране индикатора отображается протяженная отметка цели, длина которой соответствует ширине диаграммы направленности антенны РЛС.
Использование новых элементов: блока формирования кода приращений по угловым координатам сигнальной развертки и второго сумматора выгодно отличает предлагаемое устройство отображения от указанного прототипа, так как повышается точность ручного сопровождения цели по угловым координатам за счет увеличения точности совмещения отметки цели с отметкой визира на экране индикатора. Точность совмещения отметки цели с отметкой визира характеризуется среднеквадратичной ошибкой, значение которой при допущении равновероятного закона распределения для прототипа составит (см. Г.П. Попов, Инженерная психология в радиолокации, Изд-во "Советское радио", М., 1971 г., стр.84):
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>И</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>0,5</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>δ</mi><mi>α</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
0,5
где φ - ширина диаграммы направленности по половинной мощности в плоскости измеряемой угловой координаты (азимута или угла места);
α
δ - разрешающая способность по угловой координате индикатора.
Для индикатора с прямоугольным растром (см. М.И. Финкельштейн, Основы радиолокации, Изд-во "Советское радио", М., 1973 г. стр.62)
<mrow><msub><mi>δ</mi><mi>α</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>α</mi><mrow><mi>ш</mi><mi>к</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mi>р</mi></msub></mrow></mfrac><msub><mi>d</mi><mi>п</mi></msub></mrow>
,
шк
где α - величина сектора по угловой координате в градусах;
р
L - линейный размер сектора по угловой координате;
п
d - эффективный диаметр движущегося пятна.
Для предлагаемого секторного индикатора точность совмещения отметки цели с отметкой визира ограничивается только разрешающей способностью индикатора по угловой координате, так как цель на экране индикатора отображения в виде точечной отметки за счет введения суммирования кодов угловых координат сигнальной развертки с кодами приращений угловых координат сигнальной развертки. При равновероятном законе распределения среднеквадратичное значение ошибки составит:
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>И</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>δ</mi><mi>α</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>δ</mi><mi>ϕ</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
φ
где δ - ширина отметки цели в градусах на экране индикатора за счет погрешностей формирования кода приращений, суммирования и отклонения сигнальной развертки.
φ
α
Экспериментально установлено, что δ=(2÷3)δ.
Точность ручного сопровождения цели по угловым координатам по индикатору будем характеризовать среднеквадратичной ошибкой измерения угловой координаты (азимута или угла места) (см. Справочник по основам радиолокационной техники, Военное издательство МО СССР, И., 1967 г., стр.82):
<mrow><msub><mi>σ</mi><mi>α</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow><mi>π</mi></mfrac><mfrac><mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mn>0,5</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msqrt><mrow><mn>2</mn><msub><mi>ν</mi><mrow><mi>р</mi><mi>о</mi></mrow></msub></mrow></msqrt></mrow></mfrac><msub><mi>γ</mi><mi>α</mi></msub></mrow>
,
ро
где ν - значение коэффициента различимости для одного импульса;
α
γ - коэффициент ухудшения точности определения угловой координаты реальной РЛС:
<mrow><msub><mi>γ</mi><mi>α</mi></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>и</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>п</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
,
и
и1
и2
где σ - среднеквадратичная ошибка индикатора, которая в данном случае равна ошибке σ или σ;
п
σ - потенциальная среднеквадратичная ошибка определения угловой координаты.
Улучшение в точности сопровождения целей при сканировании диаграммы будет характеризовать коэффициент ε:
<mrow><mi>ε</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>α</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>α</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>п</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>и</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>п</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>и</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
п
0,5
Например, для РЛС с σ=0,1°, φ=1°,
шк
р
п
ро
α
α=90°, L=200 мм, d=0,3 мм, ν=2, δ=0,135°,
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>и</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mn>0,328</mn></mrow><mi>о</mi></msup></mrow>
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><msub><mi>и</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mn>0,156</mn></mrow><mi>о</mi></msup></mrow>
,
, ε=1,85.
Таким образом, применение предлагаемого секторного индикатора в моноимпульсных РЛС позволяет повысить точность ручного сопровождения целей по угловым координатам при сканировании диаграммы направленности, примерно, в 1,5÷2 раза, за счет уменьшения среднеквадратичной ошибки совмещения отметки цели с отметкой визира на экране индикатора, соответственно, в 2÷3 раза. Блок формирования кода приращений по угловым координатам сигнальной развертки и сумматор реализуются на интегральных микросхемах. Лабораторные исследования макета секторного индикатора показали его преимущества перед известными устройствами.
Дополнительными преимуществами данного секторного индикатора является устранение дискретности отметки цели по угловым координатам при сопровождении цели моноимпульсной РЛС с быстрым сканированием диаграммы направленности, а также исключение ошибок, связанных с эффектом маскирования отметки цели меткой визира.
Для доведения изобретения до промышленного использования необходимо провести разработку полной электрической схемы и конструкторской документации блока формирования кода приращений по угловым координатам сигнальной развертки и сумматора, изготовление, настройку и испытание в составе секторного индикатора в условиях применения. Остальные устройства заимствуются из ранее разработанных изделий.