6.1.1 Назначение и классификация индикаторных устройств

Индикаторные устройства (индикаторы) РЛС предназначены для формирования и отображения радиолокационной информации, получаемой в результате приема и обработки РЛС радиолокационных сигналов, а также отображения дополнительной информации. Информация поступает на вход этих устройств в виде выходного сигнала системы обработки радиолокационного сигнала, опорного сигнала для измерения дальности, сигналов опознавания, сигналов датчиков углового положения луча антенны, а также для отображения дополнительной информации по ряду других каналов.

Получателем информации, отображаемой индикаторным устройством, является оператор РЛС, поэтому отображение должно производиться в форме, удобной для его восприятия.

Классификация индикаторов. Признаками классификации служат:

1. Органы чувств оператора, воспринимающие информацию.

Это зрение, слух. По этому признаку индикаторы подразделяются на: визуальные и акустические. При этом возможности визуальных индикаторов по отображению значительно больше возможностей акустических.

2. Назначение индикаторов.

По этому признаку различают индикаторы обнаружения и измерительные. Первые извещают об обнаружении цели световым или звуковым сигналом, а вторые, кроме того, измеряют координаты и скорости целей и поэтому могут быть только визуальными.

К классу измерительных относят индикаторы на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ), стрелочные приборы и цифровые счетчики.

Индикаторы на ЭЛТ нашли в обзорных РЛС наиболее широкое применение по следующим причинам:

• они дают информацию о нескольких координатах нескольких целей одновременно;

• индикаторы на ЭЛТ практически безынерционны;

• индикаторы на ЭЛТ производят отображение информации даже при малой мощности входных сигналов приемника;

• по изображению на экране ЭЛТ можно получить дополнительную информацию: о количестве целей, их классе, взаимному расположении и т.д.;

• экран ЭЛТ может производить последетекторное интегрирование (суммирование, накопление) сигналов: благодаря так называемому «послесвечению» люминофора тормозится гашение светового пятна и с каждым новым импульсом пачки эхо-сигналов яркость отметки возрастает, при этом роль порогового устройства выполняет зрение и мозг оператора.

Хотя ЭЛТ обладает большими возможностями с точки зрения отображения информации, решить все задачи одинаково успешно на индикаторе с одной ЭЛТ нельзя. Часто необходимо применять индикаторные устройства из нескольких индикаторов, каждый из которых выполняют свои специальные задачи.

3. Время послесвечения экранов ЭЛТ.

В индикаторах РЛС используются экраны с тремя различными значениями времени послесвечения:

• экраны с малым послесвечением, измеряемые сотыми долями секунды. Они применяются в индикаторах с амплитудной отметкой и осциллографах;

• экраны со средним послесвечением, измеряемым от 10^-2 до 0.1с. Такие экраны используются в обзорных РЛС наиболее часто и позволяют производить интегрирование отметки в пределах азимутальной пачки;

• экраны с большим послесвечением – от десятых долей секунды до десятков секунд. Они применяются в индикаторах, предназначенных для сохранения радиолокационного изображения на время всего цикла обзора.

4. Характер поля, вызывающего фокусировку и отклонение луча.

По этому признаку различают:

• индикаторы с электростатическими ЭЛТ, в которых эти задачи решаются с помощью электрического поля;

• индикаторы с электромагнитными ЭЛТ – с помощью магнитного поля;

• индикаторы с ЭЛТ с комбинированным управлением, т.е. управление фокусировкой осуществляется с помощью электрического поля, а отклонение луча – магнитным.

5. Вид отметки на экране ЭЛТ.

Используют амплитудную и яркостную отметки. При амплитудной отметке видеосигналы вызывают всплеск светового пятна на линии развертки, а при яркостной – видеосигналы увеличивают или уменьшают яркость пятна, не изменяя его положения на экране.

Для ЭЛТ с амплитудной отметкой не требуется значительного времени послесвечения; при яркостной отметке послесвечение экрана влияет на эффективность интегрирования, и поэтому оно должно быть длительным. Яркостная отметка дает больше информации, т.к. по форме отметки легче отличить сигнал цели от шумовых выбросов. Для получения амплитудной отметки требуются ЭЛТ с электростатическим управлением, которые более легкие, экономичные и в меньшей степени искажают сигнал. Для яркостной модуляции светового пятна более пригодны магнитные трубки.

6. Число измеряемых координат.

По этому признаку индикаторы делят на: одномерные, двумерные и трехмерные. Примером одномерных является индикатор дальности с амплитудной отметкой, двумерных – индикаторы с яркостной отметкой: дальность-азимут, дальность-угол места или высота.

Так как экран трубки плоский, то трехмерные индикаторы строят на основе двумерных, причем третью координату определяют с помощью дополнительной отметки.

7. Вид развертки.

В ЭЛТ измерение координат осуществляют с помощью линий развертки, которые различаются по форме:

• прямолинейная (линейная);

• кольцевая;

• радиально-круговая;

• спиральная;

• растровая.

Развертки дальности, кроме того, различаются по скорости:

• равномерная (с постоянной скоростью);

• экспоненциальная;

• синусоидальная;

• гиперболическая.

В трех последних случаях скорость развертки изменяется по соответствующему закону.

Основные типы индикаторов обзорных РЛС. В обзорных РЛС получили наибольшее распространение двумерные индикаторы следующих видов:

• индикаторы кругового обзора (ИКО);

• секторные индикаторы азимута и дальности с прямоугольным растром (ИАД);

• секторные индикаторы дальности и угла места (высоты) с полярным растром (индикаторы измерения высоты (ИИВ)).

ИКО применяют в РЛС с круговым обзором. Для построения ИКО необходимо:

• создать линейно-равномерную развертку дальности вдоль радиуса экрана ЭЛТ, начинающуюся в центре экрана в момент посылки зондирующих импульсов;

• обеспечить яркостную отметку видеосигналов целей путем подсветки временной развертки дальности на участке, соответствующем

• дальности цели;

• обеспечить вращение линии развертки дальности относительно центра экрана трубки синхронно с вращением антенны, ведущей обзор по азимуту;

• обеспечить фазирование линии развертки на экране с положением антенны;

• предусмотреть возможность быстрого и точного визирования для отсчета дальности и азимута целей.

Получаемый на ИКО полярный растр получил название радиально-круговой развертки (рис.6.1)

Рис.6.1. Радиально-круговая развертка ИКО

Для определения координат целей и их съема ручным способом создаются опорные неподвижные визиры (метки) дальности и азимута, наносимые на экран электрическим способом. Создание визиров дальности обеспечивается подачей на модулятор ЭЛТ калибрационных импульсов, создающих яркие отметки при развертке. При вращении развертки образуются кольца на экране ЭЛТ, т.е. метки дальности.

Создание меток азимута обеспечивается подачей на модулятор калибрационных импульсов, сфазированных с положением антенны, подсвечивающих развертку на всей длительности прямого хода. Визиры азимута имеют форму линий. В следствии явления послесвечения на экране образуется масштабная сетка, позволяющая оператору производить отсчет координат многих целей.

В целях повышения точности могут использоваться подвижные визиры (маркеры), совмещаемые с воспроизводимым на экране отраженным сигналом и связанным с устройством точного определения координат, которое обеспечивает автоматический отсчет координат целей.

Обычно длину развертки ИКО по дальности выбирают равной

L_pД = (0.9-0.95) R_экр, (6.1)

где R_экр – радиус экрана.

Если на всей длине развертки L_р просматривается участок дальности D_шк, то масштаб изображения по дальности

m_Д = L_рД/D_шк, (6.2)

где величина m_Д измеряется в мм/км.

Аналогично при длине развертки азимута L_рβ масштаб по азимуту

m_β = L_рβ/β_шк, (6.3)

где β_шк – сектор, просматриваемый на индикаторе (для ИКО L_рβ = 2π∙R_экр, β_шк = 360^о), т.е.

m_β = 2π∙R_экр/360 = π∙R_экр/180. (6.4)

Если на ИКО отображается вся зона обнаружения РЛС, то масштаб индикатора получается мелким, что ухудшает его точность и разрешающую способность. Укрупнение масштаба может быть достигнуто переводом ИКО в секторный режим работы. Для этого начало развертки смещается к краю экрана (рис.6.2,а) (режим смещенного центра, например, в РЛС 19Ж6, 55Ж6), либо выносится за пределы экрана (рис.6.2,б).

Рис.6.2. Режимы смещенного центра ИКО:

а) на край развертки;

б) за пределы экрана

Секторный режим с полярным растром позволяет получать неискаженное расположение целей и легко передвигать просматриваемый участок зоны обзора по азимуту и дальности. Однако в этом случае невозможно раздельно регулировать масштабы по дальности и азимуту, а также невозможно значительное (более чем в 2-4 раза) укрупнение масштаба, ибо возникают ухудшения структуры изображения и фокусировки электронного луча трубки. Эти недостатки устраняются в секторных индикаторах с прямоугольным растром (или реализацией в индикаторном устройстве режима прямоугольной развертки).

В секторном индикаторе азимута и дальности с прямоугольным растром (ИАД) создается линейная развертка дальности (вертикальная) и линейная развертка азимута (горизонтальная), синхронизированная вращением антенны. Яркостная отметка видеосигналов целей имеет вид линейного штриха (рис.6.3).

Рис.6.3. Прямоугольный растр индикатора азимута и дальности

Длина развертки дальности (азимута) равна L_р=R_экр. Масштабы рассчитываются по формулам (6.2) и (6.3) и могут быть выбраны произвольными и достаточно крупными.

В секторных индикаторах с прямоугольным растром, в отличии от индикаторов с полярным растром, происходит искажение участка земной поверхности. Это приводит к ошибкам в относительных расстояниях между целями по положению их отметок на экране. Искажения уменьшаются при сужении ширины просматриваемого сектора и удалении отрезка просматриваемого участка дальности.

Индикаторы дальности и угла места (высоты) по принципу выполнения аналогичны индикаторам дальности и азимута (рис.6.4) и применяются в радиовысотомерах, например, ПРВ-16, ПРВ-17 и других.

а) б)

Рис.6.4. Полярный (а) и прямоугольный (б) растр

Секторные индикаторы, а также секторные режимы работы ИКО используются в РЛС для повышения точности определения координат целей и разрешающей способности станции.

Таким образом, в обзорных РЛС в основном применяются индикаторы, позволяющие измерить две координаты целей с яркостными отметками от них. Дальнейшее обогащение содержания изображения на экране ЭЛТ достигается применением ЭЛТ с несколькими электронными пучками, создающих несколько изображений на одном экране, применением разноцветного изображения, специальных экранов, цифровых методов формирования изображения.