Автоматическая обработка радиолокационной информации в САРП

 

Процесс автоматической обработки радиолокационной информации условно подразделяют на да этапа - первичную и вторичную обработку. На этапе пер­вичной обработки из поступающих в САРП на каждом обзоре РЛС видеосигна­лов (и данных о пеленге антенны) вырабатываются текущие полярные коорди­наты цели (дальность и пеленг). В связи с многообразием сигнально - помеховых ситуаций (помехи от морского волнения, низких облаков, тумана, снегопа­да и т. д.) высокая эффективность обработки в каждой ситуации может быть достигнута лишь при использовании гибкого (адаптивного) подхода, вклю­чающего непрерывное распознавание ситуации в данной части обзора РЛС и выбор наиболее подходящего для данной ситуации алгоритма обработки из имеющегося набора алгоритмов. Многообразие методов первичной обработки связано также с тем, что существуют различные пути организации этого про­цесса. Наиболее характерной особенностью этапа вторичной обработки являет­ся поступление на его вход в каждом обзоре текущих координат цели (с выхода первичной обработки), по совокупности которых (в течении нескольких десят­ков обзоров) вычисляются параметры относительного движения целей (курс и скорость).

Наиболее лучшим техническим средством реализации алгоритмов пер­вичной обработки являются специализированные цифровые вычислительные машины с универсальной системой команд (СЦВМ). Так как СЦВМ способна работать только с цифрами, то непрерывный видеосигнал, поступающий от РЛС, для обработки преобразуется в цифровую форму (в окрестности отметки цели, называемой физическим стробом).

Размеры строба при вводе на сопровождение обычно больше, а затем (по мере уточнения курса и скорости) уменьшаются почти до размеров отметки. Эта ме­ра, необходимая для исключения влияния посторонних отметок и помех на процесс слежения, одновременно уменьшает время, затрачиваемое ЦВМ на первичную обработку (в ряде случаев время обработки уменьшается в 3-4 раза). На Рис.1 показана форма строба.

Отметка цели

Рис. 1. Параметры строба.

 

Для ручного ввода цели на автосопровождение судоводитель должен совмес­тить электронный маркер (круг с точкой в центре) на экране индикатора с от­меткой цели, и нажать клавишу "Ввод". В первых двух обзорах после нажатия клавиши размеры строба фиксированы:

на шкале 16 миль -1440 м × 5°;

на шкале 4,2 миль - 720 м × 5°;

если дальность менее 4 миль - 720 м × 10°.

В первых двух обзорах координаты начала строба не меняются, а так как в стробе могут оказаться и помехи, положение которых от обзора к обзору меня­ется, то в качестве отметки из нескольких возможных выбирается такая, угло­вой размер которой более чем 0,4°, а ее координаты (П₁Д₁ - в первом стробе и П₂Д₂ - во втором стробе) имеют разность менее допусков ∆Л, ∆Д:

0,4 > ∆ П = П₁ - П₂; 150м > ∆ Д = Д₁ - Д₂.

 

Величины допусков выбраны из условия обеспечения захвата цели, движу­щейся со споростью 60 уз. Если таких отметок оказалось более одной, выбира­ется отметка с наибольшими геометрическими размерами.

Третий строб (на третий обзор) строится так, чтобы избранная отметка была в его центре с учетом перемещения нашего судна, а его протяженность по даль­ности уменьшается до 720м. До определения момента начала строба по угловой координате величина пеленга начала строба П_н записанная в оперативном за­поминающем устройстве (ОЗУ), один раз на каждой развертке дальности (т. е. с частотой повторения зондирующего импульса РЛС) проверяется на равенство с текущим пеленгом антенны РЛС (П_а).

Для формирования текущего двоичного кода П_а СЦВМ прибавляет единицу младшего разряда к коду П_а в момент прихода тактового импульса пеленга, по­ступающего от механического датчика импульсов, вращающегося синхронно с антенной РЛС. Проверка равенства делается один раз на каждой развертке строба. Так как тактовые импульсы формируются через каждые 5' угла поворо­та антенны (т. е. 4096 импульсов на оборот антенны, что соответствует частоте 1365 такт/с при скорости вращения 90 град/с), то при более низких (чем частота тактов) частотах следований зондирующих импульсов (750 Гц) момент начала строба может определяться с ошибкой, достигающей 5'.

Через одну минуту после ввода (когда скорость и курс уже известны) угловой размер строба (∆Т_стр) начинает уменьшаться:

 

∆П_стр= 0,5° + ∆П_отм + 0,5°,

 

где ∆П_отм, - угловой размер отметки цели.

Если в каком-либо обзоре отметка отсутствовала (пропуск), угловой размер строба делается равным начальному, а затем уменьшается как обычно. Для обеспечения захвата и сопровождения вблизи берегов анализируются геомет­рические размеры отметок;

все отметки размеры которых больше 460 м по дальности и 5° по углу, отбра­сываются;

если в стробе обнаружено несколько отметок, отбирается отметка максималь­ного геометрического размера ("веса") при условии, что она не примыкает к границам строба по дальности;

если отметка максимального веса примыкает к границам строба по дальности, то она отбрасывается.

Определение пеленга и дальности цели осуществляется путем нахождения центра тяжести плоской фигуры которую образует отметка. Так как в большин­стве САРП используется одно устройство кодирования видеосигнала (т. е. в те­кущем периоде зондирования может быть сформирован лишь один строб), то для слежения за несколькими целями, стробы которые пересекаются по углу, применяется поочередное формирование их стробов. Таким образом, если на одном пеленге есть пять стробов с векторами, то в течении пяти обзоров каждая цель будет обслужена один раз. Если же среди группы целей на одном пеленге есть еще одна без вектора, то в течении одной минуты половина обзоров будет отдана этой цели, а вторая половина - равномерно распределена между целями, скорость которых уже известна. Если две отметки сблизились настолько, что их стробы накладываются друг на друга, то применяется инерционное сопровождение - первичная обработка в этом случае не делается, координаты не измеряются, положения целей (и стробы) экстрополируются в каждый обзор до тех пор, пока стробы не перестанут пересекаться.

 

Алгоритм аналого-цифрового преобразования радиолокационного сигнала

 

Для ввода сигнала в СЦВМ и последующей его обработки необходимо преоб­разовать непрерывное по времени и амплитуде (аналоговое) напряжение с вы­хода видеоусилителя РЛС в цифровую форму. Дискретизацию (по времени) и бинарное (0 либо 1) квантование (по амплитуде) производит устройство коди­рования видеосигнала (УКВС) в физическом стробе (длительностью 5 либо 10 мкс) в каждом периоде зондирования в пределах углового строба. В результате работы УКВС на одной развертке дальности в 16 - разрядном сдвиговом регистре формируется последовательность единиц и нулей, причем номер разряда регистра умноженный на 46 м, точно соответствует дальности единицы (либо нуля) относительно начала строба. Для определения физического начала строба дальности из СЦВМ в каждом периоде зондирования (в пределах углового строба содержится около 50 разверток дальности) выдается в схему сравнения дальности (ССД) код дальности начала (ДН) строба. В момент прихода в УКВС импульса "0" дальности развертки счетчик ССД начинает считать такто­вые импульсы дальности (формирует текущий код дальности), и на схеме сов­падения ловится момент равенства текущего кода дальности и кода ДН. В мо­мент равенства (начало строба дальности) УКВС преобразует код автоматиче­ского регулятора усиления (АРУ), (который был выдан из СЦВМ вместе с ко­дом ДН) в импульс напряжения АРУ и подает его на управляющий вход усили­теля промежуточной частоты (УПЧ) РЛС, а также начинает запись единиц (фактов превышения порога напряжением видеосигнала) и нулей (не превыше­ний порога) в сдвиговый регистр. После записи 16 разрядов работа устройства прекращается. Сдвиговый регистр готов к обмену с СЦВМ. Импульс АРУ об­рывается, в УПЧ восстанавливается усиление, установленное судоводителем. После окончания прямого хода развертки дальности (на шкале 16 миль - 200 мкс) СЦВМ прерывает основную работу и списывает код из регистра видеосиг­нала. Таким образом формируется один столбик бинарной матрицы. Описанное взаимодействие УКВС и СЦВМ продолжается подряд 50 разверток и в резуль­тате в ОЗУ записывается бинарная матрица 16×50, соответствующая участку зоны обзора 720м × 5° в окрестности сопровождаемой цели.

Группа единиц в матрице, соответствующая цели, называется бинарными ра­диолокационным портретом цели (РЛП). Понятно, что может существовать РЛП морской поверхности участка берега облака и т. д.

 

5.2 Принципы технической реализации и конструктивного ис­полнения      "Бриз - Е"

 

Автоматизированный радиолокационный индикатор "Бриз-Е" как техниче­ское устройство выполняет следующие функции:

• прием и обработка радиолокационной информации, а также прием данных лага и гирокомпаса;

• отображение первичной и вторичной радиолокационной информации на эк­ране ЭЛТ;

• обмен управляющими и информационными сигналами с судоводителем. "Бриз - Е" имеет радиально-круговую развертку с масштабами 4, 8, 16 и 32 мили на ЭЛТ с диаметром рабочего участка экрана 400 мм. Во временных промежутках между развертками на масштабах 4, 8, 16 миль на ЭЛТ отобра­жается вторичная радиолокационная информация, которая является результа­том совместной обработки видеосигнала и данных о курсе и скорости в вы­числительном устройстве, связанном каналами обмена с органами управления и индикации.

По функциональному назначения "Бриз-Е" делится на следующие функцио­нальные части (каналы):

• канал видеосигнала;

• канал информационно-вычислительный;

• канал разверток;

• канал обработки пеленга антенны;

• канал управления, контроля и индикации;

• канал синхронизации.

Канал видеосигнала

 

Предназначен для квантования видеосигнала по амплитуде с целью его ввода в ЦВМ и отображения посредством радиально-круговой развертки на экране ЭЛТ. Канал состоит из блока предварительной обработки видеоусилителя и блока ЭЛТ (Рис. 2). Блок предварительной обработки предназначен для обра­ботки видеосигналов, вырабатываемых радиолокационной станцией.

В блоке осуществляется усиление видеосигналов положительной и отрица­тельной полярности, цифровая автоматическая регулировка усиления в стробе дальности, бинарное квантование радиолокационных сигналов, нормирование полярности и суммирование импульса контрольного объекта с видеосигналом. Конструктивно блок размещен на одной плате.

Видеоусилитель обеспечивает усиление видеосигнала, смешивание его с им­пульсами подсвета курсовой метки, метод дальности, вторичной информации и другими служебными импульсами и передает результирующий сигнал на блок ЭЛТ. Конструктивно видеоусилитель выполнен в виде отдельного блока, состоящего из двух плат.

 

 

От РЛС

 

 

Рис. 2. Канал видеосигнала

 

Блок ЭЛТ обеспечивает отображение информации о навигационной обстановке с помощью радиально-круговой развертки и вторичной информации, посту­пающей от ЦВМ. В блоке предусмотрена регулировка яркости свечения линии развертки на экране ЭЛТ от минимальной (развертка погашена) до максималь­ной (расфокусированная линия развертки). Блок также обеспечивает возмож­ность перемещения начала развертки (центровка) по обеим координатам неме­ние чем на 30 мм. В состав блока ЭЛТ входят два усилителя подсветов (один ре­зервный) и блок высоковольтного выпрямителя.