第 4 章 雷达终端显示器和录取设备

第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 (2) 距离量程。它的意义是扫描线总长度L所表示的实际距 离数值。最大量程对应雷达的最大作用距离。为了便于观察, 一般距离显示器有几种量程, 分别对应雷达探测范围内的某一 段距离。用相同的扫掠长度表示不同的距离量程, 意味着电子 束扫掠速度不同或者说锯齿电压波的斜率不同。 (3) 扫掠直线性好。要求锯齿电压波在工作期内电压变化 的速率接近一常数, 若这时采用均匀的固定距离刻度来测读, 则 可以得到较高的测距精度。 此外, 还要求扫掠电压有足够的锯齿电压幅度, 扫掠电压的 起点要稳定, 扫掠锯齿波的恢复期(即回程)尽可能地短。
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仰角
高度
距离
距离
图 4.5 高度显示器的两种型式
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4. 情况显示器和综合显示器 情况显示器和综合显示器 随着防空系统和航空管制系统要求的提高及数字技术在雷 达中的广泛应用, 出现了由计算机和微处理机控制的情况显示器 和综合显示器。情况显示器和综合显示器是安装在作战指挥室 和空中导航管制中心的自主式显示装置, 它在数字式平面位置显 示器上提供一幅空中态势的综合图像, 并可在综合图像之上叠加 雷达图像。图4.6示出综合显示器的画面, 其中雷达图像为一次 信息, 综合图像为二次显示信息, 包括表格数据、 特征符号和地 图背景, 例如河流、 跑道、 桥梁及建筑物等。
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2) 移动距标的产生 用移动距标测量目标距离, 就要设法产 生一个对主波延迟可变的脉冲作为距标。调节距标的延迟时间 (并能精确读出), 使距标移动到回波的位置上, 就可根据距标迟 后主波的时间tR算出目标的距离R(R=1/2ctR, 这里c为光速)。
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BF-9 2009 河流
表格
V＝4
桥梁
AF-16-3 AF-61-5 …… …… MF＝9-5
目标 CF-3-9 9005
CF-07 13-32 跑道
闪光点 AF-16-37
距标
图 4.6 综合显示器画面示意
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 5.光栅扫描雷达显示器 光栅扫描雷达显示器 光栅扫描雷达显示器 近年来随着电视扫描技术和数字技术的发展, 出现了多功能 的光栅扫描雷达显示器。数字式的光栅扫描雷达显示器与雷达 中心计算机和显示处理专用计算机构成一体, 具有高亮度、高分 辨率、 多功能、 多显示格式和实时显示等突出优点, 既能显示 目标回波的二次信息, 也能显示各种二次信息以及背景地图。 由于采用了数字式扫描变换技术, 通过对图像存贮器(RAM)的控 制, 可以实现多种显示格式画面, 最多可达20多种画面, 包括正常 PPI型、偏心PPI型、B型、E型等。图4.7示出典型的机载雷达光 栅扫描显示器对地扫描状态的显示画面。
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 1. 距离显示器 常用的距离显示器有三种基本类型。其画面如图4.1所示, 其中(a)为A型显示器, (b)为J型显示器, (c)为A/R型显示器。 距离显示器显示目标的斜距坐标, 它是一度空间显示器, 用 光点在荧光屏上偏转的振幅来表示目标回波的大小, 所以又称为 偏转调制显示器。 A型显示器为直线扫掠, 扫掠线起点与发射脉冲同步, 扫掠线 长度与雷达距离量程相对应, 主波与回波之间的扫掠线长代表目 标的斜距。
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主波
回波 主波
主波
回波
距离
回波
(a)
(b)
(c)
图 4.1 三种距离显示器的画面 (a)A型显示器; (b) J型显示器; (c) A/R显示器
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2. 平面显示器 平面显示器 平面显示器显示雷达目标的斜距和方位两个坐标, 是二维 显示器。 它用平面上的亮点位置来表示目标的坐标, 属亮度调 制显示器。 平面显示器是使用最广泛的雷达显示器, 因为它能够提供平 面范围的目标分布情况, 这种分布情况与通用的平面地图是一 致的。显示器的图像如图4.2所示。方位角以正北为基准(零方 位角), 顺时针方向计量;距离则沿半径计量; 圆心是雷达站(零距 离)。 图的中心部分大片目标是近区的杂波所形成的, 较远的小 亮弧则是动目标, 大的是固定目标。
图像亮度 − 背景亮度 对比度 = × 100% 背景亮度
对比度的大小直接影响目标的发现和图像的显示质量, 一般要求 在200%以上。
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 5) 图像重显频率 为了使图像画面不致闪烁, 要求重新显示 的频率必须达到一定数值。闪烁频率的门限值与图像的亮度, 环 境亮度, 对比度和荧光屏的余辉时间等因素有关, 一般要求达到 20~30次每秒。 6) 显示图像的失真和误差 有很多因素使图像产生失真和误 差, 例如扫描电路的非线性失真, 字符和图像位置配合不准确等。 在设计中要分析产生失真和误差的原因, 加以补偿和改善措施。 此外, 还有显示器的体积、 重量、环境条件、电源电压及 功耗等要求。
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方位 距离
图 4.3 偏心PPI显示器
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距离
方位
图 4.4 B式显示器的图像
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 3 .高度显示器 高度显示器 高度显示器 这种显示器用在测高雷达和地形跟随雷达系统中, 统称 为E式显示器, 如图4.5所示, 横坐标表示距离, 纵坐标表示仰角 或高度, 表示高度者又称为RHI显示器。在测高雷达中主要用 RHI显示器。 但在精密跟踪雷达中常采用E式, 并配合B显使用。
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.1.2 对显示器的主要要求 对显示器的主要要求 雷达对显示器的要求是由雷达的战术和技术参数决定的, 通常有以下几点: 1) 显示器的类型选择 显示器类型的选择主要根据显示器的 任务和显示的内容, 例如显示目标斜距采用A型、J型或A/R型; 显示距离和方位采用P型; 在指挥部和航空管制中心则选用情况 显示器和综合显示器。 2) 显示的坐标数量、种类和量程 这些参数主要根据雷达的 用途和战术指标来确定。
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正北
方 角 位
图 4.2 平面显示器的图像
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 平面显示器既可以用极坐标显示距离和方位, 也可以用直角 坐标来显示距离和方位, 若为后者，则其画面如图4.4所示, 称为 B式显示器, 它以横坐标表示方位, 纵坐标表示距离。通常方位 角不是取整个360°, 而是取其中的某一段, 即雷达所监视的一 个较小的范围。如果距离也不取全程, 而是某一段, 这时的B式 就叫做微B显示器。在观察某一波门范围以内的情况时可以用 微B显。
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 J型显示器是圆周扫掠, 它与A型显示器相似, 所不同的是把 扫掠线从直线变为圆周。 目标的斜距取决于主波与回波之间在 顺时针方向扫掠线的弧长。 A/R型显示器有两条扫掠线。上面一条扫掠线和A型显示器 相同, 下面一条是上面扫掠线中一小段的扩展, 扩展其中有回波 的一小段可以提高测距精度, 它是从A型显示器演变而来的。
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4.2 距 离 显 示 器
4.2.1 A型显示器 型显示器 型显示器 1. A型显示器画面及示波管的各极波形 型显示器画面及示波管的各极波形 型显示器画面及示波管的各极波形 A型显示器的典型画面如图4.8所示, 画面上有发射脉冲(又 称主波)、近区地物回波和目标回波, 还有距离刻度, 这个刻度可 以是电子式的, 也可以是机械刻度尺。A型显示器实际上是一个 同步示波器。 雷达发射脉冲(主波)瞬间, 电子束开始从左到右 线性扫掠, 接收机输出的回波信号显示在主波之后, 二者之间距 与回波滞后时间成比例。
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4.1 雷达终端显示器 4.2 距离显示器 4.3 平面位置显示器 4.4 计算机图形显示 4.5 雷达数据录取 4.6 综合显示 4.7 光栅扫描雷达显示
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4.1 雷达终端显示器
4.1.1 显示器的主要类型 显示器的主要类型 雷达终端显示器根据完成的任务可分为: 距离显示器、 平 面显示器、 高度显示器、 情况显示器和综合显示器、光栅扫描 显示器等。
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触发 脉冲
方 波 产生器
锯齿电压 形成电路
差 分 放大器
振铃 电路
限幅 放大
刻度 形成
视 频 放大器
移动距 标形成
辉亮 放大
回波 信号
图 4.10 A型显示器的方框图
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 3. 方框图说明 方框图说明 在图4.10中各部分的电路已在有关课程学过, 这里只着重说 明各部分的联系和特点, 下面讨论扫掠产生电路, 移动距标产生 的方法。 1) 扫掠产生电路 扫掠产生电路的任务是产生锯齿电压波并 加在示波管水平偏转板上, 使电子束从左至右均匀扫掠, 从而形 成水平扫掠线。扫掠线中有几个重要参数需着重考虑: (1) 扫掠长度L。为了使用上方便, 通常使扫掠长度为荧光屏 直径的80%左右, 例如直径为13 cm的示波管, 一般取扫掠线长为 10 cm, 即L=0.8 D, D为示波管的荧光屏直径。
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发射脉 冲
近区地 物回波
目标回 波
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90100 机械距离刻度
图 4.8 A型显示器画面
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 画面上有固定的距离刻度, 有时还有移动距标, 它迟后于主 波的时间可以由人工控制。根据回波出现位置所对应的刻度(或 移动距标迟后主波的时间)就可以读出目标的距离。 A型显示器大多数采用静电偏转示波管。图4.9绘出了示波 管各极的信号波形及时间关系。 要使电子束从左到右均匀扫掠, 在一对X偏转板上应加入锯齿电压波。为了增大扫掠振幅及避 免扫掠过程中偏转板中心电位变化引起的散焦, 通常在X偏转板 上加入推挽式的锯齿波。回波信号加在一个Y偏转板上。由于 回波滞后主波时间tR与线性锯齿波电压振幅成正比, 所以, 显示 器上回波迟后主波的水平距离与目标的斜距成正比。
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 3) 对目标坐标的分辨力 这是指显示器画面上两个相邻目标 的分辨能力。光点的直径和形状将直接影响对目标的分辨力, 性 能良好的示波管的光点直径一般为0.3 ~0.5 mm。此外, 分辨力还 与目标距离远近天线波束的半功率宽度和雷达发射脉冲宽度等 参数有关。 4) 显示器的对比度 对比度是图像亮度和背景亮度的相对比 值, 以百分数表示为
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① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ①—天线俯仰扫描线； ②—天线波束俯仰标志； ③—被爬； 0 ⑨ ⑧ －6 －6 0 6 ④—航标线； ⑤—距距爬爬； ⑥—距距距最距； ⑦—状飞爬爬； ⑧—天告天天天天告； ⑨—天告天天爬爬
300DT 3
图 4.7 典型的机载雷达对地扫描状态显示画面
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重复周期 X 扫描 回波 锯齿波 工作 期 刻度 X 扫 描 辉亮 停止期 匿 影 辉亮信号 距离刻度 移动距标 移动距标 回波信号 探测脉冲
辉亮
(a )
(b )
图 4.9 A型显示器各极波形及时间关系 (a) 示波管各极波形; (b)波形时间关系
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2. A型显示器的组成 型显示器的组成 型显示器的组成 A型显示器组成方框图如图4.10所示, 主要包括如下几部分: 1) 扫掠形成电路 其主要由方波产生器、 锯齿电压形成电路 和差分放大器组成。扫掠形成电路形成锯齿扫掠电压波, 加在X 偏转板上, 控制电子束从左到右扫掠。 2) 视频放大电路 其功能是把接收机检波器输出的信号放大 到显示器偏转板上所需要的电平。 3) 距标形成电路 其包括固定距离刻度和移动距标的产生 电路。固定距离刻度电路由振铃电路、限幅放大器和刻度形成 电路组成。