Введение
Основной задачей радиолокации является сбор и обработка информации относительно зондируемых объектов. В многопозиционных наземных РЛС, как известно, вся обработка радиолокационной информации подразделяется на три этапа.
Первичная обработка заключается в обнаружении сигнала цели и измерении ее координат с соответствующими качеством или погрешностями.
Вторичная обработка предусматривает определение параметров траектории каждой цели по сигналам одной или ряда позиций МПРЛС, включая операции отождествления отметок целей.
При третичной обработке объединяются параметры траекторий целей, полученных различными приемными устройствами МПРЛС с отождествлением траекторий.
Поэтому рассмотрение сущности всех видов обработки радиолокационной информации является весьма актуальным.
Для достижения поставленных целей рассмотрим следующие вопросы:
1. Первичная обработка радиолокационной информации.
2. Вторичная обработка радиолокационной информации.
3. Третичная обработка радиолокационной информации.
Данный учебный материал можно найти в следующих источниках:
1. Бакулев П.А. Радиолокационные системы: Учебник для вузов. – М.:
Радиотехника, 2004.
2. Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные
устройства. – М.: Советское радио, 1975.
Первичная обработка радиолокационной информации
Для автоматизации процессов управления авиацией необходимо иметь
исчерпывающую и непрерывно обновляющуюся информацию о координатах и характеристиках воздушных целей. Эту информацию в автоматизированных системах управления (АСУ) получают с помощью средств, входящих в подсистему сбора и обработки радиолокационной информации (РЛИ), а именно: постов и центров обработки РЛИ, авиационных комплексов радиолокационного дозора и наведения. Основными средствами получения сведений о воздушных целях являются РЛС. Процесс получения сведений об объектах, находящихся в зоне видимости РЛС, называется обработкой РЛИ.
Такая обработка позволяет получать данные о координатах цели, параметрах ее траектории, времени локации и др. Совокупность сведений о цели условно называют отметкой . В состав отметок, кроме указанных выше данных, могут входить сведения о номере цели, ее государственной принадлежности, количестве, типе, важности и др.
Сигналы, которые несут необходимую для оператора информацию, называют полезными, но на них, как правило, обязательно накладываются помехи, искажающие информацию. В связи с этим в процессе обработки возникают задачи выделения полезных сигналов и получения необходимых сведений в условиях помех.
Обработка информации основывается на существовании различий между полезным сигналом и помехой. Весь процесс обработки РЛИ можно разделить на три основных этапа: первичную, вторичную и третичную обработку.
На этапе первичной обработки РЛИ цель обнаруживают и определяют ее координаты. Первичная обработка осуществляется по одной, но чаще по нескольким смежным разверткам дальности. Этого хватает для обнаружения цели и определения ее координат. Таким образом, первичной обработкой РЛИ называется обработка информации за один период обзора РЛС. В состав первичной обработки РЛИ включают:
Обнаружение полезного сигнала в шумах;
Определение координат цели;
Кодирование координат цели;
Присвоение номеров целям.
До недавнего времени эту задачу решал оператор РЛС. Но в настоящее время в реальных условиях слежения по индикаторам за многими целями, движущимися с большими скоростями, человек – оператор не в состоянии оценивать многообразие воздушной обстановки, пользуясь только визуальным способом. В связи с этим возникла проблема передачи части или всех функций человека – оператора при обработке РЛИ вычислительным средствам, которые были созданы на объектах АСУ авиацией.
Первичная обработка РЛИ начинается с обнаружения полезного сигнала вшумах. Этот процесс складывается из нескольких этапов:
Обнаружение одиночного сигнала;
Обнаружение пакета сигналов;
Формирование полного пакета сигналов;
Определение дальности до цели и ее азимута.
Все эти этапы реализуются с использованием оптимальных алгоритмов, основанных на критериях минимума ошибок принятия решения и результатов измерения.
Таким образом, операции, производимые при первичной обработке, может производить РЛС самостоятельно.
Под третичной обработкой понимается процесс обработки сигналов или объединения первичной радиолокационной информации по пространству с целью улучшения характеристик радиолокационного наблюдения:
характеристик обнаружения;
характеристик распознавания;
точность характеристик измерения координат и параметров движения воздушного объекта.
При третичной обработке решаются следующие задачи: отождествление отметок от одного воздушного судна, полученных различными источниками информации; формирование измерений по данным от нескольких источников; построение траектории по объединенным данным.
Основой объединения сигналов является наличие рассеянного или излученного воздушным судном сигнала в пространстве, намного превосходящем по размерам ограниченное пространство однопозиционного радиолокационного наблюдения.
Если сигналы или первичную радиолокационную информацию, полученные в отдельных пунктах наблюдения, передать и сосредоточить в некотором центре обработки, то это объединение позволит использовать в интересах улучшения характеристик радиолокационного наблюдения не только дополнительную энергетику, но и корреляционные связи принятых сигналов, а также пространственное подобие первичной радиолокационной информации об одном объекте от разных источников, обусловленное фактическим наличием воздушного объекта в определенной точке пространства.
Энергетика принятого сигнала, которую можно использовать, пропорциональна суммарному раскрыву разреженной апертуры.
Корреляционные связи принятых в разных точках пространства сигналов определяются, во-первых, расстоянием между этими точками, а во-вторых, интервалом пространственной корреляции рассеянного или излученного целью сигнала. Последний определяется длиной волны λ , размером воздушного объекта (или раскрывом антенны излучающей системы) L и расстоянием от объекта до зоны анализа R:
Если расстояние между пунктами приема меньше интервала пространственной корреляции сигнала , то принятые в этих пунктах сигналы являются коррелированными, причем коэффициент их корреляции можно считать равным
В противном случае принятые сигналы следует считать некоррелированными. Корреляционные связи принятых сигналов могут быть использованы как для взаимной когерентной компенсации этих сигналов, так и для их когерентного сложения.
Пространственное подобие первичной РЛИ об одной цели от разных источников (от разных пунктов приема и анализа), обусловленное фактическим наличием цели в определенной точке пространства, может быть использовано для отождествления РЛИ, полученной от разных источников, т. е. для закрепления сведений, полученных от разных источников, за одной определенной целью.
Техническим средством третичной обработки является многопозиционная радиолокационная система (МП РЛС). Под МП РЛС понимается радиолокационная система, которая включает несколько разнесенных в пространстве передающих, приемных или приемопередающих позиций и в которой производится совместная обработка получаемых с помощью этих позиций сигналов или информации о наблюдаемых объектах (целях). Центр или пункт совместной обработки может быть расположен на одной из позиций МП РЛС и должен быть связан линиями связи со всеми позициями. Именно благодаря совместной обработке сигналов или информации достигаются основные преимущества МП РЛС.
Главным и наиболее существенным, с точки зрения структуры и характеристик МП РЛС, классификационным признаком когерентной обработки, определяющим фактически способ пространственного объединения сигналов и первичной РЛИ, является степень пространственной когерентности МП РЛС. Под пространственной когерентностью МП РЛС понимается способность использовать информацию, содержащуюся во взаимных фазовых соотношениях сигналов в разнесенных позициях. Следует различать пространственную когерентность МП РЛС и пространственную когерентность сигналов на входах приемных позиций МП РЛС. Последняя, как известно, зависит от размеров баз между позициями, длины волны, размеров цели, а также неоднородностей среды распространения, в то время как пространственная когерентность МП РЛС характеризует, no-существу, технические возможности аппаратуры. В связи с этим можно выделить три способа пространственного объединения сигналов и первичной РЛИ:
а) способ пространственно-когерентного объединения сигналов с привязкой позиций по времени, частоте и фазе принятых СВЧ-колебаний;
б) способ частичного или неполного пространственно-когерентного объединения сигналов с привязкой позиций по времени и частоте;
в) способ пространственно-некогерентного объединения сигналов и первичной РЛИ с привязкой позиций только по времени.
В пространственно-когерентных МП РЛС можно в принципе наиболее полно использовать информацию, содержащуюся в пространственной структуре электромагнитного поля, рассеянного или излученного целью, в том числе и в соотношении начальных фаз сигналов на входах разнесенных позиций В таких МП РЛС взаимные фазовые сдвиги сигналов в трактах разнесенных позиций и линиях связи известны и сохраняются практически неизменными на интервале времени, намного превышающем время наблюдения сигнала (например, в течение нескольких часов). В МП РЛС с продолжительной пространственной когерентностью необходима взаимная привязка разнесенных позиций не только по времени и частоте (опорным частотам передатчиков и гетеродинов приемников), но и по начальным высоко частотным фазам. С помощью какого-либо опорного сигнала (от радиоастрономического источника, «точечного» отражателя и др.) взаимные фазовые сдвиги могут периодически измеряться и корректироваться (юстироваться) или просто учитываться при обработке. Совокупность разнесенных позиций пространственно-когерентной МП РЛС можно рассматривать как единую разреженную антенную решетку, поэтому для получения приемлемой «диаграммы пространственной избирательности» требуется много позиции.
В пространственно-когерентных МП РЛС с частичной, неполной или кратковременной пространственной когерентностью пространственная когерентность сохраняется на интервале времени порядка времени наблюдения рассеянного или излученного целью сигнала. Обычно это время не превышает долей секунды. При совместной обработке сигналов может использоваться вся информация, содержащаяся в комплексных огибающих сигналов разных позиций, в том числе, в изменениях фазовых соотношений на интервале наблюдения для измерения тангенциальной скорости цели или источника активной помехи разностно-доплеровским методом. Однако информация, содержащаяся в соотношении начальных фаз сигналов, не используется. В таких системах необходима взаимная привязка разнесенных позиции только по времени и частоте. Число разнесенных позиций в таких МП РЛС может быть значительно меньше, чем в пространственно-когерентных МП РЛС, и не требуется взаимная фазовая привязка позиций.
В пространственно-некогерентных МП РЛС фазовая информация полностью исключается в результате детектирования сигналов до их объединения. В связи с этим не требуется не только фазовая, но, как правило, и частотная привязка позиций. Обычно необходима лишь взаимная временная привязка (синхронизация). Пространственно-некогерентные МП РЛС проще, чем МП РЛС с кратковременной, а тем более с длительной пространственной когерентностью. Однако исключение фазовой информации приводит к энергетическим и особенно к информационным потерям. В частности, невозможно измерение тангенциальной скорости источников помех разностно-доплеровским методом.
Пространственная некогерентность МП РЛС не исключает временную когерентность каждой позиции до совместной обработки. В МП РЛС, состоящей из нескольких приемопередающих позиций с временной когерентностью, можно измерять доплеровское смещение частоты эхо-сигналов, а, следовательно, и радиальную скорость цели относительно каждой позиции.
В пространственно-некогерентных МП РЛС объединение сигналов или первичной радиолокационной информации может осуществляться на следующих уровнях:
а) объединение видеосигналов после детектирования в каждой позиции;
б) объединение обнаруженных и проклассифицированных отметок (единичных решений) и единичных замеров; при этом вся первичная обработка смесей сигналов, внешних помех и собственных шумов, включая сравнение с порогом, измерение параметров обнаруженных сигналов и их классификацию, проводится в каждой позиции, а на совместную обработку поступает только информация, которая признана «полезной»;
в) объединение траекторий (трасс); при объединении траекторий в каждой позиции проводится не только первичная, но и вторичная обработка информации, которая завершается построением траекторий целей; параметры траекторий сопровождаемых целей передаются в центр обработки для совместной обработки, в результате которой дополнительно отсеиваются «ложные» и уточняются «истинные» траектории.
Самолетный ответчик состоит из антенно-фидерного устройства, распределительного фильтра (РФ), приемника и дешифратора запросных сигналов, шифратора ответных сигналов и передатчика. Запросные сигналы с антенны ответчика через разделительный фильтр поступают в приемник, где преобразуются, усиливаются по промежуточной частоте и детектируются. Па выходе приемника ответчика образуется пачка парных импульсов запроса (рис. 6.3). Временные кодовые интервалы между парными импульсами (τ зк1 , τ зк2 ) определяют содержание информации, которую должен передать ответчик.
Запросные сигналы поступают на вход дешифратора, в котором производится декодирование запрашиваемой информации. В простейшем случае дешифратор представляет собой набор линий задержек со стандартными временными интервалами задержки и логических схем «И». В результате совпадения двух запросных импульсов в дешифраторе образуется управляющий импульс для шифратора. Шифратор формирует импульсы координатного и соответствующего информационного кода (бортового номера или высоты и др.). На информационные входы шифратора поступает информация от соответствующих датчиков. Шифратор формирует пачку ответных видеоимпульсов, в которой закодирована запрашиваемая информация. Эти импульсы поступают на вход передающего устройства, состоящего из подмодулятора, модулятора и генератора свч.
Пачка видеоимпульсов преобразуется передающим устройством в пачку радиоимпульсов, которые через развязывающий фильтр поступают в антенну и излучаются в пространство. Несущая частота ответных сигналов (f o = 740 или 1090 МГц) отличается от несущей частоты запросных сигналов. Развязывающий фильтр выполняет функции антенного переключателя и выполняется обычно на полосковых линиях.
Ответные сигналы принимаются антенной и приемником вторичного радиолокатора и декодируются. В ответном сигнале имеются два координатных (опорных) импульса. По времени запаздывания этих импульсов относительно запросных с учетом времени задержки на кодирование и декодирование, определяется дальность до ответчика. Угловая координата ответчика определяется методом пеленгации по максимуму (в моноимпульсных системах метод иной и будет изложен ниже).
Дешифратор вторичного радиолокатора выделяет дополнительную ин-
формацию, переданную ответчиком (бортовой номер, высота и др.), которая
отображается на индикаторных устройствах.
В обобщенной структурной схеме изображены лишь основные устройства, поясняющие основной принцип действия системы вторичной радиолокации. Для обеспечения надежной работы системы как наземное, так и бортовое оборудование содержит дополнительные устройства, например, устройства, устраняющие влияние боковых лепестков диаграммы направленности антенны запросчика.
5.3. Кодирование запросных и ответных сигналов
5.3.1. Методы кодирования запросных и ответных сигналов
Для передачи информации во вторичных радиолокаторах применяется импульсное кодирование. Импульсный код - это совокупность импульсов, расположенных в соответствии с правилами кодирования. В качестве кодирующих признаков могут использоваться: длительность импульса, число импульсов, расстояние между импульсами, частота и фаза, наличие или отсутствие импульсов на определенных позициях. Интенсивность сигнала в качестве признака кодирования не используется из-за малой помехоустойчивости.
В существующих системах вторичной радиолокации используются два вида кодирования: времяимпульсное и позиционное.
Времяимпульсное кодирование применяется в запросном канале. При этом методе каждому из значений информации, подлежащей передаче, присваивается свой временной интервал. На рис. 5.4. изображена структура времяимпульсного кода. На рисунке обозначены: Т к - кодовый интервал
Δ t 1 интервал кодирования. Максимальное число днухимпульсных кодов N определяется следующим образом:
Времяимпульсные коды не могут дать большого числа кодовых комбинаций без значительного увеличения кодового интервала или увеличения числа импульсов в коде. Число вариантов запросных сигналов в системах вторичной радиолокации невелико, поэтому в запросном канале применяется двухимпульсное времяимпульсное кодирование.
Ответная информация имеет значительно больший объем, поэтому в ответном канале применяется позиционное кодирование, при котором значение ответной посылки определяется местами расположения импульсов кода на временной оси. Ответная информация имеет постоянный объем, носители информации являются десятичные и двоичные числа, для представления которых используется позиционная система счисления. В этой системе значения разрядов чисел зависят от места, отведенного каждой из цифр. Так, например, десятичное число 623 может быть представлено в виде: 6·10 2 +2·10 1 +3·10°. Каждому разряду числа при этом соответствует своя позиция.
Любое число в позиционной системе может быть записано следующим образом:
где a n , … - коэффициенты слагаемых; Р - основание системы.
При основании Р=2 базисом числа являются две цифры: 0 и 1, а при Р=10 используются цифры 0, 1, ..., 9.
Ответная информация с борта воздушного судна кодируется с использованием двоично-десятичной и двоично-восьмеричной системы счисления. Число значений N дискретной информации, которое может быть переданным кодом, составляет N=2 m (m - разрядность кода). Передача символом 0и 1 двоичных чисел может быть осуществлена импульсным сигналом (отсутствие или наличие импульса на определенной временной позиции). Двоично-десятичная система применяется в ответных кодах режима УВД (отечественный режим) Двоично-восьмеричный код имеет базис цифр 0, ...,7 и применяется для ответных кодов высоты в режиме RBS (международный режим).
При передаче числа позиционным двоичным кодом каждому из его разрядов определено свое место (позиция). Существует два способа предоставления позиций (рис. 5.5).
На рис. 5.5, а изображен четырехразрядный двоичный позиционный код с пассивной паузой. При этом каждому из четырех разрядов предоставляется одна временная позиция. Единица соответствует наличию импульса, нуль - его отсутствию. Во втором случае (рис. 5.5, б) каждому из четырех разрядов двоичного числа предоставляется две временные позиции. Импульс на первой позиции обозначает «1», на второй - «О». Этот метод называется методом с активной паузой.
5.3.2. Структура запросных сигналов
Кодирование запросных сигналов осуществляется с целью уменьшения вероятности срабатывания ответчика от случайных сигналов, а также для получения определенного вида информации по каналу ответа.
В существующих системах вторичной радиолокации применяются два формата стандарта кодирования (отечественный и международный). Передача кодированных сигналов по нормам ICAO производится только на несущих частотах 1030 МГц (запрос) и 1090 МГц (ответ). Отечественный стандарт устанавливает частоты: 837,5МГц (запрос) и 740МГц (ответ). Кодирование запросных сигналов в обоих форматах производиться импульсно-временным кодами.
Запросный код состоит из двух импульсов, обозначаемых Р 1 и Р 3 с кодовым интервалом τ зк между их фронтами. Кодовые интервалы и вид запрашиваемой информации представлены в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Сигналы запроса режима RBS имеют вертикальную поляризацию, режима УВД - горизонтальную. Для подавления сигналов боковых лепестков в трехимпульсной системе подавления по каналу запроса между импульсами Р 1 и Р 3 излучается импульс Р 2 следующий через 2±0,15 мкс после импульса Р 1 . Длительность импульсов запросных кодов и импульса подавления составляет 0,8 ±0,1 мкс.
5.3.3. Структура ответных сигналов
5.3.3.1. Ответный сигнал режима УВД
Ответный сигнал самолетного ответчика включает в себя: координатный, ключевой и информационный сигналы. Структура ответного сигнала изображена на рис. 5.6.
Координатный код состоит из двух импульсов, обозначенных РК 1 и РК 3 . Временной интервал между ними зависит от кода запроса и определяется в соответствии с табл. 5.2.
Совместно с импульсами РК 1 и РК 3 может передаваться сигнал «бедствие», который должен отстоять от импульса РК 3 на 6 мкс.
После координатного кода следует ключевой код, состоящий из трех импульсов РКИ 1..3 Интервал τ к _ кл, между импульсом РК 3 координатного хода и импульсом РКИ 1 должен соответствовать следующим значениям: при передаче
бортового номера - 8,5 мкс; высоты полети и запаса топлива 14 мкс; вектора
скорости - 10 мкс. Ключевой код передается в двоичном системе счисления
тремя разрядами методом активной паузы. И каждом разряде дно починим, временной интервал между которыми 4 мкс. Ключевой код 1 К), изображенный на рис. 5.6, соответствует передаче бортового номера.
Для передачи информационного сигнала используется двоичная система счисления. Информация передается 40 разрядами методом активной паузы (80 позиций). Временной интервал между соседними позициями в разряде - 4 мкс. Для повышения достоверности информации на земле, она передается дважды: с 1-го по 20-й разряд и с 21-го по 40-й разряд. Временной интервал между последней позицией ключевого кода и первой позицией информационных импульсов составляет 4 мкс.
На рис. 5.7. изображена полная структура ответного сигнала при запросе бортового номера. Все разряды ответного кода разбиваются на декады (по четыре разряда в каждой), причем в первой декаде передаются единицы, во второй - десятки, в третьей - сотни, в четвертой - тысячи, в пятой - десятки тысяч. Такой код называется двоично-десятичным пятидекадным четырехразрядным. Он позволяет передавать номера от 00000 до 99999. На рис. 5.7 изображена структура ответного сигнала при передаче бортового номера 12345. Формирование кода сигнала бортового номера поясняется таблицей 5.3.
При запросе кодом ЗК2 ответчик передает информацию о высотеполета и остатке топлива. Информация о высоте передается и 1...14 разрядах. В 15-м разряде указывается признак высоты: «1» абсолютам; « - относительная. В 16-м разряде значение «1» соответствует сигналу БЕДСТВИЕ (этот же сигнал указывается импульсом РК 2 в координатном коде). Данные о запасе топлива в процентах от полной вместимости топливных баков даются и 17...20 разрядах информационного кода. На рис. 5.8. изображена структура ответного сигнала при запросе текущей информации: абсолютная высота 1270 м и остаток топлива 30%. Формирование ответного сигнала поясняется таблицей 5.4, 5.5.
В ответном сигнале, возможно, передавать высоту полёта до 30000м с градациями через 10м. Кроме того, возможна передача отрицательных значений абсолютной барометрической высоты от 0 до 300м. При передаче отрицательны значений высоты 8, 13, 14 должны иметь символ «0», а разряды 9, 10, 11, 12 – символ «1». Значение абсолютной высоты передается группой разрядов 1…7.
При запросе кодом ЗКЗ ответчик формирует информационное слово,
обеспечивающее передачу аргумента вектора скорости в пределах от 0 до 360
градусов с градацией 1 градус и значения модуля вектора скорости в интервале от 0 до 3500 км/ч с градацией 10 км/ч. Данные об аргументе и модуле вектора скорости передаются с использованием трех десятичных цифр в соответствии с таблицей 5.6, 5.7.
6.4.3.2 Ответный сигнал режима RBS
Структура ответного сигнала в режиме RBS изображена на рис. 5.19.
Сигнал состоит из двух опорных импульсов F 1 и F 2 , которые являются координатными. Между этими импульсами расположены 13 позиций информационного кода. Информационный код включает в себя четыре трехразрядных декады А, В, С, D информационных импульсов. По требованию диспетчера с земли после импульса F 2 может передаваться импульс опознавания (SPI), предназначенный для опознавания одного из двух воздушных судов с одинаковым кодом опознавания. Несущая частота сигнала 1090МГц, поляризация вертикальная.
Временной интервал между опорными импульсами 20.3 мкс. Импульс: SPI следует за импульсом F 2 через 4,35 мкс. Все импульсы имеют длительность 0,45 мкс. Временные позиции соседних разрядов информационных импульсов следуют через 1,45 мкс.
При запросе кодом А самолетный ответчик передает условный номер натуральным двоично-восьмеричным четырехразрядным кодом. Декадой А передаются тысячи, В - сотни, С - десятки, D - единицы. Каждая декада имеет три разряда, поэтому передача чисел 8 и 9 невозможна. Наибольшее число, которое может быть передано - 7777, а общее количество чисел - 4096.
На рис. 5.10 изображено расположение информационных импульсов
при передаче условного номера 7600, что соответствует сообщению об отсутствии радиосвязи. Позиция, обозначенная Р - резервная. Формирование кода условного номера можно пояснить таблицей 5.8.
При запросе ответчика кодом С с борта воздушного судна передается информация о барометрической высоте в футах с градацией через 100 футов
(30,48 м). Передача данных о высоте ведется четырьмя декадами со следующими ми градациями в декадах:
D-32000 футов,
А - 4000 футов,
В-500 футов,
С - 100 футов.
Отсчет высоты ведется от остаточной - 1200 футов.
При передаче быстроменяющейся информации о высоте международными нормами утвержден циклический код Гиллхема, представляющий собой совокупность трехдекадного кода Грея и специального трехразрядного кода Гиллхема. Особенностью такого кода является то, что для соседних градаций высоты коды различаются в одном разряде, что уменьшает вероятность ошибок при наложении цифровых значений высоты.
Для передачи рефлексного кода Грея используются декады D, А, В ответного сигнала, для передачи специального трехразрядного кода-декада С.
Для того, чтобы десятичное число записать в виде натурального кода Грея, необходимо вначале его представить натуральным двоичным кодом, а затем сдвинуть разряды двоичного числа на один разряд вправо (младший разряд теряется), а потом произвести поразрядное сложение сдвинутого и не сдвинутого числа без переноса из разряда в разряд. При этом считается, что 1+1=0. Зеркальный код Грея создается зеркальным отображением двух младших разрядов натурального кода Грея и заменой у натуральных кодов Грея нулевого старшего разряда на единицу (у чисел 0, 1, 2, 3), а единичного - на нуль (у чисел 4, 5, 6, 7). В таблице 5.9 приведены названные коды.
Таблица 5.9
Рефлексный код Грея строится следующим образом. Если на предыдущих соседних трех позициях высшего разряда передаваемого десятичного числа записано четное число, то на следующих позициях низшего разряда десятичное число запишется натуральным кодом Грея. Если записано нечетное ЧИСЛО, то используется зеркальный код Грея. Специальный рефлексный код, используемый для передачи младших разрядов высоты, приведен в таблице 5.10.
Для примера, рассмотрим структуру ответного сигнала мри кодировании высоты 134480 футов. С учетом остаточной высоты 1200 футов необходимо на землю передать значение высоты, равное 135680. Число градаций старшей декады D определится следующим образом:
135680ф:32000ф=4 (остаток 7680ф).
Число «4» записываем в натуральном коде Грея (более старшей декады нет, что соответствует нулю в предыдущих разрядах): 110, причем D 1 = l; D 2 = l; D 4 = 0. Число градаций, которое необходимо записать в декаде А:
7680ф:4000ф=1 (остаток 3680ф).
Число «1» записываем в том же натуральном коде Грея, поскольку в предыдущем разряде записано четное число. Код будет равен 001 :А 1 =0; А 2 =0; А 4 =1.
Число градаций в декаде В:
В соседней декаде записано нечетное число, поэтому в декаде В число «7» записывается зеркальным кодом Грея, а именно, 000: В 1 =0; В 2 =0; В 4 =0.
В соответствии с таблицей 5.10 180 футам соответствует десятичное число «2», учитывая, что в соседней декаде В записано нечетное число, декаду С
следует кодировать зеркальным специальным рефлексным кодом: 110. При этом С 1 =1; С г =1; С 4 =0. Структура информационного сигнала, в котором закодирована высота 134480 футов, изображена на рис. 5.11.
Для получения числа, обозначающего высоту, необходимо пользоваться специальными таблицами.
5.4. Дешифрация ответной информации
5.4.1. Дешифрация сигналов в режиме УВД
Входная информация, включающая в себя запросные коды и ответные видеосигналы режимов УВД и RBS, с выходов соответствующих корректирующих видеоусилителей поступает на входы трех дешифраторов (рис. 5.13).
Состав обрабатываемой информации определяется структурой запросных кодов. Импульсы запросных кодов Р 1 и Р 3 поступают на дешифратор режимов, где происходит их декодирование и формирование соответствующих стробов режимов А, В, С, D.
Эти стробы являются служебными для селектирования определенной ответной информации. Они поступают через плату сопряжения на выходные устройства.
В плате сопряжения осуществляется нормирования служебных сигналов ВРЛ и распределение их на устройства аппаратуры.
Дешифраторы УВД и RBS включают в себя дешифраторы координатных, ключевых кодов, кодов «Бедствие», «Знак», а также дешифраторы информации, поступающей из приемных устройств ВРЛ.
Для обработки информации от ВС, находящихся на незначительном удалении друг от друга, дешифраторы выполнены как двухканальные, что позволяет производить декодирование сигналов при наложении ответных кодов.
Декодированная координатная информация очищается в фильтре от несинхронных помех. Декодированная информационная посылка ИКАО о высоте полета, передаваемая в футах, преобразуется в метры и поступает так же, как и информационная посылка УВД, на выходные устройства. В режиме А информационная посылка проходит на выходные устройства через преобразователь футы-метры без изменения.
Принцип действия дешифратора УВД
Дешифратор УВД (рис. 5.13) осуществляет декодирование координатного кода, кода «бедствие», ключевого кода, кода «Знак» и информационного слова, выдаваемых ответчиком при запросе кодами ЗК1 и ЗК2.
Дешифратор декодирует одиночные и переплетенные ответные коды, образованные в результате наложения двух ответов для близко летящих ВС, исправляет в ответной посылке одиночные и обнаруживает двойные ошибки. Поскольку каждый разряд информационного слова передается на двух позициях, то возможно преобразование одиночных и двойных ошибок. Одиночной ошибкой считается стирание или возникновение одного из символов в разряде информационного слова. Двойной ошибкой считаются следующие искажения: стирание одного и возникновение другого символа в разряде, образование двух ошибочных символов, стирание двух символов. Так как ответчик при работе кодами УВД на каждый запрос дважды выдает информационное слово, то для обнаружения и исправления ошибок в дешифраторе УВД осуществляется запоминание первого 20-разрядного слова и его поразрядное сравнение с одноименными позициями второго слова.
Дешифратор УВД осуществляет декодирование ключевого кода при одиночных ответах по логике «2 из 3», а при переплетенных ответных кодах - по логике «3 из 3», т.е. совпадением любых двух из трех или трех из трех импульсов ключевого кода.
Входной ответный сигнал поступает на дешифратор кодов ДК1, в котором осуществляются его нормализация по амплитуде и селекция по длительности. Информационное слово без задержки поступает в дешифратор информации. Импульсы стирания запрещают прохождение информационных импульсов на выход платы ДК1. После задержки на 6 мкс в ДК1 все импульсы, предшествующие информационному слову, поступают на дешифратор кодов ДК2, где происходит их дополнительная задержка на 22 мкс, которая позволяет осуществлять декодирование координатного кода, кода «бедствие» и ключевого кода по логике «3 из 3». В дешифраторе кодов ДКЗ декодированная координатная отметка задерживается еще на 16 мкс для совмещения с последним импульсом ключевого кода. В случае одиночных ответов в плате ДКЗ осуществляется также декодирование ключевого кода по логике «2 из 3», что позволяет увеличить вероятность декодирования ключевого кода при подавлении одного из трех импульсов ключевого кода.
Для декодирования информационного слова, служат кварцевый калибратор КК и дешифратор информации ДИ. Декодированным импульс ключевого кода с выхода дешифратора ДКЗ запускает кварцевый калибратор, вырабатывающий опорные импульсы частотой 4 МГц. Из импульсов кварцевого калибратора формируются импульсы сдвига, позволяющие выделить и записать в дешифраторе информации только информационное слово длительностью 160 мкс. В устройстве контроля один раз в 10с формируется контрольный текст, который обрабатывается дешифратором. После анализа выносится решение о состоянии дешифратора.
5.4.2. Дешифратор режима международного диапазона
В состав дешифратора канала МД входят дешифратор режимов, в котором путем декодирования запросных кодов формируются служебные стробы режимов, дешифратор информации, включающий дешифратор аварийных кодов и импульсов опознавания.
Функциональная схема дешифратора канала МД представлена на рис. 5.14. В плате дешифратора режимов, кроме формирования стробов режимов, производится декодирование координатного кода путем задержки ответного сигнала и совмещения опорных импульсов F 1 и F 2 .Совпадение импульсов F 1 и F 2 фиксируется на схеме И1, где и происходит образование импульса декодированной координатной отметки (ДКО). Перед подачей на схему задержки импульсы входной информации селектируются по длительности в пороговом устройстве ПУ и на счетных триггерах распределителя Р преобразуются в перепады напряжений. Данное преобразование улучшает условие прохождения сигнала через узкополосную линию задержки ЛЗ на 20,3 мкс. На выходе ЛЗ импульсы восстанавливаются по длительности и поступают на схему И1 и на сдвигающие регистры дешифратора информации.
Декодирование запросных кодов осуществляется по принципу совпадения импульсов Р 1 и Р 3 запросных кодов, соответствующих режимам. Стробы режимов формируются на триггерах Тг1...Тг4, которые запускаются импульсами декодированных запросных кодов, а в нулевое состояние возвращаются импульсом «Конец дистанции».
В плате дешифратора координатных отметок ДКО производится логическая обработка КО. Двухканальная схема построения ДКО и ДИ канала МД позволяет декодировать ответы от двух самолетных ответчиков, информационные посылки от которых взаимно наложились. Исключение представляет случай. когда интервал между кодовыми импульсами первой и второй посылками равен точно 1,45 мкс. В этом случае ДКО выдает только координатные отметки, а ответная информация не обрабатывается. Схема анализа в этом случае выдает сигнал «Искажение информации» и блокирует выдачу сигналов «Считывание» и «Признак». Декодированные координатные отметки запускают девятиразрядные счетчики Сч, причем схема управления включения СУВ счетчиков обеспечивает запуск Сч1 первой КО, а второй - последней КО в их возможной серии на интервале 24,65 мкс. Счетчики с помощью импульсов кварцевого генератора КГ, период следования которых пропорционален 1,45 мкс, формируют выходную координатную отметку, а также последовательность стробирующих, сдвигающих и других вспомогательных импульсов, которые управляют работой дешифратора информации. Выходная координатная отметка (ВКО) канала МД формируется через 24,65 мкс (20,3 + 4,35 мкс) после запуска счетчика. При работе с совмещенными кодами ВКО снимается с последнего триггера счетчика через 37,7 мкс после его запуска, т.е. дополнительно задерживается на 13 мкс и используется в плате формирователя канала ОД для выработки сигналов управления дешифратором отечественного капана. Одновременно с ВКО формируются сигналы считывания (переписи) и признака канала. Импульс считывания аварии совпадает по времени с ВКО 24,65 мкс. Импульс считывания SPI представляет собой ВКО 37,7 мкс, задержанную дополнительно на 4,35 мкс. Сигнал «Перепись» позволяет пересылать информацию из сдвигающегося регистра PC в регистр памяти РП ДИ. По существу ДИ представляет собой преобразователь последовательного кода в параллельный. С выходов регистров памяти информация поканально в параллельном коде поступает на дешифратор аварийных кодов ДАК, а также на преобразователь информации «Футы-метры». Декодирование аварийных кодов осуществляется на схемах совпадения при наличии строба «Режимов А + В» и импульса считывания аварии. В блоке ДИ канала МД предусмотрено накопление декодированных импульсов аварии в течение нескольких зондирований для уменьшения вероятности ложной тревоги и последующей выдачи на выходное устройство сигналов аварии: 7700, 7600 и 7500.
Информация о высоте в футах, передаваемая согласно нормам ИКАО, в режиме С кодом Гиллхэма преобразуется в преобразователе «Футы-метры» в метрическую систему счисления и представляется в виде двоично-десятичного кода. Четыре канала преобразователя осуществляют координатный анализ и обработку поступающей информации. В режимах А и В информационная посылка не подвергается преобразованию.
Выходная декодированная координата дополнительно очищается от несинхронных помех в устройстве защиты, представляющем собой гребенчатый фильтр, настроенный на частоты, кратные частоте повторения импульсов запуска ВРЛ (рис. 5.15). Основу фильтра составляют два регистра сдвига Рг на 35
разрядов каждый и схемы совпадения. Каждый разряд состоит из двух ячеек триггерной памяти: основной и промежуточной. С помощью тактовых импульсов входной сигнал продвигается по регистрам сдвига, причем время задержки в каждом регистре определяется генератором тактовых импульсов ГТИ, который запускается импульсом генератора запуска ГЗ, совпадающим с началом отсчета дальности, а останавливается импульсом счетчика Сч, соответствующим концу периода следования запросных импульсов ВРЛ. При логике обработки 2/2 задержанный сигнал подается на схему совпадения И с Рг1.При логике обработки 2/3 задержанный на два периода повторения сигнал снимается с выхода регистра Рг2. Сигнал «Управление очисткой» позволяет блокировать фильтр. Дешифратор МД выполнен на четырех печатных платах с использованием микросхем 130, 133, 136 и 217 серий.
5.5. Дискретно-адресная система вторичной радиолокации
Существующая система вторичной радиолокации обладает рядом недостатков, наиболее существенными из которых являются следующие:
Наложение ответных сигналов от воздушных судов, имеющих близкие значения наклонной дальности и азимута;
Ложные ответы на запросы по боковым лепесткам ДНА;
Переотражения сигналов от находящихся вблизи систем вторичной радиолокации «местных» предметов (возвышенностей, зданий и т.п.);
- насыщение радиоканала сигналами из-за приема всех ответов па все запросы.
Кардинальным решением для устранения недостатков является переход к системам вторичной радиолокации с адресным запросом. В такой системе каждое воздушное судно имеет свой код адреса и отвечает на запрос только на свой код. При индивидуально-адресном запросе ответный сигнал будет излучать только один ответчик, адрес которого указан в запросе.
Дискретно-адресная система предполагает присвоение каждому воздушному судну адресного кода. Наземная станция должна содержать в оперативном запоминающем устройстве данные об адресном коде и приблизительном местоположении всех воздушных судов, находящихся в зоне обнаружения ВРЛ. Для выявления новых воздушных судов предусмотрен режим опроса всех самолетов. По ответной посылке наземная станция определяет оснащенность воздушного судна аппаратурой DABS (Discrete address beacon system). To воздушное судно, которое имеет ответчик дискретно-адресной системы, в режиме опроса сообщает свой адресный код. Последующий запрос будет направляться только по соответствующему адресу, поэтому ответчики, имеющие другие адреса, на него не отвечают. В наземной станции предполагается использование моноимпульсного метода радиолокации, что позволит повысить точность определения азимута объекта. Все это обусловливает уменьшение помех в каналах запроса и ответа, а также уменьшить темп запроса.
Формат сигналов запроса адресной системы ВРЛ выбран таким образом, чтобы она была полностью совместима с существующей системой. Система имеет общий и адресный коды запроса. Структура сигнала общего запроса изображена на рис. 5.16.
На общий запрос реагируют ответчики воздушных судов в любом режиме. Интервал в соответствует режиму RBS, интервал с - режиму УВД. Импульс Р4 используется адресным отметчиком для сообщения запросчику индивидуального кода.
Адресный запрос (рис. 5.17) начинается с преамбулы, состоящей из двух импульсов, воспринимаемых обычными ответчиками как запрос, излучаемый по боковым лепесткам ДНА. Поэтому обычные ответчики на адресный запрос не отвечают. За преамбулой (или ключевым кодом) следует информационный
сигнал, который содержит 56 или 112 бит информации, передаваемой относительной фазовой модуляцией. Модуляция фазы высокочастотной несущей обеспечивает скорость передачи данных 4 Мбит/с, что позволяет передать 112-битовое сообщение за время, соответствующее блокировке обычных ответчиков. При относительной фазовой модуляции первый поворот фазы является синхронизирующим. Каждый следующий поворот возможен с декретом 0,25
мкс. Для защиты адресного ответчика от приема запросов по боковым лепесткам ДНА используется импульс подавления РS, который передается с помощью антенны, центрируется относительно момента опрокидывания синхрофазы. Появление импульса Р5 при достаточной амплитуде затеняет опрокидывание синхрофазы в адресном ответчике, и результате чего информация не кодируется,
Информационная часть сигнала запроса, передаваемая импульсом Р6 содержит:
Две продолжительные посылки (1,25 и 0,5 мкс), предназначенные для подстройки по фазе гетеродина бортового ответчика;
32 или 88 импульсов для передачи кода запроса;
24 импульса адреса запроса.
Код адреса имеет разряд, служащий для выявления ошибки в коде путем проверки его на четность. Код позволяет создавать 2 23 (примерно 16 млн.) индивидуальных запросов. Информационный сигнал передается с помощью фа-зоманипулированного сигнала. Символу «0» соответствует нулевая фаза несущей частоты, символу «1» - φ = 180°.
Адресный ответ (рис. 5.18) состоит из четырехимпульсной преамбулы, сопровождаемой последовательностью импульсов, которые содержат 56 или 112 битов информации.
Двоичные данные передаются со скоростью 1 Мбит/с, причем интервал 1 мкс соответствует каждому биту. Такая скорость передачи данных по каналу «борт-земля» позволяет генерировать отпетые импульсы в режимах УВД, RBS, S (адресный запрос) одним передатчиком. Если значение бита равно единице, то импульс длительностью 0,5 мкс передается и нерпой половине интервала, если нулю - во второй.
Четырехимпульсный ключ позволяет легко различить адресный ответ от ответа режимов УВД, RBS и разделить их при взаимном наложении. Выбор кодоимпульсной модуляции для передачи данных по каналу ответа позволяет обеспечить высокую помехоустойчивость к мешающим сигналам УВД, RBS, a также способствует получению постоянного числа импульсов в каждом коде, гарантирующем достаточную энергию для точного моноимпульсного приема.
К характеристикам систем вторичной радиолокации, работающим в режиме S (дискретно-адресный режим), предъявляются более жесткие требования. Обязательным является использование моноимпульсной обработки для измерения азимута воздушных судов. Допуск на нестабильность частоты составляет ±0,01 МГц. Дискретно-адресные системы позволяют эффективно работать в зонах с интенсивным движением воздушных судов. Широкие перспективы таких систем обусловлены высокой надежностью, большой пропускной способностью цифровых линий передачи данных.
Радиолокационные средства (станции, комплексы, системы) обнаружения воздушных и надводных целей на надводных кораблях являются одним из элементов системы освещения воздушной и надводной обстановки, решающей задачи информационной поддержки командных комплексов управления и боевых контуров. Назначением обзорных радиолокационных средств в этой системе является добывание информации обо всех целях в контролируемой области пространства и преобразование её к виду, необходимому потребителям для её непосредственного использования.
В общем случае в состав радиолокационной информации, выдаваемой потребителям обзорными средствами, входят:
Текущие координаты целей (т.е. координаты, экстраполированные на момент выдачи потребителям);
Параметры движения целей (курс, скорость, высота полёта, курсовой параметр и др.);
Некоторые признаки целей (государственная принадлежность, воздушная-надводная, одиночная-групповая и др.).
Задачи обнаружения, дискретного измерения координат, вычисления текущих координат и параметров движения целей, а также ввода их признаков решаются устройствами обработки радиолокационной информации, которые могут являться оконечными устройствами радиолокационных средств или входить в состав общекорабельных систем обработки радиолокационной информации.
Процесс преобразования отражённых от целей сигналов в присутствии шумов и помех с целью извлечения переносимой ими информации о целях принято называть обработкой радиолокационной информации.
Под первичной обработкой радиолокационной информации понимается процесс анализа полезных, т.е. отражённых от целей, сигналов и помех, принимаемых за время одного обзора, при котором выполняются следующие операции:
Селекция (выделение) полезных сигналов из помех;
Принятие решения об обнаружении пачки отражённых сигналов по определённому критерию;
Измерение координат обнаруженной цели;
Оценка параметров сигналов, несущих информацию о характере цели и её первичная классификация;
Кодирование измеренных координат цели и параметров отражённых сигналов с целью подготовки к последующей обработке.
Под вторичной обработкой радиолокационной информации понимается процесс сопоставления и обобщения информации, полученной за несколько обзоров пространства, содержанием которого является:
Отождествление пачек (отметок), полученных в текущем обзоре, с пачками (отметками) в предыдущих обзорах, что позволяет отсеять ложные отметки и выявить вновь появившиеся цели;
Объединение информации от одной цели в траекторию для определения параметров движения цели; прогнозирование её будущего положения;
Окончательная нумерация целей и их вторичная классификация.
В результате вторичной обработки снижается мешающее воздействие помех, создаётся возможность определять координаты цели при временном отсутствии отражённых от неё сигналов, исключать отметки от ложных целей или снижать вероятность их появления.
ВТОРОЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС: Обобщенная структурная схема устройств обработки радиолокационной информации.
Устройства обработки информации находят применение как в системе освещения воздушной обстановки в интересах информационной поддержки противовоздушной обороны корабля, так и в системе освещения надводной обстановки в интересах обеспечения навигационной безопасности плавания, предупреждения столкновений и тактического маневрирования корабля. Поскольку первая задача характеризуется более высокой степенью сложности и требует значительно большего состава оборудования, обобщённую структурную схему рассмотрим применительно к обработке информации РЛС обнаружения воздушных целей.
| РЛО В |
Под устройствами обработки информации понимается совокупность технических средств, решающих следующие основные задачи:
1. отображение воздушной обстановки на экранах индикаторных устройств для визуального обнаружения и классификации целей;
2. опознавание обнаруженных целей;
3. ручное измерение и ввод в устройство вторичной обработки (УВО) координат, а также некоторых признаков обнаруженных целей (,своя’’,чужая’’,неопознанная’’,воздушная’’,надводная’’,одиночная’’,групповая’’, и др.);
4. автоматическое обнаружение и измерение координат обнаруженных целей в устройство первичной обработки (УПО); автоматический ввод координат обнаруженных и сопровождаемых целей в УВО;
5. вычисление текущих координат и параметров движения сопровождаемых целей в УВО;
6. контроль качества сопровождения целей и корректирование траекторий, вычисленных в УВО;
7. отображение результатов вторичной обработки информации на индикаторных устройствах и знаковых табло;
8. выдача обработанной информации в управляющие системы корабля;
9. выдача целеуказания зенитным огневым средствам.
Индикатор начального ввода (ИНВ) предназначен для отображения и анализа воздушной и надводной обстановки; визуального обнаружения целей; отбора отметок целей, подлежащих сопровождению в УВО; ручного ввода координат этих целей в УВО. ИНВ является по существу пультом управления работой устройств обработки и устанавливается на командных пунктах корабля. Количество ИНВ определяется принятой на корабле организацией анализа и боевого использования информации РЛС ОВНЦ. При наличии нескольких ИНВ один из них назначается основным (главным).
Устройство первичной обработки (УПО) информации предназначено для автоматического обнаружения отметок (пачек) целей, измерения их координат и выдачи в УВО.
Устройство вторичной обработки (УВО) информации предназначено для построения (сопровождения) траекторий целей по совокупности дискретных измерений координат, выполняемых операторами индикаторных устройств или УПО, вычисления и непрерывного уточнения параметров движения и текущих координат сопровождаемых целей.
Индикатор СОПРОВОЖДЕНИЯ (ИС) предназначен для ручного измерения и ввода координат сопровождаемых целей, а также для контроля качества сопровождения. Для решения этой задачи на экране высвечиваются отметки сопровождаемых целей, а также метки (символы), отражающие вычисленные УВО их текущие координаты. Нормальное качество сопровождения траектории характеризуется близким и устойчивым положением метки относительно отметки цели. Каждый ИС обеспечивает возможность контроля качества сопровождения нескольких (до четырёх) траекторий. Количество ИС определяется необходимой пропускной способностью, т.е. Максимальным числом одновременно сопровождаемых траекторий.
Знаковое табло (ЗТ) предназначены для отображения информации о сопровождаемых траекториях, формируемой в результате вторичной обработки и выдаваемой потребителям. По каждой сопровождаемой траектории на ЗТ отображаются её номер, текущие координаты, параметры движения и некоторые признаки. Знаковые табло устанавливаются у ИНВ и используются для анализа воздушной обстановки и для оценки качества сопровождения.
Индикаторы целеуказания (ИЦУ) обеспечивают отображение радиолокационной обстановки и некоторых результатов вторичной обработки информации для анализа и оценки в интересах целераспределения огневых средств и выдачи им целеуказания. Количество ИЦУ определяется числом командных пунктов корабля, обладающих правом выдачи целеуказания.
С помощью приборов сопряжения (ПС) потребителям выдаётся:
1. Первичная радиолокационная обстановка (РЛОп), отображаемая на ИНВ. Она выдаётся путём трансляции потребителям импульсов запуска развёрток дальности, напряжений, синхронизирующих вращение развёрток со скоростью вращения диаграммы направленности антенны, и видеонапряжения отражённых от целей сигналов и помех. При этом на индикаторных устройствах сопрягаемых систем воспроизводится полностью «картинка», отображаемая на ИНВ.
2. Вторичная радиолокационная обстановка (РЛОв), под которой понимается информация лишь о тех целях, которые сопровождаются в УВО. С высоким темпом, значительно превышающим темп обзора пространства, по каждой из сопровождаемых целей выдаются в двоичном коде номер цели, текущие координаты, параметры движения и некоторые признаки.
3. Синхронное (силовое) целеуказание в аналоговом (СЦУа) или цифровом (СЦУц) виде, представляющее собой текущие координаты и параметры движения целей, подлежащих обстрелу.
Целеуказание - это команда на открытие огня, которая выдаётся управляющим огнём путём одновременного нажатия клавиш номера цели и номера огневого средства, которому надлежит открыть огонь по этой цели. При этом текущие координаты назначенной для обстрела цели поступают в радиолокационные средства управления оружием на привода наведения по дальности, пеленгу и углу места. Поэтому такое целеуказание называется не только синхронным, но и силовым.
Ошибки вычисления текущих координат и параметров движения цели, выдаваемых в качестве целеуказания системе управления оружием, являются функцией числа отметок от данной цели, подвергнутых вторичной обработке, т. е. функцией числа обзоров РЛС. По мере увеличения числа отметок, поступивших в процессе периодического кругового обзора пространства, уточняются параметры траектории, а следовательно, уменьшаются ошибки вычисления текущих координат цели. При длительном сопровождении неманеврирующей цели точность целеуказания может быть достаточно высокой. Однако, для выработки точного целеуказания требуется определённое работное время вторичной обработки информации.
4. Электронное целеуказание (ЭЦУ) представляет собой выдачу в сопрягаемую систему управления оружием координат конца визира, совмещённого управляющим огнём (оператором ИЦУ) с отметкой цели, подлежащей обстрелу. Такое целеуказание может быть выдано однократно, в том числе по первой же обнаруженной отметке цели, или повторно на следующих обзорах.
Так как в этом случае потребителю выдаются результаты дискретных измерений координат цели, то такое целеуказание называют дискретным. Этот вид целеуказания характеризуется большими ошибками запаздывания координат, а следовательно, низкой точностью, но малым работным временем. Учитывая ограниченную точность координат цели, выдаваемых для её обстрела, такой вид целеуказания является резервным и часто называется целепоказом.
Если синхронное целеуказание обеспечивает наведение РЛС управления оружием на цель с точностью, достаточной для появления её отметки на секторных индикаторах системы управления, то при выдаче электронного целеуказания предполагается необходимость дополнительного допоиска цели, требующего дополнительного времени.
По линии обратного контроля из систем управления оружием поступают доклады (сигналы): «готов к приёму целеуказания», «целеуказание принимается» и «цель сопровождается», которые отображаются на ИЦУ.
Единичные отметки, являющиеся результатом первичной обработки радиолокационной информации, дают лишь приближенные сведения о действительном положении целей. По одиночной отметке нельзя принять решение об обнаружении траектории и тем более оценить такие параметры, как скорость, курс, ускорение цели и т.д.
Вторичная обработка информации о воздушной обстановке состоит в обнаружении траекторий целей по данным нескольких обзоров станции. Основными ее задачами, кроме того, являются: оценка параметров движения целей; вычисление координат текущего и упрежденного положений целей; привязка вновь полученных отметок к обнаруженным траекториям (трассам).
При вторичной обработке информации используются алгоритмы, полученные методами математической статистики. Обнаружение и оценка параметров движения целей осуществляются на основе различных гипотез о законах движения целей.
Траектории движения аэродинамических целей (самолетов, крылатых ракет и т.д.) обычно представляются в виде совокупности участников с прямолинейным равномерным движением и участков маневра. На всех участках используются полиномиальная модель движения цели.
Считается, что на ограниченном промежутке времени каждая координата цели изменяется по линейному закону.
Точный закон движения цели в процессе вторичной обработке остается неизвестным. Причиной этого является наличие помех, которыми являются ошибки измерения координат целей РЛС, ложные отметки и пропуски отметок, случайные флюктуации траекторий относительно генерального курса и др.
В РЛС и АСУ войск ПВО СВ основные задачи вторичной обработки информации решаются приближенными способами с использованием упрощенных алгоритмов. Главное требование к таким алгоритмам - это обеспечение необходимой точности сопровождения при минимальном работном времени и минимальной сложности реализации алгоритмов на ЭВМ.
Таким образом, результатом ВОРЛИ является прокладка трассы движения цели. Процесс прокладки трассы обычно выполняется в два этапа: обнаружение траекторий целей и сопровождение траекторий .
Прокладка трассы цели при ВОРЛИ предполагает реализацию следующего алгоритма:
1. Автоматическое обнаружение цели.
2. Завязка трассы (два съема координат цели в соседних периодах обзора РЛС).
3. Вычисление вектора скорости в прямоугольной системе координат:
(3.4)
4. Вычисление положения строба экстраполяции, то есть по результатам определения текущих координат цели вычисление координат области пространства, в которой следует ожидать цель.
5. Отождествление трассы цели.
6. Сброс трассы цели (при отрицательном отождествлении) или сопровождение цели (при положительном отождествлении).
Пункты 1-5 реализуют этап взятия цели на сопровождение, а при условии положительного отождествления трассы цели начинается этап сопровождения.
Выделенные этапы можно пояснить следующим образом.
Предположим, что в зоне обзора станции обнаружена отметка, которая не может быть отнесена ни к одной сопровождаемой траектории (рис 3.8). Она принимается за первую отметку траектории новой цели. В виду того, что за период обзора Т обз цель не может переместиться на большое расстояние, вторую отметку следует ожидать в пределах кольца с внутренним R min и внешним R max радиусами, рассчитываемыми по каждой из координат по формулам:
, (3.5)
где V min , V mах - минимально и максимально возможные скорости движения сопровождаемых целей по каждой из координат.
 |
Рис.3.8. Пояснение к процессу завязки трассы цели при ВОРЛИ
При выборе значения скорости V min учитывается, что с ее увеличением возрастает вероятность необнаружения малоскоростных целей (например, вертолетов, аэростатов). В то же время с уменьшением V min , в особенности в случаях, когда V min равна нулю, резко увеличивается количество ложных траекторий за счет захвата отражений местных предметов. Значение скорости V mах в основном определяется требованиями, предъявляемыми к системе управления зенитными комплексами. В окончательных значениях R min и R maх принимаются во внимание и возможные ошибки обнаружения координат цели радиолокационной станцией. В связи с необходимостью учета большого числа факторов в АСУ предусматривают несколько пар радиусов R min и R max , конкретные значения которых выбираются боевым расчетом в зависимости от складывающихся условий (типы сопровождаемых целей, позиция РЛС, уровень помех работе станций, точность измерения координат целей и др.).
Кольцо, образованное радиусами R min и R max , имеет площадь S и называется стробом первичного захвата. В очередном обзоре станции в него могут попасть несколько отметок цели, например А 1 ,А 2 ,А 3 . Причем каждая из отметок должна рассматриваться как вторая отметка возможной траектории.
По координатам двух отметок уже можно вычислить составляющие скорости каждой из возможных целей.
Составляющие скорости нужны для расчета ожидаемых (экстраполированных) координат цели в третьем обзоре (на рис. 3.9. экстраполированные положения цели обозначены буквой В ).
Вокруг экстраполированных отметок можно построить новые стробы , которые обычно имеют круговую или прямоугольную форму. Размер стробов определяется в основном исходя из возможных ошибок при экстраполяции и измерении координат отметок и возможным отклонением цели за время Т о от прямолинейного пуска.
Если в какой-либо строб в третьем обзоре попала отметка, то она считается принадлежащей обнаруживаемой траектории. С учетом координат этой отметки уточняются траектории и строятся новые стробы. После выполнения установленного критерия по числу отметок, попавших в последовательно образованных стробов, принимается решение об обнаружении траектории и она передается на сопровождение. Типовыми критериями являются «две из двух», «три из четырех при обязательной второй». Алгоритмы автозахвата по критерию «две из двух» рекомендуется использовать только при работе по низколетящим и баллистическим целям, то есть в условиях острого дефицита времени. В отдельных случаях более выгодным является применение алгоритма, основанного на логике «три из четырех при обязательной второй», поскольку он обеспечивает меньшую вероятность захвата ложной траектории. Дальнейшее увеличение числа анализируемых обзоров нежелательно ввиду возрастания цикла управления АСУ.
Таким образом, в процессе обнаружения траектории выполняются следующие операции: стробирование и селекция отметок в стробе, проверка критерия обнаружения, оценка значений параметров траектории и экстраполяция этих параметров.
Слежение за траекторией цели состоит в последовательной от измерения к измерению привязке к ней вновь полученных отметок и уточнении ее параметров. При автоматическом слежении за траекторией, которое называется автосопровождением, выполняются следующие операции:
Уточнение параметров траектории в процессе привязки новых отметок;
Экстраполяция параметров на момент следующего измерения;
Стробирования зоны возможного положения любых отметок;
Селекция отметок в стробе (при наличии в стробе нескольких отметок).
При попадании в этот строб сопровождения нескольких отметок траектория продолжается по каждой из них. При отсутствии отметки в стробе сопровождения траектория продолжается по соответствующей экстраполированной точке, но очередной строб увеличивается, чтобы учесть возросшие ошибки экстраполяции. Если пропуски отметок в стробах повторяются К раз подряд, траектория прерывается (сбрасывается).
Таким образом, на этапах обнаружения траектории и слежения за ней выполняются фактически одни и те же операции:
Стробирование зоны обнаружения;
Селекция и идентификация отметок в стробе;
Фильтрация и экстраполяция параметров траектории.
В общем случае при принятии решения о сбросе траектории с сопровождения необходимо учитывать не только наличие отметок для ее продолжения, но и ряд других факторов, к которым можно отнести: важность цели; возможности цели изменять свою траекторию в полете; текущие координаты цели; направление ее полета и продолжительность пребывания в зоне обзора РЛС и т.д. Однако учет этих факторов чрезвычайно сложен и не всегда доступен из-за ограниченной производительности вычислительных средств. Поэтому основным критерием при принятии решения о сбросе траектории с сопровождения является появление некоторой пороговой серии Р пропусков отметок в стробах сопровождения. Такой критерий сброса не учитывает индивидуальные особенности каждой траектории, а также не использует информацию о накопленном уровне точности к моменту появления серии пропусков. Единственное существенное его достоинство – простота реализации на ЦВМ соответствующего алгоритма.
§ 3.6. Сбор и обобщение данных о воздушной обстановке (третичная обработка радиолокационной информации)
Данные о воздушной обстановке, поступающие от одного источника, как правило, не знают полной картины о положении и характере действий целей и своих самолетов. Возможности радиолокационной станции по ведению разведки определяются не только ТТХ станции, но и зависят от занимаемой позиции, радиоэлектронного противодействия противника, технического состояния аппаратуры, уровня подготовленности боевого расчета и других факторов.
Поэтому полное представление о воздушной обстановке можно получить лишь в результате обобщения данных, поступающих от нескольких автоматизированных систем РЛС.
Состав и форма представленных данных, поступающих на пункт обработки радиолокационной информации (ПОРИ) в разных системах управления могут существенно отличаться.
В этом сообщении наряду с текущими координатами Х,У,Н , содержится и время локации t л , а также ряд признаков характеризующих цель, точность измерения координат, режимы работы РЛС и системы передачи данных и др.
На ПОРИ производится непосредственно сама третичная обработка радиолокационной информации. Она включает в себя несколько этапов:
Пересчет координат целей и приведение к единой системе координат;
Привязка координат к единому времени;
Отождествление отметок цели;
Усреднение координат.
Обработка поступающих сигналов начинается с распаковки сообщения и записывается в отведенную ему зону памяти оперативного запоминающегося устройства.
Пересчет координат целей в единую систему необходим потому, что каждая РЛС работает в своей системе координат. Началу координат соответствует цент экрана индикатора (точка стояния РЛС).
Пересчет координат позволяет совместить данные нескольких источников и на этой основе решать остальные задачи сообщения обобщенной информации.
Для привязки всех РЛС к единой системе координат приказом старшего начальника назначается условная точка (УТ), относительно которой производится перерасчет точек стояния всех РЛС и ПОРИ (ПУ) (см. рис.3.9). В результате в ЦВС ПОРИ вычисляет координаты целей относительно условной точки.
При решении этой задачи ЦВС реализует следующий алгоритм:
Определение координат целей, обнаруженных РЛС 1;
Определение координат целей, обнаруженных РЛС 2;
Определение параллакса ;
Решение системы уравнений векторов.
 |
Рис. 3.9. Пояснение к пересчету координат целей в единую систему
Результатом реализации такого алгоритма являются координаты обнаруженных целей РЛС1 и РЛС2, рассчитанные относительно УТ.
При сборе, обобщении информации о воздушной обстановке в связи с асинхронной работой радиолокационных станций возникает задача приведения данных к единому времени .
При решении этой задачи один источник информации является основным, второй - дополнительным. Каждый источник выдает текущие координаты цели (Х,У,Н,V х,V у ). При передаче информации производится задержка данных в каналах связи (t з =0,1-0,01%). Момент поступления информации на ПОРИ t и1 и t и2 фиксируется путем считывания и запоминания показаний электронного счетчика, при этом имеет место запаздывания t зап = t и2 – t и1 . (рис.3.10).
Определение временных интервалов производится относительно импульсов синхронизации ПОРИ.
Чтобы привести данные в единую систему времени производится компенсация t заn при расчете времени прихода информации от каждой РЛС.
Рис. 3.11. Пояснение к решению задачи отождествления отметок цели
Размер строба отождествления зависит от точности вспомогательного источника информации, наличия пропуска отметок цели, характера движения цели (может быть больше, а может быть меньше радиусом).
Далее производится проверка условия попадания целей других источников в эти стробы отожествления. При условии попадания отметки со второй (не основной) станции в строб отожествления, данные этих целей в ЦВМ АСУ усредняются и выдаются на экран в виде одной отметки о цели. Усреднение производится методом расчета среднего арифметического значения по каждой из координат.
Таким образом, результатом всех этапов третичной обработки является созданная в ЦВС динамическая модель воздушной обстановки в границах группировки РТВ, обеспечивающая наиболее полное использование боевых возможностей огневых средств ПВО при отражении ударов воздушного противника.
Диаграммой направленности антенны (ДНА) называется график зависимости мощности, излучаемой антенной, от направления излучения. Обычно измеряется на уровне 0,7 (по амплитуде) или 0,5 (по мощности) от максимума излучения. Характеризуется осью диаграммы (равносигнальным направлением) – направление максимума излучения.
Контрольный сигнал «пилот» представляет собой радиоимпульс малой мощности и служит для автоматической настройки коэффициентов усиления приемника.
Параллаксом называется расстояние между двумя объектами – РЛС1 и РЛС2
Предисловие к изданию на русском языке
Предисловие редактора
Предисловие
Список используемых обозначений
Глава 1. Введение
1.1. Цифровая обработка информации в РЛС
1.1.1. Классификация РЛС
1.1.2. Общие сведения о функциональных элементах РЛС
1.1.3. Принципы построения РЛС с сопровождением в режиме обзора
1.2. Обработка данных в РЛС с ФАР
1.2.1. ФАР с электронным сканированием
1.2.2. Использование ФАР в РЛС
1.2.3. Контроллер
1.2.4. Сопровождение целей с использованием ФАР
1.3. Обработка данных в сетях РЛС
1.3.1. Примеры радиолокационных сетей
1.3.2. Способы обработки данных
1.3.3. Двухпозиционные РЛС и сети двухпозиционных РЛС
1.4. Фильтры сопровождения
1.4.1. Общие положения теории систем
1.4.2. Теория статистической фильтрации
1.4.3. Применение теории фильтрации
1.5. Применение систем ЦОРИ в РЛС
1.5.1. Примеры применения ЦОРИ
1.6. Заключение
Глава 2. Математический аппарат теории оценивания и фильтрации
2.1. Введение в теорию оценивания
2.1.1. История вопроса
2.1.2. Основные определения
2.1.3. Классификация задач оценивания
2.1.4. Критерий наименьших квадратов
2.1.5. Критерий минимума средней квадратической ошибки
2.1.6. Критерий максимального правдоподобия
2.1.7. Критерий максимальной апостериорной вероятности (байесовский критерий)
2.2. Подробное рассмотрение оценивания по критерию минимума средней квадратической ошибки в параметрических задачах
2.2.1. Общее решение задачи оценивания по критерию минимума средней квадратической ошибки
2.2.2. Линейный оцениватель по критерию минимума средней квадратической ошибки
2.3. Оценивание по критерию минимума средней квадратической ошибки в динамических задачах
2.3.1. Модели систем
2.3.2. Фильтрация, экстраполяция и сглаживание
2.3.3. Линейная экстраполяция и фильтрация при оценивании по критерию минимума средней квадратической ошибки
2.4. Калмановская фильтрация
2.4.1. Дискретный калмановский фильтр и экстраполятор
2.4.2. Численный пример
2.4.3. Стационарный режим работы калмановского фильтра
2.5. Адаптивная фильтрация
2.5.1. Введение
2.5.2. Чувствительность и расходимость калмановского фильтра
2.5.3. Байесовские методы адаптивной фильтрации
2.5.4. Субоптимальные небайесовские адаптивные фильтры
2.6. Нелинейная фильтрация
2.6.1. Введение
2.6.2. Расширенный калмановский фильтр
2.6.3. Другие субоптимальные методы фильтрации
2.7. Заключение
Глава 3. Система сопровождения целей в режиме обзора
3.1. Введение
3.2. Принципы построения систем СЦРО
3.2.1. Структура файлов данных
3.2.2. Формирование и обновление карты отражений от местных предметов
3.3. Математические модели датчика и траектории цели
3.3.1. Система координат
3.3.2. Радиолокационные измерения
3.3.3. Модель цели
3.4. Фильтры сопровождения
3.4.1. Применение калмановского алгоритма
3.4.2. а-B-алгоритм
3.4.3. Двумерная задача
3.4.4. Адаптивный метод сопровождения маневрирующей цели
3.5. Привязка отметок к траекториям
3.5.1. Алгоритмы сопоставления и привязки отметок к траекториям
3.5.2. Форма и размеры корреляционных стробов
3.6. Методы завязки траектории
3.6.1. Характеристики алгоритмов завязки траектории
3.6.2. Метод скользящего окна
3.6.3. Пример применения алгоритма
3.6.4. Форма и размеры стробов завязки траектории
3.7. Заключение
Глава 4. Алгоритмы сопровождения
4.1. Введение
4.2. Основные особенности базового фильтра сопровождения
4.2.1. Подход Сингера
4.2.2. Полумарковский подход
4.2.3. Нелинейная фильтрация данных радиолокационных измерений
4.3. Адаптивная фильтрация при сопровождении маневрирующей цели
4.3.1. Алгоритм обнаружения маневра
4.3.2. Способы реализации адаптивности
4.4. Фильтрация в условиях отражений от местных предметов
4.4.1. Оптимальный байесовский подход
4.4.2. Субоптимальные алгоритмы
4.4.3. Совместная оптимизация обработки сигналов и радиолокационных данных
4.5. Фильтрация при наличии нескольких целей
4.5.1. Случай двух пересекающихся траекторий
4.5.2. Оптимальный и субоптимальный фильтры сопровождения
4.5.3. Сопровождение групповой цели (боевого порядка)
4.6. Сопровождение с использованием результатов измерений радиальной скорости
4.6.1. Сопровождение одиночной цели при отсутствии помех
4.6.2. Сопровождение одиночной цели на фоне отражений от местных предметов
4.6.3. Случай двух пересекающихся траекторий
4.6.4. Линейная обработка измерений радиальной скорости
4.7. Активное сопровождение с использованием фазированной антенной решетки
4.7.1. Адаптивное управление темпом обновления траектории
4.7.2. Сопровождение нескольких целей с использованием перекрывающихся последовательностей импульсов
4.8. Бистатические системы сопровождения
4.8.1. Структура фильтра сопровождения
4.8.2. Сравнительный анализ моностатической и бистатической РЛС
4.9. Заключение
Список литературы
Список работ, переведенных на русский язык
Дополнение. Новые методы обработки информации в пространстве состояний на основе теории оценивания (Юрьев А. Н., Бочкарев Л. М.)
Д.1. Общие вопросы фильтраций и оценивания
Д.2. Обнаружение и различение траекторий целей
Д.З. Сопровождение маневрирующей цели
Д.4. Сопровождение нескольких целей
Д.5. Сопровождение целей с использованием нескольких датчиков
Список литературы к дополнению