Системы обработки и трансляции радиолокационной информации

5.1 Аппаратура первичной обработки информации

Важной особенностью использования первичных и вторичных РЛС в АС УВД является их сопряжение с ЭВМ, размещаемой в центре УВД и удаленной от радиолокационных позиций в ряде случаев на несколько сотен километров. В связи с этим необходимо обеспечить извлечение полезной информации из аналогового радиолокационного сигнала, поступающего с выхода РЛС, преобразование этой информации в цифровую форму и передачу ее в центр УВД. Эти функции выполняет аппаратура первичной обработки радиолокационной информации (АПОИ). Кроме того, эта аппаратура обеспечивает очистку радиолокационного сигнала от помех для получения высокой достоверности извлекаемой информации и сокращения избыточности этой информации. Первичная, вторичная РЛС и АПОИ размещаются на радиолокационной позиции и образуют радиолокационный комплекс.

Первичная обработка радиолокационных сигналов импульсных РЛС осуществляется в каждом периоде обзора РЛС. Исходными материалами для этой обработки являются аналоговые сигналы непосредственно с выхода приемного устройства или предварительно обработанные и очищенные от помех в системе цифровой обработки сигналов и адаптации РЛС. Кроме того, в АПОИ используются такие сигналы, как импульсы запуска передатчика РЛС, сигналы, содержащие информацию о текущем азимутальном положении антенны РЛС, сигналы формирования зоны обнаружения и др. АПОИ выполняет все функции автоматически, включая обнаружение целей и измерение координат, то есть в ней реализуется функция автоматического съема координат целей.

При этом осуществляется обработка пачки сигналов, отраженных от каждой цели, то есть межпериодная обработка радиолокационного сигнала, и вследствие накопления энергии обеспечивается высокое качество извлекаемой информации.

В современных АПОИ применяется, кроме межпериодной, межобзорная обработка информации за несколько периодов обзора РЛС. Последняя позволяет получить дополнительное снижение вероятности ложных тревог.

Основными функциями схемы АПОИ являются: обнаружение целей и измерение их координат по сигналам первичного радиолокатора (ПРЛ); обнаружение целей и измерение их координат по сигналам ВРЛ; обработка сигналов дополнительной информации ВРЛ; межобзорная обработка информации ПРЛ; отождествление и объединение координатной информации ПРЛ и ВРЛ, привязка дополнительной информации к объединенной координатной; преобразование полярных координат целей в прямоугольные; формирование стандартных сообщений о целях, контурах метеообразований и передача их в АПД. Кроме того, АПОИ обеспечивает: передачу данных автоматического радиопеленгатора (АРП) в аппаратуру передачи данных (АПД); прием и передачу данных о бланкируемых областях зоны обнаружения и передачу данных об азимутальном положении антенн.

Принцип действия АПОИ (рис. 5.1) заключается в следующем.

На вход АПОИ поступают аналоговые сигналы от ПРЛ и ВРЛ, несущие информацию о целях и метеообразованиях в зоне действия РЛК. Кроме того, от ПРЛ поступают сигналы синхронизации и другие сигналы, необходимые для работы АПОИ.

Аналоговые сигналы Осн.А, Доп.А, СДЦ, Метео, снимающиеся с выхода ПРЛ, поступают на соответствующие каналы устройства квантования, где происходит раздельное квантование этих сигналов по амплитуде и дискретизация по времени. После выбора двоично-квантованного сигнала (А или СДЦ) производится окончательный выбор одного из сигналов А или СДЦ на основе динамической цифровой карты помех, очистка сигнала от помех и критерийная обработка с помощью устройства “движущегося окна”, в результате которого принимается решение о наличии (или отсутствии) цели и измерении ее координат – дальности и азимута.

 

 

Рис. 5.1. Структурная схема АПОИ:

УК – устройство квантования; УОС ПРЛ – устройство обработки сигналов ПРЛ; УОМ – устройство обработки Метео; УС – устройство синхронизации; УУК – устройство управления критериями; УУ и АВК – устройство управления и автоматического встроенного контроля; ККУ – канал управления и контроля; УПК – устройство проверки кодов; СВ – специализированный вычислитель; УС и АПД – устройство сопряжения с аппаратурой передачи данных

В устройстве обработки Метео осуществляется обработка двоично-квантованного сигнала Метео, в результате которой измеряются координаты метеообразований. В канале ВРЛ АПОИ производится обработка информации, поступающей от ВРЛ. Устройство обработки сигналов ВРЛ осуществляет критерийную обработку координатных сигналов ВРЛ с помощью устройства “движущегося окна”, очистку от помех дополнительной информации и условное кодирование дальности для этой информации.

Объединение информации ПРЛ и ВРЛ осуществляется программным способом в специализированном вычислителе (СВ). Это устройство производит отождествление координатной информации ПРЛ и ВРЛ, привязку дополнительной информации ВРЛ к объединенной координатной, межобзорную обработку неотождествленных пакетов двоично-квантованных сигналов ВРЛ для выделения двоично-квантованного сигнала (ДКС) движущихся целей и подавления сигналов неподвижных целей. СВ обеспечивает хранение информации в течение необходимого времени, формирование стандартных сообщений и передачу их в АПД.

Аппаратура передачи данных, подключаемая к выходу АПОИ, обеспечивает передачу обработанной радиолокационной информации со скоростью 2400 бит/c по двум независимым четырехпроводным каналам в центр УВД.

Главными особенностями рассматриваемого варианта АПОИ являются:

- квантование по амплитуде входных сигналов ПРЛ на два уровня и автоматического выбора порога в зависимости от текущей помеховой обстановки;

- автоматический выбор сигналов А или СДЦ (ПРЛ) на основе динамической цифровой карты помех;

- применение алгоритма безвесовой (критерийной) обработки двоичных квантованных сигналов ПРЛ при автоматическом выборе критериев и конца пакетов ДКС в зависимости от текущей помеховой обстановки;

- применение алгоритма критерийной обработки декодированных координатных сигналов ВРЛ;

- применение СВ, обеспечивающего выполнение ряда операций обработки информаций ПРЛ и ВРЛ программным способом.

Первая особенность связана с применением одного из методов стабилизации уровня ложных тревог, который заключается в автоматической подстройке порога квантования по амплитуде аналогового сигнала ПРЛ в зависимости от текущей помеховой обстановки. Метод реализуется с помощью двухканальной схемы амплитудного квантования. Аналоговый сигнал ПРЛ подается одновременно на входы двух квантователей с регулируемыми порогами: «медленным» и «быстрым» в зависимости от постоянной времени регулирования.

Выбор того или иного канала квантования производится с помощью анализатора помеховой обстановки, который сравнивает число единиц в двоично-квантованных сигналах на выходах квантователей за определенный интервал времени. При превышении числа единиц канала с “быстрым” порогом числа единиц канала с “медленным” порогом в определенное число раз производится выбор первого канала и ДКС с выхода этого канала поступает в тракт дальнейшей обработки.

Вторая особенность связана с выбором для межпериодной обработки одного из ДКС типа А или СДЦ. Этот выбор производится автоматически с помощью динамической цифровой карты помех. Заполнение карты осуществляется в течение одного обзора путем сравнения уровня помех на выходах каналов А и СДЦ. Если в некоторой ячейке секторизации уровень помех на выходе канала А превышает уровень помех на выходе канала СДЦ в определенное число раз, то в соответствующую ячейку памяти карты помех записывается логическая единица.

Третья особенность состоит в том, что в качестве признака, по которому можно отличить цель от помех, используется плотность единиц ДКС в определенном интервале времени.

В этом случае АПОИ производит проверку входного радиолокационного сигнала по совокупности критериев, отфильтровывая сначала все сигналы, амплитуда которых меньше определенного уровня, затем все оставшиеся сигналы, которые не удовлетворяют критерию длительности импульсов, и, наконец, от оставшихся отфильтровываются сигналы, которые не удовлетворяют критерию протяженности пакета единиц ДКС по азимуту. Реализация такой критерийной обработки в сравнении с весовой обработкой позволяет существенно упростить аппаратуру и обеспечить заданные требования по качеству функционирования и универсальности АПОИ. При критерийной обработке обнаружение цели и измерение ее координат производятся после проверки принятого сигнала по критерию протяженности пакета единиц ДКС по азимуту для заданного кольца дальности. Здесь используется критерий обнаружения k из n. Указанные особенности АПОИ обеспечивают адаптивные свойства этой аппаратуры. В табл. 5.1 приведены данные АПОИ, находящихся в настоящее время на эксплуатации.

 

Параметры АПОИ

Таблица 5.1

Параметр	СХ-1100 Datasaab Швеция	Вуокса СССР	АПОИ-2
Вероятность обнаружения при Pл.т.=10-6	0,9	0,92	0,96
Вероятность дробления пакетов	0,04	0,02	0,001
Среднеквадратическая погрешность определения координат цели: ПРЛ по азимуту ПРЛ по дальности ВРЛ по азимуту ВРЛ по дальности	- - 400 м	13¢ 30¢ 200 м	8¢ 15¢ 250 м
Разрешающая способность ПРЛ по азимуту ПРЛ по дальности ВРЛ по азимуту ВРЛ по дальности	63И 220 м 63И 800 м	43И 400 м 43И 1 км	83И 400 м 83И 600 м
Вероятность потерь правильной дополнительной информации	0,05	0,04	0,08
Вероятность искажения дополнительной информации	10-2	10-2	0,02
Число целей на одном азимуте
Число каналов обработки
Наработка на отказ	900 ч	1400 ч	4000 ч

5.2. Устройство квантования сигналов ПРЛ

На рис. 5.2 показана структурная схема квантования сигналов первичной РЛС, являющаяся одним из основных элементов АПОИ (рис. 5.1)

 

кан. помехи

 

1

 

Рис. 5.2 Схема устройства квантования сигналов первичной РЛС

 

В устройстве квантования сигнала Осн.А можно выделить два одинаковых по структуре канала: помехи и шума. Различие данных каналов заключается в способе формирования пороговых уровней квантования видеосигнала по амплитуде. Видеосигнал Осн.А поступает одновременно на входы схем «быстрого» порога СБП и схем «медленного» порога СМП, на выходах которых формируются квантованные по амплитуде на два уровня сигналы. Квантованные сигналы проходят последовательно устройства объединения сигналов УОС и коммутаторы А/СДЦ, в которых осуществляется объединение сигнала Осн.А с квантованным сигналом Доп.А и затем выбор одного из двух квантованных сигналов объединенного сигнала А и СДЦ. Управление работой УОС производится с помощью сигналов, поступающих от ПРЛ. Управление работой коммутатора А/СДЦ осуществляется с помощью сигналов, поступающих от цифровой карты помех АПОИ.

Квантованный сигнал А (или СДЦ) поступает на вход дискриминатора длительности импульсов (ДДИ), в котором осуществляется селекция по длительности. На выходе ДДИ формируется сигнал разрешения на дальнейшую работу.

Со входа ДДИ сигнал А (СДЦ) подается также на схему временной дискретизации СВД, где осуществляется:

- «привязка» стандартных импульсов к соответствующим тактовым импульсам ТИ;

- формирование кода поправки для точного измерения дальности;

- формирование признака перекрытия при попадании переднего фронта входного сигнала в зону перекрытия, находящуюся в конце каждого элемента дальности.

Сигнал ДКС, код поправки и маркер перекрытия поступают далее на соответствующие регистры сдвига, с помощью которых осуществляется их запоминание на определенное время.

 

5.3. Устройство обработки и объединения сигналов ПРЛ и ВРЛ

К устройствам обработки и объединения сигналов ПРЛ и ВРЛ относятся: устройства обработки сигналов ПРЛ, Метео, ВРЛ, проверки кодов ВРЛ и специализированный вычислитель. Устройство обработки сигналов ПРЛ (рис. 5.3) выполняет следующие функции: обнаружение сигналов целей; измерение дальности и азимута каждой цели; устранение «дробления» полезного сигнала из-за перекрытия входным видеосигналом двух смежных элементов дальности.

Первая функция выполняется с помощью критерийного цифрового обнаружения, использующего критерий плотности «единиц» ДКС и критерий протяженности пачки ДКС по азимуту. При этом сигнал считается обнаруженным, если выполняются оба названных критерия.

Особенностью современных АПОИ является использование алгоритмов безвесовой (критерийной) обработки пачки сигналов, отраженных от цели. Это объясняется тем, что на практике пачка ДКС, полученная в результате амплитудного квантования отраженных сигналов, является прерывистой в силу действия помех и алгоритмы безвесовой обработки оказываются более эффективными по сравнению с алгоритмами весовой обработки. Кроме того, такие алгоритмы характеризуются простотой технической реализации и универсальностью. При безвесовой обработке производится обнаружение и фиксация начала пачки ДКС по критерию «к» из «n», фиксация конца пачки ДКС по критерию - ℓ нулей подряд. Обнаружение начала пачки ДКС осуществляется отдельно для каждого элемента дальности с помощью устройства «движущегося окна», ДОК, счетчика Сч и цифрового порогового устройства (ПУ). Входной ДКС предварительно обрабатывается в схеме предотвращения пропуска цели, состоящей из логической схемы ИЛИ и триггера Тг.

 

 

.

ТИ(∆t), ТИ (Тп)

ОЗУ

Выход , , ∆

 

2-8р

1-8р

1

Θа

Вычислитель азимута

РС   1 2 9

∆Θ

ДКС

ИЛИ

Цель есть

запрет сдвига

 

МП

Тг

Сч

∆Θ

ПУ2

н

ПУ1

ЛУ

ТИ(∆t)

R

 

 

 

Рис. 5.3 Структурная схема устройства обработки сигналов ПРЛ:

РС - регистр сдвига; ВА - вычислитель азимута

 

Рассмотрим работу устройства «движущегося окна», При вращении антенны РЛС по азимуту с постоянной скоростью формируется пачка из n ДКС, соответствующая одной цели. Максимальное число n определяется шириной ДНА в горизонтальной плоскости, периодом повторения зондирующих импульсов и скоростью вращения антенны РЛС. Момент появления первого ДКС пачки заранее не известен, так как зависит от измеряемых дальности и азимута цели. Устройство ДОК выполняет функцию хранения ДКС, полученных в смежных периодах зондирования, и обеспечивает выдачу хранимой информации для любого элемента дальности при неизвестном времени появления пачки ДКС. По мере перемещения диаграммы направленности по азимуту хранимая в регистре сдвига ДОК информация обновляется путем сдвига вправо содержимого всех разрядов в такт с импульсами ТИ (Тп) и затем помещается в освободившийся первый разряд ДКС, полученного в текущем периоде зондирования. Очевидно, содержимое регистра сдвига полностью обновляется за n периодов зондирования. Регистр сдвига можно рассматривать как «движущееся окно», которое перемещается по азимуту синхронно с вращением антенны РЛС и обеспечивает «просмотр» n смежных азимутальных позиций для одного элемента (кольца) дальности.

Регистр сдвига обеспечивает хранение информации только для одного элемента дальности. Для числа элементов дальности N=Tп/t требуется иметь большое число таких регистров. В ряде современных АПОИ для всех элементов дальности используется общий регистр сдвига. В этом случае хранение информации для всех элементов осуществляется в восьмиразрядных ячейках ОЗУ, а регистр сдвига используется поочередно для обновления этой информации. Требуемый объем памяти ОЗУ составляет Q=(n-1)N (бит), где n – число периодов зондирования; N – число элементов дальности. Обработка пачки ДКС, полученной в некотором элементе дальности, производится подсчетом числа единиц на n смежных азимутальных позициях и сравнением полученной суммы с пороговым значением k. Если сумма равна или больше k, то на выходе порогового устройства ПУ вырабатывается признак начала пачки Н (логическая единица).

Вычисление оценки азимута цели производится в вычислителе азимута (рис. 5.3) следующим образом. С выхода ПУ1 в вычислитель азимута поступает признак начала пачки Н, который используется как сигнал отсчета азимута н. При этом из регистра а текущий азимут антенны переписывается в соответствующую данному элементу дальности ячейки ОЗУ.

При наличии сигнала «Цель есть» на выход устройства обработки сигналов ПРЛ поступает оценка дальности Д вместе с поправкой точной дальности Д, определяемые по номеру элемента дальности, в котором обнаружена цель, и оценка азимута при наличии признака перекрытия и сигнала «Цель есть». Устройство обработки сигналов Метео обеспечивает формирование сигналов «контуров» метеообразований для передачи в центр УВД.

Первичная обработка метеосигналов производится раздельно для двух уровней квантования по амплитуде с целью получения контуров метеообразований с двумя градациями по мощности. При формировании сигналов границ метеообразований используется цифровой обнаружитель типа «k из n».

В устройстве проверки кодов канала ВРЛ производится проверка правильности кодов ИКАО с целью очистки входного сигнала от несинхронных помех. Проверка кодов России не производится.

В устройстве обработки сигналов ВРЛ используется та же величина элементов дальности и такая же система критериев, что и в устройстве обработки сигналов ПРЛ. На входе канала ВРЛ формируются коды азимута, дальности и азимутальной ширины пачки ДКС, признанной в качестве отметки от цели, и коды дополнительной информации, которые передаются в специализированный вычислитель для объединения с информацией первичной РЛС.

 

 

Основные функции специализированного вычислителя (СВ):

- прием и временное хранение информации ПРЛ и ВРЛ;

- отождествление пачек ДКС ПРЛ и ВРЛ;

- отождествление пачек ДКС ВРЛ и дополнительной информации;

- формирование выходных сообщений;

- формирование информации для устройства управления критериями.

Вспомогательные функции СВ:

- генерирование контрольных сигналов для ряда других устройств АПОИ;

- прием и обработка управляющей информации из центра УВД.

 

5.4. Устройство управления, контроля и трансляции АПОИ

В состав канала управления и контроля АПОИ входят устройства: синхронизации; управления критериями; управления и автоматического встроенного контроля (АВК).

Устройство синхронизации обеспечивает формирование различных синхронизирующих и тактовых импульсов, например, масштабные импульсы и импульсы формирования кода поправки. Источником опорного колебания является общий задающий генератор с кварцевой стабилизацией частоты ( 16 МГц). Различные тактовые последовательности формируются из опорного сигнала делением частоты с помощью делителей.

Устройство управления критериями обеспечивает прием из специализированного вычислителя различных критериев обработки для каналов ПРЛ и ВРЛ, которые вырабатываются в вычислителе. Критерии могут изменяться независимо для четырех зон по дальности.

Устройство управления в АВК обеспечивает управление работой аппаратуры и ее диагностирование. В частности, с помощью этого устройства осуществляются: индикация состояния аппаратуры в рабочем режиме; контроль и ввод информации в режиме отладки; выдача сигналов о состоянии аппаратуры на пульт оператора; прием от СВ информации о контрольных точках и генерация сигналов имитации целей для каналов ПРЛ и ВРЛ; обнаружение некоторых типов отказов и контроль общей работоспособности аппаратуры. Контроль отдельных устройств производится по определенной программе подключением их к выходам имитатора сигналов. Имеются три типа имитатора – координатных сигналов (ИКС), дополнительной информации ВРЛ (ИДИ) и синхросигналов (ИСС).

Для задания контрольных точек для СВ служат тестовые программы. Обработанная радиолокационная информация с выхода СВ через устройство сопряжения поступает в АПД, которая обеспечивает ее трансляцию по узкополосным проводным линиям связи в центр УВД. От каждой радиолокационной позиции передача информации обычно осуществляется по двум стандартным телефонным каналам связи со скоростью 1200 или 2400 бит/с.

В зависимости от скорости передачи информации используется двух или четырехфазная дифференциальная модуляция несущей частоты сигнала, равной 1800Гц.