雷达原理第4章雷达终端显示器和录取设备

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1、第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器 4.2 距离显示器距离显示器 4.3 平面位置显示器平面位置显示器 4.4 计算机图形显示计算机图形显示 4.5 雷达数据录取雷达数据录取 4.6 综合显示综合显示 4.7 光栅扫描雷达显示光栅扫描雷达显示 第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器 4.1.1 显示器的主要类型显示器的主要类型 雷达终端显示器根据完成的任务可分为:距离显示器、平面显示器、高度显示器、情况显示器和综合显示器、光栅扫描显示器等。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 1.

2、距离显示器距离显示器 常用的距离显示器有三种基本类型。其画面如图4.1所示,其中(a)为A型显示器,(b)为J型显示器,(c)为A/R型显示器。距离显示器显示目标的斜距坐标,它是一度空间显示器,用光点在荧光屏上偏转的振幅来表示目标回波的大小,所以又称为偏转调制显示器。A型显示器为直线扫掠,扫掠线起点与发射脉冲同步,扫掠线长度与雷达距离量程相对应,主波与回波之间的扫掠线长代表目标的斜距。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 J型显示器是圆周扫掠,它与A型显示器相似,所不同的是把扫掠线从直线变为圆周。目标的斜距取决于主波与回波之间在顺时针方向扫掠线的弧长。A/R型显示器有两条扫掠线。上面一条扫掠线

3、和A型显示器相同,下面一条是上面扫掠线中一小段的扩展,扩展其中有回波的一小段可以提高测距精度,它是从A型显示器演变而来的。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.1 三种距离显示器的画面(a)A型显示器;(b)J型显示器;(c)A/R显示器主波回波距离主波回波主波回波(a)(b)(c)第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2.平面显示器平面显示器 平面显示器显示雷达目标的斜距和方位两个坐标,是二维显示器。它用平面上的亮点位置来表示目标的坐标,属亮度调制显示器。平面显示器是使用最广泛的雷达显示器,因为它能够提供平面范围的目标分布情况,这种分布情况与通用的平面地图是一致的。显示器的图像如图4

4、.2所示。方位角以正北为基准(零方位角),顺时针方向计量;距离则沿半径计量;圆心是雷达站(零距离)。图的中心部分大片目标是近区的杂波所形成的,较远的小亮弧则是动目标,大的是固定目标。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.2 平面显示器的图像 正北方位角第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 平面显示器既可以用极坐标显示距离和方位,也可以用直角坐标来显示距离和方位,若为后者，则其画面如图4.4所示,称为B式显示器,它以横坐标表示方位,纵坐标表示距离。通常方位角不是取整个360,而是取其中的某一段,即雷达所监视的一个较小的范围。如果距离也不取全程,而是某一段,这时的B式就叫做微B显示器。在观

5、察某一波门范围以内的情况时可以用微B显。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.3 偏心PPI显示器 距离方位第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.4 B式显示器的图像 方位距离第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 3.高度显示器高度显示器 这种显示器用在测高雷达和地形跟随雷达系统中,统称为E式显示器,如图4.5所示,横坐标表示距离,纵坐标表示仰角或高度,表示高度者又称为RHI显示器。在测高雷达中主要用RHI显示器。但在精密跟踪雷达中常采用E式,并配合B显使用。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.5 高度显示器的两种型式 仰角距离距离高度第 4 章 雷达终端显示器和录取

6、设备 4.情况显示器和综合显示器情况显示器和综合显示器 随着防空系统和航空管制系统要求的提高及数字技术在雷达中的广泛应用,出现了由计算机和微处理机控制的情况显示器和综合显示器。情况显示器和综合显示器是安装在作战指挥室和空中导航管制中心的自主式显示装置,它在数字式平面位置显示器上提供一幅空中态势的综合图像,并可在综合图像之上叠加雷达图像。图4.6示出综合显示器的画面,其中雷达图像为一次信息,综合图像为二次显示信息,包括表格数据、特征符号和地图背景,例如河流、跑道、桥梁及建筑物等。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.6 综合显示器画面示意 AF-16-3AF-61-5MF9-5AF-16

7、-37BF-92009V4CF-3-99005目标表格闪光点距标跑道桥梁河流CF-0713-32第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 5.光栅扫描雷达显示器光栅扫描雷达显示器 近年来随着电视扫描技术和数字技术的发展,出现了多功能的光栅扫描雷达显示器。数字式的光栅扫描雷达显示器与雷达中心计算机和显示处理专用计算机构成一体,具有高亮度、高分辨率、多功能、多显示格式和实时显示等突出优点,既能显示目标回波的二次信息,也能显示各种二次信息以及背景地图。由于采用了数字式扫描变换技术,通过对图像存贮器(RAM)的控制,可以实现多种显示格式画面,最多可达20多种画面,包括正常PPI型、偏心PPI型、B型、E型

8、等。图4.7示出典型的机载雷达光栅扫描显示器对地扫描状态的显示画面。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.7 典型的机载雷达对地扫描状态显示画面 300DT606603 天线俯仰扫描线；天线波束俯仰标志；目标；航标线；距离标志；距离量程值；状态标志；天线方位扫描线；天线方位标志第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.1.2 对显示器的主要要求对显示器的主要要求 雷达对显示器的要求是由雷达的战术和技术参数决定的,通常有以下几点:1)显示器的类型选择 显示器类型的选择主要根据显示器的任务和显示的内容,例如显示目标斜距采用A型、J型或A/R型;显示距离和方位采用P型;在指挥部和航空管制中心

9、则选用情况显示器和综合显示器。2)显示的坐标数量、种类和量程 这些参数主要根据雷达的用途和战术指标来确定。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 3)对目标坐标的分辨力 这是指显示器画面上两个相邻目标的分辨能力。光点的直径和形状将直接影响对目标的分辨力,性能良好的示波管的光点直径一般为0.3 0.5 mm。此外,分辨力还与目标距离远近天线波束的半功率宽度和雷达发射脉冲宽度等参数有关。4)显示器的对比度 对比度是图像亮度和背景亮度的相对比值,以百分数表示为%100背景亮度背景亮度图像亮度对比度对比度的大小直接影响目标的发现和图像的显示质量,一般要求在200%以上。第 4 章 雷达终端显示器和录取设

10、备 5)图像重显频率 为了使图像画面不致闪烁,要求重新显示的频率必须达到一定数值。闪烁频率的门限值与图像的亮度,环境亮度,对比度和荧光屏的余辉时间等因素有关,一般要求达到2030次每秒。6)显示图像的失真和误差 有很多因素使图像产生失真和误差,例如扫描电路的非线性失真,字符和图像位置配合不准确等。在设计中要分析产生失真和误差的原因,加以补偿和改善措施。此外,还有显示器的体积、重量、环境条件、电源电压及功耗等要求。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.2 距距 离离 显显 示示 器器 4.2.1 A型显示器型显示器 1.A型显示器画面及示波管的各极波形型显示器画面及示波管的各极波形 A型显示

11、器的典型画面如图4.8所示,画面上有发射脉冲(又称主波)、近区地物回波和目标回波,还有距离刻度,这个刻度可以是电子式的,也可以是机械刻度尺。A型显示器实际上是一个同步示波器。雷达发射脉冲(主波)瞬间,电子束开始从左到右线性扫掠,接收机输出的回波信号显示在主波之后,二者之间距与回波滞后时间成比例。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.8 A型显示器画面 0 10 2030 40 50 60 708090100发射脉冲近区地物回波目标回波机械距离刻度第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.9 A型显示器各极波形及时间关系(a)示波管各极波形;(b)波形时间关系 X 扫描刻度辉亮移动距

12、标回波X 扫描 重复周期探测脉冲锯齿波辉亮信号距离刻度移动距标回波信号 工作期停止期辉亮匿影(a)(b)第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.10 A型显示器的方框图 方 波产生器锯齿电压形成电路差 分放大器振铃电路移动距标形成限幅放大辉亮放大刻度形成视 频放大器回波信号触发脉冲第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 3.方框图说明方框图说明 在图4.10中各部分的电路已在有关课程学过,这里只着重说明各部分的联系和特点,下面讨论扫掠产生电路,移动距标产生的方法。1)扫掠产生电路 扫掠产生电路的任务是产生锯齿电压波并加在示波管水平偏转板上,使电子束从左至右均匀扫掠,从而形成水平扫掠线。扫掠

13、线中有几个重要参数需着重考虑:(1)扫掠长度L。为了使用上方便,通常使扫掠长度为荧光屏直径的80%左右,例如直径为13 cm的示波管,一般取扫掠线长为10 cm,即L=0.8 D,D为示波管的荧光屏直径。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 (2)距离量程。它的意义是扫描线总长度L所表示的实际距离数值。最大量程对应雷达的最大作用距离。为了便于观察,一般距离显示器有几种量程,分别对应雷达探测范围内的某一段距离。用相同的扫掠长度表示不同的距离量程,意味着电子束扫掠速度不同或者说锯齿电压波的斜率不同。(3)扫掠直线性好。要求锯齿电压波在工作期内电压变化的速率接近一常数,若这时采用均匀的固定距离刻度来

14、测读,则可以得到较高的测距精度。此外,还要求扫掠电压有足够的锯齿电压幅度,扫掠电压的起点要稳定,扫掠锯齿波的恢复期(即回程)尽可能地短。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2)移动距标的产生 用移动距标测量目标距离,就要设法产生一个对主波延迟可变的脉冲作为距标。调节距标的延迟时间(并能精确读出),使距标移动到回波的位置上,就可根据距标迟后主波的时间tR算出目标的距离R(R=1/2ctR,这里c为光速)。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.2.2 A/R显示器显示器 在A型显示器上,我们可以控制移动距标去对准目标回波,然后根据控制元件的参量(电压或轴角)而算得目标的距离数据。由于人的固有

15、惯性,在测量中不可能做到使移动距标完全和目标重合,它们之间总会有一定的误差l,这个误差我们称为重合误差。对于不同的量程,重合误差l对应的距离误差R将不同。例如,A型显示器扫掠线长度为100mm,重合误差l=1 mm,当其量程Rm为100km时,l引起的误差为1km,如果量程为1 km,则l引起的距离误差只有10 m。但减小量程后,不能达到有效地监视雷达全程的目的。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 1.A/R型显示器画面型显示器画面 A/R型显示器画面如图4.11所示,画面上方是A扫掠线,下方是R扫掠线。在图中A扫掠线显示出发射脉冲、近区地物回波以及目标回波1和2。R扫掠线显示出目标2及其附

16、近一段距离的情况,还显示出精移动距标。精移动距标以两个亮点夹住了目标回波2。通常在R扫掠线上所显示的那一段距离在A扫掠线上以缺口方式、加亮显示方式或其它方式显示出来,以便使用人员观测。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.11 A/R显示器画面 发射脉冲近区地物回波目标回波目标回波移动距标A型（显示全量程）R型（显示一小段）122第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2.A/R型显示器的组成型显示器的组成 A和R显示器是配合使用的,R显示器只显示A显示器中的一小段距离的信息,它们之间有严格的时间关系。图4.12是一种实用的A/R型显示器的方框图,这里采用两个单枪示波管。图4.13是波形

17、时间关系,波形的标号与方框图中的标号相对应。如图4.12和图4.13所示,以晶振频率为75 kHz的晶体振荡器作为基准信号源,经56次分频后得到频率为2.5 kHz的正弦信号。用去形成A扫掠线的触发信号,其重复周期相应为60 km范围,扫掠电压如所示。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.12 A/R显示器方框图 选通级方波锯齿差分放大脉 冲形成级精相移75 kHz振荡器1 ：5分频器调谐放大粗相移脉冲形成粗 移 动距标形成方波锯齿限幅放大差分放大距离刻度形成延迟脉冲形成选通精移动距 标R 显示器A 显示器放大自接收机1 ：6分频器第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.13 A

18、/R显示器波形关系图 t1t1tttttttt 基准信号源 2.5 kHz 信号 10 km 刻度 2 km 脉冲 A 触发脉冲 A 扫描电压 粗移动距标 触发脉冲 R 扫描电压 精移动距标第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.3 平面位置显示器平面位置显示器 4.3.1 平面位置显示器画面特点平面位置显示器画面特点 平面位置显示器又称为P型显示器,它以极坐标的方式表示目标的斜距和方位,其原点表示雷达所在地,目标在荧光屏上以一亮点或亮弧出现,又叫亮度调制。典型的P型显示器画面如图4.14所示,光点由中心沿半径向外扫掠为距离扫掠,距离扫掠线与天线同步旋转为方位扫描。为了便于观测目标,显示器画

19、面一般均有距离和方位的电刻度,当距离扫掠线与天线同步旋转时,距离电刻度是一族等间距的同心圆,而方位刻度为一族等角度的辐射状直线。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 由于P型显示器所观测的空域很大,为了尽可能得到较好的分辨力和清晰度,常采用聚焦好、亮度高的磁式偏转示波管。为了能同时观察整个空域的目标,必须采用长余辉示波管及亮度调制方式。根据方位扫描的方式不同,平面位置显示器主要有两种类型:动圈式和定圈式平面位置显示器。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.14 P型显示器的画面 3303002702402101801501209060300近区地物回波目标1目标2目标3第 4 章 雷达

20、终端显示器和录取设备 4.3.2 动圈式平面位置显示器动圈式平面位置显示器 动圈式平面位置显示器的方位扫描是靠偏转线圈与天线同步旋转而形成的,这种显示器的优点是线路比较简单,在常规雷达中得到广泛应用。偏转线圈与天线同步旋转需要一套随动系统,而且传动机构比较复杂,精度也不够高,所以在近年来的新型雷达中逐步被定圈式平面位置显示器所代替。图4.15是动圈式平面位置显示器方框图,主要由四部分组成:距离扫掠电路;方位扫描系统;距离和方位刻度系统;回波和辉亮系统。这里主要讨论距离扫掠、方位扫描和方位刻度的实现方法,其余部分与A型显示器相同。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.15 动圈式平面显示

21、器方框 方 波梯形电压锯齿电流辉亮距离刻度随动系统天线方位视放混合方位刻度触发脉冲回波信号天线方位偏转线圈iU第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 1.距离扫掠距离扫掠 距离扫掠的产生方法和A型显示器相似。由于这里采用磁偏转,在偏转线圈中应加入锯齿电流,以便形成随时间线性增强的磁场,使电子束在磁场中发生偏转(偏转方向与磁场方向垂直),从而在荧光屏上作直线扫掠。如果电流波从零开始增加,则光点便自屏的中心向外作径向扫掠。为了获得锯齿波电流i(t)=Kt(这里K为常数),当偏转线圈的损耗电阻为R时,在偏转线圈上应加的电压是)()()()(tRiLKtRidttdiLtu(4.3.1)第 4 章 雷达

22、终端显示器和录取设备 图 4.16 偏转线圈中的锯齿电流和梯形电压(a)线圈等效电路;(b)电流、电压波形 i(t)LRC0u(t)(a)i(t)KtImLKRImu(t)LK Ri(t)(b)第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.17 距离扫掠电路方框图 方 波产生器梯形电压产 生 器锯齿电流放 大 器触发脉冲偏转线圈i第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2.方位扫描方位扫描 方位扫描是指距离扫掠线随天线同步转动。在动圈式平面显示器中,通过使偏转线圈与天线同步转动的方法实现方位扫描。由于距离扫掠速度很快而天线方位扫描的速度相对很慢,因而完成一次距离扫掠时,方位数值基本不变,在显示器

23、上距离扫掠线仍可视为一条径向的亮线。偏转线圈与天线同步转动的方法一般采用随动系统,图418是一种最简单的随动系统原理图。天线通过加速系统带动一个同步发送机,在显示器处的偏转线圈则通过齿轮系统和一个同步接收机相连,这是一种开环系统,随动精度低。如采用闭环随动系统,则可明显提高其随动精度。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.18 平面显示器方位扫描随动系统原理图 同 步发送机同 步接收机 Z:11:Z偏转线圈第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 3.方位刻度方位刻度 方位刻度有机械和电子的两类,下面讨论一种利用光电变换方法产生电子方位刻度的原理。固定电子方位刻度是在荧光屏上产生一系列等方

24、位角的径向亮线。每条亮线对应一特定的方位。为了产生这些方位刻度,应在天线每转一特定角度时,就产生一个方波,并加在示波管栅极或阴极上。方波宽度应等于一个或几个距离扫掠重复周期。图4.19绘出了距离扫掠和方位刻度的时间关系示意图。显然,在0、2、及n(n=1，2，3，)方位上出现方位刻度。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.19 距离扫掠和方位刻度的时间关系00距离扫描天线转角234t第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图4.20 产生方位刻度的原理如图(R2=R3)V1VD2R1/R312 V输出方位刻度光束刻度盘光源VD1R2第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.3.3 定圈式

25、平面位置显示器定圈式平面位置显示器 1.方位扫描的基本原理方位扫描的基本原理 在定圈式平面显示器中,相互垂直的X偏转线圈和Y偏转线圈固定在管颈上,不产生机械转动,扫掠线的转动是靠X和Y偏转线圈产生旋转式径向扫掠磁场来实现的。可用图4.21来说明偏转线圈产生旋转式的径向扫掠磁场的基本原理。在任意方向线性变化的磁场H,能使电子束在与该磁场垂直的方向进行扫掠,从而形成扫掠线。这个任意方向的磁场,可以分解成水平和垂直两个分量。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 Hx=Kt sin Hy=Kt cos (4.3.2)同样,若令水平和垂直偏转线圈分别产生式(4.3.2)所示的磁场,那么这两个磁场的空间合

26、成便是方向的磁场H,而扫掠线则出现在(+/2)的方向上,当式(4.3.2)中的随天线扫描角同步变化时,扫掠线也就随着天线同步转动了。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图4.21 磁场的分解与合成 HY Kt cosHX Kt sinH Kt第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 为了产生式(4.3.2)所示磁场,在X和Y偏转线圈上应加入如下形式的电流:iX=Kt sin iY=Kt cos (4.3.3)也就是说,锯齿扫掠电流ix和iy的振幅受天线轴角的正弦和余弦函数的调制,其扫描电流波形如图4.22所示。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2.扫掠电流的产生扫掠电流的产生 图 4.22

27、产生旋转径向扫掠所需的水平和垂直磁场 00HX(iX)HY(iY)tt重复周期天线旋转周期第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 3.定圈式平面位置显示器的组成定圈式平面位置显示器的组成 图4.23(a)给出一种定圈式平面位置显示器组成方框图。为了简化方框图,这里没有加入移动距标。图中包含有距离扫掠和方位扫描部分;距离刻度和方位刻度;回波和辉亮等部分。下面简要说明它的工作原理。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.23 采用后分解法的P型显示器方框图和扫描波形(a)组成框图;(b)扫描波形 方 波产生器振铃电路刻度放大视频放大方位刻度混合器辉亮放大锯齿形成功率放大电流放大双向钳位电流放大

28、双向钳位触发脉冲回波天线方位天线转角Kt sinKt cosXYU0偏转线圈(X)(Y)(a)第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.23 采用后分解法的P型显示器方框图和扫描波形(a)组成框图;(b)扫描波形(b)第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.4 计算机图形显示计算机图形显示 4.4.1 计算机图形显示系统计算机图形显示系统 图 4.24 计算机图形显示系统 计算机信号控制、处理、存储电路显示读出装置操作员可见数据计算机通信装置操作员动作第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 1.随机扫描显示系统随机扫描显示系统 随机扫描是用随机定位方式来控制电子束的运动,只要给出与位置(X

29、，Y)相应的扫描电压(或电流),就可以把显示信息随意地显示在荧光屏的任意位置上。图4.25绘出一种随机扫描所需的X、Y偏转信号以及合成的图形显示。在这里(0,0)为屏面中心。电子束从中心开始,先画一个口字,再画一个圆,最后画出4个点。画完后电子束返回屏面中心。从图4.25看出,电子束从位置“1”跳变到位置“2”,以及从位置“2”跳变到位置“3”所需的时间叫做定位时间,如果偏转系统用得合适,每次定位时间可小于5 s。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.25 随机扫描波形及画面示意 uXx0uYy0uXtr定位时间trtrtrttt“3”“1”“2”YX第 4 章 雷达终端显示器和录取设

30、备 图 4.26 随机扫描图形显示系统框图 通信接口至计算机刷新存储器显示控制器矢量产生器位置产生器字符产生器辉亮产生器X 驱动Z 驱动Y 驱动输入装置CRT键盘光笔第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2.光栅扫描显示系统光栅扫描显示系统 光栅扫描是由在屏幕上一条接一条的一系列重复的水平线构成的,这些水平线称为扫描线。图4.27给出了典型的水平和垂直信号及其对应的显示。根据输入指令相应地来增强某些部分的水平扫描线时,就可产生显示信息。当每一条扫描线到达屏幕的另一边(右)边界时,它就回扫到起点位置的一边(左),并且进行下一条扫描线的扫描。每条扫描线都略有倾斜，以便扫满全屏,但由于满屏有数百至上

31、千条线,人眼是看不出来倾斜的。当底部扫描线结束时,光栅垂直向上回扫,回到左上角的起始位置,然后重复进行,实现刷新,获得稳定的图像。水平和垂直回扫期间,CRT的电子束被消隐掉，使屏上看不到回扫显示。显示信息只是在正程时间内进行。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.27 光栅扫描水平和垂直信号及其显示(a)x、y扫描电压波形;(b)CRT上的光栅 uX0uY0行正程行逆程帧正程帧逆程(a)(b)第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.28 光栅图形显示系统框图 主机处理器刷新存储器控制器监视器第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.4.2 字符产生器字符产生器 1)字符种类 它是

32、指字符产生器能产生的字母、数字、符号和汉字的种数。一般有26个大写字母和26个小写字母,0至9这 10 个数字,简单的汉字和若干专用的特殊符号。用途不同,所要求的字符种类不同,一般有16、64、96、128和256等。每种字符都有一组特定的代码,简称为字符代码。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2)字符尺寸 字符尺寸为字符在荧光屏上的几何尺寸大小。它由视觉锐度和形成字符的点数来确定。常用的字符尺寸为3mm4 mm和5mm7mm。3)字符书写速率 在保证不失真和不闪烁的条件下,每个字符书写时间愈短,一帧内就能显示出更多的字符,即显示容量更大。一般单个字符书写时间为35 s。但是应该指出,字符

33、书写速率越高,要求偏转系统和辉亮系统的频带越宽,技术实现也越复杂。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4)字符显示效率 字符显示效率是指一个字符辉亮时间与该字符书写时间的比值。辉亮时间占书写时间越多,字符的平均亮度越高,字符显示效率也就越高。字符产生的方法很多,在现代雷达系统的图形显示中,主要有随机扫描字符产生和光栅扫描字符产生两种方法。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 1.随机扫描字符产生器随机扫描字符产生器 随机扫描字符产生器的组成框图如图4.29所示。显示控制器将字符指令的操作码译成字符产生器的启动信号,把字符指令中指定的字符码送到字符产生器的字符码译码逻辑电路。通过译码器在字符成

34、型存贮器中找到与该代码相应的字符。字符成型存贮器是一个只读存贮器(ROM),在启动信号作用下依次读出所选定字符的成型信息,用来控制X、Y、Z三个方向的动作,使之在荧光屏上描绘出这个字符。书写完成该字符后就给出字符结束信号,通知显示控制器发出下一个字码的代码。由此可见,字符成型存贮器实际上是一个微程序库。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.29 随机扫描字符产生器框图 字 符译码逻辑同 步控制逻辑字符成型存储器(ROM)X 产生器Y 产生器辉亮产生器字符码启动结束字符控制逻辑字符产生电路ZYX第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 1)点阵法字符产生器 点阵法把要书写字符的区域分割成若干

35、像素点,控制点阵中某些点的辉亮就可以显示出所需要的字符。实际上点阵中点与点的距离很小,因此这种字符看上去与连续笔划字符差不多。点阵法又分为顺序点阵法和程序点阵法两种。顺序点阵法在字符控制逻辑电路的控制下,按顺序读出存贮在字符成型存贮器中对应于所驱动的每个像素点的辉亮信号,并同时控制X、Y产生器计数,以产生偏转信号控制电子束的运动,使之与辉亮信号同步地扫描字符点阵中的每个像素点。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.30 点阵法字符产生器书写“A”字符的点阵结构和输出波形(a)“A”字符点阵;(b)顺序点阵法波形;(c)程控点阵法波形 6543201YXY00XZ0Y0X00Z(a)(b

36、)(c)tttttt01234第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 表表 4.1 程控点阵法显示程控点阵法显示“A”字符的编码字符的编码 第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2)线段法字符产生器 线段法字符产生器采用一些基本的直线段去逼近一个字符。通常,在平面坐标上表示一条直线的方法很多,例如用始点(Xa,Ya)和终点(Xb,Yb)表示;或者用始点坐标(Xa,Ya)再加上增量数x、y表示等。用图4.31所示的书写字符“A”为例来说明线段法字符产生器的原理。显然,字符“A”至少由三条亮线段ab,bc,de和一条暗线段cd所组成。只要将这几条线段及其亮暗特性进行编码构成一段微程序,存放在字符成型

37、存贮器中,并按一定方式读取和执行,就可构成线段法字符产生器。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图4.31 线段法书写字符“A”0YedacXb第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 表表 4.2 笔画法显示笔画法显示“A”字符的编码字符的编码 第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 表表 4.3 单位线段法显示单位线段法显示“3”字的编码字的编码 第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.32 单位线段法字符产生器的原理和组成框图(a)8个方向的单位矢量编码;(b)“3”字的编码;(c)原理框图 011100101110111000001010D222120(b)1514131211109

38、8765432(a)1第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 字符控制器 X X Y YZ X X Y Y辉亮产生器Y 偏转放大器X 偏转放大器X 偏转信号Y 偏转信号 辉亮信号启动结束读出寄存器ROM(c)图 4.32 单位线段法字符产生器的原理和组成框图(a)8个方向的单位矢量编码;(b)“3”字的编码;(c)原理框图 第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2.光栅扫描字符产生器光栅扫描字符产生器 图4.28示出光栅显示系统框图,光栅扫描的水平和垂直信号及其显示画面如图4.27所示。图4.33给出光栅扫描显示系统中字符显示的示意图,图中字符矩阵仍为57。由于光栅扫描是从左到右,从上到下顺序进

39、行,因此当图中所示从第3条扫描线开始有字符辉亮信息时,首先读出第一个字符的第一横上的数据,与偏转扫描运动相配合加上辉亮信号,即可显示出这些数据。接着是显示第二个字符的第一横上的数据,依次进行下去,直到第一行最后一个字符的第一横显示完为止。然后从第4条扫描线开始,先显示第一个字符的第二横,依次重复进行。由于每个字符分布在七条扫描线上,因此每个字符要反复读出七次。显然这和随机扫描显示完一个字符再显示另一个字是不同的。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.33 光栅扫描显示字符示意图 1012345678911第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.5 雷达数据的录取雷达数据的录取 4.5

40、.1 引言引言 雷达系统对雷达信息处理的过程主要有以下三点:(1)从雷达接收机的输出中检测目标回波,判定目标的存在;(2)测量并录取目标的坐标;(3)录取目标的其它参数,如机型、架数、国籍、发现时间等,并对目标进行编批。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 1.半自动录取半自动录取 在半自动录取系统中,仍然由人工通过显示器来发现目标,然后由人工操纵一套录取设备,利用编码器把目标的坐标记录下来。半自动录取系统方框图如图4.43所示,图中的录取显示器是以P型显示器为基础加以适当改造的,它可以显示某种录取标志,例如一个光点,操纵员通过外部录取设备来控制这个光点,使它对准待录取的目标。通过录取标志从显

41、示器上录取下来的坐标是对应于目标位置的扫掠电压,在录取显示器输出后,应加一个编码器,将电压变换成二进制数码。在编码器中还可以加上一些其它特征数据,这就完成了录取任务。半自动录取设备目前使用较多,它的录取精度在方位上可达1,在距离上可达1 km左右。在天线环扫一周的时间(例如6 10 s)内,可录取56批目标。录取设备的延迟时间约为3 5s。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.43 半自动录取设备方框图 录 取显示器编码器接收机输出操纵员其它参数输出第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2.全自动录取全自动录取 全自动录取与半自动录取不同之处是,在整个录取过程中,从发现目标到各个坐标读

42、出,完全由录取设备自动完成,只是某些辅助参数需要人工进行录取。全自动录取设备的组成如图4.44所示,图中信号检测设备能在全程对信号积累,根据检测准则,从积累的数据中判断是否有目标。当判断有目标时,检测器自动送出发现目标的信号,我们就利用这一信号,用计数编码部件来录取目标的坐标数据。由于录取设备是在多目标的条件下工作的,因而距离和方位编码设备能够提供雷达整个工作范围内的距离和方位数据,而由检测器来控制不同目标的坐标录取时刻。图中的排队控制部件是为了使录取的坐标能够有次序地送往计算机的缓冲存贮器中去,并在这里可以加入其它一些数据。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.44 全自动录取设备方

43、框图 信号检测距离编码接收机输出到各部件同步控制时间编码方位编码排队控制缓冲存储计算机其它参数发现时序脉冲产 生 器第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 自动录取设备的优点是录取的容量大,速度快,精度也比较高,因此适合于自动化防空系统和航空管制系统的要求。在一般的两坐标雷达上,配上自动录取设备,可以在天线扫描一周时录取30批左右的目标,录取的精度和分辨力能做到不低于雷达本身的技术指标,例如距离精度可达到100m左右,方位精度可达到0.1或更高。对于现代化的航空管制雷达中的自动录取设备,天线环扫一周内可录取高达400批目标的坐标数据。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.5.2 目标距离数据

44、的录取目标距离数据的录取 1.单目标距离编码器单目标距离编码器 将时间的长短转换成二进制数码的基本方法是用计数器,由目标迟后于发射脉冲的迟延时间tR来决定计数时间的长短,使计数器中所计的数码正比于tR,读出计数器中的数,就可以得到目标的距离数据。图4.45就是根据这一方法所组成的单个目标的距离编码器。雷达发射信号时,启动脉冲使触发器置“1”,来自计数脉冲产生器的计数脉冲经“与”门进入距离计数器,计数开始。经时延tR,目标回波脉冲到达时,触发器置“0”,“与”门封闭,计数器停止计数并保留所计数码。在需要读取目标距离数码时,将读数控制信号加到控制门而读出距离数据。第 4 章 雷达终端显示器和录取设

45、备 图 4.45 单目标距离编码器(a)组成框图;(b)各点波形 计数脉冲产 生 器&距离计数器0RT1S&目标回波启动脉冲读数控制输出(a)启动脉冲t1Rt2回波脉冲1 2 3N N 1tRtttt(b)第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 若计数脉冲频率为f,距离取样间隔R=1/f,由读出的距离数码N,可确定目标时延tR和目标的距离R:RRRRcNctRNt2121(4.5.1)(4.5.2)式中，c是光速；采用近似等号，是因为启动脉冲和回波脉冲不一定与计数脉冲重合,见图4.45中的t1和t2。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2.多个目标距离编码器多个目标距离编码器 图 4.46 多

46、个目标距离编码器 计数脉冲产 生 器&距离计数器0RT1S&计数开始启动脉冲输出读数脉冲产 生 器目标回波目标个数计 数 器&溢出延迟线第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 3.影响距离录取精度的因素影响距离录取精度的因素 影响距离录取精度的因素有三项:编码器启动脉冲与计数脉冲不重合的误差t1;计数脉冲频率不稳定;距离量化误差t2。将计数脉冲用同步分频的方法形成发射机触发脉冲和编码器启动脉冲,可以消除误差t1。晶体振荡器的频率稳定度可达10-610-7,采用它，可以有效地减小计数脉冲不稳定误差。提高计数器时钟频率f可以减小距离量化误差。在实际应用中,通常取距离量化单元R等于或略小于雷达的脉冲宽

47、度。此外,还可以采用电子游标法和内插法来提高距离测量和距离录取的精度。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.5.3 目标角坐标数据录取目标角坐标数据录取 1.方位中心的估计方法方位中心的估计方法 1)等信号法 图4.47示出等信号法方位中心估计的示意图。在某些自动检测器中,检测器在检测过程中一般要发出三个信号,即回波串的“起始”,回波串的“终止”和“发现目标”三个判决信号。前二个信号反应了目标方位的边际,可用来估计目标方位。设目标“起始”时的方位为1,目标“终止”时读出的方位为2,则目标的方位中心估计值0为)(21210(4.5.3)在实际应用中,阶梯检测器、滑窗检测器、程序检测器等都可以

48、采用这种方法来估计方位中心。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.47 等信号法方位中心估计示意图 1221目标波速运动方向正光第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.48 加权法估计方位原理图 选通移位寄存器相加检零量化视频距离选通脉冲加权网络方位读数脉冲第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2)加权法 加权法估计方位的原理示于图448中。量化信息经过距离选通后进入移位寄存器。移位寄存器的移位时钟周期等于雷达的重复周期。雷达发射一个脉冲,移位寄存器就移位一次。这样，移位寄存器中寄存的是同一距离量化间隔中不同重复周期的信息。对移位寄存器的输出进行加权求和,将左半部加权和加“正”号

49、,右半部加权和加“负”号,然后由相加检零电路检测。当相加结果为零时,便输出一个方位读数脉冲送到录取装置,读出所录取的方位信息。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2.增量码盘增量码盘 增量码盘是最简单的码盘。它在一个圆盘上开有一系列间隔为 的径向缝隙,圆盘的转轴与天线转轴机械交链。圆盘的一侧设有光源,另一侧设置有光敏元件,它把径向缝隙透过来的光转换为电脉冲。图4.49(a)所示为圆盘上开缝的示意图,图4.49(b)是用增量码盘构成的角度录取装置。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.49 增量码盘及由它构成的录取装置(a)增量码盘;(b)录取装置原理图 正北缝隙增量缝隙转轴增量码盘轴

50、光源有缝的屏蔽计数器读数脉冲产生录取信号&光敏元件方位角数据(a)(b)P1P2第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.50 带转向缝隙的增量码盘和由它构成的录取装置(a)码盘;(b)录取装置框图 增量缝隙转向缝隙(a)码盘转 向鉴别器可 逆计数器加减(b)第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.51 转向不同时计数脉冲与转向信号的时间关系(a)正向;(b)反向 计数信号计数脉冲转向信号整形后波形光敏元件输出波形tttttt转向信号计数脉冲计数信号(a)(b)第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.52 转向鉴别电路&1可 逆计数器加法计数减法计数11与门1与门2反相器计数脉

51、冲转向脉冲第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 3.二进制码盘和循环码盘二进制码盘和循环码盘 二进制码盘和循环码盘都可以直接取得与角度位置相应的数码,不必像增量码盘那样经计数积累才能取得各角度位置相应的数码。图4.53画出了这两种码盘的示意图,图4.53(a)是二进制码盘;图4.53(b)是循环码盘。数码直接在码盘上表示出来,最外层是最低位,最里层是最高位,图中只画出了 5 位。目前这类码盘最好的可做到16位,即最外层可分为216=65 536个等分,每个等分为0.0055,可见这时录取角度数据的精度很高。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.53 五位码盘图形(a)二进制码盘;(b)

52、循环码盘 012345678910111213141516171819202122232425262728293031012345678910111213141516171819202122232425262728293031(a)(b)第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 表表 4.4 十进制数及其等值的二进制码的循环码十进制数及其等值的二进制码的循环码 第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 循环码是一种变权代码,不能直接进行算术运算,因此必须把循环码变换为二进制码。用G表示循环码,Gn表示循环码的第n位,用B表示二进制码,Bn表示二进制码的第n位,由循环码变换为二进制码的规律如下:1212

53、21121212111GBGGGGGBGBGGGBGBGGBGBnnnnnnnnnnnnnnnn(4.5.4)第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.54 并行循环码变换为并行二进制码 111GnBnGn1Gn2G0Bn1Bn2B0第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.55 用循环码盘的角度录取设备 光源读出放大器读出门数码变换器输出二进制码录取控制信号轴码盘有缝的屏蔽光敏元件第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 4.6 综合显示器简介综合显示器简介 4.6.1 数字式录取显示器组成和原理数字式录取显示器组成和原理 图 4.56 一种录取显示器画面 近区地物目标1目标2内光点第

54、4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.57 数字式录取显示器组成方框图 轴 角分解器频 率调制器X、Y 扫掠计 数器X、Y数/模变换器方位数据脉冲序列插入数据（来自计算机）fsincosfsinfcosuYuX扫掠电压插入数码（内光点坐标）第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 1.天线方位角的分解天线方位角的分解 采用数字式正余弦角度分解器可以将天线方位角分解为sin和cos数码。早期采用模/数变换法,它的原理是用旋转变压器等先形成与天线转角成正、余弦函数关系的模拟电压,再经过模/数转换就得到相应的数码。这种方法比较简单,但误差较大,实际使用较少。目前常用方位码盘加固定存贮器法和增量码盘加

55、数字积分法来实现正、余弦角度的分解。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 1)方位码盘加固定存贮器法 前面已经讨论过循环码盘,用它可取得按循环码编码的方位角数码,再经过如图4.54所示的码组变换器即可得到二进制的方位角的数码。图4.58是循环码盘加只读存贮器的正余弦数码产生电路。由于sin和cos是的单值函数,因而可将sin和cos 的数码存贮在只读存贮器中,而以的数码作为地址向只读存贮器读数,就能很方便地得到sin 和cos 数码。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.58 循环码盘加只读存贮器的正余弦数码产生电路 码组变换方位角寄存器(循环码)二进制码符号产生地址选择求补电路90地

56、址译码驱动只读存储器(ROM)读出控制|sin|寄存器|cos|寄存器 sin符号 sin数值 cos数值 cos符号第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2)增量码盘加数字积分法 增量码盘每转过角度时,就输出一个用来计数的增量脉冲。增量脉冲的频率f(即单位时间内出现的增量脉冲数)与天线的转动角速度=d/dt的关系是 dtdf1对于一定的码盘,是常数,所以f与d/dt成正比。假如我们要取得积分 dxky)()(4.6.2)第 4 章 雷达终端显示器和录取设备(式中k为常数),可将X()先存入图4.58(a)中的X寄存器。在相乘器里实现增量脉冲频率f与X()相乘,得到频率为f=fX()的输出脉冲

57、序列。这种乘法器就是矢量产生器中所用的速率乘法器或累加法频率调制器。其溢出脉冲(进位脉冲)的频率为f,Y计数器对频率为f的脉冲不断累计,于是得到 dtfxdtfty)()(4.6.3)将式(4.6.1)代入式(4.6.3)后得到 dxdtdtdxy)(1)(1)(4.6.4)采用图4.59(a)的数字积分器能完成式(4.6.4)所要求的运算。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 由于存在 ddsincoscossin(4.6.5)于是可用两组数字积分器来实现这两个积分运算。图4.59(b)是根据这种原理构成的数字式正、余弦积分器。要指出的是,-sin的积分才是cos,所以把sin乘法器的输出脉

58、冲送往cos计数器时,应使计数器作减法计数。而cos乘法器输出的脉冲则使计数器作加法计数。第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 图 4.59 数字式积分器(a)工作原理框图;(b)数字式正、余弦积分器 Y 计数器 频率调制器（相乘器）X 寄存器f f增量脉冲(a)cos 计数器sin 计数器cos 乘法器sin 乘法器cos 数码sin 数码f f(b)增量脉冲f第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 2.数字式主扫掠信号的产生数字式主扫掠信号的产生 图4.60是数字式主扫掠信号产生的方框图,与前面讲过的矢量产生器相比较,其工作原理和基本组成都很相似,这里不再重复。稍有不同的是这里输入到两路频率调制器的信号是来自正、余弦产生器的sin和cos的数码,而矢量产生器的输入是由计算机送来的X和Y矢量数据。通常,图4.60中的频率调制器、主扫掠计数器、数/模转换及电流放大器等,对于产生数字式主扫掠线和描绘矢量是共用的。