第4章雷达终端显示器和录取设备教学教材

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1、第 4 章 雷达终端显示器和录取设备,4.1 雷达终端显示器 4.2 距离显示器 4.3 平面位置显示器 4.4 计算机图形显示 4.5 雷达数据录取 4.6 综合显示 4.7 光栅扫描雷达显示,4.1 雷达终端显示器,4.1.1 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。,1. 距离显示器 常用的距离显示器有三种基本类型。其画面如图4.1所示, 其中(a)为A型显示器, (b)为J型显示器, (c)为A/R型显示器。 距离显示器显示目标的斜距坐标, 它是一度空间显示器, 用光点在荧光屏上偏转的振

2、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。,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,2. 平面显示器 平面显示器显示雷达目标的斜距和方位两个坐标, 是二维显示器。 它用平面上的亮点位置来表示目标的坐标, 属亮度调制显示器。 平面显示器是使用最广泛的雷达显示器, 因为它能够提供平面范围的目标分布情况, 这种分布情况与通用的平面地图是一致的。显示器的图像如图4.2所示。方位角以正北为基准(零方位角), 顺

3、时针方向计量;距离则沿半径计量; 圆心是雷达站(零距离)。 图的中心部分大片目标是近区的杂波所形成的, 较远的小亮弧则是动目标, 大的是固定目标。,图 4.2 平面显示器的图像,平面显示器既可以用极坐标显示距离和方位, 也可以用直角坐标来显示距离和方位, 若为后者，则其画面如图4.4所示, 称为B式显示器, 它以横坐标表示方位, 纵坐标表示距离。通常方位角不是取整个360, 而是取其中的某一段, 即雷达所监视的一个较小的范围。如果距离也不取全程, 而是某一段, 这时的B式就叫做微B显示器。在观察某一波门范围以内的情况时可以用微B显。,图 4.3 偏心PPI显示器,图 4.4 B式显示器的图像,

4、3 .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。,图 4.5 高度显示器的两种型式,4. 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

5、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。,图 4.6 综合显示器画面示意,5.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

6、面, 最多可达20多种画面, 包括正常PPI型、偏心PPI型、B型、E型等。图4.7示出典型的机载雷达光栅扫描显示器对地扫描状态的显示画面。,图 4.7 典型的机载雷达对地扫描状态显示画面,4.1.2 对显示器的主要要求 雷达对显示器的要求是由雷达的战术和技术参数决定的, 通常有以下几点: 1) 显示器的类型选择 显示器类型的选择主要根据显示器的任务和显示的内容, 例如显示目标斜距采用A型、J型或A/R型; 显示距离和方位采用P型; 在指挥部和航空管制中心则选用情况显示器和综合显示器。 2) 显示的坐标数量、种类和量程 这些参数主要根据雷达的用途和战术指标来确定。,3) 对目标坐标的分辨力 这

7、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,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。,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

8、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。,4.2 距 离 显 示 器,4.2.1 A型显示器 1. A型显示器画面及示波管的各极波形 A型显示器的典型画面如图4.8所示, 画面上有发射脉冲(又称主波)、近区地物回波和目标回波, 还有距离刻度, 这个刻度可以是电子式的, 也可以是机械刻度尺。A型显示器实际上是一个同步示波器。 雷达发射脉冲(主波)瞬间, 电子束开始从左到右线性扫掠, 接收机输出的回波信号显示在主波之后, 二者

9、之间距与回波滞后时间成比例。,图 4.8 A型显示器画面,画面上有固定的距离刻度, 有时还有移动距标, 它迟后于主波的时间可以由人工控制。根据回波出现位置所对应的刻度(或移动距标迟后主波的时间)就可以读出目标的距离。 A型显示器大多数采用静电偏转示波管。图4.9绘出了示波管各极的信号波形及时间关系。 要使电子束从左到右均匀扫掠, 在一对X偏转板上应加入锯齿电压波。为了增大扫掠振幅及避免扫掠过程中偏转板中心电位变化引起的散焦, 通常在X偏转板上加入推挽式的锯齿波。回波信号加在一个Y偏转板上。由于回波滞后主波时间tR与线性锯齿波电压振幅成正比, 所以, 显示器上回波迟后主波的水平距离与目标的斜距成

10、正比。,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,2. A型显示器的组成 A型显示器组成方框图如图4.10所示, 主要包括如下几部分: 1) 扫掠形成电路 其主要由方波产生器、 锯齿电压形成电路和差分放大器组成。扫掠形成电路形成锯齿扫掠电压波, 加在X偏转板上, 控制电子束从左到右扫掠。 2) 视频放大电路 其功能是把接收机检波器输出的信号放大到显示器偏转板上所需要的电平。 3) 距标形成电路 其包括固定距离刻度和移动距标的产生电路。固定距离刻度电路由振铃电路、限幅放大器和刻度形成电路组成。,图 4.10 A型显示器的方框图,3. 方框图说明 在图

11、4.10中各部分的电路已在有关课程学过, 这里只着重说明各部分的联系和特点, 下面讨论扫掠产生电路, 移动距标产生的方法。 1) 扫掠产生电路 扫掠产生电路的任务是产生锯齿电压波并加在示波管水平偏转板上, 使电子束从左至右均匀扫掠, 从而形成水平扫掠线。扫掠线中有几个重要参数需着重考虑: (1) 扫掠长度L。为了使用上方便, 通常使扫掠长度为荧光屏直径的80%左右, 例如直径为13 cm的示波管, 一般取扫掠线长为10 cm, 即L=0.8 D, D为示波管的荧光屏直径。,(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

12、示器有几种量程, 分别对应雷达探测范围内的某一段距离。用相同的扫掠长度表示不同的距离量程, 意味着电子束扫掠速度不同或者说锯齿电压波的斜率不同。 (3) 扫掠直线性好。要求锯齿电压波在工作期内电压变化的速率接近一常数, 若这时采用均匀的固定距离刻度来测读, 则可以得到较高的测距精度。 此外, 还要求扫掠电压有足够的锯齿电压幅度, 扫掠电压的起点要稳定, 扫掠锯齿波的恢复期(即回程)尽可能地短。,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

13、离R(R=1/2ctR, 这里c为光速)。,4.2.2 A/R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。,在实际工作中

14、常常既要能观察全程信息, 又要能对所选择的目标进行较精确的测距, 这时只用一个A型显示器很难兼顾, 如果加一个显示器来详细观察被选择目标及其附近的情况, 则其距离量程可以选择得较小, 这个仅显示全程中一部分距离的显示器通常称为R型显示器。由于它和A型显示器配合使用, 因而统称为A/R型显示器。,1. A/R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

15、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。,图 4.11 A/R显示器画面,2. A/R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。,图

16、4.12 A/R显示器方框图,频率为2.5 kHz的正弦信号, 经粗相移和粗移动距标形成级, 形成宽度为2 km(13.3 s)并可在040 km内移动的距离标志, 它加在A型示波管栅极上作亮度调制信号。此粗移动距标还作R扫掠的选通脉冲用。 A显示器上的10 km距离刻度为15分频级输出的正弦波, 经脉冲形成电路, 形成正极性的脉冲序列。 它加在A显示器的一个Y偏转板上。A显示器的辉亮信号可由A扫掠电路的方波形成级得到。,对于R显示器, 直接用频率为75 kHz的正弦波去形成重复周期相应为2 km(约13.3 s)的扫掠触发脉冲, 因为R扫掠线上的信息应是A扫掠线上粗移动距标附近2 km的信号, 所以用粗移动距标去选出一个周期为2 km的脉冲作为扫掠触发脉冲。 在脉冲作用下形成R显示器上所需的方波和锯齿电压波, 分别作为辉亮和扫掠信号。这里的2 km量程是靠锯齿波电压上升到一定值后回授一个脉冲来控制扫描的结束。 精移动距标10是由精相移输出的