книги из ГПНТБ / Васильев Г.А. Повышение эффективности комплексной автоматизации

зования стробов больших размеров для надежного вы­ полнения устройством своих функций.

Применение полуавтоматического и автоматического сопровождения приводит к снижению запаздывания ин­ формации, поскольку потребителю передаются экстрапо­ лированные координаты. В то же время при большом объеме передаваемой информации для повышения про­ пускной способности необходимо участие в работе систе­ мы нескольких операторов с индикаторами и устройст­ вами съема.

Полуавтоматические системы являются достаточно сложными в техническом отношении. К устройствам, вхо­

сложности — увеличение числа индикаторов и устройств съема для передачи радиолокационной информации с не­ обходимой полнотой. Сложность полуавтоматических си­ стем возрастает еще более при использовании устройств полуавтоматического и особенно автоматического сопро­ вождения координат целей.

Человек-оператор участвует в функционировании по­ луавтоматической системы как ее важнейшее органиче­ ское звено, без которого работа системы невозможна. Эффективность системы в целом зависит от рациональ­ ного распределения функций между человеком и при­ меняемыми ' техническими средствами.

1.5. Автоматические методы и системы

Одновременно с полуавтоматическими методами пе­ редачи радиолокационной информации получили разви­ тие автоматические методы. Отличительной особенно­ стью этих методов является полная автоматизация про­ цессов съема и передачи информации обзорной РЛС в результате применения специальных технических устройств. Функции человека в автоматической системе сводятся в основном к контролю ее работы и техниче­ скому обслуживанию. Упрощенная схема автоматической системы передачи радиолокационной информации пока­ зана на рис. 1.2. Рассмотрим принципы ее работы и воз­ можные пути технической реализации.

Непосредственно из приемного тракта РЛС сигналы дальности снимаются устройством предварительной се-

20

лекции (УПС), которое является сопрягающим между РЛС и устройством .преобразования и передачи инфор­ мации по каналу связи. Применение того или иного ме­ тода предварительной селекции зависит ог выбранного метода передачи радиолокационной информации, приме­ няемого канала связи, характеристик РЛС и потребите­ ля информации. Поэтому при создании системы автома-

Рис. 1.2.

тической передачи радиолокационной информации выбо­ ру .метода предварительной селекции и определению пу­ тей его технической реализации должно быть уделено самое серьезное внимание.

Сигналы азимута поступают на устройство преобра­ зования информации непрерывно в виде текущих значе­ ний углового положения антенны РЛС. В момент по­ явления сигнала на выходе УПС текущие значения даль­ ности и азимута фиксируются и используются для вы­ полнения последующих операций преобразования и пе­ редачи информации в канал связи. Приемное устройство, получив из канала информацию, преобразует ее в на­ пряжения или коды и выдает потребителю.

Первый и естественный путь решения проблемы авто­ матической передачи радиолокационной информации — использование метода непосредственной передачи [11]. Для этого применяются кабельные или радиорелейные широкополосные каналы связи, позволяющие передать практически без искажений отраженные от целей сигна­ лы, снимаемые с выхода РЛС, а также сигналы син­ хронизации. Для передачи и приема информации исполь­ зуются радиотехнические устройства, осуществляющие формирование суммарного сигнала. Суммарный сигнал, содержащий информацию о дальности и азимуте целей, наблюдаемых РЛС, модулирует генератор несущих коле­ баний передающего устройства, подключенный к каналу.

21

Приемное устройство демодулирует полученный сум­ марный сигнал и разлагает на компоненты дальности и азимута, которые используются для работы индикатора кругового обзора в центре управления. Радиолокацион­ ное изображение на приемном индикаторе, полученное в результате применения метода непосредственной пере­ дачи, по точности и разрешающей способности практи­ чески не ухудшается по сравнению с изображением на индикаторе РЛС. Запаздывание информации определяет­ ся только скоростью распространения сигналов по кана­ лу связи и не оказывает существенного влияния на точ­ ность передачи координат целей. Пропускная способ­ ность системы вследствие применения широкополосного канала связи также не снижает характеристик РЛС. Высокая пропускная способность канала связи способст­ вует снижению требований к качеству работы УПС в со­ ставе системы при визуальном использовании информа­ ции потребителем.

Для технической реализации системы, основанной на методе непосредственной передачи, необходим канал свя­ зи с полосой пропускания порядка нескольких сотен килогерц в связи с тем, что сигналы, снимаемые с выхо­ да РЛС кругового обзора, имеют обычно длительность несколько микросекунд. Создание каналов с такой поло­ сой пропускания и протяженностью в сотни километров является сложной технической задачей. Отсутствие раз­ витой сети широкополосных каналов приводит, как пра­ вило, к необходимости разработки кабельных или радио­ релейных средств связи для каждой вновь создаваемой системы передачи информации. Постройка широкополос­ ных радиорелейных линий связи осуществляется, как правило, в диапазоне СВЧ.

Дальность передачи информации ограничивается в этом случае пределами прямой видимости. Увеличение дальности передачи достигается при использовании ост­ ронаправленных приемно-передающих антенн, высоких антенных мачт и ретрансляторов между пунктами пере­ дачи и приема. Сохранение характеристик канала в пре­ делах технических норм требует применения средств ди­ станционного контроля и подстройки его частотно-фазо­ вых и амплитудных характеристик. Решение проблемы создания кабельных широкополосных каналов также связано с применением средств ретрансляции, коррекции и контроля параметров.

22

Использование специальных широкополосных каналов приводит к большой технической сложности реализации систем, основанных на непосредственном методе пере­ дачи радиолокационной информации, и ограничивает об­ ласть применения метода.

Изучение свойств избыточности информации, снимае­ мой с выхода РЛС кругового обзора, привело к созда­ нию методов и систем автоматической передачи с исполь­ зованием узкополосных каналов связи {12—17]. Сущест­ вует два основных метода решения этой задачи. Первый может быть назван методом кадрового преобразования,

авторой — методом секторного преобразования.

Вавтоматической системе передачи радиолокацион­ ной информации по узкополосному каналу связи для на­ дежного обнаружения и выделения полезных сигналов на фоне шумов и помех необходимо применение устрой­ ства предварительной селекции. Устойчивая работа УПС достигается обычно при отношении сигнала к шуму не менее чем 2—3. Воздействие на УПС шумов и помех приводит к ошибкам определения координат, потере це­ лей и «ложному» обнаружению. Требования к УПС являются менее жесткими, если принятая информация используется потребителем для визуального восприятия. Если информация должна быть использована для вво­ да в вычислительное устройство, то требования к УПС являются обычно значительно более высокими.

Для осуществления процесса автоматического преоб­ разования и передачи радиолокационной информации

кадровым методом могут использоваться малокадровые телевизионные системы. Полярные координаты целей, снимаемые с выхода УПС, записываются в запоминаю­ щее устройство, объем которого соответствует полной зоне обзора РЛС. Процесс записи подобен процессу ото­ бражения координат целей на индикаторе кругового об­ зора. Сокращение необходимой полосы пропускания ка­ нала связи при использовании кадрового метода дости­ гается за счет значительного уменьшения скорости счи­ тывания по сравнению с обычными телевизионными си­ стемами. Время передачи полного кадра радиолокаци­ онного изображения в кадровых системах имеет вели­ чину того же порядка, что и период обзора РЛС.

Применение разных координатных систем и, как след­ ствие, взаимно несинхронных процессов записи и считы­ вания приводит к запаздыванию информации, которое

23

может достигать по величине времени передачи полного кадра радиолокационного изображения и служить источ­ ником значительных ошибок при кадровом методе. Уве­ личение времени передачи полного кадра позволяет со­ кратить необходимую пропускную способность канала связи до величины порядка десятков килогерц и осуще­ ствит автоматическую передачу радиолокационной ин­ формации с достаточными для практических нужд точ­ ностью, разрешающей способностью и полнотой.

В основу секторного метода преобразования и пере­ дачи также положено использование свойств избыточ­ ности радиолокационной информации. В отличие от кад­ рового метода как процессы записи, так и процессы счи­ тывания преобразованных сигналов выполняются в по­ лярных координатах и синхронизированы скоростью вра­ щения антенны РЛС, что позволяет одновременно про­ изводить преобразование координат только тех целей, которые находятся внутри узкого элементарного сектора зоны обзора. Преобразование и передача информации, снимаемой с выхода РЛС, производятся последовательно по мере вращения антенны для всей зоны обзора, раз­ деленной на большое число элементарных секторов.

Процессы преобразования и передачи информации секторным методом выполняются за время, в течение которого антенна РЛС проходит элементарный сектор. Полное время преобразования и передачи информации, получаемой в течение одного оборота антенны РЛС, со­ впадает с периодом обзора. Время запаздывания информации, определяемое величиной элементарного сек­ тора и скоростью вращения антенны, составляет обычно несколько десятков миллисекунд и, как правило, не при­ водит к появлению дополнительных ошибок. Малые ошибки запаздывания, свойственные секторному методу, позволяют осуществить автоматическую передачу радио­ локационной информации с высокой точностью, разре­ шающей способностью и полнотой по каналу связи с по­ лосой пропускания порядка нескольких килогерц.

Секторные системы обычно более просты по своей технической реализации, чем кадровые, вследствие мень­ шего объема запоминающего устройства, которое исполь­ зуется для преобразования информации.

24

1.6. Сравнительная оценка методов и систем передачи радиолокационной информации

Сравнение рассмотренных характеристик систем пере­ дачи радиолокационной информации, в основу которых положены различные методы, .позволяет сделать следую­ щие качественные выводы.

Неавтоматизированные методы обладают наиболее низкими характеристиками из всех рассмотренных. Они не отвечают требованиям, предъявляемым к современ­ ным автоматизированным системам контроля и управ­ ления, и поэтому не могут считаться перспективными.

Полуавтоматические системы имеют высокие ' поме­ хоустойчивость и разрешающую способность, что являет­ ся следствием участия человека-оператора в процессе передачи информации. В ряде случаев выделение из мно­ жества наблюдаемых целей только нескольких, отвечаю­ щих заранее выбранному признаку и необходимых для выполнения процессов контроля и управления, рассма­ тривается как достоинство метода. Фильтрация «нуж­ ных» целей, которая также осуществляется оператором, значительно облегчает обработку информации в центре управления с помощью вычислительных устройств. Но эти системы имеют следующие недостатки: невысокую точность передаваемых координат, значительное запаз­ дывание информации, низкую пропускную способность, большую сложность технической реализации.

Преимущества автоматических систем перед полу­ автоматическими определяются не только самим мето­ дом, но и его характеристиками. Это в первую очередь высокая точность н пропускная способность, малое время запаздывания и относительная простота технической реализации.

Развитие методов и систем автоматической передачи радиолокационной информации показало, однако, что их преимущества перед полуавтоматическими не являются безусловными. Одним из основных недостатков автома­ тических систем следует считать сравнительно низкую надежность выделения полезных сигналов в УПС при

большом уровне помех.

Проблема передачи радиолокационной информации может быть наиболее успешно решена путем совместно­ го использования полуавтоматических и автоматических методов. Теоретические, исследования полуавтоматиче­

25

Г л а в а в т о р а я

ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И СТРУКТУРА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ

ПО УЗКОПОЛОСНОМУ КАНАЛУ СВЯЗИ

2.1.Принципы сокращения избыточности радиолокационной информации

Для радиолокационного изображения, формируемого обзорной РЛС, характерно малое заполнение площади зоны обзора объектами наблюдения. Поэтому РЛС мож­ но рассматривать как источник сообщений, обладающий неравномерным алфавитом. В работе (23] показано, что энтропия источника тем -меньше, чем больше неравно­ мерность его алфавита. Уменьшение неравномерности алфавита и связанной с ним избыточности источника со­ общений позволяет использовать для передачи инфор­ мации с заданным качеством канал связи, обладающий уменьшенной пропускной способностью. Это положение является исходным -при решении проблемы автоматиче­ ской передачи радиолокационной информации по узко­ полосному каналу связи. Избыточность -радиолокацион­ ной информации обусловливается выбором технических характеристик РЛС. Принципы построения обзорных РЛС и структура их сигналов достаточно полно освеще­ ны в литературе (24—28].

Рассмотрим основные методы сокращения избыточ­ ности, применение которых позволит решить проблему передачи информации обзорной РЛС по узкополосному каналу связи. Отметка от «точечной» цели формируется на экране индикатора РЛС с помощью «пачки» импуль­ сов. При этом точечной может считаться такая цель, угловой размер которой не -превосходит ширины диа­ граммы направленности антенны РЛС в горизонталь­ ной плоскости. В то же время для отображения точеч­ ного объекта достаточно отметки, формируемой одним

27

Импульсом. Все остальные Импульсы пачки могут счи­ таться избыточными. Эту избыточность, которую назо­ вем азимутальной, можно характеризовать коэффициен­ том

(2. 1)

где Ар — угловой размер „точечной” цели; дррлс— угол

поворота антенны за период повторения импульсов за­ пуска РЛС. Угловой размер точечной цели Д|3, равный обычно (0,5—2)°, определяется из условий получения удовлетворительной точности системы передачи инфор­ мации и зависит от параметров РЛС и канала связи.

Угол поворота антенны за период повторения им­ пульсов РЛС может быть подсчитан по формуле .

А'Ррлс — 2 я Г п/ 7 0бз,

где Тп— период повторения импульсов РЛС, 70б3 — пе­ риод вращения антенны РЛС. Период повторения Тп выбирается в пределах (1—5) мс, а период вращения антенны — в пределах (2—20) с [25—28]. Вследствие этого величина Ки показывающая сокращение пропуск­ ной способности канала связи, для различных типов об­ зорных РЛС может колебаться в пределах от 5 до 30.

Использование времени восстановления (времени «об­ ратного хода») электронных устройств РЛС также -по­ зволяет сократить требуемую пропускную способность канала связи. Коэффициент, характеризующий это со­ кращение, назовем коэффициентом использования вре­ мени:

где Тп— период повторения импульсов РЛС; 7Р — время, рабочего хода развертки РЛС, соответствующее макси­ мальной дальности. Для большинства обзорных РЛС время рабочего хода развертки Тр составляет от 50 до 90% периода повторения [25—28]. Отсюда значение ко­ эффициента Кг находится в пределах от 1,1 до 2.

Использование азимутальной и временной избыточ­ ности позволяет в KiKz раз сократить необходимую по­ лосу пропускания канала связи. Поэтому длительность

28

Преобразованных сигналов может быть вы брана

циентов Ki и Кг длительность преобразованных сигналов тв может превышать длительность зондирующих импуль­ сов ти в 5—60 раз.

Неравномерность алфавита источника сообщений (РЛС) дает возможность сократить пропускную способ­ ность канала связи при использовании для передачи сиг­

где Тв—период повторения импульсов системы передачи радиолокационной информации. Выбор тк> т в вместе с уменьшением полосы пропускания канала приводит к снижению разрешающей способности системы переда­ чи информации. Поэтому Кз назовем коэффициентом со­ кращения разрешающей способности.

Длительность сигналов, передаваемых по каналу свя­ зи, т-к определяется его полосой пропускания. Телефон­ ные каналы связи, наиболее часто используемые для пе­ редачи радиолокационной информации, позволяют по­ лучить величину Тк в пределах от 0,5 до 2 мс [36]. Вели­ чина периода повторения импульсов системы передачи радиолокационной информации может быть определена выражением:

Тв= А|р7’обз/2л

и обычно находится в пределах от 10 до 100 мс. Дли­ тельность зондирующих импульсов РЛС Ти на основании данных, приведенных в работах [25—28], составляет (1—5) мкс. Значения коэффициента Кз с учетом поряд­ ков величин, входящих в формулу (2.4), изменяются от 2 до 20.

Из приемного тракта РЛС смесь сигналов с шумом поступает на УПС, где амплитуды сигналов подвергают­ ся квантованию (дискретизации). Квантование может быть многоуровневым или двоичным. Известно [29], что двоичное квантование исчерпывает практически всю полезную информацию об амплитуде сигнала, если отно­ шение сигнала к шуму не менее двух. Потерн в поро-

29