第4章雷達(dá)終端顯示器和錄取設(shè)備

4.1雷達(dá)終端顯示器4.1.1顯示器的主要類型雷達(dá)終端顯示器根據(jù)完成的任務(wù)可分為:距離顯示器、平面顯示器、高度顯示器、情況顯示器和綜合顯示器、光柵掃描顯示器等。第一頁，共一百零八頁。

1.距離顯示器常用的距離顯示器有三種基本類型。其畫面如圖4.1所示,其中(a)為A型顯示器,(b)為J型顯示器,(c)為A/R型顯示器。距離顯示器顯示目標(biāo)的斜距坐標(biāo),它是一度空間顯示器,用光點(diǎn)在熒光屏上偏轉(zhuǎn)的振幅來表示目標(biāo)回波的大小,所以又稱為偏轉(zhuǎn)調(diào)制顯示器。A型顯示器為直線掃掠,掃掠線起點(diǎn)與發(fā)射脈沖同步,掃掠線長度與雷達(dá)距離量程相對(duì)應(yīng),主波與回波之間的掃掠線長代表目標(biāo)的斜距。第二頁，共一百零八頁。J型顯示器是圓周掃掠,它與A型顯示器相似,所不同的是把掃掠線從直線變?yōu)閳A周。目標(biāo)的斜距取決于主波與回波之間在順時(shí)針方向掃掠線的弧長。A/R型顯示器有兩條掃掠線。上面一條掃掠線和A型顯示器相同,下面一條是上面掃掠線中一小段的擴(kuò)展,擴(kuò)展其中有回波的一小段可以提高測距精度,它是從A型顯示器演變而來的。第三頁，共一百零八頁。圖4.1三種距離顯示器的畫面(a)A型顯示器;(b)J型顯示器;(c)A/R顯示器第四頁，共一百零八頁。2.平面顯示器平面顯示器顯示雷達(dá)目標(biāo)的斜距和方位兩個(gè)坐標(biāo),是二維顯示器。它用平面上的亮點(diǎn)位置來表示目標(biāo)的坐標(biāo),屬亮度調(diào)制顯示器。平面顯示器是使用最廣泛的雷達(dá)顯示器,因?yàn)樗軌蛱峁┢矫娣秶哪繕?biāo)分布情況,這種分布情況與通用的平面地圖是一致的。顯示器的圖像如圖4.2所示。方位角以正北為基準(zhǔn)(零方位角),順時(shí)針方向計(jì)量;距離則沿半徑計(jì)量;圓心是雷達(dá)站(零距離)。圖的中心部分大片目標(biāo)是近區(qū)的雜波所形成的,較遠(yuǎn)的小亮弧則是動(dòng)目標(biāo),大的是固定目標(biāo)。第五頁，共一百零八頁。圖4.2平面顯示器的圖像第六頁，共一百零八頁。平面顯示器既可以用極坐標(biāo)顯示距離和方位,也可以用直角坐標(biāo)來顯示距離和方位,若為后者，則其畫面如圖4.4所示,稱為B式顯示器,它以橫坐標(biāo)表示方位,縱坐標(biāo)表示距離。通常方位角不是取整個(gè)360°,而是取其中的某一段,即雷達(dá)所監(jiān)視的一個(gè)較小的范圍。如果距離也不取全程,而是某一段,這時(shí)的B式就叫做微B顯示器。在觀察某一波門范圍以內(nèi)的情況時(shí)可以用微B顯。第七頁，共一百零八頁。圖4.3偏心PPI顯示器第八頁，共一百零八頁。圖4.4B式顯示器的圖像第九頁，共一百零八頁。3.高度顯示器這種顯示器用在測高雷達(dá)和地形跟隨雷達(dá)系統(tǒng)中,統(tǒng)稱為E式顯示器,如圖4.5所示,橫坐標(biāo)表示距離,縱坐標(biāo)表示仰角或高度,表示高度者又稱為RHI顯示器。在測高雷達(dá)中主要用RHI顯示器。但在精密跟蹤雷達(dá)中常采用E式,并配合B顯使用。第十頁，共一百零八頁。圖4.5高度顯示器的兩種型式第十一頁，共一百零八頁。

4.情況顯示器和綜合顯示器隨著防空系統(tǒng)和航空管制系統(tǒng)要求的提高及數(shù)字技術(shù)在雷達(dá)中的廣泛應(yīng)用,出現(xiàn)了由計(jì)算機(jī)和微處理機(jī)控制的情況顯示器和綜合顯示器。情況顯示器和綜合顯示器是安裝在作戰(zhàn)指揮室和空中導(dǎo)航管制中心的自主式顯示裝置,它在數(shù)字式平面位置顯示器上提供一幅空中態(tài)勢的綜合圖像,并可在綜合圖像之上疊加雷達(dá)圖像。圖4.6示出綜合顯示器的畫面,其中雷達(dá)圖像為一次信息,綜合圖像為二次顯示信息,包括表格數(shù)據(jù)、特征符號(hào)和地圖背景,例如河流、跑道、橋梁及建筑物等。第十二頁，共一百零八頁。圖4.6綜合顯示器畫面示意第十三頁，共一百零八頁。5.光柵掃描雷達(dá)顯示器近年來隨著電視掃描技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了多功能的光柵掃描雷達(dá)顯示器。數(shù)字式的光柵掃描雷達(dá)顯示器與雷達(dá)中心計(jì)算機(jī)和顯示處理專用計(jì)算機(jī)構(gòu)成一體,具有高亮度、高分辨率、多功能、多顯示格式和實(shí)時(shí)顯示等突出優(yōu)點(diǎn),既能顯示目標(biāo)回波的二次信息,也能顯示各種二次信息以及背景地圖。由于采用了數(shù)字式掃描變換技術(shù),通過對(duì)圖像存貯器(RAM)的控制,可以實(shí)現(xiàn)多種顯示格式畫面,最多可達(dá)20多種畫面,包括正常PPI型、偏心PPI型、B型、E型等。圖4.7示出典型的機(jī)載雷達(dá)光柵掃描顯示器對(duì)地掃描狀態(tài)的顯示畫面。第十四頁，共一百零八頁。圖4.7典型的機(jī)載雷達(dá)對(duì)地掃描狀態(tài)顯示畫面第十五頁，共一百零八頁。4.1.2對(duì)顯示器的主要要求雷達(dá)對(duì)顯示器的要求是由雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)參數(shù)決定的,通常有以下幾點(diǎn):1)顯示器的類型選擇顯示器類型的選擇主要根據(jù)顯示器的任務(wù)和顯示的內(nèi)容,例如顯示目標(biāo)斜距采用A型、J型或A/R型;顯示距離和方位采用P型;在指揮部和航空管制中心則選用情況顯示器和綜合顯示器。2)顯示的坐標(biāo)數(shù)量、種類和量程這些參數(shù)主要根據(jù)雷達(dá)的用途和戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)來確定。第十六頁，共一百零八頁。3)對(duì)目標(biāo)坐標(biāo)的分辨力這是指顯示器畫面上兩個(gè)相鄰目標(biāo)的分辨能力。光點(diǎn)的直徑和形狀將直接影響對(duì)目標(biāo)的分辨力,性能良好的示波管的光點(diǎn)直徑一般為0.3~0.5mm。此外,分辨力還與目標(biāo)距離遠(yuǎn)近天線波束的半功率寬度和雷達(dá)發(fā)射脈沖寬度等參數(shù)有關(guān)。4)顯示器的對(duì)比度對(duì)比度是圖像亮度和背景亮度的相對(duì)比值,以百分?jǐn)?shù)表示為對(duì)比度的大小直接影響目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和圖像的顯示質(zhì)量,一般要求在200%以上。第十七頁，共一百零八頁。5)圖像重顯頻率為了使圖像畫面不致閃爍,要求重新顯示的頻率必須達(dá)到一定數(shù)值。閃爍頻率的門限值與圖像的亮度,環(huán)境亮度,對(duì)比度和熒光屏的余輝時(shí)間等因素有關(guān),一般要求達(dá)到20~30次每秒。6)顯示圖像的失真和誤差有很多因素使圖像產(chǎn)生失真和誤差,例如掃描電路的非線性失真,字符和圖像位置配合不準(zhǔn)確等。在設(shè)計(jì)中要分析產(chǎn)生失真和誤差的原因,加以補(bǔ)償和改善措施。此外,還有顯示器的體積、重量、環(huán)境條件、電源電壓及功耗等要求。第十八頁，共一百零八頁。4.2距離顯示器4.2.1A型顯示器

1.A型顯示器畫面及示波管的各極波形A型顯示器的典型畫面如圖4.8所示,畫面上有發(fā)射脈沖(又稱主波)、近區(qū)地物回波和目標(biāo)回波,還有距離刻度,這個(gè)刻度可以是電子式的,也可以是機(jī)械刻度尺。A型顯示器實(shí)際上是一個(gè)同步示波器。雷達(dá)發(fā)射脈沖(主波)瞬間,電子束開始從左到右線性掃掠,接收機(jī)輸出的回波信號(hào)顯示在主波之后,二者之間距與回波滯后時(shí)間成比例。第十九頁，共一百零八頁。圖4.8A型顯示器畫面第二十頁，共一百零八頁。圖4.9A型顯示器各極波形及時(shí)間關(guān)系(a)示波管各極波形;(b)波形時(shí)間關(guān)系第二十一頁，共一百零八頁。圖4.10A型顯示器的方框圖第二十二頁，共一百零八頁。

3.方框圖說明在圖4.10中各部分的電路已在有關(guān)課程學(xué)過,這里只著重說明各部分的聯(lián)系和特點(diǎn),下面討論掃掠產(chǎn)生電路,移動(dòng)距標(biāo)產(chǎn)生的方法。1)掃掠產(chǎn)生電路掃掠產(chǎn)生電路的任務(wù)是產(chǎn)生鋸齒電壓波并加在示波管水平偏轉(zhuǎn)板上,使電子束從左至右均勻掃掠,從而形成水平掃掠線。掃掠線中有幾個(gè)重要參數(shù)需著重考慮:(1)掃掠長度L。為了使用上方便,通常使掃掠長度為熒光屏直徑的80%左右,例如直徑為13cm的示波管,一般取掃掠線長為10cm,即L=0.8D,D為示波管的熒光屏直徑。第二十三頁，共一百零八頁。(2)距離量程。它的意義是掃描線總長度L所表示的實(shí)際距離數(shù)值。最大量程對(duì)應(yīng)雷達(dá)的最大作用距離。為了便于觀察,一般距離顯示器有幾種量程,分別對(duì)應(yīng)雷達(dá)探測范圍內(nèi)的某一段距離。用相同的掃掠長度表示不同的距離量程,意味著電子束掃掠速度不同或者說鋸齒電壓波的斜率不同。(3)掃掠直線性好。要求鋸齒電壓波在工作期內(nèi)電壓變化的速率接近一常數(shù),若這時(shí)采用均勻的固定距離刻度來測讀,則可以得到較高的測距精度。此外,還要求掃掠電壓有足夠的鋸齒電壓幅度,掃掠電壓的起點(diǎn)要穩(wěn)定,掃掠鋸齒波的恢復(fù)期(即回程)盡可能地短。第二十四頁，共一百零八頁。2)移動(dòng)距標(biāo)的產(chǎn)生用移動(dòng)距標(biāo)測量目標(biāo)距離,就要設(shè)法產(chǎn)生一個(gè)對(duì)主波延遲可變的脈沖作為距標(biāo)。調(diào)節(jié)距標(biāo)的延遲時(shí)間(并能精確讀出),使距標(biāo)移動(dòng)到回波的位置上,就可根據(jù)距標(biāo)遲后主波的時(shí)間tR算出目標(biāo)的距離R(R=1/2ctR,這里c為光速)。第二十五頁，共一百零八頁。4.2.2A/R顯示器在A型顯示器上,我們可以控制移動(dòng)距標(biāo)去對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)回波,然后根據(jù)控制元件的參量(電壓或軸角)而算得目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)。由于人的固有慣性,在測量中不可能做到使移動(dòng)距標(biāo)完全和目標(biāo)重合,它們之間總會(huì)有一定的誤差Δl,這個(gè)誤差我們稱為重合誤差。對(duì)于不同的量程,重合誤差Δl對(duì)應(yīng)的距離誤差ΔR將不同。例如,A型顯示器掃掠線長度為100mm,重合誤差Δl=1mm,當(dāng)其量程Rm為100km時(shí),Δl引起的誤差為1km,如果量程為1km,則Δl引起的距離誤差只有10m。但減小量程后,不能達(dá)到有效地監(jiān)視雷達(dá)全程的目的。第二十六頁，共一百零八頁。

1.A/R型顯示器畫面A/R型顯示器畫面如圖4.11所示,畫面上方是A掃掠線,下方是R掃掠線。在圖中A掃掠線顯示出發(fā)射脈沖、近區(qū)地物回波以及目標(biāo)回波1和2。R掃掠線顯示出目標(biāo)2及其附近一段距離的情況,還顯示出精移動(dòng)距標(biāo)。精移動(dòng)距標(biāo)以兩個(gè)亮點(diǎn)夾住了目標(biāo)回波2。通常在R掃掠線上所顯示的那一段距離在A掃掠線上以缺口方式、加亮顯示方式或其它方式顯示出來,以便使用人員觀測。第二十七頁，共一百零八頁。圖4.11A/R顯示器畫面第二十八頁，共一百零八頁。

2.A/R型顯示器的組成

A和R顯示器是配合使用的,R顯示器只顯示A顯示器中的一小段距離的信息,它們之間有嚴(yán)格的時(shí)間關(guān)系。圖4.12是一種實(shí)用的A/R型顯示器的方框圖,這里采用兩個(gè)單槍示波管。圖4.13是波形時(shí)間關(guān)系,波形的標(biāo)號(hào)與方框圖中的標(biāo)號(hào)相對(duì)應(yīng)。如圖4.12和圖4.13所示,以晶振頻率為75kHz的晶體振蕩器作為基準(zhǔn)信號(hào)源①,經(jīng)5×6次分頻后得到頻率為2.5kHz的正弦信號(hào)②。用②去形成A掃掠線的觸發(fā)信號(hào)⑤,其重復(fù)周期相應(yīng)為60km范圍,掃掠電壓如⑥所示。第二十九頁，共一百零八頁。圖4.12A/R顯示器方框圖第三十頁，共一百零八頁。圖4.13A/R顯示器波形關(guān)系圖第三十一頁，共一百零八頁。4.3平面位置顯示器4.3.1平面位置顯示器畫面特點(diǎn)平面位置顯示器又稱為P型顯示器,它以極坐標(biāo)的方式表示目標(biāo)的斜距和方位,其原點(diǎn)表示雷達(dá)所在地,目標(biāo)在熒光屏上以一亮點(diǎn)或亮弧出現(xiàn),又叫亮度調(diào)制。典型的P型顯示器畫面如圖4.14所示,光點(diǎn)由中心沿半徑向外掃掠為距離掃掠,距離掃掠線與天線同步旋轉(zhuǎn)為方位掃描。為了便于觀測目標(biāo),顯示器畫面一般均有距離和方位的電刻度,當(dāng)距離掃掠線與天線同步旋轉(zhuǎn)時(shí),距離電刻度是一族等間距的同心圓,而方位刻度為一族等角度的輻射狀直線。第三十二頁，共一百零八頁。由于P型顯示器所觀測的空域很大,為了盡可能得到較好的分辨力和清晰度,常采用聚焦好、亮度高的磁式偏轉(zhuǎn)示波管。為了能同時(shí)觀察整個(gè)空域的目標(biāo),必須采用長余輝示波管及亮度調(diào)制方式。根據(jù)方位掃描的方式不同,平面位置顯示器主要有兩種類型:動(dòng)圈式和定圈式平面位置顯示器。第三十三頁，共一百零八頁。圖4.14P型顯示器的畫面第三十四頁，共一百零八頁。4.3.2動(dòng)圈式平面位置顯示器動(dòng)圈式平面位置顯示器的方位掃描是靠偏轉(zhuǎn)線圈與天線同步旋轉(zhuǎn)而形成的,這種顯示器的優(yōu)點(diǎn)是線路比較簡單,在常規(guī)雷達(dá)中得到廣泛應(yīng)用。偏轉(zhuǎn)線圈與天線同步旋轉(zhuǎn)需要一套隨動(dòng)系統(tǒng),而且傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜,精度也不夠高,所以在近年來的新型雷達(dá)中逐步被定圈式平面位置顯示器所代替。圖4.15是動(dòng)圈式平面位置顯示器方框圖,主要由四部分組成:①距離掃掠電路;②方位掃描系統(tǒng);③距離和方位刻度系統(tǒng);④回波和輝亮系統(tǒng)。這里主要討論距離掃掠、方位掃描和方位刻度的實(shí)現(xiàn)方法,其余部分與A型顯示器相同。第三十五頁，共一百零八頁。圖4.15動(dòng)圈式平面顯示器方框第三十六頁，共一百零八頁。1.距離掃掠距離掃掠的產(chǎn)生方法和A型顯示器相似。由于這里采用磁偏轉(zhuǎn),在偏轉(zhuǎn)線圈中應(yīng)加入鋸齒電流,以便形成隨時(shí)間線性增強(qiáng)的磁場,使電子束在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)(偏轉(zhuǎn)方向與磁場方向垂直),從而在熒光屏上作直線掃掠。如果電流波從零開始增加,則光點(diǎn)便自屏的中心向外作徑向掃掠。為了獲得鋸齒波電流i(t)=Kt(這里K為常數(shù)),當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈的損耗電阻為R時(shí),在偏轉(zhuǎn)線圈上應(yīng)加的電壓是(4.3.1)第三十七頁，共一百零八頁。圖4.16偏轉(zhuǎn)線圈中的鋸齒電流和梯形電壓(a)線圈等效電路;(b)電流、電壓波形第三十八頁，共一百零八頁。圖4.17距離掃掠電路方框圖第三十九頁，共一百零八頁。2.方位掃描方位掃描是指距離掃掠線隨天線同步轉(zhuǎn)動(dòng)。在動(dòng)圈式平面顯示器中,通過使偏轉(zhuǎn)線圈與天線同步轉(zhuǎn)動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)方位掃描。由于距離掃掠速度很快而天線方位掃描的速度相對(duì)很慢,因而完成一次距離掃掠時(shí),方位數(shù)值基本不變,在顯示器上距離掃掠線仍可視為一條徑向的亮線。偏轉(zhuǎn)線圈與天線同步轉(zhuǎn)動(dòng)的方法一般采用隨動(dòng)系統(tǒng),圖418是一種最簡單的隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖。天線通過加速系統(tǒng)帶動(dòng)一個(gè)同步發(fā)送機(jī),在顯示器處的偏轉(zhuǎn)線圈則通過齒輪系統(tǒng)和一個(gè)同步接收機(jī)相連,這是一種開環(huán)系統(tǒng),隨動(dòng)精度低。如采用閉環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng),則可明顯提高其隨動(dòng)精度。第四十頁，共一百零八頁。圖4.18平面顯示器方位掃描隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖第四十一頁，共一百零八頁。3.方位刻度方位刻度有機(jī)械和電子的兩類,下面討論一種利用光電變換方法產(chǎn)生電子方位刻度的原理。固定電子方位刻度是在熒光屏上產(chǎn)生一系列等方位角的徑向亮線。每條亮線對(duì)應(yīng)一特定的方位。為了產(chǎn)生這些方位刻度,應(yīng)在天線每轉(zhuǎn)一特定角度Δθ時(shí),就產(chǎn)生一個(gè)方波,并加在示波管柵極或陰極上。方波寬度應(yīng)等于一個(gè)或幾個(gè)距離掃掠重復(fù)周期。圖4.19繪出了距離掃掠和方位刻度的時(shí)間關(guān)系示意圖。顯然,在0°、Δθ、2Δθ、……及nΔθ(n=1，2，3，…)方位上出現(xiàn)方位刻度。第四十二頁，共一百零八頁。圖4.19距離掃掠和方位刻度的時(shí)間關(guān)系第四十三頁，共一百零八頁。圖4.20產(chǎn)生方位刻度的原理如圖(R2=R3)第四十四頁，共一百零八頁。4.3.3定圈式平面位置顯示器1.方位掃描的基本原理在定圈式平面顯示器中,相互垂直的X偏轉(zhuǎn)線圈和Y偏轉(zhuǎn)線圈固定在管頸上,不產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng),掃掠線的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠X和Y偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)式徑向掃掠磁場來實(shí)現(xiàn)的?？捎脠D4.21來說明偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)式的徑向掃掠磁場的基本原理。在任意方向線性變化的磁場H,能使電子束在與該磁場垂直的方向進(jìn)行掃掠,從而形成掃掠線。這個(gè)任意方向的磁場,可以分解成水平和垂直兩個(gè)分量。第四十五頁，共一百零八頁。Hx=KtsinθHy=Ktcosθ

(4.3.2)同樣,若令水平和垂直偏轉(zhuǎn)線圈分別產(chǎn)生式(4.3.2)所示的磁場,那么這兩個(gè)磁場的空間合成便是θ方向的磁場H,而掃掠線則出現(xiàn)在(θ+π/2)的方向上,當(dāng)式(4.3.2)中的θ隨天線掃描角同步變化時(shí),掃掠線也就隨著天線同步轉(zhuǎn)動(dòng)了。第四十六頁，共一百零八頁。圖4.21磁場的分解與合成第四十七頁，共一百零八頁。為了產(chǎn)生式(4.3.2)所示磁場,在X和Y偏轉(zhuǎn)線圈上應(yīng)加入如下形式的電流:iX=K′tsinθiY=K′tcosθ

(4.3.3)也就是說,鋸齒掃掠電流ix和iy的振幅受天線軸角θ的正弦和余弦函數(shù)的調(diào)制,其掃描電流波形如圖4.22所示。

第四十八頁，共一百零八頁。2.掃掠電流的產(chǎn)生圖4.22產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)徑向掃掠所需的水平和垂直磁場第四十九頁，共一百零八頁。3.定圈式平面位置顯示器的組成圖4.23(a)給出一種定圈式平面位置顯示器組成方框圖。為了簡化方框圖,這里沒有加入移動(dòng)距標(biāo)。圖中包含有距離掃掠和方位掃描部分;距離刻度和方位刻度;回波和輝亮等部分。下面簡要說明它的工作原理。第五十頁，共一百零八頁。圖4.23采用后分解法的P型顯示器方框圖和掃描波形(a)組成框圖;(b)掃描波形第五十一頁，共一百零八頁。圖4.23采用后分解法的P型顯示器方框圖和掃描波形(a)組成框圖;(b)掃描波形第五十二頁，共一百零八頁。4.4計(jì)算機(jī)圖形顯示4.4.1計(jì)算機(jī)圖形顯示系統(tǒng)圖4.24計(jì)算機(jī)圖形顯示系統(tǒng)第五十三頁，共一百零八頁。1.隨機(jī)掃描顯示系統(tǒng)隨機(jī)掃描是用隨機(jī)定位方式來控制電子束的運(yùn)動(dòng),只要給出與位置(X，Y)相應(yīng)的掃描電壓(或電流),就可以把顯示信息隨意地顯示在熒光屏的任意位置上。圖4.25繪出一種隨機(jī)掃描所需的X、Y偏轉(zhuǎn)信號(hào)以及合成的圖形顯示。在這里(0,0)為屏面中心。電子束從中心開始,先畫一個(gè)口字,再畫一個(gè)圓,最后畫出4個(gè)點(diǎn)。畫完后電子束返回屏面中心。從圖4.25看出,電子束從位置“1”跳變到位置“2”,以及從位置“2”跳變到位置“3”所需的時(shí)間叫做定位時(shí)間,如果偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)用得合適,每次定位時(shí)間可小于5μs。第五十四頁，共一百零八頁。圖4.25隨機(jī)掃描波形及畫面示意第五十五頁，共一百零八頁。圖4.26隨機(jī)掃描圖形顯示系統(tǒng)框圖第五十六頁，共一百零八頁。2.光柵掃描顯示系統(tǒng)光柵掃描是由在屏幕上一條接一條的一系列重復(fù)的水平線構(gòu)成的,這些水平線稱為掃描線。圖4.27給出了典型的水平和垂直信號(hào)及其對(duì)應(yīng)的顯示。根據(jù)輸入指令相應(yīng)地來增強(qiáng)某些部分的水平掃描線時(shí),就可產(chǎn)生顯示信息。當(dāng)每一條掃描線到達(dá)屏幕的另一邊(右)邊界時(shí),它就回掃到起點(diǎn)位置的一邊(左),并且進(jìn)行下一條掃描線的掃描。每條掃描線都略有傾斜，以便掃滿全屏,但由于滿屏有數(shù)百至上千條線,人眼是看不出來傾斜的。當(dāng)?shù)撞繏呙杈€結(jié)束時(shí),光柵垂直向上回掃,回到左上角的起始位置,然后重復(fù)進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)刷新,獲得穩(wěn)定的圖像。水平和垂直回掃期間,CRT的電子束被消隱掉，使屏上看不到回掃顯示。顯示信息只是在正程時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。第五十七頁，共一百零八頁。圖4.27光柵掃描水平和垂直信號(hào)及其顯示(a)x、y掃描電壓波形;(b)CRT上的光柵第五十八頁，共一百零八頁。圖4.28光柵圖形顯示系統(tǒng)框圖第五十九頁，共一百零八頁。4.4.2字符產(chǎn)生器1)字符種類它是指字符產(chǎn)生器能產(chǎn)生的字母、數(shù)字、符號(hào)和漢字的種數(shù)。一般有26個(gè)大寫字母和26個(gè)小寫字母,0至9這10個(gè)數(shù)字,簡單的漢字和若干專用的特殊符號(hào)。用途不同,所要求的字符種類不同,一般有16、64、96、128和256等。每種字符都有一組特定的代碼,簡稱為字符代碼。第六十頁，共一百零八頁。2)字符尺寸字符尺寸為字符在熒光屏上的幾何尺寸大小。它由視覺銳度和形成字符的點(diǎn)數(shù)來確定。常用的字符尺寸為3mm×4mm和5mm×7mm。3)字符書寫速率在保證不失真和不閃爍的條件下,每個(gè)字符書寫時(shí)間愈短,一幀內(nèi)就能顯示出更多的字符,即顯示容量更大。一般單個(gè)字符書寫時(shí)間為3~5μs。但是應(yīng)該指出,字符書寫速率越高,要求偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和輝亮系統(tǒng)的頻帶越寬,技術(shù)實(shí)現(xiàn)也越復(fù)雜。第六十一頁，共一百零八頁。4)字符顯示效率字符顯示效率是指一個(gè)字符輝亮?xí)r間與該字符書寫時(shí)間的比值。輝亮?xí)r間占書寫時(shí)間越多,字符的平均亮度越高,字符顯示效率也就越高。字符產(chǎn)生的方法很多,在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)的圖形顯示中,主要有隨機(jī)掃描字符產(chǎn)生和光柵掃描字符產(chǎn)生兩種方法。第六十二頁，共一百零八頁。1.隨機(jī)掃描字符產(chǎn)生器隨機(jī)掃描字符產(chǎn)生器的組成框圖如圖4.29所示。顯示控制器將字符指令的操作碼譯成字符產(chǎn)生器的啟動(dòng)信號(hào),把字符指令中指定的字符碼送到字符產(chǎn)生器的字符碼譯碼邏輯電路。通過譯碼器在字符成型存貯器中找到與該代碼相應(yīng)的字符。字符成型存貯器是一個(gè)只讀存貯器(ROM),在啟動(dòng)信號(hào)作用下依次讀出所選定字符的成型信息,用來控制X、Y、Z三個(gè)方向的動(dòng)作,使之在熒光屏上描繪出這個(gè)字符。書寫完成該字符后就給出字符結(jié)束信號(hào),通知顯示控制器發(fā)出下一個(gè)字碼的代碼。由此可見,字符成型存貯器實(shí)際上是一個(gè)微程序庫。第六十三頁，共一百零八頁。圖4.29隨機(jī)掃描字符產(chǎn)生器框圖第六十四頁，共一百零八頁。1)點(diǎn)陣法字符產(chǎn)生器點(diǎn)陣法把要書寫字符的區(qū)域分割成若干像素點(diǎn),控制點(diǎn)陣中某些點(diǎn)的輝亮就可以顯示出所需要的字符。實(shí)際上點(diǎn)陣中點(diǎn)與點(diǎn)的距離很小,因此這種字符看上去與連續(xù)筆劃字符差不多。點(diǎn)陣法又分為順序點(diǎn)陣法和程序點(diǎn)陣法兩種。順序點(diǎn)陣法在字符控制邏輯電路的控制下,按順序讀出存貯在字符成型存貯器中對(duì)應(yīng)于所驅(qū)動(dòng)的每個(gè)像素點(diǎn)的輝亮信號(hào),并同時(shí)控制X、Y產(chǎn)生器計(jì)數(shù),以產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)信號(hào)控制電子束的運(yùn)動(dòng),使之與輝亮信號(hào)同步地掃描字符點(diǎn)陣中的每個(gè)像素點(diǎn)。第六十五頁，共一百零八頁。圖4.30點(diǎn)陣法字符產(chǎn)生器書寫“A”字符的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和輸出波形(a)“A”字符點(diǎn)陣;(b)順序點(diǎn)陣法波形;(c)程控點(diǎn)陣法波形第六十六頁，共一百零八頁。表4.1程控點(diǎn)陣法顯示“A”字符的編碼第六十七頁，共一百零八頁。2)線段法字符產(chǎn)生器線段法字符產(chǎn)生器采用一些基本的直線段去逼近一個(gè)字符。通常,在平面坐標(biāo)上表示一條直線的方法很多,例如用始點(diǎn)(Xa,Ya)和終點(diǎn)(Xb,Yb)表示;或者用始點(diǎn)坐標(biāo)(Xa,Ya)再加上增量數(shù)Δx、Δy表示等。用圖4.31所示的書寫字符“A”為例來說明線段法字符產(chǎn)生器的原理。顯然,字符“A”至少由三條亮線段ab,bc,de和一條暗線段cd所組成。只要將這幾條線段及其亮暗特性進(jìn)行編碼構(gòu)成一段微程序,存放在字符成型存貯器中,并按一定方式讀取和執(zhí)行,就可構(gòu)成線段法字符產(chǎn)生器。第六十八頁，共一百零八頁。圖4.31線段法書寫字符“A”第六十九頁，共一百零八頁。表4.2筆畫法顯示“A”字符的編碼第七十頁，共一百零八頁。表4.3單位線段法顯示“3”字的編碼第七十一頁，共一百零八頁。圖4.32單位線段法字符產(chǎn)生器的原理和組成框圖(a)8個(gè)方向的單位矢量編碼;(b)“3”字的編碼;(c)原理框圖第七十二頁，共一百零八頁。圖4.32單位線段法字符產(chǎn)生器的原理和組成框圖(a)8個(gè)方向的單位矢量編碼;(b)“3”字的編碼;(c)原理框圖第七十三頁，共一百零八頁。

2.光柵掃描字符產(chǎn)生器圖4.28示出光柵顯示系統(tǒng)框圖,光柵掃描的水平和垂直信號(hào)及其顯示畫面如圖4.27所示。圖4.33給出光柵掃描顯示系統(tǒng)中字符顯示的示意圖,圖中字符矩陣仍為5×7。由于光柵掃描是從左到右,從上到下順序進(jìn)行,因此當(dāng)圖中所示從第3條掃描線開始有字符輝亮信息時(shí),首先讀出第一個(gè)字符的第一橫上的數(shù)據(jù),與偏轉(zhuǎn)掃描運(yùn)動(dòng)相配合加上輝亮信號(hào),即可顯示出這些數(shù)據(jù)。接著是顯示第二個(gè)字符的第一橫上的數(shù)據(jù),依次進(jìn)行下去,直到第一行最后一個(gè)字符的第一橫顯示完為止。然后從第4條掃描線開始,先顯示第一個(gè)字符的第二橫,依次重復(fù)進(jìn)行。由于每個(gè)字符分布在七條掃描線上,因此每個(gè)字符要反復(fù)讀出七次。顯然這和隨機(jī)掃描顯示完一個(gè)字符再顯示另一個(gè)字是不同的。第七十四頁，共一百零八頁。圖4.33光柵掃描顯示字符示意圖第七十五頁，共一百零八頁。4.5雷達(dá)數(shù)據(jù)的錄取4.5.1引言雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)信息處理的過程主要有以下三點(diǎn):(1)從雷達(dá)接收機(jī)的輸出中檢測目標(biāo)回波,判定目標(biāo)的存在;(2)測量并錄取目標(biāo)的坐標(biāo);(3)錄取目標(biāo)的其它參數(shù),如機(jī)型、架數(shù)、國籍、發(fā)現(xiàn)時(shí)間等,并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行編批。第七十六頁，共一百零八頁。

1.半自動(dòng)錄取在半自動(dòng)錄取系統(tǒng)中,仍然由人工通過顯示器來發(fā)現(xiàn)目標(biāo),然后由人工操縱一套錄取設(shè)備,利用編碼器把目標(biāo)的坐標(biāo)記錄下來。半自動(dòng)錄取系統(tǒng)方框圖如圖4.43所示,圖中的錄取顯示器是以P型顯示器為基礎(chǔ)加以適當(dāng)改造的,它可以顯示某種錄取標(biāo)志,例如一個(gè)光點(diǎn),操縱員通過外部錄取設(shè)備來控制這個(gè)光點(diǎn),使它對(duì)準(zhǔn)待錄取的目標(biāo)。通過錄取標(biāo)志從顯示器上錄取下來的坐標(biāo)是對(duì)應(yīng)于目標(biāo)位置的掃掠電壓,在錄取顯示器輸出后,應(yīng)加一個(gè)編碼器,將電壓變換成二進(jìn)制數(shù)碼。在編碼器中還可以加上一些其它特征數(shù)據(jù),這就完成了錄取任務(wù)。半自動(dòng)錄取設(shè)備目前使用較多,它的錄取精度在方位上可達(dá)1°,在距離上可達(dá)1km左右。在天線環(huán)掃一周的時(shí)間(例如6~10s)內(nèi),可錄取5~6批目標(biāo)。錄取設(shè)備的延遲時(shí)間約為3~5s。第七十七頁，共一百零八頁。圖4.43半自動(dòng)錄取設(shè)備方框圖第七十八頁，共一百零八頁。2.全自動(dòng)錄取全自動(dòng)錄取與半自動(dòng)錄取不同之處是,在整個(gè)錄取過程中,從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到各個(gè)坐標(biāo)讀出,完全由錄取設(shè)備自動(dòng)完成,只是某些輔助參數(shù)需要人工進(jìn)行錄取。全自動(dòng)錄取設(shè)備的組成如圖4.44所示,圖中信號(hào)檢測設(shè)備能在全程對(duì)信號(hào)積累,根據(jù)檢測準(zhǔn)則,從積累的數(shù)據(jù)中判斷是否有目標(biāo)。當(dāng)判斷有目標(biāo)時(shí),檢測器自動(dòng)送出發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的信號(hào),我們就利用這一信號(hào),用計(jì)數(shù)編碼部件來錄取目標(biāo)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。由于錄取設(shè)備是在多目標(biāo)的條件下工作的,因而距離和方位編碼設(shè)備能夠提供雷達(dá)整個(gè)工作范圍內(nèi)的距離和方位數(shù)據(jù),而由檢測器來控制不同目標(biāo)的坐標(biāo)錄取時(shí)刻。圖中的排隊(duì)控制部件是為了使錄取的坐標(biāo)能夠有次序地送往計(jì)算機(jī)的緩沖存貯器中去,并在這里可以加入其它一些數(shù)據(jù)。第七十九頁，共一百零八頁。圖4.44全自動(dòng)錄取設(shè)備方框圖第八十頁，共一百零八頁。自動(dòng)錄取設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是錄取的容量大,速度快,精度也比較高,因此適合于自動(dòng)化防空系統(tǒng)和航空管制系統(tǒng)的要求。在一般的兩坐標(biāo)雷達(dá)上,配上自動(dòng)錄取設(shè)備,可以在天線掃描一周時(shí)錄取30批左右的目標(biāo),錄取的精度和分辨力能做到不低于雷達(dá)本身的技術(shù)指標(biāo),例如距離精度可達(dá)到100m左右,方位精度可達(dá)到0.1°或更高。對(duì)于現(xiàn)代化的航空管制雷達(dá)中的自動(dòng)錄取設(shè)備,天線環(huán)掃一周內(nèi)可錄取高達(dá)400批目標(biāo)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。第八十一頁，共一百零八頁。4.5.2目標(biāo)距離數(shù)據(jù)的錄取

1.單目標(biāo)距離編碼器將時(shí)間的長短轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)碼的基本方法是用計(jì)數(shù)器,由目標(biāo)遲后于發(fā)射脈沖的遲延時(shí)間tR來決定計(jì)數(shù)時(shí)間的長短,使計(jì)數(shù)器中所計(jì)的數(shù)碼正比于tR,讀出計(jì)數(shù)器中的數(shù),就可以得到目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)。圖4.45就是根據(jù)這一方法所組成的單個(gè)目標(biāo)的距離編碼器。雷達(dá)發(fā)射信號(hào)時(shí),啟動(dòng)脈沖使觸發(fā)器置“1”,來自計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生器的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)“與”門進(jìn)入距離計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)開始。經(jīng)時(shí)延tR,目標(biāo)回波脈沖到達(dá)時(shí),觸發(fā)器置“0”,“與”門封閉,計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并保留所計(jì)數(shù)碼。在需要讀取目標(biāo)距離數(shù)碼時(shí),將讀數(shù)控制信號(hào)加到控制門而讀出距離數(shù)據(jù)。第八十二頁，共一百零八頁。圖4.45單目標(biāo)距離編碼器(a)組成框圖;(b)各點(diǎn)波形第八十三頁，共一百零八頁。若計(jì)數(shù)脈沖頻率為f,距離取樣間隔τR=1/f,由讀出的距離數(shù)碼N,可確定目標(biāo)時(shí)延tR和目標(biāo)的距離R:(4.5.1)(4.5.2)式中，c是光速；采用近似等號(hào)，是因?yàn)閱?dòng)脈沖和回波脈沖不一定與計(jì)數(shù)脈沖重合,見圖4.45中的Δt1和Δt2。第八十四頁，共一百零八頁。2.多個(gè)目標(biāo)距離編碼器圖4.46多個(gè)目標(biāo)距離編碼器第八十五頁，共一百零八頁。

3.影響距離錄取精度的因素影響距離錄取精度的因素有三項(xiàng):編碼器啟動(dòng)脈沖與計(jì)數(shù)脈沖不重合的誤差Δt1;計(jì)數(shù)脈沖頻率不穩(wěn)定;距離量化誤差Δt2。將計(jì)數(shù)脈沖用同步分頻的方法形成發(fā)射機(jī)觸發(fā)脈沖和編碼器啟動(dòng)脈沖,可以消除誤差Δt1。晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-6~10-7,采用它，可以有效地減小計(jì)數(shù)脈沖不穩(wěn)定誤差。提高計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率f可以減小距離量化誤差。在實(shí)際應(yīng)用中,通常取距離量化單元τR等于或略小于雷達(dá)的脈沖寬度τ。此外,還可以采用電子游標(biāo)法和內(nèi)插法來提高距離測量和距離錄取的精度。第八十六頁，共一百零八頁。4.5.3目標(biāo)角坐標(biāo)數(shù)據(jù)錄取1.方位中心的估計(jì)方法1)等信號(hào)法圖4.47示出等信號(hào)法方位中心估計(jì)的示意圖。在某些自動(dòng)檢測器中,檢測器在檢測過程中一般要發(fā)出三個(gè)信號(hào),即回波串的“起始”,回波串的“終止”和“發(fā)現(xiàn)目標(biāo)”三個(gè)判決信號(hào)。前二個(gè)信號(hào)反應(yīng)了目標(biāo)方位的邊際,可用來估計(jì)目標(biāo)方位。設(shè)目標(biāo)“起始”時(shí)的方位為θ1,目標(biāo)“終止”時(shí)讀出的方位為θ2,則目標(biāo)的方位中心估計(jì)值θ0為(4.5.3)在實(shí)際應(yīng)用中,階梯檢測器、滑窗檢測器、程序檢測器等都可以采用這種方法來估計(jì)方位中心。第八十七頁，共一百零八頁。圖4.47等信號(hào)法方位中心估計(jì)示意圖第八十八頁，共一百零八頁。圖4.48加權(quán)法估計(jì)方位原理圖第八十九頁，共一百零八頁。2)加權(quán)法加權(quán)法估計(jì)方位的原理示于圖448中。量化信息經(jīng)過距離選通后進(jìn)入移位寄存器。移位寄存器的移位時(shí)鐘周期等于雷達(dá)的重復(fù)周期。雷達(dá)發(fā)射一個(gè)脈沖,移位寄存器就移位一次。這樣，移位寄存器中寄存的是同一距離量化間隔中不同重復(fù)周期的信息。對(duì)移位寄存器的輸出進(jìn)行加權(quán)求和,將左半部加權(quán)和加“正”號(hào),右半部加權(quán)和加“負(fù)”號(hào),然后由相加檢零電路檢測。當(dāng)相加結(jié)果為零時(shí),便輸出一個(gè)方位讀數(shù)脈沖送到錄取裝置,讀出所錄取的方位信息。第九十頁，共一百零八頁。2.增量碼盤增量碼盤是最簡單的碼盤。它在一個(gè)圓盤上開有一系列間隔為Δθ的徑向縫隙,圓盤的轉(zhuǎn)軸與天線轉(zhuǎn)軸機(jī)械交鏈。圓盤的一側(cè)設(shè)有光源,另一側(cè)設(shè)置有光敏元件,它把徑向縫隙透過來的光轉(zhuǎn)換為電脈沖。圖4.49(a)所示為圓盤上開縫的示意圖,圖4.49(b)是用增量碼盤構(gòu)成的角度錄取裝置。第九十一頁，共一百零八頁。圖4.49增量碼盤及由它構(gòu)成的錄取裝置(a)增量碼盤;(b)錄取裝置原理圖第九十二頁，共一百零八頁。圖4.50帶轉(zhuǎn)向縫隙的增量碼盤和由它構(gòu)成的錄取裝置(a)碼盤;(b)錄取裝置框圖第九十三頁，共一百零八頁。圖4.51轉(zhuǎn)向不同時(shí)計(jì)數(shù)脈沖與轉(zhuǎn)向信號(hào)的時(shí)間關(guān)系(a)正向;(b)反向第九十四頁，共一百零八頁。圖4.52轉(zhuǎn)向鑒別電路第九十五頁，共一百零八頁。3.二進(jìn)制碼盤和循環(huán)碼盤二進(jìn)制碼盤和循環(huán)碼盤都可以直接取得與角度位置相應(yīng)的數(shù)碼,不必像增量碼盤那樣經(jīng)計(jì)數(shù)積累才能取得各角度位置相應(yīng)的數(shù)碼。圖4.53畫出了這兩種碼盤