Спосіб оперативної реєстрації та відображення трас повітряних об’єктів, що рухаються, та пристрій для його здійснення

Винахід належить до систем відображення інформації людині-оператору з метою прийняття рішення щодо наявності тієї чи іншої цілі в зоні огляду, зокрема, до систем відображення радіолокаційної інформації (РЛІ) в радіолокаційних станціях (РЛС), комплексах засобів автоматизації (КЗА) за умов сильно зашумлених радіолокаційних оглядів. Відомий спосіб відображення радіолокаційних цілей (РЛЦ), який полягає в тому, що сигнал, прийнятий антеною РЛС, обробляють у приймальному пристрої, вихідну напругу приймального пристрою порівнюють у пороговому пристрої із пороговою напругою й у випадку перевищення нею порогової напруги відображають ціль на пристрої відображення інформації [1, 2, 3]. Відомий також спосіб відображення РЛЦ, який полягає в тому, що значення вихідної напруги приймального пристрою, які перевищили наперед задану порогову напругу і відповідають певній послідовності оглядів РЛС, об'єднують у відповідні сукупності (траси рухомих цілей) й відображають траси на пристрої відображення інформації [4]. Під трасою розуміють строго певну, за часом, послідовність сигналів, які отримані за декілька послідовних оглядів і відповідають тому ж самому повітряному об'єкту. Треба підкреслити, що визначення "відмітка" та "ціль" мають неоднакове значення. "Відмітка" - це просто сигнал на екрані відеоконтрольного пристрою будь-якого походження, а "ціль" - це радіосигнал, відбитий від об'єкта штучного походження, який являє собою певний інтерес для засобів радіолокації та КЗА. Варто згадати також спосіб відображення РЛЦ, згідно з яким накопичують сигнали на оглядах, об'єднують сигнали в траси і відображають траси [5]. По суті, він аналогічний способові [4]. Ці способи, як правило, застосовують при відсутності сильної зашумленості оглядів. Також відомий, вибраний як прототип, спосіб відображення радіолокаційної інформації з проміжного носія, згідно з яким, як і в заявленому способі, відеосигнали декількох послідовних оглядів послідовно запам'ятовують, наприклад записують на фотографічну плівку (органічну електрофотографічну), а потім послідовно, циклічно, огляд за оглядом, прискорено відображають на пристрої відображення інформації [6]. Під оглядами розуміємо також зображення, кадри, спостереження. Зважаючи на те, що в оці людини є так звані "детектори руху", в результаті циклічного прискореного відтворення інформації, до 25 оглядів за секунду - "ефект кіно", око людини-оператора виявляє закономірності у прискореному відтворенні цих оглядів, наприклад виявляє не хаотичний рух, а цілеспрямований; селектує відмітки, які зміщуються (рухаються) від огляду до огляду по кривій того чи іншого порядку. Цей спосіб ефективний у випадку, коли зашумленість оглядів незначна. При зростанні зашумленості оглядів збільшується кількість сигналів, що заважають, його ефективність значно погіршується. Людинаоператор не в змозі стежити за великою кількістю сигналів та виявляти корисні. Відомий пристрій реєстрації та відображення трас об'єктів, які рухаються, що містить приймальний пристрій, на вхід якого надходять електричні сигнали з антени, а вихід з'єднаний з входом порогового пристрою, де здійснюється порівняння вихідної напруги приймального пристрою із пороговою напругою, вихід порогового пристрою з'єднаний з входом пристрою відображення інформації [1, 2, 3]. Цей пристрій ефективно використовується при низькій зашумленості оглядів. При зростанні зашумленості оглядів його ефективність суттєво зменшується. Оператору дуже важко виділити корисний сигнал на фоні перешкод. Відомий також, вибраний як прототип, цифровий пристрій кодового віднімання, що містить, як і заявлений пристрій, комутатор, на перший вхід якого надходять відеосигнали, а другий вхід з'єднаний з першим виходом блока керування режимами реєстрації та відображення; перший, другий,..., N-ий виходи комутатора відповідно з'єднані з 1, 2, ..., N-им входами запам'ятовуючого пристрою, N+1 вхід якого з'єднаний з другим виходом блока керування режимами реєстрації та відображення, перший вихід блока запам'ятовуючого пристрою з'єднаний з входом блока реєстрації та відображення, а другий вихід - з першим входом блока прискореного циклічного відтворення, другий вхід блока прискореного циклічного відтворення з'єднаний з третім виходом блока керування режимами реєстрації та відображення, четвертий вихід якого з'єднаний з третім входом блока додавання, перший і другий вхід якого з'єднані відповідно з виходом блока реєстрації та відображення, виходом блока прискореного циклічного відтворення, вихід блока додавання з'єднаний з входом пристрою відображення інформації, вихід якого з'єднаний з входом блока керування режимами реєстрації та відображення [6]. У цьому пристрої через надлишок інформації, яка відображається в пристрої відображення інформації, погіршується якість й ефективність роботи пристрою. Великі енерговитрати, складність технології виконання послідовності операцій при відображенні трас через особливості конструкції блока реєстрації та відображення, наприклад необхідність використання напруги порядку декількох кіловольт, неекономічний носій інформації - органічна електрофотографічна плівка, громіздкий механічний стрічкопротяжний механізм, нечіткість механізму стрічкопротягу, також не дозволяють широко використовувати цей пристрій. В основу першого із групи винаходів покладено задачу удосконалення способу відображення радіолокаційної інформації з проміжного носія шляхом попередньої обробки послідовності оглядів перед їх циклічним прискореним відтворенням на пристрої відображення Інформації, що забезпечить значне зменшення кількості хибних трас, які відображаються, і, тим самим, дозволить підвищити ефективність роботи оператора. В основу другого із групи винаходів покладено задачу удосконалення пристрою реєстрації та відображення трас об'єктів, що рухаються. Це досягається шляхом уведення в конструкцію блоків запам'ятовуючи х пристроїв міжоглядових різниць, а також зміни конструкції блоку реєстрації та відображення, тобто переходу від громіздких механічних неекономічних пристроїв до більш поширених електронних, що дозволить підвищити ефективність роботи оператора, зменшити кількість зайвих відміток, що призведе до зменшення кількості хибних трас. Перша поставлена задача вирішується тим, що в способі оперативної реєстрації та відображення трас повітряних об'єктів, що рухаються, за яким відеосигнали декількох оглядів послідовно запам'ятовують за оглядами, а потім послідовно, циклічно, огляд за оглядом прискорено відображають на пристрої відображення інформації. Згідно з винаходом із сигналів наступного огляду віднімають сигнали попереднього огляду, результати запам'ятовують у вигляді міжоглядових різниць, потім прискорено, послідовно, циклічно відображають послідовність міжоглядових різниць, при цьому, у випадку накопичення N зображень, після N-гo циклу запису інформацію першого огляду знищують, а інші огляди за допомогою спеціалізованого обчислювача записують в попередні запам'ятовуючі пристрої (другий огляд записують у перший запам'ятовуючий пристрій, третій огляд запам'ятовують у другий запам'ятовуючий пристрій і т.д.), причому у вільний N-й запам'ятовуючий пристрій записують (N+1)-й огляд, потім знову здійснюють послідовний запис у запам'ятовуючий пристрій міжоглядових різниць, а результати обробки прискорено, послідовно, циклічно відображають. Головною відмінною ознакою запропонованого способу є обов'язковий факт руху відмітки від огляду до огляду протягом певного часу. Віднімання сигналів попереднього огляду із наступного дозволяє уникнути відображення інформації, яка є зайвою і заважає роботі оператора. Слід підкреслити, що для виявлення факту р уху відмітки від огляду до огляду має бути іншою дискретизація радіолокаційної інформації. Немає потреби у використанні роздільної здібності (сtu/2)´b 0,5p, де с - швидкість світла, t u - довжина імпульсу, b 0,5p ширина діаграми спрямованості по половинній потужності. Головне - зафіксувати факт руху (переміщення). З огляду на це, кількість роздільних елементів буде меншою, що сприятиме більш ефективній обробці сигналів. На пристрої відображення інформації відображаються тільки корисні відмітки, тим самим підвищується ефективність роботи оператора. Даний спосіб має істотні відмінності через те, що подібних науково-технічних рішень у науково-технічній літературі не виявлено. Спосіб характеризується: наявністю сук упності дій над відеосигналами оглядів РЛС (РЛК); порядком виконання дій у часі; умовами, які забезпечують можливість виконання тієї чи іншої дії з числа істотних дій, сукупність яких складає даний спосіб уявлення радіолокаційної інформації у вигляді радіолокаційних оглядів, накопичення певної послідовності таких оглядів, формування послідовності міжоглядових різниць, прискорене послідовне циклічне відтворення на пристрої відображення інформації накопиченої послідовності міжоглядових різниць, без яких неможливе здійснення способу оперативної реєстрації та відображення трас об'єктів, що рухаються. Необхідно підкреслити, що всі операції здійснюються над матеріальним об'єктом - напругою за допомогою матеріальних об'єктів. Заявлений винахід відповідає критерію "новизна", тому що є нова сукупність ознак, які дозволяють одержати позитивний ефект. Суть даного способу оперативної реєстрації та відображення трас об'єктів, що рухаються, полягає в розширенні класу описів повітряних об'єктів, урахуванні просторово-часової відмінної ознаки повітряних об'єктів, що р ухаються. Дана ознака враховує той факт, що відмітки від рухомих цілей у процесі огляду простору вишиковуються в регулярну послідовність, тобто трасу рухомої цілі, яка адекватно відображає рух об'єкта в просторі і в часі. Це дозволяє найбільш природно уявляти радіолокаційну інформацію людиніоператору і значно підвищує ефективність її роботи. Це пояснюється тим, що швидкість і прискорення повітряної цілі обмежені припустимими значеннями, і між відмітками траси існує статистичний зв'язок, а між відмітками шумових сигналів такого зв'язку немає. У результаті при тому ж значенні відношення сигнал/шум на вході приймального пристрою може бути отримана більш висока ймовірність правильного виявлення. В основу способу покладений алгоритм міжоглядової обробки інформації, який враховує дану відмінну ознаку, а також природні властивості людини, зокрема, її зору. Для одержання радіолокаційного огляду, який був би за своєю структурою адекватний полю, що утворюється перевідбитими сигналами від фізично неоднорідних об'єктів, що зустрічаються на шляху поширення радіолокаційних сигналів, необхідно дискретизувати аналоговий сигнал і записати отриману послідовність відеоімпульсів в оперативну пам'ять. Запис у запам'ятовуючий пристрій здійснюється послідовно, період за періодом, по дальності. Удосконалення способу реєстрації та відображення інформації дозволяє поліпшити якість інформації, що надходить для відображення, і тим самим підвищити ефективність роботи оператора. Друга поставлена задача вирішується тим, що в пристрої реєстрації та відображення трас об'єктів, які рухаються, який містить комутатор, запам'ятовуючий пристрій (ЗП), блок прискореного циклічного відтворення, блок додавання, блок керування режимами реєстрації та відображення, блок реєстрації та відображення, пристрій відображення інформації. Згідно з винаходом уведені запам'ятовуючі пристрої міжоглядових різниць, спеціалізований обчислювач. Відеосигнали за допомогою комутатора послідовно, огляд за оглядом, записують в запам'ятовуючі пристрої по оглядах, віднімають із наступного огляду попередній, результати записують послідовно в запам'ятовуючі пристрої міжоглядових різниць (МОР), потім прискорено, циклічно, послідовно, відображають на пристрої відображення інформації послідовність міжоглядових різниць. Уведення в конструкцію запам'ятовуючих пристроїв міжоглядових різниць дозволяє фіксувати та в подальшому відображати тільки корисні сигнали, які в процесі послідовного, прискореного відтворення вишиковуються в регулярну послідовність, трасу рухомої цілі, що адекватно відображає рух об'єкта в просторі і в часі. Це дозволяє найбільш природно уявляти радіолокаційну інформацію людині-оператору і значно підвищує е фективність її роботи. Зміна конструкції блоку реєстрації та відображення дозволяє знизити енерговитрати, спростити конструкцію, поліпшити якість інформації, що надходить для відображення, і тим самим підвищити ефективність роботи оператора. Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображені: - на Фіг.1 - заявлений пристрій оперативної реєстрації та відображення трас об'єктів, що р ухаються; - на Фіг.2 - залежності кількостей виявлених об'єктів від рівня хибної тривоги та від способу оперативної реєстрації та відображення інформації. Заявлений спосіб реалізується таким чином. У кожному ЗП інформація зберігається у вигляді радіолокаційних оглядів, кожний елемент якого характеризує наявність сигналу, відбитого від фізично неоднорідного (e, m, s ¹ 1, де e - відносна електрична проникненість, m - відносна магнітна проникненість, s - питома електропровідність) у відповідному роздільному елементі простору. Ін формація в ЗП записується послідовно по оглядах. Результати накопичень за допомогою спеціалізованого обчислювача обробляються в запам'ятовуючи х пристроях міжоглядових різниць ЗП МОР таким чином: інформація із ЗП першого огляду переписується в ЗП МОР1. При надходженні інформації із ЗП другого огляду логіка обробки така. Якщо в ЗП МОР 1 є сигнал з координатами (і, j) першого огляду, при надходженні сигналу із ЗП другого огляду з координатами (і, j) за алгоритмом роботи підсумкового сигналу в ЗП MOP1 не буде. Отже, стаціонарні сигнали, наприклад місцеві предмети, дискретні пасивні перешкоди, у подальшій роботі пристрою не використовуються. Це значно підвищує е фективність роботи людини-оператора за умов сильної зашумленості оглядів, зменшується кількість інформації, що обробляється мозком людини-оператора. Інформація ЗП МОР за допомогою спецобчислювача прискорено, послідовно (від 3 оглядів і більше) відтворюється на пристрої відображення інформації. При виникненні траси об'єкта, що рухається, вона відображається на пристрої відображення інформації. За допомогою спеціалізованого обчислювача можна встановлювати будь-яку кількість оглядів, які прискорено відтворюються. Таким чином, процес обробки відбувається циклічно і безперервно. Слід зауважити: кількість запам'ятовуючих пристроїв (ЗП) можна обмежити до 25 (N=25), хоча прискорено зображення можна відтворювати після третього огляду, це залежить від кількості шумових сигналів. У випадку накопичення N зображень після N-гo циклу запису інформація першого огляду знищується, інші огляди за допомогою спеціалізованого обчислювача записуються в попередні запам'я товуючі пристрої (другий огляд у перший ЗП, третій огляд у др угий ЗП тощо). У вільний при цьому Nй ЗП записується (Ν+1)-й огляд, і знову відбувається послідовний запис у ЗП МОР, а потім результати обробки прискорено відображаються. Як показано на Фіг.1, пристрій оперативної реєстрації та відображення трас об'єктів, що рухаються, містить комутатор 1, перший вхід якого з'єднаний з джерелом відеосигналів, а перший-N-ий виходи комутатора 1 з'єднані відповідно з першими входами запам'ятовуючих пристроїв першого-N-oгo оглядів 21,22,...,2N, треті входи шини даних запам'ятовуючи х пристроїв першого-N-1-ого оглядів 21,22,...,2Ν-1 з'єднані відповідно з другими виходами шини даних запам'ятовуючи х пристроїв другого-N-oro оглядів 22,23,...,2N, другий вхід (ви хід) комутатора 1 з'єднаний з першим виходом (входом) спеціалізованого обчислювача 5, другий вхід (ви хід) запам'ятовуючих пристроїв першого-N-oгo оглядів 21,22,...,2Ν з'єднаний з другим виходом (входом) спеціалізованого обчислювача 5, виходи шини даних запам'ятовуючих пристроїв першого, другого оглядів 21,22, другого, третього оглядів 22,23,N-1-гo,N-гo оглядів 2N-1,2N відповідно з'єднані з входами шини даних запам'ятовуючих пристроїв міжоглядових різниць MOP1-MOPN-1 31,32 ,...,3n-1, другий вхід (вихід) запам'ятовуючи х пристроїв міжоглядових різниць MOP1-MOPN-1 31 ,32,...,3N-1 з'єднаний з третім виходом (входом) спеціалізованого обчислювача 5, виходи шини даних запам'ятовуючи х пристроїв міжоглядових різниць MOP1-MOPN-1 31,32 ,...,3N-1 з'єднані з першим входом пристрою відображення інформації 4, другий вхід (ви хід) пристрою відображення з'єднаний з четвертим виходом (входом) спеціалізованого обчислювача 5. На вхід комутатора 1 надходять відеосигнали, які послідовно записуються в запам'ятовуючі пристрої по оглядах (1,2,...,Ν-1,Ν), одночасно із записом інформації в запам'ятовуючі пристрої за допомогою спеціалізованого обчислювача 5 здійснюється віднімання інформації першого огляду з інформації другого огляду, інформації другого огляду з інформації третього огляду, інформації Ν-1-ого огляду з інформації Noгo огляду та запам'ятовування, результатів в запам'ятовуючих пристроях міжоглядових різниць (31,32,...,3Ν1). За допомогою спеціалізованого обчислювача 5 інформація із запам'ятовуючи х пристроїв міжоглядових різниць 31,32,...,3Ν-1 прискорено, послідовно, циклічно відображається на пристрої відображення інформації 4, при надходженні інформації Ν+1-ого огляду інформація першого огляду знищується, за допомогою спецобчислювача 5 інформація 2,3,..., Ν-1,Ν-ого огляду переписується в попередній запам'ятовуючий пристрій, тобто N-oгo в N-1, N-1 в N-2, ..., 3 у 2, 2 у 1, потім здійснюється обчислення міжоглядових різниць, запам'ятовування отриманого результату в запам'ятовуючих пристроях міжоглядових різниць (31,32,...,3N-1) та прискорене відтворення послідовності міжоглядових різниць на пристрої відображення інформації 4. Перевагою заявленого винаходу є значне зменшення кількості хибних трас. Також, у цьому випадку враховується передісторія руху цілі, що дозволяє підвищити ймовірність виявлення цілі. Даний спосіб дає можливість одночасно виявити декілька цілей, що з кращого боку відрізняє його від інших. Оцінка ефективності даного способу в порівнянні із звичайним відображенням інформації здійснювалась методом експертних оцінок. На електронно-обчислювальній машині моделювалось робоче місце оператора виявлення, кількість корисних сигналів на кожному огляді дорівнювала 10. На першому етапі досліджень здійснювалось виявлення корисних сигналів на фоні перешкод. Рівень хибної тривоги змінювався в діапазоні від 10-3 до 10-2 з дискретністю 10-3, дані експерименту узагальнювались за формулою: k N= å Ni i= 1 (1) k де k - кількість випробувань; Ni - кількість виявлених корисних сигналів. Графік залежності кількості виявлених цілей від рівня хибної тривоги представлений на Фіг.2, де: N - кількість цілей, що виявлено; Ρх.т.*10-3 - рівень хибної тривоги; ç робота оператора без використання пристрою реєстрації та відображення трас об'єктів, що рухаються; · робота оператора с використання пристрою реєстрації та відображення трас об'єктів, що рухаються. На другому етапі досліджень сигнали перед відображенням перетворювались за способом, який пропонується. Рівень хибної тривоги також змінювався в діапазоні від 10-3 до 10-2 з дискретністю 10-3, дані експерименту узагальнювались за формулою (1). Результати досліджень свідчать про більш якісне виявлення корисних сигналів при використанні запропонованого способу, тобто про підвищення ефективності роботи оператора. Джерела інформації 1. М. Сколник. Введение в технику радиолокационных систем. Пер. с англ. под ред. К.Н. Трофимова. - М.: Мир, 1985. - с.509-515. 2. Справочник по радиолокации / Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. под ред. К.Н. Трофимова. Том І. М.: Сов. радио, 1976. - с.182-183. 3. Современная радиолокация (анализ, расчет и проектирование систем). Пер. с англ. под ред. Ю.В. Кобзарева. Сов. радио, 1969. - с.125. 4. Теоретические основы радиолокации. Учебное пособие для вузов. А.А. Коростелев и др. / Под ред. В.Е. Дулевича. - М.: Сов. радио, 1978. - с.189-203. 5. A retrospective detection algorithm of extraction of weac targets in clutter and interference environments. R.E. Thurbe, W.G. Bath, Radar - 1982, Internationale Conference. - London, 1982. - с.341-345. 6. Способ отображения радиолокационной информации с промежуточного носителя, а.с. СССР №948240, G03C15/26, заявлено 11.12.1980.