Дисплей радара — это электронное устройство, которое представляет оператору данные радара . Радарная система передает импульсы или непрерывные волны электромагнитного излучения , небольшая часть которых отражается от целей (преднамеренных или нет) и возвращается в радарную систему. Приемник преобразует все полученное электромагнитное излучение в непрерывный электронный аналоговый сигнал переменного (или колеблющегося) напряжения, который затем может быть преобразован в экранный дисплей.
Современные системы обычно используют какой-либо вид растрового сканирующего дисплея для создания картоподобного изображения. Однако на раннем этапе развития радаров многочисленные обстоятельства затрудняли создание таких дисплеев. Люди разработали несколько различных типов дисплеев.
.gif/1280px-Lissajous_figures_on_oscilloscope_(90_degrees_phase_shift).gif)
Ранние радарные дисплеи использовали адаптированные осциллографы с различными входами. Осциллограф обычно получает три канала переменного (или колеблющегося) напряжения в качестве входных данных и отображает эту информацию на электронно-лучевой трубке . Осциллограф усиливает входные напряжения и посылает их в два отклоняющих магнита и в электронную пушку, создавая пятно на экране. Один магнит смещает пятно по горизонтали, другой по вертикали, а вход в пушку увеличивает или уменьшает яркость пятна. Источник напряжения смещения для каждого из трех каналов позволяет оператору устанавливать нулевую точку.
В дисплее радара выходной сигнал с приемника радара подается на один из трех входных каналов осциллографа. Ранние дисплеи обычно отправляли эту информацию либо на канал X, либо на канал Y, чтобы сместить пятно на экране и указать на возврат. Более современные радары обычно использовали вращающуюся или иным образом движущуюся антенну для покрытия большей площади неба, и в этих случаях электроника, подчиненная механическому движению антенны, обычно перемещала каналы X и Y, при этом сигнал радара подавался в канал яркости.
Оригинальный дисплей радара, A-scope или A-display , показывает только дальность, а не направление до целей. Иногда их называют R-scopes для range scope . A-scopes использовались в самых ранних радарных системах во время Второй мировой войны , в частности, в основополагающей системе Chain Home (CH).
Первичным входом в A-scope был усиленный отраженный сигнал, полученный от радара, который отправлялся на ось Y дисплея. Возвраты заставляли пятно отклоняться вниз (или вверх на некоторых моделях), рисуя вертикальные линии на трубке. Эти линии были известны как «blip» (или «pip»). Вход оси X был подключен к генератору пилообразного напряжения, известному как генератор временной развертки , который перемещал пятно по дисплею, синхронизированный с частотой повторения импульсов радара. Это распределяло отметки по дисплею в соответствии со временем их получения. Поскольку время возврата сигнала соответствует удвоенному расстоянию до цели, деленному на скорость света , расстояние вдоль оси напрямую указывает дальность до любой цели. Это обычно измерялось по шкале над дисплеем. [1]
Сигналы Chain Home обычно принимались парой антенн, расположенных под прямым углом. Используя устройство, известное как радиогониометр , оператор мог определить пеленг цели, и, объединив измерение дальности с пеленгом, он мог определить местоположение цели в пространстве. Система также имела второй набор антенн, смещенных вертикально вдоль приемных вышек. Выбрав пару этих антенн на разной высоте и подключив их к радиогониометру, они могли определить вертикальный угол цели и, таким образом, оценить ее высоту. Поскольку система могла измерять как дальность, так и высоту, ее иногда называли HR-scope , от «height-range».
Ранние американские , голландские и немецкие радары использовали J-scope , который напоминал круглую версию A-scope. Они отображают диапазон как угол вокруг лицевой поверхности дисплея, а не линейное расстояние вдоль него. Такое расположение обеспечивает большую точность считывания диапазона с того же размера дисплея, что и A-scope, поскольку трасса использует полную окружность, а не только горизонтальное расстояние (поэтому временная база в π раз длиннее. Например, на типичном . [1] Электромеханическая версия дисплея J-scope оставалась распространенной на потребительских глубиномерах для лодок до 1990-х годов.
WAS Butement разработала дальнейшую адаптацию J-scope в "спиральной временной базе", которая перемещала отметку как вокруг лица, так и наружу от центра. Это дало временную базу длиной 7 футов (2,1 м), что позволило производить очень точные измерения дальности.
Для повышения точности угловых измерений концепция переключения лепестков стала общепринятой в ранних радарах. В этой системе используются две антенны, направленные немного влево и вправо или выше и ниже оси визирования системы. Полученный сигнал будет отличаться по силе в зависимости от того, какая из двух антенн была более близко направлена на цель, и будет одинаковым, когда антенна будет правильно выровнена. Для отображения этого обе антенны были подключены к механическому переключателю, который быстро переключался между ними, создавая две точки на дисплее. Чтобы различать их, один из двух приемников имел задержку, поэтому он появлялся немного правее другого. Затем оператор должен был покачивать антенну вперед и назад, пока обе точки не окажутся на одной высоте. Иногда это называлось K-scope . [2]
Слегка модифицированная версия K-scope обычно использовалась для радаров класса «воздух-воздух» (AI) и «воздух-поверхность-судно» (ASV) . В этих системах K-scope был повернут на 90 градусов, поэтому большие расстояния были дальше вверх по прицелу, а не дальше вправо. Выходной сигнал одной из двух антенн отправлялся через инвертор вместо задержки. Результатом было то, что две точки были смещены по обе стороны от вертикальной базовой линии, обе на одном и том же указанном расстоянии. Это позволяло оператору мгновенно видеть, в каком направлении поворачивать; если точка справа была короче, ему нужно было повернуть направо. Эти типы дисплеев иногда называли ASV-scopes или L-scopes , хотя название не было универсальным. [1]
Размеры дисплеев A-scope различаются, но на дисплее радара часто использовалась диагональ от 5 до 7 дюймов. Серия ЭЛТ 7JPx (7JP1, 7JP4 и 7JP7) изначально была разработана как ЭЛТ-дисплей A-scope.
B -scope или b-scan обеспечивает двумерное представление пространства «сверху вниз», при этом вертикальная ось обычно представляет дальность, а горизонтальная ось — азимут (угол). [1] Дисплей B-scope представлял собой горизонтальный «срез» воздушного пространства по обе стороны от самолета до углов слежения радара. Дисплеи B-scope были распространены в бортовых радарах в 1950-х и 60-х годах, которые механически сканировались из стороны в сторону, а иногда также вверх и вниз.
Пятно было поднято по оси Y аналогично оси X A-scope, с расстояниями «вверх» по дисплею, указывающими на большую дальность. Этот сигнал смешивался с переменным напряжением, генерируемым механическим устройством, которое зависело от текущего горизонтального угла антенны. Результатом был по сути A-scope, ось линии дальности которого вращалась вперед и назад вокруг нулевой точки в нижней части дисплея. Радиосигнал отправлялся в канал интенсивности, создавая яркое пятно на дисплее, указывающее на возвраты.
E -scope по сути является B-scope, отображающим дальность против высоты, а не дальность против азимута. [1] Они идентичны по работе B-scope, название просто указывает на «высоту». E-scope обычно используются с радарами определения высоты , которые похожи на бортовые радары, но повернуты для сканирования по вертикали, а не по горизонтали, их также иногда называют «кивающими радарами» из-за движения их антенны. Трубка дисплея обычно поворачивалась на 90 градусов, чтобы установить ось возвышения вертикально, чтобы обеспечить более очевидную корреляцию между дисплеем и «реальным миром». Эти дисплеи также называются индикатором дальности-высоты , или RHI , но также обычно упоминались (что сбивает с толку) как B-scope.
H -scope — это еще одна модификация концепции B-scope, но она отображает высоту, а также азимут и дальность. Информация о высоте отображается путем рисования второй «метки», смещенной от индикатора цели на небольшое расстояние, наклон линии между двумя метками указывает высоту относительно радара. [1] Например, если метка была смещена прямо вправо, это означало бы, что цель находится на той же высоте, что и радар. Смещение создается путем деления радиосигнала на два, а затем небольшой задержки одного из сигналов, чтобы он отображался смещенным на дисплее. Угол регулировался путем задержки времени сигнала с помощью задержки, длина задержки контролировалась напряжением, изменяющимся в зависимости от вертикального положения антенны. Этот вид отображения высоты мог быть добавлен практически к любому другому дисплею и часто назывался дисплеем «двойной точки».
C -scope отображает "яблочко" азимута и угла места. "Отметка" отображалась, указывая направление цели от центральной оси радара или, что более распространено, от самолета или пушки, к которой он был прикреплен. В Великобритании они также были известны как "индикаторы движущихся точек" или "индикаторы летающих точек", причем движущееся пятно было отметкой цели. Дальность обычно отображается отдельно в этих случаях, часто с использованием второго дисплея в качестве L-scope. [1]
Почти идентичным C-scope является G-scope , который накладывает графическое представление дальности до цели. [1] Обычно это представлено горизонтальной линией, которая «растет» из отметки индикатора цели, образуя форму, похожую на крыло. Крылья увеличивались в длину на более коротких расстояниях, чтобы указать, что цель была ближе, как и крылья самолета при визуальном наблюдении. Часто также поставляется индикатор дальности «стреляй сейчас», обычно состоящий из двух коротких вертикальных линий, расположенных по центру по обе стороны от середины дисплея. Чтобы выполнить перехват, пилот направляет свой самолет, пока отметка не окажется в центре, затем приближается, пока «крылья» не заполнят область между маркерами дальности. Этот дисплей воссоздал систему, обычно используемую в прицелах , где пилот набирал размах крыльев цели, а затем стрелял, когда крылья заполняли область внутри круга в его прицеле. Эта система позволяла пилоту оценивать дальность до цели. Однако в этом случае дальность измеряется непосредственно радаром, а дисплей имитирует оптическую систему, чтобы сохранить общность между двумя системами.
Дисплей PPI обеспечивает двухмерное «круговое» отображение воздушного пространства вокруг радиолокационного объекта. Расстояние от центра дисплея указывает дальность, а угол вокруг дисплея — азимут на цель. Текущее положение антенны радара обычно указывается линией, идущей от центра к внешней стороне дисплея, которая вращается вместе с антенной в реальном времени. [1] По сути, это B-scope, расширенный до 360 градусов. Дисплей PPI обычно представляет собой то, что люди считают дисплеем радара в целом, и широко использовался в управлении воздушным движением до появления растровых дисплеев в 1990-х годах.
Дисплеи PPI на самом деле очень похожи на A-scopes по принципу действия и появились довольно быстро после появления радара. Как и в большинстве 2D-дисплеев радаров, выход радиоприемника был присоединен к каналу интенсивности для получения яркой точки, указывающей на возвраты. В A-scope генератор пилообразного напряжения, присоединенный к оси X, перемещает пятно по экрану, тогда как в PPI выход двух таких генераторов используется для вращения линии вокруг экрана. Некоторые ранние системы были механическими, с использованием вращающейся отклоняющей катушки вокруг горловины трубки дисплея, но электроника, необходимая для этого с использованием пары стационарных отклоняющих катушек, была не особенно сложной и использовалась в начале 1940-х годов.
Электронно -лучевые трубки радаров, такие как 7JP4, используемые для дисплеев PPI, имели круглый экран и сканировали луч от центра наружу. Отклоняющее ярмо вращалось, заставляя луч вращаться по кругу. [3] Экран часто имел два цвета, часто яркий короткий цвет с послесвечением, который появлялся только при сканировании дисплея лучом, и долгое послесвечение фосфора. Когда луч попадает на фосфор, фосфор ярко загорается, а когда луч уходит, более тусклое долгое послесвечение оставалось светящимся там, где луч попадал на фосфор, рядом с радарными целями, которые были «написаны» лучом, пока луч снова не попадал на фосфор. [4] [5]
Специализированный Beta Scan Scope использовался для радиолокационных систем точного захода на посадку. Он отображает две линии на одном дисплее, верхняя (обычно) отображает вертикальный заход на посадку ( глиссаду ), а нижняя — горизонтальный заход на посадку. Маркер указывает желаемую точку приземления на взлетно-посадочной полосе, и часто линии наклонены к середине экрана, чтобы указать это местоположение. Также отображается «отметка» одного самолета, наложенная на обе линии, сигналы генерируются отдельными антеннами. Отклонение от осевой линии захода на посадку можно увидеть и легко передать пилоту.
На изображении верхняя часть дисплея показывает вертикальную ситуацию, а нижняя часть — горизонтальную. На вертикали две диагональные линии показывают желаемую глиссаду (верхнюю) и минимальную высоту подхода (нижнюю). Самолет начал подход ниже глиссады и захватил ее непосредственно перед посадкой. Правильная точка посадки показана горизонтальной линией на левом конце. Нижний дисплей показывает самолет, стартующий слева от линии подхода и затем направляющийся к ней.
Медиафайлы по теме «Типы отображения экрана радара» на Wikimedia Commons