專利名稱:高分辨雷達(dá)信號記錄系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明是一項將雷達(dá)信號記錄在磁帶上并可以重放的系統(tǒng)。
現(xiàn)有技術(shù)多用普通電視錄像機(jī)或大批量生產(chǎn)的普通視頻磁帶機(jī)記錄雷達(dá)信號。例如美國專利3840874，日本特許昭59-101986都是將雷達(dá)視頻信號與觸發(fā)脈沖混合后記入錄像機(jī)的視頻磁跡，重放時再將上述信號分離，恢復(fù)視頻信號及觸發(fā)脈沖。由于使用普通錄像機(jī)作為磁記錄部件，所以記錄的視頻信號帶寬受到錄像機(jī)帶寬的限制，一般只有3兆赫，即使使用高級四磁頭錄像機(jī)也不超過8兆赫。雷達(dá)視頻信號的頻帶寬一般超過3兆赫，高分辨雷達(dá)的視頻帶寬則可超過10兆赫。記錄時高頻分量的損失引起重放時分辨力的降低。美國專利3898650提出用普通磁帶記錄器記錄超遠(yuǎn)程脈沖壓縮雷達(dá)信號的發(fā)明，由于這種雷達(dá)的回波經(jīng)脈沖壓縮后寬度很窄，普通磁帶記錄器因頻帶寬不足而難以記錄，所以該發(fā)明提出用一個單穩(wěn)態(tài)電路將回波信號伸長使磁帶記錄器可以記錄。這種方法只是伸長回波的寬度并不伸長整個時間基線的長度，所以在信號被伸長的時間內(nèi)，或其前后鄰近的一定時間內(nèi)如果有另一回波，則兩個回波在重放時合在一起不能分辨?？梢宰C明用這種方法時，重放信號的分辨力與前面兩個發(fā)明一樣都受記錄器視頻帶寬的限制。
本發(fā)明的任務(wù)是用電視錄像機(jī)或普通視頻磁帶記錄器記錄寬帶雷達(dá)信號，特別是要保留其高頻分量不受損失以便重放時得到高分辨的圖像。為此采用數(shù)字式時域變換頻率壓縮技術(shù)，將雷達(dá)視頻信號的頻帶寬壓縮到錄像機(jī)或磁帶記錄器的視頻帶寬范圍以內(nèi)再記入磁帶。
本發(fā)明的任務(wù)是以如下方式解決的，圖1是本發(fā)明的總框圖，系統(tǒng)可以分為下列幾部分將觸發(fā)脈沖與視頻信號記入視頻磁跡的視頻記錄電路;重放上述信號的視頻重放電路;如需記錄方位信號或其他附加信號還應(yīng)有將這些信號記入音頻磁跡和重放這些信號的接口電路;視頻磁帶記錄器或電視錄像機(jī)，當(dāng)使用錄像機(jī)時還應(yīng)有保證錄像機(jī)正常工作的場行信號發(fā)生器。
視頻記錄電路包括直接記錄通道、時域變換頻率壓縮記錄通道(簡稱時變記錄通道)及時序編組器三部分。
雷達(dá)視頻信號一路送到直接記錄通道，該通道由直接記錄視頻處理器與同步頭插入器組成。雷達(dá)視頻信號經(jīng)直接記錄視頻處理器調(diào)節(jié)幅度和鉗位后送同步頭插入器，插入同步頭信號。
視頻信號的另一路送到時變記錄通道，該通道由時變記錄視頻處理器、采樣與AD變換器、儲存器、DA變換器、系統(tǒng)時鐘及控制器等部分組成。雷達(dá)視頻信號經(jīng)時變記錄視頻處理器放大與鉗位后送到AD變換器采樣并變成數(shù)字信號。采樣與AD變換的頻率fS等于或大于雷達(dá)視頻帶寬的兩倍。數(shù)字信號送到儲存器儲存，寫入儲存器的速率為fS。儲存完畢后再用等于或小于磁帶記錄器或錄像機(jī)視頻帶寬2倍的頻率fM從儲存器中讀出，fS＞fM。讀出的數(shù)據(jù)送到DA變換器變?yōu)槟M信號。經(jīng)上述時域變換后信號的時間軸伸長為原來的fS/fM倍，其頻帶寬由fS/2壓縮到fM/2。系統(tǒng)時鐘提供頻率為fS及fM的時鐘并向記錄控制器提供計數(shù)時鐘，計數(shù)時鐘的頻率可以是fS或fM或其分頻。
控制器是一組定時電路，包括一個計數(shù)器和若干個時序信號發(fā)生器。從雷達(dá)觸發(fā)脈沖的前沿起計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)到規(guī)定值時各時序信號發(fā)生器依次產(chǎn)生視頻記錄電路各部分所需的控制信號。
時序編組器由兩個模擬門組成，兩個模擬門輪流導(dǎo)通，直接記錄通道的信號和時變記錄通道的信號通過模擬門組成組合視頻信號。
視頻重放部分由放大電路、視頻輸出電路，觸發(fā)脈沖分離電路及分離表示時變記錄開始點的標(biāo)記(簡稱“標(biāo)記”)的電路。重放時若以標(biāo)記為起點，它的后面就是時間基線伸長了的重放視頻信號，這時只要將顯示器的量程也伸長同樣的倍數(shù)，即可得高分辨的重放圖像。
標(biāo)記分離電路包括延時電路、窗口產(chǎn)生器、“標(biāo)記”選出電路等部分組成，由分離出來的觸發(fā)脈沖前沿觸發(fā)延時電路，經(jīng)一段延時后觸發(fā)窗口產(chǎn)生器產(chǎn)生一個窗口脈沖，在時間上窗口脈沖應(yīng)套住重放信號的“標(biāo)記”，標(biāo)記選出電路選出標(biāo)記的前沿并形成脈沖輸出。
發(fā)明的實施例結(jié)合如下，圖2中同步頭的后沿表示雷達(dá)觸發(fā)脈沖的前沿，在同步頭之后是直接記錄段，記錄未經(jīng)時域變換的雷達(dá)視頻信號，直接記錄段的寬度根據(jù)雷達(dá)的有效探測距離或有用回波的可能范圍設(shè)定。緊接直接記錄段是一個消隱區(qū)，消隱區(qū)的后面接“標(biāo)記”，消隱區(qū)是為了在重放時檢出標(biāo)記而設(shè)置的。標(biāo)記之后是時變記錄段，其寬度根據(jù)需要設(shè)定。圖中開始采樣點是一個可以任意設(shè)定的時間位置，通常設(shè)在需要精確記錄的回波的前沿，也可以觸發(fā)脈沖的前沿為開始采樣點。同步頭的寬度最好是組合信號周期的5%-10%，消隱區(qū)的寬度最好是直接記錄段的10%左右，同步頭的最佳幅度是組合信號峰峰值的30%-40%，組合信號的幅度通常為1VPP。組合信號的周期一般是一個雷達(dá)脈沖重復(fù)周期，如果時變記錄段很長也可以是兩個以上雷達(dá)脈沖重復(fù)周期。
圖3是控制器的一個實例，圖4是圖3中各信號的時間關(guān)系圖。
雷達(dá)觸發(fā)脈沖①送到控制器，經(jīng)分壓后觸發(fā)RS觸發(fā)器Ⅱ，RSⅡ的Q輸出端產(chǎn)生方波②允許計數(shù)器計數(shù)。計數(shù)時鐘來自系統(tǒng)時鐘發(fā)生器，計數(shù)器的輸出接ⅠⅡ兩組數(shù)字比較器。兩組比較器的另一數(shù)字輸入端分別接“開始采樣置數(shù)開關(guān)”和“停止采樣置數(shù)開關(guān)”。當(dāng)計數(shù)器值與“開始采樣置數(shù)開關(guān)的數(shù)值相等時，數(shù)字比較器Ⅰ輸出一個脈沖，脈沖經(jīng)開關(guān)K2到采樣及AD變換器作為開始采樣脈沖③。當(dāng)K2斷開而K1接通時，以雷達(dá)觸發(fā)脈沖作為開始采樣脈沖。當(dāng)計數(shù)值與“停止采樣置數(shù)開關(guān)”的數(shù)值相等時，比較器Ⅱ輸出脈沖④，脈沖④的一路經(jīng)或門形成清零脈沖⑨，⑨的一路送到系統(tǒng)時鐘使采樣脈沖停止輸出另一路去儲存器地址清零。脈沖④的另一路觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器Ⅰ(單穩(wěn)Ⅰ)，其
Q端輸出負(fù)脈沖⑤，⑤送到DA變換器形成消隱區(qū)。⑤的后沿觸發(fā)單穩(wěn)Ⅱ，單穩(wěn)Ⅱ輸出脈沖⑥，脈沖⑥一路送DA變換器形成“標(biāo)記”，另一路送系統(tǒng)時鐘使系統(tǒng)時鐘輸出頻率為fM的讀儲存器時鐘。脈沖⑤的后沿還觸發(fā)單穩(wěn)Ⅲ，單穩(wěn)Ⅲ產(chǎn)生方波⑦，⑦的寬度就是時變記錄段的寬度。⑦的后沿觸發(fā)單穩(wěn)Ⅳ，單穩(wěn)Ⅳ輸出脈沖⑧，⑧的一路通過或門形成清零脈沖⑨，清零脈沖去儲存器地址清零并去系統(tǒng)時鐘停止讀時鐘輸出。脈沖④與⑧分別加到RSI的S端和R端，RSI的Q與
Q分別輸出⑩與(11)到時序控制器，當(dāng)⑩為“低”時使直接記錄段通過，(11)為“低”時使時變記錄段通過。⑧還加到RSⅡ的R端，使RSⅡ的Q輸出②變低，同步計數(shù)器清零，RSⅡ的
Q輸出同步頭信號(12)。
圖5是系統(tǒng)時鐘的一個實例。晶體的頻率為fS，其輸出一路送到分頻器，分頻器的控制端接來自控制器的信號②，當(dāng)②為“高”時分頻器輸出頻率為fM的時鐘，該時鐘一路送控制器作為計數(shù)時鐘。來自控制器的③與⑨分別接RSⅢ的S與R端，從開始采樣點到停止采樣點RSⅢ輸出為高，其他時間輸出為低，此信號作為讀寫信號(13)送到儲存器。(13)還送到由與或非門組成的時鐘選擇器，在(13)為高時選出頻率為fS的時鐘。來自控制器的信號⑥與⑨分別接RSN的S端與R端，RSN的輸出接時鐘選擇器的另一個與門，從脈沖⑥前沿起到清零脈沖⑨前沿止，時鐘選擇器選出頻率為fM的時鐘。選出的時鐘(14)送到AD變換器、儲存器與DA變換器。
圖6是采樣及AD變換器的一個具體實例，視頻信號及基準(zhǔn)信號送到一組并行電壓比較器，例如用E1650或E1651，由于1650及1651有輸出鎖存，因此集中了采樣保持與AD變換兩種功能。比較器的輸出接譯碼器，譯碼器輸出接數(shù)據(jù)緩存器，來自系統(tǒng)時鐘的(14)送到電壓比較器的控制端作為采樣時鐘，(14)的另一路經(jīng)延遲后送數(shù)據(jù)緩存器的CK端作為打入時鐘。
圖7是采樣與AD變換器的另一方案，與前一方案的不同點是在比較器之后加一組并行的D觸發(fā)器組成的數(shù)據(jù)鎖存器，此方案可以省去電壓比較器鎖存數(shù)據(jù)所需時間并可使譯碼器的工作時間延長到一個時鐘周期，所以具有更高的轉(zhuǎn)換速率。
圖8是DA變換器的一個具體實例。
由儲存器讀出的數(shù)據(jù)D0……Dn送到一組并行D觸發(fā)器的D輸入端，D觸發(fā)器的GK端接系統(tǒng)時鐘的(14)，控制器的脈沖⑥送到各個D觸發(fā)器的置1端PR，消隱脈沖⑤送到各個D觸發(fā)器的清零端CL。觸發(fā)器的輸出接高速DA變換器，DA變換器的輸出經(jīng)鉗位后送到時序編組器，此電路輸出的信號包括圖3中的消隱區(qū)、標(biāo)記、時變記錄信號。
圖9是時序編組器的一個實例。由兩個模擬門及兩個CC門反向器組成時序編組器，包括同步頭信號在內(nèi)的直接記錄信號送到模擬門1，當(dāng)控制器送來的信號⑩為低時，模擬門1導(dǎo)通。包括消隱區(qū)，標(biāo)記在內(nèi)的時變記錄信號送到模擬門2，當(dāng)信號(11)為低時模擬門2導(dǎo)通，兩個模擬門的輸出混合成組合視頻信號。
圖10是視頻重放電路的一個具體實例。
觸發(fā)脈沖分離電路由同步分離及單穩(wěn)1組成，放大后的組合信號(20)經(jīng)同步分離后得到同步頭(21)的后沿觸發(fā)單穩(wěn)1形成觸發(fā)脈沖(22)。
視頻輸出電路包括視頻分離與輸出調(diào)節(jié)兩部分，(20)經(jīng)視頻分離后得到?jīng)]有同步頭的視頻信號(25)，輸出調(diào)節(jié)用來調(diào)節(jié)輸出的幅度。
標(biāo)記分離電路由延時電路(單穩(wěn)2)、窗中產(chǎn)生器(單穩(wěn)3)、標(biāo)記選出電路(單穩(wěn)4、與門及RS觸發(fā)器)組成。(22)的上升沿觸發(fā)單穩(wěn)2，產(chǎn)生延時方波(23)，(23)的下降沿觸發(fā)單穩(wěn)3產(chǎn)生窗口方波(24)，(24)的前沿應(yīng)位于(25)的消隱區(qū)的中間，(24)的中間則套住(25)的標(biāo)記，由與門檢出標(biāo)記，經(jīng)RS觸發(fā)器形成(26)，(26)的前沿觸發(fā)單穩(wěn)4形成標(biāo)記脈沖(27)。
圖11是圖10各信號的波形圖。
磁帶記錄器的一個實例是用索尼5630錄像機(jī)，用一個場行信號發(fā)生器產(chǎn)生場行同步信號插入其伺服系統(tǒng)的場行信號輸入點，即可保證在記錄雷達(dá)信號時錄像機(jī)正常工作。
現(xiàn)有技術(shù)因受到磁帶記錄器本身頻帶寬的限制，可以記錄的雷達(dá)視頻帶寬一般只有3兆赫，分辨力167納秒(折合空間距離25米)現(xiàn)有技術(shù)最高指標(biāo)可記錄的視頻帶寬8兆赫，分辨力62.6納秒(折合空間距離9.38米)。本發(fā)明的優(yōu)點是可記錄的視頻帶寬不受磁帶記錄器本身帶寬的限制，而取決于采樣與AD變換的頻率。本發(fā)明的樣機(jī)使用帶寬為3兆的錄像機(jī)做磁記錄器，采樣頻率42.96兆赫，可以記錄的帶寬21.48兆赫，分辨力23.3納秒(折合空間距離3.5米)。重放記錄信號得到高分辨的圖像。本發(fā)明與高分辨雷達(dá)配合可以組成完善的先進(jìn)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.雷達(dá)信號的記錄與重放系統(tǒng)，至少應(yīng)包括將雷達(dá)視頻信號與觸發(fā)脈沖混合后記入視頻磁跡的視頻記錄電路及重放上述信號并將觸發(fā)脈沖與視頻信號分離的視頻重放電路，本發(fā)明的特征是在視頻記錄電路中有一個數(shù)字式時域變換頻率壓縮通道，該通道由時變記錄處理器、采樣與AD變換器、儲存器、DA變換器、系統(tǒng)時鐘及控制器組成，采樣、AD變換及寫入儲存器的頻率為fs，fs≥雷達(dá)視頻帶寬的2倍，讀儲存器及DA變換的頻率是fM，fM≤磁記錄器或錄像機(jī)視頻帶寬的2倍，fs＞fM，在視頻記錄電路中有一個時序編組器，在視頻重放電路中有一個“標(biāo)記”分離電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1，控制器的特征是包括一個計數(shù)器及若干時序信號發(fā)生器，從觸發(fā)脈沖前沿開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到設(shè)定值時依次產(chǎn)生視頻記錄電路各部分所需的控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1，時序編組器的特征是由二個模擬門組成，在時序信號控制下依次選通直接記錄信號和時變記錄信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1，“標(biāo)記”分離電路的特征是由一個延時電路、一個窗口產(chǎn)生器、一個“標(biāo)記”選出電路組成，在時間上窗口脈沖應(yīng)套住重放信號的標(biāo)記。
專利摘要
本發(fā)明是一項將雷達(dá)信號記錄在磁帶上并可以重放的系統(tǒng)。為了使用帶寬較窄的普通視頻磁帶記錄器或電視錄像機(jī)記錄寬帶雷達(dá)信號，系統(tǒng)中有數(shù)字式時域變換頻率壓縮電路，將雷達(dá)視頻信號的頻帶寬壓縮到磁帶記錄器或錄像機(jī)可以記錄的范圍后再記錄在磁帶上。由于信號的高頻部分不受損失，所以重放信號具有高的分辨力，本發(fā)明主要用于高分辨雷達(dá)信號的記錄與重放。
文檔編號G01S7/02GK87104869SQ87104869
公開日1988年9月21日 申請日期1987年7月10日
發(fā)明者張冀平, 劉超英, 袁益林, 馮定國 申請人:中國人民解放軍海軍大連艦艇學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan