雷達(dá)顯示技術(shù)發(fā)展

于 耀，石春燕

(1. 海軍裝備部，北京 100000；2. 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京211153)

雷達(dá)顯示技術(shù)發(fā)展

于 耀1，石春燕2

(1. 海軍裝備部，北京 100000；2. 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京211153)

通過對雷達(dá)顯示設(shè)備的發(fā)展過程、雷達(dá)顯示處理技術(shù)及雷達(dá)顯示方式的梳理總結(jié)，結(jié)合雷達(dá)設(shè)備的發(fā)展方向和顯示需求，分析雷達(dá)顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢。

雷達(dá)顯示設(shè)備；光柵顯示器；隨機(jī)掃描顯示器；柔性顯示；雷達(dá)顯示處理技術(shù)；雷達(dá)顯示方式

0 引 言

雷達(dá)的顯示終端是雷達(dá)信息輸出和人機(jī)交互的重要設(shè)備，其主要功能是顯示雷達(dá)探測的回波及通過信息處理獲取的目標(biāo)信息，接收并響應(yīng)雷達(dá)操作人員發(fā)出的控制指令，向雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)出雷達(dá)工作模式和參數(shù)調(diào)整指令，發(fā)出信息處理指令。雷達(dá)顯示的信息質(zhì)量在很大程度上決定了雷達(dá)探測的效能。

作為雷達(dá)最重要的信息輸出設(shè)備和人機(jī)交互平臺，雷達(dá)終端顯示設(shè)備是雷達(dá)設(shè)備不可缺少的組成部分。隨著顯示設(shè)備的發(fā)展，雷達(dá)顯示設(shè)備經(jīng)歷了隨機(jī)掃描顯示器和光柵顯示器兩個主要階段，顯示設(shè)備的發(fā)展是雷達(dá)顯示技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展推動了雷達(dá)顯示處理技術(shù)的進(jìn)步，也對雷達(dá)顯示技術(shù)和顯示方式提出了新的要求，以上兩個因素共同決定了雷達(dá)顯示技術(shù)的發(fā)展方向。本文通過梳理雷達(dá)顯示設(shè)備的技術(shù)發(fā)展歷程及雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展對顯示技術(shù)的新需求，總結(jié)雷達(dá)顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1 雷達(dá)顯示設(shè)備的發(fā)展

雷達(dá)顯示技術(shù)的發(fā)展是隨著20世紀(jì)30年代后期雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展而開始的。早期的雷達(dá)顯示設(shè)備主要是隨機(jī)掃描顯示器。隨機(jī)掃描是用隨機(jī)方式來控制電子束的運(yùn)動，通過偏轉(zhuǎn)電路控制電子束打向熒光屏的位置，利用回波信號的強(qiáng)弱控制電子束能量的強(qiáng)弱，將雷達(dá)回波信息顯示在熒光屏上。根據(jù)余輝時間的長短，顯示管分為短余輝、中余輝和長余輝，適合于雷達(dá)顯示器的是中長余輝顯示管。在同一顯示管上，電子束的能量越強(qiáng)，余輝時間越長。利用這一特點(diǎn)，在隨機(jī)掃描顯示器上通過余輝可方便地觀察目標(biāo)。特別是由于目標(biāo)具有較高的相關(guān)性，其出現(xiàn)位置的熒光屏將被電子束多次照射，積累的能量較強(qiáng)，該位置的亮度和余輝時間就會高于背景區(qū)域，利用這一特性可較方便地判定目標(biāo)。隨著隨機(jī)掃描顯示器不斷發(fā)展完善，70年代出現(xiàn)了高速隨機(jī)掃描顯示器，在計算機(jī)的控制下以時分多路復(fù)用的方式顯示雷達(dá)回波和字符、矢量線。這種顯示器能顯示出精細(xì)、高質(zhì)量的畫面。同時，還出現(xiàn)了彩色隨機(jī)掃描顯示管，但只能顯示多種單色，色彩數(shù)有限。由于隨機(jī)掃描體制的限制，顯示信息“分時串行排列”，顯示的信息量有限;顯示亮度低，需要在較暗的環(huán)境下使用;顯示的制式與計算機(jī)不匹配，不利于數(shù)字化顯示終端的使用[1]。

80年代后期，國外光柵掃描顯示器開始進(jìn)入實用階段，并首先在航管雷達(dá)中使用，使雷達(dá)顯示器的發(fā)展進(jìn)入了一個新的階段[2]。近年來隨著高分辨率光柵顯示器技術(shù)的成熟及價格的降低，國內(nèi)光柵掃描雷達(dá)顯示器技術(shù)的發(fā)展很快，顯示分辨率不斷提高，功能不斷擴(kuò)展。光柵掃描顯示器在雷達(dá)顯示中已經(jīng)獲得了日益廣泛的應(yīng)用。

光柵掃描是由在屏幕上一條條相互平行、等間隔、依次顯示的水平線構(gòu)成，這些水平線成為掃描線或光柵。不管屏幕上顯示內(nèi)容如何，電子束總是以恒定的速度從左到右，從上到下掃過屏幕上的每個像素位置。隨機(jī)掃描顯示器依靠顯示文件對屏幕圖形進(jìn)行刷新，而光柵掃描顯示器依靠幀緩存實現(xiàn)對屏幕圖形的刷新。光柵不僅可以顯示物體的輪廓線，而且可以進(jìn)行實面積填充，因而顯示圖像畫面穩(wěn)定、色彩豐富，圖像逼真。光柵掃描通過對幀緩存的管理可以實現(xiàn)很高的顯示容量。近年來發(fā)展日益成熟的數(shù)字化光柵雷達(dá)顯示器可以與計算機(jī)和信號處理專用器件構(gòu)成一體，具有高分辨率、多功能、多顯示格式和實時顯示等突出優(yōu)點(diǎn)，既能顯示回波的一次信息，也能顯示各種二次信息和背景地圖；能對雷達(dá)回波信息進(jìn)行局部開窗以信號的方式進(jìn)行顯示，便于對數(shù)據(jù)分析，并能自動進(jìn)行窗口目標(biāo)跟蹤；具有可變長余輝模擬功能，可顯示運(yùn)動目標(biāo)的航跡。由于采用了數(shù)字式掃描變換技術(shù)，可以實現(xiàn)多種顯示方式，并可以實現(xiàn)多種顯示方式的畫面切換。隨著高分辨率顯示器技術(shù)的成熟以及其價格的降低，光柵掃描顯示器的技術(shù)快速發(fā)展，且顯示的分辨率不斷提高，其顯示分辨率可達(dá)到1280x1024或者更高，而且可以在2048x2048的范圍內(nèi)作漫游顯示。

CRT(陰極射線管)、LCD(液晶顯示器)、PDP(等離子體顯示器)、FED(場致發(fā)射顯示器)等顯示器件都適應(yīng)光柵掃描方式。光柵掃描顯示技術(shù)已成為雷達(dá)顯示的主流，并隨著平面顯示器件的流行和發(fā)展而越發(fā)不可替代，而體積小、重量輕、功耗小、輻射小等也使其相對于隨機(jī)掃描顯示器的優(yōu)勢更加明顯。LCD、PDP等顯示器件容易實現(xiàn)屏幕大型化，可以滿足戰(zhàn)場指揮和情報中心的大屏顯示需求，有助于決策和信息研判，便于分頭操作；同時可以提高對信息的操作能力，提高雷達(dá)信息的利用率。光柵掃描顯示器的缺點(diǎn)是反應(yīng)速度較慢。由于光柵掃描是對回波幅度進(jìn)行量化顯示，其亮度等級和回波的分辨能力略低于CRT顯示器，顯示效果受視角影響。

表1 隨機(jī)掃描顯示器與光柵雷達(dá)顯示器性能比較

隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了屏幕輕、薄，耐沖擊、可彎曲的柔性顯示器。柔性顯示屏是由柔軟的材料制成的可變型可彎曲的顯示裝置。柔性顯示技術(shù)種類很多，主要有有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)技術(shù)、液晶顯示(LCD)技術(shù)和電泳顯示(EPD)技術(shù)。這些柔性顯示技術(shù)已經(jīng)在移動通信終端、電子紙、筆記本電腦、PDA及可卷曲電視等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用[3]。

早期的柔性顯示屏被稱作“電子紙”——像紙一樣薄，即使切斷電源，內(nèi)容也不會消失。電子紙的主要特性是可彎曲，斷電后圖像也不會消失，具有省電的特性，目前成熟的產(chǎn)品有利用電子紙的電子書和弧面顯示的手表。目前，彩色電子紙依然停留在實驗測試階段，距離商用還有很長一段路要走。電子紙的分辨率較低，響應(yīng)速度慢，由于是被動顯示，不具備主動發(fā)光能力，無法應(yīng)用在信息媒體設(shè)備上。韓國三星公司柔性 OLED 顯示屏是最新的柔性顯示技術(shù)，具有自發(fā)光、高對比度、高分辨率、反應(yīng)快、高飽和度色彩，以及視角廣、驅(qū)動電壓低、面板輕薄等優(yōu)點(diǎn)。它基于 OLED 優(yōu)良的制造技術(shù)，可以把 OLED的屏幕做在非平面的玻璃表面上。此項技術(shù)更能代表著柔性顯示技術(shù)的未來，為雷達(dá)顯示器向小型化、便攜型、顯控臺可自適應(yīng)擴(kuò)充等方向發(fā)展提供了廣闊發(fā)展空間[4-5]。

2 雷達(dá)顯示技術(shù)

2.1 雷達(dá)顯示處理技術(shù)

雷達(dá)顯示處理主要包括雷達(dá)顯示信息處理和雷達(dá)顯示圖形處理。

雷達(dá)顯示信息處理是指對雷達(dá)一次信息及二次信息進(jìn)行恰當(dāng)處理，提高畫面顯示質(zhì)量，使目標(biāo)進(jìn)行雷達(dá)一次、二次信息顯示，保證顯示圖像清晰、易于感知。

雷達(dá)顯示信息處理包括雷達(dá)顯示預(yù)處理和雷達(dá)顯示處理。顯示預(yù)處理主要是為了獲取更清晰的觀察圖像，提高目標(biāo)顯示的效率和提高現(xiàn)實目標(biāo)分辨能力，便于操作員分析雷達(dá)探測信息所進(jìn)行的處理[6]。顯示預(yù)處理是雷達(dá)顯示系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括雜波抑制處理、恒虛警率處理、雷達(dá)圖像輪廓提取、雷達(dá)圖像的局部放大處理、余輝顯示和目標(biāo)尾跡顯示，以及對圖像進(jìn)行縮放、實現(xiàn)多檔位的量程控制等[7]。

雷達(dá)顯示圖形處理是指為提高顯示質(zhì)量，使雷達(dá)圖像更加清晰、可靠、易感知，對所顯示的雷達(dá)圖像進(jìn)行的相應(yīng)處理。處理方法以變換為主，一般指為適應(yīng)眼睛對色彩和亮度的敏感度要求，如雷達(dá)視頻圖像進(jìn)行的中值濾波處理。中值濾波是一種非常有用的非線性信號處理的濾波方法，其算法克服了線性濾波所帶來的圖像細(xì)節(jié)模糊等問題，以達(dá)到良好的視覺效果。

2．2 雷達(dá)顯示方式

傳統(tǒng)的雷達(dá)顯示方式主要有距離顯示、平面顯示、高度顯示、情況顯示和綜合顯示等，其中距離顯示有A型顯示、J型顯示和A/R型顯示；平面顯示主要有P顯和B顯；高度顯示主要有E顯，測高雷達(dá)中用RHI顯示；情況顯示和態(tài)勢顯示主要是顯示空中綜合態(tài)勢圖像，并可在其上疊加雷達(dá)視頻。以上顯示方式都是兩維顯示方式。如果需要獲取目標(biāo)或態(tài)勢的三維信息，可以選擇兩種顯示方式進(jìn)行組合顯示[3]。

目前，現(xiàn)有雷達(dá)已經(jīng)對雷達(dá)信息進(jìn)行三維顯示的嘗試，這在一定程度上改善了視覺效果。但是，三維顯示方式對雷達(dá)目標(biāo)特征參數(shù)信息顯示不夠直觀，且在三維顯示方式下如何準(zhǔn)確實現(xiàn)對雷達(dá)信息的精確錄取及進(jìn)行準(zhǔn)確的操作控制仍有待提高。

3 雷達(dá)顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢

綜合考慮電子技術(shù)的飛速發(fā)展和雷達(dá)的發(fā)展對雷達(dá)顯示的新需求，雷達(dá)顯示設(shè)備的方向發(fā)展如下：

(1) 對光柵顯示器及顯示處理算法進(jìn)行改進(jìn)，實現(xiàn)可變長余輝模擬功能，實現(xiàn)能量比較，解決光柵顯示目標(biāo)分辨力低的問題；

(2) 顯像管顯示器在發(fā)揮其傳統(tǒng)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，改進(jìn)技術(shù)工藝，解決其高分辨率顯示、多級彩色顯示問題等后可實現(xiàn)回歸；

(3) 柔性顯示材料將在雷達(dá)顯示器上有廣泛的應(yīng)用空間；

(4) 雷達(dá)顯示設(shè)備將由多人臺方式向基于網(wǎng)絡(luò)的可重組的多臺方式發(fā)展，將形成多個情報編輯臺，支持多人顯控操作，以方便更多人從更多方向/層面上進(jìn)行雷達(dá)信息處理，提高信息利用效率；

(5) 可通過顯控臺的重構(gòu)功能實現(xiàn)雷達(dá)信息的綜合顯示和綜合利用，提高顯示可靠性和顯示任務(wù)執(zhí)行的靈活性，使雷達(dá)顯控臺擺脫雷達(dá)設(shè)備的制約，賦予其系統(tǒng)顯示控制的功能；

(6) 針對復(fù)雜掃描體制的雷達(dá)尤其是不規(guī)則掃描雷達(dá)(如相控陣?yán)走_(dá))的信息顯示技術(shù)是雷達(dá)顯示技術(shù)發(fā)展的重要方向；

(7) 針對高分辨雷達(dá)及雷達(dá)像的顯示信息處理技術(shù)及圖形顯示方式是雷達(dá)顯示技術(shù)發(fā)展的重要方向；

(8) 針對兩維成像雷達(dá)的顯示信息處理技術(shù)及顯示圖形處理技術(shù)也是雷達(dá)顯示技術(shù)的重要研究方向；

(9) 提高顯示信息的動態(tài)范圍，使其與顯示信號的動態(tài)范圍匹配，是顯示信息處理一直要面對的問題；

(10) 雷達(dá)信息的多維顯示方式是雷達(dá)顯示技術(shù)的重要課題。

4 結(jié)束語

本文梳理了雷達(dá)顯示設(shè)備的發(fā)展過程及顯示設(shè)備發(fā)展的最新情況，并總結(jié)了雷達(dá)顯示處理技術(shù)和顯示方式。結(jié)合雷達(dá)設(shè)備的發(fā)展方向及對顯示的需求，總結(jié)了雷達(dá)顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢，對雷達(dá)顯示方面技術(shù)研究有一定參考價值。

[1] 周海清.雷達(dá)光柵掃描顯示器的技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展[J].現(xiàn)代電子，1999(3).

[2] 張亞林.幾種常用顯示技術(shù)的原理和應(yīng)用分析[J].赤峰學(xué)院學(xué)報,2011，3(8).

[3] 史海南.雷達(dá)圖像綜合處理與現(xiàn)實系統(tǒng)的研究[D]. 大連海事大學(xué),2012.

[4] 劉國柱.軟性顯示的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報,2008,22(6).

[5] 李天華.柔性顯示實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)[J].電視技術(shù),2009,33(8).

[6] 單秀.雷達(dá)圖像顯示與綜合處理方法的研究[D]. 大連海事大學(xué),2008.

[7] 張鑫.雷達(dá)圖像顯示處理[D].大連海事大學(xué), 2011.

Development of radar display technology

YU Yao1, SHI Chun-yan2

(1.Naval Armament Ministry, Beijing 100000;2. No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

The development trends of radar display technique are analyzed in combination with the development direction and display requirements of radar equipment by means of summarizing the development process of radar display equipment, radar display processing technique and radar display modes.

radar display equipment; raster display; random scan display; flexible display; radar display processing technique; radar display mode

2014-01-11；

2014-02-20

于耀(1972-)，男，研究方向：自動控制技術(shù)；石春燕(1982-)，女，工程師，碩士，研究方向：雷達(dá)系統(tǒng)總體。

TN957.7

A

1009-0401(2014)01-0042-03