于 耀，石春燕

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

雷達顯示技術發(fā)展

于 耀1，石春燕2

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

通過對雷達顯示設備的發(fā)展過程、雷達顯示處理技術及雷達顯示方式的梳理總結，結合雷達設備的發(fā)展方向和顯示需求，分析雷達顯示技術的發(fā)展趨勢。

雷達顯示設備；光柵顯示器；隨機掃描顯示器；柔性顯示；雷達顯示處理技術；雷達顯示方式

0 引 言

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

作為雷達最重要的信息輸出設備和人機交互平臺，雷達終端顯示設備是雷達設備不可缺少的組成部分。隨著顯示設備的發(fā)展，雷達顯示設備經(jīng)歷了隨機掃描顯示器和光柵顯示器兩個主要階段，顯示設備的發(fā)展是雷達顯示技術發(fā)展的基礎。雷達技術的發(fā)展推動了雷達顯示處理技術的進步，也對雷達顯示技術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顯示技術的發(fā)展方向。本文通過梳理雷達顯示設備的技術發(fā)展歷程及雷達技術的發(fā)展對顯示技術的新需求，總結雷達顯示技術的發(fā)展趨勢。

1 雷達顯示設備的發(fā)展

雷達顯示技術的發(fā)展是隨著20世紀30年代后期雷達技術的發(fā)展而開始的。早期的雷達顯示設備主要是隨機掃描顯示器。隨機掃描是用隨機方式來控制電子束的運動，通過偏轉電路控制電子束打向熒光屏的位置，利用回波信號的強弱控制電子束能量的強弱，將雷達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，余輝時間越長。利用這一特點，在隨機掃描顯示器上通過余輝可方便地觀察目標。特別是由于目標具有較高的相關性，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，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。隨著隨機掃描顯示器不斷發(fā)展完善，70年代出現(xiàn)了高速隨機掃描顯示器，在計算機的控制下以時分多路復用的方式顯示雷達回波和字符、矢量線。這種顯示器能顯示出精細、高質(zhì)量的畫面。同時，還出現(xiàn)了彩色隨機掃描顯示管，但只能顯示多種單色，色彩數(shù)有限。由于隨機掃描體制的限制，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入實用階段，并首先在航管雷達中使用，使雷達顯示器的發(fā)展進入了一個新的階段[2]。近年來隨著高分辨率光柵顯示器技術的成熟及價格的降低，國內(nèi)光柵掃描雷達顯示器技術的發(fā)展很快，顯示分辨率不斷提高，功能不斷擴展。光柵掃描顯示器在雷達顯示中已經(jīng)獲得了日益廣泛的應用。

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。隨機掃描顯示器依靠顯示文件對屏幕圖形進行刷新，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)字化光柵雷達顯示器可以與計算機和信號處理專用器件構成一體，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，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；能對雷達回波信息進行局部開窗以信號的方式進行顯示，便于對數(shù)據(jù)分析，并能自動進行窗口目標跟蹤；具有可變長余輝模擬功能，可顯示運動目標的航跡。由于采用了數(shù)字式掃描變換技術，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的成熟以及其價格的降低，光柵掃描顯示器的技術快速發(fā)展，且顯示的分辨率不斷提高，其顯示分辨率可達到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)等顯示器件都適應光柵掃描方式。光柵掃描顯示技術已成為雷達顯示的主流，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，提高雷達信息的利用率。光柵掃描顯示器的缺點是反應速度較慢。由于光柵掃描是對回波幅度進行量化顯示，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 隨機掃描顯示器與光柵雷達顯示器性能比較

隨著顯示技術的發(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。柔性顯示技術種類很多，主要有有機發(fā)光二極管(OLED)技術、液晶顯示(LCD)技術和電泳顯示(EPD)技術。這些柔性顯示技術已經(jīng)在移動通信終端、電子紙、筆記本電腦、PDA及可卷曲電視等領域獲得廣泛應用[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，響應速度慢，由于是被動顯示，不具備主動發(fā)光能力，無法應用在信息媒體設備上。韓國三星公司柔性 OLED 顯示屏是最新的柔性顯示技術，具有自發(fā)光、高對比度、高分辨率、反應快、高飽和度色彩，以及視角廣、驅動電壓低、面板輕薄等優(yōu)點。它基于 OLED 優(yōu)良的制造技術，可以把 OLED的屏幕做在非平面的玻璃表面上。此項技術更能代表著柔性顯示技術的未來，為雷達顯示器向小型化、便攜型、顯控臺可自適應擴充等方向發(fā)展提供了廣闊發(fā)展空間[4-5]。

2 雷達顯示技術

2.1 雷達顯示處理技術

雷達顯示處理主要包括雷達顯示信息處理和雷達顯示圖形處理。

雷達顯示信息處理是指對雷達一次信息及二次信息進行恰當處理，提高畫面顯示質(zhì)量，使目標進行雷達一次、二次信息顯示，保證顯示圖像清晰、易于感知。

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

雷達顯示圖形處理是指為提高顯示質(zhì)量，使雷達圖像更加清晰、可靠、易感知，對所顯示的雷達圖像進行的相應處理。處理方法以變換為主，一般指為適應眼睛對色彩和亮度的敏感度要求，如雷達視頻圖像進行的中值濾波處理。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節(jié)模糊等問題，以達到良好的視覺效果。

2．2 雷達顯示方式

傳統(tǒng)的雷達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視頻。以上顯示方式都是兩維顯示方式。如果需要獲取目標或態(tài)勢的三維信息，可以選擇兩種顯示方式進行組合顯示[3]。

目前，現(xiàn)有雷達已經(jīng)對雷達信息進行三維顯示的嘗試，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目標特征參數(shù)信息顯示不夠直觀，且在三維顯示方式下如何準確實現(xiàn)對雷達信息的精確錄取及進行準確的操作控制仍有待提高。

3 雷達顯示技術的發(fā)展趨勢

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

(1) 對光柵顯示器及顯示處理算法進行改進，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)勢的基礎上，改進技術工藝，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顯示器上有廣泛的應用空間；

(4) 雷達顯示設備將由多人臺方式向基于網(wǎng)絡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/層面上進行雷達信息處理，提高信息利用效率；

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

(6) 針對復雜掃描體制的雷達尤其是不規(guī)則掃描雷達(如相控陣雷達)的信息顯示技術是雷達顯示技術發(fā)展的重要方向；

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

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

(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) 雷達信息的多維顯示方式是雷達顯示技術的重要課題。

4 結束語

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

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

[2] 張亞林.幾種常用顯示技術的原理和應用分析[J].赤峰學院學報,2011，3(8).

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

[4] 劉國柱.軟性顯示的研究進展[J].材料導報,2008,22(6).

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

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

[7] 張鑫.雷達圖像顯示處理[D].大連海事大學, 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；石春燕(1982-)，女，工程師，碩士，研究方向：雷達系統(tǒng)總體。

TN957.7

A

1009-0401(2014)01-0042-03