雷达显示技术发展

于 耀，石春燕

(1. 海军装备部，北京 100000；2. 中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京211153)

雷达显示技术发展

于 耀1，石春燕2

(1. 海军装备部，北京 100000；2. 中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京211153)

通过对雷达显示设备的发展过程、雷达显示处理技术及雷达显示方式的梳理总结，结合雷达设备的发展方向和显示需求，分析雷达显示技术的发展趋势。

雷达显示设备；光栅显示器；随机扫描显示器；柔性显示；雷达显示处理技术；雷达显示方式

0 引 言

雷达的显示终端是雷达信息输出和人机交互的重要设备，其主要功能是显示雷达探测的回波及通过信息处理获取的目标信息，接收并响应雷达操作人员发出的控制指令，向雷达系统发出雷达工作模式和参数调整指令，发出信息处理指令。雷达显示的信息质量在很大程度上决定了雷达探测的效能。

作为雷达最重要的信息输出设备和人机交互平台，雷达终端显示设备是雷达设备不可缺少的组成部分。随着显示设备的发展，雷达显示设备经历了随机扫描显示器和光栅显示器两个主要阶段，显示设备的发展是雷达显示技术发展的基础。雷达技术的发展推动了雷达显示处理技术的进步，也对雷达显示技术和显示方式提出了新的要求，以上两个因素共同决定了雷达显示技术的发展方向。本文通过梳理雷达显示设备的技术发展历程及雷达技术的发展对显示技术的新需求，总结雷达显示技术的发展趋势。

1 雷达显示设备的发展

雷达显示技术的发展是随着20世纪30年代后期雷达技术的发展而开始的。早期的雷达显示设备主要是随机扫描显示器。随机扫描是用随机方式来控制电子束的运动，通过偏转电路控制电子束打向荧光屏的位置，利用回波信号的强弱控制电子束能量的强弱，将雷达回波信息显示在荧光屏上。根据余辉时间的长短，显示管分为短余辉、中余辉和长余辉，适合于雷达显示器的是中长余辉显示管。在同一显示管上，电子束的能量越强，余辉时间越长。利用这一特点，在随机扫描显示器上通过余辉可方便地观察目标。特别是由于目标具有较高的相关性，其出现位置的荧光屏将被电子束多次照射，积累的能量较强，该位置的亮度和余辉时间就会高于背景区域，利用这一特性可较方便地判定目标。随着随机扫描显示器不断发展完善，70年代出现了高速随机扫描显示器，在计算机的控制下以时分多路复用的方式显示雷达回波和字符、矢量线。这种显示器能显示出精细、高质量的画面。同时，还出现了彩色随机扫描显示管，但只能显示多种单色，色彩数有限。由于随机扫描体制的限制，显示信息“分时串行排列”，显示的信息量有限;显示亮度低，需要在较暗的环境下使用;显示的制式与计算机不匹配，不利于数字化显示终端的使用[1]。

80年代后期，国外光栅扫描显示器开始进入实用阶段，并首先在航管雷达中使用，使雷达显示器的发展进入了一个新的阶段[2]。近年来随着高分辨率光栅显示器技术的成熟及价格的降低，国内光栅扫描雷达显示器技术的发展很快，显示分辨率不断提高，功能不断扩展。光栅扫描显示器在雷达显示中已经获得了日益广泛的应用。

光栅扫描是由在屏幕上一条条相互平行、等间隔、依次显示的水平线构成，这些水平线成为扫描线或光栅。不管屏幕上显示内容如何，电子束总是以恒定的速度从左到右，从上到下扫过屏幕上的每个像素位置。随机扫描显示器依靠显示文件对屏幕图形进行刷新，而光栅扫描显示器依靠帧缓存实现对屏幕图形的刷新。光栅不仅可以显示物体的轮廓线，而且可以进行实面积填充，因而显示图像画面稳定、色彩丰富，图像逼真。光栅扫描通过对帧缓存的管理可以实现很高的显示容量。近年来发展日益成熟的数字化光栅雷达显示器可以与计算机和信号处理专用器件构成一体，具有高分辨率、多功能、多显示格式和实时显示等突出优点，既能显示回波的一次信息，也能显示各种二次信息和背景地图；能对雷达回波信息进行局部开窗以信号的方式进行显示，便于对数据分析，并能自动进行窗口目标跟踪；具有可变长余辉模拟功能，可显示运动目标的航迹。由于采用了数字式扫描变换技术，可以实现多种显示方式，并可以实现多种显示方式的画面切换。随着高分辨率显示器技术的成熟以及其价格的降低，光栅扫描显示器的技术快速发展，且显示的分辨率不断提高，其显示分辨率可达到1280x1024或者更高，而且可以在2048x2048的范围内作漫游显示。

CRT(阴极射线管)、LCD(液晶显示器)、PDP(等离子体显示器)、FED(场致发射显示器)等显示器件都适应光栅扫描方式。光栅扫描显示技术已成为雷达显示的主流，并随着平面显示器件的流行和发展而越发不可替代，而体积小、重量轻、功耗小、辐射小等也使其相对于随机扫描显示器的优势更加明显。LCD、PDP等显示器件容易实现屏幕大型化，可以满足战场指挥和情报中心的大屏显示需求，有助于决策和信息研判，便于分头操作；同时可以提高对信息的操作能力，提高雷达信息的利用率。光栅扫描显示器的缺点是反应速度较慢。由于光栅扫描是对回波幅度进行量化显示，其亮度等级和回波的分辨能力略低于CRT显示器，显示效果受视角影响。

表1 随机扫描显示器与光栅雷达显示器性能比较

随着显示技术的发展，又出现了屏幕轻、薄，耐冲击、可弯曲的柔性显示器。柔性显示屏是由柔软的材料制成的可变型可弯曲的显示装置。柔性显示技术种类很多，主要有有机发光二极管(OLED)技术、液晶显示(LCD)技术和电泳显示(EPD)技术。这些柔性显示技术已经在移动通信终端、电子纸、笔记本电脑、PDA及可卷曲电视等领域获得广泛应用[3]。

早期的柔性显示屏被称作“电子纸”——像纸一样薄，即使切断电源，内容也不会消失。电子纸的主要特性是可弯曲，断电后图像也不会消失，具有省电的特性，目前成熟的产品有利用电子纸的电子书和弧面显示的手表。目前，彩色电子纸依然停留在实验测试阶段，距离商用还有很长一段路要走。电子纸的分辨率较低，响应速度慢，由于是被动显示，不具备主动发光能力，无法应用在信息媒体设备上。韩国三星公司柔性 OLED 显示屏是最新的柔性显示技术，具有自发光、高对比度、高分辨率、反应快、高饱和度色彩，以及视角广、驱动电压低、面板轻薄等优点。它基于 OLED 优良的制造技术，可以把 OLED的屏幕做在非平面的玻璃表面上。此项技术更能代表着柔性显示技术的未来，为雷达显示器向小型化、便携型、显控台可自适应扩充等方向发展提供了广阔发展空间[4-5]。

2 雷达显示技术

2.1 雷达显示处理技术

雷达显示处理主要包括雷达显示信息处理和雷达显示图形处理。

雷达显示信息处理是指对雷达一次信息及二次信息进行恰当处理，提高画面显示质量，使目标进行雷达一次、二次信息显示，保证显示图像清晰、易于感知。

雷达显示信息处理包括雷达显示预处理和雷达显示处理。显示预处理主要是为了获取更清晰的观察图像，提高目标显示的效率和提高现实目标分辨能力，便于操作员分析雷达探测信息所进行的处理[6]。显示预处理是雷达显示系统的重要组成部分，主要包括杂波抑制处理、恒虚警率处理、雷达图像轮廓提取、雷达图像的局部放大处理、余辉显示和目标尾迹显示，以及对图像进行缩放、实现多档位的量程控制等[7]。

雷达显示图形处理是指为提高显示质量，使雷达图像更加清晰、可靠、易感知，对所显示的雷达图像进行的相应处理。处理方法以变换为主，一般指为适应眼睛对色彩和亮度的敏感度要求，如雷达视频图像进行的中值滤波处理。中值滤波是一种非常有用的非线性信号处理的滤波方法，其算法克服了线性滤波所带来的图像细节模糊等问题，以达到良好的视觉效果。

2．2 雷达显示方式

传统的雷达显示方式主要有距离显示、平面显示、高度显示、情况显示和综合显示等，其中距离显示有A型显示、J型显示和A/R型显示；平面显示主要有P显和B显；高度显示主要有E显，测高雷达中用RHI显示；情况显示和态势显示主要是显示空中综合态势图像，并可在其上叠加雷达视频。以上显示方式都是两维显示方式。如果需要获取目标或态势的三维信息，可以选择两种显示方式进行组合显示[3]。

目前，现有雷达已经对雷达信息进行三维显示的尝试，这在一定程度上改善了视觉效果。但是，三维显示方式对雷达目标特征参数信息显示不够直观，且在三维显示方式下如何准确实现对雷达信息的精确录取及进行准确的操作控制仍有待提高。

3 雷达显示技术的发展趋势

综合考虑电子技术的飞速发展和雷达的发展对雷达显示的新需求，雷达显示设备的方向发展如下：

(1) 对光栅显示器及显示处理算法进行改进，实现可变长余辉模拟功能，实现能量比较，解决光栅显示目标分辨力低的问题；

(2) 显像管显示器在发挥其传统优势的基础上，改进技术工艺，解决其高分辨率显示、多级彩色显示问题等后可实现回归；

(3) 柔性显示材料将在雷达显示器上有广泛的应用空间；

(4) 雷达显示设备将由多人台方式向基于网络的可重组的多台方式发展，将形成多个情报编辑台，支持多人显控操作，以方便更多人从更多方向/层面上进行雷达信息处理，提高信息利用效率；

(5) 可通过显控台的重构功能实现雷达信息的综合显示和综合利用，提高显示可靠性和显示任务执行的灵活性，使雷达显控台摆脱雷达设备的制约，赋予其系统显示控制的功能；

(6) 针对复杂扫描体制的雷达尤其是不规则扫描雷达(如相控阵雷达)的信息显示技术是雷达显示技术发展的重要方向；

(7) 针对高分辨雷达及雷达像的显示信息处理技术及图形显示方式是雷达显示技术发展的重要方向；

(8) 针对两维成像雷达的显示信息处理技术及显示图形处理技术也是雷达显示技术的重要研究方向；

(9) 提高显示信息的动态范围，使其与显示信号的动态范围匹配，是显示信息处理一直要面对的问题；

(10) 雷达信息的多维显示方式是雷达显示技术的重要课题。

4 结束语

本文梳理了雷达显示设备的发展过程及显示设备发展的最新情况，并总结了雷达显示处理技术和显示方式。结合雷达设备的发展方向及对显示的需求，总结了雷达显示技术的发展趋势，对雷达显示方面技术研究有一定参考价值。

[1] 周海清.雷达光栅扫描显示器的技术特点及发展[J].现代电子，1999(3).

[2] 张亚林.几种常用显示技术的原理和应用分析[J].赤峰学院学报,2011，3(8).

[3] 史海南.雷达图像综合处理与现实系统的研究[D]. 大连海事大学,2012.

[4] 刘国柱.软性显示的研究进展[J].材料导报,2008,22(6).

[5] 李天华.柔性显示实现的关键技术[J].电视技术,2009,33(8).

[6] 单秀.雷达图像显示与综合处理方法的研究[D]. 大连海事大学,2008.

[7] 张鑫.雷达图像显示处理[D].大连海事大学, 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：自动控制技术；石春燕(1982-)，女，工程师，硕士，研究方向：雷达系统总体。

TN957.7

A

1009-0401(2014)01-0042-03