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Stand der Technik
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Aus
dem Stand der Technik ist keine Anwendung bekannt, die es erforderlich
gemacht hat den Radarsender oder Empfänger an unterschiedlichen Orten
beweglich zu betreiben. Sobald dies aber der Fall ist, so ist ein
Synchronisationssignal von beiden zur Objektortung erforderlich
bzw. hilfreich. Insbesondere ist keine Anwendung bekannt mit einem
beweglichen Radarsender und einem ortsfremden Radarempfänger zusammenarbeitet.
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Ein
solcher bidynamischer oder semi-bidynamischer Verbund von Radargeräten ist
aus dem Stand der Technik unbekannt. Sobald der Radarsender bewegbar
wurde, so war er stets auch der Empfänger seines eigenen Radarstrahls.
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Aus
dem Stand der Technik ist ein Schiffsradar, ein Flug-Überwachungsradar,
ein Flugabwehrradar, ein Radar von PKW's im Straßenverkehr, ein Radar zur Geschwindigkeitsmessung
im Straßenverkehr
und ein GPS – sowie
die Langwellenkorrektur per DGPS und das Problem der Störspirale
in der Schifffahrt bekannt.
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Das „normale” Radar
besteht aus einem Sender und Empfänger und arbeitet wie im Falle
eines Schiffsradars noch dem Prinzip des „rotierenden Echolots”. Besonders
gut werden damit Radarreflektoren erkannt, die nach dem Prinzip
des „Katzenauges” den ausgesendeten
Strahl in die genaue Gegenrichtung zum Sender wieder zurück ablenken.
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Objekte,
welche so geformt sind dass sie baulich keinerlei Rechte-Winkel
wie beim Katzenauge ausweisen, werden durch dieses „normale” Radar schlecht
erfasst. Es ist möglich
Objekte zu bauen, die eine bestimmte Richtung gering reflektieren – so muss
man das Signal in die andere Richtung eben versuchen zu erfassen.
Dieses Problem wird auch durch die vorliegende Erfindung gelöst.
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Aus
dem Stand der Technik ist ein Yacht-Radar, ein Flug-Überwachungsradar,
ein Flugabwehrradar, ein Radar von PKW's im Straßenverkehr, ein Radar zur Geschwindigkeitsmessung
im Straßenverkehr
und ein GPS – sowie
die Langwellenkorrektur per DGPS und das Problem der „Störspirale” in der Schifffahrt
bekannt.
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Die
Störspirale
beim Schiffradar entsteht dadurch, dass nicht nur der eigne Radarstrahl – sondern
auch der Radarstrahl eines anderen Schiffes empfangen wird und so
Bildstörungen
verursacht. Diese Bildstörungen
sind in der Schifffahrt unerwünscht.
Im Straßenverkehr
beim PKW hat man dieses Problem gelöst in dem man die Radarsignale
kodiert, und dadurch die fremden Signale ausblenden kann.
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Es
ist jedoch keine Radaranwendung bekannt, bei der Radarsender einem
ortsfremden Radarempfänger
seine aktuelle Ortsposition um so dem Empfänger ein Auswertung des empfangenen
Radarsignals zu ermöglichen.
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Im
Falle eines bistatischen Verbundes von Wetter-Radaranlagen wird
das empfangene Ergebnis im Verbund an den Sender zur Auswertung
rückgeleitet.
Dieser Rückkanal
des Empfangenensignals kann bei der vorliegenden Erfindung entfallen.
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Im
militärischen
Bereich gibt es ein System, wobei ein Radarbild von einer Station
erzeugt wird und dann das „Radarbild” als Information
per Datenfunk an einen Empfänger
weitergeleitet wird. Dieser Datenfunk gibt jedoch Hinweise auf das
Vorhandensein eines Empfängers – und über den
gesendeten Datenumfang eine Möglichkeit
der Abschätzung der
erkannten Objekt-/Informationsmenge. Bei der vorliegenden Erfindung ändert sich
das Aussende-Verhalten des Senders sich nicht in Abhängigkeit mit
einer (oder mehrer) Objekterkennung(en). Bei der vorliegenden Erfindung
nimmt der Empfänger
auch nicht zwingend aktiv an einem Datenfunk teil. Bei der vorliegenden
Erfindung teilt ein beweglicher Sender nur eine minimale Datenmenge
mit – und
zwar seine Ortsposition bzw. zzgl. Aussenderichtung. Bei einem stationären Sender
kann sogar diese Information bei Empfänger hinterlegt werden. Bei
der vorliegenden Erfindung können
also keinerlei Rückschlüsse auf den
Ort und die Anzahl der möglichen
Empfänger
erfolgen.
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In
der zivilen Schifffahrt würde
dies bedeuten, dass ein Frachter bzw. eine Küstenstation einen Radarstrahl
aussendet – und
dies vollkommen unabhängig
ist von der Anzahl von (Sport-)Booten, die diesen Radarstrahl noch
nutzen.
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Objekterkennung
bedeutet bei der vorliegenden Erfindung, dass es sich nicht um eine
Radarstrahl-Führung
handelt, so dass Empfänger
(und Reflektor) sich in einem gebündelten Radarstrahl bewegen.
Ein in einem Radarstrahl landendes Flugzeug macht somit keine Objekterkennung
oder ein Geschoss, dass einem Radarreflex folgt. Im Gegensatz zur
Objekterkennung steht die Aufgabe eines zielführendes Systems, dass auf ein
bereits erkanntes Objekt/Radarquelle/-echo zusteuern soll.
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Ein
ortsfremder Radarempfänger
ist im Sinne der Erfindung ein „beliebiger Ort”, der an
keine feste oder ausgezeichnete Bedingung in Bezug auf den Ort zur
Radarquelle erfüllen
muss – wie
z. B. der Empfänger
muss in einen bestimmten Raumwinkelelement des Sender liegen, was
bei einer Radarstrahlführung
der Fall ist. Ein anderes Beispiel für nicht ortsfremd ist, dass
der Sender weiß,
dass der Empfänger
sich genau im Osten befindet bzw. befinden muss und darauf regelt. „Ortsfremder” Radarempfänger bedeutet
somit, dass der Ort des Empfängers
für den
Radarsender „fremd” im Sinne
von „völlig unbekannt” sein kann, – im Sinne
von dass die Aussendung des Radarstrahls nicht vom Ort des Empfängers abhängig sein
muss.
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Beschreibung
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung/Verfahren von
Verbund-Radaranlagen zur
Erkennung auch von schwach reflektierenden Flugzeugen, Hubschraubern
oder Schiffen. Bei der vorliegenden Erfindung wird erstmalig die Bedingung aufgegeben,
dass bei einem Verbundradar der Empfänger zum Sender eine feste
Entfernung hat. Vielmehr ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung
einen beweglichen Sender mit einem beweglichen Empfänger zu
synchronisieren.
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In
einer Ausführungsvarianten
wie mit Schiff&Küstenstation
oder Flugzeug/Flughafen ist der Nutzen der Erfindung besonders hoch.
Im Falle eines ortsfesten Senders mit einem beweglichen Empfängers ist
die vorliegende Erfindung besonders einfach umzusetzen, da man die
notwendige Senderinformation dem Empfänger als „Daten” vorab mitgeben kann. Die
Synchronisation kann dann per direkt empfangen Radarstrahl erfolgen
und nur die Ort-Position des Empfängers muss dem Empfänger bekannt
sein. Ohne jeglichen weiteren erforderlichen Datenkanal kann der
Empfänger
sich ein Radarbild erzeugen. Hervorzuheben ist hierbei, dass der
Empfänger
keinerlei Information von sich aus aussendet und der Sender auch
keine Kenntnis davon haben muss, dass überhaupt ein Empfänger dessen
Radarstrahl „mitbenutzt”.
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Sofern
kein direkter Radarstrahl vom Sender zur Synchronisation empfangen
werden kann, so kann die Synchronisation auch über die Uhr eines Geonavigationssystems
erfolgen, welche Zeit-Information neben der Orts-Position abfällt. Dies
wäre zum
Beispiel notwendig, wenn ein Landfahrzeug ein Sender ist, an einem
Flugzeug reflektiert wird – und ein
anderes Landfahrzeug auf einer anderen Seite eines Berges nur das
Radarecho vom Flugzeug empfangen kann.
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Bei
der vorliegenden Erfindung werden sozusagen vorzugsweise kodierte „Stör”-Signale von den „anderen” Radarstationen
ausgewertet. Somit wird der bisherige „ortsfremde” Stör-Sender
zum Nutz-Radar-Sender für
den Empfänger.
Die Empfänger
werden derart gestaltet, dass sie das empfangene Signal einem jeweiligen
Radarsender zuordnen können.
Da der Ort von Sender und Empfänger
nicht mehr gleich sind, somit ist ein Objekt, dass nicht mehr in
die Richtung des Radarstrahls nicht mehr unsichtbar. Zur „Unsichtbarkeit” von Flugobjekten
wäre es
erforderlich, dass in sämtliche
Richtungen des Empfängerarray,
welches weitflächig
verteilt sein kann, kein Radarsignal reflektiert wird.
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Vorzugsweise
handelt es sich um eine Vielzahl von Sendern, die mit einer Vielzahl
von Empfängern
zusammenarbeitet. Sobald eines der Signale nur von einem Empfänger empfangen
wird ist eine Erkennung und Ortung bereits möglich. Dies ist ins besondere
auch dann der Fall, wenn das Objekt extra so geformt wurde, dass
in Rückstrahlrichtung
weniger empfangen wird. Auf einmal wird das „Störsignal” aus der Schifffahrt zum Nutzsignal
in der Luftschifffahrt – zusammen
mit der Kodierung zur Identifizierung aus dem Automobilbau zur Erkennung
von unbekannten Flugobjekten.
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Hervorzuheben
ist hierbei, dass die aktiv-aussendende Radarstation preiswert zu
realisieren ist – und
die eigentliche „Intelligenz” bzw. Rechenleistung
in eine passive-Empfangsstation gesteckt werden kann, die keinerlei
eigene Signal aussendet. Somit ist es preiswert eine Vielzahl von
Sendern mit kodierten Signalen aufzustellen. Wobei ein Ausfall bzw.
Zerstörung
z. B. aufgrund eines technischen Defektes (z. B. Kabelbrand) an
einem Sender noch nicht gleichzeitig die teure Empfangsstation wertlos
macht.
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Durch
diese räumliche
Trennung von Sender und Empfänger
wird insbesondere das menschliche Leben geschützt, da der Radar-Sender unbemannt betrieben
werden kann, da eher am Empfänger
Betriebspersonal benötigt
wird, da dort das eigentlich interessante Ergebnis der Ortsbestimmung
erzeugt werden kann und somit zur Anzeige kommen kann. Aus der deutschen
Bundeswehr ist bekannt, dass Soldaten auf Radarstationen zu Schaden
gekommen sind durch die starke Radarstrahlung. Alleine dies würde die
räumlich
Trennung von unbemannten Sender und bemannten Empfänger begründen.
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Durch
die mehrfache Dedektion des Radarsignals an unterschiedlichen Empfängern kann
zusätzlich
noch eine weitere Auswertung erfolgen, so dass eine Genauigkeit
unterhalb der bisherigen Auflösung
eine einzelnen Radarkeule möglich
ist. Hervorzuheben ist hierbei, dass diese Genauigkeit geringer
ist als bei einer Kreuzpeilung durch zwei bisherige Radaranlagen,
da man als Information den Zeitversatz zwischen den Empfängern bisher
nicht verwertet. Dies erfordert aber einen Rückkanal – wie der bei den bisherigen
Verbund-Radaren stets vorhanden ist.
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Aufgrund
der gestiegenen Rechnerleistung ist es keinerlei Problem mehr den
Ortsversatz von Sender und Empfänger
bei Auswertung von Radarsignalen zu berücksichtigen. Durch die Vernetzung
von mehreren Empfängern,
welche das gleiche Signal empfangen haben ist abermals mittels moderner Rechnerleistung
eine höhere
Ortsauflösung
möglich. Man
muss sich nur von der Vorstellung lösen können, dass wie bei klassischen
Radaranlage Sender und Empfänger
am gleichen Ort lokalisiert werden. Durch die Mehrfach-Messung kann
per Triangulation EINES Radarstrahles und von mindestens zwei-Empfängern die
Ortsauflösung
gesteigert werden über
die Genauigkeit der Bündelung
der Radarkeule hinaus. Somit kann die Radar-Sendeantenne kleiner,
kostengünstiger
und unauffälliger
gebaut werden, wodurch im ersten Moment die Bündelung zwar schlechter wird – aber nachher
die Ortsauflösung
durch mehrfach Empfang des Signals doch gesteigert werden kann.
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Aus
der Schifffahrt ist bekannt, dass eine Radarantenne auch sehr gut
Störsignale
aus anderen Richtungen empfängt – und nicht
nur aus der der Radaraussendung, so dass es keine Empfindlichkeitsprobleme
geben darf. Fehlerbilder hierzu sind aus der Schifffahrt ausreichend
vorhanden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es durch Sychronisation dem Empfänger eines
Radarsignales dessen Aussendezeitpunkt mitzuteilen. Somit muss nicht mehr
eine Synchronisation durch einen direkten Empfand des Radarstrahles
erfolgen. Jedes empfangene Signal bekommt sozusagen eine Zeitstempel, wann
es empfangen wurde, was zusammen mit dem Synchronisationssignal
und zusätzlich
dem Ort des Senders – sowie
der Senderichtung des Senders eine Ortsbestimmung des Objektes zulässt.
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Günstigerweise
kann entweder die Richtung des Radarsenders in Bezug auf das Referenzsignal in
der Kodierung des Signals oder in einem separaten Signal übermittelt
werden oder vorab z. B. als Tabelle hinterlegt sein. Der Satellit „Sputnik” musste noch
von mehreren Erdstationen empfangen werden um geortet zu werden.
Hingegen lässt
sich bei der vorliegenden Erfindung bereits durch einen einzigen Empfang
eine Ortung vornehmen, da die Richtung des Haupt-Radarstrahl bekannt ist.
Ein einzelner kurzer „Piep”/Radar-Empfang
eines Empfängers
würde eine
Ortsbestimmung ermöglichen.
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Günstigerweise
kann Zusatzinformation wie auch die Position des Radarsenders in
der Kodierung des Signals oder in einem separaten Signal übermittelt
werden oder vorab hinterlegt sein. Im Zeitalter vom „GPS” bieten
sich dadurch die Möglichkeit
des Aufbaus eine absolut flexiblen und mobilen Systems. Sobald GALILEO
von den Europäern
in Betrieb ginge, so wäre
Europaweit eine rein europäische
flächendeckende
mobile Überwachung
des Luftraumes möglich.
Dieses System zeichnet sich dann durch hohe Betriebssicherheit und
Verfügbarkeit
aus, da es kein zentrales „Herzstück” geben
muss und auch ein technischer Ausfall eines der vielen Sender nicht
den Komplettausfall des (Empfänger-)Systems
begründet.
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Für den militärischen
Bereich scheint ebenfalls die Lösung
mit dem beweglichen Radarsender sehr interessant zu sein, da nur
der Sender geortet und somit angegriffen werden kann. Bei einem
stationären
Sender in einem Radarverbund hilft zumeist auch ein schnelles Ausschalten
des Senders nicht mehr, wenn dass „Geschoss” schon im Anflug ist. Bei der
vorliegenden Erfindung kann in diesem Fall nicht nur der Sender
ausgeschaltet werden, sondern zusätzlich noch zum „Ausweichen” eine neue
Bewegungsrichtung gewählt
werden.
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Durch
diese Kopplung von Satelliten-Navigationssignalen und Radartechnik
lässt sich
nun der Radar-Sender vom Radar-Empfänger räumlich trennen. Vorteilhafter
weise muss dann auch nicht mehr wie bisher die Empfangsstufe für die Dauer
der Aussendung „ausgeschaltet” werden.
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Hervorzuheben
ist hierbei, dass die aktiv-aussendende Radarstation preiswert zu
realisieren ist – und
die eigentliche „Intelligenz” bzw. Rechenleistung
in eine rein passive Empfangsstation gesteckt werden kann, die keinerlei
eigenes Signal aussendet. Somit ist es preiswert eine Vielzahl von Sendern
mit kodierten Signalen aufzustellen. Wobei ein Ausfall bzw. Zerstörung z.
B. aufgrund eines technischen Defektes (z. B. Kabelbrand) an einem
Sender noch nicht gleichzeitig die teure Empfangsstation wertlos
macht. Durch diese räumliche
Trennung von Sender und Empfänger
wird insbesondere das menschliche Leben geschützt, da der Radar- Sender unbemannt
betrieben werden kann, da eher am Empfänger Betriebspersonal benötigt wird,
da dort das eigentlich interessante Ergebnis der Ortsbestimmung von
Objekten erzeugt werden kann und somit zur Anzeige kommen kann.
Aus der deutschen Bundeswehr ist bekannt, dass Soldaten auf Radarstationen zu
Schaden gekommen sind durch die starke Radarstrahlung. Alleine dies
würde die
räumlich
Trennung von unbemannten Sender und bemannten (beweglichen) Empfänger begründen.
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Zur
Synchronisation wird vorzugsweise verwendet ein Signal einer Art
eines Satellitensignals wie des GPS-Signal, was in der Schifffahrt
auch zur Synchronisierung vom AIS verwendet wird. Dieses Signal
ist weltweit verfügbar.
Eine ausreichende Ort- sowie Zeitauflösung wird beim GPS-Empfang
bereits erreicht – jetzt
muss man es nur noch als Trigger-Signal für des Radar einspeisen.
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Die
Vergabe der Sendezeiten bezieht sich auf eine Sendefrequenz. Auf
unterschiedlichen Sendefrequenzen kann selbstverständlich zur
gleichen Zeit gesendet werde. Ein eigenständiges Synchronisationssignal
für ortsgebunde
Stationen kann ebenfalls über
eine normale Steuerleitung oder per Netzwerk oder per normalen Funk übertragen
werden.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
können
den Unteransprüchen
entnommen werden.