DE102010014814A1 - Antennenanordnung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Antennenanordnung - Google Patents

Antennenanordnung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Antennenanordnung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für ein Sekundär-Radarsystem umfassend einen Mast (M) zur Halterung von vertikalen Dipolen (D), wobei die vertikalen Dipole (D) in einem vertikalen Array (A) angeordnet sind, welches parallel zur Längsachse des Mastes (M) verläuft, wobei jeder vertikale Dipol (D) des Arrays (A) mit dem Mast (M) verbunden ist. Durch die Elevationsvermessung werden schleifende Schnitte in Bodennähe in typischen Konfigurationen vermieden; die Rundumsicht bzw. die nicht drehende Antenne erlaubt eine freie Wahl der Abfrageraten, die somit an die Erfordernisse des Landeanflugs angepasst werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für ein Sekundär-Radarsystem sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Antennenanordnung.
  • Aufbau und Arbeitsweise von Sekundär-Radarsystemen (SSR-Systeme) sind z. B. aus DE 41 09 981 A1 bekannt. SSR-Systeme bestehen unter anderem aus Bodenstationen und aus Bordstationen. Die Bodenstationen senden mit Hilfe einer rotierenden scharf bündelnden Antenne Abfragesignale aus. Werden diese Abfragesignale von einer Bordstation empfangen, sendet diese nach Ablauf einer bestimmten Verzögerung Antwortsignale. Diese Antwortsignale enthalten z. B. Angaben über Höhe, Temperatur und Geschwindigkeit des Flugzeugs, in welchem sich die Bordstation befindet.
  • Sekundärradarsysteme werden z. B. auch bei Multilaterationssystemen zur Unterstützung des Landeanflugs von Flugzeugen verwendet.
  • Die Multilateration/Trilateration ist ein Ortungsverfahren auf der Basis von Zeitmessungen. Die Zeitmessungen erlauben die Festlegung von Bestimmungsflächen (Kugelschalen, Hyperboloide). Für eine dreidimensionale Ortung werden mindestens drei Flächen im Raum benötigt. Das Ortungsverfahren wird dabei besonders ungenau, wenn es zu schleifenden Schnitten der Bestimmungsflächen kommt. Dies ist in 1 dargestellt. Die jeweils gezeichneten Kugelschalpaare entsprechen in ihrer Breite z. B. dem „σ” – Wert der Zeitmessgenauigkeit. Die einzelnen Kugelschalen entsprechen dabei der Bestimmungsfläche, die durch die Laufzeitmessung für jeden teilnehmenden Sensor erhalten wird.
  • Wie 1 zu entnehmen ist, führen die beiden Kugelschalen für Ziel 1 zu einem schleifenden Schnitt (spitzer Winkel zwischen den Tangenten) und damit zur verringerten Höhengenauigkeit gegenüber zum Beispiel Ziel 2, dass sich in größerer Höhe befindet.
  • Dabei lässt sich erkennen, dass niedrige Zielhöhen grundsätzlich schleifende Schnitte erzwingen (Ähnliches gilt auch, wenn Hyperboloide zur Ortung verwandt werden). Die typische Azimutvermessung eines typischen Abfragers führt dabei ebenfalls zu einer Bestimmungsfläche die im Normalfall senkrecht in den Boden eintaucht, sodass ingesamt in Bodennähe schleifende Schnitte verbleiben; wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht daher darin, durch eine Elevationsvermesung anstelle der Azimutvermessung schleifende Schnitte in Bodennähe zu vermeiden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antennenanordnung anzugeben, mit welcher die Genauigkeit in niedrigen Zielhöhen verbessert werden kann. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb der Antennenanordnung anzugeben, mit welchem in niedriger Zielhöhe eine hohe Genauigkeit erzielt werden kann.
  • Diese Aufgaben werden mit der Antennenanordnung und dem Verfahren gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Antennenanordnung für ein Sekundär-Radarsystem umfasst einen Mast zur Halterung von vertikalen Dipolen. Diese vertikalen Dipole sind gemäß der Erfindung in einem vertikalen Array angeordnet sind, welches parallel zur Längsachse des Mastes verläuft. Dabei ist jeder vertikale Dipol des Arrays mit dem Mast verbunden. Mit den vertikalen Dipolen ist es möglich, ein Sende-/Empfangsdiagramm zu erzeugen, welches Ziele in Elevation vermessen kann.
  • Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 die schematische Darstellung von schleifenden Schnitten in Bodennähe am Beispiel der Ortung durch Kugelschalen nach dem Stand der Technik,
  • 2a eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung,
  • 2b eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A in der 2a.
  • 2a und 2b zeigen in beispielhafter schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Antennenanordnung. Man erkennt drei vertikale Arrays A mit einer vorgebbaren Anzahl von vertikalen Dipolen D am Mast M angeordnet. Jedes Array A umfasst zweckmäßig zwischen 15 und 30 vertikalen Dipolen D. Selbstverständlich ist je nach gewünschter Zielauflösung eine höhere oder niedrigere Anzahl von vertikalen Dipolen D möglich. Die Zahl der verwendeten vertikalen Dipolen D ergibt ein Maß für die erreichbare Auflösung.
  • Die Arrays A sind sowohl für den kombinierten aktiven/passiven als auch für den rein passiven Betrieb geeignet.
  • Die mehreren vertikalen Arrays A sind zweckmäßig in einem gleichmäßigen Abstand zueinander am Mast M angeordnet. Bei zwei vertikalen Arrays A liegen sich die beiden Arrays A zweckmäßig gegenüber, d. h. der Winkel zwischen beiden Arrays A beträgt 180°. Werden drei vertikale Arrays A verwendet, so sind diese Arrays A zweckmäßig so am Mast M angeordnet, dass der Winkel zwischen den einzelnen Arrays 120° beträgt. Durch diese Anordnung ist es möglich, eine Omni-Charakteristik in Azimuth zu erreichen. Es ist somit möglich, einen Raumbereich in Azimuth von 360° abzudecken, ohne dass eine sich drehende Antenne verwendet wird. Gleichzeitig kann mit den vertikalen Dipolen D eine Bündelung der Sende- und/oder Empfangscharakteristik der Dipole in Elevation erreicht werden.
  • Zweckmäßig sind die Arrays A unter einem Radom R angeordnet.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein Array mit elektronischen Phasenschiebern (nicht dargestellt) versehen werden und als Phased Array betrieben werden. Dadurch kann das Sende-/Empfangsdiagramm in vertikaler Richtung geschwenkt werden. Somit wird eine selektive Abfrage der Flugzeuge in Elevation ermöglicht. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der Antennenanordnung werden die Phasen der einzelnen vertikalen Dipole eines Arrays derart eingestellt, dass Reflektionen aus dem unteren Winkelbereich (0 bis etwa 2 Grad) vermieden werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die Elevation eines Ziels im Monopulsverfahren vermessen.
  • Die Elevationsvermessung vermeidet in Bodennähe die schleifenden Schnitte von Hyperboloid und der durch den Azimutwinkel gegebenen aufrechten Bestimmungsebene. Das Verfahren erzielt damit eine hinreichende Höhengenauigkeit bis zum Boden bzw. bis zur Aufstellungsebene des Antennenarrays.
  • Der vorgeschlagene Einsatz einer nicht drehenden Antenne mit zur Elevationsvermessung im unteren Höhenbereich zu verwenden, bringt zudem folgende Vorteile:
    • – Begrenzung des Höhenbereiches durch erhöhte Bündelung in der Elevation.
    • – Erhöhung der Anzahl der Abfragen (bei einer drehenden Antenne ist diese Anzahl durch die Zeit begrenzt in der der Strahl das Ziel überstreicht), die zur Plotbildung herangezogen werden können. Damit verbessert sich die Genauigkeit (etwa proportional zur Wurzel der Anzahl der Abfragen). Durch die höhere Anzahl von Abfragen pro Plot werden auch Reichweite- und Azimutvermessung genauer.
    • – Erhöhung der Updaterate (Anzahl Plots pro Zeiteinheit). Damit ergibt sich eine zusätzliche Genauigkeit bei der Trackbildung sowie eine erhöhte Trackstabilität.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 4109981 A1 [0002]

Claims (7)

  1. Antennenanordnung für ein Sekundär-Radarsystem umfassend einen Mast (M) zur Halterung von vertikalen Dipolen (D), dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Dipole (D) in einem vertikalen Array (A) angeordnet sind, welches parallel zur Längsachse des Mastes (M) verläuft, wobei jeder vertikale Dipol (D) des Arrays (A) mit dem Mast (M) verbunden ist.
  2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bzw. drei vertikale Arrays (A) mit dem Mast (M) verbunden sind, wobei die Arrays (A) jeweils einen Winkel von 180° bzw. 120° zueinander aufweisen.
  3. Antennenanspruch nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Array (A) unter einem Radom (R) angeordnet ist.
  4. Antennenanspruch nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vertikale Array (A) elektronische Phasenschieber aufweist zum Betrieb des Arrays als Phased Array.
  5. Verfahren zum Betrieb einer Antenne gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasen der einzelnen vertikalen Dipole (D) eines Arrays (A) derart eingestellt werden, dass die 3db-Unterkante (U) des Strahlungs-/Empfangsdiagramms (SD) parallel zur Erdoberfläche (E) verläuft.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Array (A) von vertikalen Dipolen (D) zum Senden und Empfangen oder ausschließlich zum Empfangen betrieben wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elevation eines Ziels im Monopulsverfahren vermessen wird.
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DE4109981A1 (de) 1991-03-27 1992-10-01 Standard Elektrik Lorenz Ag Sekundaer-radarsystem

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MANSFELD, Werner: Funkortungs- und Funknavigationsanlagen, Heidelberg: Hüthig Verlag, 1994, ISBN 3-7785-2202-7, S. 205, 206 *

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