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Verfahren zur Femübertragung von Radarschirmbildern Die Erfindung
geht aus von der Wahl der Anzahl der übertragenen Radien eines Radarschirmbildes
nach vorhergehender Frequenzkompression. Hierbei ist die Forderung nach möglichst
geringer Verbreiterung und möglichst geringer Lageänderung der Bildpunkte nach der
Kompression als Aufgabe gestellt, um eine optimale Wiedergabe des Schirmbildes zu
erreichen.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich zwecks vereinfachter Darlegung
des Prinzips auf ein sogenanntes punktförmiges Radarziel, das vom Radargerät so
weit entfernt ist und so kleine Querabmessungen hat, daß das Radargerät seine räumlichen
Abmessungen nicht mehr erkennen kann. Solche Ziele sind auch in der Praxis vorzugsweise
von Interesse.
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Im folgenden interessiert ferner nur die Winkelauflösung des Gerätes,
d. h. die Tatsache, daß auch ein punktförmiges Objekt einen Leuchtpunkt endlicher
Ausdehnung erzeugt, dessen Winkelbreite vom Zentrum des Bildes aus gesehen durch
einen Winkelaa nach Fig. 1 beschrieben wird. Bei den meisten Radargeräten ist der
Strahlungswinkel der Antenne so groß und die Impulsfolgefrequenz so hoch, daß das
Radarziel beim Durchgang durch das Antennendiagramm von mehreren aufeinanderfolgenden
Impulsen getroffen wird. Diese Impulsfolge ist in Fig. 2a entlang einer Zeitachse
t durch eine Folge von Pfeilen angedeutet, deren Höhe wegen der bekannten Form der
Strahlungsdiagramme nach beiden Seiten hin abnimmt. Die Breite Ja entsteht dann
dadurch, daß auf dem Bildschirm mehrere nebeneinanderliegende und sich im allgemeinen
wegen der endlichen Breite der durch das elektronenoptische System erzeugbaren kleinsten
Leuchtpunkte teilweise jiberdeckend L L-L flecke entstehen, wie dies in Fig. 2a
durch die um jeden Pfeil gezogene parabelähnliche Kurve schematisch angedeutet ist.
Die Amplituden der Impulse nehmen zwar zu den Rändern hin ab, aber ein nachleuchtender
Radarleuchtschirm zeigt fast immer Sättigungserscheinungen, und kleine Amplituden
werden im Originalbild zwecks Rauschunterdrückung üblicherweise durch Begrenzer
entfernt, so daß der Bildpunkt im allgemeinen als Leuchtfleck mit nahezu konstanter
Helligkeit und scharfen Rändern wie in Fig. 2 b erscheint. Der so entstehende Winkel
Ja ist etwas kleiner als die Halbwertsbreite des Antennendiagramms und auf obige
Weise für das Originalschirmbild genau definiert. Der genaue Ort des Radarziels
ist durchweg identisch mit der Mittel dieses Winkel sektors. Wenn nun das Schirmbild
nach bekannten Verfahren in der Bandbreite bmprimiert wird und dabei pro Schirmbild
n Radien übertragen werden, so ist a p = 3600/1, die Winkelbreite des übertragenen
Radius, und die Summe aller Echos
dieses Sektors dos wird gemeinsam übertragen und
bildet einen Bildpunkt des Tochterbildes. Es bestehen also nach Fig. 3 a mehrere
nebeneinanderliegende Abtastsektoren d fl, deren zeitliche Lage durch die Impulsfolge
des Abtastens festgelegt ist und denen gegenüber der Signalsektor da eine beliebige
Lage haben kann. Alle diejenigen Sektoren dp, zu denen Signalimpulse aus Ja gehören,
enthalten dann ein Signal.
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Die hierdurch betroffenen Sektoren dß erzeugen nun jeder einen Leuchtfleck
auf dem Schirm des Tochtergerätes. Die Gesamtheit dieser Leuchtflecke ist der Bildpunkt
des punktförmigen Radarziels, das nun auf dem Tochtergerät eine Winkelbreite d a*
und den Mittelpunkt M* hat. Das da* ist ein Vielfaches von J fl und, wenn keine
besonderen Maßnahmen ergriffen werden, bei den meisten Lagen der Impulsgruppe gegenüber
der J ß-Einstellung größer als d a, weil einzelne J dß mit den Randsignalen der
Impulsgruppe angeregt werden. Gerade dann, wenn mit Sättigungseffekten zu rechnen
ist, können auch relativ kleine Signale in einem Sektor dß noch deutlich sichtbares
Leuchten des Schirms erzeugen. Bei nichtlinearem Zusammenhang zwischen Leuchtstärke
und Signalstärke kann auch der SchwerpunktM* der Leuchtflecke von der Mitte M der
Impulsgruppe verschieden sein, also eine Ortsverschiebung entstehen. Fig. 3 b zeigt
das Ba* und M* für den extremen Fall, daß jeder angeregte Sektorzlß ein gleich großes
Leuchten erzeugt. Je kleiner J B, desto kleiner sind diese Fehler, desto größer
ist aber auch die Bandbreite des zu übertragenden Signals denn diese Bandbreite
ist der Punktzahl des Bildes proportional, und die Punktzahl des Bildes ist wieder
das Produkt der Zahl ii der übertragenen Winkelsektoren und der Punktzahl auf dem
Radius des Bildes. Eine hinreichende Verkleinerung des J fl kann keine technische
Lösung des Problems sein, weil die genannten Fehler erst dann tragbar klein werden,
wenn die Bandbreite wieder so hoch
wird, daß das Kompressionsverfahren
praktisch sein Ziel, nämlich die merkliche Verminderung der Bandbreite des Signals,
verfehlt.
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Soweit im Schrifttum quantitative Angaben gemacht werden, wird z.
B. angegeben, daß J,d = J a sein soll (vgl. zum Beispiel F. Kirschstefn, Fernmeldetechnische
Zeitschrift 6 [1953], S. 392ff). Nach Fig. 3 kann dann aber bei willkürlicher Lage
der J p-Skala im Vergleich zu dem das Signal enthaltenden #a mindestens eine Verdopplung
der Bildpunktbreite J a* gegenüber da eintreten. Die optimale Lösung für dß liegt
daher zwischen den oben betrachteten Grenzend =0 und #ß=#α und ist auf jeden
Fall dem da proportional, weil mit wachsender Breite des Strahlungsdiagramms auch
die Breite J p wachsen darf, ahne daß die relativen Bildpunktfehler wachsen.
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J fl darf ein nicht zu kleiner Bruchteil des d a sein, um die Bandbreite
nicht unnötig zu vergrößern; denn Verbreiterungen oder Verschiebungen sind unwesentlich,
wenn sie einen Bruchteil der Punktbreite d a nicht überschreiten. Aus diesen Gründen
liegen die optimalen Werte des dig zwischen 0,3 und 0,5 d a, vorzugsweise bei 0,4
#α, wobei J a die in Fig. 2 b fes.tgelegte, durch die Breite des Antennendiagramms
bedingte Winkelbreite des Bildes scheinbar punktförmiger Objekte vor der Frequenzbandkompression
ist. Für diese Werte ist sowohl die Bandbreite als auch der Bildfehler tragbar.
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Es ist bekannt, bei einer Einrichtung zur Fernübertragung von Radarschirmbildern
unter Frequenzbandkompression ein d4= 0,5 da, entsprechend einem » = 720/J a oder
mehr, zu verwenden. Hierbei kann aber immer noch eine Ortsverschiebung des Schwerpunktes
f* der Leuchtflecke von der Mitte der ImpulsgruppeM entstehen, wie oben ausgeführt.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei der Fernübertragung von Radarschirmbildern
unter Kompression des Frequenzbandes, bei der je volle Antennenumdrehung vorzugsweise
11 = 1000/#α Radien übertragen werden und jeder übertragene Radius alle Bildpunkte
des Originalbildes enthält, die in einem Winkel +Xß/2 um diesen Radius herumliegen,
hinter den Kompressionsspeicher eine Schaltung zu legen, die alle Signale abschneidet,
deren Niveau unter 30 bis 60°/o, vorzugsweise unter 500/0, des Normalniveaus liegt,
wobei das Normalniveau durch diejenigen Signale gegeben ist, deren Winkelsektor
dß ganz im Winkelsektorda der Originalsignale liegt.
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Durch diese Maßnahme, deren Begründung im folgenden ausgeführt wird,
kann man die Fehler (Verbreiterung, Verschiebung) verkleinern, wobei sich weiter
ergibt, daß der obige Bereich für dß eine optimale Lösung darstellt. Aus Fig. 3
geht hervor, daß manche Bereiche d , die ganz im d a liegen, sehr hohe Summensignale
erhalten, während Bereiche in den Randbereichen des #ß relativ schwächere Signale
erhalten. Wenn man nun praktisch linear addierende Kompressionsspeicher verwendet
(vgl. H. Meinke, Bücherei der Funkortung, Bd. 5/VI, S. 12ff, Dortmund, 1955), unterscheiden
sich die in den einzelnen dß enthaltenen Impuls summen erheblich in ihrer Größe,
je nachdem dß ganz oder nur teilweise in #α liegt. Wenn man nun nach der Kompression
eine Schaltung einbaut, die alle Signale unterdrückt, die
kleiner als ein gewisser
Prozentsatz der großen Impulssummen sind, kann man die relativ kleine Aufladung
aller an den Rändern des da liegenden #ß-Bereiche wirkungslos machen und das Leuchten
dieser Winkelbereiche vermeiden. Die Kurve 0 in Fig. 4 gibt die mögliche maximale
Punktverbreiterung in Prozenten in Abhängigkeit von 3ß/zla an, wenn keine besonderen
Maßnahmen ergriffen werden und die üblichen Sättigungseigenschaften des Leuchtschirms
wirksam sind. Die Kurve I zeigt die mögliche maximale Punktverbreiterung mit der
genannten Unterdrückungsschaltung, wenn als Beispiel alle Signale unterdrückt werden,
die kleiner als 50°/o der normalen Signale sind. Der Fortschritt ist deutlich, wobei
sich insbesondere zeigt, daß für #ß<0,5 #α keine meßbaren Verbreiterungen
mehr eintreten, daß aber für zI ß>0,5 da noch erhebliche Fehler vorkommen. Es
ist aber dann auch möglich, daß der Bildwinkel S a* kleiner als da wird, weil schwächere
Randzonen unterdrückt werden. Dies ist ein durchaus erwünschter Effekt, bei dem
das Bild besser als das nicht komprimierte Bild ist und sich der Gestalt des punktförmigen
Radarzieles besser nähert. Kurve II von Fig. 4 zeigt den Mittelwert der Bildpunktverbreiterung,
der in dem vorgeschlagenen Bereich für X pla negativ wird, so daß dort also das
Bild im Mittel besser wird als das Schirmbild vor der Kompression.
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Kurve III zeigt die maximalen Verschiebungen zwischen M* und M, die
bei dem genannten Unterdrückungsverfahren in diesem Bereich bei 10 0/o der Punktbreite
liegen, also nicht mehr meßbar sind und außerdem in dieser Größe auch nur bei besonders
ungünstiger Lage der dß relativ zum da auftreten. Der Mittelwert der Verschiebungen
ist außerdem Null.
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Der angegebene Wert #ß = Q4 Ja stellt also auch in dieser Hinsicht
ein Optimum dar. Dieses Optimum liegt etwa bei n = 1000/Ja, wenn n = 360/Z1 ß die
Zahl der übertragenen Bildradien pro volle Antennenrotation ist. Der gut brauchbare
Bereich liegt auch hier bei 0,3 α#<#ß<0,5 #α, d.h. zwischen n=
700/#α und n = 1200/Ja.