DE1069223B - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Rückstrahlortung bewegter Objekte auf elektromagnetischem Wege mit Unterdrückung der festen Echos unter Benutzungvon Phasendetektoren, die im Zwischenfrequenzgebiet die Echoimpulsschwingungen mit gegenüber den Sendesignalen kohärenten Bezugsschwingungen vergleichen.

Bekanntlich sucht man bei solchen Radaranlagen mit Unterdrückung der festen Echos im allgemeinen auch die Echos von Objekten zu beseitigen, die eine geringe Geschwindigkeit haben, wie z. B. Meereswogen, die im allgemeinen nicht interessieren und die Schirmablesung erschweren.

Zu diesem Zweck könnte man versuchen, eine untere Schwelle für die Geschwindigkeitsanzeige zu schaffen, indem die Pulsfrequenz erhöht wird. Der Phasendetektor spricht dann auf die geringen Phasenänderungen der Echoimpulsschwingungen von Impuls zu Impuls nicht mehr an. Auf diesem Wege tritt aber bald eine Grenze ein, weil gleichzeitig die Reichweite der Radaranlage verringert wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß diese Schwierigkeit durch paarweise Aussendung der Impulse überwunden werden kann. Es kann dann diejenige Phasenverschiebung auf Grund des Dopplereffektes verwendet werden, die zwischen den beiden nahe benachbarten Impulsen eines Paares auftritt. Dies läuft darauf hinaus, daß die Pulsfrequenz scheinbar erhöht wird.

Diese Impulse sind entweder kohärent oder werden beim Eintreffen als Echos mit Hilfe zweier kohärenter Demodulatoren ausgewertet. Das Zeitintervall zwischen den Impulsen eines Paares wird derart eingestellt, daß ein die mittlere Radialgeschwindigkeit in dem betreffenden Geschwindigkeitsbereich aufweisender Gegenstand in diesem Zeitintervall eine Strecke zurücklegt, weiche einem Viertel der Betriebswellenlänge entspricht. Die Echos der diese Geschwindigkeit aufweisenden Gegenstände sind also gegenphasig und ergeben nach kohärenter Demodulation Signale von entgegengesetzter Polarität.

Die beiden Echos eines Pulspaares werden in einem Phasendetektor miteinander verglichen. Wenn z. B. angenommen wird, daß die Empfangsschwelle der Vergleichsschaltung für eine Phasendifferenz von 10° zwischen den empfangenen Echos eines Impulspaares erreicht wird, während der maximale Empfang für die Phasendifferenz von 180°, d.h. bei Übereinstimmung der Radialgeschwindigkeit des Gegenstandes mit der mittleren Geschwindigkeit Vm in dem betreffenden Bereich eintritt, so erhält man für die Grenzgeschwindigkeiten folgende Ausdrücke:

180 18
für die untere Grenze und

Einrichtung zur Funk-Rückstrahlortung
bewegter Objekte

Anmelder:
Compagnie Generale de Telegraphie
sans Fil, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser,
Patentanwälte, München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 19. April 1957

Guy Le Parquier, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

180 V 180 /

für die obere Grenze.

Unter diesen Umständen setzen sich die Echos von Objekten, deren Geschwindigkeit in diesem Bereich liegt, für jedes Impulspaar in einem Phasendemodulator des Empfängers in Signale um, weiche entweder verschiedene Amphtude oder verschiedene Polarität oder beides zugleich aufweisen. Diese Signale werden je in einen eigenen Kanal geleitet, der für jeden Impuls Echos liefert, weiche allen festen und beweglichen Objekten entsprechen.

Mittels einer Reihe von Operationen, die mit den Signalen vorgenommen und nachfolgend beschrieben werden, lassen sich am Ausgang eines Koinzidenzkreises allein die gewünschten Echos von bewegten Gegenständen erhalten.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Funk-Rückstrahlortung bewegter Objekte mit Unterdrückung der festen Echos und ihrer Schwankungen unter Benutzung von Phasendetektoren, die im Zwischenfrequenzgebiet die Echoimpulsschwingungen mit gegenüber den Sendesignalen kohärenten Bezugsschwingungen vergleichen, ist also gekennzeichnet durch einen Sender, der ein Pulspaar aussendet, wobei die Impulse eines Paares einen solchen zeithchen Abstand haben, daß ein Objekt, das sich mit der mittleren Geschwindigkeit eines Geschwindigkeitsbereiches bewegt, für welchen die Einrichtung bestimmt ist, während dieser Zeit eine radiale Strecke zurücklegt, die gleich einem Viertel der Betriebswellenlänge ist, sowie

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einen Empfänger, der die diesen Impulsen entsprechenden Echos aufnimmt und in bekannter Weise in Zwischenfrequenzsignale umsetzt und drei Demodulatoren in Parallelschaltung mit diesen Zwischenfrequenzsignalen speist, nämlich zwei Phasendetektoren, deren Bezugssignale mit dem ersten bzw. zweiten Impuls kohärent sind, und einen Amplitudendemodulator, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den von den beiden Phasendetektoren gelieferten Signalen in einer Subtraktionsschaltung gebildet wird, nachdem vorher die dem ersten Impuls entsprechenden Signale um einen Wert verzögert wurden, welcher dem Zeitintervall zwischen zwei Impulsen eines Paares entspricht, woraufhin die von der Subtraktionsschaltung gelieferten Signale einem Koinzidenzkreis zugeführt werden, der durch die vom Amplitudendemodulator gelieferten Signale freigegeben wird, nachdem diese Signale einen Koinzidenzkreis passiert haben, in welchem sie mit den gleichen um das Intervall zwischen zwei Impulsen eines Paares verzögerten Signalen multipliziert wurden, derart, daß die Ausgangssignale der ersteren Koinzidenzschaltung nur den Echos entsprechen, welche von den bewegten Objekten herrühren, deren Radialgeschwindigkeit sich in dem gewünschten Bereich befindet.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 eine Reihe von Diagrammen zum Verständnis der mit den verschiedenen Signalen vorgenommenen Operationen.

Gemäß Fig. 1 liefert der Sender 10, der z. B. von einem Magnetronschwinger dargestellt wird, der Antenne 11 ein Pulspaar über den Sendeempfangsschalter 12. Der Sender 10 wird zu diesem Zweck von zwei Modulatoren 13 und 14 impulsmoduliert. Der Modulator 13 wird bei 15 unmittelbar von den in bekannter Weise erzeugten Synchronisiersignalen gesteuert, die bei 16 in die Radaranordnung eingeführt werden. Der Modulator 14 wird bei 17 durch die gleichen Signale gesteuert, die jedoch vorher in einem Verzögerungsglied 18 um eine Zeit verzögert wurden, welche gleich dem Intervall zwischen den beiden Impulsen eines Paares ist.

Im Empfänger sind zwei Mischstufen 19 und 20 parallel an den Ausgang des Sendeempfangsschalters 12 angeschlossen. Eine Überlagerungsschwingung, die z. B. von einem Klystron 23 geliefert wird, wird auf beide Mischstufen gegeben, um mit den empfangenen Signalen Schwebungen im Zwischenfrequenzbereich zu liefern.

Die Mischstufe 19 speist einen Vorverstärker 21 und einen Zwischenfrequenzverstärker 22. Die Mischstufe 20 speist eine an sich bekannte Frequenzregelanordnung 24, die durch Einwirkung auf das Klystron 23 die Stabilität der von den Mischstufen gelieferten Zwischenfrequenz gewährleistet. Die Mischstufe 20 steuert ferner bei 27, jedoch nur während der unmittelbar einfallenden Sendeimpulse, die kohärenten Oszillatoren 25 und 26; diese Steuerung wird zur gegebenen Zeit mit Hilfe von Synchronisiersignalen wirksam gemacht, welche über 28 bzw. 29 ankommen und welche somit die Echoimpulse fernhalten. Diese Oszillatoren erzeugen also Schwingungen, die jeweils die Phase eines Impulses eines Sendeimpulspaares aufweisen.

An sich könnte die Radareinrichtung auch kohärente Impulspaare aussenden. Es ist jedoch leicht einzusehen, daß dies schwierig auszuführen ist. Deshalb wird der erwähnte, an sich bekannte Kunstgriff angewandt, der darin besteht, daß Impulse beliebiger Phase ausgesandt werden, während in zwei kohärenten Oszillatoren, die im

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Zeitpunkt der Aussendung jedes Impulses eines Paares ausgelöst werden, die jeweilige Phase dieser Impulse nachgebildet wird. Dies läuft für den angestrebten Zweck auf das gleiche hinaus, wie weiter unten erläutert wird. Der Zwischenfrequenzverstärker 22 speist drei parallel geschaltete Demodulatoren 30, 31 und 32 mit Zwischenfrequenzsignalen. Die Demodulatoren 30 und 31 sind an sich bekannte Phasendetektoren, während der Demodulator 32 ein ebenfalls bekannter Amplitudendemodulator ist.

Der Phasendetektor 31 wird mit einer Vergleichsschwingung versorgt, die vom kohärenten Oszillator 26 herrührt und demgemäß die Phase des ersten Impulses jedes Paares aufweist. Im Detektor 31 wird diese Phase mit derjenigen der empfangenen Signale verglichen. Der Phasendetektor 30 wird von einer Schwingung gespeist, die vom kohärenten Oszillator 25 herrührt und demgemäß die Phase des zweiten Impulses jedes Paares besitzt. Im Phasendetektor 30 wird diese Phase mit derjenigen der empfangenen Signale verglichen. Die beiden Phasendetektoren geben dann an die Kanäle 3 bzw. 4 Niederfrequenzsignale ab, die in der AmpUtude oder Polarität oder in beiden sich unterscheiden. Der Amplitudendemodulator 32 liefert in den Kanal 2 Niederfrequenzsignale gleicher Polarität für alle festen und bewegten Echos.

Die von den drei Demodulatoren 30, 31 und 32 abgegebenen Signale werden daraufhin in einer Weise umgeformt, die am einfachsten an Hand der Fig. 2 verfolgt wird. Die dort aufgezeichneten Diagramme geben die Amplituden der einzelnen Signale in Abhängigkeit von der Zeit wieder. Die verschiedenen Kanäle sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet.

Diagramm 1 zeigt die beiden Sendeimpulse 101 und 102 eines Sendeimpulspaares. Diagramm 2 zeigt die Niederfrequenzsignale im Kanal 2 (Fig. 1) am Ausgang des Amplitudendemodulators. Man findet- hier z. B. die beiden Sendeimpulse 201 und 202, die den Sendeempfangsschalter passiert haben, weiter zwei Echos 211 und 212, welche der Reflexion an einem bewegten Objekt entsprechen, sowie ein Echopaar 221 und 222, das von der Reflexion an einem festen Gegenstand herrührt.

Das Diagramm 3 zeigt die Niederfrequenzsignale 311 und 312, welche den Echos vom bewegten Gegenstand entsprechen, sowie die Signale 321 und 322, die zum festen Echo gehören, im Kanal 3 (Fig. 1) am Ausgang des Phasengleichrichters 31, der dem ersten Impuls jedes Paares zugeordnet ist. Entsprechend zeigt Diagramm 4 die Niederfrequenzsignale im Kanal 4 (Fig. 1) am Ausgang des Phasendetektors 30, welcher dem zweiten Impuls jedes Paares zugeordnet ist. Hier treten die Signale 411 und 412 für die bewegten Echos und die Signale 421 und 422 für die festen Echos auf.

Beim Vergleich der Signale in den Kanälen 3 und 4 bemerkt man, daß das erste Signal eines Impulspaares im Kanal 3, das einem bewegten Objekt entspricht, d. h. das Signal 311, und das zweite Signal eines entsprechenden Paares im Kanal 4, d. h. das Signal 412, sich stets voneinander unterscheiden, und zwar entweder hinsichtlich der Amplitude oder der Polarität oder sowohl in der Amplitude als auch in der Polarität, wie es in den Diagrammen 3 und 4 angenommen ist. In dem seltenen, aber immerhin denkbaren Fall, daß diese beiden Signale tatsächlich die gleiche Amplitude und gleiche Polarität aufweisen, wäre diese Situation infolge der BewegHchkeit des verfolgten Objektes nur ganz vorübergehend und würde sich über keinen größeren Zeitraum fortsetzen. Sie kann also vernachlässigt werden.

Bei den festen Echos kann dagegen angenommen werden, daß die Amplituden- und Phasenschwankungen

Claims (3)

zwischen den beiden Impulsen eines Paares vernachlässigbar sind. Hieraus folgt, daß Echos 321 und 422, welche den beiden Impulsen eines Echos in den Kanälen 3 und 4 entsprechen, die gleiche Amplitude aufweisen. Das Prinzip der Erfindung beruht auf diesen Beobachtungen, die dazu herangezogen werden, die festen Echos zu unterdrücken, während die bewegten Echos beibehalten werden. Dieses Ergebnis wird auf folgende Weise erzielt: Eine bekannte Amplitudensubtraktionsschaltung 33 empfängt das vom Phasendetektor 30 abgegebene Niederfrequenzsignal unmittelbar über den Kanal 4 und dasjenige vom Phasendetektor 31 über den Kanal 5, in welchem sich ein Verzögerungsglied 37 befindet, das diesem Signal eine Verzögerung erteilt, die gleich dem Zeitintervall zwischen zwei Impulsen eines Paares ist. Die vom Kanal 5 gelieferten Signale sind im Diagramm S der Fig. 2 dargestellt. Infolge der den Echos 311, 312, 321 und 322 des Kanals 3 erteilten Verzögerung ergeben sich einerseits die Signale 512 und 513 und andererseits die Signale 522 und 523. Im Kanal 6 am Ausgang des Subtraktionskreises 33 erhält man die Signale 611, 612, 613, 621" und 623, die durch Subtraktion der Signale im Kanal 4 von denjenigen im Kanal 5 entstehen. Hierbei ist insbesondere ein bewegtes Echo 612 hervorzuheben, das dem zweiten Impuls entspricht und stets vorhanden ist, weil die Signale 311 und 412 stets verschieden sind. Dagegen sind die festen Echos 422 und 522 durch die Subtraktion weggefallen. Die Signale 611, 613, 621 und 623 können als falsche Echos betrachtet werden, die in noch zu beschreibender Weise eliminiert werden. Zu diesem Zweck werden die vom Amplitudengleichrichter 32 gelieferten Signale herangezogen. Diese Signale sind, wie gesagt, im Diagramm 2 dargestellt. Eine Multiplikationsschaltung 34 (Fig. 1) empfängt diese Signale einerseits direkt über die Ader 35 und andererseits über ein Verzögerungsglied 36, das ihnen eine Verzögerung gleich dem Intervall zwischen zwei Impulsen eines Paares erteilt. Diese verzögerten Signale, die im Kanal 7 auftreten, sind in dem Diagramm 7 der Fig. 2 durch die Paare 701 und 702, 711 und 712, 721 und 722 dargestellt. In der Multiplikationseinrichtung werden die Signale des Kanals 2 mit den Signalen des Kanals 7 multipliziert. Am Ausgang der Multiphkationseinrichtung 34 findet man im Kanal 8 (Fig. ί) die im Diagramm 8 der Fig. 2 dargestellten Signale, d. h. diejenigen, welche jeweils dem zweiten Impuls eines Paares entsprechen: Das Signal 801 entspricht dem ausgesandten Impuls, das Signal 811 dem Echo dieses Impulses am bewegten Objekt und das Signal 821 dem Echo am festen Objekt. Die Signale in den Kanälen 6 und 8 werden auf eine an sich bekannte Koinzidenzschaltung 38 gegeben, die durch die Signale des Kanals 8 freigegeben wird. Nur das Signal 612, das zeitlich mit einem Signal des Kanals 8 zusammenfällt, findet sich im Ausgangskanal 9 wieder. Es bildet das einzige Signal 912 im Diagramm 9 und stellt das Echosignal dar, welches dem bewegten Objekt zugeordnet ist und der Anzeigevorrichtung zugeführt wird. Wie man sieht, sind die Echos von festen Objekten und die erwähnten falschen Echos verschwunden. Die so ausgesiebten Niederfrequenzsignale, die den bewegten Objekten des interessierenden Geschwindigkeitsbereiches entsprechen, werden dann in bekannter Weise auf die üblichen Auswertvorrichtungen der Radareinrichtung gegeben. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführangsbeispiel beschränkt. Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Funk-Rückstrahlortung bewegter Objekte mit Unterdrückung der festen Echos und. ihrer Schwankungen unter Benutzung von Phasendetektoren, die im Zwischenfrequenzgebiet die Echoimpulsschwingungen mit gegenüber den Sendesignalen kohärenten Bezugsschwingungen vergleichen, gekennzeichnet durch einen Sender, der ein Pulspaar (101, 102) aussendet, wobei die Impulse eines Paares einen solchen zeitlichen Abstand haben, daß ein Objekt, das sich mit der mittleren Geschwindigkeit eines Geschwindigkeitsbereiches bewegt, für welchen die Einrichtung bestimmt ist, während dieser Zeit eine radiale Strecke zurücklegt, die gleich einem Viertel der Betriebswellenlänge ist, sowie einen Empfänger, der die diesen Impulsen entsprechenden Echos aufnimmt und in bekannter Weise in Zwischenfrequenzsignale umsetzt und drei Demodulatoren in Parallelschaltung mit diesen Zwischenfrequenzsignalen speist, nämlich zwei Phasendetektoren (30, 31), deren Bezugssignale mit dem ersten bzw. zweiten Impuls kohärent sind, und einen Amphtudendemodulator (32), ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den von den beiden Phasendetektoren gelieferten Signalen in einer Subtraktionsschaltung (33) gebildet wird, nachdem vorher die dem ersten Impuls entsprechenden Signale um einen Wert verzögert wurden, welcher dem Zeitintervall zwischen zwei Impulsen eines Paares entspricht, woraufhin die von der Subtraktionsschaltung gelieferten Signale einem Koinzidenzkreis (38) zugeführt werden, der durch die vom Amplitudendemodulator (32) gelieferten Signale freigegeben wird, nachdem diese Signale einen Koinzidenzkreis (34) passiert haben, in welchem sie mit den gleichen um das Intervall zwischen zwei Impulsen eines Paares verzögerten Signalen multipliziert wurden, derart, daß die Ausgangssignale der ersteren Koinzidenzschaltung (38) nur den Echos entsprechen, welche von bewegten Objekten herrühren, deren Radialgeschwindigkeit sich in dem gewünschten Bereich befindet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender aus einem Leistungsoszillator (10) und zwei ihn steuernden Modulatoren besteht, von denen der eine (13) durch die Synchronisationssignale der Einrichtung unmittelbar gesteuert wird, während der zweite Modulator (14) von den gleichen Signalen gesteuert wird, die vorher um ein entsprechendes Zeitintervall verzögert wurden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignale der beiden Phasendetektoren (30, 31) durch zwei Zwischenfrequenzoszillatoren (25, 26) kohärent mit je einem Impuls eines Sendeimpulspaares gemacht sind, indem auf diese Oszillatoren die Zwischenfrequenzimpulse gegeben sind, und zwar nur in denjenigen Zeitpunkten, welche der Aussendung der beiden Impulse eines Paares entsprechen, und derart, daß sie ihre Phase den Oszillatoren aufprägen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Bulletin des Schweizerischen Elektrotechnischen Veras, 45 (1954), S. 1023 bis 1026, 1043 bis 1047.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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