DE1110702B - Impulsradargeraet zur Verfolgung bewegter Ziele mit Schaltungsanordnung zur Unterdrueckung von Echos fester Gegenstaende - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

C18135Vma/21a⁴

ANMELDETAG: 27. DEZEMBER 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 13. JULI 1961

Die Erfindung bezieht sich auf ein Impulsradargerät (sogenanntes Monopuls-Radargerät), das in bekannter Weise unter Benutzung mehrerer einander räumlich überlappender Strahlungscharakteristiken die Verfolgung eines im Empfänger mit Impulstoröffnung entfernungsmäßig ausgewählten Zieles durch gleichzeitige Summen- und Differenzbildung und Summen-Differenz-Vergleich der betreffenden Kanalausgänge ermöglicht.

Bekanntlich interessieren den Benutzer einer Radaranlage häufig nur die von bewegten Zielen herrührenden Echos. In diesem Falle sucht man die von festen Gegenständen kommenden Echos möglichst vollständig zu unterdrücken. Dies ist besonders bei elektromagnetischen Feuerleitanlagen von Bedeutung, deren Betrieb unter Umständen durch das Auftreten von Echos gestört werden kann, die von in gleicher Entfernung wie das Ziel befindlichen festen Objekten herrühren.

Demgemäß besteht das Ziel der Erfindung darin, ein Impulsradargerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Echos, die von in unmittelbarer Nähe des bewegten Zieles befindlichen festen Objekten herrühren, unterdrückt und ausgeschaltet werden. Die übliche Festzeichenunterdrückung durch empfangsseitige Gegenschaltung zweier Impulsfolgen ist im vorliegenden Fall nicht ohne weiteres anwendbar, da dann Reflexionsänderungen sich auf den Summen-Differenz-Vergleich nachteilig auswirken würden.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei einem Impulsradargerät der eingangs genannten Art Mittel vorgesehen werden, um kohärente Impulspaare abzustrahlen, und daß im Empfänger in jedem der Summen- bzw. Differenzkanäle Mittel vorgesehen werden, um die Impulse jedes empfangenen Impulspaares zeitlich zusammenzurücken und die vektorielle Differenz ihrer Hochfrequenzschwingungen zu bilden. Es ist dabei ohne Bedeutung, ob der Summen-Differenz-Vergleich für eine einzige Peilrichtung oder für zwei Peilrichtungen (räumlich) durchgeführt wird. Die Verwendung von Impulspaaren und die vektorielle Differenzbildung der Hochfrequenzschwingungen ihrer Einzelimpulse ist zum Zwecke der Festzeichenunterdrückung in Radargeräten bereits vorgeschlagen worden. Dabei sollen die Frequenz der Hochfrequenzschwingungen und der gegenseitige Abstand der Einzelimpulse der abgestrahlten Impulspaare so gewählt werden, daß die vektorielle Differenz für die mittlere relative Geschwindigkeit des zu verfolgenden Zieles ein Maximum wird. Eine solche Bemessung kann auch bei der Erfindung durchgeführt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen .Radargerät ist es Impulsradargerät

zur Verfolgung bewegter Ziele

mit Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Echos fester Gegenstände

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphic
sans FiL, Paris

Vertreter:

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

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 27. Dezember 1957

Leo Thourel und Guy Le Parquier, Paris,
sind als Erfinder genannt worden

möglich, mit den vom Summen- und Differenzkanal herkommenden Spannungen alle bekannten Vergleichsmaßnahmen vorzunehmen, um ihnen die gewünschte Information zu entnehmen, während der Einfluß der von dem festen Gegenstand herrührenden Echos ausgeschaltet ist.

Die übrigen Echos werden hierbei natürlich in bekannter Weise durch den allein verwendeten Entfernungsbereich in der Umgebung des verfolgten Zieles unterdrückt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt

Fig. I die bekannte Anordnung der Mündung der vier Hornstrahler des der Erfindung zugrunde gelegtea Impulsradargerätes in schematischer Darstellung,

Fig. 2 das vereinfachte Vektordiagramm der in der erfindungsgemäßen Schaltung durchgeführten Maßnahmen,

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Fig. 3 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung und

Fig. 4 die an verschiedenen Stellen der Schaltung auftretenden Spannungen in schematischer Darstellung.

Das ausgesandte Signal besteht aus einem in bekannter Weise erzeugten Pulspaar. Der Summenkanal und der Differenzkanal des Impulsradargerätes sind bei der gezeigten Ausführungsform der Erfindung wie folgt aufgebaut:

Jeder Kanal enthält hintereinander einen Frequenzumsetzer, einen ZF-Vorverstärker und ein Summierglied, dem das Signal einerseits über einen Phasenschieber und andererseits über ein Verzögerungsglied zugeführt wird.

Rechnung und Versuch zeigen, daß es unter diesen Umständen bei Anwesenheit eines festen Objektes und eines bewegten Objektes in gleicher Entfernung im abgetasteten Feld des Radargerätes möglich ist, die von den Impulspaaren herrührenden und am Ausgang der beiden Kanäle abgenommenen Echospannungen für diese Objekte derart zu kombinieren, daß sie durch einander parallele Vektoren dargestellt werden können, deren Beträge den Beträgen der Summen- und Differenzvektoren proportional sind, welche die allein dem bewegten Objekt entsprechenden Echospannungen darstellen.

Zunächst soll kurz die Arbeitsweise der bekannten Impulsradargeräte mit gleichzeitiger Summen- und Differenzbildung und Summen- und Differenzvergleich der betreffenden Kanalausgänge geschildert werden. Der Sender arbeitet z. B. auf vier Hornstrahler, deren in Fig. 1 durch a, b, c und d bezeichnete Mündungen in der Brennebene eines Parabolspiegels angeordnet sind. Ein Sende-Empfangs-Schalter, der im Höchstfrequenzgebiet arbeitet und z. B. aus Hybridenkopplungen nach Art des »magischen T« besteht, gestattet die Kombination der von den verschiedenen Hornstrahlern ausgestrahlten bzw. empfangenen Energie in folgender Weise:

Bei der Sendung werden die vier Hornstrahler phasengleich gespeist und strahlen ein einziges Bündel ab, dessen Achse mit der Symmetrieachse der Antenne zusammenfällt. Diese ist im allgemeinen gleich der Umdrehungsachse des Parabolspiegels, die stets mit der Visierachse des Ziels zusammenfallen soll.

Beim Empfang wird die von den Hornstrahlern aufgenommene Energie in verschiedener Weise kombiniert, und die aus den Kombinationen hervorgehenden Signale werden in verschiedenen Kanälen weiterbehandelt:

Ein Summenkanal, der von der Gesamtsumme (a + b + c + d) der von den vier Hornstrahlern empfangenen Signale gespeist wird, liefert ein Bezugssignal, das dem bei der Sendung verwendeten Antennendiagramm entspricht (dieser Kanal kann mit dem Empfangskanal der normalen Radargeräte verglichen werden).

Ein Höhenkanal und ein Azimutkanal liefern Fehlersignale durch Auswertung einander schneidender Strahlungsdiagramme, die aus der Kombination verschiedener Paare von Hornstrahlern hervorgehen: Das Signal im Höhenkanal entspricht der durch die Beziehung (a + b) — (c + d) symbolisch ausgedrückten Energieverteilung. Ebenso entspricht das Azimut- oder Seitensignal der Beziehung (α + c) — (b + d).

Jedes von diesen Kanälen übertragene Signal liefert durch Vergleich mit dem Bezugssignal des Summenkanals ein Fehlersignal, dessen Amplitude eine Funktion der Abweichung ist und dessen Polarität von der Richtung dieser Abweichung bezüglich der Symmetrieachse der Antenne abhängt. Die Verfolgung des Ziels hinsichtlich seiner Richtung kann dann mit Hilfe bekannter Nachführungsanordnungen vorgenommen werden.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung beruht auf folgendem Prinzip:

Es wird ein Pulspaar aus höchstfrequenten Impulsen I und II in bekannter Weise erzeugt und ausgesandt. Es sei nun angenommen, daß die empfangenen Echos einerseits von dem bewegten Objekt und andererseits von einem festen Objekt herrühren, wobei diese beiden Objekte sich etwa in gleicher Entfernung von der Radaranlage befinden.

Zur Erläuterung werden nur die im Summenkanal und in dem einen Differenzkanal (Höhen- oder Seitenrichtung) empfangenen Signale betrachtet. Ferner wird gemäß Fig. 2 das Vektordiagramm der erfindungsgemäß mit diesen Signalen vorgenommenen Maßnahmen gezeichnet.

Als Summenvektor wird derjenige Vektor bezeichnet, der die im Summenkanal auftretende Echospannung darstellt. Ebenso bedeutet der Differenzvektor die Echospannung im Differenzkanal. Ferner wird der Kürze halber das vom festen Objekt herrührende Echo als »festes Echo« und das vom bewegten Objekt herrührende Echo als »bewegtes Echo« bezeichnet.

Für den ersten Impuls eines Paares lassen sich dann gemäß Fig. 2 die folgenden Vektoren zeichnen:

OG = s

OC = —d

OB = s

= Summenvektor des festen Echos, dessen Phase als Bezugsrichtung für die Konstruktion gewählt werden soll;

= Differenzvektor des gleichen festen Echos;

= Differenzvektor des bewegten Echos;

= Summenvektor des bewegten Echos.

Die Phase ^₁ zwischen dem festen und dem bewegten Echo ist offenbar beliebig.

Es sei nun angenommen, daß der Impuls II zeitlich nicht allzuweit vom Impuls I entfernt ist, was im allgemeinen in der Praxis zutrifft.

Unter diesen Umständen sind die Amplituden der auf diesen zweiten Impuls bezüglichen festen und bewegten Echos die gleichen wie für den ersten Impuls. Ferner hat das feste Echo seine Phase beibehalten, während das bewegte Echo eine neue Phase φ₂ hat.

Die in den beiden Kanälen bei diesem zweiten Impuls auftretenden Spannungen können also durch folgende Vektoren dargestellt werden:

und OB'= Am Ausgang des Summenkanals erhält man für den Impuls I eine resultierende Spannung, die durch folgenden Vektor dargestellt wird:

= OB

5 6

während die dem Impuls II entsprechende Spannung Ein Addierglied 9 bzw. 19 wird gleichzeitig von der

durch folgenden Vektor dargestellt wird: Eingangs- und der Ausgangsspannung der Ver-

„^ j. >_ zögerungsglieder gespeist. Ferner erzeugt ein Phasen-

Σ' — OB' + OG = s' &⁽-& + *> + s. (2) schieber 12 eine Phasendrehung um den Wert π

5 zwischen den in 9 bzw. 19 zu vergleichenden Span-Arn Ausgang des Differenzkanals erhält man anderer- nungen, so daß die Spannungen am Ausgang des seits für den Impuls I die folgende Spannung: Kreises 9 bzw. 19 in Wirklichkeit nicht die Summen,

__v ν ν sondern die Differenzen zwischen den von den Im-

A — OA + OC = if e'^ — d (3) pulsen I und II herrührenden Echospannungen dar-

lo stellen. Dies entspricht den Gleichungen (1) und (2) für und für den Impuls II folgende Spannung: den Summenkanal und (3) und (4) für den Differenz-

_.y. > > kanal.

Δ' = OA' + OC = d'e»fc — d. (4) Die bei H auftretende Spannung stellt also den

Vektor D der Gleichung (6) und die bei K auftretende

Aus der Bildung der Differenzvektoren dieser 15 Spannung den Vektor S der Gleichung (5) dar.

Ausdrücke erhält man für den Summenkanal: In Fig. 4 sind die Spannungen an verschiedenen

__>. _> Stellen des einen Kanals, z. B. des Differenzkanals 2,

S = Σ — Σ' = —s' (e'*> — e^)c?2) (5) aufgezeichnet. Es ist angenommen, daß zur Erhöhung

der Empfindlichkeit des Systems das Zeitintervall

und für den Differenzkanal: 20 zwischen den beiden Impulsen eines Paares so gewählt

_>. —> ist, daß ein mit der mittleren radialen Geschwindigkeit

D = Δ — Δ' — d' (&'ιί — &^φή. (6) des betreffenden Geschwindigkeitsbereiches fliegendes

Ziel in diesem Intervall eine Entfernung von einem

Aus den Gleichungen (5) und (6) ergibt sich, daß Viertel der Arbeitswellenlänge zurücklegt. Demzufolge diese beiden Vektoren zueinander parallel und propor- 25 sind die an einem solchen Ziel auftretenden Echos für tional zu s' bzw. d' sind, so daß man schreiben kann: zwei Impulse eines Paares gegenphasig. Wegen des

Einflusses des Phasenschiebers und des Verzögerungs-

D _ d' . gliedes treffen diese Spannungen also am Eingang

~S~ ~ ~y~' *· ' des Addiergliedes 9 bzw. 19 gleichphasig ein.

30 Bei E sind die Echos der Impulse I und II darge-

Mit den durch D und S ausgedrückten Spannungen, stellt. Nach Verzögerung in dem Glied 8 tritt der die am Ausgang der erfindungsgemäß die oben an- Impuls I bei F gleichzeitig wie der Impuls II auf, und gegebenen Summenbildungen ausführenden Schal- die beiden Impulse sind gleichphasig. Sie werden im tungen auftreten, lassen sich somit alle bekannten Glied 19 addiert, so daß am Ausgang H (Fig. 3) die Operationen in der Technik des Monopulsradars 35 in Fig. 4 bei H dargestellten Spannungen auftreten, ausführen, um die nötigen Informationen zu gewinnen. Bei H verfügt man also über den gewünschten Im-Die vom festen Echo herrührende Störwirkung ist auf puls D, der beiderseits von einem Störimpuls begleitet diese Weise vollständig ausgeschaltet worden. wird. Das gleiche gilt offenbar für den Summenkanal,

Wie die obige Ableitung zeigt, müssen die Phasen so daß am Ausgang der beiden Kanäle tatsächlich die der verschiedenen Vektoren bei den Differenzbildungen 4° Spannungen D und 5" verfügbar sind, die durch die beachtet werden, denn es handelt sich um vektorielle Gleichungen (5) und (6) definiert sind. Operationen. Demgemäß müssen diese Operationen Diese Spannungen, die die gesamte in den Vektoren

im Zwischenfrequenzstadium vorgenommen werden. ~ÖA und ~ÖB enthaltene Information darstellen, wie

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen oben gezeigt wurde, werden hierauf in bekannter Weise Schaltungsanordnung ist schematisch in Fig. 3 dar- 45 weiterbehandelt, um die gewünschten Informationen gestellt. Hierin sind die in bekannter Weise aufge- zu gewinnen. Dies geschieht z. B. in einem Verstärker bauten Höchstfrequenzkreise des Summenkanals und 11, der vorzugsweise eine logarithmische Kennlinie der beiden Differenzkanäle des Empfängers eines _b ; _{A d VerMltnis} D

Monopulsradars symbolisch mit 1,2 und 2 α bezeichnet. ^{ö ö} S

Der Kanal 1 ist der Summenkanal, und der Kanal 2 50 liefert. Dem Verstärker werden bei 14 die Torimpulse ist der betrachtete Differenzkanal. Die Kanäle 1, 2 und zugeführt, die die Entfernungsauswahl in üblicher la empfangen von einer Antenne 20 über einen Sende- Weise bewirken. Durch diese Torimpulse werden empfangsschalter 21 die Echos von Impulspaaren, zwangläufig die Störimpulse der Fig. 4 beseitigt, welche vom Sender 22 ausgestrahlt werden. Um die vor und hinter dem Nutzimpuls vorhandenen

Die am Ausgang der Kreise 1 und 2 abgenommenen 55 Störimpulse auch im Anzeigegerät 13 zu unterdrücken, Höchstfrequenzschwingungen werden in den Misch- das von allen Signalen des Summenkanals beaufschlagt stufen 3 und 4 in Zwischenfrequenzschwingungen um- wird, geht man in an sich bekannter Weise vor. Es geformt. Die Überlagerungsfrequenz wird von einem brauchen hierzu nur in einem Koinzidenzkreis 10 die frequenzstabilisierten örtlichen Oszillator 5 geliefert. vor und hinter dem Verzögerungsglied im Summen-

Die von den Mischstufen abgegebenen Signale 60 kanal vorhandenen Spannungen multipliziert zu gelangen auf die ZF-Vorverstärker 6 und 7. Am werden. Am Ausgang dieses Koinzidenzkreises ist dann Ausgang dieser Vorverstärker befindet sich in den nur eine Spannung vorhanden, wenn an den beiden beiden Kanälen des Empfängers je ein Verzögerungs- Stellen des Kanals gleichzeitig Impulse auftreten. Das glied 8. Diese in bekannter Weise aufgebauten Ver- Ausgangssignal dient zur Freigabe der Anzeigevorzögerungsglieder sind so ausgebildet, daß sie den 65 richtung 13, so daß diese Impulse auf dem Leucht-Signalen eine Verzögerung erteilen, die gleich dem schirm erscheinen, während die erwähnten Störimpulse, Zeitintervall zwischen den beiden Impulsen eines die in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Paares ist. erzeugt werden, unterdrückt sind.

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Die Erfindung ist natürlich nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Impulsradargerät, das unter Benutzung mehrerer einander räumlich überlappender Strahlungscharakteristiken die Verfolgung eines im Empfänger mit Impulstoröffnung entfernungsmäßig ausgewählten Zieles durch gleichzeitige Summen- und Differenzbildung und Summen-Differenz-Vergleich der betreffenden Kanalausgänge ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung des störenden Echos fester Gegenstände, die sich in gleicher Entfernung wie das verfolgte bewegte Ziel befinden, Mittel vorgesehen sind, um kohärente Impulspaare abzustrahlen, und daß im Empfänger in jedem der Summen- bzw. Differenzkanäle Mittel vorgesehen sind, um die Impulse jedes empfangenen Impulspaares zeitlich zusammenzurücken und die vektorielle Differenz ihrer Hochfrequenzschwingungen zu bilden.

2. Impulsradargerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Hochfrequenzschwingungen und der gegenseitige Abstand der Einzelimpulse der abgestrahlten Impulspaare so gewählt sind, daß die vektorielle Differenz für die mittlere relative Geschwindigkeit des zu verfolgenden Zieles ein Maximum wird.

3. Impulsradargerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der in den einzelnen Kanälen befindlichen Hochfrequenzkreise (1, 2) jeweils eine Mischstufe (3, 4) angeschlossen ist, daß allen Mischstufen gemeinsam ein örtlicher, stabilisierter Überlagerungsoszillator

(S) zugeordnet ist und daß auf die Mischstufe jeweils ein Zwischenfrequenzverstärker (6, 7) folgt.

4. Impulsradargerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bildung der vektoriellen Differenz in jedem Kanal aus einem Verzögerungsglied (8) und einem gleichfalls an den Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers (6,7) angeschlossenen Phasenschieber (12) bestehen, die beide einen Addierkreis (9,19) speisen, daß das Verzögerungsglied den Signalen eine Verzögerung erteilt, welche gleich dem Intervall zwischen den beiden Impulsen eines Paares ist, daß der Phasenschieber den Signalen eine Phasendrehung um den Winkel π erteilt und daß die von den Addiergliedern (9,19) gelieferten Signale, welche die vektorielle Differenz der zu den beiden Impulsen eines Paares gehörenden Echosignale darstellen, auf einen durch die gewöhnliche Torschaltung (14) für die Entfernungswahl geöffneten Verstärker (11) gegeben werden, der nach Gleichrichtung das Verhältnis zwischen den von den Addierkreisen des Summenkanals und des Differenzkanals gelieferten Signalen bildet.

5. Impulsradargerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Summenkanal ein Anzeigegerät (13) angeordnet ist, das von einem Koinzidenzkreis (10) nur dann geöffnet wird, wenn am Eingang und am Ausgang des Verzögerungsgliedes (8) im Summenkanal gleichzeitig ein Signal vorhanden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 879 404, 907 314.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 069 223.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 64-7/363 7.61