DE1175295B - Empfangseinrichtung fuer ein Impulsradarsystem - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES jmWWl· PATENTAMT Internat. Kl.: H 04 ρ

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 a4 - 48/61

Nummer: 1175 295

Aktenzeichen: N 20272IX d / 21 a4

Anmeldetag: 1. Juli 1961

Auslegetag: 6. August 1964

Die Erfindung bezieht sich auf die Empfangseinrichtung für ein Impulsradarsystem, bei dem die Genauigkeit der Entfernungsmessung dadurch verbessert ist, daß nicht einfache, schmale Impulse, sondern solche verhältnismäßig großer Breite, nämlieh trägerfrequenzmodulierte, Spektren bildende Impulse ausgesendet werden. Im Empfänger werden die reflektierten, wiederempfangenen Signalspektren mittels einer Mehrzahl von Filtern in ihre Komponente zerlegt und die einzelnen Komponenten ent- ίο sprechend ihrer Frequenz derart phasenverschoben, daß am Ausgang der Phasenschieber gleichphasige Spannungskomponenten entstehen. Diese Spannungskomponenten werden dann addiert, wodurch eine Impulsspannung kürzerer Dauer entsteht, als dem ausgesendeten Impuls entspricht. Dies ermöglicht eine größere Genauigkeit bei der Entfernungsmessung.

Beim Sendeimpuls sind die Phasen aller Komponenten der Bandenspektren in einer solchen Phasenbeziehung, daß sich im Sender ein schmaler Impuls mit hohem Spitzenwert nicht bilden kann. Indessen wird im Empfänger ein schmaler Impuls gebildet, indem man alle Phasen der Spektren zu einem bestimmten Zeitpunkt koinzidieren läßt. Das geschieht mit Hilfe von aus linearen Kreisen aufgebauten Trennschaltungen entsprechend der Modulation beim Sender. Dadurch wird die Entfernungsmeßgenauigkeit erhöht, indem, wie an sich üblich, die Zeit zwischen Aussenden des Impulses und jenem aus dem empfangenen Echo aufbereiteten, schmalen Impuls festgestellt wird.

Es ändert sich jedoch die Frequenz des reflektierten Signals infolge des Dopplereffektes bei bewegten Zielen. Infolgedessen ist die Frequenz des an der Trennschaltung des Empfängers liegenden Signals derart verschoben, daß keine gegenseitige Phasenkoinzidenz erreicht werden kann. Das bedeutet aber, daß kein schmaler Impuls gebildet werden kann. Zur Bildung eines schmalen Impulses ist daher eine Mehrzahl von Trennschaltungen notwendig, die auf verschiedene Frequenzen ansprechen, damit ein bewegtes Ziel entdeckt werden kann.

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verhältnismäßig einfachen Radarempfängers, mit dem auch ein bewegtes Ziel entdeckt werden kann, indem ein gemeinsames Filter, das der Hauptbauteil der Trennschaltung ist, benutzt wird.

Gans allgemein gesprochen, kann man ein irgendwie moduliertes Impulssignal (also der Impuls selbst soll in seiner Trägerfrequnz moduliert sein) so betrachten, als ob zuerst eine kontinuierliche Welle einer bestimmten Modulation unterworfen worden Empfangseinrichtung für ein Impulsradarsystem

Anmelder:

Nippon Electric Company Limited, Tokio

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:
Yoichi Kagawa,
Yasutoshi Ishizaki, Tokio

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 7. Juli 1960 (30 754)

und die Welle dann impulsmoduliert, d. h. impulsmäßig ausgetastet, worden wäre.

Es sei T die Länge eines Impulssignals, das aus einer Serie von Impulsen mit irgendeiner Periode t besteht. Dieses Impulssignal hat eine Reihe von Harmonischen, die untereinander den Frequenzabstand l/T haben und die wiederum — infolge der Impulsmodulation des Impulssignals mit der Periode t — von den Harmonischen der Impulse mit der Periode t ausgeschrieben sind. Das Ganze stellt also ein Bandenspektram mit dem Bandenabstand l/T (frequenzmäßig gesehen) dar, von denen jede Bande aus einer der Impulsmodulation mit der Periode t entsprechenden Serie von Linienspektren mit dem Frequenzabstand l/i der einzelnen Linien besteht. Die einzelnen Komponenten sind bei bewegten Zielen einfach um den Dopplereffekt in der Frequenz verschoben.

Erfindungsgemäß ist daher zur Erfassung von bewegten Zielen entsprechend einer zu erwartenden mittleren Dopplerverschiebung der wiederempfangenen Signalspektren ein weiterer Satz von eingangsseitig parallel geschalteten Filtern zur Trennung der

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einzelnen Spektrumskomponenten vorgesehen, deren Durchlaßbereiche zwischen denen der erstgenannten Filter liegen. Die derart getrennten Spektrumskomponenten werden in bekannter Weise mittels je eines Phasenschiebers gleichphasig gemacht und dann summiert.

Die Erfindung wird an Hand von Figuren näher erläutert.

Gesamtspannung ist sehr klein. Um dies zu verhindern, sind zusätzliche Filter Γ bis 5' vorgesehen, die hinsichtlich ihres Durchlaßbereiches zwischen den Filtern 1 bis 6 liegen, wie es durch die gestrichelt gezeichneten Dämpfungskurven in Fig. la angedeutet ist. Ihre Ausgangsspannungen werden durch weitere, mit den Filtern 1 bis S verbundene Phasenschieber zusammengefaßt, wodurch eine Ausgangsspannung in Form eines schmalen Impulses an einer

Fig. 1 zeigt die Lage der einzelnen Filterdämpfungskurven in der Trennschaltung und die Vertei- io zweiten Ausgangsklemme entsteht. Durch ein weitelung der Spektren der reflektierten Signale über der res Anwachsen der Dopplerverschiebung werden die

Spektren 7 bis 11, wie in Fig. Id gezeichnet, entsprechend nach 7" bis 11" verschoben. Diese Spektren passieren wieder die entsprechenden Filter 2 bis 6. Die Phasenschieber aber, die mit den Filtern 2 bis 5 verbunden sind, entsprechen den Spektren 8 bis 11, während das Filter 6 zur Aussiebung der Spektren 7 bis 11 nicht notwendig ist und daher

Frequenz aufgetragen;

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Radarempfängers mit dem Hauptbestandteil der Erfindung, nämlich der in

F i g. 3 im einzelnen als erstes Ausführungsbeispiel dargestellten Trennschaltung; in

F i g. 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer

auch nicht angeschlossen ist. Deshalb können die die

Trennschaltung dargestellt.

Wenn ein der Dopplerverschiebung unterworfenes 20 Filter 2 bis 6 passierenden Spektren 7" bis 11" nicht

Signal an den Eingang der aus den oben beschriebe- als phasengleich zusammengesetzt werden. Es kann

nen Filtern und Phasengliedern bestehenden Trenn- daher ein schmaler Impuls hoher Spitzenspannung

schaltung gelangt, besteht eine Phasenverschiebung am Ausgang nicht entstehen.

zwischen den Filterausgangsspannungen und den Zur Addition der von den Spektren 7" bis 11"

entsprechenden Signakpektren, so daß die resultie- 25 herrührenden Spannungen ist in dem Empfänger ein

weiterer Satz von Phasenschiebern den Filtern 2 bis 6 nachgeschaltet, an deren verbundenen Ausgangsklemmen ein schmaler Impuls großer Spitzenspannung abgenommen werden kann.

In F i g. 2 ist der Empfänger schematisch gezeichnet. Darin bedeuten die Bezugszeichen 12 eine Antenne, 13 eine Sende-Empfangsweiche; bei 20 ist der Senderausgang angeschlossen, der über die Weiche 13 die Antenne 12 speist. Die Sendeeinrichtung ist nicht

rende Ausgangsspannung kleiner wird. In F i g. 1 ist
die gegenseitige Frequenzlage der Dämpfungsbereiche
der Filter und der Amplituden der entsprechenden
Signale mit der Frequenz als der Abszisse gezeichnet. Fig. la zeigt als Ordinate die Dämpfung der 30
einzelnen Filter 1 bis 6, die schaltungsmäßig eingangsseitig parallel geschaltet sind. In Fig. Ib sind
die Spektren eines nicht dem Dopplereffekt unterworfenen Signals gezeichnet, wobei die Ordinate die
Spannungsamplitude darstellt. Die Frequenzen /₇ 35 Gegenstand der Erfindung und deshalb sowohl in

bis Z₁₁ sind die Frequenzen der Linienspektren ohne der Zeichnung, als auch in der Beschreibung weg-

Modulation innerhalb des Impulses. Diese Spektren gelassen.

verbreitern sich infolge der Impulsmodulation über- Wenn die Anlage für Empfang frei ist, gelangt das haupt wie bei den Bezugszahlen 7 bis 11 angedeutet von der Antenne 12 aufgenommene Signal über die ist. Die Phasen dieser einzelnen Frequenzen sind, wie 4° Weiche 13 in eine Mischstufe 14, in der es wie üblich oben beschrieben, unterschiedlich. Dieses Signal mittels eines Oszillators 15 in eine Zwischenfrequenz passiert die Filter 1 bis5 mit den in Fig. la gezeich- umgesetzt und in einem Zwischenfrequenzverstärker neten Durchlaßbereichen. Danach werden die ein- 16 verstärkt wird. Da das Frequenzband, in dem die zelnen Signale durch den Filtern nachgeschaltete obenerwähnten Filter verhältnismäßig einfach rePhasenschieber phasengleich gemacht. In diesem 45 alisiert werden können, niedriger liegt als die üb-Falle ist das Filter 6 nicht erforderlich, es kann da- licherweise für die Zwischenfrequenzverstärkung beher bei dieser Betrachtung als nicht vorhanden an- nutzten Frequenzbereiche, wird das zwischengesehen werden. ferquente Signal mittels einer weiteren Mischstufe 17 Wenn das reflektierte Signal dem Dopplereffekt und eines Oszillators 18 in ein niedriger liegendes unterworfen ist, verschieben sich die Spektren 7 bis 50 Frequenzband umgesetzt. Das Ausgangssignal wird 11 um einen der Dopplerverschiebung entsprechen- dann der Trennschaltung 19, die aus den bereits den Betrag. Es werden daraus die Spektren 7' bis 11' obenerwähnten Filtern und Phasengliedern besteht, (Fig. Ic) gebildet. Ist die Verschiebung klein, pas- zugeleitet.

siert jedes Spektrum noch das entsprechende Filter, In Fig. 3 ist die Trennschaltung 19 im Block- und die Amplitude der Ausgangsspannung wird nur 55 schaltbild gezeichnet. An die eingangsseitig verbunwenig kleiner. Wird jedoch die Verschiebung groß, denen Filter 22 bis 27, deren Dämpfungskurven in und die Mittenfrequenzen f₇ bis f_n der entsprechen- Fig. la gezeichnet sind, wird bei 21 die Signalden Spektren T₁ bis ll'_u fallen zwischen die Filter 1-2 spannung angelegt. Den Filtern sind jeweils Phasenbzw. 2-3 bzw. 3-4 bzw. 4-5 bzw. 5-6, so passiert schieber 28 bis 32 nachgeschaltet, deren Phasennahezu die Hälfte der Energie das eine und die an- 60 verschiebungen den jeweiligen Spektren 7 bis 11 der dere Hälfte das andere angrenzende Filter. Da für Fig. Ib entsprechen. Die jeweiligen Phasen der Energieanteile, die zwei aufeinanderfolgende Filter
passieren, zwischen dem Spektrum und den den
Filtern nachgeschalteten Phasenschiebern keine Be

ziehung besteht, ergeben sich ausgangsseitig keine, 65 gleiche zumindest nur sehr kleine phasengleichen Anteile.
Dadurch wird auch die summierte, phasengleiche
Komponente am Ausgang sehr klein, d. h., die

Signalspannungen aus den Spektren 7 bis 11, die durch das jeweilige Filter 22 bis 26 ausgesiebt worden sind, haben nun zu einer gewissen Zeit die

Phase. Die einzelnen Signalspannungen werden durch Verbindung der Phasenschieberausgänge zusammengefaßt, die zusammengesetzte Ausgangsspannung kann an der Klemme 38 abge-

nommen werden. Wenn keine Dopplerverschiebung eingetreten ist, stellt diese Ausgangsspannung bereits den gewünschten schmalen Impuls hoher Spitzenspannung dar.

Wenn dagegen die Empfangssignale einer verhält- '-5 nismäßig großen Dopplerverschiebung unterworfen sind, verschieben sich die Spektren gemäß Fig. Id in die Lage von 7" bis 11". Die daraus nach Passieren der Filter 23 bis 27 sich jeweils ergebenden Signalspannungen werden durch weitere Phasenschieber 33 bis 37 zusammengefaßt, so daß an der Ausgangsklemme 39 ein schmaler Impuls großer Spitzenspannung entsteht.

Es ist eine weitere Serie von Filtern 22' bis 27', die hinsichtlich ihrer Dämpfung bei den Punkten 1' bis 6' der Fig. la liegen, mit entsprechenden Phasenschiebern 28' bis 32' und 33' bis 37' vorgesehen, um bei einer mittelmäßigen Dopplerverschiebung gemäß Fig. Ic entsprechend große Ausgangsspannungen an den Klemmen 38' und 39' zu erhalten. Die Signalspannung wird den eingangsseitig verbundenen Filtern 22' bis 27' bei 40' zugeführt. Die Arbeitsweise dieser Baugruppe ist der der oben beschriebenen gleich.

F i g. 4 zeigt im Blockschaltbild eine andere Ausführungsform einer Trennschaltung, in der das Prinzip der Erfindung technisch dadurch verwirklicht wird, daß die Phasenkoinzidenz nicht allein durch Phasenglieder erzeugt wird, sondern daß auch die Frequenz des Signals verändert wird, bevor es ein Filter passiert. Hinter den einzelnen Filtern werden dann die Signale in die ursprüngliche Frequenz rückverwandelt, derart, daß bei der Frequenzrückwandlung der Oszillatorfrequenz eine entsprechende Phasenverschiebung erteilt wird. An einer Eingangsklemme 41 wird das reflektierte Signal in der Zwischenfrequenzlage zugeführt. Zum Zwecke der Frequenzwandlung sind ein Einseitenbandmodulator 43 und ein Oszillator 42 vorgesehen. Als Ausgangsspannung des Modulators 43 erhält man unter anderem die hier ausgenutzte Frequenzdifferenz des Eingangssignales und der Oszillatorfrequenz. Mit den Bezugszahlen 44 bis 49 sind Filter bezeichnet, deren Mittenfrequenzen gemäß der Frequenz des Oszillators 42 etwas niedriger liegen, so daß die umgewandelten Frequenzen passieren können. Für die Frequenzrückwandlung sind Einseitenbandmodulatoren 55 bis 59 vorgesehen, denen über Phasenschieber 50 bis 54 die Oszillatorfrequenz 42 zugeführt wird. Am Ausgang wird die unter anderem erzeugte Summenfrequenz ausgenutzt, d. h., die Ausgangsspannungen entsprechen den einzelnen, geternnten Spektren der bei 41 zugeführten Eingangsspannung. So wird z. B. die das Filter 55 passierende Spannung infolge der Modulation im Modulator 43 frequenzmäßig umgesetzt und im Modulator 55 wieder in die ursprüngliche Frequenzlage rückverwandelt; die Phasenlage der beiden Spannungen ist jedoch infolge des Phasenschiebers 50 verschieden. So hat der durch das Filter 55 gehende Spektrumanteil eine so große Phasenverschiebung, wie sie die Oszillatorspannung 42 im Phasenglied 50 erleidet. Bei entsprechender Ausbildung der Phasenglieder erreicht man die gleiche Arbeitsweise wie mit der Trennschaltung gemäß Fig. 3. Die Ausgangsspannungen der einzelnen Modulatoren werden zusammengefaßt, und es ergibt sich an einer Ausgangsklemme 65 eine Impulsspannung, die nach Form und Größe derjenigen an der Klemme 38 der F i g. 3 entspricht. Zur Ausnutzung der einzelnen Spannungen bei Vorhandensein einer beträchtlichen Dopplerverschiebung sind unter Benutzung der gleichen Filter 44 bis 49 Modulatoren 60 bis 64 zur Frequenzrückwandlung vorgesehen. Diesen werden einerseits jeweils die durch die Filter getrennten, frequenzverschobenen Spannungskomponenten, andererseits die jeweils entsprechend phasenverschobenen Spannungen des Oszillators 42 zugeführt. Die Ausgänge der Modulatoren sind an einer Klemme 66 zusammengeschaltet, wo sich eine Impulsspannung verhältnismäßig großer Amplitude ergibt. Es kann auch bei dieser Anordnung, ähnlich wie bei der gemäß Fig. 3, eine weitere, in gleicher Weise ausgebildete Baugruppe an den Eingang 41 bei 67 angeschlossen sein, die dazu dient, bei einer nicht allzu großen Dopplerverschiebung aus dem Spektrum verhältnismäßig große Impulsspannungen ableiten zu können.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Anzahl der Spektren der Übersichtlichkeit wegen mit fünf und die Größe der Dopplerverschiebung gleich dem Frequenzabstand aneinander anschließender Filter angenommen worden. In der Praxis kommen jedoch mehr als fünf Spektren vor, und auch die Dopplerverschiebungen können beträchtlich höhere Werte annehmen. Es können daher eine größere Anzahl von Filtern vorgesehen und mehr als zwei Phasenglieder einem einzigen Filter nachgeschaltet sein, um aus allen Spektren entsprechende Impulsspannungen zur Steuerung von Sicht- oder Anzeigegeräten gewinnen zu können.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Empfangseinrichtung für ein Impulsradarsystem, bei dem trägerfrequenzmodulierte, Spektren bildende Impulse ausgesendet werden und dem die reflektierten, wiederempfangenen Signalspektren mittels einer Mehrzahl von Filtern in ihre Komponenten zerlegt und die einzelnen Komponenten entsprechend ihrer Frequenz derart phasenverschoben werden, daß am Ausgang der Phasenschieber gleichphasige Spannungskomponenten entstehen, die zur Bereitstellung einer der Entfernungsmessung dienenden Impulsspannung kürzerer Dauer summiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung von bewegten Zielen entsprechend einer zu erwartenden mittleren Dopplerverschiebung der wiederempfangenen Signalspektren ein weiterer Satz von eingangsseitig parallel geschalteten Filtern zur Trennung der einzelnen Spektrumskomponenten vorgesehen ist, deren Durchlaßbereiche zwischen denen der erstgenannten Filter liegen, und daß in bekannter Weise die derart getrennten Spektrumskomponenten mittels je eines Phasenschiebers gleichphasig gemacht und dann summiert werden.

2. Empfangseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in einer Zwischenfrequenzlage vorliegende, aus den einzelnen Komponenten bestehende Signalspektrum vor der Zerlegung mittels eines Oszillators und eines Einseitenbandmodulators in eine andere Frequenzlage umgesetzt wird und daß die nach Zer-

legung des Spektrums erhaltenen Komponenten jeweils mittels Einseitenbandmodulatoren, denen als Modulationsspannung eine entsprechend der Lage der einzelnen Spektrumskomponenten im Frequenzband phasenverschobene Spannung des Oszillators zugeführt ist, in ihre ursprüngliche

Frequenzlage zurückgeführt und dann der Summierung zugeführt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 768 068.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 639/273 7.64 @ Bundesdruckerei Berlin