DE1182710B - Impuls-Radarsystem mit Auswertung nur der Signale bewegter Ziele - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 04 ρ

Deutsche Kl.: 21 a4- 48/63

Nummer: 1182710

Aktenzeichen: B 55728IX d/21 a4

Anmeldetag: 30. November 1959

Auslegetag: 3. Dezember 1964

Die Erfindung betrifft ein mit periodischen Sendeimpulsen arbeitendes Radarsystem mit einer Einrichtung, die auf eine Veränderung der reflektierten, empfangenen Zeichen anspricht, daraus auf ein bewegtes Ziel schließt und bewirkt, daß nur bewegten Zielen ensprechende Signale zu einer Auswerteinrichtung gelangen.

Bei Großbereich-Radarsystemen, wie sie gegenwärtig in Frühwarnsystemen und in der Flugüberwachung allgemein Verwendung finden, wurde in der Vergangenheit dem Problem beträchtlich Aufmerksamkeit geschenkt, die Anzeige unwichtiger Ziele am Kathodenstrahlanzeigegerät zu unterdrücken und ein fehlerhaftes Ansprechen von Datenverarbeitungsanlagen zu vermeiden.

Es sind sogenannte MTI-Radarsysteme bekannt, d. h. Radarsysteme mit Festzeichenunterdrückung, bei denen ein Bild erzeugt wird, das hauptsächlich durch Echos von Zielen hervorgerufen wird, die sich relativ zum Radarsystem bewegen. Obgleich das MTI-System eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen, nicht nach diesem System arbeitenden Radargeräten darstellt, wurde in der Praxis festgestellt, daß die Auslöschung von Echos von feststehenden Zielen noch lange nicht vollkommen ist. Das Anzeigegerät und der Datenverarbeiter erhalten zahlreiche Anzeigen, die auf Festzeichenreflexionen und insbesondere auf Reflexionen von unerwünschten beweglichen Zielen beruhen, die allgemein als »Geister« und »Engel« bezeichnet werden. Bei den mit extrem hoher Energie arbeitenden Großbereich-Radargeräten können die Echos aus dem abgetasteten Nahbereich, z. B. im Gebiet von 0 bis 80 km von solcher Intensität und Dichte sein, daß sie den Verlust der Echosignale von erwünschten Zielen aus diesem Gebiet bewirken. Die Schwierigkeit, im Nahbereich, wo starke, von Festzielen kommende Signalreflexionen zahlreich sind, echte Zielechos, wie beispielsweise von Flugzeugen, hervorgerufen, von falschen Zielechos, wie solchen, die von »Geistern« und »Engeln« herrühren, zu unterscheiden, ist eine schwerwiegende Beeinträchtigung der gegenwärtigen Radarsysteme.

Weiter sind sogenannte STC-Systeme mit zeitabhängiger Empfindlichkeitsregelung bekannt, bei denen dem Verstärkerkanal des Radarempfängers eine veränderliche Vorspannung zugeführt wird, die die Verstärkung des Empfängers als Funktion der Zeit nach dem ausgesandten Impuls verändert. Eine solche Anordnung ist jedoch insofern nachteilig, da sie die Anzeigefähigkeit des Empfängers auf einen solchen Pegel reduziert, daß mit der Unterdrückung Impuls-Radarsystem mit Auswertung nur
der Signale bewegter Ziele

Anmelder:

The Bendix Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. K.-A. Brose, Patentanwalt,

Pullach (Isartal), Wiener Str. 2

Als Erfinder benannt:
John C. Nolen, Baltimore, Md.,
John W. Martin, Timonium, Md.,
John F. Bachmann,
Baltimore, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Dezember 1958
(781 255)

unerwünschter Zielechos auch viele erwünschte Zielechos verloren gehen.
Bekannt ist ferner ein Hochfrequenzempfänger für impulsmodulierte Sender, der ein Uberlagerungsteil, ein ZF-Teil und eine an den Ausgang des ZF-Teiles angeschaltete Diode sowie einen daran anschließenden NF-Verstärker enthält. Der Diode, die eine feste negative Vorspannung erhält, wird eine weitere, veränderliche Spannung zugeführt, die durch Gleichrichtung der im Ubertragungskanal vorhandenen Rausehspanoung in einem Gleichrichter gewonnen wird. Dadurch wird das dem Empfänger zugeführte Nutzsignal erst verstärkt, wenn es eine bestimmte Amplitude aufweist, die einen von der Rauschspannung abhängigen Schwellwert übersteigt.

Demgegenüber hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, bei Radargeräten ein Ansprechen auf Reflexionen (die ihrem Wesen nach als Nutzsignale anzusprechen sind) zu verhindern, welche von unerwünschten Zielen stammen und die insbesondere in der Nahzone von Großbereich-Radaranlagen wegen ihrer Dichte eine solche Verwirrung auf dem Bildschirm hervorrufen, daß darin wichtige Ziele, wie beispielsweise Flugzeuge, untergehen können. Unerwünschte Ziele sind bei sogenannten MTI-Systemen, welche bereits die ebenfalls unerwünschten Re-

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flexionen von relativ zum Radargerät feststehenden rithmischen Empfängers 11 nichtbegrenzte Video-Zielen im wesentlichen unterdrücken, die schwachen signale erzeugt werden, die zur Ableitung von Steuerbeweglichen Ziele, die von diesem System nicht Signalen dienen. Das nichtbegrenzte Videosignal vom unterdrückt werden und die besonders in Bereichen Empfänger 11 wird einerseits einem mittelwertbildenhervortreten, denen Löcher im Reflexionssignal von 5 den Kreis (Integrator) 12 und andererseits einem Festzeichen entsprechen. Umkehrkreis 13 zugeführt, deren Ausgänge am Ein-

Erfindungsgemäß enthält das Radarsystem eine gang eines Verstärkers 14 zusammenlaufen. Der Inte-Anordnung, der das reflektierte empfangene Signal grator 12 hat eine kurze Ladezeit und eine lange zugeführt wird und die daraus ein Steuersignal ge- Entladezeit, so daß das Ausgangssignal des Kreises winnt, dessen Pegel sich im Intervall zwischen zwei io 12 mit dem ausgesandten Radarimpuls steil ansteigt Sendeimpulsen entsprechend dem Augenblickswert und langsam mit dem von den Reflexionen hervordes empfangenen Zeichens so ändert, daß innerhalb gerufenen mittleren Signalpegel in dem Maß fällt, vorgegebener Grenzen aus kleinen Amplituden des wie sich die Festzielreflexionen an Größe und Dichte empfangenen Zeichens hohe Pegel des Steuersignals verringern. (Die Differenz zwischen Lade- und Ententstehen und umgekehrt, und die das Steuersignal 15 ladezeitkonstante wird im Integratorkreis 12 leicht nach Verstärkung und mit richtiger Polarität zur dadurch erhalten, daß der kleine Widerstand in Unterdrückung unerwünschter schwacher Zeichen Durchlaßrichtung einer Diode während des Ladens bewegter Ziele in an sich bekannter Weise dem die Zeitkonstante bestimmt, während ihr hoher Radarempfänger oder einer nachgeschalteten, in Widerstand in Sperrichtung entsprechend beim Entihrem Schwellwert steuerbaren Einrichtung zur 20 laden wirksam wird.) Änderung der Ansprechempfindlichkeit zuführt. Das Differenzsignal, das durch Subtraktion der

Nach einer Weiterbildung der Erfindung enthält integrierten und der nichtintegrierten, von den

die Anordnung einen logarithmischen Empfänger, Kanälen 12 bzw. 13 gelieferten Signale gewonnen

der sein Ausgangssignal einerseits einer einen Mittel- wird, wird in dem Verstärker 14 verstärkt und durch

wert bildenden Schaltanordnung und andererseits 25 einen bei 16 in seinem Begrenzungsniveau einstell-

einem Umkehrkreis zuführt, wobei diese Anordnung baren Spitzenbegrenzer 15 und dann durch einen

die beiden Ausgangssignale voneinander subtrahiert Basisbegrenzer 17 geleitet, der ebenfalls eine Ein-

und das resultierende Signal über einen Verstärker richtung 18 aufweist, mit der die Begrenzung an der

führt und anschließend an einen Spitzenbegrenzer Basis einstellbar ist. Das vom Begrenzer 17 abge-

und einen Basisbegrenzer anlegt. Das Steuersignal 30 gebene, an der Spitze und der Basislinie begrenzte

kann dem am Ausgang des Empfängers angeordne- Signal wird wahlweise mittels eines Schalters 19 einer

ten, vor der Auswerteinrichtung liegenden Ampli- Leitung 21 zugeführt, über die der zeitabhängige

tudendetektor als Schwellwertspannung zugeführt augenblickliche Schwellwert gesteuert wird. Die

werden. Wahlweise kann dieses Steuersignal dem Größe dieses Signals kann in einem Potentiometer

Empfänger zur Regelung der Verstärkung zugeführt 35 22 verändert werden,

werden. Der Leitung 21 wird außerdem wahlweise durch

Das erfindungsgemäße System kann weiter einen einen Schalter 23 ein zeitabhängiges Steuersignal zu-

mit den ausgesendeten periodischen Impulssignalen geführt, das von einem sogenannten STC-Generator

synchronisierten Generator enthalten, der eine Welle 24 erzeugt wird. Der Generator 24 kann in bekannter

zur laufzeitabhängigen Empfindlichkeitsregelung er- 40 Weise aufgebaut sein und erzeugt, nachdem seinem

zeugt, die über Schaltmittel wahlweise mit dem Eingang ein mit dem ausgesandten Signal überein-

Steuersignal kombiniert werden können. stimmender Triggerimpuls zugeführt wurde, eine

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen im exponentiell Wellenform, die durch eine Ampli-

folgenden beispielsweise näher erläutert. Es zeigt tudenregelung 25 und eine Zeitkonstantenregelung 26

Fig. 1 ein Blockschema einer Ausführungsform 45 auf die gewünschte Wellenform einstellbar ist und

der Erfindung, angewendet auf einen gebräuchlichen die dazu verwendet werden kann, die Verstärkungs-

MTI-Radarempfänger; charakteristik des Empfängers als Funktion der Zeit

F i g. 2 bei der erfindungsgemäßen Anordnung auf- nach der Aussendung des die Wellenform verantretende Wellenformen in graphischer Darstellung und lassenden Impulses zu verändern.

F i g. 3 ein Teilblockschema einer gegenüber der 50 Die Signale der Leitung 21 werden einem Ver-

Fig. 1 geänderten Ausführungsform. stärker27 zugeführt, der eine Regeleinrichtung28

Bei der einen beschriebenen Ausführungsform der für den Gleichspannungspegel hat, und am Ausgang

vorliegenden Erfindung wird die Ansprechempfind- eine Regelspannung für den Schwellwert abgibt. Wie

lichkeit eines Radarsystems dadurch verändert, daß in F i g. 1 dargestellt, wird diese Schwellwert-Steuer-

eine unverzögerte Vorspannung an die Videokreise 55 spannung einem Vollweggleichrichter 31 über den

angelegt wird, so daß das Anzeigegerät nur bei Mittelpunkt 32 einer Widerstandsverbindung zwi-

Signalen eine sichtbare Anzeige gibt, die größer sind sehen den Kathoden von Gleichrichter-Röhren 33

als die augenblicklich an den Videokanal angelegte zugeführt. Die Kathoden des Gleichrichters 33 wer-

Basisvorspannung. Wo unerwünschte Zielsignale mit den von einem Phasenumkehrverstärker 34 beauf-

niedrigem Pegel, wie »Geister« und »Engel« (z. B. 60 schlagt, der mit entgegengesetzter Phasenlage Signale

Vogelschwärme), vorhanden sind, vermag die Schal- zuführt, die die Differenz zwischen den verzögerten

tung nach der vorliegenden Erfindung zur selektiven und den unverzögerten MTI-Signalen darstellen und

Steuerung der Basisvorspannung des Videokreises die im Eingangskreis 35 kombiniert werden,

entsprechend der Amplitude von Festzeichenechos Die dem Eingangskreis 35 zugeführten Signale

schwache Signale dort zu unterdrücken, wo Löcher 65 kommen von einem MTI-Empfänger 39, der wieder-

im Festzeichensignal vorhanden sind. um als Eingangssignale über die Leitung 45 die von

In Fig. 1 ist ein Radarsystem mit Festzeichen- der Radarantenne herkommenden Zwischenfrequenz-

unterdrückung dargestellt, in dem mittels eines loga- Signale zugeführt erhält. Mit dem Ausgang des Emp-

fängers 39 ist eine Verzögerungseinrichtung 43 verbunden, die entsprechend der bekannten MTI-Technik die Signale um eine Impulsfolgeperiode verzögert. Die Addition im Eingangskreis 35 findet mit der richtigen Polarität statt, so daß die Signale unbeweglicher Ziele aufgehoben und die verbleibenden Signale von bewegten Zielen zum Verstärker 34 geführt werden. Die Gleichrichtung der vom Ausgang des Verstärkers 34 kommenden gegenphasigen Signale im

signal mit Löchern vorhanden ist. Dazu wird das Signal der F i g. 2A im Kreis 12 gemittelt, um das Signal nach Fig. 2 B zu erzeugen, und das Signal der Fig. 2A wird im Umkehrkreis 13 umgekehrt, um ein Signal nach Fig. 2C zu erzeugen. Diese Signale entgegengesetzter Polarität werden am Eingang des Verstärkers 14 kombiniert, wodurch eine Wellenform nach Fig. 4D entsteht, die so betrachtet werden kann, als seien die Löchersignale vom voll-

Vollweggleichrichter 31 erzeugt das MTI-Video- io ständigen Reflexionssignal abgetrennt. Das Signal D signal, das über einen Begrenzerverstärker 36 zu wird beim Durchgang durch den Spitzenbegrenzer einem Kathodenstrahlanzeigegerät 37 und zu einer 15 und den Basislinienbegrenzer 17 in ein an der automatischen Datenverarbeitungseinrichtung 38 geht. Basis und an den Spitzen begrenztes Signal um-Die grundsätzlichen Besonderheiten und die Wir- gewandelt, wie in Fig. 2E dargestellt ist. Das Signal kungsweise der vorliegenden Erfindung lassen sich 15 der Fig. 2E und das exponentielle zeitabhängige an Hand der Fig. 2 erläutern, die graphische Dar- Steuersignal40 der Fig. 2F werden im Verstärker Stellungen verschiedener Wellenformen zeigt, wie sie 27 kombiniert, wodurch sich, wenn beide Schalter im System nach Fig. 1 an den entsprechend bezeich- 23 und 19 geschlossen sind, das zusammengesetzte neten Punkten auftreten. Fig. 2A veranschaulicht Signal der Fig. 2G ergibt. Wenn beide Schalter 19 ein typisches, von einem logarithmischen Verstärker- 20 und 23 geschlossen sind, weist die Welle G einen kanal eines Radarverstärkers abgegebenes Signal. exponentiellen Teil 40' und bearbeitete Löcher-Dieses Signal hat negative Polarität und zeigt sofort signale 41', 42' auf. Dadurch, daß das Signal G in nach der Aussendung des Sendeimpulses eine große vorstehend beschriebener Weise dem Gleichrichter negative Amplitude, die auf Signalen hoher Intensität 31 zugeführt wird, entsteht für den den Löchern 41, benäht, die der Empfänger von nahe gelegenen Re- 25 42 des Signals A entsprechenden Zeitraum ein relativ Sektoren, wie der Land- und Seeoberfläche oder von hoher Schwellwert, wodurch die relativ schwachen Regenschauern erhält. Für diese Echosignale sind im Signale von unerwünschten bewegten Zeilen unterallgemeinen Löcher 41, 42 kennzeichnend, die Be- drückt werden und keine Anzeige auf der Kathodenreiche im abgetasteten Radargebiet darstellen, von strahlröhre 37 oder kein Ansprechen der Einrichtung denen nur schwache oder keine Festzeichenreflexionen 30 38 hervorrufen.

empfangen werden. Jenseits der Nahzone des Radar- Beim tatsächlichen Betrieb wurde beobachtet, daß

geräts, beispielsweise in größerer Entfernung als die Anwendung der beschriebenen Erfindung die 80 km, enthält das logarithmische Videosignal eine Beobachtung von Flugzeugen in Gebieten mit störenverringerte Menge von derartigen Reflexionen, und den Reflexionen mit erheblich verbesserter Klarheit das Signal kehrt zu einem Basispegel 43 zurück. Ein 35 und Zuverlässigkeit gegenüber einem gleichen Radar-

Signal der in Fig. 2A dargestellten Art bewirkt bei der sichtbaren Darstellung im Kathodenstrahlanzeigegerät 37 und bei der Verarbeitung im Datenverarbeiter 38, daß von unerwünschten Zielen stam-

system erlaubt, das ohne die Schaltung nach der vorliegenden Erfindung arbeitet. Dieses Ergebnis wird erreicht, ohne die Empfindlichkeit des Radarsystems oder die Sichtbarkeit unter dem Störpegel in Gebie-

mende schwache Signale in Bereichen, die den 4° ten mit stark störenden Reflexionen zu beeinflussen. Löchern 41, 42 entsprechend so wahrgenommen wer- Echos von unerwünschten Zielen wie »Engel« und den, als ob die Signale von bewegten Zielen, wie
Flugzeugen, oder andere erwünschte Zielechos

wären. Die visuelle Unterscheidung zwischen solchen

»Geister«, erscheinen, auch wenn ihre Geschwindigkeit zwischen der halben und der optimalen Geschwindigkeit für die Empfindlichkeit eines MTI-

Signalen im Kurzstreckengebiet des Radars mit hoher 45 Empfängers liegt, in Bereichen starker störender Re-Reflexionsdichte und Signalen von wirklichen Flug- flexionen nicht, weil die Amplituden solcher Signale zeugen, die keinesfalls übersehen werden dürfen, ist weit unter deren Pegel liegen. In einem System, das wegen des auf dem Kathodenstrahlbild entstehenden eine übliche Sichtbarkeit unter den Pegel der störenallgemeinen Durcheinanders schwierig, das darauf den Reflexionen von 30 d b hat, sollte die den beruht, daß beide Arten der Signale in den wieder- 5° Schwellwert des Kathodenstrahlanzeigegerätes begegebenen rauschartigen Störungen des Bildes unter- einflussende Zuführung der unverzögerten Steuertauchen. Es wurde gefunden, daß durch Verwendung spannung so eingestellt werden, daß immer dann eines unverzögerten Steuersignals die Wirkungsweise eine solche Spannung zugeführt wird, wenn das Vervon Radarsystemen verbessert werden kann. Bei- hältnis der Stärke unerwünschter Ziele zum Störspielsweise kann dadurch, daß der Schwellwertpegel 55 pegel größer ist als der 30 db betragende Pegel der des Kathodenstrahlanzeigegerätes gleichzeitig in Sichtbarkeit unterhalb des Störpegels. Die Höhe der Übereinstimmung mit den Löchern im Echosignal unverzögerten, den Schwellwert des Anzeigegerätes geregelt wird, der Schwellwert für die Darstellung beeinflussenden Spannung kann auf einen solchen von Zielechos au feinen Pegel eingestellt werden, Pegel eingestellt werden, daß starke Zielechos, wie daß von einem Flugzeug stammende Echos wieder- 60 sie von Flugzeugen erhalten werden, den Schwellwert gegeben werden, weil diese relativ stark sind, und überwinden können und im Bild erscheinen. In daß die Bilder von bewegten unerwünschten Ziel- Situationen, wie Ortungen über Wasser, wo die Signalen, wie »Geister« oder »Engel«, unterdrückt störenden Festzielechos gering und die Echos von werden, weil diese verhältnismäßig schwach sind. Er- unerwünschten bewegten Zielen zahlreich sind, kann findungsgemäß ist die Schaltung nach Fig. 1 so 65 das System so betrieben werden, daß der Schalter eingerichtet, daß sie die Signale 41, 42 benutzt, um 19 offen und der Schalter 23 geschlossen ist, so daß den Schwellwert der Entdeckbarkeit unter solchen eine zeitlich veränderbare Vorspannung mit vor-Umständen zu verändern, wo ein hohes Reflexions- bestimmter Wellenform zugeführt wird, die den

Schwellwert des Gleichrichters 31 festlegt. Bei der geeigneten Regelung der Amplitude und der Zeitkonstante dieser Wellenform als auch des Gleichspannungspegels des Vorspannungssignals durch die Einrichtung 28, kann die Entdeckbarkeit von wahren Zielen verbessert werden, weil der Schwellwert der Sichtbarkeit am Kathodenstrahlanzeigegerät so eingestellt werden kann, daß schwache Signale von unerwünschten Zielen unterdrückt werden.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in der Fig. 3 dargestellt. Dieses nur auszugsweise wiedergegebene Schema ist ein Teil einer Schaltung, die im wesentlichen dieselbe ist wie die in Fig. 1 dargestellte, ausgenommen den Teil, der zwischen die Leitung 45 und den Verstärkerbegrenzer 36 eingeschaltet ist. Diese wahlweise Ausführungsform enthält einen beliebigen Radarempfänger 44, der eine oder mehrere Stufen mit Verstärkungsregelung hat, die auf ein Steuersignal ansprechen. Diesen Stufen wird das Steuersignal G mit der richtigen Polarität zugeführt, so daß die Verstärkung des Empfängers für die positiveren Gebiete der Signale 40', 41', 42' reduziert wird. Diese Anordnung bringt eine merkliche Verbesserung in der Zuverlässigkeit der Auffindung wahrer Ziele gegenüber der, die die STC-Technik allein bietet.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mit periodischen Sendeimpulsen arbeitendes Radarsystem mit einer Einrichtung, die auf eine Veränderung der reflektierten empfangenen Zeichen anspricht, daraus auf ein bewegtes Ziel schließt und bewirkt, daß nur bewegten Zielen entsprechende Signale zu einer Auswerteeinrichtung gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Anordnung (11 bis 22, 27, 28) enthält, der das reflektierte empfangene Signal zugeführt wird und die daraus ein Steuersignal (E) gewinnt, dessen Pegel sich im Intervall zwischen zwei Sendeimpulsen entsprechend dem Augenblickswert des empfangenen Zeichens, so ändert, daß innerhalb vorgegebener Grenzen aus kleinen Amplituden des empfangenen Zeichens hohe Pegel des Steuersignals (E) entstehen und umgekehrt, und die das Steuersignal nach Verstärkung und mit richtiger Polarität zur Unterdrückung unerwünschter schwacher Zeichen bewegter Ziele in an sich bekannter Weise dem Radarempfänger oder einer nachgeschalteten, in ihrem Schwellwert steuerbaren Einrichtung zur Änderung der Ansprechempfindlichkeit zuführt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen logarithmischen Empfänger (11) enthält und dessen Ausgangssignal (A) einerseits einer einen Mittelwert bildenden Schaltanordnung (12) und andererseits einem Umkehrkreis (13) zuführt sowie die beiden Ausgangssignale (B, C) voneinander subtrahiert, das resultierende Signal (D) über einen Verstärker (14) führt und anschließend an einen Spitzenbegrenzer (15) und einen Basisbegrenzer (17) anlegt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (E) dem am Ausgang des Empfängers angeordneten, vor der Auswerteinrichtung (37, 38) liegenden Amplitudendetektor (31) als Schwellwertspannung zugeführt wird.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (E) dem Empfänger (44) zur Regelung der Verstärkung zugeführt wird.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen mit den ausgesendeten periodischen Impulssignalen synchronisierten Generator (24), der eine Welle zur laufzeitabhängigen Empfindlichkeitsregelung (F) erzeugt, die über Schaltmittel wahlweise mit dem Steuersignal (E) zu kombinieren ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung B 8088 VIIIa/21a*
(bekanntgemacht am 16. 4.1953).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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