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Radarverfahren Die Erfindung betrifft ein Radarverfahren, bei dem
relativ lange Hochfrequenzimpulse ausgesandt werden, deren Trägerschwingungen jeweils
im gleichen Sinne innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches mit einer vorgegebenen
Geschwindigkeit linear frequenzmoduliert werden, bei dem empfängerseitig zur Gewinnung
zwischenfrequenter Impulse die Echoimpulse mit den Schwingungen eines Empfängeroszillators
überlagert werden und bei dem im Sinne einer Verbesserung der Zielentfernungsauflösung
eine Verkürzung der zwischenfrequenten Impulse vorgenommen wird.
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Ein derartiges Radarverfahren ist bekannt, und zwar wird hierbei
jeder Sendeimpuls vor seiner Aussendung zeitlich mittels eines Filters mit Hochpaß-Verhalten
gedehnt, das eine Verzögerung seiner Eingangssignale in zeitlich linearer Abhängigkeit
von deren Frequenz bewirkt, und jeder empfangene Echoimpuls mittels eines Filters
komplementärer Charakteristik und Tiefpaß-Verhalten vor seiner Auswertung und/oder
Anzeige verkürzt. Es wird üblicherweise angewandt, um bei vorgegebener Empfängerbandbreite
und vorgegebener maximaler Reichweite der Zielentdeckung durch Vergrößerung der
Sendeimpulslängen das Signal/Rausch-Verhältnis der Empfangssignale gegenüber Radarverfahren
ohne Impulsdehnung und -verkürzung zu verbessern, wobei die Entfernungsauflösung
des Radarverfahrens nicht beeinträchtigt wird.
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Die Impulsverkürzung bei diesem bekannten Radarverfahren mittels
eines Filters mit Tiefpaß-Verhalten erlaubt in der Praxis jedoch nicht die Erzielung
eines ausreichend großen Verkürzungsverhältnisses von beispielsweise 100, da die
Anpassung der jeweiligen Filtercharakteristik an die Sendeimpulse, die ja nie eine
ideale Form aufweisen, mit entsprechender Genauigkeit praktisch undurchführbar ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Radarverfahren
mit ähnlichen Eigenschaften wie das bekannte Radarverfahren anzugeben, das jedoch
die Verwendung von derart nachteiligen Filtern völlig vermeidet und das in der Praxis
die Erzielung größerer Verkürzungsverhältnisse im Vergleich zu dem bekannten Radarverfahren
ermöglicht.
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Außerdem soll das Verfahren nach der Erfindung diejenigen Gradationsverzerrungen
der Echoimpulse von bewegten Zielen vermeiden, die bei dem bekannten Radarverfahren
prinzipiell auftreten.
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Die Erfindung geht somit aus von dem eingangs genannten Radarverfahren.
Das zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe vorgeschla-
gene derartige
Radarverfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen
des Empfängeroszillators fortlaufend sägezahnförmig hinsichtlich ihrer absoluten
Frequenzänderung je Zeiteinheit mit der gleichen vorgegebenen Geschwindigkeit frequenzmoduliert
werden wie die der Sendeimpulse, derart, daß die zwischenfrequenten Impulse während
des Empfangs der zugeordneten Echoimpulse mit konstanter Frequenz je nach der Zielentfernung
an verschiedenen Stellen innerhalb eines Zwischenfrequenzbandes auftreten, daß ferner
die zwischenfrequenten Impulse den Eingängen einer Mehrzahl ein- und ausgangsseitig
parallelgeschalteter schmalbandiger Zwischenfrequenzverstärker zugeführt werden,
deren Durchlaßbereiche im wesentlichen lückenlos und gleichmäßig aneinander anschließend
das Zwischenfrequenzband überdecken und deren Einschwingcharakteristiken derart
gewählt sind, daß ihr maximales Ausgangssignal am Ende der ihnen aufgeschalteten
Impulse auftritt, und daß schließlich die Zwischenfrequenzverstärker normalerweise
ausgangsseitig gesperrt sind und durch Torimpulse einer Zeitsteuerstufe zyklisch
auf Durchlaß geschaltet werden, und zwar mit einer Schaltfrequenz, die gleich der
reziproken Sendeimpulsdauer ist, mit einer Einschaltzeit, die maximal gleich der
Sendeimpulsdauer dividiert durch die Anzahl der Zwischenfrequenzverstärker ist,
und mit solcher Phase, daß der Beginn der Torimpulsfolge mit dem Beginn jedes Sendeimpulses
zusammenfällt.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung seien im folgenden besonders
vorteilhafte Ausführungsbeispiele
von zu ihrer Durchführung geeigneten
Anordnungen an Hand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Hierbei zeigt F i
g. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Anordnung, die nach der Erfindung arbeitet,
F i g. 2 eine Kurve, welche gewisse Betriebseigenschaften der Zwischenfrequenzverstärker
der Anordnung nach F i g. 1 symbolisiert, und F i g. 3 eine Reihe von Kurven über
einer gemeinsamen Zeitskala zur Symbolisierung der Betriebseigenschaften der Anordnung
nach F i g. 1.
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Die Anordnung nach F i g.1 enthält einen Sender 1, welcher in vorbestimmten
Zeitintervallen Radarimpulse an die Sendeantenne 2 abgibt. Diese Sendeimpulse sind
durch die Kurve 3 symbolisiert, wobei der Pfeil 4 die Ausbreitungsrichtung von der
Antenne 2 weg symbolisiert. Die Empfangsenergie besteht sowohl aus Energieanteilen
direkt von der Sendeantenne 2 als auch aus Echosignalen, die von der Reflexion der
Sendeimpulse3 an im Ausbreitungsweg befindlichen Zielen herrühren. Die Empfangsenergie
wird durch die Empfangsantenne 5 aufgenommen, wie durch die Kurve 6 symbolisiert
ist, wobei der Pfeil 7 die Ausbreitungsrichtung der in Richtung auf die Antenne
5 reflektierten Energie darstellt. Die Empfangsenergie wird in einem Hochfrequenzverstärker
8 verstärkt und einer Mischstufe 9 zugeführt, wobei die Empfangsenergie mit dem
Ausgangssignal des Lokaloszillators 10 gemischt oder überlagert wird. Das Ausgangssignal
der Mischstufe 9 wird auf vier Zwischenfrequenzverstärker 11 bis 14 gegeben, deren
Eingänge parallel geschaltet sind. Die Ausgangskreise der vier Zwischenfrequenzverstärker
sind gleichfalls in Parallelschaltung mit einem Gleichrichter 15 verbunden. Die
Ausgangsspannung des Gleichrichters wird einem Videoverstärker 16 zugeführt, in
welchem sie verstärkt und von wo sie auf die Ablenkplatten einer Kathodenstrahlanzeigeröhre
17 gegeben wird. Der Sender 1 enthält einen Impulsgenerator, welcher zusätzlich
zur Steuerung der Leistungsstufe des Senders 1 zur Steuerung einer Zeitsteuerstufe
18 dient. Die Stufe 18 gibt Steuersignale für den LokaloszillatorlO und die vier
Zwischenfrequenzverstärker 11 bis 14 ab.
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Die Arbeitsweise der beschriebenen Anordnung nach F i g. 1 wird nunmehr
in Verbindung mit den Kurven nach F i g. 2 und 3 näher erläutert.
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Die Kurven in F i g. 3 sind auf eine gemeinsame Zeitskala bezogen.
Gleichzeitig ist eine Entfernungs-oder Abstandsskala vorgesehen, um den Vergleich
der Zeitpunkte des Auftretens verschiedener Vorfälle mit ihrer Bedeutung bei der
Bestimmung der Entfernung der reflektierenden Objekte zu erleichtern.
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Um die Erklärung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens
zu vereinfachen, sind bestimmte Betriebsfrequenzen in den verschiedenen Teilen der
im Beispiel beschriebenen Anordnung ausgewählt worden; selbstverständlich sind diese
Frequenzen nur als Beispiel angegeben, ohne die Erfindung einzuschränken.
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Die Kurven 30 und 40 in den beiden oberen Reihen der Fig. 3 zeigen
die Amplituden- bzw. Frequenzverläufe der elektromagnetischen Energie der Empfangssignale
an der Empfangsantenne 5. Der rechteckförmige Impuls 31 symbolisiert einen hochfrequenten
Impuls konstanter Amplitude, der infolge direkter Strahlung vom Sender 1 empfangen
ist. Dieser Impuls hat eine zeitliche Dauer von 10 Mikro-
sekunden und eine Frequenz,
die sich während des Intervalls zwischen Impulsbeginn und Ende linear zwischen 220
und 221 MHz ändert, wie durch den Teil 41 der Kurve 40 angedeutet ist. Die rechteckförmigen
Impulse 32 bis 36 symbolisieren Echoimpulse an der Empfangsantenne 5 als Ergebnis
der Reflexion von im Sendeimpuls 31 enthaltener Energie an im Ausbreitungsweg gelegenen
Zielen. Diese Impulse treten zu gegenüber dem Zeitpunkt des Auftretens des Impulses
31 unterschiedlichen Zeiten auf.
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Die Verzögerung zwischen den Anstiegsflanken dieser Impulse und derjenigen
des Impulses 31 ist direkt proportional der Entfernung des reflektierenden Objekts
vom Radarsystem. Die Teile 42 bis 46 der Kurve 40 zeigen die Frequenzänderungen
dieser Impulse in Abhängigkeit von der Zeit. Wie ersichtlich, treten die Impulse
32 und 33 in Zeiten auf, die voneinander getrennt sind, so daß keine Überlappung
der Impulse eintritt. Dies gilt nicht für die Impulse 34 bis 36. Die letzteren Impulse
überlappen sich alle und würden bei einer normalen Radaranzeige kein klares Bild
ergeben. Alle obenerwähnten Impulse werden im Hochfrequenzverstärker 8 verstärkt,
welcher eine genügende Bandbreite besitzt, so daß die Wellenform der Impulse nicht
verändert wird. Das Ausgangs signal des Hochfrequenzverstärkers 8 wird dem einen
Eingang der Mischstufe 9 zugeführt.
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Im Augenblick des Beginns jedes ausgesandten Impulses gibt der Sender
1 ein Signal auf die Zeitsteuereinheit 18, welche wiederum ein Signal auf den LokaloszillatorlO
abgibt. Der Lokaloszillator enthält genaugenommen zwei Schwingkreise, von denen
der eine im Augenblick des Beginns der ausgesandten Impulse in Betrieb gesetzt wird,
und zwar bei einer Anfangsfrequenz von 200 MHz. Diese Frequenz des einen Oszillators
ändert sich in linearer Abhängigkeit von der Zeit innerhalb von 20 Mikro sekunden
bis zu einer Frequenz von 202 MHz. Nach 20 Mikrosekunden schwingt der erste Oszillatorkreis
auf eine Frequenz von 200 MHz zurück und ändert seine Frequenz wiederum in linearer
Abhängigkeit von der Zeit bis zu einer Frequenz von 202 MIlIz innerhalb des Zeitintervalls
von 20 bis 40 Mikrosekunden. Diesen gleichen Zyklus wiederholt der erste Oszillatorkreis
mit einer Periode von 20 Mikrosekunden. Der zweite Oszillatorkreis wird im Zeitpunkt
10 Mikrosekunden bei einer Frequenz von 200 MIlIz in Betrieb gesetzt und ändert
seine Frequenz in analoger Weise von 200 bis 202 MHz in Intervallen von 20 Mikrosekunden.
Der Betrieb des ersten Oszillatorkreises wird durch die Kurve 50, der des zweiten
durch die Kurve 60 symbolisiert.
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Die aus der Mischung der Ausgangssignale des Hochfrequenzverstärkers
8 mit denen des Lokaloszillators 10 in der Mischstufe 9 resultierenden Signale sind
durch Kurve 70 symbolisiert. Der Teil 71 dieser Kurve zeigt die Zwischenfrequenz,
die sich aus der Überlagerung des Impulses 31 mit dem Teil der Kurve 50 des Lokaloszillators
ergibt, der während des Zeitintervalls von 0 bis 10 Mikrosekunden auftritt. Da sowohl
die Impulsfrequenz als auch die Frequenz des Lokaloszillators mit der gleichen Geschwindigkeit
geändert wird, ist ihre Differenzfrequenz konstant und beträgt 20 MHz. Der Teil
72 der Kurve 70 bedeutet die Zwischenfrequenz, die sich aus der Mischung des Impulses
32 mit der Kurve 50 während der Zeit zwischen 27,5 und 37,5 Mikrosekunden ergibt.
In diesem Fall ist die Augenblicksfrequenz
des Lokaloszillators
zum Beginn des Echoimpulses 200,75 MHz und demgemäß die Zwischenfrequenz 19,25 MHz.
In ähnlicher Weise stellen die Teile 73 bis 76 der Kurve 70 zwischenfrequente Signale
dar, welche sich aus der Mischung der Echoimpulse 33 bis 36 mit den entsprechenden
Frequenzen des Lokaloszillators ergeben.
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Zum Zweck der Vereinfachung sind alle obenbeschriebenen Echoimpulse
derart ausgewählt, daß sie zu geradzahlig Vielfachen eines Viertels der 10 Mikrosekunden-Intervalle
auftreten. Dies erleichtert insbesondere die nunmehr folgende Erklärung der Wirkungsweise
der vier Zwischenfrequenzverstärker. Die Zwischenfrequenzverstärker 11 bis 14 sind
relativ schmalbandige Verstärker. Der erste Zwischenfrequenzverstärker 11 ist auf
eine Mittenfrequenz von 20,00MHz abgestimmt. Er hat eine Bandbreite von 0,250 MHz,
so daß er Signale verarbeiten kann, die nach beiden Seiten von seiner Mittenfrequenz
maximal um 0,125 MIlIz abliegen. In ähnlicher Weise sind die Zwischenfrequenzverstärker
12 bis 14 auf die Mittenfrequenz 19,75, 19,50 bzw.
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19,25MHz abgestimmt und haben ähnliche Bandbreiten.
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In Übereinstimmung mit bekannten Prinzipien besitzt ein relativ schmalbandiger
Verstärker seine volle Empfindlichkeit nicht sofort nach Beaufschlagung durch einen
Impuls, sondern benötigt eine begrenzte Zeit, um dessen maximale Amplitude aufzubauen.
Nachdem das Signal beendet ist, braucht ein solcher Verstärker gleichfalls eine
begrenzte Abbauzeit. Dies ist in F i g. 2 gezeigt, in der die Kurve 20 das Verhalten
eines Zwischenfrequenzverstärkers beim Auftreten eines scharfen rechteckförmigen
Impulses zeigt. Der anregende Impuls, der in dem Zeitintervall von 0 bis 10 Mikrosekunden
auftritt, ist durch das schraffierte Rechteck 21 angedeutet. Jeder der Zwischenfrequenzverstärker
11 bis 14 hat in diesem besonderen Ausführungsbeispiel eine derartige Bandbreite
und Einschwingcharakteristik, daß die maximale Empfindlichkeit am Ende eines Signals
mit einer Dauer von 10 Mikrosekunden auftritt.
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Darüber hinaus sind die Verstärker auf Mittenfrequenzen abgestimmt,
die sich, wie bereits erwähnt, um jeweils 250 kHz unterscheiden. Obgleich die Verstärker
immer an die Mischstufe 9 angeschlossen sind, ist normalerweise ihre letzte Verstärkerstufe,
die eine elektronische Entladevorrichtung enthält, abgeschaltet, so daß dem Gleichrichter
kein Signal zugeführt wird.
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Die Zeitsteuerstufe 18, die bei Beginn eines Impulses vom Sender
zu arbeiten beginnt, gibt eine Reihe von rechteckförmigen Torimpulsen auf jeden
der vier Zwischenfrequenzverstärker ab. Diese Impulse treten in Intervallen von
10 Mikrosekunden auf, haben eine Dauer von 2,5 Mikrosekunden und sind gegeneinander
zeitlich um jeweils 2,5 Mikrosekunden versetzt. Die Kurven 80, 90, 100 und 110 in
F i g. 3 zeigen die Torimpulse, die den Zwischenfrequenzverstärkern 11 bis 14 zugeführt
werden.
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In Fig.2 ist der rechteckförmige Teil22 als schraffiertes Rechteck
im Zeitintervall von 10 bis 12,5 Mikrosekunden gezeigt. Es symbolisiert die Torimpulse,
welche einem der Zwischenfrequenzverstärker zugeführt werden. Wie ersichtlich, ermöglichen
die Torimpulse dem Verstärker die Übertragung seiner Energie auf den Gleichrichter
sofort, nachdem der Impuls seine maximale Amplitude erreicht hat.
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Somit dienen die vier Zwischenfrequenzverstärker zur Speicherung der
Information für jeweils 10 Mikrosekunden und zur Abgabe ihrer Information an den
Gleichrichter in Impulsen von 2,5 Mikrosekunden Dauer. Darüber hinaus ist ersichtlich,
daß die Torimpulse für die vier Zwischenfrequenzverstärker derart zeitlich gestaffelt
sind, daß sie sofort nach dem Zeitintervall auftreten, währenddessen ein Echoimpuls
im Empfänger mit der Frequenz des Lokaloszillators überlagert wird, um eine Zwischenfrequenz
zu erzeugen, die innerhalb des Übertragungsbereiches der vier Zwischenfrequenzverstärker
liegt.
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In F i g. 3 symbolisiert die Kurve 120 die vom Gleichrichter aufgenommenen
Signale, die dem Videoverstärker und schließlich der Kathodenstrahlanzeigeröhre
17 zugeführt werden. Der Impuls 121 zeigt das Signal, das durch den Zwischenfrequenzverstärker
11 übertragen wird, wenn der Torimpuls 81 diesem Zwischenfrequenzverstärker die
Signalübertragung des Teiles 71 der Kurve 70 ermöglicht. Die Impulse 122 bis 126
symbolisieren die Anzeigen auf dem Schirm der Kathodenstrahlanzeigeröhre entsprechend
den Echoimpulsen 32 bis 36. Wie ersichtlich, wird die Darstellung der Echoimpulse
auf dem Bildschirm um 10 Mikrosekunden nach Beginn des Empfangs der entsprechenden
Echoimpulse am Empfänger verzögert. Darüber hinaus ist ersichtlich, daß die Anzeigen
der Echoimpulse auf dem Bildschirm eine Länge oder zeitliche Dauer von 2,5 Mikrosekunden
besitzen und nicht 10 Mikrosekunden wie die originalen Impulse. Dies erlaubt die
Unterscheidung bzw. Trennung sich überlappender Echoimpulse, wie beispielsweise
die Trennung der Impulse 34 bis 36, wie durch die entsprechenden Anzeigeimpulse
124 bis 126 angedeutet ist.
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Obgleich die Echoimpulse als solche gezeigt sind, die zu geradzahlig
Vielfachen von einem Viertel der 10 Mikrosekunden-Intervalle auftreten, können sie
in der Praxis zu jeder beliebigen Zeit auftreten. Jedoch resultiert diese Vereinfachung
in der Trennung von Signalen zwischen zwei der Zwischenfrequenzverstärker. Dies
kann eine Ausbreitung der Signale auf einer Zeitbasis bewirken. Jedoch kann dies
leicht in jedem gewünschten Maße dadurch korrigiert werden, daß eine größere Anzahl
von Zwischenfrequenzverstärkern vorgesehen wird, welchen Torimpulse in entsprechend
kürzeren Zeitintervallen zugeführt u erden.
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Die Erfindung kombiniert damit gewisse Vorteile sowohl des Impulsradarverfahrens
als auch des frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarverfahrens und betrifft ein Radarverfahren,
welches die gleiche Zielauflösung wie ein Impulsradarverfahren besitzt, jedoch eine
Spitzenleistung benötigt, die - im Beispiel um den Faktor 4 - vermindert ist. Darüber
hinaus ist das erfindungsgemäße Radarverfahren viel weniger störanfällig gegen von
anderen Radarsystemen empfangene Impulse, weil seine Arbeitsfrequenz beständig über
einen weiten Arbeitsbereich geändert wird, was für militärische Radaranlagen im
Hinblick auf mögliche Feindstörungen vorteilhaft ist.
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Obwohl im Ausführungsbeispiel der Erfindung nur vier Zwischenfrequenzverstärker
vorgesehen sind, kann selbstverständlich eine wesentlich größere Anzahl derartiger
Verstärker vorgesehen werden, was eine entsprechende Vergrößerung der maximal möglichen
Impulslänge ohne Einbuße hinsichtlich der Zielauflösung des Radarverfahrens mit
sich bringt.