DE1213495B

DE1213495B - Anordnung zur Beseitigung der Echos ortsfester Objekte in einem Impulsradargeraet

Info

Publication number: DE1213495B
Application number: DEC29330A
Authority: DE
Inventors: Guy Le Parquier; Henri Poinsard; Robert Ducrotoy
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1962-03-09
Filing date: 1963-03-08
Publication date: 1966-03-31
Also published as: US3195128A; GB1038104A; NL289965A; FR1360159A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIs

Deutsche KL: 21 a4- 48/63

Nummer: 1213 495

Aktenzeichen: C 29330IX d/21 a4

Anmeldetag: 8. März 1963

Auslegetag: 31. März 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Beseitigung der Echos ortsfester Objekte in einem mit einem Fahrzeug bewegten Impulsradargerät, mit einem Haupteingang, welchem die hoch- oder zwischenfrequenten Echoimpulse zugeführt werden, einem kohärenten Oszillator, der einen Phasensteuereingang aufweist und eine Bezugsphase liefert, und einer Anordnung mit zwei Eingängen, die ein elektrisches Signal abgibt, das von der Phasendifferenz zwischen ihren Eingangsschwingungen abhängt, wovon der eine Eingang mit dem Haupteingang und der andere Eingang mit dem Ausgang des kohärenten Oszillators verbunden ist, sowie mit einer Vergleichsanordnung, welche diejenigen von der Anordnung mit zwei Eingängen gelieferten elekirischen Signale, welche voneinander um Zeitintervalle T getrennt sind, die gleich der Folgeperiode der Sendeimpulse sind, miteinander vergleicht und bei Ungleichheit ein Videosignal abgibt, wobei die Vergleichsanordnung einen Kanal enthält, der die Verzögerung T erzeugt.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung dieser Art, die für mit einem Fahrzeug bewegte Impulsradargeräte geeignet ist und den Vorteil aufweist, daß die folgenden, bei bekannten An-Ordnungen dieser Art zur Kompensation des von der Eigengeschwindigkeit des Radargeräts hervorgerufenen Dopplereffekts erforderlichen Schaltungen entfallen:

1. ein stabilisierter Überlagerungsoszillator;

2. ein kohärenter Oszillator mit guter Stabilität;

3. ein Oszillator, dessen Frequenz den Dopplereffekt m der Meßrichtung darstellt, wobei sich diese Richtung natürlich in Abhängigkeit von der Abtastbewegung der Antenne ändert.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Phasensteuereingang des kohärenten Oszillators mit dem Ausgang einer Verzögerungsanordnung verbunden ist, deren Eingang an den Haupteingang angeschlossen ist und die eine Verzögerung hervorruft, welche gleich der Dauer eines Sendeimpulses oder nur wenig größer als diese Dauer ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß bei Zuführung zwischenfrequenter Impulse am Haupteingang die Anordnung mit zwei Eingängen aus einer Additionsschaltung besteht, an deren Ausgang ein erster Detektor direkt und ein zweiter Detektor an den Ausgang des Verzögerungskanals, der die Verzögerung T erzeugt, ange- schlossen ist.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung Anordnung zur Beseitigung der Echos ortsfester
Objekte in einem Impulsradargerät

Anmelder:

CSF-Compagnie Generale de Telegraphie

sans FiI, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Guy Ie Parquier,
Henri Poinsard,
Robert Ducrotoy, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 9. März 1962 (890 514)

dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung und

F i g. 2 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 1 zeigt den Eingang 1 der Anordnung zur Beseitigung der Echos von ortsfesten Zielen, die zur Abkürzung entsprechend dem üblichen Sprachgebrauch nachstehend als »Festzielechos« bezeichnet werden, obgleich dieser Ausdruck im Falle eines beweglichen Radargeräts unrichtig ist.

Dem Eingang 1 werden die empfangenen hoch- oder zwischenfrequenten Echoimpulse vor der Demodulation zugeführt.

Dieser Eingang 1 ist in erster Linie mit dem ersten Eingang einer Anordnung 2 verbunden, die ein elektrisches Signal liefert, das von der Phasenverschiebung zwischen ihren beiden Eingangssignalen abhängt. Als Beispiel sei angenommen, daß die Anordnung 2 ein Amplituden-Phasen-Detektor ist.

Der Eingang 1 speist andererseits eine Verzögerungsanordnung 3, die den zugeführten, beispielsweise zwischenfrequenten Echoimpulsen erne Verzögerung ίο erteilt, die geringfügig größer als die Dauer eines Sendeimpulses ist. Der Ausgang der

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Verzögerungsanordnung 3 ist an eine Elektrode eines von dem Radargerät sich während des Zeitinter-

kohärenten Oszillators 4 angeschlossen, der auf der välls T so wenig ändert, daß die von einem gleichen

Zwischenfrequenz arbeitet, so daß dieser Oszillator Ziel auf Grund von zwei aufeinanderfolgenden

aufeinanderfolgend durch jeden Echoimpuls, der ihm Sendeimpulsen zurückgeworfenen Echoimpulse einer-

über die Verzögerungsanordnung zugeführt wird, 5 seits mit annähernd gleichen Amplituden und ande-

phasensynchronisiert wird. rerseits mit annähernd gleichen Verzögerungen /

Der Ausgang des Oszillators 4 ist mit dem zweiten gegen die entsprechenden Sendeimpulse empfangen

Eingang des Detektors 2 verbunden. werden. Dies bedeutet also, daß die Subtraktions-

Da die vom Oszillator 4 gelieferte Schwingung eine und Gleichrichterschaltung 6 gleichzeitig das zuvor

konstante Amplitude hat, erhält man am Ausgang io definierte Signal Sn und das der vorangehenden

des Detektors 2 im Zeitpunkt tn für jeden in diesem Radarperiode entsprechende Signal S'n empfängt,

Zeitpunkt tn von einem Ziel On empfangenen Echo- während die Phasenverschiebung zwischen den von

impulsen ein AusgangssignalSn, das von der Am- den gleichen ZielenO(n—l) und On zurückgewor-

plitude des Impulses En und der Phasenverschie- fenen Echosignalen E'(n~l) und E'η einen Wert?'

bung P zwischen diesem Echoimpuls und der gleich- 15 hatte. Die beiden Signale Sn und S'n sind also im

zeitig dem zweiten Eingang zugeführten kohärenten wesentlichen identisch für P = P', während sie im

Schwingung abhängt. Infolge der durch die Verzöge- entgegengesetzten Fall verschieden sind,

rungsanordnung 3 erteilten Verzögerung to ist diese Die Anordnung 6 liefert also im Zeitpunkt tn ein

Schwingung im Zeitpunkt tn noch mit dem voran- elektrisches Signal Un, das für P = P' den Wert Null

gehendenEchoimpulsis (n— 1) phasensynchronisiert, 20 hat, während es im entgegengesetzten Fall von Null

das von einem näheren Ziel 0 (rc—1) zurückgewor- verschieden ist und eine konstante Polarität hat.

fen wurde. Die Phasenverschiebung ρ ist also nichts- Eine einfache Rechnung zeigt, daß P-P' eine

anderes als die Phasenverschiebung zwischen den lineare Funktion der Differenz Vn- V (rc—1) zwi-

Zwischenfrequenzschwingungen, welche die Echo- sehen den relativen Radialgeschwindigkeiten Vn und

impulses« und E(n— 1) bilden. 25 V(n—1) des Radargeräts in bezug auf die Ziele On

Das Ausgangssignal des Detektors 2 wird dem bzw. O (rc—1) ist:

einen Eingang einer Vergleichsanordnung6 direkt P — P'— K\Vn—V(n—1)]
und dem anderen Eingang über eine Verzögerungs- '
anordnung 5 zugeführt; die Verzögerungsanordnung worin K eine Konstante ist, die nur von den Eigenerteilt ihren Eingangssignalen eine Verzögerung, die 30 schäften des Radargeräts abhängt,
gleich der Periode T (Intervall zwischen zwei Sende- Wenn En und E(n—1) die Echos zweier ortsimpulsen) des Radargeräts ist. fester Ziele sind, kann man also schreiben:

Wenn die Anordnung 2 ein Amplituden-Phasen- P-F = KV [cos An - cos A(n- I)],
Detektor ist, kann die Anordnung 6 aus einer Videofrequenz-Subtraktionsschaltung bestehen, der ein 35 worin F die Eigengeschwindigkeit des Radargeräts Zweiwegegleichrichter nachgeschaltet ist, der den ist, während An und A(n—1) die Winkel sind, Ausgangssignalen eine einzige Polarität erteilt. welche der Vektor R der Eigengeschwindigkeit des

Wie bei allen herkömmlichen Anordnungen zur Radargeräts mit den Radiusvektoren ROn bzw. Beseitigung von Festzielechos kann von der Annahme RO (n— 1) bildet. Dies läßt sich auch folgenderausgegangen werden, daß die Entfernung eines Ziels 40 maßen schreiben:

P-P' =

_sin J

Wenn also On und O(n—1) zwei ortsfeste Ziele Die Anordnung wird im allgemeinen weniger wirksind, haben P — P' und dementsprechend Un im sam, wenn die ortsfesten Ziele sich unter Abnahme wesentlichen den Wert Null: der Länge verteilen; in diesem Fall sind sie im übri-

a) wenn An — A (rc—1) im wesentlichen den Wert 50 gen für die Bedienungsperson nicht sehr störend.
Null hat, wenn also On und O (rc— 1) im Ver- Grundsätzlich bleibt andererseits das erste Festhältnis zu ihrer Entfernung vom Radargerät so zielecho bestehen, das auf Grund eines Sendenahe beieinander liegen, daß die Geraden ROn impulses empfangen wird, da der kohärente Oszil- und RO (n—1) praktisch zusammenfallen. Die- lator zuvor keinen gültigen Bezugswert speichern ser Fall ermöglicht insbesondere die Beseitigung 55 konnte. Im Falle eines »langen Echos« bleibt prakvon »langen Echos«, d. h. von Echos, die lan- tisch nur das erste Elementarecho bestehen.

ger als eine Impulsbreite sind und als eine Folge Andererseits erscheint das erste Festziel-Elemen-

von Elementarechos angesehen werden können, tarecho, das dem Echo eines bewegten Ziels folgt,

die von nebeneinanderliegenden Zielen korn- selbst wie ein Echo eines bewegten Ziels,

men, insbesondere Bodenechogruppen; 60 Wie bei allen bekannten Anordnungen können

b) wenn An und A(n—1) beide klein sind. Dieser natürlich die zum ersten Mal vom Radargerät erFall ermöglicht insbesondere die Beseitigung faßten Ziele nicht unmittelbar der Echobeseitigung von Echos, die von Wolken stammen, welche unterworfen werden; femer verfälschen diese Ziele in verschiedenen Entfernungen in der Umgebung kurzzeitig den Beseitigungsvorgang bei dem Ziel, der Flugzeugachse liegen, sowie beim Tiefflug 65 welches das folgende Echo hervorruft.

die Beseitigung der meisten Bodenechos, welche Die Echos bewegter Objekte rufen normalerweise

von zerstreuten oder beieinanderliegenden Zie- ein von Null verschiedenes Signal Un hervor, außer

len stammen. in sehr seltenen Fällen, die den sogenannten »Winden«

Geschwindigkeiten bei den herkömmlichen Anordnungen vergleichbar sind, bei denen Vn- V {n—l) einen solchen Wert hat, daß P-P' den Wert Null hat oder ein Vielfaches von 2 π beträgt.

Andrerseits ergibt die Anordnung den Vorteil, daß sie normal arbeitet, wenn überhaupt keine Festzielechos, vorhanden sind.

Bei der Anordnung von Fig. 1 ist das am Ausgang 7 der Anordnung 6 erscheinende demodulierte Signal U ein Videosignal, das bei einem Festzielecho in der Mehrzahl der Fälle ganz oder nahezu den Wert Null hat, während es bei einem Echo, das von einem bewegten Ziel stammt, von Null verschieden ist. Dieses Signal kann also der Anzeigeeinrichtung zugeführt werden.

F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild einer nach der Erfindung ausgeführten Anordnung zur Beseitigung von Festzielechos, in welcher der kohärente Oszillator und die beiden Verzögerungsanordnungen auf der Zwischenfrequenz arbeiten.

Bei dieser Anordnung ist eine Antenne 11, die eine herkömmliche Antenne oder der Summenkanal eines Monopuls-Radargeräts sein kann, mit einer Sende-Empfangs-Weiche 12 verbunden, welche die von einem Sender 13 gelieferten Impulse zur Antenne überträgt und die von der Antenne aufgenommenen Echoimpulse einer Mischstufe 14 zuführt. Die Echoimpulse werden in der Mischstufe 14, die an einen Überlagerungsoszillator 15 angeschlossen ist, auf die Zwischenfrequenz umgesetzt und dann in einem Zwischenfrequenzverstärker 16, der vorzugsweise ein Begrenzerverstärker ist, verstärkt.

Der Ausgang des Verstärkers 16 speist den ersten Eingang einer Additionsschaltung 17 sowie eine Verzögerungsschaltung 18, beispielsweise eine einfache elektrische Verzögerungsleitung, welche den Zwischenfrequenz-Echoimpulsen die zuvor erwähnte Verzögerung to erteilt. Der Ausgang der Verzögerungsleitung 18 ist mit einer Elektrode eines Oszillators 19 verbunden, der auf der Zwischenfrequenz arbeitet, wodurch erreicht wird, daß der Oszillator nacheinander mit jedem um die Zeit to verzögerten Echoimpuls phasensynchronisiert wird. Der Ausgang des Oszillators 19 ist mit dem zweiten Eingang der Additionsschaltung 17 verbunden, welche die ihren beiden Eingängen zugeführten Signale addiert. Man erhält also am Ausgang der Additionsschaltung 17 in dem Augenblick, in welchem an ihrem ersten Eingang ein nichtverzögertes Echosignal erscheint, einen Impuls, welcher die Summe dieses Echoimpulses und der gleichzeitig bestehenden kohärenten Schwingung darstellt und dessen Amplitude von der Phasenverschiebung P abhängt; wenn dagegen am ersten Eingang der Additionsschaltung kein Impuls vorhanden ist, entspricht das Ausgangssignal allein der kohärenten Schwingung, die ein falsches Signal darstellt, das anschließend beseitigt wird.

Bei dieser Ausführungsform ist also das Ausgangssignal der Anordnung, welches von den beiden vom Zwischenfrequenzverstärker kommenden Kanälen gespeist wird, wiederum ein Zwischenfrequenzsignal, und dieses Signal wird um die Zeit T verzögert.

Das Ausgangssignal der Additionsschaltung 17 wird einem Detektor 20 und parallel dazu einem Zwischenfrequenzverstärker 21 zugeführt. Der Ausgang dieses Verstärkers ist mit dem Eingang einer Verzögerungsanordnung 22 verbunden, die hier eine Ultraschalleitung ist, welche ihren Eingangssignalen die Verzögerung T erteilt. Der Ausgang der Verzögerungsleitung 22 speist einen Zwischenfrequenzverstärker 23, dessen Ausgangssignal in einem Detektor

24 demoduliert wird.

Die Ausgänge der Detektoren 20 und 24 liefern Signale, die den Signalen entsprechen, welche entstünden, wenn für die Schaltung 17 an Stelle einer einfachen Additionsschaltung ein Amplituden-Phasen-Detektor verwendet würde. Diese Signale werden den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers

25 zugeführt, der ein Signal abgibt, dessen Pegel der der Differenz zwischen seinen aus der Demodulation von Sn und S'n erhaltenen Eingangssignalen proportional ist. Gleichzeitig werden die »falschen Signale« beseitigt, welche allein der kohärenten Schwingung entsprechen. Der Ausgang des Verstärkers 25 liefert also Videosignale, die jedoch eine positive oder eine negative Polarität haben können. Deshalb werden diese Ausgangssignale parallel zwei Verstärkern 26 und 27 mit dem Verstärkungsfaktor +1 bzw. — 1 zugeführt, deren Ausgänge mit den Anoden von zwei Gleichrichterschaltungen 28 und 29 verbunden sind. Ein positiver Impuls geht also über den Kanal 26-28 und ein negativer Impuls über den Kanal 27-29. Die Ausgangssignale der Gleichrichter 28 und

29 werden in einer Additionsschaltung 30 addiert, deren Ausgang mit einem Anzeigegerät 31 verbunden ist.

Der Betrieb der Anordnung macht es jedoch erforderlich, daß die Verstärkung auf dem die Verzögerung T hervorrufenden Kanal den Wert 1 hat, damit das vom Verstärker 25 gelieferte Differenzsignal nicht verfälscht wird. Zu diesem Zweck ist der Verstärker 23 in dem die Verzögerung T hervorrufenden Kanal mit einer automatischen Verstärkungsregelung ausgestattet, welche in folgender Weise arbeitet: Die von den Detektoren 20 und 24 gelieferten Videosignale gleicher Polarität gehen über zwei gleichartige Filter 32 und 33 mit großer Zeitkonstante, beispielsweise in der Größenordnung von 1 bis 2 Sekunden, welche zwei Gleichspannungen abgeben, die den Mittelwert der Signale der beiden Kanäle darstellen. Eine an die Filter 32 und 33 angeschlossene Subtraktionsschaltung 34 bildet ein Signal, das der Differenz zwischen den beiden Gleichspannungen entspricht, und dieses Differenzsignal wird nach entsprechender Verstärkung im Verstärker 35 dem Verstärker 23 zugeführt, dessen Verstärkung es derart regelt, daß das Differenzsignal auf einen vernachlässigbaren Pegel herabgesetzt wird.

Zur Gewährleistung der Konstanz der Gleichheit zwischen der von der Verzögerungsleitung 22 erzeugten Verzögerung T und der Periode des Radargeräts wird die folgende Anordnung verwendet:

Ein Hilfsoszillator 38 schwingt auf einer Frequenz, die so nahe bei der Zwischenfrequenz des Empfängers liegt, daß sie in der Bandbreite des verzögerten Kanals enthalten ist, die jedoch andrerseits davon genügend verschieden ist, daß sie durch Ausfiltern von den über den gleichen Kanal gehenden Zwischenfrequenzsignalen getrennt werden kann. Wenn beispielsweise die Zwischenfrequenz des Empfängers

30 MHz beträgt, kann der Oszillator 38 die Frequenz 35 MHz haben.

Der Ausgang des Oszillators 38 ist mit dem Signaleingang einer Torschaltung 37 verbunden, welche an ihrem Steuereingang durch Impulse entsperrt wird, die von einem Impulsgenerator 36 geliefert

werden. Der so aus der Schwingung des Oszillators 38 ausgeblendete Impuls wird vom Ausgang der Torschaltung 37 einem Eingang des Zwischenfrequenzverstärkers 21 zugeführt. Er wird vom Ausgang des Verstärkers 23 mittels eines Filters 39 abgenommen, das parallel zu dem Detektor 24 angeschlossen ist. Nach Gleichrichtung in einem an den Ausgang des Filters 39 angeschlossenen Detektor 40 steuert dieser Impuls die Erzeugung eines Impulses im Generator 36. Der Generator 36 besitzt einen zweiten Ausgang, der mit dem Sender verbunden ist und die Erzeugung der Sendeimpulse auslöst. Die Folgeperiode des Radargeräts ist somit automatisch mit der Verzögerung des verzögernden Kanals synchronisiert.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt; insbesondere können alle Möglichkeiten hinsichtlich der Wahl der Frequenzen sowie der Arbeitsweise des kohärenten Oszillators und der die Verzögerung T erzeugenden Verzögerungsanordnung angewendet werden, die bei sonstigen Anordnungen zur Beseitigung von Festzielechos üblich sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Beseitigung der Echos ortsfester Objekte in einem mit einem Fahrzeug bewegten Impulsradargerät, mit einem Haupteingang, welchem die hoch- oder zwischenfrequenten Echoimpulse zugeführt werden, einem kohärenten Oszillator, der einen Phasensteuereingang aufweist und eine Bezugsphase liefert, und einer Anordnung mit zwei Eingängen, die ein elektrisches Signal abgibt, das von der Phasendifferenz zwischen ihren Eingangsschwingungen abhängt, wovon der eine Eingang mit dem Haupteingang und der andere Eingang mit dem Ausgang des kohärenten Oszillators verbunden ist, sowie mit einer Vergleichsanordnung, welche diejenigen von der Anordnung mit zwei Eingängen gelieferten elektrischen Signale, welche voneinander um Zeitintervalle Γ getrennt sind, die gleich der Folgeperiode der Sendeimpulse sind, ' miteinander vergleicht und bei Ungleichheit ein Videosignal abgibt, wobei die Vergleichsanordnung einen Kanal enthält, der die Verzögerung T erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasensteuereingang des kohärenten Oszillators mit dem Ausgang einer Verzögerungsanordnung verbunden ist, deren Eingang an den Häupteingang angeschlossen ist und die eine Verzögerung hervorruft, welche gleich der Dauer eines Sendeimpulses oder nur wenig größer als diese Dauer ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zuführung zwischenfrequenter Impulse am Haupteingang die Anordnung mit zwei Eingängen aus einer Additionsschaltung besteht, an deren Ausgang ein erster Detektor direkt und ein zweiter Detektor an den Ausgang des Verzögerungskanals, der die Verzögerung T erzeugt, angeschlossen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgeperiode der Sendeimpulse des Radargeräts der Verzögerung des Verzögerungskanals durch eine Nachlaufregelanordnung nachgeregelt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Oszillator, dessen Frequenz von der Frequenz der Ausgangssignale der Anordnung mit zwei Eingängen verschieden ist, eine Torschaltung, deren Signaleingang an den Ausgang des Oszillators angeschlossen ist und deren Ausgang mit dem Eingang des Verzögerungskanals verbunden ist, ein Filter, das an den Ausgang des Verzögerungskanals angeschlossen und auf die Frequenz des Oszillators abgestimmt ist, und durch einen Impulsgenerator, der durch die Ausgangsimpulse des Filters ausgelöst wird, dessen Ausgangsimpulse dem Steuereingang der Torschaltung zugeführt werden und der gleichzeitig als Sendeimpulsgenerator dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1071781;
USA.-Patentschrift Nr. 2 754 506.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen