DE1237187B - Impulsradarempfaenger mit zwei Kanaelen zur Beseitigung von unerwuenschten Empfangssignalen - Google Patents

Impulsradarempfaenger mit zwei Kanaelen zur Beseitigung von unerwuenschten Empfangssignalen

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DE1237187B DEC25211A DEC0025211A DE1237187B DE 1237187 B DE1237187 B DE 1237187B DE C25211 A DEC25211 A DE C25211A DE C0025211 A DEC0025211 A DE C0025211A DE 1237187 B DE1237187 B DE 1237187B
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Guy Le Parquier
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Thales SA
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CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
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Description

DEUTSCHES PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
DeutscheKl.: 21 a4-48/63
Nummer: 1 237 187
Aktenzeichen: C 25211IX d/21 a4
1237 187 Anmeldetag: 6. Oktober 1961
Auslegetag: 23. März 1967
Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsradarempfänger, der zur Beseitigung von solchen unerwünschten Empfangssignalen, insbesondere Störsignalen, welche sich relativ zur Sendeimpulsfolgefrequenz nur langsam ändern, zwei Kanäle aufweist, denen unterschiedliche Antennenspannungen zugeführt werden, mit einer Regelanordnung, welche auf wenigstens einen der beiden Kanäle derart einwirkt, daß sie die Ausgangsspannungen der beiden Kanäle einander gleichzumachen sucht, wobei jedoch die Trägheit der Regelanordnung im Vergleich zur Dauer und Folgeperiode der Sendeimpulse relativ groß ist, so daß sie nur die von den langsamen Amplitudenschwankungen der zu beseitigenden Signale stammenden Unterschiede der Eingangsspannungen der beiden Kanäle kompensiert, und mit einer Anordnung, welche die Differenz der Ausgangsspannungen der beiden Kanäle bildet und dem Auswerteorgan zuführt.
Bei bekannten Empfängern dieser Art ist der eine Kanal an die Hauptantenne angeschlossen, die im allgemeinen ein Strahlungsmaximum in der Richtung der Antennenachse aufweist, und der andere Kanal ist an eine Hilfsantenne angeschlossen, die richtwirkungsfrei ist. Diese Empfänger arbeiten jedoch nur dann befriedigend, wenn die Richtung der Störsignalquelle ausreichend weit von der Richtung des die Echoimpulse reflektierenden Ziels abliegt, weil sich sonst die von den Störsignalen ausgelöste Regelung auch sehr stark auf die Echoimpulse auswirkt.
Wenn an Stelle einer richtwirkungsfreien Hilfsantenne eine Hilfsantenne verwendet wird, die in der Richtung der Achse der Hauptantenne ein Strahlungsminimum aufweist, können auch noch Echoimpulse aus einer Zielrichtung ausgewertet werden, die wesentlich näher bei der Richtung der Störsignalquelle liegt. Es besteht aber dann die Schwierigkeit, daß zwei Richtantennen benötigt werden, die streng synchron miteinander so bewegt werden müssen, daß stets die Richtung des Strahlungsmaximums der einen Antenne mit der Richtung des Strahlungsminimums der anderen Antenne zusammenfällt. Da ferner die Trennschärfe der Anordnung im wesentlichen von der Schärfe des Strahlungsminimums der Hilfsantenne abhängt, muß diese für eine gute Trennschärfe entsprechend aufwendig sein.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Impulsradarempfänger der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß ohne Verwendung einer Hilfsantenne mit ausgeprägtem Strahlungsminimum Ziele festgestellt werden können, deren Richtung sehr nahe bei der Richtung der Störsignalquelle liegt.
Impulsradarempfänger mit zwei Kanälen zur
Beseitigung von unerwünschten Empfangssignalen
Anmelder:
Compagnie Generale de Telegraphic sans Fil,
Paris
Vertreter:
Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. G. Hauser,
Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19
Als Erfinder benannt:
Guy Le Parquier, Paris
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 10. Oktober 1960 (840 705)
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Eingang des einen Kanals an den Summenausgang und der Eingang des anderen Kanals an den Differenzausgang der Kopplungseinrichtung eines an sich bekannten, für das Summe-Differenz-Verfahren geeigneten Antennensystems angeschlossen sind.
Nach dem Summe-Differenz-Verfahren arbeitende Antennensysteme sind zur Winkelortung allgemein bekannt. Sie enthalten im allgemeinen zwei Antennenabschnitte mit gleichen, aber gegenseitig versetzten Strahlungsdiagrammen, und eine Anordnung, die aus den Ausgangsspannungen der beiden Abschnitte einerseits die Summe und andererseits die Differenz bildet. Bei der üblichen Verwendung dieser Antennensysteme wird das Verhältnis der am Summenausgang und am Differenzausgang erhaltenen Spannungen ermittelt, das ein Maß für die Winkelablage des Ziels in bezug auf die Antennenachse bildet.
Es ist auch bereits bekannt, solche Antennensysteme so zu verwenden, daß die Differenz der Ausgangsspannungen zweier die Summe und Differenz der Empfangssignale verarbeitenden Kanäle gebildet und diese Differenz statt zur Richtungsbestimmung lediglich zur besseren Trennung nahe benachbarter Objekte verwendet wird. Dies geschieht
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mit Hilfe einer Regelanordnung, die eine Normalisierung der Summe und Differenz bei gleichbleibendem Quotienten bewirkt.
Bei der Erfindung wird ein solches an sich bekanntes und meist ohne weiteres verfügbares Antennensystem in anderer Weise ausgenutzt. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß die am Summenausgang erhaltene Spannung der Spannung einer Richtantenne mit einem Strahlungsmaximum in der Richtung der Antennenachse und die am Differenzausgang erhaltene Spannung der Spannung einer Antenne mit einem ausgeprägten Strahlungsminimum in der gleichen Richtung äquivalent sind. Da erfindungsgemäß die beiden Kanäle des Empfängers an diese beiden Ausgänge angeschlossen werden, wird die gleiche Wirkung erhalten wie mit zwei Richtantennen mit den angegebenen Strahlungsdiagrammen. Die Erfindung ermöglicht daher mit geringem Aufwand die Feststellung von Zielen, deren Richtung sehr nahe bei der Richtung einer Störsignalquelle liegt, deren Wirkung durch die Regelanordnung unterdrückt wird.
Eine Auswertung von Echoimpulsen ist natürlich nicht mehr möglich, wenn die Richtung des Ziels genau mit der Richtung der Störsignalquelle zusammenfällt, doch gilt dies für alle Störunterdrückungsanordnungen dieser Art.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt
F i g. 1 das Blockschaltbild einer Ausführungsform des Impulsradarempfängers nach der Erfindung und
F i g. 2 bis 5 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung von F i g. 1.
Bei der Schaltung von F i g. 1 sind die beiden Antennenabschnitte 61 und 62 eines für das Summe-Differenz-Verfahren ausgebildeten Antennensystems mit einer Schaltung 63 verbunden, die an ihrem Ausgang 65 die Summenspannung und an ihrem Ausgang 66 die Differenzspannung für die ihren beiden Eingängen zugeführten Spannungen abgibt. Diese Ausgänge entsprechen also dem Summenausgang bzw. dem Differenzausgang eines nach dem Summe-Differenz-Verfahren arbeitenden Radargeräts.
Der Ausgang 65 speist über eine Sende-Empfangs-Weiche 17 ein Dämpfungsglied 21, dessen Dämpfung unter der Wirkung einer seinem Steuereingang zugeführten Steuerspannung einstellbar ist, und der Ausgang 66 speist über eine Sende-Empfangs-Schutzröhre 64 ein Dämpfungsglied 41, das von gleicher Art wie das Dämpfungsglied 21 ist. Beim Senden verteilt sich bekanntlich die von dem Sender 16 gelieferte Energie gleichmäßig auf die beiden Antennenabschnitte 61 und 62.
Den Dämpfungsgliedern 21 und 41 ist jeweils ein einstellbarer Phasenschieber 22 bzw. 42 nachgeschaltet. Diese Phasenschieber sind einander gleich, und ihre Phasenverschiebung ist unter der Wirkung von ihren Steuereingängen zugeführten Steuerspannungen nach Größe und Vorzeichen einstellbar. Mit den Steuereingängen der Dämpfungsglieder 21 und 41 sind die beiden Ausgänge eines Verstärkers 43 verbunden, der Spannungen entgegengesetzter Polarität oder zumindest sich gegensinnig ändernde Spannungen abgibt. Die beiden Ausgänge eines Verstärkers 44 gleicher Art sind mit den beiden Steuereingängen der Phasenschieber 22 und 42 verbunden.
Die Dämpfungsglieder 21 und 41 und die Phasenschieber 22 und 42 bilden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Ausgleichsanordnung; sie
können beispielsweise aus an sich bekannten Ferritanordnungen bestehen.
Die Ausgänge der Phasenschieber 22 und 42 sind mit den beiden Eingängen einer Höchstfrequenzkopplungsanordnung 23 bekannter Art verbunden, die beispielsweise aus einem Kopplungsring besteht. Diese liefert an ihren Ausgängen 33 und 34 die Summe bzw. die Differenz der ihren beiden Eingängen zugeführten Spannungen.
Der Ausgang 33 ist mit einem Frequenzumsezter 26 verbunden, auf den ein Verstärker 27 folgt, und der Ausgang 34 ist mit einem Frequenzumsetzer 25 verbunden, auf den ein Verstärker 28 folgt. Die Frequenzumsetzer 25 und 26 werden von dem gleichen Überlagerungsoszillator 24 gespeist.
Der Ausgang 5 des Verstärkers 27 ist mit den ersten Eingängen von zwei gleichen Amplituden-Phasen-Detektoren 29 und 30 bekannter Art verbunden, die jeweils an ihrem Ausgang eine Gleichspannung liefern, die dem Produkt der Amplituden ihrer beiden Eingangsspannungen und des Cosinus ihrer gegenseitigen Phasenverschiebung proportional ist.
Der Ausgang 6 des Verstärkers 28 ist mit dem zweiten Eingang des Amplituden-Phasen-Detektors 29 direkt und mit dem zweiten Eingang des Amplituden-Phasen-Detektors 30 über einen ^-Phasenschieber 31 verbunden.
Die Ausgänge der Amplituden-Phasen-Detektoren 29 und 30 sind mit den beiden Eingängen eines Fehlerverteilers 32 verbunden, dessen beide Ausgänge mit dem Eingang des Verstärkers 43 bzw. mit dem Eingang des Verstärkers 44 verbunden sind.
Die Ausgangssignale der Verstärker 43 und 44 werden den Dämpfungsgliedern 21, 41 bzw. den Phasenschiebern 22, 42 derart zugeführt, daß die Dämpfung in dem einen Kanal zunimmt, wenn sie im anderen Kanal abnimmt oder festbleibt, und umgekehrt, und daß die algebraische Phasenverschiebung in dem einen Kanal zunimmt, wenn sie in dem anderen Kanal abnimmt, und umgekehrt.
Der Fehlerverteiler 32 besteht bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem elektromagnetischen Koordinatenumsetzer zur Umwandlung von kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten. Der x-Eingang dieses Umsetzers ist an den Amplituden-Phasen-Detektor 29 angeschlossen, während der y-Eingang mit dem Amplituden-Phasen-Detektor 30 verbunden ist.
In an sich bekannter Weise sind die Verstärker eingefügt, die notwendig sind, um die entsprechende Rückkopplungsverstärkung zu erhalten. Der ρ-Ausgang des Koordinatenumsetzers ist mit dem Eingang des Verstärkers 43 verbunden, während sein ©-Ausgang mit dem Eingang des Verstärkers 44 verbunden ist.
Bei dieser Ausführungsform genügt normalerweise die Trägheit des elektromechanischen Systems zur Erzielung der für den Betrieb erforderlichen oberen Begrenzung der Frequenzbänder der dem Dämpfungsglied und dem Phasenschieber zugeführten Fehlerspannungen. Es ist nämlich erforderlich, daß diese Fehlerspannungen den Schwankungen der Eingangsspannungen des Systems folgen können, wenn diese Schwankungen durch den Einfluß der Drehung der Hauptantenne auf den Pegel der beispielsweise von einem Störsender kommenden und von der Antenne aufgenommenen Störsignale hervorgerufen werden, aber nicht, wenn sie von dem Empfang der
von einem Ziel zurückgeworfenen kurzen Radarimpulse stammen.
Das Frequenzband der Fehlerspannungen muß über dem Bereich liegen, der erforderlich ist, um diese Schwankungen im ersten Fall wiederzugeben (beispielsweise einige 10 Hz), aber unter dem Bereich, der notwendig ist, um sie im zweiten Fall wiederzugeben (beispielsweise einige 100 kHz). Die obere Grenze der Frequenzbänder der Fehlerspannungen muß zwischen diesen beiden Werten liegen; man kann für die als Beispiel angegebenen Werte hierfür beispeilsweise einige 100 Hz wählen.
Der elektromagnetische Koordinatenumsetzer kann also durch eine gleichwertige elektronische Anordnung ersetzt werden, vorausgesetzt, daß entweder an seinen beiden Eingängen oder an seinen beiden Ausgängen Tiefpaßfilter angeordnet werden.
Schließlich ist der Ausgang 6 des Verstärkers 28 noch mit einem Detektor 15 verbunden, der die Auswertung der ermittelten Information auf einem Anzeigegerät oder einem anderen Organ ermöglicht, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Bei der beschriebenen Ausführungsform werden die Hochfrequenzspannungen der beiden Kanäle, die an den Ausgang 65 bzw. an den Ausgang 66 angeschlosen sind, in der Kopplungsanordnung 23 miteinander addiert bzw. voneinander subtrahiert, nachdem die Phasen und die Amplituden eingeregelt worden sind. Man erhält somit am Ausgang 33 der Kopplungsanordnung 23 die Summe und am Ausgang 34 die Differenz der Summenspannung und der Differenzspannung, welche den beiden Kanälen von der Anordnung 63 zugeführt werden. Nach der Umsetzung auf die Zwischenfrequenz und einer Verstärkung werden die Summenspannung
S — I1 + I2 = s sin (ω t + a)
und die Differenzspannung
D = I1 + I2 = d sin (cot + ö)
an den Ausgängen 5 und 6 der Verstärker 27 bzw. 28 abgenommen, wenn I1 die Ausgangsspannung des an den Ausgang 65 angeschlossenen Kanals und T2 die Ausgangsspannung des an den Ausgang 66 angeschlossenen Kanals sind.
Man erhält dann an den Ausgängen der Phasendetektoren 29 und 30 Spannungen A — ksd cos (δ —a) bzw. B = ksd sin (<5 — σ), wobei k eine Konstante ist.
Diese beiden Signale werden dem Verteiler 32 zugeführt, der bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zu den Eingängen der Verstärker 43 und 44 zwei Fehlerspannungen liefert, die bis auf Konstante, welche von der Verstärkung der Rückkopplungsschleife abhängen, die Form g = sd bzw. Θ = δ — σ haben, wobei δ — σ durch eine Spannung veränderlicher Polarität ausgedrückt ist. Diese Spannungen waren außerdem der angegebenen Begrenzung des Frequenzbandes unterworfen.
Diese beiden Spannungen ρ und Θ werden jeweils in der entsprechenden Richtung den Dämpfungsgliedern 21, 41 und den Phasenschiebern 22, 42 so zugeführt, daß die Dämpfungsglieder die Amplitudengleichheit der SpannungenZ1 und I2 herzustellen suchen, während die Phasenschieber die Phasengleichheit dieser Spannungen herzustellen suchen. Das System kann nur dann den Ruhezustand annehmen, wenn diese beiden Bedingungen mit einer
Annäherung erfüllt sind, die von der Rückkopplungsverstärkung abhängt.
Unter diesen Bedingungen wirkt die Regelanordnung beim Fehlen von Störsignalen, die beispielsweise von einem Störsender kommen, so, daß die der Anzeigevorrichtung vom Ausgang 6 zugeführte Differenzspannung nahezu zu Null gemacht wird. Beim Auftreten eines Echoimpulses in der Achse der Hauptantenne können die Fehlerspannungen wegen der Begrenzung ihres Frenquenzbandes die Einstellung der Dämpfungsglieder 21, 41 und der Phasenschieber 22, 42 nicht so schnell verändern, daß diese Differenzspannung verschwindet, und es erscheint am Ausgang 6 eine Spannung, die in der Anordnung 15 demoduliert wird, bevor sie auf der Anzeigevorrichtung oder in einem anderen Organ ausgewertet wird.
F i g. 2 zeigt in Dezibel die beiden Strahlungsdiagramme g und d einer für das Summe-DifferenzVerfahren ausgebildeten Antenne, nämlich das linke Bündel und das rechte Bündel.
F i g. 3 zeigt, gleichfalls in Dezibel, das Summendiagramm p und das Differenzdiagramm a, das in der Richtung des Maximums des Diagramms p eine sehr spitze Einbuchtung aufweist.
F i g. 4 und 5 erläutern die Wirkungsweise der Schaltung von Fig. 1. Man findet in diesen Figuren bei I die Diagramme a und p von F i g. 3, wobei die Richtung der Störsignalquelle durch die z-Achse angedeutet ist.
Im Fall von F i g. 4 ist angenommen, daß die 2-Achse außerhalb der beiden Schnittpunkte der Strahlungsdiagramme a und p liegt, daß also am Summenausgang 65 eine kleinere Spannung als am Differenzausgang auftritt. Die entgegengesetzte Annahme ist im Fall von F i g. 5 gemacht.
Im ersten Fall reagiert die Regelanordnung so, daß die am Ausgang des vom Differenzausgang 66 gespeisten Kanals erhaltene Spannung dem gestrichelt dargestellten gedämpften Differenzdiagramma' entspricht (Fig. 41). Im zweiten Fall reagiert die Regelanordnung so, daß die am Ausgang des vom Summenausgang 65 gespeisten Kanals erhaltene Spannung, dem gestrichelt dargestellten gedämpften Summendiagramm p' entspricht (F i g. 51).
In beiden Fällen wirkt die Regelanordnung so, daß der eine Schnittpunkt zwischen dem Summendiagramm p und dem Differenzdiagramm a auf die Z-Achse verschoben wird, daß also die für diese Richtung am Summenausgang und am Differenzausgang der Schaltung 63 erhaltenen Spannungen gleichgemacht werden.
Wenn nun in der Schaltung 23 erneut die Differenz dieser Spannungen gebildet wird, erhält man für die am Ausgang 6 erscheinende Differenzspannung im ersten Fall das Diagramm von F i g. 4 II und im zweiten Fall das Diagramm von F i g. 5 II.
Die am Ausgang 6 erscheinende Spannung scheint von einer Antenne zu stammen, deren Strahlungsdiagramm in der Richtung des Störsenders ein ausgeprägtes Minimum aufweist und zu beiden Seiten dieses Minimums sehr rasch zu einem Maximum ansteigt. Für ein Ziel, dessen Richtung nur geringfügig neben der Richtung des Störsenders (z-Achse) liegt, wird also bereits eine auswertbare Spannung geliefert. Sowohl beim Vorhandensein als auch beim Fehlen einer Störsignalquelle ist das Maximum des scheinbaren Strahlungsdiagramms geringfügig gegen die Antennenachse verschoben.

Claims (1)

  1. Es ist auch möglich, ein einziges einstellbares Dämpfungsglied in einem Kanal und einen einzigen einstellbaren Phasenschieber in dem anderen Kanal anzuordnen. Die wesentliche Voraussetzung besteht lediglich darin, daß man auf die Amplitude von wenigstens einer der Spannung und auf die Phase von wenigstens einer der Spannungen mittels zweier Fehlerspannungen so einwirken kann, daß die Ausgleichsanordnung so gesteuert wird, daß diese die Amplitudengleichheit und die Phasengleichheit der Ausgangsspannungen der beiden Kanäle herzustellen sucht, wobei diese Fehlerspannungen mit einer geeigneten Verteileranordnung erhalten werden.
    Andererseits könnte die Regelanordnung auch bei der Zwischenfrequenz arbeiten. Diese Lösung ist jedoch im Hinblick auf eine gute Linearität der Steueranordnungen weniger günstig.
    Patentanspruch:
    Impulsradarempfänger, der zur Beseitigung von solchen unerwünschten Empfangssignalen, insbesondere Störsignalen, weiche sich relativ zur Sendeimpulsfolgefrequenz nur langsam ändern, zwei Kanäle aufweist, denen unterschiedliche Antennenspannungen zugeführt werden, mit einer Regelanordnung, welche auf wenigstens einen der beiden Kanäle derart einwirkt, daß sie die Ausgangsspannungen der beiden Kanäle einander gleichzumachen sucht, wobei jedoch die Trägheit der Regelanordnung im Vergleich zur Dauer und Folgeperiode der Sendeimpulse relativ groß ist, so daß sie nur die von den langsamen Amplitudenschwankungen der zu beseitigenden Signale stammenden Unterschiede der Eingangsspannungen der beiden Kanäle kompensiert, und mit einer Anordnung, welche die Differenz der Ausgangsspannungen der beiden Kanäle bildet und dem Auswerteorgan zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des einen Kanals (21, 22) an den Summenausgang (65) und der Eingang des anderen Kanals (41, 42) an den Differenzausgang (66) der Kopplungseinrichtung (63) eines an sich bekannten, für das Summe-Differenz-Verfahren geeigneten Antennensystems (61, 62) angeschlossen sind.
    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschrift Nr. 900 832;
    deutsche Auslegeschrift Nr. 1 067 090;
    britische Patentschrift Nr. 507 754;
    USA.-Patentschriften Nr. 2 471 418, 2 871 346;
    D.R.Rhodes, Introduction to monopulse, New York—Toronto—London, 1959, S. 34, 51, 59 bis 62.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    709 520/141 3.67 © Bundesdruckerei Berlin
DEC25211A 1960-10-10 1961-10-06 Impulsradarempfaenger mit zwei Kanaelen zur Beseitigung von unerwuenschten Empfangssignalen Pending DE1237187B (de)

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GB946978A (en) 1964-01-15

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