DE1245452B - Radaranlage mit Anzeigeverminderung von laengeren Festzielechos - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOls

Deutsche Kl.: 21 a4 - 48/61

Nummer: 1245 452

Aktenzeichen: St 23919IX d/21 a4

Anmeldetag: 2. Juni 1965

Auslegetag: 27. Juli 1967

Die Erfindung behandelt ein Radarsystem mit Anzeigeverminderung von längeren Festzielechos. Zu den bekannten Arten von Festzeichenverminderung zählt die - Festzeichenunterdrückung, auch »MTI« genannt. · -

Davon sind zwei Grundtypen bekannt, nämlich das kohärente und das nichtkohärente MTI-Radar.

Der Zweck beider Typen ist die Anzeige nur der bewegten Ziele bzw. die Unterscheidung zwischen Festzielen und bewegten Zielen. So können z.B. Gebirge und andere Festziele, die Reflexionen der ausgesendeten Wellen hervorrufen, von bewegten Zielen bei Betrachten des Bildschirmes unterschieden werden, wodurch sich die bekannten Vorteile für den Betrachter ergeben.

Die vorliegende Radaranlage kann zu den als »Area«-MTI bezeichneten Arten von nichtkohärenten Radarsystemen gezählt werden. Die Verwendung der Bezeichnung »Area« soll bedeuten eine Festzielunterdrückung oder zurnindest weitgehende -verminderung durch Gegeneinanderschalten- von Videoimpulsen über eine gewisse Zeitlänge, die viele einzelne Radarimpulse umfaßt: dagegen wird bei den bekannten kohärenten Radarsystemen eine momentane Signalunterdrückung herbeigeführt, d. h. eine Signalauslösung von -Echoimpulsen, die von aufeinanderfolgenden Radar-Sendeimpulsen herrühren.

Einer etwas genaueren Betrachtung der zunrStand der Technik gehörenden Area-MTI-Systeme und deren Beziehungen zu der vorliegenden Erfindung seien die hauptsächlichsten beiden Nachteile bekannter Area-MTI-Systeme vorangestellt:

1. Wenn eine Signalauslöschung durch direkten Vergleich von Videosignalen erfolgen soll, ist eine genügend große Bandbreite aller Komponenten des Systems erforderlich, einschließlich eines guten Auflösungsvermögens der verwendeten Speicherröhre. Jedwede Verzerrung der Videosignale, die durch Laufzeiteffekte oder Phasenverzerrungen usw. hervorgerufen wird, erzeugt Reste in den Videosignalen anstatt einer vollkommenen Auslöschung.

2. Ein weiterer Nachteil der MTI-Systeme, auch der Area-MTI-Systeme, beruht auf der Tatsache, daß die Nutzzeichensichtbarkeit innerhalb von Störgeräuschen in starkem Maß von dem zulässigen Aussteuerungsbereich des gesamten Empfängers abhängt. Durch starke Echosignale von nahen Festzielen wird nämlich der Empfänger übersteuert, so daß ein Echo von einem beweglichen Ziel, das in der gleichen Entfernung liegt, einfach untergeht, weil der Empfänger bereits übersteuert ist. Eine Regelung der Empfindlichkeit des Empfängers in Abhängigkeit Radaranlage mit Anzeigeverminderung
von längeren Festzielechos

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

^1,1 · Dipl.-Ing. Η. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Burton Cutler, Los Angeles, Calif. (V. St. A.)

von der Entfernung erbringt auch keine Verbesserung, weil große Festziele und kleine bewegliche Ziele um Größenordnungen verschiedene Energiebeträge reflektieren.

Damit die verschieden großen Energiebeträge im Empfänger noch verarbeitet werden können, ist es daher bekannt, eine automatische Verstärkungsregelung des Zwischenfrequenzverstärkers mit vom Videosignal abgeleiteten, impulsförmigen Regelspannungen vorzunehmen.

Mit der_iErfindung sollen gleichzeitig folgende Vorteile erzielt werden:

1. Verbesserung der Nutzzeichenerkennung innerhalb von Störgeräuschen;

2. Verringerung der Empf ängerbandbreite und Benutzung einer Speicherröhre mit geringerem Auflösungsvermögen;

3. weitgehende Unterdrückung der Rest-Videosignale;

4. "möglichst geringe Stabilitätsforderungen für das ganze System, so daß die Ausführungsform nach der Erfindung als Zusatzgerät bei bereits bestehenden Radaranlagen verwendet werden kann.

Die Erfindung bezieht sich also auf eine Radaranlage mit Anzeigeverminderung von längeren Festzielechos, insbesondere für die bodengesteuerte Blindlandung von Flugzeugen, bestehend aus einer Impulssendeanlage und einer Empfangsanlage, mit der die Echoimpulse aufgenommen und nach — gegebenenfalls mehreren — Zwischenfrequenzumsetzungen und -verstärkungen durch Gleichrichtung in Videosignale verwandelt werden, die in eine Speicher-

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röhre eingeschrieben, wieder abgelesen und in einem Sichtgerät zur Anzeige gebracht werden, wobei die Zeitablenkung des Schreib- sowie des Lesestrahles einerseits synchron mit der Impulssteuerung des Senders bzw. andererseits synchron mit der Stellung der Sende-Empfangs-Antenne erfolgt. Erfindungsgemäß werden die zur Anzeige zu bringenden Videosignale zur an sich bekannten Regelung der Empfindlichkeit des Zwischenfrequenzverstärkers herangezogen, jedoch in der Weise, daß diese über einen Schwellwertbegrenzer und nach einer entsprechenden Verstärkung in die mit großer Integrationskonstante arbeitende Speicherröhre eingeschrieben und wieder abgelesen werden; die abgelesenen Videosignale werden dann zur Empfindüchkeitsregelung des Zwischenfrequenzverstärkers verwendet.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist dafür Sorge getragen, daß die jeweilige Zeitdauer des Regelsignals mindestens so groß ist wie die des entsprechenden, anzuzeigenden Videosignals; zu diesem Zweck erfolgt die Zeitablenkung des Schreibstrahles der Speicherröhre mit einer gewissen Zeitverzögerung gegenüber der des Lesestrahl'es, und das abgelesene Videosignal wird direkt dem einen Eingang einer Mscheinrichtung und nach einer Zeitverzögerung dem zweiten Eingang dieser löscheinrichtung eingegeben; das Ausgangssignal der Mischeinrichtung dient als Regelsignal für den Zwischenfrequenzverstärker.

Die Erfindung wird an Hand von Figuren näher erläutert.

F i g. 1 stellt ein Blockschaltbild eines bekannten Area-MTI-Systems dar, das für die Landung von Flugzeugen benutzt wird (»GCA«);

Fi g. 2 stellt ein" Area-MTI mit den Maßnahmen der Erfindung dar;

Fig. 3a zeigt die Form eines Videosignals mit typischen Echos von Festzielen und Rauschen;

Fig. 3b zeigt ein Diagramm von Festzielechos, wie es auf einer Speicherröhre erscheint;

Fi g. 3 c zeigt die Form eines Videosignals, ähnlich dem in Fig. 3-a, mit dem Unterschied, daß die Festzielechos infolge der Maßnahmen der Erfindung stark vermindert sind;

Fig.4 zeigt im Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung mit den Maßnahmen zur Aufbereitung eines Regelsignals für den Verstärker aus einem entsprechenden Echosignal.

Obwohl die Maßnahmen der Erfindung auf jedes Abtast-Radargerät und alle MTI-Systeme anwendbar sind, ist die folgende Beschreibung auf ein spezielles Abtastradar abgestellt, nämlich auf das zur Landung benutzte GCA-Systenl· Für dieses System ist eine Festzielunterdrückung unbedingt notwendig, und die Maßnahmen der Erfindung .sind hier mit besonderem Vorteil anzuwenden.

Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung erscheint es angebracht, auf den Stand der Technik etwas ausführlicher einzugehen.

Das GCA-System dient bekanntlich zur Unter-Stützung der Blindlandung von Flügzeugen bei unsichtigem Wetter, indem ein sehr genauer Gleitweg für die letzten Sekunden vor der Blindlandung definiert wird, dessen Einhaltung dem Flugzeugführer mittels einer Sprechverbindung mitgeteilt wird.

Eines der schwierigsten Probleme bei solchen Anlagen ist bekanntlich die Beseitigung der von Bodenzielen herrührenden Echosignale. Je kleiner nämlich 452

die vom· Radar getroffene Zone ist, um so schwieriger wird das Problem der Bodenechos. Da bei der Landung mit dem GCA-System das Flugzeug direkt auf die Radarantenne zufliegt, ist der reflektierende Teil des Flugzeuges besonders klein. Man hat versucht, Verbesserungen dadurch zu erzielen, daß in der Endphase der Landung die Empfindlichkeit der Apparatur heruntergesetzt wurde. Das ist aber nur gangbar, wenn die reflektierenden Flächen von Flugzeug und Umgebung in einem günstigen Verhältnis stehen. Bei den modernen Flugzeugen jedoch hat aus aerodynamischen Gründen die Aufsicht von vorn eine möglichst kleine Fläche und erreicht kaum 2 m² insgesamt. Diese Technik läßt sich also bei solchen Flugzeugen nicht mehr anwenden. Überdies sind die reflektierenden Flächen verschiedener Flugzeugtypen nicht gleich. Diagramme, die mit verschiedenen Flugzeugtypen aufgenommen wurden, lassen erwarten, daß die Stärke der Echosignale von 30 bis 40 db schwankt, wobei noch während der Annäherung Signalmaxima und Signalnullen miteinander abwechseln. Bei Propellerflugzeugen werden die Nullstellen im Signal infolge der Propellermodulation einigermaßen aufgefüllt, wohingegen bei Düsenflugzeugen dieser Effekt wegfällt. Daraus· erhellt, wie wichtig, die Lösung des Problems der Beseitigung der Störechos bei GCA-Anlagen ist.

Für manche Flugplätze genügt es, eine maximale Entfernung von 5 km für die Landung vorzusehen; bei den meisten aber muß die GCA-Anlage 10 bis 15 km erfassen können. Obwohl kohärente MTI-Anlagen beim GCA-Landesystem verwendet werden können und auch verwendet werden, so sind doch deren recht aufwendiger Aufbau, die mangelnde Stabilität und somit deren geringe Zuverlässigkeit schwerwiegende Nachteile. -

Das Problem der Störechos ist natürlich in starkem Maß vom Aufstellungsort abhängig und wird ebenso von Nebenblättern des Antennenstrahlungsdiagramms beeinflußt. Bei den Typen von Antennen, die für eine rasche Abtastbewegung gebraucht werden, kann matt die landläufige Technik der Beseitigung der Nebenstrahlung nämlich nicht anwenden.

Wehn man auch mit manchen MTI-Systemen das Problem der Bodenechos im allgemeinen beherrschen kann, so ist jedoch noch nicht damit gesagt, daß diese sich beim GCA-System eignen. Da nämlich bei der im allgemeinen sehr schmalen Strahlungskeule einerseits möglichst viele »Treffer« erwünscht, andererseits aber verhältnismäßig kleine Entfernungen zu überbrücken sind, ist eine sehr rasche Abtastung und eine hohe Impulswiederholungsfrequenz erforderlich.

Jedes MTI-System, das für eine GCA-Anlage gewählt wird, muß eigens dafür ausgelegt werden. Das" aber obenerwähnte kohärente MTI-Radar (mit zeilenweiser Abtastung), das an sich eine gute Zeichenerkennung in Störeehos gewährleistet, erfordert einen großen technischen Aufwand und ist daher sehr teuer. Vor allem muß große Sorgfalt darauf verwendet werden, um die nötige Stabilität des Radarsenders, des Überlagerungsoszillators des Empfängers und der verschiedenen Video- und Impulsaufbereitungsstufen zu garantieren. Sowohl KlystronoszilIatören als auch andere Typen von Oszillatoren haben sowohl kurzzeitige Instabilitäten als auch solche über eine längere Zeit; auf Grund der ziemlieh hohen Abtastgeschwindigkeit und der beschränkten Zahl

von »Treffern« in der Strahlbreite wird also die UnStabilität der StÖrechos bei der Verwendung eines kohärenten MTI-Systems für diesen Zweck zu einem sehr schwierigen Problem.

Sehr oft aber — und dann von entscheidender Bedeutung — sind die sogenannten Blindgeschwindigkeiten, die gerade dem kohärenten Radar (zeilenweise Abtastung) eigen sind, störend. Oft ist es schwierig, die Blindgeschwindigkeiten bei der Verschiedenheit der Landegeschwindigkeiten der einzelnen Typen von Flugzeugen, die von Sportmaschinen bis zu Düsenflugzeugen reichen, in Einklang zu bringen.

' Es ist zu bemerken, daß ein Area-MTI (das kein zeilenweises System ist) nicht nur bewegliche Ziele mit verschiedenen Geschwindigkeiten aufnehmen soll, sondern diese Aufgabe auch ohne bemerkenswerte Verschlechterung der Zieläüflösung erfüllen' soll. WeiterMn soll aber auch ein Areä-MTI, das ein nichtkohärentes System ist, als die tatsächliche Möglichkeit der Störbefreiung, die größte Sichtbarkeit eines beweglichen Zieles garantieren, wenn Störechos überhaupt nicht vorhanden: sind. Kohärente Systeme wiederum verschlechtern die Wiedergabe von beweglichen Zielen ohne' das Vorhandensein von Störungen um einen nicht wieder' reduzierbaren Betrag.

Diese Betrachtungen zeigen, daß das Area-MTI zur Verwendung beim GCA-Landesystem als geeignet erscheinen kann, so wie es bei änderen Radaranlagen der Fäll ist.

Das Prinzip des Area-MTI, wie es bereits bei einer Ausführung angewendet wird, beruht auf der Verwendung der Eigenschaften einer Sperrgitter-Spercherröhre als Dffie'renzieranordnung. Über mehrere Abtastzyklen der Radaranlage wird ein Abbild der abgetasteten Zone auf einer dielektrischen Platte' gespeichert. Bewegliche Ziele werden erkannt durch ihre Positionsänderungen, während Echos von Festzielen nach Erreichen eines Gleichgewichts ausgelöscht werden, weil bei aufeinanderfolgenden Abtastungen eine Differenzierfunktion fehlt. Das Landungsbild ähnelt dem des Lageplananzeigers, da eine ähnliche Zeitablenkung vorgenommen wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Radaranlage dient der Illustration einiger Bauteile der GCA-Landeanläge, bei der auch ein Area-MTI vorhanden ist. Das hier dargestellte Area-MTI entspricht dem des soeben genannten Berichtes; eine Sperrgitter-Speicherröhre wird auch verwendet. Eine Azimutantenne 101 und eine Höhenantenne 102 tasten abwechselnd die Landezone ab. Zu diesem Zweck wird die Impulsenergie eines Senders 103 über einen Schälter 104' abwechselnd der Azimut- und der Höhenantenne zugeführt. Damit die Sendeimpulse, in zeitlicher Übereinstimmung mit den Ablenkspannungen fur die Speicherröhre sind, werden von einer Synchronisiereinrichtung 105 Synchroriisierimpulse dem Sender 103 zugeführt. Die von" der Azimut- oder Höhenantenne empfangenen Echos werden, wie üblich, über einen Sende-Empfangs-Schalter 106 einem Mischer 107 des Radar-Überlagerungsempfängers zugeführt. Die frequenzmäßig umgesetzten Echosignale werden in einem Vorverstärker 108 verstärkt, gegebenenfalls nach nochmaliger Umsetzung im Zwischenfrequenzverstärker 109 weiterverstärkt und dann gleichgerichtet. Die dadurch entstehenden Signale werden in einem Videoverstärker 110 noch-'

mais verstärkt. Bis hierhin gleicht die Apparatur der bei allen GCA-Landesystemen. üblichen. Auch bei allen Überwachungs-Radaranlagen ist die gleiche Apparatur vorhanden, nur daß der Schälter 104 und eine Antenne wegfallen.

Wenn die Anlage kein MTI enthält, wird das Videosignal direkt zur Hellsteuerung eines Kathodenstrählröhres benutzt. Bei Area-MTI-Systeinen näch dem Stand der Technik, wie in Fig. 1 dargestellt, steuert däs Videosignal eine Speicherröhre 111. Nach entsprechender" Umformüng in der Speicherröhre steuert das Ausgängssignal über einen Verstärker und Gleichrichter 112 die Anzeigeröhre.

Die zur Trennung der Echos von beweglichen Und festen Zielen benutzte Speicherröhre ist eine sogenannte Sperrgitter-Sp'eicherröhre, die gleichzeitiges Einschreiben und Ablesen gestattet. Der Verstärker mit eingebautem Gleichrichter 112, den das Differenzsignal aus der Speicherröhre 111 passiert, ist ein auf die zweite Zwischenfrequenz abgestimmter Verstärker mit anschließendem Gleichrichter; seine Ausgangsspannung, das neue Videosignal,, wird deni Anzeigeorgan über eine Leitung 113 zugeführt: Das neüe Videosignal sind die Echos nur von bewegten Zielen. Die Synchronisiereinrichtung 105 steuert außer den Sender 103 auch den Verstärker für die Zcitablenkungsspännungen 114, die den Ablenkeinrichtungen der Speicherröhre zugeführt werden. Der Zeitablenkungsgenerator 115 für Azimut- und Höhenablenkung. erzeugt die entsprechenden Spannungen abwechselnd; die so erzeugten Spannungen für die verschiedenen Winkelwerte steuern die Horizontal- und Vertikalablenkung der Speicherröhre ähnlich wie bei einer Anzeigeröhre, wobei die Entferttüngsäblenkung mit der Impulswiederholüngsfrequenz und die Azimut- bzw. Höhenäblenkurig mit dem Winkelwert der entsprechenden Antennendrehung synchronisiert sind.

Bei dem soeben beschriebenen MTI werden also nur Echos von beweglichen Zielen angezeigt,, d. h. solche, deren Signalphase sich zeitlich" Verändert; feste Ziele, deren Signälphäse und -amplitude in den Echos konstant bleiben, werden unterdrückt.

Die Arbeitsweise einer solchen Sperrgitter-Speicherröhre sei noch kürz beschrieben:

Durch den über die Speicherplatte. geführten Schreibstrahl werden auf dieser elektrische Ladungen an entsprechenden Punkten der Speicherplatte erzeugt, die in ihrer Intensität je nach Amplitude des; Signals schwanken. Wenn der Strähl wieder über die Speicherplätte geführt wird, jedoch ohne das Vorhandensein eines Signals, so wird die Ladung auf der Speicherplatte wieder entfernt', und es ergibt sich insgesamt ein Spiegelbild des gesamten eingespeicherten Bildes. So ergibt sich sowohl während des Einschreibens als auch während des Lesens auf dem Kollektor der Speicherröhre ein Signal als Modulation des zweiten Strahles, d. h. eine Speicherwirkung. Wenn aber bei zwei aufeinanderfolgenden Strahlablenkungen immer das gleiche" Signal den Strahl moduliert, dann ist an allen Stellen des Speichers bereits die entsprechende Ladung vorhanden, und es bildet sich sozusagen ein Gleichgewichtszustand aus; es wird also keine weitere Ladung bei jeweüs aufeinanderfolgenden Strahlablenkungen eingespeichert, d. h., bei jeweils der zweiten Strahlablenkung bleibt der Strähl unmoduliert. Es erscheint also in diesem Fall kein Signal auf dem Kol-

lektor; ein Signal erscheint nur dann, wenn eine Veränderung in der Modulation des Schreibstrahles vorliegt.

Die Festzielunterdrückung bei der soeben be-•schriebenen Anlage beruht auf der Besonderheit der Sperrgitter-Speicherröhre, die gleichzeitig als Speicher und Subtralctionseinrichtung arbeitet, wobei Festziele, deren Echosignale immer die gleiche Phase und Amplitude haben, unterdrückt werden, während Echosignale von beweglichen Zielen, deren Phase und/oder Amplitude sich dauernd ändern, eine Spannung auf dem Kollektor verursachen.

In der Praxis ergeben sich mit diesen bekannten Area-MTI-Systemen UnzulängHchkeiten, weil durch das begrenzte Auflösungsvermögen solcher Speicherröhren die vom Radar abgetastete Zone eingeschränkt wird. Die Speicherröhren haben nämlich eine beschränkte Zahl von Auflösungselementen in jeder Richtung über die Speicherplatte gesehen; je größer also z.B. die abzubildende Entfernung ist, ao um so weniger Auflösungselemente kommen auf eine Entfernungseinheit. Die bekannten Area-MTI-Anlagen haben daher für große Entfernungen ein unbefriedigendes Auflösungsvermögen. Auch ist die Wiedergabetreue durch die endliche Fleckgröße des as Elektronenstrahles eingeschränkt, der ja die Ladung auf die Speicherplatte bringt. Aus diesem Grund hat man bei den bekannten MTI-Anlagen die Entfernungen auf etwa 5 km eingeschränkt.

Mit den Maßnahmen der Erfindung läßt sich unter Benutzung der gleichen Speicherröhre mit dem an sich beschränkten Auflösungsvermögen ohne weiteres eine Entfernung von 15 km überbrücken.

Die in Fig. 2 dargestellten Bauteile 103, 105,106, 107, 108, 109 und 110 sind die gleichen wie in Fig. 1; sie sind in jeder Radaranlage dieses Typs vorhanden. Auch die dargestellte Antenne 205 unterscheidet sich nicht von den für Radarzwecke gebräuchlichen Mikrowellenantennen.

Man ersieht aus F i g. 2, daß ein Rückführungsweg zwischen dem Videoausgang 206 (Leitung 208) und dem Zwischenfrequenzverstärker (Leitung 209) vorgesehen ist; dieser verläuft über einen Schwellwertbegrenzer 201, einen Verstärker 202, eine Speicherröhre 204, ein Filter 211 und einen Gleichrichtor 213.

Durch den Einbau dieser zusätzlichen Bauteile sowie durch eine unbedeutende Modifikation des Zwischenfrequenzverstärkers 109 unter Einbeziehung der ohnehin vorhandenen Speicherröhre mit dem zugehörigen Ablenkspannungsgenerator kann jeder Radarempfänger vervollständigt werden. Dadurch wird erreicht, daß die Empfindfichkeit der Zwischenfrequenzstufen im Takt der Videofrequenz in Übereinstimmung mit ausgewählten Zielen automatisch geregelt wird. Die Wirkung der Maßnahmen der Erfindung ist, daß der. Zwischenfrequenzverstärker nur von solchen Zielen beeinflußt wird, die über eine Zeitlang, die mehreren ausgesendeten Radarimpulsen entspricht, konstante Entfernung haben, d. h., die Empfindlichkeit des Zwischenfrequenzverstärkers ist eine Funktion der Echoamplitude von Festzielen. Eine Ladezeit von wenigstens mehreren Abtastzyklen ist notwendig, damit überhaupt die Einspeicherung von Zielen, deren Position sich während der Abtastzyklen ändert, verMndert wird. Wenn ein bewegliches Ziel im Bereich eines Festzieles ist, addiert sich die vom beweglichen Ziel reflektierte Energie zu

der von dem Festziel reflektierten. Durch die Empfindlichkeitsverringerung, die durch die Rückführung des vom Festziel herrührenden Videosignals im Zeitpunkt seines Empfanges herbeigeführt wird, sitzt das Echosignal von einem beweglichen Ziel oben auf dem vom Festziel herrührenden Signal, weil das Signal vom bewegten Ziel eine zusätzliche Energie zu der des gespeicherten Signals vom Festziel bedeutet, das zur Empfindlichkeitsregelung des Zwischenfrequenzverstärkers verwendet wird. Der Empfänger wird dadurch niemals von den Echosignalen von großen Festzielen, übersteuert, wodurch einer der Faktoren, die die Zielerkennung bei Vorhandensein von Störechos bei MTI-Systemen erschweren, eliminiert wird.

In F i g. 3 a ist der Verlauf eines über eine gewisse Zeit andauernden Echosignals, das bei einem normalen Radarempfänger am Ausgang 206 ansteht, dargestellt; dabei ist angenommen, daß der Geräteteil 207 nicht vorhanden ist. Der Empfänger ist durch Festzielechos 301 und 303 bis zur Sättigung ausgesteuert; ein Festziel 302 steuert den Empfänger nicht bis zur Sättigung aus. Ein im Bereich der Festzielechos 301, 302 und 303 etwa vorhandenes Echo von einem beweglichen Ziel kann nicht erkannt werden. Die Festziele, deren Echos den Empfänger nahezu oder voll aussteuern, unterdrücken die in ihrem Bereich befindlichen anderen Ziele vollständig.

Ist jedoch der Geräteteil 207 in die in F i g. 2 dargestellte, in anderer Beziehung verhältnismäßig einfache Radar-Empfangseinrichtung eingebaut, so ergibt sich ein anderes Bild. Die Video-Ausgangsspannung des Verstärkers 110 bei 206 wird auch über die Leitung 208 dem Schwellwertbegrenzer 201 zugeführt; dieser ist derart vorgespannt, daß über dem Pegel 313 (Fig. 3a) liegende Signale passieren können, nicht dagegen solche zwischen den Pegeln 304 bis 313 liegende. So werden in der Speicherröhre 204 nur solche Signale gespeichert, die den so festgelegten Pegel überschreiten. Die Ausgangsspannung des Schwellwertbegrenzers 201, dessen Pegel durch die gestrichelt gezeichnete Linie 313 dargestellt ist, wird dem Verstärker 202 eingegeben. Die Empfindlichkeitseinstellung des Verstärkers 202 bestimmt die Größe des über diesem Pegel liegenden Videosignals, das eingespeichert wird. Die Einspeicherzeit für die Speicherelektrode hat nämlich, ähnlich wie die Ansprechzeit des Schirmes einer Kathodenstrahlröhre, einen endlichen Wert; die einzuspeichernden oder abzulesenden Signale sind also hinsichtlich der Wirkung auf der Speicherelektrode mit einer Zeitkonstanten behaftet, die umgekehrt proportional der Signalamplitude ist. Man ersieht also, daß die Speicherröhre 204 schneller oder langsamer ein Abbild der Festziele aufbaut oder bereithält, je nachdem, wie der Signälfluß des Verstärkers 202 ist. Die in F i g. 3 b dargestellte Form entspricht der Ausgangsspannung der Speicherröhre, wie sie an der Leitung 209 ansteht. Die Zeichen 305, 306 und 307, die den Signalen 301 bzw. 302 bzw. 303 entsprechen, haben zur Steuerung der Empfindlichkeit des Verstärkers 109 negative Polarität; dabei ist vorausgesetzt, daß der Verstärker 109 zur Empfindlichkeitssteuerung mit Impulsen geeignet ist. Der Ruhepegel 308 ist so groß, daß der· Verstärker 109 zwischen den Steuerimpulsen die volle Verstärkung hat. Die Zeit zwischen dem Anlegen eines Signals an die Speicher-■röhre 204 und dem Anwachsen des Signals an der

Leitung 209, das zur Empnndlichkeitssteuerung des Verstärkers 109 ausreicht, ist infolge der endlichen Ansprechzeit der Speicherröhre abhängig vom Grad der Empfindlichkeit, des Verstärkers 202. Diese Zeit beträgt zwischen 5 und 30 Sekunden je nach Verstärkungsgrad des Verstärkers 202. Infolge dieser zwischen 5 und 30 Sekunden liegenden Ansprechzeit verbleiben die Echos von beweglichen Zielen an irgendeiner Stelle nicht lange genug, um eine Ladung auf dem Speicherschirm hervorrufen zu können. Infolgedessen können durch Echos von beweglichen Zielen, z. B. das mit 311 bezeichnete, auch keine Signale aus der Speicherröhre abgenommen werden und an der Leitung 209 erscheinen. Dagegen addieren sich die Ladungen der Videosignale von Zielen, deren Entfernung von einer Abtastung zur nächsten nahezu konstant bleibt, und bauen während der Ansprechzeit eine so große Ladung auf der Speicherelektrode auf, daß die daraus gewonnene Spannung zur Empfindlichkeitssteuerung des Verstärkers 109 ausreicht. Wenn sich erst ein Steuersignal, z.B. das mit 305 (Fig. 3b), ausgebildet hat, wird das entsprechende Echosignal 301 kleiner. Dadurch wird auch wiederum das der Speicherröhre 204 zugeführte Signal kleiner, wodurch eine Rückwärtsregelung eintritt, die schließlich einen Gleichgewichtszustand herbeiführt, wie er bei jeder Rückwärtsregelung eintritt. In F i g. 3 c sind die übrigbleibenden Signale 312,

309 und 310, die den Signalen 301 bzw. 302 bzw, 303 in F i g. 3 a entsprechen, .gezeichnet; der Pegel der Signale 312, 309 und 310 liegt unter dem Störpegel.

In F i g. 3 c sind auch zwei Echos 311 und 314 von beweglichen Zielen gezeichnet. In F i g. 3 a ist das Echo 311 nicht sichtbar, weil es in dem bis zur oberen Aussteuergrenze des Verstärkers reichenden Signal 301 liegt. In F i g. 3 c sitzt das Echo 311 jedoch oben auf dem Signal 312. Das Echo 314 der F i g. 3 c ist gegenüber dem in F i g. 3 a kaum verändert, weil an dieser Stelle kein Festziel liegt.

Die Amplituden der Signale 309, 310 und 312 sind für eine willkürliche Vorspannung, wie sie durch die Pegellinie 313 (F i g. 3 a) angedeutet ist, gezeichnet. Offensichtlich sind die Amplituden der Signale 309,

310 und 312 (F i g. 3 c) um so größer, je höher der Pegel 313 ist. Höherer Pegel 313 bedeutet, daß kleinere Videosignale zur Speicherröhre gelangen. Umgekehrt bedeutet ein Verschieben des Pegels 313 zum Nullpegel 304, daß mehr Geräusche zur Speicherröhre gelangen; die richtige Einstellung wird am besten empirisch ermittelt.

Es ist von besonderer Bedeutung, daß die Vorder- und Hinterfianken der aus der Speicherröhreentnommenen Steuerimpulse (Fig. 3b) die der Videosignale (Fig. 3a) überdecken. Das ist schon durch die endlichen Leuchtfleckabmessungen gewährleistet, die sich auf dem Speicherschirm mittels der Elektronenoptik überhaupt herstellen lassen. Die Unschärfe des Speicherpvmktes bedingt nämlich, daß beim Lesen eines gespeicherten Signals dieses etwas früher beginnt und etwas später endet, als es dem Schreibsignal entspricht. Daher sind die bei Speicherröhren allgemein störenden Eigenschaften, wie Korngröße der Speicherelektrode und die mit der Elektronenoptik erreichbare Fleckschärfe bei der Anwendung auf die Erfindung geradezu von Nutzen, weil Restsignale durch etwa vorhandene Zeitverzögerungen und mangelnde Wiedergabetreue der Schaltungen sogar eliminiert werden. .

Als Speicherröhren können verschiedene Typen verwendet werden, bei denen gleichzeitiges Schreiben und Lesen möglich ist.

Die Zeitablenkungsspannungen für den Schreibstrahl der Speicherröhre werden vom Generator 203 und die für den Lesestrahl vom Generator 212 erzeugt. Beide Generatoren werden vom Triggergenerator 105 gesteuert, so daß die Zeitablenkung mit der Impulswiederholungsfrequenz synchronisiert ist. Die

ίο Winkelauslenkung des Schreib- und Lesestrahles ist mit der Spannung des Generators 115 für die Winkelwerte, der auch die Antennendrehung steuert, synchronisiert.
Wenn eine für gleichzeitiges Schreiben und Lesen geeignete Speicherröhre verwendet wird, muß verhindert werden, daß die Schreibstrahlmodulation ein Ausgangssignal erzeugt. Das wird wie bekannt, dadurch erreicht, daß der Lesestrahl mit einer weit über der höchsten Modulationsfrequenz des Schreib-

zo Strahles liegenden Frequenz in seiner Intensität moduliert wird.

Der Lesestrahl wird mit der Frequenz eines Oszillators 210, die etwa 30 MHz beträgt, intensitätsmoduliert. Dadurch ist das Ausgahgssignal der Speicherröhre 204 ein mit 30 MHz amplitudenmoduliertes Signal, das mittels eines Filters 211 ausgesiebt wird: alle niedrigeren Frequenzkomponenten, die durch den Schreibstrahl erzeugt werden, sind dadurch entsprechend gedämpft. Das Lesesignal wird dem Gleichrichter 213 zugeführt, der das gewünschte, schließlich der Empfindlichkeitssteuerung des Verstärkers 109 dienende Signal liefert.

In F i g. 4 ist eine andere, zur Bereitstellung des Regelsignals für die Verstärkerempfindlichkeit geeignete Schaltung dargestellt. In Abhängigkeit von der auf einer Flächeneinheit der Speicherelektrode nach den Koordinatenrichtungen abzubildenden Entfernung kann der oben beschriebene Trübungseffekt (Korngröße, Fleckschärfe) ausreichen oder auch nicht, um ein Überlappen der Vorder- und Hinterflanken der Empfangssignale (301, 302, 303 in Fig. 3a) und der Regelsignale (305, 306, 307 in Fig. 3b) zu gewährleisten. Durch die Schaltung gemäß F i g. 4 wird erreicht, daß die Vorder- und Hinterflanken eines oder mehrerer Festzielechos am Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers 109, der auch einen Gleichrichter enthält, nicht erscheinen.

Die dem Generator für die Schreibstrahl-Entfernungs-Zeitablenkungsspannung 203 zugeführte Synchronisierspannung aus dem Triggergenerator l05 wird mittels einer Verzögerungsleitung 401, die tunlichst von Hand einstellbar ist, um eine bestimmte kurze Zeit verzögert; die Wirkung der Verzögerung der Zeitablenkung des Schreibstrahles ist offenbar, daß die eingeschriebenen Ziele in bezug auf den Lesestrahl vorgerückt sind. Dadurch, daß das Regelsignal 308 am Zwischenfrequenzverstärker nun etwas früher in bezug auf das entsprechende Echo von einem Festziel eintrifft und etwa die Länge des Echoeingangssignals des Zwischenfrequenzverstärkers hat, fällt die Hinterflanke des Festzielechos außerhalb des entsprechenden Regelsignals, das vor der Beendigung des Festzielechos endet. Es müssen daher Maßnahmen getroffen werden, um die Dauer des Regelsignals zu erhöhen, so daß dieses das Festzielecho vollständig einschließt. Dazu ist in die Leitung 209 ein Mischer 403 in Verbindung mit einer weiteren Verzögerungsleitung 402 eingeschaltet. Der

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Claims (2)

i 245 Mischer 403, der in der Technik der logischen Schaltung als ODER-Schaltung bezeichnet werden kann, erfüllt tatsächlich die Aufgabe einer Puffer- oder Mischerschaltung, mit der zwei Spannungen gleicher Polarität auf einen gemeinsamen Arbeitswiderstand geschaltet werden können. Das Regelsignal wird einmal unverzögert, das andere Mal.mittels der Verzögerungsleitung 402 um eine gewisse Zeit verzögert dem Mischer 403 eingegeben. Endet das unverzögerte Signal, so erscheint am Ausgang des Mischers aber immer noch das verzögerte Signal; dadurch wird es möglich, jedes am Zwischenfrequenzverstärker anliegende Festzielecho vollständig vom Regelsignal zu erfassen. Bei der Speichertechnik können die verschiedensten bekannten Methoden angewendet werden. So kann z. B. anstatt einer Zweistrahlspeicherröhre auch die Kombination einer gewöhnlichen Kathodenstrahlröhre mit einer Vidicon-Fernsehkamera mit entsprechenden Ablenkungsspannungen für beide eingesetzt werden, wobei die Zeitkonstante beim Schreiben und Lesen bei der Zweistrahlspeicherröhre durch die Nachleuchtdauer des Schirmes der Kathodenstrahlröhre im Zusammenwirken mit der Arbeitsweise der Vidicon-Fernsehkamera ersetzt ist. Patentansprüche:

1. Radaranlage mit Anzeigeverminderung von längeren Festzielechos, insbesondere für die bodengesteuerte Blindlandung von Flugzeugen, bestehend aus einer Impulssendeanlage und einer Empfangsanlage, mit der die Echoimpulse auf-• genommen und nach — gegebenenfalls mehreren — Zwischenfrequenzumsetzungen und -verstärkungen durch Gleichrichtung in Videosignale verwandelt werden, die in eine Speicherröhre eingeschrieben, wieder abgelesen und in

einem Sichtgerät zur Anzeige gebracht werden, wobei die Zeitablenkung des -Schreib- sowie des Lesestrahles einerseits synchron mit der Impulssteuerung des Senders bzw. andererseits synchron mit der Stellung der Sende-Empfangs-Antenne erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Anzeige zu bringenden Videosignale (Leitung 208) zur an sich bekannten Regelung der Empfindlichkeit des Zwischenfrequenzverstärkers (109) herangezogen werden, jedoch in der Weise, daß diese über einen Schwellwertbegrenzer (201) und nach einer entsprechenden Verstärkung (202) in die mit großer Integrationszeitkonstante arbeitende Speicherröhre (204) eingeschrieben und wieder abgelesen werden, und daß die abgelesenen Videosignale zur Empfindlichkeitsregelung des Zwischenfrequenzverstärkers verwendet werden.

2. Radaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbereitung des Regelsignals für den Zwischenfrequenzverstärker und um zu gewährleisten, daß die jeweilige Zeitdauer des Regelsignals mindestens so groß ist wie die des entsprechenden, anzuzeigenden Videosignals, die Zeitablenkung des Schreibstrahles (203) der Speicherröhre (204) mit einer gewissen Zeitverzögerung (401) gegenüber der des Lesestrahles erfolgt, daß das abgelesene Videosignal direkt dem einen und nach einer weiteren Zeitverzögerung (402) dem zweiten Eingang einer Mischeinrichtung (403) eingegeben wird und daß das Ausgangssignal der Mischeinrichtung (403) als Regelsignal für den Zwischenfrequenzverstärker (109) dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 751587.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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