DE1257902B - Radar-Pruefeinrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIs

Deutsche Kl.: 21 a4 - 48/63

Nummer: 1257 902

Aktenzeichen: C 30998IX d/21 a4

Anmeldetag: 27. September 1963

Auslegetag: 4. Januar 1968

Die Erfindung betrifft eine Radar-Prüfeinrichtung, die zur Nachbildung eines ausgedehnten Zieles dient.

Radargeräte werden bekanntlich derart geprüft, daß ein Signal erzeugt wird, das dem im Betrieb auftretenden reflektierten Signal ähnlich ist. In den meisten Fällen wird dieses nachgebildete Echosignal von einer Antenne ausgestrahlt und erscheint somit dem zu prüfenden Radargerät als ein einziges, verhältnismäßig kleines Ziel. Gewisse Radargeräte dienen jedoch insbesondere zur Abtastung und Darstellung großer Ziele. Dies trifft z. B. auf Radargeräte für Flugzeuge zu, die zur Bodendarstellung bestimmt sind und je nach der Auslegung des Radargerätes verschiedenen Gebrauch von den Bodenechos machen. Zur Prüfung eines solchen Radargerätes muß also eine Nachbildung verwendet werden, die ein ausgedehntes Ziel darstellt. Das nachgebildete Echo muß somit von verschiedenen Stellen unter Winkeln zur Radarantenne zurückkehren, die mit dem Gesichtsfeldwinkel der Antenne im Flugbetrieb vergleichbar sind.

Um dies durchzuführen, kann das nachgebildete Echo von mehreren im Abstand voneinander befindlichen Antennen ausgestrahlt werden. Wenn eine ausreichende Antennenzahl verwendet wird, gibt dies offenbar in weitgehender Annäherung den Effekt eines ausgedehnten Zieles. Die einzelnen scheinbaren Echos müssen hierbei die richtige Verzögerung gegeneinander erhalten, um die Laufzeit von den verschiedenen Stellen eines ausgedehnten Zieles nachzubilden. Das Problem der Ausstrahlung solcher Signale von zahlreichen Antennen ist aber nicht ganz einfach zu lösen. Verwendet man dagegen eine geringe Antennenzahl, z. B. nur zwei Antennen, die in gleicher Weise mit identischen Signalen beaufschlagt werden, so ergibt sich die Nachbildung eines Zieles, das in der Mitte zwischen den beiden Antennen liegt. Werden die beiden Antennen abwechselnd gespeist, so erscheinen sie dem Radargerät als zwei getrennte Ziele mit verschiedenen Sichtwinkeln gegen die Symmetrieachse des Radargerätes.

Werden beide Antennen mit gleicher Phase und Frequenz gespeist, so hängt die scheinbare Lage der Echoquelle von den relativen Amplituden der beiden Signale ab. Werden die relativen Amplituden geändert, so scheint das Ziel zu wandern. Es kann gezeigt werden, daß der scheinbare Ort des Zieles, gesehen von der zu prüfenden Radaranlage, von drei Veränderlichen abhängt. Diese sind

1. Ort und Abstand der beiden in der Prüfvorrichtung verwendeten Antennen,

Radar-Prüfeinrichtung

Anmelder:

Canadian Westinghouse Company Limited,

Hamilton, Ontario (Kanada)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,

8000 München, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:

Kenneth D. Mills, Ancaster;

Harry Webber, Dundas, Ontario (Kanada)

Beanspruchte Priorität:

Kanada vom 28. September 1962 (859 011)

2. die relative Amplitude der den beiden Prüfantennen zugeführten Signale und

3. die relative Phasenverschiebung der beiden Signale.

Die letztere Bedingung ist besonders kritisch, da ein Phasenfehler zwischen den auf die beiden Prüfantennen gegebenen Signalen zu starken Täuschungen führen kann und ein nachgebildetes Ziel ergibt, das völlig außerhalb der Gegend der Prüfantennen liegt. Der Einfluß der drei Veränderlichen hängt auch von dem zu prüfenden Radargerät ab, insbesondere, ob dieses hauptsächlich phasenempfindlich oder amplitudenempfindlich ist.

Es ist also bekannt, daß durch entsprechende Wahl der angegebenen Veränderlichen ein Ziel an verschiedenen Stellen relativ zu den beiden festen Prüfantennen nachgebildet werden kann. Durch Änderung einer der beiden Veränderlichen ist es möglich, den scheinbaren Ort des Zieles zu ändern. Die Wanderung der Abtastrichtung in Nachbildung eines beweglichen Ziels läßt sich beispielsweise durch gegenphasige Modulation der über die beiden feststehenden Antennen ausgesandten Impulse erreichen. Die

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Periodizität der so erzielten Wanderung der Abtast- sind imstande, die Energieübertragung gemäß einem

richtung ist von der Impulsperiode der Entfernungs- durch die auf den Adern 15 und 16 ankommenden

messung unabhängig. Signale festgelegten Gesetz zu verändern. Wenn ein

Aufgabe der Erfindung ist nun aber nicht die Nach- ausgedehntes Ziel nachgebildet werden soll, ver-

bildung eines mit beliebiger Geschwindigkeit be- S anlassen vom Fernsteuergerät 13 ausgehende Steuer-

wegten Ziels, sondern diejenige eines ausgedehnten signale den Betrieb des Signalgenerators in einer be-

quasistationären Zieles, insbesondere des Erdbodens. stimmten, weiter unten beschriebenen Weise. Ferner

Hierzu ist nicht die bekannte langsame Wanderung gelangt ein Steuersignal auf den Funktionsgenerator

der Abtastrichtung geeignet, sondern es muß eine 14 und läßt ihn anlaufen.

Beziehung zwischen der Periode der von der Nach- io Der Funktionsgenerator gibt eine ausreichende bildung ausgesandten Impulse und der Impulsfolge- Leistung ab, um die Modulatoren 6 und 9 durchzuperiode des zu prüfenden Radargerätes hergestellt steuern und die durch sie übertragene Energie in werden. Wird diese Bedingung nicht eingehalten, so einem erheblichen Amplitudenbereich zu beeinfluserscheint das nachgebildete Ziel zu verschiedenen sen. Die vom Funktionsgenerator auf die beiden Zeiten an verschiedenen Orten und hat somit keine 15 Adern 15 und 16 gegebenen Schwingungsformen Beziehung zu den Echos vom Erdboden. sind periodisch und zueinander reziprok. Es handelt Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Einrich- sich um ansteigende bzw. absteigende Funktionen, tung zur Prüfung eines auf die Zielrichtung ampli- die mit der Pulsfrequenz des Radargerätes wiedertuden- und/oder phasenempfindlich ansprechenden kehren und gegen den Sendeimpuls des Radargerätes Radargerätes hinsichtlich der Erfassung ausgedehnter 20 um einen Betrag verzögert sind, welcher der EntZiele, bestehend aus einem — gegebenenfalls re- fernung des nachgebildeten Zieles entspricht, wobei flexionsfrei ausgekleideten — Prüfraum, der an ihre Dauer der Ausdehnung des erfaßten Zieles enteinem Ende mehrere in einem gewissen Abstand an- spricht. Die Beziehung dieser Funktionen zur Pulsgeordnete Sendeantennen und am anderen Ende eine frequenz des Radargerätes wird durch ein Synchroni-Öffnung zum Einführen der Antenne des zu prüfen- 25 siersignal vom Signalgenerator 5 hergestellt, den Radargerätes aufweist, sowie aus einem über ge- Die Modulatoren 6 und 9 werden durch diese trennte Sendekanäle mit den Sendeantennen verbun- Funktionen derart gesteuert, daß das Signal zuerst denen Signalgenerator zur Nachbildung der im Be- hauptsächlich von der Antenne 8 ausgestrahlt wird trieb auftretenden Echosignale, gekennzeichnet durch und dann allmählich auf die Antenne 12 übergeht, in den Sendekanälen befindliche Modulatoren, die im 30 d. h., die eine Antenne strahlt die maximale Energie Gegentakt die Amplitude bzw. Phase der nachgebil- zu Beginn und die andere am Schluß der laufenden deten Signale innerhalb jedes Sendeimpulses, und Periode aus. Ferner befindet sich vor der Antenne 12 zwar mit einer Periode verändern, die gleich der Im- ein Phasenschieber 10. Mit dessen Hilfe kann die pulsfolgeperiode des zu prüfenden Radargerätes ist. relative Phasenverschiebung zwischen den beiden Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines 35 Antennen auf Null eingestellt werden. Andererseits Ausführungsbeispiels erläutert. Hierin zeigt läßt sich mit Hilfe der Dämpfungsglieder 7 und 11 F i g. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungs- erreichen, daß bei voller Durchlässigkeit der Modugemäßen Radarprüfgerätes, latoren 6 und 9 die von den Antennen 8 und 12 ab-

F i g. 2 graphische Darstellungen zur Erläuterung gestrahlten Signale die gleiche Amplitude haben, der Arbeitsweise der Erfindung und 40 F i g. 2 zeigt die an verschiedenen Stellen der An-F i g. 3 eine geometrische Darstellung des nachzu- Ordnung auftretenden Schwingungsformen. Es ist jebildenden Feldes. weils in Horizontalrichtung die Zeit aufgetragen. F i g. 1 zeigt einen Signalgenerator 5, der über einen Kurve (A) zeigt den vom zu prüfenden Radargerät Modulator 6 und eine einstellbare Dämpfungsvorrich- ausgesandten Sendepuls. Kurve (B) zeigt den Impulstung 7 mit einer Antenne 8 sowie über Modulator 9, 45 verlauf am Ausgang des Signalgenerators 5. Der Phasenschieber 10 und einstellbare Dämpfungsvor- Ordinatenmaßstab ist hierbei nicht derselbe wie in richtung 11 mit einer Antenne 12 verbunden ist. Mit- F i g. 2 (A). Die Strecke 20 gibt die Verzögerung zwitels einer Fernsteuervorrichtung 13 können Steuer- sehen dem Sendeimpuls und dem Mittelpunkt des signale auf den Signalgenerator 5 und auf einen Funk- vom Signalgenerator 5 erzeugten Echoimpulses an. tionsgenerator 14 gegeben werden. Die vom Funk- 50 Diese Verzögerung 20 entspricht der mittleren Enttionsgenerator 14 erzeugten Steuersignale gelangen fernung des nachgebildeten Zieles, d. h. der Entferüber Adern 15 und 16 auf die Modulatoren 6 und 9. nung in Richtung der Hauptachse des vom Radar-Die nötigen Bezugssignale werden dem Signalgene- gerät abgetasteten Raumes. Die Echoimpulslänge 19 rator 5 über die Klemme 17 zugeführt und gelangen hängt natürlich von der tatsächlichen Länge des nachvon dort auch auf den Funktionsgenerator 14. 55 zubildenden ausgedehnten Zieles ab. Die Amplitude Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Der Si- des Echoimpulses bzw. seine Energie ist mit 18 begnalgenerator 5 erzeugt ein Signal, das in Frequenz, zeichnet. Die Verzögerung 20 läßt sich mittels der Amplitude und anderen Eigenschaften einer Reflexion Fernsteuervorrichtung 13 einstellen, von einem Ziel entspricht, wie sie bei Betrieb des zu Die Kurven (C) und (D) zeigen die vom Funkprüfenden Radargerätes auftritt. Wenn es sich um ein 60 tionsgenerator 14 über die Adern 15 und 16 abgege-Impulsradargerät handelt, so wird dem Signalgene- benen Schwingungsformen. Es handelt sich um entrator 5 über die Klemme 17 eine Information zu- gegengesetzt sägezahnförmig verlaufende Impulse, geführt, mit deren Hufe der Signalgenerator die die gleichzeitig mit dem Impuls 18 in F i g. 2 (B) begleiche Frequenz und die gleiche Pulsfrequenz wie ginnen und enden. Die Modulatoren 6 und 9 dämpdas zu prüfende Radargerät abgibt. Ein solcher Si- 65 fen den vom Signalgenerator 5 abgegebenen Puls 18 gnalgenerator ist an sich bekannt. entsprechend dem Verlauf der Schwingungen (C), Der Generator speist die beiden Antennen 8 und (D), so daß über die Antennen 8 und 12 entsprechend über die Modulatoren 6 und 9. Diese Modulatoren den letzteren Kurven verlaufende Impulse ausgestrahlt

Claims (1)

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   werden. Entsprechend der letzteren Tatsache ist auch diese scheinbare Krümmung des Ziels auszuschließen,

   hier die Amplitude in Dezibel angegeben. kann eine Korrektur vorgenommen werden, indem

   Kurve (E) zeigt die scheinbare Wanderung der der Anstieg der Kurve (C) verringert oder derjenige Echoquelle infolge der gewählten Ausstrahlungsart. der Kurve (D) verstärkt wird. Je nachdem können Die scheinbare Wanderung erfolgt längs der in F i g. 1 5 auf diesem Wege auch erwünschte scheinbare Krümangedeuteten Linie beiderseits einer Nullinie 0-0, die mungen hervorgerufen werden,
   mit der Hauptachse des Radargerätes zusammenfällt. Wie erwähnt, hängt der Abstand 19 vom Abstand Die Ordinatenachse der Kurve (E) kann entweder als 20 ab, falls der Winkel der Hauptachse 21, 24 mit der Ort längs der Verbindungslinie der Antennen 8 und Ebene des nachgebildeten Zieles, die durch die Punkte 12 oder als Winkel zwischen der Hauptachse und der io 22 und 23 bestimmt ist, konstant ist. Abänderungen scheinbaren Echoquelle gedeutet werden. Im ersteren dieses scheinbaren Winkels können durch Änderung Fall sind die Grenzen, wie angegeben, die Abstände des Verhältnisses der Strecke 19 und der Strecke 20 +D und — D beiderseits der Hauptachse, zwischen vorgenommen werden. Wenn es sich um ein Radardenen die Echoquelle zu wandern scheint. gerät für ein Flugzeug handelt, so entspricht eine

   In F i g. 3 sind in etwas übertriebenem Maßstab die 15 solche Abänderung der Änderung des Flugwinkels geometrischen Verhältnisse, die nachgebildet werden hinsichtlich des ausgedehnten Zieles (Erdboden),
   sollen, dargestellt. Das Radargerät soll sich am Punkt Wenn das zu prüfende Radargerät auf Phasen-21 befinden, und es soll ein ausgedehntes Ziel nach- änderungen anspricht, so wird man die Modulatoren 6 gebildet werden, das sich von Punkt 22 zu Punkt 23 und 9 nicht als Amplitudenmodulatoren, sondern als erstreckt. Die Linie 21, 24 stellt die Hauptachse des 20 Phasenmodulatoren ausbilden. Die Kurven (C) und Radargerätes dar. Wie an Hand der F i g. 2 (E) er- (D) stellen dann die Phasenverschiebungen des Siläutert wurde, wandert das scheinbare Echo auf einer gnals gegen eine Bezugsphase dar. Hier lassen sich Strecke 2 D von einer Seite der Hauptachse zur durch passend gewählte Werte der Phasenverschieanderen Seite. Diese Winkelbewegung ereignet sich bung in den beiden Antennen auch scheinbare Zielwährend der Zeit, die der Laufstrecke 25 entspricht. 25 Wanderungen über den Abstand der beiden Antennen Es muß dann nur dafür gesorgt werden, daß die Win- hinaus erreichen.

   kel zwischen der Hauptachse und den Enden der Die Fernsteuervorrichtung, der Signalgenerator scheinbaren Bewegung die gleichen wie die Sehwinkel und die mechanische Ausbildung der Prüfeinrichtung des nachzubildenden Zieles sind. Dies kann einfach brauchen hier nicht im einzelnen beschrieben zu durch die körperliche Anordnung der beiden Prüf- 30 werden. Es ist selbstverständlich, daß der Prüfraum antennen, d. h. ihren Abstand voneinander und vom den normalen Betriebsbedingungen möglichst gut anRadargerät selbst bewirkt werden. Dies läßt sich im geglichen werden soll. Zu diesem Zweck werden die allgemeinen ohne weiteres durchführen, da der Seh- Prüfantennen vorzugsweise in einer reflexionsfreien winkel der hier betrachteten Radargeräte ziemlich Kammer aufgestellt, die genügend groß ist, um die beschränkt ist und beispielsweise etwa 6° beträgt. 35 Verhältnisse im freien Raum möglichst gut nachzu-Zur Einstellung der Strecke 25 muß nur die Impuls- bilden. Die Antenne des zu prüfenden Radargerätes dauer 19 entsprechend gewählt werden. In Zeit- wird jedenfalls in die reflexionsfreie Kammer eineinheiten ausgedrückt sind die Strecken 19 und 25 geführt. Der Signalgenerator muß so ausgelegt sein, gleich groß. daß er ein Signal erzeugt, das einem wirklichen Echo

   Wenn die Strecke 22, 23 einen Teil des Erdbodens 40 so nahe wie möglich kommt. Die Fernsteuervorrich-

   darstellen soll, ändert sich der Abstand 19 bzw. 25 tung ist vorzugsweise über lange Kabel mit dem

   mit dem Winkel zwischen der Hauptachse 21, 24 und eigentlichen Prüfgerät verbunden, damit der Prüfer

   der Horizontalen sowie mit dem Zielabstand, d. h. die Arbeitsweise des geprüften Radargerätes beob-

   der Länge der Linie 21, 24 bzw. der damit gleich- achten kann, während die Prüfung vor sich geht, und

   wertigen Strecke 20. 45 gleichzeitig mittels der Fernsteuervorrichtung ver-

   Der Abstand 2 D kann einerseits durch entspre- schiedene Prüfvorgänge auslösen kann,
   chende räumliche Anordnung der Antennen, anderer- Die an der Klemme 17 zugeführten Bezugssignale seits aber auch durch Abänderungen der Schwin- müssen Informationen über die Frequenz und die gungsformen (C) und (D) in F i g. 2 verändert Pulsfrequenz des zu prüfenden Radargerätes entwerden. Wenn nämlich während der Echoimpuls- 50 halten. Mittels des Fernsteuergerätes muß es möglich dauer die Modulatoren den ausgestrahlten Impuls sein, die Amplitude des erzeugten scheinbaren Echoniemals ganz unterdrücken, so ergeben sich die ge- signals und seinen Einsatzzeitpunkt im Verhältnis strichelten Schwingungsformen (C) und (D) in F i g. 2, zum Sendeimpuls des Radargerätes zu wählen,
   wodurch die scheinbare Bewegung der Echoquelle
   gemäß den gestrichelten Linien bei (E) in F i g. 2 er- 55

   folgt. Das scheinbare Echo wandert also nicht auf der Patentanspruch:
   ganzen Strecke von +D bis — D, sondern nur auf
   einem Teil dieser Strecke.

   Aus F i g. 3 ist auch ersichtlich, daß bei Gleichheit Einrichtung zur Prüfung eines auf die Zielder Winkel 22, 21, 24 und 24, 21, 23 die Strecke 22, 60 richtung amplituden- und/oder phasenempfind-24 nicht gleich der Strecke 24, 23 ist, d. h., die Zeit lieh ansprechenden Radargerätes hinsichtlich der für die scheinbare Bewegung der Echoquelle zwischen Erfassung ausgedehnter Ziele, bestehend aus den Punkten 22 und 24 soll eigentlich kleiner als die einem — gegebenenfalls reflexionsfrei ausgeklei-Zeit für die Bewegung zwischen den Punkten 24 und deten — Prüfraum, der an einem Ende mehrere 23 sein. Trifft dies nicht zu, so ergibt sich eine schein- 65 in einem gewissen Abstand angeordnete Sendebare leichte Krümmung der Linie 22, 24, 23, wobei K^ antennen und am anderen Ende eine Öffnung der Punkt 23 sich etwas oberhalb der durch die Linie zum Einführen der Antenne des zu prüfenden 22, 24 definierten Ebene zu befinden scheint. Um Radargerätes aufweist, sowie aus einem über ge-

   trennte Sendekanäle mit den Sendeantennen verbundenen Signalgenerator zur Nachbildung der im Betrieb auftretenden Echosignale, gekennzeichnet durchin den Sendekanälen befindliche Modulatoren (6, 9), die im Gegentakt die Amplitude bzw. Phase der nachgebildeten Signale innerhalb jedes Sendeimpulses, und zwar mit

   einer Periode verändern, die gleich der Impulsfolgeperiode des zu prüfenden Radargerätes ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 585 460, 897 389; französische Patentschrift Nr. 1 085 145; USA.-Patentschrift Nr. 2 802 207.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   709 717/219 12.67