DE1282750B - Monopuls-Summe-Differenz-Radargeraet mit Einrichtungen zur Charakteristikverschaerfung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIs

Deutsche KL: 21 a4 - 48/63

Nummer: 1282750

Aktenzeichen: P 12 82 750.8-35 (C 36135)

Anmeldetag: 16. Juni 1965

Auslegetag: 1.4. November 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Monopuls-Radargeräl mit einem Kanal, der ein Summensignal Σ = A + B liefert, mit einem Kanal, der ein Diffcrenzsignal I = A-B liefert, wobei A und B die Amplituden der über die einander überlappenden Einzelcharakteristiken empfangenen Echos sind, und mit Einrichtungen, welche die Signale Σ und 1 zur Charakteristikverschärfung kombinieren.

Es ist bekannt, die Breite der Hauptkeule des Diagramms dadurch zu verringern, daß die sub- jo

traktive Kombination l-l'l — ·, | l| oder |-|—| I

gebildet wird. Die hierdurch erzielte Charakteristikverschärfung ist jedoch noch unbefriedigend.

Es ist andrerseits bekannt, zum Zweck der Charakteristikverschärfung zwei Antennencharakteristiken multiplikativ zu kombinieren. Zu diesem Zweck wird eine Strahlergruppe oder auch eine stetige strahlende Öffnung in zwei Teile unterteilt, und das kombinierte Ausgangssignal des einen Teils wird mit dem kombiliierten Ausgangssignal des anderen Teils multipliziert. Eine andere bekannte Maßnahme besteht darin, bei einem Rückslrahlortungsgerät die Richtsendecharakteristik und die Richtempfangscharakterislik unterteilweiser gegenseitiger Überlappung divergierend anzuordnen, so daß das kombinierte Sende-Empfangs-Diagramm einer multiplikativen Kombination der beiden Einzcldiagramme entspricht und nur in deren Uberlappungsbcreich vorhanden ist. Diese Maßnahmen eignen sich aber nicht für Monopuls-Radargeräte. bei denen man aus anderen Gründen über das Summensignal Λ' und das Differenzsignal I verfügen muß, beispielweise für die Berechnung der Zielablage auf Grund des Verhältnisses I Σ.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, bei einem Monopuls-Radargerät. bei welchem aus anderen Gründen die Signale Σ und I ohnedies verfügbar sind, durch Kombination dieser Signale mit einfachen Mitteln eine bessere Charakteristikverschärfung zu erzielen.

Bei einem Monopuls-Radargerät der eingangs angegebenen Art wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Einrichtungen in an sich bekannter Weise das Produkt A ■ B bilden.

Es scheint zwar ein Umweg zu sein, aus den Signalen A und B zunächst die Signale Σ = A + B und \ = A — B zu bilden und dann aus diesen Signalen das Produkt AB zu gewinnen. Es ist aber zu bedenken, daß die Signale A und B unbcreihigttf HÖchstfrequcnzsignalc sind, deren Verarbeitung sehr sorgfältig ausgebildete und diffizile Schaltungen von hohem Preis und großem Raumbedarf erfordert.

Monopuls-Summe-Differenz-Radargerätmit
Einrichtungen zur Charakteristikverschärfung

Anmelder:

CSF-Compagnie Generale de Telegraphic

Sans FiI, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
8000 München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Henri Poinsard, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 17. Juni 1964 (978 631)

Andrerseits enthält aber bereits jedes Monopuls-Radargerät eine sorgfältig und genau ausgebildete Schaltung zur Bildung des Summensignals Σ und des Differenzsignals 1 in bereinigter Form mit wesentlich niedrigerer Frequenz. Aus diesen beiden Signalen kann daher das Produkt A ■ B mit wesentlich einfacheren und billigeren Schaltungen als aus den Signalen A und B gewonnen werden. Dieses Produkt ergibt eine Charakteristikverschärfung, wie sie bisher bei Monopuls-Radargeräten noch nicht realisiert worden ist.

Die Bildung des Produkts A ■ B kann dadurch erfolgen, daß zunächst aus den Signalen Σ und . f wieder die Signale A und B gewonnen und diese dann multipliziert werden.

In diesem Fall enthält das Monopuls-Radargerät gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung eine Anordnung zur Addition der Signale Σ und .1, eine Anordnung zur Subtraktion des Signals I vom Signal Σ, wodurch zwei neue Signale Σ+ I = 2 A und Σ— ( = 2 B erzeugt werden, und eine Anordnung zur Bildung des Produkts dieser beiden neuen Signale.

Eine andere Möglichkeit zur Bildung des Produkts A ■ B besteht darin, daß zunächst die Signale Σ und I quadriert und dann die Quadrate subtrahiert werden. In diesem Fall enthält das Monopuls-Radargerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zwei quadratische Detektoren, welche die

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Signale Σ und Δ empfangen ,und die Signale Σ² und A² abgeben, und eine Anordnung zur Durchführung der Subtraktion Σ² - Δ² = AAB.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen

Fig.l und 2 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise und

Fig. 3 und 4 Blockschaltbilder von zwei Ausfüfarungsbeispielen.

F i g. 1 zeigt die polaren· Elementardiagramme _ϊ0 eines Empfangssystems mit.zwei Empfangskanälen A und B eines sogenannten Monopuls-Radargeräts. Bekanntlich sind diese beiden Kanäle im allgemeinen an zwei Primärquellen angeschlossen, die den gleichen Reflektor anstrahlen. Die Bezugsrichtung OX des Radargeräts ist in F i g. 1 durch die Symmetrieachse der beiden Diagramme definiert. Dies ist die Achse, in der sich eine Quelle befindet, die ein Signal A+B von maximaler Amplitude liefert, wenn A bzw. B die Amplituden des in jedem der beiden Kanäle empfangenen Signals sind.

Das Summendiagramm A + B wird durch Demodulation des Summensignals S₀ + S₆ erhalten, wenn S₀ und S₆ die in den beiden Kanälen empfangenen Signale sind.

Ein solches Diagramm hat ein Maximum in der Richtung OX, und es. umhüllt die beiden Elementardiagramme.

F i g. 2a zeigt das Diagramm Θ = f{Ob, Ox), worin Ob die Richtung der Quelle ist; auf der Abszisse ist der Winkel Θ aufgetragen. Es ist zu erkennen, daß das ganze Diagramm oberhalb der <9-Achse liegt und daß außer dem Maximum in der Richtung Θ = 0, d. h. in der Achse OX, weitere Maxima vorhanden sind. Es ist nämlich in jeder Richtung eines der beiden Signale vorherrschend, und dementsprechend hat die Summe niemals den Wert Null.

Wenn dagegen Einrichtungen zur Erzeugung des SignalsS₀·S₆ vorgesehen sind, wird das in Fig. 2b dargestellte Diagramm A · B erhalten, das ebenfalls ein Maximum in der Richtung OX hat und symmetrisch zu der Achse OX ist. Außerdem ist dieses Diagramm offensichtlich schmäler als das Diagramm des Summensignals, und es weist Nullstellen auf. Jeder Nullstelle jedes Elementardiagramms A oder B entspricht' nämlich eine Nullstelle des Diagramms AB.

Bei genauerer Untersuchung¹ der Erscheinung ist festzustellen, daß das Signal S₀- S₆ für Θ = 0 positiv ist und schnell abfällt, wenn sich Θ von 0 entfernt. Es besitzt Nullstellen, die sämtlichen Nullstellen der beiden Elementardiagramme entsprechen, Das Produkt S₀ -S₆ hat nämlich dann den Wert Null, wenn S_a oder S₆ den Wert Null hat.

Wenn man die beiden Signale S₀ und S₆ beispielsweise nach einer Frequenzumsetzung als Zwischenfrequenzsignale erhält, kann man ferner schreiben:

S₀ = A cos mt,.

S₆ = BcOS(Wi + ?;).

Darin ist φ die Phasenverschiebung, die vom Winkel© hervorgerufen wird, wenn angenommen wird, daß die Entfernung der beiden Quellen in der ^ Größenordnung der Betriebswellenlänge liegt, wie im Fall des mit Phasenvergleich arbeitenden Monopuls-Radafgeräts, oder auch aus irgendeinem anderen Grund im Fäll des mit Amplitudenvergleich arbeitenden Monopuls-Radargeräts. '

Man erhält daraus nach Multiplikation und Ausfiltern der Frequenz-^:

S₀ · S₆ = A ■ B ■ cos ψ.

In der Achse OX, in welcher q· den Wert Null hat, erhält man somit S_a- S_h = A · B, also ein Maximum.

Ferner wird das Produkt S₁₁-S₁,- cos q>, außer an den Nullstellen, die den Nullstellen von A und B entsprechen, zu Null für

cos ψ = 0

■Ψ = 2Κπ+—.

In .Fi g. 3 und 4 sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Bei der Anordnung von F i g. 3 werden die Signale

Σ = \A+B\ Λ = /4-Bl

in die Zwischenfrequenzverstärker 1 und 2 eingegeben.

Die Ausgangssignale dieser Verstärker werden in einer Anordnung 3 addiert und in einer Anordnung 4 voneinander subtrahiert. Diese beiden Anordnungen sind mit den beiden Eingängen eines multiplikativen Phasendetektors 5 verbunden. Das Ausgangssignal dieses Detektors wird den Endstufen 6 zugeführt.

Die Anordnung arbeitet in folgender Weiser Die Anordnungen 3 und 4 geben an ihren Ausgängen die Signale mit der Amplitude VA und 2 B ab. Der Phasendetektor 5 bildet das Produkt AB- cos q. Dieser Phasendetektor ist in herkömmlicher Weise ausgeführt und bildet das Produkt mit guter Annäherung; er beseitigt ferner die Frequenz-^-.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel: Die beiden Verstärker 10 und 11 sind jeweils mit einem quadratischen Detektor 21 bzw. 22 verbunden, welcher das Quadrat | Σ |² bzw. |. I j² bildet. Die am Ausgang der Subtraktionsschaltung 23 erhaltene Differenz dieser beiden Quadrate beträgt

Die Vorteile der beschriebenen Anordnungen bleiben auch dann erhalten, wenn « Echos empfangen werden, die von beweglichen, punktförmigen Gegenständen E₁ ... E_n stammen, die sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten in bezug auf das Radargerät bewegen.

Es seien S₀₁ ... S_0n die im Kanal A und S_6t -,. S_6n die im Kanal B empfangenen Echosignale, die von denn Zielen E₁, E₂ ... E_n stammen.

Der Kanal A liefert das Signal

ί=1

Der Kanal B liefert das Signal

β= Σ ν

J=I

Das resultierende Signal des Produkts ist

.1=1

Dieses Signal enthält erstens eine erste Summe von Produkten

η
f f fl_t * ^b

nämlich die Summe der Produkte der Signale, welche die Echos für sich allein betrachtet erzeugen würden; zweitens eine zweite Summe von Produkten

Σ Σ V^s»,

mit ι φ j. Es handelt sich hierbei um eine Summe von Gliedern, die sich aus der Verknüpfung von Echos ergeben, die von verschiedenen Zielen stammen Die relativen Phasen dieser Signale sind im allgemeinen rein zufällig, und zu ihrer Unterdrückung genügt es, in den Endstufen 6 Integrationseinrichtungen vorzusehen, wie sie üblicherweise zur Unterdrückung von Wolken- oder Regenechos vorhanden sind. Falls Phasendifferenzen auf Grund des Dopplereffekts auftreten, braucht nur die Integrationszeit größer als der Kehrwert der niedrigsten Dopplerfrequenz bemessen zu werden, um diese Signale zu beseitigen.

Vorausgesetzt, daß diese Verknüpfungsprodukte in geeigneter Weise ausgefiltert werden, erhält man ein besseres Auflösungsvermögen, wobei praktisch alles so abläuft, als ob das erzeugte Signal die Summe der von den η Zielen E₁... E_n getrennt erzeugten Elementarsignale wäre.

In bestimmten Anwendungsfällen wird es durch das Vorhandensein einer Katodenstrahlröhre in den Endstufen 6 möglich, die Summe der Verknüpfungsprodukte zu beseitigen, da die Beobachtung auf dem Leuchtschirm einer Integration der empfangenen Signale gleichkommt.

Das gleiche gilt bei der Beobachtung einer Wolke mittels Panoramaabtastung auf einem Schirm, vorausgesetzt, daß die Winkelgeschwindigkeit der Abtastung nicht zu groß ist.

Falls eine Auswahl von Zielen durch ein Entfernungsfenster erfolgt, dessen Dauer im Fall eines ; Impulsradargeräts gleich der Dauer des Sendeimpulses ist, können Unterdrückungseinrichtungen mit Zeitkonstanten nach Art von RC-Gliedern oder Speichervorrichtungen zur Durchführung der Integration verwendet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Monopuls-Radargerät mit einem Kanal, der ein Summensignal Σ = A + B liefert, mit einem Kanal, der ein Differenzsignal . 1 = A — B liefert, wobei A und B die Amplituden der über die einander überlappenden Einzelcharakteristiken empfangenen Echos sind, und mit Einrichtungen, welche die Signale Σ und . I zur Charakteristikverschärfung kombinieren,dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen in an sich bekannter Weise das Produkt A · B bilden.

2. Monopuls-Radargerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung (3) zur Addition der Signale Σ und A, eine Anordnung (4) zur Subtraktion des Signals. ] vom Signal Σ, wodurch zwei neue Signale Σ+ I = 2 A und Σ — .1 = 2 B erzeugt werden, und durch eine Anordnung (5) zur Bildung des Produkts dieser beiden neuen Signale.

3. Monopuls-Radargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden der Kanäle ein Zwischenfrequenzverstärker (1, 2) eingefügt ist.

4. Monopuls-Radargerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei quadratische Detektoren (21, 22), welche die Signale Σ und . 1 empfangen und die Signale Σ² und J² abgeben, und durch eine Anordnung (23) zur Durchführung der Subtraktion Σ²- Λ¹ = AAB

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 906 709; britische Patentschrift Nr. 928 410; D. R. Rhodes, Introduction to Monopulse New York—Toronto—London, 1959, S. 61;

The J. of the Brit. I. R. E., 1959, S. 369 bis 382.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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