DE1289148B

DE1289148B - Anordnung zur Festzeichenloeschung bei Radarsystemen mit abwechselnden Sendeimpulsabstaenden

Info

Publication number: DE1289148B
Application number: DEC34309A
Authority: DE
Inventors: Herscovici Stelian
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1963-11-08
Filing date: 1964-11-07
Publication date: 1969-02-13
Also published as: US3273147A; FR1387100A; GB1091868A

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur dadurch einzusparen, daß die zweite Subtraktions-Festzeichenlöschung bei Radarsystemen, bei denen die schaltung und der Amplitudendemodulator durch aufeinanderfolgenden Sendeimpulse abwechselnd die einen Synchrondemodulator ersetzt werden, dem Abstände T — Θ und T + Θ haben, wobei T die einerseits das Ausgangssignal der ersten Subtraktionsmittlere Folgeperiode ist und Θ klein gegen T ist, bei 5 schaltung nach Verstärkung und andererseits das denen für die Echoimpulse die konstante Folge- Eingangssignal der ersten Verzögerungsanordnung periode T wiederhergestellt wird, bei denen die Echo- nach Amplitudenbegrenzung zugeführt werden, so daß impulse mit einer mit dem entsprechenden Sende- in diesem Fall nur die Echoimpulse von zwei aufeinimpuls synchronisierten kohärenten Bezugsschwingung anderfolgenden Folgeperioden miteinander verglichen zur Erzeugung kohärenter Echoimpulse zur Über- io werden. Selbst wenn diese bekannte Schaltung bei lagerung gebracht werden, und bei denen ein Echo- einem Radarsystem mit zwei abwechselnden Folgeimpuls nur dann verwertet wird, wenn ein auf Grund perioden verwendet würde, wären immer noch die der der kohärenten Echoimpulse bestimmtes Steuersignal konstanten mittleren Folgeperioden entsprechenden von Null verschieden ist. Blindgeschwindigkeiten vorhanden; hierzu kämen Die bekannten Anordnungen zur Festzeichen- 15 noch Blindgeschwindigkeiten, die den Differenzen löschung bei Radarsystemen, die mit konstanter zwischen den beiden abwechselnden Folgeperioden Folgeperiode arbeiten, weisen allgemein bekannte und der mittleren Folgeperiode entsprächen. Einschränkungen auf, welche durch die Blindgeschwin- Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer digkeiten gebildet werden, bei denen die Echos der Anordnung der eingangs angegebenen Art, bei welcher entsprechenden bewegten Ziele gleichfalls beseitigt 20 die der konstanten mittleren Folgeperiode entsprechenwerden. Diese Blindgeschwindigkeiten V_r sind durch den Blindgeschwindigkeiten entfallen, die Beziehung Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß

Κλ ^zur Bildung eines Steuersignals, das eine Funktion der

^ ⁼ 2T^ algebraischen Summe

gegeben, wenn K eine ganze Zahl, λ die Wellenlänge Ψι + Ψά~ ^Ψ2

der Impulsträgerfrequenz und T die Folgeperiode der der kohärenten Phasen von drei aufeinanderfolgenden

Sendeimpulse ist. Echoimpulsen eines gleichen Ziels ist, die nur dann zu

Um die Blindgeschwindigkeiten über die maximale Null wird, wenn diese Summe Null oder ein Vielfaches Geschwindigkeit der festzustellenden Ziele zu verlegen, 30 von π ist, eine erste Anordnung vorgesehen ist, in

wäre es oft erforderlich, λ zu vergrößern und T zu welcher jeder kohärente Echoimpuls eines Ziels,

verringern, was nicht allgemein möglich ist. Man nachdem ihm eine Frequenzumsetzung erteilt worden

wendet dann eine Wobbelung der Folgefrequenz um ist, mit dem vorhergehenden Echoimpuls des gleichen

einen Mittelwert an, wodurch es möglich wird, teil- Ziels zur Überlagerung gebracht und die Summenweise die periodischen Dämpfungen der Festzeichen- 35 frequenz der so erhaltenen Schwebung beseitigt wird,

löschungskennlinie zu beseitigen, jedoch bleibt der und an diese erste Anordnung in an sich bekannter

Ausscheidungsbereich bei niedrigen Geschwindig- Weise eine zweite Anordnung angeschlossen ist,

keiten zu eng, insbesondere im Falle einer hohen welche die demodulierte Differenz von jeweils zwei

Rotationsgeschwindigkeit der Antenne und der Aus- aufeinanderfolgenden, zum gleichen Ziel gehörenden

scheidung von langsamen Zielen (Wolken, Düppel). 40 Ausgangssignalen der ersten Anordnung bildet.

Einen Sonderfall dieser Festzeichenlöschungsanord- Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird jeder nungen stellen die eingangs definierten Anordnungen Echoimpuls, nachdem ihm eine Frequenzumsetzung dar, bei denen mit zwei abwechselnden Folgeperioden erteilt worden ist, mit dem um eine Folgeperiode gesendet und für die Echoimpulse die konstante verzögerten Echoimpuls der vorhergehenden Folgemittlere Folgeperiode wiederhergestellt wird. Bei den 45 periode multiplikativ gemischt. Infolge der Frequenzbekannten Anordnungen dieser Art werden die Echo- umsetzung erhält man ein Schwebungssignal mit der impulse nach Art der herkömmlichen Festzeichen- Summenfrequenz und ein Schwebungssignal mit der löschung ausgewertet, so daß die Blindgeschwindig- Differenzfrequenz. Die Summenfrequenz wird unterkeiten bestehenbleiben, welche der Verwendung von drückt, während das Schwebungssignal mit der zwei Folgeperioden entsprechen. Diese Erscheinung 50 Differenzfrequenz von dem durch eine weitere Vertritt, ebenso wie bei den Radarsystemen mit konstanter zögerung um eine Folgeperiode erhaltenen ent-Folgeperiode, unabhängig davon auf, ob man zwei sprechenden Schwebungssignal der vorhergehenden aufeinanderfolgende oder nicht aufeinanderfolgende Folgeperiode subtrahiert wird. Das am Ausgang Echos oder sogar drei Echos vergleicht. erhaltene Steuersignal entspricht dann der Funktion

Andererseits ist es bei einem mit konstanter Folge- 55

periode arbeitenden Radarsystem bekannt, die Echo- ^₁ + φ₃ — 2 φ₂ impulse um eine Folgeperiode zu verzögern und in

einer ersten Subtraktionsschaltung von den unverzöger- der kohärenten Phasen von drei aufeinanderfolgenden ten Echoimpulsen abzuziehen, worauf das Ausgangs- Echoimpulsen. Es bleiben nur noch die Blindgeschwinsignal der ersten Subtraktionsschaltung erneut um 60 digkeiten bestehen, die der Differenz Θ zwischen der eine Folgeperiode verzögert und von dem unverzöger- mittleren Folgeperiode T und den beiden abwechseinten Ausgangssignal in einer zweiten Subtraktions- den Folgeperioden T — Θ und T + Θ entsprechen, schaltung subtrahiert wird. Man erhält dann ein während die der mittleren Folgeperiode T entsprechen-Ausgangssignal, das einer linearen algebraischen den Blindgeschwindigkeiten beseitigt sind. Durch Funktion der Vektoren der Echoimpulse von drei 65 geeignete Bemessung von Θ ist es daher möglich, die aufeinanderfolgenden Folgeperioden ist; es wird erste Blindgeschwindigkeit so hoch zu legen, daß sie einem Amplitudenmodulator zugeführt. Es ist auch nicht stört, ohne daß aber die Folgeperiode unzulässig bereits bekannt, die zweite Verzögerungsanordnung klein wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 2 das Blockschaltbild einer Abänderung der Anordnung von Fig. 1.

Die Anordnung von F i g. 1 enthält einen Taktgeber 11, der Synchronisationssignale mit der Periode Γ liefert. Ein erster Ausgang des Taktgebers 11 steuert einen Sender 12 über eine erste Verzögerungsleitung 13 mit der Verzögerunge, eine zweite Verzögerungsleitung 14 mit der Verzögerung Θ und einen Umschalter 15 mit zwei Stellungen α und b, wobei in der Stellung b die Verzögerungsleitung 14 ausgeschaltet ist. Der Umschalter 15 wird mit der Frequenz T betätigt, d. h., daß er für eine Zeitdauer T in der Stellung a steht, dann für eine Zeitdauer Tin der Stellung b usw. Dieser Umschalter kann beispielsweise durch eine nicht dargestellte bistabile Kippschaltung gesteuert werden, welche ihrerseits von dem Ausgangssignal des Taktgebers 11 gesteuert wird. Die Steuerung des Umschalters 15 ist schematisch durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Die Verzögerunge ist willkürlich eingeführt, damit gewährleistet ist, daß der Umschalter 15 in der Stellung b im Augenblick des Durchgangs des Synchronisationsimpulses zu dem die Antenne 16 über den Sende-Empfangs-Umschalter 17 speisenden Sender 12 geschlossen ist; die Verzögerung e ist daher sehr klein und gegen Θ vernachlässigbar. Die Verzögerung Θ ist gleichfalls sehr klein gegen T (in der Größenordnung von einigen Prozent). Die Überlegungen hinsichtlich der Begrenzung des Wertes Θ werden später angegeben.

Ein vom Sender 12 gesteuerter kohärenter Oszillator 18 mit der gleichen Frequenz /₀ und ein Hilfs-Oszillator 19, dessen Frequenz gleich der Zwischenfrequenz fi des Empfängers ist (beispielsweise in der Größenordnung von 30 MHz), speisen eine subtraktive Mischstufe 20, deren Ausgangssignal mit der Frequenz /0 ~ fi in einer subtraktiven Mischstufe 21 mit den von der Antenne 16 aufgefangenen und am Empfängerausgang des Sende-Empfangs-Umschalters 17 erscheinenden Echosignalen gemischt wird. Die Umschaltung des Sende-Empfangs-Umschalters erfolgt durch nicht dargestellte herkömmliche Schaltungen auf Grund der vom Taktgeber 11 gelieferten Synchronisationsimpulse. Der Ausgang der Mischstufe 21 ist mit einer Verzögerungsleitung 22 verbunden, deren Verzögerung streng genau dem Wert© entspricht. Ein Umschalter23 mit zwei Stellungen a' (Ausgang der Verzögerungsleitung 22) und b' (Ausgang der Mischstufe 21) wird synchron mit dem Umschalter 15, aber im Gegentakt zu diesem betätigt; dies bedeutet, daß der Umschalter 23 in der Stellung b' ist, wenn sich der Umschalter 15 in der Stellung« befindet und umgekehrt. Der Umschalter 23 speist parallel eine Verzögerungsleitung 24 mit der Verzögerung T und eine Schaltung mit einer subtraktiven Mischstufe 25, welche von einem Hilfsoszillator 26 mit der Frequenz Fj (beispielsweise in der Größenordnung von 10 MHz) gespeist wird.

Der Ausgang der Mischstufe 25, der über ein nicht dargestelltes Tiefpaßfilter geht, und der Ausgang der Verzögerungsleitung 24 speisen eine Mischstufe 28, deren Ausgangssignal einer Subtraktionsschaltung 30 einerseits direkt und andererseits über eine Verzögerungsleitung 29 mit der Verzögerung T zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Subtraktionsschaltung 30 bildet nach Demodulation im Detektor 31 das Nutzsignal, das der Anzeigevorrichtung 32 zugeführt wird.

/₀ ist die Trägerfrequenz der vom Sender 12 ausgesendeten Impulse. Diese werden in den Zeitpunkten ε, ε + T + Θ, ε + 2Τ, ε + 3Γ + Θ usw. gesendet, d. h. in abwechselnden Zeitabständen T + Θ und T — Θ.

Empfangsseitig werden die Echos Ek, welche von einem gleichen Ziel auf Grund aufeinanderfolgender Sendeimpulse h (k = 1,2 ...) zurückgeworfen werden, von der Antenne 16 in entsprechenden abwechselnden Zeitintervallen aufgefangen, wenn angenommen wird (was im allgemeinen der Fall ist), daß das Verhältnis

-^- zwischen der Radialgeschwindigkeit des Ziels und

der Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen vernachlässigbar ist. Am Ausgang der Mischstufe 21 sind diese Echosignale auf die Frequenz/« umgesetzt (bis auf die Doppler-Frequenz

welche für alle Echos gleich ist, wenn V₁- konstant ist, wie hier vorausgesetzt wird), und sie haben eine Phase φ/c + Φ₁₅ wobei φα die kohärente Phase des Echosignals ist, während Φ₁ die willkürliche Anfangsphase des Oszillators 19 ist, der vollkommen frequenz- und phasenstabilisiert sein muß. Dabei ist die Augenblicksphase 2 π fiT des Hilfsoszillators vernachlässigt, was voraussetzt, daß diese Phase entweder durch Verwendung eines Phasenschiebers in einem der Eingangszweige des Umschalters 23 oder durch Wahl der Hilfsfrequenz f% in der Weise, daß

(Jc = ganze Zahl), kompensiert worden ist.

Zur Zeit I₁ nach der jeweiligen Aussendung, d. h. zu den Zeitpunkten ε + I₁, ε + T + Θ + I₁ bzw. ε + 2T + t_x erhält man am Ausgang der Mischstufe 21 nacheinander Signale E₁, E₂, E₃, welche als Funktion von co₀ = 2π/₀ und cot = 2π/ϊ folgendermaßen ausgedrückt werden können:

2 OJ₀V

E₁ = sm \\coi H -

¹¹ c

₀Vr

2 CJ₀ X₀

E₂ = sin [(ω, + ^2mf^rj _h _

_[Xo _ _Vr(T + _{Θ)] +} _Φι

Ε_Ά = sin

-2TVr] + ΦΑ

Claims

5 6

Darin ist X₀ die Entfernung vom Sender zum Ziel keit auf 500 m/s verschoben, vorausgesetzt, daß 2Θ

in dem Augenblick, in welchem der Impuls I₁ am Ziel höchstens 10 % von T beträgt,

ankommt. Diese Signale erscheinen am Ausgang des Die Schaltung von F i g. 2 unterscheidet sich von

Umschalters 23 mit einer festen Folgefrequenz T derjenigen von F i g. 1 nur hinsichtlich der Syn-

(wobei wieder vorausgesetzt ist, daß A vernachlässig- ⁵ chronisationsschaltungen des Senders und der Ände-

c ° rung des Wiederholungstaktes der aufgefangenen

bar ist; auf diese Voraussetzung wird nicht mehr Echosignale.

zurückgekommen). In F i g. 1 und 2 sind einander entsprechende Diese Signale werden paarweise in der Mischstufe 28 Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In der zur Überlagerung gebracht, nachdem das erste Signal io Schaltung von F i g. 2 sind der Ausgang der Verjedes Paares in der Leitung 24 um T verzögert worden zögerungsleitung 13 und der Ausgang der Mischist und das zweite Signal in der Mischstufe 25 eine stufe 21 mit den beiden Enden der gleichen VerFrequenzumsetzung um Fi erfahren hat. Dabei ist zögerungsleitung 201 mit der Verzögerung Θ verbunwieder vorausgesetzt, daß an—InFi ein Vielfaches den. Ein Umschalter202 mit der PeriodeT, welcher

von ²^ ist oder daß die Phase A Γ durch einen ¹⁵ ^Taktgeber V, !? ⁸^f f ^" ™e die Um- T schalter 15 und 23 der Schaltung von F ι g. 1 gePhasenschieber kompensiert worden ist, der in einem steuert wird, besitzt zwei Eingangsstellungen c und d, Zweig der nachfolgenden Schaltung angeordnet ist. welche den beiden Enden der Verzögerungsleitung 201 Durch Ausfiltern der oberen Schwebungsfrequenz entsprechen. Der Ausgang des Umschalters 202 speist erhält man am Ausgang der Mischstufe 28 nachein- 20 parallel zwei Trennschaltungen 203 und 204, von ander die folgenden Schwingungen A! und B': denen die eine die gemeinsame Eingangsleitung B der

₁ r _{7 v} -i Verzögerungsleitung 24 und der Mischstufe 25 speist, A¹ — -—cos ßiίχ H — ^ω° (T + Θ) + Φ\, während die andere mit dem Synchronisationseingang
2 L ^c J des Senders 12 verbunden ist.

25 Es ist zu erkennen, daß in der Stellung c des Um-

, _ 1 Lj 2(ü₀Vr , _T_ /3\ ι φ\ schalters202 das Synchronisationssignal um Θ ver-

2~^C0S I c ~~ J' zögert wird, während die empfangenen Echosignale

dann nicht verzögert werden, während dies in der

darin stellt Φ die Summe der Anfangsphasen der Stellung d umgekehrt ist. Die aus der Verzögerungs-Oszillatoren 19 und 26 dar. 30 leitung 201 und dem Umschalter 202 gebildete Anord-Der Ausgang der Mischstufe 28 ist mit den beiden nung erfüllt also die Funktionen der beiden Anordnun-Eingängen einer Subtraktionsschaltung30 einerseits gen von Fig. 1, welche aus der Verzögerungsüber einen direkten Kanal und andererseits über einen leitung 14 und dem Umschalter 15 bzw. der Verzögebei 29 um T verzögerten Kanal verbunden. rungsleitung 22 und dem Umschalter 23 gebildet

In der Subtraktionsschaltung 30 bildet man also 35 werden.

abwechselnd die Differenzen B' — A' und A! — B' Die Trennschaltungen 203 und 204 haben die

[B' (direkter Kanal) und Ä (verzögerter Kanal)], Aufgabe, die Synchronisationssignale von den empfanderen Hüllkurve bei 31 demoduliert wird. genen Echosignalen abzutrennen. Diese Trennung Das Ausgangssignal des Detektors 31 wird in her- kann auf der Pegeldifferenz beruhen (Amplitudenfilter Kömmlicher Weise wie in den bekannten Anordnungen 40 oder Amplitudendiskriminator) oder auf der Art der zur Festzeichenlöschung ausgewertet, beispielsweise Signale (Frequenzfilter). Anordnungen dieser Art sind als Steuersignal für die Wehneltelektrode einer auf dem Gebiet der Radartechnik und der Fernseh-Kathodenstrahlröhre 32. technik allgemein bekannt, so daß sie hier nicht näher Dieses Signal ist nichts anderes als beschrieben zu werden brauchen.

4_ny , 45 Die hinter dem Punkt B liegenden Schaltungen sind

= I sin τ—^r— Θι. in F i g. 1 und 2 gleich.

,sin Θ

Die Schaltung von F i g. 2 ergibt gegenüber Dieser Ausdruck wird zu Null für derjenigen von F i g. 1 den Vorteil, daß nur eine

4_πγ Q Verzögerungsleitung mit der Verzögerung Θ erforder-

~— = kn. 50 lieh ist; daher entfällt die Notwendigkeit, zwei streng

gleiche Verzögerungsleitungen vorzusehen.

Dies bedeutet, daß die Blindgeschwindigkeiten nun Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und

durch die folgende Beziehung definiert sind: beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Ins-

χ besondere kann man je nach den Verwendungs-

V_r — k —f.—;r-g— „ 55 bedingungen der verfügbaren Organe oder der späteren

Behandlung des Ausgangssignals gegebenenfalls ein&

Es genügt also, die folgende Beziehung zu wählen: Kombination der beschriebenen Anordnungen vor-

χ nehmen oder mit einer numerischen Speicherung der

2 Θ < -~——, Signale ohne Verwendung der Verzögerungsleitungen

^ZVm 60 arbeiten.

worin Vm die maximale Geschwindigkeit der fest- Dot^t»^™«,«),.

. ,, j ,-,. . . . Jraieniansprucn.

zustellenden Ziele ist.

Während also eine Sendung mit konstanter Folge- Anordnung zur Festzeichenlöschung bei Radarperiode T = 10³ μβ bei der Wellenlänge λ = 10 cm systemen, bei denen die aufeinanderfolgenden einer ersten Blindgeschwindigkeit von 50 m/s ent- 65 Sendeimpulse abwechselnd die Abstände T — Θ sprechen würde, wird nun für eine Sendung mit und T + Θ haben, wobei T die mittlere Folgegleicher Frequenz und den abwechselnden Folge- periode ist und ©klein gegen T ist, bei denen für die-Perioden T + Θ und T — Θ die erste Blindgeschwindig- Echoimpulse die konstante Folgeperiode T wieder-

hergestellt wird, bei denen die Echoimpulse mit einer mit dem entsprechenden Sendeimpuls synchronisierten kohärenten Bezugsschwingung zur Erzeugung kohärenter Echoimpulse zur Überlagerung gebracht werden und bei denen ein Echoimpuls nur dann verwertet wird, wenn ein auf Grund der kohärenten Echoimpulse bestimmtes Steuersignal von Null verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Steuersignals, das eine Funktion der algebraischen Summe

der kohärenten Phasen von drei aufeinanderfolgen-

den Echoimpulsen eines gleichen Ziels ist, die nur dann zu Null wird, wenn diese Summe Null oder ein Vielfaches von π ist, eine erste Anordnung vorgesehen ist, in welcher jeder kohärente Echoimpuls eines Ziels, nachdem ihm eine Frequenzumsetzung erteilt worden ist, mit dem vorhergehenden Echoimpuls des gleichen Ziels zur Überlagerung gebracht und die Summenfrequenz der so erhaltenen Schwebung beseitigt wird, und an diese erste Anordnung in an sich bekannter Weise eine zweite Anordnung angeschlossen ist, welche die demodulierte Differenz von jeweils zwei aufeinanderfolgenden, zum gleichen Ziel gehörenden Ausgangssignalen der ersten Anordnung bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909507/1232