DE1523235C1

DE1523235C1 - Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Radar-Dopplerfrequenzkanals mit der groessten Ausgangsspannung

Info

Publication number: DE1523235C1
Application number: DE1965S0097107
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr-Ing Baur; Peter Dipl-Ing Honold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-05-14
Filing date: 1965-05-14
Publication date: 1977-09-15

Description

(V₂-V₁... V„-V„_,)

gebildet und der beim Vergleich zwischen dem Kanal (4) mit der größten Ausgangsspannung (V₄) und dem nachfolgenden Kanal (5) in an sich bekannter Weise auftretende Vorzeichenwechsel der Spannungsdifferenz (V₅-V₄) gegenüber der vorhergehenden Spannungsdifferenz (V₄ - V₃) zur Kennzeichnung des Kanals (4) mit der größten Ausgangsspannung (V₄) benutzt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Ausgangsspannungen der einzelnen Kanäle gebildeten Differenzspannungen über einen Gleichrichter geführt sind und daß der letzte der Kanäle, bei dem noch eine Spannungsdifferenz (V» — Vj) auftritt, mit seiner Mittenfrequenz (f_M) als Kriterium für die Bestimmung der Dopplerfrequenz benutzt ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanalausgang über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (T_ra) zu einer als Begrenzung wirkenden Zenerdiode (Z) geführt ist und die Basis dieser Transistoren mit dem Ausgang des jeweils benachbarten Kanals derart verbunden ist, daß nur bei bestimmten Vorzeichen der Spannungsdifferenz zwischen beiden Kanälen die Emitter-Kollektor-Strecke des jeweiligen Transistors leitend wird, während sie bei entgegengesetztem Vorzeichen der Spannungsdifferenz gesperrt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalausgänge im Bereich der durch die Zenerdioden (Z) auf einem festen Wert gehaltenen Ausgangsspannungen über die Basis-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors (T_rb) miteinander verbunden sind, der nur bei Auftreten einer Spannungsdifferenz an den Zenerdioden zwischen zwei benachbarten Kanälen durchgeschaltet wird und dadurch den entsprechenden Kanal zur Bestimmung der zugehörigen Frequenz markiert.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Transistoren (T_ra)an den Ausgängen der einzelnen Kanäle einerseits und die Transistoren (T^), welche die Kanäle im Bereich der Zenerdiode verbinden, andererseits, jeweils komplementäre Transistortypen verwendet sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der als Maß für die radiale Geschwindigkeit eines Bewegtzieles dienenden Abstimmfrequenz des die größte Ausgangsspannung aufweisenden Dopplerfrequenzkanals eines Radargerätes, bei dem das zu einem Frequenzband verbreiterte, dopplerverschobene Empfangssignal über eine aus Einzelkanalfiltern mit unmittelbar aneinanderstoßenden Durchlaßbereichen bestehende Filterbank geführt wird.

ίο Es ist bei Radargeräten bekannt (USA.-Patentschrift 30 22 471), zur Ausschaltung von Rauschanteilen schmalbandige Filter zu verwenden. Dopplerverschobene Empfangssignale ergeben gegenüber den nur mit Rauschsignalen belegten Filterkanälen wesentlich größere Ausgangssignale, und es läßt sich durch Vergleich der Ausgangsspannungen derjenge Filterkanal ermitteln, in welchem ein Dopplersignal auftritt. Dieser Kanal wird dann zur Auswertung herangezogen, während die übrigen Kanäle, welche nur Rauschanteile liefern, bei der Messung unterdrückt werden. In diesem Fall geht es jedoch nicht um die exaktere Bestimmung einer bestimmten Dopplerfrequenz innerhalb eines zu einem Frequenzband verbreiterten Echosignals.

Es ist bekannt (Proceedings of the IRE, 49 (1961), 9 (Sept.), Seite 1420), bei der Bestimmung der Dopplerfrequenz von Bewegtzielen einen Interpolator zu verwenden. Dieser Interpolator tritt dann in Tätigkeit, wenn ein Bewegtziel gleichzeitig in zwei aneinanderstoßende Filterkanäle fällt, und zeigt damit an, daß die Dopplerfrequenz zwischen den beiden Durchlaßbereichen der benachbarten Dopplerfilterkanäle liegt. Auch in diesem Fall ist der Durchlaßbereich der Dopplerfilter nicht wesentlich kleiner als ein etwaiges zu einem Frequenzband verbreitertes dopplerverschobenes Empfangssignal.

Es hat sich aber gezeigt, daß in vielen Fällen das reflektierte Signal zu einem relativ großen Frequenzband verbreitert wird, was zu Schwierigkeiten bei der exakten Ermittlung der innerhalb dieses Frequenzbandes liegenden und der echten Dopplerverschiebung entsprechenden Frequenz führt. Die Ursachen für diese Verbreiterung des Echosignals liegen vor allem darin, daß Fluktuationen der Reflexionszentren auftreten können, wozu die Abschattungsmodulation und bei Propellerflugzeugen die sog. Proppellermodulation tritt.

Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf eine

Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bezieht, liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit einfachen Mitteln realisierbaren Weg aufzuzeigen, um aus dem verbreiterten Dopplerfrequenzband diejenige Frequenz herauszufinden, welche möglichst exakt die Geschwindigkeit des Bewegtzieles wiedergibt. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß aus den Ausgangsspannungen jeweils aufeinanderfolgender Kanäle, deren Durchlaßbereiche gegenüber dem verbreiterten Frequenzband des Empfangssignals schmal sind, in an sich bekannter Weise durch Gegeneinanderschaltung eine Spannungsdifferenz gebildet und der beim Vergleich zwischen dem Kanal mit der größten Ausgangsspannung und dem nachfolgenden Kanal in an sich bekannter Weise auftretende Vorzeichenwechsel der Spannungsdifferenz gegenüber der vorhergehenden Spannungsdifferenz zur Kennzeichnung des Kanals mit der größten Ausgangsspannung benutzt ist.

Durch die Gegeneinanderschaltung der Ausgangsspannungen der einzelnen Kanäle wird eine sichere Anzeige der Spektrallinie mit der größten Amplitude auch dann erreicht, wenn Ziele mit unterschiedlichen

Echosignalamplituden vorhanden sind, wobei der für die Bestimmung des exakten Wertes der Dopplerfrequenzverschiebung des Echosignals zuständige Kanal in einfacher Weise bestimmt werden kann.

Es ist zweckmäßig, das Verfahren der Bestimmung der Dopplerfrequenzverschiebung dadurch zu vereinfachen, daß nicht sowohl die positiven als auch die negativen Potentialdifferenzen der einzelnen Kanäle dargestellt werden, sonderen nur jeweils Potentialunterschiede mit einem bestimmten Vorzeichen, z. B. positive j₀ Potentialdifferenzen. Die Markierung des die exakte Dopplerfrequenzverschiebung angebenden Kanals wird in diesem Falle so vorgenommen, daß der letzte Kanal, in dem noch eine Spannungsdifferenz mit entsprechenden Vorzeichen auftritt, markiert wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand von Zeichnungen näher erläutert.

In Fig. 1 ist das Frequenzspektrum eines von einem Bewegtziel stammenden Echosignals dargestellt. Es handelt sich dabei nicht um eine Einzelfrequenz, sondern um eine etwa beiderseits einer Hauptspektrallinie verteilte und in ihrer Amplitude mit zunehmendem Abstand kleiner werdende Spektrallinie. Wird ein derartiges Echosignal über ein Filterband geführt, deren Durchlaßbereiche in F i g. 2 dargestellt sind, so ergeben sich an den Ausgängen der jeweiligen Kanalfilter einzelne Spektrallinien, z. B. Vi ... V7, der in F i g. 3 gezeigten Form. Aus dem Frequenzgemisch nach Fig. 1, wie es von der Radarantenne bei einem Bewegtziel aufgenommen wird, ist eine bestimmte Frequenz zu bestimmen, deren Spektrallinie die größte Amplitude aufweist. Diese Frequenz des Kanals mit der größten Ausgangsspannung (V₄) ist typisch für die von dem Bewegtziel verursachte Dopplerfrequenzverschiebung.

Den prinzipiellen Schaltungsaufbau eines Radargerätes, das mit einer Filterbank nach F i g. 2 versehen ist, zeigt F i g. 4. Die von einer Antenne tO aufgenommenen reflektierten Signale werden in einer Sende-Empfangs-Weiche 11 einem Überlagerungsempfänger 12 zügeführt, dessen Überlagerungsfrequenz von einem Oszillator 13 erzeugt wird. Die Sendeeinrichtungen der Radarantennenanordnung sind mit 15 bezeichnet. Das vom Mischer 12 gelieferte Ausgangssignal wird in Einzelkanäle 1,2,3... η aufgeteilt, in die jeweils schmale Kanalfilter F\ ... F_n eingeschaltet werden, deren Durchlaßbereiche in F i g. 2 dargestellt sind. Die Ausgänge dieser Kanalfilter sind über Gleichrichter auf Kapazitäten geführt, die als Speichereinrichtungen 5Ί... S_n arbeiten und in denen die in den einzelnen Frequenzkanälen auftretende Ausgangsspannungen Vi ... V_n gespeichert werden. In einer Auswerteeinrichtung 16 werden die Ausgangsspannungen Vi ... V_n der einzelnen Kanäle miteinander verglichen.

Die Ausgangsspannungen V\ ... V_n der einzelnen Kanalfilter F₁... F_n sind hierzu am Ausgang der Kanäle so zusammengeschaltet, daß jeweils die Spannungsdifferenzen

V₂-Vx; V₃-Vi\

Vn-\

entstehen. In F i g. 5 sind für die Anordnung nach F i g. 4 die Spannungsdifferenzen zwischen den einzelnen Entfernungskanälen Vi — Vi aufgezeichnet, wobei von

60 einer Spannungsverteilung der in F i g. 3 gezeigten Art ausgegangen ist. Zwischen dem Kanal 4 mit der höchsten Amplitude und dem Kanal 5 tritt ein Vorzeichenwechsel der Spannungsdifferenz auf. Dieser Vorzeichenwechsel wird für die Markierung des Kanals 4, welcher die höchste Ausgangsspannung liefert, verwendet. In Fig.6 ist ein Einzelimpuls mit der Frequenz des Kanals 4 angedeutet, der zur Markierung dieses Kanals dient

Die Schaltung, mit welcher ein derartiger Impuls gebildet werden kann, ist in F i g. 7 dargestellt. Die Ausgangsspannungen der Kanäle i—n nach F i g. 4 sind hier als Spannungsquellen V\ - V_n schematisch angedeutet. Die Ausgangsspannungen Vl — V_n der einzelnen Kanäle werden über Transistoren T_ra und ohmsche Widerstände Rt auf Zenerdioden Z geschaltet, die als Spannungsbegrenzer wirken und alle Ausgangsspannungen V\... V_n auf einen bestimmten, in F i g. 5 mit V_z bezeichneten Wert begrenzen. Zwischen der Basis der in jedem Ausgangskanal vorhandenen Transistoren T_ra und dem benachbarten Ausgangskanal wird jeweils eine leitende Verbindung hergestellt, die über einen ohmschen Widerstand R2 geführt ist. Solange das Ausgangspotential des jeweils rechten Kanals größer ist als das des linken, ist die Emitter-Kollektor-Strecke der Transistoren T_ra leitend, so daß die jeweiligen Ausgangsspannungen über die Widerstände R\ auf die Zenerdioden Z geschaltet werden. Solange also die Spannungsdifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Kanalausgängen positiv ist — im vorliegenden Falle also zwischen den Kanälen Vj ... Va — liegt an den entsprechenden Zenerdioden Z eine von Kanal zu Kanal gleich große Ausgangsspannung, so daß zwischen diesen Zenerdioden keine Spannungsdifferenz besteht und somit auch zwischen dem Emitter und der Basis der Transistoren Th, keine Spannung auftritt.

Es ist zweckmäßig, für die Transistoren T_rb die zu den Transistoren T_n komplementären Typen zu verwenden. Sobald zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kanälen eine negative Spannungsdifferenz auftritt, wie im vorliegenden Beispiel zwischen den Kanälen 4 und 5, besteht zwischen der Basis des im Kanal 5 liegenden Transistors T_n und dessen Emitter keine positive Spannungsdifferenz mehr, so daß. die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors gesperrt wird. An der Zenerdiode des Kanals 5 liegt somit keine Spannung mehr an, während an der Zenerdiode des Kanals 4 noch eine Spannung der Größe V₂ auftritt. Damit entsteht zwischen der Basis und dem Emitter des zwischen Kanal 4 und Kanal 5 eingeschalteten Transistors T_rb eine Spannungsdifferenz, welche den Transistor bis in die Sättigung durchsteuert und über die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors einen Strom fließen läßt, der am Widerstand R3 dieses Transistors einen Spannungsabfall erzeugt, der an der Klemme Va abgenommen werden kann. Damit ist von sämtlichen Kanälen an den Ausgängen Vi' ... V_n nur der Kanal 4 markiert, der somit durch die seinem Kanalfilter zugeordnete Mittenfrequenz die Frequenzlage des dopplerverschobenen Signals ergibt Die Transistoren T_rb stellen somit ein »Und«-Gatter dar, das einen negierten Eingang aufweist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Bestimmung der als Maß für die radiale Geschwindigkeit eines Bewegtzieles dienenden Abstimmfrequenz des die größte Ausgangsspannung aufweisenden Dopplerfrequenzkanals eines Radargerätes, bei dem das zu einem Frequenzband verbreiterte, dopplerverschobene Empfangssignal über eine aus Einzelkanalfiltern mit unmittelbar aneinanderstoßenden Durchlaßbereichen bestehenden Filterbank geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Ausgangsspannungen (Vi ... V_n) jeweis aufeinanderfolgender Kanäle (1 ... n), deren Durchlaßbereiche gegenüber dem verbreiterten Frequenzband des Empfangssignals schmal sind, in an sich bekannter Weise durch Gegeneinanderschaltung eine Spandem Vorzeichen auftritt, markiert wird.