DE1591319B1

DE1591319B1 - Bordradarempfaenger fuer bewegte Ziele mit Monopuls-Summen- und Diffierenzkanaelen zur Azimut- und Elevationsrichtungsverfolgung

Info

Publication number: DE1591319B1
Application number: DE19671591319
Authority: DE
Inventors: Stoney William Edison
Original assignee: North American Aviation Corp
Current assignee: North American Aviation Corp
Priority date: 1966-07-21
Filing date: 1967-07-15
Publication date: 1972-03-09
Also published as: US3594800A; SE356371B; GB1245243A; NL6709535A

Description

ORIGINAL INSPECTED

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Gemäß der Erfindung gelingt dies dadurch, daß 13 zum Bilden eines Monopuls-Summensignals Σ,

zur Verringerung der Systemfunktionsschwelle an der sowie von Monopulsazimut-und-elevationsdifferenz-

Grenze der Zwielichtzone, in der die Stärke des Signalen Δ Az bzw. Δ El mit einer Zwischenfrequenz

Festzielechobezugssignals an diejenige der Zielecho- besitzt.

signale herankommt, die Vorrichtung zur Verlange- 5 Derartige Zwischenfrequenz-Monopulsempfängerrung der Festzielechosignale nur am Summenkanal signale werden vorzugsweise während einer perivorgesehen ist und außer dem Phasendetektor des odischen Zeitspanne getastet, die dem Radarentfer-Summenkanals auch die Phasendetektoren der Diffe- nungsbereich eines interessierenden, entdeckten Zieles renzkanäle von dieser am Summenkanal vorgesehe- entsprechen, und zwar mit Gattern 14,15 und 16 in nen Verl'ängerungsvorrichtung gesteuert sind. io Zusammenwirken mit einer nicht gezeigten Entfer-

In der deutschen Auslegeschrift 1213 495 ist ein nungsverfolgungseinheit, die nicht Gegenstand der

Bordradargerät beschrieben, bei dem ein Phasen- Erfindung ist. Ein erster und ein zweiter phasendetektor einerseits direkt mit zwischenfrequenten empfindlicher Detektor 17 und 18 sind mit je einem

Echoimpulsen und andererseits von einem kohären- der zwei Monopuls-Differenzsignalkanäle gekoppelt

ten Oszillator gespeist wird, dem die Echoimpulse 15 und verwenden den Monopulssummenkanal mit auto-

über eine Verzögerungsvorrichtung zugeführt werden. matischer Verstärkungsregelung 32 als einen durch

Die Verzögerung ist etwa gleich der Sendeimpuls- den Verstärker 19 abgeleiteten Phasenbezugswert,

breite des Systems. Zur Beseitigung von Festziel- um bipolare Videoazimut- und -elevationssteuer-

echos wird das Ausgangssignal des Phasendetektors signale zu erzeugen. Da die Ausgangssignale der

dem einen Eingang einer Vergleichsschaltung direkt ao phasenempfindlichen Detektoren 17 und 18 dazu

und dem anderen Eingang über eine weitere Ver- neigen, sich wie das Produkt ihrer Eingangssignale

zögerungsvorrichtung zugeführt, die eine Verzöge- zu verändern, wie dies allgemein bekannt ist, können

rung um eine Impulsfolgeperiode bewirkt. Infolge die Ausgangssignale relativ zu dem Summenkanal-

der geringen Verzögerung bei der ersten Verzöge- signalpegel mittels automatisch geregelter Stufen 19,

rungsvorrichtung wird der Phasenbezugswert laufend 25 20 und 21, die in jedem der drei Monopulssignal-

verändert; auch die Echosignale bewegter Ziele wer- kanäle vorgesehen sind, normiert werden, wobei jede

den als Bezugswert verwendet. Dies kann jedoch, wie derartige Stufe einen Verstärkungsregelungseingang

bereits eingangs erwähnt, zu einem Weglaufen bei besitzt und alle Eingänge mit dem Ausgang des

der Zielverfolgung führen. Bei diesem Gerät kann es Summenkanals in bekannter Weise verbunden sind,

sich zwar auch um ein Monopulsradargerät handeln; 30 Zwischen die normierten Eingänge der Steuer-

über die Ausführung der Differenzkanäle in diesem signal-Phasendetektoren 17 und 18 und eine zuge-

FaIl ist jedoch nichts Näheres angegeben. ordnete Mischer-Verstärkerstufe 11, 12 und 13 ist

Eine ähnliche Ausführung eines Bordradargerätes eine Festzielechobezugssignale verwendende und

ist in der USA.-Patentschrift 3 220 002 beschrieben. nach dem Dopplerprinzip arbeitende Vorrichtung

Bei dieser Anordnung wird keine Verlängerung von 35 mit verbesserten Betriebseigenschaften in der Zwie-

Echosignalen, sondern nur eine Verzögerung um eine lichtzone geschaltet. Derartige Signalverarbeitungs-

Sendeimpulsbreite vorgenommen. Falls innerhalb von vorrichtungen bestehen aus einer Vorrichtung, die

zwei oder mehr Impulsbreiten kein Signal auftritt, auf ein frühzeitig empfangenes Festzielechosignal des

versagt das System. Summenkanalausganges anspricht und ein verlänger-

Von besonderem Vorteil bei dem erfindungsgemä- 40 tes und gespeichertes Bezugssignal abgibt. Eine derßen Gerät ist die Tatsache, daß für alle drei Kanäle artige Vorrichtung besitzt ein Gatter 22» das mit dem nur eine einzige Vorrichtung zur Bildung des Pha- Ausgang ' des Monopuls-Summenkanalmischers 11 senbezugswertes verwendet wird. Dadurch, daß sich verbunden ist und auf ein frühzeitiges Entfernungsdie Erfindung die Tatsache zunutze macht, daß Fest- bereich-Tastsignal anspricht, um ein Festzielechozielechos im allgemeinen früher auftreten als Echos 45 signal an eine aufgerauhte und verjüngte Verzögebewegter Ziele, ergibt sich der weitere Vorteil, daß rungsleitung 23 über eine Sende-Empfangs-Weiche, erstere eigens behandelt, etwa verstärkt werden kön- etwa einen Duplexer 24, anzulegen. Ein dernen, so daß sie noch in der gleichen Impulsfolge- artiges frühzeitiges Entfernungsbereich-Tastsignal periode als Bezugsechosignale zur Verfügung stehen, kann durch vorgewähltes Verzögern des Systemauch wenn es sich um Festzielechosignale in der 50 triggers des nicht gezeigten Radarsenders erzeugt Zwielichtzone handelt. werden, mit dem der Empfänger nach Fig. 1 zu-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun sammenarbeiten soll; das derartig verzögerte peri-

an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt odische Signal wird an den Steuereingang des Gatters

F i g. 1 ein Blockdiagramm eines bevorzugten Aus- in bekannter Weise angelegt,

führungsbeispiels des Bordradargerätes, 55 Ein derartig getastetes Festzielechosignal wird

Fig. 2 ein Zeitdiagramm, das das Verhalten der praktisch ohne Änderung seines Spektralgehalts geElemente des Gerätes nach Fi g. 1 veranschaulicht, speichert und verlängert; es wird einem mit der Ver-

Fi g. 3 ein Spektraldiagramm für eines der getaste- zögerungsleitung 23 über die Sende-Empfangs-

ten Zwischenfrequenz-Ausgangssignale der getasteten Weiche 24 gekoppelten sättigbaren Verstärker 25 mit

Mischer/Verstärkerstufen der F i g. 1, und 60 hoher Verstärkung zugeführt. Der Verstärker 25

Fig. 4 ein Spektraldiagramm des Ausgangssignals spricht auf derartige zeitlich verlängerte Signale an

eines der Zwischenfrequenz-Phasendetektoren der und erzeugt ein Phasenbezugssignal von praktisch

Fig. 1, das die Verwendung eines Festzielecho- unveränderlicher Amplitude. Ein derartiges Festziel·-

signals als Bezugssignal veranschaulicht. echophasensignal wird dann als ein Phasenbezugs-

Gemäß Fig. 1 ist ein Zweiebenen-Monopulsemp- 65 wert an die Zwischenfrequenz-Phasendetektoren 26, fänger vorgesehen, der eine Vierhorn-Monopuls- 27 und 28 angelegt, denen die getasteten Zwischenantenne 10 mit zugeordneter Mikrowellenbrücke und frequenz-Ausgangssignale der Gatter 14, 15 und 16 entsprechende Mischer-Verstärkerstufen 11, 12 und zugeführt werden.

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Der Aufbau und die Anordnung der Phasendetek- Da eine derartige Schaltungsanordnung nicht erfortoren 26, 27 und 28 ist in der Technik bekannt. derlich ist, wird die Zuverlässigkeit der Anordnung

Da das Phasenbezugs-Eingangssignal an den Pha- verbessert, und die Herstellungskosten werden versendetektoren 26, 27 und 28 die Phase des Spektral- ringert.

inhalts des zeitlich verlängerten, frühzeitigen Fest- 5 In F i g. 3 ist ein beispielsweises Spektralverhalten zielechobezugssignals darstellt, sind die Ausgangs- des Zwischenfrequenz-Ausgangssignals eines der signale der Phasendetektoren kohärent gebildete Gatter 14, 15 und 16 der Fig. 1 dargestellt. Die Festzielechobezugssignale. Mit anderen Worten, diese Spektrallinie 38 entspricht der Dopplerverschiebung Signale besitzen eine Wechselspannungskomponente, eines Zwischenfrequenzsignals des bewegten Zieles die einem dopplerverschobenen, bewegten Ziel ent- io relativ zur Empfängerzwischenfrequenzmitte. Die sprechen, und sie können eine Gleichspannungskom- Kuppe 39 entspricht der Spektralverteilung eines ponente besitzen, die einem Festzielecho entspricht. Festzielechos in Zielentfernung, dessen Mittenfre-Demgemäß können die Ausgangssignale der Zwi- quenz im Falle eines festzielechobezogenen Signals schenfrequenzdetektoren 26, 27 und 28 gleichgerich- um einen Betrag /_c infolge der Bewegung der Radar_r tet und dann hochpaß- oder dopplergefiltert werden, 15 plattform relativ zum Festzielechosignal verschoben wodurch die Gleichspannungs-Festzielechokompo- ist. Eine derartige größere Spektralverteilung des nente entfernt wird und die dem Echo des bewegten Festzielechos rührt von dem weiteren Antennen-Zieles entsprechende Wechselspannungskomponente öffnungswinkel her, über den das Festzielecho infolge übrigbleibt. Eine, derartige Gleichrichtungs- und FiI- seiner größeren radialen und azimutalen Ausdehnung tertechnik ist allgemein bekannt; deshalb sind die 20 auftritt, wie dies allgemein bekannt ist. Die Diffebenötigten Vorrichtungen in Fig. 1 schematisch nur renzfrequenz f_d zwischen der Mittenfrequenz der durch Filter 29, 3Ö und 31 angezeigt. Es zeigt sich Festzielechosignalkuppe 39 und der Spektrallinie 38 somit, daß die Monopulssummen- und -differenz- des bewegten Zieles ergibt sich infolge der radialen Signalkomponenten, die ein bewegtes Ziel anzeigen, Bewegung des Zieles zum Radargerät relativ zu der unterschieden werden von einem möglichen Festziel- 25 Festzielechoquelle. Aber auch wenn ein Festzielecho echo in Zielabstand, wobei die relative Phase zwi- während der Zielentfernungszeit (t_R in Fig. 2) nicht sehen derartigen Monopulssignalen des bewegten vorhanden wäre, würde die Zielspektrallinie bei Zieles erhalten bleibt. Somit können die Monopuls- f_c + fd in Fig. 3 auftreten.

differenzsignale des bewegten Zieles wiederum mit- Durch Verwendung des frühzeitigen Festzielechos,

tels Phasendetektor ausgewertet werden, wobei das 30 als Phasenbezugswert bei der kohärenten Gleichrich-Summensignal des bewegten Zieles als Phasenbezugs- tung der abstandsgetasteten Zwischenfrequenzsignale wert verwendet wird, um die Richtung des zu ver- tritt eine praktisch festzielechobezogene Spektralverfolgenden bewegten Zieles anzeigende, bipolare teilung am Ausgang der Detektoren 26, 27 und 28 Steuersignale zu erzeugen. Die Arbeitsweise des Ge- (Fig· 1) auf, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die rätes nach Fig. 1 wird durch eine Erläuterung der 35 Spektrallinie 138 tritt bei f_d unabhängig davon auf, F i g. 2, 3 und 4 deutlich: ob ein empfangenes Echosignal an der Frequenz

Fig. 2 veranschaulicht ein Zeitdiagramm, in dem Null bzw. Gleichspannung gespiegelt ist oder nicht, die Ausgangssignale verschiedener Komponenten so daß diese Spektrallinie 138 von dem Festzielechoeines Gerätes dargestellt sind. Die Kurven 33, 34, 35 Spektrum (falls ein derartiges vorhanden ist) mittels bzw. 36 stellen dar: den Systemtrigger (eines bei- 4° eines nach dem Dopplerprinzip arbeitenden Bandspielsweisen Senders, mit dem der Empfänger gemäß paßfilters unterschieden werden kann, dessen Keiin-Fig. 1 zusammenarbeiten soll), ein frühzeitiges Fest- linie der Kurve 40 entsprechen kann. Da bei dem zielecho-Ausgangssignal des Gatters 22, abhängig Bordradargerät der Fig. 1 eine kohärente Gleichvon der Verzögerung t_c und dem Anlegen des Impul- richtung des Signals für das bewegte Ziel relativ zu ses 33 als Gattersteuereingangssignal, ein Zwischen- 45 dem Festzielechobezugswert verwendet wird, ergibt frequenz-Festzielechophasenbezugssignal des Ver- sich eine geringere Spektralverteilung in dem feststärkers 25 und ein abstandsgetastetes Zwischen- zielechobezogenen Signal 138 des bewegten Zieles, frequenz-Empfängersignal als Ausgangssignal eines und ein höherer Energiepegel pro Periode ist das der Gatter 14,15 und 16. Auf Grund der nachein- Ergebnis, was eine Gleichrichtung von an der ander angeordneten diskreten Reflexionsflächen der 50 Schwellwertgrenze liegenden Zielsignalen bei Ziel-Verzögerungsleitung 23 gibt diese ein Ausgangssignal geschwindigkeiten erleichtert, die der Flankensteilan den Verstärker 25 während des größten Teiles der heit einer Festzielechospektralverteilung entsprechen. Impulsfolgeperiode nach Anlegen des frühzeitigen Es wurde somit ein Bordradargerät für bewegte

Festzielechobezugssignals (t_c — t₀) ab, während die Ziele beschrieben, das ein festzielechobezogenes Verim wesentlichen flache Amplitudenhüllkurve 35 von 55 folgen der Ziele ermöglicht, auch wenn eine kräftige der Sättigungsverstärkung des Verzögerungsleitungs- Festzielechoquelle in Zielabstand in einem Radarausgangssignals durch den Verstärker 25 herrührt. schatten liegt, der von dazwischenliegenden Gelände-Somit wird ein kohärenter Phasenbezugswert für alle vorsprängen herrührt. Da ein gespeichertes frühzeiinteressierenden Zielentfernungsbereiche einschließ- , tiges Festzielechobezugssignal verwendet wird, ist lieh der dem Auftreten des Zielsignals 36 entspre- 60 außerdem bei allen interessierenden Zielabständen chenden Entfernungsbereichszeit t_R erzeugt. Es ist ein Festzielechobezugswert vorhanden, wodurch ein somit nicht notwendig, automatische Schaltvorrich- Umschalten von Dopplerverarbeitung auf Pulsverartungen in der Anordnung gemäß F i g. 1 zum Um- beitung nicht erforderlich ist. Auf Grund der kohäschalten von einer Festzielechobezugssignale verwen- renten Gleichrichtung ergibt sich weiterhin ein verdenden Dopplerverarbeitungsarbeitsweise auf eine 65 besserter Energiepegel, der die Feststellung von Ziegepulste Datenverarbeitungsarbeitsweise vorzusehen. .len in der Zwielichtzone verbessert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 7. Empfänger nach Anspruch 6, dadurch gePatentansprüche: kennzeichnet, daß der Anschlußklemme der Verzögerungsleitung eine Sende-Empfangs-Weiche

1. Bordradarempfänger für bewegte Ziele mit Duplexer (24) vorgeschaltet ist.

Monopuls-Summern- und -Differenzkanälen zur 5
Azimut- und Elevationsrichtungsverfolgung,

deren Zwischenfrequenzstufen zum Entfernungs-

nachlauf abstandsgetastet sind, mit einer Vorrichtung zur Bildung eines Bezugssignals aus

nach Aussendung des Sendeimpulses, jedoch vor 10 Die Erfindung betrifft einen Bordradarempfänger dem Auftreten der Zielechosignale auftretenden, für bewegte Ziele mit Monopuls-Summen- und vom gleichen Sendeimpuls herrührenden Fest- -Differenzkanälen zur Azimut- und Elevationsrichzielechosignalen durch Verlängerung dieser Fest- tungsverfolgung, deren Zwischenfrequenzstufen zum zielechosignale bis zur Koinzidenz mit dem Ziel- Entfernungsnachlauf abstandsgetastet sind, mit einer echosignal und mit durch das so erhaltene Fest- ₁₅ Vorrichtung zur Bildung eines Bezugssignals aus zielechobezugssignal gesteuerten Phasendetekto- nach Aussendung des Sendeimpulses, jedoch vor dem ren an jedem der Monopulskanalausgänge zur Auftreten der Zielechosignale auftretenden, vom Phasendemodulation der Monopuls-Summen- gleichen Sendeimpuls herrührenden Festzielecho- und -Differenzsignale durch das Festzielecho- Signalen durch Verlängerung dieser Festzielechobezugssignal, dadurch gekennzeichnet, _ao signale bis zur Koinzidenz mit dem Zielechosignal daß zur Verringerung der Systemfunktions- und mit durch das so erhaltene Festzielechobezugsschwelle an der Grenze der Zwielichtzone, in der signal gesteuerten Phasendetektoren an jedem der die Stärke des Festzielechobezugssignals an die- Monopulskanalausgänge zur Phasendemodulation der jenige der Zielechosignale herankommt, die Vor- Monopuls-Summen- und -Differenzsignale durch richtung (23) zur Verlängerung der Festzielecho- ₂₅ das Festzielechobezugssignal. signale nur am Summenkanal vorgesehen ist und Die Verfolgung von bewegten Zielen unter Ver-

außer dem Phasendetektor (26) des Summen- wendung von Festzielechosignalen als Bezugssignale kanals auch die Phasendetektoren (27, 28) der für die Verarbeitung nach dem Dopplerprinzip er-Differenzkanäle von dieser am Summenkanal fordert nicht nur das Vorhandensein der Festzielvorgesehenen Verlängerungsvorrichtung (23) ge- _3o echos, sondern auch, daß diese eine Amplitude besteuert sind. sitzen, die ausreichend größer als diejenige der Ziel-

2. Empfänger nach Anspruch 1 mit phasen- echosignale ist. Falls die Festzielechosignale schwäempfindlichen Azimut- bzw. Elevationswinkel- eher als die Zielechosignale sind, wird das Zielechodetektoren, dadurch gekennzeichnet, daß den signal zum Dopplerbezugswert, und die sich ergebenphasenempfindlichen Azimut- bzw. Elevations- ₃₅ den Winkelverfolgungssignale sind falsch. Bei winkeldetektoren (17, 18) in an sich bekannter schwachen Festzielechos oder bei Auftreten eines Weise Signalnormiervonichtungen (19, 20, 21) Radarschattens, der ein Festzielecho im Zielabstand vorgeschaltet sind. verhindert, kann der sich ergebende Festzielecho-

3. Empfänger nach Anspruch 2, dadurch ge- bezugswert zu gering sein, als daß sich bei der Verkennzeichnet, daß die Signalnormiervorrichtun- ₄₀ arbeitung nach dem Dopplerprinzip Signale mit richgen (19, 20, 21) in an sich bekannter Weise Ver- tigern Informationsgehalt ergeben. Unter einer derstärker mit vom Summensignal gesteuerter auto- artigen Bedingung, die auch Zwielichtzone genannt matischer Verstärkungsregelung sind. wird, neigt das mit den Festzielechobezugssignalen

4. Empfänger nach einem der Ansprüche 1 arbeitende Winkelverfolgungssystem dazu, vom Ziel bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedes der 45 wegzuwandern. Unter »Festzielechosignalen« sind genannten abstandsgetasteten Phasendetektor- dabei Echosignale von unbewegten (oder nahezu un-Monopulsausgangssignale ansprechende Filter bewegten) Objekten wie dem Erdboden, Wolken (29, 30, 31) zum Dämpfen der Festzielecho- u. dgl. zu verstehen (im angloamerikanischen Sprachbezugskomponente in den durch das Festziel- gebiet mit »Clutter« bezeichnet), echobezugssignal demodulierten Monopulssigna- 50 Eine Möglichkeit, die Wirkung der Zwielichtzone len vorgesehen sind. auf das Verfolgungssystem auszuschalten, besteht

5. Empfänger nach Anspruch 4, dadurch ge- darin, die Festzielechobezugskomponente des Festkennzeichnet, daß die Filter (29, 30, 31) aus je zielechosignals durch Verzögerung des empfangenen einem Hochpaß- und einem Bandpaßfilter be- Signals um die Zeitspanne von zwei oder drei Imstehen, die an den Ausgang je eines der Phasen- 55 pulsbreiten des Impulsradarsystems zu verzögern detektoren (26, 27, 28) angeschlossen sind. und dann das verzögerte Signal und das empfangene

6. Empfänger nach einem der Ansprüche 1 Signal zu kombinieren. Ein Nachteil dieser Technik bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich- besteht darin, daß sie von der Voraussetzung austung (23) zum Verlängern der Festzielechosignale geht, daß ein annehmbarer Festzielechobezugsanteil aus einer an sich bekannten aufgerauhten, ver- 60 innerhalb mehrerer Impulsbreiten des Zielentferjüngten Verzögerungsleitung mit nur einer An- nungsbereiches vorhanden ist, wo jedoch gerade schlußklemme besteht, deren Eingang auf das Radarschatten sehr oft ein Festzielecho bei irgend-Festzielechosignal anspricht, und daß sie ferner einem Entfernungsbereich innerhalb mehrerer Imeinen sättigbaren Verstärker (25) besitzt, der auf pulsbreiten des Zielentfernungsbereiches verhindern, die in der Verzögerungsleitung reflektierten Si- 65 Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Bordgnale zum Erzeugen einer praktisch konstanten radarempfänger für bewegte Ziele zu schaffen, das Amplitude des Festzielechobezugssignals an- auch an der Grenze der Zwielichtzone noch einwandspricht, frei arbeitet.