DE1766149B2

DE1766149B2 - Vorrichtung für ein Radargerät zur Mehrfachzielauflösung, insbesondere im Zielsuchkopf eines Flugkörpers

Info

Publication number: DE1766149B2
Application number: DE19681766149
Authority: DE
Inventors: Goetz Dr.-Ing. 7904 Erbach Schwantke
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1968-04-10
Filing date: 1968-04-10
Publication date: 1979-04-26
Also published as: DE1766149A1; DE1766149C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. 5^r>

Die hohe Treffwahrscheinlichkeit eines üblichen, nach dem Radarprinzip zielsuchenden Flugkörpers bei der Flugeinzelzielbekämpfung wird bekanntlich erheblich herabgesetzt, wenn eine Formation von mindestens zwei Zielobjekten anfliegt, die zueinander den sögenannten kritischen Abstand aufweisen. Die üblichen Flugkörperdimensionen gestatten nämlich nur die Verwendung von Suchantennen mit so begrenzter Winkelauflösung, daß die Ziele erst zu spät als Doppelbzw. Mehrfachziele erkannt werden können. Eine wirksame Kurskorrektur des Flugkörpers ist dann im allgemeinen nicht mehr möglich und er fliegt zwischen den Zielen hindurch.

Das einzige bisher praktisch durchgeführte Verfahren zur Verbesserung der Mehrfachzielauflösung und -bekämpfung beruht auf einer Dopplerfrequenz-Feinstfilterung. Haben die Zielobjekte z. B. nicht genau gleiche radiale Geschwindigkeiten relativ zum Flugkörper, so treten durch den sich dann verschieden stark auswirkenden Dopplereffekt solche Frequenzunterschiede in den Radar-Echoschwingungen der Zielobjekte auf, die empfan^sseitig ein genügend fein unterteiltes Filter trennen kann. Wenn dieses Verfahren jedoch wirksam sein soll, müssen schon sehr geringe Frequenzunterschiede getrennt werden, was zu erheblichem Aufwand führt; die einzelnen Filter müssen nämlich nicht nur sehr geringe Bandbreiten haben, sondern auch sehr genau frequenzmäßig nachgeführt werden können, um Geschwindigkeitsänderungen folgen zu können. Außerdem ist normalerweise mal das eine und mal das andere der Zielobjekte schneller. Wenn jeweils das schnellere der Zielobjekte ausgewählt wird, kann deshalb die Peilung von einem auf das andere umspringen.

Eine denkbare andere Methode bestünde in der Benutzung einer sehr kurzen Wellenlänge, z. B. im Millimeterwellenbereich, um die Winkelauflösung bei einem gegebenen Antennendurchmesser zu erhöhen. Wegen der hohen Luftabsorption sehr kurzer elektromagnetischer Wellen wäre diese Methode jedoch auf sehr kurze Zielentfernungen beschränkt; sie ist daher praktisch meist nicht einsetzbar, zumal die Mehrfachzielbekämpfung einen besonderen Sender und Empfänger und damit noch höheren Aufwand als die erwähnte Dopplerfrequenzdiskriminierung erfordert.

Ein einschlägiger Vorschlag gemäß dem älteren DE-PS 9 77 910 sieht die Auswertung der Harmonischen der Empfangs-Modulationsschwingungen eines nach dem konischen Raumabtastverfahren arbeitenden Radargerätes vor. Dieses gegenüber den oben beschriebenen Methoden wesentlich einfachere Verfahren ist aber prinzipiell nicht anwendbar bei Monopuls-Radargeräten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art Mehrfachzielauflösung anzugeben, die auch in Verbindung mit einem Monopuls-Radargerät benutzbar ist, ohne allerdings auf dessen Radar-Pcilprinzip beschränkt zu sein.

Die Erfindung ist dem Patentanspruch 1 entnehmbar. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung beruht auf der Ausnutzung charakteristischer Unterschiede der sogenannten Winkelfluktuationen (»Glint«) zwischen einem Einzelziel und einem Doppelziel bzw. Mehrfachziel. Diese Unterschiede betreffen sowohl den quadratischen Mittelwert als auch die spektrale Energieverteilung der Winkelfluktuation. Durch »Introduction to monopulse« von Rhodes, McGraw-Hill Book Comp., 1959, insbesondere Seiten 11 und 12, ist das Phänomen »Glint« und seine Ursache bei Monopuls-Radargeräten an sich bekannt als Störsignalkomponente der Winkelinformation über das Zielobjekt infolge des zufälligen Wanderns dessen Radarschwerpunkts über die Zielobjekt-Oberfläche, wobei die Größe dieser Erscheinung von den Zielobjekt-Dimensionen abhängt.

Der quadratische Mittelwert der Winkelfluktuation für ein Einzelziclobjekt ist im wesentlichen ein Maß für den maximalen Abstand der wichtigsten reflektierenden Flächen quer zur Blickrichtung, etwa der Düsenaggregate oder dergleichen.

Bei Doppelzielen dagegen ist die Wurzel aus dem quadratischen Mittelwert recht genau proportional dem

gegenseitigen Abstand der einzelnen der zwei Zielobiekte quer zur Blickrichtung, dividiert durch die Distanz zum Flugkörper. Dabei hängt die Proportionalitätskonstanie nicht von den Zielobjekten selbst ab, insbesondere nicht von deren Radarrückstrahlflächen.

Da selbst in enger Formalion Doppelziele in erheblich größerem gegenseitigen Abstand fliegen im Vergleich zu ihren eigenen Dimensionen, sind berei's durch diesen Unterschied allein Doppelziele als solche erkennbar.

Die Halbwertsbreite des Glintspektrurrs liegt — bezogen auf das X-Band (Wellenlänge bei etwa 3 cm} — für alle üblichen Flugeinzelziele in der Größenordnung von 1 Hz. Das liegt daran, daß diejenigen verschiedenen Teilflächen der Zielobjekte, die zur gesamten Radarrückstrahlung beitragen, mehr oder weniger starr miteinander verbunden sind. Flugdoppelziele dagegen weisen fast stets kleine Geschwindigkeitsdifferenzen auf, deren Vorzeichen wechseln. Diese Relatix bewegungen führen zu einem Glintspektrum, das sich zu erheblich höheren Frequenzen erstreckt, d. h. im Beispielsfall des X-Bandes bis zu 20 Hz, sofern die maximale Geschwindigkeitsdifferenz in der Größenordnung von 30 cm/s liegt.

Die Messung des Energieanteils des Glintspektrums oberhalb von 1 bis 2 Hz ergibt daher nicht nur ein Kriterium für die Existenz eines Doppelzieles, soi dem bestimmt auch mit hinreichender Näherung die Winkeldifferenz, unter der ein ideal räumlich auflösendes Antennensystem die beiden Ziele sehen würde.

Die Auflösung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht der Winkelauflösung der Radarantenne, die gewöhnlich in der Größenordnung besser als '/20 der Halbwertsbreite ist, sofern der Signal-zu-Rausch-Abstand ausreichend ist. Der Abstand, bei dem eine Doppclziclauflösung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich wird, ist demnach größer als das Zehnfache des Abstandes, bei dem die Radarantenne sonst auf rein geometrischer Grundlage ein Doppelziel aufzulösen in der Lage wäre.

Bei einem Doppelziel wird die frühzeitige Verfolgung (Auswahl) eines der beiden Zielobjekle erzielbar durch Einspeisen eines aus dem Glintspektrum gewonnenen Korrektursignals in die Antennennachführschleife und den Autopiloten, das dem halben Winkelabstand beider Ziele entspricht. Die Korrektur erfolgt zweckmäßig in beiden Lenkebenen. Dabei muß eine willkürliche Festlegung getroffen werden, ob man das rechte dem linken Ziel vorziehen will oder umgekehrt bzw. das obere dem unteren.

Dabei tritt noch eine Doppeldeutigkeit auf, wenn die Verbindungslinie beider Ziele nicht in einer der zwei Lenkebenen liegt. Sind diese z. B. horizont:)! und vertikal, so sind zunächst die Zielkonfigurationen »ein Ziel oben links, das andere unten rechts« und »ein Ziel unten links, das andere oben rechts« noch nicht unterschieden. Diese Unterscheidung ist aber in Verbindung mit der Erfindung durch Korrelation der Glintsignale beider Ebenen vorteilhaft durchführbar. Für die eine Zielkonfiguration ist das Ergebnis positiv, für die andere negativ. Damit ist das Problem eindeutig bestimmt. Die willkürliche Vorgatve (z. B. »rechts vor links«) bezieht sich auf eine der beiden Ebenen, in der anderen Ebene richtet sich die Zielverfolgung nach dem wirklichen Ort des so ausgewählten Ziels.

Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes liegen in der Einfachheit seines Arbeitsprinzips und dem minimalen Aufwand, der auf die Empfängerseite beschränkt ist, in der prinzipiellen Anwendbarkeit auf jedes i'requenzband, in der Anwendbarkeit auf aktive und halbaktive Systeme, in der Verwendbarkeit beliebiger Antennenkonstruktionen, in der Verwendbarkeit sowohl für konische Raumabtastsysteme als

2i> auch für amplituden- und phasenvergleichende Monopuls-Systeme und in der mindestens zehnfachen Winkelauflösung, d. h. Doppelzielisolierung bei der zehnfachen Entfernung, verglichen mil der gleichen Antenne ohne Anwendung der Erfindung, ein ausrei-

2ι chendes.Signal-zu-Rausch-Verhältnis vorausgesetzt.

Anhand der Abbildung wird im folgenden ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die bereits in ihre Komponenten aufgespaltene Winkelinformetion — meist in Form des

3d Radarfehlwinkels — wird in zueinander analogen Kanälen verarbeitet. Die eingangsseitigen Filter sind je ein Hochpaß oberhalb etwa 1 Hz, der oben begrenzt bei etwa 50 Hz, um unerwünschte Rauscheinflüsse klein zu halten. In jedem Kanal wird dann das Korrektursignal

Ji durch quadratische Gleichrichtung und Glättung erzeugt und dem Eingangssignal hinzuaddiert. In den Signalweg ist jeweils noch eine Eichung und ein Schalter eingebaut. Der Schalter wird über eine Logik nur dann betätigt, wenn das Korrektursignal amplitudenmäßig eine gewisse Schwelle überschreitet und gleichzeitig das Signal-zu-Rausch-Verhältnis in der Doppler-Filter-Bandbreite genügend groß ist, so daß das Korrektursignal nicht aus Wärmerauschen stammen kann.

Einer der beiden Kanäle enthält außerdem eine

4^r) Umkehrstufe und einen Wahlschalter, der die eine oder die andere Polarität auswählt nach Maßgabe des Korrelationsergebnisses aus beiden Kanälen. Der Korrelator besteht aus einem Multiplizierer und einer nachfolgenden Glättungsstufe.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine wahlweise Umschaltung der Polarität beider Kanäle, damit die Bevorzugung des rechten (oder l^;nken) der beiden Ziele nicht systematisch für alle Flugkörper gilt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für ein nach einem Radarpcilverfahren winkelmessendes Radargerät, mittels derer mehrere — insbesondere zwei — Zielobjekte, die sich gleichzeitig im Radar-Auffaßbereich befinden, auch dann als Mehrfachziele erkennbar sind, wenn ihr gegenseitiger Abstand kleiner oder gleich dem kritischen Abstand der Mehrfachzielauflösung ist, insbesondere zur Verwendung im Zielsuchkopf eines der Flugzielbekämpfung dienenden, nach dem Radarprinzip zielsuchenden Flugkörpers, d a durch gekennzeichnet, daß die Winkelfluktuationen (»Glint«) in den Empfangsschwingungen is als Kriterium für die Unterscheidung eiiies Einzelzieles von Mehrfachzielen herar.gezogen sind, und zwar nach Maßgabe der Quadratwurzel des quadratischen Mittelwertes der Winkelfluktuationen und der höheren Frequenzanteile innerhalb des Frequenzspektrums der Winkelfluktuationen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige aus der Radarpeilung gewonnene Winkelinformation — aufgespalten in ihre horizontalen und vertikalen Komponenten — 2-> laufend zwei den Komponenten getrennt zugeordneten Signalkanälen (Figur) zuführbar ist, von denen jeder eingangsseitig einen rauschbegrenzenden Hoch pn ß. anschließend einen quadratischen Gleichrichter mit ihm folgender Glättungsstufe und 5« ausgangsseitig einen Addierer zur Hinzuaddition des Kanalcingangssignals zum Ausgangssignal der Gliittungsstufe enthält, und daß in einem der zwei Signalkanäle zusätzlich eine Umkehrstufe mit einem zugehörigen Wählschalter vorgesehen ist, der nach s> Maßgabe des Vorzeichens des geglätteten Produkts der beiden Signalkanal-Eingangssignale in dem jeweiligen Kanal das umgekehrte oder nicht umgekehrte Signal /ur alleinigen Weiterverarbeitung auswählt. ■"·

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der zwei Signalkanäle ein Schalter vorgesehen ist, der den Kanal für die Signalwciterverarbeitung unterbricht, sobald das Ausgangssignal der zu einem Kanal gehörigen ⁴ⁱ> Glättungsstufe und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der dopplerfrequenten Schwingungen im Radarempfänger je einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreiten.

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