DE1766212A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Festzeichenloeschung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Festzeichenloeschung

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DE1766212A1
DE1766212A1 DE19681766212 DE1766212A DE1766212A1 DE 1766212 A1 DE1766212 A1 DE 1766212A1 DE 19681766212 DE19681766212 DE 19681766212 DE 1766212 A DE1766212 A DE 1766212A DE 1766212 A1 DE1766212 A1 DE 1766212A1
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Roland Carre
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Thales SA
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CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
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    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/526—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi performing filtering on the whole spectrum without loss of range information, e.g. using delay line cancellers or comb filters
    • G01S13/528—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi performing filtering on the whole spectrum without loss of range information, e.g. using delay line cancellers or comb filters with elimination of blind speeds

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Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Heuser Dipl.-Ing. Gottfried UIeer Patentanwälte Telegramm·: Labyrinth München
Telefon: 83 15 TO Potddwdikonto! Mönchen 117078
Ma.<h..*o. 19, April 1968
Emsbergeritrasse 19 Unser Zeichen: C 2522
CSP-COMPAGNIE GENERALE DE TELEGRAPHIE SANS PIL 47, rue Dumont d'Urville, Paris l6e/Frankreich
Verfahren und Vorrichtung zur Festzeichenlöschung
Die Erfindung betrifft elektromagnetische Nachweisgeräte oder Impulsradargeräte mit Wobbelung der Folgefrequenz.
Es ist bekannt, daß man die Polgefrequenz von Impulsradargeräten wobbelt, um in Empfängern mit PestZeichenlöschung (in der internationalen Literatur mit EEP oder MTI bezeichnet) die Unterdrückung der Echos von beweglichen Zielen
Btt/Qr. zu
109825/0572
zu vermeiden, deren Geschwindigkeit so ist, daß die kohärente Phase des entsprechenden Echos sich während einer FoLgeperlode des Radargeräts um Tf ändert.
Es wird daran erinnert, daß man unter kohärenter Phase die auf das Echo bezogene Phase einer mit der Trägerwelle des entsprechenden Sendeimpulses in Phase befindlichen Welle versteht.
Die Wobbelung der Polgefrequenz hat aber auch die Wirkung, das Spektrum der Pestzeichen aufzuzeigen. In den Radarempfängern mit der Bezeichnung MTI und großer Leistung, beispielsweise Empfängern mit Filterreihen ("Range Gate Filters") fallen diese Spektren in den von den Dopplerfiltern überdeckten Bereich. Die vollständige Unterdrückung der Echos von festen Zielen ist nicht mehr möglich', was die Wirksamkeit der Anlage vermindert.
Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil beseitigt, indem man eine zusätzliche Amplituden- oder Phasenmodulation entweder bei der Aussendung oder beim Empfang anwendet.
Bei festgelegten Anwendungsbedingungen kann das erfindungsgemäße System mit zusätzlicher Modulation bei einer geringeren Wellenlänge arbeiten als das System mit einfacher Wobbelung der Folgefrequenz, was darüber hinaus den Vorteil einer Antenne 109825/0572
tenne mit kleinerem Platzbedarf und mit besseren Nachweisbedingungen für Ziele geringer Höhe ergibt, welche im allgemeinen mit feststehenden Zielen zusammenfallen.
Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen
Figuren 1, 2 und 3 Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Radargeräts und
Figuren k bis 11 der Erläuterung dienende graphische Darstellungen.
In allen Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Radargeräten wird die zusätzliche Modulation gemäß der Erfindung beim Empfang durchgeführt: in Figur 1 eine Amplitudenmodulation μ und in Figur 2 eine Phasenmodulation.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Gerät wird die zusätzliche Modulation beim Senden durchgeführt: in diesem Fall wird aus technischen Gründen die Phasenmodulation vorgezogen.
Die Sender 1 der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Geräte
unterscheiden 109825/0572
unterscheiden sich nicht von einem bekannten gewobbelten Impulsradarsender, dessen auegesandte Signale durch den Ausgang T des Zeltgebers 2 des Geräts synchronisiert sind. Ein Duplexer 3 mit Selbsturaschaltung oder Steuerung durch den Zeltgeber koppelt abwechselnd die Antenne An mit dem Sender 1 oder mit der bekannten Hochfrequenz- und Frequenzänderungsstufe 4 des Empfängers. Beispielswelse weist der Sender 1 zwei Oszillatoren 11 und 12 mit der Frequenz F/m bzw. Fj/m, wobei Fj die Zwischenfrequenz des Empfängers ist, eine Einseitenband-Mischstufe 13, einen Frequenzvervielfacher mit dem MuItiplikationsfaktor m und einen Hochfrequenzverstärker 15 auf, welcher mit dem Ausgang des Vervielfachers verbunden ist.
Die Abstufung der Welle mit der Trägerfrequenz (F + Fj) der ausgesandten Impulse wird hier symbolisch durch den normalerweise geöffneten Unterbrecher 16 dargestellt, welcher durch den Zeitgeber 2 gesteuert wird.
Die empfangenen Echos mit der Trägerfrequenz F + F1 + fd, wobei fd die Dopplerfrequenz des entsprechenden Zieles ist, werden auf die Frequenz Fj + Fd in der Einseitenband-Mischstufe 4l zurückgebracht, welche die Welle mit der Frequenz F empfängt, die vom Oszillator mit der Frequenz F/m durch Frequenzvervielfachung bei 42 erhalten wurde.
Das 109825/0572
,. . Das Echo rait der Zwischenfrequenz Fi + fd wird bei 43 verstärkt.
Es wird bemerkt, daß der Sender 1 und die Stufe 4 des Empfängers auch in irgendeiner anderen bekannten Weise verwirklicht werden können, wobei das wesentliche darin besteht, daß das Echo mit der Zwischenfrequenz am Ausgang der Stufe 43 ein "kohärentes" Echo sein soll, wie es bei den beschriebenen Beispielen der Fall ist, wo die Überlagerungswelle zur Frequenzänderung aufgrund der Welle mit der Frequenz F/m des Senders erhalten wird.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das mit der Zwischenfrequenz kohärente Echo in einem Modulator 5 amplitudenmoduliert, welcher beispielsweise
t . ■ ■ ·
ein mit veränderlichem Verstärkungsfaktor gesteuerter
ι, Verstärker ist, dessen an die Wobbelung der Folgefrequenz
gebundener Verstärkungsfaktor eich stufenweise von Folge-
K periode zu Folgeperiode ändert: zu diesem Zweck wird der
^. Modulator 5 ebenfalls durch den Zeitgeber 2 gesteuert.
.;... Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird [L eine Phasenmodulation angewendet. Man kann den Amplituden-
modulator 5 io Figur 1 durch einen Phasenmodulator ersetzen*
109825/0572
Es wird jedoch bevorzugt, wie in Figur 2 dargestellt, diese Modulation bei der Überlagerungswelle zur Frequenzänderung durchzuführen, deren Spektrum breiter 1st als dasjenige des Signals.
Zu diesem Zweck ordnet am Ausgang der Vorrichtung 42, welche die für die Frequenzänderung des Echos verwendete Überlagerungswelle abgibt, einen vom Zeitgeber 2 gesteuerten Phasenmodulator an, im Fall einer zweiwertigen Modulation beispielsweise eine Induktionsspule 51, welche bei der betreffenden Frequenz eine Phasenverschiebung von 30° hervorruft, und einen Umschalter 52 mit zwei Stellungen, welcher vom Zeitgeber gesteuert wird und welcher Je nach seiner Stellung die Spule in Reihe zwischen den Ausgang 42 und den zugehörigen Eingang der Mischstufe 41 schaltet oder nicht.
Der nach dem Modulator 5 (Figur 1) gelegene Teil der ersten Schaltung und der nach dem Verstärker 43 (Figur 2) gelegene Teil der zweiten Schaltung sind gleich und weisen in bekannter Weise η benachbarte Entfernungskanäle auf, deren Auswahl schematisch durch die η Unterbrecher 6l, 62, 63 in der Figur dargestellt 1st, wobei η beispielsweise auf 3 beschränkt ist und wobei die Schließung der Unterbrecher nacheinander durch den Zeltgeber 2 gesteuert wird. Jeder Kanal weist zwei parallele Bandpassfilter 611-612, 621-622, 631-632 auf, deren Durchlaßbereiche die gleiche Breite besitzen.
Welter
109825/0572
Weiter unten wird erläutert, wie je nach der gewählten Modulationsart die Mittenfrequenzen der Filter bestimmt werden.
Bei einer Modulation und einer Wobbelung, welche in der weiter unten festgelegten Weise genau abgestimmt sind, besitzt das Frequenzspektrum am Eingang der Filter, wie weiter unten erläutert wird, die in Figur 4 gezeigte Form, wobei auf der Abszisse die Frequenz f, auf der Ordinate die Amplitude der Spektrallinien des Signals und gestrichelt die theoretischen Kennlinien der Filter aufgetragen sind. Man sieht, daß die beiden Filter kein Signal abgeben, wenn die Mittenfrequenz gleich F1 ist, d.h. beim Empfang von Echos eines feststehenden Zieles.
Im Gegensatz dazu ist bei Echos von beweglichen Zielen das Spektrum verschoben und seine Mittenfrequenz ist F1 + fd, wobei fd die Dopplerfrequenz ist, und die Filter lassen die Echos durchgehen.
Der Ausgang der Filter ist in bekannter Weise ausgebildet: eine Demodulation der Einhüllenden wird am Ausgang jedes Filters in den Detektoren 711-712, 721-722, 731-732 bewirkt .
Die Ausgangssignale der beiden Detektoren des gleichen
Kanals 109825/0572
Γ/66212
Kanals werden sodann zusammengegeben und eine Videointegration wird durch ein Tiefpassfilter 81, 82, 83 bewirkt. Die Ausgänge der Filter können direkt am Signaleingang eines durch die Aussendung synchronisierten Panoramadarstellungsgeräts 9 gekoppelt werden oder sie können in bekannter Welse eine Abtastvorrichtung zur Wiederherstellung eines synthetischen Video-Radarsignals speisen.
Die zusätzliche Modulation kann auch bei der Aussendung bewirkt werden: in diesem Fall wird der Empfänger nicht verändert, aber der Sender weist eine Modulationsvorrichtung auf, welche vor dem Eingang des UHF-Verstärkers angeordnet ist, wie in Figur 3 gezeigt.
Grundsätzlich kann die Modulation gleichermaßen bei der Aussendung oder beim Empfang bewirkt werden: Soweit es Jedoch die Amplitudenmodulation betrifft, wird die Modulation vorteilhafter bei der Aussendung als beim Empfang bewirkt, da das Verhältnis Signalamplitude/Rauschamplitude beim Empfang nicht moduliert wird. Gegenwärtig bekannte Einrichtungen gestatten Jedoch nicht eine einfache Amplitudenmodulation bei der Aussendung infolge der in Frage kommenden Leistungen und wenn die Modulation bei der Aussendung ausgeübt werden soll, so führt man aus rein technischen Gründen eine Phasenmodulation durch.
Aber 109825/0572
Aber die Phasenmodulation gestattet nur die Ausschaltung einer einzigen parasitären Linie und kann nur angewendet werden, wenn die Wobbeifunktion nicht mehr als eine parasitäre Linie in das Spektrum zwischen der Frequenz der kontinuierlichen Komponente und einer Frequenz hervorruft, welche gleich der Hälfte der ursprünglichen Folgefrequenz ist.
Die Figuren 5 bis 11 ermöglichen mit Hilfe von konkreten Beispielen ein besseres Verständnis der Wirkung der zusätzlichen Modulation gemäß der Erfindung.
Zur Erfassung des Grundgedankens werde zunächst angenommen, daß die Wobbelung der Folgefrequenz der Radarimpulse nach einer wiederkehrenden Funktion bewirkt wird: beispielsweise haben die Intervalle zwischen den ausgesandten Signalen die Form T1, T2, T2, T1, T1, T2, T2, T1 ..., wie in Figur 5 bei (0) dargestellt, wobei die Zelt auf der Abszisse und die schematisierten Sendeimpulse auf der Ordinate aufgetragen sind.
Das Frequenzspektrum dieser Impulse kann in folgender Weise
Γ zerlegt werden:
.». ■ ■
eine kontinuierliche Welle mit der Trägerfrequenz Fo; \ eine Modulationsfunktlon gemäß der Kurve (O).
■ Die
: . 109825/05 7 2
μ . . ■
Die Modulationsfunktion kann In vier Punktionen mit der gleichen Folgeperiode 2 (T1 +T2) zerlegt werden, deren Nullpunkte Jedoch gegeneinander verschoben sind. Wenn man eine der Funktionen als Bezugsfunktlon nimmt, betragen die Verschiebungen der Nullpunkte der drei anderen Jeweils Tl, Tl + T2 bzw. Tl + 2 T2: die Frequenzspektren dieser vier Funktionen sind in der Amplitude gleich, aber ihre Linien sind phasenverschoben, wie bei den Linien (1) (2) (3) (1O in Figur 5 gezeigt.
Wenn man Eins als Amplitude jedes Elementarspektrums annimmt, so hat die kontinuierliche Komponente des Gesamtspektrums eine Amplitude von Vier.
Die Amplitude der ersten Linie des erhaltenen Spektrums ist gleich derjenigen der Vektorsumme der ersten Linien Jedes Elementarspektrums. Die Frequenz dieser Linie let 1/2 (Tl + T2).
Die Phasenverschiebungen θ der Linien sind jeweils:
Elementarspektrum (1) (Bezugsspektrum)Q** - Ö
2 IT Tl
Elementarspektrum (2) G12 = = β
Elementarspektrum (3) O13 « = ^
Elementarspektrum (4) **t * 2^ (T1*2T2> = 2/Γ- Θ,
1H 2 (Tl ♦ TZ)
Das gleiche erhält man für die zweite Linie des Spektrums:
109825/0572
i/66212
= 2 θ; G^3 = 2 ^ und Q2^ = 1»ίΤ- 2 θ
und für die pte Linie:
= °5 θρ.2 = Ρθ' Θ Ρ.3 = pffi ΘΡ·4 = P (27/- θ)
Figur 6 zeigt die vektoriellen Zusammensetzungen der Signale für die Linie Null und die Linien 1 bis 4 von oben nach unten, wobei die Resultante durch eine Doppellinie wiedergegeben ist.
Das Spektrum der von feststehenden Zielen kommenden, empfangenen Echos unterscheidet sich vom ausgesandten Signal nur durch die auf der Drehung der Antenne beruhenden Amplitudenmodulation, welche eine Umwandlung jeder Linie in ein schmales Spektrum mit dreieckiger Form bewirkt.
Die Wobbelung hat daher dem Spektrum des Festzeichens
Tl + T2 für eine konstante Folgefrequenz FR = -=-j parasitäre
•nra J
Spektren von Festzeichen mit den Frequenzen -jp, -jj- und
•z Tjip
hinzugefügt, wie in Figur 7 dargestellt.
Diese Spektren lassen Signale auftreten, welche durch die Filter des Empfängers abgefangen werden, wie aus Figur ersichtlich.
109825/0572
Γ/66212
Die der Korrektur dienende Amplitudenmodulation gemäß der Erfindung wird so gewählt, daß die Amplitude Jeder Elementarfunktion derart geändert wird, daß die zwei ersten parasitären Linien, d.h. diejenigen, welche sich im Durchlaßbereich des Filters befinden, ausgelöscht werden. Wenn X1, X2, x?, Xj· die Amplituden der vier Funktionen sind, wobei aus Symmetriegründen X2 = Xjj 1st, so schreibt sich die Bedingung der Auslöschung folgendermaßen:
Für die erste Linie: X1 - x, + 2χ2 cos 9=0; Für die zweite Linie: X1 + χ, + 2χ2 cos 2Θ = 0,
woraus folgt: ^ . . «- ΪΪ . oos Q - cos ».
T2 In dem in Figur 5 dargestellten Beispiel gilt ff Ä
woraus folgt θ = s ψ^' das slnd 8o°·
Daraus erhält man
XX X
~ - 1,3 und -^ = 1,115, woraus folgt X1 x2
Diese Koeffizienten sind daher diejenigen, welche für die Amplitudenmodulation bei der Aussendung oder beim Empfang verwendet werden.
Wenn 109825/0572
Wenn man dieVektorsumme der vier Eleraentarspektren bildet und ^= 90° - ö setzt, so ist das berechnete Spektrum bei diesem Beispiel:
Linien: 0 - 4 - 8 - 12 ,.... 2,45 + 2,6 cos N
Linien: 1 - 5 - 9 - 13 -0,45 + 2,6 sin N
Linien: 2 - 6 - 10 2,45 - 2,6 cos N
Linien: 3 - 7 - 11 -0,45 - 2,6 sin N
Pie Linien dieses Spektrums sowie die Durchlaßbereiche der Filter sind in Figur 8a dargestellt. Für die beweglichen Ziele ist das Spektrum gleich, jedoch in bezug auf die Kennlinie der Filter um die Dopplerfrequenz verschoben. Die Leistungen der aufgefangenen Linien werden natürlich aur Bildung de· Nutzsignals zusammengefaßt.
; . Es können offensichtlich auch kompliziertere, jedoch ^ itets symraetrieohe Modulationsfunktionen verwendet werden. ' Man kann dadurch «ine Ausschaltung der* parasitären Linien * bis zur Hälft;« der mittleren Polgefrequene FR erreichen.
Im Gegensatz dazu ermöglicht (Jie Phasenmodulation nur die Beseitigung einer einzigen parasitären Linie. Sie wird daher nur in Verbindung mit einer Wobbeifunktion H angewendet, welch« nur eine einzige parasitäre Linie in dtm diesseits der Frequenz PR/2 gelegenen Frequenzbereich
^^■■-'■fe'.·11 ; ίίνΓ:.·^.^"..1.·· ■·. ■'■-■'
Figur 9 zeigt bei (O) ein Beispiel für eine Wobbeifunktion, welche diese Bedingung erfüllt. Wenn T das Zeltintervall zwischen dem ersten und dem zweiten Impuls 1st, erhält man T +ΛΓ zwischen dem zweiten und dem dritten,T zwischen dem dritten und dem vierten, T -AT zwischen dem vierten und dem fünften Impuls.
^ Durch Zerlegung in vier Punktionen (1), (2), (3)., (1O, wie oben beschrieben, findet man für die ersten drei Linien die vektoriellen Zusammensetzungen gemäß Figur 10. Man sieht, daß die zweite Linie Null ist.
Die erste Linie kann durch eine Phasenvoreilung der Funktionen (3) und (4) ausgeschaltet werden, wodurch die zweite Linie auf Null gehalten wird.
Die "Phasenkorrektur kann entweder bei der Aussendung * an der Sendefrequenz oder beim Empfang bewirkt werden, Indem man beispieleweise auf die Phase der Frequenzänderungswelle einwirkt, wie in Figur 2 dargestellt.
Wenn »an die Folgeperiode T, T +ΔΤ, T, T, T -ΔΤ nimmt, wobei ^p e * ist, so 1st die anzuwendende Phasenkorrektur Das erhaltene Amplitudenspektrum 1st in Figur 11 dargestellt.
Dieses Spektrum ist in Gegenaatc zu den Verhältnissen im
Pall einer Amplitudenmodulation bezüglich der kontinuierlichen Komponente nicht mehr symmetrisch. Die Filter werden daher so gewählt, daß ihre Kennlinien die parasitären Linien nicht umfassen.
Die zusätzliche Modulation gemäß der Erfindung gestattet daher eine Anwendung der Prequenzwobbelung in Impulsradargeräten ohne den Nachteil der Vermischung der Spektren der Echos von feststehenden und beweglichen Zielen, welche nicht mehr hervorgerufen wird.
Daher ist im besonderen Fall der beiden beschriebenen Beispiele, der Amplitudenmodulation bzw. der Phasenmodulation, der Gesamtbereich (Produkt der maximal nachgewiesenen Entfernung ohne Blindzone mit der ersten Blindgeschwindigkeit) jeweils das Vierfache bzw. Zweifache des Radarbereichs bei der gleichen, jedoch" nicht gewobbelten mittleren Folgefrequenz. Wenn alle übrigen Bedingungen gleich sind, können die Gewinne noch viel größer sein, wenn man kompliziertere Wobbeifunktionen verwendet.
Bei einem Radargerät mit bestimmtem Bereich kann man daher kleinere Wellenlängen verwenden, was einer wesentlichen Verringerung der Antennenabmessungen und besseren Nachwe1sbedingungen von Zielen mit niedriger Höhe entspricht.
Patentansprüche 109825/0572

Claims (4)

  1. Patentansprüche
    1· Verfahren zur Verbesserung von Impulsradargeräten mit gewobbelter Folgefrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Phasen- oder Amplitudenmodulation beim Aussenden oder beim Empfang angewendet wird, wobei die Modulationsfunktion so gewählt wird, daß wenigstens die erste Linie des auf der Wobbelung beruhenden Spektrums ausgeschaltet wird.
  2. 2. Impulsradargerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Amplitudenmodulationsstufe am Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers des Empfängers aufweist, welche durch die Zeitgebereinrichtung des Radargeräts synchronisiert ist, und daß jeder Entfernungskanal zwei parallele Filter mit gleichen Bandbreiten und bezüglich der Zwischenfrequenz symmetrischen Mittenfrequenzen aufweist.
  3. 3. Impulsradargerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Schaltung zur Phasenverschiebung, welche am Ausgang der die Überlagerungswelle zur Frequenzänderung des Empfängers liefernden Vorrichtung angeordnet ist, und einen Umschalter
    109825/0572
    schalter aufweist, welcher durch den Zeitgeber des Radarageräts gesteuert wird und die Schaltung zur Phasenverschiebung ein- oder ausschaltet, und daß jeder Entfernungskanal zwei parallele Filter mit verschiedenen Durchlaßbereichen aufweist, welche bezüglich der Zwischenfrequenz symmetrisch angeordnet sind.
  4. 4. Impulsradargerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Amplitudenoder Phasenmodulationsstufe am Eingang des UHF-Verstärkers des Senders aufweist, welche durch den Zeltgeber des Radargeräts gesteuert ist, und daß jeder Entfernungskanal des Empfängers zwei parallele Filter aufweist, deren Mittenfrequenzen bezüglich der Zwischenfrequenz symmetrisch angeordnet sind.
    109825/0572
    Jf .
    Leerseite
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