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"Informations-Übertragungsverfahren" Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zunl drahtlosen Übertragen von Informationen vom Standort eines Pulsdoppler-Radargerätes
(PD-Radargerät) zu einen Objekt, das sich im augenblicklichen Erfassungsbereich
(hntennen-Richtdiagramm) des Radargerätes befindet. Die Informationsübertragung
geschieht vorzugsweise nach de Pulsphasen- oder Pulscodemodulationsprinzip.
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Bei Inpuls-Radargeräten, die den Dopplereffekt nicht ausnutzen, ist
es beispielsweise durch die britische Patentschrift 647 126 bekannt, die Trägerfrequenz
der Radarsendeimpulse mit den zu übertragenden Informationen entsprechenden Modulationsschwingungen
frequenzzumodulieren.
Auch andere Pulsmodulationsarten als die Frequenzmodulation können hierbei zur unmittelbaren
Modulation der Radarsendeimpulse mit den Informationen entsprechenden Modulationsschwingungen
benutzt werden. Bei PD-Radargeräten sind diese Übertragungsverfahren der Puismodulation
der Radarsendeimpulse jedoch nicht ohne weiteres anwendbar, da das Radar-Empfangsspektrum
von Frequenzen freigehalten werden muß, die die empfangsseitige Dopplefrequenzauswertung
ansonsten störend beeinflussen.
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Der Erfindung liegt die Auf gabe zugrunde, ein Verfahren der einleitend
genannten Art anzugeben, das die ungestörte Dopplerfrequenzauswertung und die Mitverwendung
des Radarsenders und seiner Antenne zur Informationsaussendung ermöglicht.
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Die Erfindung besteht bei einen Verfahren der einleitend genannten
Art darin, daß die Informationen unter Zusammenfassung zu Impulstelegrammen einer
Trägerschwingung mit der Frequenz fi impulsinäßig aufmoduliert werden, die bei relativer
Bewegung der augenblicklichen Zielobjekto gegenüber dem Radargerät unterschiedlich
zur Radar-Sendeimpuls-Trägerfrequenz fo ist und die fortlaufend in Abhängigkeit
von der
in Empfänger des Radargerätes auftretenden und den augenblicklichen
Zielobjekten zugeordneten Dopplerfrequenz fD, von der Folgefrequenz fR der Radar-Sendeimpulse
und der Frequenz f0 gemäß der Gleichung fi = f0 + fD + p/2 . fR (mit p = 1, 3, 5
...) gehalten wird, daß las Radargerät ein solches sit einer zumindest so großen
Betriebsbandbreite und Sendeleistungsreserve verwendet wird, daß die Mitverwendung
des Radargerätes und seiner Antenne zum Aussenden der mit den Informationen modulierten
Schwingungen der Frequenz fi ermöglicht ist, und daß die letzterwähnten Schwingungen
zeitlich unmittelbar vor jedem Sendeimpuls mit einer 1/fR gleichen Folgeperiode
über den Radarsender und seine Antenne ausgesendet werden.
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Der Erfindung liegen folgende für sie wesentliche Überlegungen zugrunde.
bei denen zwecks Vereinfachung allerdings einschränkend vorausgesetzt ist, daß das
Radargerät ein PD-Radargerät mit einer entfernungseindeutigen Sendeimpuls-Folgefrequenz
fR ist und daß der Radarsender in dor anhand der Fig. 1 und 2 im folgenden näher
erläuterten Weise aufgebaut ist und arbeitet.
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Die von einem Mikrowellengenerator 1 erzeugte ununterbrochene
Trägerschwingung
der Frequenz f0 wird in einem Mikrowellenmodulator 2, gemäß der von einem Tastfrequenzgenerator
3 kommenden Tastfrequenzfunktion g1 (fR) impulsmoduliert und das am Ausgang A des
Mikrowellenmodulators anstehende Frequenzspektrum über einen nicht gezeigten, als
ideal arbeitend vorausgesetzten Senderverstärker einschließlich seiner Sendeantenne
ausgesendet. Da die Schwingung der Frequenz fo ebenso wie die Frequenzfunktion g1
(fR) infolge Rauschmodulation kein ideales Linienspektrum darstellt und da üblicherweise
der Mikrowellenmodulator 2 eine nicht ideale Frequenzcharakteristik besitzt, erhält
man in der Praxis an A ein kontinuierliches Spektrum nach Art des in Fig. 2 dargestellten.
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Dies hat zur Folge, daß die von einem Objekt, das relativ zum Aussendeort
bewegt ist. reflektieren und dopplerverschobenen Sendeschwingungen mit der spektralen
Hauptlinie f empfangsseitig in den schraffiert gezeichneten Frequenzgebieten der
Fig. 2 nicht ausgewertet werden können. Die Größen dieser Frequenzgebiete hängen
im wesentlichen von der höhe der Rauschmodulation und der Abweichung der tatsächlichen
Arbeitskennlinie des Radargerätes gegenüber den idealen Xennlinien sowie von den
effektiven Störreflexionsflächen im Wirkungsbereich des Radargerätes ab.
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Würde nun der Mikrowellenmodulator 2 in Fig. 1 zum Zwecke einer Informationsübertragung
mit der Funktion g2 (fR; Bs) impulsmoduliert, so ist eine Änderung der Amplitudenfunktion
seines ausgangsseitigen Spektrums zu erwarten. Hierbei bedeuten BS die Bandbreite
der zu übertragenden Information und fzi evtl. benötigte Zwischen- oder Abtastfrequenzen.
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Wie auch immer das Modulationsverfahren tür die vorausgesetzten Pulsmodulationsarten
gewählt wird, kann jetzt günstigstenfalls der in Fig, 2 durch eine punktierte Kurve
dargestellto Spektralverlauf erwartet werden.
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Dieser führt aber zu einer Verbreiterung der Dopplerauswertetotzonen;
diese Frequenzgebiete sind in Fig. 2 in Form von durch Punkte gefüllte Kätschen
dargestellt. In der Praxis bedeutet diese Verbreiterung aber nichts anderes als
eine Verschlechterung des Zielortungsvermögens des Pulsdoppler-Radargerätes in bestimmten
Räumen. Will man diesen Nachteil vermeiden, jedoch die Ortungs- und Informationsübertragungen
in einem Gerät integrieren, so darf kein Radarimpuls mit Frequenzen, die kleiner
als die erwartungsgemäß höchstmögliche Dopplerfrequenz und höher als die Ausgrenze
wertefrequenz fg sind, moduliert werden. Ausgenommen sind die Pulsfolgefrequenzen
und deren Vielfache.
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Da bei den vorgegebenen Modulationsverfahren nicht vermieden werden
kann, daß fzi>fg ist, scheidet eine Informationsübertragung durch direkte Modulation
der Radarimpulse selbst aus. Zur Informationsübertragung muß deshalb ein vom jeweiligen
Radarimpulse zeitlich trennbares Impulstelegramm herangezogen werden, das u. U.
in den Radarimpuis verschachtelt werden kann. Als weitere Voraussetzung muß die
Bedingung erfüllt sein, daß die Trägerfrequenz der Radarimpulse der sich von der
Informationsimpulse in ausreichendem Maße unterßcheiden.
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Die Dauer TA jedes Radarimpulses wird bekanntlich durch die gewünschte
Entfernungsauflösung respektive durch die zulässige innere Entfernungstotzonen und/oder
durch das technisch zulässige Tastverhältnis der Sendeleistungsröhre bestimmt. Die
Dauer TB der Informationsimpulse soll aus Radarenergiebilanzgründen klein gegenüber
TA sein, wenn für die Radarimpulse und die Informationsimpulse derselbe Mikrowellenverstärker
Verwendung findet.
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Die Informationsimpulse treten während des Zeitbereiches Tc (Fig.
3) auf. Wenn ausgeschlossen wird, daß gleichzeitig gesendet und empfangen werden
kann, ist der Zeitbereich TC
möglichkeit klein au halten, um eine
geringe zusätzliche Entfernungstotzone zu verursachen.
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Die Zeitbereiche T und TC könnten auf zwei verschiedene Arten angeordnet
werden, nämlich gegenseitig überlappenden und aufeinander folgend.
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Bei einer Überlappung der Zeitbereiche TA und TC kann nur Pulscodemodulation
angewendet werden. Besonders attraktiv erscheint dieses Verfahren, wenn TC <
TA ist und damit ein vollkommenes Vorschachteln der Informationsimpulse in den Radarimpuis
möglich ist. Anhand der Fig. 3a und 3b wird ein solches Vorfahren beschrieben.
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Die zu übertragende Information wird in einem Impulstelegramm nach
Fig. 3a verschlüsselt, bei dem ein Referenzimpuls R inner vorhanden ist und die
Impulspositionen I bis IV je nach Signala,'plitude und Codierung belegt sind. Die
Telegramme-Folgefrequenz ist 1/TR = fR und dieselbe wie die der Radarimpulse. Die
Trägerfrequenz ist fi.
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Spart man nun aus dem Radarinpul mit der Trägerfrequenz fo alle möglichen
Impulspositionen des Informationsimpulstelegramms
aus, so bekommt
er die in Fig. 3b gezeigte Impulsform, die sich mit der Periode 1/fR wiederholt,
Eine unginstige Beeinflussung des Spektrums in der Umgebung von und den ersten Tastseitenlinien
tritt dadurch nicht auf.
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Es ist möglich, beide Impulstelegramme, d. h. die Radar-und die Informations-Impulstelegramme
ineinander zu verschachteln.
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Bei überlappenden Zeitbereichen, wie anhand der Fig. 3a und 3b beschrieben,
müssen folgende Nachteile in Kauf genormen werden: 1.) Um am Ziel reflektierte und
dopperverschobene Energie der Informationsübertragung im Radarempfänger auszublenden,
ist eine komplizierte Torschaltung notwendig.
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2.) Ist die Radarimpulsbreite TA durch die innere Entfernungstotzone
oder durch die Entfernungsauflösung vorgeschrieben, so tritt durch die Austastung
des Radarimpulses eine Leistungseinbuße des Radargerätes auf.
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3.) Will man diese Leistungseinbuße vermeiden, so, muß der Radarimpuls
TA un mindestens n . Tg vergrößert werden
wobei n die zur Informationsübertragung
maximal mögliche Impulspositionsanzahl ist. Dies bedeutet aber eine Vergrößerung
der inneren Entfernungstotzonen und eine schlechtere Entfernungsauflösung.
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4.) Die Sendefrequenz fo und fi muß mit einer Umschaltzeit T<TB
geändert werden, was meist einen hohen technischen Aufwand bedeutet.
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5.) Es kann nur Impulseodemodulation angewandt werden.
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Diese Nachteile können durch aufeinanderfolgende Zeitbereiche TA und
TC vermieden werden, wenn der Zeitbereich TC vor den Zeitbereich TA gelegt wird
und beide Zeitbereiche eng aneinander grenzen.
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Aus Fig. 4 ist dieses Verfahren mit aufeinander folgenden Zeitbereichen
TA und TC zu entnehmen Die kritische innere Entfernungstotzone wird nicht vergrößert
Die durch die In.
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formationsübertragung notwendigerweise entstehende Entfernungstotzone
wird an don äußeren Rand des Entfernungsmeßbereiches gelegt, wo sie nicht mehr stört
oder durch entsprechende Vergrößerung von TR um TC sogar eliminiert werden kann.
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Das Impulstelegramm der Informationsübertragung besitzt in diesem
Fall ein Frequenzspektrum, das dem in Fig. 2 dargestellten ähnlich ist. Markant
sind die um die Trägerfrequenz fi auftretenden Tastlinien im Abstand von + n die
von einen mehr oder weniger breiten Spektralhof, herrührend durch die Zwischenfrequenzen
fzi und die Signalbandbreite Bs, ungeben sind. Man hat nun den Abstand fe zwischen
den Trägerlinien fo und fi so zu wählen (siehe Fig. 5), daß die an Störsielen reflektierte
Energie des Informationsimpulstelegrammes, die in die Dopplerauswertezone des Radargerätes
fällt, keine Störung mehr verursachen kann.
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Dabei hängt f von der Güte des Radargerätes, den effektie ven Störreflexionsflächen
im Wirkungsbereich des Radargerätes und dem Energieverhältnis zwischen Radarimpulsen
und Informationsimpulstelegramn sowie von der Lag der Trägerfrequenz fi und der
Impulsbreite TB der Informationsimpulse ab. Die letzten beiden Abhängigkeiten werden
in folgenden näher erläutert.
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Die Einhüllende über die Amplitude der Trägerlinie fi und ihre Rastseitenlinien
im Abstand von + n R hat die in Fig. 5 dargestellte prinzipielle Form. Die Minima
der Spektralanteile liegen in Bereich f. + m (TR/TB) fR oder + m . fB, wobei m eine
ganze Zahl und fB = 1/TB ist.
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Da aus Radarleistungsbilanzgründen fB#fR sein wird, genügt ist es,
wie aus Fig. 5 ersichtlich, fe = m . fB zu wählen, um im Dopplerauswertbereich des
Radargerätes ein Minimun an Störenergie zu erhalten, Wählt man aus Energiebilanzgründen
TB sehr klein, dann wird fe = fB unter Umständen unerwünscht groß werden. Soll deshalb
fe < f@ erreichbar sein, muß man die Feinstruktur dos Informationsspektrums ausnützen.
Dies kann, wie in Fig. 6 dargestellt, geschehen.
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Die in Mikrowellengenerator 1 erzeugte Radarträgerlr chwingung mit
der Frequenz fo wird über einen Umschalter 4 mit der Funktion g3 (TA; TC), die durch
einen Impulsgenerator 5 bestimmt wird, abwechselnd mit den Schwingungen der Informationsimpulsträgerfrequenz
fi, die in einer Frequenzbereitungsschaltung 6 erzeugt werden, an den Mikrowellenmodulator
2 geführt. Dieser wird mit der Funktion g2 (fRi fzi; @@), getastet. Diese Funktion
wird durch die Wahl der Pulsfolgefrequenz fR und die am Eingang C eingespeisten
Infornationssignale bestimmt. Dann wird an A z. B. das in Fig. 7a dargestellte Sende-Frequenzspektrum
erhalten. Diesem Spektrum entsprictit ein Pulsschema im Zeitbereich, wie es in Fig.
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dargestellt ist. Mit einer einfachen zielentfernungsabhängigen
Torschaltung im Radarempfänger 7 kann nun verhindert werden, daß an bewegten Objekten
reflektierte und dopplerverschobene Energie der Informationsübertragung die Ortung
stören kann. Die von feststehenden Störzielen reflektierte und praktisch nicht doppelverschobene
Energie der Informationsübertragung kann allerdings noch durch das Zeittor gelangen
und die Ortung etwas stören, sofern der Spektralanteil im Dopplerauswertebereich
groß genug ist.
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Das am Eingang B des Radarempfängers erscheinende typische Empfangsspektrum
ist in Fig. 7b dargestellt, Un zu vermeiden, daß Energie der Informationsübertragung
die Ortung stören kann, wird fi so gesteuert, daß eine Minimumstelle der Feinstruktur
des Informationsimpulsspektrums mit der doppleverschobenen Radarträgerlinie f0 +
fD, die zur Ortung herangezogen wird, zusammenfällt. Dies geschieht in der Frequenzaufbereitungsschaltung
6 gemäß der prinzipiellen fR Funktion fi = f0 + fD + p, wobei p = 1, 3, 5 ... ist.
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2 Die Dopplerfrequenz fD ist im Radarempfänger direkt oder vermischt
mit Lokalfrequenzen vorhanden. Da fi phasenenabhängig von fo sein kann, gibt es
viele an sich bekannte
Möglichkeiten, die Frequenzaufbereitung
in Praxi auszuführen.
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Soll eine Kommandoübertragung durch Pulsmodulation mit Hilfe eines
Puls-Doppler-Radargerätes durchgeführt werden. so muß, um die Güte des Radargerätes
nicht zu verschlechtern.
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ein vom Radarimpuls zeitlich trennbares Impulstelegramm mit einer
unterschiedlichen Trägerfrequenz verwendet werden.
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Dies könnte durch zwei autonome Geräte mit weit auseinanderliegenden
Sendefrequenzen erreicht werden. Die Aufgabe der Erfindung ist jedoch, eine weitgehende
Integration beider Aufgaben in einen Gerät durch Benützung derselben Antenne und
Stromversorgung sowie des gleichen Senders zu erreichen.
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Wegen der beschränkten Bandbreite der HF-Bauelemente und um wenig
Schwierigkeiten bei der Zuteilung von Frequenzberei chen zu bekommen, sind dicht
zusammenliegende Trägerfrequenzen anzustreben.
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Als günstige technische Lösung dieser Aufgabe bietet sich das erfindungsgemäße
Verfahren an, Daa jeereilige Impulstelegramm wird hierbei vor den zugeordneten Radarimpuls
ausges@ndt und ist geeignet, gleichzeitig Kommandos für
mehrere
Flugkörper, wie bei einem Mehrfachschuß notwendig, zu übertrag@ Liegen keine extremen
Forderungen an die Gesamtbandbreite der Informationsübertragung vor, so ist die
billig@te Lösung erzielbar, wenn man gemaß einer Weiterbildung der Erfiundung fi
und fB von fo versetzt. Diese Bedingung wird zweckmäßigerweise durch eine Frequenzregelschaltung
erzwungen. Die Minimalstelle ist dabei unabhängig von der Tastfrequenz, so daß die
zur Umgebung von evtl. auftretenden Geschwindigkeitsblindstellen notwendige Änderung
der Tastfrequenz keinen Einfluß auf den Störabstand nimmt.