DE1811622C3 - Informations-Übertragungsverfahren - Google Patents

Description

(mit p= 1,3,5 ...) gehalten wird, daß als Radargerät ein solches mit einer zumindest so großen Betriebsbandbreite und Sendeleistungsreserve verwendet wird, daß die Mitverwendung des Rcdaigerätes und seiner Antenne zum Aussenden der mit den Informationen modulierten Schwingungen der Frequenz // ermöglicht ist und daß die letzterwähnten Schwingungen zeitlich unmittelbar vor jedem Sendeimpuls mit einer \/f_K gleichen Folgeperiode über den Radarsender und seine Antenne ausgesendet werden.

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 /κ ist und daß der Radarsender in der anhand der F i g. I und 2 im folgenden näher erläuterten Weise aufgebaut ist und arbeitet.

Die von einem Mikrowellengenerator 1 erzeugte ununterbrochene Trägerschwingung der Frequenz fo wird in einem Mikrowellenmodulator 2 gemäß der von einem Tastfrequenzgenerator 3 kommenden Tastfrequenzfunktion g\(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 /0 ebenso wie die Frequenzfunktion g\(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 F i g. 2 dargestellten.

Dies hat zur Folge, daß die von einem Objekt, das relativ zum Aussendeort bewegt ist, reflektierten und dopplerverschobenen Sendeschwingungen mit der spektralen Hauptlinie /0 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 Kennlinien sowie von den effektiven Störreflexionsflächen im Wirkungsbereich des Radargerätes ab.

Würde nun der Mikrowellenmodulator 2 in Fig. 1 zum Zwecke einer Informationsübertragung mit der Funktion gi(f_R, B_s) impulsmoduliert, so ist eine Änderung der Amplitudenfunktion seines ausgangsseitigen Spektrums zu erwarten. Hierbei bedeuten B₅ die Bandbreite der zu übertragenden Information und /i/evtl. benötigte Zwischen- oder Abtastfrequen^en. Wie auch immer das Modulationsverfahren für die vorausgesetzten Pulsmodulationsarten gewählt wird, kann jetzt günstigstenfalls der in Fig.2 durch eine punktierte Kurve dargestellte Spektralverlauf erwartet werden.

Dieser führt aber zu einer Verbreiterung der Dopplerauswertetotzonen; diese Frequenzgebiete sind in F i g. 2 in Form von durch Punkte gefüllten Kästchen dargestellt. In der Praxis bedeutet diese Verbreiterung ■aber nichts anderes als eine Verschlechterung des Zielortungsvermögens des Pulsdoppier-Radargerätes in bestimmten Räumen. Will man diesen Nachteil vermeiden, jedoch die Ortungs- und Informationsübertragungen in einem Gerät integrie/en, so darf kein Radarimpuls mit Frequenzen, die kleiner als die erwartungsgemäß höchstmögliche Dopplerfrequenz und höher als die Auswertefrequenzgrenze f_g sind, moduliert werden. Ausgenommen sind, die Pulsfolgefrequenzen und deren Vielfache.

Da bei den vorgegebenen Modulationsverfahren nicht vermieden werden kann, daß 4/> fg ist, scheidet eine Informationsübertragung durch direkte Modulation der Radarimpulse selbst aus. Zur Informationsübertragung muß deshalb ein vom jeweiligen Radarimpuls zeitlich trennbares Impulstelegramm herangezogen werden, das u.U. in den Radarimpuls verschachtelt werden kann. Als weitere Voraussetzung muß die Bedingung erfüllt sein, daß die Trägerfrequenz der Radarimpulse sich von der der Informationsimpulse in ausreichendem Maße unterscheidet.

Die Dauer Ta jedes Radarimpulses wird bekanntlich durch die gewünschte Entfernungsauflösung respektive durch die zulässige innere Entfernungstotzone 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.

Die Informationsimpulse treten während des Zeitbereiches Tc(F i g. 3) auf. Wenn ausgeschlossen wird, daß gleichzeitig gesendet und empfangen werden kann, ist der Zeitbereich Tc möglichst klein zu halten, um eine geringe zusätzliche Entfernungstotzone zu verursachen.

Die Zeitbereiche Ta und Tc könnten auf zwei verschiedene Arten angeordnet werden, nämlich gegenseitig überlappend und aufeinanderfolgend.

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 Verschachteln der Informationsimpulse in den Radarimpuls möglich ist. Anhand der F i g. 3a und 3b wird ein solches Verfahren beschrieben.

Die zu übertragende Information wird in einem Impulstelegramm nach F i g. 3a verschlüsselt, bei dem ein Referenzimpuls R immer vorhanden ist und die Impulspositionen 1 bis IV je nach Signalamplitude und Codierung belegt sind. Die Telegramme-Folgefrequenz ist MTr= fg und dieselbe wie die der Radarimpulsc. Die Trägerfrequenz ist //.

Spart man nun aus dem Radarimpuls mit der Trägerfrequenz /"0 alle möglichen Impulspositionen des lnformationsimpuktelegramms aus, so bekommt er die in F i g. 3b gezeigte Impulsform, die sich mit der Periode Mfn wiederholt. Eine ungünstige Beeinflussung des Spektrums in der Umgebung von /Ό und den ersten Tastsijitenlinien tritt dadurch nicht auf. Ee ist möglich, beide Impulstelegramme, d. h. die Radar- und die Informations-Impulstelegramme, ineinander zu verschachteln.

Bei überlappenden Zeitb^reichen, wie anhand der F i g. 3a und 3b beschrieben, müssen folgende Nachteile in Kauf genommen werden:

1. Um am Ziel reflektierte und dopplerverschobene Energie der Informationsübertragung im Radarempfänger auszublenden, ist eine komplizierte Torschaltung notwendig.

2. Ist die Radarimpulsbreite T_A durch die innere Entfernungstotzone oder durch die Entfernungsauflösung vorgeschrieben, so triti durch die Austastung des Radarimpulses eine Leistungseinbuße des Radargerätes auf.

3. Will man diese Leistungseinbuße vermeiden, so muß der Radarimpuls T_A um mindestens π ■ T_B vergrößert werden, wobei η die zur Informationsübertragung maximal mögliche Impulspositionsanzahl ist. Dies bedeutet aber eine Vergrößerung der inneren Entfernungstotzonen und eine schlechtere Entfernungsauflösung.

4. Die Sendefrequenz /₀ und f,- muß mit einer Umschaltzeit T< Tb geändert werden, was meist einen hohen technischen Aufwand bedeutet.

5. Es kann nur Impulscodemodulation angewandt werden.

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 aneinandergrenzen.

Aus F i g. 4 ist dieses Verfahren mit aufeinanderfolgenden Zeitbereichen Ta und Tc zu entnehmen. Die kritische innere Entfernungstotzone wird nicht vergrößert. Die durch die Informationsübertragung notwendigerweise entstehende Entfernungstotzone wird an den äußeren Rand des Entfernungsmeßbereiches gelegt, wo sie nicht mehr stört oder durch entsprechende Vergrößerung von Tr um Tc sogar eliminiert werden kann.

Das Impulstelegramm der Informationsübertragung besitzt in diesem Fall ein Frequenzspektrum, das dem in F i g. 2 dargestellten ähnlich ist. Markant sind die um die Trägerfrequenz /} auftretenden Tastlinien im Abstand von ± η ■ /«, die von einem mehr oder weniger breiten Spektralhof, herrührend durch die Zwischenfrequenzen f_zi und die Signalbandbreite B_s, umgeben sind. Man hat nun den Abstand f_e zwischen den Trägerlinien /Ό und /}so zu wählen (siehe Fig.5), daß die an Störzielen reflektierte Energie des Informationsimpulstelegramms, die in die Dopplerauswertezone des Radargerätes fällt, keine Störung mehr verursachen kann.

Dabei hängt f_e von der Güte des Radargerätes, den effektiven Störreflexionsflächen im Wirkungsbereich des Radargerätes und dem Energieverhältnis zwischen Radarimpulsen und Informationsimpulstelegramm sowie von der Lage der Trägerfrequenz f, und der Impulsbreite T_ßder Informationsimpulse ab. Die letzten beiden Abhängigkeiten werden im folgenden näher erläutert.

Die Einhüllende über die Amplitude der Trägerlinie f, eine Minimumstelle der Feinstruktur des Informations

und ihre Rastseitenlinien im Abstand von ± η ■ (r hat die in F i g. 5 dargestellte prinzipielle Form. Die Minima der Spektralanteile liegen im Bereich

fi± m(T_Rl Tb) ■ f_R
oder

f,±m · /'s,

wobei meine ganze Zahl und Zs= l/7ßist.

Da aus Radarleistungsbilanzgründen fe>fR sein wird, genügt es, wie aus F i g. 5 ersichtlich, /_e=/n · fs zu wählen, um im Dopplerauswertbereich des Radargerätes ein Minimum an Störenergie zu erhalten.

Wählt man aus Energiebilanzgründen Tb sehr klein, dann wird U=fβ unter Umständen unerwünscht groß werden. Soll deshalb U<fe erreichbar sein, muß man die Feinstruktur des Informationsspektrums ausnutzen. Dies kann, wie in F i g. 6 dargestellt, geschehen.

Die im Mikrowellengenerator 1 erzeugte Radarträgerschwingung mit der Frequenz /₀ wird über einen Umschalter 4 mit der Funktion g-^T^i Tc), die durch einen Umpulsgenerator 5 bestimmt wird, abwechselnd mit den Schwingungen der Informationsimpulsträgerfrequenz fi, die in einer Frequenzaufbereitungsschaltung 6 erzeugt werden, an den Mikrowellenmodulator 2 geführt. Dieser wird mit der Funktion gißte, Ue, B_s), getastet. Diese Funktion wird durch die Wahl der Pulsfolgefrequenz [r und die am Eingang C eingespeisten Informationssignale bestimmt. Dann wird an A z. B. das in Fig. 7a dargestellte Sende-Frequenzspektrum erhalten. Diesem Spektrum entspricht ein Pulsschema im Zeitbereich, wie es in F i g. 4 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 dopplerverschobene Energie der Informationsübertragung kann allerdings noch durch das Zeittor gelangen und die Ortung etwas stören, sofern der Spektralanteil im Dopplerauswertebereich groß genug ist.

Das am Eingang ßdes Radarempfängers erscheinende typische Empfangsspektrum ist in Fig. 7b dargestellt.

Um zu vermeiden, daß Energie der Informationsübertragung die Ortung stören kann, wird /)so gesteuert, daß impulsspektrums mit der dopplerverschobenen Radar trägerlinie fo+fa die zur Ortung herangezogen wire zusammenfällt. Dies geschieht in der Frequenzaufberei tungsschaltung 6 gemäß der prinzipiellen Funktion

Si = So+ Sd-+ P γ,

wobei ρ= 1,3,5... ist.

ίο Die Dopplerfrequenz /d ist im Radarempfänger direkt oder vermischt mit Lokalfrequenzen vorhanden. Da f, phasenunabhängig von fa sein kann, gibt es viele an sich bekannte Möglichkeiten, die Frequenzaufbereitung in praxi auszuführen.

Soll eine Kommandoübertragung durch Pulsmodulation mit Hilfe eines Puls-Doppler-Radargerätes durchgeführt werden, so muß, um die Güte des Radargerätes nicht zu verschlechtern, ein vom Radarimpuls zeitlich trennbares Impulstelegramm mit einer unterschiedlichen Trägerfrequenz verwendet werden.

Dies könnte durch zwei autonome Geräte mit weit auseinanderliegenden Sendefrequenzen erreicht werden. Die Aufgabe der Erfindung ist jedoch, eine weitgehende Integration beider Aufgaben in einem Gerät durch Benutzung derselben Antenne und Stromversorgung sowie des gleichen Senders zu erreichen. Wegen der beschränkten Bandbreite der HF-Bauelemente und um wenig Schwierigkeiten bei der Zuteilung von Frequenzbereichen zu bekommen, sind dicht zusammenliegende Trägerfrequenzen anzustreben.

Als günstige technische Lösung dieser Aufgabe bietet sich das erfindungsgemäße Verfahren an. Das jeweilige Impulstelegramm wird hierbei vor dem zugeordneten Radarimpuls ausgesandt und ist geeignet, gleichzeitig Kommandos für mehrere Flugkörper, wie bei einem Mehrfachschüß notwendig, zu übertragen.

Liegen keine extremen Forderungen an die Gesamtbandbreite der Informationsübertragung vor, so ist die billigste Lösung erzielbar, wenn man gemäß einer Weiterbildung der Erfindung /)· um /ß von /₀ 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Informationen vom Standort eines Pulsdoppler-Radargerätes (PD-Radargerät) zu wenigstens einem Objekt, das sich im augenblicklichen Erfassungsbereich (Antennen-Richtdiagramm) des Radargerätes befindet, wobei nach dem Pulsphasen- oder Pulscode-Modulationsprinzip'gearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen unter Zusammenfassung zu Impulstelegrammen einer Trägerschwingung mit einer Frequenz f,- impulsmäßig aufmoduliert werden, die bei relativer Bewegung der augenblicklichen Zielobjekte gegenüber dem Radargerät unterschiedlich zur Radar-Sendeimpuls-Trägerfrequenz /0 ist und die fortlaufend in Abhängigkeit von der im Empfänger des: Radargerätes auftretenden und den augenblicklichen Zielobjekten zugeordneten Dopplerfrequenz fa von der Folgefrequenz fo der Radar-Sendeimpulse und der Frequenz ^ gemäß der Gleichung

f _ _f , f , L· .f
Ji JQtJD'' j Jr

(mit p= 1,3, 5...) gehalten wird, daß als Radargerät ein solches mit 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 /j- ermöglicht ist und daß die letzterwähnten Schwingungen zeitlich unmittelbar vor jedem Sendeimpuls mit einer MFr gleichen Folgeperiode über den Radarsender und seine Antenne ausgesendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz l·, gegenüber /ö um die Frequenz /s frequenzversetzt gehalten wird, wobei

- _L

JB rj,

¹B

ist und T_B die Dauer der Informationsimpulse bedeutet.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Informationen vom Standort eines Pulsdoppier-Radargerätes (PD-Radargerät) zu einem Objekt, das sich im augenblicklichen Erfassungsbereich (Antennen-Richtdiagramm) des Radargerätes befindet. Die Informationsübertragung geschieht vorzugsweise nach dem Pulsphasen- oder Pulscodemodulationsprinzip.

Bei Impuls-Radargeräten, die den Dopplereffekt nicht ausnutzen, ist es beispielsweise durch die britische Patentschrift 6 47 126 bekannt, die Trägerfrequenz der Radarsendeimpulse mit den zu übertragenden Informationen entsprechenden Modulationsschwingungen frecjuenzzumodulieren. 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 Pulsmodulation der Radarsendeimpulse jedoch nicht ohne weiteres anwendbar, da das Radar-Empfangsspektrum von Frequenzen freigehalten werden muß, die die empfangsseitige Dopplerfrequenzauswertung ansonsten störend beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der einleitend genannten Art anzugeben, das die ungestörte Dopplerfrequenzauswertung und die Mitverwendung des Radarsenders und seiner Antenne zur Informationsaussendung ermöglicht.

Die Erfindung besteht bei einem Verfahren der einleitend genannten Art darin, daß die Informationen unter Zusammenfassung zu Impulstelegrammen einer Trägerschwingung mit der Frequenz f-, impulsmäßig aufmoduliert werden, die bei relativer Bewegung der augenblicklichen Zielobjekte gegenüber dem Radargerät unterschiedlich zur Radar-Sendeimpuls-Trägerfrequenz /0 ist und die fortlaufend in Abhängigkeit von der im Empfänger des Radargerätes auftretenden und den augenblickliche:; Zielobjekten zugeordneten Dopplerfrequenz fa von der Folgefrequenz /« der Radar-Sendeimpulse und der Frequenz f₀ gemäß der Gleichung