DE1920512A1 - Radarsystem - Google Patents

Description

Pat 2141 D - jt -

22.April 1969

Radars

Sie Erfindung bezieht sich auf Radarsystem© und insbesondere auf Dopplei—Radarsysteme, bei denen die durch den I/oppier-Effekt eintretende Frequenzänderung empfangener Signale dazu dient, die Relativbewegung zwischen einem Ortuiagsobjekt (Siel) und dem System au erfassen.

Kleinere !Doppler-Radarsysteme wurden bereits als &lmm~ systeme fiir eindringende IPlug Objekte oder. dergleichen im. Vorschlag gebracht, jedoch hüben sie unter anderem den Nachteil, daß relativ sehr lcleiue Ortungsobjekt&₉ w@X©1i® an sich nicht erfaßt werden sollen, beispielsweise Ratibtiese Vögel und auch kleine Insekten, in geringem Abstand falschen Alarm auslösen können, da in einem monostatlachen Badarsystem die leistung des Echosignales sehr stell am» steigt, wenn die Entfernung des Ortuagsobjektes v©a'dsm System abnimmt.' Und swar ändert sich die Leistung ä©s Echosignalee in reziprokem Verhältnis au R , wo H die Entfernung des Ortungsobjektes Ist.

Um diese Schwierigkeit zu teh@ben, vmrd© b©r@lt@ vorgeschlagen» ein bistatische© Radarsystem zu verwenden, in vale kern der Sender und der Eapflsg@r la si-nse Abstand - ; • voneinander angeordnet sind, der irergleletear d®r Sntfer» \

nung ist, In welcher ein gesuchtes Ortiagsobjekt erfaßt . ■ ' werden soll. Bei dieser Anordnung nJjrat dl© Stärke des Echoeignales zu, wenn sich ein Zielobjakt entweder d@m Sender oder dem Smpfänger nähert, Sa die JtaiBtvmg ä@e

ρ ρ

Schosignales umgekehrt proportloisal aiiiL ♦ IL, ist, wo

und K₂ die Entfernungen des OrtumgsObjektes von d@m Sender bzw. den Empfänger sind. BaMI ergibt sich bei kurzen Entfernungen, d.h. innerhalb d@a ausgewählten Ortiragjgfeldes_f daß, wenn IU oder B^ abnimmt₉ äi®

®q -laß die leistung

BkO ORIGINAL

9 · β

• · m

Pat 2141 D - 9 ~-

22. April 1969 ^ 1950512

so schnell vie in einem moncsijatischen System ansteigt. Deaiaufolge hat ein bistatischös System eine geringere Tendenz als ein monostatischea System, überempfindlich zu sein oder in sehr kürzen Entfernungen außergewöhnlich, empfindlich zu werden.

"Dieser Vorteil kann noch dadurch vergrößert werden, daß die von den Antennen des Senders und Empfängers erfaßten Bereiche so angeordnet sind, daß ein dicht bei der EmpfSngerantenne befindliches Ortungsobjekt nur einen sehr kleinen Anteil der Senderleiatung empfängt, und daß entsprechend nur ein ähnlich kleiner Seil de? von einem in der Nähe der Senderantenne befindlichen Ortungsobjekt reflektierten Leistung voa der antenne empfangen wird. χ'..- . .-■

Es ist ^ jedoch ein HftnptriÄrj&ieiX «issee bistatisehen Radarsystems, daS ein Anteil des ausgesendetem Signales zu dem Empfangs ort Übertragen werden muß, usa als Besugsgröße für das von dem Örtungeobjekt reflektierte Signal zu dienen.

Es ist deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteil zu vermeiden oder zumindest erheblich au reduzieren und allgemein ein verbessertes Doppler-Radarsystem zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe 1st erfindungsgemäß ein Radarsystem vorgesehen« das dadurch gekennzeichnet ist, da3 an jeder von swei im Abstand voneinander vorgesehenen Sendeempfangsstellen je ein Sender und Empfänger angeordnet sind, daß die Sender mit unterschiedlichen

BAD

rü ν 5''- r"i I-* .·■- Jr. -

22~April 1S69 _ 1020512

Fra£\j«mzen arbeiten un& ein Teil des? Leistung ^eäes Senders als Überlagerungsfraquenz für denjenigen :®mp£äag@3C verwendet wirä_s welcher an derselben Sendeempfangsstell© wie der betreffende 3snd©r angeordnet ist, Wobei dieser* Empfänger auch. Signale von dem anderen Sender s«r Scfeaff ¹JUIg: eines Zwischeiifrequenzai2.3gaing23 empfängt, wöfesl dl® beiden Zwischenfreiiuensatisgsnsasigiial© des System® g©~ iaiacht werden, ^zm ein Signal zu .erbalten_t welonesi aur von dar Xnderungsge8Cliwindig;Ic©it der geaasten üb@r ein Ortungsobjelct führenden Waglänge zwi3uh@B den beiden * Sendeempfangsstellen abhängt. 33©r jewaiiige Sender di©nt folglich gleichzeitig als uberlagaruagfioszillator für den an der batreffenden Sendeempfassge®t®ll« iänpfänger.

Weitere Merkmale der SrfiMmg f^jad ia d#3r nach folgenden Beschreibung, der Zeloton« isad den ünteraäsprüchen beschrieben bssw. dargestellt, wobei es eich versteht, daß die Erfindung in isahlrtiebsn weiteren Mmführungsformen verwirklicht werden kann.

In der Zeichnung sind Ausftihruagabslepiale der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Pig. 1 ein Blockschaltbild eines ©rstea Ausfithrungs beispieles eines erfindimgsgeisJaßen Systems,.

g· 2 je ein Blockschaltbild von Varianten des und 3

Badarsystems nach Pig.1.

IQ 988 1 / &$ 11 _BAD original,

c - 1 '■■■!*-

22.April 1969 ■

Pig.1 zeigt ein Radaarfystep, welches zwei an getrennten Sendeempfangsstellen A und B angeordnete Sendeempfangsanlagen aufweist. An der Sende-* emp.fsngastelle A ist ein Sender angeordnet, der ein Signal mit einer Frequenz f^ aussendet ,dessen Echo an der. Sendeempi&ngaetelle B von einem Smpfänger empfangen werden kaae. Gleicherweise ist an der Sendeempfangsstelle B ein sum Aussenden eines Signales einer frequenz fg an-

dessen Echo von einem an der Sendeempfangssteile A angeordneten Empfänger empfangen werden kann.

An der Sendeempfangsstelle A dient ein Teil der Senderleistung der Frequenz f_A über einen Mischer M als Überlagerungsoszillator für den die Signale fg empfangenden Empfänger, und an der Sendeempf engest ell· B dient ein !Ceil der Senderleistung fg übar den Mischer K als ein Überlagerungsoszillator für den Empfänger der Signale ί_Α· Hit anderen Worten: Die Sender an den beiden Sendec-mpfangsstellen liefern gleichseitig die Überlage-

für die an den betreffenden Stndeempfangs-

steilen angeordneten Empfänger.

Die beiden Empfangsmischer H sind mit Sehmalband-Zwischenfrei&uensveratärkern 10, 10« gleicher Konstruktion verbunden, die beide auf eine Frequenz f^ abgestimmt sind, wo Z^t* f_A - f^ ist. Hierdurch werden Fiederfrectudnzslgnale, die durch die zwischen den an denselben Seadeempfangsstellen jeweils angeordneten Sender und !topfanger hervorgerufen werden, auegefiltert.

Wenn ein reflektierender Körper in den durch di« Antennen an ä«& beiden SeMeempfe^gesteXXea A o&d B ©r-

22.April 1969 g

fasten Raum eindringt, wird an der Sendeempfangsstelle A ein Signal einer Prequenz fg + f^ und an der Sendeempfangsstelle B ein Signal einer !Frequenz f^ + f^ empfangen» wo f-jj der Dopplarfrequens entspricht, welche proportional der Snderungsgeschwindigkeit der über das "bewegte Ortungsobjekt führenden WeglSnge zwischen den Abtennen ist.

Das an der Sendeempfangäst eile A empfangene SIg-P nal wird mit der Überlagerungsoszillatorfrequenz f. so gemischt, daß es in ein Signal einer Frequenz f* ~ (fg + fj) das innerhalb des DurchlaJBhandes des Zwischen.frequensver~ stärkers 10 liegt, umgeformt wird. Das an der Senäeempfasgs stelle B empfangene Signal wird in sin Signal der Prequenz (f_A + f^) - fg umgeformt. · ■

Die Ausgangssignale der beiden 2wischanfraq.u@naverstärker 10, 10· warden einer gemeinsamen Sagentaktcaischstufe 11 sugeführt, wobei diese Hischstufe so bildet ist, daß an ihr ein AuBgangsslgnal «einer quenz 2fjj auftritt, das unabhängig τοη der Torliegenden Differenzfrequenz f_A - f_ß ist. Der Ausgang der Misehstufe wird einem Videoverstärker 12 aufgedrückt und dann in nicht näher dargestellter Weise über <$in@n Detektor und ein Siefpaflfliter einer AnzeigeTorrichtuBg zugeführt.

Bei Auftreten eines bewegten Ortungsobjektes saigt die Anzeigevorrichtung ein ontspreeheMss aal SXk₉ wobei dieses Ausgangseignal auch zum Ausläsen eines Alarmsystems benutzt werden kaaa. Birne Anspreeh» sohwells kmm hierbei Torgesehea asiii, al© «mtweöar oder hinter dem Detektor ¥©rges©h©n ist₉ ,.iaa au

c - 1 ,

22.April 1969 fr

dem, daß kleine Objekte, wie Vögel, Kaninchen usw. Alarm auslösen.

Die Frequensstabilität der beiden Sender ist so zu treffen, daß ihre Differenz f_Ä - f_B innerhalb des Bandpassθβ der Zwischenfrequenzverstärker bleibt. In Pig.'l wird dies dadurch sichergestellt, daß die Bandbreite der Zwischenfrequenzverstärker breit genug für die maximal erwartete relative Frequenzauswanderung ist. Da es im Einblick auf das Bauschen wünschenswert ist, eine relativ geringe Zwisehenfrequenzbandbreite zu haben, sollten kristallgesteuerte Frequenzgeneratoren vorgesehen sein.

In:Pig.2 ist eine Variante des Radarsystems nach Fig.1 dargestellt» bei welcher eine selbsttätige !Frequenzregelung des Senders A vorgesehen ist, bei der ein Frequensdiskriminator D vorgesehen ist, der auf die Zwischenfrequenz f^ abgestimmt ist. Mit 13 ist eine nachgesclaaltete Stufe mit einer langen Zeitkonstante bezeichnet. Der Ausgang dieser Stufe wird als wechselstrommäßiges Stellsignal dem Oszillator 14 des Senders A zugeleitet, um dessen Frequenz selbsttätig zu regeln. Dies kann beispielsweise dazu verwendet werden, die Differenz zwischen f-g und f^ ausreichend konstant zu halten·

Bei der in Fig.3 dargestellten Variante der Fig.1 sind beide Senderfrequenzen von einem gemeinsamen Oszillator 20 abgeleitet, der mit einer Frequenz f_Ä/F arbeitet, wo F der Frequenzvervielfachungsfaktor von Frequenzvervielf achern FM ist. f^ ist die Sendefrequenz des Senders an der Sendeeinpfangsstölle A.

909881/0916

BAD

c - 1 «

22.April 1969 T

3>ie Ausgangsfrequenz dieses gemeinsamen Oszillators 20 wird durch den einen Frequenzvervielfaeher PM vervielfacht, um die Frequenz f_A für den Sender an der Sendeempfangsstelle A zu erzeugen. Der Ausgang dieses gemeinsamen OsssiUators 20 wird femer mit dem Ausgang eines weiteren Oszillators 21 in der Mischstufe 22 gemischt. Dieser weitere Oszillator hat eine Frequenz f jQ ^a fj/y» wo t^ der 2wisch@nfreq.uenz f^ - f_B entspricht. Das aus der Mischstufe 22 abgeleitete Signal wird in einem Seitenbandfilter 23 beschnitten, das nur die Frequenz f^/P - f₁₀ durchläßt, welche dann dem nachgeschalteten anderen Frequenzvervielfacher FM zugeleitet wird, um durch F-fache PrequenzrerTillfachung die Frequenz fg zu erhalten, die iron dem an der Sendeempfangsstelle B angeordneten Sender ausgestrahlt wird, wobei f_B = f_A - ϊ . f₁₀ ist.

Das erfindungsgemä£e Eadarsystean kann auf eine beliebige Anzahl von Sender/EmpfSnger/Antennen Bausteine erweitert werden, um einen breiten Frontabschnitt von m&^ reron Heilen zu erhalten. Bei einem solchen Tielfachsv@t@m können vorzugsweise Heben- oder !Eochtersender verwendet werdens die von. zwei gemeinsamen Oszillatoren gespeist werden, die z.B. mit einem Zehntel der endgültigen quenzen arbeiten. Biese Sochtersignale können über leitungen übertragen werden, welche auch der Obertragim de? Zwischensignale zu einer gemeinsamen Verarbeitung^® heit dienen können. Für große Entfernungen köaane» hi@a?b©l SpannungserhShungsstationen vorgesehen werden, di© »?@@i&° mäßig sowohl für die Zwischenfrequenz als auch für di© iOochter- oder liebensignale vorgesehen sein können. Es Ie* auch möglich; diese Eoaxialleitungen für die Übertragung der.Gleichspannungsenergie zu jeder Station zu verwenden.

909881/0918 ~⁹ "

ρ - 1 · --jr. .

22. April 1969 9

In dem doppel histatischen System ana zwei Einheiten (Gegensat£5 zu Vielfaehanlagen) k$sm 3ede Einheit, die einen Sender für eine !frequenz und einen Empfänger für die andere Frequenz aufweißt, getrennte Antennen für das Senden und Empfangen haben. Jedoch Ist es in vielen fällen mit Vorteil auch möglich₉ eine einzige Antenne für jede derartige Einheit zu verwenden, die sowohl die Sendeais auch die Empfangsfunktionen ausübt. In diesem Fall ist es erforderlich, in irgendeiner geeigneten Weise im Duplexverfahren su arbeiten, beispielsweise -durch ein synchron arbeitendes Ifultiple^erfahren oder den Gebrauch nichtreziproker Vorrichtungen, beispielsweise durch einen Zirkulator} durch eine Spielvorrichtung oder durch !Polarisation. ·

Zur Durchführung eines synchron arbeitenden MuI-tiplez^erfahrens kann vorgesehen θ ©in, die Hochfrequenzspeisung der Antenne mittels pin-BIoden zu schalten, derart, daß ein zweiter Weg erhalten wird, über welchen der Smpfänger während der S&pfangsperlode mit einem von dem Überlagerungsoszillator stammenden Vergleichs- oder Bezugssignal gespeist wird.

Bei Verwendung eines Simulators wird die Bezugsfrequenz des Oberlagerungsossillatore (local oszillator reference) erhalten, indem man den Antenneneingaag des Zirkulators fehlanpaSt.

!Die Duplexarheitsweis® kann auch durch Zwischenschalten von selektiven Irequenzfiltern in die Sende- und Empfangswege erzielt werden» Wenn die luplex^beitsweiee mittels Polarisation erfolgt» kann zu der Antenne

- 10 -

22.April 1969 S

mit Vorteil eine Zuführung mit rechteckigem Hohlleiter vorgesehen sein. Hierbei ist für jede Einheit die Ε-Ebene der dem Sender zugeordneten Welle die H-Ebene der dem Empfänger zugeordneten Welle, um so eine gegenseitige Kopplung zwischen den ausgesandten und empfangenen Signalen zu verhindern. Die Überlagerungsfrequenz (Bezugsfrequenz des ÜberlagerungsOszillators, local oszillator reference) erhält man an einem eine polarisierte Welle führenden Hohlleiteraibechnitt, bei dem duroh q&& tordiertes Leiterstück eine 1®hlanpaasung hsrrorgerufen iet.

Bee weiteren ist ®,s aifgHoh, silt<§£»at;Lv hiersu eine reohtsdrehend® oder links^reheside sixk^lnre Polarisation zu Terw®nden₉ weicht 3.aa susätalicfe«a ¥oi?teil hat, daß die von Regen T@£ursa@hten Interferszgjien Te^alAäert werden. - ■ . . -^- .

Se versteht sieh, d«B die vovgenaimten Bupl*xteohniken auch entspreehend bei Vielfaohanlagea und v-orgesehen sein kitanen.

809881/091· ♦ - 11 -

Claims (1)

1. t * « ·■ · « S V

   Pat 2141 D - *T - 1920612

   22.April 1969 1©

   Patentansprüche

   Ead&raystosi, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder von zwei im Abstand voneinander vorgesehenen Sendeempfanga et eilen je ein Sender und Smpfüsger angeordnet Rind, daß die Sender mit unterschiedlichen Frequensea arbeiten und ein Seil- der Leistung jedes Senders als Überlagerungsfrequenz für denjenigen Empfänger yerivenclet wird, welcher an derselben Sendeempfangsstelle wie der betreffende Sender angeordnet ist, wobei dieser Empfänger auch Signale von dea anderen Sender" sur Schafföng eines Swiechenfrequeneausgangea empfängt, wobei die beiden ZwisohenfrequenzausgangssigEale des Systems gemischt werden, u» ein Signal $& erhalten, welches nur von der Xnderungs geschwindigkeit der gesamten über ein Ortungsobjelct führenden liieglänge zwischen v.:-n beiden Sendeempfangsstellen abhfingt.

   Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet* daß die Arbeitsfrequenz des Senders an des einen Sexideempfangestelle mit Hilfe eines Frequensdiskriminators gesteuert wird, dör auf die' Zwischenfrequena abgestimmt 1st (Pig.2).

   3. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die Frequenzen der beiden Sender durch einen gemeinsamen Oszillator (20) gesteuert werden, dessen frequenz ein Bruchteil einer der Sendefrequenzen ist, wobei die Ausgangsfrequenz des gemeinsamen Oszillators zur Erzeugung der einen SenderarbeitefrequenB (f frequenzvervielfaoht wird, und daS die andere Sender-

   909881/0911

   Pat 2141 D .- *β -

   22. April 1969 Ή 1 $20512

   arbeitüfrequena (f_B) dadurch erhalten wird, daß das Auegang3signal des gemeinsamen Oszillators mit dem Ausgangssignal eines weiteren Oszillators (21), des sen Frequenz ein Bruchteil der Zwischenfreguexus ist, gemischt und das Ausgangs signal des Mischers frequenevervielfacht wird.

   4. Radarsystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3« dadurch gekennzeichnet, daß der Sender und Empfänger' jeder Sendeempfangsstelle eine gemeinsame Antenne aufweisen und geeignete Kittel zum Ausnutzen der Antenne für Senden und Empfang vorgesehen sind.

   5. Radarsystem nach Anepruoh 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Ausnutzen der Antenne ems Se&äen und "Ba&tmat* β·η mittels Polarisation herbeigeführt wird.

   909881/0918

   Leerseite