DE1930285C3 - Seitensicht-Impuls-Doppler-Radarsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein kohärentes Impuls-Doppler-Radarsystem mit seitlich gerichteten Antennen (»Seitensichtradar«), das für die Unterdrükkung der Festzielechos geeignet ist (»MTI-System«).

Bekanntlich versteht man unter einem kohärenten System ein System, bei welchem die empfangenen Echos entweder von Sendeinipulsen stammen, die durch Zerschneiden der gleichen Trägerwelle gebildet sind, oder jeweils einzeln in bezug auf eine Schwingung demoduliert werden, die in Phase mit dem Träger des Sendeimpulses ist, von dem das Echo stammt.

Ferner ist bekanntlich ein Seitensicht-Radargerät <>s (besser bekannt unter der angelsächsischen Bezeichnung »side looking«) ein Gerät, bei welchem die HauDtantennenachse senkrecht zur Bewegungsrichtung

des das Radargerät tragenden Fahrzeugs gerichtet ist.

Bei den bekannten Anordnungen dieser Art enthält das Strahlungsdiagramm der Antenne bei der Sendung und beim Empfang im allgemeinen eine symmetrische Richtkeule, deren Gewinn in der mit der Hauptstrahlungsachse zusammenfallenden Symmetrieachse ein Maximum ist, wie beispielsweise das »Summendiagramm« der Antenne eines herkömmlichen Amplitudenmonopulssystems.

Die Auswertung der Echos beruht dann darauf, daß der Zeitpunkt festgestellt wird, in welchem die Dopplerfrequenz eines bestimmten Ziels durch Null geht In diesem Augenblick liegt das feststehende oder sich parallel zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs bewegende Ziel genau auf der Antennenachse. Diese Systeme ermöglichen die Sichtbarmachung von Geländereiiefs, Küsten od. dgl. und im allgemeinen von jedem feststehenden Ziel.

Im Gegensatz dazu liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Sichtbarmachung von bewegten Zielen zu ermöglichen.

Ein gemäß dem Anspruch 1 ausgeführtes Impuls-Doppler-Radargerät nach der Erfindung mit einer Anordnung zur kohärenten Demodulation der Echos und zur Filterung der dadurch erhaltenen Signale enthält zur Feststellung von gegenüber dem Boden bewegten Zielen für den Fall, daß das Radargerät selbst auf einem bewegten Körper angebracht ist. Einrichtungen zur Durchführung der Sendung und des Empfangs mit einem Strahlungsdiagramm, das zwei Hauptkeulen aufweist, die in bezug auf eine senkrecht zur Tangente an die Bewegungsbahn des bewegten Körpers liegende Richtung symmetrisch zueinander sind, während der Gewinn in dieser Richtung im wesentlichen Null ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 das Strahlungsdiagramm des erfindungsgemäßen Radargerätes,

F i g. 2 ein Prinzipschema eines nach der Erfindung ausgeführten Radargerätes mit Festzielechounterdrükkung,

Fig.3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Radargerätes, bei welchem die Festzielechounterdrückung mit deren Sichtbarmachung kombiniert ist, und

Fig.4 und 5 abgeänderte Ausführungsformen von Teilen der Schaltungen von F i g. 2 und 3.

F i g. 1 zeigt die Antennenachse AX eines Seitensicht-Radargerätes, das von einem Flugzeug A getragen wird. Die Bewegungsbahn des Flugzeuges ist bei Angezeigt. Es handelt sich dabei um das in F i g. 2 dargestellte kohärente Impulsradargerät, dessen Antenne 1 nach Art einer Monopuls-Antenne ausgebildet ist oder ganz allgemein eine Antenne ist, deren Strahlungsdiagramm, wie in F i g. 1 bei R dargestellt ist, symmetrisch in bezug auf die Achse AX ist und in der Richtung dieser Achse den Gewinn Null hat. Vorzugsweise ist die verwendete Antenne eine Monopuls-Antenne, die an ihrem Differenzkanal A gespeist wird. Ein Antennenumschalter 2 koppelt die Antenne abwechselnd mit dem Sender 3 und mit der Empfangsmischstufe 4. Der Sender 3 enthält im wesentlichen einen Oszillator 31 und einen Impulsmodulator 32, der von der Hauptsynchronisieranordnung 5 des Systems entsperrt wird. Die Mischstufe 4 empfängt andererseits die Schwingung eines Überlagerungsoszillators 6, die außerdem in einer Mischstufe 7 mit der Schwingung des Sendeoszillators gemischt wird, damit die Kohärenz des Oszillators 8 gewährleistet ist, der die

Bezugsschwingung liefert, die einem Amplituden-Phasen-Demodulator 9 zugeführt wird, der am Ausgang der Mischstufe 4 liegt

Dies betrifft den Fall von Sendeimpulsen, die durch ein Magnetron erhalten werden. Falls die Serdeimpulse aus einer stabilisierten Dauerschwingung ausgeschnitten werden, kann des Oszillator 8 natürlich entfallen, wobei dann die Mischstufe 7 die kohärente Bezugsschwingung liefert

Zur Vereinfachung der Zeichnung sind die verschiedenen Stufen, die für die sendeseitige und empfangsseitige Hoch- und Zwischenfrequenzverstärkung unbedingt nötig sind, nicht dargestellt, da sie völlig bekannt sind.

Ein an den Ausgang des Demodulators angeschlossenes schmalbandiges Filter 10 läßt nur die Signale durch, deren Dopplerfrequenz im wesentlichen Null ist.

An den Ausgang des Filters ist die übliche Auswerteanordnung 11 (Bildschirm oder photographischer Film) angeschlossen.

Dies entspricht bekanntlich dem Prinzip, das bei Seitensichtradargeräten für die Sichtbarmachung von Festzielechos angewendet wird, denn die scheinbare Dopplerfrequenz eines Ziels wird zu Null, wenn die relative Radialgeschwindigkeit des Ziels zu Null wird.

Bei den klassischen Seitensichtradargeräten, bei denen das Strahlungsdiagramm eine Hauptkeule enthält, deren maximaler Gewinn in der Richtung AX liegt, entspricht eine Radialgeschwindigkeit Null einer Rigengeschwindigkeit des Ziels, die entweder Null ist oder parallel zu der Flugbahn A Y des Flugzeugs liegt. Man stellt auf diese Weise Ziele fest, die feststehend sind oder sich parallel zu der Flugbahn des Flugzeugs bewegen.

Bei dem dargestellten Radargerät, bei welchem der Gewinn in der Achse AX Null und in den Richtungen AX] und AX2 ein Maximum ist, kann dagegen die relative Radialgeschwindigkeit des Ziels nur dann zu Null werden, wenn das Ziel beweglich ist. Die Richtungen AX\ und AX2 sind dabei die Achsen der Keulen.

Dies ergibt sich daraus, daß bei einem festen Ziel die relative Radialgeschwindigkeit, d. h., die Projektion der Zielgeschwindigkeit in bezug auf das Flugzeug auf die Achse AM sich zwischen

|Vsin0,|und|Vsin0₂|
ändert und wenigstens gleich

I Vsin θι| ist, wenn V

die Geschwindigkeit des Flugzeugs in bezug auf den Boden ist, während θι und Θ2 die Winkel zwischen der Achse AX und den Tangenten an jede Keule im Ursprung sind, wobei θι < Θ2.

Dagegen kann für ein Ziel M, das sich mit der Geschwindigkeit

bewegt, die relative Geschwindigkeit

senkrecht zu der Richtung AM werden, die im Innern einer der beiden Keulen liegt.

Man erhält daher am Ausgang des Filters 10 nur die Echos von bewegten Zielen. Die Genauigkeit für die Winkellage der Ziele liegt zwischen 2θι und 2Θ2.

Damit ein solches Ziel festgestellt wird, genügt es, daß die Richtung AM, für welche die Geschwindigkeit V_M senkrecht zu AA/Iiegt, in einer der Keulen enthalten ist.

Die Festzielechos sind beseitigt: Die Echos von Festzielen, die in den Keulen des Differenzdiagramms liegen, sind nämlich mit Dopplerfrequenzen

2 V sin«

Ι*--' ; —

behaftet, so daß sie durch die Wirkung des Filters 10 beseitigt werden, während die Echos von Festzielen, die auf der Achse AX liegen, zwar die Dopplerfrequenz Null haben, aber nicht ausgewertet werden, weil in dieser Richtung der Gewinn Null oder sehr klein ist (20 bis 25 dB unter dem maximalen Gewinn).

Das beschriebene Radarsystem mit Festzielechounterdrückung kann auch zur Feststellung der Festziele verwendet werden. Zu diesem Zweck genügt es, in der in Fig.3 dargestellten Weise zwischen dem Sende-Empfangs-Umschalter 2 und der Antenne 1 ein Umschaltsystem 30 vorzusehen, das es ermöglicht die Antenne entweder über den Summenkanal oder über den Differenzkanal zu speisen. Die Festzielechos werden festgestellt, wenn beim Senden und beim Empfang der Summenkanal benutzt wird, während die Echos bewegter Ziele festgestellt werden, wenn der Differenzkanal in der in F i g. 1 beschriebenen Weise verwendet wird. Die gestrichelte Verbindung zwischen dem Umschalter 3C und dem Anzeigegerät i\ erinnert daran, daß die Art der auf dem Anzeigegerät sichtbar gemachten Echos von der Stellung des Umschalters abhängt.

Bisher wurde angenommen, daß die Symmetrieebene des Antennenbündels senkrecht zu der Richtung der Antenne des Flugzeugs in bezug auf den Boden oder die »Geschwindigkeit über Grund« ist. Dies gilt, solange die Abtrift ό, d. h., der Winkel zwischen dem Kurs und der Flugbahn des Flugszeugs Null oder vernachlässigbar ist. Dies gilt auch bei einer nichtvernachlässigbaren Abtrift, wenn die Strahlungsachse der Antenne gegen die Abtrift stabilisiert ist.

Die Genauigkeit, mit welcher die Strahlungsachse der

4c Antenne der Normalen auf den Grundgeschwindigkeitsvektor des Flugzeugs nachgeregelt werden muß, wird durch das für eine ausreichende Sichtbarkeit notwendige Verhältnis zwischen der Leistung der Echos bewegter Ziele und der Leistung des Festzielechos bestimmt

Falls keine Nachregelung der Antenne vorgesehen ist, muß die Frequenz der Bezugsschwingung des Empfängers in Abhängigkeit von der Abtrift verändert werden.

In Fig.4 und 5 sind Ausführungsbeispiele für eine Kompensation der Abtrift bei dem beschriebenen Radarsystem dargestellt

Bei dem in Fig.4 dargestellten Gerät verfügt man über eine Spannung VÖ, die der Abtrift proportional ist und beispielsweise von einem weiteren, als Abtriftmesser verwendeten Dopple-radargerät geliefert wird. Diese Spannung wird einem steuerbaren Oszillator 41 als Steuerspannung zugeführt Ein Einseitenbandmodulator 42 empfängt die Signale der Oszillatoren 8 und 41 und liefert das Bezugssignal zu dem Demodulator 9.

Bei dem in Fig.5 dargestellten Gerät erfolgt die Abtriftkorrektur automatisch. Für diesen Zweck wird die Steuerspannung des Kompensationsoszillators 41 durch den Vergleich der zwei aufeinanderfolgenden

(15 Sendeimpulse entsprechenden Ausgangssignale des Demodulators 9 erhalten. Wenn T der Zeitabstand zwischen diesen Impulsen ist, führt man das Ausgangssignal des Modulators 9 den beiden Eingängen einer

Subtraktionsschaltung 52 einerseits direkt und andererseits nach Verzögerung um Tin der Verzögerungsleitung 51 zu.

Eine an den Ausgang der Subtraktionsschaltung angeschlossene Integrationsanordnung 53 liefert die s Steuerspannung VS für den Kompensationsoszillator 41.

In Fig.4 und 5 ist die Abtriftkompensation in den Bezugskanal gelegt. Natürlich könnte sie im Prinzip ebensogut an den Ausgang der Mischstufe 4 gelegt werden, wobei die Änderungsrichtung der Frequenz umgekehrt werden müßte.

Wenn man also eine Vergrößerung der Bezugsfn qucnz um fö vornehmen müßte, würde die Signalfre quenz um fö verringert und umgekehrt.

Diese Kompensationsanordnungen können offen sichtlich mit dem System von F i g. 3 kombiniert werden

Die Frfindung kann ferner bei Impulskompression systemen angewendet werden, insbesondere bei Syste men dieser Art, die eine Anordnung zur optischer Signalauswertung enthalten, wie in der Paicntanmc dung P 18 14 200.2-35 beschrieben ist.

Hierzu 4 Hhiit Zeichmmiieii

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Seitensicht-impuls-Doppler-Radargerät mit einer Sende- und Empfangsanordnung, einer Anordnung zur kohärenten Demodulation der Echos durch eine Bezugsschwingung und einer Filteranordnung, die nur die Signale durchläßt, deren Dopplerfrequenz im wesentlichen Null ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangs- ι ο anordnung (1,2,3,4) eine Antenne (1) enthält, deren Strahlungsdiagramm zwei Hauptkeulen f7y aufweist, die in bezug auf eine senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor (A Y) des Trägers (A) des Radargerätes liegende Richtung (AX) symmetrisch zueinander sind, und deren Gewinn in dieser Richtung (AX) im wesentlichen Null ist.

2. Seitensicht-Impuls-Doppler-Radargerät »ach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Frequenzsteueranordnung (41, 42) zur Änderung der Frequenz der der kohärenten Demodulationsanordnung (9) zugeführten Bezugsschwingung in Abhängigkeit von der Abtrift des Trägers (A) des Radargerätes.

3. Seitensicht-Impuls-Doppler-Radargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzsteueranordnung eine Frequenzumsetzeranordnung (41, 42) enthält, die zwischen einen eine feste Frequenz erzeugenden Bezugsoszillator (8) und die Demodulationsanordnung (9) eingefügt ist und einen frequenzsteuerbaren Oszillator (41) enthält, an den ein von der Abtrift des Trägers (A) abhängiges Frequenzsteuersignal (vy angelegt ist.

4. Seitensicht-Impuls-Doppler-Radargerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Frequenzsteuersignals (Vt,) an den Ausgang der Demodulationsanordnung (9) eine Anordnung (51, 52, 53) angeschlossen ist, die ein Signal erzeugt, das der Differenz in zwei aufeinanderfolgenden Sendeperioden des Radargerätes erhaltenen Ausgangssignale der Demodulationsan-Ordnung (9) proportional ist.

5. Seitensicht-lmpuls-Doppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsanordnung eine Summe-Differenz-Antenne (1) enthält und daß eine Anordnung (30) zur wahlweisen Verwendung des Summe-Kanals (Σ) oder des Differenzkanals (A) zur Erfassung von Festzielen bzw. von bewegten Zielen vorgesehen ist.

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