DE1930285C3 - Seitensicht-Impuls-Doppler-Radarsystem - Google Patents
Seitensicht-Impuls-Doppler-RadarsystemInfo
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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
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 VM
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)
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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Applications Claiming Priority (2)
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FR155437 | 1968-06-18 | ||
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DE1930285A1 DE1930285A1 (de) | 1972-05-31 |
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