DE1964497A1

DE1964497A1 - Monopuls-Radargeraet

Info

Publication number: DE1964497A1
Application number: DE19691964497
Authority: DE
Inventors: Popta Yftinus Frederik Van
Original assignee: Thales Nederland BV
Current assignee: Thales Nederland BV
Priority date: 1969-01-03
Filing date: 1969-12-23
Publication date: 1971-02-18
Also published as: DE1964497B2; NL146939B; NL6900059A; US3708794A; DE1964497C3; SE370455B; GB1300105A; FR2027728A1; CH501931A

Description

K, V. HOLLANDS E SIGN«ALAPPARATEN,
Zuidelijke Havenweg 4o,
HENÖELO (0),
Niederlande

Monopuls-Radargerät

Die Erfindung betrifft ein Monopuls-Radargerät /.ur

W automatischen Verfolgung eines sich bewegenden Ziels mit .einem Sender zum Aussenden von Impulsen elektromagnetischer Hochfrequenzenergie, einer Empfangsvorrichtung zum Empfang von Echosignalen in vier zur Radarsymmetrieachse symmetrisch angeordneten Bnpfangsmu3tern, und zur Umwandlung dieser Echosignale in ein Suranensignal und in zwei Differenzsignale und zum Transformieren letzterer Signale auf Zwischenfrequenzbasis, welche Bnpfangsvorrichtung ausserdem mit einem ersten., einem zweiten und einem dritten Zwischenfrequenzverstärker versehen ist, wobei ferner pro Winkelkoordinate eine Polgeschaltung

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BAD ORIGiNAL

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vorgesehen ist, die durch ein Fehlerelgnal gesteuert wird, dessen Orösse und Vorzeichen von de« entsprechend der Zielabweichung von der Radar-Symmetrieachse veränderlichen Amplituden- und/oder von dem Phasenverhältnis zwischen de* Summenelgnal und einen der Differenzsignale abhängig sind.

In einen solchen Radargerät 1st es üblich, das erwähnte Aeplituden- und/oder Phaaenverhaltnls durch automatische Starkeregelung zu ermitteln. Zs treten dabei Jedoch Abweichungen von dem richtigen Amplituden« und/oder Phaaenverhältni» auf, die desto grosser werden, US)SO schwacher die empfangenen Zielechoe sind. Diese Abweichungen sind namentlich den gegenseitigen Unterschieden der Zwischenfrequenzverstärker zuzuschreiben.

Eine bekannte Lösung dieser Aufgabe besteht in einer solchen Ausbildung dar Bapfsägevorrichtung, dass für das Suoneneignal und die beiden Differenzalgnale der gleiche Zwischenfrequenzverstärker verwendet wird. Es 1st z.B. eine EfeifangevorrichtuBg bekannt, bei der die Zwlschenf requenzdetektion der empfangenen Hochfrequenz«lgnale durch Oszillatoren verschiedener Frequenzen erfolgt, wobei die so erhaltenen Signale den gleichen Breltband-Zwischenfrequenzverstärker zugeführt werden. Bei einer anderen Ausfelldung der Bapfangsvorrlchtung werden die empfangenen Signale über ein Verzögerungsnetzwerk und nach der Zwlschenfrequenzdetektion zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten dem glelohen Zwischenfrequenzverstärker zugeführt.

Bei einer weiteren Ausbildung der Bnpfangsvorrichtung werden dl· eiipfangenen Diffarenzsisnale nach Zwischenfrequenzdetektion durch 08iillatorsl«nal· anduliert, die um 90° gegenseitig in der Phase verschoben sind, wobei die beiden aodullerten Signale addiert werden.

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Das erhaltene Signal wird mieder tun QO In der Phase verschoben

und zum empfangenen detektierten Zwischenfrequenz-Summensignal gezahlt.

Auch dann genügt ein einziger Zwischenfrequenzverstärker.

Die erwähnten Verfahren, die alle das Erzielen feines richtigen Amplituden- und/oder Phasenverhältnisses bezwecken, beruhen auf der Voraussetzung, dass das erwünschte Resultat nur durch Verwendung eines einzigen ZwischenfrequenzVerstärkers erzielt werden kann.

Empfangsvorrichtungen, bei denen nur ein einziger Zwischenfrequenzveretärker verwendet wird, haben Jedoch alle den Nachteil, dass eine Anzahl zusätzlicher Messnahmen getroffen werden müssen, wodurch solche Empfangsvorrichtungen besonders kompliziert werden.

Die Erfindung bezweckt, ein Monopuls-Radargerät zu schaffen, in dem auf einfache, leicht reproduzierbare Welse das richtige Aaplltuden- und/oder Phasenverhältnis erhalten wird.

Nach der Erfindung ergeben sich

- zwei komplexe Signale, indea Jedes der Differenzsignale und das Sunnenslgnsl nit einem gegenseitigen Phasenunterschied van 90 zusammengefügt werden;

- das Suneenslgnal, das dem ersten Zwischenfrequenzverstärker zugeführt wird, während die erwähnten komplexen Signale dem zweiten bzw. dritten Zwischenfrequenzverstärker zugeführt werden;

- wobei Jedes der den Ausgangssignalen des zweiten und dritten Zwischenfrequenzverstärker« entsprechenden Signale zwei phasenempfindlichen Detektoren zugeführt werden, wobei als Bezugssignal für den ersten phasenempfindlichen Detektor ein dem Sunseensignal entsprechendes Signal dient, während letzteres Signal nach Ausgleich des vorerwähnten Phasenuntersehleds von 90° als Bezugssignal für

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Λΐΐ'ίΓ?*:- Π·'" BAD ORIGINAL

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den zweite« phesenempfindllchert Detektor dient und wObel das vorerwähnte Fehlersignal aus dem Quotienten der Auegangssignale der beiden phasenempf indlichen Detektoren abgeleitet wird«

Die Erfindung und ihre Vorteile herden an Hand der Figuren näher erläutert, von denen _

Fig. T ein Blockschaltbild eine* Mbnopuls-Radargerates nach der Erfindung: und

Fig:. 2 einen Teil einer zweiten Äusführungsfor« eines Monopuls-Radargerätes nach der Erfindung in blaekseheraatischer Darstellung zeigen*

Entsprechende felle der beide» Figuren sind mit den gleichen Bezugsziffem bezeichnet*

Fig» T zeigt das BloekSöhalt&iM «inest Monopols-Radargerätes des Typs auf der Basis der sogenannten Sumraen-Differenzroethode, durch welches ein sich bewegendes gfel verfolgt, mvden kann. Dabei bezeichnet einen Sender, 2 einen Synchronimpulsgenerator und 5 eine Empfangsvorrichtung. Her Sender and atm Empfangsvorrichtung, sind an ein Antennensystem 4 angeschlossen^ Über dieses Aritennensystem wird atm im Sender erzeugte Energie im Irapulsrhythmus der Vom Generator 2 gelieferten Synchronimpulse ausgesandt*

Das Monopuls-Radargerät nach Fig. 1 beruht auf Amplituden-Vergleich. Dementsprechend enthält das Antennensystem einen Hornstrahler 5, der durch Zwischenwimde 6 und 7 in vier iftiadrenten aufgeteilt ist* die; in einen Komparator 8 auemunden. Der Koraparator S, der als zur Empfengsvörrichtung gehörend betrachtet werden kann, dient zum Addieren bzw. ,Subtrahieren einerseits der Amplituden der über bzw, unter der Zwischenwand 6 erhaltenen Inergie und sndererselt* der Amplituden der linke und reehts der Zwischenwand 7 empfangenen Energie. Dieser Komparatorliefert.

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wenn ε, b, c und d die betreffenden Amplituden der elektromagnetlichen Energie bezeichnen, die beim Empfang eines Zielechos in den vier Teilen des Hornstrahlers auftreten, ein Hähenwlnkeldlffereittsignal ΔΕ und ein Azimutdifferenzalgnal ΔΒ, deren betreffenden Amplituden durch

ΔΒ * (a*b) - (GHi) und

ΔΒ = (W) - (b+<i)

angegeben werden können:. Der-Komparator S liefert auaserdem ein Signal, das der Summe der elektromagnetischen Energie proportional ist, die in jedem der vier Quadranten des Hornstrahlers empfangen wird und deren

Amplitude durch

Σ« (a+b+c+d)

angegeben werden kann.

Wenn das: Ziel« wie angenommen werden darf, ein Punktziel 1st« haben die In den Quadranten des Hornstrahler· empfangenen Signale untereinander gleiche? Phasen« wobei fur die Differenzsignale gilt» das« die unabhängig voneinander entweder gleichphasig oder gegenphas ig gegenüber des- Summensignal sein können. Dieser Phaseninforwation kann das Vorzeichen der Zielabweichung entnommen werden. Ist z.B. das Differenzeignal ΔΕ gleichphasig zu» Summensignal Γ , d.h. (a+b) > (c+d), so folgert daraus, dass das Ziel sich oberhalb der Symmetrieachse befindet. Wenn, das Dlfferenzsignal ΔΕ zum Summensignal gegenphas ig ist, d.h. (a+b) < (c+d) befindet das Ziel sieh unterhalb der Symmetrieachse. Der Unterschied ΔΒ kann in entsprechender Weis« betrachtet werden, wodurch das Vorzeichen der Abweichung im Azimut erhalten wird.

Durch die Wellenleiter 9, ta und tt werden di« Sientie Δ5,1 und ΔΕ der Begfangsvorrichtung J zugeführt, in der si« mit ein·» von

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dem Überlagerungsoszillator 12 stammenden Signal gemischt werden.

Die fimpfangavorrlehtung i«t zu diesem Zweck mit den Mischern IjJ, H und

15 versehen. Die erhaltenen Zwlsohenfrequenzsignale werden anaehliessend über drei in der Empfangsvorrichtung vorhandene Zwischenfrequenzverstärker 16, 17 und 18 verteilt. Die so verstärkten Zwischenfrequenz sign·!· können zum Erzeugen von Winkelfehlersignalen verwendet werden, dl« zum Steuern der Polgeschaltungen P7 und 28 erforderlich sind, mit denen das Ziel in Azimut und Höhen*inkel verfolgt wird.

Nach der Erfindung werden zu diesem Zweck .:weizusammengesetzte Signale dadurch erzeugt, dass das Differenzsignal ΔΕ bzw. Δ Β ί und das Suaeensignal Σ mit einem Phasenunterschied von 90 zusaänengefiigt werden« wobei das Suanensignal Σ dem Zwischenfrequenzverstärker 17 und die zusammengesetzten Signale den Zwisehenfrequenzverstärkern 16 bzw. 18 und Jedes der den Ausgangssignalen der Verstarteer

16 und 18 entsprechenden Signale zwei phasene·^findliehen Detektoren 19» 20 bzw. 21, 22 zugeführt werden» wobei als Bezugssignal für den phaseneapfindllchen Detektor 19 bzw, 2g ein dem Susmenslgnal entsprechendes Signal dient, während letzteres Signal nach Ausgleich des vorerwähnten Phacenunterschleds von 90° als Bezugs«ignal für den phasenenpfindllehen Detektor 20 bzw. 21 dient, und jedes der vorerwähnten Winkelfehlersignale aus dem Quotienten der Ausgangesignale der beiden phaaen-

. eepfindlichen Detektoren ^9 und 20 bzw. 21 und 22 erhalten vilrd.

Die Sapfangsvorrlehtung 3 ist zu dieses Zweck in solcher Weise mit einem 90 -Phasendreheleaent 23 versehen, dass ein ZwisehenfrequenzsuaMnsigns.1 Σ erhalten wird, das in bezug auf die erhaltenen

«τ

Zwischenfrequenz-Differenzsignale Δ£_ und ΔΚ_ um 90⁰ in der Phase verschoben ist. Von diesen Zwisehenfrequenzslgnalen wird das Sunnensignal

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dem Verstärker 17 zugeführt, während die zusammengesetzten Signale, die durch Zusammen fügurv; dee Summensignals Σ,_ und Jedes der
Differenzsignale, ÄEL_ und ΔΒ— erhalten sind, den Verstärkern 16
bzw. 18 zugeführt werden.

Wenn die Verstärkungsfaktoren der Verstärker 16, 17 und 18 durch Ct₁, dp und α angegeben werden, können die Ausgangssignale der Verstärker 16, 17 und 18 durch

= aJ(a+b)-(c+d)J einübt + (^(a+b+c-Ki) oosto^t

^a2 ^MF ⁼ O_?_(a+b+c4d.) cosül^t und

sin U_fft + aya+b+c-Hl) cos U)^t.

angegeben werden. Das Ausgangesignal des Verstärkers 16 wird sowohl
dem phaseneupfinalichen Detektor 19 ^&1⁸ auch dem phasenempfindlichen Detektor PO zugeführt. Als Bezugssignal für den Detektor Tg dient das Ausgangssignal des Verstärkers 17» während letzteres öignal nach Ausgleich des eingeführten 90 Phasenunterschieds als Bezugssignal für
den Detektor ?0 dient. Dieser Ausgleich erfolgt durch ein -90 Phasendrehelenent ?4. Das Bezugssignal des Detektors 20 kann somit durch

angegeben werden. Der Detektor 19 liefert als Ausgangssignal diejenige Komponente des von dem Verstärker 16 zugeführten Signals, die mit dem vom Verstärker 17 zugeführten Bezugssignal in Phase ist. Eine Betrachtung der vorerwähnten Poraeln zeigt, dass diese Komponente gleich

α (a^b+c-Ki)
ist. Dieses Signal ist somit dem Suemensignal proportional.

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Der Detektor 20 verarbeitet die zugeführten Signale ähnlich wie der Detektor 19; offenbar ergibt sich dann ein Signal* das der Amplitude des Differenzsignals ΔΕ proportional ist. Dieses Signal ist gleich .

Aus Vorstehendem ergibt sich,dass der Verstärkungsfaktor a_g des Verstärkers T7 nicht von Wichtigkeit ist und dass das zwischen dem Summensignal Σ und dem Differenzsignal ΔΕ vorhandene Araplltudenverhältnis ebenfalls von dem Verstärkungsfaktor Ct. des Verstärkers T6 unabhängig ist. Dieses Amplitudenverhältnis tfird durch das Rechengerät 25 nach Empfang der erforderliehen Ausgangssignale der Detektoren und 20 ermittelt. Das erhaltene Amplitudenverhältnis kann durch

a+b+e-hl

angegeben werden, wodurch die Grosse und das Vorzeichen des Höhenwinkelfehlersignals erhalten werden, das die Polge'schaltung 27 steuert.

Auf gleiche Weise wird das Äusgangssignal des Verstärkers den phasenempfindlichen Detektoren 21 und 22 zugeführt{das Ausgangssignal des Verstärkers 17 dient als Bezugssignal für den Detektor 22. Das Ausgangssignal des Verstärkers T7, nach Ausgleich des eingeführten 90 Phasenunterschieds mittels des -90° Phasendrehungseleinentes 26, dient als Bezugssignal für den Detektor 21. Die Ausgangssignale der Detektoren 22 und 21 können durch

a^|(a+c)-(b+d)J und

angegeben werden.

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Das daraus vom Rechengerät ermittelte Amplitudenverhältnis ".

(a+c)-(b-KJ)
a+b+c+d

ergibt die Grosse und das Vorzeichen des Azimutfehlerslgnals, das die Polgeschaltung 28 steuert.

las Obigen wird vorausgesetzt, dass die Verstärker 16, 17 und 18 nur Unterschiede zwischen den Verstärkungsfaktoren aufweisen. Es zeigt sich jedoch» dass die Verstärker ausserden einen verschiedenen Phasenverlauf haben können. Es treten infolgedessen Abweichungen von den eingeführten 90 Phasenunterschied zwischen dem Summen«ignal und Jedem der Differenzsignale auf. Die Ausgangssignale der phasen" empfindlichen Detektoren 19» 20 und 21, 22 erhalten dann auster den vorerwähnten (richtigen) Ausgangssignalen Je eine um 90 verschobene Komponente, wodurch die vom Rechengerät erMittelten Amplitudenverhältnisse Abweichungen von den vorerwähnten (richtigen) Anplituctenverhältniseen aufweisen.

Un solche Abweichungen asu verhindern* ist in der Ausführung*- form des Monopuls-Radargerätes nach Fig. 1 ein· Schaltung 29 vorgesehen« die die veränderlichen Phasendrehelenente 31 und 32* die Steuerschaltungen 33 und 3** und zwei Schalter 35 und 36 erhält.

In der Zeit zwischen dem Empfang aufeinanderfolgender Echosignale wird in den Suaeenkanal an Eingang der Eapfangsvorricntung ein Test impuls eingegeben. In der Aue führung» for» nach Flg. 1 dient dazu ein Bruchteil der ausgesandten Energie, die durch die Leitung dsa Mischer 14 augeführt wird.

Das von dee Mischer 14 stajssende Zwigehenfrequenzsignal wird über die Verstarker 16, 17 und 18 verteilt. Wenn der Uhterseitied 1st Phasenverlauf sMisehen den Verstärkern 16 bsw. 18 und (test Verstärker

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durch Φ. bzw. ψ_ο bezeichnet wird, so können die Ausgangseignale der Verstärker 16, i? und 18 durch

O₁ a sin (Wt + ψ,),

a« A sin UJt

<X_ A sin (ü)t + φ_?)

angegeben werden, wobei A die Amplitude der durch die Leitung 30 eingeführten Energie bezeichnet. Die phasenejnpfindllehen Detektoren ?0 und ?1 liefern dann Signale, deren Grosse und Vorzeichen von den auftretenden Unterschieden im Phasenverlauf der Verstärker abhängig sind. Die Ausgangesignal· der Detektoren 20 und ?\ können durch dy A sin φ₅ und

ftjA sin φρ

angegeben werden, die über die Sehalter 35 bzw. 36 den Steueraehaltungen 53 bzw. 34 zugeführt werden. Diase Steuerschaltungen stellen die veränderlichen Phaaendreheleaente 31 bzw. 32 so ein, dass das Ausgangesignal des Verstärkers 17 eine Phasenverschiebung φ₁ in bezug auf das Ausgangesignal des Verstärkers 16 und eine Phasenverschiebung φ_? In bezug auf das Ausgangssignal des Verstärkers 18 erfährt,

Uta eine solche Phasenregelung Jeweils zwischen den gapfangszeltpunkten der aufeinanderfolgenden Echosignale auszuführen,Rissen die Schalter 35 und 36 abwechselnd die Ausgangssignale der Detektoren 20 und den Steuerschaltungen 33 und 3* und den Rechengerät ?5 zuführen. Die Schalter werden zu diese« Zweck durch Synchronisleriepulse S des generators 2 gesteuert.

In der Ausführungsfora des Monopuls-Radargerätes nach Fig. 2 werden die erhaltenen verstärkten Zwlachenfrequenzsignale eine* Doppler-

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Signaldetektor 57 zugeführt. Die dabei erhaltenen Audiofrequenzsignale entsprechen der infolge der Zielbewegung auftretenden Doppler-Verschiebung der Echosignale. Der Doppler-Signaldetektor 37 besteht nach der deutschen Patentanmeldung Nr. P 15 91 >**° und der deutsche Offenlegungsschrift Nr. 1.9OjJ.161 aus den phasenempfindlichen Detektoren 38, 39 und 40, denen das betreffende Zwischenfrequenzsignal und ein Bezugssignal von einem zur oendefrequenz kohärenten Oszillator 41 augeführt werden, und aus den Impulsverlängerungs-Kreisen (Boxcar) 4?, 4,5 und 44 zum Verlängern der Ausgangsimpuise der erwähnten Kreise und aus an die Ausgänge der Kreise angeschlossenen Dopplerfiltern 45, 46 und 4?» denen die Audiofrequenz-Ausgangssignale ent-

nommen werden. Die erhaltenen Audiofrequenzsignale werden in den Niederfrequenzverstärkern 48, 49 und 50 verstärkt.

Gegenseitige Unterschiede der Verstärkungsfaktoren der Niederfrequenzverstärker werden gemeinsam mit ärmlichen in den Zwischenfrequenzverstärkern auftretenden Unterschieden in gleicher Weise aus den erhaltenen Amplitudenverhältnissen eliminiert wie in der in Fig. 1 dargestellten Auefuhrungsform. In dieser Ausführungsform 1st es wesentlich, dass das -90 Phasendrehelement 24 bzw. 26 so ausgebildet 1st, dass die Phasendrehung nahezu unabhängig von den detektierten Doppler-Frequenzen erfolgt. fc Schliessllch sei bemerkt, dass der Phasenunterschied zwischen

de« Suanenslgnal undJeden der Differenzsignale verschiedenartig erhalten werden kann* d.h. sowohl indem das Uberlagerungsoszillatorsignal dem 90° Phasendreheleaent inder in Fig. 1 dargestellten Weise zugeführt wird, als auch indes das Suamenslgnal oder Jedes der Differenzsignale dem erwähnten Phasendreheleaent zugeführt wird. Auf beide Weisen ergibt sich der Phasenunterschied vor der Zwlschenfrequenzdetektion. Es wird einleuchten, dass auch nach der Zwiechenfrequenzdetektlon, aber vor der Verstärkung der Phasenunterschied eingeführt werden kann.

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'"*'****** BADORiGiNAL

Claims

A η epr ύ' ehe?'

ΐ.7 Monopuls-Radargerat zur automatischen Verfolgung eines »ich bewegenden Ziels mit einem Sender zum Aussenden von Impulsen elektromagnetischer Hochfrequenzenergie> einer Empfangsvorrichtung zum Empfang von Echosignalen in vier zur Radarsymmetrieachse symmetrisch angeordneten Empfangsmustern und zur Umwandlung dieser Echosignale in ein Summensignal und in zwei Differenzsignale und zum Transformieren letzterer Signale auf Zwischenfrequenzbasis, welche Empfangsvorrichtung ausserdem mit einem ersten, zweiten und einem dritten Zwisehenfrequenzverstärker versehen ist, wobei weiterhin pro Winkelkoordinate eine Folgeschaltung vorgesehen ist, die durch ein Fehlersignal gesteuert wird, dessen Grosse und Vorzeichen von dem entsprechend der Zielabweichung von der Radarsymmetrieachse veränderlichen Amplituden- und/oder Phasenverhältnis zwischen dem Summensignal und einem der Differenz signale abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, dass

- zwei zusammengesetzte Signale dadurch erhalten werden, dass Jedes der Differenzsignale und das Summen»ignal mit einem gegenseitigen Phasenunterschied van 90° zusammengefügt werden;

- das Summensignal dem ersten Zwischenfrequenzverstärker zugeführt wird, während die erwähnten zusammengesetzten Signale dem zweiten bzw. dem dritten Zwischenfrequenzverstärker zugeführt werden;

- jede» der den Ausgangssignalen des zweiten und des dritten Zwischenfrequenzverstärker» entsprechenden Signale zwei phasenempfindlichen Detektoren zugeführt wird, wobei als Bezugssignal für den ersten phasenenpfindlichen Detektor ein den Sunmensignal entsprechendes Signal dient, während letzteres Signal nach Ausgleich des vorerwähnten 90 Phasenunterschiedes als Bezugssignal für den zweiten phaaen-

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empfindlichen Detektor dient und rfobei das vorerwähnte Fehlersignal bob dem Quotienten der AusRangssifmale beider phasenempfindlicher

Detektoren erhalten wird.

2. Kanopuls-Radargerät nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet» dass die dem Ausgang des zweiten und des dritten Z<*ischenfrequensverstärkers entsprechenden Signale aus Audiofrequenzsignalen bestehen, die einem Doppler-Signaldetektor entnommen werden. In dem die betreffenden Z^ischenfirequen^signale aus der Empfangsvorrichtune einer kohärenten Detektion unterworfen werden.

5. Monopuls-Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Zeitintervall zwischen den aufeinanderfolgenden empfangenen Echosignalen in den Summenkanal am Eingang der Empfangsvorrichtung ein Testimpuls eingegeben rflrd, der bewerkstelligt, dass bei Abweichungen des 9^ Phasenunterschieds zwischen dem Summensignal und Jedem der Differenz signale zwei der vorhandenen phasenempfindlichen Detektoren Fehlersignale liefern und dass zwei veränderliche Phesendrehelemente vorgesehen sind, die, ansprechend auf die erhaltenen fc Fehlersignale» die auftretenden Phasenabweichungen korrigieren.

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