DE2009958B2 - Bodenstation fuer ein sekundaerradarsystem mit antwortsperrung bei seitenkeulenabfrage und bei umwegabfrage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodenstation für ein ckundärradnrsystem mit einem an eine Richtantenne ur Azimutablastung und eine Rundstrahlantcnnc angeschlossenen Sender, der eine Abfrageimpulsgruppe liefert, welche mindestens einen durch die Richtantenne abgestrahlten Impuls und einen auf diesen folgenden, durch die Rundstrahlantcnne abgestrahlten impuls enthält, wobei das Empfangs-Sende-Gerät (Transponder) eine Seitenkeulenabfrage an der gegenüber der Amplitude des gerichtet abgestrahlten Impulses größeren Amplitude des rundgestrahlten Impulses erkennt und in solchem Fall die Antwort sperrt, und mit Mitteln zur Unterdrückung der Anzeige von Objekten, die auf dem Umweg über eine reflektierende Fläche abgefragt werden.

Bei Sekundärradarsysiemen kann die Erfassung eine; Flugzeuges auch über Übertragungswege mit Reflexionen erfolgen, da die Dämpfung auf dem Signalweg durch den in ihm enthaltenen Transponder verhältnismäßig gering ist. Solche Reflexionen haben zur Folge, daß ein antwortendes Luftfahrzeug zusätzlich noch als scheinbares, falsches Ziel in Richtung der reflektierenden Oberfläche angezeigt wird. Reflexionen werden durch spiegelnde, ebene Flächen verursacht, wenn deren Apertur eine solche Größe hat. daß die reflektierten Signale über dem Ansprechschwellenwert des Empfängers liegen.

Es ist bereits aus der deutschen Auslegeschrift I 255 157 bekanm. Störungen durch reflektierte Signale dadurch /u vermeiden, daß man eine Empfangsantenne mit Richtcharakteristik und eine solche ohne Richtcharakteristik verwendet und eine Antwort nur dann als gültig annimmt, wenn das erste Antwortsignal, das von der Antenne ohne Richtcharakteristik empfangen wird, mit einem von der Antenne mit Richtcharakteristik empfangenen Signal zusammenfällt. In der Praxis hat sich diese Lösung jedoch als nicht zufriedenstellend erwiesen, da reflektierte Signale aus der dem antwortenden Flugzeug entgegengesetzten Richtung schlecht unUf'rückt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden und reflektierte Signale unabhängig von der Lage der reflektierenden Struktur zuverlässig zu unterdrücken.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Bodenstation der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist. daß der Sender außerdem noch mit einer oder mehreren zusätzlichen Richtantennen gekoppelt ist, die in einen bzw. mehrere feste Azimutsektoren strahlen und an die nacheinarder zwei Refiexionsunterdrückungsimpulse angeschaut! werden, von denen der zweite eine größere Amplitude hat als der erste.

Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit den Zeichnungen beispielsweise an Hand des 3-Impuls-Systems mit Abfragesender-Seitenkeulenunterdiückung (»I.S.L.S«) und des weiterentwickelten 3-Impuls-Systems. das auch als 4-Impuls- »I.S.I...S.«-System bezeichnet wird, erläutert, Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Systeme beschränkt.

In den Zeichnungen bedeutet

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer reflektierten Aufrage,

Fig. 2a und 2b Impulsfolgen bei bekannten 3-Impuls- und 4-Impuls-«T.S.L.S.«-Systcmen.

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines bekannten 4-Impuls-Sendcsystcms,

Fig. 3a, 3b und 3c eine Darstellung der Schaltfolge für das System gemäß F i g. 3.

Fig. 4 a. 4 b und 4 c Impulsfolgen für ein »I.S.L.S.- -

System gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit IO ein Flugzeug bezeichnen das über einen Weg 11, der eine Reflexion an einer I lache 12 enthält, abgefragt werden kann, wenn die Richtantenne einer sich im Punkt 13 befindlichen Kodeiistation in die durch eine Strahlungskeule 14 dargestellte Richtung weist. Die Rundstrahlcharakuristik. mit der der Konirollimpuls ausgestrahlt wird, ist durch einen Kreis 15 egalisiert dargestellt.

Bei einem 3-lmpuls-»!.S.L.S.«-System werden über die Richtantenne Impulse P₁, P_x und über die Rundstrahlantenne ein dazwischenliegender Impuls P., ausgestrahlt. Das Einpfangs-Sende-Gerät des Flugzeugs wird gesperrt, wenn der empfangene Impuls P₁ gleich oder kleiner als der Impuls P., ist. und /war üblicherweise für ein Sperrintervall von 35 u'. Fig. 2a zeigt die Impulse, wie sie unter den in Fig. 1 dargestellten Pk-ilingungen vom Flugzeug empfangen werden. P₁, P, und /', werden zuerst über die direkte Übertragungsstrecke 16 (F i g. 1) empfangen, P₁ und P_x sind jedoch sehr schwach, da die direkte Übertragung nur durch eine Nebenkeule 14« der Strahlungscharakteristik 14 erfolgt. P₁ und P_x werden dann über die Reflexionsstrecke 11 empfangen und sind, um sie ais Reflexionen zu kennzeichnen, mit RP₁ bzw. RP_x bezeichnet. Der ivMektierte Impuls P.,. der am Empfangs-Sende-Geri.il eintrifft, ist in Fig. 2a nicht berücksichtigt, da er kleiner ist als die reflektierten Impulse RP₁ und RP_x. Wenn die Amplitude des empfangenen Impulses P₁ unter dem Ansprechschwellenwert 17 des Empfangs-Sende-Gerätes liegt, wie es in Fig. 2a dargestellt ist. ist im ElTekl kein Sperrimpulspaar P₁. P., vorhanden und P., bewirkt dann nicht das Erzeugen "eines Sperrintervälls. obwohl P., größer als P₁ ist. RP₁ und RP, lösen daher eine Antwort des Empfangs-Sende-Gerätes aus und das Flugzeug 10 wird am Ort seines virtuellen Bildes in Richtung der reflektierenden Flache 12 angezeigt.

Eine unvollständige Lösung dieses Problems wird durch das bekannte 4-Impuls-»I.S.L.S.«-System er reicht, bei dem gleichzeitig mit P, noch ein vierter Impuls durch die Rundstrahlantenne abgestrahlt wird; die relativen Amplituden der Impulse sind dabei so bemessen, daß auf dem Fiauptstrahl P₁ größer als P„ ist, 'vährend außerhalb des Hauptstrahles P., größer als P₁ ist. Hierdurch ergibt sich die in Fig. 2b dargestellte Situation, bei der P₁ nun den Ansprechschwellenwert 17 übersteigt. Ein Sperrintervall wird dann durch den Impuls P., erzeugt, der größer als P₁ ist. da die direkte Abfrage außerhalb vom Hauptstrahl erfolgt, und durch dieses Sperrintervall wird das Empfangs-Sende-Gerät genügend lange gesperrt, mn eine Antwort auf die reflektierten Impulse RP_x und RP,, zu verhindern, solange die Differenz der Laufzeiten auf der direkten Übertragungsstrecke und der Reflexionsstrecke kleiner als die Dauer des Sperrintervalls, also z. B. kleiner als 35 iis, ist.

Die wesentlichen Bestandteile einer bekannten 4-lmpuls-Äl.S.L.S.«-Bodenstation sind in Fig. 3 dargestellt. Ein Stcuerimpiiisgenerator 20 erzeugt Impulse, die den Zeitpunkt der Aussendung der von einem Sender 21 erzeugten Impulse P₁, P.> und P₁ bestimmen. Die Impulse P₁, P., und P_x werden einem Diodenschalter 22 zugeführt, der nur P., zur Rundstrahlantenne 23 durchläßt. P₁ und P_:1 werden einem 3-dB-Koppler 24 zugeführt, von dem aus P₁ und P.. zu einem Diplexer 25 und zur Richtantenne 26 gelangen. Von einem anderen Ausgang des Kopplers 24 gelangen die Impulse P₁ und P_;1 außerdem zu einem zweiten Diodenschalter 27, der P_x zu einem Abschlu!iwiderstand28 leitet, während P₁ als der obenerwähnte vierte Impuls der Rundstrahlantenne 23 zugeführt wird.

Die Diodenschalter 22 und 27 werden durch den

ίο Generator 20 gesteuert und nehmen während der Impulse P₁, P., und P_x die in den Fig. 3a, 3b bzw. 3c schematisch dargestellten Stellungen ein.

Ein Nachteil dieses bekannten Systems besteht darin, daß jedes Empfangs-Sende-Gerät. das sich außerhalb der Hauptkeule, jedoch innerhalb des Bereiches, in dem P₁ oberhalb des Ansprechschwellenwertes lieui. bei jeder Wiederholungsperiode für die Dauer iiet Sperrintervalls gesperrt wird. Da P.eflexionen m einem Abstand von r . hreren zehn KiIomeiern von der Bodenstation auftreten können, muli die Rundstrahlleistung von P₁ ausreichen, um die in Fig. 2b dargestellten Verhältnisse zu schaffen, so daß die Sperrung in einem weiten Bereich stattfindet, der dei. zu einer anderen Bodenstation gehörenden Bereich überlappen kann. Die Bodenstationen sperren daher gegenseitig unnötig die Empfangs-Sende-Geräte der Luftfahrzeuge.

Ein anderer Nachteil des bekannten 4-1 mpu'- »l.S.L.S.«-Systems besteht darin, daß Reflexionen nicht unterdrückt werden, die ihre Ursache in reflektierenden Flächen haben, die sich in der Nähe der Antennenanlage des Abfragesenders befinden. Solche Reflexionen können z. B. von Zäunen hervorgerufen werden, die die Bodenstation umgeben. Solche Flächen können einen erheblichen Anteil der Energie der Hauptkeule in einem beträchtlichen Azimutwinkelbereich reflektieren und reflektierte Impulse erzeugen, die jeweils unmittelbar auf die von der Bodenstation jeweils abgestrahlten Impulse folgen.

4" Die Empfangs-Sende-Geräte haben jedoch eine Echosperre, die gewährleistet, daß ein empfangener Impuls, der unmittelbar auf einen vorangehenden Impuls folgt und kleiner als dieser ist. für sich unterdrückt wird. Wenn also bei dem 4-Impuls-»I.S.L.S.«-System die Differenz zwischen den Übertragungszeiten über die direkte Strecke und die Reflexionsstrecke so klein ist. dall der reflektierte Impuls RP₁ zwischen den direkt empfangenen Impulsen P₁ und F.-, auftritt und eine größere Amplitude hat als der empfangene Impuls "... wird P., unterdrückt und das Empfangs-Sende-Gerät antwortet auf das reflektierte Abfrageimpulspaar RP₁ i.iid RP.,.

Dieser Nachteil wird durch die vorliegende Erfindung behoben. Dabei enthält die Bodenstation eines

Sekundärradarsystems einen Sender, der mit einer Richtantenne zur Azimutalabtastung (Hauptrichtantenne) und einer Rundstrahlantenne gekoppelt ist und eine Gruppe von Abfrageimpulsen liefert, die mindestens einen über die Richtantenne abgestrahlten Impuls enthält, auf den ein durch die Rundstrahlantenne abgestrahlter Impuls folgt. Gemäß der Erfindung ist der Sender außerdem noch mit mindestens einer zusätzlichen Richtantenne, die in einen festen Azimutsektor strahlt, gekoppelt und liefert außerdem an diese feste Richtantenne zwei aufeinanderfolgende Rcflexionsunterdrückungsinipulse. von denen der zweite eine größere Amplitude hat als der erste.

Diese Reflexionsunterdrückungsimpulse sollen mit Diodcnschalter44 vor-und nachgeschaltet sind. Diese

P₁' und P.,' bezeichnet werden. Da P.,' größer als P₁' werden durch den Impulsgenerator 32 synchron dcr-

ist, bewirkt der Empfang dieser Impulse das Auf- art gesteuert, daß P₁' durch das Dämpfungsglied

treten einer Sperrperiode im Empfangs-^ :nde-Gerät. läuft, während P₂' am Dämpfungsglied vorbeigcleitct

Die Impulse können daher dazu verwendet werden, 5 wird.

in speziellen Azimutwinkelbcreichen selektiv Re- Die Impulse P₁' und P₂' werden in jeder Wiederflexionen zu unterdrücken, so daß die unnötige Sper- holungspcriode des Radarsystems erzeugt, sie werden rung vermieden wird, die wie oben erläutert, bei den jedoch selektiv und mit selektiv bemessener Leistung bekannten Systemen auftritt. Vorzugsweise wird die in Abhängigkeit vom momentanen Azimutwinkel der Aussendung der Impulse P₁' und P₂' in Abhängigkeit io Hauptrichtantenne 26 festen Richtantennen zugevom Azimutwinkel der Hauptrichtantenne so ge- führt. Die festen Richtantennen sind hier als Yagisteuert, daß die Impulse nur dann in einen Azimut- Antennen 45, 46 und 47 dargestellt; selbstverständwinkelbereich abgestrahlt werden, wenn die Rieht- Hch können auch andere Antennentypen verwendet antenne in einen Winkelbereich strahlt, bei dem Re- werden, z.B. Wendelantennen oder Vielstabantennen, flexionen in dem ersterwähnten Sektor auftreten. 15 Diese Antennen können um die Halterungsstruktur Wenn P₁' und P₂' mit P₁ bzw. P₂ zusammenfallen, für die Antenne 26 oder auf einem getrennten Mast besteht die Gefahr von Interferenzen oder Schwebun- montiert sein und werden jeweils in einen bestimmten gen. Vorzugsweise soll daher zumindest P₁' vor P₁ Azimutwinkel gerichtet, in dem eine Reflexionsunterauftreten. P₂' kann mit P₁ ohne nennenswerte Inter- drückung erforderlich ist. Auch der Azimutwinkelferenzgefahr zusammenfallen oder der Impuls P₂' 20 bereich jeder festen Richtantenne soll den Verhältkann auch zwischen P₁ und P₂ auftreten, was den nissen entsprechend optimal bemessen werden. Vorteil hat, daß die Reflexions'unterdrückung auto- Die abtastende Hauptrichtantenne 26 ist mit einer matisch unwirksam wird, wenn P₁ auf den Haupt- Sektorschaltereinheit 48 mechanisch synchronisiert, strahl fällt (wenn P₂' auf P₁ folgt, tritt wegen der die nockengesteuerte Sektorschalter oder einen digi-Echounterdrückung im Empfangs-Sende-Gerät und ²⁵ talen Winkelgeber enthält. Die Einheit 48 steuert wegen der Tatsache, daß P₁ größer als P₂' sein wird, ihrerseits eine Steuereinheit 49, welche die verschiekein Sperrintervall auf). denen Diodenschalter betätigt. Diese umfassen als Die Impulsfolge bei einem gemäß der Erfindung erstes Schalter 50 und 51, die einer Anzahl von vorausgestaiteten 3-Impuis- oder 4-Impuis-»I.S.L.S.«- eingestellten Dämpfungsgiieder vor- bzw. nachge-System kann also so aussehen, wie es in Fi g. 4 a oder 30 schaltet sind. Für jeden Azimutsektor wird auf diese 4b oder 4c dargestellt ist. In Fig. 4a treten P₁' und Weise der richtige Leistungspegel für P₁' und P₂' auf P₂' vor P₁, P₂ und P₃ auf. P₁' und P₂' haben in allen einer Leitung 53 gewählt. Der Leistungspegel "kann diesen Figuren den gleichen Abstand wie P₁ und P₂. so eingestellt werden, daß sich unter den jeweiligen In Fig. 4 b fällt P₂' mit P₁ zusammen. In Fig. 4c Verhältnissen optimale Resultate ergeben; wenn keine tritt P₁' immer noch vor P₁ auf, P₂' fällt jedoch zwi- 35 besonderen Forderungen gestellt werden, wird er so sehen P₁ und P₂. eingestellt, daß das Gewinn-Leistungs-Produkt für F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfin- jeden Sektor konstant ist. Wenn in einem Sektor Redung, wobei die in F i g. 5 dargestellten Einheiten die flexionen im Schatten eines großen Gebäudes oder in F i g. 3 dargestellten Einheiten ergänzen. Die einer geographischen Besonderheit unterdrückt wer-Bodenstation soll in bekannter Weise mit einem 40 den sollen, wird vorzugsweise die Leistung von P₁' Videovorimpuls arbeiten, der einer Klemme 30 züge- und P₂' in diesem Sektor im Verhältnis zur Leistung führt wird. Dieser Impuls dient zum Erzeugen der in anderen Sektoren erhöht.

Hüllkurven von P₁' und P₂' nach einer geeigneten Die Diodenschalter enthalten ferner eine Dioden-Verzögerung durch eine Verzögerungsleitung 31. P₁ matrix 54, die in jedem von der umlaufenden Antenne und P₂ werden durch einen Sperrimpulspaargenerator 45 26 abgetasteten Sektor die Impulse P,' und P₂' mit 32 erzeugt, der monostabile Kippschaltungen enthal- richtig eingestellter Leistung nur jeweils zu d^rjeniten kann, die, ausgelöst durch den verzögerten Video- gen Antenne 45, 46 oder 47 leiten, die bei der Abvorimpuls, den Impuls P₁' und etwas später, d. h. mit tastung des betreffenden Sektors strahlen soll, dem der Betriebsart entsprechenden Abstand, P₂' lie- Die Verzögerungsleitung 31 bestimmt die zeitliche fern. Diese Impulse durchlaufen dann einen Verstär- 50 Lage von P,' und P,' bezüglich P₁ und die Verzögeker 33 und modulieren einen phasensynchronisierten rung kann durch die Steuereinheit 49 über eine Lei-Oszillator, dessen Ausgangssignal nach Durchlaufen tung 55 wirksam gemacht werden, um P₁' und P.,' in eines Oberwellenfilters 35 P₁' und P₂' als Hochfre- bestimmten Sektoren der Antenne 26 zu erzeugen, quenzimpulse liefert. Die zeitliche Lage der Unterdrückungsimpulse P₁' Der phasensynchronisierte Oszillator kann durch 55 und P₂' kann bezüglich der Impulse P₁. P₂ und P, einen Kristalloszillator 36 synchronisiert werden, der geändert werden. Die optimale zeitliche Lage kann einen Trennverstärker 37, einen Dioden-Vorverstär- für die jeweilige Bodenstation und die Betriebsbedinker 38, eine zur Frequenzvervielfachung dienende gungen des Sekundärradarsystems in den verschie-Speicherschalt-Diode 39, UHF-Verstärker und Vor- denen Azimutsektoren eingestellt werden. Die in verstärker 40 und 41 sowie einen Zirkulator 42 60 F i g. 4 a dargestellte Impulsfolge, bei der P₁' und P₂' speist. Der Oszillator 34 wird durch Kathodenmodu- beide vor P₁ auftreten, eignet sich besonders für die lation gepulst, und die Phasensynchronisierung auf Unterdrückung von Reflexionen, die durch Flächen 1030 MHz ± 0,2 MHz erfolgt durch kohärente Ein- in der Nähe der Abfragerichtstrahlantenne erzeugt speisung in den Gitter-Kathoden-Hohlraum über den werden. Das Impulsschema gemäß F i g. 4 c, bei ZirkuIatoT 42. 65 dem P₁ zwischen P₁' und P₂' fällt, läßt andererseits Der Hocnfrequenzimpuls P₁' wird dann bezüglich die größte Differenz zwischen dem direkten und dem P₂' durch est Dämpfungsglied 43 gedämpft, dsm indirekten Übertragungsweg zu.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Bodenstation für ein Sekundärradarsystem mit einem an eine Richtantenne znr Azimutabtastung und eine Rundstrahlantenne angeschlossenen Sender, der eine Abfrageimpulsgruppe liefert, welche mindestens einen durch die Richtantenne abgestrahlten Impuls und einen auf diesen folgenden, durch die Rundstrahlantenne abgestrahlten Impuls enthält, wobei das Empfangs-Sende-Gerät (Transponder) eine Seitenkeulenabfrage an der gegenüber der Amplitude des gerichtet abgestrahlten Impulses größeren Amplitude des rundgestrahlten Impulses erkennt und in solchem Falle die Antwort sperrt, und mit Mitteln zur Unterdrückung der Anzeige von Objekten, die auf dem Umweg über eine reflektierende Fläche abgeflaut werden, dadurch gekennzeichnet. daC Jer Sender außerdem noch mit einer oder mehreren zusätzlichen Richtantennen (45, 46, 47) gekoppelt ist, die in einen bzw. mehrere feste Azimutsektoren strahlen und an die nacheinander zwei Reflexio isunterdrückungsimpulse (P₁' und P.,') angeschaltet werden, von denen der zweite eine größere Amplitude hat als der erste.

2. Bodenstation mich Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der erste Rellexionsunterdrüd MigsimpulstP,') vor dem ersten Impuls (P₁) der Abfrageimpulsgrnnpe auftritt.

3. Bodenstation nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Rcflexionsunterdrückungsimpuls (P.,') mit dem ersten Impuls (P₁) der Abfrageimpulsgruppe zusammenfällt.

4. Bodenstation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reflexionsunterdrückungsimpuls (P.,') zwischen den ersten beiden Impulsen (P₁ und P.,) der Abfrageimpulsgruppe liegt.

5. Bodenstation nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Steueranordnung (48, 49, 55, 31) zur Änderung der zeitlichen Lage der Reflexionsuntcrdrückungsimpulse (P₁' und P.,') in bezug auf die Abfrageimpulsgruppe in Abhängigkeit vom Azimutwinkel der Abtastrichtantenne (26) ohne Änderung des Intervalls zwischen den beiden Rcflexionsunterdrüekungsimpulsen.

6. Bodenstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung (54) und eine diese steuernde Steuereinheit (48, 49) zur selektiven Übertragung der beiden Reflexionsunterdrückungsimpulse (P₁' und P.,') durch die feste Richtantenne bzw. die verschiedenen festen Richtantennen (45, 46, 47) in Abhängigkeit vorn Azimutwinkcl der Abtastrichtantenne (26).

7. Bodenstation nach Anspruch 6. gekennzeichnet durch eine von der Steuereinheit (48, 49) gesteuerte, verstellbare Dämpfungsanordnung (50, 51, 52) zur Änderung der Amplitude der beiden Reflcxionsunterdrückungsimpulse (P₁' und P.,') in Abhängigkeit vom Azimutwinkel der Abtastrichtantenne (26).