DE2009958C3 - Bodenstation für ein Sekundärradarsystem mit Antwortsperrung bei Seitenkeulenabfrage und bei Umwegabfrage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodenstation für ein :kundarradarsystem mit einem an eine Richtantenne ir 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 Rundstrahlanlenne abgestrahlten Impuls enthält, wobei das Empfangs-Sende-C-erät (Transponder) eine Seitenkeulenabfrage an der gegenüber der Amplitude des gerichtet abgestrahlten Impulses größeren Amplitude des rundgcstrahlten Impulses erkennt und in solchem Fall die Antwort

ίο sperrt, und mit Mitteln zur Unterdrückung der Anzeige von Objekten, die auf dem Umweg über eine reflektierende Fläche abgefragt werden.

Bei Sekundärradarsystemen kann die Erfassung eines 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

ao 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 1255 157 bekannt, Störungen durch reflektierte Signale dadurch zu 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 unterdrückt 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 nacheinander zwei Reflexionsunterdrückungsimpulse angeschaltet 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-Seitcnkeulen-

unterdrückung (>I.S.L.S«) und des weiterentwickelten 3-Impuls-Systcms, das auch als 4-ImpuIs- »I.S.L.S.Ä-System bezeichnet wird, erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Systeme beschränkt. In den Zeichnungen bedeutet

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer reflektierten Abfrage,

Fig. 2a und 2b Impulsfolgen bei bekannten 3-lmpiils- und 4-Impuls-'<I.S.L.S.«-Systemen,

Fig. 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,

Fi g. 4 a, 4 bund 4 c Impulsfolgen für ein »T.S.L.S.«-

System gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit lü ein Flugzeug bezeichnet, das über einen Weg It, der eine Reflexion an einer Fläche 12 enthält, abgefragt werden kann, wenn die Richtantenne einer sich im Punkt 13 befindlichen Bodenstation in die durch eine Strahlungskeule 14 dargestellte Richtung weist. Die Rundstrahlehai akteristik, mit der der Kontrollimpuls ausgestrahlt wird. Ist durch einen Kreis 15 egalisiert dargestellt.

Bei einem 3-Impuls-»I.S.L.S.«-System werden über die Richtantenne Impulse P₁, P₁ und über die Rundstrahlantenne ein dazwischenliegender Impuls P., ausgestrahlt. Das Empfangs-Sende-Gerät des Flugzeugs wird gesperrt, wenn der empfangene Impuls P₁ nleich oder kleiner als der Impuls P₁ ist, und zwar üblicherweise für ein Sperrintervall von 35 ns. F i g. 2 a zeigt die Impulse, wie sie unter den in Fig. 1 dargestellten Bedingungen vom Flugzeug empfangen werden. P₁, P, und P₁ werden zuerst über die direkte Übertragungsstrecke 16 (F i g. 1) empfangen, P₁ und P₃ sind jedoch sehr schwach, da die direkte Übertragung nur durch eine Nebenkeule 14a der Strahlungscharakteristik 14 erfolgt. P, und P₁ werden dann über die Reflexionsstrecke 11 empfangen und sind, um sie als Reflexionen zu kennzeichnen, mit RP_x bzw. RP₃ bezeichnet. Der reflektierte Impuls P.„ der am Empfangs-Sende-Gerät eintrifft, ist in Fig. 2a nicht berücksichtigt, da er kleiner ist als die reflektierten Impulse RP₁ und RP₁. 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 Effekt kein Sperrimpulspaar P₁, P., vorhanden und P., bewirkt dann nicht das Erzeugen eines Sperrintervälls, obwohl P., größer als P₁ ist. RP₁ und RP^ lös..n daher eine Antwort des Empfangs-Sende-Gerätes aus und das Flugzeug 10 wird am Ort seines virtuellen Bildes in Richtung der reflektierenden Fläche 12 angezeigt.

Eine unvollständige Lösung dieses Problems wird durch das bekannte 4-Impuls-»I.S.L.S.«-System erreicht, bei dem gleichzeitig mit P₁ noch ein vierter Impuls durch die Rundstrahlantenne abgestrahlt wird; die relativen Amplituden der Impulse sind dabei so bemessen, daß auf dem Hauptstrahl P₁ größer als P„ ist, während 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 Sperrinterval'. 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, urn eine Antwort auf die reflektierten Impulse RP₁ und RP₁ 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 (is, ist.

Die wesentlichen Bestandteile einer bekannten 4-Impub-»I.S.L.S.«-Bodenstation sind in F i g. 3 dargestellt. Ein Steuerimpulsgenerator 20 erzeugt Impulse, die den Zeitpunkt der Aussendung der von einem Sender 21 erzeugten Impulse P₁, P, und P_? bestimmen. Die Impulse P₁, P, und P₃ werden einem Diodenschalter 22 zugeführt, der nur P₀ zur Rundstrahlantenne 23 durchläßt. P₁ und P₃ w'erden einem 3-dß-Koppler 24 zugeführt, von dem aus P₁ und P_;| /u einem Diplexer 25 und zur Richtantenne 26 gelungen. Von einem anderen Ausgang des Kopplers 24 gelangen die Impulse P₁ und P., außerdem zu einem

zweiten Diodenschalter 27, der P., zu einem Abschlußwiderstand 28 leitet, während P₁ als der obenerwähnte vierte Impuls der Rundstrahlantenne 23 zugeführt wird.

Die Diodenschalter 22 und 27 werden durch den

:o Generator 20 gesteuert und nehmen während der Impulse P₁, P., und P₁ 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 liegt, bei jeder Wiederholungsperiode für die Dauer des Sperrintervalls gesperrt wird. Da Reflexionen in einem Abstand von mehreren zehn KiIometern von der Bodenstation auftreten können, muß die Rundstrahlleistung .on P₁ ausreichen, um die in Fig. 2b dargestellten Verhältnisse zu schaffen, so daß die Sperrung in einem weiten Bereich stattfindet, der den 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-Impuls- »I.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 Flä-

chen können einen erheblichen Anteil der Energie der Hauptkeule in einem beträchtlichen Azimutwinkelbereich reflektieren und reflektierte Impulse erzeugen, die jeweils unmittelbai auf die von der Bodenstation jeweils abgestrahlten Impulse folgen.

Die Empfangs-Sende-Geräte haben jedoch eine Echosperre, die gewährleistet, daß ein empfangener Impuls, der unmittelbar auf eine·-, vorangehenden Impuls folgt und kleiner als dieser ist, für sich unterdrückt wird. Wenn also bei dem 4-Impu»s-»I.S.L.S.«-System die Differenz zwischen den Übertragungszeiten über die direkte Strecke und die Reflexionsstrecke so klein ist, daß der reflektierte Impuls RP₁ zwischen den direkt empfangenen Impulsen P₁ und P₂ auftritt und eine größere Amplitude hat als der empfangene Im-

puls P₂, wird P., unterdrückt und das Empfangs-Sende-Gerät antwortet auf das reflektierte Abfrageimpulspaar RP_x und RP._Z.

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

Sekundärradarsystems einen Sender, der mit einer Rich'antenne zur Azimutalabtastung (Hauptrichtantenne) und einer Rundstrahlantenne gekoppelt ist und eine Gruppe von Abfrageimpulsen liefert, M mindestens einen über die Richtantenne abgestrahlten Impuls enthält, auf den inn 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 Reflexionsunterdrückungsimpulse, von denen der zweite eine größere Amplitude hat als der erste.

Diese Reflexionsunterdrückungsimpulse sollen mit P₁' und /V bezeichnet werden. Da P₂' größer als P₁' ist, bewirkt der Empfang dieser Impulse das Auftreten einer Sperrperiode im Empfangs-Sende-Gerät. Die Impulse können daher dazu verwendet werden, in speziellen Azimutwinkclbereichen selektiv Reflexionen zu unterdrücken, so daß die unnötige Sperrung vermieden wird, die wie oben erläutert, bei den bekannten Systemen auftritt. Vorzugsweise wird die Diodenschalter44 vor- und nachgeschaltet sind. Diese werden durch den Impulsgenerator 32 synchron derart gesteuert, daß P₁' durch das Dämpfungsglied läuft, während P₂' am Dämpfungsglied vorbeigeleitet wird.

Die Impulse P₁' und P₂' werden in jeder Wiederholungsperiode des Radarsystems erzeugt, sie werden jedoch selektiv und mit selektiv bemessener Leistung in Abhängigkeit vom momentanen Azimutwinkel der

Aussendung der Impulse P₁' und P₂' in Abhängigkeit io Hauptrichtantenne 26 festen Richtantennen züge-

vom Azimutwinkcl der Hauptrichtantenne so gesteuert, daß die Impulse nur dann in einen Azimutwinkelbcrcich abgestrahlt werden, wenn die Richtantenne in einen Winkelbcreich strahlt, bei dem Reflexionen in dem ersterwähnten Sektor auftieten.

Wenn P₁' und P₂' mit P₁ bzw. P₂ zusammenfallen, besteht die Gefahr von Interferenzen oder Schwcbimgen. Vorzugsweise soll daher zumindest P₁' vor P₁ auftreten. P.,' kann mit P₁ ohne nennenswerte Interferenzgefahr zusammenfallen oder der Impuls P₂' kann auch zwischen P₁ und P., auftreten, was den Vorteil hat, daß die Rcflexionsuntcrdrückung automatisch unwirksam wird, wenn P₁ auf den Hauptstrahl fällt (wenn P₂' auf P₁ folgt, tritt wegen der Echounterdrückung im Empfangs-Sendc-Gcrät und wegen der Tatsache, daß P₁ größer als P₂' sein wird, kein Sperrintervall auf).

Die Impulsfolge bei einem gemäß der Erfindung ausgestalteten 3-Impuls- oder 4-Impuls-»I.S.L.S.<führt. Die festen Richtantennen sind hier als Yagi-Antennen 45, 46 und 47 dargestellt; selbstverständlich können auch andere Antennentypen verwendet werden. z.B. Wendelantenne!! oder Vielstabanlenncn. Diese Antennen können um die Halterungsstruktur für die Antenne 26 oder auf einem getrennten Mast montiert sein und werden jeweils in einen bestimmten A/'mutwinkel gerichtet, in dem eine Reflexionsunterdrückung erforderlich ist. Auch der Azimutwinkelbereich jeder festen Richtantenne soll den Verhältnissen entsprechend optimal bemessen werden.

Die abtastende Hauptrichtantenne 26 ist mit einer Sektorschaltercinhcit 48 mechanisch synchronisiert, die nockengcstcucrte Sektorschaltcr oder einen digitale,. Winkelgeber enthält. Die Einheit 48 steuert ihrerseits eine Steuereinheit 49. welche die verschiedenen Diodenschalter betätigt. Diese umfassen als erstes Schalter 50 und 51, die einer Anzahl von vorcingcstcllten Dämpfungsglieder vor- bzw. nachge-

Syslem 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 /'./ auf

P.; vor P₁, P., und P₁ auf. P₁

haben in allen

diesen Figuren den gleichen Abstand wie P₁ und P.,. In Fig. 4b fällt P.,' mit P₁ zusammen. In Fig. 4c einer Leitung 53 gewählt. Der Leistungspcgcl kann so eingestellt werden, daß sich unter den jeweiligen Verhältnissen optimale Resultate ercebcn: wenn keine

tritt P₁' immer noch vor P. auf. P/ fällt jedoch zwi- 35 besonderen Forderungen gestellt werden, wird er so

sehen P₁ und P₂.

Fig. 5 zeigt ein Ausiührungsbeispiel der Erfindung, wobei die in F i g. 5 dargestellten Einheiten die in F i g. 3 dargestellten Einheiten ergänzen. Die ingestellt, daß das Gcwinn-Lcistungs-Produkt für jeden Sektor konstant ist. Wenn in einem Sektor Reflexionen im Schatten eines großen Gebäudes oder einer geographischen Besonderheit unterdrückt wcr-

Bodenstation soll in bekannter Weise mit einem 40 den sollen, wird vorzugsweise die Leistung von P₁

Videovorimpuls arbeiten, der einer Klemme 30 zugeführt wird. Dieser Impuls dient zum Erzeugen der Hüllkurven von P₁' und P₂' nach einer geeigneten Verzögerung durch eine Verzögerungsleitung 31. P₁ und P., werden durch einen Sperrimpulspaargencrator 32 erzeugt, der monostabile Kippschaltungen enthalten kann, die, ausgelöst durch den verzögerten Videovorimpuls, den Impuls P₁' und etwas später, d. h. mit dem der Betriebsart entsprechenden Abstand, P./ He- und /'.,' in diesem Sektor im Verhältnis zur Leistung iii anderen Sektoren erhöht.

Die Diodenschalter enthalten ferner eine Diodenmatrix54, die in jedem von der umlaufenden Antenne 26 abgetasteten Sektor die Impulse P₁' und P.,' mit richtig eingestellter Leistung nur jcweP' zu derjenigen Antenne 45, 46 oder 47 leiten, die bei der Abtastung des betreffenden Sektors strahlen soll.

Die Verzögerungsleitung 31 bestimmt die zeitliche

fern. Diese Impulse durchlaufen dann einen Verstär- 50 Lage von P₁' und P₂' 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,' it eines Oberwellenfilters 35 P₁' und P₂' als Hochfre- bestimmten Sektoren der Antenne 26 zu erzeugen qucnzimpulse liefert. Die zeitliche Lage der Unterdrückungsimpulse P,

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 kam einen Trennverstärker 37, einen Dioden-Vorverstär- für die jeweilige Bodenstation und die Betriebsbedin ker 38, eine zur Frequenzvervielfachung dienende gungen des Sekundärradarsystems in den verschie Speicherschalt-Diode 39, UHF-Verstärker und Vor- denen Azimutsektoren eingestellt werden. Die i verstärker 40 und 41 sowie einen Zirkulator 42 60 Fi g. 4 a dargestellte Impulsfolge, bei der P₁' und P.

speist. Der Oszillator 34 wird durch Kathodenmodulation gepulst, und die Phasensynchronisierung auf 1030MHz ± 0,2MHz erfolgt durch kohärente Einspeisung in den Gitter-Kathoden-Hohlraum über den Zirkulator 42.

Der Hochfrequenzimpuls P₁' wird dann bezüglich P/ durch ein Dämpfungsglied 43 gedämpft, dem beide vor P₁ auftreten, eignet sich besonders für di Unterdrückung von Reflexionen, die durch Fläche in der Nähe der Abiragerichtstrahlantenne erzeui werden. Das Impulsschema gemäß Fig. 4c, b dem P₁ zwischen P₁' und P₂' fällt, läßt anderersei die größte Differenz zwischen dem direkten und de> indirekten Übertragungsweg zu.

Hierzu 1 Biatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Bodenstation für ein Sekundärradarsystem mit einem an eine Richtantenne zur Azimutabtastung und eine Rundstrahhntenne 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 ir solchem Falle die Antwort sperrt, und mit Mitteln zur Unterdrückung der Anzeige von Objekten, die auf dem Umweg über eine reflektierende Fläche abgefragt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender außerdem noch mit einer odci mehreren zusätzlichen Richtantennen (45, 46, 47) gekoppelt ist, die in einen bzw. mehrere feste Azimutsektoren strahlen und an die nacheinander zwei Reflexionsunterdrückungsimpulse (P₁' und P.,') angeschaltet werden, von denen der zweite eine größere Amplitude hat als der erste.

2. Bodenstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der erste ReflexionsunterdrückungsimpulsiP,') vor dem ersten Impuls (P₁) der Abfrageimpulsgruppe auftritt.

3. Bodenstation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der lAeite Reflexionsunterdrückungsimpuls (P./) mit r^em ersten Impuls (P₁) der Abfrageimpulsgruppe zusammenfällt.

4. Bodenstation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reflexionsunterdrückungsimpuls(P₃') 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 Reflexionsunterdrückungsimpulse (P₁' und P₂') in bezug auf die Abfrageimpulsgruppe in Abhängigkeit vom Azimutwinkel der Abtastrichtantenne (26) ohne Änderung des Intervalls zwischen den beiden Reflexionsunterdrückungsimpulsen.

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 vom Azimutwinkel 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 Rcflcxionsunterdrückungsimpuhe (P₁' und P.,') in Abhängigkeit vom Azimutwinkel der Abtastrichtantenne (26).