DE2030665A1

DE2030665A1 - Anordnung zur Erfassung eines Be reiches

Info

Publication number: DE2030665A1
Application number: DE19702030665
Authority: DE
Inventors: Victor F Fullerton Cahf C artwright (VStA)
Original assignee: Babcock Electronics Corp
Current assignee: Babcock Electronics Corp
Priority date: 1969-06-23
Filing date: 1970-06-22
Publication date: 1971-01-21
Also published as: GB1318615A; US3611373A

Description

BABCOOK ELECTRONICS CORPORATION, Costa Mesa, Calif./USA

Anordnung zur S

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erfassung eines Bereiches.

Die Erfindung ist insbesondere verwendbar in Verbindung mit Anordnungen zur Bestimmung der Entfernung bewegter Objekte durch den Nachweis von Doppler-Signalen. Die Erfindung ist insbesondere verwendbar in Verbindung mit Radaranordnungen zur Auffindung der Entfernung eines bewegten Objektes von einer Station, in welcher der Sender und der Empfänger untergebracht sind.

Eine Anwendung von die Entfernung messenden Radarsyste-

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ORIGINAL INSPECTED

men dient zur Bestimmung des Abstandes, in welchem Geschosse Zielobjekte passieren, auf die sie abgeschossen worden sind. Das Radarsystem kann auch von einem Fernlenkflugzeug oder von einem anderen bewegten Objekt getragen werden, das dann einen Teil eines größeren Systemes bildet, wobei es Geräte zur Fernmessung der Entfernung von einer Bodenstation und zu Entfernungsbestimmungen enthält, die durch den "Geschoßtreffer" (bullet-scorer)-Radar oder durch "Fehldistanz" (miss-distance)-Radar durchgeführt werden, wie diese Radarsysteme oft genannt werden. Bei dieser Anwendung ist die Bestimmung erforderlich, ob die Geschosse innerhalb eines Bereiches von 1,5 m oder sogar weniger auf dem Zielobjekt eintreffen; die Bestimmung eines Systemes, welches eine Bereichsanzeige sicher mit einer Genauigkeit in dieser Größenordnung liefern wird, ist eine andere Aufgabe der Erfindung.

Ein derartiges Radarsystem ist erforderlich, um anzuzeigen, ob ein Geschoß das Zielobjekt in einer Entfernung von 60 m passiert hat, wobei der Abstand auf einige Meter genau gemessen ist. Nicht nur das Radarzielobjekt ist oft sehr klein, da es oft nur die Größe eines Geschosses hat, sondern auch die Entfernungsamplitude des zurückkehrenden Signales variiert stark in dieser Umgebung, da die Signalstreuung sich mit dem Quadrat der Entfernung, über welche sich das Geschoß bewegt, ändert. In diesem Zusammenhang*besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, für ein Radarsystem zu sorgen, welches einen sehr großen Echobereich und Geräuschsigna lpegel bewältigen kann, was in einem Gerät von sehr geringer Größe und sehr geringem Gewicht mit einem minimalen Kostenaufwand erzeugt werden kann.

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Gemäß der Erfindung ist eine Anordnung zur Erfassung eines Bereiches vorgesehen mit einer Vorrichtung zur AusBendung von Signalen für eine Zeitdauer, die der Zeit entspricht, die für die ausgesendeten Signale erforderlich ist, um einen bestimmten Seil des Anordnungsbereiches zu durchlaufen, mit einer Erfassungseinrichtung für die zu erfassenden Signale als Echos nach ihrer Reflexion an einem entfernten Zielobjekt, wobei die Erfassungseinrichtung mehrere Vorrichtungen zur Lieferung von Ausgangssignalen enthält, von denen jedes wirksam ist, um ein Ausgangssignal bei gleich- λ

zeitigem Anliegen von zwei Eingangssignalen zu liefern, mit einer Einrichtung zur gleichzeitigen Zuführung der Signale, die von den Echos der Signale abgeleitet sind, an mehrere Einrichtungen als eines der zwei Eingangssignale und mit einer Verzögerungsanordnung zur Zuführung jeder der Erfassungsvorrichtungen als zweites der zwei Eingangssignale in Porm eines Signales mit vorbestimmter Dauer, wobei der Zeitpunkt des Anliegens des zweiten Signales an jede von den mehreren Vorrichtungen für jedes von ihnen verschieden ist.

Gemäß der Erfindung ist ebenso eine Anordnung zur Er- ^ fassung eines Bereiches vorgesehen mit einer Einrichtung zur Erzeugung und zur Sendung der Signale für eine Zeitdauer, die der Zeit entspricht, die für die gesendeten Signale erforderlich ist, um einen bestimmten Teil des Anordnungsbereiches zu durchlaufen, mit einer Erfassungseinrichtung für die zu erfassenden Signale als Echos nach ihrer Reflexion an einem entfernten bewegten Objekt, wobei die Erfassungseinrichtung einen Detektor enthält, um ein Doppler-Signal bei gleichzeitigem Anliegen von zwei Eingangssignalen zu

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liefern, die sich in der Frequenz durch den Betrag einer Doppler-Komponente unterscheiden, mit einer Einrichtung zur Zuführung der erzeugten Signale und der Echoe der ausgesendeten Signale an den Detektor als zwei Eingangssignale» Mt mehrerenGattern, die ein Ausgangssignal bei gleichzeitigem Anliegen von zwei Gatter-Singangssignalen liefern, mit einer Anordnung zur gleichzeitigen Zuführung der Doppler-Signale an die Gatter als eines der Gattereingangssignale, und mit einer Verzögerungsvorrichtung zur Zuführung an jedes der Gatter als zweites Gattersignal mit einer im wesentlichen gleichen Zeitdauer, wobei der Zeitpunkt des Anliegens jedes der zweiten Gattersignale an den Gattern für jedes Gatter verschieden ist.

Die Detektorelemente können verschiedene Formen und Bauarten aufweisen, die ein Ausgangssignal bei gleichzeitigem Anliegen von zwei Eingangssignalen liefern. Diese Bauarten enthalten Meßstufen, Detektoren und UND-Gatter. Zur näheren Erläuterung sind zwei Ausftihrungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt. In beiden Ausführungen wird ein vorhandenes Echo durch Vergleichen der Echos mifc einem Muster des ausgesendeten Signales erfaßt. In einem Ausführungsbeispiel wird es dann in eine Serie von Detektoren gegeben, und das Muster des auegesendeten Signales wird dann an jeden Detektor zu einem verschiedenen Zeitpunkt angelegt, wobei ein Ausgang an dem versorgten Detektor nicht nur den Empfang eines Echos anzeigt, sondern auch gleichzeitig die Distanz, aus der das Echo zurückgekehrt war. In dem anderen Ausführungsbeispiel werden die vorhandenen Echoe zuerst bestimmt, ohne zu berücksichtigen, aus welcher Distanz sie zurückgekehrt sind. In einer anschließenden Stufe wird ein Signal, das von dem Echo ab-

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geleitet ist, an mehrere Detektoren angelegt, welche zu verschiedenen Zeitpunkten mit lokal eingegebenen Signalen versorgt sind, wobei die Entfernung zu dem Zielobjekt durch die Ermittlung angezeigt wird, welcher der Detektoren ein Ausgangssignal liefert.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung, welches bei beiden Ausführungsbeispielen angewendet werden kann, sind Vorrichtungen vorgesehen, um das Ansprechen der Anordnung auf die Echosignale abzuschwächen, welche kurz nach der Aussendung des Radarsuchsignales empfangen werden. Diese Verminderung in dem Signalpegel kann auf verschiedene Weise erreicht werden, wobei ' eine Anfangsverstärkungsregelung vorgesehen ist. Vorteilhafterweise kann es durch Begrenzung der Amplitude des Echosignales erreicht werden, wenn ein erstes Signal empfangen worden ist.

Anhand der anliegenden Zeichnungen wird nun die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1; ein verallgemeinertes Blockschaltbild einer ^MFehldißtanz"-Anzeigeanordnung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Erfassung eines Bereiches gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine Darstellung, aus der die Beschaffenheit und die Zeitbeziehung der Signale an verschiedenen Punkten der Anordnung gem. Fig. 2 dargestellt ist;

Flg. 4 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines "langsamen Schalters", wie er in der Anordnung

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gemäß Pig. 2 verwendet wird;

Pig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Erfassung eines Bereiches gemäß der Erfindung.

Die in Pig. 1 dargestellte Anordnung enthält einen Sender 10 für Hochfrequenzsignale, die über eine Sende-Empfangsweiche einer Sende- und Empfangsantenne 12 zugeführt werden. Die Echosignale, die auf die Antenne 12 auftreffen, werden über die Sende- Empfangsweiche einem Empfänger 16 zugeführt, der auch die Signale benutzt, die von dem Sender während des Betriebes abgeleitet werden. Diese Signale von dem Sender werden an den Empfänger über die Verbindungsleitung 18 zugeführt. Die Sende- Empfangsweiche 14 dient dazu, den Empfängereingangsschaltkreis vor einer Überlastung durch die Senderausgangssignäle zu schützen, und zu verhindern, daß die zurückkehrenden Echosignale in dem Senderschaltkreis verbraucht werden.

Die in Pig. 1 dargestellte Anordnung wird zur "Pehldistanz"-Anzeige verwendet. Der Sender, die Sende-Empfangsweiche, der Empfänger und die Antenne sind an einem beweglichen Zielobjekt befestigt, beispielsweise an einem ferngelenkten Plugzeug; die Aufgabe der Anordnung besteht darin, anzuzeigen, in welchem Abstand Geschosse und Kugeln, die auf das Zielobjekt abgeschossen wurden, dieses verfehlen und an ihm vorbeigehen.Die zurückkehrenden Echos werden in dem Empfänger erfaßt,um ein Ausgangssignal zu liefern, welches an einen Datenformer 20 abgegeben wird, der die Daten auf eins Porm bringt, die zur Pernmessung durch einen Pernmeßesnder

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22 in einer Bodenstation geeignet sind, die durch einen Fernmeßempfänger 24 dargestellt ist.

Die Brauchbarkeit der Erfindung ist nicht auf diese Anwendung beschränkt. Da sie ja einen Sender und einen Empfänger mit großer Reichweite vorsieht, die besonders vorteilhaft für diesen Zweck sind, sind die Ausführungsbeispiele, die zur Erläuterung in den Zeichnungen ausgewählt sind, auf die "Fehldistanz"-Anzeige zugeschnitten. Das Aueführungsbeispiel, das in Fig. 2 j|

dargestellt ist, wendet Bereichsgatter in dem Videoteil des Empfängers an. Es ist Insbesondere in den Fällen anwendbar, wo die Anwesenheit oder die Abwesenheit eines Radarzielobjektes in jedem von vielen Teilbereichen bestimmt werden muß. Es ist weiterhin auch dort anwendbar, wo eine große Anzahl von Bereichsgattern verwendet werden muß. Um eine unnötige Erschwerung der Zeichnung und der Beschreibung zu vermeiden, sind in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 nur drei Gatter dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 enthält Gatter und Detektoren in dem Hochfrequenzteil des Empfängers. Diese Anordnung ist dort vorteilhaft, wo eine Bestimmung der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Zielobjektes in weniger Bereichsaböchnitten durchgeführt werden muß.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 dient die Antenne 30 zur Aussendung des Radarsignalee und dient ebenso als Empfangsantenne für die Echoe dieser Signale. Diese doppelte Verwendung der Antenne ist möglich, da eine Sende- Empfangsweiche 32 mit der Antenne verbunden ist. Yorteilhafterweise enthält die Sende- Empfangsweiche einen Zirkulator, beispielsweise einen Ferritzirku-

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lator. Das Hochfrequenzsignal wird in einem Signalgenerator 34 erzeugt, welcher in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Impulsgenerator 36 an- und abgeschaltet wird. Der Oszillatorausgang wird durch einen Ferritzirkulator 38 an einen Schalter 40 geleitet. Der Zirkulator dient nur als Isolierkreis, um sicherzustellen, daß der Generatorbetrieb nicht durch den Schalterbetrieb unwirksam wird. Wenn der Schalter 40 geschlossen ist, wird der Ausgang des Generators 34 über die Sende- Empfangsweiche 32 an die Antenne 30 geführt. Es sind Vorrichtungen

flfc zur Betätigung des Schalters 40 vorgesehen, und zwar nur dann, wenn der Generator 34 durch den Impulsgenerator 36 in Betrieb gesetzt worden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist dies durch Verwendung eines Schalters 40 erreicht, welcher auf einen Impuls anspricht, so daß der Schalter nur solange geöffnet ist, solange das Impulssignal vorhanden ist. Dieser Impuls, der als ein "Auslöse"-Impuls bezeichnet wird, wird durch den Impulsgenerator 42 entsprechend einem Signal geliefert, das zugeführt wird, wenn der Signalgenerator oder Oszillator 34 in Betrieb 1st. Irgendeine Energie in dem Signal, das in dem Oszillator 34 erzeugt wird, wird durch eine Koppelvorrichtung 44 abgebaut, welche in Serie mit einem

£ Gleichrichter 45 und einem Paar Widerständen 46 und 47 liegt. Die Energie wird durch den Gleichrichter 45 gleichgerichtet und es wird eine Spannung an dem Widerstand 46 abgeleitet, welcher den Impulsgenerator 42 anschaltet und die Erzeugung eines ^wAuslöseimpulses"einleitet, der über die Leitung G an den Schalter 40 geleitet wird.

Die Betriebsweise des Senderteilee der Anordnung gemäß Fig. 2 wird in Verbindung mit Fig. 3 verständlich, wo gezeigt ist, wie sich das Signal an verschiedenen Punk-

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ten in dem Sender mit der Zeit ändert. Der Ausgangsimpuls an dem Impulsgenerator 36 wird als "Haupt"-Impuls bezeichnet und wird durch eine Leitung A dem Signalgenerator oder Oszillator 34 zugeführt. Das Signal in der Leitung A ist in der obersten Zeile in Pig. 3 dargestellt und enthält einen relativ langen Impuls, welcher kurz vor dem Nullpunkt beginnt. Der Signalgenerator oder Oszillator 34 ist für die Dauer des "Haupt"-Impulses in Betrieb, wie in der zweiten Zeile von oben in Pig. 3 gezeigt ist.Dies stellt das Oszillatorausgangssignal in der Leitung B dar. Eine Energie in dem Oszillatorausgang wird von der Leitung B durch die Koppelvorrichtung 44 gekoppelt und wird gleichgerichtet, um eine Spannung an dem Widerstand 46 abzuleiten, der dann den .Auslöseimpuls an dem Impulsgenerator 42 anschaltet. Der Auslöseimpuls besitzt eine Dauer, die geringer ist als die des Hauptimpulses und wird über die Leitung O dem Schalter 40 zugeführt. Pur die Dauer des Auslöseimpulses ist der Schalter 40 vorgespannt, um den Durchgang von Energie von dem Oszillator 34 über den Schalter 40 und durch die Leitung D an die Anten- j

ne 30 zu ermöglichen. Der Auslöseimpuls an der Leitung C und die Radarsignale, die an der Leitung D der Antenne zugeführt werden, sind in Pig. 3 durch die Pegel C und D dargestellt. Der Beginn des Auslö-■eimpulses wird als der Nullpunkt in der grafischen Darstellung der Pig. 3 betrachtet.

In einer ⁿPehldistanz^ll-Anzeigevorrichtung, die leicht und klein sein muß, sowie die Anwesenheit von Radarzielobjekten in Entfernungen, die in Metern gemessen sind, anzeigen muß, wird die Betriebsfrequenz üblicherweise relativ hoch sein. In dem Ausführungsbeispiel der

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Pig. 2 ist angenommen, daß der Signalgenerator oder Oszillator 34 im Mikrowellenbereich bei einer Frequenz über 1800 MHz arbeitet. Einige der aktiven Oszillatorelemente, die in dem Mikrowellenbereich arbeiten, schalten nicht mit einem hohen Zuverlässigkeitsgrad an und auB; dies ist dann teilweise der Grund, daß zwei Impulsgeneratoren verwendet werden. Ein Generator kann die Schwingung in Gang setzen und der andere, dessen Betrieb von einem angemessenen Oszillatorbetrieb abhängt, wird dazu verwendet, um den Oszillatorausgang nur dann an die Antenne anzuschließen, nachdem der Oszillator voll betriebsbereit ist. Elektromagnetische Energie breitet sich in Luft oder im freien Raum mit ungefähr 0,3 m/nsec. aus. Die erste Welle in einem Wellenzug, der von dem Radiator 30 ausgeht, braucht zu einem Zielobjekt in 1,5 m Entfernung und für seine Reflexion über dieselbe Entfernung zu der Antenne 30 ungefähr 10 nsec. Die Anordnung der Pig. 2 ist vorgesehen, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Plugobjekten in aufeinanderfolgenden 1,5m Teilbereichen von der Antenne 30 aus zu bestimmten. Zu diesem Zweck wird der Auslöseimpuls verwendet, um einen Zeitraum von 10 see» zu besitzen, wie er in Zeile C der Pig. 3 dargestellt ist» wobei das ausgesandte Radarsignal eine Dauer von 10 nsec. besitzt, wie es in Zeile D der Pig. 5 zu erkennen ist. Wenn ein Echo des ausgesandten Signales zu der Antenne 30 zurückkehrt, wird das Signal, das es in der Antenne induziert, über die Sende- Empfangsweiche 32 über die Iieitung E eu einer Torrichtung 50 geleitet, die als "langsamer Schalter¹* bezeichnet wird, von dort über eine Leitung F zu dem Hochfrequenzverstärker 52 und von hler schließlich zu einer Miach-Stufe 56. Die Hisch-Stufe wird ein Ausgangssignal

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an den Videoverstärker 58 bei Empfang von zwei Eingangs Signalen liefera. Der Auegang des Hochfrequenzverstärkers enthält eines dieser Signale. Das andere Signal wird durch den Signalgenerator oder Oszillator 34 geliefert. Einer der Ausgänge des Oszillators ist durch eine Koppeleinheit 60 an die Miseh-Stufe über eine Leitung 61 gekoppelt. Wenn die zwei EingangsSignaIe an der Misch-Stufe gleichzeitig auftreten, und wenn sie dieselbe Frequenzdifferenz haben, dann erscheint ein Ausgangssignal an der Ausgangsleitung 62 der

Misch-Stufe, die dem Videoverstärker zugeführt wird. I

Das Signal, das von dem Oszillator über die Leitung 61 geliefert wird, unterscheidet sich in der Frequenz von der Frequenz des zugeführten Echosignales, da das Echosignal von einem bewegten Objekt reflektiert worden war, so daß es eine Doppler-Koaponente enthält. Da die zwei EingangsSignaIe an der Mischstufe gleichzeitig auftreten müssen, kann die Mischstufe nur dann ein Ausgangssignal für die Echos liefern, die vor dem Zeitpunkt zurückkehren, an dem der Oszillator am Ende des Hauptimpulses abgeschaltet ist. Die Dauer des Hauptimpulses bestimmt damit den Maximalberelch der Anordnung.

Die Mischstufe und der Videoverstärker können nicht be- ™ stimmen, zu welchem Zeitpunkt während des Hauptimpulses das Echo zurückgekehrt war. Der Ausgang des Videoverstärkers, der in der Zeile C erscheint, enthält nur dann ein Signal, wenn zu diesem Zeitpunkt ein Echosignal an die Antenne zurückgekehrt ist* Um diese Zeit zu bestimmen, wird die Zeit ermittelt, die seit der Aussendung des Originalsignales verstrichen ist;dies ergibt eine Information, aus der der Abstand zu dem Radarzielobjekt bestimmt werden kann. Die Bestimmung kann durchgeführt werden, da - wie oben erklärt - die Ausbreitungsgeschwin-

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digkeit der elektromagnetischen Signale bekannt ist. Das Doppler-Ausgangssignal an der Leitung G wird gleichzeitig den Gattern 64, 66 und 68 zugeführt. Dies sind UND-Gatter, durch welche das Doppler-Signal auf der Leitung G hindurch will, wobei vorgesehen ist, daß ein Auslöeesignal an ein Gatter gleichzeitig mit dem Anlegen des Doppler-Signales an der Leitung G. zugeführt wird» Ein derartiges Auslöseeignal wird in dem Impulsgenerator 42 erzeugt und ist auf der Leitung C vorhanden, von wo es direkt durch eine Leitung 69 zu einem Verzögerungselement 70 geleitet wM. Zur Vereinfachung ist in dem Ausführungsbeispiel das Verzögerungselement eingebaut, um eine 10 neec-Verzögerung zu liefern, lach Faswieren dee Verzögerungselementes 70 wird das Auelößesignal über eine Leitung H dem Gatter 64 zugeführt. Ebenso wird ©s einem zweiten Verzögerungselement 72 zugeführt, das für eine weitere 10 nsec-Verzögerung sorgt, bevor das Signal an ein drittes Verzögerungselement 74 und gleichzeitig an einer Leitung I anliegt, die zu dem Gatter 66/ führt. Nach Passieren des Verzögerungselemeates 74 wird das Auslösesigjxal über die Leitung J dem Gatter 68 zugeführt. Die Beschaffenheit de® Auelösesigoalegs, das an den Gattern 64, 66 und 68 anliegt ₉ und die Tatsache, daß das Verzögerungssignal ihnen nacheinander zugeleitet wird, ist in Pig„ 5 in den Zeilen H, I, J dargestellt. Wenn man die Zeltskala der Basislinie in Pig. 3 betrachtet, erzeugt der .Auslöseimpuls, der dem Schalter 40 zugeführt ist, die Aussendumg eines Radarsignales in Form eines 10 nsec-langen Impulses» Gleichzeitig mit dem.Ende dieses Impulses und nach einer 10 nsec-Verzö'gertrai
die Leitung H dem Satter
mit dem Ende dieees Amslösesignalee wird ©in Analog©-

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signal von einer Dauer von 10 nsec, über die Leitung I dem Gatter 66 zugeführt. Wenn dieses Signal aufhört, kommt ein Signal von einer Dauer von 10 nsec. an dem Gatter 68 über die Leitung J an. Irgendwelche Döppler-Signale, die an einem Gatter zu der Zeit erscheinen, wenn das Auslösesignal diesem Gatter zugeführt war, passieren das Gatter auf einer der zugehörigen Ausgangsleitungen K, L und M und liegen an einem "Boxcar"-Detektor der Doppler-Signale an. Der Ausgang des Detektors wird einem Niederfrequenzverstärker zugeführt und ä ist dann einem Begrenzer ausgesetzt, bevor es einer Ausgangsklemme für eine Verbindung an den Datenformer zugeführt wird. Insbesondere der Ausgang des Gatters 64 wird über die Leitung K einem "Boxcar"-Detektor zugeführt, dessen Ausgang dann an einem Niederfrequenzverstärker 76 und einem Begrenzer 77 anliegt, bevor ein Signal in der Ausgangsklemme 78 erscheint. Die Ausgangsleitung L von dem Gatter 66 leitet die Doppler-Signale, die das Gatter passieren, an einen "Boxcar"-Detektor 79, dessen Ausgang an einer Klemme 80 anliegt, nachdem es die Serienschaltung eines Niederfrequenzverstärkers 81 und einer Begrenzerstufe 82 passiert hat. Der Ausgang des Gatters 68 erscheint dann an einer Leitung M und liegt dann an einemⁿBoxcarⁿ-Detektor 83, einem Niederfrequenzverstärker· 84, einer Begrenzerstufe 85 und schließlich an einer Ausgangsklemme 86 an.

In der grafischen Darstellung der Pig. 3 ist gezeigt, daß ein Ausgangssignal an der Leitung S, ein weiteres Ausgangssignal an der Leitung M erscheint. Um diese Ausgangssignale zu erklären, 1st angenommen worden, daß gewisse Echos als Ergebnis der Aussendung des Signa-

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les, das in der Zeile D dargestellt ist, empfangen worden waren. In Bezug auf den Pegel B der Fig. 3 wurde angenommen, daß ein Echo von 10 nsec-Bauer an der Antenne 30 empfangen worden war, das zu der Zeit beginnt, nachdem das Radaraußgangssignal gesendet worden war. In dem folgenden Intervall von 10 nsec auf das erste Signal wird kein Echo empfangen. Zu dieser Zeit wurde ein aweites Echo von 10 nsec-Dauer empfangen. Diesem folgt eine. 10 nsec-Ruheperiode,, nach welcher ein drittes Echosignal von 10 nsec.-Bauer empfangen wird. Die Amplitude jedes Echos iet geringer als die. des vorangehenden Echos ₉ wodurch verdeutlicht wird, daß der Snergiebetragj der von entfernten Zielobjeteten zurückkehrt, geringer ist al® die Energie, die von Zielobjekten zurückkehrt ₉ die in einer kürzeren Entfernung gelegen sind.-

Wesm für einen Augenblick dl© Unterschiede in der Amplitude vernachlässigt vj@rd®n_s werden an einem Eingang des Hochfrequenzverstärkers 54- Echos ' einer Art, wie sie bei F in Fig.3 dargestellt sind, empfangen . Der "Langsan^-Schalter hat einen Einfluß auf die Amplitude„ aber keinen Einfluß auf die Frequenz oder die Zeitdauer« Die drei Hochfrequenzeingangssignale oder Echoe auf der Leitung F werden der Mischstufe §6 während der Dauer des Hauptiopulses A zugeführt. Das Echosignal auf der Leitung F wird der ÜLschetufe gleichzeitig mit dem Oszillatorausgang zugeführt. Daraus ergibt sich» daß ein Signal auf der Leitung 62 am Ausgang der Mischstufe erscheint, das die Doppler-Komponente des Echosignales darstellt, wenn dies tatsächlich eine Doppler-Komponete ist* Es wird angenommen, daß

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das Zielobjekt sich bewegt und, daß ee ein Doppler-Ausgangssignal ist. Diese Doppler-Signale erscheinen dann an der Leitung G, wie sie auch mit einem PegelG in Pig. 3 dargestellt sind. Die Laufzeit durch den Empfänger kann in Verbindung mit der vorliegenden Beschreibung als vernachlässigbar angesehen werden; die Videoausgangssigna-Ie an der Leitung G treten gleichzeitig mit dem Empfang eines Echosignales an der Antenne 30 auf. Das Doppler-Signal wird über die Leitung G an die drei Gatter 64, 66 und 68 zugeführt. Das Signal, das mit 90 bezeichnet I ist, entspricht dem ersten empfangenen Echo. Es wird den drei Gattern zu derselben Zeit zugeführt, zu der ein Auslösesignal über die Leitung H dem Gatter 64 zugeführt wird. Hieraus erg*ibt sich, daß das Doppler-Signal durch das Gatter an den ^HBoxcarⁿ-Detektor 65 über die Leitung K gelangt, wie es mit einem Pegel K in Fig. 3 dargestellt ist. In der Periode von 10 nsec, die auf den Empfang des ersten Echos folgt, wird kein Echo empfangen. Obwohl demnach noch ein Oszillatorsignal an der Mischstufe 56 anliegt, gibt es doch kein Auegangssignal an der Mischstufe und kein Doppler-Signal liegt an den Gattern während dieser Zeitperiode an. Sogar

wenn ein Auslösesignal Über die Leitung I dem Gatter ™

66 zugeführt wird, geht kein Signal durch das Gatter hindurch und es erscheint kein Signal an der Leitung L. Es erscheint dann auch kein Signal mit einem Pegel L, wie er in Fig. 3 zu erkennen ist. In der nächsten Periode von 10 nsec. wird ein Echo empfangen und erzeugt ein Doppler-Signal an der Leitung G und den Gattern zu der Zeit, au der ein Auslöseimpuls über die Leitung J dem Gatter 68 «ugeführt wird. Hieraus ergibt sich, daß das Doppler-Signal durch das Gatter 68 an die Ausgangsleitung M gelangen kann, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

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Um die Erklärung zu erleichtern, ist angenommen worden, daß keine zusätzlichen Gatter vorhanden sind, obwohl der Hauptimpuls noch andauert.Folglich gibt das empfangene dritte Echo, während es ein Doppler-Ausgangssignal auf der Leitung G auslöst, kein Entfernungsausgangssignal an irgendeine der Ausgangsklemmen 76, 80 und 86, da das Doppler-Signal nicht gleichzeitig mit dem Auslöseimpuls einem der Gatter zugeführt wird. Das Erscheinen eines Doppler-Signales auf der Leitung K zeigt an, daß ein Zielobjekt in dem ersten Entfernungsabschnitt von der Antenne vorhanden war. Erscheint kein Doppler-Signal auf der Leitung L, so bedeutet das, daß kein Zielobjekt in dem nächsten Entfernungsabschnitt von der Antenne war. Ein Ausgangssignal auf der Leitung M zeigt schließlich an, daß ein Radarzielobjekt in dem dritten Entfernungsabschnitt war.

Die Amplitude einer elektromagnetischen Strahlung an irgendeinem von der Antenne entfernten Punkt wird durch die Umkehr des Quadrates des Abstandes von der Antenne zu dem Meßpunkt bestimmt. Demnach ist die Amplitude der Echos, die von in.der Nähe liegenden Zielobjekten zurückkommen, mehrmals größer als- die Amplitude der Echos, die von entfernten Zielobjekten stammen. Ein Empfänger mit einer genügenden Empfindlichkeit, um auf ein schwaches Echo anzusprechen, wird durch das Echo von einem nahen Zielobjekt überlastet. Um dieses Problem zu überwinden, sind gemäß der Erfindung Vorrichtungen zur Begrenzung der Amplitudenechos von nahen Zielobjekten vorgesehen. Dies kann durch eine Verringerung der Amplitude des Echosignales vor dem Anliegen an den Empfänger durchgeführt werden. Dies ist eine bevorzugte Anordnung, die zur Verdeutlichung in den Zeichnungen ausgewählt wurde. Der "Langeam^-Schalter 50 stellt eine Vorrichtung dar, welches zunnehmend mehr

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mit der Zeit leitfähig wird, die auf ein Anfangssignal folgt, das ihn leitfähig macht. Es gibt verschiedene Schalter dieser Art. Eine bevorzugte Ausführungsform benutzt kompaktbeschaffene Vorrichtungen, die eine Kombination von Dioden und von Anordnungen zur Änderung einer Vorspannung verwendet, die an der Diode eingeprägt ist, so daß die Diode zuerst nur teilweise leitend und nachträglich immer mehr leitender wird. Eine Grundausführungsform eines solchen Schalters ist in Fig. 4 dargestellt. Sie enthält eine Diode (| 100, die in Serie zwischen zwei Klemmen 101 und 102 liegt. Ein Vorspannungskreis, der parallel zu der Diode liegt, enthält eine Serienschaltung einer Hochfrequenzdrosselspule 103,einer Vorspannungsquelle 104, welche mit der Zeit als Rechteckimpuls mit einer geringen Anstiegszeit variiert, und schließlich enthält er noch eine weitere Hochfrequenzdrosselspule 105. Die Spannung, die in Fig. 2 an dem Widerstand 46 ausgebildet wird, und von dem Ausgang des Osziallators 34 abgeleitet ist, welcher durch den Hauptimpuls gesteuert wird, ist im wesentlichen ein Impuls mit der Dauer des Hauptimpulses,außer daß er eine relativ lange ' Anstiegszeit besitzt. Die Kombination dieser Spannung ™ und des ⁿlangsam^!l-Sohalters 50 ergibt eine Übertragungscharakteristik an dem Schalter, welche sich mit-der Zeit ändert, wie es in Fig. 3 an dem Pegel der Übertragungsfunktion des ^HLangsam"-Schalters zu erkennen ist. Die Wirkungeweise dieser Übertragungsfunktion besteht darin, die Amplitude von frühen Impulsen zu vermindern, bevor sie an dem Hochfrequenzverstärker des Empfängers anliegen. Dies ist in der Zeile F der Fig. 3 dargestellt, wo die Amplitude der ersten zwei Hoo&frequenzsignale annähernd dieselbe ist, obwohl die Amplitude des ersten Echos

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tatsächlich größer ist als die Amplitude des zweiten Echos. Es ist kein Versuch unternommen worden, die Amplitude aller Impulse auf die Amplitude der Echos zu reduzieren, die aus der größeren Entfernung empfangen werden; die letzten empfangenen Impulse besitzen eine geringere Amplitude als die vorher eingetroffenen Impulse, die dann an dem Empfänger anliegen.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 verwendet ei nen gesonderten Detektor, der manchmal als Hochfrequenzgatter bezeichnet wird, für jeden Abschnitt des Bereiches, in dem eine Messung durchgeführt werden muß. Dieses Aüsführungsbeispiel verwendet gesonderte Antennen für die Aussendung und für den Empfang. Es könnte aber ebenso gut eine Sende-Empfangsweiche oder eine Zirkulatüranordnung entsprechend den Pig. 1 und 2 verwenden. In einem Signalgenerator oder Oszillator 110 werden Radarsignale während der Periode erzeugt, in der ein Impuls durch den Impulsgenerator 112 zugeführt wird. Der Impulsgenerator 112 liefert einen Hauptimpuls, der dem Hauptimpuls ähnlich ist, der durch den Impulsgenerator 36 des Ausführungsbeispieles gemäß Pig. 2 geliefert wird. Der Oszillatorausgang wird dem Schalter IH zugeführt. Wie im Falle des anderen Ausführungsbeispieles ,Läßt dieser Schalter eine Oszillatorausgangsenergie zu, um die Antenne für eine kurze Zeitdauer zu erreichen, die einem bestimmten Teilbereich der Anordnung entspricht. Diese Energie wird durch die Antenne 116 ausgestrahlt und die Echos dieser Energie werden durch die Empfangsantenne 118 aufgenommen. Daβ Signal wird zuerst in einem Hochfrequenzverstärker 120 verstärkt und dann einem Leistungsteiler 122 zugeführt. Obwohl es nicht wesentlich ist, wird in dem bevorzugten Aueführungebeiapiel

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der Erfindung dae Signal dem Leistungsteiler über einen "Langsam"-Schalter 124 zugeführt. Der Leistungsteiler teilt das ankommende Signal auf und führt !eile der Leistung in dem Signal gleichzeitig jedem der drei Detektoren 126, 127 und 128 zu. Einige Energie, die der Antenne 116 zugeführt wird, wird durch eine Kopplungsspule 130 dem Leistungsteiler 132 zugeführt, welcher das Signal für ein Anliegen an die drei Leitungen 133, 134 und 135 aufteilt, welche mit den drei Detektoren 126, 127, 128 verbunden sind. Das g

Signal, das der Leitung 133 zugeführt wird, liegt durch ein Verzögerungselement 136 verzögert an dem Detektor 126 an. Eine zweimal so große Verzögerung wird bei Anliegen dieses lokalen Signales durch eine Leitung 134 an einen Detektor 127 eingeschaltet. In der Leitung sind dann zwei Versögerungselemente 138 und 140 enthalten. In einer Verzögerungsleitung 135 zu einem Detektor 128 sind drei Verzögerungselemente 142, 1-4, 146 enthalten. Während die Betriebsweise dieser Anordnung etwas von der der Anordnung, die in Fig. 2 dargestellt ist, abweicht, kann ihre Betriebsweise in Analogie zu der Fig. 2 und durch Erläuterung der Fig. 3 verstanden werden. Hierbei wird M angenommen, daß der Schalter 114 für eine Zeitdauer von 10 nsec. angeschaltet wird und daß jedes der Verzögerungselemente 136, 138 , 140, 142, 144, 146 eine Zeitverzögerung von 10 nsec. einführt. Unter diesen Umständen wird das lokale Signal dem Detektor 126 über eine Leitung 133 über eine Verzögerungseinheit 136 für eine Zeit zugeführt, die bei der Folge des ausgesendeten Signales beginnt und 10 nsec. dauert. Das lokale Signal, das an dem Detektor 126 anliegt, beginnt 10 nsec. nach der Folge des ausgesendeten Signales und endet 10 nsec. später. Das lokale

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Signal, das in dem Detektor 128 anliegt, wird während der Dauer von 10 nsec. zwischen 30 und 40 nsec der folgenden ausgesendeten Signalfolge zugeführt. Wenn ein Echo, das eine Doppler-Komponente enthält, an der Antenne 118 in der ersten Periode von 10 nsec. der folgenden ausgesendeten Signalfolge empfangen wird, zeigt dies an, daß dies eine Reflexion von einem bewegten Radarzielobjekt in einer entsprechenden Entfernung von den zwei Antennen gewesen ist. Das Echosignal wird, dem Detektor 126 über den "Langsam"-Schalter 124 und über den Leistungsteiler 122. zugeführt. Gleichzeitig liegt dieses Signal zusammen mit dem lokalen Signal an dem Detektor 126 an und ergibt ein Doppler-Ausgangssignal, das in dem Verstärker 150 und an der Ausgangsklemme 151 anliegt. Da das lokale Signal ein Muster des ausgesendeten Signales ist und dieselbe Frequenz besitzt wie das ausgesendete Signal, wird kein Ausgangssignal an den Detektor 126 anliegen, ohne daß die Frequenz eines dieser zwei Eingangssignale geändert worden ist. Eine Art dieser Änderung besteht darin, das Echosignal zu erhalten, das von einem bewegten Objekt reflektiert worden ist, so daß es eine Doppler-Komponente enthält? diese Doppler-Komponente erscheint dann an der Ausgangsklemme 151. Wenn das Echo von einem Punkt in dem entsprechenden Bereichsabschnitt zurückkehrt, wird es dem Detektor 127 zugeführt und liegt dann gleichzeitig an dem Detektor des lokalen Signales über eine Leitung 134 an. Wenn das Echo von einem bewegten Zielobjekt zurückkehrt, so daß das Echosignal eine Doppler-Komponente enthält,dann wird das Doppler-Signal -n einem Verstärker 152 zugeführt und erscheint an der Ausgangsklemme 153. Ein Doppler-Signal wird von dem Detektor 128 an den Verstärker 154 und die Ausgangsklemme 155 abgegeben, wenn das Signal

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als Echo von einem bewegten Zielob^ekt in dem entsprechenden Abstand von der Antenne zurückkehrt, da ein solches Echo den Detektor 128 zugeführt wird und gleichzeitig an dem Detektor des lokalen Signales über die Leitung 135 anliegt. Frühzeitig zurückkehrende Echos werden in ihrer Amplitude durch den "Langsam"-Schalter 124 vermindert. Der Schalter wird durch den Impulsgenerator 160 angeschaltet. Dieser Impulsgenerator ist derselbe, der den Auslöseimpuls dem Schalter 114 zua?führt.

Der Impulsoszillator 112 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Mg. 5 dient einem anderen Zweck als der Impulsgenerator 36 in der fig, 2. Beide dienen dazu, den Oszillator anzuschalten, bevor ein Radarsignal an der Sendeantenne anliegt; sie schalten den Oszillator ab, nachdem der Übertragungsschalter offen ist. Hierdurch ist sichergestellt, daß das ausgesendete Signal eine einheitliche Amplitude über jeden Übertragungszyklüs besitzt. In Fig. 5 dient es also dazu, den Generator 160 für den Auslöseimpuls anzuregen. In Fig. 2 liefert der Impulsgenerator 136 einen längeren Impuls, so daß der Signalgenerator 34 ein ^

Ausgangssignal zur Verwendung ale lokales Signal in ™

einer Mischstufe liefert, um den Maximalbereich.zu bestimmen, In dem Signale erfaßt werden können, wenn eine geeignete Anzahl von Videogattern vorgesehen wurde. Es ist offensichtlich, daß verschiedene Gatterkreise verwendet werden können, die auf Echoe von verschiedenen Bereichsabschnitten ansprechen, wobei die Zeitdauer abgestimmt ist, über welcher das lokale Signal an dem Gatter oder Detektor anliegt und wobei die Zeltdauer geändert ist, über welcher das Suchelgnal ausgesendet wird. Ss 1st selbstverständlich,

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daß eine Einstellung in diesen Variablen in einigen Gattern erfolgen kann, die auf Echos in Bereichsabschni*- ten verschiedener Größe ansprechen und daß die Anordnung so eingestellt werden kann, daß sie auf Echos in besonderen Bereichsabschnitten nicht anspricht. Darüber hinaus können bestimmte Gatter so ausgebildet sein, daß sie gleichzeitig auf Echos in gewissen Bereichsabschnitten ansprechen, wobei das gleichzeitige Eintreffen eines Ausgangssignales von zwei Gattern die Anwesenheit eines Zielobjektes in einem Bereich anzeigt, der verschieden ist von dem angezeigten Bereich,wenn nur eines der zwei Gatter ein Ausgangssignal liefert. Obwohl dies in der obigen Beschreibung aus Gründen der Klarheit vernachläßigt wurde, ist es selbstverständlich, daß auch zwei Signale, die an dem Gatter oder Detektor anliegen, nicht koinzident für die gesamte Zeitdauer notwendig sind. Eine Koinzidenz für irgendeine wichtige Zeitdauer liefert dann ein meßbares AusgangssignaIt

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Claims

Pa t ent an β ν r ü c he

.JAno.rdnung zur Erfassung eines Bereiches, g e kennzeichnet durch eine Sendevorrichtung zur Aussendung von Signalen für eine Zeitdauer, die der Zeit entspricht, die für die ausgesendeten Signale erforderlich ist, um einen bestimmten Teil des Anordnüngsbereiches zu durchlaufen,durch eine Erfassungseinrichtung für die zu erfassenden Signale als Echo nach ihrer Reflexion an einem entfernten Zielobjekt, wobei die Erfassungsvorrichtung mehrere Ausgangssignalgeneratoren enthält, von denen jeder wirksam ist, um ein Ausgangssignal bei gleichzeitigem Anliegen von zwei Eingangssignalen zu liefern, durch einen Verbindungsschaltkreis zur gleichzeitigen Zuführung der Signale, die von den Echos der Signale abgeleitet sind, an die Ausgangssignalgeneratoren als eines der zwei Eingangssignale, und durch eine SignalverzögerungBanordnung zur Zuführung jeder der Erfassungsvorrichtungen als zweites der zwei Eingangssignale in Form eines Signales mit vorbestimmter Sauer, wobei der Zeitpunkt des Anliegens des zweiten Signales an jeden der AuBgangssignalgeneratoren für jedes von _Λ

ihnen verschieden ist. ™
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e η nz e lehn e t, daß die Signalverzögerungsvorrichtung angeordnet ist, um ein zweites der Eingangssignale für eine Sauer, die im wesentlichen gleich der Periode ist, anzulegen.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,g e k e η η ζ e i c hn,e t durch ein ausgesendetes Signal und ein zweites Signal, die in derselben Frequenz abwechseln, und durch eine Erfassungseinrichtung, die einen Doppler-Signalgene-

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rator entsprechend den zwei Eingangssignalen enthält, um ein Ausgangssignal zu liefern, das sich mit der Doppler-VerSchiebung zwischen dem ersten und zweiten Signal ändert.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal von der Quelle des ausgesendeten Signales abgeleitet ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung eine Serie solcher Signale aussendet, die in Intervallen sich wiederholen und die Dauer zwischen der Übertragung des vorgegebenen Signales und dem Ende des letzten Anliegens des zweiten Signales übersteigen, das von dem vorgegebenen Signal abgeMtet ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennnze lehnet, daß der Verbindungsschaltkreis eine Dämpfungsanordnung enthält, um die Amplitude der Signale, die von den früher empfangenen Echos abgeleitet sind, in höherem Maße zu begrenzen als die Signale, die von den später empfangenen Echos abgeleitet sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Antenne, um die reflektierten Signale zu empfangen, und durch eine Dämpfungsvorrichtung, die in dem Stromweg von den Antennen zu den Erfassungseinrichtungen gelegen ist, so daß die Signale entlang dieses Stromweges in einer Weise gedämpft sind, die sie zu Beginn der erwäwhnten Zeitdauer vermindert.

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8. Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e- k e η η ζ ei c h η e t, daß die Dämpfungseinrichtung einen Schalter enthält, dessen Leitfähigkeit im Laufe der Zeit größer wird.
9. Anordnung zur Erfassung eines Bereiches, gekennzeichnet durch einen Signalgenerator und einen Sender zur Aussendung von Signalen, die für eine Periode erzeugt worden sind, die der Zeit entspricht, die für die gesendeten Signale erforderlich ist, um

einen "bestimmten Teil des Anordnungsbereiches zu durch- λ

laufen, durch eine Erfassungseinrichtung für die zu erfassenden Signale als Echos nach einer Reflexion an einem entfernten bewegten Objekt, wobei die Erfassungseinrichtung einen Detektor enthält, um ein Doppler-Signal bei gleichzeitigem Anliegen von zwei Eingangs»» Signalen zu liefern, die sich in der Frequenz durch den Betrag einer Doppler-Komponente unterscheiden, durch einen Verbindungssehaltkreis zur Zuführung der erzeugten Signale und der Echos der ausgesendeten Signale an den Detektor als zwei Eingangssignale ,durch mehrere: Gattern, die ein Ausgangssignal bei gleichzeitigem Anliegen von zwei Gatfcer-Eingangssignalen liefern,durch eine Schaltkreisanordnung zur gleichzeiti- ||

gen Zuführung der Doppler-Signale an die Gatter als eines der Gattereingangssignale, und dutch eine Signalverzögerungsvorrichtung zur Zuführung an Jedes der Gatter als zweites Gattersignal mit einer im wesentlichen gleichen Zeitdauer, wobei der Zeitpunkt des Anliegens jedes der zweiten Gattersignale an den Gattern für jedes Gatter verschieden ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9_t g e k e nnz e i ebne t durch einen Doppler-Signaldetektor zur Erfassung des Doppler-Signales an dem Ausgang jedes der Gat-

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11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator einen Regelkreis enthält, um den Betrieb des Signalgenerators einzuleiten und nach einer Zeitspanne, die der zweifachen Übertragungszeit an das Ende eines Bereiches entspricht, den Betrieb des Signalgenerators zu beenden, daß der Sender einen Signalradiator enthält, und daß eine Ausgangsschaltkreisanordnüng vorgesehen ist, um ein Ausgangssignal des Signalgenerators an den Radiator für die vorbestimmte Zeitdauer anzulegen.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsschaltkreis einen Schalter enthält, der auf den Auslöseimpuls in einem Generator des Auslöseimpulses anspricht, der für die Periode besteht.
13· Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gattersignal von dem Generator des Auslöseimpulses abgeleitet ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13» g ekennzeichnet durch einen Dämpfungsschaltkreis, um das Doppler-Ausgangssignal zu vermindern, so daß Doppler-Signale, die von früher empfangenen Echos stammen, in relativ größerem Maße vermindert sind, als die Doppler-Signale, die von. später empfangenen Echoβ stammen.

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