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Schaltungsanordnung in einem Puis-Doppier-Radergerät zur Feststellung
von Echos bewegter Flugkörper Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
in einem Puls-Doppler-Radargerät zur Feststellung von Echos bewegter Flugkdrper,
bei der das Emptangs-Dopplersignal ein die Dopplerfrequenzen durchlassendes Bandpassfilter
durchläuft, in einem anschliessenden Dopplersignalverstärker verstärkt und sodann
gleichgerichtet wird, bei der der Dopplersignalverstärker mit einer Schal tung zur
Konstanthaltung der Amplitude des verstärkten Dopplersignals in Verbindung steht
und bei der ein Schwellwertschalter vorhanden ist, der beim Ueberschreiten eines
bestimmten Dopplersignalpegels ein Ausgangssignal abgibt.
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Bei Puls-Doppler-Radarsystemen kann das Entdeckon eines bewegten Flugkörpers
direkt angezeigt oder zum Ein- bzw.
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Ausschalten weiterer Geräte benutzt werden. Die Information, dass
ein bewegter Flugkörper entdeckt ist, wird durch das Erscheinen eines Dopplersignals
a@@gelöst, Bei bisher bekannten Schaltungen löst das Dopplersignal beim Ueberschreiton
eines bestimmten Schwellwertes diese Information aus. Diese bekannte Lösung hat
den Nachteil, dass der Schaltschwellwert relativ hoch über dem Rauschpegel angesetzt
werdon muss. Um Fehlalarme zu vermeiden, ist der Schaltschwellwert für die grösstmögliche
Rauschamplitude zu dimensionieren, Bei kleinerer Rauschamplitude, z. B. infolge
der Rege@ung im ZF-Verstärker, ist dann aber der Schaltschwellwert unnötig hoch
angesetzt.
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Dor Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, bei der das Empfangs-Dopplersignal ein die Dopplerfrequenzen durchlassendes
Bandpassfilter durchläuft, in einem anschliessenden Dopplersignalverstärker verstärkt
und sodann gleichgerichtet wird, bei dor der Dopplersignalverstärker mit einer Schaltung
zur Konstanthaltung der Amplitude des verstärkten Dopplersignals in Verbindung steht
und bei der ein Schwellwertschalter vorhanden ist, der beim Ueberschreiten eines
bestimmten Dopplersignalpegels ein Ausgangssignal abgibt.
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Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist daudrch gekennzeichnet,
dass am Ausgang des Dopplersignal-Verstärkers wenigstens drei Bandpassfilter parallelgeschaltet
sind, deren Durchlassbereiche unmittelbar aneinander anschliessen und zusammen
den
Durchlassbereich des Dopplerfilters überdecken, dass Jedem Bandpassfilter eine Gleichrichterstufe
und ein mit einer Schwellwertspannungsquelle verbundener Schmltt-Trigger nachgeschaltet
ist und dass die Ausgänge der Schmitt-Trigger auf Eingänge einer Logikschaltung
geführt sind, die beim Vorhandensein von wenigstens einer, Jedoch höchstens zwei
Schmitt-Trigger-Ausgangsspannungen eine Ausgangsspannung abgibt.
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Der Vorteil der neuen Schaltungsanordnung besteht darin, dass die
Schaltschwelle für das Dopplersignal unabhängig vom Absolutwert des Rauschpegels
am Dopplerverstärker-Eingang im Bereich des Rauschpegels angesetzt werden kann,
was einer wesentlichen Empfindlichkeitsverbesserung gleichkommt.
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An Hand der eichnung wird im folgenden ein Ausfffhrungsbeispiel einer
erfindungsgemässen Schaltungsanordnung erläutert.
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Fig. 1 zeigt dabei ein Blockschema einer Schaltungsanordnung in einem
Puls-Doppler-Radarsystem zur Feststellung von Echos bewegter Flugkörper. In Fig.
2 ist eine Variante der Logikschaltung der Fig. 1 dargestellt. In Fig. 3 sind die
drei Ausgsngsspannungen der Detektoren in Funktion der Dopplerfrequens sowie die
Bezugsspannungen dargestellt.
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Das Dopplerfilter 1 in Fig. 1 weist einen Durchlassbereich auf, der
sich von einer Frequenz entsprechend der kleinsten
Fluggeschwindigkeit
bis zu einer Frequenz entsprechend der halben Pulsrepetitionsfrequenz erstreckt.
Sobald ein bewegter Flugkörper vom Radarsystem erfasst ist, erscheint am Ausgang
des Dopplerfilters 1 ein Dopplersignal V1. Zur Verstärkung des Dopplersignals V1
ist ein Dopplerverstärker 2 vorgesehen. Dieser steht mit einer Schaltung 3 zur Konstanthaltung
des verstärkten Dopplersignals V2 in Verbindung. In dieser Schaltung ist eine Vergleichsschaltung
24 vorhanden, deren erster Eingang mit dem Ausgang eines Detektors 23 zur Erzeugung
einer der Amplitude des verstärkten Dopplersignals V2 proportionalen Gleichspannung
U23 in Verbindung steht und deren zweiter Eingang an einer Bezugsgleichspannungsquelle
25 angeschlossen ist. Der eine Regelspannung U3 abgebende Ausgang der Vergleichsschaltung
24 ist auf den Regelspannungseingang des Dopplersignal-Verstärkers 2 geführt.
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Am Ausgang des Dopplersignal-Verstärkers 2 sind drei Bandpassfilter
4, 5, 6 parallelgeschaltet, deren Durchlassbe reiche unmittelbar aneinander anschliessen
und zusammen den Durchlassbereich des Dopplerfilters 1 überdecken. Jedem Bandpassfilter
4 bzw. 5 bzw. 6 ist eine Gleichrichterstufe 7 bzw. 8 bzw. 9 und ein Sehmitt-Trigger
10 bzw. 11 bzw. 12 nachgeschaltet, der eine Steuerspannung U10 bzw.
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Ull bzw, U12 abgibt, sobald dessen Eingangssignal U7 bzw.
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U8 bzw. U9 die von einer Bezugsspannungsquelle 13 bzw. 14 bzw. 15
abgegebeno Schwellenspannung U13 bzw. U14 bzw. U15 übersteigt. Die Ausgänge der
Schmitt-Triger 10, 11, 12 sind
auf Eingänge einer Logikschaltung
16 geführt, die beim Vorhandensein von wenigstens einer, jedoch höchstens zwei Schmitt-Trigger-Ausgangsspannungen
UIO, Ull, U12 eine Ausgangsspannung U16 abgibt.
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In der Logikschaltung 16 ist ein erstes bzw. ein zweites UND-Tor 17
bzw. 21 vorhanden, auf d.essen separate Eingänge die Ausgänge der Schmitt-Trigger
10, 11, 12 direkt bzwq über Negationsglieder 18, 19, 20 geführt sind. Die negierten
Ausgänge der UND-Tore 17, 21 sind mit Je einem separaten Eingang eines weiteren
UND-Tors 22 verbunden.
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In der Fig. 2 ist eine Variante der Logikschaltung 16 der Fig. 1 dargestellt.
Es ist ein erstes bzw. zweites Aequivalenztor 26 bzw. 27 vorhanden, dessen Ausgang
auf einen direkten bzw. einen invertierten Eingang eines ODER-Tores 29 geführt ist.
Das erste Aequivalenztor 26 ist über den einen Eingang mit dem Ausgang des ersten
Schmitt-Triggere 10 und über den andren Eingang mittels eines Negationsgliedes 28
mit dem Ausgang des zweiten Schmitt-Triggers 11 verbunden. Das zweite Aequivalenstor
27 steht über Je einen Eingang mit dem Ausgang des zweiten und dritten Schmltt-Triggers
11, 12 in Verbindung.
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In der Fig. 3 sind die Ausgangaspannungen der Detektoren 7, 8, 9,
23 in Funktion der Dopplerfrequenz fD dargestellt.
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Solange am Eingang nur eine Rauschspannung, Jedoch kein Dopplersignal
vorhanden ist, stellen sich die Spannungswerte
US7, US8, US9 ein,
die sich durch die Gleichrichtung der Rauschspannungen ergeben. Ist jedoch ein Dopplersignal
mit der Frequenz fD1 bzw. fD2 vorhanden, so ergibt sich die eingezeichnete Spannung
UD1 bzw. UD2. Die von den Bezugsspannungsquellen 13, 14, 15 erzeugten Bezugsspannungen
U13, U14 and U15 sind vergleichsweise in dasselbe Diagramm ein gezeichnet.
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Die Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 funktioniert nun folgendermassen:
Es sei zunächst angenommen, dass am Eingang des Dopplerfilters 1 kein Dopplersignal,
sondern lediglich eine in den vorhergehenden Stufen (z. B. Zwischenfrequenz-Verstärker)
verursachte Rauschspannung vorhanden ist. Die im Durchlassbereich des Dopplerfilters
liegenden Komponenten der Rauschspannung gelangen an den Eingang des Dopplerverstärkers
2 und werden in diesem verstärkt. Am Eingang der Regelschaltung 3 liegt nun diese
verstärkte Rauschspannung, so dass der Detektor 23 eine Gleichspannung U23 abgibt.
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Die Vergleichsschaltung 24, welche die Gleichspannung U23 mit der
Bezugsspannung U25 vergleicht, erzeugt eine Regelspannung U3, welche bewirt, dass
die vom Dopplerverstärker 2 verstärkte Rauschspannung auf eine vorbestimmte Amplitude
geregelt ist.
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Die Bandpassfilter 4, 3 und 6 übertragen die im betreftenden Durchlassbereich
liegenden Rauschspannungskomponenten zu den Detektoren 7, 8, 9. In diesen werden
die Gleich-
Spannungen US7, US8, US9 durch Gleichrichtung der Rauschspannungen
erzeugt. Die Grösse der erzeugten Gleiohopannungen US7, US8, US9 ergibt sich aus
dem Anteil an der gesamten Rauschspannung, der vom Jeweils vorgeschalteten Bandpassfilter
übertragen wird. Bei der Aufteilung des vom Dopplerfilter t übertragenen Rauschfrequenz-Spektrums
auf drei Bandpassfilter mit drei gleich breiten Durchlassbereichen werden durch
die Detektoren 7, 8, 9 drei gleich grosse Gleichspannungen US7t USB und US9 erzeugt.
Diese Gleichspannungen sind #3 mal kleiner als die Spannung U23, die aus der Rauschspannung
mit dem gesamten Rauschspektrum erzeugt wird. Diese Reduktion des Rauschpegels erklärt
sich folgendermassen: Bei der Aufteilung des Rauschfrequenz-Spektrums auf n Bandpassfilter
mit gleich breiten Durchlassbereichen sinkt die Rauschleistung am Ausgang Jedes
Filters auf den n-ten Teil. Die Rauschspannung sinkt dann bekanntlich auf den Mn-ten
Teil.
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Die Schwellenspannungen U13, U14, U15 sind so gewählt, dass sie oberhalb
der durch die Rauschspannungen erzeugten Gleichspannungen US7, US8, US9 liegen.
Von den Schmitt-Triggern 10, 11, 12 werden in diesem Falle keine Steuerspannungen
erzeugt. Die drei Eingänge der Logikscbaltung 16 sind spannungslos. In diesem Zustand
erscheint am negierten Ausgang des UND-Tores 21 eine Spannung. Am Ausgang des zweiten
UND-Tores 17 ist keine Spannung vorhanden so dass das VND-Tor 22 sperrt. Es wird
kein Ausgangasignal UA abgegeben.
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Sobald nun aber das Radarsystem ein bewegtes Ziel erfasst, trifft
am Eingang d.es Dopplerfilters 1 ein Dopplersignal ein. Dieses wird vom Dopplerfilter
1 übertragen und dem Dopplerverstärker 2 zugeführt. Das verstärkte Dopplersignal
V2 gelangt an die Eingänge der Bandfilter 4, 5, 6 und. ebenfalls zur Regelschaltung
3. In dieser wird mittels eines Detektors 23 das verstärkte Dopplersignal V2 gleichgerichtet
und der Vergleichsschaltung 24 zugeführt. Die Vergleichsschaltung 24 vergleicht
die Gleichspannung U23 mit der Bezugsspannung U25 und gibt ein Regelsignal U3.ab,
das das verstärkte Dopplersignal V2 auf den vorbestimmten Wert regelt. Der Rauschanteil
der Spannung V2 wird. dadurch vermindert, Es sei angenommen, das Dopplersignal weise
eine Frequenz fD1 auf, die im Durchlassbereich des Bandpassfilters 5 liegt.
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Der durch das Bandpassfilter 5 übertragene Anteil der Spannung V2
gelangt zum Detektor 8, d.er nun eine diesem Anteil proportionale Gleichspannung
U8 liefert. Diese Gleichspannung U8 übersteigt die Schwellenspannung U14, so dass
der Schmitt-Trigger 11 kippt und eine Steuerspannung U11 an die Logikschaltung 16
abgibt.
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Die Steuerspannung U11 gelangt zum UND-Tor 17 und an das Negationsglied
19. Die anderen beiden Eingänge der Logikschaltung 16 sind spannungslos. In diesem
Zustand liegt an den negierten Ausgängen der UND-Tore 17 und 21 Spannung.
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m Da nun beiden Eingängen des UND-Tores 22 Spannung vorhanden ist,
erscheint eine Ausgangsspannung U16, die das Entdecken
eines bewegten
Flugkörpers anzeigt.
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Bei der Verwendung der in Fig. 2 angegebenen Variante der Logikschaltung
16 spielt sich d.ie Ausgabe der Ausgangsspannung U16 folgendermassen ab: Die Steuerspannung
Ull gelangt an das Negationsglied 28 und auf einen Eingang des Aequivalenztores
27. Die Steuerspannung U11 hat auf das Aequivalenztor 27 keinen Einfluss, da an
dessen zweiten Eingang keine Spannung vorhanden ist, Am Ausgang des Negationsgliedes
28 verschwindet die Spannung, so dass nun beide Eingänge des Aequivalenztores 26
spannungsfrei sind. Das Aequivalenztor 26 gibt eine Spannung an das ODER-Tor 29
ab, so dass am Ausgang der Logikschaltung 16 eine Ausgangsspannung U16 erscheint.
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Beim Auftreten eines Dopplersignals mit einer Frequenz fD2, die in
den überlappenden Teilen der Durchlassbereiche der Bandpaesfilter 4 und 5 liegt,
sind an den Ausgängen der Detektoren 7 und 8 Spannungen U7 und U8 vorhanden.
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Diese übersteigen die Schwellenspannungen U13 und U14, so dass die
Schmitt-Trigger 10 und 11 kippen. Die Logikschaltung erhält in diesem Falle an zwei
Eingängen Spannung. Bei diesem Zustand liefert die Logikschaltung 16 ebenfalls eine
Ausgangsspannung U16.