DE2055981C3

DE2055981C3 - Schaltung für ein räumliches Monopulsradarsystem mit Sekundärradar-Abfrage

Info

Publication number: DE2055981C3
Application number: DE19702055981
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Bredow; Anton Dipl.-Ing. 8131 Wangen Brunner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-11-13
Filing date: 1970-11-13
Publication date: 1974-02-14
Also published as: IT940506B; NL7115597A; DE2055981A1; BE775277A; DE2055981B2; CH540497A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung für ein räumliches Monopulsradarsystem mit Sekundärradar-Abfragc zur Bestimmung der Fehlcrsignale sowohl in der Elevation als auch im Azimut mit einer unter Verwendung von vier in zwei orthogonalen Keinen und Spalten angeordneten Antennenelementen vier sich teilweise überlappende Strahlungskeulen abstrahlenden Antennenanordnung, deren Gesamtsummendiagramm und deren vertikales sowie horizontales Differenzdiagramm über mehrere Hybridschaltungen an getrennten Anschlußstellen vorliegen, wobei die Anschlußstelle für das Gesamtsummendiagramm senderseitig beaufschlagt ist und die empfangenen Signale von der Anschlußstelle für das Gesamtsummendiagramm an den Empfänger geführt sind und die beiden Anschlußstellen für das horizontale und das vertikale Differenzdiagramm bei sonst gleichen Leitungslängen über ein Phasenglied von .t/2 in einem der Differenzkanäle verbunden sind.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 288 654 ist ein für Abfrageradar einsetzbares räumliches Monopulsradarsystem zur Bestimmung der Fehlersignale sowohl in der Elevation als auch im Azimut bekannt. Eine Anordnung von vier in zwei Reihen und Spalten angeordneten Strahlern erzeugt dabei vier sich teilweise überlappende Antennenkeulen. Die Strahler können z. B. durch Verwendung eines Parabolreflektors oder einer Linse mit vier Speisehörnern verwirklicht werden. Die Energien aller vier Strahler zusammen erzeugen das Summendiagramm. Das Differenzdiagramm in der horizontalen Ebene wird dadurch gebildet, daß die Summe der Energien zweier in einer Spalte liegender Strahler genommen wird und diese von der Summe der Energien der anderen beiden Strahler abgezogen wird. Das Differenzdiagramm in der vertikalen Ebene wird durch Subtraktion der Energiesumme zweier in einer Reihe liegender Strahler von der Energiesumme der anderen beiden Strahler abgeleitet. Mehrere Hybridverbindungen erzeugen den Gesamtsummenkanal, den horizontalen Azimutdifferenzkanal und den vertikalen Elevationsdifferenzkanal. Die Signale dieser beiden Differeiukanäle werden durch Mischung und Einschaltung eines Phasengliedes um π/2 zueinander verschoben. Die Peilwerte für Azimut und Elevation werden nach einer Summierung der Summe dieser beiden Differenzsignale mit dem Summensignal abgenommen. Senderseitig beaufschlagt wird bei diesem bekannten System nur der Summenkanal.

Bei einem Abfrageradar (»TFF« = Freund-Feind-Identifizierung) beispielsweise ist es auch bekannt, für eine Ebene das Summen- und Differenzdiagramm im Sendefall zu verwenden (ebenes Monopulsradar), was eine Verbesserung der Zielauflösung gegenüber dem reinen Empfangsmonopuls ergibt. Bei räumlichem Monopulsradar stehen ein Summen- und zwei Differenzdiagramme, eines mit einem scharfen Minimum in der horizontalen Ebene und eines mit einem scharfen Minimum in der vertikalen Ebene, zur Verfügung. Die Verwendung der beiden Differenzdiagramme im Sendefall zeitlich nacheinander erhöht die Abfragedauer; eine gleichzeitige Verwendung der beiden Differenzdiagramme im Empfangsfall ergibt keine Verbesserung der Zielauflösung, so daß einzelne Ziele bei Vorhandensein mehrerer Ziele in Peilachsennähe nicht als solche auseinandergehalten werden können. Die Vsiwmdung von einem Differenzdiagramm im Sendefall und einem im Empfangsfall erhöht die Funkraumbelastung und den Aufwand im Empfangsteil und bringt in einer Ebene auch keine verbesserte Zielauflösung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltung für ein räumliches Monopulsradarsystem der eingangs genannten Art die Nachteile der bekannten Systeme zu vermeiden und die Zielauflösung in allen Ebenen erheblich zu verbessern.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch

gelöst, daß die sich am Ort der Verbindung des horizontalen und vertikalen Differenzdiagramms ergebende Anschlußstelle für ein Gesamtdifferenzdiagramm in im Prinzip bekannter Weise ebenfalls senderseitig derart beaufschlagt ist, daß Abfrageimpulse zeitlich nach-.inander an die Anschlußstelle für das Gesamtsummendiagramm und an die Anschlußstelle für das Gesamtdifferenzdiagramm geführt sind. Durch den Phasenunterschied von π/2 überlagern sich die beiden Differenzdiagramme, so daß kein talähnliches Minimum wie bei den bekannten Systemen mehr entsteht, sondern ein nach allen Seiten von der Peilrichtung aus ansteigendes, kraterförmiges Differenzdiagramm, das eine Peilverbesserung in allen Ebenen zuläßt. Die antwortenden Ziele liegen in einem etwa rotationsförmigen. eingeengten Bereich. Es ergibt sich demnach eine hleistiftförmige, nicht fächerförmige Einengung der Summenkeule.

Der Phasenunterschied von π/2 läßt sich leicht durch zwei sich um eine Viertelwellenlänge unterscheidende Leitungslängen von der Antenne jeweils über die beiden Differenzkanäle zu der Anschlußstelle für das Gesamtdifferenzdiagramm einstellen.

Die empfangenen Signale können zusätzlich am Anschluß des Gesamtdifferenzdiagramms abgenommen und im Empfangsmonopulsverfahren in einem /weiten Empfänger ausgewertet werden.

Zur Unterdrückung von achsenfernen Nebenzipfeln ist es zweckmäßig, daß empfangsseitig ein Vergleich zwischen Summensignal und Empfangssignal eines Rundstrahlers vorgenommen wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von sieben Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Antennenspeisesystem für ein räumliches Summen-Differenz-Radar nach der Erfindung,

Fig. 2 ein räumliches Strahlungsdiagramm des zusammengeschalteten Gesamtdifferenzdiagramms,

Fig. 3 einen beliebigen Schnitt durch das räumliche Diagramm nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Darstellung der Feldstärkekomponenten der vier Antennenelemente,

Fig. 5 die resultierende Feldstärke für die horizontale Ebene,

Fig. 6 die resultierende Feldstärke für die vertikale Ebene und

Fig. 7 die resultierende Feldstärke für die 45 Ebenen.

In Fig. 1 ist ein Speisesystem einer Antenne A für ein räumliches Monopulsverfahren mit Summen- und Differenzdiagramm dargestellt. Die Antenne besteht aus vier in zwei orthogonalen Reihen und Spalten angeordneten Antennenelementen Al, Al, A3 und A4, die beispielsweise durch zueinander versetzte Speisehornstrahler eines Parabolreflektor gebildet werden können. Die beiden horizontalen Antennenhälften bestehen aus den Elementensummen Al -|- A3 bzw. Al + A4 und die beiden vertikalen Antennenhälften aus den Elementensummen Al -f Al bzw. A3 + A4. Die Antennenelemente Al bis ,4 4 sind über drei zusammengeschaltete Hybridverbindungen 1, 2 und 3, beispielsweise Ringgabeln, so gespeist, daß am Anschluß 4 der Hybridverbindung 3 das Gesamtsummendiagramm Σge_S = Al t Al 4- .4 3 -|- A4 vorliegt (Fig. 1). Die Anschlüsse 9 und 10 der Hybridverbindung I führen zu den Antennenelementen A 1 und Al, so daß sich am Anschluß 8 die Summe A 1 -|- Al ergibt, während an die Anschlüsse 13 und 14 der Hybridverbindung 2 die Antennenelemenle A3 und A4 angeschlössen sind, so daß sich am Anjchluß 12: die

Differenzdiagramm Am-/ — A\ + Άί -für das Fehlersignal in der Elevation tritt am Ansc der Hybridverbindung 3 auf, während das hori/ Differenzdiagramm Aa₉,- — Al 4 A3 -(Al r an der symmetrischen Verbindungsstelle des Anschlusses 11 der Hybrid verbindung 1 und des Anschlusses 15 der Hybridverbindung 2 vorliegt. Es ist eine Zusammenfassung der beiden Differenzdiagramme A_rert und Α_ΛοΓ vorgesehen, die so erfolgt, daß die Anregung der Antennenelemente A 1 bis A4 durch die beiden verschiedenen Differenzkanäle unter Verwendung eines Phasenschiebers 16 um die Phase π/2 verschieden ist; d. h., die Weglängen von der Anschlußstelle 17 des Gesamtdifferenzdiagramms Δ_ίΜ —- A 1 + A3 - {Al + A4) +J[Al + Al - {A3 + A4)] bis zur Antenne A über die Kar.äle des vertikalen Differenzdiagramms A_rert und des horizontalen Differenzdiagramms Δ/,,,,- müssen um A/2 verschieden sein. Der Phasenunterschied ist also bei sonst gleichen Leitungslängen π/2 und läßt sich durch unterschiedliche Leitungslängen leicht einstellen. Die Anschlußstelle für das vertikale Differenzdiagramm Avert ist mit 18 und diejenige für das horizontale Differenzdiagramm Aftor mit 19 bezeichnet. Der Phasenschieber 16 kann anstatt zwischen den Anschlußstellen 17 und 18 auch zwischen den Anschlußstellen 17 und 18 angeordnet oder auf beide Teile aufgeteilt sein. Wesentlich ist lediglich der Phasenunterschied von π/2 zwischen der Anschlußstelle 17 für das Gesamtdifferenzdiagramm Ages und der Antenne A über die beiden verschiedenen Differenzdiagrammkanäle Ahor und

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist für ein Abfrageradar vorgesehen, bei dem beide Signale des Gesamtsummen- und des Gesamtdifferenzdiagramms gesendet und über das Gesamtsummendiagramm empfangen werden. Dabei wird ein erster Abfrageimpuls Pl über das Gesaintsuminendiagramm und ein zweiter Abfrageimpuls Pl über das kombinierte Gesamtdifferenzdiagramm abgestrahlt. Die HF-Impulse aus einem Sender 20 werden dazu über einen Schalter 21 geleitet, der taktgesteuert stets den ersten Abfrageimpuls PX an den Anschluß 4 der Hybridverbindung 3 leitet, z. B. über einen Zirkulator 22, oder statt dessen über einen Sende-Empfangs-Schalter oder — bei Verwendung von verschiedenen Frequenzen für Sender und Empfänger — über eine Frequenzweiche. Über den Zirkulator 22 oder das entsprechende Bauelement ist außerdem ein Empfänger 23 an den Anschluß 4 für das Gesamtsummendiagramm angeschaltet. Der zweite Abfrageimpuls Pl gelangt vom Schalter 21 in Form eines Sendeimpulses an den Anschluß 17 für das Gesamtdifferenzdiagramm A_ge$.

Ein Monopulsverfahren im Empfangsfall innerhalb eines Sekundärradar-Abfragesystems erübrigt sich meist, läßt sich aber mit demselben Gesamtsummen- und Gesamtdifferenzdiagramm durchführen.

In Fig. 2 ist das sich aus dem Antennensystem nach Fig. 1 ergcber.de räumliche Strahlungsdiagramm der zusammengeschalteten Differenzdiagramme Αλ_Ογ und A_Vert über ein Phasenglied von π/2, das als Gesamt-

differenzdiagramm A_ges bezeichnet ist. nach Art eines Höhenliniendiagramms dargestellt. Dabei ist der EIevationswinkel γ als Ordinate und der Azimutwinkel α als Abszisse aufgetragen. Zum besseren Verständnis ist in Fig. 3 ein beliebiger Schnitt ()' = c · a) durch das räumliche Diagramm nach Fig. 2 dargestellt (c ist ein beliebiger Faktor). Die konzentrischen Niveaulinien in Fig. 2 zeigen ein scharfes, etwa rotationsförmiges, kraterähnliches Minimum an, ähnlich einem E_m-Diagramm eines Rundhohlleiters. Der Abstand der Maxima (Kraterdurchmesser) hängt von der Antennenapertur und der- Belegung in der entsprechenden Ebene ab. Die Höhe der Maxima ist im Beispiel für die beiden 45 -Schnitte (« = γ und u = —γ) etwas geringer.

In diesem Zusammenhang werden die Fig. 4 bis 7 beschrieben. Die Fig. 4 zeigt die Feldstärkekomponcnten E als zeitliche Vektoren der einzelnen Antennenelemente .41 bis A4. Beim Antennenelement Ai treten im Differenzdiagramm zeitliche Feldstärkevektoren f.irrrii ^und £.i*orj jeweils der Größe α auf, die um 90 gegeneinander verschoben sind. Der resultierende Gesamtvektor im Antennenelement Al der Größe a ■ | 2 ist mit E^ bezeichnet. Entsprechendes gilt für die anderen Antennenelemente A 2 bis A4 unter Berücksichtigung der Richtungen der einzelnen Feldstärkezeitvektoren. I-ig. 5 zeigt die resultierenden Zeitvektoren aller vier Antennenelemente A\ bis A4 für die horizontale Ebene (Horizontaldifferenzdiagramm) jeweils der Größe 2a und Fig. 6 die resultierenden Zeitvektoren für die vertikale Ebene (Vertikaldifferenzdiagramm), ebenfalls jeweils der Größe2a. Fig. 7 zeigt die resultierenden Zeitvektoren der Feldstärke aller vier Anlennenelemente Al bis A4 für 45°- Ebenen. Demnach können bei gleicher horizontaler und vertikaler Aperturabmessung und Belegung keine größeren Unterschiede als 3 dB in der Höhe der Kratermaxima (vgl. Fig. 2) auftreten, da nach Fig. 4 bis 7 für keine der Ebenen γ = c ■ η eine Feldstärkekomponente kleiner als a · J'2 zustande kommt.

Sind die horizontalen und vertikalen Aperturabmessungen verschieden, so ist die Ebene mit den kleinsten Diff.erenzmaxima ungleich 45°.

Für die Peilverschärfung ist es vorteilhaft, das Differenzsignal gegenüber dem Summensignal zu verstärken, so daß die Summenkeule von der steil ansteigenden, weitgehend rotationssymmetrischen inneren Kraterflanke des Differenzdiagramms etwa in einem Kreis geschnitten wird. Dadurch antworten nur innerhalb der dem Kreis zugeordneten Raumwinkel liegende Ziele, deren Auflösung ebenfalls durch den engen Kreis und nicht durch die breite Summenkeule bestimmt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung für ein räumliches Monopulsradarsystem mit Sekundärradar-Abfrage zur Bestimmung der Fehlersignale sowohl in der Elevation als auch im Azimut mit einer unter Verwendung von vier in zwei orthogonalen Reihen und Spalten angeordneten Antennenelementen vier sich teilweise überlappende Strahlungskeulen abstrahlenden Antennenanordnung, deren Gesamtsummendiagramm und deren vertikales sowie horizontales Differenzdiagramm über mehrere Hybridschaltungen an getrennten Anschlußstellen vorliegen, wobei die Anschlußstelle für das Gesamtsummendiagramm senderseitig beaufschlagt ist und die empfangenen Signale von der Anschlußstelle für das Gesamtsummendiagramm an den Empfänger geführt sind und die beiden Anschlußstellen für das horizontale und das vertikale Differenzdiagramm bei sonst giei- ao chen Leitungslängen über ein Phasenglied von π/2 in einem der Differenzkanäle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die sich am Ort derVerbindungdes horizontalen und vertikalen Differenzdiagramms ergebende Anschlußstelle (17) für »5 ein Gesamtdifferenzdiagramm (A_je5) in im Prinzip bekannter Weise ebenfalls senderseitig derart beaufschlagt ist, daß Abfrageimpulse (Pl, PT) zeitlich nacheinander an die Anschlußstelle (4) für das Gesamtsummendiagramm (Σ_ί(>) und an die Anschlußstelle (17) für das Gesamtdifferenzdiagramm (Ages) geführt sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenglied (16) von .-τ/2 durch zwei sich um eine Viertelvellenlänge unterscheidende Leitungslängen von der Antenne (A) jeweils über die beiden Differenzdiagrammkanäle (Aa₀₁-, Avert) zu der Anschlußstelle (17) für das Gesamtdifferenzdiagramm (Agea) gebildet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenen Signale zusätzlich vom Anschluß (17) für das Gesamtdifferenzdiagramm an einen zweiten Empfänger zur Empfangsmonopulsauswertung geführt sind.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Gesamtdifferenzsignal gegenüber dem Gesamtsummensignal verstärkt ist.

5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise cmpfangsseitig ein Vergleich des Summendiagrammsignals (Σ_βΜ) mit dem von einem Rundstrahler empfangenen Signal vorgenommen wird.

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