DE2061989B2 - Puls-Kohärenzdopplerradargerät - Google Patents

Description

π ²·'·

ω fd = —— .

Die Erfindung betrifft ein Puls-Kohärenzdopplerradargerät, bei dem die Steuerimpulse der Bereichstorschaltungen eine Dauer aufweisen, die dem ganzzahligen Vielfachen π der Dauer b der Radarimpulse entsDricht.

Das Ausgangssignal des Phasendiskriminators wird gleichzeitig einer Reihe von Bereichstorschaltungen und Filtern zugeführt. Die Öffnungszeit der Bereichstorschaltungen wird durch aufeinanderfolgende Impulse von Torschaltung zu Torschaltung festgelegt. Bestimmte Impulse aller Wiederholungsperioden steuern dieselbe Torschaltung. Daher entsprechen die von einer Bereichstorschaltung abgegebenen Signale den Signalen, die von einer Zone kommen, die einen bestimmten Abstand zur Radaranlage hat. Die Empfindlichkeit und die Bereichsauflösung erreichen ein Maximum, wenn die Öffnungszeit der Bereichstorschaltung gleich der Dauer der Radarimpulse ist.

Um eine ausgedehnte Zone abzutasten, sind eine Reihe von Bereichstorschaltungen erforderlich. Die Anzahl ist um so größer, je kleiner die Öffnungszeit ist. Um die Anzahl der Bereichstorschaltungen zu beschränken, wird die Öffnungszeit vergrößert, so daß sie ein Mehrfaches der Dauer der Radarimpulse annimmt. Diese Vergrößerung der Öffnungszeit der Bereichstorschaltungen bringt bei bestimmten Bereichswählern einen Verlust von Echosignalen mit sich. Bei anderen Bereichswählern nimmt das Signal-Geräusch-Verhält-η is ab.

Um diesen Verlust von Echosignalen zu vermeiden, ist schon vorgeschlagen worden, die Impulse des Phasendiskriminators über einen Tiefpaß zu leiten und dadurch zu verbreitern. Dies hat jedoch den Nachteil, daß bei einem hohen Echopegel mehrere Bereichstorschaltungen ansprechen, obwohl das Echo nur einem einzigen Bereich zugeordnet ist

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Puls-Kohärenzdopplerradargerät die Öffnungszeit für die Bereichstorschaitungen zu vergrößern, ohne die vorstehenden Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Ausgangssignale des Phasendiskriminators einmal direkt und über mehrere Ver-

zögerungsleitungen um ganzzahlige Vielfache der Dauer der RadarimpuJse verzögert einer Summierschaltung zugeführt werden und daß die so summierten und verbreiterten Signale über ein Tiefpaß-Filter an die Bereichstorschaltungen weitergeleitet werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Prinzipschaltbild eines bekannten Bereichswählers,

F i g. 2a, 2b und 2c Diagramme, die verdeutlichen, wie ein Echo, das über ein Tiefpaß-Filter verbreitert wurde, in mehreren Entfernungsbereichen erscheint,

Fig.3 ein Diagramm des Empfindlichkeitsverlustes für den Fall, daß der Abtastimpuls des Wählers nicht mit dem Maximum des Echos zusammenfällt,

Fig.4 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung,

Fig.5 die Übertragungsfunktion der Schaltung mit Verzögerungsleitungen nach F i g. 4,

F i g. 6 die Lage der Bandbreite des TiefpaC-Filters,

F i g. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel,

F i g. 8 ein drittes Ausführungsbeispiel.

Bei den bekannten Puls-Kohärenzdopplerradargeräten werden die Impulse des Phasendiskriminators gleichzeitig einer Anzahl von Bereichswählern zugeführt. Jeder Bereichswähler ist der Verarbeitung des Signals zugeordnet, das von einem Entfernungspunkt stammt, der in einem bestimmten Abstand zum Radargerät gelegen ist. F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines derartigen Bereichswählers. Dieser Bereichswähler enthält eine elektronische Torschaltung 1, Bereichstorschaltung genannt, die einmal das Ausgangssignal A des Phasendiskriminators und zum anderen von einer Schaltung 7 Impulse mit einer Dauer ρ und einer Periode T empfängt. Diese Periode T entspricht der Wiederholungsperiode des Radarsystems. Der Bereichstorschaltung 1 ist eine Schaltung 2 nachgeschaltet, die einen Kondensator enthält, der in einer sehr kurzen Zeit auf die Spannung des Signals geladen wird, das von der Bereichstorschaltung abgegeben wird. Dieser Kondensator behält seine Ladung von Impuls zu Impuls bei. Die Ladespannung des Kondensators entspricht der Amplitude des Signals am Ende des Abtastimpulses. Das Ausgangssignal der Schaltung 2 wird einem Filter 3 zugeführt. Dieses Doppler-Filter läßt nur die Frequenzkomponenten durch, die zwischen einigen zehn Hertz und /72 liegen. Dabei ist

die Impulswiederholungsfrequenz der Radarimpulse. Ein derartiges Doppler-Filter unterdrückt die Komponenten von Festzielen. Das gefilterte Signal wird einem Detektor 4 und dann einem Tiefpaß-Filter 5 zugeführt. Das vom Tiefpaß-Filter 5 abgegebene Signal gelangt zu einer Analog-Torschaltung 6, der auch die Abtastimpulse der Bereichstorschaltung 1 zugeführt werden.

Wenn die Öffnungszeit ρ der Bereichstorschaltung größer ist als die Dauer b der Radarimpulse, dann treten die bei offener Bereichstorschaltung empfangenen Impulse nur in einem Teil der Öffnungszeit auf. Dies kann zu einem vollständigen Signalverlust führen.

Dieser Verlust von Echoimpulsen tritt nicht auf, wenn die Schaltung 2 nach F i g. 1 einen Kondensator enthält, der den Strom während des Abtastimpulses integriert und seine Ladung bis zum folgenden Impuls beibehält. Dabei wird jedoch das Signal-Geräusch-Verhältnis verschlechtert Die Geräuschbignale werden über die

Dauer ρ integriert, während das Nu tzsignal nur über die Dauer b integriert wird.

Um diesen Informationsverlust zu vermeiden, werden alle empfangenen Impulse verbreitert, so daß sie alle die Breite der Bereichstorschaltung umfassen. Diese Verbreiterung wird z. B. so durchgeführt, daß die Breite des vergrößerten Impulses bei 3 db gleich der Breite der Torschaltung ist. F i g. 2a zeigt einen verbreiterten Impuls mit einer Gaußschen Verteilung, der über ein Tiefpaß-Filter erhalten wird. Die F i g. 2b und 2c zeigen zwei besondere Lagen für Entfernungssprünge in bezug auf die maximale Lage des Impulses. Der Vergleich der F i g. 2a und 2b zeigt, daß bei einem Arbeitsbereich des Radarsystems von 50 db fünf Bereichstorschaltungen ein Signal abgegeben, das größer ist als die Erfassungsschwelle. Bei der Lage der Entfernungssprünge nach Fig.2c liefern vier Torschaltungen ein Signal, das größer ist als die Erfassungsschwelle.

Das Diagramm nach Fig.3 zeigt einen anderen Nachteil, der durch die Verbreiterung der Impulse über ein Tiefpaß-Filter bedingt ist. Wenn die AnstiegsfJanke des Abtastimpulses nicht mit dem Maximum des Impulses zusammenfällt, dann tritt ein Empfindlichkeitsverlust von 3 db auf.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden bei der erfindungsgemäßen Lösung die vom Phasendiskriminator abgegebenen Impulse über mehrere Verzögerungsleitungen um ganzzahlige Vielfache der Dauer der Radarimpulse verzögert; eine Summierschaltung führt die Ausgangssignale der Verzögerungsleitungen und des Phasendiskriminators zusammen. Das Ausgangssignal der Summierschaltung wird einem Tiefpaß-Filter zugeführt.

Wenn die Dauer ρ der Bereichstorschaltung gleich Ab ist, dann ergibt sich eine Schaltung nach F i g. 4. Diese Schaltung enthält drei Verzögerungsleitungen 9, 10 und 11, deren Laufzeit jeweils b beträgt. Es ist leicht einzusehen, daß die Anordnung von Verzögerungsleitungen und der Summierschaltung die Überlagerung des empfangenen Impulses mit drei anderen, identischen Impulsen darstellt, die jeweils um eine Zeit b verschoben sind. Am Ausgang der Summierschaltung 12 tritt daher ein einziger Impuls mit der Dauer Ab auf. Die Übertragungsfunktion H(f)e\nes derartigen Stromkreises ist durch die Gleichung

sin 4

•fh

■50 gegeben und in F i g. 5 dargestellt. Diese Übertragungsfunktion ist periodisch und reicht ins Unendliche, wenn die Bandbreite der Verzögerungsleitungen unendlich ist. Da nur Interesse an den niedrigen Frequenzen besteht, ist es erforderlich, ein Tiefpaß-Filter einzusetzen. Die Grenzfrequenz dieses Tiefpaß-Filters wird so gewählt, daß von dem Signal die maximale Energie empfangen wird. Die Einhüllende S(f) des Spektrums des Ausgangssignals am Stromkreis 12 ist durch

S(Z) = 2·

sin 4 · .-r · fb
2 · -τ ■ Z

gegeben, wenn der Phasendiskriminator 8 Impulse mit einer Dauer von Ab abgibt. Die Energieverteilung des Signals in Abhängigkeit von der Frequenz ist in F i g. 6 aufgezeigt. Das Spektrum wird von den Frequenzlinien — gebildet, die durch die Kurve [S(fJ\ eingehüllt sind.

Diese Figur zeigt dann den Punkt .,.!, , der als ^tun«^{en 18 und 19}· ^{die mit} Reflexionen arbeiten und

Laufzeiten von und b haben. Der der Eingangsklem-

2 ft
Grenzfrequenz des Tiefpaß-Filters bezeichnet wird.

Es ist klar, daß bei einer Weite ρ der Bereichstorschaltung, die n-mal der Weite b der Radarimpulse ^r, entspricht, (n— 1) Verzögerungsleitungen benötigt werden.

In Fig. 4 sind einzelne Verzögerungsleitungen eingesetzt. Es ist jedoch möglich, dieselbe Wirkung auch über eine einzige Verzögerungsleitung mit entsprechen- ι ο den Abgriffen zu erreichen.

F i g. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei (oder n—l) Verzögerungsleitungen 14, 15 und 16 vorgesehen, die parallel geschaltet sind und Laufzeiten von b, 2b und 3b is bis [(n— 1) · b] aufweisen.

Die Verzögerungsleitungen bewirken eine Dämpfung der übertragenen Signale. Diese Dämpfung ist um so größer, je größer die Laufzeit der Verzögerungsleitung ist. Daraus resultiert, daß das Ausgangssignal der 2» Summierschaltung 12 oder 17 keine konstante Amplitude hat. Um ein konstantes Ausgangssignal zu erhalten, wird jedem Ausgang einer Verzögerungsleitung ein Verstärker nachgeschaltet, dessen Verstärkung so eingestellt wird, daß die Amplitude dem direkt übertragenen Impuls entspricht.

F i g. 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem n = 4 ist. Die Schaltung enthält zwei Verzögerungsleime zugeführte Impuls gelangt über vier Wege zum Ausgang, so daß vier benachbarte Impulse abgegeben werden. Die Schaltungen 20 und 21 sind Trennstufen, die die Übertragung der Impulse nur in der Richtung zum Ausgang zulassen.

Es muß noch erwähnt werden, daß derartige Trennstufen auch bei den Anordnungen nach F i g. 4 und 7 benötigt werden, wenn die Verzögerungsleitungen nicht gut angepaßt sind. Die Trennstufen sind dann am Eingang und Ausgang aller Verzögerungsleitungen vorzusehen.

Diese Anordnung nach F i g. 8 kann auf eine Anzahl r erweitert werden, wobei η ein ganzzahliger Faktor vor 2 ist und n=2^m ist. Es werden dann m Verzögerungsleitungen benötigt, die mit Reflexionen arbeiten und

Laufzeiten von , b ... (2"'-' ■ b) haben. Bei der

Anordnung nach F i g. 8 kann der Übertragungsverlusl der Verzögerungsleitungen nicht wie bei den Anordnungen nach F i g. 4 und 7 ausgeglichen werden.

Die Erfindung kann bei allen Puls-Radarsystemen angewendet werden, die mit Bereichstorschaltungen arbeiten, insbesondere auch bei Puls-Kohärenzdopplerradarsystemen mit variabler Impulswiederholfrequenz.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Puls-Kohärenzdopplerradargerät, bei dem die Steuerimpulse der Bereichstorschaltungen eine Dauer aufweisen, die dem ganzzahligen Vielfachen π der Dauer b der Radarimpulse entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des Phasendiskriminators (8) direkt und über mehrere Verzögerungsleitungen (9, 10, 11 bzw. 14, 15,16 bzw. 18,19) um ganzzahlige Vielfache [b, 2b... (n—1) · b] der Dauer der Radarimpulse verzögert einer Summierschaltung (12 bzw. 17) zugeführt werden und daß die so summierten und verbreiterten Signale über ein Tiefpaß-Filter (13) an die Bereichstorschaltungen (1) weitergeleitet werden.

2. Puls-Kohärenzdopplerradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß (n-1) Verzögerungsleitungen (9, 10, 11) mit gleicher Laufzeit (b) in Reihe geschaltet sind zwischen dem Ausgang des Phasendiskriminators (8) und einem Eingang einer Summierschaltung (12) und daß der Ausgang des Phasendiskriminators (8) und die Ausgänge der übrigen Verzögerungsleitungen (9,10) mit je einem weiteren Eingang der Summierschaltung (12) verbunden sind (F i g. 4).

3. Puls-Kohärenzdopplerradargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Verzögerungsleitung mit (n— 1) Abgriffen vorgesehen ist.

4. Puls-Kohärenzdopplerradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Phasendiskriminators (8) direkt und über (n— 1) parallelgeschaltete Verzögerungsleitungen (14, 15, 16) mit der Summierschaltung (17) verbunden ist und daß die Laufzeiten der Verzögerungsleitungen mit b, 2b bis (n — 1) · b gewählt sind, wobei b die Dauer der Radarimpulse angibt (Fig. 7).

5. Puls-Kohärenzdopplerradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß m Verzögerungsleitungen (18,19) mit Reflexion am freien Ende über Trennstufen (20, 21) in Reihe geschaltet sind, wobei η ein ganzzahliges Vielfaches von 2 ist und die Laufzeiten der Verzögerungsleitungen (18, 19) mit Ί ■ f>...2^m-' · b festgelegt sind.

6. Puls-Kohärenzdopplerradargerät nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Ausgang aller Verzögerungsleitungen (9,10,11 bzw. 14,15,16) ein Verstärker nachgeschaltet ist, der die Dämpfung der vorgeordneten Verzögerungsleitung ausgleicht.

7. Puls-Kohärenzdopplerradargerät nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang und der Ausgang aller Verzögerungsleitungen (9,10,11 bzw. 14,15,16) jeweils über eine eigene Trennstufe geführt sind und daß diese Trennstufen nur in Richtung vom Phasendiskriminator (8) zur Summierschaltung (12) durchlässig sind.

Bei einem Puls-Kohärenzdopplerradargerät wird die Phasenänderung zwischen der ausgesandten und empfangenen Welle von aufeinanderfolgenden Wiederholungsperioden ausgenützt, wobei die empfangenen Wellen an beweglichen Zielen reflektiert worden sind. Bei jeder Wiederholungsperiode wird daher die Phase der ausgesandten Welle gespeichert und mit der Phase der empfangenen Welle verglichen. Diese Phasenabweichung ist von Wiederholungsperiode zu Wiedcrholungsperiode konstant, wenn die empfangene Welle an einem Festziel reflektiert wird, und ändert sich linear mit der Zeit, wenn die empfangene Welle an einem beweglichen Ziel reflektiert wird, das sich mit einer konstanten Geschwindigkeit gegenüber der Antenne bewegt. Wenn einem Phasendiskriminator einmal in jeder Wiederholungsperiode ein Bezugssignal zugeführt wird, das die Phase der ausgesandten Welle festhält, und zum anderen das empfangene Signal nach der Reflexion an einem festen oder beweglichen Ziel, dann erhält man bei der Reflexion an einem Festziel ein Ausgangssigna! mit konstanter Amplitude und bei der Reflexion an einem beweglichen Ziel ein Ausgangssignal, dessen Amplitude sich sinusförmig mit einer Frequenz fd ändert. Diese Frequenz wird mit Doppler-

>■> frequenz bezeichnet und ist in bezug auf die Radialgeschwindigkeit ν und die Wellenlänge λ der ausgesandten Welle durch die folgende Gleichung gegeben: