DE2126077A1 - Radarsystem zur telemetrischen Entfernungsmessung - Google Patents

Description

Dip|.-Ing. WaJfar Jackisch

7 Stuttgart N, Mdnzelstraße 40

Electronique

Marcel Dassault oc μ_λ:

Societe Anonyme "' ^Mäi

46, Avenue Kleber
75-PARIS l6

Radarsystem zur telemetrischen Entfernungsmessung

Die Erfindung betrifft ein Radarsystem zur telemetrischen Entfernungsmessung eines anvisierten Punktes in einer Ebene mit Mitteln, die mindestens eine, den Raum in zwei Teilgebiete hinsichtlich des Ursprungs der empfangenen Echos unterteilende Referenzebene definieren, mit einem Auswahlfenster für den Abstand und einem Richtfehlerdiskriminator. Die Erfindung betrifft also insbesondere solche Radarsysteme, die zur Bestimmung des Abstandes bestimmter anvisierter Punkte zu dem Ort Ces Radars verwendet werden, die Erfindung bezieht sich hauptsächlich, jedoch nicht ausschließlich, auf telemetrische Radar sy steine, die in Flugzeugen mitgeführt werden und die bei dem Bodenanflug der Flugzeuge Verwendung finden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein telemetrisches Radarsystem zu schaffen, welches verschiedenen prakti-

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sehen Erfordernissen besser als die bisher bekannten Radarsysteme entspricht, insbesondere soll das erfindungsgemäße Radarsystem in der Lage sein, ohne beträchtliche Vergrößerung der Radarausrüstung hinsichtlich Gewicht, Volumen, Kompliziertheit oder Preis so genaue Meßdaten wie nur möglich zu liefern, und zwar bei.der Entfernungsmessung.

Es soll gleich eingangs darauf hingewiesen werden, daß dank einem geeigneten Verfahren der hier in Betracht kommenden Empfangs teil des Radars in der Lage ist, im Raum eine Achse oder mindestens eine Ebene zu definieren, und zwar hauptsächlich aufgrund eines an sich bekannten Schaltungsorgans, welches im folgenden als "Richtfehlerdiskriminator" bezeichnet werden soll; darüber hinaus besitzt das hier in Frage kommei.-de Radarsystem noch ein anderes, für sich ebenfalls schon bekanntes Element, nämlich ein sog. "Auswahlfenster" für den Abstand bzw. die Entfernung. Auf die Aufgabe und den Aufbau dieser Organe soll jedoch weiter unten noch genauer eingegangen werden.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Radarsystem der'eingangs geschilderten Art und besteht darin, daß eine geschlossene Regelschleife vorgesehen ist, in welcher die von dem Radar empfangenen Signale dem Auswahlfenster für den Abstand zugeleitet sind, welches wiederum den Riehtfehlerdiskriminator speist, und daß das Auswahlfenster in dem Sinne von einer Gleichspannung gesteuert ist, die von der Ausgangs-

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spannung des Diskriininators abgeleitet ist, daß die Diskriminator-Ausgangsspannung zu Null wird.

Es ist also erfindungsgemäß in dem Radarempfangsteil eine Regelschleife vorgesehen, derart, daß einerseits die von dem Empfänger eingefangenen Signale dem Auswahlfenster für die Entfernung zugeleitet werden, welches seinerseits den schon erwähnten Richtfehlerdiskriminator speist; andererseits ist jedoch das Auswahlfenster selbst von einer Gleichspannung gesteuert, die von der Diskriminator-Ausgangsspannung abgeleitet ist und zwar vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines weiteren Verstärkers, und dem Fenster in dem Sinne zugeleitet wird, daß dessen Ausgangsspannung zu Null wird.

Darüber hinaus sind noch v/eitere Anordnungen vorgesehen, die vorzugsweise zur gleichen Zeit angewendet werden können. Sie sind in der nachfolgenden Beschreibung genauer angegeben, insbesondere ist eine Zeitbasisschaltung vorgesehen, die bei Nichtempfangen von Radarechos für eine kontinuierliche Verschiebung des Empfangsbereiches des Auswahlfensters sorgt. Als hauptsächlicher Anwendungszweck des erfindungsgemäßen Radarsystems ist an die Verwendung in Flugzeugen gedacht, die eine solche Radarausrüstung mit sich führen können.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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Schließlich werden im folgenden Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen der Erfindung sowie sich aus der Erfindung weiterhin ergebende Vorteile anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 die Verwendung eines von einem Flugzeug mitgeführten

Radars beim Bodenanflug,
Fig. 2 den sich bei der praktischen Anwendung ergebenden

Streuungswinkel eines solchen Radarsystems,

W . Fig. 3 in perspektivischer Darstellung eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht,
Fig. 1+ zeigt verschiedene Kurvenverläufe, und zwar in

..Fig. /fb den Kurvenverlauf der von dem Empfänger empfangenen Energie und in

Fig. /fb die Ausgangsspannujig des Richtfehlerdiskriminators, während

Fig. 5 in schematischer Darstellung als Blockschaltbild den Aufbau eines erfindungsgemäßen telemetrischen Radar-. systems zeigt.

Für ein telemetrisches Radar, d.h. für ein Fernmeßradar und insbesondere für ein Fernmeßradar, welches für den Zielanflug bei der Bodenlandung ausgehend von dem Flugzeug verwendbar sein soll, sind mehrere Eigenschaften erforderlich. Es versteht sich, daß die gemäß Fig. 1 zu messende Entfernung D von einer Achse ausgeht, die an das Flugzeug A gebunden ist, und zwar tatsächlich von einer Achse, die parallel zu der

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Hauptachse des Flugzeugs'verläuft bzw. mit dieser zusammenfällt. Dabei muß die Entfernungsanzeige automatisch geschehen, d.h. es dürfen keine weiteren Handhabungen notwendig sein, Die Anzeige muß auch einfach sein und zwar soll sie vorzugsweise eine direkte Ablesung durch Verschiebung eines Zeigers mit Bezug auf eine feststehende Skala ermöglichen und schließlich muß die Anzeige auch noch so genau wie möglich sein, d.h. sie muß mit der höchstmöglichen Genauigkeit den Abstand des anvisierten Zieles auf der Erde S angeben und nicht nur einen angenäherten Abstand, der in der Nähe des Ziels gelegenen Ubergangszonen Rechnung trägt.

Unglücklicherweise handelt es sich jedoch hierbei um eine Radarausrüstung, die es nötig macht, dann, wenn man nur ein außerordentlich stark abgegrenztes Gebiet der Erdoberfläche berühren will und eingedenk der Hertz'sehen Echos,eine Bündelungsantenne mit einem außerordentlich schmalen öffnungswinkel zu verwenden; eine solche Antenne würde jedoch Abmessungen aufweisen, die sich für eine Bordausrüstung von selbst verbieten.

Praktisch bestreichen die üblicherweise verwendeten Antennen kleinerer Abmessungen ein relativ ausgedehntes Oberflächengebiet, für welches der Abstand zum Flugzeug sich zwischen D, und D₂, wie Fig. 2 entnommen werden kann, ändert. Es versteht sich von selbst, daß im Inneren eines so breiten Strahles ein automatisches Radarfernmeßgerät keinen Grund hat,

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den Echostrahl auszuwählen, der sich in Richtung der Erstrekkung D erstreckt.

Bekannte Verfahren erlauben indessen, in dem von dem Radar bestrichenem Raum zwei Gebiete auf der einen und der anderen Seite einer Referenzebene zu definieren, die durch die Ac-ise des Apparates läuft oder die diese Achse selbst ist. Beispielsweise erlaubt es das sog. Monoimpuls-Empfangsverfahren, sei es unter Verwendung von zwei oder von vier Antennen -

" indem man nämlich die Phasenunterschiede eines ausgesandten Impulses entsprechend ob das Echo aus dem einen Gebiet oder aus dem anderen Gebiet herkommt, mittels einer Schaltungsanordnung, die unter der Bezeichnung "Riehtfehlerdiskriminator" bzw. "Winkeldiskriminator" bekannt ist, auswertet - eine Spannung zu liefern, die eine algebraische Funktion der Winkelposition (hier des Standortes) jedes Hindernisses mit Bezug auf die betrachtete Ebene (oder sogar der Achse) ist. Es sei weiterhin noch darauf hingewiesen, daß es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung weitere nutzbare Verfahren gibt, um für einen Radarempfangsteil im Raum eine Ebene oder eine Achse zu definieren, sei es durch konische oder ebene Abtastung, wobei Antennenbewegungen hinzukommen oder tlmsch'altungen oder elektrische Änderungen in bestimmten Schaltungsbereichen; alle diese Verfahren sind in der technischen Literatur ausführlich beschrieben.

Es soll zur Vereinfachung angenommen werden, daß die betrach-

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tete Referenzebene (P in Fig. 3) die Längsachse des Flugzeugs enthält. Da dieses in Richtung auf die Erde S gerichtet ist, begrenzt die Referenzebene P mit dem Erdboden eine sog. Referenzgerade D, deren Abstand zu dem Flugzeug gemessen werden muß.

In Fig. 4 zeigt die obere grafische Darstellung a in schematischer Form die Verteilung e der empfangenen Energie (der Echos) als Funktion des Abstandes, welcher im Falle der Fig. 2 zwischen D₁ und D- variiert. Die untere grafische Darstellung b zeigt den Kenngrößenverlauf L der Spannung d, die von dem Richtfehlerdiskrimxnator geliefert wird. Diese Spannung ist eine algebraische Funktion des Winkels des Richtfehlers (l'angle de depointage) und kann mehr oder weniger in der Nachbarschaft der betrachteten Zone einer Geraden angenähert werden. Man erkennt, daß die Spannung d zwischen D. und D negativ und zwischen D und D-> positiv, für D jedoch Null ist. üblicherweise enthält der Radarempfänger ein Organ zur Auswählung des Abstandes, bzw. ein sog. "enges Fenster", welches im allgemeinen von einem elektronischen Schalter bzw. einem Gatter gebildet ist, das Impulse nur nach Ablauf einer einstellbaren Verzögerung durchläßt. _:

Das erfindungsgemäße System besteht nun im wesentlichen darin, die Position des Auswahlfensters der Ausgangsspannung des Richtfehlerdiskriminators anzupassen bzw. auszuregeln. Erfolgt die Regelung in der richtigen Richtung, dann hat das

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System automatisch die Tendenz, die "Riehtfehlerspannung" am Ausgang des Richtfehlerverstärkers zu Null zu machen. Die Position des"Auswahlfensters entspricht dann dem Abstand der Referenzgeraden zu dem Flugzeug und dieses Fernmeßergebnis wird auf einen Anzeigeapparat übertragen, der die Distanz markiert.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen telemetrischen Radars ist in allgemeiner schematiseher Form in Fig. 5 dargestellt. Dieser Figur können folgende Einzelbausteine entnommen werden: ein Senderadar 1 mit seiner Sendeantenne 2, die Empfangsantenne 3> die mit dem Eingang if (d.h. mit dem Hoch- bzw. Mittelfrequenzteil) des Empfängers verbunden ist, welcher über übliche Verbindungswege 5 andererseits wieder mit dem Sender verbunden ist (wobei die Sende- und die Empfangsantennen im übrigen auch von einer einzigen Antenne gebildet sein können). Weiterhin ist in Fig. 5 das Auswahlfenster 6 für die Entfernung und der Richtfehlerdiskriminator 7 sowie ein Regelverstärker 8 dargestellt; mit 9 ist dabei schließlich ein sog. Abstandmesser zur Anzeige des Abstandes bezeichnet.

Wie der Darstellung der Fig. 5 noch entnommen werden kann, bestehen Verbindungsleitungen, derart, daß der Mittelfrequenzbereich if des Empfängers mit seinem Ausgang mit dem Auswahlfenster 6 verbunden ist, welches wiederum den Diskriminator speist; dabei ist das Fenster 6 gesteuert von einer Gleichspan-

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nung 12, die über den Verstärker 8 von der Ausgangsspannung des Diskriminators 7 abgeleitet ist, wodurch eine Regelschleife gebildet ist, die die Verzögerung des'Auswahlfensters 6 bedingt.

Schließlich ist noch eine in üblicher Weise aufgebaute Hilfszeitbasis 1o vorgesehen (beispielsweise mittels eines Sägezahngenerators), die bei Abwesenheit von Echos eine periodische Verschiebung des Auswahlfensters in dem normalerweise von Echos bestrichenen Gebiet bewirkt.

Die Suche wird automatisch bei Empfang von Echos unterbrochen, und zwar mittels an sich bekannter Schaltungen, die hier schematisch als Verbindungsleitungen 11 zwischen den Teilen 6 und 1o des Radars angedeutet sind.

Daraus folgt, daß, gleichgültig, welche Ausführungsformen man wählt, man zu einem Radarsystem gelangt, welches mit hoher Genauigkeit die Entfernungsmessung eines anvisierten Punktes erlaubt; dabei verbleibt das Radar im übrigen zur gleichen Zeit auch für andere Zwecke voll gebrauchsfähig, also beispielsweise für die Feststellung von anderen Ma- ^: schinen odar auch verschiedenen Hindernissen, wenn man eine Umschaltung der die Spannung 12 liefernden Quelle vorsieht, derart, daß nunmehr die üblichen Teilelemente des betrachteten Radarsystems, die in der Fig. 5 nicht dargestellt sind, verwendet werden.

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Das erfindungsgemäße Radarsystem bietet erhebliche praktische Vorteile, insbesondere auch deshalb, weil es einfach an bekannte Radareinrichtungen angepaßt werden kann, ohne daß wichtige Änderungen notwendig sind. Man erhält so eine besonders verv/en dungs fähige Anwendung, wobei Gewicht- oder Volumenerhöhungen bzw. Erhöhungen des Preises kaum ins Gewicht fallen.

Es ist schon eingangs darauf hingewiesen worden, daß das erfingunsgemäße Radarsystem nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, sondern bei allen möglichen Radarausrüstungen Verwendung finden kann.

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Claims (3)

1. Patentansprüche:

   1J Radarsystem zur telemetrischen Entfernungsmessung eines anvisierten Punktes in einer Ebene mit Mitteln, die mindestens eine, den Raum in zwei Teilgebiete hinsichtlich des Ursprunges der empfangenen Echos unterteilende Referenzebene definieren, mit einem Auswahlfenster für den Abstand und einem Riehtfehlerdiskriminator, dadurch gekennzeichnet, daß eine geschlossene Regelschleife vorgesehen ist, in welcher die von dem Radar empfangenen Signale dem Auswahlfenster (6) für:den Abstand zugeleitet sind, welches wiederum den Richtfehler diskriminator (7) speist, und daß das Auswahlfenster (6) in dem Sinn*} von einer Gleichspannung gesteuert ist, die von der Ausgangsspannung des Diskriminators (7) abgeleitet ist, daß die Diskriminatorausgangsspannung Null wird.
2. 2. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Diskriminator (7) und dem Auswahlfenster (6) für den Abstand in der Regelschleife Bin Verstärker (8) vorgesehen ist.
3. 3. Radarsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitbasis (io) vorgesehen ist, die bei Abwesenheit . von Echos eine periodische Schwingung der Steuerspannung für das Auswahlfenster (6) sicherstellt, und daß Mittel zur Abschaltung der Schwingung bei Feststellung von Echos durch

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   den Empfangsradarteil vorgesehen sind.

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