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Anordnung zur Simulation eines Radarzieles Die Erfindung bezieht sich
auf eine Anordnung zur Simulation eines Radarziels mit Hilfe mehrerer örtlich getrennter
Strahler, welche über elektronisch steuerbare Dämpfungsglieder von einem gemeinsamen
Oszillator gespeist und mit einem derartigen Abstand zueinander und zu einem Empfangssystem
angeordnet sind, daß sich über die Apertur des Empfangssystems in der betrachteten
Richtung eine hinreichend konstante Phasenverteilung ergibt.
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Eine solche Anordnung ist aus der Zeitschrift NTZ l971, Heft 5, Seiten
24{-245 bekannt, wobei es mit dieser Anordnung erstmals möglich ist, auch ein punktförmiges
Radarziel in einer eindeutigen Winkelrichtung gegenüber einem Empfangssystem zu
simulieren. Dieses wird durch die geometrische Anordnung der Strahler zueinander
und des Empfangssystems zu dem gemeinsamen geometrischen Ort der Strahler bewirkt,
die gerade so sein muß, daß sich über die linearen Aperturabmessungen des Empfangs
systems in der jeweils betrachteten Richtung eine konstante Phasenverteilung der
ankommenden Wellenfront ergibt. Nur beim Auftreten einer solchen Phasenverteilung
ist es möglich, durch Änderung der von zwei benachbarten Strahlern abgegebenen Strahlung
amplituden die Richtung der Phasenfront am Empfangs system zu ändern, wodurch der
Strahlungsschwerpunkt der von den beiden benachbarten Strahlern abgegebenen Strahlung
unter unterschiediicnr, jedoch eindeutig festlegbaren Winkeln erscheint. Mit dieser
bekannten Anordnung ist daher zumindest theoretisch die Simulation eines Punktzieles
an jedem beliebigen Ort eines beliebig großen Bereiches möglich, wobei durch die
Änderung der Lage des Punktzieles in der Zeit eine annähernd beliebig schnelle Bewegung
des simulierten Radarziels nachgebildet werden kann.
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Aus der US-Patentschrift 3 214 758 ist dagegen eine andere Simulationsancrdnung
für Radarziele bekannt, mit der jedoch ausschließlich Flächenziele simuliert werden
können, da die Lage des von eirem Empfangssystem her gesehenen Strahlungsschwerpunktes
wegen der nichtkonstanten Phasenverteilung nicht eindeutig bestimmbar ist. Bei der
bekannten Anordnung wird zur Simulierung eines Flächenziels die von zwei Strahlern
abgestrahlte Strahlungsleistung während eines jeden ausgesendeten Ratlarimpulses
über die Impulsdauer derart geändert, daß si@@ @in @@heinbar über eine größere
Fläche
erstreckendes Radarziel ergibt. Mit dieser bekannten Anordnung ist daher also weder
die eindeutige Darstellung eines nur punktförmigen Radarzieles in einer festen Winkelrichtung
gegenüber einem Empfangssystem möglich, noch ist eine kontinuierliche Änderung der
Lage dieses Punktzieles gegenüber einem Bezugssystem möglich, da die die von den
einzelnen Strahlern abgegebenen Strahlungsamplituden ändernden Modulatoren die Strahlungsamplituden
allein wahrend der Zeitdauer eines ausgesendeten Radarimpulses beeinflussen können.
Zwar ist auch bei der bekannten Anordnung vorgesehen, sich bewegende Radarziele
zu simuliern, jedoch geschieht dieses über mechanisch verstellte, oasondere Dämpfungsglieder,
die zwischen den Strahlern und den Medulatoren angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Anordnung der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei der nicht nur die Peilgenauigkeit für in diskreten und eindeutiy
feststellbaren Richtungen gegenüber einem Empfangssystem simulierten Funktzielen
verbessert ist, sonder fang von beliebigen elektromagnetischen Zieleigenschaft@
eines simulierten Radarzieles möglich ist, r;3z also hinsichtlich seiner Strahlungseigenschaften
so wirklichkeitsnah wie möglich darzustellen ist.
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Bei einer Anordnung zur Simulation eines Radarzieles der genannten
Art ist diese Aufgabe gemäa der Erfindung dadurch gelöst, daß das Empfangssystem
eine Amplituden-Moncpuls-Antenne mit einer für sich bekannten und über einen Verstärkungsregelkreis
vorgenommenen Normierung ist, wobei jedoch das Empfangssystem auf einen festen Verstärkungsfaktor
eingestellt ist und über ein weiteres nach Maßgabe des Soll-Ist-Wert-Vergleichssignals
elektronisch steuerbaren Dämpfungsgliedes die Strahler von einem mit t dem Oszillator
im Zeit- oder Frequenzmultiplex arbeitenden Hilfsoszillators gespeist sind.
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Mit Hilfe einer Amplituden-Monopuls-Antenne, deren Ausgangssignal
über einen Verstärkungsregelkreis normiert ist, kann in bekannter Weise die jeweilige
Peilrichtung, unter der ein Ziel angemessen wird, unabhängig von der von dem jeweiligen
Ziel abgegebenen Strahlungsamplitude gemacht werden; vgl. Donald R.Rhodes "Introduction
to Monopulse", Seite 50 und 51 Class I Detector. Bei diesem bekannten Amplituden-Monopulsverfahren
wird die Verstärkungsregelung jedoch nur im Empfangs system vorgenommen, wodurch
die Empfangsverstärker auf unterschiedlichen Arbeitspunkten arbeiten und damit die
Anforderungen bezüglich Dynamik, differentiellem Verstärkungsfehler und differentiellem
Phasenfehler relativ hoch sind. Wird dagegen gemäß der erfindungsgemäßen Lehre die
Verstärkungsregelung senderseitig vorgenommen, so arbeitet der Empfangsverstärker
des Empfangssystems immer auf einem festen Arbeitspunkt, der optimal gewählt wird.
Auf diese Weise ist nicht nur die Peilgenauigkeit, d.h. letzlich die Auflösung des
jeweils für die Simulation zur Verfügung stehenden Raumes erheblich zu vergrößern,
sondern gleichzeitig auch der Empfangsverstärker hinsichtlich seiner V0rstärkungseigenschaften
für die zu simulierenden elektromagnetischen Zieleigenschaften bei einer gleichzeitigen
Verringerung des technischen Aufwandes zu optimieren. Nach der erfindungsgemäBen
Lehre wird dieses dadurch erreicht, daß mit einem im Zeit- oder Frequenzmultiplex
mit dem das eigentliche Radarsignal abgebenden Hauptoszillator arbeitenden Hilfsoszillator
über die hinsichtlich der von ihnen abzustrahlenden Amplituden über die Dämpfungsglieder
in bestimmter Weise gespeisten Strahler ein Referenzsignal abgegeben wird, das in
seiner Amplitude zusätzlich so eingestellt ist, daß entsprechend des im Empfangssystem
vorgegebenen Sollwertes sich ein von der Strahlungsintensität des in dem jeweiligen
Strahlungsschwerpunkt simulierten Strahlers unabhängiges Winkelsignal ergibt,
das
den Winkel angibt, unter dem das Empfangssystem den Strahlungsschwerpunkt gegenüber
einer Bezugsrichtung sieht.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind Modulatoren für das vom
Oszillator abgegebene Signal vorgesehen, über die beliebige elektromagnetische Zieleigenschaften,
wie Amplitudenfluktuationen, Dopplerinformation und den damit verbundenen Cluttereigenschaften
sowie Störsignale darstellbar sind, wobei die elektronisch steuerbaren Dampfungsglieder
unmittelbar in die Hochfrequenzspeiseleitungen der Strahler geschaltet sind.
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Mit Hilfe dieser zusätzlichen Modulatoren kann das von dem Hauptoszillator
abgegebene Radarsignal in beliebiger Weise moduliert werden, wodurch annähernd alle
auch bei natürlichen Radarzielen auftretenden elektromagnetischen Zieleigenschaften
simuliert werden können. Diese dem abgestrahlten Radarsignal aufmodulierten Zieleigenschaften
können dabei von der auf einem festen und optimalen Arbeitspunkt arbeitenden Verstärkerschaltung
des Empfangs systems ohne Schwierigkeit verarbeitet und entsprechend berücksichtigt
werden. Damit auch diese simulierten elektromagnetischen Zieleigenschaften in dem
jeweils über die elektronisch steuerbaren Dämpfungsglieder vorgewählten Strahlungsschwerpunkt
in möglichst wirklichkeitsnaher Weise scheinbar abgestrahlt werden, sind die elektronisch
steuerbaren Damit fungsglieder unmittelbar in den Hochfrequenzspeiseleitungen der
Strahler angeordnet, so daß allein das den Strahlern unmittelbar zugeführte Hochfrequenzsignal,
das also bereits alle aufmodulierten Zieleigenschaften aufweist, entsprechend der
jeweiligen Einstellung des elektronischen Dämpfungsgliedes in seiner Amplitude geändert
wird.
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Gemäß einer bev@@@@gten Ausführungsform der Erfindung sind die elektronisch
steuerbaren Dämpfungsglieder sog. Halbleiter-Absorptions-Modulatoren, wie sie z.B.
durch die Bauelemente Typ 8730 Serie der Firma Hewlett Packard gegeben sind. Mit
Hilfe dieser Halbleiter-Absorptions-Modulatoren ist eine sehr schnelle und kontinuierliche
Änderung der Dämpfung, d.n. Amplitudenänderung des jeweils über die Dämpfungsglieder
gegebenen Hochfrequenzsignales möglich.
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Anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles
wird die Erfindung näher erläutert.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Strahler
S1,S2,S3 und S4 kreisförmig oder aber auf einem beliebigen ande@@@ geometrischen
Ort liegend um ein Empfangssystem E a@geord@et. Die Strahler S1,S2,S3 und S4 sind
Jeweils übe. elektronisch steuerbare Dämpfungsglieder D1,D2,D3 und D4 mit Hochfrequenzspeiseleitungen
verbunden, die ihrerseits über verschiedene Leistungsteiler T1,T2,T3 und T4 über
ein weiteres gemeinsames elektronisches Dämpfungsglied mit einem das eigentliche
Radarsignal abgebenden Oszillator °1 verbunden sind. Zwischen dem weiteren elektronischen
Dämpfungsglied ZP und dem Oszillator O1 ist ein Modulator M angeordnet, der das
vom Oszillator °1 abgegebene Radarsignal in bestimmter Weise modulieren kann.
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Über den Leistungsteiler T4 wirkt auf den Leistungsteiler T3 außerdem
ein zweiter Oszillator O2, der im Frequenz- oder Zeitmultiplex mit dem Oszillator
O1 1 arbeitet. Das Ausgangssignal des Oszillators 02 gelangt dabei über ein weiteres
elektronisches Dämpfungsglied RD auf den Leistungsteiler T4.
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Die elektronischen Dämpfungsglieder D1'D2,D3 und D4 werden von einer
Steuerein@eit SE aus über eine erste Steuerleitung L1 gesteue@@, währen@ d@s elektronische
Dämpfungsglied
ZP über eine andere Steuerleitung L2 von der S Steuereinheit
gesteuert wird. Über eine dritte Steuerleitung T 3 kann schließlich die Steuereineit
an den Modulator N Modulationssignale geben, die dem von dem ersten Oszillator O1
abgegebenen Signal aufmoduliert werden. Fine vierte Steuerleitung L4 liefert vom
Ausgang des Verstärkers 72 ein Signal, das dem jeweiligen Winkel # des von der Antenne
des systems angemessenen Strahïungsschwerpunktes S entspricht.
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Die Steuereinheit SE erhält ihre Signale über eine Rücktransformationsschaltung
RT von einem Speicher SP, in dem die Signaleigenschaften eines natürlichen Radarsignales
sowohl Rinsichtlich Lage und Richtung, zeitlicher Ände@@ng und bestimmter elektromagnetischer
Zieleigenschaften ges@@ichert sind. Da diese von einem Ziel ab@es@rahlten und em@@
@@@ -Radarsignale nicht unmittelbar aufgezeichnet werde@ @@@@@n, müssen sie zuvor
in bestimmter Weise transformiert und erst dann eingespeichert werden. Diese Transformation
wird mit Hilfe der Rücktransformationsschaltung wieder rück@ängig gemacht, so daß
die Steuereinheit nach Maßga@e das tatsächlich aufgezeichneten natürlichen Radarsignals
das einzel@en el@@ tronischen Dämpfungsgli@der @ @@@@@@@f @@@ @@@ @@@ für das von
dem Oszillator O1 abg@@@@@@ @@@ @@@ eigneter Weise einstellt bzw. ste@e@t.
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Das weitere elektronische Dämpfungsglied RD wird über eine die Kennlinie
des Dämpfungsgliedes linearisierende Schaltung LIN von dem Empfangs system E her
gesteuert. Das Empfangssystem E verfügt über eine sog. Amplituden-Monopuls Antenne
A, an deren Ausgängen zwei Signale abnehmbar sind, wovon eines einem Summen- und
eines einem Differenzsignal entspricht, die entsprechend zweier unterschiedlicher
rah lungscharakteristiken durch Zumammenschaltung einzelner Strahler der Monopulsantenne
gebildet sind. Das Summen- und Differenzsignal werden jeweils getrennt über Verstärker
V1
und V2 verstärkt, wobei das vom Verstärker V2 abgegebene Differenzsignal
dem jeweiligen Winkel <9 des von der Antenne des Empfangssystems angemessenen
Strahlungsschwerpunktes S entspricht. Die Arbeitspunkte der Verstärker V1 und V2
werden über eine manuelle Verstärkungsregelung MVR auf einen geeigneten optimalen
Wert eingestellt. Das vom Verstärker V1 abgegebene Summensignal gelangt über einen
Gleichrichter G an den einen Eingang eines Differenzverstärkers DV dessen anderer
Eingang eine von einem einstellbaren Referenzsignalgenerator REF abgegebene Referenzspannung
zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers DV gelangt über ein
Filter F als Steuerspannung schließlich an die der Linearisierung dienende Schaltung
LIN, wirkt also auf das weitere elektronische Dämpfungsglied RD für das Ausgangssignal
des Oszillators 02.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist folgende: Vom
Speicher SP gelangt über die Rücktransformation RT eine bestimmte Signalkombination
an die Steuereinheit SE, die ihrerseits über die drei Steuerleitungen L1 bis L3
die elektronischen Dämpfungsglieder D1,D2, D3 und D4 derart einstellt, daß jeweils
nur zwei benachbarte Strahler Strahlungsleistung abgeben und zwar in einem solchen
gegenseitigen Verhältnis, daß jeweils zwischen ihnen an einem ganz diskreten Ort
liegender Strahlungsschwerpunkt S erscheint.
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Ein solcher diskret zwischen zwei benachbarten Strahlern liegender
Strahlungsschwerpunkt ist von dem Empfangssystem immer nur dann eindeutig zu erkennen,
wenn sowohl die Abstände zwischen den benachbarten Einzelstrahlern als auch die
Entfernung zum Empfangs system derart gewählt wird, daß die von den beiden benachbarten
Strahlern abgegebene Strahlung in der betrachteten Richtung mit konstanter Phasenverteilung
über der Aper tur des Empfangssystems ankommt. Nur
auf diese Weise
ist dann allein durch Änderung der Amplitude mindestens der von einem der Strahler
abgegebenen Strahlung eine Schwenkung der Phasenfront an der Aper tur des Empfangs
systems möglich, wobei diese Schwenkung der Phasenfront einer Wanderung des Strahlungsschwerpunktes
zwischen den beiden gerade im Betrieb befindlichen Strahlern entspricht.
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Über das weitere elektronische Dämpfungsglied ZP wird der Strahlungspegel
des simulierten Zieles eingestellt. Über den Modulator M können schließlich dem
vom Oszillator abgegebenen Radarsignal beliebige elektromagnetische Zieleigenschaften,
wie Amplitudenfluktuationen, Dopplerinformation und den damit verbundenen Cluttereigenschaften,
aufmoduliert werden. Damit dieses in bestimmter Weise charakterisierte Radarsignal
in der jeweils gewünschten Weise vollständig empfangen und verarbeitet werden kann,
arbeiten die beiden Verstärker V1 und V2 des Empfangs systems E auf einem bestimmten
optimalen Arbeitspunkt, der durch die manuelle Verstärkungsregelung MVR vorgewählt
wird. Um trotz dieser auf einem konstanten Arbeitspunkt arbeitenden Verstärker die
bekannte Normierung bei einer Amplituden-Monopuls-Antenne vornehmen zu können, wird
das durch Vergleich mit dem von dem Referenzsignalgenerator REF vorgegebenen Sollwert
gewonnene Differenzsignal zur Steuerung des weiteren elektronischen Dämpfungsgliedes
DV benutzt, über das der im Zeitmultiplex oder Frequenzmultiplex arbeitende zweite
Oszillator °2 auf die in bestimmter Weise über die anderen elektronischen Dämpfungsglieder
angesteuerten Strahler wirkt.
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Da die Normierung des von einer Monopulsantenne abgegebenen Signales
über einen Verstärkungsregelkreis für sich bekannt ist; vgl. Seiten 50 und 51, Class
I Detector Donald R.Rhodes "Introduction to Monopulse", wird auf diese besonderte
Technik hier nicht weiter eingegangen. Bei der erfindungsgemäßen
Schaltung
wird im Gegensatz zu der zum Stand der Technik gehörenden allein empfangsseitigen
Regelung des Verstärkungsgrades die Sendeleistung des von dem Oszillator 2 ab abgegebenen
und über die Strahler abgestrahlten Signales immer derart nach Maßgabe des vorgegebenen
Referenzsignales geregelt, daß das von dem zweiten Verstärker V2 des Empfangssystems
abgegebene und dem jeweiligen Winkel des Strahlungsschwerpunktes S entsprechende
Signal unabhängig von dem Strahlungspegel des am Strahlungsschwerpunkt scheinbar
abgestrahlten Signals istr Mit Hilfe dieser sendeseitigen Verstärkungsregelung innerhalb
der Simulationsanordnung ist also im Empfangssystem ein konstanter und optimaler
Verstärkungsfaktor einstellbar, der eine große Peilgenauigkeit zuläßt, die bei verminderten
technischen Aufwand das hohe Auflösungsvermögen der durch die Ansteuerung und die
geometrische Anordnung der Strahler gegebenen Strahlunsschwerpunktsimulation über
den gesamten für die Simulation zur Verfügung stehenden Ort voll ausnutzt.
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Durch die Ausbildung der die von den einzelnen Strahlern abgegebenen
Strahlungsleistung beeinflussenden elektronisch steuerbaren Dämpfungsglieder in
Form von sog. Halbleiter-Absorptions-Modulatoren ist dabei eine sehr schnelle und
kontinuierliche Amplitudensteuerung des von den einzelnen Strahlern abgegebenen
Signals möglich, wobei unmittelbar das den Strahlern zugeführte Hochfrequenzsignal
amplitudenmoduliert wird. Diese Amplitudenmodulation des Hochfrequenzsignals ist
erforderlich, da nur dann die vom Modulator M dem Hochfrequenzsignal aufmodulierten
elektromagnetischen Zieleigenschaften wirklichkeitsnah am jeweils vorgewählten Strahlungsschwerpunkt
simuliert werden können.
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Patentansprüche: