DE2230823B2 - Pulsdoppler-radargeraet mit kohaerenter mischung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Pulsdoppler-Radargerät mit Festzeichenunterdrückung, enthaltend einen Empfangszweig mit einer Mischstufe zur kohärenten Mischung der Empfangssignale unter Verwendung eines der Mischstufe vorgeschalteten Begrenzers zur Vermeidung von Festzeichenrestsignalen, wobei in einem zweiten Empfangszweig, der parallel zum ersten, der kohärenten Mischung dienenden Empfangszweig geschaltet ist, eine Mischung des Bewegtzielsignals mit dem jeweiligen überlagerten Festzielsignal vorgenommen ist und die demodulierten Empfangssignale beider Empfangszweige zusammenfaßt und einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung zugeführt werden.

Es ist bekannt, bei Pulsdoppier-Radargeräten eine nichtkohärente Mischung der Empfangssignale vorzunehmen. Hierzu ist ein eigener Überlagerungsoszillator im Empfangsteil vorhanden, der phasenmäßig nicht mit den Sendesignalen verknüpft ist. Die Signale von Bewegtzielen werden bei der nichtkohärenten Mischung in Amplitudenschwankungen umgesetzt, und es ist deshalb anstelle des bei der kohärenten Mischung verwendeten Phasendetektors ein Amplitudendetektor vorgesehen.

ίο Es ist bekannt, bei Pulsdoppler-Radargeräten von der kohärenten Demodulation der Empfangssignale Gebrauch zu machen, wobei ein phasenmäßig mit den Sendesignalen verknüpfter Kohärenzoszillator vorgesehen ist, der bei der Demodulation der Empfangssigna-Ie mitwirkt. Wenn bei dem Pulsdoppler-Radargerät eine Festzeichenunterdrückung (MTI) verwendet wird, muß meist im Empfangszweig ein Begrenzer vorgesehen werden, weil andernfalls sehr starke Festzeichenechos als Bewegtziele angezeigt werden können (sogenannte Festzeichenreste). Mit der Begrenzung ist aber der erhebliche Nachteil verbunden, daß Bewegtzielechosignale, welche mit starken Festzielechosignalen zusammenfallen, durch die Begrenzung ebenfalls geschwächt werden, wobei vielfach die Gefahr besteht, daß diese Bewegtzielechosignale nicht mehr zu einer Anzeige führen.

Aus der DT-AS 14 66 195 ist es bekannt, daß bei einer nichtkohärenten Detektion in einem Radargerät Bewegtzeichen mit gleichzeitig auftretenden Festzeichen gemischt werden.

Aus der GB-PS 7 95 542 ist ein Pulsdoppler-Radargerät bekannt, bei dem zwei parallel geschaltete Empfangszweige vorgesehen sind. In dem ersten Empfangszweig ist nach der Gleichrichtung eine nichtkohärente Mischung des Empfangssignals vorgesehen, wobei durch ein nachgeschaltetes Festzeichenfilter Festzielsignale unterdrückt werden. Die so erhaltenen Bewegtziel-Videosignale werden einer gesteuerten Torschaltung zugeführt. Im zweiten Empfangszweig wird zunächst eine starke Begrenzung der Empfangssignale vorgenommen. Nach einem Gleichrichter wird durch eine Differenzierstufe der störende Einfluß von großen Festzeichensignalen zumindest insoweit verringert, als von diesen nur die Anstiegs- und gegebenenfalls Abfallflanken erhalten bleiben. Nach einer Schwellschaltung, weiche nur das Rauschen unterdrückt, werden die verbleibenden Signale der bereits erwähnten gesteuerten Torschaltung zugeführt.

Die Ursache für diesen Aufbau der beiden Empfangsso zweige liegt darin, daß in Fällen, in denen kein »clutter« vorhanden ist, am Ausgang des ersten Empfangszweiges trotz vorhandener Bewegtziele kein Ausgangssignal auftritt. Da jedoch »clutter« stets im Nahbereich vorhanden ist, wird die Torschaltung in Abhängigkeit von der Ausstrahlung des Sendeimpulses so gesteuert, daß nur der Nahbereich vom ersten Empfangszweig übertragen wird, während der zweite Empfangszweig mit der Differenzierschaltung nur die Signale aus den Fernbereich überträgt.

Aus der US-PS 34 41 931 ist ein Pulsdoppler-Radargerät bekannt, bei dem im Empfänger zwei parallelgeschaltete Empfangszweige vorgesehen sind. In dem ersten Empfangszweig wird eine kohärente Mischung des Empfangssignals vorgenommen, wobei durch ein nachgeschaltetes Bewegtzeichenfiiter Festzeichensignale unterdrückt werden. Vor der kohärenten Mischung wird eine harte Begrenzung des Empfangssignals vorgenommen. Im zweiten Empfangszweig ist nach

einer linearen Begrenzung ein Detektor vorgesehen, in dem gleichzeitig auftretende Festziel- und Bewegtziel-Echosignale miteinander gemischt werden. Die so erhaltenen beiden Videosignale werden ständig über eine Additionsschaltung auf eine gemeinsame, zum Anzeigegerät führende Übertragungsleitung zusammengeschaltet.

Da normalerweise die Begrenzung infolge sehr starker Festziel-Echosignale (welche nach dem Dopplerfilter zu Festzeichen-Restsignalen führen würden) nur relativ selten und nur in ganz bestimmten Azimutwinkelbereichen auftritt, hätte die bekannte Schaltungsanordnung den Nachteil, daß ständig auch die in den meisten Fällen ganz überflüssigen Signale aus dem zweiten Empfangszweig mit zur Verarbeitung herangezogen werden. Hierdurch gelange!, unnötigerweise Rauschanteile mit zu der gemeinsamen Übertragungsleitung zum Radarbildschirm, welche die Empfindlichkeit des Gerätes beeinträchtigen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die Begrenzung hervorgerufene Schwächung oder Unterdrückung von Bewegtziel-Echosignalen im Bereich von starken Festziel-Echosignalen möglichst weitgehend derart zu beseitigen, daß außerhalb der Begrenzungszeiten eine Beeinträchtigung der Signalverarbeitung durch das gleichzeitige Auftreten zweier Ausgangssignale an beiden Empfangszweigen vermieden ist. Gemäß der Erfindung, welche sich auf ein Pulsdoppler-Radargerät der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der zweite Empfangszweig nur dann in Tätigkeit gesetzt ist, wenn im ersten Empfangszweig eine Begrenzung der Empfangssignale vorgenommen ist.

Das Radargerät nach der Erfindung arbeitet somit in denjenigen Betriebsfällen, in welchen die Begrenzung nicht eintritt, mit dem hohen Auflösungsvermögen für Bev.'egtziele, welche für kohärente Demodulation typisch ist. Am Ausgang kommen dabei keine unnötigen und unerwünschten (stets auch Rauschanteile enthaltenden) Sigp.alteile aus dem zweiten Empfangszweig hinzu. Der sonst beim Einsatz der Begrenzung eintretende Verlust an Bewegtzielinformation wird durch den zweiten Empfangszweig infolge der Mischung der Bewegtechosignaie mit den Festzielechosignalen (die hier als Überlagerungsschwingungen dienen) gezielt nur in dieser Zeit ausgeglichen, so daß das Radargerät sowohl im Bereich starker Festzielechosignale als auch im Bereich schwacher oder fehlender Echosignale jeweils eine sehr hohe Empfindlichkeit bei der Erfassung von Bewegtzielen aufweist. so

Die Erfindung sowie Weiterbildung der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung dargestellt, welche das Blockschaltbild eines Pulsdoppel-Radargerätes zeigt:

In der Figur ist der Antenne A eines Pulsdoppler-Radargerätes eine Sende-Empfangs-Schalter 77? nachgeschaltet, der von einem Taktgeber Tgesteuert wird. Die Sendesignale werden, ausgehend von einem mit CO bezeichneten Oszillator in einer Sendestufe SV umgesetzt und verstärkt und nachfolgend als hochfrequente Impulszüge abgestrahlt. Im Empfangsteil des Radargerätes erfolgt in einer Mischstufe MZdie Umsetzung der Ernpfangssägna'.e mit einem Empfangsoszillator EO. der in bekannter Weise gegebenenfalls auch mit dem Oszillator CO phasenmäßig verknüpft sein kann. Die in der Zwischenfrequenzlage vorliegenden Signale werden zwei Empfangszweigen El und E 2 zugeführt, die naralleleeschaltet sind. Ausgangsseitig werden sie zweckmäßig über e.ne Addierstufe AS (z. B. in Form einer Entkopplungsschaltung) zusammengeschaltet. Nachgeschaltet ist eine Festzeichenunterdrückungseinrichtung (z. B. Dopplerfilter) DF, die mit einer Auswerteeinrichtung, z. B. in Form eines Sichtgerätes SG oder eines Rechners, verbunden ist.

Im ersten Empfangszweig El ist ein Zwischenfrequenzverstärker VZl vorgesehen, dem ein Begrenzer BG nachgeschaltet ist. Dieser Begrenzer ist so eingestellt, daß sehr starke Festzeichenechosignale, für deren Beseitigung die Festzeichenunterdrückung nicht mehr ausreichen würde, so stark in ihrer Amplitude verringert werden, daß sie nach der Festzeichenunterdrückungseinrichtung DFnicht mehr angezeigt werden. Zur Feststellung von Bewegtzielen ist ein kohärenter Mischer MCl vorgesehen, der in bekannter Weise eine phasenrnäßig mit dem Sendesignal verknüpften Schwingung als Überlagerungsfrequenz vom Oszillator CO zugeführt erhält. Bei Bewegtzielen ergibt sich am Ausgang des kohärenten Mischers MC\ der als Phasendetektor arbeitet, als Umhüllende eines Impulszuges ein niederfrequentes Modulationssignal, während bei Festzielechosignalen eine Phasenvariation nicht auftritt und damit auch ein niederfrequentes Ausgangssignal am Mischerausgang fehlt (keine Modulation des Impulszuges). Von einer Tiefpaßschaltung TPi werden nur die niederfrequenten Signalteile durchgelassen. Die von Bewegtzielen stammenden Signale gelangen dann zu einem Niederfrequenzverstärker VNl, von wo aus diese Bewegtzielechosignale über die Addierstufe AS und das Dopplerfilter DFdem Sichtgerät SG zugeführt werden.

Im zweiten Empfangszweig E2 sind ein ZF-Verstärker VZ2, ein Mischer MN 2, ein Tiefpaßfilter TPl und ein NF-Verstärker VN 2 vorgesehen.

Da beim Empfangszweig El eine Beeinträchtigung von Bewegtzielechosignalen nur dann auftreten kann, wenn der Begrenzer BG in Tätigkeit tritt, d. h. wenn starke Festzielechosignale auftreten, ist der zweite Empfangszweig E2 so ausgelegt, daß er nur dann Ausgangssignale liefert, wenn der Begrenzer BG in Tätigkeit ist. Hierzu kann eine Schaltvorrichtung vorgesehen sein, welche in den zweiten Empfangszweig E2 eingefügt ist (gestrichelt angedeuteter Schalter S2). Dieser Schalter 52 wird vom Begrenzer BG bei Überschreiten der Begrenzungspannung angesteuert und geschlossen, während er sonst stets offen und dadurch der Empfangszweig praktisch abgeschaltet ist.

Eine einfachere Lösung besteht darin, den Mischer MN2 für die nicht kohärente Demodulation so auszulegen, daß er bei kleinen Empfangssignalen, die unterhalb der Begrenzungsspannung des Begrenzers BG liegen, nicht in Tätigkeit tritt und seine Funktion als Mischer erst dann aufnimmt, wenn im Empfangszweig El eine Begrenzung erfolgt.

Bei der Mischung im Mischer MN2, die im Gegensatz zum Mischer MCl ohne ein zusätzliches OszillatorsigntJ vorgenommen ist, wird die Aufgabe des Oszillatorsignals von einem zusätzlichen Empfangssignal übernommen, das groß genug sein muß, um den Mischer, z. B. dessen Mischerdiode(n), anzusteuern. Gelangt nur ein einziges Dauerstrichsignal auf den Mischer MN2, so ergibt sich keine Wechselspannung am Ausgang, auch wenn der Pegel zur Aussteuerung der Dioden ausreicht. Das gleiche gilt zumindest für ein frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal bis zu einem bestimmten Frequenzhub. Bei einem amplitudenmodulierten Dauerstrichsignal erscheint am Ausgang des Mischers MN2 die

Modulation, wenn der Träger groß genug ist, die Mischerdioden anzusteuern. Ist ein großes Dauerstrichsignal vorhanden, das die Dioden aussteuert, und zusätzlich ein kleines Dauerstrichsignal, so erscheint am Ausgang des Mischers MN 2 die Differenzfrequenz dieser beiden Signale mit einer Amplitude, die vom kleinen Signal bestimmt wird. Dem großen Dauerstrichsignal (welches die Aufgabe des Oszillatorsignals übernimmt) entspricht ein großes Festzielsignal, dem kleinen Dauerstrichsignal ein überlagertes Bewegtzielsignal, wobei wegen der großen Dauer der Impulse der Empfangssignale beide Signalarten wie Dauerstrichsignale angesehen werden können. Diese Doppelfunktion des Empfangssignals beim Mischer MN 2 ist durch die Leitung Langedeutet.

Da ein Festzeichenechosignal ein pulsmoduliertes W-Signal ist, erscheint am Ausgang des Mischers MN 2 die Einhüllende des Festzeichenechos, auch wenn es allein vorhanden ist. Dieser Impuls wird von der Festzeichenunterdrückungseinrichtung (Doppelfilter) DF sicher unterdrückt, weil die Frequenzmodulation, die sich auf dem Festzeichenecho befindet, von dem Mischer MN2 nicht übertragen wird.

Die Übertragungscharakteristik der beiden Empfangszweige Ei und E2 ist zweckmäßig so ausgelegt, daß für ein und dasselbe Bewegtziel am Eingang der Addierstufe AS die gleichen Signalpegel auftreten. Damit sind gleiche Bewegtziele auch in der Auswertung gleichgestellt. Dies ist in einfacher Weise durch geeignete Wahl der Verstärkerfaktoren der ZF- bzw. A/F-Verstärker VZl, WVl, VA/2, VA/2 möglich.

Der Mischer MN2 soll zweckmäßig so ausgelegt werden, daß er über einen möglichst großen Festzeichenpegelbereich mit konstanten Mischverlusten arbeitet. Hierfür besonders geeignet wären z. B. Dioden mit ausgeprägter quadratischer Kennlinie.

Bei fast allen bekannten Radargeräten ist die durch Phasenschwankungen des Senders verursachte Instabilität sehr viel größer als die durch Amplitudenschwankungen hervorgerufene. Deshalb kann die Erfindung dann angewandt werden, wenn eine Vergrößerung der SCV (sub clutter visibility) erreicht werden soll. Außerdem ist es denkbar, daß man mit Hilfe dieser Schaltung Radargeräte mit hoher Festzeichenunterdrückung und hoher SCV bauen kann, ohne extrem phasenstabile und damit aufwendige Sender benutzen zu müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Pulsdoppier-Radargerät mit Festzeicl· -"nterdrückung, enthaltend einen Empfangszv ^ mit einer Mischstufe zur kohärenten Mischung der Empfangssignale unter Verwendung eines der Mischstufe vorgeschalteten Begrenzers zur Vermeidung von Festzeichenrestsignalen, wobei in einem zweiten Empfangszweig, der parallel zum ersten, der kohärenten Mischung dienenden Empfangszweig geschaltet ist, eine Mischung des Bewegtzielsignals mit dem jeweiligen überlagerten Festzielsignal vorgenommen ist und die demodulierten Empfangssignale beider Empfangszweige zusammengefaßt und einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Empfangszweig (E2) nur dann in Tätigkeit gesetzt ist, wenn im ersten Empfangszweig (Ei) eine Begrenzung der Empfangssignale vorgenommen ist.

2. Pulsdoppler-Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Empfangszweige (Ei, E2) an den Zwischenfrequenzteil des Radarempfängers angeschaltet sind.

3. Pulsdoppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungscharakteristik der beiden Empfangszweige (Ei. £2) so gewählt ist, daß am Ausgang der beiden Empfangszweige für ein und dasselbe Bewegtzielechosignal die gleichen Signalpegel erhalten werden.

4. Pulsdoppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (MN2) des zweiten Empfangszweiges (E2) so ausgelegt ist, daß er erst ab Empfangspegeln, die zu einer Begrenzung im ersten Empfangszweig (E 1) führen, mit der Mischung einsetzt.

5. Pulsdoppler-Radargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Empfangszweig (E2) ein Schalter (S 2) vorgesehen ist, der vom Begrenzer (BG) aus bei Überschreiten der Begrenzungsspannung angesteuert und geschlossen wird, während er sonst stets offen ist.

6. Pulsdoppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (MN2) des zweiten Empfangszweiges (E2) so ausgelegt ist, daß er mit möglichst konstanten Mischverlusten über einen möglichst großen Festzeichenpegelbereich arbeitet.