DE2230823C3 - Pulsdoppler-Radargerät mit kohärenter 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 Pulscloppler-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.

Es ist bekannt, bei Pulsdoppler-Radargeräten ν on der kohärenten Demodulation der Empfangssignale Gebrauch zu machen, wobei ein phasenmäßig mit den Sendesignalen verknüpfter KLohärenzoszillator vorgesehen ist, der bei der Demodulation der Empfangssigna-

'5 Ie mitwirkt Wenn bei dem Pulsdoppler-Radargerät eine restzeichenunterdrückung (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, weiche 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 DE-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, welche 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 Bewegtzeichenfilter 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 ober 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 wurden) nur relativ sehen 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 gelangen 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-Echosignaien 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 Bewegtziele, welche für kohärente Demodulation typisch ist Am Ausgang kommen dabei keine unnötigen und unerwünschten (stets auch Rauschanteile enthaltenden) Signalteile aus dem zweiten Empfangszweig hinzu. Der sonst beim Einsatz der Begrenzung eintretende Verlust an Bewegtzielinformation wird durch den zweiten Empfangszweig infolge der Mischung der Bewegtechosignale mit den Festzielechosignalen (die hier als Oberlagerungsschwingungen 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.

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 TR 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 lmpulsziige abgestrahlt Im Empfangsteil des Radargerätes erfolgt in einer Mischstufe MZdie Umsetzung der Empfangssignale mit einem Empfangsoszillator EO₁ der in bekannter Weise gegebenenfalls auch mit dem Oszillator CO phasenmäßig verknüpft sein kann. Die in der Zwischenfrequenzlage vorliegenden Signale werden zwei Empfangszweigen Ei und El zugeführt, die parallelgeschaltet sind. Ausgangsseitig werden sie zweckmäßig über eine Addierstufe AS (z, B, in Form einer Entkopplungsschaltung) zusammengeschaltet. Nachgeschaltet ist eine Festzeichenunterdröckungseinrichtung (?, B. Dopplerfilter) DF, die mit einer Auswerteeinrichtung, z, B, in Form eines Sichtgerätes SO oder eines Rechners, verbunden ist

Im ersten Empfangszweig EX ist ein Zwischenfrequenzverstärker VZi vorgesehen, dem ein Begrenzer BG nachgeschaltet ist Dieser Begrenzer ist so eingestellt, daß sehr starke Festzeichenechosignale, für deren Beseitigung die Festeeichenunterdrückung nicht mehr ausreichen würde, so stark in ihrer Amplitude verringert werden, daß sie nach der Festzeichenunterdrückungseinrichtung DFnicht mehr angezeigt werden.

is Zur Feststellung von Bewegtzielen ist ein kohärenter Mischer AiCi vorgesehen, der in bekannter Weise eine phasenmäßig mit dem Sendesignal verknüpften Schwingung als Überlagerungsfrequenz vom Oszillator CO zugeführt erhält Bei Bewegtzielen ergibt sich am Ausgang des kohärenten Mischers MCl der als Phasendetektor arbeitet, als Umhüllende eines Impulszuges ein niederfrequentes Modulatic.^,signal, während bei Festzielechosignaien eine Phasenvi/iation nicht auftritt und damit auch ein niederfrequentes Ausgangssignal am Mischerausgang fehlt (keine Modulation des Impulszuges). Von einer Tiefpaßschaltung TP i werden nur die niederfrequenten Signalteile durchgelassen. Die von Bewegtzielen stammenden Signale gelangen dann zu einem Niederfrequenzverstärker VTVl, von wo aus

3C diese Bewegtzieiechosignale über die Addierstufe AS und das Dopplerfilter DFdem Sichtgerät SC zugeführt werden.

Im zweiten Empfangszweig El sind ein ZF-Verstärker VZ2, ein Mischer MN2, ein Tiefpaßfilter TP2 und ein NF-Verstärker VTV 2 vorgesehen.

Da beim Empfangszweig Ei 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 El eingefügt ist (gestrichelt angedeuteter Schalter 52).

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 MNl 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 Ei eine Begrenzung erfolgt.

Bei der Mischung im Mischer MN 2, die im Gegensatz zum Mischer MC 1 ohne ein zusätzliches Osziilatorsignal 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 MN 2, 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 tu 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 HF-Signal ist, erscheint am Ausgang des Mischers MN 2 die Einhüllende des Festzeichenechos, auch wenn es

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. NF-Verstärker VZl, VN1, VN 2, VN2 möglich.

Der Mischer MN 2 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 Instabi-Iitat sehr viel größer als die durch Amplitudenschwankungcn hervorgerufene. Deshalb kann die Erfindung dann angewandt werden, wenn eine Vergrößerung der SCV (sub clutter visibility) erreicht werden soll.

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)

1. Patentansprüche;

   J, 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 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. 2. Pulsdoppler-Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Empfangszweige (Ei, E2) an den Zwischenfrequenzteil des Radarempfängers angeschaltet sind.
3. 3. Pulsdoppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungscharakteristik der beiden Empfangszweige (Ei, E2) so gewählt ist, daß am Ausgang der beiden Empfangszweige für ein und dasselbe Bewegtzielechosignal die gleichen Signalpegel erhalten werden.
4. 4. Pulsdopple.'-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dsdurch ji .-kennzeichnet, daß der Mischer (MN2) des z-veiten Empfangszweiges (E2) so ausgelegt ist, daß er erst a'r- Empfangspegeln, die zu einer Begrenzung im ersten Empfangszweig (Ei) führen, mit der Mischung einsetzt
5. 5. Pulsdoppler-Radargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Empfangszweig (E2) ein Schalter (52) vorgesehen ist der vom Begrenzer (BG) aus bei Überschreiten der Begrenzungsspannung angesteuert und geschlossen wird, während er sonst stets offen ist
6. 6. Pulsdoppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (MN 2) des zweiten Empfangszweiges (E 2) so ausgelegt ist, daß er mit möglichst konstanten Mischverlusten über einen möglichst großen Festzeichenpegelbereich arbeitet