DE2234707A1

DE2234707A1 - Mit korrelation arbeitendes verfahren zur elektromagnetischen ortung und elektromagnetisches ortungssystem zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2234707A1
Application number: DE19722234707
Authority: DE
Inventors: Ange Corbel; Claude Meriaux
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1971-07-16
Filing date: 1972-07-14
Publication date: 1973-01-18
Also published as: GB1380451A; DE2234707C3; FR2146105B1; FR2146105A1; DE2234707B2

Description

THOMSOH' - CSE¹
173» Bd. Haussmann
PARIS 8e /Prankreich

Unser Zeichen; T 1255

Mit Korrelation arbeitendes Verfahren zur elektromagnetischen· Ortung und elektro- ;· · magnetisches Ortungssystem zur Durchführung des ,Verfahrens ' . ·

Die Erfindung betrifft ein mit Korrelation arbeitendes Verfahren zur elektromagnetischen Ortung und elektromagnetische Ortungssysteme zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung eignet sich vorteilhaft, wenn auch nicht ausschließlich, für Radarsysteme, die insbesondere eine Zielerfassung in einem Bereich sehr kleiner Entfernungen gewährleisten sollen. Dieser Fall besteht insbesondere bei Korrelations-Radarsystemen, mit denen Annäherungszünder ausgestattet sind.

Bei solchen Radarsystemen wird das Sendesignal im allgemeinen durch ein digitales Modulationssignal moduliert, das vorzugsweise aus besonderen Signalen ausgewählt ist,

Lei/qi

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die eine praktisch ideale Autokorrelationsfunktion aufweisen, d.h. eine sehr schmale Autokorrelationsspitze großer Amplitude und gedämpfte Nebenzipfel. Diese besonderen Signale gehören oft zu den Signalen, die einen pseudo-zufälligen Code ausdrücken.

Das auf diese V/eise aus Impulsen geformte Modulationssignal wird dem Korrelator mit einer bestimmten Verzögerung gegenüber eier Sendung zugeführt. Die Verzögerung bestimmt die Festlegung des Entfernungsortungsfensters, das dem betreffenden Korrelationskanal entspricht.

Das Empfangssignal entspricht dem Sendesignal mit einer durch die entsprechende Zielentfernung bestimmten Verzögerung, das mit einem Dopplereffekt behaftet ist, der * Von der Radialgeschwindigkeit des Ziels abhängt"; ■ Die Korrelation liefert das Dopplersignal, dessen Amplitude insbesondere von der Zielentfernung sowie von der Korrelationsfunktion abhängt. Die Zielfeststellung geschieht durch Autokorrelation, wobei das Empfangssignal, bis auf den Dopplereffekt, die Verzögerung und das Rauschen, das Abbild des Sendesignals darstellt. Im Fall von besonderen, für die Modulation in Betracht gezogenen Signalen weist die Autokorrelationsfunktion eine dreieckige Hauptspitze auf.

Unter den Bedingungen der Fahortung, d.h. der Ortung auf kurze 'Entfernungen, ist die Korrelationsfunktion nicht an die Dämpfungskurve des Signals angepaßt, die _isich umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Zielentfernung ändert. Die Empfindlichkeit des Radarsystems ändert sich daher beträchtlich in dem Entfernungsfenster, das durch das Korrelationsdreieck und eine Vergleichsschwellc,

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bestimmt ist. Diese Empfindlichkeitsänderung ergibt eine Verzerrung des Dreiecks, die umso stärker ist, je näher die verwendete Entfernungszone liegt. Demzufolge kann das Radarsystem mit abnehmender Zielentfernung Ziele mit immer kleiner werdender scheinbarer Fläche erfassen. Bei sehr kleiner Entfernung können Störechos bereits durch atmosphärische Fiederschläge erzeugt werden. Diese Erscheinungen "sind besonders in den Anwendungsfalien störend, in denen eine Ortung auf kurze Entfernung erfolgt; sie ergeben daher insbesondere schwerwiegende Kachteile bei Annäherungszündern, weil die Gefahr einer ungewollten Auslösung der ladung besteht.

■Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieser ITach- · teile durch Änderung-des Profils der Korrelationsfunktion in der Weise, daß diese besser ah-die Dämpfungskurvß : angepaßt wird und eine resultierende Empfindlichkeit erhalten wird, die sich in geringerem Maße ändert.

Der Erfindungsgedanke beruht darauf, eine Interkorrelation zwischen dem Empfangssignal und einem Bezugssignal durchzuführen, wobei das Bezugssignal dem digitalen Modulationssignal entspricht, das durch Impulsverengung, Ternärcodierung und zeitliche Festlegung derart behandelt worden ist, daß die Interkorrelationsfunktion die Form eines Trapezes in der ausgewerteten Entfernungsortungszone hat.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 Kurven zur Darstellung der Verformung einer dreieckigen Autokorrelationsfunktion bei einer Ortung in sehr nahen Entfernungszonen,

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Pig. 2 Kurvenformen von Signalen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Fall eines Itnpulsradarsystems erhalten werden,

Fig. 3 Kurvenformen von Signalen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Fall eines Daueistrichradarsystems erhalten werden, dessen Welle durch Phasenumkehrung nach einem pseudo-zufälligen Code moduliert werden,

Fig. 4 Kurvenformen von Signalen, die bei dem erfindunggemäßen Verfahren im Fall eines Impulsradarsystems erhalten werden, dessen Impulse durch Phasenumkehrung nach einem pseudo-zufälligen Code moduliert werden,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Schaltungen, die'zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens· bei dem anhand von Fig. 3 erläuterten Anwendungsfall verwendet werden können und

Fig. 6 den Verlauf verschiedener Signale, die in der elektronischen Schaltung von Fig. 5 vorkommen.

Das mit Korrelation arbeitende elektromagnetische Ortungsverfahren wird nachstehend anhand von drei Beispielen beschrieben, die nicht als Einschränkung anzusehen sind, die aber drei bei Korrelations-Radarsystemen häufig an- . gewendete Betriebsarten umfassen. Diese Betriebsarten entsprechen entweder der Aussendung von periodischen Im-.pulsen oder der Aussendung von kontinuierlichen Wellen, die durch Phasenumkehrung nach einem pseudo-zufälligen Code moduliert sind, oder der Aussendung von periodischen Impulsen, die durch Phasenumkehrung nach einem pseudozufälligen Code moduliert sind. Für solche Signale weist

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die Autokorrelationsfunktion eine Hauptspitze auf, die die Form eines Dreiecks hat.

Der von der Entfernung d stammende Dämpungsfaktor, der in der Radargleichung auftritt, hat die Form 1/d ; er erzeugt eine Verzerrung der Autokorrelationsfunktion. Die Verformung des Dreiecks hängt sowohl von der Breite des betreffenden Entfernungsortungsfensters als auch von der Entfernungslage dieses Fensters ab. Die verursachte Verschlechterung ist für nahe beim Radargerät liegende Entferungszonen beträchtlich groß. Diese Erscheinung läßt sich anhand von Fig. 1 erläutern, wo die strichpunktierte Kurve G1 die durch den Faktor 1/d^ bedingte. Änderung darstellt. Die.in vollen Linien gezeichneten Kurven 03, 04 und 05 geben die Verformung eines in gestrichelten Linien' gezeichneten Autokorrelation- ■ dreiecksC2 wieder; das ralttig zu dem Wert 1.1; 1,4. bzw. 2 der Entfernung d liegt. Für ein Ziel mit gegebener scheinbarer Fläche verschiebt sich also das Empfindlichkeitsraaximum sehr schnell von der Spitze des Dreiecks in eine Lage, die entfernungsmäßig dem Beginn des betreffenden Entfernungsfensters entspricht. Der Maximalwert kann in nahen Entfernungszonen ohne weiteres eine Abweichung von mehreren zehn Dezibel gegenüber dem Wert der Spitze des Dreiecks erreichen.

Bei bestimmten Anwendungsarten von Radargeräten, insbesondere bei Annäherungszündern, ergibt sich daraus der schwerwiegende Nachteil einer großen Wahrscheinlichkeit der Störerfassung eines Ziels, dessen scheinbare Fläche klein gegen diejenige des gewünschten Ziels ist. Bei sehr kleiner Entfernung kann die Zielerfassung durch Schwellenvergleich des Korrelationspegels insbesondere durch atmosphärische Niederschläge ausgelöst werden.

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Zur Erzielung einer gleichförmigeren Empfindlichkeit in dem ausgewerteten Entfernungsfenster ist es vorgesehen, durch Interkorrelation eine Korrelationsfunktion zu erhalten, welche die Form eines Trapezes anstatt eines Dreiecks hat. Zu diesem Zweck wird das der Korrelat ionsanordnung im Empfangskanal zugeführte Bezugssignal, anstatt daß es durch die !Fachbildung des verzögerten Sendecodes gebildet ist, aus diesem Signal · durch Impulsverengung, Ternärcodierung und Zeitversetzung gebildet.

Pig. 2 zeigt Kurvenformen, die sich auf eine Anwendung dieses Verfahrens bei einem Impulsradarsystem beziehen. Der in Pig. 2-A dargestellte Modulationscode ist durch einen positiven Impuls der Dauer.TI gebildet, der mit der Paigeperiode T des Radargeräts wiederholt wird." Die Aussendung erfolgt gemäß Pig. 2-B während der Dauer jedes der Impulse von Pig. 2-A. Der Empfang erfolgt zwischen dem Ende einer Sendung und dem Beginn der nächsten Sendung in einem bestimmten Entfernungsortungsfenster für einen betrachteten Korrelationskanal. Gemäß der gebräuchlichen Technik wird der Sendecode zu diesem Zweck um einen bestimmten Betrag T2 verzögert, wie in Pig. 2-C dargestellt ist, wobei die Verzögerungszeit T2 zwischen den Reiten 11 und T nach dem Beginn der entsprechenden Sendung enthalten ist, der als Bezugspunkt für die Zeitmessung angesehen wird. Das in dem betreffenden Penster liegende Empfangssignal von Pig. 2-D weist eine Zeitversetzung TR auf; dieses Empfangssignal ist aus Gründen der Vereinfachung auf den verzögerten Modulationscode beschränkt, wobei das Rauschen und ein evtl. Dopplereffekt unberücksichtigt bleiben. Die Kurve von Pig. 2-E stellt das Autokorrelations-Dreieck dar, das die Signale von Pig. 2-C und von Pig. 2-D für die verschiedenen Zeitversetzungen TR aufweisen. Dieses Dreieck

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liegt mittig zu dem Wert T2 und hat die Basisbreite 2T1. Das zur Steuerung des !Correlators verwendete Bezugssignal ist- aus dem Signal von Fig. 2-C abgeleitet und in Fig. 2-F dargestellt. Es enthält einen gleichfalls positiven Impuls der Dauer T3» die kleiner als die Dauer T1 ist, wobei dieser Impuls mit einer Verzögerung T4 auftritt, die größer als das Zeitintervall T2 oder höchstens gleich diesem ist, wobei die Verzögerung T4 einen Maximalwert von T2 + (11-13) hat. Die Interkorrelationsfunktion zwischen dem Be.zugssignal von Fig. 2-F und dem Empfangs signal von Fig. 2-D ist das Trapez von Fig. 2-G, dessen untere Basis die Breite T1 + T3 und dessen obere Basis die Breite T1 - T3 hat, wobei der Pegel der oberen Basis dem im Verhältnis Τ-3/-Ϊ1 reduzierten Pegel der Spitze. des zuvor erwähnten Dreiecks entspricht. Die Lage des Trapeses .hängt von der -gewählten komplementären Ver- '.." zögerung T5 = Ϊ4-Τ2 ab, wobei die mittige Lage zu dem Wert T2 des Dreiecks für T5 = (T1 - T3)/2 erhalten wird, wie dargestellt ist.

Die in den Diagrammen A bis G von Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten Kurvenformen erläutern in gleicher Weise die Anwendung des Verfahrens bei Korrelations-Radarsystemen mit kontinuierlichen Wellen, die durch Phasenumkehrung nach einem pseudo-zufälligen Code moduliert sind (Fig. 3) bzw. bei einem Korrelations-Impulsradarsystem, dessen Impulse durch Phasenumkehrung nach einem pseudo-zufälligen Code moduliert sind (Fig. 4). Es ist zu bemerken, daß der Modulationscode von Fig. 3-A (bzw. von Fig. 4-A) ein ,Binärcode ist, der aus Impulsen 1 und aus Impulsen O besteht, denen jeweils ein schmaler Impuls des Bezugssignals von Fig. 3-F (bzw. Fig. 4-F) entspricht, der im Fall eines Impulses 1 eine positive Polarität + 1 und im Fall eines Impulses O eine negative Polarität - 1 hat.

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Pig. 5 zeigt das Schaltbild einer Schaltungsanordnung, die bei einem Korrelations-Radarsystem gemäß der Darstellung von Pig. 3 angewendet werden kann. Es sind nur die für die Korrelation verwendeten Schaltungen dargestellt, und die für den Betrieb hauptsächlich kennzeichnenden Signale sind in Fig. 6 gezeigt. Eine Zeitbasisschaltung 1 liefert ein Taktsignal H, das aus Impulsen der Breite T3 und der Periode 11 besteht. Dieses Signal wird einerseits einem Verschieberegister 2 zugeführt, das einen pseudo-zufälligen Code I liefert, und andererseits einer Verzogerungsschaltung 3, die eine Verzögerung T4 erzeugt. Der Code I wird einerseits dem Radarsender 4 und andererseits einer eine Verzögerung T2 erzeugenden Verzogerungsschaltung 5 zugeführt. Die an den Ausgängen der Verzögerungsschaltungen.3 und. 5 er- . haltenen Signale J bzw. K werden einem Und-Gatter 6 zugeführt, damit- ein erstes Binärsignal L erhalten ■ .. wird, das den positiven Impulsen des Bezugssignals entspricht. Der verzögerte Code K wird in einer Negatorschaltung 7 in sein Komplement umgewandelt, das zusammen mit dem Taktsignal I einem zweiten Und-Gatter 8 zugeführt wird, damit ein zweites Binärsignal M erhalten wird, das den komplementierten negativen Impulsen des Bezugssignals entspricht.

Die Signale L und M steuern die Korrelatoranordnung. Das von dem Radarernpfanger 9 gelieferte Eapfangssignal N wird an zwei analoge Torschaltungen 10 und 11 angelegt, die durch die Signale L bsw, die Signale 14 gesteuert .werden. Die Ausgangssignale dieser Torschaltungen werden an einen Differenzverstärker 12 angelegt, der das Interkorrelationssignal P abgibt. Dieses Signal wird zu einer Verarbeitungsschaltung 13 übertragen, die beispielsweise hintereinander eine Dopplerfilterschaltung, eine Detektorschaltung, eine Integrierschaltung, einen Schwellenwertkomparator und eine Impulßformerschaltung enthalten kann.

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Claims

Pat entans prüo he

1./Mit Korrelation arbeitendes Verfahren zur elektromagnetischen Ortung für die Anwendung bei einem Ortungssystem, bei welchem die Dauer jeder periodischen Sendung durch ein digitales Modulationssignal getastet ist, das einem Binärcode entspricht, der durch wenigstens eine Binärziffer 1 gebildet ist, wobei der Modulationscode zur Bildung eines empfangsseitigen Bezugssignals verzögert wird, das mit dem betreffenden Empfangssignal in einem Korrelator zur Korrelation gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Bezugssignals der Modulationscode verzögert und durch Impulsverengung und . . Polaritätsdiskriaination umgeformt wird.,, wobei die ITmfornung darin besteht, daß einerseits für jede Binär-

' ziffer 1 des iiodulationscodes mit der digitalen Dauer 21 ein Signal gebildet wird, das für die Dauer T3 = T1/K (wobei K einen vorbestimmten Wert >1 hat) ein positiver Impuls ist und für die übrige Dauer der betreffenden Binärziffer den Wert Null hat, während andrerseits für jede Binärziffer O des Modulationscodes ein Signal gebildet wird, das für die gleiche Dauer T3 ein negativer Impuls ist und für die übrige Dauer der Binärziffer den Wert Null hat, so daß die Interkorrelationsfunktion, die zwischen dem Bezugssignal und der Nachbildung des in dem Empfangssignal enthaltenen Modulationscodes erhalten wird, die Form eines Trapezes hat, das im Innern eines Dreiecks liegt, das der Autokorrelationsfunktion des .Modulationscodes mit sich selbst entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Verzögerung Ϊ2 des verzögerten Modulationscodea zwischen den Werten Ϊ1

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und T liegt, wobei T die Sendeperiode ist, dadurch gekennzeichnet, daß der verzögerte und umgeformte Code wenigstens einun positiven Impuls der Dauer T3 enthält bzw. mehrere Impulse enthält, deren Periode gleich der digitalen Dauer CD 1 des Modulationscodes ist, und daß die Verzögerung T4, welche die Vorderflanke des ersten Impulses des verzögerten und umgeformten Codes aufweist, zwischen der Verzögerung T2 des verzögerten Modulationscodes und der Dauer T2+T1-T3 liegt.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung T4 des verzögerten und umgeformten Codes gleich dem Wert (T1-T3)/2 + 12 ist, so daß das Interlrorrelationstrapez und.das entsprechende Ortungs-, fenster mittig zu dem Wert der Verzögerung 12 des verzögerten Modulationscodes liegen. ' · ·. .

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Grundlinie des Interkorrelationstrapezes die Dauer T1 + T3 und seine obere Grundlinie die Dauer T1 - T3 haben, und daß die den maximalen Ortungspegel bestimmende Höhe des Irapezes der im Verhältnis T3/T1 reduzierten Höhe des Autokorrelationsdreiecks entspricht.

Elektromagnetisches Ortungssystep zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Einrichtungen zur Bildung des Hodulationscodes und des ,um einen bestimmten Betrag T2 verzögerten Codes, mit einer Taktgeberschaltung, die ein Synchronisiersignal zu einer Generatorschaltung liefert, welche den Modulationscode bildet, und mit einer Versögerungsschaitung,

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welche den verzögerten Code abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktgeberschaltung (1) ein Taktsignal (H) liefert, das durch aufeinanderfolgende Impulse des Binärwerts 1 der Dauer T3 mit der Folgeperiode T1 gebildet ist, daß das Taktsignal (H) einer Verzögerungsschaltung (3) zugeführt wird, die eine vorbestimmte Verzögerungszeit T4 erzeugt, und daß der verzögerte Code (K) und das verzögerte Taktsignal (J) einer logischen Schaltungsgruppe (6, 8) zugeführt wird, welche den verzögerten und umgeformten Code bildet, der das für die Korrelation verwendete Bezugssignal darstellt.

6. Elektromagnetisches Ortungssystem nach Anspruch 5, da-.

■ '. durch .gekennzeichnet, daß. die logische Sc h^Mngs gruppe (6, -b) das Bezugssignal -in Form von zwei Binärsignalen erzeugt, von denen das eine Binärsignal (L) den Binärziffern 1 des Modulationscodes und das andere Binärsignal (M) den Binärsiffern O des Modulationscodes entsprechen, daß die Binärsignale (L, M) zwei analoge Torschaltungen (10, 11) steuern, deren Signaleingänge das Empfangssignal (iT) empfangen und deren Ausgänge mit den Eingängen eines Differenzverstärkers (12) verbunden sind, und daß an den Ausgang des Differenzverstärkers eine Auswertungsschaltung (13) angeschlossen ist.

7. Elektromagnetisches Ortungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltungsgruppe zwei Und-Gatter (6, O) enthält, die jeweils zwei Eingänge .haben, die gleichzeitig an einem ersten Eingang das verzögerte Taktsignal (J) und am zweiten Eingang einerseits den verzögerten Code (K) und andrerseits den verzögerten und negierten Code (X) empfangen.

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