DE2245349C1

DE2245349C1 - Konisch abtastende Radar-Zielfolgeeinrichtung mit Beseitigung unerwünschter Fehler durch eine versetzte weitere Empfangs-Strahlungskeule

Info

Publication number: DE2245349C1
Application number: DE19722245349
Authority: DE
Inventors: Erich Dr.-Ing. 8000 Muenchen Mayerhofer; Kurt Dr.-Ing. 8031 Gilching Wiedemann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-09-15
Filing date: 1972-09-15
Publication date: 1979-05-03

Description

kann. Zielfolgeradars mit konischer Abtastung sind demnach einerseits gegenüber Monopuls-Zielfolgeradars durch Störungsmaßnahmen von selten des zu verfolgenden Ziels leichter in der Winkelverfolgung zu stören. Andererseits erfordern jedoch mit konischer Abtastung arbeitende Radarzielverfolgungsanlagen weit weniger Aufwand und sind bedeutend unkomplizierter als Monopuls-Zielverfolgungseinrichtungen.

Aus der US-Patentschrift 33 07 183 ist es bekannt, eine bestimmte, von einem feindlichen Flugzeug ausgesandte Störung zur Fehlleitung einer mit konischer Abtastung arbeitenden Zielverfolgungsanlage auszuschalten. Zur Aussendung dieser Störung ist es erforderlich, daß das feindliche Flugzeug die Trägerfrequenz und die Modulationsfrequenz der konischen Abtastung ermittelt. Diese Störung von Seiten des feindlichen Flugzeugs wird nach dieser US-Patentschrift dadurch vermieden, daß nur empfangsmäßig mit konischer Abtastung gearbeitet wird, während bei der Sendung eine ständig gleichgerichtete Keule zur Erfassung des Zielobjekts abgestrahlt wird. Das feindliche Zielobjekt kann somit die Abtastfrequenz überhaupt nicht feststellen. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht jedoch darin, daß Rauschmodulationsstörer und auch störende Modulationen, die z. B. durch Reflexionsänderung auf Grund der Zielbewegungen und des Propellerdrehens entstehen, nicht beseitigt werden können.

Aus der britischen Patentschrift 8 34 520 ist eine mit konischer Abtastung arbeitende Zielfolgeeinrichtung bekannt, die mit einer ersten Antenne sende- und empfangsmäßig konisch abtastet und zusätzlich auf Grund der Verwendung einer zweiten Antenne eine feste Empfangskeule aufweist. Die mit der ersten Antenne empfangenen Signale sind durch die Rückstrahlungsänderungen des Ziels mit der Abtastfrequenz moduliert, und zwar zweifach, d. h. einmal auf Grund der modulierten Sendung und das zweite Mal auf Grund des modulierten Empfangs. Das mit der zweiten, nämlich der festen Antenne empfangene Signal ist auch durch die Rückstrahlungsänderungen des Ziels moduliert, jedoch nur einmal auf Grund der Abtastung mittels der ersten Antenne beim Sendevorgang. Durch Quotientenbildung des mit der ersten Antenne ausgewerteten Signals und des mit der zusätzlichen Antenne empfangenen Signals ergibt sich ein Signal, welches im wesentlichen unabhängig von Rückstrahlungsänderungen ist, jedoch die Fehlerspannung zur Nachführung der Antennenachse enthält. Zu diesem Zweck ist aber eine eigene Schaltung zur Quotientenbildung der Ausgangssignale der beiden Antennen erforderlich.

Aus der US-Patentschrift 30 26 513 ist eine Zielverfolgungseinrichtung bekannt, bei welcher zwei Strahlen mit geringem gegenseitigen Winkelversatz ausgestrahlt werden und ein Ziel mit dem gemeinsamen Uberdeckungsbereich erfassen. In der Mitte zwischen diesen beiden winkelmäßig versetzten und konisch rotierenden Strahlen liegt die Antennenachse. Die vom Ziel zurückkommenden Echosignale werden von der Antenne als zwei getrennte Signale empfangen. Diese beiden Signale werden nach Art der Monopulspeilung zur Erzielung der Entfernungsinformation addiert und zur Erzielung der Winkelablageinformation voneinander subtrahiert. Das Differenzsignal ist entsprechend der Keulenrotationsfrequenz moduliert. Die Phase der Modulationseinhüllenden wird mit der Phase eines Bezugssignals entsprechend der Methode bei konischer Abtastung verglichen, um die Information über die Winkelablage der Achse des gemeinsamen Keulenüberdeckungsbereiches von der Zielrichtung abzuleiten. Bei diesem bekannten Zielverfolgungssystem sind jedoch genauso wie bei der Monopulspeilung hinsichtlich der zu verwendenden Schaltungen ziemlich komplizierte und aufwendige Einrichtungen erforderlich, nämlich insbesondere die Anordnungen zur Summen- und Differenzbildung.

_]0 Außerdem muß der Empfänger möglichst nahe am Primärstrahler der Reflektorantenne angebaut sein, so daß eventuelle Phasenverschiebungen zwischen den verschiedenen Kanälen reduziert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine ausschließlich mit konischer Abtastung arbeitende Ziel Verfolgungseinrichtung unter Verwendung eines zusätzlichen Empfangsstrahlers zur Fehlerspannungserzeugung mittels Quotientenbildung der beiden empfangenen Signale zu schaffen, so daß die Störunanfälligkeit und der Sicherheitsgrad gegen elektronische Gegenmaßnahmen (»ECM«) von Seiten des Flugziels etwa genauso hoch ist wie bei Monopuls-Zielverfolgungsradars. Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Radar-Zielfolgeeinrichtung der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zusätzliche Strahlungskeule in an sich bekannter Weise so ausgebildet ist, daß sie eine zur Drehbewegung der ersten Strahlungskeule um 180 Grad versetzte Drehbewegung ausführt, d.h. stets diejenige Lage einnimmt, welche die erste Strahlungskeule zum Zeitpunkt nach einer halben Gesamtumdrehung einnehmen wird, daß der Verstärkungsgrad des der zusätzlichen Strahlungskeule zugeordneten Regelverstärkers durch eine Regeleinrichtung so eingestellt wird, daß sein Ausgangssignal konstante Amplitude aufweist, daß die den Verstärkungsgrad des der zusätzlichen Strahlungskeule zugeordneten Regelverstärkers beinhaltende • Regelgröße ebenfalls zur Einstellung des Verstärkungsgrades des anderen Regelverstärkers herangezogen wird und daß das Ausgangssignal des letztgenannten Regelverstärkers als Fehlerspannung zur Nachführungskorrektur der Antennenachsenablage dient.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die beiden Strahlungskeulen in einem einzigen Antennensystem mit Hilfe eines gemeinsamen Antennenreflektors erzeugt werden. Dieses Antennensystem ist in zweckmäßiger Weise so ausgebildet, daß als Primärstrahler zur Bildung der beiden Strahlungskeulen zwei um die Antennenachse rotierende und, bezogen auf diese, exzentrisch angeordnete und um 180 Grad versetzte Speisehörner vorgesehen sind.

Die Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels und dreier Figuren näher erläutert.

Bei mit konischer Abtastung arbeitenden Zielfolgeradars wird durch exzentrische Anstrahlung des Antennenreflektors eine von der Antennenachse ausgelenkte Strahlungskeule erzeugt. Durch Rotation des exzentrischen Speisesystems um die Antennenachse rotiert die Antennenkeule auf einer Kegelmantelfläche um die Antennenachse. Bei ungestörter Zielverfolgung erhält man als Empfangssignal einen mit der Abtastfrequenz amplitudenmodulierten Impulszug.

S_e(t) = U₀ ■ [1 + m · cos (w_sc · t + Φ_ζ)]² . (1)
Die Einhüllende S_e(t) des Impulszuges ist durch die

Gleichung (1) beschrieben, wobei /_sc = ^ die Abtastfrequenz und Φ_ζ die Phasenverschiebung gegenüber einer Referenzschwingung ist. Die Phasenverschiebung Φ_ζ beschreibt die räumliche Winkelablage des Ziels bzw. bestimmt die Richtung der Nachregelung der Antenne. U₀ stellt die Amplitude dar, m ist ein Maß für die Größe der Ablage des Ziels von der Antennenachse. .

Sendet das zu verfolgende Ziel ein Störsignal S₅₁(O aus, so werden vom Empfänger des Radargeräts zwei Signale, nämlich das Empfangssignäl S_e(t) und das Störsignal S₅,(t), aufgenommen. Daraus ergibt sich das Gesamtsignal S.

S = S_e{t) + S_st(t) [1 + m · cos(co_sc ■ ί + Φ_ζ)] . (2)

Das Störsignal S₅, (0 kann ebenfalls mit der Abtastfrequenz/_sc amplitudenmoduliert sein. Es können aber auch davon abweichende Modulatiönsfrequenzen oder Pulsamplitudenmodulation Verwendung finden. Die nachfolgende Gleichung(3) beschreibt die Einhüllende des Störsignals S₅₁(O-

S_s,(t) = U₃, ■ [I + q ■ cos (W₅₁ · t + Φ₅₁)]. (3)
U_n ist die Amplitude, /„. = -^- die Störfrequenz vorzutäuschen, q stellt den Modulationsgrad dar. -

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 wird ein zusätzliches Speisehorn 2 in die Antenne eingefügt, das gegenüber dem vorhandenen und exzentrisch angeordneten Speisehorn 1, bezogen auf die Antennenachse 3, um 180 Grad versetzt ist, d. h. diesem gegenüberliegt. Dieses zweite Speisehorn 2 ist ebenfalls exzentrisch angeordnet und rotiert zusammen mit dem Speisehorn 1 um die Antennenachse 3. Als Reflektor ist ein rotationssymmetrischer Parabolreflektor 4 vorgesehen. Die durch die beiden Speisehörner 1 und 2 erzeugten Strahlungskeulen sind nach Reflexion am Parabolreflektor mit ihrer Achsegegen die Antennenachse 3 etwas geneigt.

Die Antenne 7 hat — wie in F i g. 1 dargestellt —

zwei räumlich um 180 Grad versetzte Strahlungskeulen 5 und 6, die um die Antennenachse 3 rotieren, über die Keule 5 wird gesendet und empfangen, während über die Strahlungskeule 6 nur empfangen wird.

Im folgenden sei der ungestörte Fall beschrieben:

Die Einhüllende des Pulszuges am Flugziel ist beim

Abstrahlen über die Keule 5
₂₅

^υ* = U_o(\+m- cos (<„_sc ■ t + Φ_ζ)). (4)

Das Empfangssignal U₁ des der Keule 5 zugeordneten Empfängers 8 ist -

U₁ = «l/„(l + m ■ cosK_c · t + <P_z)f . Wird hier nur die Grundwelle der Abtastfrequenz betrachtet, so wird aus Gleichung (5)

U₁ = λ-[Z₀(I + 2mcos(tu_sc-i + Φ₂)). Das Empfangssignal U₂ des der Keule 6 zugeordneten Empfängers 9 ist

U₂ = "'UaU- + mcos (co_sc ■ t + Φ_ζ)] [1 + Hjcos (to_5C · t + Φ_ζ + π)] . Betrachtet man nur den Grundwellenanteil der Abtastfrequenz, so wird aus der Gleichung (7)

Das Ausgangssignal des Empfängers 9 hat für die 45 Information über die Zielablage entnommen werden, gemachten Annahmen einer exakten sinusförmigen Die Empfänger 8, 9 sind in F i g. 3 gezeigt. Modulation durch die Antennenrotation konstante Im Störfall wird von den beiden Empfängern zuAmplitude, m ist die Größe der Amplitudenmodula- sätzlich noch das Störsignal S_x,,,, empfangen, das im tion, gegeben durch den Betrag der Winkelablage des _{ßd id k d} Abtastfrequenz f_K = -p- moduliert Zieles von der Hauptstrahlrichtung der Antenne, und 50 ^v ^M ^Jse 2π Φ_ζ gibt die Richtung der Winkelablage an. Im unge- ist. .
störten Fall kann aus dem Empfangssignal U₁ die

Das Ausgängssignal des Empfängers 8 ist somit

+ m ■ cos(w_5c · t + Φ_ζ))² + S_s,(i) (1 + m ■ cos(_(üsc ■ t + Φ_ζ))

und das des Empfängers 9

t/₂(t) = κ - U₀(I +Wi · cos(w_5C · t + Φ_ζ))(1 - m -cos(tu_5C · t + Φ_ζ)) + S_s,(i)(l + m ■ cos(co_5C · t + Φ_ζ)). (9)

Bildet man den Quotienten

, so erhält man

U₂(i)

Φ_ζ)

für m <c 1.

Durch diese Rechenoperation der Quotienten bildung wird der Einfluß der Modulation des Störsignals auf die Winkelverfolgung des Folgeradars beseitigt, sofern man diesen Quotienten als Fehlerspannung heranzieht.

In F i g. 3 ist das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Quotientenbildung gezeigt. Die beiden Empfangssignale U₁U) und U₂(t) werden nach Empfang in den Empfangern 8 und 9 in zwei identischen Regelverstärkern 10 und 11 verstärkt. Die Verstärkung V der beiden Regelverstärker 10 und 11 wird so eingestellt, daß das Ausgangssignal U₂'U) des Regelverstärkers 11 konstante Amplitude hat. Dadurch wird die Störmodulation im Empfangskanal des Empfängers 8 ebenfalls eliminiert. Mit 12 ist der Regler zur Ableitung des Regelkriteriums bezeichnet.

Es gilt:

(U)

wobei V = zeitabhängige Verstärkung des Regel-

Verstärkers 11. Da U₂'U) = const., ergibt sich

V =

const.
U₂U)

Das Ausgangssignal des Regelverstärkers 10 lautet, da diesem die gleiche Regelgröße des Reglers 12 zugeführt wird:

i U) ■ const. U₂It)

(12)

Es ergibt sich ein Quotientensignal entsprechend der Gleichung (10). Das im Empfangssignal Ui U) enthaltene Störsignal wird dadurch eliminiert. Im Ausgangssignal U{(t) ist die volle Information über die Zielablage (Φ_ζ und m) enthalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 6t8/17t

Claims

Patentansprüche

1. Radar-Zielfolgeeinrichtung zur Winkelverfolgung mit konischer Abtastung unter Beseitigung einer unerwünschten Fehlerspannung, die insbesondere durch elektronische Gegenmaßnahmen (»ECM«) erzeugt werden kann, wobei die Achse einer Sende- und Empfangsantennen-Strahlungskeule eine auf einer Kegelmantelfläche stattfindende, rotierende Bewegung um die die Kegelachse darstellende Antennenachse beschreibt, so daß bei einer Winkelablage des zu verfolgenden Ziels das empfangene Signal in seiner Amplitude mit der Rotationsfrequenz der konischen Abtastung moduliert ist und sich mit dieser Modulationsspannung, die in ihrer relativen Phase zu einem Referenzsignal die Richtung der Zielablage von der Antennenachse und in ihrer Amplitude die Größe der Zielablage von der Antennenachse darstellt, eine Nachführung der Antennenachsenlage in Richtung auf das zu verfolgende Ziel durchführen läßt, wobei räumlich versetzt zu dieser rotierenden Strahlungskeule mit noch einer Strahlungskeule empfangen wird und die empfangenen Signale der beiden Strahlungskeulen jeweils einem Regelverstärker eingegeben werden und durch Quotientenbildung aus dem ersten empfangenen Signal und dem mit der zusätzlichen Strahlungskeule empfangenen Signal die Fehlerspannung zur Nachführungskorrektur der Antennenachsenablage abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Strahlungskeule (6) in an sich bekannter Weise so ausgebildet ist, daß sie eine zur Drehbewegung der ersten Strahlungskeule (5) um 180 Grad versetzte Drehbewegung ausführt, d. h. stets diejenige Lage einnimmt, welche die erste Strahlungskeule (5) zum Zeitpunkt nach einer halben Gesamtumdrehung einnehmen wird, daß der Verstärkungsgrad (V) des der zusätzlichen Strahlungskeule (6) zugeordneten Regelverstärkers (11) durch eine Regeleinrichtung (12) so eingestellt wird, daß sein Ausgangssignal (L£(t)) konstante Amplitude aufweist, daß die den Verstärkungsgrad (V) des der zusätzlichen Strahlungskeule (6) zugeordneten Regelverstärkers (11) beinhaltende Regelgröße ebenfalls zur Einstellung des Verstärkungsgrades (V) des anderen Regelverstärkers (10) herangezogen wird und daß das Ausgangssignal (U[ (t)) des letztgenannten Regelverstärkers (10) als Fehlerspannung zur Nachführungskorrektur der Antennenachsenablage dient.

2. Radar-Zielfolgeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strah-¹ lungskeulen (5, 6) in einem einzigen Antennensystem mit Hilfe eines gemeinsamen Antennenreflektors (4) erzeugt sind.

3. Radar-Zielfolgeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Primärstrahler zur Bildung der beiden Strahlungskeulen (5, 6) zwei um die Antennenachse (3) rotierende und, bezogen auf diese, exzentrisch angeordnete und um 180 Grad versetzte Speisehörner (1 und 2) vorgesehen sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radar-Zielfolgeeinrichtung zur Winkelverfolgung mit konischer Abtastung unter Beseitigung einer unerwünschten Fehierspannung, die insbesondere durch elektronische Gegenmaßnahmen (»ECM«) erzeugt werden kann, wobei die Achse einer Sende- und Empfangsantennen-Strahlungskeule eine auf einer Kegelmantelfläche stattfindende, rotierende Bewegung um die die Kegelachse darstellende Antennenachse beschreibt, so daß

ίο bei einer Winkelablage des zu verfolgenden Ziels das empfangene Signal in seiner Amplitude mit der Rotationsfrequenz der konischen Abtastung muduliert ist und sich mit dieser Modulationsspannung, die in ihrer relativen Phase zu einem Referenzsignal die Richtung der Zielablage von der Antennenachse und in ihrer Amplitude die Größe der Zielablage von der Antennenachse darstellt, eine Nachführung der Antennenachsenlage in Richtung auf das zu verfolgende Ziel durchführen läßt, wobei räumlich versetzt zu dieser rotierenden Strahlungskeule mit noch einer Strahlungskeule empfangen wird und die empfangenen Signale der beiden Strahlungskeulen jeweils einem Regelverstärker eingegeben werden und durch Quotientenbildung aus dem ersten empfangenen Signal und dem mit der zusätzlichen Strahlungskeule empfangenen Signal die Fehlerspannung zur Nachführungskorrektur der Antennenachsenablage abgeleitet wird.
Eine bekannte Technik zur Erzielung von Informationen über die Winkelablage eines Ziels benutzt mehrere Antennenkeulen und bestimmt den Ablagewinkel mittels der Phasen- und Amplitudenbeziehungen, die zwischen den von den einzelnen Keulen kommenden Signalen bestehen. Dieses »Monopuls«-Systern ist zwar gegen vom Ziel stammende elektronische Gegenmaßnahmen verhältnismäßig sicher, gestaltet sich jedoch hinsichtlich der zu verwendenden Schaltungen ziemlich kompliziert und aufwendig, vor allem, was den Empfänger betrifft, der sich zudem sehr nahe am Primärstrahler der Reflektorantenne befinden muß, damit die möglichen Phasenverschiebungen zwischen den verschiedenen Kanälen herabgesetzt werden.
Eine andere bekannte Methode zur Erzielung von Informationen über die Winkelablage ist das sogenannte Zielfolgeradar mit konischer Abtastung. Bei dieser Art von Zielfolgeradar erhält man die Information über die Winkelablage des Ziels zur Antennenachse durch die konische Abtastbewegung der Antennenstrahlungskeule um die Antennenachse. Bei einer Winkelablage des Ziels ist das Empfangssignal in der Amplitude mit der Abtastfrequenz moduliert. Durch Phasenvergleich mit einem Referenzsignal wird die Richtung der Zielablage ermittelt. Die Amplitude dieser Modulationsschwingung stellt den winkelmäßigen Abstand der Zielablage von der Antennenachse dar. Die Lage der Antennenachse wird dann auf Grund der als Regelspannung ausgenützten Modulationsschwingung so weit nachgestellt, bis keine Modulation mehr vorhanden ist.

Die Abtastfrequenz kann jedoch an Bord des verfolgten Flugziels relativ leicht gemessen werden. Durch Abstrahlung eines mit der Abtastfrequenz modulierten Signals, das gegenüber dem an Bord des Flugziels empfangenen Signal in der Phase verschoben ist, kann eine Verfälschung der vom Zielfolgeradar vorgenommenen Winkelablagemessung erreicht werden, was sogar zu einem Abbruch der Verfolgung führen