DE2247877C2

DE2247877C2 - Empfänger für Entfernungsmessungs- Impulsradargeräte

Info

Publication number: DE2247877C2
Application number: DE2247877A
Authority: DE
Inventors: Rémy Sceaux Tabourier
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1971-10-01
Filing date: 1972-09-29
Publication date: 1983-12-01
Also published as: FR2154362B1; IT969455B; GB1366792A; DE2247877A1; US3810177A; NL7213047A; FR2154362A1; JPS4844088A; JPS5141320B2

Description

Summensignal durchschaltet.

Aus der US-PS 35 66 407 ist ferner ein Monopulsraciarempfänger bekannt, bei dem über einen elektronischen Schalter abwechselnd das Summensignal und das Differenzsignal auf den nachfolgenden Verstärker geschaltet wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Empfängers für Entfernungsmessungs-Impulsradargeräte, der auch zur Anwendung bei Systemen mit nichtkohärenten Impulsen geeignet ist und darüber hinaus den Vorteil aufweist, daß er nur geringe Störsignale erzeugt

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Pegeländerungen von π aufeinanderfolgenden Empfangssignaien, die von demselben Ziel stammen, ausreichend klein sind, um in den Empfangsschaltungen für diese Signale denselben Verstärkungsfaktor beibehalten zu können. Die für die automatische Verstärkungsregelung durchgeführten Pegelmessungen werden dann erfindungsgemäß nur bei einem Impuls vorgenommen, jedoch mit einer Periode, die langer ist als die Periode der Impulse. Ferner wird diese Messung an dem durch den Differenzsignalverstärker verstärkten Summensignal durchgeführt.

Das Differenzsignal selbst kann aus mehreren Differenzsignalen in an sich bekannter Weise durch Zeitmultiplexierung gebildet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 das Prinzipschema eines Summen-Differenz-Empfängers bekannter Art;

F i g. 2 das allgemeinste Prinzipschema eines Empfängers nach der Erfindung;

F i g. 3, 4, 5 Blockschaltbilder von verbesserten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Empfängers;

F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel eines Bestandteils des Empfängers von F i g. 5 und

F i g. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung von F i g. 6.

In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß das Summensignal Σ und das Differenzsignal Δ, die von der bzw. den Antennen aufgefangen worden sind, zuvor in herkömmlicher Weise behandelt worden sind (Frequenzumsetzung, konstante Vorverstärkung, Entfernungsselektion usw.).

Sie werden dann, wie in F i g. 1 dargestellt ist, jeweils einem Verstärker A\ bzw. A₂ zugeführt, deren Verstärkungsfaktoren g\ und #2 steuerbar sind, und die möglichst gleiche Kennlinien haben. An diese Verstärker ist ein Synchrondemodulator D angeschlossen, der an der Klemme U das Video-Entfernungsmeßsignal liefert.

Der Ausgangspegel des Verstärkers A\ wird nach einer Amplitudendemodulation in einem Detektor A durch eine Verstärkungsregelanordnung auf einem konstanten Wert K gehalten. Die Verstärkungsregelanordnung enthält eine Steuerschaltung C, die das Ausgangssignal einer Vergleichs- oder Subtrahierschaltung 5 empfängt, die am einen Eingang das Ausgangssignal des Amplitudendetektors A empfängt, während ihr anderer Eingang auf einem festen Bezugswert K gehalten wird.

Das Steuersignal wird auch dem Verstärker Ai zugeführt

Da das Ausgangssignal des Summensignalverstärkers A\ konstant ist, hängt das Ausgangssignal des Synchrondemodulators D nur von dem Ausgangssignal des Differenzsignalverstärkers A₂ ab. Man erhält dann am Ausgang des Verstärkers A₁ infolge der automatischen Verstärkungsregelung das Signal:

Σ ■ g, = K

ίο wobei K eine Konstante ist, und am Ausgang des Verstärkers A₂ das Signal:

Δ ■ gi =

K ■ ΔΙΣ

Dieses Signal hat den Wert K - ΔΙΣ, wenn g₂lg\ unabhängig von der Verstärkungsregelspannung stets den Wert 1 hat. Die Schwierigkeit besteht gerade darin, die beiden Verstärkungsschaltungen A\ und A₂ so auszuführen, daß diese Bedingung erfüllt ist, oder mindestens so, daß das Verhältnis g₂lg\ konstant ist.

Außerdem ist es nicht sicher, daß der für die Verstärkungsregelung verwendete Amplitudendetektor A einerseits und der das Entfernungsmeßsignal bildende Synchrondemodulator D andererseits die gleichen Ausgangskennlinien hinsichtlich des Signals g\ · Σ im ersten Fall und g₂ ■ Δ im zweiten Fall haben. Es müssen die Kennliniendifferenzen bei der Unsymmetrie von g\ und g₂ berücksichtigt werden. Insbesondere müssen alle Verstärkungs- und Dämpfungsfaktoren berücksichtigt werden, die zwischen den Eingängen und den beiden Meßpunkten liegen, von denen der eine für die Verstärkungsregelung und der andere für die Entfernungsmessung verwendet werden.

Nun können im Fall von periodischen Signalen die Verstärkungsfaktoren der Verstärker für die vom gleichen Ziel stammenden Signale konstant gehalten werden. Deshalb werden die Änderungen des Verhältnisses der Verstärkungsfaktoren g\ und g₂ dadurch ausgeschaltet, daß von Zeit zu Zeit (in einer von η Folgeperioden) das Signal Σ durch den Verstärker A₂ verstärkt wird. In der gleichen Folgeperiode wird dann das Ausgangssignal des Verstärkers A₂ für die Speisung der Verstärkungsregelschleife abgenommen.

Unter diesen Bedingungen hat dann das Signal Σ ■ g₂ den Wert k, und der Ausgang gibt das Signal K ■ ΔΙΣ ab, das unabhängig von g2lg\ ist, vorausgesetzt, daß die Verstärkungsfaktoren g\ und g₂ so bemessen sind, daß die Verstärkungsrcgelspannung den Verstärker A\ im linearen Verstärkungsbereich für das Eingangssignal Σ hält. Diese Bedingung ist sehr viel weniger einschränkend, als eine absolute Invarianz des Verhältnisses der Verstärkungsfaktoren der beiden Verstärker.

Fig.2 zeigt da;» allgemeinste Prinzipschema eines derart ausgeführtem Empfängers.

Dieser Verstärker enthält wie die bekannte Schaltung von Fig. 1 zwei Verstärker A\ und A₂ mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, einen Synchrondemodulator D und eine Verstärkungsregelschaltung. In diesem Fall wird aber der Amplitudendetektor A nicht mehr von dem Verstärker Ai gespeist, sondern er ist entweder abgetrennt oder an den Verstärker A₂ angeschlossen, der dann und nur dann das Signal Σ empfängt. Zu diesem Zweck sind zwei synchronisierte Umschalter SWi 'ind SW₂ in die Empfängerschaltung eingefügt. Der Umschalter SWi legt wahlweise das Signal Δ (Stellung a\) oder das Signal Σ (Stellung b\) an den Verstärker A₂ an; der Umschalter SW₂ legt wahlweise das Ausgangssignal des Verstärkers A₂ an den Synchrondemodulator D (Stellung a₂) oder an den Amplitudendetektor A

(Stellung fo) an. Da die Umschalter synchronisiert sind, wird über den Umschalter SW₂ stets das Signal Δ dem Synchrondemodulator bzw. das Signal Σ dem Amplitudendetektor zugeführt.

Die Umschalter werden von einer Synchronisieran-Ordnung S_y so gesteuert, daß sie jeweils in einer von η Folgeperioden (wobei η eine ganze Zahl ist, die beispielsweise gleich der Anzahl der pro Ziel ausgewerteten Echos ist) in der Stellung »Regelung« (Kontakte b\ und bi geschlossen) stehen, während sie in der übrigen Zeit in der Stellung »Messung« (Kontakte a\ und a₂ geschlossen) stehen.

Es soll hier nicht näher auf die Ausführung der Synchronisieranordnung S_y eingegangen werden, die von der allgemeinen Synchronisieranordnung des Radarsystems gesteuert wird, daß die Folgeperioden-Steuersignale liefert; sie besteht beispielsweise aus einem Frequenzteiler mit dem Teilerfaktor n, wobei die Umschalter dann beim Fehlen eines Signals am Ausgang der Synchronisieranordnung S_y in der Stellung »Messen« und bei Vorhandensein dieses Signals in der Stellung »Regelung« stehen.

F i g. 3 zeigt eine Empfängerschaltung, die nach dem Prinzip von F i g. 2 arbeitet, aber einfacher und sicherer arbeitet, indem die für den Betrieb der Verstärkungsregelschleife erforderliche Amplitudendemodulation des Signals Σ mit Hilfe des gleichen Synchrondemodulator D durchgeführt wird. Der Amplitudendetektor A entfällt, und der Umschalter SW₂ ist durch einen Umschalter SlV₃ mit Kontakten a₃ und O₃ ersetzt, der hinter dem Synchrondemodulator angeordnet und mit dem Umschalter SW, synchronisiert ist. Der Umschalter SW₃ verbindet den Ausgang des Synchrondemodulator D entweder mit der Verbraucherklemme U(Stellung 33, die mit der Stellung a\ synchronisiert ist), oder mit der Vergleichsschaltung S der Verstärkungsregelschleife. Abgesehen davon, daß das Problem der Gleichheit der Demodulatorkennlinien auf diese Weise von selbst entfällt, besteht ein weiterer Vorteil dieser Schaltung darin, daß der zweite Umschalter SVV₃ dann Videofrequenzsignale überträgt, während der Umschalter S₂, der mit Zwischenfrequenzsignalen arbeitet, aufwendiger ausgeführt ist.

Die Schaltung von F i g. 4 ergibt eine Verbesserung gegenüber derjenigen von F i g. 3, indem ein schnelleres Ansprechen der Verstärkungsregelschleife dadurch erhalten wird, daß am Eingang der Steuerschaltung C durch eine Addierschaltung AD dauernd ein Signal hinzugefügt wird, das aus dem Signal Σ am Ausgang des Verstärkers A, durch einen Spitzenwertdetektor fund eine Filterung in einem Hochpaßfilter W erhalten wird. Die Regelung der GleichspäNiluiigskoinponenie der Signale erfolgt wegen des Vorhandenseins des Hochpaßfilters im Ausgangskanal des Verstärkers A, stets durch das im Verstärker A₂ verstärkte Signal Σ. Vorzugsweise wird ein Korrekturfilter LP zwischen der Vergleichsschaltung S und der Addierschaltung AD eingefügt.

F i g. 5 zeigt eine weitere Verbesserung der Schaltung von F i g. 4 (die auch bei den vorhergehenden Schaltungen anwendbar ist) für den Fall, daß der Entfernungsmeßkanal eine merkliche Nullpunktverschiebung aufweist; durch diese Verbesserung ist es dann möglich, diese Nullpunktverschiebung zu messen und zu berücksichtigen, auf Kosten einer Folgeperiode, in welcher der Verstärker Ai dann kein Signal empfängt.

Zu diesem Zweck sind die beiden Umschalter SWi und SW2 von Fig. 3 und 4 durch synchronisierte Umschalter SW₄ und SW5 mit drei Stellungen a*, bi,, α bzw. as, 65, C5 ersetzt. Die Stellungen an, bt, einerseits und as, bs andererseits entsprechen den zuvor beschriebenen Stellungen a\, b\ bzw. a₃, b₃. In der Stellung α, empfängt der Verstärker A₂ kein Signal, während in der Stellung d der Demodulator mit dem Minuseingang einer Subtrahierschaltung S„ verbunden ist, deren anderer Eingang mit der Klemme as verbunden ist, und deren Ausgang die Verbraucherklemme L/speist.

Das an der Klemme C5 vorhandene Signal stellt den falschen Nullpunkt dar, der von dem Meßsignal an der Klemme as abgezogen wird. Es ist offensichtlich, daß die beiden Subtraktionsglieder durch geeignete Speicherschaltungen M\ und M₂ (Tiefpaßfilter, blockierte Abtaster oder dergleichen) gespeichert werden müssen, weil die beiden Messungen nicht gleichzeitig erfolgen.

In der Praxis werden die Umschalter mit drei Stellungen oft mit Hilfe von drei einfachen Schaltern realisiert, die zyklisch gesteuert werden. In diesem Fall kann der der Klemme Cs und dem Speicher M\ zugeordnete Schalter durch eine blockierende Abtastschaltung (»box car« in der angelsächsischen Literatur) ersetzt werden. Die zuvor erwähnten Umschalter mit zwei oder drei Stellungen sind beispielsweise durch analoge Torschaltungen gebildet. Die Ausgangsumschalter (SW₂, SW₃, SW₅) können ebenfalls durch mehrere blockierende Abtaster (box cars) gebildet sein; diese Lösung ist besonders im Fall von F i g. 5 vorteilhaft, denn dadurch ist es möglich, den Speicher M\ fortzulassen.

Der Generator für die Steuersignale für die Torschaltungen oder allgemeiner für die Umschalter kann beispielsweise ein rückgekoppeltes Verschieberegister sein (Ringteiler, wie er beispielsweise in der Veröffentlichung »circuits logiques et automatismes ä sequence« von Naslin, Edition DUNOD 1965, Abschnitt 13.2.4 beschrieben ist).

In F i g. 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines Teilers mit dem Teilerfaktor 4 dargestellt, der für die Schaltung S_y 1 von F i g. 5 geeignet ist. Er enthält vier in Kaskade geschaltete bistabile Kippschaltungen R\, R₂, R₃, R*. wobei der Ausgang der letzten Kippschaltung Ra mit dem Signaleingang der Kippschaltung R] verbunden ist. Die Ausgänge der Kippschaltungen Ri und Ra sind mit den Eingängen eines Oder-Gatters L verbunden, und die Steuersignale für die Urnschalter (Ausgangssignale der Schaltung S_yt), die den Stellungen a, b, c entsprechen sind am Ausgang Ox der Oder-Schaltung L, am Ausgang

0₂ der Kippschaltung R^ beziehungsweise am Ausgang

0₃ der Kippschaltung R₃ verfügbar.

Das Diagramm von Fig. 7 zeigt bei 71, 72, 73 die Signale an den Klemmen O\, O₂ bzw. O₃ als Funktion der Zeit Dabei ist angenommen, daß der Verschiebesteuereingang Soder Kippschaltungen die bei 70 dargestellten Radarsynchronisiersignale empfängt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Empfänger für Entfernungsrr.essungs-Impulsradargeräte mit Eingangsschaltungen, die ein Summensignal zu einem Summensignalverstärker mit veränderlicher Verstärkung und ein Differenzsignal zu einem Differenzsignalverstärker mit veränderlicher Verstärkung liefern, mit einem an die Ausgänge dieser Verstärker angeschlossenen Synchrondemodulator und mit einer automatischen Verstärkungsregelschaltung, die einen Amplitudendetektor, eine Vergleichsschaltung für den Vergleich der demodulierten Amplitude des verstärkten Summensignals mit der Amplitude eines festen Bezugssignals und eine Verstärkungssteuerschaltung enthält, die das gleiche Steuersignal zu den beiden Verstärkern liefert, gekennzeichnet durch wenigstens eine Umschaltvorrichtung (SW\, SW₂), die während jeweils einer von η Folgeperioden das zur automatischen Verstärkungsregelung ausgewertete Summensignal (Σ) dem Differenzsignalverstärker (A 2) zuführt und während der η — 1 übrigen Folgeperioden dem Synchrondemodulator (D) das Summensignal (Σ) über den Summensignalverstärker (Ai) und das Differenzsignal (Δ) über den Differenzsignalverstärker (A 2) zuführt, wobei der Verstärkungsfaktor des Summensignalverstärkers (A 1) und des Differenzsignalverstärkers (A 2) während dieser η — 1 Perioden unverändert bleibt.

2. Empfänger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Umschalter (SW_{ in Fig.2, 3, 4; SW* in Fig.5), der an einem Eingang das Summensignal (Σ) und an einem zweiten Eingang das Differenzsignal (Δ) empfängt und an dessen Ausgang der Differenzsignalverstärker (A 2) angeschlossen ist, und durch einen zweiten Umschalter (SW₂ in F i g. 2; 51V₃ in F i g. 3 und 4; SW₅ in F i g. 5), der mit dem ersten Umschalter synchronisiert ist und einen Eingang und zwei Ausgänge aufweist, wobei der eine Ausgang mit dem Eingang (bi\ O₃; i>s) der Verstärkungsregelschaltung verbunden ist.

3. Empfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des zweiten Umschalters (SW₂ in Fig.2) mit dem Ausgang des Differenzsignalverstärkers (Ai) verbunden ist, daß sein einer Ausgang mit einem Eingang des Synchrondemodulator (D) verbunden ist, und daß sein anderer Ausgang mit dem Eingang eines Amplitudendetektors (A) verbunden ist, an dessen Ausgang die Vergleichsschaltung (S^ angeschlossen ist.

4. Empfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des zweiten Umschalters (SlV₃ in Fig.3 und 4; SVV₅ in Fig.5) mit dem Ausgang des Demodulators (D) verbunden ist, daß sein einer Ausgang mit einer Verbraucherklemme (U) für das abgegebene Videosignal verbunden ist, und daß sein anderer Ausgang mit der Vergleichsschaltung (S) verbunden ist.

5. Empfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Verstärkerregelschaltung eine Addierschaltung (AD) enthält, an deren Ausgang der Eingang der Steuerschaltung (C) angeschlossen ist, daß an den Ausgang des Summensignalverstärkers (Ai) eine Spitzenwertdetektoranordnung (P) angeschlossen ist, auf die ein Hochpaßfilter (HP) folgt, an dessen Ausgang der eine Eingang der Addierschaltung (AD) angeschlossen ist, und daß der andere Eingang der Addierschal-

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60 tung (AD) mit dem Ausgang eines Korrekturfilters (LP) verbunden ist, dessen Eingang an den Ausgang der Vergleichsschaltung fö) angeschlossen ist

6. Empfänger nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucherklemme (U) an den Ausgang einer Subtrahierschaltung (S₁₁) angeschlossen ist, daß der Umschalter (SW_A in F i g 5) am Eingang des Differenzsignalverstärkers (A₂) einen dritten Eingang aufweist, der an Nullpotential gelegt ist, daß der zweite Umschalter (SW₅ in F i g. 5) einen dritten Ausgang aufweist der mit einer Speicherschaltung (M\) verbunden ist deren Ausgang an einen Eingang der Subtrahierschaltung (S_u) angeschlossen ist und daß eine zweite Speicherschaltung (M₂) zwischen dem zweiten Ausgang des zweiten Umschalters (S W5) und dem zweiten Eingang der Subtrahierschaltung (S₁₁) angeschlossen ist

20 Die Erfindung betrifft einen Empfänger für Entfernungsmessungs-lmpulsradargeräte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Entfernungsmessungs-Impulsradargerät, das aus IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. AP-20, S. 99—100, Januar 1972, bekannt ist, ist mit Mehrfarhbündelantennen für Richtungsbestimmungen ausgerüstet und wird im allgemeinen als Zielverfolgungsgerät verwendet, wobei die Richtung durch Summen- und Differenzsignale bestimmt wird, die aus den Empfangssignalen gebildet werden, die den verschiedenen Bündeln entsprechen.

Solche Empfänger enthalten Eingangsschaltungen, die ein Summensignal Σ zu einem Summensignalverstärker mit veränderlicher Verstärkung und ein Differenzsignal Δ zu einem Differenzsignalverstärker mit ebenfalls veränderlicher Verstärkung liefern. An die Ausgänge der beiden Verstärker ist ein Synchrondemodulator angeschlossen. Ferner ist eine automatische Verstärkungsregelschaltung vorgesehen, die einen Amplitudendetektor, eine Vergleichsschaltung für den Vergleich der demodulierten Amplitude des verstärkten Summensignals mit der Amplitude eines festen Bezugssignals und eine Verstärkungssteuerschaltung enthält, deren Steuersignal zur Verstärkungsregelung an beide Verstärker angelegt wird.

Aus der DE-OS 15 91027 (entspricht FR-PS 33 78 849) ist ein Radarempfänger bekannt, bei dem das Summensignal und das Differenzsignal über einen einzigen Zwischenfrequenzverstärker mit Verstärkungsregelung übertragen werden, wobei das Summensignal und das Differenzsignal, die aus einer Impulsfolge bestehen können, mit Hilfe von Torschaltungen abwechselnd abgetastet werden. Dieser bekannte Radarempfänger arbeitet nach dem bekannten Zeitmultiplexverfahren. Diese Lösung ist aber im Impulsbetrieb nur dann anwendbar, wenn die Impulse kohärent sind, d. h. aus der gleichen Trägerwelle ausgetastet sind.

Aus der DE-OS 19 00 626 ist ferner ein einkanaliger Radarempfänger bekannt, bei dem das Summensignal und das Differenzsignal über einen ersten Schalter nacheinander an den Verstärkungskanal angelegt werden. Eine Schaltung zur selbsttätigen Verstärkungsregelung ist zwischen den Ausgang des Demodulators und einen der Eingänge der Linearverstärker des Verstärkungskanals über einen dritten Schalter eingeschleift, der geschlossen ist, wenn der erste Schalter das