DE2251389A1

DE2251389A1 - Einrichtung zur automatischen verstaerkungs- und phasenregelung des summenund differenzkanals eines monopuls-dopplerradargeraetes

Info

Publication number: DE2251389A1
Application number: DE19722251389
Authority: DE
Inventors: Ray Francois Albert Noel Le
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1971-10-28
Filing date: 1972-10-19
Publication date: 1973-05-03
Also published as: CH564781A5; FR2158080A1; SE372826B; FR2158080B1; GB1365247A; IT986023B

Description

Dipl.-Phys. Leo Thul 2251388

Patentanwalt

7 Stuttgart 3ο

Kurze Straße 8 - ' ■ . . "

.A.ILLe Ray -5

IHTEEiTATIOUAL STAEDARD ELECTRIC CORPORATION, HEW YORK

Einrichtung zur automatischen Verstärkungs- und Phasenregelung des Summen- und Differenzkanals eines Mönopuls-Doppler-Radargerätes

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Verstärkungs- und Phasenregelung des Summen- und Differenzkanals eines Monopuls-DopplerRadargerätes mit fester Antenne, "bei der in jeder Impulsperiode ein Meßimpuls auf den Summen- und den Differenzkanal gelangt, an deren Ausgängen die Phasen des Meßimpulses miteinander verglichen werden und abhängig vom Vergleichsergebnis die Phase mindestens eines Kanals nachgeregelt wird.

5.10.1972
vo/f f

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Eine derartige Einrichtung ist aus der FR-PS 158o 1o4 (DT-OS 2oo4 273) "bekannt. Bei dieser Einrichtung wird während einer bestimmten Zeit der Impulsperiode, die außerhalb der Reichweite des Radargerätes liegt, in die beiden Kanäle gleichzeitig ein Eichimpuls eingespeist, der auf die gleiche Weise verarbeitet wird, wie die Echos. An den Ausgängen der beiden Kanäle werden die Phasen und die Amplituden des Eichimpulses miteinander verglichen und aus dem Vergleichsergebnis wird ein Phasen- bzw. Amplituden-Eachregelsignal für mindestens einen der Kanäle gewonnen. Das Eichsignal durchläuft jedoch nicht die Antennenzuleitung und den Zirkulator über den der Sender mit dem Summenempfangskanal verbunden ist. Änderungen dieser Bauteile durch Alterung oder Umgebungseinflüsse werden daher bei der bekannten Einrichtung nicht kompensiert.

Bei manchen Doppler-Radargeräten, z.B. bei dem in der älteren Anmeldung P 2144533 beschriebenen Rollnhnüberwachungsradar, ist die feste Antenne etwa 1o m über der Erdoberfläche angeordnet, während sich der Sender und der Empfänger am Boden befinden. Die Antenne ist daher mit dem Sender und dem Empfänger über relativ lange Hohlleiter verbunden. Die schwankenden Dämpfungen und Phasenverschiebungen sind sehr störend und lassen sich, wie erwähnt, mit der bekannten Einrichtung nicht kompensieren.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die bekannte Einrichtung zur automatischen Verstärkungs-

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und Phasenregelung des Summen- und Differenzkanals eines Monopuls-Doppler-Eadargerätes mit fester Antenne so zu verbessern", daß auch Schwankungen der elektrischen Eigenschaften der Antenne und der Antennenzuleitungen ausgeregelt werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Antenne und Beginn des überwachungsbereiches unter einem Winkel zur Antennenachse ein aktiver Transponder angeordnet ist, dessen Antwortimpulse entsprechend einer vorgegebenen Dopplerfrequenz phasenmoduliert sind und daß die Amplituden des Meßimpulses an den Ausgängen des Differenz- und Summenkanals auf ein Quotientenrechenwerk gegeben werden, dessen Ausgangssignal, das der Meßwert des Winkels ist, mit dem Eichwert des Winkels in einer Vergleichseinrichtung verglichen wird und daß das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung zur Uachregelung der Verstärkung mindestens eines Kanals verwendet ist.

Es wird noch erwähnt, daß aus der PE-PS 1563 0I5 ein aktiver Eadartransponder bekannt ist, mit dem sich bewegende Ziele simuliert werden können. Der dort beschriebene Transponder dient jedoch zur Standortbestimmung des Radargerätes und nicht zu dessen Eichung.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise naher .erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blocksehaltbild eines bekannten Monopuls-Doppler-Eadargerätes und

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Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Monopuls-Doppler-Radargerätes mit

der neuen Einrichtung zur automatischen Phasen- und Amplitudenregelung mindestens eines Kanals.

Anhand der Fig. 1 wird nun einleitend die Wirkungsweise eines bekannten kohärenten Monopuls-Doppler-Radars mit Amplitudenvergleich beschrieben. Ein derartiges Radargerät enthält zwei Primärstrahler 2, die auf eine Antenne 1 strahlen und die so angeordnet sind, daß sich ihre Strahlungsdiagramme überlappen. Die beim Empfang von den beiden Strahlern aufgenommenen Signale werden einmal gleichphasig und einmal gegenphasig in einer Gabelschaltung 3 addiert, so daß sich ein Summensignal^Lund ein Differenzsignal Vergibt , die dann, wenn sich das' Ziel auf der einen Seite der Antennenachce befindet, gleichphasig sind und die gegenphasig sind, wenn sich das Ziel auf der anderen Seite der Antennenachse befindet. Diese Signale gelangen auf einen kohärenten Summenkanalempfänger 7 und auf einen kohärenten Differenzkanalempfänger 6. Ein Bezugssignal-Generator 8, der für die beiden Kanäle gemeinsam ist, liefert die erforderlichen Signale zum Mischen, und zur Phasendemodulation in den kohärenten Empfängern. Jeder kohärente Empfänger enthält eine Mischntufe 6o bzw- 7o, einen ZF-Verstärker 6Ί bzw. 71> dessen Verstärkung regelbar ist, und einen Phasendiskriminator 62 bzw. 72.

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Im Bezugssignal-Generator 8 "befindet sich ein Mischoszillator 8o, dessen Ausgangssignal auf die Mischstufen 6o "bzw. 7o in den "beiden Kanälen gelangt. Die Bezugssignale, die auf die "beiden Phasendiskriminatoren 62 bzw. 72 gelangen, liefert ein sogenannter Kohärenz-Oszillator 82, dessen Ausgangssignal eine konstante Phasenbeziehung zum Sendeimpuls hat. Hierzu wird ein kleiner Teil des HF-Signals, das ein Sender 5 über einen Zirkulator 4 beim Abstrahlen des Sendeimpulses liefert, auf eine Mischstufe 81 gegeben, auf deren anderen Eingang das Ausgangssignal des Mischoszillators 8o gelangt. Der erzeugte ZF-Impuls wird am Anfang jeder Impulsperiode dazu verwendet, die Phase des Oszillators 82 zu synchronisieren. Hierzu wird der Oszillator 82 mit dem ZE-Impuls getriggert. Am Ende jeder Impulsperiode wird die Schwingung des Oszillators 82 unterbrochen und beim Beginn der nächeU-.u Impulsperiode wieder, wie beschrieben, angeregt.

Dur Zirkulator -4- dient zum Einfügen des Sendeimpulses in den Summenkaxial und zum Weiterleiten der Serideimpulse itn Suiiunenkanal zum Ko hären ζ-Empfang er 7-

DLe Ausgangssignale S und D der Kohärenzempfänger 7 bzw. 6 gelangen ge auf eine Anzahl Bereichswähl.er, denen Quo ti. riten-Rechonwerke nächst, schaltet sind, die L'iir jedem EntfeLrumgsbereich don Quotienten D/ΰ berechnen und an deron Ausganp; eine AinplLtude auftritt, dLe für kleine ZieLwinkel proportional

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dem Winkel zwischen der Antennenachse und dem Ziel ist, wobei die Polarität des Signals angibt, ob das Ziel links oder rechts neben der Antennenachse liegt. Diese in Fig. 1 nicht gezeigte Signalverarbeitung ist in der älteren Anmeldung P 21 44-vorgeschlagen.

Gemäß Fig. 2 ist die Anordnung nach Fig. 1 mit einer Einrichtung zur Amplituden- und Phasenregelung mindestens eines der beiden Kanäle versehen. Bezüglich der Phasenregelung stimmt die Anordnung nach Fig. 2 mit der Anordnung nach der FE-PS 1 58o 1o4 überein. Gleiche Teile haben in Fig. 1 und 2 die gleichen Bezugszeichen.

Bei der Beschreibung wird davon ausgegangen, daß das Radargerät nach Fig. 2 einen Bereich 22 abtastet, der beispielsweise in einer Entfernung von 1 km von der Radarantenne beginnt.

Ein Doppler-Transponder 21 ist zwischen dem Anfang des Bereiches 22 und der Antenne an einem Ort angebracht, dessen Koordinaten bekannt sind. Ebenso bekannt ist der Wiukel θο zwischen der Antennen— achse und der Richtung zum Transponder 21. Der Transponder dient zur Simulierung der Bewegung eines Ziels mit einer vorgegebenen Doppler-Frequenz. Ein derartiger Transponder ist bekannt und beispielsweise in dar FR-PS 1 563 o15 beschrieben. Er liefert Antwortimpulse deren Phasenmodulation der vorgegebenen Doppler-Frequenz entspricht. Am Ausgang der Kohäremiempfanger 7 bzw. 6 sind zwei

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Entfernungstorschaltungen 9 "bzw. 11 angeordnet, die von einem Impuls IB leitend gesteuert werden. Dieser Impuls IB tritt in der Totzeit der Impulsperiode auf, d.h. in einer Entfernung zwischen der Antenne und dem Beginn des tJberwachungsbereiches. Soweit erforderlich, wird bei der Wahl des Zeitpunktes des Impulses IB die Verzögerung im Transponder "berücksichtigt. Die Entfernungstorschaltungen 9 "bzw. 11 wählen somit in jeder Impulsperiode im Summen- und Differenzkanal das vom Transponder 21 kommende Echo aus. Die Signale sind gleich, wie die von einem normalen "bewegten Ziel, d.h. sie sind Videoimpulse, deren Amplitude mit der Doppler-Frequenz des Transponders amplitudenmoduliert ist. Je ein schmalbandiges Doppler-Filter 1o "bzw. 12 für die Doppler-Frequenz des Transponders 21 ist am Ausgang jeder Entfernungstorschaltung 9 "bzw. 11 angeordnet. Hierdurch wird die Empfindlichkeit der beiden Empfangskanäle erhöht. Die Ausgangssignale der Filter des Summen- und Differenzkanals gelangen einerseits auf die Eingänge eines Phasenvergleichers 15 "und- · andererseits auf die Eingänge eines Quotienten-Rechenwerks 14, das den Quotienten D/S der Signale vom Transponder 21 "bildet.

Die Phasenverschiebung zwischen den Signalen S und D ist entweder 0 oder JT , abhängig vom Ort des Transponders bezüglich der Antennenachse. Da jede Phasendifferenz immer konstant ist, mißt die Ver-" gleichseinrichtung 13 die Abweichungen der Phasenlage der Signale S und D bezüglich der festen Phase. Diese Phasenabweichungen sind die different ielle Phasenverschiebung zwischen den beiden Empfangskanälen. Das Fehlersignal, das in einem

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Verstärker 19 verstärkt wird, dient zur Steuerung eines veränderlichen Phasenschiebers 23. Dieser kann beispielsweise ein Ferrit-Phasenschieber sein, der am Eingang des Koliärenzempfangers 6 im Differenzkanal liegt. Dieser Phasenschieber ermöglicht die Ausregelung der Phasenverschiebung zwischen den beiden Kanälen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 19 kann auch zur Steuerung einer Alarmeinrichtung, beispielsweise einer Anzeigelampe 2o, verwendet werden, wenn ein vorgegebener Schwellwert überschritten wird.

Das Quotientenrechenwerk 14 liefert ein Signal D/S, das proportional dem gemessenen Winkel θ zwischen dsm Transponder und der Antennenachse ist. Dieses Signal wird in einem Vergleicher 15 mit einer Eichspannung verglichen, die proportional dem bekannten Wert θο ist. Diesen Wert liefert ein Generator 16. Die Fehlerspannung vom Vergleicher 15 ist ein Maß für die Verstärkungsdifferenz im Summen- und Differenzkanal. Nach der Verstärkung mit einem Verstärker 17 wird diese Spannung zur Steuerung der Verstärkung des Kohärenz-Empfängers 6 verwendet. Es wird dabei die Verstärkung des ZF-Verstärkers des Empfängers 6 geregelt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 17 kann auch zur Steuerung einer Alarmeinrichtung, beispielsweise einer Anzeigelampe 18, verwendet werden, wenn ein vorgegebener Schwellwert überschritten wird.

Die Zeitkonstante der Verstärkungs- und Phasenregelschleife wird so groß gewählt, daß Störungen durch ein Bodenfahrzeug, das i.;:i<.h in der Nähe des Transponders bewegt, nicht auftreten können.

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Das Quotientenrechenwerk ist relativ "unempfindlich gegen Phasenverschiebungen der Eingangssignale. Daher ist die Verstärkungsregelschleife praktisch unabhängig von der Phasenregelschleife. Anstelle der Verstärkungs- und Phasenregelung in einem Kanal können die Fehlersignale auch zur differentiellen Phasen- und Verstärkungsregelung in beiden Kanälen verwendet werden.

Man sieht, daß die vollständigen Empfangseinrichtungen von der Regelung erfaßt werden. Der Transponder muß nicht unbedingt zwischen der Radarantenne und dem Beginn des Überwachungsbereiches angeordnet sein. Die beschriebene Anordnung hat jedoch den Vorteil, daß Störungen durch Signale vom Überwachungsbereich nicht auftreten können und daß eine ausreichende Energie der Echosignale gewährleistet ist.

1 Patentanspruch

2 Bl. Zeichnungen .BAD ORIGINAL

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Claims

Patentanspruch

Einrichtung zur automatischen Verstärkungs- und Phasenregelung des Summen- und Differenzkanals eines Monopuls-Doppler-Radargerätes mit fester Antenne, "bei der in jeder Impulsperiode ein Meßimpuls auf den Summen- und den Differenzkanal gelangt, an deren Ausgängen die Phasen des Meßimpulses miteinander verglichen werden und abhängig vom Vergleichsergebnis die Phase mindestens eines Kanals nachgeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Antenne (1,2) und Beginn des Überwachungsbereiches (22) unter einem Winkel (θο) zur Antennenachse ein aktiver Transponder (21) angeordnet ist, dessen Antwortimpulse entsprechend einer vorgegebenen Doppler-Frequenz phasenmoduliert sind und daß die Amplituden des Meßimpulses an den Ausgängen des Differenz- und Summenkanals auf ein Quotientenrechenwerk (14) gegeben werden, dessen Ausgangssignal, das der Meßwert des Winkels (Θ) ist, mit dem Eichwert (16) des Winkels (θο) in einer Vergleichseinrichtung (15) verglichen wird und daß das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (15) zur Nachregelung der Verstärkung mindestens eines Kanals verwendet ist.

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