DE2317265C1 - Puls-Doppler-Radargerät mit schwenkbarer Antennencharakteristik mit Verringerung von Einzelimpulsstörungen und empfangspegelabhängiger Veränderung der Begrenzungsspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Puls-Doppler-Radargerät mit schwenkbarer Antennencharakteristik und einem Radarempfänger, enthaltend eine Festzeichenunterdrückungseinrichtung, der ein Gleichrichter, ein Begrenzer und gegebenenfalls eine auf die Antennenfunktion abgestellte Nachintegrationseinrichtung nachgeschaltet sind, wobei im Radarempfänger Mittel zur Verringerung von Einzelimpulsstörungen vorgesehen sind und eine zeitliche Veränderung des Wertes der Begrenzungsspannung in der Art vorgenommen wird, daß zunehmende Empfangspegel eine Vergrößerung der Begrenzungsspannung nach sich ziehen.

Ein solches Radargerät ist aus der DT-AS 10 35222 bekannt Die Veränderung des Begrenzerpegels hat hierbei den Zweck, den störenden Einfluß sehr starker Festziele zu beseitigen und ist damit gegen sehr langdauernde störende Signale gerichtet.

Aus der britischen Patentschrift 9 60 836 ist ein Radarempfänger bekannt, bei dem ein breitbandiger Zwischenfrequenzverstärker vorgesehen ist, auf den ein schmalbandiger Zwischenfrequenzverstärker folgt. Dem Ausgang dieses schmalbandigen Zwischenfrequenzverstärkers ist ein als Demodulator arbeitender Detektor nachgeschaltet Breitbandige Störsignale kleiner Amplitude gelangen nur zu einem geringen Teil durch den schmalbandigen Zwischenfrequenzverstärker hindurch und können so in einem gewissen Umfang unterdrückt werden. Da jedoch sehr starke impulsförmige Störungen unter Umständen zu einer Sperrung des schmalbandigen Zwischenfrequenzverstärkers führen, ist eine eigene Überwachungsschaltung vorgesehen, welche an eine Antenne mit Rundstrahlcharakteristik angeschlossen ist Sobald dort ein Signal auftritt, dessen Amplitude einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet wird eine zwischen dem breitbandigen und dem schmalbandigen Zwischenverstärker liegende Sperrschaltung aktiviert Der zusätzliche Überwachungskreis einschließlich der notwendigen Antenne mit Rundstrahlcharakteristik erfordert einen erheblichen Aufwand. Bei der Beurteilung der Amplituden ist hier nur auf den absoluten Wert der Größe der Amplitude abgestellt

Aus der USA.-Patentschrift 3011 053 ist ein Radarempfänger bekannt bei dem in Hochfrequenzlage einem Breitbandverstärker eine Unterdrückungsschaltung und dieser ein Schmalbandverstärker nachgeschaltet ist Am Ausgang des Schmalbandverstärkers erfolgt die Umsetzung der Empfangssignale in die Videolage. Der Breitbandverstärker ist in seinem Durchlaßbereich so groß gewählt daß Störimpulse möglichst wenig verschliffen werden und ihren steilen Anstieg beibehalten. Durch eine Steuerschaltung mit differenzierenden Eigenschaften wird der steile Anstieg der Störimpulse festgestellt und daraufhin die Austastung dieser Störungen vorgenommen.

Derartige Störungsunterdrückungseinrichtungen bedingen jedoch wegen des großen Aufwandes vor allem hinsichtlich der Breitbandverstärker einen komplizierten Schaltungsaufbau. Sie haben darüber hinaus den

Nachteil, daß die Störungsunterdrückung in der HF-Lage durchgeführt werden muß, also normalerweise vor den Dopplerfiltern. Auf diese Weise müssen sehr große Pegelunterschiede (wegen der sehr starken Festzielechosignale) bewältigt werden.

Aus der DT-OS 20 33 746 ist ein Doppier-Radargerät bekannt, bei dem eine Störungsunterdrückung vorgesehen ist Hierzu wird ein Zwischenfrequenzverstärker verwendet, dessen Bandbreite wesentlich größer ist als diejenige der brauchbaren Radarsignale. Nachgeschaltet ist ein erster Amplitudenbegrenzer, dessen Begrenzungsspannung so gewählt ist, daß die Signalenergie seiner Ausgangssignale konstant bleibt. Nach einem kohärenten Mischer folgen ein erster linearer Videoverstärker mit größerer Bandbreite als die der brauchbaren Radarsignale, ein zweiter Amplitudenbegrenzer mit einem Begrenzungsschwellenwert gleich dem quadratischen Mittelwert der Eingangsspannung und ein zweiter Videoverstärker mit einer Bandbreite gleich der der brauchbaren Radarsignale.

Auch eine solche Störungsunterdrückungsschaltung ist vor allem wegen der notwendigen linearen Breitbandverstärkungsstufen sehr aufwendig. Die Begrenzung sowohl in der Zwischenfrequenzlage als auch in der Videolage ist wegen der notwendigen gegenseitigen genauen Zuordnung mit Schwierigkeiten verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Störungsunterdrückungseinrichtung zu schaffen, welche bei Puls-Doppler-Radargeräten mit schwenkbarer Antennencharakteristik mit einfachen Mitteln eine gute Unterdrückung von störenden Einzelimpulsen liefert und dabei Bewegtziel-Echosignale möglichst wenig beeinträchtigt Gemäß der Erfindung, welche sich auf ein Puls-Doppler-Radargerät der eingangs genannten Art bezieht, wird dies dadurch erreicht, daß die Erhöhung der Begrenzungsspannung bei langsamem zeitlichem Anstieg der Empfangssignale bei Überstreichung eines Bewegtzieles mit einer durch die Antennenfunktion gegebenen Steilheit entsprechend langsam so erfolgt, daß sich die Begrenzungsspannung nahe an den durch die Antennenfunktion gegebenen Signalverlauf des Bewegtzieles anlehnt, und bei Auftreten größerer Steilheiten im Rahmen von kurzen Störimpulsen wesentlich langsamer so erfolgt, daß die Begrenzungsspannung sich dadurch während der Dauer des Störimpulses nicht an dessen Signalverlauf anlehnt.

Bei der Störungsunterdrückung nach der Erfindung wird demnach im Vergleich zum bekannten Stand der Technik praktisch in umgekehrter Weise vorgegangen. Während es beim Stand der Technik üblich ist, im Normalbetrieb, d.h. ohne Störsignale und beim Empfang von Bewegtziel-Echosignalen, die Abtastschaltung nicht zu aktivieren und diese erst beim Auftreten von Störimpulsen in Tätigkeit zu setzen, wird gemäß der Erfindung im Normalzustand der Begrenzungspegel niedrig gehalten. Dies hat zur Folge, daß im Ausgangszustand eine Unterdrückung aller Signale bzw. des Rauschens erfolgt mit Ausnahme nur der Bewegtziel-Echosignale, weil diese mit der charakteristischen Antennenfunktion infolge der Zielüberstreichung behaftet sind. Eine Anhebung des Begrenzungspegels wird also nur dann vorgenommen, wenn Bewegtziel-Echosignale mit der entsprechenden Anstiegsfunktion auftreten. Dies hat den erheblichen Vorteil, daß alle anderen Anstiegsfunktionen durch den Begrenzer weitgehend unterdrückt bzw. ausgeschaltet werden und damit auch die verschiedenartigsten Einzelimpulsstörungen erfaßt werden können.

Die Erfindung sowie Weiterbildungen der Erfindung werden an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein kleinstes Ziel zusammen mit einem , Störimpuls vor der Nachintegrationseinrichtung,

Fig.2 ein kleinstes Ziel zusammen mit einem Störimpuls nach der Nachintegrationseinrichtung,

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines Radargeräts nach der Erfindung,

F i g. 4 den Verlauf der Empfangssignale bei einer Steuerung des Begrenzungspegels nach der Erfindung,

Fig.5 Einzelheiten des schaltungsmäßigen Aufbaus der Einrichtung zur Steuerung des Begrenzungspegels.

In Fig. 1 ist in Abhängigkeit von der Zeit die Ausgangsspannung am Dopplerfilter eines Radargeräts für ein Bewegtziel mit Z und für einen sehr großen Störimpuls mit 5 bezeichnet. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Störimpuls S amplitudenmäßig verkleinert gezeichnet. Das Bewegtziel-Echosignal zeigt einen allmählichen Anstieg und Abfall, wobei die Kurvenform festgelegt ist durch die Breite der Antennenkeule und die Geschwindigkeit, mit der diese Antennenkeule geschwenkt wird. Diese Antennenfunktion ist für das jeweilige Radargerät bekannt und kann deshalb der Auslegung der Störungsunterdrückungsschaltung zugrunde gelegt werden.

Zur Verbesserung des Störabstandes hat man bei derartigen Radargeräten ein sogenanntes Nachintegrationsfilter (vgl. F i g. 3 - Tiefpaßfilter TPi) vorgesehen, welches ein Optimalfilter für diese Antennenfunktion darstellt. Dieses Nachintegrationsfilter bringt keine Beeinträchtigung eines Bewegtziel-Echosignals mit sich. In F ig. 2, wo der Signalverlauf in Abhängigkeit von der Zeit am Ausgang des Nachintegrationsfilters dargestellt ist, hat sich deshalb der Pegel des Bewegtziel-Echosignals Z'gegenüber Znach Fig. 1 nur wenig verändert Aus dem Einzelimpuls Snach Fig. 1 sind je nach der Amplitude dieses Einzelimpulses mehr oder weniger stark abgeflachte Kurven geworden, die bei sehr starken Einzelimpulsstörungen zu einer fälschlichen Zielanzeige führen können. So geht beispielsweise der Impuls 51' auf einen Einzelimpuls von 8 dB, der Impuls S 2' auf einen Einzelimpuls von 20 dB und der Einzelimpuls S3' auf einen Einzelimpuls von 60 dB (jeweils bezogen auf das kleinste Bewegtziel vor dem Dopplerfilter) zurück.

Bei dem Blockschaltbild nach Fig.3 ist die als Rundsuchantenne ausgebildete Radarantenne mit A bezeichnet. Es ist jedoch auch möglich, nur eine sektorförmige Abtastung in einem bestimmten Winkelbereich vorzusehen bzw. an Stelle einer mechanischen eine elektronische Strahlschwenkung zu verwenden. Der Sendeteil des Radargeräts ist durch den Block ST angedeutet, während der Sendeempfangsschalter SE mit 77? und die Taktsteuereinrichtung mit TA bezeichnet ist Der erste Teil des Empfängers, bestehend aus Eingangsverstärker, Empfangsumsetzer und Überlagerungsoszillator ist in bekannter Weise aufgebaut und mit ET bezeichnet, Die Ausgangssignale dieses ersten Empfangsteils gelangen in der ZF- oder bevorzugt Videolage zu der weiteren Empfangseinrichtung, weiche mit Entfernungsquantisierung z. B. in Form einer Reihe von Entfernungskanälen ausgestattet ist wodurch die einzelnen Bewegtziele getrennt verarbeitet werden können. In Fig.3 ist ein einziger derartiger Entfernungskanal in Einzelheiten dargestellt. Er besteht aus einem Eingangsschalter ES, einem Dopplerfilter DF,

einem Gleichrichter Gi? oder einer Quadrierschaltung (zur Erzeugung unipolarer Signale), einem Begrenzer BG und einem Nachintegrations-Tiefpaß TPi. Ausgangsseitig wird eine Abtastung der Signale mittels einer Schalteinrichtung AS vorgenommen, welche in der gleichen Taktfolge abläuft wie die des Eingangsschalters ES, und zwar je Sendeimpuls je einmal. Die Bewegtziel-Echosignale gelangen dann zu einer Auswerte- bzw. Anzeigeschaltung, z.B. in Form eines Sichtgerätes SG.

Zur Steuerung der Begrenzungsspannung des Begrenzers BG ist ein weiterer Tiefpaß TP 2 vorgesehen, welcher am Ausgang des Begrenzers BG angeschlossen ist. Zur Unterdrückung der Einzelimpulsstörungen wäre an sich eine möglichst niedrige Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 7P2 wünschenswert, etwa in der Größe der Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 7Pl. Dies hat jedoch eine entsprechend große Verzögerungszeit zur Folge, die zu einer unerwünscht starken Begrenzung auch der Bewegtziel-Echosignale führen würde. Bei der Dimensionierung des Filters TP2 muß also ein Kompromiß dahingehend geschlossen werden, daß die Grenzfrequenz so gewählt wird, daß Bewegtzielechosignale möglichst wenig begrenzt werden (= enge Anlehnung an den Kurvenverlauf). Die Einzelimpulse dürfen die Begrenzungsspannung möglichst wenig verändern und werden dadurch stark bedämpft.

Am Ausgang des Gleichrichters Gi? erscheint bei einem Bewegtziel-Echosignal eine Signalkurve der in F i g. t mit Z bezeichneten Art. Dieses auf die Antennenfunktion zurückgehende Signal wird über den Begrenzer BG dem Tiefpaß TP 2 zugeführt. Dies hat den Vorteil, daß die Begrenzerspannung von Störimpulsen wenig beeinflußt wird. Auf Grund des allmählichen Anstiegs der auf ein Bewegtziel zurückgehenden Kurve Z erfolgt auch ein allmählicher Anstieg der Begrenzungsspannung des Begrenzers BG, wobei lediglich eine geringe Zeitverzögerung eintritt, die normalerweise vernachlässigt werden kann. Der Begrenzerpegel wird also langsam entsprechend dem Anstieg der Kurve Z von zunächst einem niedrigen Wert auf einen höheren Wert angehoben und mit dem Absinken dieser Kurve wieder verringert.

In F i g. 4 sind zur Verdeutlichung der Zusammenhänge die einzelnen Kuvenzüge entsprechend F i g. 1 nochmals dargestellt. Mit den ausgezogenen Linien sind die Kurven Z (Bewegtziel-Echosignale) und S (Störimpuls) in der Form gezeichnet, in welcher sie am Ausgang des Gleichrichters GR vorliegen. Ohne Auftreten von Empfangssignalen irgendwelcher Art ist die Begrenzungsspannung konstant und hat einen niedrigen, durch die gestrichelte Linie BPO angedeuteten Wert. Dieser Wert liegt zweckmäßig weit unter dem Pegel des kleinsten noch zu erfassenden Bewegtziel-Echosignals. Tritt ein Bewegtziel-Echosignal Z auf, so ergibt sich am Ausgang des Tiefpaßfilters TP 2 ein Spannungsverlauf HT, der zeitlich gegenüber Z etwas verzögert, sonst aber Zsehr ähnlich ist. Diese Ausgangsspannung steuert nun, bevorzugt linear, den Verlauf der Begrenzungsspannung, und zwar ausgehend von BPO. Es tritt somit bei einem linearen Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung HT des Tiefpaßfilters TP 2 und der Begrenzungsspannung ein Verlauf der Begrenzungsspannung auf, der mit BPZ bezeichnet ist. Der Verlauf der Kurve ßPZlehnt sich an den Verlauf der Kurve Zin Wirklichkeit meist stärker an als dies in der Zeichnung dargestellt ist, wo die Kurven zur besseren Unterscheidung weit auseinandergezogen gezeichnet sind. Auf diese Weise wird das Bewegtziel-Echosignal kaum geschwächt. Dagegen ist der Anstieg der Begrenzungsspannung BPS im Bereich des Störimpulses S nur sehr gering und diese lehnt sich nicht an den Kurvenlauf von 5 an. Der Störimpuls 5 wird somit stark begrenzt

Am Ausgang des Integrationstiefpasses TPi tritt ein Rest von Störsignal auf, der mit S* bezeichnet ist und der normalerweise zu keinem Überschreiten der Anzeigeschwelle und damit zu keiner fälschlichen Bewegtziel-Anzeige führen kann.

Die Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Einzelimpulsen nach F i g. 5 weist einen dem Dopplerfilter DF nachgeschalteten Verstärker VS auf, dessen Ausgang an einen ohmschen Widerstand R 3 angeschlossen ist. Dieser Widerstand ist mit der Basis eines Transistors Ti verbunden, dessen Kollektor über einen ohmschen Widerstand A4 mit der Versorgungsspannung + 12 V verbunden ist. Der Emitter des Widerstands Ti ist zu einem Kondensator Ci geführt, der mit der Masseleitung verbunden ist. Über einen Kondensator C 3 ist der Kollektor des Transistors Ti ebenfalls mit Masse verbunden. Der Anschluß der Betriebsspannung —12 V an den Emitter des Transistors Ti erfolgt über einen Widerstand R1.

Der Tiefpaß ΓΡ2 wird gebildet durch den Widerstand R 2, welcher an den Emitter des Transistors Ti angeschlossen ist, und einen Kondensator C2, welcher zwischen der Basis und Masse eines weiteren Transistors Γ2 eingeschaltet ist. Der Transistor T2, dessen Kollektor auf Massepotential liegt, ist mit seinem Emitter über den Widerstand R 5 mit der Speisespannung + 12 V verbunden. Zwischen der Basis des Transistors Ti und dem Emitter des Transistors T2 ist eine Diode D eingeschaltet. An den Emitter des Transistors Ti ist der Nachintegrationstiefpaß TPi angeschlossen.

Die Begrenzung erfolgt in diesem Fall vor dem als Gleichrichter wirkenden Transistor Ti, und zwar am Widerstand R 3. Der Kondensator Ci dient zur Glättung der gleichgerichteten Spannung. Der Transistor T2 arbeitet wie der Transistor Ti in Emitterfolgerschaltung. Die Ausgangsspannung des Tiefpassers TP2 (entsprechend HT in Fig.4) liegt somit auch am Emitter. Ohne ein Empfangssignal bildet die Schwellenspannung der Diode D die Begrenzungsspannung BPO nach Fig.4. Beim Auftreten von Empfangssignalen überlagern sich die am Emitter des Transistors T2 stehende Spannung und die Schwellenspannung der Diode D und ergeben zusammen den Begrenzerpegel. Die Transistoren Ti und T2 sind zweckmäßig temperaturkompensiert. Der Transistor Ti kompensiert darüber hinaus den Temperaturgang des Nachintegrationsfilters TPi. Der Widerstand A4 und der Kondensator C3 sollen die Rückwirkungen der Störimpulse auf das Dopplerfilter DF und den Verstärker VSverhindern.

Fällt ein Einzelimpuls mit einem Bewegtziel zeitlich zusammen, so erfolgt eine Anhebung des Ziels, wenn die Anstiegsflanke des Einzelimpulses hinter dem Scheitel der Zielüberstreichungsfunktion Z liegt. Liegt die Anstiegsflanke vor dem Scheitel, dann wird das Ziel überhaupt nicht beeinflußt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Puls-Doppier-Radargerät mit schwenkbarer Antennencharakteristik und einem Radarempfänger, enthaltend eine Festzeichenunterdrückungseinrichtung, der ein Gleichrichter, ein Begrenzer und gegebenenfalls eine auf die Antennenfunktion abgestellte Nachintegrationseinrichtung nachgeschaltet sind, wobei im Radarempfänger Mittel zur Verringerung von Einzelimpulsstörungen vorgesehen sind und eine zeitliche Veränderung des Wertes der Begrenzungsspannung in der Art vorgenommen wird, daß zunehmende Empfangspegel eine Vergrößerung der Begrenzungsspannung nach sich ziehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Begrenzungsspannung bei langsamem zeitlichem Anstieg der Empfangssignale (Z) bei Oberstreichung eines Bewegtzieles mit einer durch die Antennenfunktion gegebenen Steilheit entsprechend langsam so erfolgt, daß sich die Begrenzungsspannung (BPZ) nahe an den durch die Antennenfunktion (Z) gegebenen Signalverlauf des Bewegtzieles anlehnt, und bei Auftreten größerer Steilheiten im Rahmen von kurzen Störimpulsen (S) wesentlich langsamer so erfolgt, daß die Begrenzungsspannung (BPS) sich dadurch während der Dauer des Störimpulses (S) nicht an dessen Signalverlauf anlehnt

2. Puls-Doppler-Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Begrenzungsspannung ein Tiefpaß (TP2) an den Signalübertragungsweg angeschaltet ist, dessen Ausgangsspannung die Steuerspannung zur Veränderung des Begrenzungspegels liefert .

3. Puls-Doppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß ohne Vorliegen eines Eingangssignals (Z oder S) ein auf niedrigem Wert liegender Schwellenspannungswert (BPO) eingestellt ist

4. Puls-Doppler-Radargerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der niedrige Schwellenspannungswert (BPO) weit unterhalb des Pegels des kleinsten Bewegtziel-Echosignals (fliegt.

5. Puls-Doppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Ausgangsspannung des Nachintegrations-Tiefpasses (TPi) direkt mit zur Bildung der Begrenzungsspannung verwendet ist

6. Puls-Doppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung vor dem Gleichrichter (GR) erfolgt

7. Puls-Doppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß ein über die Basis angesteuerter erster Transistor (Ti) vorgesehen ist, der als Gleichrichter arbeitet und an dessen Emitter das Ausgangssignal abgenommen wird, daß an den Emitter das Tiefpaßfilter (TP2), bevorzugt als ÄC-Filter, angeschlossen ist, daß der Ausgang des Tiefpaßfilters (TP2) mit der Basis eines weiteren Transistors (T2) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps verbunden ist dessen Emitter über eine Diode (D) mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist.

8. Puls-Doppler-Radargerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Basis des ersten Transistors (Tl) ein ohmscher Widerstand (R 3) eingeschaltet ist

9. Puls-Doppler-Radargerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß an den Emitter des ersten Transistors (Ti) ein Glättungskondensator (Ci) angeschlossen ist