DE2362310C3 - Hochfrequenz-Radiometrie-Meueinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenz-Radiometrie-Mefleinrichtung mit einer Serienschaltung aus Richtantennen, Radiometer-Empfängereinrichtungen und Nutzeinrichtungen, wobei die Radiometer-Empfängereinrichtungen eine Mischstufe und einen Überlagerungsoszillator einschließen.

Es ist eine Vielzahl von verschiedenen Arten von derartigen Hochfrequenz-Radiometer-Meßeinrichtungen bekannt (Literaturstelle »IEEE Transactions on Antennas and Propagation«, Dezember 1964, Seiten 930 bis 938), bei denen ein Vergleich der Amplitude eines zu untersuchenden Signals wie z. B. eines thermischen oder anderen Rauschsignals mit der Amplitude eines örtlich erzeugten Rauschbezugssignals durchgeführt wird. Bei dieser Art von Radiometrie-Meßeinrichtungen wird der Empfängereingang oder der Eingang einer Zwischenfrequenzstufe abwechselnd zwischen dem Nutzsignal und dem Bezugs-Rauschsignal umgeschaltet, so daß die Rauschtemperatur eines ausgewählten Ziels bemessen werden kann. Derartige Systeme wurden in großem Umfang für die Untersuchung von rauschförmigen Hochfrequenzsignalen mit relativ niedrigem Pegel verwendet und ergeben selbst dann gute Ergebnisse, wenn die Amplituden der zu untersuchenden Rauschsignale klein im Vergleich zu dem Eigenrauschen der Radiometrie-Meßeinrichtung sind. Die Betriebseigenschaften derartiger Radiometrie-Meßeinrichtungen sind jedoch bei Meßobjekten mit relativ großen Entfernungen nicht vollständig befriedigend, und zwar deshalb, weil der Rauschtemperaturunterschied zwischen derartigen ausgewählten MeQobjekten und dem Raumhintergrund gering ist. Weiterhin ergibt sich ein beträchtlich anwachsender Abschwächungseffekt bei großen Zielentfernungen auf Grund der konstanten Winkelbreite

des Richtungsdiagramms der Richtantennen, die normalerweise in Radiometrie-Systemen verwendet werden (d. h. wenn die Entfernung größer wird, empfängt die Radiometerantenne proportional mehr Hintergrund-Rauschen bezogen auf von dem Meßobjekt empfangene Signale).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochfrequenz-Radiometrie-Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine empfindlichere Messung' von Signalen von sehr weit entfernten Meßobjekten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum zusätzlichen Anstrahlen des Meßobjektes mit Rauschenergie der Oberlagerungsoszillator mit Hilfe eines Rauschgenerators moduliert und mit einem is Eingang eines Zirkulator verbunden ist, dessen beide übrige Anschlüsse mit der Richtantenne bzw. mit der Empfänger-Mischstufe verbunden sind.

Durch die Anstrahlung des Meßobjektes mit der Rauschenergie des Oberlagerungsoszillators wird die Rauschtemperatur des Meßobjektes erhöht, so daß eine empfindlichere Messung ermöglicht wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ausgang des Oberlagerungsoszillators mit dem Eingang eines Richtkopplers verbunden ist, von dem ein erster Ausgang mit dem Oszillator der Mischstufe verbunden ist. Auf diese Weise ist in einer aktiven Betriebsweise ein dauernder Betrieb sowohl der Empfängereinrichtungen als auch der Sendereinrichtungen möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Umschaltung auf die passive Betriebsweise ein zweiter Ausgang des Richtkopplers über eine Trennstufe mit einem Umschalter verbunden ist, der in einer ersten Schaltstellung den Ausgang der Trennstufe mit dem Eingangsanschluß des Zirkulator und in einer zweiten Stellung den Eingangsanschluß des Zirkulator und den Ausgang der Trennstufe mit Abschlußwiderständen verbindet.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die kontinuierliche Umschaltung zwischen Bezugsrauschgenerator und Nutzsignal am Eingang eines der Mischstufe nachgeschalteten in seiner Verstärkung steuerbaren Zwischenfrequenzverstärkers erfolgt. Die kontinuierliche Umschaltung zwischen Bezugsrauschgenerator und Nutz- j signal erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines durch einen Bezugsoszillator gesteuerten Schalters.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Umschalter durch Betätigungseinrichtungen gesteuert, die einen weiteren Schalter w betätigen, der in der der ersten Stellung des Umschalters entsprechenden Stellung den Ausgang des Rauschgenerators mit dem Überlagerungsoszillator und in der der zweiten Stellung des Umschalters entsprechenden Stellung eine Gleichspannungsquelle mit dem v, Überlagerungsoszillator verbinden. Auf diese Weise erfolgt nur in der aktiven Betriebsweise eine Rauschmodulation des Überlagerungsoszillators.

Die Nutzeinrichtungen weisen hierbei vorzugsweise einen mit dem Ausgang des in seiner Verstärkung in. steuerbaren Zwischenfrequenzverstärker verbundenen Hüllkurvendetektor, einen mit den Ausgängen des Hüllkurvendetektors und des Bezugsoszillators verbundenen Phasendetektor und einen Integrator ein, dessen Eingang mit dem Ausgang des Phasendetektors verbunden ist und dessen Ausgangssignal an den Verstärkungssteuereingang des Zwischenfrequenzverstärkers angekoppelt ist.

Um die durch die Anstrahlung des Meßobjektes mit Rauschenergie erzielbaren Vorteile voll ausnutzen zu können, ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Richtantenne Antriebseinrichtungen zur konischen Ablenkung um eine Symmetrieachse der Ausstrahlung mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz zur Feststellung eines Ziels aufweist, daß ein konischer Abtastbezugsgenerator mit den Antriebseinrichtungen gekoppelt ist, daß auf die Abtastfrequenz abgestimmte Verstärkereinrichtungen mit ihrem Eingang an den Ausgang des Integrators angeschaltet sind und daß der Ausgang der auf die Abtastfrequenz abgestimmten Verstärkereinrichtungen mit den Eingängen von Demodulatoren zur Erzeugung von Azimut- und Höhenwinkel-Fehlersignalen verbunden sind, die auf die Versetzung des Meßobjektes gegenüber der Symmetrieachse der Ausstrahlung der Richtantenne bezogen sind, wobei die Ausgänge der Demodulatoren mit Einrichtungen zur Anzeige und Verwendung der Fehlersignale verbunden sind. Auf diese Weise kann die Richtantenne genau dem Meßobjekt nachgeführt werden, so daß eine optimale Anstrahlung und Reflexion der ausgesandten Geräuschenergie erzielt wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein weiterer an den Ausgang des Integrators angeschalteter Verstärker vorgesehen, dessen Ausgang mit einen Schwellwertdetektor verbunden ist, dessen Ausgangssignal Anzeigeeinrichtungen zugeführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Radiometrie-Meßsystems, das dessen Bauteile und deren elektrische Verbindungen zeigt;

F i g. 2 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise des Systems nach F i g. 1.

In F i g. 1 ist ein Radiometrie-Meßsystem gezeigt, das an eine Vielzahl von Anwendungen anpaßbar ist. Entsprechend ist es verständlich, daß die Antenne 1 lediglich eine von verschiedenen möglichen Antennen darstellt, die mit Vorteil mit dem Radiometrie-Meßsystem verwendet werden können. Obwohl auch andere Arten von Antennen verwendet werden können, wie z. B. andere kardanbefestigte Nachführ- oder Suchantennen, oder einfache Richtungsantennen, die an dem Rumpf manuell oder automatisch steuerbaren Luftfahrzeuges befestigt sind, ist in F i g. 1 zur Erläuterung eine spezielle Parabol-Nachführantenne dargestellt, die eine Übertragungsleitungs-Antennenspeisung 2 aufweist, die für eine konische Abtastung (bei der Spinn-Frequenz f_c) des gerichteten Strahlungsdiagramms 3 der Parabelantenne 1 um eine Symmetrieachse der Ausstrahlung geeignet ist. Eine konische Abtastung wird in üblicher Weise erreicht, wenn der Antriebsmotor 4 in Betrieb ist.

Wenn eine konische Abtastung tatsächlich verwendet wird, wird außerdem ein Spinn-Bezugsgenerator 6 von dem Motor 4 angetrieben, wodurch sich in Quadratur stehende sinusförmige Bezugsspannungen f_c < 0° und f_c < 90° an den Ausgangsanschlüssen 7 ergeben, und zwar für eine Verwendung, die im folgenden noch beschrieben wird. Die Parabolantenne ί kann um eine normalerweise horizontale Achse 8 bewegt werden, wenn der Höhenwinkel-Moior HM9 durch geeignete Such- oder Nachlaufbefehlssignale betätigt wird, die dem Anschluß !2 zugefüt"·* werden, !n gleicher Weise

ist die Antenne 1 um eine vertikale, zur Ebene der F i g. 1 senkrechte Achse mit Hilfe der Welle 10 und des Azimut-Antriebsmotors AM 10 bewegbar, wenn dem letzteren am Anschluß 13 geeignete Such- oder Nachlaufbefehlssignale zugeführt werden.

Der AiUennenantrieb, die Kardanhalterung und die konischen Abtast- und Suchsysteme der allgemeinen Art nach F i g. 1 sind in der Technik gut bekannt. Daher erscheint eine ausführliche Beschreibung des Antennensysiems für die vorliegenden Zwecke nicht erforderlich. Beispielsweise sind Antennen- und Kardansysteme der erforderlichen Art in der US-Patentschrift 24 10 831 der Anmelderin beschrieben. Ähnliche Anordnungen sind an vielen anderen Stellen in der Technik beschrieben, unter Einschluß der US-Patentschrift 27 40 962.

Der Erreger 2 der Antenne 1 ist an einem Abzweig-Anschlußarm 23 eines üblichen Übertragungsleitungs-Zirkulators 25 mit Abzweig-Anschlußarmen 21, 22 und 23 angekoppelt. Der Abzweig-Anschlußarm 22 ist mit einem Radiometer-Empfängersystem 26 gekoppelt, während der Abzweig-Anschlußarm 21 mit einem Sendersystem 27 koppelbar ist.

Der als Übertragungsleitungsschalter ausgebildete Umschalter 30 weist unter der Steuerung einer Betätigungseinrichtung 31 und eines mechanischen Verbindungsgliedes 107a zwei mögliche Schaltzustände auf. In dem in F i g. 1 dargestellten Schaltzustand koppelt der Umschalter 30 den Abzweig-Anschlußarm

21 über die Schalterbahn 30a und über eine übliche Trennstufe 29 und den Richtkoppler 43 an einen spannungsgesteuerten Oszillator 28 an. Die Schalterbahn 30b verbindet lediglich Abschlußwiderstände 32 und 33 in passiver Weise miteinander. Wenn sich der Umschalter 30 in der dargestellten Stellung befindet, koppelt die Betätigungseinrichtung 31 außerdem einen üblichen Modulations-Breitbandrauschgenerator 35 über den Schalter 36 an, um dem spannungsgesteuerten Oszillator 28 eine statistische Rauschspannung zuzuführen. Es ist weiterhin verständlich, daß der Rauschgenerator 35 dem Oszillator 28 zusätzlich die Betriebsleistung zuführen kann. Im zweiten Zustand der Umschalter 30 und 36 verbindet der Schalter 36 eine Gleichstromquelle 34 mit dem Oszillator 28. Der spannungsgeueuerte Oszillator 28 ist z. B. ein abstimmbarer Gunn-Diodenoszillator, der ein niedriges Störrauschen aufweist Der Rauschgenerator 35 kann ein im Handel erhältlicher Rauschgenerator der Rauschdiodenart sein, der ein weißes Rauschen mit Gauß'scher Verteilung liefert.

Wie es weiter oben erläutert wurde, wird ein Abzweig-Anschlußarm des Zirkulators 25 als ein Eingang für den Radiometerempfänger 26 verwendet, indem irgendein Signa! in dem Abzweig-Anschlußarm

22 zunächst einem breitbandigen Gegentaktmischer 40 mit niedrigem Rauschen zugeführt wird, der in üblicher Weise mit Hilfe einer Vorspannungsquelle 41 betrieben wird. Ein zweites dem Gegentaktmischer 40 über die Übertragungsleitung 44 zugeführtes Eingangssignal ist der ausgekoppelte Ausgang des Richtkopplers 43, der dem Mischer 40 ein vom Ausgang des Oszillators 28 abgeleitetes Signal zuführt Der Ausgang des Mischers 40 wird dann in einem üblichen Zwischenfrequenzverstärker 39 verstärkt worauf das Signal über ein Bandpaßfilter 42 an den Anschluß 45 des Schalters 47 geführt wird. In der für den Radiometerschalter 47 dargestellten Stellung ist der Ausgang des Bandpaßfilters 42 mit einem zweiten in seiner Verstärkung steuerbaren Zwischenfrequenzverstärker 49 verbunden, der im wesentlichen die gleiche Bandbreite und Mittelfrequenz aufweist, wie der Zwischenfrequenzverstärker 39.

Der Schalter 47 wird zyklisch mit regelmäßiger Bewegung bei der Schaltfrequenz f_s mit Hilfe des Schalterantriebs 50 zwischen den Anschlüssen 45 und 46 betrieben. Wenn der Schalter 47 mit dem Anschluß 46 verbunden ist, wird der übliche Zwischenfrequenz-Rauschbezugsgenerator 48 mit dem Verstärker 49

ίο verbunden. Der Verstärker 49 ist intern mit einer üblichen Verstärkungssteuerschaltung versehen, dei eine Bezugspegel-Einstellspannung von einer Verstär· kungs Regelspannungs- Bezugsschaltung 60 zugefühn wird, die manuell in üblicher Weise durch das Einstellglied 60a einstellbar ist. Die Verstärkungsbezugsspannung von der üblichen Schaltung 60 wird über einen Addierer 61 zugeführt, der eine einfache algebraische Summierschaltung sein kann, um eine veränderliche Verstärkungssteuerspannung automatisch von dem Integrator 62 aus einzuführen, wie es noch näher erläutert wird.

Der verstärkte Ausgang des Verstärkers 49 ist mit einer zweckmäßigen Niederfrequenz f_s mit Hilfe des Schalters 47 zerhakt und seine Hüllkurve wird ir üblicher Weise von einem üblichen Hüllkurvendetektoi

68 demoduliert. Das demodulierte Niederfrequenzsigna wird, wie erforderlich, in dem Niederfrequenzverstärker

69 verstärkt. Das demodulierte Signal wird dann einen· Eingang eines üblichen Phasendetektors 72 zugeführt

3n diesen zweitem Eingang ein Phasenbezugssignal mit der Frequenz f_s zugeführt wird. Es ist zu erkennen, daß der Ausgang des Phasenbezugsoszillators 73 sowohl derr zweiten Eingang des Phasendetektors 72 als auch über die Leitung 74 zugeführt wird, um den Schalterantrieb 50 für die zyklische Betätigung des Schalters 4i anzusteuern. Der Ausgang des Phasendetektors 72 wire der üblichen Integratorschaltung 78 zugeführt unc erscheint als modifiziertes Signal an der Ausgangslei tung 79. Die Leitung 79 versorgt drei abzweigende

ίο Kanäle 79a, 79b und 79c, die noch näher erläuten werden müssen.

Es sei bemerkt daß der Ausgang des Integrators 7f über den Schalter 108 geleitet wird, und zwar entsprechend der Betätigung durch die Betätigungsein

4t richtung 31 und die mechanische Verbindung 107. Eine der Wege des Schalters 108 schließt einen invertierenden Verstärker 106 ein. Es ist zu erkennen, daß die Einfügung des invertierenden Verstärkers und dei Schaltkontakte erforderlich ist um die gleiche Polaritäi

5<i des Ausgangssignals zu erreichen, wenn in der aktiver oder der passiven Radiometer-Betriebsweise gearbeitet wird. Beispielsweise befinden sich in der aktiver Betriebsweise die Schalterkontakte des Schalters 108 ir der dargestellten Stellung und das Ausgangssignal vor einem Ziel würde positiv sein (d. h. das Ziel würde ein« höhere effektive radiometrische Temperatur aufweisen als der Hintergrund). Wenn sich die Schalterkontakt« des Schalters 108 in der anderen Stellung befinden, di< der passiven Betriebsweise entspricht, würde da!

fin Ausgangssignal wiederum positiv sein. Der invertieren de Verstärker ist erforderlich, weil die grundlegende passive radiometrische Temperatur des Ziels dam kälter als der Hintergrund ist

Der Kanal 79a liefert ein Signal für die Zwecke dei

·>"> automatischen Verstärkungsregelung an den Verstär kungsregehingsintegrator 62, das in dem Addierer 61 der Bezugs-Verstärkungssteuerspannung von der Ein heit 60 hinzugefügt wird.

Der Kanal 79b verwendet den Ausgang des Integrators 78, und zwar insbesondere die Komponenten mit der Frequenz f_c dieses Ausgangs und verstärkt sie im Verstärker 82. Der Ausgang des Verstärkers 82 wird einem EingangsanschluB des Azimut-Demodula- -, tors 83 zugeführt, dessen anderem Anschluß 84 das konische Abtast-Bezugssignal f_c < 0° zugeführt wird, das an einem Ausgangsleitungen 7 des Bezugsgenerators für die konische Abtastdrehung steht. Die demodulierten Signale werden in einem Filter 85 m gefiltert, so daß lediglich ein Gleichstromanteil mit umkehrbarer Polarität und sich ändernder Amplitude übrigbleibt, der einem üblichen Links-Rechts-Meßinstrument 86 zugeführt wird. Das Meßinstrument 86 zeigt an, ob die Symmetrieachse der Ausstrahlung der Antenne 1 auf ein Ziel zeigt oder sich links oder rechts von diesem Ziel befindet Die automatische Nachführung in Azimutrichtung kann durch Koppeln des Ausgangs des Filters 85 über den Anschluß 87 an den Anschluß 13 des Azimutmotors 11 erreicht werden.

Der Ausgang des Verstärkers 82 wird einem Eingangsanschluß eines Höhen winkel-Demodulators 93 zugeführt, dessen anderem Anschluß 94 die konische Abtastbezugsspannung f_c < 90° zugeführt wird, die an einer zweiten der Ausgangsleitungen 7 des Bezugsgene- 2^r> rators 6 für die konische Abtastdrehung ansteht Die demodulierten Signale werden in einem Filter 95 gefiltert, wie im Fall des Filters 85, so daß lediglich ein Gleichstromanteil mit umkehrbarer Polarität und sich ändernder Amplitude übrig bleibt, der einem üblichen 3η Aufwärts-Abwärts-Anzeigemeßeinrichtung 96 zugeführt ist Das Meßinstrument 96 zeigt an, ob die Antenne 1 auf ein Ziel zeigt oder ob sie über oder unter dieses Ziel gerichtet ist Eine automatische Nachführung im Höhenwinkel kann dadurch erreicht werden, daß der r> Ausgang des Filters 95 über den Anschluß 97 an den Anschluß 12 des Antennen-Höhenwinkelmeßinstruments 9 angekoppelt wird.

Es ist für den Fachmann verständlich, daß andere bekannte Arten von Azimut- und Höhenwinkel-Nach- mi führ-Fehleranzeigern anstelle der Meßinstrumente 86 und 96 mit in der Mitte liegendem Nullpunkt verwendet werden können, wie z. B. Kathodenstrahlanzeigevorrichtungen der Art, wie sie in den US-Patentschriften 25 37 973 und 25 52 527 beschrieben sind. Es ist für den Fachmann weiterhin verständlich, daß Bedienungspersonen unter Betrachtung der Meßinstrumente 86 und 96 die Azimut- und Höhenwinkel-Einstell-Steuermotoren 9 und 11 durch die manuelle Betätigung von Potentiometer-Signalquellen einstellen können, die Steuerspannungen an die jeweiligen Anschlüsse 12 bzw. 13 liefern können. Für Suchzwecke können die Spannungen an den Anschlüssen 12 und 13 entsprechend irgendeinem geeigneten Programm geändert werdea

Der Kanal 79c leitet den Ausgang des Integrators 78 über einen auf die Frequenz ί abgestimmten Verstärker 98 an einen Schwellwertdetektor 99. Der Demodulationspegel des Schwellwertdetektors 99 ist durch eine manuelle Einstellung 99a so einstellbar, daß Signale oberhalb eines vorgegebenen Pegels an die Anzeigevor- w richtung 100 weitergeleitet werden. Somit zeigt die Bewegung des Zeigers des Meßinstrumentes 100 von der dargestellten Nullstellung weg der Bedienungsperson das Vorhandensein eines bestimmten Ziels an.

Wenn das Radiometer-System in der Rauschbestrahlungs- oder aktiven Betriebsweise betrieben wird, besteht die Aufgabe darin, ein interessierendes Ziel so anzustrahlen, daß seine scheinbare Rauschtemperatur höher als die Temperatur des Hintergrundes des Ziels ist. In diesem Fall wird der Umschalter 30 in die in F i g. 1 gezeigte Stellung gebracht. Außerdem wird der Ausgang des Oszillators 28 durch das weiße Rauschspektrum frequenzmoduliert, das in dem Rauschgenerator 35 erzeugt wird. Die rauschmodulierte Energie wird durch die Trennstufe 29 und über die Schalterbahn 30a des Umschalters 30 in den Abzweigarm 21 des Zirkulator 25 eingespeist. Der Zirkulator läßt nur einen Hochfrequenz-Energiefluß im Uhrzeigersinn zu, wie es durch die Pfeile angedeutet ist. Der Zirkulator dient im wesentlichen dazu, die Senderenergie vom Empfänger 26 und irgendeine empfangene Energie vom Oszillator 28 zu trennen. So koppelt der Zirkulator 25 die rauschmodulierte Energie durch den Abzweigarm 23 aus und die Energie wird von der Antenne 1 abgestrahlt, wobei weiterhin irgendeine von der Antenne 1 empfangene Energie in den Empfänger 26 eingekoppelt wird. Die abgestrahlten und empfangenen Energien haben eine gemeinsame Frequenz f_o ±Δ f, weil das Signal f_o ± 4/durch die Ratenmodulation des Trägers fo des Oszillators 28 erzeugt wird. Es sei bemerkt, daß der Wert von Δ /außerdem die erforderliche Bandbreite für die Verstärker 39 und 49 festlegt.

Während der Rauschbestrahlungs- oder aktiven Betriebsweise des Systems wird die Überlagerungs-Oszillatorleistung dem Mischer 40 von der Rauschquelle 35 und dem Oszillator 28 mit der Frequenz f_o ± Δ f über den Richtkoppler 43 und die Übertragungsleitung 44 zugeführt. Zusätzlich gelangt Leistung von dem Oszillator 28 durch die Trennstufe 29 hindurch und gelangt in wesentlich unterdrückten entgegengesetzten Sinn von dem Abzweigungsanschlußarm 21 direkt in den Abzweigungsschlußarm 22 des Zirkulators 25 und dann in den Mischer 40. Weiterhin wird eine gewisse Leistung auf Grund irgendwelcher kleinen Impedanzfehlanpassungen in der Antenne 1 und dem zugehörigen Radom reflektiert und diese reflektierte Leistung tritt ebenfalls in den Signal-Anschlußabzweigarm 22 des Mischers 40 ein. Ein wichtiges Merkmal dieser neuartigen Anordnung besteht jedoch darin, daß die Zeitverzögerung zwischen den fehlerhaft durchgelassenen und auf Grund von Fehlanpassung reflektierten Wellen im wesentlichen Null ist und daß, wenn diese Signale mit dem Überlagerungsoszillatorsignal im Mischer 40 gemischt werden, die erzeugten Differenzfrequenzen im wesentlichen gleich Null sind. Mit Sicherheit liegen die unerwünschten Schwebungsfrequenzsignale weit unterhalb des Durchlaßbereiches der Zwischenfrequenzverstärker 39 und 49. Auf diese neuartige Weise wird in dem Hochfrequenzteil des Systems eine Trennung erzielt, die vollständig ausreicht, um einen gleichzeitigen Sende- und Empfangsbetrieb zu ermöglichen.

Die Frequenzeigenschaften des Systems können anhand von F i g. 2 erläutert werden. Die Hochfrequenzteile des Systems unter Einschluß des Oszillators 28 sind so ausgelegt, daß sie bei einer Mittelfrequenz von f_o (beispielsweise 35GHz mit einer Bandbreite von zumindest 1 GHz) arbeiten, wie es durch die alles einschließende linie 101 nach Fig.2 gezeigt ist Das Zwischenfrequenzsignal aus dem Mischer 40 wird beispielsweise durch einen Vorverstärker 39 mit relativ niedriger Verstärkung verstärkt, durch ein Bandpaßfilter 42 hindurchgeleitet und dann mit Hilfe des zyklischen Schalters 47 mit der Niederfrequenz f_s zerhackt, die von dem Bezugsoszillator 73 geliefert wird.

Der zyklisch betätigte Schalter 47 bewirkt abwech-

selnd eine Abtastung des Pegels des empfangenen Zwischenfrequenzsignals vom Verstärker 39 und des festen Leistungspegels von der Bezugsrauschquelle 48. Der resultierende amplitudenmodulierte Ausgang des Schalters 47 ist proportional zum Unterschied zwischen dem Bezugsrauschsignal von der Quelle 48 und dem Ziel-Rückkehrsignal amplitudenmoduliert. Der Absolutwert des Ziel-Rückkehrsignals kann so in einfacher Weise festgestellt werden.

Der auf den verstärkungsgesteuerten Zwischenfrequenzverstärker 49 folgende Niederfrequenzhüllkurvendetektor 68 beseitigt die Schaltamplitudenmodulations-Hüllkurve. Diese wiedergewonnene Hüllkurve enthält die empfangenen charakteristischen Frequenzen während der Suche nach einem Ziel und die konische Abtastfehlersignalfrequenz während des Nachlaufs. Die demodulierte Hüllkurve wird dann von dem Niederfrequenzverstärker 69 dem Phasendetektor 72 und dann über den Integrator 78 an die Signalverarbeitungskanäle 79a, 79ö, 79c geleitet, um das Zielerfassungssignal und die Quadratur-Nachführfehlersignale abzuleiten.

Der Integrator 78 ist ein übliches Integratornetzwerk mit einer Zeitkonstante τ₅ > > 1/Z₁ (wobei /j die Schaltfrequenz ist). Der zweite Integrator 62 in der automatischen Verstärkungsregelschleife weist eine Zeitkonstante Tc >> i/fc auf (wobei f_c die konische Abtastfreqi-enz ist.) Somit erstreckt sich die Filterung in der automatischen Verstärkungsregelschleife von der Frequenz 0 bis zu einer Grenzfrequenz gerade unterhalb der konischen Abtastfrequenz fc. Entsprechend wird ein derartiger Teil der Niederfrequenz von einem Tiefpaßfilter und über den Addierer 61 für die Steuerung der Verstärkung des Verstärkers 49 bei Vorhandensein von Änderungen in der Amplitude des Zielrückkehrsignals zugeführt

Der Integrator 78, dessen spezielle Zeitkonstante τ > > Mfc ist, kann die konischen Abtastkomponenten der Frequenz f_c im Kanal 796 dem Niederfrequenzverstärker 82 zuführen, der auf die Frequenz /_c abgestimmt sein kann. Diese getrennten Signale werden dann verwendet wie es weiter oben beschrieben wurde, um die üblichen Nachführ-Anzeigemeßinstrumente 86 und 96 zu betreiben oder zum Servomotor 9 und 11 in üblicher Weise zu steuern.

Der Integrator 78 kann wiederum irgendein Zielsignal, das während der automatischen oder manueiien Zielsuche festgestellt wird, weiterleiten. Weil die Such-Abtastgeschwindigkeiten relativ niedrig sind, sind die bei Feststellung eines Ziels demodulierten Zielsignalfrequenzen ή entsprechend niedrig. Sie werden daher durch Hindurchleiten des Ausganges des Integrators 78 durch den Tiefpaßverstärker 98 in den Schwellwertdetektor 99 abgetrennt Irgendein Zielriickkehrsignal, dessen Amplitude größer als der Pegel ist, der durch die Einstellung 99a eingestellt ist, betätigt das Meßinstrument 100 oder eine geeignete Alarmeinrichtung wie z.B. eine Glocke, was anzeigt, daß eine Zielnachführung eingeleitet werden sollte.

In der zweiten oder passiven Betriebsweise des Radiometer-Systems, bei der keine Energie abgestrahlt wird, wird der Übertragungsleitungsschalter 30 mit Hilfe der Betätigungseinrichtung 31 um 90° im Uhrzeigersinn gedreht; außerdem wird der Schalter 36 mit dem Ausgangsanschluß der Gleichstromquelle 34 verbunden. Entsprechend wird die Trennstufe 29 mit Hilfe des Schalters 30 über die Schalterbahn 30a mit der Last 33 gekoppelt. Zusätzlich koppelt die Schalterbahn ■> 306 des Schalters 30 die Last 32 an den Zirkulator-Abzweigarm 21 an. Der Oszillator 28 dient nun lediglich als Überlagerungsoszillator und liefert das Signal mit der Frequenz f_o durch den Abzweigarm des Richtkopplers 43 und den Wellenleiter 44 an den Mischer 40.

Irgendeine Energie mit der Frequenz f_a die weiterhin in der Hauptleitung des Kopplers 43 fließt, läuft durch die Trennstufe 29 und wird ohne Schaden in der Abschlußlast 33 absorbiert Zusätzlich kann keine Energie in den Sendearm 21 des Zirkulators 25 gelangen, weil der Abzv/eigarrn 21 über die Schalterbahn 306 mit der angepaßten Abschlußlast 32 gekoppelt ist.

Der Empfänger kann dann als hochempfindlicher Doppelseitenbandempfänger arbeiten und verwendet das Spektrum, das durch die Linien 102,103 nach F i g. 2 begrenzt ist Die Vielseitigkeit der beschriebenen Ausführungsform wird weiterhin vergrößert, weil ein hoher Isolationsgrad wiederum zwischen dem Oszillator 28 und dem Empfänger 26 geschaffen wird. Andere Teile des Radiometer-Empfängersystems arbeiten im wesentlichen so, wie dies in der weiter oben beschriebenen aktiven Mode der Fall war.

Beim Nachführbetrieb in jeder Betriebsweise wird die konische Abtast-Federmodulation des empfangenen Signals durch den Empfänger 26 geführt Nach der Synchrondemodulation der Hüllkurve der Schaltfrequenz f₅ wird das resultierende konische Abtastfehlersignal den Azimut- und Höhenwinkel-Demodulatoren 83 und 93 zugeführt Die Quadraturspannungen f_c < 0° und fc < 90° von dem konischen Zweiphasen-Abtastbezugsgenerator 6 werden den jeweiligen Demodulatoren 83 und 93 als Bezugspannungen zugeführt Wenn die konische Abtastantenne 1 direkt auf ein Ziel ausgerichtet ist ergibt sich kein Fehlersignal an den Ausgängen der Demodulatoren 83 bzw. 93. Wenn sich das Ziel unter einem Winkel zur Symmetrieachse der Ausstrahlung der Antenne !,jedoch innerhalb des Einfangwinkels der Antenne 1 befindet werden Fehlersignale erzeugt, deren Größen ein Maß von der Abweichung dieser Symmetrieachse von jeder Achse sind und deren Polaritäten die Richtung der Fehler anzeigen. Die Quadratur-Nachlauffehlersignale können (nicht gezeigten) Leistungsverstärkern zugeführt werden, falls dies erforderlich ist, um Höhenwinkel- und Azimut-Kardanringmotoren 9 und 11 zu steuern, oder sie können direkt Anzeigern, wie z. B. den Meßinstrumenten 86 und 96 zugeführt werden.

Im Zielsuchbetrieb der beschriebenen Ausführungsform in entweder der aktiven oder passiven Betriebsweise werden geeignete Azimut- und Höhenwinkelsignale den Kardanringmotoren 9 und 11 zugeführt Wenn die Antenne 1 ein vorgegebenes programmiertes Suchmuster durchläuft ruft das Auftreten eines reflektierenden Zieles eine Änderung der empfangenen Signalamplitude hervor, die am Ausgang des Synchron-Phasendetektors 72 erscheint Wenn die Änderung des Signalpegels einen vorgegebenen Pegel überschreitet wird der Anzeiger 100 ausgelöst

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Hochfrequenz-Radiometrie-Meßeinrichtung mit einer Serienschaltung aus Richtantennen, Radiometer- Empfängereinrichtungen und Nutzeinrichtungen, wobei die Radiometer-Empfängereinrichtungen eine Mischstufe und einen Oberlagerungsoszillator einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß zum zusätzlichen Anstrahlen des Meßobjektes mit Rauschenergie der Oberlagerungsoszillator (28) ι ο mit Hilfe eines Rauschgenerators (35) moduliert und mit einem Eingang (21) eines Zirkulator (25) verbunden ist, dessen beide übrige Anschlüsse (23, 22) mit der Richtantenne (1) bzw. mit der Enpfänger-Mischstufe (40) verbunden sind.

2. Hochfrequenz-Radiometrie-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Oberlagerungsoszillators (28) mit dem Eingang eines Richtkopplers (43) verbunden ist, von den ein erster Ausgang mit dem Oszillatoreingang der Mischstufe (40) verbunden ist

3. Hochfrequenz-Radiometrie-Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umschaltung auf die passive Betriebsweise ein zweiter Ausgang des Richtkopplers (43) über eine Trennstufe (29) mit einem Umschalter (30) verbunden ist, der in einer ersten Schaltstellung den Ausgang der Trennstufe (29) mit dem Eingangsanschluß (21) des Zirkulators (25) und in einer zweiten Stellung den Eingangsanschluß (21) des Zirkulators (25) und den Ausgang der Trennstufe (29) mit Abschlußwiderständen (32,33) verbindet.

4. Hochfrequenz-Radiometrie-Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Umschaltung zwischen Bezugsrauschgenerator (48) und Nutzsignal am Eingang eines der Mischstufe (40) nachgeschalteten, in seiner Verstärkung steuerbaren Zwischenfrequenzverstärkers (49) erfolgt.

5. Hochfrequenz-Radiometrie-Meßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Umschaltung zwischen Bezugsrauschgenerator (48) und Nutzsignal mit Hilfe eines durch einen Bezugsoszillator (73) gesteuerten Schalters (47) erfolgt.

6. Hochfrequenz-Radiometer-Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (30) durch Betätigungseinrichtungen (31) gesteuert ist, die einen weiteren Schalter (36) betätigen, der in der der ersten Stellung des Umschalters (30) entsprechenden Stellung den Ausgang des Rauschgenerators (35) mit dem Überlagerungsoszillator (28) und in der der zweiten Stellung des Umschalters (30) entsprechenden Stellung eine Gleichspannungsquel- 5^r> Ie (34) mit dem Überlagerungsoszillator (28) verbinden.

7. Hochfrequenz-P.adiometer-Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzeinrichtungen «> einen mit dem Ausgang des in seiner Verstärkung steuerbaren Zwischenfrequenzverstärkers (49) verbundenen Hüllkurvendetektor (68), einen mit den Ausgängen des Hüllkurvendetektors (68) und des Bezugsoszillators (73) verbundenen Phasendetektor "> (72) und einen Integrator (78) einschließen, dessen Eingang mit dem Ausgang des Phasendetektors (72) verbunden isi und dessen Ausgangssigna! an den Verstärkungssteuereingang des Zwischenfrequenzverstärkers (49) angekoppelt ist

8. Hochfrequenz-Radioractrie-Meßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Richtantenne Antriebseinrichtungen (4) zur konischen Ablenkung um eine Symmetrieachse der Ausstrahlung mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz zur Feststellung eines Ziels aufweist daß ein konischer Abtastbezugsgenerator (6) mit den Antriebseinrichtungen (4) gekoppelt ist daß auf die Abtastfrequenz abgestimmte Verstärkereinrichtungen (82) mit ihrem Eingang an den Ausgang des Integrators (78) angeschaltet sind und daß der Ausgang der auf die Abtastfrequenz abgestimmten Verstärkungseinrichtungen (82) mit den Eingängen von Demodulatoren (83, 92) zur Erzeugung von Azimuth- und Höhenwinkel-Fehlersignalcn verbunden sind, die auf die Versetzung des Meßobjektes gegenüber der Symmetrieachse der Ausstrahlung der Richtantenne (1) bezogen sind, wobei die Ausgänge der Demodulatoren (83, 93) mit Einrichtungen (86, 96) zur Anzeige und Verwendung der Fehlersignale verbunden sind.

9. Hochfrequenz-Radiometrie-Meßeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer an den Ausgang des Integrators (78) angeschalteter Verstärker (98) vorgesehen ist dessen Ausgang mit einem Schwellwertdetektor (99) verbunden ist, dessen Ausgangssignal Anzeigeeinrichtungen (100) zugeführt wird.