DE2439044A1

DE2439044A1 - Radareinrichtung

Info

Publication number: DE2439044A1
Application number: DE2439044A
Authority: DE
Inventors: Robert William Payne
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1973-08-21
Filing date: 1974-08-14
Publication date: 1975-03-20
Also published as: FR2245958A1; GB1481414A; US3975734A; FR2245958B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Radareinrichtung mit einer synthetischen öffnung zur überwachung eines Bezirkes von einem sich bewegenden Ort aus. Sie bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf eine Anzeigeeinrichtung für sich bewegende Ziele in einem seitwärts blickenden kohärenten Radar für ein Flugzeug.

Ein bekanntes Prinzip zur Erzielung der Auflösung eines Seitenradars für ein Flugzeug verwendet eine Reihe von Empfangsantennenpositionen, an denen Echosignale von einem entfernten Ziel empfangen werden, wenn sich das Flugzeug entlang seiner Flugbahn bewegt, um eine effektive oder synthetische Empfangsantennenöffnung zu erzeugen, die beträchtlich größer sein kann als die tatsächliche öffnung der in dem Flugzeug angebrachten Empfangsantenne.

Nimmt man an, daß sich die tatsächliche öffnung an einem stationären Punktziel vorbeibewegt, so sind die Radarechos

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SL/H.

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davon mit einer Dopplerfrequenzkomponente entsprechend der relativen Bewegung zwischen der öffnung und dem Ziel beaufschlagt, wobei sich die Dopplerfrequenz in negativer linearer Abhängigkeit von der Zeit ändert, wenn man annimmt, daß sich das Flugzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit an dem Ziel vorbeibewegt. Die maximale Dopplerfrequenz hängt von der Geschwindigkeit des Flugzeugs relativ zum Ziel ab. Damit die verschiedenen Echosignale über der synthetischen öffnung korreliert werden können, werden sie in eine Korrelationseinrichtung eingespeist, die z.B. von der Ausführungsform sein kann, bei der die Echosignale zunächst gespeichert und dann Echogruppen mit jeweiligen Bewichtungsfaktoren multipliziert werden, um ein fokussiertes Ausgangssignal zu schaffen. Jedes Echosignal muß mit einem anderen Bewichtungsfaktor für aufeinanderfolgende Korrelationen multipliziert werden, und eine Möglichkeit zur Erzielung der Korrelation besteht in der Verwendung eines Transversalfilters in Form eines Schieberegisters mit parallelem Ausgang, wobei die erforderlichen Bewichtungsfaktoren an jedem Ausgang angelegt sind. Die Korrelatorbewichtungsfunktion bestimmt auch eine Bandbreite für den Korrelator.

Es wurde bereits eine Radareinrichtung mit einem Indikator für sich bewegende Ziele vorgeschlagen, die eine solche Korrelation über eine synthetische öffnung verwendet. Die Frequenzen der Dopplerkomponente, die den Radarechos von einem sich bewegenden Ziel aufgeprägt sind, ändern sich je-

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doch mit der Zielgeschwindigkeit und können sich über einen Frequenzbereich erstrecken, der beträchtlich größer als der ist, der von der Korrelationseinrichtung überdeckt ist. Aus diesem Grunde wurde es zur Feststellung eines sich bewegenden Zieles bereits vorgeschlagen, eine Reihe von Korrelationseinrichtungen zu verwenden, die jeweils einen Teil des Bereichs der Dopplerfrquenzauswanderungen überdeckt.

Bie erfindungsgemäße Lösung einer Radareinrichtung mit synthetischer öffnung zur überwachung eines Bezirkes von einem sich bewegenden Ort aus ist gekennzeichnet durch eine Sendeeinrichtung zur Bestrahlung des Bezirkes durch eine Folge ausgesendeter Impulse, durch eine Empfangseinrichtung zum Empfang von Echo-Impulsen aus dem Bezirk, durch eine Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung von Gruppen der empfangenen Echo-Impulse, die erste und zweite Echo-Impulse aufweisen, um Signale zu erzeugen, die im wesentlichen nur solchen Zielen in dem Bezirk zugeordnet sind, die sich relativ zu einem Bezugsbild ändern, wobei die Signale von der Doppelfrequenzverschiebung der Echo-Impulse abhängig sind und die Gruppen von Echoimpulsen mit einer vorbestimmten Folgefrequenz erzeugt werden, und durch eine Korrelationseinrichtung, die auf die genannten Signale anspricht, die im wesentlichen innerhalb eines spezifif sehen Gesamtfrequenzbandes liegen, und durch Auswahl der Folgeffequenz der Signale derart, daß die Folgefrequenz im wesentlichen gleich der Ausbreitung des genannten spezifischen Gesamtfrequenzbandes ist, so daß eine Anzeige von sich relativ bewegenden Zielen geliefert wird.

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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein Koordinatensystem, das zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung verwendet ist,

Fig. 2 zeigt die Frequenzauswanderungen von Radarechos von einem Punktziel über die synthetische öffnung der Radareinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 zeigt als Funktion der Dopplerfrequenz die Amplitudenbewichtung in Abhängigkeit von dem Antennenstrahlungsdiagramm bei Echos sowohl von ortsfesten wie auch von sich bewegenden Zielen,

Fig. 4 zeigt eine Darstellung der Aliasfrequenz

in Abhängigkeit von der tatsächlichen Frequenz f_g,

Fig. 5 zeigt den Geschwindigkeitsverlauf eines einzelnen Verzögerungslöschers,

Fig. 6 zeigt den Amplitudengang in Abhängigkeit

von der Dopplerfrequenz von sich bewegenden Zielen in Bezug zu Korrelationsfrequenzbändern,

Fig. 7 zeigt einen typischen normalisierten Gesamtsystemverlauf,

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Fig. 8 zeigt als Blockschaltbild eine Ausführungsform einer Radareinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild einer anderen Aus-' führungsform der Radareinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.Io zeigt eine Darstellung einer Aliasfrequenz in Abhängigkeit von der tatsächlichen Frequenz, abgenommen bei der Frequenz f /2 und

Fig.11 zeigt einen Filterfrequenzgang einer Abwandlung des Ausführungsbexspiels der Radareinrichtung gemäß der Erfindung.

Zunächst sei auf Fig. 1 Bezug genommen. Es sei angenommen, daß sich ein Flugzeug, das einen Radarsender, und Empfänger mitführt, gleichförmig entlang einem Flugweg Ox bewegt, wobei 0 der Ausgangspunkt einer Koordinatenentfernung χ entlang dem Flugweg ist. Ein Punktziel T befindet sich senkrecht zu dem Flugweg an einem Punkt P , im Abstand von R, wobei P sich in

χ χ

einer Entfernung X von dem Ausgangspunkt 0 befindet und R die Entfernung des Zieles darstellt. Weiter sei angenommen, daß sich die Radarantenne an einem Punkt P(x) entlang dem Flugweg befindet, und es sei angenommen, daß die Hauptkeule des Antennendiagramms einen öffnungswinkel 1/2 β im Bezug zu der Normalen zu dem Flugweg im Punkt P hat. Dann ergibt sich,

daß das Ziel T Radarechos an die Antenne über eine Zahl von

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Antennenpositionen P liefert, die innerhalb einer Entfernung β R entlang dem Flugweg (für kleine Werte von β ) liegt, d.h. für

(X - \/2 β R) «/ OP(x) ^. (X + 1/2 β R)

In der Praxis werden N im Abstand zueinander liegende Echos verarbeitet und Signale erzeugt, die kennzeichnend für Echos von einer öffnung sind, die N Tastpositionen weit ist, z.B. die Punkte P. bis P._+N einschließt. Von dieser synthetischen öffnung sei angenommen, daß sie entlang dem Flugweg mit der Geschwindigkeit V des Flugzeuges bewegt wird und entsprechende Gruppen von Echos aufeinanderfolgend verarbeitet werden, um ein Ausgangssignal zu schaffen, das für eine Radarlandkarte des Bezirks rechts von dem Flugweg kennzeichnend ist.

Nimmt man eine allgemeine Antennenposition P in der synthetischen öffnung P. bis Ρ·_+Ν für das statische Punktziel T entsprechend der Darstellung in Fig. 1 an, dann sind aufgrund der relativen Bewegung zwischen dem Ziel T und dem Flugzeug die Echos im Punkt P mit einer Dopplerverschiebung der Frequenz f, beaufschlagt, worin

n\ ψ - 2V sin β

in der \ die Wellenlänge der Senderträgerfrequenz, & den von dem Punkt P bei T eingeschlossenen Winkel und V die Geschwindigkeit des Flugzeugs relativ zum Boden darstellt. Für geringe Werte von 6~ ändert sich die den Echos aufgeprägte Dopplerfrequenz im wesentlichen linear über die syn-

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thetische Öffnung für eine bestimmte Entfernungszelle, wie das in Fig. 2 als ausgezogene Linie verdeutlicht ist. Die maximale Dopplerfrequenz für eine Auflösung entlang dem Flugweg von £ sind +f, im Punkt P. und -f, im Punkt ^Pi+N' ^{worin f}d max ^{= ist}· ^Die verschiedenen Echos, die

2g

die synthetische Öffnung darstelen,.gelangen in eine Korrelationseinrichtung wie beispielsweise ein Transversalfilter, auf das bereits vorher Bezug genommen worden ist, und es ist offensichtlich, daß die Bandbreite des !Correlators wenigstens 2f, betragen muß, damit die Echos mit der gewünschten Auflösung verarbeitet werden können. Für die Korrelation von Echos von ortsfesten Zielen ist diese Bandbreite auf die Nullfrequenz konzentriert.

Es sei nun angenommen, daß sich das Ziel T-mit einer Geschwindigkeit ν auf den Flugweg zu bewegt. Die Echos sind dann am Punkt P mit einer weiteren Dopplerkomponente

f_T = ^2V cos $■ λ

beaufschlagt, woraus sich für kleine Werte von d ergibt (2) f_T = 2v

was ein im wesentlichen konstanter Ausdruck über die synthetische öffnung in Abhängigkeit von ν ist. Somit bewirkt ein sich bewegendes Ziel eine Dopplerfrequenzauswanderung wie bei einem stationären Ziel, jedoch nach oben verschoben durch eine Frequenz f , wie das durch eine gestrichelte Linie in Fig. 2 gezeigt ist. Obwohl somit der Bereich der Doppler-

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echos von einem sich bewegenden Ziel/ das den Antennenstrahl durchkreuzt, der gleiche ist wie für ein ortsfestes Ziel, bewirkt die zusätzliche Dopplerfrequenzverschiebung, die als Ergebnis der Bewegung des Zieles entsteht, daß der mögliche Bereich der Frequenz, in die die Dopplerechos fallen können, viel größer ist als für ortsfeste Ziele allein. Dies ist in Fig. 3 verdeutlicht, die die Amplitude des empfangenen Signals in Abhängigkeit von der Frequenz für ein ortsfestes Ziel und für ein Ziel zeigt, das sich in Richtung auf die Flugbahn des Flugzeuges bewegt. Die Kurvenform dieser Amplitudenverlaufe ergibt sich durch das Strahlungsdiagramm der Antenne. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß sich die Echos von einem Ziel zunächst durch Nebenkeulen des Strahlungsdiagramms ergeben, wenn die Echos eine höhere Dopplerabweichung zeigen. Wenn die Nebenkeulen des Antennendiagramms durchlaufen sind, wird wiederum die Amplitude des Echos aufeinanderfolgend Maxima und Minima entsprechend der fallenden Dopplerfrequenz (Fig.2) aufweisen, bis die Hauptantennenkeule erreicht ist. In gleicher Weise ergibt sich, daß nach Durchlaufen der Hauptantennenkeule weitere Amplitudenmaxima und -minima auftreten, und zwar entsprechend der verbleibenden Nebenkeulen des

Antennendiagramms.

Fig. 3 zeigt diese Maxima und Minima aufgrund der Nebenkeulen für die beiden genannten Ziele, jedoch ist zu beachten, daß nur der mittlere Bereich des Empfangssignals der Hauptkeule der Antenne für den KorrelationsVorgang von Bedeutung ist.

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Das Gesamtdopplerfrequenzband, das überdeckt werden muß, um alle in der Praxis möglichen Zielgeschwindigkeiten einzuschließen, ist wesentlich größer als der Frequenzbereich eines einzelnen Korrelators. Berücksichtigt man jedoch, daß in der Praxis der Radarsender schmale Impulse erzeugt, so wird der Bereich, der von dem Korrelator überdeckt werden kann, dadurch ausgedehnt, daß Gebrauch von einem Phänomen gemacht wird, das als überfalten (foldover oder aliasing) bekannt ist.

Die Dopplersignale aus irgendeiner bestimmten Bereichszelle können als ungedämpfte sinusförmige Schwingungen betrachtet werden, die mit der Impulsfolgefrequenz (PRF) abgetastet werden, mit der sie in den Korrelator gelangen. Es sei angenommen, daß PRF = f ist. Das Spektrum der abgetasteten Schwingung besteht aus einer Reihe von Trägerschwingungen der typischen Frequenz kf , worin k alle ganzen positiven und negativen Werte einnimmt. Jedem Träger ist ein Paar von Seitenbandschwingungen zugeordnet, eines an jeder Seite und im Abstand entsprechend der Abtastfrequenz von dem Träger. Das als aliasing bekannte Phänomen tritt auf, wenn die _a abgetastete Schwingfrequenz 1/2 f übersteigt. Gemäß diesem Phänomen sind die Seitenbänder dann, wenn die Abtastschwingung eine Frequenz f hat,

die im Bereich f ( ^—^) f , ( ^^ ) f liegt, um den Null-

L 2. S £. } S

frequenzträger des Abtastspektrums herum vorhanden, so, als wenn die Abtastschwingung die Frequenz f-kf wäre. Ist z.B.

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-Ιο-

£ = 3000 Hzf so erscheint nach Abtastung eine Frequenz

von + 3200 Hz wie auch ein Signal von + 200 Hz. Ebenso erscheinen + 2800 Hz Signale alias - 200 Hz und - 1600 Hz wie auch + 1400 Hz Signale. Um somit ein Ziel festzustellen, das sich relativ zu einem Bezugsbild wie beispielsweise dem Boden bewegt, braucht nur der Frequenzbereich (-1/2 f -*- + 1/2 f )

S S

bei dem Korrelationsvorgang überwacht zu werden. Die Beziehung zwischen unabgetasteten Frequenzen und den Alias—
frequenzen wird wie beschrieben nach Abtastung bei der Frequenz f gewonnen, wenn sowohl die gleichphasigen als auch

die Quadraturkomponenten der frequenzerzeugenden Phaseneinrichtung unabhängig abgetastet werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden
Gruppen von Impulsen ausgesendet und empfangen bei übereinstimmenden Positionen von P auf dem Flugweg, jedoch in zeitlichem Abstand. Diese Gruppen können Impulspaare sein, die unter Verwendung einer Antenne einer Art gebildet sind, die nachfolgend beschrieben wird. Die Echos von dem ersten Impuls des Paares von ausgesandten Impulsen werden gespeichert, bis die Echos von dem zweiten Signal empfangen sind, wonach die zweiten Echos von den ersten Echos abgezogen werden. Dieser Löschprozess unterdrückt die Dopplerechos von ortsfesten Zielen, so daß nur Störungen der Dopplerechos von sich bewegenden Zielen zurückbleiben. Es sei darauf hingewiesen, daß in diesem Falle die Frequenz f die Pulsfolgefrequenz PRF der Impulse

nach dem Löschen ist, d.h. die Folgefrequenz ausgesendeter Impulspaare.

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Der Löschvorgang ergibt außerdem eine Amplitudenbewichtung der abgezogenen Signale in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Zieles (Fig. 5). Die Nullen der Kurve geben die Zeitspanne zwischen den Impulspaaren an, die von übereinstimmenden Antennenpositionen ausgesendet sind. Da sich dieses Zeitintervall umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit der Flugzeuggeschwindigkeit»ändert, und zwar aufgrund der Verwendung einer Antenne mit festen Abemessungen zwischen ihren Phasenzentren, ändern sich die Nullen oder "blinden Geschwindigkeiten" direkt mit der Flugzeuggeschwindigkeit.

Die aus dem Löschvorgang bei einem Bereich von f her—

vorgehenden Signale haben eine Amplitude bewichtet mit der Zielgeschwindigkeit gemäß Fig. 5, und außerdem bewichtet mit der Dopplerfrequenz, bestimmt durch die Position des Zieles in der Antennenkeule, wie das für ein typisches Ziel in Fig.3 dargestellt ist. Der durch die Dopplercheos überdeckte Frequenzbereich erstreckt sich aufgrund der Bildung der Aliasfrequenzen in den Frequenzbereich + f /2 bis - f /2.

s s

Sie können daher durch irgendeine Kombination von Korrelatoren bearbeitet werden, die in der Lage sind, diesen Frequenzbereich zu überdecken.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung jedoch überdeckt der Korrelator zur Verarbeitung der Echos von einem sich bewegenden Ziel mit der gewünschten Auflösung einen Frequenzbereich von 2 f, „,,„ um die Frequenz f_v. wobei f„ = f /2

Q IUaX J\ Js. S

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Fig. 4 setzt zeichnerisch die tatsächlich empfangene Dopplerfrequenz auf der horizontalen Achse mit der Aliasfrequenz, gebildet im Bereich -f /2 < O <_f /2, in Beziehung.

S S

Es ist ersichtlich, daß Frequenzen im Bereich (f /2 - f, „)

S CuUaX

—^ f /2 Aliasfrequenzen im Bereich (f /2-q) —9 f /2 und

S SS

jene im Bereich f /2 ~*(f /2 + f, ) Aliasfrequenzen im

s s din 3.x

Bereich -f /2 ~-> (-f /2+q) haben. In gleicher Weise haben

S S

Frequenzen in den anderen Bereichen, die durch gestrichelte Linien auf der horizontalen Achse dargestellt sind, Aliasfrequenzen auch in den mit c[ bezeichneten Bereichen. Der Korrelator mit der Mittenfrequenz f /2 verarbeitet daher

Seitenbänder zu dieser Frequenz im Bezug zu Signalen in einer Reihe von Bereichen von - 2 f_dmax mit den Mittenfrequenzen —^- f , worin η eine ganze Zahl ist. Er ist somit gleich mit einer Reihe von Korrelatoren, die jeweils einen solchen Bereich haben und auf eine dieser Frequenzen zentriert sind.

Aus Fig. 4 ergibt sich, daß andere Kombinationen und Ausbildungen des Korrelatorfrequenzbereichs zu einer Vielfalt von Frequenzbändern führen, die durch die Korrelatoranordnung verarbeitet werden können. Z.B. kann der Korrelator auf irgendeine der Frequenzen* ^f t. A zentriert sein, worin O *£l A ^=. ^fdjnax^ist* °P^timale Ergebnisse werden jedoch erzielt, wenn der Korrelator in der zuvor beschriebenen Weise auf f_ zentriert ist, da Störechos mit Frequenzen im Bereich der Nullfrequenz weit außerhalb des Arbeitsfrequenzbereichs des Korrelators liegen; die unerwünschten Störechos werden

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daher beträchtlich unterdrückt; der gleiche Verlauf wird auch für Ziele erzielt, die die gleiche Geschwindigkeit haben, unabhängig davon, ob sie sich der Flugbahn des Flugzeuges nähern oder sich von ihr entfernen.

Es sei nun ein Ziel betrachtet, das sich mit einer Geschwindigkeit von v_T bewegt, so daß sich aus Gleichung 2 ergibt :

v_T = ^ f_T = Af* wenn f_T = fs

Ein solches Ziel erzeugt seine Spitzenamplitude, wenn es auf der Symmetrieachse der Antennenkeule bei einer Dopplerfrequenz von + s oder- s liegt, ob es sich von der Flugbahn weg oder

2 T"
auf sie zu bewegt.

Es sei wieder der Korrelator mit einem Bereich 2f,

dmax

mit einer Mittenfrequenz von f_v = f /2 betrachtet» Die Frequenz, mit der gelöschte Signale aus dem Löscher austreten, d.h. f , ist ungefähr gleich der Änderung der Dopplerfrequenz der Echos von ortsfesten Zielen gewählt, die die Punkte der halben Zeit des Antennenstrahlungsdiagramms durchlaufen, d.h. den Winkel - 1/2 β . Dadurch ist sichergestellt, daß die Dopplerfrequenzauswanderung der Echos über die öffnung wenigstens einen Teil des Bereichs des Korrelators für Ziele überdecken, die eine Geschwindigkeit ν im Bereich O^ ν -c-v^ haben. Obwohl die Frequenzauswanderungen solcher Echos nicht auf

f = f /2 zentriert sein mögen, überlappt ihr Frequenzbereich fts

den des Korrelators. Dies ist in Fig. 6 gezeigt. Der Korrelator wird somit weiterhin zu einem Teil der Echos korrelieren

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und eine Anzeige für ein sich bewegendes Ziel liefern, das jedoch von seinem tatsächlichen Ort versetzt ist und eine verringerte Amplitude hat. Das führt jedoch praktisch zu keinem Verlust an Auflösung. Für ν > ν kann es vorkommen, daß kein brauchbares Signal im Frequenzbereich zentriert zu f_/2 vorhanden ist. Aufgrund der Aliaseigenschaften der abgetasteten Echos verarbeitet der Korrelator jedoch Echos, die Frequenzen in Bereichen haben, die auf Werte von f_v zentriert

sind, wobei f_v = (2n+l) f ist. Auswanderungen von Echos sich j\ ~ s

bewegender Ziele, die Bereiche haben, die einen dieser Bezirke überlappen, werden korreliert, als ob sie den Korrelationsbezirk

mit dem Zentrum f = s überlappten, und sie werden so durch

K j-

die einzelne Korrelationseinrichtung korreliert.

Eine Darstellung der gesamten Korrelationskurve ist für eine typische Einrichtung in Fig. 7 gezeigt, normalisiert auf den Verlauf eines Korrelators bei einem Signal, das nicht durch die Löschbewichtung gemäß Fig. 5 begrenzt ist. Diese Bewichtung ist außerdem durch die gestrichelte Kurve verdeutlicht. Die Darstellung zeigt nur den Verlauf der Kurven für Ziele, die sich auf die Flugbahn zu bewegen, der Verlauf würde symmetrisch zum Nullpunkt für Ziele sein, die sich von der Flugbahn weg bewegen. Die Kurven geben den Verlauf des Korrelators bei irgend einem Ziel der gezeigten Geschwindigkeit einschließlich der Effekte aller zuvor beschriebenen relevanten Bewichtungen an. Ein Ziel mit der Geschwindigkeit v,_ ergibt somit das angegebene Ausgangssignal.

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Für ein Ziel, daß sich innerhalb bestimmter Geschwindigkeitsbereiche bewegt, mag es vorkommen, daß der Bereich von Dopplerfrequenzen, der erzeugt wird, wenn das Ziel den gesamten Antennenstrahl durchquert, zwei getrennte Korrelationsfrequenzbänder einschließt, wenn Aliaseffekte in Betracht gezogen sind. Unter diesen Umständen ergeben sich für dieses Ziel zwei verschiedene Anzeigen in verschiedenen Teilen des Antennenstrahls. Das ist in der Zeichnung für ein Ziel mit der Geschwindigkeit v¹ gezeigt, das zwei Ausgangssignale A und B unterschiedlicher Amplitude erzeugt.

Fig.8 zeigt eine praktische Anwendung eines Anzeigeradars für sich bewegende Ziele gemäß dieser Erfindung unter Anwendung der oben erläuterten Prinzipien. Eine Antenne 1 der zuvor beschriebenen Art ist in einem Flugzeug seitwärts blickend angeordnet und mit einer Sende-Empfangseinrichtung 2 verbunden. Die Antenne weist drei öffnungsabschnitte 3, 4 und 5 auf, von denen die Öffnungsabschnitte 3 und 5 gleiche Länge haben. Der Empfänger erzeugt gleichphasige und Quadraturausgangssignale auf Leitungen 6 und 7, die die Phase jedes Echos definieren, und diese Signale gelangen an einen Analog/Digitalkonverter und 9. Die Ausgangssignale des Analog/Digitalkonverters sind paarweise an zugehörige Subtraktionseinheiten Io oder 11 angelegt, und zwar gesteuert durch UND-Gatter 12 bis 15; Speicher 16 und 17 speichern von einem Echo abgeleitete Signale derart, daß für Paare von Echos kennzeichnende Signale gleichzeitig in eine Korrelationseinrichtung 18 eingespeist sind.

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Die Korrelationseinrichtung 18 weist bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine akustische Oberflächenwellenverzögerungsleitung auf, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 24 266 37.3 beschrieben ist, die Ausgangssignale liefert, die in diesem Fall Punkte auf einer Landkartendarstellung eines Bezirkes kennzeichnen, der seitlich von der Flugbahn des Flugzeugs liegt und Bezirke von Bewegungen darin anzeigt. Diese Ausgangssignale werden gespeichert und in einer Anzeigeeinrichtung 19 angezeigt.

Die Einrichtung arbeitet wie folgt. Fliegt das Flugzeug in Fig. 8 von rechts nach links, so ist die Antenne so angeordnet, daß sie einen Impuls aussendet und entsprechende erste Echos unter Verwendung der Öffnungsabschnitte 3 und 4 empfängt. Eine kurze Zeit später nehmen die Öffnungsabschnitte (Antennenelemente) 4 und 5 aufgrund der Bewegung des Flugzeugs in Kombination eine übereinstimmende Position wie die Öffnungsabschnitte 3 und 4 ein. Ein zweiter Sendeimpuls und ein entsprechendes zweites Echo werden unter Verwendung der Öffnungsabschnitte 4 und 5 übertragen. Das erste Echo wird durch die Sende-Empfangseinrichtung 2 verarbeitet, so daß Videosignale in Phase auf den Leitungen 6 und 7 gebildet sind ;und die dafür kennzeichnenden Digitalsignale von den Analog/Digigalkonvertern 8 und 9 gelangen in die Speicher 16 und 17 jeweils unter Kontrolle eines ¹¹I" Impulses auf einer Leitung 2o. Das zweite Echo wird in gleicher Weise verarbeitet, jedoch gelangen die davon abgeleiteten Digitalsignale gleichzeitig mit den AusgangsSignalen der Speicher 16 und 17 an die Sub-

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traktionseinheiten Io und 11 unter Steuerung eines "1" Impulses auf einer Leitung 21.

Die Sende-Empfangseinrichtung 2 sendet aus und empfängt den nächsten Impuls unter Verwendung der Öffnungsabschnitte

3 und 4 nach einer Zeit von 1/f Seit» nach der vorhergehenden Verwendung der öffnungsabschnitte 3 und 4. Der vierte Impuls in der Folge wird ausgesendet, wenn die Öffnungsabschnitte

4 und 5 der Antenne wieder eine übereinstimmende Position

zu den Öffnungsabschnitte 3 und 4 einnehmen. Die Subtraktionseinheiten liefern daher Differenzausgangssignale mit einer Häufigkeit von f an die Korrelationseinrichtung.

Eine Reihe von Differenzausgangssignalen dienen zur Phasenmodulation einer Trägerwelle mit einer Datengeschwin— digkeit ρ¹«*./** f^ür die zu erkundende Entfernungszelle. Die Trägerwelle ist so gewählt, daß sie eine Mittenfrequenz von f hat, und nach Modulation durch die Echosignale gelangt sie an ein Transversalfilter, das zuvor bereits beschrieben worden

ist. Durch Wahl der Trägerfrequenz mit £s ist die Bandbrd\ete

f ²

des Korrelators um __s zentriert. Dieser Korrelator ist gleich

einer Reihe von Körrelatoren, deren Bandbreiten auf f

£. S

zentriert sind, wobei die Korrelation auf sich bewegende Ziele anspricht, wie das im wesentlichen in Fig. 7 gezeigt ist. Anstelle der Verwendung eines Korrelationsvorganges mit Hilfe eines Transversalfilters können auch andere Verfahren angewendet werden, wie z.B. in der deutschen Patentanmeldung P 24 266 37.3 beschrieben. In den Ausgangssignalen der Sub-

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— 18—

traktionseinheiten Io und 11 können aufgrund geringfügiger Bewegungen von unterdrückten "statischen" Zielen Störungen auftreten, die im wesentlichen eine Gaus'sehe Frequenzverteilung zentriert auf eine Nullfrequenz haben. Da jedoch die Bandbreite der Korrelationseinrxchtung 18 im wesentlichen außerhalb des Bereichs dieser Verteilung liegt, liefert dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ein gutes Signal-StÖrverhältnis.

Zur Verringerung der von dem Korrelator zu verarbeitenden Daten können aufeinanderfolgende Paare von Ausgangs— Signalen der Subtraktionseinheiten Io und 11 an gleiche Paare von Subtraktionseinheiten angelegt werden. Es kann auch eine Anordnung gemäß Fig. 9 verwendet werden, um die Datenspeicheranforderungen weiter zu verringern. Bei dieser Anordnung gelangen Signale von den Analog/Digitalkonvertern 8, 9 über UND-Gatter 22, 29, wenn sie von einer Steuereinrichtung 26 durchgelassen werden, an arithmetische logische Einheiten (ALUs) 23 und 3o. die ALUs addieren oder subtrahieren zwei Digitalzahlen in der durch eine Steuereinrichtung 27 bestimmten Weise. Das Ergebnis dieser Addition oder Subtraktion gelangt an die Speicher 16 und 17. Wenn die nächste Reihe von Ausgangssignalen von den Analog/Digitalkonvertern gewonnen werden, werden die Signale in den Speichern 16, 17 gleichzeitig an den zweiten Dateneingang der ALUs über UND-Gatter 24, 31 übertragen. Die ALUs addieren das Signal am ersten Dateneingang zu oder subtrahieren es von dem an dem zweiten Eingang

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in der Folge + , -, -, +. Der Vorgang wird für vier Signale in der Folge a, b, £ und d beschrieben, worin a, b und c, d Paare sind, die übereinstimmenden Antennenpositionen zugeordnet sind, wie das zuvor beschrieben ist. Es sei angenommen, daß die Speicher 16 und 17 freigemacht sind, und daß die ALUs das Signal a zu Null addieren und das Ergebnis zu den Speichern übertragen. Das nächste Signal b wird dann von dem Inhalt der Speicher subtrahiert und über UND-Gatter 24 und 31 zurückgeführt, um a - b zu ergeben, das das Eingangssignal in die Speicher ist. In gleicher Weise wird das nächste Signal c subtrahiert, um a - b - c zu ergeben, und das letzte d addiert, so daß sicha-b-c+d ergibt. Es ist zu ersehen, daß das Endresultat in dem Speicher (a - b) - (c - d) ist, das das Ausgangssignal eines weiteren Paares von Subtraktionseinheiten sein würde, das dem Schaltkreis gemäß Fig. 8 hinzuaddiert ist. Am Ende dieser Folge sind die Gatter 22, 24 und 29 und 31 geschlossen, so daß die Speicher auf Null gestellt werden können, und die Gatter 25 und 32 sind geöffnet, um die übertragung von Daten zu dem Korrelator oder Zwischenspeichermitteln zu ermöglichen. Diese übertragung und Rückstellung kann gleichzeitig mit der Ankunft des ersten Impulses der nächsten Folge in den ALUs erfolgen. In diesem Falle müssen, obwohl Gatter und 29 offen sein mögen, um die Eingabe des neuen Impulses zu ermöglichen, Gatter 24 und 31 geschlossen sein, um eine Rückführung des vorhandenen Inhalts der Speicher zu verhindern und so sicherzustellen, daß der erste Impuls zu Null hinzu-

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-2ο-

addiert wird. Da die Daten nun nur Eingangssignal für den Korrelator einmal für jede zwei übereinstimmenden Paare sind, tastet die Anordnung gemäß Fig. 9 mit einer Geschwindigkeit f /2 anstatt f ab. Infolgedessen ist der Aliaseffekt bei den

S S

abgetasteten Dopplerechos von dem gemäß Fig. 4 zu dem in Fig. Io gezeigten abgewandelt. Dieser Vorgang der Datenreduktion bewirkt außerdem eine frequenzabhängige Amplitudenbewichtung für das Signal vor Korrelation gemäß Fig. 11. Da der Korrelator jetzt seine Eingangssignale mit einer Geschwindigkeit von f_/2 abtastet, ist der einzelne auf f /2

S S

zentrierte Korrelator equivalent einer Reihe von Korrelatoren, deren Mittelfrequenzen um einen FrequenzintervalI _s entfernt liegen. Ein auf f zentrierter Korrelator verarbeitet nun alle Aliassignale von den Seitenbändern des Nullfrequenzträgers, so daß Störsignale nun nicht länger stärker von dem Arbeitsfrequenzband des Korrelators ausgeschlossen sind. Wegen der Lösch- oder Filterwirkung, wie sie in Flg. 11 verdeutlicht ist, und wegen der Placierung des Korrelators in Bezug dazu, wie das durch die schraffierten Bereiche gezeigt ist, ist das Ausgangssignal des Gesamtsystems stark für die Korrelationsausgangssignale relativ zu den auf die Nullfrequenz oder auf Frequenzen von nf_

zentrierten Echos verringert. Es ist außerdem möglich, eine Korrelation auf f_/4 zu zentrieren, um eine Reihe von Korrelationsbezirken zu erzielen, die in hohem Maße das Störspektrum um die Nullfrequenz unterdrücken, jedoch zeigt die

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Filtercharakteristik gemäß Fig. 11, daß ein gleicher, jedoch geringerer Kurvenverlauf für jedes der sich dann ergebenden Korrelationsbänder bei einem Abstand von f /2 ergeben würde, und daß daher kein Vorteil erreichbar ist, wenn der zweite Subtraktionsvorgang ganz einfach durch Abtastung des Ausgangssignales der Unterdrückungseinrichtung mit f /2 durchgeführt

würde. Bei einer Abtastgeschwindigkeit von f /2 kann der Korrelator jedoch tatsächlich auf die Nullfrequenz zentriert werden, um ein mit dem zuvor diskutierten Ausgangssignal identisches Ausgangssignal, zentriert auf f_/2, zu erzielen. Dies erlaubt eine Übereinstimmung mit Korrelatoren für Anzeigeeinrichtungen von sich nicht bewegenden Zielen, wobei lediglich ein Ausgangssignal zur Erzeugung einer Landkartendarstellung von stationären Zielen in dem Bezirk erzielt wird, da diese gewöhnlich auf Nullfrequenz zentriert sind.

Die Ausführungsbeispiele der Einrichtung, die in Verbindung mit den Fig. 8 und 9 beschrieben ist, können in einem sich bewegenden Fahrzeug, wie beispielsweise einem Flugzeug, angeordnet sein. Videosignale, die nicht vollständig verarbeitet sind, können jedoch auf einem passenden Medium, wie beispielsweise einem Magnetband, zur nachfolgenden Einspeisung an einen Korrelator aufgezeichnet werden, der sich am Boden befindet.

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Claims

Patentansprüche

1.J Radareinrichtung mit einer synthetischen öffnung zur überwachung eines Bezirkes von einem sich bewegenden Ort aus, gekennzeichnet durch eine Sendeeinrichtung zur Bestrahlung des Bezirkes durch eine Folge ausgesendeter Impulse, durch eine Empfangseinrichtung zum Empfang von Echo-Impulsen aus dem Bezirk, durch eine Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung von Gruppen der empfangenen Echo-Impulse, die erste und zweite Echo-Impulse aufweisen, um Signale zu erzeugen, die im wesentlichen nur solchen Zielen in dem Bezirk zugeordnet sind, die sich relativ zu einem Bezugsbild ändern, wobei die Signale von der Dopplerfrequenzverschiebung der Echo-Impulse abhängig sind und die Gruppen von Echo-Impulsen mit einer vorbestimmten Folgefrequenz erzeugt werden, und durch eine Korrelationseinrichtung, die auf die genannten Signale anspricht, die im wesentlichen innerhalb eines spezifischen Gesamtfrequenzbandes liegen, und durch Auswahl der Folgefrequenz der Signale derart, daß die Folgefrequenz im wesentlichen gleich der Ausbreitung des genannten spezifischen Gesamtfrequenzbandes ist, so daß eine Anzeige von sich relativ bewegenden Zielen geliefert wird.

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2. Radareinrichtung nach Anspruch I₇ dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung so ausgelegt ist, daß die Folgefrequenz der Signale geringer ist als die genannte vorbestimmte Folgefrequenz der Gruppen von Echo-Impulsen.

3. Radareinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationseinrichtung durch einen einzelnen Korrelator gebildet ist, der über das gesamte spezifische Gesamtfrequenzband arbeitet.

4. Radareinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenfrequenz der Bandbreite des Korrelators auf oder in der Nähe einer der Frequenzen (2n+l) f /2 liegt, wobei η eine ganze Zahl und f die genannte vorbestimmte Folgefrequenz der Gruppen von Echo-Impulsen ist.

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