DE2530846B2

DE2530846B2 - Puls-Doppler-Radarsystem

Info

Publication number: DE2530846B2
Application number: DE19752530846
Authority: DE
Inventors: David Market Harborough Collinson; Alan Fleckney Garner
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1974-07-11
Filing date: 1975-07-10
Publication date: 1978-04-06
Also published as: FR2278082A1; GB1468546A; DE2530846A1; FR2278082B1; CH591702A5; DE2530846C3; NL7508168A; IT1036492B

Description

Die Erfindung betrifft ein Puls-Doppler-Radarsystem mit einer Vorrichtung für die Injektionsphasenauslösung des gepulsten Sendeoszillators des Systems und mit einer Kompensationsvorrichtung, die während der Zeit des Senderdurchbruchs im Empfangszweig die Phasenschwankungen der Sendefrequenz zum Zwecke der Ausregelung erfaßt.

Es ist bekannt, daß die Injektionsphasenauslösung in Puls-Doppler-Radarsystemen verwendet wird, um die ■> zufällige Natur des Einsetzvorgangs eines Impulsoszillators zu bekämpfen und somit die Anforderungen cn die Phasenlage vom Impuls zu Impuls für den gepulsten Sender zu erfüllen. Beim Fehlen eines anderen Störeinflusses würde sich die linpulsschwingung aus

ίο dem Bauelementerauschen aufbauen und folglich wäre die Phasenlage zwischen der Phase des Trägersignals in einem Impuls und der Phase des Trägersignals in dem nachfolgenden Impuls völlig zufällig.

Durch die Verwendung der Injektionsphasenauslösung, d.h. die Einprägung bzw. Einkopplung eines kontinuierlichen Wellensignals in den Resonator des Impulsoszillators wird bewirkt, daß die Impulsschwingungen zu Beginn des Impulses annähernd mit dem kontinuierlichen Wellensignal in Phase liegen.

Zwar weist bei Verwendung der Jnjektionsphasenauslösung die Phasenlage zwischen der Phase der Trägerwelle beim Beginn eines Impulses und der Phase der Trägerwelle beim Beginn des nachfolgenden Impulses einen konstanten Mittelwert auf, doch ist dieser Mittelwert in der Praxis geringfügigen, über mehrere Impulse hinweg eine bestimmte Tendenz aufweisenden Fluktuationen unterworfen. Da ein Puls-Doppler-Radarsysteni dazu dient, Echosignale, die eine Dopplerverschiebung aufweisen, zu entschlüsseln,

to bzw. zu demodulieren und sie von stationären Echos zu unterscheiden, können solche Fluktationen in der Praxis beträchtliche Schwierigkeiten bewirken.

Zwar ist in der DE-AS 12 14 755 sowie in der GB-PS 9 74 081 jeweils eine Schaltung beschrieben, bei der

f» Phasenschwankungen der Trägerfrequenz des inkohärenten Senders eines Puls-Doppler-Radars bzw. Schwankungen der Impulsmodulation durch Ableitung einer Regelspannung von diesen Phasenschwankungen während cJes Senderdurchbruchs und durch schnelles

J" Einstellen einer Verzögerungsleitung im Empfangskanal durch diese Regelspannung vor dem Empfang des reflektierten Impulses ausgeglichen werden, so daß eine kohärente Demodulation möglich ist. Diese beiden eine Vorwärtsregelung durchführenden Schaltungsanord-

·'"> nungen sind jedoch für eine Kompensation der hier betrachteten Fluktuation nicht geeignet.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Puls-Doppler-Radarsystem der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß die zufälligen,

^ΓΊ) in einer langperiodischen Drift auftretenden Phasenfluktuationen um die mittlere Phase der gesendeten Impulse verringert bzw. kompensiert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Kompensationsvorrichtung einen phasenemp-

■>■> findlichen Demodulator zur Feststellung der Rauschphasenmodulation der Sendeimpulse, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines der Abweichung der Senderphase von einem Mittelwert proportionalen Regelsignals und eine Vorrichtung umfaßt, die dieses Regelsignal zur

Wi Regelung des folgenden Triggerzeitpunkts des gepulsten Sendeoszillators des System verwendet.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird also eine Rückwärtsregelung durchgeführt, bei der anhand der einzelnen Impulse der Trend festgestellt wird, mit

^h~> dem die Phasenlage der Impulse aufgrund von Schwankungen, deren Gesamtdauer ein Menrfaches der Impulsfolgefrequenz beträgt, von einem durch die InjektionsphasenauslösL'ng vorgegebenen Mittelwert

wegdriftet, und eine Regelspannung erzeugt, die für die nachfolgenden Impulse dieser Drifterscheinung entgegenwirkt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfmdungsgemäßen Puls-Doppler-Radarsystems sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt die einzige Figur in vereinfachter Blockdarstellung ein Puls-Doppler-Radarsystem.

Gemäß der Zeichnung besteht der Sender 1 des Systems aus einem gepulsten Mikrowellen-Oszillator, z. B. einem Oszillator mit einer Gunn-Effekt-Diode, der von den Impulsen eines Modulators 2 gepulst wird. Der Sender 1 ist mit einem der Eingänge eines Dreieingangs-Zirkulators 3 verbunden, und weiterhin mit einem Duplexer bzw. Sende-Empfangs-Schalter 4, der seinerseits mit einer kombinierten Sende/Empfangs-Antenne 5 so verbunden ist, daß er sie speist bzw. vo" ihr gespeist wird.

Der Duplexer4 ist mit einem Mischer 6 so verbunden, daß er ihn mit den Echosignalen, die von der Antenne 5 empfangen wurden, speist, wobei das zweite Eingangssignal des Mischers von einem Überlagerungs-Oszillator 7 so abgenommen wird, daß der Mischer ein Zwischenfrequenz-Ausgangssignal an einen Zwischenfrequenzverstärker 8 liefert. Ein Eingang des Zirkulators 3 ist mit einem Koppler 9 verbunden, der aus dem Ausgangssignal des Überlagerungs-Oszillators 7 einen Teil auskoppelt, der über den Zirkulator 3 weitergegeben wird und die Injektionsphasen-Auslösung für den gepulsten Oszillator 1 liefert. Das Ausgangssignal des Zwischenfrequenzverstärkers 8 ist über einen Begrenzer 10 an einen phasenempfindlichen Demodulator 11 gelegt und geht dann weiter an die Ausgangsklemme 15. Der Begrenzer 10 ist unter gewissen Umständen nicht erforderlich und ist deshalb mit gestrichelten Linien dargestellt.

Der phasenempfindliche Demodulator ist so verbunden, daß er von den Zwischenfrequenz-Referenzsignalen, die vom Ausgang eines veränderbaren Phasenschiebers 12 abgenommen werden, gespeist wird, während der Phasenschieber seine Eingangssignale über einen geeigneten Vervielfacher 13 von einem Trigger-Generator 14 erhält, der Trigger-Impulse mit der Impulsfolgefrequenz liefert. Der veränderbare Phasenschieber 12 dient dazu, die Phasenlage zwischen dem Referenzsignal des Vervielfachers 13 und dem Trägerwellen-Eingangssignal des phasenempfindlichen Demodulators 11, das vom ZF-Verstärker 8 stammt, so einzustellen, daß für den Demodulator 11 ein Spannungs-Ausgangssignal geschaffen wird, das dem Sinus des Phasenabweichungswinkels von der Trägerwelle proportional ist. Das Ausgangssignal des phasenempfindlichen Demodulators 11 wird sowohl an die Ausgangsklemme 15 als auch an eine Abfragegatter-Boxcar-Schaltung 16 angelegt, deren Abfragegatter so angeordnet ist, daß es unter der Steuerung des Trigger-Generators 14 für ungefähr eine Impulsbreite zu dem Zeitpunkt geöffnet wird, in dem am Ausgang des phasenempfindlichen Demodulators Il ein Senderdurchbruch auftritt, der aus dem Komplex stammt, welcher aus dem Zirkulator 3, dem Duplexer 4 und der Antenne 5 besteht.

Bei der Abfragegatter-Boxcar-Schaltung handelt es sich um eine Abtast- und Speicherschaltung, die die Impulse des Impulszuges aus dem phascnempfindlichen Demodulator mit der Impulsfolgefrequenz abtastet. Diese Abtast- und Speicherschaltung kann einfach aus einem Kondensator bestehen, der so gesteuert wird, daß er bei jeder Abtastung auf einen Wert aufgeladen wird, der von der Amplitude des abgetasteten Impulses

ίο abhängt; unmittelbar vor der nächsten Abtastung wird der Kondensator dann wieder entladen. Auf diese Weise wird im Schaltkreis 16 das momentane Niveau des Ausgangssignals des phasenempfindlichen Demodulators gespeichert und bis zur nachfolgenden Abtastung

aufrechterhalten, bei der das gespeicherte Niveau auf den neuesten Stand gebracht wird. Nach einer Glättung ergibt sich ein geglättetes Spannungs-Ausgangssignal, das der Sender-Phasenabweichung vom Mittelwert proportional ist und als Regelsignal zur Regelung des folgenden Trigger-Zeitpunktes des gepulsten Sendeoszillators verwendet werden kann.

Um die Öffnungszeiten des Abfragegatters in der Schaltung 16 einzustellen, ist die Abfragegatter-Eingangsklemme der Schaltung 16 mit dem Trigger-Gene-

2^r) rator über eine veränderbare Trigger-Verzögerungsschaltung 1/ verbunden. Der Zweck dieser variablen Trigger-Verzögerungschaltung 17, die beim ersten Zusammenbau des Systems voreingestellt wird, besteht darin, das Abtastgatter auf den abzutastenden Impuls zu

in zentrieren, da üblicherweise ein Abtaslgatter verwendet wird, das enger als der abzutastende Impuls ist, um sicherzustellen, daß Störungen auf beiden Seiten des Impulses unberücksichtigt bleiben.

Das Ausgangssignal der Abfragegatter-Boxcar-

)■) Schaltung 16 ist an den Eingang einer verstärkenden und den Schleifen-Frequenzgang formenden Schaltung

18 gelegt, die die geglättete Spannung verstärkt und den Schleifen-Frequenzgang so formt, daß eine Abschwächung des Rauschens über das Band der interessieren-

iii den Doppler-Frequenzen auftritt, und die gleichzeitig für die Stabilität der geschlossenen Schleife sorgt. Im einfachsten Fall handelt es sich hierbei um einen klassischen, richtungsbetriebenen Bandbegrenzungs-Filter-Verstärker, wie sie sich in allen stabilen

4ι Rückkopplungsschleifen finden.

Das Ausgangssignal dieses Filter-Verstärkers 18 ist an eine veränderbare Trigger-Verzögerungsschaltung

19 gelegt, die zwischen den Trigger-Generator 14 und den Modulator 2 geschaltet ist, so daß die steigende

ίο Flanke der Ausgangsimpulse, die von dem Modulator 2 an den gepulsten Sender-Oszillator 1 gelegt werden, in Bezug auf den Mittelwert, der durch den Trigger-Generator 14 festgelegt ist, um einen Betrag verzögert oder vorverlegt werden, der dem Ausganssignal des verstär-

■V) kenden und den Schleifen-Frequenzgang formenden Filters 18 und damit auch der ursprünglichen Phasenabweichung des gepulsten Sender-Oszillators proportional ist; diese Verzögerung oder Vorverlegung erfolgt jeweils in einem solchen Sinn, daß sie diese Abweichun-

w) gen, die auf die Einwirkung von Schaltungsrauschen zurückzuführen sind, zu vermindern trachtet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Puls-Doppler-Radarsystem mit einer Vorrichtung für die Injektionsphasenauslösung des gepulsten Sendeoszillators des Systems und mit einer Kompensationsvorrichtung, die während der Zeit des Senderdurchbruchs im Empfangszweig die Phasenschwankungen der Sendefrequenz zum Zweck der Ausregelung erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsvorrichtung einen phasenempfindlichen Demodulator (1!) zur Feststellung der Rauschphasenniodulation der Sendeimpulse, eine Vorrichtung (16) zur Erzeugung eines der Abweichung der Senderphase von einem Mittelwert proportionalen Regelsignals und eine Vorrichtung (18, 19) umfaßt, die dieses Regelsignal zur Regelung des folgenden Triggcrzeitpunktus des gepulsten Sendeoszillators (1) des Systems verwendet.

2. Puls-Doppler-Radarsyslem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der phasenempfindliche Demodulator (11) an einem seiner Eingänge ein Zwischenfrequenzsignal von einem mit den empfangenen Echosignalen gespeisten Zwischenfrequenzverstärker (8) und an einem zweiten Eingang ein Zwischenfrequenzsignal von einer Rcfercnzsignalquelle (13,14) erhält.

3. Puls-Doppler-Radarsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzsignalquelle mit Zwischenfrequenz einen Frequenzvervielfacher (13) umfaßt, der sein Eingangssignal von einem Trigger-Generator (14) erhält, der die den Modulator (2) für den gepulsten Sendeoszillator (1) triggernden Triggersignale mit Impulsfolgefrequenz liefert.

4. Puls-Doppler-Radarsyslem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (16) zur Erzeugung des Regelsignals aus einer zu Zeitpunkten, in denen der Scnderdurchbruch am Ausgang des phasenempfindliefien Demodulators (II) angekommen ist, das Ausgangssignal des Demodulators (11) mit Impulsfolgefrequenz jeweils für einen einer Impulsbreite in etwa gleichen Zeitraum abfragenden Abtastschaltung und einer die abgefragten Signale während der zwischen den Impulsen liegenden Zeiträume speichernden Speicherschaltung besteht und daß das von der Vorrichtung (16) abgegebene, geglättete Regelsignal einer zwischen dem Trigger-Generator (14) und dem Modulator (2) eingefügten veränderbaren Trigger-Verzögerungsschaltung (19) zugeführt ist.

5. Puls-Doppler-Radarsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorrichtung (16) zur Erzeugung des Regelsignals und der Trigger-Verzögerungsschaltung (19) ein den Frequenzgang der Regelspannung im Sinne einer Verringerung des Rauschens im Band der interessierenden Dopplerfrequenzen formendes Filter (18) gelegt ist.