DE2550699A1

DE2550699A1 - Radaranlage mit einem elevationalen doppel-diagramm-antennensystem

Info

Publication number: DE2550699A1
Application number: DE19752550699
Authority: DE
Inventors: Tiang Gwan Dipl Ing Liem
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1975-11-12
Filing date: 1975-11-12
Publication date: 1977-05-18
Also published as: HK36380A; DE2550699C2; GB1553579A; BE848096A

Description

LIGENTIA Patent-Verwaltungs-GmbH 6000 Frankfurt (Main) 70, Theodor-Stern-Kai 1

Ulm, 7- Nov. 1975 PT-UL/Schz/hä UL 7V160

"Radaranlage mit einem elevationalen Doppel-Diagramm-Antennensystem"

Die Erfindung betrifft eine Radaranlage, insbesondere eine bodenseitige Rundsuch-Radaranlage für die Flugsicherung, mit einem elevationalen Doppel-Diagramm-Antennensystem, das den Empfang von Bodencluttern reduzierbar macht.

Bodenclutter sind von großen Festzielen - Türmen, Masten und Gebäuden, Hügeln und Wäldern - reflektierte Störechos, die ohne Anwendung besonderer Maßnahmen den Zielortungsvorgang auf empfindliche Weise stören. Das bisher bekannteste und

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noch immer für die Clutterunterdrückung angewandte MTI-Filter (Moving-Target-Indication-Filter) kann einen beachtlichen
Teil der Clutterleistung sperren, jedoch liegt die durch den
Restclutter verursachte Falschmeldewahrscheinlichkeit trotz
Verwendung einer STC (Sensitive-Time-Control) Empfänger-Verstärkungsregelung zur Regelung der Echodynamik entsprechend der Entfernung in den meisten Fällen noch viel zu hoch.

Es ist deshalb vorgeschlagen worden, den Empfang von Clutterechos von vorn herein zu reduzieren, indem der Antennengewinn in Richtung des Bodenclutters (um 0° Elevation) verringert wird. Dies läßt sich auf einfache Weise durch Wahl einer entsprechenden Antennenneigung erreichen. Dabei entstehen jedoch zwangsläufig Zielentdeckungsverluste in den großen Entfernungen des Erfassungsbereiches.

Eine Kompromiß-Lösung bringt das konventionalle Doppel-Diagramm-System unter Verwendung einer Doppelerreger-Konfiguration mit einem gemeinsamen Reflektor. Die Radarsendeleistung wird nur
über den Erreger für das untere Antennendiagramm abgestrahlt, das entsprechend dem geforderten Radarerfassungsbereich ausgelegt werden muß. Dieses Hauptdiagramm (siehe Bild 1) wird auch beim Empfangsbetrieb für größere Entfernungen verwendet, da
in manchen Fällen der Glutterempfang in diesem Bereich durch
Abschattungs- und Erdkrümmungseffekte gering ist.

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Im !Taub ere ich. - im allgemeinen bis ca» 40 km - sind die Bodenclutterechos viel stärker, so daß hier der Empfang über ein angehobenes Diagramm erfolgt. Es wird dazu das sogenannte Receive-Only-Diagramm verwendet, d. h. es wird über den Erreger für das obere Diagramm empfangen. Mit der Umschaltung auf das Receive-Only-Diagramm wird eine Reduzierung des Antennengewinns in der 0°-Elevation um ca. 10 dB gegenüber dem Hauptdiagramm erreicht.

Für Radarstandorte z. B. in höheren oder gebirgigen Gegenden bringt jedoch das konventionelle Doppel-Diagramm-System keine Vorteile, da dort auch in großen Entfernungen starke Clutterechos zu erwarten sind. Eine Umschaltung auf das Receive-Only-Diagramm verursacht in großen Entfernungen hohe Zielentdeckungsverluste, die in Bild 1 schraffiert dargestellt sind.

Die Erfindung macht von der ihr zugrunde liegenden wesentlichen Erkenntnis vorteilhaften allgemeinen Gebrauch, daS in solchen Fällen eine kontinuierlich regelbare Antennenneigung von großem Vorteil ist, da damit eine Anpassung an die Clutterstarke entsprechend der Entfernung möglich ware.

Der Erfindung liegt demgemäß die neue Aufgabe zugrunde, für die Radaranlage der einleitend genannten Art ein Doppel-Diagramm-Sy st em mit solchen Regelmöglichkeiten anzugeben.

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Die Merkmale der Erfindung und ihi*er Weiterbildungen sind den Patentansprüchen und/oder der folgenden Beschreibung entnehmbar« Bei dem erfindungsgemäßen Antennensystem ist eine besondere Doppelerreger/Reflektor-Konfiguration verwendbar, die zwei

2 nahezu getrennte Diagramme, z.B. ein cosec - und ein Keulen-Diagramm (Bild 2), erzeugt. Das cosec -Diagramm hat eine besonders steil abfallende Unterkante und außerdem in höheren Elevationswinkeln einen genügend großen Gewinnüberhang für optimale STC-Einstellung. Das Keulen-Diagramm liegt tief am Boden und hat einen hohen Gewinn (ca. 40 dB). Die Sendeleistung wird über einen Leistungskoppler (Leistungsteiler) von beiden Erregern abgestrahlt, und zwar gemäß einer an sich bekannten Technik, die bei ^D-Stacked-Beam-Radars angewandt wird.

Bei einer Leistungsaufteilung von 10 : 1 zwischen dem oberen und dem unteren Diagramm ergibt sich ein kombiniertes Hauptdiagramm mit steiler Unterkante und Gewinnüberhang in höheren Elevationswinkeln. Bei Normalbetrieb (geringer Clutter) wird über dieses kombinierte Diagramm empfangen.

In schweren Cluttergebieten kann der Empfang von Clutter, der hauptsächlich über das untere Diagramm erfolgt, durch graduelle Sperrung dieses Diagramms entsprechend der Clutterstärke reduziert werden. Bei völliger Sperrung erhält man wieder das

ρ
cosec -Diagramm mit dem steilen unteren Einzug.

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Somit entsteht ein variables Eiapfangsdiagramm, dessen Position zwischen den erwähnten Diagrammen ausgewählt werden kann.

Messungen haben in der Gegend um O⁰ Elevation einen Unter-

p
schied zwischen Haupt- und cosec -Diagramm von mehr als 17 dB ergeben (Bild 3)· Die Sperrung des unteren Diagramms geschieht durch Einschalten eines regelbaren Dämpfungsgliedes im Differenzkanal Δ und anschließende Subtraktion vom Summenkanal Σ (Bild 4). Beide Kanäle stehen für diese Regelung am Ausgang des Leistungsteilers zur Verfugung. Der Subtraktor besteht aus einem Hybrid-Koppler und einem π-Glied. Durch elektronische Regelung des Dämpfungsgliedes wird das Empfangsdiagramm

zwischen den beiden erwähnten Extrempositionen (cosec - und Hauptdiagramm) variiert.

Für Radarsuchbetrieb ist es sinnvoll, die Diagrammänderung entsprechend der Clutterstärke in der Entfernung und im Azimut vorzuprogrammieren. Werden für die beiden Koppler unterschiedliche Koppelfaktoren gewählt, so kann der untere

ρ
Einzug des cosec -Diagramms noch weiter verschärft werden, was jedoch in der Praxis kaum erforderlich ist.

Eine andere Hardware-Lösung ist durch die Verwendung eines variablen Leistungskopplers anstelle des Subtraktors möglich. Das Dämpfungsglied kann dann entfallen.

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Wie aus Bild 2 zu ersehen ist, besitzen das Haupt- und das

ρ
cosec -Diagramm ein tiefes Minimum, dessen Position durch eine Empfangsdiagrammregelung verändert werden kann. Durch eine gezielte Positionierung dieses Minimums auf die Richtung und Entfernung des extrem starken Clutters kann eine optimale Clutterreduzierung erreicht werden.

Ein anderer Vorteil ergibt sich, wenn ein zusätzlicher Empfangskanal an den freien Ausgang des Subtraktors angeschlossen wird. Damit ist eine tiefere Radarerfassung als normal erreichbar, da nur über das Keulendiagramm empfangen wird. Ferner ist das Signal aus dem Zusatzkanal für eine adaptive Clutterregelung als Kriterium für die Diagrammregelung verwendbar. Es ist nämlich zu erwarten, daß die Glutterinformatxon hauptsächlich über den Zusatzkanal empfangen wird. Selbst Regenclutter ist oberhalb 5 ^U ^ kaum zu erwarten. Somit kann auf einfache Weise eine adaptive Glutterregelung mit CPAR (constant-false-alarm-rate)-Eiganschaften erreicht werden.

Schließlich kann der Zusatzkanal zur groben Unterscheidung von hoch- und tieffliegenden Zielen benutzt werden. Es muß nur beobachtet werden, in welchem Kanal das Ziel erscheint. Erscheint es in beiden Kanälen, so muß es sich um ein in mittlerer Höhe fliegendes Ziel handeln.

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Claims

UL 74/160 Paten t anspräche

1./ Radaranlage, insbesondere bodenseitige Rundsuch-Radaranlage für die Plugsicherung, mit einem elevationalen Doppel-Diagramm-Antennensystem, das den Empfang von Bodenclutter reduzierbar macht, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei elevationalen Antennendiagramme derart gewählt sind, daß erstens sie sich gegenseitic; nur wenig überlappen, daß zweitens das unteie der zwei Diagramme angenähert schmal keulenförmig ist land tief am Boden liegt und daß drittens das obere der zwei Diagramme einerseits eine steil abfallende, den Boden - abgesehen vom Hahbereich - nicht berührende Unterkante und andererseits in höheren ELevationswinlreln in Anlehnung an ein

cosec "-Diagramm einen für optimale STC-Empfangerverstärkungsregelung genügend großen Gewinnüberhang gewährleistet, daß die Sendeleistung beiden Diagrammen in einer solcher Leistungsaufteilung zuführbar ist, daß sich eine räumliche Leistungsverteilung entsprechend einem kombinierten Diagramm mit steiler Unterkante, die zwischen den zwei Unterkanten der zwei einzelnen Diagramme liegt, und mit einer Oberkante, die angenähert mit derjenigen des oberen der zwei einzelnen Diagramme zusammenfällt, ergibt, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, mittels derer bei kombiniertem Empfang der Echosignale

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über die zwei einzelnen Diagramme der· Empfang über das
untere Diagramm nach. Maßgabe der Empfangs-Clutterleistung
graduell oder zumindest stufenweise sperrbar ist.

2. Radaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuereinrichtung zum graduellen Sperren des Empfangs ein regelbares Dämpfungsglied besitzt.

3· Radaranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Empfangskanäle des Antennensystems, die den zwei einzelnen Diagrammen zugeordnet sind, speiseseitig über einen ersten Koppler (Leistungsteiler) verbunden sind, der in der
Sendephase die gewünschte Sendeleistungsaufteilung zum Erzeugen des kombinierten Diagramms (z. B. im Verhältnis 10 : 1 bezogen auf das Vorn.al.tnir-? des oberen zum unteren der zwei
einzelnen Diagramme) bewirkt und dessen Summenkanal (X) über eine Sende/Empfangsweiche, z. B. einen Zirkulator an den Sender und - über einen weiteren Koppler (Subtraktor) - an den
Empfänger der Radaranlage angeschlossen ist, während zwischen dem Differenskanal-Anschluß (A) des ersten Kopplers und dem
weiteren Koppler in Seriensehaltung ein regelbares Dämpfungsglied und ein -nt-GIied vorgesehen sind.

4-. Radaranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

•Funktionen
die /des regelbaren Dampfungsglieds und des weiteren Kopplers

durch einen variablen Leistungskoppler an der Stelle des
weiteren Kopplers ausgeübt sind.

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5· Radaranlage nach Anspruch 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Ausgang des weiteren Kopplers bzw* des variablen Leistungskopplers ein zusätzlicher Empfangskanal angeschlossen ist.

6· Radaranlage nach Anspruch 5*_dadurch gekennzeichnet, daß die graduelle Empfangssperrung automatisch nach Maßgabe des Ausgangssignals des zusätzlichen Empfangskanals erfolgt.

7· Radaranlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Luftraumüberwachung hoch- von tieffliegenden Radarzielobjekten dadurch unterscheidbar sind, über welchen Empfangskanal ihre Echosignale empfangbar sind.

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