DE2650832A1 - Impulsradargeraet mit mechanischer und elektronischer strahlschwenkung - Google Patents

Impulsradargeraet mit mechanischer und elektronischer strahlschwenkung

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DE2650832A1
DE2650832A1 DE19762650832 DE2650832A DE2650832A1 DE 2650832 A1 DE2650832 A1 DE 2650832A1 DE 19762650832 DE19762650832 DE 19762650832 DE 2650832 A DE2650832 A DE 2650832A DE 2650832 A1 DE2650832 A1 DE 2650832A1
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Description

Patentanwalt
Dipl.-Phys.Leo Thul
Kurze Straße 8
7 Stuttgart 30
B.E.Kruger-1
INTKRNATIOtWL STATiDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK
IMPULSRADARGERÄT MIT MECHANISCHER UND ELEKTRONISCHER STRAHLSCHWENKUNG
Die Erfindung betrifft ein Irormlsradargerät wie im Oberbegriff des Ansnruchs 1 angegeben.
Radargeräte für die Betriebsarten "Nachlauf" und "Nachlauf und Schwenken" (track while scan) sind seit langem bekannt.
Das Buch "Radar Handbook" von Herrill I.Skolnik, McGraw-Hill-Verlag, 197O gibt einen tfberblick über den Stand der Technik. Das Kapitel 21 dieses Buches ist ausschließlich den Radargeräten miIj- Nachlaufsteuerung gewidmet und informiert über Strahlschwenkung (scanning and lobing), Monopulsnachlauftechniken, konische Strahlschwenkung !* und aufeinanderfolgende Keulenumtastung (sequential lobing). Die Erfindung gehört in den allgemeinen Bereich der Radargeräte mit Winkelhachlaufsteuerung und aufeinanderfolgender Keulenumtastung. Die Überlagerung einer Strahlschwenkung, die durch Phasen/Freauenzsteuerung erzeugt wird, und einer Strahlschwenkung, die durch eine mechanische Antennenschwenkung (in einer Ebene)
Sm/Scho
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verursacht wird, ist an sich bekannt. Im Kapitel 13 des oben erwähnten Buches sind sowohl Strahlschwenkungen, die durch Frequenzvariation als auch StrahlSchwenkungen, die durch Phasenvariation verursacht werden und Kombinationen dieser beiden Arten beschrieben.
Eine mechanisch gedrehte ebene Antennenanordhung, bei der außer der mechanischen Strahlschwenkung noch eine (trägheitslose) elektronische Strahlschwenkung erfolgt, ist beispielsweise durch Kapitel 13, Fig.17 des oben erwähnten Buches bekannt.
In dieser Literaturstelle sind weiterhin Phasenschieber und ihre bestimmungsgemäße Anwendung für die Antennenspeisung und für die Steuerung der elektronischen Strahlschwenkung beschrieben. Bei typischen mechanisch gedrehten Radargeräten (wie z.B. das klassische PPI-Radargerät) sind die azimutale Strahlbreite der Antenne, die Zahl der von dem Ziel reflektierten Echoimpulse und das Signal/Rausch-Verhältnis wichtige Parameter, von denen die azimutale Meßgenauigkeit bestimmt wird. Auch die modernen Radargeräte mit elektronischer Strahlschwenkung sind solchen Beschränkungen unterworfen. Man erhält jedoch einige wichtige Verbesserungen der Genauigkeit, wenn man die Möglichkeiten der träaheitslosen elektronischen Strahlschwenkung ausnutzt.
Es ist möglich, daß in der Ebene, in der eine mechanische Strahlschwenkung erfolgt (durch mechanische Rotation der Antennenanordnung), auch eine elektronische Strahl-
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Schwenkung erzeugt wird, wobei der elektronisch geschwenkte Strahl in der gleichen Ebene über begrenzte Winkelbereiche und entgegengesetzt zu der mechanischen Schwenkung geschwenkt wird« Dadurch kann mehr Energie auf das Ziel gerichtet werden, wodurch eine Verbesserung der Genauigkeit erzielt wird.
Technisch kann diese elektronische Strahlschwenkung so durchgeführt werden, daß den einzelnen Antennen der ebenen Antennenanordnung sowohl für die Strahlschwenkung in Azimutrichtung als auch für die Strahlschwenkung in Elevationsrichtung individuelle Phasenschieber zugeordnet sind. Diese Lösung ist zwar technisch ztifriedenstellend jedoch sehr teuer. Da die ebene Antennenanordnung in jeder Richtung relativ viele Antennen enthält, ist eine entsprechend große Zahl von Phasenschiebern notwendig.
Bei einer wesentlich billigeren Lösung wird in einer Richtung die elektronische Strahlschwenkung, die durch eine Phasensteuerung erzeuat wird, durch eine elektronische Strahlschwenkung, die durch eine Frequenzsteuerung erzeugt wird, ersetzt. Die Strahlausrichtung oder Steuerung in einer bestimmten Richtung erfolgt durch die bekannte Frequenzvariation. Auf diese Weise kann in zwei Eichtungen eine trägheitslose, elektronische Strahlschwenkung erfolgen (normalerweise Azimut und Elevation), ohne daß die außerordentlich hohen Kosten einer Phasensteuerung für beide Richtungen entstehen.
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Bei einem PPI-Radargerät, bei dem in Azimutrichtung eine mechanische Rotation der Antenne erfolgt, kann für die Elevationsrichtung eine elektronische Strahlschwenkung, die durch Phasensteuerung erzeugt wird und für die Azimutrichtung eine elektronische Strahlschwenkung, die durch Frequenzsteuerung erzeugt wird, vorgesehen sein, wobei die letzte als eine Art Feinschwenkung angesehen v/erden kann, die der Nachlauf funktion des PPI-Radargeräts zugeordnet ist.
Es ist weiterhin zu bemerken, daß, wenn die Strahlungskeule länger auf einem Ziel verweilen soll als durch die mechanische Strahlschwenkung möglich ist, die Frequenz des abgestrahlten Signals so gesteuert wird, daß die gewünschte Strahlgeometrie in der Nähe eines gegebenen Ziels vorhanden ist.
Eine wesentliche Beschränkung in der Anwendung der oben beschriebenen Anordnung besteht darin, daß die Azimut-Meßmethode Frequenz-Szintillationen unterworfen ist, d.h. daß, wenn der Rückstrahlquerschnitt eines Ziels von der Frequenz f1 zur Frequenz f2 oder von f2 zu f3 unterschiedlich ist, das rießergebnis, das man aus der Verarbeitung der Amplituden der aufeinanderfolgenden Signalechos erhält, unvorhersehbar ist. Eine derartige Technik ist daher nur dann genau, wenn der Rückstrahlquerschnitt des Ziels für alle vom Radargerät abgestrahlten Frequenzen gleich ist.
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Diese idealisierten Reflexionseigenschaften des Ziels sind jedoch in der Wirklichkeit nie vorhanden. Der Pückstrahlquerschnitt ändert sich in der Tat von Impuls zu Impuls und von Impulsgruppe zu Impulsgruppe sehr wesentlich. Die resultierende Frequenzszintillation beeinflußt die Genauigkeit, die zudem noch von vielen anderen Parametern abhängig ist, mehr oder weniger.
Um die durch die Frequenzszintillation (z.B. in der Azimutebene) verursachten Winkelmeßfehler zu beseitigen, wird ein geeignetes Strahlungsdiagramm für den Nachlaufbetrieb vorgeschlagen, bei dem die Zeitverzöaeruna bei der mechanischen Antennendrehung (mechanisches Schwenken) ausgenutzt wird. Das Strahlungsdiagramm im Bereich eines gegebenen Ziels besteht aus einem linken und einem rechten Sirählungskeulenpaar bei gleicher Phasenschiebereinstellung (Strahlschwenkung in der Elevationsebene). Das rechte Paar wird beispielsweise um eine Zeit, die (beispielsweise) der halben Strahlbreite einer Antennenrotation entspricht, später abgestrahlt, Somit werden zur Azimutmessung gleiche Frequenzen verwendet. Durch die Frequenzstrahlschwenkung wird im wesentlichen nur der Winkelabstand zwischen den Strahlungskeulen eines Paars jedoch nicht der Winkelabstand zwischen den Paaren selbst erzeugt. Die Zeitverzögerung um -ybildet daher einen Teil der Strahlausrichtfunktion, die somit nicht ausschließlich von dem hierfür vorgesehenen Frequenzprogramm abhängig ist. Da sich hierbei der Radarrückstrahlquerschnitt nicht aufgrund von Frequenzszintillation ändert, ist dieses spezielle Problem,mit dem die bekannten Radargeräte behaftet sind, bei dem neuen Radargerät nicht mehr vorhanden.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:
Fig.1 die Geometrie des bekannten Strahlungsdiaarairans (vom Radargerät aus gesehen), das von einem Radargerät abgestrahlt wird, bei dem zur Strahlschwenkung eine Frequenz/Phasensteuerung erfolgt und bei dem die Antenne (wie z.B. bei einem PPI) mechanisch gedreht wird;
Fig.2 die Geometrie des Strahlungsdiaaramms für das erfindungsgemäße Radargerät (ebenfalls vom Radargerät aus gesehen);
Fig.3 ein Zeitdiagramm, das die Signalabstrahlung beschreibt;
Fig.4 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Radargeräts;
Fig.5 ein Blockschaltbild für einen Teil der Auswerteeinrichtung des erfindungsgemäßen Radargeräts.
Bei PPI-Radargeräten oder Radargeräten mit einer Ftrahlschwenkung in einem bestimmten Winkelbereich, bei denen eine mechanisch gedrehte Antenne vorhanden ist und bei denen eine zusätzliche elektronische Strahlschwenkung vorgesehen ist, liegt es nahe, die Strahlschwenkung in Elevationsrichtung durch Phasenvariation und in Azimutrichtung durch Frequenzvariation zu erzeugen. Soll dann das Strahlungsdiagramm für eine bestimmte Zeit auf ein
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Ziel gerichtet sein, dann wird die Frequenz des abgestrahlten Signals entsprechend der gewünschten Strahlgeometrie im Zielbereich gesteuert.
Um bei der Anwendung der irechanischen Strahlschwenkung, der eine elektronische Strahlschwenkung (Phasen/Frequenz-Steuerung) überlagert ist, genaue Zielwinkelwerte zu erhalten, bietet sich zur Strahlsteuerung die aufeinanderfolgende Keulenurntastung (Fig.1) an. Es sind zwar bei diesem Schwenk/Nachlaufverfahren (scanning/tracking scheme) so teuere Lösungen wie bei dem Monopulsverfahren oder der elektronischen Strahlschwenkung, bei der in beiden Richtungen die Steuerung durch Phasenvariation erfolgt nicht notwendig, die Probleme der Frequenzszintillation sind jedoch vorhanden.
In Fig.1 werden von dem linken Strahlungskeulenpaar A und B die Frequenzen f2 und f3 abgestrahlt. Auf diese Abstrahlung folgt unmittelbar die Abstrahlung des rechten Paars C und D mit den Frequenzen· f1 und £2. Der Frequenzunterschied zwischen den aufeinanderfolgenden Paaren ist so, daß ein Weiterschwenken um ft2 erfolgt, wobei θ-ζ die tatsächliche azimutale Strahlbreite eines jeden Strahls der Anordnung ist. Der azimutale Abstand der Strahlungskeulen eines Paars ist ebenfalls gleich einer halben Strahlbreite. Es ist weiterhin zu beachten, daß durch die Tatsache, daß bei der Strahlschwenkung durch Frequenzänderung in der Azimutrichtung eine nahezu gleiche Schwenkkomponente in der Elevationsrichtung erzeuat wird,
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die Achse für die "Frequenzstrahlschwenkung" um angenähert 45° gemigt ist. In Fig.1 zeiafc ein Pfeil dj angenommene Richtung der mechanischen Rotation an.
Bei der Anordnung der Fig.1 ist die Antenne (z.B. eine planare Antennenanordnung) so gewählt, daß durch geeignete Phasenverschiebungen zwischen der Abstrahlung des Paars A, B bzw. C, D die Geometrie des Strahlungsdiagramms mit der Fig.1 übereinstimmt. Somit liegen die beiden Keulen, von denen die Frequenz £2 abgestrahlt wird, übereinander und haben denselben Azimutwert. Eine solche Geometrie bei der aufeinanderfolgenden Keulenumtastung erlaubt es. Elevation und Azimut des Ziels zu bestimmen. In der Elevationsrichtung werden die obere D und untere A f2-Strahlungskeulendazu verwendet, frequenzszintillationsfreie Elevatxonswinkelmessungen in Bezug auf die Mittellinie zwischen diesen zwei Keulen (d.h. den mittleren Elevationswert) zu erhalten. In Azimutrichtuncr werden beide Strahlungskeulen dazu verwendet, einen Azimutwinkelwert zu erhalten indem ein Amplitudenvergleich durchgeführt wird. '
Es wird angenommen, daß es sich bei dem Radargerät um ein Impulsradargerät handelt.
Wie bereits erwähnt gehört die Anordnung nach Fig.1 zum Stand der Technik. Bei einer solchen Anordnung sind vor allem deshalb Frequenz-Szintillations-Probleme vorhanden, weil die Frequenz einer jeden Strahlungskeule zwischen aufeinanderfolgenden Paaren in A.zimutrichtung nicht gleich ist.
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η,
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Anhand der Fig.2 wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung erläutert.
Es werden zunächst die Strahlungskeulen A' und B1 mit zwei verschiedenen Frequenzen f1 und f2 abgestrahlt. Die Abstrahlung dieser beiden Strahlungskeulen eines Paars erfolgt schnell hintereinander. Jede Abstrahlung dauert τ Mikrosekunden und liegt innerhalb der 2τ Mikrosekunden des Sender-Moldulationsimpulses. Dementsprechend werden sie mit der gleichen Phase 01 abgestrahlt, denn die Geschwindigkeit der Strahlausrichtung als Funktion der Phasenschiebereinrichtung ist normalerweise nicht so groß wie bei der Frequenzsteuerung.
Die Frequenzdifferenz f1-f2 ist so gewählt, daß sie
—r— , d.h. einer halben Strahlbreite Azimutdifferenz, entspricht. In Abhängigkeit von der Frequenz und dem Elevationsschwenkwinkel zu einer gegebenen Zeit besteht zwischen di
differenz.
zwischen den Strahlen A1 und E1 t-eine variable Elevations-
In dem Zeitdiagramm der Fig.3 ist die Zeit dargestellt, die benötigt wird, um den Strahl mechanisch um eine halbe Strahlbreite weiterzuschwenken. Im Zusammenhang mit dem' Rahmen, der durch die mechanische Rotation bestimmt ist, erfolgen die Abstrahlungen der Strahlunqskeulen A und B mit den Frequenzen f1 und f2 nahezu gleichzeitig und es werden N Impulse einer jeden Frequenz abgestrahlt entsprechend N Dual-Frequenz 2τ Mikrosekunden Abstrahlungen. Die Zeit, die der Abstrahlung der N Impulse
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mit den Frequenzen f1 und f2 entspricht und die in Fig.3 durch Kästchen dargestellt ist, ist verhältnismäßig klein. Sie ist jedoch kein unwesentlicher Bruchteil der Zeit, die dazu benötigt wird, um den Strahl mechanisch um eine halbe Keulenbreite weiterzuschwenken. Demnach kann der Faktor N relativ groß sein. Der tatsächliche Wert dieses Faktors N hängt von den Systemanforderungen, der Rotationsgeschwindigkeit und der PRF ab. Dies ergibt sich aus der Funktionsweise des Systems.
Nach einer Zeit, die notwendig ist, um den Strahl um eine halbe Strahlbreite mechanisch weiterzuschwenken, werden die Strahlungskeulen C1 und B1 abgestrahlt; jeweils mit den Frequenzen f1 und f2. Dies erfolgt ebenfalls aufeinanderfolgend innerhalb des 2τ Mikrosekunden Sender-Modulationsimpulses. Aus Fig.3 ist zu entnehmen, daß während der mechanischen Strahlschwenkung im Azimut eine Lücke Vorhanden ist, während der keine Abstrahlung erfolgt. *
Während eines einzigen Durchgangs der azimutalen Strahlschwenkung werden die Strahlungskeulenpaare A1 und B1 bzw. C' und D' mit den jeweils gleichen Frequenzen f1 und f2 und derselben Phasenschiebereinstellung abgestrahlt. Daraus ist zu ersehen, daß die Azimut-Winkelmessungen mit denselben Strahlungskeulen-Paar-Frequenzen gemacht werden.
Die einzelnen Baugruppen der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig.4 sind an sich bekannt. Die ebene Antennenan-
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Ordnung ist speziell für eine elektronische Strahlschwenkung durch Frequenzsteuerung in der Azimutebene (in der auch die mechanische Strahlschwenkung durch den Rotator erfolgt) und durch Phasensteuerung in der Elevationsebene vorgesehen. Es gibt mehrere verwendbare Arten ebener Antennenanordnungen. Bei einer Ausfuhrungsform sind mehrere horizontal angeordnete geschlitzte Hohlleiter in vertikaler Richtung übereinander angeordnet. Bei anderen Ausführungsformen sind serpentinenförmige Hohlleiterspeiseleitungen vorgesehen, die den gewünschten elektrischen Abstand erzeugen, die für die gewünschte Winkel/Frequenzgenauigkeit erforderlich ist. Es ist auch bekannt, mit einer derartigen Hohlleiteranordnung einzelne Dipole zu speisen. Die ebene Antennenanordnung besteht dann aus einer zweidimensionalen Anordnung einzelner Strahler. Ein Beispiel für eine ebene Antennenanordnung, mit der eine elektronische Strahlschwenkung durch Frequenz/Phasensteuerung erfolgt, ist in der US--PS 3 083 360 enthalten.
In Fig.4 ist eine Anordnung 12 mit elektrisch gesteuerten Phasenschiebern angegeben, über die den Antennenelementen über Leitungen 13, 14, ... 19, 20 die Speisespannungen, die zur Steuerung des Elevationswinkels jeweils eine diskrete Phase haben, zugeführt werden.
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Bevor auf den Schwenkmechanismus näher eingegangen wird, wird noch der Azimutwinkelübertrager 22 erwähnt, der über eine Leitung 23 ein Signal abgibt, das stetö den jeweiligen Azimutwinkel der Antennenanordnung 10 angibt. Diese Information ist wichtig, um einen Winkel der mechanischen Antennenrotation zu definieren, der der halben azimutalen Strahlbreite entspricht. Dies ist ein Parameter der notwendig ist, um das hier beschriebene neue Strahlausrichtprogramm zu beeinflussen. Die Verbindung zu dem Rotator 11 über 24 ist mechanisch und der Azimutwinkelübertrager kann irgendein Wellenwinkelkodiergerät (analog oder digital) sein.
Die Anzeige für das neue Radargerät kann analog oder digital sein; dementsprechend werden die Ausgangssignale des Azimutwinkelübertragers, die über die Leitung 23 abgegeben werden, entweder analog oder digital gewählt. Das Signal auf dieser Leituncr 2 3 gibt stets die Rotationsposition der Antennenanordnung 10 an; die Genauigkeit und die Auflösung sind entsprechend den anderen System-Parametern gewählt. Das frequenzprogrammierte Signal, das von einem in der Frequenz steuerbaren Pender abgegeben wird, wird auf bekannte Weise erzeugt. Der Sender 28 enthält einen steuerbaren Freauenzsynthesizer mit einem geeigneten Mikrowellenverstärker zur Erzeugung des frequenzmodulierten abzustrahlenden Signals. Dieses Signal wird über einen Duplexer (Zirkulator 29) und eine Leitung 30 zu der Phasenschieberanordnung 12 und dann zu der Antennenanordnung 10 geleitet, v/o das Frequenzprogramm die erwähnte Feinpositionierung des/der
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Strahls/en bewirkt. Von der Einrichtung werden Impulse abgestrahlt. Die Echosignale werden von der Antenneranordnung 10 empfangen und infolge der Reziprozität von Antennenanordnung und Phasenschiebern über die Leitungen 30 und 31 und den Duplexer 29 zu einem Empfänger 32 geleitet. Die tatsächliche Steuerung der abgestrahlten Frequenz oder der von 28 für die Abstrahlung erzeugten Frequenz erfolgt durch eine Frequenzprogrammiereinrichtung 33 und eine Strahlschwenkungssteuerung 24. Die beiden Strahlungskeulen eines Strahlungskeulenpaars werden, wie bereits beschrieben, für eine Dauer τ innerhalb der Zeit 2τ des abgestrahlten Impulses erzeugt. Die Strahlschwenkungssteuereinrichtung erzeugt Steuersignale, die auf der Leitung 27 weitergeleitet werden und die in einer bestimmten Beziehung zu dem Phasenprogramm für die Elevationsschvenkung stehen, das von einem Programmierer 21 erzeugt wird und dessen Signale auf der Leitung 34 weitergeleitet werden. Ein geeignetes frequenzverschobenes ^.Signal, das von 33 über die Leitung 35 abgegeben wird, übernimmt im Empfänger 32 auf bekannte Weise die Mischoszillatorfunktion. Das Ausgangssignal des Empfängers 32 wird zu der Signalverarbeitungs- und Anzeigeeinrichtung 36 geleitet. Das Anzeigegerät kann ein bekanntes Rundsichtanzeigegerät (PPI) oder, wenn die mechanische Strahlschwenkung nur in einem bestimmten Bereich erfolgt, ein Sektoranzeigegerät sein. Die Anzeigeeinrichtung erhält Signale aus 22 und die in 36 verarbeiteten Signale. Sie ist jedoch an sich kein Teil der Erfindung.
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In dem Block 36 werden die Signale im wesentlichen nach der folgenden Gleichung verarbeitet:
^AZ(EST)
Die Werte A1, B1, C, D1 sind die Amplituden der empfangenen Signale der vier Strahlungskeulen der Fig.2, die, wie bereits erwähnt, zu zwei Strahlungskeulenpaaren zusammengefaßt sind. Y1 undY2 sind beispielsweise Koeffizienten aus einem Festwertspeicher in 36, aus dem geeignete Gewichtungsv/erte Yi ausgewählt werden. Diese Gleichung ist einfach die Mittelung von zwei unabhängigen Messungen von θΛσ (EST) m^*~ r^eni B1, D1- bzw. A1, C'-Paar.
Da die Winkelposition der Antennenanordnunq 1O jederzeit, durch die Signale voip Block 22 auf den Leitungen 23 und 23a bekannt ist, wird der Winkel ©Egnn sofort mit Bezug auf die jeweilige mechanische Sphwenkposition berechnet. Durch die weitere Signalverarbeitung ist es möglich, die Strahlmitte einem gegebenen Ziel nachzuführen oder auf ein Ziel einzustellen. Dementsprechend kann auf der Leitung 26 Information in beiden Richtungen fließen. Empfängersignale, die dazu verwendet werden, θ ST zu berechnen, können ein Signal erzeugen, das über die Programmiereinrichtung 33 von einem mechanischen Schwenkzyklus zum nächsten die Werte von ft und f2 ändert.
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Die Technik dieser Erfindung ist nicht auf den Winkel θΑΖ/2 zwischen den Strahlungskeulenpaaren beschränkt. Dieser Winkel ist nur ein angenommener Wert und kann innerhalb bestimmter Grenzen variiert werden entsprechend den Zeitanforderungen anderer Punktionen zwischen den Strahlungskeulenpaaren der Nachlauffolge. Von θ__/2 unterschiedliche Werte machen lediglich andere ^-Werte bei der Gleichung für die WinkelbeStimmung notwendig.
Die Strahlschwenksteuereinrichtung 24 kann ein Impulsgenerator sein, der τ-Mikrosekundeninipulse für die Strahlungskeule E erzeugt und zwischen denen sich die 2τ-Mikrosekunden-Impulse für C und D1 befinden. Der Strahl E wird mit der Frequenz f2 (entsprechend dem Strahl D') abgestrahlt; er ist um . fp gegen D1 durch die Phasenschiebereinstellung 92 verschoben, wobei
(Θ2-Θ1)-*Θ_τ/2 ist. (II)
In Übereinstimmung mit dem Vorhergehenden kann der Elevationswinkel entsprechend dem Azimutwinkel bestimmt werden. Hierzu wird folgende Gleichung verwendet:
α -1fr Ρ'·"Ε ίΐΐΐϊ
0EL(EST) TD'+E V '
Anhand der Fig.' wird die Signalverarbeitungseinrichtung 36 aus Fig.4 näher erläutert.
Die in der Fig.5 dargestellte Schaltung erhält Eingangssignale vom Empfänger 32 über die Leitung 26 von der Strahlschwenksteuereinrichtung und über die Leitung 23a von dem Azimutv/inkelübertrager 22. Die einzelnen Video-
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signale, die zu den einzelnen Strahlungskeulen des Strahlschwenksystems gehören, werden vom Empfänger 32 der Figur 4 zu dem Analog/Diaital-Wandler 37 der Figur 5 geleitet. Die Signalverarbeitung in der Auswerteeinrichtung kann analog oder digital erfolgen. Eine digitale Signalverarbeitung ist besonders gut geeignet und digitale Baugruppen, wie sie in der Schaltung nach Fig.5 benötigt werden, sind im Handel erhältlich. Auch das Signal auf der Leitung 23a von dem Azimutwinkelübertrager kann analog oder digital (wie es im vorliegenden Beispiel der Fall ist) sein. Im Ausgangssignal des Analog/Digital Wandlers 37 sind alle Amplituden der Strahlungskeulen der Fig.2 in digitaler Form enthalten. Ein Signal von der Strahlschwenksteuereinrichtung 24 gelangt zu einem Block mit Schieberegistern 38 und steuert dort ein einzelnes Register an, um zu ermöglichen, daß dieses auf eine Signalamplitude zu der Zeit, die zu den Strahlidentifikationen A1, B1, usw. gehört, antwortet. Das Signal auf der Leitung 26 ist im wesentlichen ein Signal, das die Strahlausrichtung steuert und das eine digitale Zahl liefert, die der augenblicklichen Strahlposition entspricht, die durch den Azimutwinkelübertrager 22, korrigiert durch das Frequenzprogramm (und durch das Phasenprogramm, wenn auch eine Elevationsbestimmung erfolgen soll), gegeben ist. Diese Korrektur erfolgt in der Strahlschwenksteuereinrichtung als Ergebnis einer darin vorgenommenen Vorprogrammierung und in Übereinstimmung mit externen Strahlwinkelsignalen, wie sie beispielsweise von einer Rückkoppeleinrichtung einer Nachlaufsteuerung erzeugt werden. Die Strahlschwenksteuereinrichtung ist eine Einrichtung zur Programmierung der Strahlsteuerung, die einem Fachmann, wenn er die oben beschriebene Strahlfolge kennt, bekannt ist.
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Aus den in den Registern 38 gespeicherten Werten der Strahlungskeulenamplituden A1, B1, C1, D1 und E wird mit Hilfe von Subtrahier- und Addierstufen, denen Teilerstufen (mit 1V i moduliert) nachgeschaltet sine1, . die Gleichung I berechnet. Der Wert ^i ist zu jeder Zeit eine Funktion der Bündelung der Strahlungskeule und ist in einem Speicher 45 als eine Funktion des Winkels kodiert. Subtrahierstufen 39 und 40 bilden die Ausdrücke A1 minus C und B1 minus D1. Die Ausgangssignale der Subtrahierstufe 39 und Addierstufe 41 werden zu einer Teilerstufe 43 geleitet; in entsprechender Weise werden die Ausgangssignale der Subtrahierstufe und Addierstufe 42 zu einer Teilerstufe 44 neleitet. Die Ausgang.-signale dieser Teilerstufen werden mit den Strahlungskeulenschwenkkoeffizienten (beam crossover coefficients) moduliert, die von dem Festwertspeicher 45 als Wertelfi (d.h. 'Ϋ1,Ύ2 und Y3 im Beispiel), die Funktionen des Winkels der elektronischen Strahlschwenkung sind, geliefert werden. Die Ausgangssignale dieser Teilerstufen 43 und 44 wenden in einer Addierstufe 46 addiert und die Summe wird in einem Teiler 47 halbiert. Das Ausgangssignal ist der bereits erwähnte Wert ΘΑΖ(ESmv in digitaler Form. Dieses Ausgangssignal ist in Antennenkoordinaten angegeben und wird in einer Addierstüfe 51 in terrestrische Koordinaten umgewandelt, indem die Antennenkoordinaten zu dem Antennenwinkel, der der Addierstufe 51 über die Leitung 23a zugeführt wird, addiert werden.
Zur Bestimmung des Elevationswinkels ist eine zusätzliche Strahlungskeule E notwendig, über diese Strahlungskeule wird ebenfalls die Frequenz f2 abgestrahlt und zwar
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in derselben Zeitperiode, in der auch die Strahlungskeulen C und D1 abgestrahlt werden. Die PRF für E ist zu den PRF-Impulsen der Keulen C und D1 versetzt. Der Impuls für die Strahlungskeule E ist im wesentlichen ein Ein frequenz impuls und benötigt nur eine Impuls*- länge τ im Gegensatz zu den 2τ Zweifrequenzimpulsen, die zur Erzeugung des A1, B1- bzw. C, D'-Strahlunospaars notwendig sind. Die Fig.3 macht dies klar.
Die Berechnung von 0EL(EST) erfolgt mit einer Schaltung, mit der die Gleichung III lösbar ist. In der Schaltung nach Fig.5 werden die digitalen Amplitudenwerte von B1 und E einer weiteren Subtrahierstufe 48 und einer Addierstufe 49 zugeführt, deren Ausgangssicrnale in der Teilerstufe 50 dividiert und mit dem Faktor^3 aus dem Festwertspeicher moduliert werden. Das digitale Ausgangssignal von 50 gibt den Winkel θ /ESt) an·
Um einen hohen Senderwirkungsgrad zu"erhalten und um die Nachlaufzeit möglichst niedrig zu halten, wird die PRF einer jeden CSD1- und E-Strahlposition und 3/2 erhöht und ineinander verschachtelt. Demgemäß ist die kritische Elevationswinkelmessung weder durch Amplitudennoch durch FrequenzszintillÄtionen beeinflußt. Weiterhin ist die Elevationsmessung unabhängig vom Azimutversatz; sie ist nur mit dem Elevationsteil der Nachlaufgeometrie verbunden, d.h. mit der Beziehung zwischen den Strahlungskeulen D1 und E.
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Die Erfindung ist besonders für mechanisch schwenkbare Radargeräte mit Nachlauf/Schwenkbetrieb (track-while-scan), wobei der mechanischen Strahlschwenkung eine elektronische Strahlschwenkung überlagert ist (Phasen(Elevation)/Frequenz (Azimut)-Steuerung), geeignet.
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Claims (4)

  1. B.E.Kruger-1
    Patentansprüche
    [ 1. Jimpulsradargerät mit einem Impulssender, dessen Freauenz -'steuerbar ist, einem Empfänger und mit einer Antenne, die mehrere Antennenelemente enthält und deren Strahlungsdiagramm aus mindestens einer stark gebündelten Strahlungskeule besteht, bei dem zur Strahlschwenkung in einer ersten Richtung die Antenne mechanisch gedreht wird, wobei der Drehwinkel durch eine erste Einrichtuno angegeben wird, und bei dem in dieser Richtung zusätzlich eine elektronische Strahlschwenkung durch Frequenzvariation erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Einrichtung (27) vorgesehen ist, die den steuerbaren Impulssender (28) so steuert, daß der Sender N Impulse einer ersten Frequenz (f1) und N Impulse einer zweiten Frequenz (f2) abgibt, wobei jeweils einem Impuls der ersten Frequenz ein impuls der zweiten Frequenz folgt und der Abstand dieser Impulse ,-sehr klein ist, wodurch eine aufeinanderfolgende Umtastung von einer ersten Strahlungskeule (A', f1), zu einer zweiten Strahlungskeule (B1, f2) eines ersten Strahlungskeulenpaars (A1, B1), die sich in der ersten Richtung um einen ersten Winkel überlappen, erfolgt und daß nach einer vorgegebenen Zeit ein dem ersten Strahlungskeulenpaar (A1, B1) entsprechendes zweites Strahlungskeulenpaar (C, D1) , das gegenüber dem ersten Strahlungskeulenpaar in der ersten Richtung um einen zweiten Winkel versetzt ist, abgestrahlt wird und daß aus dem durch die erste
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    B.E.Kruger-1
    Einrichtung (11, 22, 24) angegebenen Drehv/inkel und aus den Amplituden der über die Strahlungskeulen ereofanaenen Signale durch eine v/eitere Einrichtung (3O, Fig. 5) der Zielwinkel berechnet wird.
  2. 2. Impulsradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkel angenähert gleich der halben Breite einer Strahlungskeule ist.
  3. 3. Impulsradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Winkel angenähert gleich der halben Breite einer Strahlungskeule ist.
  4. 4. Impulsradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Zeit gleich der Zeit ist, die zun· mechanischen Weiter schwenken der Strahlungskeule uin eine halbe Strahlungskeulenbreite notwendig ist.
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