DE2717850A1

DE2717850A1 - System zur automatischen korrektur der nickhoehenfehler in radaranlagen zur verfolgung von zielen in geringer hoehe

Info

Publication number: DE2717850A1
Application number: DE19772717850
Authority: DE
Inventors: Filippo Neri
Original assignee: Selenia Industrie Elettroniche Associate SpA
Current assignee: Leonardo SpA
Priority date: 1976-09-16
Filing date: 1977-04-22
Publication date: 1978-03-23
Also published as: GB1535679A; FR2365132B1; NL7704248A; FR2365132A1; IT1074498B; NL183609C; NL183609B; DE2717850C2; US4110752A

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATENTANWALTS BÜRO D-4 DÜSSELDORF · SCHUMANNSTR. 97 2 V 1 7 8 5 U

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ ■ Dipl.-Ing. W. FLORACK ■ Dipl.-Ing. R. KNAUF ■ Dr.-Ing, Dipl.-Wirtsch-Ing. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

Selenia-Industrie "lettroniche Associate S.p.A No. 40, Via Medina

I-Napoli

20. April 1977

System zur_automatischen Korrektur der Nickhöhenfehler in Radaranlagen zur Verfolgung von Zielen in geringer Höhe

Die Erfindung betrifft ein System zur automatischen Korrektur der Nickhöhenfehler in Radaranlagen zur Verfolgung von Zielen in geringer Höhe.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein System zur automatischen Kompensation des Höhenfehlers von frequenz-agilen Radaranlagen zur Verfolgung von Zielen, die in geringer Höhe auf Radiowellen reflektierenden Flächen bewegbar sind, beispielsweise der Meeresoberfläche.

Bei der Radarverfolgung von tieffliegenden Zielen ist es möglich, daß das Ziel und dessen elektrisches Abbild gleichzeitig im Antennenstrahl vorahanden sind.

Das kann die Erscheinung hervorrufen, die üblicherweise als "Nicken" (nodding) bezeichnet wird, und das führt einen bemerkenswerten Fehler in die Radarmessung der Höhe der Ziele ein.

Verschiedene Systeme sind bekannt, die darauf gerichtet sind, diesen Nachteil zu beseitigen oder zumindest zu mildern.

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Einige dieser bekannten Systeme sind:

a) "OFF BORESIGHT": Das Verfolgen geschieht mit der nach oben verdrehter Antenne, um den effekt des reflektierten Strahls zu verringern.

b) Radar auf verschiedenen Bändern: Zwei getrennte Radaranlagen werden benutzt, die mit verschiedenen Frequenzen arbeiten, beispielsweise auf dem X-Band und dem Ku-Band.

c) Verarbeitung von Komponenten in Quadratur: Auf diese Weise wird durch Messen der Sinus- und Cosinuskomponenten des Fehlerwinkels die richtige Position des Ziels individualisiert.

d) Hinzunahme eines dritten AntennenStrahls: Sie Existenz dieser Lösung ist bekannt, jedoch stehen keine präzisen Informationen über die Ergebnisee zur Verfugung.

Sas Sysβtem nach der Erfindung für die automatische» Korrektur des Nickfehlers ist auf der Basis der folgenden Beobachtungen entwickelt worden:

i) Im Falle nicht flatternder Ziele (perfekter Reflektor) besteht eine Beziehung zwischen der Amplitude des Echoeignale des verfolgeten Ziels (beispielsweise gerneseeen durch die AVR-Spannung des Radareempfängers) und dem Nickfehler;

ii) Sie Beziehung nach (i) wird immer im gleichen Verhältnis für verschiedene Relektierungskoeffizienten der Meeresoberfläche gehalten} iii) Siese Beziehung besteht auch bei Erscheinen des Nickrestfehlers bei Arbeiten der Radaranlage mit Frequenzagilität (deie Frequenzagilität neigt dazu, den Nickefehler zu verringern oder aufzuheben). In diesem Fall ist der Beziehungskoeffizient noch größer. iv) Sie Frequenzagilität ermöglicht es, praktisch ein Niohtflattern auch der Ziele anzunehmen, die ihrer Natur nach in sieh Flattern.

Sie Erfindung wird nachstehend in einem Aueführongebeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen sind:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung der Reflektionsgeometrie eines Ziels geringer Höhe auf einer reflektierenden Fläche (Meeresoberfläche),

Fig. 2 eine Darstellung des Trends des Nickfehlers, damit in Beziehung stehender Signale und des Restnickfehlers, der durch das erfindungsgemäße System erreicht wird,

Fig. 3 ein vereinfachtes elektrisches Blockschaltbild des Korrektursystems nach der Erfindung und

Fig. 4 ein detailliertes elektrisches Blockschaltbild des Korrektursystems nach der Erfindung.

Wie vorstehend ausgeführt, gestattet die Frequenzagilität eine Betrachtung aller Ziele als nicht flatternd, sowohl der komplexen Ziele (Flugzeuge, Hubschrauber) als auch der einfacheren Ziele (Geschosse, Raketen). Der Wert des in geeigneter Weise gefilterten brauchbaren Signals liefert damit, abgesehen von seiner monoton-artigen Änderung, die üblicherweise mit dem Bereich verbunden ist, ein Maß des äquivalenten Gebiets des Ziels.

Ferner ist für Ziele in nicht-flatternder Art der iffekt des Mehrfachwegs der einfallenden und reflektierten Strahlen (siehe nachfolgende Ausführungen unter Bezugnahme auf Fig. 1) derart, daß das scheifcare äquivalente Gebiet des Ziels modifiziert wird. Tatsächlich vergrößert sich dtas scheinbare Gebiet des Ziels, wenn sich die Phasen der direkten und der reflektierten Signale kombinieren, während dann, wenn sie sich in Gegenphase kombinieren, Dmämpfungsspitzen des effektiven Echosignals entstehen, das von der Antenne aufgenommen wird.

Betrachten wir Fig. 1. Die Radarantenne, die sich im Punkt R in einer Höhe h auf der reflektierenden Flüche SR befindet, strahlt das Ziel B in einem direkten Weg RD und in einem indirekten Weg RR an. Die vom Ziel B reflektierte Energie wird auch von der Radarantenne erfaßt, die sich in R befindet, und zwar nicht nur durch den direkten Weg RD, sondern auch durch den indirekten Weg RR, wobei eine Reflektierung auf der Fläche SB am Abbildpunkt I symmetrisch zu B in bezug auf die reflektierende Fläche SR erfolgt, wobei eine nicht übermäßig rauhe Meeresoberfläche angenommen wird.

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-JT-

Das löst den Nickeffekt aus, nämlich einen Höhenfehler im Richten auf ein sich annäherndes Ziel, was für den Fall einer konstanten Höhe in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn die direkten und die reflektierten Signale nicht nahe an der Gegenphase liegen, ist der Fehler negativ, und die Antenne befindet sich in stabiler Ausgewogenheit zwischen dem Ziel B und dem Abbild 1 (Vorspannung); wenn im Gegensatz dazu die Signale nahe an der Gegenphase liegen, ist der Fehler positiv, und die Antenne wird schnell über das Ziel-Abbildsystem getragen (Nickspitzen).

Betrachten wir nun Fig. 2.

Me Kurve (a) zeigt den Trend des Nickfehlers. Die Kurve (b) zeigt den Trend der Amplitude des vom Radaraempfanger empfangenen Signals. Ls ist sofort festzustellen, daß, abgesehen von Schwinglinie der Kurve

(b) wegen der Frequenzagilität und von der langsam variablen Komponente (b¹), die gestrichelt dargestellt ist, eine evidente Beziehung zwischen dem Nickfehler und der Amplitutde der Hülle des empfangenen Signals besteht. Wie festzustellen ist, gibt es dann, wenn der Nickfehler eine Spitze bildet, eine Dämpfungsspitze des empfangenen Signals. Wenn im Gegensatz dazu in der Kurve (a) eine "Verschiebung" erscheint, hat das empfangene Signal, die Kurve (b) ein Mittel, das demjenigen überlegen ist, welches bei Fehlen der Streureflektionskurve (b¹) (Mehrwegekurve) auf tre ten würde.

Wenn das durch die Kurve (b) wiedergegebene Signal einer Filterwirkung unterzogen wird, um die relativ hoch-frequente Komponente (den Schwingteil wegen der Frequenzagilität) und um die Komponente zu entfernen, die sich langsam mit dem Bereich des Ziels ändert, erhält man das "Saubere" Signal, das durch die Kurve (c) dargestellt* ist. Indem das Signal

(c) vom Signal (a) subetrahiert wird, gegebenenfalls mit der von einer bestimmten Konstanten gelieferten Korrektur, erhält man ein Winkelfehlersignal (d), um die Verfolgungshilfe zu steuern, wobei die Nickfehler auf den Rauschpegel abgesenkt werden, der normalerweise in den Kanälen von Winkelhöhen-"Fehlern" vorhanden ist.

unter Bezugnahme auf Fig. 3 folgt eine Beschreibung eines möglichen

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-Jf-

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Ausführungsbeispiels eines Schaltkreises zur Korrektur des Nickfehlere.

Die Antenne A der verfolgenden Radaranlage wird in bekannter Weise durch einen Sender TX gespeist, zweckmäßigerweise einen frequenz-agilen Sender. Die Antenne A speist ebenfalls in bekannter Weise einen lünpfanger RX mit einem Zwischenfrequenzkanal IF. Der Zwischenfrequenzkanal IP ist in bekannter Weise mit einem Verstärker für das automatische Verstärkungsregelungssignal AVR versehen. Die Spannung V * vgibt

AGC \ Av R^

für die abschließenden praktischen Zwecke die Stärke des empfangenen Signals wieder (es ist klar, daß das Zwischenfrequenzsignal von einem Punkt des Kanals Ii¹ genommen wird, bei dem keine möglichen nicht-linoaren Vorgänge intervenieren, beispielsweise Begrenzung oder Kompression des Signals).

Die Spannung V._GC/.„_Rs wird vom Filter P nach den vorstehend beschriebenen Funktionen gefiltert, nämlich Unterdrückung der langsam variablen Komponente und der Komponente mit einer relativ hohen Frequenz, um ein ⁷AGC(AVR) zu erhalten, ^{das dem} ^Si^^al ^ ^{in Fi}«' ² entspricht.

Im Schaltkreis E werden die Signale der Höhen- und Azimutfehler erzeugt,

die mit A-_T bew. Δ_4Γ, bezeichnet sind. Das Δ. „-Signal wird direkt zum iiiL· AZ AZ

Antennenservosystem S geleitet. Das Signal Δ wird zum Differenzverstärker AD geleitet, der als ein einfacher Wiederholer des Signals Δ_,_ arbeitet, wenn das Tor P durch den Entscheidungskreis DC außer Funktion gesetzt wird, und als Subtraktor zur Lieferung eines Signale Δ· , wenn

i'jL

das Tor P in Funktion gesetzt wird. Das Signal &' ist als Beispiel durch die Wellenform (d) in Fig. 2 wiedergegeben.

Die Spannung A' enthält einen Rest an Unregelmäßigkeit, die nicht grö-

-hiL

ßer als das "Rauschen" ist, das normalerweise in den Höhenservosignalen vorhanden ist.

Der Entscheidungskreis DC kann eine einfache Regelung durch die Bedienung sein, um das Tor P in Funktion zu setzen. Ansonsten kann der Entscheidungkskreis ausgeführt sein, wie das im Schaltbild nach Fig. 34 gezeigt let.

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Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist an der Leitung 10 das Signal Δ des Höhenfehlers vorhanden. Zum Anschluß 11 wird die Spannung ^v*_Gn/_AγΗ"i ^ee~ leitet, die die Information bezüglich der Amplitude des Echosignals trägt. Das Spannungssignal V , * wird im Filter 12 nach den vorstehend beschriebenen Funktionen gefiltert, und zwar in Funktion mit dem Zielbereich. Der Ausgang vom Filter 12 wird entsprechend einer multiplizierenden Konstanten "K" im Block 13 verstärkt oder gedämpft, um das Korrektursignal V._rfi/._VR\ ^zu liefern, das an den Eingang des Tors P angelegt wird.

Zum -ntscheidungskreis DC werden eine Anzahl von Signalen geführt. Genauer wird die Korrekturspannung V κηη/ wo\ zum Schwellenwertkreis 14 geleitet, wo festgestellt wird, ob der Nickfehlertim absoluten Wert mehr als 2°° beträgt. Die Information bezüglich des Azimutwinkels ß wird in bezug auf die Zeit im Differentiator 15 differenziert. Der Wert dß/dt wird zum Schwellenwertkreis 16 geführt, wo festgestellt wird, ob das Ziel über einen bestnimmten Grenzwert hinausmanövriert, beispielsweise wenn dß/dt kleiner als 5 /see. Mit anderen Worten, wenn das Ziel über eine bestimmte Grenze hinausmanövriert, wird die Antinickvorrichtung ausgeschaltet, weil eine einigermaßen festbleibende Höhe erwartet werden muß, um die Korrektur vorzunehmen. Mit anderen Worten, wenn das Ziel eine Bedrohung darstellt, miä das Ziel einer gerichteten Bahn folgen, und damit ändert sich der Azimutwinkel ß nicht um einen nennenswerten Betrag.

Die Information bezüglich des Höhenwinkels *t wird zum Schwellenwertkreis 17 geführt, um festzustellen, daß /*»<0,2 & (wobei©, die Apertur des Antennenstrahls ist, gemessen mit -3dB). Mit anderen Worten, die Antinickvorrichtung wird ausgeschaltet, wenn das Ziel ausreichend hoch ist.

Zum Entscheidungskreis werden auch die Signale 18 geführt, die das Fehlen einer Störung zeigen. Bei Vorhandensein einer Störung sind die dadurch erzeugten Fehler im übrigen ganz gewiß größer als der Nickfehler, der entfernt werden soll. Das Signal 19 zeigt auf, daß die Bedingungen des Sees weniger als Stärke 3" sind. Wenn die Seebedingungen schlechter als "Stärke 3" sind, reflektiert die Oberfläche nicht mehr, um einen nennenswerten Nickfehler für frequenzagile Radaranlagen hervorzurufen.

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-r-

Die Ausgänge von den Schwellenwertschaltungen 14» 16, 17 und die Signale 18, 19 werden zur UND-Schaltung 20 geführt, die die logische Operation des Zusammenfallens durchführt, um die Öffnung des Tors P zu steuern, das schematisch als ein Kontakt 21 gezeigt ist, der von einem Relais RL gesteuert wird.

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Leerseite

Claims

Ansgrüche

1.1 System zur automatischen Korrektur der Nickhöhenfehler in Radaranlagen zur Verfolgung von Zielen in geringer Höhe, mit einer ünpfangs- und Sendegruppe, die einem Zwischenfrequenzkanal und einer Azimut- und Höhen-Antennen-Servoeinrichtung zugeordnet sind, mit einem Azimutfehlerkanal und einem Höhenfehlerkanal, gekennzeichnet durch Mittel zum Aufspüren der Änderungen in der Amplitude des Echosignals als Folge des Mehrfach-Reflektionseffekts bei geringer Höhe und Mittel zum Abziehen des durch diese Änderungen gebildeten Signals vom Höhenfehlerkanal der Antennenservoeinrichtung.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aufspüren der Änderungen in der Amplitude des Echosignals Mittel zum Aufnehmen der Spannung der automatischen Verstärkungsregelung des Radaraempfängers und Paßbandfiltermittel zum Entfernen der langsam veränderlichen Signalkomponente als Folge der Änderung des Bereichs des verfolgten Ziels und zum Entfernen der schnell veränderlichen Komponenten als Folge des Flatterns des scheinbaren Bereichs des Ziels bei Änderung der Frequenz aufweisen.

3· System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine manuell oder automatisch intervenierende Entscheidungsschaltung zum Ein- oder Ausschalten des den Höhenfehler korrigierenden Signals.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangs- und Sendeeinheit frequenz-agil ist.

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ORIGINAL INSPECTED