DE2730775A1 - Vielbetriebsarten-radarsystem - Google Patents

Description

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 480V5, USA

Vielbetriebsarcen-Radarsystem

Die Erfindung betrifft Vielbetriebsarten-Radarsysteme nnd speziell ein im Flugzeug mitgeführtes Radarsystem, welches dazu verwendet werden kann, selektiv Wetterbedingungen kartographisch zu erfassen oder um nach Navigations-Funkfeuer anzufragen und die darauf erhaltenen Antworten darzustellen.

Im Flugzeug mitgeführte Wetterradarsysteme sind bereits bekannt, die im X-Band der Mikrowellenfrequenz arbeiten und die Einrichtungen enthalten, um einen Radarimpuls in den Raum auszusenden und die von Wetterzellen, wie beispielsweise Wolken, Regengebieten und anderen Formen von Wettererscheinungen, reflektierte Ridarenergie aufzufangen und darzustellen.

Es ist wünschenswert, daß die Radarverstärkung mit Hilfe automatischer Verrtärkungsrege!schaltungen (AVR) während jeder Periode zwischen aufeinanderfolgenden Radarimpulssendungen eingestellt werden kann. Diese Zwischenimpulsperioden-Verstärkungseinr.tellunn muß natürlich dann durchgeführt werden, nachdem nl-Ie intero.'-r.iR renden zurückkehrenden R/'darsignale empfangen wurden und von dem Rodarr.ystern dargestellt wurden, d.h. also nachdem Ortungfiob.jekte innerhalb des maximalen interessierenden Bereiches dargestellt wurden.

Dm tier Zweck der Vorsstärkungneinstellung darin beäßht, die Ge-

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räuschsignale auf einem konstanten Pegel zu halten, ist es wichtig, daß die Einstellung während derjenigen Zeit durchgeführt wird, während welcher kein interessierendes rücklaufendes Signal von dem Radarsystem aufgefangen wird. Jedoch kehren weiterhin Rückkehrsignale von Ortungsobjekten zurück, die jenseits des maximalen interessierenden Bereiches gelegen sind und diese Signale werden von dem Radarsystem aufgefangen, obwohl derartige Rückkehrsignale an der Systemanzeigevorrichtung nicht dargestellt werden sollten. Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung wird anstatt der Abstandsbildung aufeinanderfolgender Radarimpulse auf relativ lange Intervalle, um also eine Empfänger-Verstärkungseinstellung durchzuführen, nur nachdem die Radarrückkehrsignale effektiv auf den Geräuschwert gedämpft wurden, ein Nebenschritt- oder -sprunggenerator (side step generator) zur Anwendung gebracht, der den überlagerungsoszillator nebenschritt- oder nebenstufermäßig steuert, um dadurch den Radarempfänger von der erwarteten Radarrückkehrfrequenz wegzubringen bzw. fehlabzustimmen, so daß dann, wenn Radarrückkehrsignale von dem maximalen interessierenden Bereich von dem Empfänger empfangen wurden, der Empfänger fehlabgestimmt wird oder nebengeschaltet wird (side stepped) und zwar auf einen freien Abschnitt des Frequenzspektrums, wobei dann die Verstärkung eingestellt wird.

Es ist bekannt, <bß die Sendefrequenz eines Wetter-Radarsystems von dem Konstrukteur des Systems so ausgewählt werden kann, daß sie gleich ist der genormten Bodenfunkfeuer-Anfrageradarfrequenz, wobei dann das Wetterradarsystem danach in einer Navigationsbetriebsart verwendet werden kann, um nach derartigen Bodenfunkfeuersignalen anzufragen. Bodenfunkfeuer-Antworten auf derartige Anfragen bestehen aus impulsabstandmodulierten Signalen, die auf einer vorbestimmten Trägerfrequenz gesendet werden, die etwas unterschiedlich gegenüber der Anfrage-Trägerfrequenz ist.

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Das geschilderte Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung zeigt, auf welche Weise mit minimaleir Hardware das im Flugzeug mitgeführte Vielbetriebsarten-Radarsystem dazu verwendet werden kann, nicht nur Wetterradarrückkehrsignale zu empfangen und zu verarbeiten, sondern auch Funkfeuerantworten zu empfangen und zu verarbeiten, indem lediglich der überlagerungsoszillator des Radarsystems mit dem Radarsystem-Magnetron verbunden wird und indem man mehrere auswählbare HF-Verstärker vorsieht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein mit einem Vielbetriebsarten-Radarsystem ausgerüstetes Flugzeug, welches nach Bodenfunkfeuersignalen anfragt und welches Wetterzellen kartographisch registrieren kann;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Vielbetriebsarten-Radarsystems, welches die Möglichkeit bietet, Wetterradarrückkehrsignale und Bodenfunkfeuersignale bzw. Antworten selektiv zu empfangen; und

Fig. $ ein Blockschaltbild, welches veranschaulicht, auf welche Weise ein Seiten- oder Nebenschrittgenerator beim Gegenstand der Erfindung verwendet werden kann.

In Figur 1 ist ein Flugzeug 10 mit einem Vielbetriebsarten-Radarsystem (nicht gezeigt) ausgerüstet und sendet Impulse auf einer Frequenz von 9375 MHz, wobei derartige Sendungen durch den Pfeil 10a angezeigt sind und Impulse dieser Frequenz, wie der Fachmann weiß, die Möglichkeit bieten, um Antworten anzu-

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fragen oder diese auszulösen und zwar von einem genormten Flugzeug-N.'vigationsbodenfunkfeuer, welches bei dem gezeigten Ausführungnbeispiel al ε Funkfeuer 12 bezeichnet ist, wobei die Antwort mit dem Pfeil 12a angegeben ist. Wie· der Fachmann weiß, bestehen die Kunkfeuerantworten auf derartige Anfragen aus zeitmäßig kodierten Impulsen mit einer Frequenz von 9310 MIIz. Wenn das Gerät so geschaltet ist, daß er, um Bodenfunkfeuersignale anfragt und die Antwort auf diese Anfragen empfangen kann, so sagt man, daß das Vielbetriebsarten-Radarsyrtem in einer Funkfeuerbetriebsart arbeitet. In einer zweiten wetterkartographischen Betriebsart sendet das Radarsystem Impulse mit der gleichen Frequenz von 9375 MHz aus, die hier mit dem Pfeil 10b bezeichnet sind und zwar in einen vorbestimmten Sektor vor das Flugzeug, wobei Radarrückkehrsignale von Ortvmgsobjekten eliminiert werden, wie beispielsweise von der Wolke 14, die innerhalb des interessierenden Sektors liegen. Es sei angenommen, daß die Wolke 14 innerhalb des maximalen interessierenden Bereiches oder Entfernung des Vielbetriebsarten-Radarsystems gelegen ist, so daß dan rückkehrende Radarsignal, welches mit dem Pfeil 14a angezeigt ist, im Cockpit des Flugzeugs richtig dargestellt wird und zwar in geeigneter Weise an einer PPI-Knthodenstrahlröhre (CRT) in einer Weise, daß sich der Azimut und die Entfernung zum Flugzeug ergibt. Als Antwort auf den Impuls 10b erzeugt ein anderes Wetter-Ortungsob.jekt, wie beispielsweise die Zelle 16, die ,jenseits des interessierenden Radarbereiches bzw. Entfernung gelegen ir.t, ein Antwortsignal Kja, welches eventuell von dem Radarrystem des Flugzeugs_t zu irgendeinem Zeitpunkt aufgefangen wird, welches von der Entfernung bzw. Zeit abhängig ist, zu welcher en nach dem Zeitrückkehriürnal 14a von dem Radarsystem des Flugzeug;-, aufgefangen wird. Dn sich dop Hückkehrsignal 1Ga außerhalb «!er, int ere r zierenden Syr.tembereichr. bzw. Entfernung befindet, wird er, nicht auf dem Kadarbildse hi im (CRT) dargertellt. Kf- roll an späterer Stelle f-ezript worden, auf welche

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Weise die \ferstärkung des Radarempfängers eingestellt werden kann und zwar selbst während der Zeit, während welcher die Radarrückkehrsignale, die von außerhalb des interessierenden Bereiches stammen, wie beispielsweise das Radarrückkehrsignal 17a, aufgefangen werden.

Gemäß Figur 2 ist ein Magnetron 18 veranschaulicht, welches in geeigneter Weise aus einer hochstabilen Koaxial-Magnetron besteht, welches Energie über den Zirkulator 20 auf 9375 MHz an die Sendeschaltungen des Radarsystems abgibt und eventuell an die Radarantenne (nicht gezeigt), um einen Impuls bzw. Radarfrequenz auf 9375 MHz auszustrahlen.

Ein örtlicher bzw. Überlagerungsoszillator 22, der auf 9^01,6 MHz arbeitet, ist auf das Magnetron 18 bezogen und zwar durch Mittel, wie sie dem Fachmann gut bekannt sind. Während der Periode zwischen den gesendeten Impulsen werden die rückkehrenden Signale, die von dem Radarsystem aufgefangen werden, von den Antennanschaltungen über den Zirkulator 20 zu einer Mischstufe 24 geleitet, in welcher sie mit dem Frequenzsignal des Überlagerungsoszillators überlagert werden. Das resultierende Signal wird von einer automatischen Frequenzsteuerschaltung 25 verwendet, um die Zwischenfrequenz konstant zu halten und gelangt auch über einen Vorverstärker 26 und einen ausgewählten HF-Verstärker 28 und 30 zu den Radarvideoschaltungen. Die Einrichtung zum Auswählen des richtigen HF-Verstärkers ist hier als Schalter 32 veranschaulicht, durch den der HF-Verstärker 28 augewählt wurde, der auf 26,6 MHz abgestimmt ist, wenn das Radarsystem in der Wetterkartographiebetriebsart arbeitet, oder welcher den HF-Verstärker 30 auswählt, der auf 91,6 MHz abgestimmt ist, wenn das Radarsystem in der Funkfeuerbetriebsart arbeitet.

Wie sich aus Figur 1 entnehmen läßt, liegen die Wetterrückkehr-

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radarsignale auf im wesentlichen der gleichen Frequenz wie die ausgesendeten Radarsignale, d.h. also bei 9375 MHz, wobei diese Frequenzsignale, wenn sie mit der Frequenz des Überlagerungsoszillators gemischt werden, eine Differenzfrequenz von 26,6 MHz ergeben, die natürlich der abgestimmten Frequenz des HF-Verstärkers 28 entspricht. Andererseits liegen die Funkfeuerantwortsignale bei 9310 MHz, wobei diese Frequenzsignale, wenn sie mit der Frequenz des Überlagerungsoszillators gemischt werden, eine Differenzfrequenz von 91,6 MHz ergeben, wobei diese Frequenz natürlich der Abstimmfrequenz des HF-Verstärkers 30 entspricht.

In Figur 3 ist ein Magnetron 18, ein Zirkulator 20, ein Überlagerungsoszillator 22, eine Mischstufe 24 und die automatische Frequenzsteuerschaltung 25 gezeigt, die auch in Figur 2 enthalten ist. Die Mischstufe 24 schickt die gemischten Frequenzprodukte des Überlagerungsoszillators 22 und die aufgefangenen Radarrückkehrsignale, wie diese am Zirkulator 20 empfangen werden, zu den Empfängerschaltungen 40, die den Vorverstärker 26, die HF-Verstärker 28 und 30 und den Schalter 32 von Figur 2 enthalten können. Auch ist eine automatische Verstärkungsregelschaltung 42 vorgesehen, die intermittierend arbeitet und zwar in Abhängigkeit von einem von einem Nebenschrittgenerator 44 empfangenen Signal, der in geeigneter Weise eine einfache Zeitsteuerschaltung enthalten kann, die auf einen Anfangswert durch einen Radarimpuls zurückgestellt wird, der von dem Radarsystem ausgesendet wird und die dann eine vorbestimmte Zeitperiode danach, welche Zeitperiode auf den maximalen interessierenten Radarbereich bzw. Entfernung bezogen ist, auf den Leitungen 44a und 44b Signale erzeugt und die diese Signale für wenigstens eine zweite vorbestimmte Zeitperiode wirksam hält. Das Signal auf der Leitung 44b erregt die automatische Verstärkungsregelungsschaltung 42, um die Verstärkung der Emp-

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fängerschaltungen 40 einzustellen. Das Signal auf der Leitung 44a bewirkt, daß die automatische Frequenzsteuerschaltung 25 den Uberlagerungs-oszillator 22 fehlabstimmt und zwar auf irgendeinen neuen Frequenzwert, der weit von der normalen örtlichen Frequenz von 9401,6 MHz abliegt.

Bei einem tatsächlich verwendeten Vielbetriebsarten-Radarsystem wurde eine Impulsfolgefrequenz von 800 Impulsen pro Sekunde verwendet, um einen Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgend gesendeten Impulsen von 1,25 Millisekunden zu erzielen, was einer Entfernung von ca. 100 Seemeilen entspricht. Der tatsächlich interessierende Bereich bzw. Entfernung betrug 40 Seemeilen. Der Seitenschritt- oder Nebenschrittgenerator 44 wurde daher so ausgeführt, daß er auf den Leitungen 44a und 44b während der zweiten Hälfte der Zwischenimpulsperiode zwischen aufeinanderfolgenden Radarsendungen Signale erzeugt. Als Antwort auf das Signal auf der Leitung 44a wird der Überlagerungsoszillator um mehr als eine Bandbreite des HF-Verstärkers 28 fehlabgestimmt, so daß starke Radarrückkehrsignale von den Wetterzellen mit 9375 MHZ die Empfängerverstärkung nicht beeinflussen und die Verstärkung somit eingestellt werden kann, während eine Probe von dem Ausgangsgerausch des Empfängers entnommen wird.

Zusammenfassend schafft die Erfindung somit ein Vielbetriebsarten-Radarsystem mit einem Überlagerungsoszillator, der mit einem Radarmagnetron gekoppelt ist und enthält eine logische Schaltungsanordnung, um den Überlagerungsempfänger während des letzteren Abschnitts der Radarzwischenimpulsperiode fehlabzustimmen, so daß also während dieser Periode eine Einstellung der Verstärkung des Empfängers möglich ist und zwar ohne Interferenz durch entfernt gelegene Ortungsobjekte. Darüber hinaus sind HF-Verstärker vorgesehen, die in Abhängigkeit von der ausgewählten Betriebsart des Radarsystems ausgewählt werden kön-

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Es ist offensichtlich, daß von einem Fachmann eine Reihe von Abänderungen und Modifikationen bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel durchgeführt werden können, ohne jedoch dadurch vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen veranschaulichten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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1. Vielbetriebsarten-Radarsystem mit einer Leistungsvereorgungsquelle, die auf einer ersten Frequenz arbeitet, wobei das Radarsystem periodisch Signale auf einer ersten Frequenz aussendet, um dadurch Funkfeuer-Antwortsignale auf einer zweiten Frequenz und Radarrückkehrsignale auf im wesentlichen der ersten Frequenz auszulösen, wobei die Antwortsignale und die Rückkehrsignale aufeinanderfolgend von dem Radarsystem aufgefangen werden, bestehend aus einem Überlagerungsoszillator, der auf einer ersten Frequenz schwingt, um eine örtliche bzw. Überlagernngsfrequenz zu erzeugen, mit einer Mischstufe zum Erzeugen von Frequenzprodukten aus der Überlagerungsfrequenz und den Antwortsignalen und den Radarrückkehrsignalen, die von dem Radarsystem aufgefangen wurden, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Einrichtungen und Merkmale vorgesehen sind: mehrere abgestimmte Vonichtungen (28, 30), von denen eine erste (30) auf die Differenzfrequenz (91,6 MHz) der Überlagerungsfrequenz (94-01,6

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ORIG/NAL INSPECTED

MHz) und der zweiten Frequenz (9310 MHz) abgestimmt ist und von denen eine andere (28) auf die Differenzfequenz (26,6 MHz) der ersten Frequenz (9375 MHz) und der Überlagerungsfrequenz (9401,6 MHz) abgestimmt ist; und eine Auswähleinrichtung (32) zum Auswählen einer der abgestimmten Vorrichtungen (28, 30), so daß diese vorbestimmte Frequenzprodukte empfängt.

2. Radarsystem nach Anspruch 1, mit Empfängerschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nebenschritt- oder Seitenschrittgenerator (44) vorgesehen ist, um den Überlagerungsosziifetor (22) während wenigstens eines Abschnittes der Zeit zwischen den genannten periodisch gesendeten Signalen umzustimmen bzw. fehlabzustimmen.

3. Radarsystem nach Anspruch 2, mit einer Einrichtung zum Einstellen der Verstärkung der Empfängerschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Verstärkungsregelschaltung (42) vorgesehen ist, und daß diese Schaltung unter der Steuerung des Nebenschrittgenerators (44) steht, um die Einstellung der Verstärkung der Empfängerschaltungen (40) während derjenigen Zeit herbeizuführen, während welcher der Überlagerungsoszillator (42) umgestimmt bzw. fehlabgestimmt ist.

4. Radarsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschrittgenerator (44) eine Zeitsteuereinrichtung enthält, die durch jedes der periodisch gesendeten Signale auf einen Anfangszeitpunkt rückstellbar ist und die danach den Überlagerungsoszillator (22) eine bestimmte Zeit nach der Rückstellung fehlabstimmt.

5. Radarsystem nach Anspruch 4, mit einem begnäizten interessierenden Bereich bzw. Reichweite, dadurch gekennzeidinet, daß die

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vorbestimmte Zeitdauer wenigstens gleich ist der Zeitdauer, die von Radarrückkehrsignalen benötigt wird, um von Ortungsobjekten innerhalb des interessierenden Bereiches bzw. interessierenden Entfernung zum Radarsystem zurückzugelangen bzw. von dem Radarsystem aufgefangen zu werden.

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