DE2744813A1

DE2744813A1 - Einrichtung zur beseitigung der in den nebenzipfeln einer hauptantenne empfangenen echos

Info

Publication number: DE2744813A1
Application number: DE19772744813
Authority: DE
Inventors: Jean Claude Charlot; Laurence Salvaudon
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1976-10-05
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1978-04-13
Also published as: GB1532935A; DE2744813C2; JPS6119949B2; SE7711062L; IT1090064B; JPS5346297A; SE439383B; FR2367288B1; FR2367288A1; US4143372A

Description

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Patentanwälte OpI.-Ing Dtpl -Cnem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerslrasse 19

8 München 60

THOMSON - CSP 30. September 1977

173» Bd. Haussmann

75008 PARIS / Frankreloh

Unser Zeichen: T 2261

Einrichtung zur Beseitigung der In den Nebenzipfeln einer Hauptantenne empfangenen Echos

Die Erfindung betrifft Systeme zur elektromagnetischen Erfassung und Insbesondere Einrichtungen, mit denen die In den Nebenzipfeln der Antenne des Systems empfangenen Echos eliminiert werden können.

Es ist praktisch unmöglich, die Nebenzipfel einer Hauptantenne zu unterdrücken. Um die In den Nebenzipfeln empfangenen unerwünschten Echos zu eliminieren und um allein die in der Hauptkeule empfangenen Echos zu

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bewahren, ist es üblich, gleichzeitig die durch die Hauptantenne empfangenen Signale und diejenigen auszuwerten, die durch eine Hilfsantenne empfangen werden, deren Strahlungsdiagramm die Nebenzipfel der Hauptantenne überdeckt. Die Hilfsantenne kann ungerichtet sein oder in ihrem Strahlungsdiagramm eine Vertiefung an der Stelle der Hauptkeule der Hauptantenne aufweisen.

Die Überschneidung der beiden Diagramme der beiden Antennen unterteilt den Raum in zwei Gebiete. Die Echos, die aus demjenigen Teil der Hauptkeule stammen, der über das Diagramm der Hilfsantenne hinausgeht (erstes Gebiet), werden durch das Erfassungssystem bewahrt. Die Amplitude dieser Echos ist an dem Ausgang der Hauptantenne größer als die derjenigen, die durch die Hilfsantenne geliefert werden. Diese Echos werden bewahrt und durch das System zur elektromagnetischen Erfassung ausgenutzt. In dem anderen Gebiet werden die Echos, deren Amplitude an dem Ausgang der Hilfsantenne größer ist als an dem der Hauptantenne eliminiert.

Dieses Verfahren, das gestattet, sich von dem Vorhandensein der Nebenzipfel freizumachen, wird als Nebenzipfelunterdrückung bezeichnet.

In den herkömmlichen Anwendungsfällen dieses Verfahrens besteht die Antennenanlage des Erfassungssystems aus zwei völlig unabhängigen Antennen. Der Vergleich der Amplituden der Signale erfolgt in direkter Weise, was

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Identische Empfänge und ein InphasebrIngen der beiden Empfangskanäle erfordert. Die Einstellung dieser Systeme 1st dann heikel und das Erfordernis eines zusätzlichen Empfängers für den Hilfskanal 1st bei Bordgeräten für Flugzeuge manchmal ein großer Nachteil.

Dae System nach der Erfindung zur elektromagnetischen Erfassung weist diese Nachtelle nicht auf und bildet Insbesondere ein System mit sehr geringem Platzbedarf gegenüber den herkömmlichen Systemen. Außerdem verschwindet das Erfordernis, die beiden Kanäle In Phase zu halten, wodurch die Einstellprobleme vereinfacht werden.

Die Originalität des Systems nach der Erfindung ruht In den Einrichtungen zum Vergleichen der Amplitude der Signale des Haupt- und des Hllfskanals, wobei mit einer vektorlellen Kombination der Signale gearbeitet wird, die leicht durchführbar 1st, vor allem wenn das System bereits mit einem Empfänger zur Abstandsmessung oder zur Messung des Winkels der Richtung der Echos gegen die Achse der Antenne versehen 1st.

In einer Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Vergleichseinrichtungen eine Operationsschaltung, die die Signale A und B aus der Haupt- bzw. aus der Hilfsantenne empfängt und Signale T. - X + k.lTund si - k₂(A - k,B) liefert, wobei k. und k₂ komplexe Koeffizienten sind, welche eine Amplitudenverstärkung und eine Phasendrehung darstellen, sowie Einrichtungen zur Amplituden- und

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Phasendemodulation des Signals S, durch das Signal S„. Das Demodulationssignal wird anschließend mit einem Bezugssignal verglichen.

Ungeachtet der Phasenverschiebung zwischen den Signalen A und B ist das Ergebnis der Demodulation positiv, wenn die Amplitude des Signals A größer als die Amplitude des Signals B ist, und negativ, wenn das nicht der Fall ist.

Die Erfindung gestattet so, sich von dem Ausgleichen der Phasen in den beiden Kanälen, dem Haupt- und dem Hilfskanal, freizumachen.

Mehrere AusführungsbeispieIe der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Strahlungsdiagramme der Haupt

antenne und der Hilfsantenne,

die Fig. 2 und 3 vektorielle Darstellungen der Signale

des Haupt- und des Hilfskanals,

Fig. 4 eine Ausführungsform der Erfindung,

und

die Fig. 5,6 und 7 drei Beispiele von Signalkombinationen.

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Fig. 1 zeigt die Strahlungsdiagramme eines Antennensystems C, das aus einer Hauptantenne, deren Richtdiagramm eine Hauptkeule P und störende Nebenzipfel S aufweist, und aus einer ungerichteten Hilfsantenne besteht, die ein ungerichtetes Diagramm D hat, das die Nebenzipfel S der Hauptantenne überdeckt. Das bekannte Problem besteht darin, es zu bewerkstelligen, daß allein die in der Hauptkeule P empfangenen Echos durch das System zur elektromagnetischen Erfassung berücksichtigt werden, das den Antennen zugeordnet ist, und daß jedes unerwünschte Echo, das in irgendeinem der Nebenzipfel S empfangen wird, eliminiert wird.

Da der Pegel der durch die ungerichtete Antenne empfangenen Signale größer ist als der der in den Nebenzipfeln der ^auptantenne empfangenen Signale, genügt es, einen Amplitudenvergleich vorzunehmen, um festzustellen, ob ein Echo sich in der Hauptkeule oder in einem der Nebenzipfel befindet. Der Schnitt der Diagramme P und D definiert ein kegelförmiges Gebiet I des Raumes. Außerhalb dieses Kegels (Gebiet II) wird das umgekehrte erzeugt,

Um aber einen Amplitudenvergleich von zwei Signalen vorzunehmen, ist es im Prinzip erforderlich, daß die beiden Empfangskanäle gleich sind, d. h. daß sie die gleiche Verstärkung haben und die gleiche Phasenverschiebung erzeugen.

Die Erfindung gestattet, sich von dieser Forderung freizumachen. Der vorgenommene Amplitudenvergleich ist

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nämlich von der Phasenverschiebung zwischen den Signalen des Haupt- und des Hilfskanals unabhängig. Die anschließend in den Empfangsschaltungen hervorgerufenen Phasenverschiebungen haben keine Bedeutung.

Die Fig. 2 und 3 und die folgenden Darlegungen werden den Vorteil verständlich machen, der sich durch die
Erfindung ergibt.

Ein Signal ist durch den Vektor A und ein Signal derselben Frequenz ist durch den Vektor B dargestellt und um einen Winkel <f gegen das Signal A phasenverschoben (Fig. 2).

Fig. 3 zeigt zwei zusätzliche Vektoren S₁ und S₂, die aus den Vektoren A und B so konstruiert worden sind, daß gilt:

S, - A + B

S₂-A-B

Die Amplituden- und Phasendemodulation des Signals S. durch das Signal st ergibt ein Signal, das zu dem Skalarprodukt von S, und S_ proportional ist:

"S₂) - (A +B) . (A -"B) -IS₁I . |S₂|cosq

2

- A + AB cos (π - <P) + AB cos (-<f>) + B cos (ττ)

α² η²

«A - B

daher, wenn

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>|B| gilt S₁ . S₂ > O wenn |A*| < |f | gilt ^₁ . "s^ < O

Dieses Ergebnis ist unabhängig von <f gültig.

Selbstverständlich sind weitere Kombinationen der Vektoren A und B möglich. Für diese verschiedenen Kombinationen kann geschrieben werden:

S₁ - A + k.B

> L L

T₂ - k₂ (A -

wobei k, und k„ zwei komplexe Koeffizienten sind, die entweder eine Amplitudenverstärkung oder ein Phasendrehung oder beides darstellen. Je nach dem Typ der benutzten Operationsschaltung, die eine der vorgenannten Kombinationen mit bestimmten Werten von k. und k~ bildet, empfiehlt es sich, einen Phasenschieber und/oder einen Verstärker in einen der Eingangskanäle der Demodulationsschaltung einzufügen. Diese verschiedenen Möglichkeiten werden in der folgenden Beschreibung anhand der Fig. 5, 6 und 7 dargelegt.

Fig. 4 zeigt ein System von Schaltungen, die für die Eliminierung der in dem Gebiet II von Fig. 1 empfangenen Echos sorgen. Bei der Verarbeitung der Signale wird von einfachen und bekannten Verfahren Gebrauch gemacht. Die Bildung der Summe und der Differenz der Empfangssignale

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kann im Höchstfrequenz- oder im Mittelfrequenzbereich erfolgen und die Amplitude-Phase-Damodulation ist in zahlreichen Arten von Empfängern üblich.

Außer der Hauptantenne 1 des Erfassungssystems ist eine ungerichtete Hilfsantenne 2 vorhanden. Ein Sender 5 versorgt diese Antennen über Zirkulatoren 3 und 4. Die Empfangssignale, die zu den Empfangsschaltungen übertragen werden, werden zuerst an Schutzschaltungen 6 und 7 angelegt. Die Signale des Hilfskanals werden dann an eine Dämpfungsschaltung 8 angelegt, damit ihr Pegel etwas größer als der der in den Nebenzipfeln des Hauptkanals empfangenen Signale eingestellt werden kann. Die Signale der beiden Kanäle werden dann in Mischern 9 und 10 aufgrund eines empfängerseitigen Oszillators 11 demoduliert und dann durch gleiche Vorverstärker 12 und 13 und diesen nachgeschaltete angepaßte Filter 17 und verstärkt und gefiltert. Eine Kopplungsschaltung 19 empfängt das Signal A des Hauptkanals und das Signal B* des Hilfskanals und liefert S. ■ A - jB und IT₂ - T- JA*.

Die Signale S, und si werden an Begrenzungsverstärker und 20 angelegt. Allein das Signal S₂ erhält eine Phasenverschiebung um 90 in einem Phasenverschieber 22. Anschließend empfängt ein Demodulator 23 die beiden Signale S₁ und S-. Er liefert daher ein Signal, dessen Vorzeichen das größte der empfangenen Signale angibt.

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Um eine Verarbeitung in allen Entfernungsbereichen zu ermöglichen, sorgt eine Schaltung 24 für die Erfassung, die Abtastung und die Filterung der Ausgangssignale des Demodulators 23 in Synchronismus mit der Steuerung der Entfernungstore des Erfassungssystems. Das gestattet, eine Information über das Vorhandensein eines Ziels in der Hauptkeule der Antenne zu erhalten, und zwar nicht im Verlauf einer einzelnen Sendeperiode, sondern nach Integration über mehrere Sendeperioden. Ein Vergleicher 25, der ein Schwellenwertsignal an einer Klemme 26 empfängt, liefert dann ein Digitalsignal, das angibt, ob ein Echo in der Hauptkeule der Antenne empfangen wird oder nicht. Dieses Digitalsignal dient zum Freigeben oder Sperren des entsprechenden Signals, das beispielsweise Zielerfassungs- und Zielverfolgungsschaltungen zugeführt wird.

Diese Schaltungen sind als Beispiel als Blocks 14 angegeben. Sie empfangen die Empfangssignale über den Eingang 15. Die Verbindung 27 führt einem Eingang 16 das Digitalsignal zu, das die Aufgabe hat, das in dieser Schaltung verarbeitete Signal zu sperren oder nicht.

Das vorstehend beschriebene System gestattet daher, diejenigen Radarechos zu unterdrücken, bei welchen die Mißweisung, d. h. der Winkel 7wischen der Richtung des Echos und der Achse der Antenne größer als ein bestimmter Winkel ist.

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Wenn die Radaranlage mit einer Monopulsantenne ausgerüstet ist und außerdem bereits den Sutnmenkanal aufweist, d. h. einen oder zwei WinkelmeßkanäIe (Höhenwinkel, Seitenwinkel), ist es möglich, einen dieser Winkelmeßkanäle zu benutzen, um die Mißweisungsechos zu beseitigen. Es genügt dann, der Radaranlage eine ungerichtete Antenne hinzuzufügen, um die Nebenzipfel der Hauptantenne zu überdecken, und in einem Winke1-meßkanal das Summensignal einerseits und das Signal des Hilfskanals andererseits zu verarbeiten. Um das gesuchte Ergebnis zu erhalten, muß dann eine Phasenverschiebung von 90 vor einem der Eingänge des Demodulators erzeugt werden. Der Platzbedarf der Einrichtung nach der Erfindung wird daher genau auf das Minimum reduziert, unter der Bedingung, daß die Hilfsantenne mit einem Winkelmeßkanal während der Phase "Suchen und Erfassen" der Radaranlage benutzt wird. Da während der Phase der Verfolgung eines Ziels das Erfordernis, die Mißweisungsechos zu beseitigen, geringer ist, werden dann in herkömmlicher Weise die durch die Monopulsantenne abgegebenen Winkelabstandssignale verarbeitet.

Ergänzend zeigen die Fig 5, 6 und 7 drei Beispiele von Vektorkombinationen der Signale A und B. Fig. 5 zeigt den Fall, in welchem k. - j und k„ - 1 ist. Es gilt dann S^-A*" + jB* und "S*₂ - 1< - jlT. j ist der ττ/2-Phasendrehungsoperator. Da eine Phasenänderung des Signals B gegenüber dem Signal A nicht das Ergebnis des Vergleiches ändert, ist dieser Fall mit dem in Fig. 3 dargestellten

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Identisch: die durch die Operationsschaltung gelieferten und begrenzten Signale werden direkt demoduliert. Es ergibt sich ein Maß für den Cosinus des Winkels α zwischen S, und S₂-

Fig. 6 zeigt den Fall, in welchem k, - j und k₂ - j ist. Aus demselben Grund wie zuvor ändert die Phasendrehung des Signals B um π/2 (k, · j) nichts an dem Resultat, dagegen die Drehung des Signals S„ um π/2 (k„ - j) aufgrund des Vorhandenseins eines 90 -Phasenschiebers zwischen dem S.-Ausgang der Operationsschaltung und dem entsprechenden Eingang des Demodulators.

Fig. 7 zeigt den Fall, in welchem k, ** j und k₂ ■ -j ist. Die Drehung des Signals S₂ um - π/2 erfordert das Vorhandensein eines Phasenschiebers, der das Signal S₂ um π/2 in der Phase verschiebt. Das ist der Fall der In Fig. 4 dargestellten Ausführungsform.

Alle anderen Fälle, die sich durch Verändern der Werte von k~ und k₂ ergeben, lassen sich auf einen der drei vorhergehenden Fälle zurückführen.

Die Erfindung ist insbesondere bei Radaranlagen an Bord von Flugzeugen verwendbar.

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Claims

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Patentanwälte

Dipt -Ing Dipl.-Chem. Dipl -Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

THOMSON - CSF 30. September 1977

173« Bd. Haussmann

75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: T 2261

PATENTANSPRÜCHE;

1J Einrichtung zur Beseitigung der in den Nebenzipfeln einer Hauptantenne empfangenen Echos, mit einer Hilfsantenne, deren Strahlungsdiagramm die Nebenzipfel der Hauptantenne überdeckt, mit Einrichtungen zum Vergleichen der Amplituden der durch die Hauptantenne und durch die Hilfsantenne empfangenen Signale, um ein Sperrsignal zu erzeugen, wenn die Amplitude eines durch die Hilfsantenne empfangenen Echos größer als die Amplitude des durch die Hauptantenne empfangenen entsprechenden Echos ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenvergleichseinrichtungen eine Operationsschaltung (19, Fig. 4), die die Signale A und B von der Hauptantenne bzw. von der Hilfsantenne empfängt und die Signale:

S₁ - A + k_LB und
"S₂ - k₂(A - k^)
liefert, wobei k, und k„ komplexe Koeffizienten sind, die

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eine Amplitudenverstärkung und eine Phasendrehung darstellen, sowie einen Demodulator (23) zur Amplituden-und Phasendemodulation des Signals S₁ durch das Signal S„ und eine Vergleichsschaltung (25) zum Vergleichen des erhaltenen Demodulationssignals mit einem Bezugssignal enthalten.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, mit einer Operationsschaltung, die Signale S, - A + k,lj und If₂ - X - k.lT liefert, wobei k. ein komplexer Koeffizient ist, dadurch gekennzeichnet, daß Begrenzungsschaltungen (21, 20) zwischen den Ausgängen der Operationsschaltung (19) und den Eingängen des Demodulators (23) angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, in welcher k₂ » +j ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen den Ausgängen der Operationsschaltung (19) und den Eingängen des Demodulators (23) eine Begrenzungsschaltung für das Signal S^₂ und eine Begrenzungsschaltung in Reihe mit einem 90°-Phasenschieber für das Signal S, enthält.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, in welcher k₂ " -j ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen den Ausgängen der Operationsschaltung (19) und den Eingängen des Demodulators (23) eine Begrenzungsschaltung für das Signal
5. und eine Begrenzungsschaltung in Reihe mit einem 90°-Phasenschieber (22) für das Signal S^ enthält.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn-

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zeichnet durch eine Schaltung (24) zur Erfassung, Abtastung und Filterung in mehreren Sendeperioden, die in Synchronismus mit der Radaranlage arbeitet, der sie zugeordnet ist.
6. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Radaranlage.

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