DE2804128C2 - Marine-Radarsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Marine-Radarsystem, bei dem zur Ausstrahlung von wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Impulsen unterschiedlicher Frequenz eine rotierende Antenne mit frequenzabhängiger Abstrahlrichtung vorgesehen ist, deren Frequenzabhängigkeit und Rotationsgeschwindigkeit derart abgestimmt sind, daß jeder der beiden Impulse im wesentlichen den gleichen Zielbereich bestrahlt, und bei dem die Empfangseinrichtung zur Frequrnz-Dekorrelation der in den wiederempfangenen Signalen enthaltenen Seegang-Störflecke ausgebildet ist.

Der praktische Einsatz von Marine-Radarsystemen wird von Störechos beeinträchtigt, die allgemein als Seegang-Störflecke bekannt sind. Diese Seegang-Störflecke sind wesentlich stärker mit Spitzen versehen als weißes Rauschen. Man nimmt an, daß dies zum Teil auf die facettenartige Beschaffenheit der Meeresoberfläche zurückzuführen ist, wobei einige Facetten Echos erzeugen, die zufällig die gleichen Phasen aufweisen, so daß sich durch Vektoraddition Echos mit hohem Leistungspegel bilden. Weiterhin nimmt man an, daß durch Vektoraddition einer Vielzahl von schwächeren Echos dieser Facetten der niedrige, rauschähnliche Störfleckhintergrund zustande kommt.

Aus der Schrift »The Radio and Electronic Engineer« (Vol.45, No.3, März 1975, Seiten 105 bis 115) ist ein gattungsgemäßes Marine-Radarsystem bekannt Mit diesem System wurden Untersuchungen durchgeführt, in welchem Maße sich die Seegang-Störflecke mit Hilfe von Frequenz-Dekorrelation unterdrücken lassen. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung eines Impulspaares, dessen einzelne Impulse unterschiedliche Frequenzen aufweisen, die Seegang-Störflecke dann am wirksamsten unterdrückt werden können, wenn die Radarantenne mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Dann lassen sich zumindest große und sehr schnell bewegte Zielobjekte erfassen, während kleinere Zielobjekte häufig in dem noch verbleibenden, einem Rauschen ähnlichen Pegel der Seegang-Störflecke untergehen.

Aus der Schrift »Philips Telecommunication Review« (Vol. 29, Nr. 1, April 1970, S. 32-38) ist ein Marine-R^- darsystem bekannt, welches den gleichen Zielbereich mit einem ganzen Bündel von Impulsen bestrahlt. Eine Dekorrelation der Frequenzen wird hier dadurch erreicht, daß unterschiedliche Frequenzen zufällig über das iiupü'isbünde! 'verteilt sind. Auch dieses System erlaubt nur die Beobachtung großer und sehr schnell bewegter Zielobjekte in Gegenwart von Seegang-Störflecken.

Aus dem Buch »"Radar Handbook«, herausgegeben von M. I. Skolnik, New York 1970, Seite 31 -25, ist ein Marine-Radarsystem bekannt, an dem Untersuchungen über die zeitliche Korrelation der Seegang-Störflecke vorgenommen wurden. Dazu wurden Impulse ohne Variation der Frequenz und mit hoher Impulsfolgerate sowohl bei niedrigerer wie bei hoher Antennen-Drehgeschwindigkeit ausgestrahlt, wobei bei hoher Geschwindigkeit zwei Impulse und bei niedriger Geschwindigkeit ein Impulsbündel den gleichen Zielbereich bestrahlten. Eine zeitliche Dekorrelation von aufeinanderfolgenden, den gleichen Zielbereich bestrahlenden Impulsen konnte mit dieser Anordnung nicht erreicht werJen, es stellte sich jedoch heraus, daß bei hoher Drehgeschwindigkeit aufeinanderfolgende Imptfubiindel zeitlich gerade so beabstandet sind, daß das Auge zwischen einer Anzahl von lmpulsbündelechos integrieren kann. Dadurch ergibt sich eine gewisse Glättung des Störfleckpegels, gegenüber dem sich langsam bewegte und sehr große Zielobjekte abheben.

Die dieser Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, ein Marine-Radarsystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß Seegang-Störflecke weitgehend unterdrückt werden können.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfalgenden Impulsen derart groß gewählt ist, daß die Störflecke in den wiederempfangenen Signalen zusätzlich zeitlich dekorrelierbar sind.

Eine zusätzliche zeitliche Dekorrelation der Seegang-Störflecke ergibt eine so umfassende Kompensation des Störfleckpegels, daß selbst kleinere Objekte noch gut erfaßt werden können.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgQuiäßen Systems können den Unteransprüchen entnommen werden.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben· in dieser zeigt

Fig. 1 eine sich auf I reqiicn/ und Zeil beziehende graphische Darstellung, die die Frequenz- und Zeiuerhältnisse der vier, zwei Paare in einer Gruppe bildenden Impulse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfin-

dung wiedergibt, und

Fig.2 ein schematisches Blockdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Marine-Radarsystem einschließlich der Verarbeitungsschaltungen für die Verringerung des Seegangsechos wiedergibt.

Gemäß F i g. 1 ist der Radarsender so ausgebildet, daß er in der Lage ist, zu verschiedenen Zeiten Impulse bei vier verschiedenen Trägerfrequenzen dadurch abzusenden, daß beispielsweise ein abstimmbarer 4-Frequenz-Multipaktor-Mag.ietron-Oszillator oder zwei im Tandembetrieb arbeitende, absiimmbare 2-Frequenz-MuItipaktor-Magnetron-Oszillatoren oder vier sequentiell betriebene Einzelfrequenz-Magnetrons Verwendung finden.

In der Sequenz wird zuerst zum Zeitpunkt r_t der Impuls A mit einer Trägerfrequenz /j ausgesandt Hierauf wird zum Zeitpunkt te nach einem Zeitraum ρ nach der Aussendung des Impulses A ein zweiter Impuls B mit einer Trägerfrequenz h ausgesandt, die etwas geringer ist als /j.

Die Zeitdauer ρ ist in diesem Beispiel eine Millisekunde, was ein typischer Wert für die Radar-Zwischenimpuls-Periode ist Der Frequenzunterschied zwischen der Frequenz /Ί und der Frequenz /₂ ist ungefähr gleich dem reziproken Wert der Radar-Impulslänge (τ).

Nach einer Zeitdauer P, die ein Mehrfaches der die Impulse A und B voneinander trennenden Zeitdauer ρ ist, wird mit noch niedrigeren Trägerfrequenzen ein weiteres Impulspaar C und D ausgesandt, wobei der Impuls D hinsichtlich Zeit und Frequenz vom Impuls C durch eine Zeitdauer ρ und eine Frequenzdifferenz beabstandet ist, die gleich der Frequenzdifferenz zwischen den Impulsen B und A ist. Der Frequenzabstand zwischen den Impulsen Cund S ist ein Mehrfaches des Frequenzabstandes zwischen den Impulsen A und B oder Cund D.

Die Impulse A, B, C und D werden von einer Antennenanordnung abgestrahlt, die einen Winkelfehler aufweist, was bedeutet, daß sich die Richtwirkung bzw. das Richtvermögen des Hauptstrahls in einem gewissen Maße mit der Frequenz ändert. Würde die Antenne stillstehen, dann hätte das Aussenden der Impulse A, B, C und D in der oben beschriebenen Reihenfolge zur Folge, daß jeder Impuls der Reihe nach verschiedene Flächen beleuchten würde, die in Abhängigkeit vom Frequenzabstand der Impulse A, B. Cund D voneinander beabstandet wären.

Die Radarantenne ist jedoch mit einer Dreh- bzw. Winkelgeschwindigkeit drehbar, die den oben beschriebenen Winkelfehler berücksichtigt und der Zeitabstand der Impulse ist so gewählt, daß alle Impulse A. B, Cund D dieselben Flächen in der Drehebene der Antenne bestrahlen.

Somit ist es für die Signalverarbeitung im Empfänger möglich, sowohl eine frequenzmäßige als auch eine zeitliche Dekorrelation der Störsignale durchzuführen. Die Verarbeitungsvorrichtung kann so angeordnet sein, daß sie die Störreflexe auf Frequenzbasis mit dem Impulspaar A und B und in gleicher Weise mit dem Impulspaar C und D dekorreliert Gleichzeitig kann dadurch, daß man dafür Sorge trägt, daß dasselbe Störquellenmuster durch die vier Impulse A. B, Cund D bestrahlt bzw. beleuchtet wird, wobei zwei Impulse in Zeit und Frequenz nahe beieinander liegen und nach einem beträchtlichen Zeitintervall von zwei weiteren ' bezüglich Zeit und Frequenz nahe beieinander liegenden Impulsen gefolgt werden, die Verarbeitung so einrichten, daß man Nu zen aus dem Zeitintervall

ιυ

zwischen den Impulspaaren zieht, um die Zeit-Dekcrrelation der Störreflexe aus demselben Muster zu verwenden.

Gemäß F i g. 2 wird bei dem schematisch dargestellten Radarsystem eine analoge Verarbeitung verwend·: t, um die bereits unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschriebenen Dekorrelations-Effekte zu erzielen.

Ein Marine-Radarsender 1 ist so angeordnet, daß er die Impulse A, B, Cund D auf die unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschriebene Weise über eine einen Winkelfehler aufweisende Antenne 2 abstrahlt Die Antenne 2 ist in Wirklichkeit eine an sich bekannte Endgespeiste-Schlitz-Hohlleiter-Anordnung. Die Drehung der Antenne 2, wie sie durch den Pfeil 3 dargestellt wird, ist zusammen mit dem Ausmaß der Abhängigkeit des Winkelfehler-Winkels der Antenne 2 von der Frequenz und den frequenzmäßigen und zeitlichen Abständen der Impulse A, B, C und D so gewählt, dtß, wenn sich die Antenne dreht und die Impulse A, B, Cund Oder Reihe nach ausgesendet werden, der Winkelfehier-Winkel der Antenne 2 zunimmt, so daß jeder Lnpuls dasselbe Störqueüen-Muster in der Drehebene bestrahlt.

Die Echos bzw. zurückkehrenden Signale der vier Impulse A, B, C und D werden von der Antenne 2 empfangen und über eine Empfangssperrzelle bzw. Sender/Empfänger-Zelle 4 einer Radar-Empfangsschaltung 5 zugeführt Der Ausgang der Radar-Empfangsschaltung 5 ist über eine erste Verzögerungsleitung 6, die eine Verzögerung besitzt, die gleich dem Zeitintervall ρ zwischen den beiden Impulsen eiaes Paares ist, eine zweite Verzögerungsleitung 7, deren Verzögerung gleich dem Zeitintervall P zwischen zwei Impulspaaren ist, und eine dritte Verzögerungsleitung 8, die eine Verzögerung besitzt, die wiederum gleich dem Zeitintervall ρ ist, mit dem einen Eingang 9 einer Addierschaltung 10 verbunden. Ein gesondertes Ausgangssignal wird von der Verzögerungsleitung 7 abgeleitet und ist an einen weiteren Eingang 11 der Addierschaltung 10 angelegt. Ein gesondertes Ausgangssignal wird von der Verzögerungsleitung 6 abgeleitet und an einen weiteren Eingang 12 der Addif·,schaltung 10 angelegt, während ein gesondertes Ausgangssignal vom Radarempfänger 5 abgeleitet und an einen weiteren Eingang 13 der Addierscbaltung 10 angelegt ist.

Da vier Echos bzw. Rückkehrsignale benotigt werden, bis von der Addierschaltung 10 ein vollständig verarbeitetes Signal erzeugt werden kann, wird die Addierschaltung aufgetastet, so daß sie nur dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die vier von den Impulsen A. B, C und D stammenden Rückkehrsignale empfangen worden sind. Die hierfür erforderliche Torschaltung ist mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet. Sie wird von Hilfsimpulsen angesteuert, die vom Radarsender 1 über eine um einen Faktor 4 untersetzende Teileranordnung 15 abgeleitet sind.

Wegen der Wirkung der Verzögerungsleitungen 6, 7 und 8 werden in der Addierschaltung 10 die Rückkehrsignale, die demselben Bereichsintervall für einen jeden der vier Impulse en^prechen, zueinander addiert und die Summe wird als verarbeitetes Ausgangssignal an eine Anzeigeeinheit 16 gelegt.

Im Betrieb erscheinen Rückkehrsignaie von festen Zielobjeklen und von solchen Objekten, die sich während der »Rückschau«-Zeit (»look back« time) nicht merklich bewegen, in-, selben Bereich von allen vier Aussendungen und erscheinen somit in dem verarbeiteten Ausgangssignal, während Störsignal-Glanzlichter

verringert bzw. unterdrückt werden.

Berücksichtigt man gemäß Fig. I das Verhältnis zwischen Frequenz, Zeitdauer p, Zeitdauer P und das Winkelfehlergesetz zusammen mit der Frequenz und der Winkelgeschwindigkeit der Antenne, so mag es wünschenswert erscheinen, diese Werte so zu wählen, daß alle vier Impulse A. B. Cund Din dieselbe räumliche Richtung »sehen«. Dies ist zwar wünschenswert aber nicht unbedingt erforderlich, da die begrenzte Bündelbreite des abgestrahlten Bündels zusammen mit der »Flachheit« (»flatness«) der Bündelnase eine gewisse Ungenauigkeit erlaubt.

Das Hauptziel besteht natürlich darin, das Erscheinen bzw. die Wahrnehmbarkeit der durch die Anzeigeeinheit 16 beim Vorhandensein und in der Nähe von Störungen angezeigten Signale zu verbessern und das Erscheinungsbild bzw. das Aussehen der Anzeige kann subjektiv dadurch verbessert werden, daß man zum AusgutigiMgiiai tier Auuien>i_Muliuiig 50 einen Teil ucS »rohen« bzw. nicht aufbereiteten Video-Ausgangssignals des Radarempfängers 5 hinzuaddiert. Dies ist in Fig.2 durch die Verbindungsleitung 17 dargestellt, die sich vom Ausgang des Radarempfängers 5 in diesem Fall direkt zur Anzeigeeinheit 16 erstreckt. In dem Verbindungspfad 17 ist mit gestrichelten Linien ein Block 18 dargestellt. Dieser Block 18 stellt eine Schwellwertschaltung dar, die dazu vorgesehen werden kann, um zu bewirken, daß nur der Teil des nicht weiter bearbeiteten Radar-Ausgangssignals des Empfängers 5 auf die Anzeige aufaddiert wird, der höher als ein vorgegebener Schwellwert ist. Dieser Schwellwertpegel wird so gewählt, daß nur ein geringer Teil des Rauschens oder des allgemeinen Pegels der Hintergrundsstörungen, die in dem nicht weiter bearbeiteten Radar-Ausgangssignal erscheinen, zur Anzeigevorrichtung gelangen kann.

Es sei darauf hingewiesen, daß Verbesserungen der Eigenschaften eines Radarsystems bezüglich der Signal-Störecho-Verhältnisse subjektiv beurteilt werden, und dies insbesondere dann, wenn die Bedienungsperson an Zielobjekten interessiert ist, die gerade noch vor dem Störsignal-Hintergrund erkennbar sind. Daher kann das Aufschalten von nicht weiter aufbereiteten Video-Ausgangssignalen vom Radarempfänger 5 auf die Anzeigeeinheit 16 und/oder das Einschalten des Schwellwert-Schaltkreises 18 in den Verbindungspfad der Verbindungsleitung 17 für die Bedienungsperson wahlweise gestaltet werden, so daß letztere selbst entscheiden kann, welche Anordnung ihr am geeignetsten erscheint.

Darüber hinaus ist es möglich, daß eine Bedienungs

person in bestimmten Fällen die Verwendung einer Multiplizierschaltung anstelle der Addierschaltung 10 oder irgendeine Kombination von Addition und Multiplikation der an den vier Eingängen 9, II, 12 und 13 erscheinenden Signale für sich subjektiv am besten geeignet hält. Gewünschtenfalls kann daher ein bestimmtes Maß an Wahlmöglichkeiten dahingehend vorgesehen werden, daß die Addicrschaltung 10 durch eine Multiplizierschaltung oder durch eine andere Schaltung ersetzt werden kann, die eine Kombination von Addition und Multiplikation liefert

Zwar wurde unter Bezugnahme auf die Fig. I und 2 eine Anordnung beschrieben, bei der vier jeweils zu zwei Paaren zusammengefaßte Impulse Verwendung

ι > finden, doch ist es in der Praxis möglich, eine Frequenz- und Zeit-Dekorrelation der Störsignale mit zwei einzelnen, voneinander wohl beabstandeten Impulsen, beispielsweise den impulsen A und C aus Fig. I zu erzielen. IiTi äügcfricificfi idöi SiCu jcuOCh Sägen, düS eine

-'<> um so größere Verbesserung in der Störsignal-Dekorrelation erreicht wird, je größer die Zahl der verwendeten verschiedenen Impulse ist.

Wird in einer Gruppe eine große Zahl von Impulsen verwendet, beispielsweise acht Impulse, dann wird

2i jedoch bei Verwendung der in F i g. 2 dargestellten Verarbeitungsschaltung ein vollständig verarbeitetes Ausgangssignal nur nach jedem achten Impuls erzeugt. Dies w;,ic nicht nur vom Gesichtspunkt der Anzeige her nicht wünschenswert, sondern würde auch zu einem

jo gewissen Grad von »Speichenbildung« in der Anzeige führen (d. h. zu einem Aussehen in der Form von »Speichen« wie z. B. an einem Rad, aufgrund des Fehlens einer Reihe von verarbeiteten Signalen). In den Fällen, in denen eine relativ große Zahl von Impulsen in

J5 einer Gruppe verwendet wird, beispielsweise acht Impulse, kann eine Modifikation in der Weise durchgeführt werden, daß zwar vollständig verarbeitete Signale am Ausgang der AddierschaltunglO aus F i g. 2 bei jedem achten Impuls erzeugt werden, daß jedoch

auch ein teilweise verarbeitetes bzw. aufbereitetes Ausgangssignal zu anderen Zeitpunkten erzeugt wird, die zu dem vollständig aufbereiteten Ausgangssignal hinführen. Beispielsweise können vor dem vollständig aufbereiteten Ausgangssignal die Ergebnisse der Aufbe reitung von sieben der acht Impulse der Anzeigeeinheit zugeführt werden und kann in ähnlicher Weise vor dem Ergebnis der Aufbereitung der sieben Impulse ein Ausgangssignal der Aufbereitung von sechs Impulsen erzeugt werden usw.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Marine-Radarsystem, bei dem zur Ausstrahlung von wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Impulsen unterschiedlicher Frequenz eine rotierende Antenne mit frequenzabhängiger Abstrahlrichtung vorgesehen ist, deren Frequenzabhängigkeit und Rotationsgeschwindigkeit derart abgestimmt sind, daß jeder der beiden Impulse im wesentlichen den gleichen Zielbereich bestrahlt, und bei dem die i< > Empfangseinrichtung zur Frequenz-Dekorrelation der in den wiederempfangenen Signalen enthaltenen Seegang-Störflecke ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall (p) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen (A. B; C, r- D) derart groß gewählt ist, daß die Störflecke in den wiederempfangenen Signalen zusätzlich zeitlich dekorrelierbar sind.

2. Marine-Radarsystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall (P) und der Frequenr.aöstand zwischen zwei Impulspaaren (A, B; C, D) größer ist a!s das Zeitimerva" (p) und der Frequenzabstand innerhalb eines Impulspaares (A, B; C, D).

3. Marine-Radarsystem nach Anspruch 1 oder 2, 2i dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzwerte (fl, (2; /"3, f4) für die aufeinanderfolgenden Impulse (A, B; C, D) entweder ab- oder zunehmen.

4. Marine-Radarsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß i< > der Frequenzabstand von zwei Impulsen eines Paares (A, ^; C, D) zumindest näherungsweise dem reziproken Wert der Radarimpulslänge entspricht.

5. Marine-Radarsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch "^kennzeichnet, daß ü der frequenzmäßige und zeitliche Abstand der Impulspaare ein mehrfaches des Frequenz- und Zeitabstandes der beiden Impulse innerhalb eines Paares ist, und vorzugsweise das 7fache dieses anderen Abstandes beträgt. ■><>