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Verfahren zur Nachrichtenübertragung mittels Radar-
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geräten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Nachrichtenubertragung
mittels Radargeräten, deren Ortungsimpulse zur Informationsübermittlung mit Nachrichtensignalen
moduliert sind.
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Eine derartige Anordnung ist bereits bekannt (GB-PS 647 126). In dieser
Anordnung werden die Radarimpulse mit einem Nachrichtensignal frequenzmoduliert.
Im Empfänger des Radargerätes sind Mittel vorgesehen, von den empfangenen Impulsen
die aufmodulierten Nachrichtensignale abzutrennen.
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Die Erfindung geht davon aus, daß es erstrebenswert ist, Radargeräte
eines Radarnetzes über ein Funksystem in Verbindung mit Empfangs stationen zur Übermittlung
insbesondere von Ortungsdaten miteinander zu verbinden.
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Es soll dabei auf die dazu erforderlichen zusätzlichen Funksender
verzichtet und die hohe Leistung des Radarsenders für eine störsichereUbertragung
herangezogen werden. Ein simultaner Radar-Funkbetrieb, bei dem die
Ortungsdaten
direkt mit den Radargeräten übertragen werden, ist dann nicht ohne weiteres möglich,
wenn es sich um Puls-Doppler-Radaranlagen handelt. Bei simultanem Betrieb, d. h.
bei gleichzeitiger Erfassung von Zielen und Aussendung von Daten, wird in Folge
der Modulation des Radarsignals die Festzeichenunterdrückung im Empfangsteil erheblich
gestört. Die Unverträglichkeit von Festzeichenunterdrückung und Informationsübertragung
läßt sich dadurch erklären, daß Festzeichenechos außer ihrer Existenz und der mit
der Antennencharakteristik modulierten Amplitude keine Information enthalten, weshalb
sie unterdrückt werden können. Bewegtzeichenechos beinhalten dagegen aufgrund ihrer
Phasenänderung neben ihrer Amplitude eine zusätzliche Information und werden deshalb
nicht unterdrückt, sondern weiterverarbeitet.
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Modulierte Festzeichenechos lassen sich daher nicht mehr von Bewegzeichenechos
unterscheiden. Bei der Ortung beweger Ziele werden vorwiegend Puls-Doppler-Radargeräte
verwendet. Die Echoauswertung erfolgt im Radarempfänger in der Weise, daß ein Dopplerfilter
in der Videolage die von Festzeichen hervorgerufenen Spektralanteile unterdrackt
und die von bewegten Zielen erzeugten Dopplerfrequenzanteile selektiert. Dadurch
wird eine Festzeichenunterdrückung bis zu ca. 60 dB erreicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Verbindung mit Radargeräten
der eingangs genannten Art und unter Umgehung der genannten Schwierigkeiten, einen
Lösungsweg anzugeben, der den simultanen-Radar-Funkbetrieb von Puls-Doppler-Radaranlagen
ermöglicht. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Radar-Sendeimpulse
mit der zu übertragenden Nachricht durch binär-codierte Phasenumtastung moduliert
werden und daß die modulierten Radar-Echosignale in der Videolage vor ihrer Auswertung
in einem Festzeichenfilter einer
asynchronen Informationsauslöschung
unterzogen werden.
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Bei Anwendung dieses Verfahrens kann durch weitgehend vollständige
Informationsauslöschung die unmodulierte Impulsform der Radarechosignale wiedergewonnen
werden, so daß eine Störung der Festzeichenunterdrückung nicht mehr eintritt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Löschung
der Informationen der Radarechosignale zeit- und informationsunabhängig durch Anwendung
folgender asynchroner Verfahren erzielt werden, indem 1. eineQundrierung des gesamten
Radarechosignals oder 2. eine Betragsbildung des Radarechosignals durchgeführt wird,
3. sie kann auch durch Autokorrelation von bestimmten Pulscodes erfolgen.
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Die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist für die Übertragung
binär-codierter Daten von besonderem Vorteil.
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Die Erfindung sowie Weiterbildung der Erfindung werden anhand von
Zeichnungen näher erläutert.
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Anhand der Fig. 1 und 2 wird die Modulation eines Radarimpulses durch
binäre Phasencodierung dargestellt. Dabei sind in Fig. 1 untereinander die Impulsfolge
eines Datenwortes als modulierendes Signal m(t) und ein entsprechend modulierter
Radarimpuls r(t) wiedergegeben.
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Die Fig. 2 zeigt ein durch binäre Phasencodierung moduliertes Radarechosignal
s(t) in Videolage Die Fig. 3 und 4 zeigen die Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens
zur Informationslöschung durch
Quadrierung und durch Betragsbildung
zusammen mit den jeweils durch das Verfahren erhaltenen Signalformen.
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Da die zu übertragenden Daten in digitaler Form vorliegen, ist es
vorteilhaft, eine digitale Modulationsart zu verwenden. Bei der binären Phasencodierung
der Radarimpulse wird die Phase des HF-Trägers durch die Pulsfolge des zu modulierenden
Datenwortes in entsprechenden Abständen um null Grad bzw. um 180 Grad geändert.
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In der Fig. 1 oben ist ein 5 Bit-Datenwort mit einer willkürlichen
Impulsfolge von +1 und -1 und darunter der entsprechende phasenumgetastete Radarimpuls
mit der Amplitude V dargestellt. Das Radarechosignal in der Videolage ist in'Fig.
2 mit einem Gleichanteil A und einer Doppleranteilamplitude B wiedergegeben.
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Anhand der Fig. 5 wird die Informationsauslöschung durch Autokorrelation
erläutert.
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Die Durchführung der Modulation der Radarimpulse kann in der Weise
erfolgen, daß der unmodulierte Träger direkt und über eine A/2-Umwegleitung indirekt
zur Verfügung steht, so daß zwei um 180 Grad phasenverschobene Träger vorhanden
sind. Durch einen Schalter der vom Code im vorgegebenen zeitlichen Abstand umgeschaltet
wird, gelangen abwechselnd Teile des Trägers mit null Grad bzw.
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mit 180 Grad Phasenverschiebung an den Ausgang des Schalters, wodurch
der codierte Sendeimpuls entsteht.
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Bei einem CW-Radargerät lautet das modulierte Sendesignal r(t): r(t)
= m(t)V+cos (Ort +y (1) m(t) ... modulierendes Signal V ... Amplitude des Radarsignals
... Radarsendefrequenz f . beliebige Anfangsphase des Radarsignals
Das
Echosignal s(t) ergibt sich nach der phasenkohärenten Umsetzung in die Videolage
zu: s(t) = m(t) EA + B cos (wdt +40 (2) A ... Gleichspannung des Festzeichenechos
B ... Amplitude. des Bewegtzeichenechos d ... Dopplerfrequenz . ... Phase des Dopplersignals.
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Für das Puls-Doppler-Radargerät sind die Gleichungen (1) und (2) ebenso
gültig, wenn beim modulierenden Signal m(t) der Radarpulstakt (PRF) mitberücksichtigt
ist.
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Die für die ungestörte Festzeichenunterdrückung im Radarempfänger
erforderliche Lösung der Informationsmodulation der Radarechosignale erfolgt durch
Quadrierung des gesamten Radarechosignals x(t), das sich aus dem Nutzsignal s(t)
und dem Rauschsignal n(t) zusammensetzt. Die Löschung der Informationsmodulation
der Radar-Echo signale erfolgt in einer analogen Quadrierschaltung bekannter Art,
die zwischen dem Ausgang der Demodulatorschaltung und dem Festzeichenfilter angeordnet
ist. Die Quadrierung kann z. B. unter Verwendung des entsprechenden Teiles einer
Diodenkennlinie erfolgen.
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In Fig. 3 ist ein Prinzipschaltbild eines Pulsdopplerradargerätes
mit einer Quadrierschaltung dargestellt.
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Die Antenne des Pulsdopplerradargerätes ist mit 1 bezeichnet. Über
einen Taktgeber 2 wird ein Sender-Empfangsschalter 3 gesteuert, der einerseits mit
dem Radarsender 4 und andererseits mit einer Dmodulatoreinrichtung 5 verbunden ist.
Der Überlagerungsoszillator der Demodulatoreinrichtung 5 ist mit 6 bezeichnet. Das
so erhaltene Etrpfangssignal wird über eine Quadrierschaltung 7 einem Festzeichenfilter
8 (MTI) zugeführt, welches der Schwächung von Echosignalen dient, die von Festzeichen
kommen, während Bewegtziel-Echosignale praktisch ungedämpft übertragen werden. Der
Ausgang
des Festzeichenfilters ist schließlich über eine Videoleitung
9 mit einer Anzeige- oder Auswerteeinrichtung 10 verbunden. Der Schaltungsaufbau
und die Wirkungsweise des Pulsdopplerradargerätes sind durch die Einfügung einer
Quadrierschaltung unverändert und können als bekannt vorausgesetzt werden.
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Die Quadrierschaltung 7 arbeitet nach der Funktion y=ax2.
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Die Informationskompensation gelingt vollständig, da das Leistungsdichtespektrum
des modulierenden Signals am Ausgang der Quadrierschaltung 7 nicht mehr auftritt.
Auf eine mathematische Analyse der Signalquadrierung,mittels der die Informationskompensation
bewiesen werden kann, soll hier verzichtet werden. Die Quadrierung kann allerdings
zu einer Veschlechterung des Signal-Rauschabstandes So/No führen, die um so kleiner
ist, je größer der Anteil der Festzeichenechos ist (A sehr groß gegen B) In der
Fig. 3 ist auch das quadrierte modulierte Radar-Echosignal s(t) in der Videolage
in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt.
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Nach einem anderen Verfahren läßt sich die Auslöschung der digitalen
Information im Radarechosignal durch eine Betragsbildung des Videosignals realisieren.
Dieses Verfahren wird anhand der Fig. 4 näher erläutert. Die Schaltung der Betragsbildung
wird als bekannt vorausgesetzt. Sie arbeitet nach der Funkion y=a/xj. Eine exakte
allgemeine mathematische Analyse dieses Vorganges ist so umfangreich, daß hier nur
zwei Spezialfälle in vereinfachter Weise betrachtet werden.
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Für das Nutzsignal ist folgende Gleichung anzusetzen:
s(t)
= m(t) FA + B cos (Wdt + j (A1) Das Rauschen sei hier nicht betrachtet.
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Der Betrag von s(t) lautet: /s(;)/ = /m(t) / / [A + B cos (wdt +
/; dabei ist /m(t)/ = 1 und somit /s(t)/ = / [A + B cos (#dt + #)]/. (A2) Für den
Fall, daß A = B, lautet Gl. (A2): /s(t)/ = / A / - B cos (wdt + #). (A3) a) Gleichanteil
A = Wechselanteil B in diesem Falle arbeitet die Betragsbildung nahezu ideal, da
der Wechselanteil mit Ausnahme des Vorzeichens unverzerrt erhalten bleibt wie aus
der Gleichung (A3) zu ersehen ist. Dasselbe gilt für den Gleichanteil der durch
die Betragsbildung immer positiv wird, so daß die Festzeichenunterdrückung ungestört
arbeiten kann.
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b) Gleichanteil AWechselanteil 5 in der Fig. 4 ist unter b und c
der Fall A<B vor und nach der Betragsbildung dargestellt. Aus dieser vereinfachten
Darstellung ist zu erkennen, daß durch die Betragsbildung der Wechselanteil verzerrt
wird; es entstehen Harmonische der Grundfrequenz.d. Diese spektrale Verbreiterung
des Echosignals führt zu einer Verringerung des Signal-Rauschleistungsverhältnisses.
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Ausgehend von der Prinzipdarstellung eines Pulsdopplerradargerätes
in Fig. 3 ist für die Durchführung des Verfahrens der Betragsbildung lediglich die
Quadrierschaltung 7 durch eine Schaltung zur Betragsbildung ersetzi. Auf eine entsprechende
schaltungsmäßige Darstellung kann daher verzichtet werden.
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In der Fig. 4 ist unter a) der Betrag des modulierten Radar-Echosignals
1 s(t)( in Videclage mit As 3 in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt.
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Unter b) und c) sind in dieser Figur das Radarechosignal s(t) und
der Betrag des Radar-Echosignals |s(t)| für den Fall dargestellt, daß der Gleichanteil
A kleiner als der Wechselanteil B ist., Ein weiteres Verfahrenzur Auslöschungder
digitalen Informationsmodulation im Radarechosignal stellt die Autokorrelation des
modulierten Radarechosigiales dar. Dieses Verfahren wird anhand der Fig. 5 näher
erläutert.
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Der Radarimpuls wird dabei mit für die Autokorrelation geeigneten
Impulsfolgen (z. B. Barkercodes) moduliert.
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Der jeweils gewählte Code stellt die Nachricht für die Datenübertragung
dar, wie z. B. in Fig. 5 für die Nachricht m(t> ein 5-Bit-Rarkercode gewählt
wurde. Das Radarimpulssignal s(t) ist entsprechend binär phasenmoduliert.
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Mit diesem Verfahren kann pro Radarimpuls nur eine Nachricht von einem
Bit übertragen werden. Die erzielbaren Bitübertragungsraten sind deshalb im Vergleich
zu den anderen Verfahren wesentlich geringer. Für eine ungestörte Festzielechounterdrtckung
wird im Radarempfänger das auf diese Weise modulierte Radarechosignal, bevor es
für die Do.pplerauswertung zum Festzeichenfilter gelangt, autokorreliert (satt)
in Fig.5). Die Schaltung für die Autokorrelation wird als bekannt vorausgesetzt.
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Dieses Verfahren beinhaltet zwangsläufig eine Impulskompression, wie
sie bei Radargeräten bekannt ist.
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Radarge. rate, die bereits eine Autokorrelationsschaltung für eine
Impulskompression besitzen, eignen sich deshalb besonders für dieses Verfahren.
Für die Nachrichtenübertragung müssen lediglich mehrere unterschiedliche Impulscodes
zur Verfügung stehen.
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Für die Durchführung des Verfahrens ist in Fig. 3 die Quadrierschaltung
durch die Autokorrelationsschaltung zu ersetzen.
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4 Patentansprüche 5 Figuren
L e e r e i t e