DE2808544C2

DE2808544C2 - Kombinierte Radar- und Nachrichtenübertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE2808544C2
Application number: DE2808544A
Authority: DE
Inventors: Philipp Dr.-Ing. 8000 München Federspieler; Gerhard 8135 Söcking Foeller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-02-28
Filing date: 1978-02-28
Publication date: 1984-10-25
Also published as: DE2808544A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kombinierte Radar- und Nachrichtenübertragungseinrichtung, bei der die Nachrichtenübertragung mitteis getragenen Impulsen erfolgt die von Nachrichtensignalen pulscodc-moduliert sind.

Es ist bereits eine Anordnung bekannt (GB-PS 47 126), in die Radarimpulse mit einem Nachrichtensignal frequenzmoduliert werden. Im Empfänger des Radargerätes sind Mittel vorgesehen, von den empfangenen Impulsen die aufmodulierten Nachrichtcnsignale abzutrennen.

Es ist auch bereits ein Informationsüberiragungsvcrfahren für einen nicht simultanen Betrieb von Ortung und Nachrichtenübertragung bekannt (DE-AS 11 622), bei dem nicht die Ortungsimpulse als Nachrichtenträger, sondern zeitlich und frequenzmäßig davon abweichende zusätzliche Impulse benutzt sind, die z. B. unmittelbar vor dem Ortungsimpuls ausgesendet werden. Die zu übertragende Nachricht wird hierbei durch Pulsphasen- oder Pulscodemodulation modulien. Bei diesem Verfahren besteht die Möglichkeit die Radar-Echosignale der modulierten Impulse durch eine zielentfernungsabhängige Torschaltung im Empfänger zu unterdrücken und auf diese Weise von den nicht modulierten nachfolgenden Ortungsimpulsen zu trennen.

Mit diesem bekannten Verfahren ist jedoch der Vorteil der zusätzlichen Verwendung der Radargeräte eines

Radarnetzes zur Übertragung von Nachrichten nicht voll auszuschöpfen, da eine Aufteilung der Radarleistung für die eigentliche Ortung und die Nachrichtenübertragung erforderlich ist. In vielen Fällen ist eine Verringerung der Sendeleistung beim Ortungsbetrieb jedoch nicht akzeptabel. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß bei einem bestehenden Radarnetz eine Nachrüstung für eine zusätzliche Verwendung zur Nachrichtenübertragung mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.

Demgegenüber kann bei simultaner Durchführung der Ortung und der Nachrichtenübertragung die hohe Leistung des Radarsenders für eine störsichere Übertragung herangezogen werden. Außerdem ist eine nachträgliche Ausweitung des reinen Ortungsbetriebes eines Radarnetzes auf eine simultane Nachrichtenübertragung ohne weitere·; möglich, da ein Eingriff in die Pulsfolge für die Ortung nicht erfolgt. Ein simultaner Radar-Funkbetrieb ist jedoch 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 infolge der Modulation des Radarsignals die Festzeichenunterdrückung im Empfangsteil erheblich gestört Die Unverträglichkeit von Festzeichenunterdrückung

J5 und Nachrichtenübertragung läßt sich dadurch erklären, daß Fcstzeichencchos außer ihrer Existenz und der mit der Antennencharakteristik modulierten Amplitude keine Nachricht enthalten, weshalb sie unterdrückt werden können. Bewegtzeichenechos beinhalten dagegen aufgrund ihrer Phasenänderung neben ihrer Amplitude eine zusätzliche Information und werden deshalb nicht unterdrückt sondern weilerverarbeitet. Modulierte Festzeichenechos lassen sich daher nicht mehr von Bewegtzeichenechos unterscheiden. Bei der Ortung be-

•Γ) wegtcr Ziele werden vorwiegend Puls-Doppler-Radargeräte in der Weise, daß ein Dopplerfilter in der Videolagc die von Festzeichen hervorgerufenen Spektralantcile unterdrückt und die von bewegten Zielen erzeugten Dopplerfrequenzanteile selektiert. Dadurch wird

■>o eine Festzeichcnunlcrdrückung bis zu ca. 6OdB erreicht.

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 der Ortung und der Nachrichtenübertragung dienen und von einem binär

bö digitalisierten Nachrichtensignal durch Phasenumtastung moduliert sind, daß im Radar-Empfänger die in Vidcofrequcnzlagc umgesetzten Radar-Echosignaln derart geformt werden, daß sie den durch die Phasenumtastung entstandenen Modulationsanteil nicht mehr enthalten, daß diese Formung unabhängig von der Taktfrequenz des digitalisierten Nachrichtensignals vorgenommen wird, und daß das geformte Echosignal einem Festzcichenfillcr zugeführt wird.

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Damit die Radar-Echosignale am Eingang des Fest- :eichenfilters den durch die Phasenumtastung entstanlenen Modulationsteil nicht mehr erhalten, so daß Stö-■ungen der Festzeichenunterdrückung nicht eintreten tonnen, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ier Erfindung die Formung der Radarechosignale durch Quadrierung oder durch Betragsbildung des Radarschosignals durchgeführt Danach ist die ursprüngliche Impulsform der P.adarechosignale wiedergewonnen.

Sind Radargeräte bereits mit einer Schaltung zur Autokorrelation ausgerüstet, dann kann eine simultane Ortung und Nachrichtenübertragung gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Lösung so erfolgen, daß die Radar-Sendeimpulse der Ortung and der Nachrichtenübertragung dienen und von binären Modulatienssignalen durch Phasenumtastung moduliert sind, daß diese Modulationssignale wenigstens zwei verschiedene Pulsfolgen sind, die Code-Elemente des Nachrichtensignals darstellen, daß im Radar-Empfänger die in Videofrequenzlage umgesetzten Radar-Echosignale einer Autokorreiaiiorts-Sehäiiuiig zugeführt werden, so daß deren Ausgangssignale den durch die Phasenumtastung entstandenen Moduiationsanteil nicht mehr enthalten, und daß die Ausgangssignale der Autokorrelations-Schaltung einem Festzeichenfilter zugeführt werden.

Die Erfindung sowie Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der F i g. 1 bis 5 näher erläutert.

In den Fi g. 1 und 2 wird die Modulation eines Radarimpulses durch binäre Phasenumtastung dargestellt. Dabei sind in Fig. 1 nebeneinander die Impulsfolge eines eine Nachricht tragenden Modulationssignals m(t) und ein entsprechend modulierter Radarimpuls /^wiedergegeben.

Die F i g. 2 zeigt ein durch binäre Phasenumtastung moduliertes Radarechosignal s(t)'m Videofrequenzlagc. Die F i g. 3 und 4 zeigen die Anordnung zur Löschung des durch Phasenumtastung entstandenen Modulationsteiles durch Quadrierung bzw. durch Betragsbildung mit den durch das jeweilige Verfahren erhaltenen Signalformen.

Da die zu übertragenden Nachrichtensignale in digitaler Form vorliegen, ist es vorteilhaft, eine digitale Modulationsart zu verwenden. Bei der binären Phasenumtastung der Radarimpulse wird die Phase des HF-Trägers durch die Pulsfolge des zu modulierenden Nachrichtensignals in entsprechenden Abständen um null Grad dzw. um 180 Grad geändert. In der F i g. 1 oben ist ein 5 Bit umfassendes Nachrichtensignal mit einer willkürlichen Impulsfolge von + 1 und — 1 und darunter der entsprechende phasenumgetastete Radarimpuls mit der Amplitude V dargestellt. Das Radarechosignal in der Videofrequenzlage ist in F i g. 2 mit einem Gleichanteil A und einer Doppleranteilamplitude B wiedergegeben.

Anhand der F i g. 5 wird die Löschung des aufmodulierten Nachrichtensignals durch Autokorrelation erläutert.

Die Durchführung der Modulation der Radarimpulsc kann in der Weise erfolgen, daß der un-nodulierte 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 binären Modulationssignal im vorgegebenen zeitlichen Abstand umgeschaltet wird, gelangen abwechselnd Teile des Trägers mit null Grad bzw. mit 180 Grad Phasenverschiebung an den Ausgang des Schalters, wodurch der modulierte Sendeimpuls entsteht.

Das modulierte Sendesignal sei φ):

φ) = m(t) ■ V ■ cos(u>rf + g>) C)

m(t) Modulationssignal

V Amplitude des Radarsignals

ω_Γ Trägerkreisfrequenz des Radarsignals

φ beliebige Anfangsphase des Radarsignals.

Das Echosignal s(t) ergibt sich nach der phasenkohärenten Umsetzung in die Videofrequenzlage zu:

s(t) = m(t)[A + B cos (lüdt + ff\

A Gleichspannung des Festzeichenechos

ß Amplitude des Bewegtzeichenechos

Wd Dopplerfrequenz

■& Phase des Dopplersignals.

40 Für das Puls-Doppler-Radargerät sind die Gleichungen (1) und (2) ebenso gültig, wenn beim Modulationssignal m(t) der Radarpulstakt (PRF) mitberücksichtigt ist. Die für die ungestörte Festzeicheiivriiterdrückung im Radarempfänger erforderliche Löschung der die Nachricht tragenden Modulationsanteile der Radarechosignale erfolgt durch Quadrierung des gesamten Radarechosignals x(t), das sich aus dem Nutzsignal s(t) und dem Rauschsigna! n(t) zusammensetzt. Eine analoge Quadrierschaltung bekannter Art ist zwischen dem Ausgang der Demodulatorschaltung und dem Festzeichenfilter angeordnet. Die Quadrierung kann z. B. unter Verwendung des entsprechenden Teiles einer Diodenkennünie erfolgen. In Fig.3 ist ein Prinzipschaltbild eines Pulsdopplerradargerätes mit einer Quadrierschaltung dargestellt. 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 Demodulatoreinrichtung 5 verbunden ist. Der Überlagerungsoszillator der Demodulatoreinrichtung 5 ist mit 6 bezeichnet Das so erhaltene Empfangssignal wird über eine Quadrierschaltung 7 einem Festzeichenfüter 8 (MTI) zugef '.hrt, 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.

Die Quadrierschaltung 7 arbeitet nach der Funktion y = ax². Die Informationskompensation gelingt νοίί-stänc"g, da das Leistungsdichtespektrum des modulierenden Signals am Ausgang der Quadrierschaltung 7 nicht mehr auftritt. Auf eine mathematische Analyse der Signalquadrierung, mittels der die Informationskom pensation bewiesen werden kann, soll hier verzichtet werden. Die Quadrierung kann allerdings zu einer Verschlechterung des. Signal-Rauschabstandes S₀ZNo 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 r.iodulierte Radar-Echosignal s(t) in der Videolage in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt.

Nach einem andeien Verfahren läßt sich die Ausiöschung der die Nachricht tragenden Modulationsanteile im Radarechosignal durch eine Betragsbildung des Videosignals realisieren. Dieses Verfahren wird anhand

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der Fig.4 näher erläutert. Die Schaltung der Betrags- kercode gewählt wurde. Das Radarimpulssignal s(l) ist bildung wird als bekannt vorausgesetzt. Sie arbeitci entsprechend binär phasenmoduliert. Mit diesem Vernach der Funktion y - a\x\. Eine exakte allgemeine fahren kann pro Radarimpuls nur eine Nachricht von mathematische Analyse dieses Vorganges ist so um- einem Bit übertragen werden. Die erzielbaren Bitüberfangreich, daß hier nur zwei Spezialfälle in vereinfachter 5 tragungsraten sind deshalb im Vergleich zu den anderen Weise betrachtet werden. Verfahren wesentlich geringer. Für eine ungestörte

Für das Nutzsignal ist folgende Gleichung anzuset- Festzielechounterdrückung wird im Radarempfänger ^zen: das auf diese Weise modulierte Radarechosignal, bevor

es für die Dopplerauswertung zum Festzeichenfilter ge-

φ) - m(t)[A + ßcos(<yj/ + #]. (Al) 10 langt, autokorreliert (a*(t)in Fig.5). Die Schaltung für

die Autokorrelation wird als bekannt vorausgesetzt.

Das Rauschen sei hier nicht betrachtet. Dieses Verfahren beinhaltet zwangsläufig eine Impuls

kompression, wie sie bei Radargeräten bekannt ist. Ra-

Der Setrag von flautet: dargeräte, die bereits eine Autokorrelationsschaltung

15 für eine Impulskompression besitzen, eignen sich des-

\s(t)\ - \ /n(r) I · I[A + ßcos (ω,ιΐ + ff\ \ ; halb besonders für dieses Verfahren. Für die Nachrichtenübertragung müssen lediglich mehrere unterschiedlidabei ist I m(t) I ~ 1 und somit ehe Impulscodes zur Verfügung stehen.

Für die Realisierung ist in Fig.3 die Quadrierschai-I [A + Bcos(üjjt + 0]\. (A2) 20 tung durch die Autokorrelationsschaltung zu ersetzen.

Für den Fall, daß I/\ I > ßund-4 < O.lautetGI. (A2) Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

1 s(t)\ - I A I -Bcos((o_dt + U). (A3)

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a) Gleichanteil | A | > Amplitude des Wechselanteils B;

in diesem Falle arbeitet die Betragsbildung nahezu ideal, da der Wechselanteil mit Ausnahme des Vorzeichens unverzerrt erhalten bleibt wie aus der jo 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 | A | < Amplitude des Wechselanteils B;

in der F i g. 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 ωά. Diese spektrale Verbreiterung des Echosignals führt zu einer Verringerung des Signal-Rauschleistungsverhältnisses.

Ausgehend von der Prinzipdarstellung eines Pulsdopplerradargerätes in F i g. 3 ist für die Durchführung des Verfahrens der Betragsbildung lediglich die Quadrierschaltung 7 durch eine Schaltung zur Betragsbildung ersetzt. Auf eine entsprechende schaltungsmäßige Darstellung kann daher verzichtet werden.

In der F i g. 4 ist unter a) der Betrag des modulierten Radar-Echosignals | s(t) \ in Videolage mit | A | > B in Abhängigkeit von der Zeit t darstellt

Unter b) und c) sind in dieser Figur das Radarechosignal s(t)m\d der Betrag des Radar-Echosignals | s(t) | für den Fall dargestellt, daß der Gleichanteil A kleiner als der Wechselanteil B ist.

Eine weitere Möglichkeit zur Löschung der die Nach- eo rieht tragenden Modulationsanteile im Radarechosignal stellt die Bildung der Autokorrelierten des modulierten Radarechosignals dar. Dieses Verfahren wird anhand der F i g. 5 näher erläutert. Der Radarimpuls wird dabei mit für die Autokorrelation geeigneten Impulsfolgen b5 (z. B. Barkercodes) moduliert. Der jeweils gewählte Code stellt die Nachricht für die Datenübertragung dar, wie z. B. in F i g. 5 für die Nachricht m(i) ein 5-Bit-Bar-

Claims

Patentansprüche:

1. Kombinierte Radar- und Nachrichtenübertragungseinrichtung, bei der die Nachrichtenübertragung mittels getragenen Impulsen erfolgt die von Nachrichtensignalen pulscode-modulicrt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Radar-Sendeimpulse der Ortung und der Nachrichtenübertragung dienen und von einem binär digitalisierten Nachrichtensignal durch Phasenumtastung moduliert sind, daß im Radar-Empfänger die in Videofrequenzlage umgesetzten Radar-Echosignale derart geformt werden, daß sie den durch die Phasenumtastung entstandenen Modulationsanteil nicht mehr enthalten, daß diese Formung unabhängig von der Taktfrequenz des digitalisierten Nachrichtensignals vorgenommen wird, und daß das geformte Echosignal einejr Festzeichenfilter (8) zugeführt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formung der in Videofrequenzlage umgesetzten Radar-Echosignale in einer Quadrierer-Schaltung (7) erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formung der in Videofrequenzlage umgesetzten Radar-Echosigwale in einer Schaltung zur Betragsbildung erfolgt

4. Kombinierte Radar- und Nachrichtenübertragungseinrichtung, bei der die Nachrichtenübertragung mittels getragenen Impulsen erfolgt, die von Nachrichtensignalen pulscodemoduliert sind, dadurch gekennzeichnet daß CJe Radar-Sendeimpulse der Ortung und der Nuchrichter.übertragung dienen und von binären Modulations: gnalen durch Phasenumtastung moduliert sind, daß diese Modulationssignale wenigstens zwei verschiedene Pulsfolgen sind, die Code-Elemente des Nachrichtensignals darstellen, daß im Radar-Empfänger die in Videofrequenzlage umgesetzter. Radar-Echosignale einer Autokorrelations-Schaltung zugeführt werden, so daß deren Ausgangssignale den durch die Phasenumtastung entstandenen Modulationsanteil nicht mehr enthalten, und daß die Ausgangssignale der Autokorrelations-Schaltung einem Festzeichenfilter (8) zugeführt werden.