DE2836292C3 - Anordnung zur Winkelmessungsverbesserung bei einem Summen-Differenz-Folgeradar im Zweizielfall - Google Patents

Anordnung zur Winkelmessungsverbesserung bei einem Summen-Differenz-Folgeradar im Zweizielfall

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DE2836292C3 DE2836292A DE2836292A DE2836292C3 DE 2836292 C3 DE2836292 C3 DE 2836292C3 DE 2836292 A DE2836292 A DE 2836292A DE 2836292 A DE2836292 A DE 2836292A DE 2836292 C3 DE2836292 C3 DE 2836292C3
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Description

FiA
mit
Eaq
verfälschter Elevations- Winkelfehlersignalanteil in Quadratur zum Summensignal und
Fare = Rest-Korrekturglied für das Elevations-Korrektursignal
abgeleitet wird und bei dem das Elevations-Winkelfehlersignal nach der Formel
ει = Eep + Fae
mit
£f£/) = verfälschter Elevations-Winkelfehlersignalanteil in Phase zum Summensignal
korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Winkelvermessung bei einem im allgemeinen Zweizielfall arbeilenden Folgeradar zusätzlich ein Azimutkorrektursignal
— Eaq ■ ζ ■
durch den £weizieleffekt verfälschter Azimut-Winkelfehlersignalanteil in Quadratur zum Summensignal (Fs)
und
Rest-Korrekturglted für das Azimut-Korrektursignal
abgeleitet und das Azimut-Winkelfehlersignal nach der Formel
Eai> = durch den Zweizieleffekt verfälschter Azimut-Winkelfehlersignalanteil in Phase zum Summensignal (Fs)
korrigiert wird, wobei die Winkelfehlersignalanteile Eeq und £/;-/> die durch den Zweizieleffekt verfälschten Winkelfehlersignalanteile sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Korrektur notwendige Funktionsfehlersignal ζ direkt aus dem Regelverstärker (35, Fig.4) gewonnen wird, in welchem die Regelschleife derart angeordnet ist, daß das Quadratursignal im Kreuztermkana! (3, 4ß, Fig.
konstante Amplitude annimmt, um die Notwendigkeit zu vermeiden, den zugehörigen Dopplerverstärker (25, F i g. 3) gegenüber denjenigen (21 -24) des Summen-, Elevations- und Azimutkanals (3, 4Λ, F i g. 2) im Gleichlauf zu halten.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe Funktionsfehlersignal ζ in gleicher Weise für die Korrektur vom Azimut- und Elevationsfehler benutzt wird.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (A'-D', Fig.2) drehbar um die Symmetrieachse der Strahlergruppe angeordnet sind, um für beliebige Zielkonfigurationen jederzeit günstige Fehlersteilheiten im Kreuzterm signal (Fdk)zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbesserung der Winkelvermessung bei einem im Zweizielfall arbeitenden Folgeradar mit mindestens drei Primärstrahlern und einem Summen-Differenz-Netzwerk.
Bei der Zielverfolgung und Zielsuchlenkung mit Hilfe von Radargeräten ist das Mehrzielproblem besonders wichtig. Dieses Problem besteht darin, bei Vorhandensein von mehreren eng benachbarten Zielen dieselben mit einem Radargerät zu trennen. Sofern sich ein einzelnes Punktziel innerhalb des Radarvolumens befindet, erlauben zwar übliche Folgeradarsysteme ohne weitere Maßnahmen eine Zielauflösung mit guter Genauigkeit innerhalb des ausgeleuchteten Radarvolumens, wobei die Genauigkeit sowohl durch die Strahlbreite als auch durch die Sendepulsdauer gegeben ist, so daß beispielsweise in einem modernen Monopulsradar die Winkelauflösung ohne weiteres Werte um den hundertsten Teil der Strahlbreite erreicht. Die Winkelmeßgenauigkeit bricht jedoch bekanntlich bei solchen Systemen um Größenordnungen zusammen, sobald sich mehrere Punktziele oder ein einzelnes, welches nicht mehr punktförmig erscheint, innerhalb des Radarvolumens befinden. Letzteres wird als »glint« bezeichnet und ist nicht eindeutig erfaßbar, während ersteres im folgenden speziell unter dem Begriff »Mehrzielproblem« betrachtet wird. Ohne weitere Maßnahmen können also dabei zwei oder mehr vorhandene Ziele fehlerhafterweise als ein einziges Ziel vom Radargerät gedeutet werden. Die Radargeräte sprechen daher dann bei der Verfolgung bei Mehrfachzielen laufend auf ein fiktives Ziel an, welches auch außerhalb des durch die verschiedenen Ziele bestimmten Volumens liegen kann, und auf welches die Zielsuchlenkung hingesteuert wird. Wenn eine Zieltrennung erst zu spät möglich ist, so kann eine erfolgreiche Feuerleitung nicht zustande kommen.
Eine besondere Stellung beim Mehrzielproblem nimmt der Fall des Vorhandenseins von zwei Zielen ein, indem sowohl zwei reelle Flugkörper im Radarvolumen als auch ein einziger reeller Flugkörper vorhanden sein können, dessen Reflexionen jedoch an einer für Mikrowellen glatten Fläche einen zweiten, virtuellen Flugkörper vortäuschen.
Dieser zweitgenannte Fall ist als Spiegeleffekt bekannt und tritt besonders ausgeprägt über Wasserflächen auf. Charakteristisch für den Spiegeleffekt isi, daß sich das reelle Ziel und das Spiegelbild stets in der Normalen zur Spiegelfläche befinden, im Falle einer Wasserfläche somit in der Vertikalen. Zudem sind die Veränderungen von Ziel und Spiegelbild eng miteinan-
der verknüpft, was sich in einer sehr geringen Entfernungsdifferenz und in einer kaum unterscheidbaren Dopplerverschiebung äußert Im Gegensatz dazu besteht im allgemeinen Zweizielfall kein Zusammenhang zwischen den zwei Zielen.
Aus der DE-OS 19 00 854 ist eine Methode zum Erkennen des gleichzeitigen Vorhandenseins zweier oder mehrerer eng benachbarter Radarzielobjekte im Richtdiagramm eines Radarantennensystems bekannt Diese Methode ist für Phasenmonopuls-Verfahren vorgesehen und braucht mindestens fünf Empfangsantennen für den ZweizielfaH und 2n + 1 Empfangsantennen für den n-Zielfall, was einen zu großen Aufwand an Empfangsantennen bedeutet
Aus der CH-PS 5 92 887 ist ein Verfahren zur Spiegeleffekt-Korrektur in Zielfolgeradaranlagen mit wenigstens drei Primärstrahlern bekannt, von denen mindestens zwei derart ausgerichtet sind, daß eine durch die Längsachsen von deren Strahlungscharakteristika verlaufende Ebene zumindest angenähert senkrecht zur spiegelnden Fläche steht, wobei in einem Summen-Differenz-Netzwerk aus den von Primärstrahlern empfangenen Echosignalen nebst einem Summensignal noch zwei Differenzsignale und zusätzlich ein in mindestens einem Meßintervall gebildetes Kreuztermsignal erzeugt werden.
Nach diesem Verfahren wird aus diesen Signalen ein in zwei Komponenten Ekq, Ekp zerlegtes Winkelfehlersignal erzeugt und in einer Signalverarbeitungsstufe ein Korrektursignal Fj nach der Formel
Fa = —
+ Fa
gewonnen, um das durch Spiegeleffekte verfälschte Winkelfehlersignal zu korrigieren. In dieser Formel ist:
Eiiq = durch Spiegeleffekte verfälschter Winkelfehlersignalanteil in Quadratur zum Summensignal
Ekp = aus der Kreuztermfunktion gewonnener Winkelfehlersignalanteil in Phase zum Summensignal
Ekq = aus der Kreuztermfunktion gewonnener Winkelfehlersignalanteil in Quadratur zum Summensignal
FiH = Rest-Korrekturglied.
Ein solches Verfahren ist zwar zur Korrektur einer durch spiegelnde Flächen hervorgerufenen Mißweisung in Zielfolgeradargeräten sehr gut geeignet, wird aber dem allgemeinen Zweizielfall nicht gerecht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, die es gestattet, die Verfolgungsgenauigkeit im allgemeinen Zweizielfall wesentlich zu verbessern und eine korrekte Nullstelle für die Radarwinkelfehlerspannungen sowohl bei Ausrichten der Radarachse auf das eine wie auf das andere Ziel zu erhalten, wodurch die Winkelfehler stark reduziert und das Springen der Radarachse zwischen den Zielen und außerhalb derselben vermieden werden können.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Anordnung erreicht, wie sie im Anspruch 1 gekennzeichnet ist.
Eine solche Anordn;i.·:·. kann beispielsweise vier Primärstrahler aufweisen. Obwohl nach einer Studie von Peyton Z. Peebles Jr. (lEEE-AES-7, No. 6, Nov. 1971) eine Zielfolgeradaranlage mit nur vier Primärstrahlern grundsätzlich nicht zur vollständigen Lösung des Zweizielproblems genügt, kann in der Regel durch die Anordnung eine wesentlich kleinere Abweichung der Radarachse vom gewünschten Zielpunkt erreicht werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es sinnvoll, das zur Korrektur notwendige Funktionsfehlersignal ζ direkt aus einem Regelverstärker zu gewinnen, in welchem die Regelschleife so angeordnet ist, daß das Quadratur-signal im Kreuzkanal eine konstante Amplitude annimmt Damit entfällt die Notwendigkeit, den zugehörigen Doppelverstärker gegenüber denjenigen des Summen-, Elevations- und Azimutkanals im Gleichlauf zu halten. Ebenso erweist es sich als vorteilhaft das Funktionsfehlersignal ζ in gleicher Weise zur Korrektur des Azimut- und des Elevationsfehlers benutzen zu können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können ferner die Strahler derart um die Drehachse drehbar angeordnet sein, daß sich für beliebige Zielkonfigurationen jederzeit optimale Fehlersteilheiten im Kreuztermsignal erreichen lassen.
Fig. 1 zeigt schematisch die Positionen von zwei Flugzeugen A und B, die sich in beliebiger Lage, jedoch innerhalb des Radarvolumens VR befinden. Die gewählte Darstellung enthält die Radarachse O im Ursprung normal zur Zeichenebene; die Winkelkoordinaten des Radars sind durch die Achsen AZ\m A/imut und EL in der Elevation vorgegeben.
Betrachtet man die Verbindungsstrecke AB und deren Mittennormalebene N, so kann diese als virtuelle Spiegelebene aufgefaßt werden. Ebenso ist dann A das Spiegelbild von B in bezug auf diese virtuelle Spiegelebene und umgekehrt. Durch Zerlegung der Spiegelung an der unter beliebigem Raumwinkel stehenden virtuellen Spiegelebene in eine Komponente in Richtung Azimut und eine solche in Richtung Elevation kann die Steuerung der Radarachse auf das Ziel A oder ßermöglicht werden.
Die Korrekturformeln in den beiden Winkelkoordinaten lauten dann
= En- Ei0 ■ ζ +
= korrigiertes Eievationsfehlersignal
= E.\i'-E.\,j ■ ζ + FiH., =
= korrigiertes Azimutfehlersignal
Das Zielfolgeradargerät nach Fig. 2 verwendet eine Monopulsantenne 1 mit den Primärstrahlern (engl. »feed«) A\ B', C und D' zum Empfang von Echosignalen a. b, c und d, aus denen in einem nachgeschalteten Summen-Differenz-Netzwerk 2 folgende Nutzsignale gewonnen werden:
Ein Summenfunktionssignal
F, =a + b+c+d
zwei Diffcrenzfunktionssignale
Fm = d-b
und
sowie ein Kreuztermfunktio.issignal
Fjk = (a + c)-(b + d)
Diese Echosignale können genau gleich im Summen-Differenz-Netzwerk behandelt werden, wie es in der CH-PS 5 92 887 beschrieben wird.
In einem eingangsseitig mit den Nutzsignalen beaufschlagten Diskriminator 3 wird je ein Winkel-
fehlerfunktionssignal des Seitenwinkels
FA = FdJFs
und des Höhenwinkels
Fe = FdElFs
aufbereitet, mit welchem eingangsseitig eine Haupt-Signalverarbeitungsstufe 4/4 beaufschlagt wird, aus welcher
ein durch den Zweizieleffekt verfälschter Azimut-Winkelfehlersignalanteil
Eap — Rc[Fa(Yu Yi)] in Phase zum Summensignal,
ein durch den Zweizieleffekt verfälschter Elevations-Winkelfehlersignalanteil
Eep = Re [Ftf/YiÄ) ] in Phase zum Summensigna!,
ein durch den Zweizieleffekt verfälschter Azimut-Winkelfehlersignalanteil
Eaq = Im [Fa(Yu Yi) ] in Quadratur zum Summensignal
und ein durch den Zweizieleffekt verfälschter Elevations-Winkelfehlersignalanteil
Eeq = Im[FE(X],X2)] in Quadratur zum Summensignal
gewonnen werden,
worin
Re = Realteil
Im = Imaginärteil
X1, X2= Winkel in bezug auf die Peilachse (engl. »boresight«) in der Höhenwinkelebene
V1, Y2 = Winkel analog zu Xu X-i in der Seitenwinkelebene (nicht dargestellt).
Ebenfalls im Diskriminator 3 wird ein Winkelfehlerfunktionssignal des Kreuzterms
FK = FdKIFs
gewonnen, mit welchem eingangsseitig eine Hilfs-Signalverarbeitungsstufe 4ß beaufschlagt wird, aus welcher ein Funktionsfehlersigna!
cot0 =
Im[F K(XX. X1AuY2)]
gewonnen wird. Eine Korrekturschaltung 5 wird eingangsseitig einerseits mit diesem Funktionsfehlersignal ζ und andererseits mit den Ausgangssignalen Eap, Eep, Eeq aus der Haupt-Signalverarbeitungsstufe beaufschlagt.
Die Korrekturschaltung 5 gibt sowohl das korrigierte Azimutwinkelfehlersignal
ε» = Eap + Faa
als auch das korrigierte Elevationswinkelfehlersignal
ab. Ein Rechner 6 kann bedarfsweise ebenfalls an diese Korrekturschaltung 5 angeschlossen werden.
In Fig.3 ist ein Diskriminator aufgezeigt, der beispielsweise an Stelle des Diskriminators 3 in F i g. 2 eingesetzt werden kann. In diesem Diskriminator sind fünf Produktdemodulatoren 11, 12, 13, 14, 15, deren Ausgänge je mit dem Eingang einer jeden von fünf Tor- und Dopplerextraktionsschaltungen 21, 22, 23, 24, 25
verbunden sind, und vier auf Summe normierte Dopplerverstärker 31,32,33,34 vorhanden.
Dabei sind die Ausgänge der Tor- und Dopplerextraktionsschallungen 21, 22, 23 und 24 je einem Signal-Eingang der Dopplerverstärker 31,32,31,32.31, 32, 33 und 34 zugeführt, deren Regeleingänge gemeinsam mit dem Ausgang eines Summiergliedes 61 verbunden sind.
Zudem ist der Ausgang des Dopplerverstärkers 33 über eine Referenzschaltung 41 zur Bildung der Signale in Phase zum Summensignal, forthin Summen-Inphasenreferenzschaltung genannt, und einen nachgeschalteten Multiplikator 51 mit dem ersten Eingang des Summiergliedes 61 und der Ausgang des Dopplerverstärkers 34 über Referenzschaltung 42 zur Bildung der Signale in Quadratur zum Summensignal, forthin Summen-Quadraturreferenzschaltung genannt, und einen nachgeschalteten Multiplikator 52 mit dem zweiten Eingang des Summiergliedes 61 verbunden. Dabei sind beide Eingänge der Multiplikatoren 51 und 52 gemeinsam angeschlossen.
Der Diskriminator in F i g. 3 funktioniert nun folgendermaßen: Die aus dem Summen-Differenz-Netzwerk 2 (siehe F i g. 2) kommenden Signal F5, FdA FdE und FdK werden in den Produktdemodulatoren 11, 12, 13 und 15 durch Produktbildung mit dem Koho-Signal empfangskohärent demoduliert. Durch eine zusätzliche Demodulation im Summenkanal jedoch mit dem um den Phasenwinkel φ= gedrehter Koho-Signal aus dem Phasenschieber 71, wird im Produktdemodulator 14 eine Quadraturkomponente gebildet.
In den Tor- und Dopplerextraktionsschaltungen 21, 22, 23, 24 und 25 werden dann alle Signale ausgetastet, integriert und nach einem Haltekreis einem Dopplerfilter zugeleitet. In den anschließenden Dopplerverstärkern 31, 32, 33 und 34 werden die entsprechenden Signale derart verstärkt, daß die Amplitude des Summenkanals konstant bleibt, d. h. es gilt
ρ + Q1 = konstant
worin / das Summen-Inphasenreferenzsigna! am Ausgang der Summen-Inphasenreferenzschaltung 41 und ζ das Summen-Quadraturreferenzsignal am Ausgang dei Summen-Quadratur-Referenzschaltung 42 ist.
Die Ausgänge der Dopplerverstärker 31 und 32 sowif der Ausgang der Tor- und Dopplerextraktionsschaltun§ 25 sind auch Ausgänge des Diskriminators 3, wobei die entsprechenden Ausgangssignale Fa, Ffbzw. Fk sind.
Die Haupt-Signalverarbeitungsstufe 4/V in Fig.t weist 4 Multiplikatoren 43,44, 45,46 auf, von denen dif Eingänge der zwei ersten 43; 44 gemeinsam mit derr Seitenwinkelsignal FA und die Signaleingänge der zwe letzten 45, 46 gemeinsam mit dem Höhenwinkelsigna Fe beaufschlagt sind, wobei die Referenzeingänge dei Multiplikatoren 43 und 45 gemeinsam mit den Summen-Inphasen-Referenzsignal / und die Referenz eingänge der Multiplikatoren 44 und 46 gemeinsam mi dem Summen-Quadraturreferenzsignal Q (siehe aucl F i g. 3) beaufschlagt sind. Die Ausgänge der Muhiplika toren 43, 44, 45 und 46 geben die Signale EAp, EAQ, EE bzw. Efljab.
Die Hilfs-Verarbeitungsstufe 45 in F i g. 4 weist zwe Multiplikatoren 47 und 48 auf, deren Signaleingängi gemeinsam mit dem Ausgang eines Doppelverstärker 35 verbunden sind, dessen Eingang mit dem Signal F, (siehe auch F i g. 3) beaufschlagt und dessen Steuerein
gang mit dem Ausgang des Multiplikators 48 verbunden ist
Dabei ist der Referenzeingang des Multiplikators 48 mit dem Summen-Quadraturreferenzsignal Q und der Referenzeingang des Multiplikators 47 mit dem Summen-Inphasen-Referenzsignal / beaufschlagt. Der Ausgang des Multiplikators 47 liefert das Funktionsfehler-Signal ζ und ist somit zugleich der Ausgang der Hilfs-Verarbeitungsstufe 4fi
In Fig.4 ist auch eine mögliche Realisierung der Korrekturschaltung S mit Multiplikatoren 53 und 54 angegeben, deren Ausgänge je mit dem einen Eingang eines jeden von zwei Subtrahiergliedern 62 bzw. 63 verbunden sind, wobei der andere Eingang des Subtrahiergliedes 62 mit dem Signal EAp\ynA der andere Eingang des Substrahiergliedes 63 mit dem Signal Eep beaufschlagt ist Die ersten Eingänge der Multiplikatoren 53 und 54 sind gemeinsam mit dem Funktionsfehlersignal ζ und deren zweite Eingänge je mit dem Signal fT/tpbzw. £fc>beauf schlagt
Die Ausgänge der Subtrahierglieder 62 und 63 liefern
20
dementsprechend näherungsweise die korrigierten Fehlersignale εΛ und ε*, welche wie folgt ausgedrückt werden können:
sx-Eap—Eaq ■ ζ wEep-Eeq ■ ζ
Zusammenfassend wird bei der angegebenen Anordnung zur Verbesserung der Winkelvermessung bei einem im allgemeinen Zweizielfall arbeitenden Folgeradar durch Korrektur der Azimut- und Elevationswinkelfehlersignale aus den von mindestens drei Primärstrahlern empfangenen Echosignalen ein Funktionsfehlersignal ζ erzeugt, welches aus dem Quotienten bestimmt wird, der durch den aus einer Kreuztermfunktion gewonnenen Winkelfehlersignalanteil in Phase zum Summensignal und den aus der Kreuztermfunktion gewonnenen Winkelfehlersignalanteil in Quadratur zum Summensignal gebildet wird, und zur Korrektur der Winkelfehlersignale herangezogen wird.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Anordnung zur Verbesserung der Winkelvermessung bei einem Folgeradar mit mindestens drei Primärstrahlern und einem Summen-Differenz-Netzwerk, das aus den von den Primärstrahlern empfangenen Echosignalen nebst einem Summensignal noch zwei Differenzsignale und zusätzlich ein Kreuztermsignal erzeugt, bei der ein Funktionsfehlersignal ζ durch Division des zum Summensignal gleichphasigen Anteils EKp des aus der Kreuztermfunktion gewonnenen Winkelfehlersignals durch den in Quadratur zum Summensignal stehenden Anteil £K(?des aus der Kreuztermfunktion gewonnenen Winkelfehlersignals gebildet wird, bei der ein Elavations-Korrektursignal
F&E = —
mit
Eeq
DE2836292A 1978-02-09 1978-08-18 Anordnung zur Winkelmessungsverbesserung bei einem Summen-Differenz-Folgeradar im Zweizielfall Expired DE2836292C3 (de)

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IN (1) IN150351B (de)
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