DE3024614C1 - Radar-Simulator fuer Flugziele und elektronische Stoermassnahmen (ECM) - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Radar-Simulator für Flugziele und elektronische Störmaßnahmen (ECM) unter Verwendung von Einrichtungen für die Speicherung vorberechneter Flugbahnen und Störmodelle.

Eine Aufgabe der sogenannten elektronischen Kampfführung ist es, den Betrieb von Radargeräten zur Erfassung ruhen­ der oder bewegter Objekte nachhaltig zu stören. Der Be­ diener eines Radargerätes muß durch intensive Schulung lernen, in solchen Situationen die Funktionsfähigkeit des Radars durch gezielte Gegenmaßnahmen beizubehalten. Ein Gegner versucht die Radarerfassung z.B. seiner Flugzeuge dadurch zu verhindern, daß die Radar-Echo­ signale durch Stör-Ausstrahlung überdeckt, mit Stör­ signalen vermengt oder die Echosignale verändert werden. Diese Störmaßnahmen richten sich gegen die Empfangsge­ räte und Auswerteanlagen und ebenfalls gegen die Be­ diener der Radargeräte mit dem Ziel, sowohl die manuelle als auch die automatische Signalauswertung zu erschweren oder unmöglich zu machen. Dazu benutzte Störsender werden entweder aus dem Hinterland betrieben, vom Flugzeug ab­ gesetzt oder an Bord von Flugzeugen mitgeführt. Das Radarpersonal hat die Aufgabe, mit möglichst schnellen Reaktionen diesen Störern durch Gegenmaßnahmen zu be­ gegnen und soweit als möglichst wieder die höchstmög­ liche Empfindlichkeit des Radargerätes herzustellen. Um diese Gegenmaßnahmen wirkungsvoll einsetzen zu können, ist es erforderlich, deren Einsatz zu üben. Für diese Übungszwecke müssen die zu erwartenden Störmaßnahmen wie bei der realen Umweltsituation im Falle einer ernst­ haften Auseinandersetzung zur Verfügung stehen. Für Übungszwecke sind bereits Simulatoren entwickelt worden, die eine künstliche, realistische elektronische Umwelt erzeugen, die auf dem Sichtgerät des Radar-Arbeits­ platzes dargestellt werden kann. Der Radarbediener soll auf diese Weise in die Lage versetzt werden, sich mit den Auswirkungen der üblichen Bedrohungen bekannt zu machen und die nötigen Reaktionen bzw. Gegenmaßnahmen (ECCM) auf diese Bedrohungen zu üben. Flugziele und Störer sollen möglichst wirklichkeitsgetreu nachge­ bildet werden. Dazu können Rechner eingesetzt werden, die entsprechend den zu simulierenden Flugbahnen die augenblicklichen Positionen der Flugzeuge berechnen und in den Simulator eingeben. Es können aber auch be­ stimmte Störmodelle erstellt werden und die Daten der Flugbahnen, nachdem sie berechnet wurden, auf einem Magnetband gespeichert werden.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Flugbahndaten und Störmodelle in einen adressierbaren Speicher ein­ zugeben. Der Simulator liefert aus diesem Speicher in jeder Radar-Periode die Daten zur Darstellung von Zielen und Störern an ein Sichtgerät. Derartige Simulatoren haben den Nachteil, daß für die gleichzeitige Darstel­ lung mehrerer Ziele und/oder Störer eine entsprechende Anzahl von Signalaufbereitungszweigen im Simulator zur Verfügung gestellt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schaltungs­ aufwand bei gleichzeitiger Darstellung mehrerer Ziele und/oder Störer unter Beibehaltung der Wiedergabequalität wesentlich zu verringern.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die einzuspeichernden Daten simulierter Flugziele und Störer nur in jeder n-ten Periode erzeugt werden wobei sich n aus der Beziehung n berechnet, in der PRF die Pulsfolgefrequenz und f_D die Doppler-Grenzfre­ quenz angibt und daß die Daten zwischengespeichert und in jeder der nachfolgenden (n-1) Perioden der Radarim­ pulse wieder ausgelesen werden und daß ferner der Am­ plitudenwert der ausgelesenen Daten mit einer Modulations­ frequenz, die größer als die Dopplergrenzfrequenz (f_D) ist, moduliert wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die für die Festzeichenunterdrückung erfor­ derliche Modulation der Amplitudenwerte der simulierten Signale in einfacher Weise durch Umkehrung des Vorzeichens nach Aufaddierung der in den n-Perioden erzeugten Signale erfolgt.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Radar-Auswerters mit der digitalen Einspeisestelle eines Simu­ lators,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild des Simulators,

Fig. 3 weitere Einzelheiten der Anordnung für die Zwischenspeicherung und die Vorzeichenumkehrung.

Die vom Radarempfänger an den Radar-Auswerter RA ge­ führten Signale gelangen über ein Optimalfilter F an einen Analog-Digital-Wandler ADW, in dem die Signale vor ihrer Weiterverarbeitung digitalisiert werden. Um eine wirklichkeitsnahe Simulation durchführen zu können, müssen die im Simulator SI erzeugten Signale ähnlich aussehen, wie die vom Radarempfänger gelieferten Signale. Die simulierten Ziele bzw. Störer werden digital er­ zeugt und dem Datenformat des Radar-Auswerters RA an­ gepaßt. Die Einspeisung erfolgt nach dem Analog-Digital- Wandler ADW z.B. in den I-Kanal eines Addierwerkes ADD, mit dem die simulierten Signale zu den Signalen des Radar-Empfängers addiert werden. Ist der Simulator SI nicht angeschlossen, so sorgt eine Kennung dafür, daß dieses Addierwerk nur jeweils die Zahl "0" addiert und nur die aktuelle Luftlage dargestellt wird.

Die Einspeisung der simulierten Signale erfolgt in der Videolage des Radargerätes. Die Aufbereitung der simu­ lierten Ziele bzw. Störer wird dadurch vereinfacht, wodurch wiederum eine Kosteneinsparung für den Simula­ tionsaufwand erreicht wird. Die simulierten Ziele bzw. Störer können zusätzlich zu der vorhandenen Luftlage eingespielt werden. Die Ausgangssignale des Addier­ werkes ADD werden nach Festzeichenunterdrückung in einem MTI-Filter über ein Anzeige-Steuerteil AST auf einem nicht dargestellten Sichtgerät zur Anzeige gebracht.

Anhand der Fig. 2 wird der Aufbau und die Funktion des Simulators näher erläutert. Über ein Ein-/Ausgabeteil EAT erhält der Simulator vom Radargerät die notwendigen Stimuliersignale wie Grundtakt, Pulsfolgefrequenz (PRF), Winkelinformation über Antennenstellung sowie verschiedene Zustandsaussagen des Radargerätes. Der Simulator ist für die Simulation von z.B. 3 Zielen bzw. Störern, die gleichzeitig und unabhängig voneinander ein vorgege­ benes Programm absolvieren, ausgebildet.

Dieses Programm für einen Ziel/Störflug wird als Stör­ modell bezeichnet. Als Informationsträger der Störmodelle werden Festwertspeicher (z.B. EPROM, PROM) ausgewählt. In einem Festwertspeicher sind die Parameter der Flug­ route eines Zieles/Störers als Funktion der Zeit abge­ speichert. Die Störmodelle selbst werden ohne Mitwirkung des Simulators mittels eines Rechners erstellt und stehen dann in Form eines Datenträgers z.B. als Loch­ streifen oder Magnetband zur Verfügung. Mit diesen Datenträgern werden die Festwertspeicher-Module des Simulators programmiert. Um verschiedene Störmodelle simulieren zu können, werden Festwertspeicher, die zur Beschreibung einer Flugroute notwendig sind, in je eine austauschbare Modul-Steckbaugruppe installiert. So ist es möglich, bis zu drei verschiedene Programme von Ziel-/ Störflügen zu kombinieren.

Da für ein Ziel nur während jeder Antennenumdrehung eine genaue Positionsangabe benötigt wird, fällt nur eine relativ kleine Datenmenge an. Diese Daten werden in einem PROM abgespeichert. Die Angabe der einzelnen Positionen für jede Antennenumdrehung ergibt dann die Flugspur, d.h. für jede Position wird ein Entfernungs- und ein Winkelwert z.B. von je 8 Bit benötigt, die unter je einer Adresse des PROMs abgespeichert werden. In einem 1K · 8 Bit-PROM können somit 512 Positionen ge­ speichert werden. Unter der Annahme, daß eine Antenne z.B. 4 Sekunden für eine Umdrehung benötigt, würde ein Programm eine Laufzeit von 30 Minuten haben. Die Daten­ erneuerungsrate ergibt sich aus der Umdrehungszahl pro Minute der Radarantenne. Es muß jedoch dafür gesorgt werden, daß mit jeder Antennenumdrehung neue Bahndaten vorliegen. Mit Hilfe eines Bedienfeldes BF kann ausge­ wählt werden, ob alle Störprogramme zusammen oder einzeln ausgelesen werden sollen. Der Simulationsvorgang kann angehalten werden oder von einem bestimmten Punkt ge­ startet bzw. wiederholt werden. Hierzu wird am Bedien­ feld die Adresse der einzelnen Module angezeigt, die gerade ausgelesen werden. Zur Erzeugung der künstlichen Ziele und Störer arbeitet der Simulator mit den Takten, die vom Radargerät abgeleitet werden. Eine Ablauf­ steuerung AS sorgt dafür, daß die Daten, die in den einzelnen Modulen gespeichert sind, zum richtigen Zeit­ punkt über einen Datenbus zu den einzelnen Baugruppen für die Signalaufbereitung gelangen. Das Auslesen der Festwertspeicher in den Modulen und die Ansteuerung der einzelnen Verarbeitungseinheiten erfolgt über den Datenbus im Zyklus der Pulsfolgefrequenz (PRF).

Um ein Flugziel zu simulieren, muß in jeder PRF-Periode das Ziel gemäß seinen Entfernungsabständen generiert werden, wenn es die Hauptkeule der Antenne überstreicht. Hierzu wäre es notwendig, entsprechend der Anzahl der zu simulierenden Ziele, die gleiche Anzahl Signalaufberei­ tungszweige zur Verfügung zu haben. Überlegungen beim MTI-Radar zeigen jedoch, daß es genügt, wenn nicht während jeder PRF-Periode ein Ziel erzeugt wird, sondern nur während jeder n-ten Periode wobei das Kriterium PRF/n f_D gilt. Darin ist f_D die Dopplergrenzfrequenz oberhalb der noch ein bewegtes Ziel erkannt wird. Unterhalb f_D wird das Echo als Festzeichen gewertet. Dies hat zur Folge, daß man n Ziele hintereinander mit derselben Anordnung simulieren kann.

Im vorliegenden Fall werden im Zeitmultiplex-Verfahren, z.B. drei Ziel-/Störerpositionen gebildet. Jedes Ziel/ Störer wird also jede dritte Radarperiode simuliert. Das Verfahren, die simulierten Ziele im Zeitmulitplex zu erzeugen, hat überdies den Vorteil, daß Baugruppen zur parallelen Signalaufbereitung eingespart werden können.

Zur Beschreibung einer Zielposition und der zugehöri­ gen Parameter über die Störerart, stehen 48 Bit zur Verfügung. Ist für den Datenbus eine Breite von 8 Bit vorgesehen, dann erfolgt die Übertragung in 6 Schritten, wobei jeweils ein Block mit 8 Bit übertragen wird.

Die Signalaufbereitung erfolgt in einem Impulsgenerator IG, in der ersten PRF-Periode. Zuerst wird die einge­ lesene Entfernungsinformation ausgewertet. In dem Augenblick, in dem die eingelesene Entfernungsinformation gleich ist wie die Laufzeit eines echten Radarechos, wird ein treppenförmiger Impuls erzeugt, der sich über drei oder vier Kanaltakte (Entfernungskanäle) erstreckt. Gleichzeitig wird hier die Fluktuation des Zieles da­ durch simuliert, daß die Amplitude dieser Impulse sich von Antennenumdrehung zu Antennenumdrehung ändert. In einer nachfolgenden Baugruppe IA, die als Impulsauf­ bereiter arbeitet, wird die Amplitude festgelegt, die für den Radarquerschnitt des simulierten Zieles maß­ gebend ist. Da jedes Ziel nur in jeder dritten PRF-Periode erzeugt wird, und da sich die Amplitude in jeder PRF- Periode ändert, erkennt das MTI-Filter im Radar-Auswerter (Fig. 1) das simulierte Ziel immer als Bewegtziel. Wenn auch die Blindgeschwindigkeitskomponente, die beim Tangentialflug auftritt, simuliert werden soll, wird die Amplitude des Zielimpulses entsprechend verringert. Ein entsprechendes Steuersignal kann als Blindgeschwindig­ keitskomponente in den Parametern der gespeicherten Flugspur enthalten sein oder aus den Entfernungsangaben zwischen zwei Adressen abgeleitet werden. Die Korrektur der Zielamplitude erfolgt mit Hilfe eines EPROM oder PROM.

In einem weiteren EPROM sind die Daten abgespeichert, mit denen die Zielamplitude multipliziert werden muß, wenn die Amplitude des simulierten Zieles gemäß der Radargleichung mit 1/R⁴ entsprechend der Entfernung abnehmen soll. Im Simulator kann auch die Dämpfung der Zielamplituden im Nahbereich, die durch die STC erhalten wird, mit hinreichender Genauigkeit nachge­ bildet werden. Je nach Zustand der STC werden aus einem zugehörigen EPROM verschiedene Werte entsprechend der Entfernungsinformation ausgelesen. In einer als Addierwerk AW ausgebildeten nächsten Baugruppe wird das Zielsignal, das bisher unabhängig vom Winkel erzeugt wurde, mit den Werten eines Antennendiagramms multi­ pliziert und anschließend die Signale der Störer zu den simulierten Zielsignalen hinzuaddiert. Die Werte des Antennendiagramms werden einem Antennendiagramm- Speicher SAD entnommen, dem der Winkel des simulierten Zieles aus dem Modul MOL und der nordbezogene Winkel der Radarantenne in serieller Form aus dem Ein-/Ausgabe­ teil EAT zugeführt wird. Die am Ausgang des Addier­ werks AW erhaltene Summe aus simulierten Ziel- und Störsignalen wird in einem Multiplizierer MAD mit den Werten des Antennendiagramms multipliziert. Entsprechend der Realität, daß das Radarsignal beim Senden und als Radarecho beim Empfang je einmal die Antenne während die von außen kommenden Störsignale nur einmal die An­ tenne durchlaufen, werden die Zielsignale in dieser Baugruppe zum zweitenmal die im Addierwerk AW hinzu­ addierten Störer jedoch zum ersten Mal mit den Werten des Antennendiagramms multipliziert. Nach der Multipli­ kation werden die simulierten Signale serialisiert und über den Ein-/Ausgabeteil EAT zur Steuereinheit und zum Auswerter (Fig. 1) weitergegeben.

Die Erzeugung der Störer erfolgt in verschiedenen Bau­ gruppen. Die Verdeckungsstörer (Rauschstörer) werden von einem schnellen Zufallsgenerator im Ablaufsteuer­ teil AS abgeleitet und im Impulsaufbereiter IA mit einem Faktor multipliziert, der den Zusammenhang zwischen Störintensität und Entfernungsabhängigkeit angibt. Die Störintensität oder Amplitude des Störers ist als Parameter des Störerprogramms in den einzelnen Modulen festgelegt. Der Zusammenhang zwischen der einstellbaren Amplitude des Störers, dessen Störleistung mit 1/R⁴ mit der Entfernung abnimmt und Entfernung bildet den Inhalt eines EPROMs. Dadurch ist es möglich, daß die Intensität in Abhängigkeit der Entfernung variiert, ohne daß diese Parameter bei der Erstellung des im Modul gespeicherten Störprogramms berücksichtigt werden müssen. Der STC-Einfluß auf den Störer wird in der Baugruppe AW mittels einer STC-Nachbildung durch Multi­ plikation mit einem Faktor berücksichtigt. Die weitere Aufbereitung erfolgt, nachdem die Signale des Rausch­ störers zu den simulierten Zieldaten im Addierwerk AW hin­ zuaddiert sind.

Die Erzeugung von Pulsstörern erfolgt mittels eines PRF-Generators im Ablaufsteuerteil AS, der asynchron zu den Radarimpulsen PRF erzeugt. Im Impulsgenerator EG werden aus diesen asynchronen PRF-Impulsen treppen­ förmige Impulse erzeugt, die sich über drei Kanaltakte erstrecken. Die Pulslänge dieser Impulse kann durch vor­ gegebene Werte im Modul erhöht werden. Zur Erzeugung von Wiederholstörpulsen wird im Modul der Abstand und die Anzahl der zu wiederholenden Impulse angegeben. Diese Information startet den Impulsgenerator IG so oft bis die vorgegebene Anzahl abgearbeitet ist.

Während es einerseits ausreicht Zieldaten nur in jeder n-ten Periode zu erzeugen, bereitet dieses Verfahren Schwierigkeiten, wenn Störer insbesondere Rauschstörer nur in jeder n-ten Periode zur Verfügung stehen, da die im Radargerät wirksamen ECCM-Maßnahmen nicht der Reali­ tät entsprechend arbeiten und Störer vom Auswerter nicht richtig erkannt werden. Es muß daher verlangt werden, daß insbesondere Rauschstörer in jeder Periode zur Ver­ fügung stehen. Diese Forderung wird dadurch erfüllt, daß die in einer PRF-Periode erzeugten Signale gespeichert und in den darauffolgenden PRF-Perioden wieder abgerufen werden. Diese Signale werden dann zu den Signalen die in der nächsten PRF-Periode erzeugt werden addiert. Die Speicherung der Signale erfolgt in einem Schreib-Lese- Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM). Eine Schaltung zur Verwirklichung dieser Erforderung ist in Fig. 3 dargestellt.

Die in dem jeweiligen Entfernungstor erzeugten Signale, werden unter der Adresse dieses Entfernungstores über einem Antennendiagramm-Multiplizierer AM in die Schreib- Lese-Speicher SSL 1, SSL 2, SSL 3, eingelesen und in den darauffolgenden Perioden bis zur n-ten Periode wieder ausgelesen. Die Schreib-Lesespeicher sind über je einem weiteren Eingang mit einem nicht dargestellten Entfer­ nungstorzähler verbunden.

Für das Einlesen der Signaldaten benötigt man für jedes Ziel bis zur (n-1)-ten Periode jeweils einen Schreib- Lese-Speicher also insgesamt n Speicher. Die Steuerung der Speicher erfolgt mittels einer Ein-/Aus-Lese-Steue­ rung EAL die auch aus einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) besteht. Damit die wieder ausgelesenen Daten die Eigen­ schaft eines Bewegtzieles behalten, muß die Amplitude wieder moduliert werden. Dies geschieht in einfacher Weise durch Änderung des Vorzeichens in einem Vorzeichen­ wechsler VW der von der Pulsfolgefrequenz PRF gesteuert wird, nachdem die in den n-Perioden erzeugten Signale in den Addierstufen AD 1 und AD 2 aufaddiert wurden. Der Vorzeichenwechsler kann dabei in jeder Periode oder in jeder 2. Periode der Pulsfolgefrequenz erfolgen. Die am Ausgang des Vorzeichenwechslers VW erhaltenen Signale von Zielen und Störern haben eine Datenbreite von z.B. 12 Bit. Zur Übertragung zum Radargerät werden diese Daten in einer Schaltung S serialisiert. Das geschieht durch paralleles Einlesen in ein Schieberegister am Ausgang des Vorzeichenwechslers VW und durch Auslesen mittels eines Grundtaktes.

Claims (5)

1. Radar-Simulator für Flugziele und elektronische Stör­ maßnahmen (ECM) unter Verwendung von Einrichtungen für die Speicherung vorberechneter Flugbahnen und Stör­ modelle, dadurch gekennzeichnet, daß die einzuspeichernden Daten simulierter Flugziele und Störer nur in jeder n-ten Periode erzeugt werden wobei sich n aus der Beziehung berechnet, in der PRF die Pulsfolgefrequenz und f_D die Doppler-Grenz­ frequenz angibt und daß die Daten zwischengespeichert und in jeder der nachfolgenden (n-1) Perioden der Radar­ impulse wieder ausgelesen werden und daß ferner der Amplitudenwert der ausgelesenen Daten mit einer Modula­ tionsfrequenz, die größer als die Dopplergrenzfrequenz (f_D) ist, moduliert wird.

2. Radar-Simulator nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Modulation der Amplituden­ werte durch Umkehrung des Vorzeichens nach Aufaddierung der in den n Perioden erzeugten Signale erfolgt.

3. Radar-Simulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorzeichenumkehrung in jeder oder in jeder zweiten Periode erfolgt.

4. Radar-Simulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung simulierter Daten einer Anzahl n Ziele und/oder Störern im Zeitmultiplexverfahren erfolgt.

5. Radar-Simulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenspeicherung der Daten in einem Schreib-Lese- Speicher (SSL 1, SSL 2, SSL 3) mit wahlfreiem Zugriff jeweils unter der Adresse desjenigen Entfernungstores erfolgt, in dem die simulierten Signale erzeugt wurden.