DE3127060A1 - Radargeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Radargerät mit Mitteln zur Aussendung von Energieimpulsen und zum Empfang entspre­ chender, in Abhängigkeit von den ausgesendeten Impulsen zu­ rückgekehrten Impulsen.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch Mittel zum Vergleich des Zeitintervalls des Auftretens jedes zurückge­ kehrten Impulses mit dem eines weiteren Impulses, der eine vorgegebene Phasenbeziehung mit dem entsprechenden ausgesen­ deten Impuls hat, um eine Kette modifizierter Impulse zu er­ zeugen, von denen jeder eine Dauer hat, die auf das Zeitinter­ vall des Auftretens bezogen ist, welches dem entsprechenden zurückgekehrten und dem weiteren Impuls gemeinsam ist, und Mittel, um während der Dauer jedes modulierten Impulses das Integral aus einer Kombination von invertierten und nicht in­ vertierten Teilen des modifizierten Impulses zu bilden, wo­ bei diese Teile an vorgegebenen Stellen während der Dauer je­ des weiteren Impulses auftreten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die genannte Kombination zusätzlich zu den invertierten und nicht invertierten Teilen unterdrückte Teile.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die­ se Teile und ihre zeitlichen Verläufe in bezug auf den weite­ ren Impuls durch Impulsübergänge von bipolaren, impulsförmigen Bezugssignalen definiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnun­ gen näher erläutert. In den Zeichnungen bedeuten:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radar­ gerätes,

Fig. 2 Signal-Amplituden-Zeitdiagramme und grafische Darstellungen der Entfernungsgesetze zur Er­ läuterung der Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Gerätes,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer anderen Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäß ausgebil­ deten Radargerätes und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Zeitgeberschaltung zusammen mit Signal-Amplituden-Zeitdiagram­ men zur Erläuterung ihrer Arbeitsweise.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Radargerät wird ein Oszillator 1, der eine kontinuierliche Welle erzeugt, durch einen von einer Zeitgeberschaltung 4 gesteuerten Schalter 3 periodisch mit einer Sendeantenne 2 verbunden, um einen Trä­ ger zu erzeugen, der durch Rechteckimpulse mit einem Tastver­ hältnis und einer Impulswiederholungsfrequenz (p. r. f.) modu­ liert wird, das bzw. die durch die Schaltung 4 bestimmt sind. (Natürlich kann anstelle der Verwendung eines eine kontinuier­ liche Welle erzeugenden Oszillators und eines Schalters ein Oszillator verwendet werden, der durch die Schaltung 4 ein­ und ausgeschaltet wird). Ein Teil der ausgesendeten Energie wird über einen Koppler 8 an eine Mischschaltung 5 gekoppelt und wirkt sowohl als örtliches Oszillatorsignal LO als auch als Torsignal. Die Mischschaltung 5 wirkt somit als Entfernungs­ tor und erzeugt während des gemeinsamen Auftretens von jedem ausgesendeten Impuls und seinem entsprechenden Echoimpuls, der von einer Antenne 2′ empfangen wird, einen Videoimpuls. Die Videoimpulse sind im allgemeinen bipolar, d. h. sie können positiv oder negativ sein, wobei zwischen den Impulsen eine Nullstelle liegt. Die Zeit, in der jeder ausgesendete Impuls vorhanden ist, und die Zeit, in der jedes örtliche Oszillatorsignal vorhanden ist, stellt einen kleinen Bruchteil der Zwischen-Impulsperiode dar. Typisch ist sie 1/4 der Zwischen-Impulsperiode, d. h. die ausgesendeten Impulse und der örtliche Oszillator haben ein Tastverhältnis von 1 : 4.

Der Videoimpuls wird einer ersten Mischschaltung M 1 zugeführt, die ebenfalls ein erstes Bezugssignal R 1 empfängt. Das Signal R 1 ist eine bipolare Rechteckwelle mit konstanter Amplitude, die abwechselnd während gleicher Zeiten positiv und negativ ist. Das Signal R 1 hat einen solchen zeitlichen Verlauf in bezug auf die ausgesendeten Impulse, daß es einen Übergang E vom Positiven ins Negative zwischen einer "Marke" M (d. h. einem positiven Teil von R 1) und einem "Zwischenraum" S (d. h. einem negativen Teil von R 1) enthält, wobei der Übergang in die Dauer des ausgesendeten Impulses fällt. Bei dem dargestell­ ten Ausführungsbeispiel befindet sich der Übergang in der Mitte des ausgesendeten Impulses. Die Wiederholungsperiode des Be­ zugssignals R 1 ist gleich der ausgesendeten Impulslänge (die gleich der Impulslänge des örtlichen Oszillators ist). Die Negativ-Positiv-Übergänge von R 1 sind auf den Beginn und das Ende des ausgesendeten Impulses ausgerichtet.

Der Ausgang der Mischschaltung M 1 ist in Fig. 2 in Abhängigkeit von den Signalen R 1 und VIDEO dargestellt. Der Ausgang M 1 enthält den Teil des Signals R 1, der während des VIDEO-Signals auftritt, wobei der Teil positiv vor dem Übergang E und negativ nach diesem ist. Der Mittelwert des Ausgangs M 1 über der Dauer T 2 bis T 1 stellt die Entfernung dar. Dieser Mittelwert ist in Fig. 2 als das Integral von M 1 über der Dauer T 2 bis T 1 dargestellt. Bei der Entfernung Null ist der Echoimpuls vollständig in Koinzidenz mit dem ausgesen­ deten Impuls, und das VIDEO-Signal tritt für die Dauer eines gesamten Zyklus von R 1 mit dem Übergang E in der Mitte des VIDEO-Signals auf und somit wird das Integral von M 1 Null. Wenn die Entfernung zunimmt ändert sich das Integral von M 1 gemäß Fig. 2.

Es ist oft erwünscht, daß ein Radargerät in der Lage ist, ein Ziel bei einer bestimmten Entfernung festzustellen und unempfindlich für ein Ziel außerhalb dieser Entfernung ist. Das in Fig. 1 dargestellte Gerät ist unempfindlich für Ziele bei geringer Entfernung ohne Verwendung einer Verzöge­ rungsleitung zur Verzögerung des örtlichen Oszillators LO. Zu diesem Zweck wird das VIDEO-Signal ebenfalls einer zwei­ ten Mischstufe M 2 zugeführt, die ebenfalls ein zweites Bezugs­ signal R 2 empfängt, das identisch mit dem Signal R 1 ist mit der Ausnahme, daß es R 1 in der Phase um 1/4 der Sendeimpuls­ länge nacheilt und somit während der Dauer des ausgesendeten Impulses zwei Übergänge besitzt, wobei der eine Übergang E 1 vom Positiven ins Negative und der andere E 2 vom Negativen ins Positive verläuft. Das Intergral des Ausgangs M 2 der Mischschaltung M 2 über der Dauer T 2 bis T 1 des VIDEO-Signals ändert sich mit der Entfernung gemäß Fig. 2. Eine Subtrak­ tionsschaltung 7 subtrahiert den Ausgang M 2 vom Ausgang M 1 um das Entfernungsgesetz zu erzeugen, das für M 1-M 2 in Fig. 2 dargestellt ist. Man sieht, daß dieses Entfernungsgesetz für die Entfernungen Null bis x = Null ist und sich dann von x mit zunehmender Entfernung wie dargestellt, ändert. Somit spricht das Radargerät auf nahe Ziele nicht an. Es sei be­ merkt, daß Fig. 2 ein Spannungs-Entfernungsgesetz zeigt, das den durch die Ausbreitung im Raum eingeführten inversen quadratischen Faktor ignoriert.

Bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 werden die Bezugs­ signale mit dem VIDEO-Signal vor der Subtraktion und Integra­ tion gemischt. Bei dem Gerät gemäß Fig. 3 werden die Bezugs­ signale R 1 und R 2 subtrahiert, bevor sie einer Mischschaltung M 3 zugeführt werden, wo sie mit dem VIDEO-Signal von der Mischschaltung 5 gemischt werden. Hierdurch wird genau das­ selbe Entfernungsgesetz erzeugt wie mit dem Gerät gemäß Fig. 1.

Der Ausgang der Subtraktionsschaltung 7 in Fig. 1 oder der Ausgang der Mischschaltung M 3 in Fig. 3 wird einer Signalverarbeitungsschaltung 6 zugeführt, die in Einzelheiten in Fig. 1 dargestellt ist. Die Verarbeitungsschaltung 6 ent­ hält eine Reihenanordnung eines Doppler-Filters 61, eines Hüllkurvendetektors 62 und eines Integrators 63.

Das Doppler-Filter 61 hat folgenden Zweck. In der Praxis wird der von der Antenne 2 ausgesendete Impuls zur Empfängerantenne 2′ nicht nur über das Ziel, sondern auch di­ rekt empfangen, so daß der Echoimpuls überdeckt wird, mit dem er in der Zeit übereinstimmt. Der vom Ziel zurückgekehrte Impuls hat jedoch eine Doppler-Modulation aufgrund der relati­ ven Bewegung zwischen Radargerät und Ziel. Somit erlaubt die Doppler-Modulation, daß der Teil des Signals am Ausgang der Mischschaltung, der die gewünschte Information erzeugt, von dem Doppler-Filter 61 festgestellt werden kann.

Die Integration der Ausgänge der Mischschaltungen M 1 und M 2 oder M 3 liegt in der Natur der Wirkungsweise des Dopp­ ler-Filters 61.

Die Doppler-Modulation selbst wird ebenfalls modu­ liert, und für eine bestimmte Anwendung dienen so der Detektor 62 und der Integrator 63 zur Glättung der Hüllkurve der Dopp­ ler-Modulation.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Zeitgeberschal­ tung 7 in Fig. 1 oder 3. Ein Taktgeber 40 erzeugt eine Impuls­ kette mit einer Impulswiederholungsfrequenz, die viermal so groß ist wie die der ausgesendeten Impulse. Diese Impulskette wird über eine Reihenanordnung von bistabilen Schaltungen 41 und 42 dem Schalter 3 zugeführt. Der Ausgang der ersten bista­ bilen Schaltung 41 dient als Bezugssignal R 1. Die vom Taktge­ ber erzeugte Impulskette wird ferner über einen Inverter 43 einer weiteren bistabilen Schaltung 44 zugeführt, um das Be­ zugssignal R 2 zu erzeugen, das R 1 in der Phase um π/2 nach­ eilt.

Durch Ableitung der ausgesendeten Impulse und der Signale R 1 und R 2 von einem gemeinsamen Taktgeber 40 läßt sich einfacher sicherstellen, daß die gewünschten zeitlichen Be­ ziehungen aufrechterhalten werden. Ferner kann eine Entfer­ nungsverkürzung durch Erhöhung der Taktfrequenz bei Aufrecht­ erhaltung der erforderlichen zeitlichen Beziehungen erreicht werden.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird der bipolare VIDEO-Impuls durch Invertierung der Polarität von Teilen innerhalb des Impulses geändert, wäh­ rend andere Teile nicht invertiert werden. Zusätzlich können einige Teile vollständig ausgeblendet werden. Dieser geänderte Impuls wird dann über der Dauer des VIDEO-Impulses integriert. Die zu invertierenden oder nicht zu invertierenden oder aus­ geblendeten Teile werden durch Übergangszeiten bestimmt, die durch die Bezugssignale definiert sind. Bei den Ausführungs­ beispielen gemäß Fig. 1 und 2, und wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird die Dauer M 1- M 2 des Videoimpulses in vier Teile P 1 bis P 4 geteilt. Bei P 1 wird der Videoimpuls ausgeblendet; bei P 2 wird er nicht invertiert; bei P 3 wird er ausgeblendet, und bei P 4 wird er invertiert.

Das in Fig. 1 dargestellte Gerät erzeugt ein Signal das die Entfernung darstellt, das aber auch das Reflexions­ vermögen eines Ziels darstellt. Um ein Signal zu erzeugen, das nur die Entfernung darstellt, kann ein Normierer 10 bekannter Bauart verwendet werden. Der Normierer bildet das Verhältnis des Signals, das der Entfernung und Reflexionen unterworfen ist, zu einem beispielsweise von dem VIDEO-Ausgang der Misch­ schaltung 5 abgeleiteten Signal, das die Signalstärke (Re­ flexionsvermögen) darstellt.

Claims (10)

1. Radargerät mit Mitteln zur Aussendung von Energie­ impulsen und zum Empfäng entsprechender, in Abhängigkeit von den ausgesendeten Impulsen zurückgekehrten Impulsen, gekenn­ zeichnet durch Mittel zum Vergleich des Zeitintervalls des Auftretens jedes zurückgekehrten Impulses mit dem eines wei­ teren Impulses, der eine vorgegebene Phasenbeziehung mit dem entsprechenden ausgesendeten Impuls hat, um eine Kette modi­ fizierter Impulse zu erzeugen, von denen jeder eine Dauer hat, die auf das Zeitintervall des Auftretens bezogen ist, welches dem entsprechenden zurückgekehrten und dem weiteren Impuls gemeinsam ist, und Mittel, um während der Dauer jedes modifizierten Impulses das Integral aus einer Kombination von invertierten und nicht invertierten Teilen des modifizier­ ten Impulses zu bilden, wobei diese Teile an vorgegebenen Stellen während der Dauer jedes weiteren Impulses auftreten.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Kombination zusätzlich zu den invertierten und nicht inver­ tierten Teilen unterdrückte Teile enthält.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeich­ net, daß die Kombination mehrere nicht invertierte Teile und wenigstens einen invertierten Teil enthält.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Mittel zur Bildung des lnte­ grals Mittel zur Bildung eines bipolaren Bezugssignals ent­ halten, das einen vorgegebenen zeitlichen Verlauf in bezug auf die weiteren Impulse hat, wobei die Polaritätsübergange des Bezugssignals die genannten Teile und deren zeitliche Verläufe zu jedem weiteren Impuls bestimmen, und daß Mittel zum Mischen der modifizierten Impulse mit dem bipolaren Bezugs­ signal vorgesehen sind.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Mittel zur Bildung des Integrals Mittel zur Bildung mehre­ rer bipolarer Bezugssignale enthalten, die entsprechende vor­ gegebene zeitliche Verläufe in bezug auf die weiteren Impulse haben, wobei die Polaritätsübergange der Bezugssignale unter­ schiedliche zeitliche Verläufe besitzen, und daß Mittel zur Bildung eines Signals vorgesehen sind, das die modifizierten Signale gemischt mit einer Kombination der Bezugssignale dar­ stellt.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Kombination eine arithmetische Differenz der Bezugssignale ist.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet daß die Mittel zur Bildung des Integrals mehrere Mischschaltun­ gen enthalten, die jeweils entsprechende Bezugssignale und ge­ meinsam die modifizierten Impulse empfangen, und daß Mittel zur Kombination der Ausgänge der Mischschaltungen vorgesehen sind, um das die Kombination darstellende Signal zu bilden.

8. Gerät nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet daß die Mittel zur Bildung des Integrals Mittel zur Kombina­ tion der Bezugssignale enthalten, und daß eine Mischschaltung vorgesehen ist, die die kombinierten Bezugssignale und die mo­ difizierten Impulse empfängt, um das die Kombination darstel­ lende Signal zu bilden.

9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß Mittel zur Normierung des Inte­ grals vorgesehen sind.

10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Mittel zur Bildung des Inte­ grals ein Signal bilden, das das Integral jedes modifizier­ ten Impulses, moduliert durch eine vorgegebene Doppler- Komponente, darstellt.