DE3152630C1 - Radarantennenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radarantennenanordnung nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Radarantennenanordnung ist aus der US-PS 38 48 255 bekannt, bei der ein Strahler einen Radarstrahl auf einen schräg zu seiner Drehachse angeordneten Reflektor richtet, der seinerseits den Strahl im we­ sentlichen horizontal reflektiert. Der Reflektor ist um die vertikale Dreh­ achse mit gleichbleibendem Neigungswinkel zwischen Reflektor und Drehachse drehbar, so daß das Zielgebiet entsprechend mit gleichbleibendem Strahl­ querschnitt abgetastet wird. Mit einer derartigen Anordnung ist es zumindest problematisch, sehr unterschiedliche Objekte, wie sie einerseits durch sich schnell nähernde Flugzeuge und andererseits durch relativ langsam fliegende und gegebenenfalls über einer Stelle schwebende Hubschrauber, bei denen hauptsächlich die rotierenden Blätter erfaßt werden können, zu erkennen. Um schwebende Hubschrauber erfassen zu können, sind, da nur sehr kurze Zeit­ räume zur Verfügung stehen, um sich vorwärts bewegende Blätter zu erfassen, während bis zum Erscheinen des nächsten Blattes ein wesentlich größerer Zeitraum vergeht, im Vergleich zu sich schnell nähernden Flugzeugen sehr viel größere Verweilzeiten des Radarstrahls notwendig.

Zwar lassen sich zwei derartig unterschiedliche Objekttypen mit­ tels eines Radarstrahls mit kreisförmigem Querschnitt erfassen, jedoch ist hierzu ein sehr großer Strahldurchmesser und damit ein entsprechend lei­ stungsstarker Strahler erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radarantennenanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, mit der es möglich ist, mit geringer Strahlungsleistung sowohl Objekte, deren Erfassung eine kurze Ver­ weilzeit des Radarstrahls erfordert, als auch Objekte zu erfassen, deren Erfassung eine relativ lange Verweilzeit des Radarstrahls erfordert.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1a und 1b zeigen als Diagramm den Querschnitt von zwei bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten Strahlen.

Fig. 2 zeigt eine Radarantennenanordnung in Seitenansicht.

Fig. 3 zeigt schematisch in Seitenansicht die Anordnung von Fig. 2 in einem von zwei Betriebszuständen.

Fig. 4 zeigt die Form des Radarstrahls entsprechend dem Schnitt der Linie IV-IV von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine Ansicht entsprechend Fig. 3 im anderen Be­ triebszustand.

Fig. 6A und 6B zeigen in Seitenansicht und perspektivisch Aus­ schnitte der Anordnung von Fig. 2.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild der Radarantennenanordnung.

Fig. 8 ist ein Sequenzdiagramm zur Verdeutlichung der Umschaltung zwischen den beiden Betriebszuständen.

Fig. 9 zeigt eine Ansicht entsprechend der Linie IX-IX von Fig. 2.

Fig. 10 zeigt eine diagrammartige Seitenansicht der Anordnung ge­ mäß Fig. 9.

Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild der Ausführung gemäß Fig. 9 und 10.

Die Radarantennenanordnung dient zum Aussenden von zwei um 90° zueinander verdrehten Radarstrahlen E mit langgestreckter Querschnittsform, von denen einer beispielsweise eine Breite w von 0,7° und eine Höhe h von 12° (Fig. 1a) und der andere eine Breite w von 12° und eine Höhe h von 0,7° (Fig. 1b) besitzt.

Die Radarantennenanordnung (Fig. 2) umfaßt ein Gestell 10 etwa zur Abstüt­ zung auf dem Boden 11. Auf der Oberseite des Gestells 10 befindet sich eine Antriebseinheit 12 für eine Basis 14, die ein Radom 16 trägt, wobei die An­ triebseinheit 12 über eine Antriebsverbindung 15 zum Drehen der Basis 14 mit dem Radom 16 um eine zur Basis 14 vertikale Drehachse dient. Die Basis 14 umfaßt einen Strahler 20T, der senkrecht zur Grundebene der Basis 14 in Richtung der Drehachse strahlt, so daß der Strahl D auf einen Reflektor 18 im Radom 16 fällt und im wesentlichen senkrecht zur Drehachse als Strahl E abgestrahlt wird (Fig. 3). Von einem Objekt im Zielgebiet reflektierte Strahlen wer­ den vom Reflektor 18 auf einen Empfänger 20R in der Basis 14 reflektiert.

Die Radarantennenanordnung arbeitet in zwei verschiedenen Be­ triebszuständen des Reflektors 18, die in Fig. 3 durchgezogen und gestri­ chelt (18A) dargestellt sind. In der durchgezogen dargestellten Position des Reflektors 18 wird ein Strahl E mit einer Querschnittsform entsprechend Fig. 1a abgestrahlt, während nach Drehung des Reflektors 18 um 90° um seine Dreh­ achse in die Position 18A ein Strahl E einer Querschnittsform gemäß Fig. 1b abgestrahlt wird.

Somit kann die Radarantennenanordnung durch den Umlauf des Reflektors 18 infolge der Drehung der Basis 14 und des Radoms 16 mit der Antriebseinheit 12 mit einem Strahl mit zwei unterschiedlichen Querschnittsformen abtasten, die sich dazu eignen, zwei sehr unter­ schiedliche Objekttypen wie schnell fliegende Flugzeuge und Hubschrau­ ber zu überwachen, wobei die beiden Querschnittsformen der Fig. 1a und 1b jeweils optimal für einen der beiden Objekttypen geeignet sind.

Aus Fig. 5, in der die Betriebsweise dargestellt ist, in der ein Strahl mit einer Querschnittsform gemäß Fig. 1b ausgesandt wird, ist zusätzlich ersichtlich, daß der Reflektor 18 auch in einem anderen Winkel als 45° zur Horizontalen angeordnet sein kann, um einen zur Ho­ rizontalen geneigten Strahl E2 auszusenden.

Die Radarantennenanordnung umfaßt gemäß Fig. 6A und 6B einen Stützrahmen 22 des Radoms 16, dessen Oberteil 22a einen Träger 24 trägt, der zwei elektrische Schrittschaltmotoren 26 und 28 aufnimmt. Der Schrittschaltmotor 26 besitzt eine hohle Abtriebswelle 30, die an einem Rahmen 32 (Fig. 6b) auf der Rückseite des Reflektors 18 endet und dort starr befestigt ist. Der Rahmen 32 besitzt Seitenflansche 34 und 36, die drehbar eine Welle 38 abstützen. Die jeweiligen Enden der Welle 38 sind fest in Augen 40 bzw. 42 befestigt, die am Reflektor 18 angebracht sind.

Die Abtriebswelle 44 des Schrittschaltmotors 28 hat einen kleineren Durchmesser als die Abtriebswelle 30 des Schrittschaltmotors 26 und erstreckt sich durch letzteren und dessen Abtriebswelle 30 so­ wie den Rahmen 32 hindurch, um am freien Ende von einem Lager des Rah­ mens 32 abgestützt zu werden. Eine Schnecke 46 ist auf der Abtriebs­ welle 44 befestigt und kämmt mit einem Schneckenrad 48, das starr mit der Welle 38 verbunden ist. Der Schrittschaltmotor 26 steuert dement­ sprechend die Position des Reflektors 18 relativ zur Drehachse, wäh­ rend der Schrittschaltmotor 28 eine Drehung des Reflektors 18 um die Horizontalachse, d. h. um eine Achse senkrecht zur Drehachse vornehmen kann. Der Schrittschaltmotor 26 dient daher dazu, den Reflektor 18 zwischen den beiden Betriebszuständen zu verdrehen.

Vorteilhafterweise sind Mittel zum Verriegeln der Abtriebs­ wellen 30 und 44 gegen unbeabsichtigtes Verdrehen vorgesehen, wenn die Schrittschaltmotoren 26 und 28 nicht durch Schrittimpulse betätigt werden. Hierzu können beispielsweise die Abtriebswellen 30, 44 recht­ eckigen Querschnitt aufweisen und elektromagnetisch betätigbare Ver­ riegelungsbacken vorgesehen sein, die mit den Abtriebswellen 30, 44 in Eingriff bringbar sind.

Während des Zeitraums, bei dem der Winkel des Reflektors 18 relativ zur Dreh- bzw. hierzu senkrechten Schwenkachse (Horizontalach­ se) geändert wird, ist die Radarantennenanordnung außer Betrieb. Um daher die Positionierung des Reflektors 18 so schnell wie möglich vor­ nehmen zu können, besitzt dieser ein sehr geringes Trägheitsmoment. Er kann beispielsweise aus leichtgewichtigem, jedoch starrem Schaummate­ rial aufgebaut und mit einer reflektierenden Oberfläche versehen sein, die eine dünne Glasfaserschicht umfaßt, welche beispielsweise mit Kup­ fer- oder Aluminiumfolie beschichtet ist. Wenn der Reflektor 18 etwa 600 mm im Quadrat mißt und eine Dicke von 10 mm aufweist, kann er ein Gewicht von weniger als 300g besitzen. Zusätzlich kann die Form der Impulszüge, die den Schrittschaltmotoren 26, 28 zugeführt werden, so gewählt wer­ den, daß eine optimale Beschleunigung und Verzögerung gewährleistet wird. Hierzu ist die Pulsfolgefrequenz zunächst niedrig und wird dann erhöht, um die Reflektorbewegung auf ein Maximum zu beschleunigen, wo­ nach wieder verzögert wird, um den Reflektor 18 mit einem Minimum an Überschießen bei der Positionierung zur Ruhe zu bringen.

Beim Umschalten von einem Betriebszustand in den anderen durch Schwenken des Reflektors 18 um 90° um die Drehachse wird nicht nur der emittierte Strahl um 90° gedreht, sondern auch um 90° relativ zur Drehachse geschwenkt. Deshalb ist es erforderlich, den Zeitpunkt, zu welchem der Reflektor 18 um 90° verdreht wird, derart zu wählen, daß der emittierte Strahl zu Beginn der Abtastung im neuen Betriebszu­ stand in der richtigen Richtung ausgesendet wird. Auf diese Weise kann die Basis 14 mit einer konstanten Umlaufgeschwindigkeit gedreht wer­ den.

Die Umschaltung von einer Betriebsweise auf die andere be­ wirkt ferner, daß der ausgesendete Strahl um das Zentrum des Strahls gedreht wird. Wenn der Strahl mit einer Querschnittsform von Fig. 1a so emittiert wird, daß seine untere Kante horizontal verläuft, ist es beim Umschalten in die andere Betriebsweise gemäß einer Aussendung des Stahls nach Fig. 1b notwendig, den Strahl um die Hälfte seiner Höhe h herunterzudrücken, d. h. bei diesem Beispiel um 6°, um sicherzustel­ len, daß der nun um 90° verdrehte Strahl immer noch so ausgesandt wird, daß seine untere Kante horizontal verläuft. Eine entsprechende Verschiebung um 6° ist dann beim Zurückschalten erforderlich. Hierfür dient der Schrittschaltmotor 28 (abgesehen von der Möglichkeit, dem Strahl verschiedene unterschiedliche Elevationen geben zu können). Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, wird der Strahler 20T von einem Sender 102 über eine Ausgangseinheit 104 gesteuert, während der Empfänger 20R das empfangene Signal über eine Eingangseinheit 108 einer Verarbeitungs­ einheit 106 zuführt, um sie auf einer Anzeigeeinrichtung anzuzeigen, die über eine Leitung 110 und Schleifringverbindungen 112 angesteuert wird.

Die Stromversorgung erfolgt über die Antriebseinheit 12 über Leitungen 114 und 116 und die Schleifringe 112. Eine Steuereinheit 120 erzeugt auf Leitungen 122 und 124 Treiberimpulse für die Schritt­ schaltmotoren 26 und 28 zum Steuern der Reflektorposition. Die Steu­ ereinheit 120 empfängt Signale auf einer Leitung 126 von der An­ triebseinheit 12, die die Winkelposition der Basis 14 zur Vertikalach­ se und relativ zu einem ortsfesten Punkt repräsentieren. Diese Signale ermöglichen es demgemäß der Steuereinheit 120, die Winkelposition des Reflektors 18 relativ zu diesem Festpunkt zu erfassen. Die Steuerein­ heit 120 umfaßt Impulsgeneratorschaltungen, die derart programmiert sind, daß sie Impulszüge auf den Leitungen 122 und 124 zu den entspre­ chenden Zeitpunkten derart ausgeben, daß die Schrittschaltmotoren 26 und 28 den Reflektor 18 positionieren und demgemäß die Radarantenne­ nanordnung von einer Betriebsweise in die andere umschalten.

Die Radarantennenanordnung kann beispielsweise eine bestimmte Anzahl vollständiger Abtastungen (360°) mit einem Strahl entsprechend Fig. 1a gefolgt von einer einzigen vollständigen Abtastung mit einem Strahl entsprechend Fig. 1b ausführen, um diese Sequenz dann fortwäh­ rend zu wiederholen. Die Steuereinheit 120 kann dann auf den Leitungen 122 und 124 für die Betriebsweise mit einem Strahl gemäß Fig. 1b un­ terschiedliche Treiberimpulsfolgen erzeugen, so daß der Reflektor 18 für eine Anzahl n von derartigen Abtastvorgängen jeweils eine etwas unterschiedliche Winkelposition relativ zur Horizontalachse annimmt.

Da hierdurch jedoch der Zeitraum, in dem nach Objekten mit hoher Geschwindigkeit gesucht wird, eingeschränkt wird, ist es zweck­ mäßig, eine andere Sequenz zu wählen wie sie nachstehend unter Bezug­ nahme auf Fig. 8 erläutert wird.

Hier ist angenommen, daß nach sich langsam bewegenden Objek­ ten nur innerhalb von 180° des gesamten Abtastraumes gesucht werden soll, d. h. "vor" der Radarantennenanordnung, die sich bei X befindet. Es sei angenommen, daß der Strahl zunächst in 0° Richtung ausgesendet wird. Wenn die Anordnung mit einem Strahl gemäß Fig. 1a arbeitet, führt sie einen Abtastvorgang über 270° durch. Dann dreht die Steue­ reinheit 120 den Reflektor 18 um 90° um die Drehachse relativ zur Ba­ sis 14 (gegebenenfalls wird hierbei gleichzeitig seine Position rela­ tiv zur Horizontalachse nachgestellt). Dies führt zu einer Verschie­ bung um 90° in Richtung der Aussendung des ausgesandten Strahls rela­ tiv zur Drehachse, wie vorstehend erläutert wurde, und der Strahl wird nun in 0° Richtung wieder ausgesendet. Aus dieser Position führt die Anordnung einen Abtastvorgang bis in die 90° Position aus. Danach wird der Reflektor um 90° um die Drehachse gedreht, wobei die Bewegungs­ richtung jedoch so gewählt wird, daß der emittierte Strahl in die 0° Position zurückgerichtet wird. Die Anordnung führt dann einen Abtast­ vorgang bis zur 180° Position aus. In dieser Position wird der Reflek­ tor wieder gedreht, so daß der emittierte Strahl in die 90° Position zurückkehrt, von wo er mit einem Strahl entsprechend Fig. 1b bis zur 180° Position das Zielgebiet abtastet. Danach wird in die Betriebsweise mit einem Strahl gemäß Fig. 1a zurückgeschaltet, so daß der Strahl in die 270° Position gerichtet wird. Aus dieser Position kann die Radaranten­ nenanordnung einen oder mehrere Abtastvorgänge mit einem Strahl gemäß Fig. 1a ausführen, bis der Reflektor 18 wieder zur Erzeugung eines Strahl gemäß Fig. 1b verdreht wird, wenn der Strahl sich in der 270° Position befindet.

Die Steuereinheit 120 kann auch manuell betätigbar ausgebil­ det sein.

Die Basis 14 kann eine Abstützung 130 aufweisen, die bei­ spielsweise einen Durchmesser von 500 mm besitzen kann. Diese nimmt den Strahler 20T auf, der längs des Durchmessers der kreisförmigen Abstüt­ zung 130 angeordnet ist und eine schmale, langgestreckte Form aufweist, damit sich eine entsprechende Strahlquerschnittform ergibt.

Der Empfänger 20R kann in vier Abschnitte 20-R1 bis 20-R4 aufgeteilt sein, die entsprechende Empfangsmuster erzeugen, die bei R1 bis R4 angedeutet sind und demgemäß ein Ansprechmuster entsprechend der Form des ausgesandten Strahlmusters ergeben.

Wie in Fig. 10 dargestellt ist, sind der Strahler 20T und die Empfänger 20R1 bis 20R4 in einem Winkel zueinander ausgerichtet, damit die Strahlen im Bereich des Reflektors 18 konvergieren.

Gemäß Fig. 11 sind die vier Empfänger 20-R1 bis 20R-4 über Eingangseinheiten 108a bis 108b an eine Multiplexeinheit 150 ange­ schlossen, die in der Eingangsschaltung 106 von Fig. 8 vorgesehen ist.

Anstatt Hubschrauber können in der Betriebsweise mit einem Strahl gemäß Fig. 1b auch andere langsame Objekte wie Schiffe erfaßt werden.

Claims (1)

1. Radarantennenanordnung bestehend aus einer eine Grundebene definierenden Ba­ sis (14), in der ein senkrecht zur Grundebene strahlender Strahler (20T) an­ geordnet ist, einem ebenen Reflektor (18), der in Strahlrichtung zur Grund­ ebene geneigt ist, und einer Einrichtung (12, 15) zum Drehen des Reflektors (18) um eine Drehachse parallel zur Strahlrichtung bei im wesentlichen gleichbleibendem Neigungswinkel zwischen dem Reflektor (18) und der Drehachse, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (20T) einen Strahl (D) mit langgestreckter Querschnittsform erzeugt und eine Einrichtung (26, 28) zum Verstellen der Winkelposition des Reflektors (18) relativ zum Strahler (20T) um die Drehachse zwischen zwei um 90° zueinander verdrehten Positionen vorge­ sehen ist, in denen der Reflektor (18) in Längsrichtung des langgestreckten Strahls (D) bzw. senkrecht hierzu geneigt ist, wobei die Verstellung bei sich gemeinsam um die Drehachse drehenden Strahler (20T) und Reflektor (18) statt­ findet.