DE3224546A1

DE3224546A1 - Three=dimensional scanning for radar aerial - carrying out scanning for very small reflecting section in region of top limit angle of elevation swivel

Info

Publication number: DE3224546A1
Application number: DE19823224546
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Rer Nat Kaina; Martin Dipl Ing Reeg; Tiang-Gwan Dipl Ing Liem; Stephen Dipl Ing Smith
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-07-01
Filing date: 1982-07-01
Publication date: 1991-04-11
Also published as: DE3224546C2

Abstract

The aerial has an electronically swivellable directional diagram in elevation up to a preset top boundary angle. In the region of the latter the elevation swivel within a narrow angular sector provides a three-dimensional scanning of cosiderably higher discovery probability for targets with very low reflective cross section w.r.t. an angular region in front of the angular sector. During the scanning the energy directed at the target is pref. increased. Alternately the transmit pulse power is increased. The half-value width of the directional diagram may be electronically reduced, and the aerial yield increased. ADVANTAGE - Reliable warning against anti-radiation missiles.

Description

Die Erfindung betrifft ein Radar-Raumabtastverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a radar space scanning method according to the preamble of claim 1.

Ein derartiges Raumabtastverfahren ist beschrieben in der DE-PS 20 40 018. Bei der Schwenkung des Richtdiagramms in der Elevation wird dabei ab einem bestimmten Erhebungs winkel die Reichweite des Radars ständig verringert, da unter der Annahme einer maximalen Zielhöhe die Schrägent fernung bis zum Erreichen dieser Zielhöhe mit zunehmendem Elevationswinkel immer geringer wird. Die maximale Höhe, innerhalb derer noch mit Zielen zu rechnen ist, liegt dabei üblicherweise in der Größenordnung bis 30 km. Durch die Beschränkung auf eine mit zunehmender Elevation ent sprechend verringerte Zielentfernung läßt sich durch Erhöhung der Pulswiederholfrequenz und der Elevationsab tastgeschwindigkeit (aufgrund größerer Halbwertsbreite des Richtdiagramms) die Informations-Erneuerungsrate für die Radardaten merklich erhöhen. Such a space scanning method is described in DE-PS 20 40 018. When pivoting the directional diagram in the elevation is from a certain elevation angle continuously reduces the range of the radar because assuming a maximum target height, the slant distance to reach this target height with increasing Elevation angle is getting smaller. The maximum height within which goals can still be expected usually in the order of up to 30 km. By the restriction to one with increasing elevation speaking reduced target distance can be Increase in the pulse repetition rate and the elevation sensing speed (due to the larger half width of the Directional diagram) the information renewal rate for the Noticeably increase radar data.

Herkömmliche Radaranlagen sind dabei ausgelegt auf der Entdeckung von Zielen mit 1 bis 2 m² Rückstrahlquerschnitt mit einer Entdeckungswahrscheinlichkeit von typischerweise 80% bei einer Falschalarmrate von etwa 10^-6. Die vor allem zur Bekämpfung von Radaranlagen eingesetzten ziel suchenden ARM-Flugkörper (Anti-Radiation-Missiles) haben aber eine wesentlich geringere Zielfläche von minimal etwa 0,1 m², so daß die Entdeckungswahrscheinlichkeit für diese Ziele mit weniger als 18% sehr gering ist. Vor allem hochfliegende derartige Ziele werden kaum erkannt und stellen somit eine ernsthafte Bedrohung dar.Conventional radar systems are designed for the detection of targets with a 1 to 2 m ² reflective cross-section with a detection probability of typically 80% with a false alarm rate of approximately 10 ^-6 . The target-searching ARM missiles (anti-radiation missiles) used primarily to combat radar systems, however, have a much smaller target area of at least about 0.1 m ² , so that the probability of detection for these targets is very low at less than 18% . In particular, such high-flying targets are hardly recognized and therefore pose a serious threat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Radar-Raum abtastverfahren anzugeben, mit dem eine zuverlässige Warnung vor derartigen ARM-Flugkörpern möglich ist.The object of the present invention is a radar room Specify scanning method with which a reliable Warning of such ARM missiles is possible.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent anspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The solution to this problem according to the invention is in the patent Claim 1 described. The subclaims include advantageous refinements and developments of Invention.

Die Entdeckungswahrscheinlichkeit in der Radartechnik ist eine durch die Zielparameter und die Betriebsdaten der Radaranlage festgelegte Größe, die über die gegebenenfalls veränderbaren Betriebsdaten einstellbar ist.The probability of discovery in radar technology is one by the target parameters and the operating data of the Radar system set size, which, if applicable changeable operating data is adjustable.

Das erfindungsgemäße Raumabtastverfahren ist auf die Entdeckung von Zielen mit sehr kleinem Rückstrahlquer schnitt, z. B. 0,1 m², ausgerichtet, die im üblichen, auf Ziele mit ca. 1 m² Rückstrahlquerschnitt abgestellten Betriebsmodus nur eine geringe Entdeckungswahrscheinlich keit von beispielsweise 18% bei 0,1 m² erreichen. Es gewährleistet die rechtzeitige Entdeckung kleinflächiger Ziele wie ARM-Flugkörper, ohne den normalen Überwachungs betrieb der Anlage merkbar zu beeinträchtigen. Die Entdeckungswahr scheinlichkeit für Ziele mit Rückstrahlquerschnitten von 1 m² und mehr, die beim üblichen Betriebsmodus bereits auf 80% oder höher eingestellt ist, wird dabei auch ver bessert. Die Erhöhung der Entdeckungswahrscheinlichkeit ist in diesen Fällen allerdings nicht mehr von großer Bedeutung. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird auf dem Mantel eines Kegels, innerhalb dessen keine Radarüber wachung erfolgt, ein Schutzzaun gegen in diesen Kegel eindringende Flugkörper auch sehr kleinen Rückstrahlquer schnitts errichtet. Ungefährliche Objekte, die mehr tan gential durch den Überwachungsraum des Radars fliegen, ohne in den nicht vom Radar abgedeckten Innenraum des Kegels einzudringen, passieren diesen Schutzzaun nicht und verursachen damit keinen unnötigen Alarm. Objekte hin gegen, die den Schutzzaun passieren, werden entdeckt und lösen gegebenenfalls passive oder aktive Schutzmaßnahmen aus.The space scanning method according to the invention is based on the discovery of targets with a very small retroreflective cross, z. B. 0.1 m ² , aligned, in the usual, on targets with about 1 m ² reflecting cross-section operating mode only a low detection probability of, for example, 18% at 0.1 m ² . It ensures the timely detection of small-area targets such as ARM missiles without noticeably affecting the normal monitoring operation of the system. The probability of detection for targets with reflection cross sections of 1 m ² and more, which is already set to 80% or higher in the normal operating mode, is also improved. In these cases, however, increasing the probability of detection is no longer of great importance. By the measures according to the invention, a protective fence against missiles penetrating into this cone, even very small retroreflective cross section, is built on the surface of a cone, within which no radar monitoring takes place. Dangerous objects that fly more tangentially through the radar surveillance space without penetrating into the cone's interior, which is not covered by the radar, do not pass through this protective fence and therefore do not cause an unnecessary alarm. Objects against it that pass through the protective fence are discovered and, if necessary, trigger passive or active protective measures.

Die erfindungsgemäß im Bereich des oberen Grenzwinkels der elevationalen Diagrammschwenkung durchzuführenden Maß nahmen stehen teilweise den Bestrebungen bei der Radar- Raumabtastung nach z. B. möglichst schneller Schwenkung, geringer Sendeleistung oder hoher Entfernungsauflösung entgegen. Durch die Beschränkung auf einen schmalen Winkelsektor bei hohen Elevationswinkeln wird jedoch die Überwachung des übrigen Raums praktisch nicht beeinflußt.According to the invention in the area of the upper limit angle of Elevational chart pan to be performed are partly the aspirations of radar Room scanning after z. B. swiveling as quickly as possible, low transmission power or high range resolution opposite. By restricting it to a narrow one However, the angle sector at high elevation angles becomes the Surveillance of the rest of the room is practically unaffected.

Besonders vorteilhaft dabei ist es, in dem schmalen Winkelsektor wesentlich mehr HF-Energie in Zielrichtung abzustrahlen. Dadurch wird auch die Energie der vom Ziel reflektierten Echosignale höher und das Signal/Rausch-Ver hältnis besser. It is particularly advantageous in the narrow Angle sector significantly more RF energy in the target direction to emit. This will also release the energy from the target reflected echo signals higher and the signal / noise ver ratio better.

Eine günstige Ausführung der Erfindung sieht dazu vor, in dem schmalen Winkelsektor die Sendeleistung für die Ab strahlung der Radarimpulse gegenüber dem vorangegangenen Winkelbereich wesentlich zu erhöhen. Die höhere Belastung des Senders erfolgt nur bei im Vergleich zur gesamten Elevationsabtastung wenigen Pulsen. Die Sender werden bei gebräuchlicher Raumabtastung bei großen Elevationswinkeln allgemein deutlich urter ihrer Spitzenleistung betrieben und sind daher zu einer solchen Leistungsanhebung in der Lage.A favorable embodiment of the invention provides for this in the narrow angle sector the transmission power for the Ab radiation of the radar pulses compared to the previous one To increase the angular range significantly. The higher burden of the transmitter takes place only in comparison to the whole Elevation sampling of a few pulses. The stations are at Common room scanning at large elevation angles generally operated significantly after their peak performance and are therefore to such a performance increase in the Location.

Bei einer anderen günstigen Ausführungsform wird die Halbwertsbreite des Richtdiagramms und damit der Antennen gewinn erhöht. Die Sendeleistung wird in einen kleineren Raumwinkel gebündelt und die Energiedichte in diesem kleinen Raumwinkel und damit auch die Intensität der Zielechosignale erhöht. Für den Empfang wirkt sich das schärfer gebündelte Diagramm durch die höhere Empfind lichkeit in Zielrichtung gleichfalls günstig aus. Für die Überdeckung des schmalen Winkelsektors sind bei wesentlich verringerter Halbwertsbreite des Richtdiagramms mehr Keulen notwendig, so daß sich für diesen Sektor die Ab tastdauer erhöht. Da die Maßnahme aber auf den schmalen Sektor beschränkt ist, ist die auf den gesamten Eleva tionsbereich bezogene relative Erhöhung der Keulenzahl bzw. der Abtastdauer von geringer Bedeutung.In another cheap embodiment, the Half-width of the directional diagram and thus the antennas profit increased. The transmission power is reduced into a smaller one Solid angle bundled and the energy density in this small solid angle and thus also the intensity of the Target echo signals increased. This affects reception sharper focused diagram due to the higher sensitivity in the direction of the target also cheap. For the Coverage of the narrow angle sector is essential reduced half-width of the directional diagram more Clubs necessary so that the Ab duty cycle increased. Since the measure on the narrow Sector is limited to the entire Eleva relative increase in the number of clubs or the sampling time of little importance.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausführungsform wird die Länge der auf das Ziel abgestrahlten Sendeimpulse erhöht. Besonders vorteilhaft ist hierbei, die Codierung der Pulse nicht zu erhöhen und damit die Frequenzbandbreite zu verringern, wodurch die Antennen-Rauschleistung herabge setzt wird. Die damit verbundene geringe Entfernungsauf lösung ist bei der vorliegenden Aufgabe im allgemeinen von geringer Bedeutung, da in erster Linie das Entdecken eines ARM-Flugkörpers wichtig ist. Soll die Entfernungsauflösung beibehalten werden, so sind entsprechend der erhöhten Pulslänge die Impulse höher zu codieren.According to a further advantageous embodiment, the Length of the transmission pulses emitted to the target increased. The coding of the pulses is particularly advantageous here not to increase and thus the frequency bandwidth too decrease, thereby reducing the antenna noise power is set. The associated short distance solution is in general for the present task of little importance, since primarily the discovery of a ARM missile is important. Should be the distance resolution be maintained, are increased accordingly Pulse length to encode the pulses higher.

Mehr Energie auf dem Ziel ergibt sich auch bei einer weiteren günstigen Ausführung, nach welcher die Zahl der Impulse, die bei einer Stellung des Richtdiagramms in Zielrichtung abgestrahlt werden, erhöht wird. Durch Inte gration im Empfänger über die zahlreichen Pulse wird die Entdeckungswahrscheinlichkeit verbessert. Bei einer Dopplerfilterung kann zudem die Radialgeschwindigkeit des Zieles bestimmt werden. Die sich dadurch ergebende längere Verweilzeit in einer Stellung der Diagrammschwenkung fällt im Vergleich zu der Zeit, die zur Diagrammschwenkung über den gesamten Elevationsbereich benötigt wird, kaum ins Gewicht.There is more energy on the goal with one further favorable execution, according to which the number of The impulses that appear when the directional diagram is set in Direction to be emitted is increased. By inte The number of pulses in the receiver increases Detection probability improved. At a Doppler filtering can also reduce the radial speed of the The target. The resulting longer one Dwell time in a position of the chart pivot falls compared to the time it takes to pan the chart the entire elevation area is hardly needed Weight.

Vorteilhaft ist auch die Verringerung der Codierung der Pulse, deren Frequenzbandbreite damit verringert wird, und damit einhergehend die Verringerung der Empfängerband breite.It is also advantageous to reduce the coding of the Pulses whose frequency bandwidth is thus reduced, and accompanied by the reduction in the receiver band width.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorge sehen, die Eingangsdämpfung des Empfängers, die im allge meinen zeitabhängig ist, wesentlich herabzusetzen, bei spielsweise um linear 10 dB über dem gesamten Entfernungs bereich. Dadurch wird der Einfluß des im Empfänger über lagerten Rauschens vermindert und die Entdeckungswahr scheinlichkeit erhöht.In a further advantageous embodiment is pre see the input attenuation of the receiver, which in general my time dependent is to significantly reduce at for example by linear 10 dB over the entire distance Area. This will affect the influence of the in the receiver camped noise and reduced the discovery probability increased.

Besonders vorteilhaft kann die Kombination von zwei oder mehr der vorbeschriebenen Maßnahmen zur Erhöhung der Ent deckungswahrscheinlichkeit sein. The combination of two or more of the above measures to increase the Ent cover probability.

Da bei den ARM-Flugkörpern in der Regel auch eine größere Flughöhe und damit größere Zielentfernung in Betracht gezogen werden muß, sieht eine Weiterbildung der Erfindung daher vor, daß als zusätzliche Maßnahme die eindeutige Reichweite innerhalb des schmalen Sektors durch Verringerung der Pulswiederholfrequenz vergrößert wird.As a rule, the ARM missiles also have a larger one Flight altitude and thus greater target distance into consideration must be drawn, sees a development of the invention therefore before that as an additional measure the clear Reach within the narrow sector by reducing the pulse repetition rate is increased.

Die Abbildung veranschaulicht in einer Skizze die Er findung in der Ausführungsform mit verringerter Halbwerts breite des Richtdiagramms. Der obere Grenzwinkel Φ_max des Erfassungsbereichs liege beispielsweise bei 30°. Im Bereich dieser maximalen Elevation ist ein schmaler Win kelsektor Δ Φ mit z. B. 8° Breite durch zwei scharf gebündelte Richtdiagramme abgedeckt. Die Richtdiagramme in dem davorliegenden Winkelbereich, d. h. bei kleineren Elevationswinkeln Φ sind wesentlich breiter. Weiters ist bei den beiden schmalen Richtdiagrammen die Reichweite wesentlich höher. Bei Drehung der Antenne im Azimut ent steht so um den inneren Kegel mit Φ < Φ_max, in dem keine Raumabtastung durch die Radaranlage erfolgt, ein Schutz zaun. Die Breite des Winkelsektors Δ Φ ist zweckmäßiger weise so bemessen, daß ein Ziel in mindestens zwei auf einanderfolgenden Umläufen des Radars gesehen wird, so daß aus den beiden Positionen dann die Geschwindigkeit be stimmt werden kann.The figure illustrates in a sketch the invention in the embodiment with reduced half-width of the directional diagram. The upper limit angle Φ _{max of} the detection range is, for example, 30 °. In the area of this maximum elevation is a narrow win kelsector Δ Φ with z. B. 8 ° latitude covered by two sharply focused directional diagrams. The directional diagrams in the preceding angular range, ie with smaller elevation angles Φ, are much wider. Furthermore, the range is much higher with the two narrow directional diagrams. When the antenna is rotated in azimuth, a protective fence is created around the inner cone with Φ <Φ _max , in which no space is scanned by the radar system. The width of the angle sector Δ Φ is expediently dimensioned so that a target is seen in at least two successive revolutions of the radar, so that the speed can then be determined from the two positions.

Claims

1. space scanning method for a radar antenna with an elevation up to a predetermined upper limit angle (Φ _max ) electronically pivotable directional diagram, characterized in that in the area of the upper limit angle (Φ _max ) the elevation pivot within an angle sector (Δ Φ), the is narrow against the entire elec- tronic swivel range, the spatial scanning is carried out with a very small reflection cross-section for targets compared to the angular range lying in front of the angular sector, the probability of detection being substantially increased.

2. The method according to claim 1, characterized in that the energy radiated to a target is increased.

3. The method according to claim 2, characterized in that the power of the transmission pulses is increased.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized records that the half-width of the directional diagram electronically reduced and the antenna gain increased becomes.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized characterized in that the length of the transmission pulses increases becomes.

6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized characterized in that more transmission pulses abge on the target be radiant.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the coding of the pulses and the Reception bandwidth of the receiver can be reduced.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the input attenuation of the receiver is reduced.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized characterized in that additionally by reducing the Pulse repetition rate the clear range is essential is increased.