DE3227735A1 - Ortungsverfahren und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Ortungsverfahren und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE3227735A1
DE3227735A1 DE19823227735 DE3227735A DE3227735A1 DE 3227735 A1 DE3227735 A1 DE 3227735A1 DE 19823227735 DE19823227735 DE 19823227735 DE 3227735 A DE3227735 A DE 3227735A DE 3227735 A1 DE3227735 A1 DE 3227735A1
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mixer
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DE19823227735
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English (en)
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Kurt Dipl.-Ing. 7900 Ulm Lindner
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Telefunken Systemtechnik AG
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only
    • G01S13/10Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/106Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

  • Ortungsverfahren und Anordnung zur Durchführung des
  • Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Ortungsverfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Ortungsverfahren zur Entdeckung eines Ziels sowie zur Bestimmung dessen Entfernung sind in der Ausführung als kohärente Pulsradarsysteme, welche die Anwesenheit eines Ziels durch Schwellwert vergleicht, dessen Entfernung durch Messen der Pulslaufzeit und unter Umständen dessen Geschwindigkeit durch Ermittlung einer Dopplerfrequenzablage des Echosignals ermitteln, hinreichend bekannt. Zur Erzielung der Kohärenz ist dabei ein relativ hoher Aufwand erforderlich.
  • Für viele Entfernungsmessungen ist es ausreichend, einen Bereich mit einer Maximalentfernung abzugrenzen und lediglich das Eindringen eines Ziels in diesen Bereich zu erfassen. Ein Anwendungsf all ist beispielsweise gegeben in der Munitionselektronik, wo nur das Erreichen einer vorgegebenen Sollentfernung eines Geschosses bei der Annäherung an ein Ziel festgestellt und zur Pbleitung eines Zündimpulses ausgewertet werden soll.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Ortungsverfahren und eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben, welches mit geringem Aufwand die Entdeckung von Zielen, die einen definierten Abstand von einem Radargerät unterschreiten, ermöglichen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch das im Patentanspruch 1 angegebene Ortungsverfahren urd die im Patentanspruch 3 angegebene Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens gegeben. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den untergeordneten Ansprüchen.
  • Bei der Entfernungsessung gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt sich für Ziele innerhalb des abgegrenzten Entfernungsbereichs ein Signal am Mischerauscang dadurch, daß sich Puls anfang und Pulsende im Mischer als am Ziel reflektiertes Echosignal beziehungsweise als ausgekoppelter Teil der Sendeleistung überdecken. Die Dauer der abgestrahlten Sendeimpulse ist hierzu größer gewählt als die Echolaufzeit für den durch die Maximalentfernung des abgegrenzten Bereichs definierten Zielabstand. Für Ziele außerhalb des abgegrenzten Bereichs überdecken sich der reflektierte Pulsanfang und das ausgekoppelte Pulsende im Mischer nicht mehr, so daß am Ausgang des Mischers kein Signal ansteht.
  • Da es sich bei den im Mischer überlagerten Signalen um gleichfrequente Sionale handelt, ist das Mischerausgangssignal eine pulsförmige Gleichspannung, deren Amplitude und Vorzeichen von der Intensität der ref3ektierten Welle und von deren Phasenlage bezüglich des ausgekoppelten Sendeimpulsanteils abhängt. Bei Bewegt zielen oder allgemein bei einer Relativbewegung zwischen Sende/Empfangs-Gerät und Ziel ändert sich die Phase des Echosignals über der Weglänge. Von Puls zu Puls variiert daher die Amplitude des Mischerausgangssignals. Aus einer Pulsfolge der Mischerausgangspulse läßt sich mit an sich bekannter Dopplerverarbeitung eine der Geschwindigkeit proportionale Dopplerfrequenz ableiten.
  • Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch veranschaulicht. Dabei zeigt FIG. 1 die Signalverläufe der Sende- und Empfangspulse FIG. 2 ein Pulsdopplersignal FIG. 3 den Dopplersignalverlauf über der Entfernung bzw.
  • der Zeit und FIG. 4 das prinzipielle Schema einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • In der FIG. 1 sind jeweils die Signalamplituden über der Zeit aufgetragen. Ein Modulator 4 gibt ein im gezeigten Fall rechteckförmiges Modulaticnssignal a) auf einen Mikrosellengenerator 3, welcher daraufhin während der Dauer der Modulationssignale Mikrowellenenergie zur Abstahlung auf eine Antenne 1 leitet.
  • In einer Koppeleinrichtung 2 wird ein Teil der Leistung der Sendeimpulse b) ausgekoppelt und auf einen Mischer 5 geleitet. Der Hauptanteil der Sendeleistung wird über die Antenne 1 abgestrahlt. Zu unterscheiden ist nun, ob ein Ziel außerhalb oder innerhalb des abgegrenzten Bereiches liegt. Für Ziele innerhalb des Bereichs ergeben sich Empfangsechos c), die zeitlich mit den Sendeimpulsen überlappen. Dementsprechend ergeben sich am Mischerausgang während der Überdeckungszeit Gleichspannungspulse d). Die Amplitude der Gleichspannungspulse hängt ab von der Amplitude der Empfangsechos und deren Phasenlage bezüglich der Sendeimpulse. Die Dauer der Gleichspannungspulse ist bestimmt durch den Grad der Überdeckung von Sendeimpuls und Empfangsecho. Für Ziele außerhalb des Bereichs kommen die Empfangsechos e) aufgrund der größeren Echolaufzeit für die größere Entfernung später in de Mischer zurück. Am Mischerausgang kann jedoch nur dann ein Signal entstehen, wenn gleichzeitig Überlagerungsleistung zugeführt wird. Da die Sendeimpulse b) beim Eintreffen der Empfangsechos e) jedoch bereits beendet sind, ergeben sich am Mischerausgang f> keine Gleichspannungspulse. Das erfindungsgemäße Radarsystem ist, da der Sender von Puls zu Puls ausgeschaltet wird und stets mit veränderter Phase neu anschwingt, ein nicht kohärentes Radar für Zielechos außerhalb des abgegrenzten Entfernungsbereichs. Für Nahbereichsziele dagegen ist das System kohärent, da die Phase des Empfangsechos stets durch die Phase des Sendesignals bestimmt ist und die relative Phasenlage nur von der Laufzeit der Impulse zum Ziel und zurück zur Antenne abhängt.
  • Das sich, wie bereits ausgeführt, bei relativer Bewegung des Ziels die Phase des Echosignals mit der Zeit, d. h.
  • von Puls zu Puls ändert und die Amplitude des Mischerausgangs von dieser Phasenlage abhängig ist, ergibt sich ftr aufeinanderfolgende Gleichspannungspulse am Mischerausgang der in FIG. 2 skizzierte Verlauf. Die Amplitude der einzelnen Pulse variiert sowohl im Betrag als auch im Vorzeichen. Die Einhüllende der Pulsfolge ergibt die Dopplerschwingung, deren Frequenz der Geschwindigkeit proportional ist. Bei Bewegung des Zieles oder des Senscrs beschreiben die Pulsspitzen als Hüllkurve damit eine Sinusschwingung. Durch Filterung und Integration ergibt sich eine stetige Schwingung im Niederfrequenzbereich.
  • Die Amplitude des niederfrequenten Dopplersignals nimmt mit abnehmender Entfernung stark zu, da bei der Annäherung zwischen Sensor und Ziel zum einen die Entfernung vermindert wird, und damit die mit R -4 abfallende Echczamplitude ansteigt. Zum anderen wirkt sich aber vor allem die zunehmende Überdeckung zwischen Sendeimpuls und Empfangsecho aus, da mit zunehmender Überdeckung die Energie im Mischerausgangssignal zunimmt. FIG. 3 zeigt den Vergleich eines Dopplersignals, wie es bei der Entfernungsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung auftritt, mit einem Dopplersignal bei einem Dauerstrich (CW)-Radar. Aufgetragen ist die Amplitude des niederfrequerten Dopplersignals über der Entfernung. Der zeitliche Verlauf der Amplitude bei Annäherung von Ziel und Sensor ist dementsprechend in Richtung abnehmender Entfernunc zu verfolgen. Bei dem CW-Dopplersignal I fällt das Signal mit zunehmender Entfernung entsprechend der R -4 Abhängigkeit der Echoamplitude ab. Bei sehr kleinen Entfernungen im Nahbereich ist die Amplitude durch den Verstärker begrenzt. Das sich bei der vorliegenden Erfindung ergebende Dopplersignal II zeigt bei sehr kleinen Abständen gleichfalls das Begrenzungsverhalten, fällt dann jedoch wesentlich schneller ab und verschwindet gänzlich, wenn sich die Sendeimpulse mit den Empfangsechos zeitlich nicht mehr überdecken. Bei der Annäherung zwischen Sensor und Ziel steigt die Amplitude des tliederfrequenten Dopplersignals, also mit Beginn der Überdeckung zwischen Sendeimpuls und Empfangsecho im Mischer schnell an. Dieser schnelle Anstieg kann zur Auslösung eines Signals nun auf einfache Weise durch Festlegen einer Triggerschwelle S für die Amplitude des im Verstärker 7 verstärkten Dopplersignals und Detektieren der Schwellenüberschreitung in einen Auswerteteil 8 ausgenutzt werden.
  • Der Amplitudenabfall mit zunehmender Entfernung bei dem Dopplersignal II ist wesentlich bestimmt durch die Impulsform. Vorteilhafter als die in FIG. 1 dargestellten Rechteckimpulse sind Sendeimpulse, die annähernd dreieckförmig sind. Ein steiler Anstieg der Amplitude bei der Zielannäherung ist auch in sofern besonders vorteilhaft, da dadurch eine von den Rückstreueigenschaften des Ziels weniger starke Abhängigkeit des Zielentdeckungsabstandes gewährleistet ist. Der Zielentdeckungsabstand, also der Abstand in dem die Amplitude des Dopplersignals die Schwelle übersteigt, entspricht dem definierten Abstand.
  • Die Dauer der Pulse ist demnach je nach Pulsform und Höhe der Schwelle um so viel größer als die Echolauf zeit für den definierten Abstand zu wählen, daß die Schwellwertüberschreitung bei etwa diesem Abstand auftritt.
  • Da die Dopplersignalanteile im Mischerausgangssignal niederfrequent sind, wird zu deren Abtrennung gnstigerweise ein einfaches Tiefpaßfilter hinter dem Mischer angecrdnet. Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden durch Einsatz eines Bandpaßfilters, wenn die Begegnungsgeschwindigkeit mit dem Ziel bekannt ist.
  • Durch Abstimmung des Bandfilters auf die zu erwartende Dopplerfrequenz kann die Störfestigkeit des Systems erheblich verbessert werden. Zudem ergibt sich durch Einengung des Niederfrequenzbereichs eine scheinbare Bündelung des Antennendiagramms, da für seitlich weiter abliegende Ziele die Dopplerfrequenz abnimmt. Es bestehen somit zwei Kriterien, sicherzustellen, daß außerhalb des Meßbereichs kein Ziel angezeigt werden kann: Im Mischer müssen zwei Signale zur Überlagerung anstehen und das niederfrequente Dopplersignal als Hüllkurve der Mischerausgangssignale muß durch das Filter passen.
  • Vorteilhafterweise ist zum Senden und Empfangen eine gemeinsame Antenne vorgesehen. Diese wird über eine Sende-Empfangs-Weiche mit dem Sender einerseits und dem Mischer andererseits in an sich bekannter Weise verbunden. Gemäß einer günstigen Ausführungsform ist die Sende-Empfangs Weiche ein Richtkoppler. Eine andere günstige Ausführungsform sieht einen Zirkulator als Sende-Empfangs-Weiche vor.
  • Vorteilhafterweise wird überdie Sende-Empfangs-'eiche auch der auf den Mischer geleitete Teil der Sendeleistung ausgekippelt.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung findet besonders vorteilhaft Verwendung als Sensor in einem Näherungszünder.

Claims (11)

  1. Patentansprüche 1. Ortungsverfahren zur Entdeckung eines einen definierten Abstand von einem Radargerät unterschreitenden Ziels, wobei impulsförmige Sendesignale abgeszrahlt und Echosignale empfangen und einer Dopplersignalverarbeitung unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der abgestrahlten Sendeimpulse größer ist als die Echolaufzeit für den definierten Abstand, daß ein Teil der Leistung der Sendesignale ausgekoppelt und auf einen Mischer geleitet wird, daß der ausgekoppelte Sendesignalanteil im Mischer mit den empfangenen Echosignalen überlagert wird und daß aus den Doppiersignalanteilen des Ausgangssignals des Mischers die Zielentscheidung abgeleitet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeimpulse annähernd dreieckförmig sind.
  3. 3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Koppeleinrichtungen im Signalweg des Sendesignals, die einen Teil der Sendeleistung auskoppeln, durch einen Mischer, dem zum einen der ausgekoppelte Teil der Sendeleistung, zum anderen die empfangenen Echosignale zugeführt werden, und durch ein Filter am Ausgang des Mischers.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Tiefpaßfilter ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Bandpaßfilter ist.
  6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Senden und Empfangen eine gemeinsame Antenne vorgesehen ist.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne über eine Sende-Empfangs-Weiche mit dem Sender und dem Mischer verbunden ist.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-Empfangs-Weiche ein Richtkoppler ist.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-Empfangs-Weiche ein Zirkulator ist.
  10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-Empfangs-Weiche auch zum Auskoppeln eines Teils der Sendeleistung auf den Mischer vorgesehen ist.
  11. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Sensor in einem Näherungszünder.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107861116A (zh) * 2017-10-31 2018-03-30 西安电子科技大学 一种雷达测距的优化方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3174148A (en) * 1961-07-25 1965-03-16 Parsons Co Ralph M Proximity measuring system

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