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Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine genaue
Winkelbestimmung in Breitstrahl-Radarsuchern. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung
auf ein Verfahren einer Winkelbestimmung, das eine genaue Zielermittlung in einer
Umgebung mit vielen Zielen mittels Breitstrahl-Radarsuehern ermöglicht Radarsucher
werden häufig für das Verfolgen eines Zieles und in vielen Fällen zum Schaffen einer
Leitinformation für das Flugzeug, an dem der Sucher befestigt ist, verwendet Vor
dem Verfolgen muß der Sucher allerdings das richtige Ziel lokalisieren und identifizieren
oder ermitteln. Dieses erfordert sowohl die Fähigkeit, zwischen den Zielen innerhalb
des Erfassungsbereiches des Suchers auf der Basis einiger Charakteristika zu unterscheiden,
wie auch die Kenntnis des Wertes der Charakteristik für das richtige Ziel.
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Bei einem Sucher, der die Winkel-Bestimmung verwendet, ist die interessierende
Charakteristik die Richtung des Zieles sowie dessen Lage relativ zum Sucher, wobei
die vorherige Kenntnis durch ein externes Zielgerät, wie zum Beispiel ein Visier
oder ähnliches erzeugt wird.
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Das Zielgerät erzeugt eine Information über die Richtung des Zieles,
das bestimmt werden soll,und gibt diese Information an den Sucher. Der Sucher richtet
seinen Radarstrahl in die angegebene Richtung und prüft daraufhin das empfangene
Signal, um zu bestimmen, ob ein Ziel vorliegt. Wenn ein Ziel vorliegt, beginnt die
Verfolgungs-Betriebsweise.
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Wenn die Sucher in kleinen Fahr- bzw. Flugzeugen, wie z. B. in durch
ein Flugzeug getragenen rtlugkörpern eingebaut werden, führen die größenmäßigen
Einengungen für die Radarantenne zu breiteren Radarstrahlen. Dies ergibt ein erhebliches
Problem für Winkelbestimmungssucher, da mehrere Ziele innerhalb des breiten Strahles
sein können, wenn dieser in die Richtung ausgerichtet ist, die durch das Zielgerät
angegeben wurde. Winkelbestimmungssucher nach dem Stand der Technik überprüfen lediglich
ein ungerichtetes Signal 7 das durch die Radarantenne empfang wurde, und unterscheiden
daher nicht zwischen mehrere Zielen innerhalb des Strahles. Dieser Nachteil tritt
bei großen Antennen mit kleinen Srahlbreiten nicht in ernsthafter Weise auf, da
die Wahrscheinlichkeit des Erfassens mehrer Ziele innerhalb des Strahles gering
ist. Wenn allerdings Strahlbreiten von 250 oder mehr betrachtet werden, wird die
Winkeibstimmung als Verfahren für die Zielermittlung innerhalb einer Umgebung mit
vielen Zielen unzuverlässig.
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Es ist allerdings möglich, einige Charateristika, die nicht die Lage
des Zieles sind 7 für die Bestimmung auszuwählen. Übliche Parameter sind Entfernung
und Geschwindigkeit. Dies erfordert allerdings, daß das Zielgerät über eine Entfernungs-
und/oder Geschwindigkeits-Information des Zieles verfügt und daß der Sucher dazu
fähig ist, diese Charakteristika zu messen.
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Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Breitstrahl-Radarsucher
mit einer verbesserten Fähigkeit für die Winkel-Bestimmung zu schaffen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes
Verfahren für die Zielermittlung für
nur auf Winkel ansprechende
oder andere Radarsucher zu schaffen Ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist ein Radarsucher mit einem Monopuls-Winkelmessungs-Radar. Das Monopuls-Antennenfeld
ist auf einem Kardangelenk befestigt, um die Antenne in eine vorgegebene Richtung
auszurichten. Die kardanische Aufhängung wird als Reaktion auf eine von dem externen
Zielgerät erhaltene Ziellageinformation angetrieben. Wenn ein möglches Ziel durch
den Sucher ermittelt ist, wird die W^-nkelmeßfähigkeit des Monopulsradars dazu verwendet,
um den winkelmäßigen Versatz des möglichen Zieles bezüglich der durch die Zielvorrichtung
festgelegten Lage zu messen. Ein vorbestimmter Auflösungswinkel wird dazu benutzt,
um zu bestimmen, ob das mögliche Ziel nahe genug an der gewünschten Lage liegt.
In diesem Fall wird die Steuerung der kardanischen Aufhängung dem Mbnopulsradar
zugeführt, um mit der Verfolgung zu beginnen.
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Dieses verbesserte Winkelbestimmungsverfahren kann in Kombination
mit Geschwindigkeits- und/oder Entfernungssuche oder in einfachen, nur auf Winkel
ansprechenden Suchern verwendet werden. Darüber hinaus verlangt die Anwendung dieses
Verfahrens lediglich den Einsatz eines sehr kleinen Schaitungsau fwandes in bekannten
Suchern.
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Auf diese Weise ist die Winkelbestimmungsgenauigkeit eines Breitstrahl-Radarsuchers
durch die Genauigkeit des Winkelmessungs-Untersystemes bestimmen, das in der Verfolgungs-Betriebsweise
verwendet wird, und wird weniger durch die Strahlbreite bestimmt. Diese Genauigkeit
kann diejenige der optischen Sucher erreichen.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine Seitenansicht
eines teilweise aufgeschnittenen Flugkörpers; Figur 1A eine vergrößerte Vorderansicht
eines Monopuls-Antennenfeldes, wenn es von der Linie 1A-1A der Figur 1 betrachtet
wird; Figur 2 ein Blockdiagramm eines Radarsuchers, der die Prinzipien der vorliegenden
Erfindung verkörpert; und Figur 3 ein Diagramm 7 das das Ausgangssignal eines Monopuls-Komparators
als Funktion eines Irrtums-Winkels darstellt.
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In Figur 1 ist ein Flugkörper 10, der einen Radarsucher benutzt, dargestellt.
Die Verwendung des Ausdruckes "Sucher" soll nicht den Schutzbereich der Erfindung
auf in Kriegsgeräten befestigte Radare beschränken. Jegliches Radar, dessen Zielermittlung
wenigstens teilweise auf einer Winkelinformation beruht, kann die vorliegende Erfindung
benutzen. Ein Zielgerät 12, das außerhalb des Flugkörpers 10 liegt, ermittelt und
überträgt eine Information über die Richtung eines bestimmten Zieles T an eine Elektronik
14, die innerhalb des Flugkörpers 10 liegt. Diese Richtungsinformation kann z. B.
aus einem Höhenwinkel und einem Seitenwinkel .bestehen. Während im allgemeinen zwei
Winkel benötigt werden, um die Lage des Zieles zu bestimmen, verwenden einige Anwendungsformen
lediglich einen Winkel in Kombination mit einer anderen Iniormation, wie z. B. einer
Höhe. Die nachfolgende Diskussion eines Zwei-Winkel-
Systems soll
nicht den Schutzbereich der Erfindung auf ein derartiges System beschränken. Lediglich
beispielsweise kann das Zielgerät 12 ein Visier in einem Flugzeug sein, das den
Flugkörper 10 trägt. Die Flugzeugbesatzung erzeugt durch Ausrichten des Fadenkreuzes
auf die Mitte des Zieles T die Richtungsinformation bezüglich des Flugzeugs und
bezüglich der Flugkörperachsen. Das Zielgerät 12 kann ebenso ein externes. Radarsystem
sein, das zuvor das Ziel T ermittelt hat. Die Elektronik 14 betätigt die kardanische
Aufhängung 16 in Reaktion auf die Richtungsinformation, um eine Antenne 18 in ec
angegebene Richtung 20 auszurichten. Die kardanische Aufhängung 16 hat einen Winkelbereich,
der durch die gestrichelten Linien 22 angedeutet ist.
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Die Antenne 18 hat eine Strahlbreite bzw. Keulenbreite, die durch
die durchgezogenen Linien 24 angegeben ist.
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Wenn die Antenne 18 in die Richtung 20 in Reaktion auf eine Richtungsinformation
von dem Zielgerät 12 ausgerichtet ist, sind sowohl das gekennzeichnete Ziel T als
auch falsche Ziele T' innerhalb des Strahles. Winkelbestimmungs-Radarsucher nach
dem Stand der Technik begannen die Verfolgungs-Betriebsweise nach Erfassung jeglichen
Zieles innerhalb des Strahles und hatten daher eine effektive Bestimmungsgenauigkeit,
die der Strahlbreite 24 entspricht. Eine genaue Winkelbestimmung wird erfindungsgemäß
durch ZurückweIsen von solchen Zielen erreicht, die außerhalb eines engen Auflösungswinkels
liegen, wie er durch die gebrochenen Linien 26 angedeutet ist. In anderen Worten
erlaubt die Erfindung lediglich das Verfolgen eines Zieles, wenn dieses innerhalb
des festen Winkels fällt, der durch den Auflösungswinkel 26 festgelegt ist und zur
Antennenachse bzw.
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zur ausgerichteten Richtung 20 zentriert ist.
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Die Antenne 18 kann von jeglichem Typ sein, der dazu geeignet ist,
eine relative Elichtungsintormation aus dem vom Ziel empfangenen Rückkehrsignal
zu erzeugen.
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Genauer gesagt ist eine Monopulsantenne 18, wie sie in Figur 1A gezeigt
ist, geeignet. Wie im Stand der Technik bekannt ist, hat eine Monopulsantenne elemente
30, die in vier Quadranten A, B, C und D angeordnet sind. Die Elemente ?,0 können
z. B. Schlitz-Strahier in einer Metaliplatte 32 sein. Es sind viele Variationen
dieser Anordnung bekannt. Genauer gesagt können mehr als ein Element 30 in jedem
Quadranten vorgesehen sein. Die Linien, die die Quadranten A, B, C und D festlegen
5 enthalten zwei Bezugsachsen, die üblicherweise als Höhenachse und als Seitenachse
bezeichnet werden. Ein Monopulsradar mit einer Antenne 18 erzeugt mehrere Signale
durch verschiedene Kombinationer. der Signale, die durch die einzelnen Elemente
30 empfangen werden.
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Ein Summensignal ist proportional zu ( + B + C + wobei die Quadrantenbezeichnung
dazu verwendet wird, um das Signal von allen Elementen in diesem Quadranten zu bezeichnen.
Das Summensignal entspricht einem Gesamtmuster der Antenne 18, wie es durch die
Strahlbreite 24 angegeben ist. Ein erstes Differenzsignal ist proportional zu L(A
+ B) - (C + D)j und entspricht dem Höhenwinkel des Zieles von dem das Signal empfangen
wurde. Ein anderes Differenzsignal ist proportional zu L(A + C) - (B + D)1 und entspricht
&em Seitenwinkel des Zieles. Es ist offensichtlich, da eine Monopuls-Antenne
ein Null-Detektor ist, d. h., .;enn die Antenne direkt auf das Ziel gerichtet ist,
sir- die Differenzsignale gleich Null. Die Seiten- und i en-Winkel, die
durch
das Monopuls-System gemessen sind, sind auf die Achsenrichtung bzw. Strahlmitenachse
20 der Antenne 18 bezogen, so daß sie allgemein als Irrtums- oder Abweichungs-Winkel
bezeichnet werden.
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Ebenso ist es möglich, ein phasengesteuertes Flächenstrahler-Radar
(phased array radar) anstelle des oben beschriebenen Monopulsradars zu verwenden.
Beide Radare haben eine verschwenkbare Strahlrichtung, jedoch ist der Strahl des
Monopulsradars in mechanischer Weise mittels e er kardanischen Aufhängung einstellbar,
während der Strahl eines phasengesteuerten Flächenstrahlerradars in elektronischer
Weise mittels Phasenschieberschaltungen ausgerichtet wird. Die Veränderungen an
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel, die nötig wären, um ein phasengesteuertes
Flächenstrahlerradar zu benutzen, sind dem Fachmann offensichtlich.
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Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Radarsuchers in Übereinstimmung
mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Die kardanische Aufhängung 16 richtet
die Antenne 18 in Reaktion auf Signale von einem Seitenwinkelantrieb 40 und einem
Höhenwinkelantrieb 42 aus. Ein Höhenwinkelübertrager 44 und ein Seitenwinkelübertrager
46, die mit der kardanischen Aufhängung 16 verbunden sind, erzeugen elektrische
Signale, die der momentanen Ausrichtung der kardanischen Aufhängung 16 entspreche.
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Diese Signale werden mittels Subtraktionsschaltungen 48 und 50 von
entsprechenden Richtungsinformationen subtrahiert, die vom Zielgerät 12 empfangen
werden. Die resultierenden Signale sind mit Eingängen eines Schalters 52 bei dessen
Stellung in Such-Betriebsweise verbunden.
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Der Schalter 52 ist mit den Antrieben 40 und 42 derart verbunden,
daß die subtrahierten Signale bei Stellung
des Schalters 52 in
der Stellung der Such-Betriebsweise die Antriebe 40 und 42 dazu veranlassen, den
kardanischen Antrieb 16 in die Richtung zu bewegen, die durch das Zielgerät 12 angegeben
wurde. Es sind verschiedenste Abwandlungen dieser Grundstruktur möglich, um zu erreichen,
daß die kardanische Aufhängung 16 in die durch das Zielgerät 12 angegebene Richtung
verschwenkt wird.
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Ein Monopuls-Empfängcr 54, der mit der Monopulsantenne 18 verbunden
ist, empfängt Signale von der Monopulsantenne und führt die obig unter Bezugnahme
auf Figur 1A festgelegten Signalverarbeitungsfunktionen aus. Details des Entwurfes
und des Aufbaues eines derartigen Empfängers sind im Stand der Technik allgemein
bekannt Der Monopulsempfänger 54 erzeugt ein Seitenwin1<el-Abweichungs'-signal
und ein Höhenwinkel-Abweichungssignal entsprechend des wlnkelmäßigen Versatzes des
Zieles gegenüber der Strahlrichtung der Antenne 18 im Bezug auf die beiden Achsen.
Ein Seitenwinkel-Komparator 56 ist mit dem Seitenwinkel-Abweichungssignalausgang
des Monopuls-Empfängers 54 verbunden. In ähnlicher Weise ist ein Höhenwinkel-Komparator
58 mit dem Höhenwinkel-Abweichurigssignalausgang des Monopuls-Empfängers und -Komparators
54 verbunden. Die Komparatoren 56 und 58 sind Spannungskomparatoren, die derart
entworfen sind daß sie bestimmen, ob die beiden Abweichungswinkel innerhalb vorgegebener
Grenzen sind. Ein Spanl1ungswert, der dem vorgegebenen Auflösungswinkel entspricht,
wird den Komparatoren 56 und 58 zugeführt. Es ist nicht nötig, daß der Spannungswert
für jeden der beiden Koparatoren gleich ist, so dafS es möglich ist, Veränderungen
in der Form des "Fensters" durchzuführen.
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Eine Betriebsart-Logikschaltung 60 ist mit den Ausgängen der beiden
Komparatoren 56 und 58 und ebenso mit einem Summen-Ausgang des Monopulsempfängers
54 verbunden. Die Betriebsartlogik 60, die analog oder digital sein kann, erzeugt
ein Such- oder Verfolgungs-Steuersignal, das die Stellung des Schalters 52 festlegt.
Die Seitenwinkel- und Höhenwinkel-Abweichungssignale sind jeweils von den Komparatoren
56 und 58 mit dem Eingang des Schalters 52 in dessen Stellung bei Verfolgungs-Betriebsweise
verbunden Während des Betriebes wird der Schalter 52 anfänglich in die Stellung
bei Such-Bebriebsweise gesetzt und erlaubt damit dem Zielgerät 12, die kardanische
Aufhängung 16 zu steuern. Wenn das Zielgerät 12 ein Ziel T ermittelt hat, das bestimmt
werden soll, die nötige Richtungsinformation erzeugt hat und die bestimmte Richtung
dem Sucher übermittelt hat, wird die kardanische Aufhängung 16 derart angetrieben,
daß die Antenne 18 in die Richtung 20 ausgerichtet wird. Eine Sucher-Betriebsweise
gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung überprüft daraufhin die Ausgänge
des Winkelmessungs-Radars, bevor die Verfolgungs-Betriebsweise begonnen wird. In
dem in Figur 1 dargestellten Fall bezeichnet das Summensignal das Vorl-iegen von
wenigstens einem Ziel. Winkelbestimmungs-Sucher nach dem Stand der Technik, die
lediglich das Summensignal überprüfen, unterscheiden nicht zwischen dem ermittelten
Ziel T und den falschen Zielen T' Figur 3 zeigt das Ausgangssignal des Monopuls-Empfängers
und Komparators 54. Dieses Signal kann entweder das Höhenwinkel oder das Seitenwinkel-Abweichungssignal
sein. Wenn das Ziel direkt auf der Strahlrichtung der
Antenne 18
liegt, ist die Spannung des Abweichungs-Signales gleich Null. Der absolute Wert
der Spannung wächst mit ansteigender winkelmäßiger Verlagerung des Zieles, obwohl
die Beziehung zwischen Spannung und Abweichungswinkel nicht notwendigerweise linear
sein muß, wie das hier dargestellt wird. Wenn kein Ziel T vorliegt, würden die Komparatoren
56 und 58 keine Abweichungs-Spannungen finden, die niedriger sind als der vorbestimmte
Sparinungswert. Die Betriebsart-Logik 60 würde daher den Schalter 52 in der Such-Betriebsweise
halten. In dem in Figur 1 dargestellten Fall ist allerdings das Ziel T innerhalb
des Auflösungswinkels 26, so daß die Komparatoren 56 und 58 ein Abweichungssignal
vorfinden würden, das niedriger als der vorgewählt Werft ist. Die Betriebsart-Logik
60 schaltet daraufhin den Schalter 52 in die Stellung um, die der Verfolgungs-Betriebsweise
entspricht.
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Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß andere.
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elektronische System in einem durch einen Sucher gesteuerten Flugkörper
benötigt werden, um die Verfolgungs-In formation zur Steuerung des Flugkörpers während
des freien Fluges zu verwenden. Diese elektronischen Systeme wurden In obiger Diskussion
fortgelassen, um die Klarheit der Beschreibung zu erhöhen,und da viele mögliche
Systeme hierfür im Stand der Technik bekannt sind.
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Die vorliegende Erfindung führt zu einem Breitstrahl-Radarsucher mit
einer Winkelbestimmungsgenauigkeit, die aufgrund der Genauigkeit der Monopuls-Winkelmessungen
der Genauigkeit von optischen Suchern nahekommt. Weiterhin sind die Prinzipien der
vorliegenden Erfindung auf einfache, nur auf Winkel ansprechende Sucher ebenso
anwendbar
wie auf solche Sucher, die verschiedene Bestimmungssysteme haben, wie z. B. Bestimmungssysteme
für Entfernung und Geschwindigkeit. Die in dieser Anmeldung aufgezeigte Möglichkeit
einer genauen Winkelbestimmung ermöglicht eine Betriebsweise eines Breitstrahl-Radarsuchers
in einer Umgebung mit vielen Zielen, die bei bekannten, nur auf Winkel ansprechenden
Suchern unmöglich gewesen wäre.
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Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel im einzelnen gezeigt und dargestellt wurde, ist es für den Fachmann
selbstverständlich, daß andere Veränderungen und Abwandungen des Ausführungsbeispieles
durchgeführt werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung und von deren Schutzbereich
abzuweichen.
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