DE3545029A1 - RADAR DEVICE FOR USE ON AN UNDESIRED MOVEMENT PLATFORM - Google Patents
RADAR DEVICE FOR USE ON AN UNDESIRED MOVEMENT PLATFORMInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung zur Verwendung an einer unerwünschter Bewegung unterworfenen Plattform. Eine solche Plattform kann beispielsweise ein Hubschrauber sein, der versucht, an einer festen Lage zu schweben, oder ein Starrflügel-Flugzeug, das sich längs einer linearen Bahn mit einer konstanten Geschwindigkeit zu bewegen sucht, sich jedoch tatsächlich auch im radial zur beabsichtigten Flugbahn gelegenen Richtungen bewegt und Geschwindigkeitsänderungen längs der Flugbahn unterworfen ist.The invention relates to a radar device for use on a platform subject to undesired movement. Such a platform can be, for example, a helicopter trying to hover at a fixed position, or a fixed-wing aircraft that seeks to move along a linear path at a constant speed, itself but actually also moved in directions radial to the intended trajectory and changes in speed is subject along the trajectory.
Figur 1 zeigt ein Starrflügel-Flugzeug 1, das ein Radar trägt, und einer beabsichtigten Flugbahn längs einer zur dargestellten Zeichenebene senkrecht liegenden Linie folgt. Das Radar beleuchtet ein Gebiet der Bodenfläche, das mit 2 bezeichnet ist, und dieses Gebiet wird als schmal in der Bewegungsrichtung des Flugzeuges angenommen. Bewegung des Flugzeuges 1 in irgendeiner radialen Richtung führt eine Dopplerverschiebung in die empfangene Energie ein, und diese Verschiebung ist bei aus unterschiedlichen Teilen des beleuchteten Gebietes 2 empfangenen Energien unterschiedlich. Falls die Radar-Auswertungen unter der Annahme ausgeführt werden, daß das Flugzeug während jeden Integrationszeitraumes stationär ist, werden die Impulse nicht kohärent integriert, und Signalenergie geht aus diesem Grunde verloren. Es ist deshalb notwendig, das empfangene Signal in irgendeiner Weise nachzuregeln, so daß die Bewegung des Flugzeuges ausgeglichen wird. Eine solche Bewegung beeinflußt in ernsthafter Weise die Verarbeitung von Signalen bei einem Radar mit synthetischer Apertur, und deshalb ist die Erfindung für Radargeräte mit synthetischer Apertur von besonderer Bedeutung.FIG. 1 shows a fixed-wing aircraft 1 carrying a radar and an intended flight path along one of the illustrated The perpendicular line follows the drawing plane. The radar illuminates an area of the ground area indicated by 2 and this area is said to be narrow in the direction of movement of the aircraft accepted. Movement of the aircraft 1 in any radial direction results in a Doppler shift in the received one Energy on, and this shift is with energies received from different parts of the illuminated area 2 different. If the radar evaluations are carried out on the assumption that the aircraft is stationary during each integration period, the pulses are not integrated coherently, and signal energy is lost for this reason. It is therefore necessary to use the received signal in any Way to readjust so that the movement of the aircraft is compensated. Such a movement affects you more seriously Way the processing of signals in a radar with synthetic aperture, and therefore the invention is for radar devices with synthetic aperture of particular importance.
Die Erfindung schafft eine Radarvorrichtung zur Verwendung an einer unerwünschter Bewegung unterworfenen Plattform, wobei die Vorrichtung einen Radarsendeempfänger enthält, der zum Beleuchten eines begrenzten Gebietes mit einem Strahlungsimpuls ausgelegt ist, mit Mitteln zum Ableiten einer Messung der Bewegung des Radars und Mitteln zum Ableiten von PhasenwertenThe invention provides a radar device for use a platform subject to undesired movement, the apparatus including a radar transceiver adapted to illuminate of a limited area is designed with a radiation pulse, with means for deriving a measurement of the movement of the radar and means for deriving phase values
aus dieser Messung, die den erwarteten Dopplereffekten an Teilen des von verschiedenen Abschnitten des beleuchteten Gebietes empfangenen Signales entsprechen und Mitteln zum Nachstellen des empfangenen Signals mit den abgeleiteten Phasenwerten zum Ausgleich der Dopplereffekte.from this measurement, the expected Doppler effects Parts of the signal received from different sections of the illuminated area correspond and means for Adjustment of the received signal with the derived phase values to compensate for the Doppler effects.
Die Mittel zum Ableiten einer Messung der Bewegung enthalten vorzugsweise einen Beschleunigungsmesser (Akzelerometer) (bei der praktischen Ausführung zwei senkrecht zueinander ausgelegte Akzelerometer) und einen Integrator. Die Verwendung eines durch einen Integrator gefolgten Akzelerometers ergibt eine Messung der Geschwindigkeit, die bei Kurzzeit-Geschwindigkeitsänderungen akkurat ist. Sie ist jedoch für Langzeit-Geschwindigkeitsänderungen nicht zufriedenstellend, da der Integrator in seinem Ausgangssignal eine Langzeit-Abwanderung besitzt. Um dieses Problem zu beseitigen, enthält die Erfindung vorzugsweise Mittel, die aus dem nachgestellten empfangenen Signal ein Korrektursignal schaffen, welches das Ausgangssignal des Integrators korrigiert.The means for deriving a measurement of the movement preferably includes an accelerometer (accelerometer) (in the practical version, two accelerometers laid out perpendicular to each other) and an integrator. The usage an accelerometer followed by an integrator gives a measurement of the speed associated with short term speed changes is accurate. However, it is not satisfactory for long-term speed changes, since the integrator has a long-term drift in its output signal. To eliminate this problem, contains the invention preferably means that create a correction signal from the subsequent received signal, which the Corrected the output signal of the integrator.
Die Mittel zum Nachstellen des empfangenen Signals enthalten vorzugsweise Mittel zur Erzeugung einer Wellenform, deren Phasenänderungen die über dem beleuchteten Gebiet erwarteten Doppler-Phasenänderungen definieren und Mittel zum Mischen dieser Wellenform mit dem empfangenen Signal.The means for adjusting the received signal included preferably means for generating a waveform whose phase changes are those expected over the illuminated area Define Doppler phase changes and means for mixing this waveform with the received signal.
Eine Ausführungsart der Erfindung wird nun mit Bezug auf Figuren 2 bis 6 der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:An embodiment of the invention will now be made with reference to figures 2 to 6 of the drawing described; in this shows:
Figur 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß aufgebauten, an dem in Figur 1 gezeigten Flugzeug angebrachten Radars,FIG. 2 shows a block diagram of an aircraft constructed according to the invention and attached to the aircraft shown in FIG Radars,
Figur 3 Einzelheiten der mit 5 und 16 in Figur 2 bezeichneten Bestandteile,FIG. 3 details of the components denoted by 5 and 16 in FIG. 2,
Figur 4 ein Alternativaufbau für die Bestandteile 5 und 16 der Figur 2,Figure 4 shows an alternative structure for the components 5 and 16 of Figure 2,
Figur 5 die Wellenformen (beispielsweise sind acht davon dargestellt) an den einzelnen Ausgangsleitungen des Wellenformgenerators 16 in Figur 3, undFigure 5 shows the waveforms (eight of which are shown, for example) on the individual output lines of waveform generator 16 in Figure 3, and
Figur 6 die Wellenformen (beispielsweise sind neunzehn gezeigt) an den Ausgangsleitungen vom Wellenformgener ator 16 der Figur 4.Figure 6 shows the waveforms (e.g. nineteen shown) on the output lines from waveform generator 16 of Figure 4.
In Figur 2 ist ein Radarsendeempfänger 3 an dem Flugzeug 1 angebracht dargestellt. Empfangene Signale werden an Leitung 4 mit ZF einem Mischer 5 zugeführt, in welchem sie mit einem Signal gemischt werden, das speziell zur Entfernung von irgendwelchen Dopplereffekten aus den empfangenen Signalen erzeugt wurde, die infolge unerwünschter Bewegung des Flugzeuges in Radialrichtung, d.h. in Richtungen der Zeichenebene nach Figur 1 entstanden sind. Einzelheiten des Mischers 5 werden später beschrieben.In FIG. 2 there is a radar transceiver 3 on the aircraft 1 shown attached. Received signals are fed to line 4 with IF a mixer 5, in which they are with a Signal created specifically to remove any Doppler effects from the received signals as a result of undesired movement of the aircraft in the radial direction, i.e. in the directions of the plane of the drawing according to Figure 1 have arisen. Details of the mixer 5 will be described later.
Das Ausgangssignal des Mischers 5 wird einem Strahlbildungsintegrator 6 für synthetische Apertur zugeführt, wie er für sich bekannt ist. Es wird auch zwei in Figur 7 als einziger Block 7 bezeichneten Radialgeschwindigkeit-Meßkreisen zugeführt. Solche Geschwindigkeitsmeßkreise sind an sich bekannt, und eine entsprechende Schaltung ist beispielsweise in der gleichzeitigen Patentanmeldung mit dem Titel "A Sideways Looking Radar" (Seitenblick-Radar) vom 13.11.1984 beschrieben. Bei 7 durchgeführte Geschwindigkeitsmessungen messen den Ausgleichsfehler des Mischers 5 und entsprechen im Bereich den beiden Begrenzungen des in Figur 1 gezeigten Streifens 2, wie durch die Entfernungstore 8 und 9 in Figur 2 definiert. Die Geschwindigkeitsfehler-Meßergebnisse von 7 werden nach Bearbeitung in 7A bei 10 und 11 zu den jeweiligen Ausgangssignalen von aufeinander senkrechten Akzelerometern 12 bzw. 13 addiert. Der Rechner 7A dient zur Errechnung von Langzeit-The output of the mixer 5 is fed to a beam forming integrator 6 supplied for synthetic aperture, as it is known for itself. There will also be two in Figure 7 as the only one Block 7 designated radial speed measuring circuits supplied. Such speed measuring circuits are known per se, and a corresponding circuit is for example in the simultaneous patent application entitled "A Sideways Looking Radar "(Seitenblick-Radar) from November 13th, 1984. At 7 speed measurements carried out measure the Compensation errors of the mixer 5 and correspond in the area to the two boundaries of the strip 2 shown in Figure 1, as defined by distance gates 8 and 9 in FIG. The speed error measurement results of 7 become after processing 7A at 10 and 11 to the respective output signals of mutually perpendicular accelerometers 12 and 13 added. The calculator 7A is used to calculate long-term
Geschwindigkeitskorrekturen in den Achsenrichtungen der Akzelerometer 12 und 13.Speed corrections in the axial directions of the accelerometers 12 and 13.
Die Ausgangssignale der Addierkreise 10 und 11 werden durch Integratoren 14 bzw. 15 integriert, um Signale zu erhalten, die die Komponenten der augenblicklichen Geschwindigkeit des Flugzeuges 1 in Richtung der Akzelerometerachsen darstellen. Diese Signale werden einem Wellenformgenerator 16 zugeführt, der eine Wellenform erzeugt, die die Änderung der Dopplerphase über dem Streifen 2 mit einer Rate darstellt, welche gleich der Realzeit-Entfernungsrate der empfangenen Signale über diesem Streifen ist.The output signals of the adding circuits 10 and 11 are integrated by integrators 14 and 15, respectively, in order to obtain signals which represent the components of the instantaneous speed of the aircraft 1 in the direction of the accelerometer axes. These signals are fed to a waveform generator 16 which generates a waveform representative of the change in Doppler phase over the strip 2 at a rate equal to the real time removal rate of the received signals above that strip is.
Ein dritter Beschleunigungsmesser oder ein drittes Akzelerometer 17 ist mit seiner Linearachse längs der beabsichtigten Flugrichtung des Flugzeuges angeordnet. Sein Ausgangssignal wird bei 18 einem Korrektursignal hinzugefügt, und dann bei integriert. Das Ausgangssignal des Integrators 19 stellt die augenblickliche Vorwärtsgeschwindigkeit des Flugzeuges dar und wird den Radarstrahl-Formungsintegrationen von 6 hinzugefügt, um während des synthetischen Strahlformens die Herstellung korrekter Phasenausgleiche zu ermöglichen. Das Ausgangssignal vom Mischer 5 wird bei 20 zur Langzeitmessung der Vorwärtsgeschwindigkeit benutzt. Der Block 20 .kann so ausgeführt sein, wie es in der GB-Patentanmeldung Nr. 84 23 308 beschrieben ist. Diese Langzeitmessung wird als zweites Eingangssignal für den Addierkreis 18 benutzt.A third accelerometer or accelerometer 17 is with its linear axis along the intended one Direction of flight of the aircraft arranged. Its output is added to a correction signal at 18, and then at integrated. The output signal of the integrator 19 represents the instantaneous forward speed of the aircraft and is added to the radar beamforming integrations of FIG. 6 to provide fabrication during synthetic beamforming to enable correct phase balancing. The output from mixer 5 is used at 20 for a long-term measurement of the forward speed used. The block 20 may be implemented as described in GB patent application no. 8423308 is. This long-term measurement is used as a second input signal for the adder circuit 18.
Der Wellenformgenerator 16 und der Ausgleichsmischer 5 sind in Figur 3 dargestellt, und hier ist zu sehen, daß der Mischer 5 eine Anzahl getrennter Mischer, die beispielsweise als 5A, 5B und 5C dargestellt sind, enthält und die jeweils von der Leitung über Entfernungstorkreise 5D, 5E bzw. 5F gespeist werden, wodurch unterschiedliche Entfernungszellen innerhalb des Streifens 2 definiert werden. Die Ausgangssignale der Mischer 5A, 5B, 5C werden bei 5G addiert, um ein Ausgangssignal zu erhal-The waveform generator 16 and equalizing mixer 5 are shown in Figure 3 and it can be seen here that the mixer 5 includes a number of separate mixers, shown for example as 5A, 5B and 5C, each of which is provided by the Line fed via range gate circuits 5D, 5E and 5F, respectively, creating different range cells within of the strip 2 can be defined. The output signals of the mixers 5A, 5B, 5C are added at 5G to obtain an output signal.
ten, das dem Strahlformer 6 mit synthetischer Apertur in Figur 2 zugeführt wird.th, which the beamformer 6 with synthetic aperture in Figure 2 is supplied.
Der Wellenformgenerator 16 nimmt die Form einer Vielzahl von Oszillatoren 16A, 16B, 16C mit gesteuerter Frequenz an, von denen jeder so gesteuert wird, daß eine Wellenform erzeugt wird, die der von einer Entfernungszelle IA in Figur 1 erwarteten Dopplerfrequenz entspricht. Die Oszillatoren werden entsprechend den bei 16D ausgeführten Berechnungen frequenzgesteuert.The waveform generator 16 takes the form of a plurality of oscillators 16A, 16B, 16C with controlled frequency, each of which is controlled to produce a waveform similar to that of range cell IA in FIG corresponds to the expected Doppler frequency. The oscillators are operated according to the calculations made at 16D frequency controlled.
Der in Figur 3 für die Bestandteile 5 und 16 gezeigte Aufbau ist relativ kompliziert. Eine einfachere Möglichkeit ist in Figur 4 dargestellt.The structure shown in Figure 3 for the components 5 and 16 is relatively complicated. An easier way is in Figure 4 shown.
In Figur 4 ist der Wellenformgenerator 16 so gezeigt, daß er einen Rechner 16E enthält, der Phasen-Zuwachsschritte 16F errechnet, die Dopplerphasenänderungen in jeder Entfernungszelle IA bei jedem Intervall zwischen Radarimpulsen darstellen. Die Phasenzuwachsschritte werden benutzt, um mit der Impulswiederholungs-Frequenzgeschwindigkeit eine Reihe von Phasenakkumulatoren 16G nachzustellen. Die Ausgangssignale der Phasenakkumulatoren 16G werden einer Reihe von Phasen/Amplituden-Wandlern 16H zugeführt, welche Amplitudenwerte entsprechend dem gegenwärtigen Inhalt der Phasenakkumulatoren 16G halten.In Figure 4, the waveform generator 16 is shown to include a calculator 16E which calculates phase increments 16F, represent the Doppler phase changes in each range cell IA at each interval between radar pulses. The phase increments are used to adjust with the pulse repetition frequency rate to recreate a number of phase accumulators 16G. The output signals of the phase accumulators 16G are fed to a series of phase / amplitude converters 16H, which amplitude values correspond to the keep current content of 16G phase accumulators.
Entfernungs-Torkreise 161 werden sequentiell während eines Intervalls zwischen Radarimpulsen zu Zeiten geöffnet, die den Entfernungen entsprechen, von denen ein Signal empfangen wird. Die Ausgangssignale werden in einem Addierkreis 16J kombiniert. Diskontinuitäten in den Ausgangssignalen des Addierkreises infolge des Diskret-Abtasteffektes der durch den Entfernungstorkreis 161 ausgeführten elektronischen Abtastung werden durch ein Tiefpaßfilter 16K beseitigt, das die erforderliche Ausgleichs-Wellenform erzeugt. Der Phasenakkumulator 16G wird durch ein Signal an Leitung 16L zu Zeitpunkten zurückgestellt,Distance gate circles 161 are sequential during one Interval between radar pulses opened at times following the Correspond to distances from which a signal is received. The output signals are combined in an adder circuit 16J. Discontinuities in the output signals of the adding circuit as a result of the discrete scanning effect of the electronic scanning performed by the range gate 161 are through eliminates a 16K low pass filter which creates the required equalization waveform generated. The phase accumulator 16G is reset by a signal on line 16L at times
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die dem Ende jedes bei 6 ausgeführten Syntheseradarstrahls-IntegrationsIntervalls entsprechen. Bei der Anordnung nach Figur 4 wird die Korrektur-Wellenform am Ausgang der Schaltung 16 einem einfachen Mischer 5 zugeführt, der lediglich die beiden an seinen Eingängen erscheinenden Signale mischt, anders als bei dem komplizierteren Mischer in Figur 3.the the end of each synthesis radar beam integration interval executed at 6 correspond. In the arrangement of Figure 4, the correction waveform is at the output of the circuit 16 fed to a simple mixer 5, which only mixes the two signals appearing at its inputs, different from the more complicated mixer in Figure 3.
Figur 5 zeigt die Wellenformen an den einzelnen Ausgangsleitungen vom Wellenformgenerator 16 in Figur 3. Bei einer Betrachtung der Figur 5 ist zu bemerken, daß sich die Dopplerfrequenzen in den unterschiedlichen Entfernungen unterscheiden. Figure 5 shows the waveforms on the individual output lines from waveform generator 16 in Figure 3. Upon inspection It should be noted in FIG. 5 that the Doppler frequencies differ in the different distances.
Figur 6 zeigt die Wellenformen am Ausgang des Tiefpaßfilters 16K in Figur 4 während einer Anzahl von Impuls-Wiederholungsfrequenz-Intervallen (19 sind dargestellt), von denen 15 eine Strahlbildungs-Integrationszeit des Prozessors 6 bilden. Aus Figur 6 ist zu entnehmen, daß bei einer bestimmten Entfernung die Phasenproben der Impulswiederholungsfrequenz-Zuwächse sich in der Weise wie in Figur 5 ändern. Ebenfalls zu bemerken ist der Aufbau der bei 16G gespeicherten Phasenwerte. Im Fall der Figuren 5 und 6 sind die Abweichungen der durchgezogenen Wellenformen von den gestrichelten Linien in einer zu den letzteren senkrechten Richtung repräsentativ für die augenblickliche Amplitude der Ausgleichswellenform.Figure 6 shows the waveforms at the output of the low pass filter 16K in Figure 4 during a number of pulse repetition frequency intervals (19 are shown), 15 of which constitute a beam forming integration time of the processor 6. the end It can be seen from FIG. 6 that at a certain distance the phase samples of the pulse repetition frequency increases change in the manner as in FIG. The structure of the phase values stored at 16G should also be noted. in the In the case of Figs. 5 and 6, the deviations of the solid waveforms from the dashed lines are in one too the latter perpendicular direction representative of the instantaneous amplitude of the balance waveform.
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Legal Events
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