DE3688935T2 - 2-D-Puls-Dopplerradar. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein zweidimensionale Flugbahnüberwachungs- Radare kurzer bis mittlerer Reichweite, die mit einem umlaufenden senkrechten Strahlungsfeld nach Art einer Fächerkeule arbeiten, und insbesondere Radare, die auch mit einem Zieldatenextraktor und Zielverfolgungs- und Suchradarmitteln (TWS) mit einer entsprechenden Datenverbindung versehen und mit einem Rundsichtgerät (PPI) oder dergleichen ausgerüstet sind.
• Moderne Flugbahnüberwachungs-Radare und insbesondere solche mit kurzer bis mittlerer Reichweite werden bei verschiedenen typischen Umgebungsbedingungen stark unterschiedlich voneinander betrieben.
• Die Geländeart, über der das Radar zumeist seine Überwachung durchführt, ist unterschiedlich (vom ebenen Gelände ohne Vegetation oder Bauwerke bis hin zu Gebirgsregionen).
• Die taktisch wichtigen meteorologischen Bedingungen (wie Sichtverhältnisse, Niederschläge, Luftturbulenzen) sind offensichtlich ebenfalls veränderlich.
• Die Art des Primärzieles, gegen das ein Angriff von Luftzielen erwartet wird, ist gleichfalls veränderlich (Fläche, Punkt). Daneben sind die Einrichtungen, die zusätzlich zu dem eigentlichen Radar für die Verteidigung benutzt werden, unterschiedlich (beispielsweise das Vorhandensein eines Frühwarnradars).
• Folglich sind sowohl die Art des Flugkörpers, dessen Einsatz bei dem Angriff erwartet wird (Hubschrauber, Düsenjäger, Lenkwaffe) als auch Taktik und Angriffsprofil (Art der Formation, Flugbahn und Höhe usw.) des Luftziels unterschiedlich. Bei bestimmten Anwendungsfällen und Bedingungen wird daher das oben genannte Überwachungsradar hauptsächlich Tiefflugangriffen entgegenwirken, ein anderes Mal Angriffen aus hohen Elevationswinkeln und wieder ein anderes Mal (oder gelegentlich) Angriffen sowohl aus niedriger als auch aus großer Höhe.
• Unter den genannten Bedingungen ist es, wie den mit diesen Anwendungen Vertrauten bekannt ist, taktisch bedeutsam, daß der Radarüberwachungssensor die kürzestmögliche Reaktionszeit hat (das ist der Zeitraum vom Eindringen einer Gefahr in den Wirkungsbereich bis zur Entdeckung und Alarmgabe durch das Radar), um nach der ersten Feststellung so genau wie möglich die Bahndaten und wenn möglich zusätzlich zu Entfernungs- und Azimutdaten auch Elevationsdaten (Höhe) zu liefern. Die beiden letztgenannten Eigenschaften sind sowohl für die Abwehrwaffensysteme, die diesen Angriffen entgegenwirken sollen, als auch für eine schnellere und zuverlässigere Beurteilung der Gefahr durch den Bediener des Radars selbst wichtig.
• Um außerdem die Entdeckung und Ortung durch feindliche ESM (elektronische Trägereinrichtungen) sowie Angriffe gegen das Radar mittels ARM (Antiradar-Flugkörper) zu verhindern, ist es für das Überwachungsradar immer wichtig, in jedem Fall nur das geringstmögliche Strahlungsdiagramm-Volumen für die kürzestmögliche Zeit auszustrahlen, soweit dies die Überwachungsanforderungen gerade noch zulassen.
• Die bekannten zweidimensionalen Überwachungsradare, die naturgemäß mit festen und starren Suchdiagrammen versehen sind, die durch eine periodisch um eine senkrechte Achse rotierende Antenne erhalten werden, die eine Fächerkeule mit begrenzter Breite in horizontaler Richtung und einer reichlichen Elevationsbreite gleich dem maximalen taktisch erwarteten Angriffswinkel aufweisen, sind nicht an die oben erwähnten beträchtlichen Änderungen des Anwendungsfalles und/oder der Umgebung anpaßbar. Tatsächlich geben sie unter allen oben genannten Bedingungen zu jeder Zeit und über das ganze Elevationsfeld, für das die Antenne konstruiert ist, ihre ganze verfügbare Leistung ab. Da sie hinsichtlich ihres Suchdiagramm-Musters nicht optimierbar sind, sind sie ungeeignet, unter Beibehaltung anderer Bedingungen wie Leistungsübertragung, Außenabmessungen, Kompliziertheit und Kosten die Reichweite einer ersten Zielfeststellung zu maximieren, ohne andere wichtige Aspekte wie beispielsweise die Qualität (Genauigkeit) und die Quantität (maximale Anzahl) gleichzeitig verfolgter Ziele zu beeinträchtigen. Außerdem sind die bekannten zweidimensionalen Radare naturgemäß nicht in der Lage, irgendwelche auch nur groben Angaben zur Höhe (Elevation) von verschiedenen festgestellten und/oder verfolgten Zielen zu liefern.
• Lösungen einiger der oben aufgeführten Probleme, die den Einsatz von Radartypen einschließen, die allgemein als dreidimensionale Radare bekannt sind, sind interessant, weil die naturgemäße Fähigkeit eines dreidimensionalen Radars, die Höhe eines festgestellten und/oder verfolgten Ziels zu bestimmen, entweder
• - zusätzlich zu anderen taktisch wichtigen Merkmale hinzukommt, die für die oben genannten zweidimensionalen Radare typisch sind (wie Reaktionszeit, Genauigkeit), was sie jedoch deutlich komplizierter und teurer macht, oder
• - als eine Alternative (und zu Lesten) der oben geschilderten typischen Eigenschaften auftritt, was für ihren Einsatz nicht akzeptabel ist.
• Die letztgenannte Feststellung wird klar, wenn man beispielsweise berücksichtigt, daß die Aktualisierungszeit für Zieldaten, die bekanntlich sowohl die Reaktionszeiten als auch die Genauigkeit der Bahndaten beeinflußt, während andere Radarparameter (wie die horizontale Breite der Fächerkeule, die Verharrungszeit auf dem Ziel, den erforderlichen Erfassungsbereich in der Elevation) gleich sind, direkt proportional der Anzahl der diskreten Strahlen im Suchdiagrammplan des Radars selbst ist: Beispielsweise strahlt ein zweidimensionales Radar bei einer horizontalen Rotation des Antennenstrahls von einer Umdrehung pro Sekunde einen Punkt im Raum jede Sekunde erneut an, während ein einzelnes dreidimensionales Radar mit sechs Strahlen in der Elevationsebene dies nur alle sechs Sekunden tun wird.
• Zusammenfassend sind dreidimensionale Radare im Vergleich zu zweidimensionalen bei gleichen Grundeigenschaften viel komplizierter, schwerfälliger und kostspieliger, während bei gleichen Kosten und gleicher Kompliziertheit dreidimensionale Radare praktisch nicht akzeptable taktisch-operative Leistungsdaten aufweisen.
• Ein kohärentes Radarsystem, das eine phasengesteuerte Antenne, die ein breites Elevations-Fächerkeulenmuster für die zweidimensionale Verfolgung erzeugt, und ein schmales Richtstrahldiagramm für die dreidimensionale Verfolgung miteinander kombiniert, ist aus WO 85/00896 bekannt. Die Musterauswahl erfolgt durch einen Steuerrechner, der jedoch keine wirksame Feststellung von sich gleichzeitig in unterschiedlichen Höhen nähernden Zielen ermöglicht.
• Aus GB-A-812 877 ist ein nicht kohärentes Radarsystem bekannt. Dieses System schwächt unerwünschte Bodenechos bei geringen Elevationswinkeln ab, während bei hohen Elevationswinkeln keinerlei Verminderung der Verstärkung erfolgt. Darüber hinaus weist das bekannte System zwei getrennte Hornstrahler auf, die so gesteuert werden, daß sie Strahlen mit unterschiedlichen Elevationswinkeln erzeugen, wobei eine Umschaltung zwischen den Elevationen nach einem vollständigen Zyklus der Azimutabtastung erfolgt.
• Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 1 beschrieben ist, ein verbessertes zweidimensionales Radar zu schaffen, das unter Beibehaltung der Eigenschaften eines typischen zweidimensionalen Radars hinsichtlich Reaktionszeit und Verfolgungsdatengenauigkeit und ohne die Nachteile der Kompliziertheit und Kosten eines dreidimensionalen Radars den Bediener des Radars und den Nutzer einer Datenübermittlungsverbindung zum Radar, wenn auch näherungsweise, zusätzlich mit Informationen über die Elevation von Zielen versorgen kann, die vom Radarverfolgungsgerät selbst verfolgt werden.
• Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist es, das zweidimensionale Radar mit Mitteln zu versehen, die zur Anpassung und Optimierung des jeweiligen Überwachungs- und Verfolgungsfeldes in der Elevation in Abhängigkeit von der Umgebung und den entdeckten Zielen dienen, um so unter allen Bedingungen die mittlere Gesamtfrequenz der Aktualisierung von Zielverfolgungsdaten zu maximieren, das Suchdiagramm in einfacher und wirksamer Weise zu optimieren und zu verhindern, daß in taktisch bedeutungslose oder, noch schlechter, in gefährliche Bereiche abgestrahlt wird.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein zweidimensionales Radar zu schaffen, das zwei verschiedene Strahlungsdiagramme erzeugt, die während einer einzigen Antennenumdrehung sowohl hohe als auch niedrige Bereiche der Elevationsebene überstreichen.
• Diese oben genannten sowie weitere Aufgaben der Erfindung werden, wie nachstehend hierin deutlich werden wird, durch ein zweidimensionales Impuls-Doppler-Radar-System für die Flugbahnüberwachung erreicht, wie es in den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Das zweidimensionale Impuls-Doppler-Radar-System enthält eine Strahlungsantenne die verschiedenen Elevationswinkel unterschieden. Die Strahlungsantenne wird mechanisch mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit W&sub0; um eine senkrechte Achse gedreht, um eine 360º-Erfassung der gewünschten Luftraumüberwachung in der horizontalen Ebene zu erhalten.
• Das Radar enthält außerdem als wichtigen erfindungsgemäßen Teil auch einen Schalter, der es gestattet, bei jedem aktuellen Verfolgungswinkel der Antenne im Azimutbereich auszuwählen, welche der beiden umlaufenden Elevationsfächerkeulen zu erzeugen ist.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die in Anspruch 2 angegeben ist, wird diese Auswahl durch die Zielverfolgungs- und Suchradarmittel (TWS), die der Fachwelt als track-while-scan-"tracker" bekannt und in dem an das Radar angeschlossenen Rechner vorgesehen sind, vorgenommen und aktiviert und dem Bediener durch eine bekannte Symbolik auf dem PPI-Display des Radars angezeigt; das Zielverfolgungsgerät selbst kann dann durch zeitlich aufeinanderfolgende Anwendung dieser Strahlauswahlinformationen auf jedes Ziel mittels bekannter Rechenalgorithmen zur Bestimmung einer groben Schätzung der Elevation eines jeden Ziels zurückkehren. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung werden somit die folgenden Bedienungsmöglichkeiten eröffnet:
• a) Der Bediener kann leicht und schnell das abzutastende Elevationsfeld auswählen, das entweder auf den niederen oder auf den hohen Elevationstrahl begrenzt sein oder auch beide umfassen kann. Der Schalter ist entsprechend angeordnet, um entweder ständig die niedrige oder die hohe Zuleitung zu speisen, oder es kann alle 360º der horizontalen Rotation nach einer voreingestellten starren "M+N"-Wiederholreihenfolge vom hohen zum niedrigen Strahl übergewechselt werden, was bedeutet, daß für M aufeinanderfolgende Umdrehungen der niedrige Strahl beleuchtet sein soll, dann für N aufeinanderfolgende Umdrehungen der hohe, worauf sich der Zyklus wiederholen soll. In unserem Anwendungsbeispiel wurde N = M = 1 angenommen.
• b) Im Falle eines Überwachungszyklus unter Nutzung der zuvor erwähnten "M+N"- Reihenfolge ist für alle Ziele, bei denen durch das Verfolgungsprogramm des Rechners selbst eine Verfolgung durchgeführt wird, eine Anordnung zur Unterbrechung dieser Reihenfolge während derjenigen kurzen Intervalle möglich, in denen es aufgrund der durch das zuvor genannte Verfolgungsprogramm extrapolierten Bahndaten vorhersehbar ist, daß das Ziel nur durch einen anderen Strahl als den gegenwärtig ausgesandten Strahl beleuchtbar ist, und daher soll die besagte Anordnung in diesen Intervallen den Schaltzustand wechseln, nur um unmittelbar danach wieder in den Zustand zurückzukehren, der durch die erwähnte Reihenfolge definiert ist. Außerdem soll das erwähnte Umschalten nicht zyklisch für jeden verfolgten Zielweg oder einmal alle K Antennenumdrehungen (wobei K gleich 2, 3, 4 oder dergleichen vorgegeben werden kann) durchgeführt werden, um nicht ein Luftraumvolumen bei der Überwachung unüberstrichen zu lassen, oder wenn zwei Ziele auf verschiedenen Strahlen als Radarechos etwa zum genau gleichen Zeitpunkt (gleicher Azimutwinkel) erwartet werden. In diesem Fall muß das Logikprogramm für diesen Winkel zur starren 1 + 1 alternierenden Reihenfolge zurückkehren.
• c) Im Falle eines Überwachungswinkels, der die oben unter a) erwähnte "M+N"- Reihenfolge hat, ist auf der Grundlage der Vorgeschichte der Antennenumdrehungen, des Zustandes des Schalters und der Anwesenheit/Abwesenheit von Radarechos im Zusammenhang mit den Winkeln, bei denen die verschiedenen Ziele erwartet werden, und unter Benutzung bekannter Filter- und Vorraussagesysteme eine grobe Schätzung der Elevation eines jeden erfaßten Ziels möglich, erstens um nach der oben unter b) beschriebenen Logik die optimale Schalterstellung für die nächste Antennenumdrehung für jeden Azimutwinkel vorherzusagen und zweitens um Nutzer der Bahndaten (d. h. den Radarbediener und einen Nutzer der Datenübertragungsverbindung) zusätzlich zu Azimut und Entfernung mit groben Elevationsdaten für jedes Ziel zu versorgen.
• Es ist schon oben erwähnt worden, daß der an das Radar angeschlossene Rechner, der auch die zuvor erwähnte Verfolgungsfunktion ausführt, aufgrund betrieblicher Erfordernisse, die über die Bedienungssteuerkonsole eingegeben wurden, und aufgrund aktueller Bahnverfolgungsdaten laufend für jeden Azimutwinkel der Antenne die Stellung des Elevationsschalters bestimmen soll.
• Wenn daher Umgebungs- oder taktische Bedingungen dafür sprechen, daß die Möglichkeit von Angriffen in großer Höhe auszuschließen ist, dann soll der Bediener über den Rechner von den zwei verfügbaren Elevationsvarianten stets und andauernd nur die Strahlung über den niedrigen Strahl auswählen. Das Gegenteil wird gelten, wenn die erwartete Bedrohung ausschließlich im hohen Teil des Überwachungsdiagramms liegt. Falls eine Bedrohung sowohl auf dem hohen als auch auf dem niedrigen Strahl erwartet wird, wird die automatische Legik als Ergebnis eines anfänglichen Wählvorganges, der immer vom Bediener durchgeführt wird, sofort veranlassen, daß der Schalter abwechselnd für eine volle Antennenumdrehung auf den hohen Strahl und für eine Umdrehung auf den niedrigen Strahl geschaltet wird. Wenn während dieser Überwachungsphase ein Ziel festgestellt und demzufolge eine Verfolgung ausgelöst wird, dann sieht die Erfindung vor, daß durch den Schalter automatisch der für die Beleuchtung des verfolgten Zieles geeignetere Strahl gewählt wird, so daß innerhalb des Ablenkungswinkels, in welchem das Zielverfolgungsgerät ein Echo und somit Zieldaten zu empfangen erwartet, das normale Überwachungsprogramm mit abwechselnd hohem und niedrigem Strahl für einen kurzen Moment demjenigen Elevationsstrahl Vorrang geben wird, wo sich schätzungsweise das Ziel befindet, nur um danach in die vom Absuchprogramm vorgesehene Lage zurückzukehren. Dies erfolgt automatisch für jedes verfolgte Ziel, wobei die Steuerung und ihre Ausführung in extrem kurzer Zeit vorgenommen werden.
• Im oben erwähnten Rechnerprogramm sind, wie nachstehend beschrieben wird, geeignete Vorkehrungen und Regeln vorgesehen, um besondere oder außergewöhnliche Situationen zu beherrschen.
• Es versteht sich, daß die Umschaltlogik des Schalters nach dem Schema "eine Umdrehung hoch, eine Umdrehung niedrig" und die obigen Beispiele des adaptiven Schalters hier nur beispielhaft erwähnt sind und den Schutzumfang der Erfindung nicht begrenzen, was auch für unterschiedliche Reihenfolgen oder Abtastabfolgen hinsichtlich der Elevation gilt.
• Der Fachmann wird nachvollziehen können, daß die Verfolgungsgenauigkeit im wesentlichen die gleiche wie diejenige eines zweidimensionalen Radarsystems mit einer Antennendrehzahl von W&sub0; sein wird.
• Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 3 angegeben ist, erlaubt es, dem Radarbediener in einfacher, klarer und fehlerfreier Weise anzuzeigen:
• a) den aktuellen Schaltzustand des Schalters, indem für jeden Azimutwinkel durch Vorhandensein oder Fehlen einer beleuchteten Kante am äußeren Rand der PPI in Abhängigkeit davon, ob der Elevationsstrahl hoch oder tief ist, angezeigt wird, welches Elevationsstrahlungsdiagramm gerade ausgesendet wird;
• b) die grob abgeschätzte Elevation eines jeden vom oben erwähnten Zielverfolgungsgerät verfolgten Ziels mit Hilfe von zwei verschiedenen Symbolen, eines für Ziele niedriger Elevation und das andere für hohe/mittlere Elevation, wobei diese Symbole, wie es gewöhnlich zutrifft, bei der innen entsprechenden, geschätzten PPI-Entfernungs- und Azimutposition angeordnet sind.
• Die oben erwähnten Vorteile, Aufgaben und Besonderheiten der Erfindung werden nach dem Studium der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen und Diagrammen noch deutlicher.
• Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei diese darstellen:
• Fig. 1 das Raumdiagramm des Zentrums eines umlaufenden Strahls während eines normalen Überwachungsprogrammes mit einem großen Suchfeld;
• Fig. 2 das Suchdiagramm in der Elevationsebene;
• Fig. 3 ein Blockschaltbild eines zweidimensionalen Radars nach der vorliegenden Erfindung einschließlich der Schnittstelle Mensch/Maschine (Radarkonsole und PPI) und der Schnittstelle der Datenübertragungsverbindung;
• Fig. 4 das Zeitdiagramm der Schaltreihenfolgen des Antennen-Elevationsschalters für einen Sonderfall einer Suchreihenfolge (eine "hohe" Umdrehung, eine "niedrige" Umdrehung) und mit Verfolgung von Zielen in den beiden Strahlen selbst, was für das Verständnis des automatischen Schaltermechanismus von Nutzen ist; und
• Fig. 5 eine schematische Darstellung der Radar-Panorama- bzw. Rundsichtanzeige PPI bei der Zielverfolgung in den beiden Strahlen, was für das Verständnis des Displaytyps und der Symbolik in Verbindung mit der Umschaltung der Elevationsstrahlen nützlich ist.
• Die Fig. 1 zeigt schematisch in Perspektivdarstellung das Prinzip der Abtastung mit einem umlaufenden Strahl in der Elevation während des normalen Laufes eines automatischen Abstrahlungsprogrammes, bei dem ein großes Volumen (hohe und niedrige Elevation) abzutasten und keine Verfolgung im Gange ist. Der Übergang 3 vom niedrigen Strahl 1 zum hohen Strahl 2 und zurück erfolgt am Ende eines jeden horizontalen Abtastvorganges und ist nicht warnehmbar und von extrem kurzer Dauer. Er wird von einem Hochgeschwindigkeitsmikrowellenschalter 9 der Fig. 3 bestimmt, was weiter unten noch beschrieben werden wird.
• Wenn es durch die Anwendung im Felde so erforderlich ist, wird durch das Programm nur Teil 1 des Strahls (oder nur Teil 2) zum Abtasten genutzt.
• Fig. 2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den umlaufenden Suchstrahl in der Elevation, wie er sich nach einem vollständigen Zyklus des Suchprogramms ergibt, das beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist. Es muß darauf hingewiesen werden, daß das Diagramm 4, das zur Feststellung von Angriffen hauptsächlich in niedriger Höhe waagerecht zielt, sich in der Form von einem Diagramm 5 unterscheidet, das in die Höhe zielt, um hauptsächlich hoch durchgeführte Angriffe festzustellen, und daß die umlaufenden Strahlen 4 und 5 die erwünschte und wohlbekannte cosec²-Überstreichung repräsentieren, die hier als ein Beispiel dargestellt ist.
• Die Fig. 3 zeigt die Hauptblöcke, aus denen das erfindungsgemäße, zweidimensionale Radar aufgebaut ist, wobei im einzelnen der Reflektor 6 der umlaufenden Antenne (der um eine senkrechte Achse rotiert) entweder durch die Zuleitung 7 oder durch die Zuleitung 8 gespeist wird, um die umlaufenden Strahlen 4 bzw. 5 nach Fig. 2 zu bilden. Die Auswahl der Zuleitung sowohl für das Senden als auch für den Empfang von Signalen von bzw. zu einem Teil 10, welches aus einem herkömmlichen Sender-Empfänger besteht, erfolgt im Mikrowellenschalter 9, der durch ein digitales Signal 14 gesteuert wird, das in einem Rechnerblock 11 mit einer entsprechenden Schnittstelle, die die herkömmliche Signalverarbeitungsaufgabe durch einen nicht dargestellten Datenextraktor und ein Zielverfolgungsgerät vollenden, bei dem es sich um eine der Fachwelt wohlbekannte Einrichtung handelt, die vergangene und neueste Daten eines jeden Ziels bearbeitet und daraus Daten für eine Verfolgung (TWS) der entsprechenden Flugbahnen extrapoliert.
• Das erfindungsgemäße Radar wird durch die Radarkonsole 12 vervollständigt, wo die Betriebssteuerung und die taktische Anwendung des Radars erfolgen. Die Lage im Luftraum wird auf der Rundsichtsanzeige (PPI) über den radargesteuerten Videoanschluß 18 zusammen mit typischen alphanumerischen Symbolen und Nachrichten, die durch den oben erläuterten Prozessor im Hinblick auf Verfolgungen und die Stellung des Schalters 9 über den Anschluß 16 erzeugt werden, dargestellt. Die Verfolgungsdaten werden vom Prozessor über die Verbindung 17 an die Patenübermittlungsschnittstelle 13 geliefert, was es dem erfindungsgemäßen Radar ermöglicht, die oben genannten Daten 15 an Nutzer zu übermitteln.
• Die Fig. 4 zeigt als eine lineare Funktion der Umdrehungszeit T der Antenne (bzw. des horizontalen Umlaufwinkels der Strahlen) ein Beispiel dafür, wie die Abtastreihenfolge in der Elevation der Strahlen bei Anwesenheit von zwei verfolgten Zielen automatisch geändert wird. In diesem Fall wird das normale senkrechte Abtastprogramm unterbrochen, um bei jeder Umdrehung der Antenne kontinuierlich entweder mit dem hohen Strahl 5 das vom Zielverfolgungsgerät als "hoch" festgestellte Ziel T&sub1; oder mit dem niedrigen Strahl 4 das vom Zielverfolgungsgerät als "niedrig" festgestellte Ziel T&sub2; auszuleuchten.
• Die Fig. 5 zeigt zwei Bilder der erfindungsgemäßen Radar-Rundsichtanzeige, die in zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen für den in Fig. 4 beispielhaft angegebenen Verfolgungsfall erhalten werden. Der Norden ist durch den Pfeil 22 gekennzeichnet. Die unterschiedlichen Symbole 18 und 19 werden vom Verfolgungsprozessor an den geschätzten Positionen des hohen und des niedrigen Ziels T&sub1; bzw. T&sub2; plaziert, während die verstärkte Kante 20 durch den aktuellen Strahl der Rundsichtanzeige abgebildet wird, was die Azimutstellung der Antenne in denjenigen Regionen anzeigt, wo der Strahl hoch ist, und was darauf hinweist, wem die Priorität im Hinblick auf die nächste Umdrehung gegeben wird, die in Fig. Sb dargestellt ist, weil die letztere dem logischen Zustand "niedriger Strahl" im beispielsweise angegebenen Wechsel "eine Umdrehung hoch, eine Umdrehung niedrig" entspricht. Tatsächlich erfolgt in Fig. 5b die Umschaltung des Schalters auf den Strahl mit hoher Elevation nur innerhalb der schätzbaren Azimut- Position von T&sub1;.
• Die folgende detaillierte Beschreibung wird die Wirkungsweise und die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Radars noch besser erläutern. Das erfindungsgemäße zweidimensionale Doppler-Radar für die Flugbahnüberwachung ist in der Lage, ein Elevations-Erfassungsdiagramm entweder vom niedrigen Typ, wie durch den Strahl 4 von Fig. 1 angedeutet ist, oder vom Typ in großer Höhe, wie entsprechend durch den Strahl 5 dargestellt ist, zu erzeugen, der entlang einer Spur 2 rotiert. Oder es werden die Diagramme 4, 5 beispielsweise abwechselnd während jeder vollständigen horizontalen Antennenumdrehung abgetastet. Die oben genannten Möglichkeiten werden entsprechend den Umständen in Abhängigkeit von der Lage des Radars selbst, der Art des erwarteten Luftangriffs usw. durch den Bediener des Radars an der Konsole 12 ausgewählt. Während die Strahlform kein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist und die nachfolgend beschriebenen Besonderheiten nicht begrenzt oder verschlechtert, erzeugt das betrachtete Radar jene speziellen Formen der Fig. 2 (die der Fachwelt dafür bekannt sind, ein typisches cosec²-Gesamtmuster zu ergeben), und zwar unter Benutzung einer ursprünglichen Einzelantenne, die mit zwei Zuleitungen (7, 8) und einem doppelt gekrümmten Reflektor versehen ist, wie in der italienischen Patentanmeldung Nr. 21753 A/83 des gleichen Anmelders beschrieben ist.
• Die Konsole ist funktionsmäßig mit dem Rechner 11 verbunden, der Bestandteil des Radars ist. Der Rechner hat ein Programm, das die gewünschten Überwachungs-Abtastfolgen 1 und/oder 2 über die Betätigung des Schalters 9 abarbeitet, der seinerseits die Sende- und Empfangsstrahlen des Radars selbst auf die eine oder andere Antennenzuleitung umschaltet.
• Wenn während der Abtastfolge durch den Radarempfänger in Block 10 von Fig. 2 ein Ziel entdeckt wird, wird das entsprechende Signal - bearbeitet durch den Rechner und umgewandelt in Azimut, Entfernung und Elevation des Abtaststrahls durch die wohlbekannten, in Block 10 von Fig. 3 enthaltenen Einrichtungen - auf der Rundsichtanzeige der Konsole 12 mit einer Video-Zielanzeige dargestellt, die einen dem Entfernungswert proportionalen Abstand vom Zentrum und ein dem Winkelwert entsprechendes Azimut hat und mit dem Elevationsstrahl versehen ist, der in Abhängigkeit davon, ob gerade der hohe oder der niedrige Strahl vorliegt, durch die Anwesenheit oder Abwesenheit eines leuchtenden Segments am Rande der Rundsichtanzeige bei einem Radius repräsentiert wird, der dasselbe Azimut wie die Videoimpuls-Zielspur hat. Die letztgenannte Information wird dem PPI dank dessen Verbindung 16 mit dem Rechner 11 zugeführt.
• Das festgestellte Ziel wird auch dem Rechnerblock 11 zugeleitet, wo seine geometrischen Daten - Entfernung, Azimut und Elevationsstrahl der Feststellung, - wenn eine bildliche Darstellung der entsprechenden Flugbahn vom Bediener gewünscht wird, durch das TWS- Zielverfolgungsgerät-Programm bearbeitet werden, um rechtzeitig vor irgendeiner neuen Messung (Radar-Detektion) den laufenden gedämpften Trend der Flugbahn selbst und die laufende Abschätzung zukünftiger Punkte zu erhalten.
• Was oben unter Bezugnahme auf ein einziges Ziel gesagt wurde, kann für jedes weitere Ziel wiederholt werden, das zusammen mit dem ersten auf einem der beiden oben genannten Elevationsstrahlen festgestellt werden könnte.
• Weil es die oben genannte Absuchreihenfolge gestattet, jedes Ziel einmal alle zwei Antennenumdrehungen zu beleuchten (und somit ein nutzbares Feststellungssignal zu erhalten), was - wie gut bekannt ist - zu einer viel geringeren Genauigkeit des Verfolgungsgeräts gegenüber einer Beleuchtung bei jeder Antennenumdrehung führt, wird das oben genannte Strahlsteuerungsprogramm mit einer Anordnung versehen, durch die für jeden horizontalen Winkel von αi-Δ bis αi + Δ, wobei αi der extrapolierte Winkel ist, bei dem während der gegenwartigen Antennenumdrehung die Wiederkehr des Echos vom Ziel "i" erwartet wird, und wobei Δ ein kleiner unbestimmter Winkel der Zielposition in der Nachbarschaft von α ist, der Schalter 9 vom Verfolgungsgerät so betätigt wird, daß dasjenige Strahlungsdiagramm gesendet wird, in dem sich das Ziel schätzungsweise befinden wird. Diese Abschätzung erfolgt mittels bekannter Berechnungsmethoden, die auf die "Vorgeschichte" jeder Flugbahn angewandt werden, die der gerade betrachteten Zeit vorausgeht (Bestimmung und Extrapolation der Elevation, Abwesenheit einer Zielanzeige, Anwesenheit einer Zielanzeige in zwei aufeinander folgenden Umdrehungen in unterschiedlichen Strahlen usw.).
• Das oben Gesagte wird mit zwei Beispielen anhand von Fig. 4 verdeutlicht, die zeigt, wie, wenn jedes Ziel normalerweise so bei jeder Antennenumdrehung durch den richtigen Strahl ausgeleuchtet wird, die Genauigkeit des Verfolgungsgeräts bei der Abschätzung jeder Flugbahn den gleichen hohen Wert bat, wie dies für ein entsprechendes herkömmliches zweidimensionales Radar typisch ist.
• Das oben genannte Schaltersteuerungsprogramm enthält auch Vorkehrungen, durch welche für Raumbereiche, die normalerweise wegen der oben beschriebenen adaptiven Abtastfolge nicht beleuchtet werden, eine Nachprüfung bezüglich ihrer Raum-Zeit-Wiederholungshäufigkeit durchgeführt wird, und alle N (beispielsweise 3 oder 4) vollständige Antennenumdrehungen wird der Schalter automatisch betätigt, um sie zu beleuchten (siehe Zeitmomente T in Fig. 4), so daß:
• - kein Bereich über einen taktisch bedeutsamen Zeitraum für das Radar unsichtbar bleibt;
• - das Verfolgungsgerät keinen merklichen Genauigkeitsverlust erleidet, wenn in den Winkelbereichen αi ± Δ, wo jedes Ziel erwartet wird, dieses zeitweise bewußt nicht beleuchtet wird.
• Das Steuerungsprogramm für den oben genannten Schalter enthält auch eine Anordnung, durch die für den Fall, daß die Ablenkungswinkel αi ± Δ ganz oder teilweise zwei Zielen gemeinsam sind, die sich allerdings in zwei verschiedenen Strahlen befinden, die Abtastreihenfolge veranlaßt wird, für diese Winkel normalerweise dem alternierenden Grundprogramm zu folgen, das in Fig. 1 dargestellt ist.
• Das Steuerungsprogramm für den genannten Schalter ist selbstverständlich im zeitlichen Ablauf an das zeitliche Verhalten des Radars gebunden (Verharrungszeit auf dem Ziel, Impulswiederholfrequenz), so daß sein Übergang von einem Zustand in den anderen in Zeitabschnitten erfolgen kann, die die normalerweise zweidimensionale Reihenfolge von Signalaussendung und -empfang nicht stören, und daher ist es für die Fachwelt klar, daß es eine optimale Auswahl der Radareigenschaften an sich, der Schaltzeiten des Schalters (sogar wenn sie unmeßbar klein sind) und der Verzögerungszeiten des Rechners mit seinen Schnittstellen gibt.
• Die Daten der verfolgten Flugbahnen in Form von in geeigneter Weise auf dem PPI (12) angeordneten Symbolen eines gegebenen Typs - wenn ein Ziel mit hoher Elevation erfaßt wird - oder eines anderen Typs - wenn ein Ziel mit niedriger Elevation vorliegt, und in Form kodierter Daten von Entfernungs-, Richtungs- und grober Elevationsdaten werden zur Übertragung nach außen (15) in die Datenverbindung 13 eingegeben, selbstverständlich für alle Zielreporte.
• Es ist somit dargestellt worden, wie, selbst wenn das erfindungsgemäße Radar ein zweidimensionales Radar ist, hinsichtlich
• - Zusammenbau und Einfachheit
• - Betriebssteuerung
• - Verfolgungsgenauigkeit
• - beobachtetem Elevationsvolumen dank der erfindungsgemäßen Anordnung und Merkmale das typische zweidimensionale Radar neue und wichtige Eigenschaften erhalten hat, wie:
• - Optimierung der in der senkrechten Ebene der ausgesandten Strahlung infolge der Möglichkeit, dort nicht auszustrahlen, wo man nicht annimmt, daß es erforderlich sei, und dies mittels einfacher Mittel und Verfahren für jeden Überwachungsrichtungswinkel;
• - Kenntnis zusätzlicher Informationen über die verfolgte Flugbahn, namentlich die Elevation, die - wenn auch nur ungefähr - es gestattet, die Gefahr effektiv zu bewerten und sofort die bestgeeigneten Gegenmaßnahmen zur Verteidigung zu entscheiden, und zwar sowohl lokal an der Radarkonsole als auch entfernt an den Datenverbindungsterminals, die dem Radar zugeordnet sind. Diese erreichbaren Eigenschaften sind unzweifelhaft besser als die entsprechenden eines üblichen zweidimensionalen Radars.
• Selbstverständlich können mannigfaltige Änderungen und Abwandlungen an der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung vorgenommen werden, ohne deren Schutzumfang zu verlassen.
• Wenn technische Merkmale in einem der folgenden Ansprüche mit Bezugszeichen versehen sind, so wurden diese Bezugszeichen allein zum verbesserten Verständnis der Ansprüche eingefügt, und demzufolge haben solche Bezugszeichen keinerlei begrenzende Wirkung auf den Schutzumfang eines jeden Elements, das beispielhaft durch solche Bezugszeichen bezeichnet ist.

Claims (6)

1. Zweidimensionales Impuls-Doppler-Radar für die Flugbahnüberwachung, enthaltend:

- eine Impuls-Sende-Empfangs-Einrichtung (10);

- einen Rechner (11), der betriebsmäßig an die Impuls-Sende-Empfangs-Einrichtung (10) angeschlossen ist, die Zielparameter feststellt und verarbeitet und die entsprechenden Zielflugbahnen verfolgt;

- eine Befehlssteuerkonsole (12) mit einer Rundsicht- bzw. Panoramaanzeige zur Darstellung der vom Rechner (11) verarbeiteten Zielparameter und

- eine Antenne (6), die mechanisch um eine senkrechte Radarachse gedreht wird, um das ganze Radar-Suchvolumen zu überstreichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (6)

- einen doppelt gekrümmten Reflektor aufweist, der ein erstes Strahlungsdiagramm (4) und ein zweites Strahlungsdiagramm (5) erzeugt, wobei die beiden Strahlungsdiagramme (4, 5) in einer Azimutebene eine hohe Richtwirkung haben und in einer senkrechten Elevationsebene sehr breit sind, und wobei die beiden Strahlungsdiagramme (4, 5) mit der Richtung ihres maximalen Gewinns in der Azimutebene in der gleichen Richtung und in der Elevationsebene in zwei Richtungen ausgerichtet sind, so daß sie sich teilweise überlappen und das erste Strahlungsdiagramm (4) für einen geringen Überdeckungsanteil der Elevationsebene, das zweite Strahlungsdiagramm (5) hingegen für einen großen Überdeckungsanteil der Elevationsebene sorgt, und daß das Radar weiterhin

- zwei unabhängige, mit der Antenne (6) verbundene Zuleitungen (7, 8) und

- einen elektrisch betätigten Hochgeschwindigkeitsschalter (9) aufweist, der, wenn er durch den Rechner (11) betätigt wird, abwechselnd eine der Zuleitungen (7, 8) mit dem doppelt gekrümmten Reflektor der Antenne (6) verbindet und diesen veranlaßt, abwechselnd das erste und zweite Strahlungsdiagramm (4, 5) zu erzeugen, um jedes verfolgte Ziel bei jeder Antennenumdrehung mit demjenigen Strahlungsdiagramm zu beleuchten, in dem auf der Grundlage der verfolgten Flugbahn angenommen wird, das Ziel zu finden, um dadurch Störungen der Radarfunktion zu vermeiden und während ein& einzigen vollständigen Umdrehung der Antenne (6) sowohl niedrig als auch hoch fliegende Ziele festzustellen.

2. Zweidimensionales Impuls-Doppler-Radar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (11) über den elektrisch betätigten Hochgeschwindigkeitsschalter (9) die Absuchreihenfolge mit dem ersten und zweiten Strahlungsdiagramm (4, 5) betätigt, wobei der Rechner (11) während einer einzigen vollständigen Drehung der Antenne (6) abwechselnd sowohl das erste Strahlungsdiagramm (4) aktiviert, um ein niedrig fliegendes Ziel (T&sub2;) festzustellen, als auch das zweite Strahlungsdiagramm (5) aktiviert, um ein hoch fliegendes Ziel (T&sub1;) festzustellen, daß der Hochgeschwindigkeitsschalter über einen 1-Bit-- Digital/Analog-Wandler an den Rechner (11) angeschlossen ist und einen Umpolstromverstärker enthält, und daß die Befehlssteuerkonsole (12) über eine Leitung (16) an den Rechner (11) angeschlossen ist und ein Eingabemittel zum Eingeben der Suchreihenfolge in den Rechner (11) aufweist.

3. Zweidimensionales Impuls-Doppler-Radar nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin enthält:

- eine elektronische Einrichtung zur Messung des Antennenwinkels, die an den Rechner (11) angeschlossen ist und dorthin ein elektrisches Signal entsprechend dem jeweiligen Antennenwinkel liefert und

- eine Datenübermittlungsschnittstelle (13), die an den Rechner (11) angeschlossen ist und an Datenübermittlungsnutzer (15) vom Rechner (11) berechnete Zielparameterdaten überträgt.

4. Zweidimensionale Impuls-Doppler-Radar nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehlssteuerkonsole (12) enthält:

- eine Schnittstelle mit einem 1-Bit-Ausgangstor, wobei die Schnittstelle eine elektronische Verzögerungsschaltung aufweist, die eine monostabile Schaltung aktiviert, und den Rechner (11) mit einem Video-Eingang der Rundsichtanzeige verbindet, und

- eine digitale Mehrfach-Bit-Schnittstelle, die den Rechner (11) mit einem Symbolgenerator innerhalb der Rundsichtanzeige verbindet, wobei der Symbolgenerator mit zwei vorprogrammierten Masken versehen ist, von denen die eine ein Zielverfolgungssymbol für niedrige Elevation (T1) und die andere ein Zielverfolgungssymbol für hohe Elevation (T2) erzeugt und die beide abwechselnd entsprechend einem Digitalcode ausgewählt werden, der vom Rechner (11) ausgesandt und von einem digitalen Dekodierer im Symbolgenerator entschlüsselt wird.

5. Zweidimensionales Impuls-Doppler-Radar nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (9) ein Schalter vom Ferrit-Typ ist.

6. Zweidimensionales Impuls-Doppler-Radar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Datenübermittlungsschnittstelle (13) zur Schaffung einer Verbindung vom Rechner (11) zu äußeren Einrichtungen enthält.