DE3744739C2 - Radarsucheinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radarsucheinrichtung mit einer Antennenanordnung, mit Summen- und Differenzkanälen, die auf empfangene Antennensignale ansprechen, und mit Verarbeitungsvor­ richtungen, die auf Summen- und Differenzsignale derart ansprechen, daß sie den Zielwinkel gegenüber der Antennenziel­ linie angeben.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Radarsuchein­ richtung, die eine Anordnung von Antennenelementen verwendet, die um die Ziellinie derart angeordnet sind, daß sich zwischen den Elementen Differenzsignale in zwei Koordinatenebenen bilden lassen, und zwar üblicherweise in der Höhenwinkel- und der Azimutebene. Solch ein Differenzsignal bildet zusammen mit einem Summensignal, das von allen Elementen abgeleitet wird, in bekannter Weise ein Maß für die Winkelverschiebung des Ziels gegenüber der Ziellinie. Das Differenzsignal kann die Differenz zwischen einzelnen Amplituden sein, und zwar in einer Amplitudenvergleichsanordnung, die Antennenelemente verwendet, die gegenüber der Ziellinie versetzt sind, oder es kann die augenblickliche Differenz in einem Phasenvergleichssystem sein, das Antennenelemente verwendet, die parallel zu der Ziellinie ausgerichtet sind.

Fig. 1 zeigt eine typische Antennenanordnung mit Elementen A, B, C und D, die in einer Rhombusanordnung angeordnet sind, d. h. in einem Quadrat mit horizontalen und vertikalen Diagonalen. Eine Höhenwinkeldifferenz wird dann durch ein Differenzsignal A - B gebildet, und ein Azimutdifferenzsignal wird durch ein Differenzsignal C - D gebildet. In einer abgewandelten Ausführungsform kann das Quadrat aufrecht angeordnet sein, und die Elementsignale werden paarweise zueinander addiert oder voneinander subtrahiert.

Fig. 2 zeigt die wichtigsten Bauteile einer Amplitudenver­ gleichseinrichtung, d. h. vier Elemente A, B, C und D, einen Empfänger in jedem Elementkanal mit einem Frequenzmischer, der die Radarfrequenz in eine Zwischenfrequenz "umsetzt" und einen Hüllkurvendetektor. Die Ausgangssignale der Empfänger­ kanäle für A und B werden einer Differenzschaltung 11 zugeführt, und die Ausgangssignale der Empfängerkanäle C und D werden entsprechend einer Differenzschaltung 13 zugeführt. Auf diese Weise werden Höhenwinkel- und Azimutdifferenzsignale gebildet. Eine Addierschaltung 15 bildet die Summe aus all den Signalen, und diese Summe wird als Bezug auf die Differenzsignale in einem Prozessor 17 verwendet, der den Zielazimutwinkel und den Zielhöhenwinkel ausrechnet und entsprechende Spurnachlauf- und Steuersignale für den Flugkörper abgibt.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung, die jedoch eine Phasenver­ gleichseinrichtung verwendet. Zwischenfrequenzsignale werden von einem "frequenzuntersetzenden" Konverter 19 abgeleitet, jedoch ohne Beeinflussung der Phase, damit sie dann phasenempfindlichen Detektoren 21 und 23 zugeführt werden können, die ein Signal proportional zum Kosinus der Phasendifferenz bilden. Durch eine Summierschaltung 25 wird, wie weiter oben beschrieben, ein Summensignal gebildet, und es schließt sich in diesem Fall an die Summierschaltung 25 ein Hüllkurvendetektor 27 an. Die Summen- und Differenzsignale werden dann von einem Prozessor 17, wie weiter oben beschrieben, verarbeitet.

Bei den oben beschriebenen Anordnungen ergeben sich Schwierigkeiten dadurch, daß die einzelnen Antennensignale in erheblichem Umfang in getrennten Kanälen verarbeitet werden, die in der Verstärkung oder Phase oder auch in beidem nicht genau aneinander angepaßt sein können. Daraus ergeben sich Winkelbestimmungsfehler.

Es ist ferner eine Radarsucheinrichtung der eingangs erwähnten Art aus der US-PS 37 66 556 bekannt, bei der auch schon das Problem der Fehlanpassung zwischen den Kanälen angesprochen ist. Die Lösung dieses Problems besteht bei dieser Radarsucheinrich­ tung darin, daß die Kanäle nach Umsetzung in den ZF-Bereich zyklisch vertauscht werden, um den Mittelwert der Ausgangssig­ nale zu verwenden, die in den beiden Kanälen gebildet werden. Die Antennenausgangssignale werden zunächst Mischern zugeführt, um die entsprechenden ZF-Signale zu bilden, die jeweils in einem Verstärker verstärkt werden. Die verstärkten ZF-Signale werden von einem Kanal zum anderen umgeschaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radarsucheinrich­ tung für zwei Koordinatenebenen zu schaffen, mit der sich Fehlanpassungsfehler in einfacher Weise soweit wie möglich vermeiden lassen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf eine Anordnung, bei der die Antennenausgangssignale zyklisch zwischen zwei Kanälen umgeschaltet werden. Die erfindungsgemäße Sucheinrich­ tung befaßt sich mit einem Monopuls-Videosignalvergleichssystem und nicht mit einem Hochfrequenzvergleichsssystem. In dem vorliegendem Vergleichssystem werden die Summen- und Differenz­ bildung an dem ermittelten Hüllkurvensignal ausgeführt und somit nach ihrer Frequenzänderung und -detektion. Die Kanäle sind vor der Summierung und Differenzierung im wesentlichen identisch. Das Video- oder Hüllkurvenvergleichssystem nach der vorliegenden Erfindung ist Bestandteil eines passiven Radar­ systems ohne Sender und es erfordert damit keinen Hochfrequenz­ summierkanal, wie er bei bekannten Hochfrequenzvergleichs­ systemen notwendig ist. Die erfindungsgemäße Radarsucheinrich­ tung eignet sich bestens für den Einsatz gegen aktive Anordnungen, bei denen das Ziel, das eine Flugkörperanordnung sein kann, durch eine Radaranordnung selbst gesteuert wird, und damit Radarimpulse abgibt.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind duch die Unteransprüche gekennzeichnet. Vorzugsweise werden Multiplex­ schalteinrichtungen zwischen die Antennenordnung und die Eingänge der beiden Kanäle geschaltet und zweite Multiplex­ schalteinrichtungen vorgesehen, die so angeordnet sind, daß sie die Differenzsignale auf zwei Differenzkanäle aufteilen, die für entsprechende Koordinatenebenen vorgesehen sind.

Die Antennenanordnung kann so ausgeführt sein, daß sie einen Amplitudenvergleich der Elementsignale durchführt, wobei von beiden Kanälen jeder einen frequenzuntersetzten Konverter und einen Signaldetektor enthält, und die erkannten Signale werden einer Amplitudendifferenzeinrichtung zugeführt, um einen multigeplexten Differenzkanal vorzusehen.

Die Antennenanordnung kann andererseits auch so ausgebildet sein, daß sie einen Phasenvergleich der Elementsignale ausführt, wobei jeder der beiden Kanäle einen frequenzuntersetzenden Konverter und einen phasenempfindlichen Detektor enthält und als Ausgangssignal ein multigeplexter Differenzsignal gebildet wird.

Anhand der Figuren wird eine bekannte Radarsucheinrichtung sowie eine Ausführungsform einer Radarsucheinrichtung gemäß der Erfindung beispielhaft beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Antennenanordnung,

Fig. 2 und 3 ein schematisches Schaltbild der wichtigsten Bau­ elemente einer bekannten Radarsucheinrichtung für Amplituden- und Phasenvergleich und

Fig. 4 ein Schaltbild einer Radarsucheinrichtung für Amplitudenvergleich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1, 2 und 3 sind weiter oben beschrieben.

Fig. 4 zeigt vier Antennenelemente A, B, C und D, die zu nicht in Beziehung zueinander stehenden Paaren wie bei den bekannten Anordnungen zusammengefügt sind. Die Antennenelemente A und C sind mit einem Umschal­ ter S1 verbunden, dessen Ausgangsanschluß mit einem als doppelpoligen Umschaltschalter S3 wirkenden Schalter verbunden ist. Das zweite Eingangssignal des Umschaltschalters S3 wird in ähnlicher Weise von einem Umschalter S2 und den beiden Antennenelementen B und D abgegeben. Die verschiedenen Schalter, die der Einfachheit halber als mechanische Vorrichtungen dargestellt sind, sind tatsächlich Festkörperbauele­ mente.

Die beiden Umschalter S1 und S2 werden zyklisch geschaltet, so wie es weiter unten noch erläutert wird, so daß an ihrem Ausgang und dem folgenden Empfängerkanal ihre beiden Eingangssignale zeitlich geschachtelt vorliegen. Der Umschaltschalter S3 wird in ähnlicher Weise zyklisch umgeschaltet, um eine Umschaltung zwischen den Empfängerkanälen G und H periodisch vorzunehmen. Diese Kanäle weisen Konverter zur Frequenzherabsetzung und Detektoren wie in Fig. 1 auf. Die beiden Kanalsignale werden dann in einer Differenzschaltung 29 voneinander ab­ gezogen und in einer Addierschaltung 31 addiert.

Der Kanal mit dem zeitlich ineinandergeschachtel­ ten Differenzsignal ist mit einem weiteren Multiplex­ schalter S4 verbunden, der zyklisch synchron mit den Umschaltern S1 und S2 betrieben wird, so daß das Differenzsignal zwischen zwei bestimmten Diffe­ renzkanälen, die wie noch weiter unten ausgeführt, die Höhenwinkel- und Azimut-Differenzkanäle sind, zeitlich umgeschaltet wird.

Der Umschaltschalter S4 ist mit zwei Invertern I1 und I2 im Höhenwinkeldifferenzkanal bzw. Azimut- Differenzkanal verbunden, die wiederum synchron zu dem Umschaltschalter S4 gesteuert werden, um die ent­ sprechenden Differenzsignal wechselweise zu inver­ tieren oder nicht zu invertieren.

Die Sucheinrichtung wird bei Anti-Radar-Anord­ nungen angewendet, d. h., bei Anordnungen, bei denen das Ziel, das selbst eine Flugkörperanordnung sein kann, durch eine Radaranordnung abgewehrt oder ge­ steuert wird, die im allgemeinen Radarimpulse an den angreifenden Flugkörper abgibt.

Es gibt verschiedene mögliche Betriebsarten. In der ersten Betriebsart wird die Umschaltung zwischen aufeinanderfolgenden (empfangenen) Radarimpulsen aus­ geführt. Wenn bei Empfang eines ersten Impulses die Schalter S1, S2 und S4 die dargestellt Schaltstel­ lung aufweisen und sich der Schalter S3 in einer "direkten Durchschaltstellung" befindet, dann erhält man ein Differenzsignal A - B für die Höhenwinkelebene am Ausgang der Differenzschaltung 29, das einen Ziel­ höhenwinkel von beispielsweise θ anzeigt. Wenn eine Fehlanpassung zwischen den Empfängerkanälen, die die Differenzschaltung speisen, vorliegt, dann ergibt sich ein Winkelfehler von beispielsweise ϕ, so daß als tatsächliche Anzeige am Differenzausgang ein Winkel von θ + ϕ vorliegt. Wenn beim darauffolgenden empfangenen Impuls die Schalter S1 und S2 unverändert sind, jedoch der Schalter S3 umgeschaltet ist, dann verbleibt der Fehler in den Empfängerkanälen als +ϕ, jedoch werden die Antennenelementsignale umgekehrt, d. h. es ergibt sich B - A. Das Differenzausgangssignal ist dann -θ + ϕ. Der Inverter I1 wird jedoch synchron mit dem Schalter S3 betrieben, und wenn sich der Schal­ ter für beide Impulse in der dargestellten Stellung befindet, wird das Höhenwinkeldifferenzsignal θ + ϕ für den ersten Impuls und +θ - ϕ für den zweiten Im­ puls. Eine Integriereinrichtung 33 ermittelt den Mittelwert der beiden Werte, und dadurch wird der Fehler ϕ ausgeschaltet.

Es werden dann die Schalter S1, S2 und S4 be­ tätigt, und für die nächsten beiden Impulse werden die Azimutebenensignale C und D verarbeitet, so daß am Ausgang des Inverters 12 die Winkel ψ + ϕ und ψ - ϕ entstehen. Die Integriereinrichtung 35 bildet den Mittelwert zwischen den beiden Werten und schal­ tet wiederum den Fehler aus. Dieser Vorgang wieder­ holt sich dann, wobei der Schalter S3 und die Inver­ ter I1 und I2 nach jedem Impuls umgeschaltet werden und die Schalter S1, S2 und S4 nach jedem weiteren Impuls umgeschaltet werden.

In einer anderen Betriebsart werden die Schal­ ter S1, S2 und S4 während jedes Impulses umgeschaltet, so daß jeder Impuls Winkelinformation in beiden Ebenen ergibt. Der Schalter S3 kann dann auch nach jedem Impuls umgeschaltet werden, da zwei Impulse benötigt werden, um eine Fehlerkompensation auszuführen.

Schließlich können die Schalter S1, S2 und S4 nach jedem Impuls und der Schalter S3 während jedes Impulses umgeschaltet werden. Es wird somit eine Fehlerkompensation für einen Impuls vorgesehen, jedoch erfordern zwei Ebenenmessungen zwei Impulse.

Bei einer vierten möglichen Betriebsart wird sowohl eine Ebenenumschaltung als auch eine Kompen­ sationsumschaltung während jedes Impulses ausgeführt.

Die Taktung der Umschaltvorgänge wird von einer Taktschaltung 37 gesteuert, der Impulsankunfts­ informationen von einem Prozessor 41 zugeführt werden, die als potentielle Zielimpulse zugeführt werden und die Taktung der bestätigten Impulse bestimmt.

Eine Phasenvergleichsanordnung ist im wesentli­ chen ähnlich ausgebildet und unterscheidet sich nur (wie bei den Fig. 2 und 3) dadurch, daß ein phasen­ empfindlicher Detektor anstelle einer Differenzier­ schaltung verwendet wird.

Claims (7)

1. Radarsucheinrichtung mit einer Antennenanordnung, mit Summen- und Differenzkanälen, die auf empfangene Antennensignale ansprechen, und mit Verarbeitungsvorrichtungen, die auf Summen- und Differenzsignale derart ansprechen, daß sie den Zielwinkel gegenüber der Antennenziellinie angeben, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einzelne Empfangskanäle durch zwei Kombinationen von Antennenelementen zeitmultiplex angesteuert werden, wobei jeder Empfangskanal einen Frequenzherabsetzungskonverter aufweist, der auf ein Antennenausgangssignal anspricht, und eine Detektor­ einrichtung, um ein entsprechendes empfangenes Hüllkurvensignal zu bilden, wobei jede Kombination von Antennenelementen Summen- und Differenzsignale für die entsprechende Koordinatenebene vorsieht, und daß ferner Vorrichtungen vorgesehen sind, durch die die Antennenausgangssignale zyklisch zwischen den beiden Empfangskanälen ausgetauscht werden, so daß das Differenzsignal sein Vorzeichen zyklisch ändert, ferner Vorrichtungen zum Invertieren des Differenzsignals synchron mit den ausgetauschten Antennenausgangssignalen und Vorrichtungen zur Kombination aufeinanderfolgender invertierter und nicht invertierter Differenzsignale, wobei die Anordnung so ausgebildet ist, daß Fehlanpassungen zwischen den beiden Empfangskanälen ausgeglichen werden.

2. Radarsucheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste Zeitmultiplexschalteinrichtungen zwischen die Antennenanordnung und die Eingänge der beiden Kanäle geschaltet sind, und daß zweite Zeitmultiplex­ schalteinrichtungen so angeordnet sind, daß sie die Differenzsignale zwischen zwei Differenzkanälen, die den entsprechenden Koordinatenebenen zugeordnet sind, zeitlich verschachteln.

3. Radarsucheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Invertiereinrichtungen das Differenzsignal jedes der beiden Differenzkanäle invertieren.

4. Radarsucheinrichtung nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß die Invertiereinrichtung, durch die das Differenz­ signal invertiert wird, eine einzige Einrichtung in dem Zeitmultiplexkanal ist.

5. Radarsucheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung vier Elemente in einer Rhom­ busanordnung aufweist, wobei jede der Kombinationen ein diametral gegenüberliegendes Paar der Elemente enthält.

6. Radarsucheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung so angeordnet ist, daß sie einen Amplitudenvergleich der Elementsignale durchführt, wobei die empfangenen Signale Amplitudendifferenzvorrichtungen zugeführt werden, um einen zeitmultigeplexten Differenzkanal vorzusehen.

7. Radarsucheinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung so angeordnet ist, daß sie einen Phasenvergleich der Elementsignale gestattet, und einen phasenempfindlichen Detektor aufweist, dessen Ausgang einen zeitmultigeplexten Differenzkanal vorsieht.