DE3815709C2 - Im Zeitbereich arbeitendes Radarsystem - Google Patents

Im Zeitbereich arbeitendes Radarsystem

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Description

Gegenstand der Erfindung ist ein im Basisband arbeitendes Puls-Radarsystem, bestehend aus einem Sender und einem Empfänger, wobei der Sender eine erste Signalerzeugungseinrichtung zur Generierung einer Folge von zeitlich versetzten Triggersignalen, eine Breitband-Sendeantenne zum Abstrahlen sowie eine Gleichspannungsquelle aufweist und der Empfänger mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen breitbandiger Signale während den Zwischenzeiten der Abstrahlung und zum Bereitstellen eines Ausgangssignales versehen ist.
Aus der US-PS 3,806,795 ist ein Puls-Radarsystem mit einer Breitband-Antenne bekannt, bei dem nach herkömmlicher Weise bei Aufbringung eines kurzen Impulses von ca. 3 ns auf die Antenne ein breitbandiges Basisband-Signal mit einer Frequenz von wenigstens 300 bis 400 MHz abgestrahlt wird. Die Echos dieser ins Erdreich abgestrahlten und von unterschiedlichen Erdschichten reflektierten Signale werden durch einen Empfänger empfangen, so daß mittels eines einfachen Oszillographs oder eines Oszilloskops eine kontinuierliche Zeitüberwachung der empfangenen Echos möglich ist.
Aus der DE 35 42 693 A1 ist ferner eine Breitband-Funkübertragungseinrichtung aus einem Funksender und einem Funkempfänger bekannt, bei welcher der Pulsbreiten modulierende Sender die Zeitenfolge der Pulssignale variiert und der Empfänger ein mit der durchschnittlichen Zeit des Auftretens der empfangenen Signale erscheinendes Ausgangssignal generiert, das mit den zu unterschiedlichen Zeiten empfangenen Signalen verglichen wird, um eine Demodulation zu bewirken. Auf diese Weise soll der Frequenzbereich von Breitbandübertragungseinrichtungen ausgeweitet werden, so daß dieser eher das 1.000- oder 100.000fache, als das 10- oder 100fache des Frequenzbandes umfaßt. Für die schaltungstechnische Realisierung bedarf es hierzu einer Pulserzeugungseinrichtung zur Erzeugung wiederkehrender Pulse, einer Nachrichtensignalquelle, einer Modulationseinrichtung, die in Abhängigkeit der Pulse der Pulserzeugungseinrichtung und der Nachrichtensignale ein Ausgangssignal bereitstellt, einer Avalanche-Halbleiterschalteinrichtung mit einem Steuersignaleingang für das Ausgangssignal der Modulationseinrichtung, einer Gleichspannungsquelle mit einer Verzögerungsleitung für eine Verzögerung von ca. 1 ps bis zu 50 ns, einer Breitbandsendeantenne, die mit einem geschalteten Leistungsausgang verbunden ist und in den freien Raum abstrahlt, eine Empfangseinrichtung, um als Ausgangssignal elektrische Pulse entsprechend den gesendeten Pulssignalen zu liefern, einer Verstärkungseinrichtung, einer Synchrondetektionseinrichtung mit einer signalempfindlichen Ausblendeinrichtung, einer Signalumwandlungseinrichtung, um die Ausgangssignale der Synchrondetektionseinrichtung in eine Nachbildung der Nachrichtensignale umzuwandeln, sowie einer Signalwiedergabeeinrichtung, um die Signale zu reproduzieren.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, im Unterschied zu der herkömmlichen, im Basisband arbeitenden Radartechnik eine unterhalb des Rauschpegels operierende Radartechnik zu schaffen, um keine störende Interferenzwirkung auf andere vorhandene Funkübertragungssysteme auszuüben und mit einer geringeren Sendeleistung auszukommen.
Diese Aufgabe wird bei einem Radarsystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Sender eine mit der Gleichspannungsquelle und der Sendeantenne verbundene Schalteinrichtung zum abrupten Umschalten zwischen unterschiedlichen Spannungszuständen auf der Sendeantenne in Abhängigkeit von den Triggersignalen vorgesehen ist, um zeitlich versetzte, alternierende, trägerlose Pulssignale abzustrahlen, und daß der Empfänger eine zweite Signalerzeugungseinrichtung, die in Abhängigkeit von Taktsignalen zeitlich versetzte Synchronsignale generiert, wobei jedes Synchronsignal in Signaldauer und Polarität den abgestrahlten Pulssignalen entspricht, eine Takteinrichtung, um in Abhängigkeit von den Triggersignalen aufeinanderfolgende Taktsignale für die zweite Signalerzeugungseinrichtung zu generieren, wobei jedes Taktsignal zu einer festen, entsprechend der Übertragungszeit von der Senderantenne zu einem Ziel in einer gewählten Entfernung und zurück zur Empfangseinrichtung vorgegebenen Zeit nach der Abstrahlung der Pulssignale erscheint, eine Misch- und Integriereinrichtung, die als Ausgangssignal ein aus empfangenem Signal und Synchronsignal gemischtes und anschließend für die Zeitdauer des Synchronsignals integriertes Funktionssignal bereitstellt, sowie eine Integriereinrichtung für eine Folge von Ausgangssignalen der Misch- und Integriereinrichtung, wobei jedes dieser Signale für eine identische Laufzeit der abgestrahlten Pulssignale steht, so daß die Integration das Vorhandensein der von einem Ziel in einem gewählten Abstand reflektierten Pulssignale angibt, umfaßt.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe werden ferner ein im Basisband arbeitendes Puls-Radarsystem, bestehend aus einem Sender und einem Empfänger, wobei der Sender eine Einrichtung zur Erzeugung einer ersten Signalfolge, eine Breitband-Sendeantenne zum Abstrahlen sowie eine Gleichspannungsquelle aufweist und der Empfänger mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von Signalen während den Zwischenzeiten der Abstrahlung und zum Bereitstellen eines Ausgangssignals versehen ist, vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, daß der Sender einen Oszillator zur Erzeugung einer zweiten, höherfrequenteren Signalfolge, eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, welches eine Funktion der ersten und der zweiten Signalfolge ist, um eine Folge einzelner Signale als zeitlich versetzte Triggersignale zu erhalten, sowie eine mit der Gleichspannungsquelle und der Sendeantenne verbundene Schalteinrichtung zum abrupten Umschalten zwischen unterschiedlichen Spannungszuständen auf der Sendeantenne in Abhängigkeit von den Triggersignalen, um zeitlich versetzte, alternierende, trägerlose Pulssignal abzustrahlen, aufweist, und daß der Empfänger eine zweite Signalerzeugungseinrichtung, die in Abhängigkeit von Taktsignalen zeitlich versetzte Synchronsignale generiert, wobei jedes Synchronsignal in Signaldauer und Polarität den abgestrahlten Pulssignalen entspricht, eine Takteinrichtung, um in Abhängigkeit von den bereitgestellten Ausgangssignalen aufeinanderfolgende Taktsignale für die zweite Signalerzeugungseinrichtung zu generieren, wobei jedes Taktsignal zu einem festen, entsprechend der Übertragungszeit von der Sendeantenne zu einem Ziel in einer gewählten Entfernung und zurück zur Empfangseinrichtung vorgegebenen Zeit nach der Abstrahlung der Pulssignale erscheint, eine Misch- und Integriereinrichtung, die als Ausgangssignal ein aus empfangenem Signal und Synchronsignal gemischtes und anschließend für die Zeitdauer des Synchronsignals integriertes Funktionssignal bereitstellt, sowie eine Integriereinrichtung für eine Folge von Ausgangssignalen der Misch- und Integriereinrichtung, wobei jedes dieser Signale für eine identische Laufzeit der abgestrahlten Pulssignale steht, so daß die Integration das Vorhandensein der von einem Ziel in einem gewählten Abstand reflektierten Pulssignale angibt, aufweist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche 2 bis 10 und 12 bis 18.
Erfindungsgemäß wird ein Plussignal einer festen oder programmierbaren Frequenz erzeugt und hinsichtlich der Zeit seines Auftretens verändert oder moduliert, wenn es als Trägerfrequenz eines Nachrichtensignals verwendet wird. Die resultierenden Pulssignale bewirken das Einschalten oder Ausschalten eines schnellen elektronischen Schalters, wie eines in Avalanche-Betriebsweise betriebenen Halbleiters oder einer Funkenstrecke, welcher die Leistung eines breitbandigen Übertragungssystems einschaltet oder abschaltet. Das resultierende Ausgangssignal ist ein trägerloser Signalstoß und wird in die Atmosphäre oder den Raum gekoppelt und somit übertragen. Der Empfang der Übertragung wird mit einem Empfänger bewirkt, welcher ausgewählte Zeiten abpaßt, um eine Demodulation zu bewirken, wobei er einen analogen Multiplizierer verwendet, welcher das empfangene Signal mit einem örtlich erzeugten Signal multipliziert, welches in seiner Polarität und Zeit eine Beziehung zu dem gesendeten Signal hat. Die Multiplikation erzeugt ein Korrelationssignal, welches in fast unerreichter Weise dem gerade gesandten Signal entspricht, wenn das Ziel senkrecht und flächig zur Richtung von Übertragung und Empfang ausgerichtet ist. So ist selbst in Gegenwart einer im wesentlichen zufällig sich ändernden Rauschspannung, der das übertragende Signal typischerweise überlagert ist, herausgefunden worden, daß die Wiedererkennung des Signals gegenüber dem Rauschen trotz wesentlich höherer Rauschpegel als Radarsignalpegel bewirkt werden kann. Wesentlich ist, daß in Abwesenheit eines empfangenen Signals, welches aus der Sicht der Polarität nicht eng in Phase mit dem intern erzeugten Signal ist, das Ausgangssignal einen erheblich niedrigeren Pegel hat, als wenn das korrelierte Signal anwesend ist. Dies gilt insbesondere nach einer integrierenden Bearbeitung. Um den Empfang weiter zu verbessern, wird das Ausgangssignal des Mischers oder Korrelators über eine gewisse Anzahl von Punkten über seine wirksame Länge oder Dauer abgetastet. Dann ist es möglich, diese Serie von Punkten auf eine Serie erwarteter Punkte zu beziehen und eine Entscheidung zu treffen, ob ein Ziel anwesend ist. Dies kann in Ausdrücken des Grades der Ähnlichkeit zwischen einem Standard und dem Bitmuster der Wellenform des empfangenen Signals geschehen. Dieses Verfahren ist somit zweistufig, worin ein bekanntes Muster ausgewählt werden kann, welches zumindest hinsichtlich der Zeit und der Polarität stellvertretend für ein zugeführtes Signal ist, das stellvertretend für einen bestimmten Zieltyp steht. Dann wird ein Demodulationssignal bereitgestellt, welches eine Erkennung des Zieles mit einer ziemlich großen Wahrscheinlichkeit allein aufgrund seines Pegels ermöglicht. Dann kann außerdem aufgrund einzelner Proben zu gewählten Zeitpunkten und Vergleich mit dem unter Gegenwart eines Zieles erwarteten Ergebnis, ein weiteres Element der Bestimmtheit der Auflösung ermöglicht werden. Alles in allem ist anzunehmen, daß die Erfindung die größten Hindernisse bei einer zufriedenstellenden Entwicklung eines Radars von mittlerer und langer Reichweite löst.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt worden sind. Es zeigen im einzelnen:
Fig. 1 ein elektrisches Blockschaltbild eines im Zeitbereich arbeitenden Radarsystems;
Fig. 2 ein Satz elektrischer Wellenformen zur Erläuterung des Signalflusses;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines abgestimmten Feldradarsystems gemäß der Erfindung.
Die Fig. 1 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Radarsystem, oder ein Teil eines Radarsystems, der mit der Bestimmung der Entfernung von der Sendeantenne, einer breitbandigen Doppelkonus-Antenne 200, bis zu einer Empfangsantenne 202 vom gleichen Typ befaßt ist. Es können auch geeignete Einrichtungen eingesetzt werden, um den Gebrauch einer Antenne für beide Zwecke zu ermöglichen. Im allgemeinen wird davon ausgegangen, daß Signalstöße wie in der Fig. 2H veranschaulicht (abgesehen vom Zeitabstand, der entsprechend einer Wahl variieren kann) von einer Doppelkonus-Antenne 200 gesendet werden soll, die Doppelkonus-Antennenelemente 204 und 206 hat und einen Schalter 208, welcher eine Kombination von Lawinen-Durchschlag- Transistoren und einem Triggertransformator enthält.
Die Doppelkonus-Antenne 200 wird wie eine Breitband-Antenne mittels einer Gleichspannungsquelle 65 durch Widerstände 67 und 69 auf eine Gesamtspannung geladen, welche die Summe der bereits oben angesprochenen Avalanche-Spannungen der Lawinen-Durchschlag-Transistoren ist. Die Widerstände 67 und 69 haben zusammen einen Widerstandswert, welcher ermöglicht, die Lawinen-Durchschlag-Transistoren vorzuspannen. Die Widerstände 71 und 73 haben einen relativ niedrigen Wert und sind so gewählt, daß sie Energie unterhalb der Grenzfrequenz der Antenne erhalten und auch Ringbildung oder gedämpfte Schwingungen verhindern. Wenn im Betrieb ein Puls der Primärwicklung des Triggertransformators zugeführt wird, werden die Lawinen- Durchschlag-Transistoren geschaltet, wobei sie Doppelkonus-Antennenelemente 204 und 206 wirksam über die Widerstände 71 und 73 kurzschließen. Dieser Vorgang erfolgt im wesentlichen bei Lichtgeschwindigkeit, mit dem Ergebnis, daß ein Signal gesendet wird, welches im wesentlichen monozyklisch ist oder eineinhalb Zyklen gemäß Fig. 2H aufweist.
Der Sender wird grundlegend von der Steuerung 210 gesteuert. Diese enthält eine Sendefolgesteuerung 212, welche die zeitliche Abstimmung der gesendeten Signalstöße bestimmt, welche Folge zufällig sein kann, wechseln kann, oder eine konstante Frequenz, z. B. 10.000 Signalstöße pro Sekunde, haben kann, wobei die Sendefolgesteuerung 212 ein pulsförmiges Ausgangssignal von 10.000 Hz erzeugen und auf die Leitung 214 geben würde. Ein Oszillator 216 wird bei einer höheren Frequenz betrieben, beispielsweise bei 20 MHz, und das Ausgangssignal der Sendefolgesteuerung 212 wird herangezogen, bestimmte pulsförmige Ausgangssignale des Oszillators 216 als eigentliches Pulssignal zu wählen, welches als Hauptpulssignal zur Steuerung sowohl des Ausgangssignals des Senders 219, als auch der zeitlichen Abfolge der Empfängerfunktionen herangezogen wird, wie weiterhin beschrieben wird. Um unzweideutig und wiederholt einen Arbeitspuls mit einer geringen Unsicherheit in der zeitlichen Abfolge vom Oszillator 216 zu wählen, erfolgt die Wahl ein Pulsintervall und einen Bruchteil eines Pulsintervalls des Oszillators nach einem Anfangssignal von der Sendefolgesteuerung 212. Die Wahl wird mittels einer Steuerfolge vorgenommen, die D-Flipflops 218, 220 und 222 enthält. So wird der Steuerpuls für die Sendefolge auf einer Leitung 214 von den Takteingang des D-Flipflops 218 gelegt. Das bringt den Q-Ausgang des D-Flipflops 218 zum Übergang auf einen hohen Spannungswert, der an einem D-Eingang des D-Flipflops 220 anliegt. Anschließend legt der Ausgang des Oszillators 216 eine steigende Flanke auf dem Takteingang des D-Flipflops 220. Zu diesem Zeitpunkt wird der hohe Spannungszustand des D-Eingangs dieses D-Flipflops auf den Q-Ausgang übertragen. Gleichermaßen wird der Q-Ausgang des D-Flipflops 220 für den D- Eingang des D-Flipflops 222 bereitgestellt, und die nächste ansteigende Flanke des Pulses vom Oszillator 216 bringt den Nicht-Q-Ausgang auf einen niedrigen Spannungszustand und löst so den Beginn des Sende-Empfangs-Zyklus aus.
Der Nicht-Q-Ausgang des D-Flipflops 222 ist an eine Verzögerungsschaltung 224 angeschlossen, welche bei dieser Ausführungsform den Puls um 200 Nanosekunden verzögert. Die Verzögerungsschaltung 224 stellt ein Ausgangssignal zur Verfügung, welches den Schalter 208 triggert, wodurch ein Sendestoßimpuls auf der Doppelkonus-Antenne 200 bewirkt wird.
Ein Empfänger 226 empfängt Echos oder Rücklaufsignale mittels einer Doppelkonus-Antenne 202, und dieses Ausgangssignal wird von einem Verstärker 228 verstärkt und in einen Mischer 230 eingespeist. Der Mischer 230 enthält einen doppelten Gleichgewichtsmodulator (doubble balanced modulator) und multipliziert die augenblicklich vorliegenden Signale, z. B. einen Signalstoß wie in Fig. 2H, mit einem Signal, welches in der Polarität verwandt ist und z. B. ein Signal wie das der Wellenform in Fig. 2H sein kann. In unserer Beschreibung gehen wir davon aus, daß wir nur einen einzigen Zeitabschnitt ein Rücklaufsignal auf ein einziges Ausgangssignal des Senders 219 betrachten, und daß der Mustergenerator 232 ein gleiches Signal erzeugt, z. B. in der Wellenform der Fig. 2H, und dieses an den Mischer 230 genau zu einer Zeit anlegt, zu der ein Rücklaufsignal von einem Ziel möglich. Um den Mustergenerator 232 zu triggern, ein Mustersignal der Wellenform gemäß Fig. 2H zu einer geeigneten Zeit zu erzeugen, ist es notwendig, eine Zeitverzögerung zwischen einer bekannten und auf die Sendung eines Signalstoßes bezogenen Zeit zu bewirken; und in diesem Fall ist diese Signalinformation auf der Leitung 238. Um die genaue Zeit zu bestimmen, die während eines einzigen Arbeitszyklus des Systems geprüft werden soll, wobei sie einen gesendeten Puls umfaßt, werden zwei Pulsverzögerungseinheiten eingesetzt, nämlich ein Laufverzögerungs-Abwärtszähler 235 und eine programmierbare Feinverzögerungsleitung 236. Der Laufverzögerungs- Abwärtszähler 235 zählt die Anzahl von Ausgangspulsen des Oszillators 216 herunter, welche nachfolgend zu einem Steuerimpuls auf Leitung 238 auftreten. Die Anzahl solcher Ausgangspulse ist in den Laufverzögerungs-Abwärtszähler 235 einprogrammierbar durch einen Ausgang X eines Mengenzählers 241 auf einer Leitung 240 der Steuerung 210, welcher eine herkömmliche Einrichtung ist, in der eine Binärzahl in der Steuerung 210 erzeugt wird, welche in den Laufverzögerungs-Abwärtszähler 235 geladen wird. Zum Beispiel gehen wir davon aus, daß gewünscht ist, ein Rücklaufsignal zu betrachten, welches 175 Nanosekunden nach der Sendung eines Signals von der Doppelkonus-Antenne 200 auftritt. Um dies zu erreichen, laden wir in den Laufverzögerungs- Abwärtszähler 235 die Zahl "7", was bedeutet, daß er sieben der Ausgangspulse des Ausgangssignals des Oszillators 216 zählt, welche jeweils um 50 Nanosekunden beabstandet sind. Zur gleichen Zeit ist festzustellen, daß die Verzögerungsschaltung 224 eine feste Verzögerung von 200 Nanosekunden erzeugt. So wird eine Verzögerung von 350 Nanosekunden im Laufverzögerungs- Abwärtszähler 235 erreicht. Indem aber 200 Nanosekunden abgezogen werden, haben wir in Wirklichkeit ein Ausgangssignal des Abwärtszählers 235, welches 150 Nanosekunden nach der Sendung eines Impulsstoßes durch die Doppelkonus-Antenne 200 auftritt. Um den genauen Zeitabstand von 175 Nanosekunden zu erhalten, wird eine Zusatzverzögerung oder Feinverzögerungssteuerung von der programmierbaren Feinverzögerungsleitung 236 bewirkt, welche durch den Ausgang des Laufverzögerungs-Abwärtszählers 235 getriggert wird, wenn dieser bis "7" gezählt hat. Sie wird in herkömmlicher Weise über eine Ladeverzögerung 242 der Steuerung 210 auf Leitung Y programmiert und bringt die programmierte Feinverzögerungsleitung 236 zur Verzögerung eines ihr zugeführten Eingangspulses um 25 Nanosekunden, wie in dem Beispiel beschrieben. Auf diese Weise stellt die programmierbare Feinverzögerungsleitung 236 dem Mustergenerator 232 einen Ausgangpuls zur Verfügung, der 175 Sekunden nach der Sendung durch die Doppelkonus-Antenne vorliegt. Der Mustergenerator 232, der ein eine Wellenform gemäß Fig. 2H erzeugender Lawinen-Durchschlags-Transistor sein kann, speist dann den Mischer 230, um das Mustersignal mit dem verstärkten, empfangenen Ausgangssignal der empfangenden Doppelkonus-Antenne 202 zu mischen und zu multiplizieren. Das Ausgangssignal des Mischers 230 wird einem analogen Integrator 250 zugeführt. Unter der Annahme, daß identische Wellenformen zeitlich gleichgelagert sind, wird ein Gleichspannungssignal, beispielsweise mit einem positiven Signalwert, als Ausgang des analogen Integrators 250 zur Verfügung gestellt. Dieses wird von einem Verstärker 252 verstärkt und einer Tastspeichereinheit 254 zugeführt. Das Ausgangssignal der Tastspeichereinheit 254 wird in einen Analog-Digital-Wandler 256 eingespeist, welcher die aufsummierten Werte digitalisiert, was er nach einer festen Zeitverzögerung von 40 Mikrosekunden bewirkt, welche von einer Verzögerungseinheit 258 bereitgestellt wird, die die von der Tastspeichereinheit 254 benötigte Bearbeitungszeit berücksichtigt. Falls gewünscht, kann eine Anzahl der beschriebenen Sendungen in Folge bewirkt werden, beispielsweise zehn, worin dieselben Übergangszeiten bis zum Signalempfang zu beobachten sind, uns sind einige Signale während gleicher Sendungen in dem digitalen Integrator 262 zu integrieren, um auf diese Weise ein Wiedergewinnung von Signalen vom Umgebungsrauschen zu ermöglichen. Das Ausgangssignal des digitalen Integrators 262 wird auf einer Anzeige 264 angezeigt, zeitlich synchronisiert durch ein geeignetes Signal der Feinverzögerungsleitung 236 (und Verzögerungseinheit 258), wodurch ermöglicht wird, die Zeit oder Entfernungsposition eines Signalrücklaufes anzuzeigen in Abhängigkeit der Entfernung von der Radareinheit.
Die Fig. 3 veranschaulicht eine Anwendung der Radareinrichtung bei einer Überwachungsarbeit die einen Radius von irgendwo zwischen 20 oder 30 Fuß bis zu mehreren tausend Fuß abdeckt. Bei diesem Beispiel wird angenommen, daß an einer ausgewählten zentralen Stelle eine Sendedoppelkonus-Antenne, in diesem Falle eine nicht gerichtete oder Rundstrahlantenne 300 angeordnet ist, und daß in 120° Winkelabständen um diese herum empfangende Doppelkonus- Antennen 302, 304 und 306 angeordnet sind. Die Rundstrahlantenne 300 wird von einem Sender 301 betrieben. Geht man von einem einzigen Signalstoß aus, der von er Rundstrahlantenne 300 gesendet wird, so wird dieser um 360° und in den Raum abgestrahlt. Zu irgendeiner gewählten Zeit erhalten Empfänger 308, 310 und 311 in der bereits o. a. Weise ein Mustersignal, um so die Empfänger zum Abtasten eines Echosignals zu bringen, welches in genau diesem Augenblick empfangen werden kann. Dieser Vorgang kann in winzig zunehmenden oder abnehmenden Zeitabschnitten wiederholt werden, um so in Speichereinheiten 312, 314 und 316 Signale abzuspeichern, die stellvertretend für einen Bereich von Laufzeiten stehen. Dann können durch Wahl einer Kombination von Laufzeiten für jeden der Empfänger in Ausdrücken von Triangularisationen gespeicherte Signale aus den Speichereinheiten ausgewählt werden, die stellvertretend für einen bestimmten Ort im Raum stehen. Für Überwachungszwecke werden die Ergebnisse von Signalen, die von einem Abtastvorgang abgeleitet worden sind und die von einem später erfolgenden Abtastvorgang digital voneinander subtrahiert. So gibt es einen unterschied in der Abtastinformation, wenn sich ein Objekt von einem Punkt innerhalb des Bereichs der Radareinheit zu einem neuen Ort bewegt hat. Dies gibt auch an, daß etwas in das Gebiet hineingekommen ist. Dieses Verfahren kann im ganzen von einer Lese-Schreib-Steuerung 318 kontrolliert werden, welche die Speichereinheiten 312, 314 und 316 kontrolliert und einen Komparator 320 kontrolliert, welcher ausgewählte Werte X, Y und Z der Speichereinheiten 312, 314 und 316 erhält, um die Subtraktion durchzuführen. Die Anzeige 322, wie z. B. ein Oszilloskop, kann eingesetzt werden, um anzuzeigen, wie sich die relative Lage eines Objektes in bezug auf den Ort des Radars ändert.
Die Fig. 4 veranschaulicht eine Anwendung des erfundenen Radarsystems, worin eine Sendeantenne in einer getrennten ebenen Lage in bezug auf die Richtung der Beobachtung angeordnet ist, wobei drei Empfangsantennen in einer Ebene angeordnet sind, die parallel von der ersten Ebene beabstandet ist, und eine vierte Empfangsantenne in einer dritten Ebene positioniert ist. So wird die Strahlung der Sendeantenne 404, welche von einem Ziel reflektiert wird, von vier Empfangsantennen zu verschiedenen Zeiten empfangen, wegen des Unterschiedes in der Weglänge. Aufgrund der einzigartigen Charakteristik des Radarsystems, kann es eingesetzt werden, um buchstäblich Abstände von der Größe eines Zolls auszulösen, so daß extreme Einzelheiten von den Rücklaufsignalen aufgelöst werden können. Bezugnehmend auf die Fig. 4, lenkt eine Steuerung 400 eine Sendung des Senders 402, welcher einen Signalstoß in die Sendeantenne 404 einspeist. Die Rücklaufsignale werden von Empfangsantennen 406, 408 und 410 empfangen, welche beispielsweise in einer Ebene angeordnet sind, die im wesentlichen senkrecht zur Blickrichtung ist und getrennt von der Ebene, in der die Sendeantenne 404 angeordnet ist. Eine vierte Empfangsantenne 412 ist noch in einer dritten Ebene angeordnet, welche senkrecht zur Blickrichtung angeordnet ist und somit in einer Ebene getrennt von der Ebene in welcher die anderen Empfangsantennen sich befinden. Hierdurch wird eine Einrichtung zum Lokalisieren eines Ziels im Raum über Triangularisation zur Verfügung gestellt, und so wird genügend Signalinformation gewonnen, um dreidimensionale Informationsanzeigen zu ermöglichen. Die empfangenen Signale von Empfängern 411, 414, 416 und 418 werden getrennt in einen Prozessor und Komparator 420 eingespeist, welcher einen Speicher zum Speichern der empfangenen Proben und der Empfangszeiten enthält. Von diesen Daten können Lageinformationen über einen geeigneten Vergleich errechnet werden, sowie Charakteristiken des Ziels, wie Größe und Reflexionsvermögen.
Bezugszeichenliste
65
Gleichspannungsquelle
67
Widerstand
69
Widerstand
71
Widerstand
73
Widerstand
200
Doppelkonus-Antenne
202
Doppelkonus-Antenne
204
Doppelkonus-Antennenelement
206
Doppelkonus-Antennenelement
208
Schalter
210
Steuerung
212
Sendefolgesteuerung
214
Leitung
216
Oszillator
218
D-Flipflops
219
Sender
220
D-Flipflops
222
D-Flipflops
224
Verzögerungsschaltung
226
Empfänger
228
Verstärker
230
Mischer
232
Mustergenerator
235
Laufverzögerungs-Abwärtszähler
236
Feinverzögerungsleitung
238
Leitung
240
Leitung
241
Mengenzähler
242
Ladeverzögerung
250
Integrator (analoger)
252
Verstärker
254
Tastspeichereinheit
256
Analog-Digital-Wandler
258
Verzögerungseinheit
262
Integrator (digitaler)
264
Anzeige
300
Rundstrahlantenne
301
Sender
302
Doppelkonus-Antenne
304
Doppelkonus-Antenne
306
Doppelkonus-Antenne
308
Empfänger
310
Empfänger
311
Empfänger
312
Speichereinheiten
314
Speichereinheiten
316
Speichereinheiten
318
Lese-Schreib-Steuerung
320
Vergleicher
322
Anzeige
400
Steuerung
402
Sender
404
Sendeantenne
406
Empfangsantenne
408
Empfangsantenne
410
Empfangsantenne
411
Empfänger
412
Empfangsantenne
414
Empfänger
416
Empfänger
418
Empfänger
420
Prozessor und Komparator
PGSteuerpuls
T1
T2
Zeit
XAusgang
YLeitung

Claims (18)

1. Ein im Basisband arbeitendes Puls-Radarsystem, bestehend aus einem Sender (219) und einem Empfänger (226), wobei der Sender (219) eine erste Signalerzeugungseinrichtung zur Generierung einer Folge von zeitlich versetzten Triggersignalen, eine Breitband-Sendeantenne (200) zum Abstrahlen sowie eine Gleichspannungsquelle aufweist und der Empfänger (226) mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen breitbandiger Signale während den Zwischenzeiten der Abstrahlung und zum Bereitstellen eines Ausgangssignals versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
eine mit der Gleichspannungsquelle und der Sendeantenne (200) verbundene Schalteinrichtung (208) zum abrupten Umschalten zwischen unterschiedlichen Spannungszuständen auf der Sendeantenne (200) in Abhängigkeit von den Triggersignalen vorgesehen ist, um zeitlich versetzte, alternierende, trägerlose Pulssignale abzustrahlen,
und daß der Empfänger (226) eine zweite Signalerzeugungseinrichtung, die in Abhängigkeit von Taktsignalen zeitlich versetzte Synchronsignale generiert, wobei jedes Synchronsignal in Signaldauer und Polarität den abgestrahlten Pulssignalen entspricht, eine Takteinrichtung, um in Abhängigkeit von den Triggersignalen aufeinanderfolgende Taktsignale für die zweite Signalerzeugungseinrichtung zu generieren, wobei jedes Taktsignal zu einer festen, entsprechend der Übertragungszeit von der Sendeantenne zu einem Ziel in einer gewählten Entfernung und zurück zur Empfangseinrichtung vorgegebenen Zeit nach der Abstrahlung der Pulssignale erscheint, eine Misch- (230) und Integriereinrichtung (250), die als Ausgangssignal ein aus empfangenem Signal und Synchronsignal gemischtes und anschließend für die Zeitdauer des Synchronsignals inte­ griertes Funktionssignal bereitstellt, sowie eine Integriereinrichtung für eine Folge von Ausgangssignalen der Misch- (230) und Integriereinrichtung (250), wobei jedes dieser Signale für eine identische Laufzeit der abgestrahlten Pulssignale steht, so daß die Integration das Vorhandensein der von einem Ziel in einem gewählten Abstand reflektierten Pulssignale angibt, umfaßt.
2. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Takteinrichtung ein selektives Verzögern der Taktsignale einzelner Takt­ signalfolgen vorgesehen ist, um die Empfangsempfindlichkeit für ver­ schiedene Zielweiten auszuwählen.
3. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Integriereinrichtung ein Abtasten der einzelnen Ausgangssignale der Misch- (230) und Integriereinrichtung (250) sowie eine Integration der getasteten Signale vorgesehen ist.
4. Radarsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Inte­ griereinrichtung einen Analog-Digital-Wandler (256) für die Ausgangssignale der Misch- (230) und Integriereinrichtung (250) und einen digitalen Integrierer (262) für diese digitalen Signalwerte aufweist.
5. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Signalerzeugungseinrichtung ein Bereitstellen von Triggersignalen in ver­ änderlichen Zeitabständen vorgesehen ist.
6. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt­ einrichtung (208) in der Nähe der Sendeantenne (200) angeordnet ist.
7. Radarsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt­ einrichtung (208) eine Impedanz aufweist, die in den Stromkreis Sendeantenne-Schalteinrichtung zwischengeschaltet ist.
8. Radarsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impe­ danz ein elektrischer Widerstand (71, 73) ist.
9. Radarsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende­ antenne (200) zwei Elemente (204, 206) aufweist, die zum Entladen mit der Schalteinrichtung (208) und dem elektrischen Widerstand (71, 72) in Serie geschaltet sind.
10. Radarsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ansprechen der Takteinrichtung auf die erste Signalerzeugungseinrichtung vorgesehen ist.
11. Ein im Basisband arbeitendes Puls-Radarsystem, bestehend aus einem Sender (219) und einem Empfänger (226), wobei der Sender (219) eine Einrichtung (212) zur Erzeugung einer ersten Signalfolge, eine Breitband- Sendeantenne (200) zum Abstrahlen sowie eine Gleichspannungsquelle aufweist und der Empfänger (226) mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von Signalen während den Zwischenzeiten der Abstrahlung und zum Bereitstellen eines Ausgangssignals versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sender (219) einen Oszillator (216) zur Erzeugung einer zweiten, höherfrequenteren Signalfolge, eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, welches eine Funktion der ersten und der zweiten Signalfolge ist, um eine Folge einzelner Signale als zeitlich versetzte Triggersignale zu erhalten, sowie eine mit der Gleichspannungsquelle und der Sendeantenne (200) verbundene Schalteinrichtung (208) zum abrupten Umschalten zwischen unterschiedlichen Spannungszuständen auf der Sendeantenne (200) in Abhängigkeit von den Triggersignalen, um zeitlich versetzte, alternierende, trägerlose Pulssignale abzustrahlen, aufweist,
und daß der Empfänger (226) eine zweite Signalerzeugungseinrichtung, die in Abhängigkeit von Taktsignalen zeitlich versetzte Synchronsignale generiert, wobei jedes Synchronsignal in Signaldauer und Polarität den abgestrahlten Pulssignalen entspricht, eine Takteinrichtung, um in Abhängigkeit von den bereitgestellten Ausgangssignalen aufeinanderfolgende Taktsignale für die zweite Signalerzeugungseinrichtung zu generieren, wobei jedes Taktsignal zu ei­ nem festen, entsprechend der Übertragungszeit von der Sendeantenne zu einem Ziel in einer gewählten Entfernung und zurück zur Empfangsein­ richtung vorgegebenen Zeit nach der Abstrahlung der Pulssignale er­ scheint, eine Misch- (230) und Integriereinrichtung (250), die als Ausgangssignal ein aus empfangenem Signal und Synchronsignal gemischtes und anschließend für die Zeitdauer des Synchronsignals integriertes Funktionssignal bereitstellt, sowie eine Integriereinrichtung für eine Folge von Ausgangssignalen der Misch- (230) und Integrierein­ richtung (250), wobei jedes dieser Signale für eine identische Laufzeit der abgestrahlten Pulssignale steht, so daß die Integration das Vorhandensein der von einem Ziel in einem gewählten Abstand reflektierten Pulssignale angibt, aufweist.
12. Radarsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Takteinrichtung ein selektives Verzögern der Taktsignale einzelner Taktsignalfolgen vorgesehen ist, um die Empfangsempfindlichkeit für ver­ schiedene Zielweiten auszuwählen.
13. Radarsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Integriereinrichtung ein Abtasten der einzelnen Ausgangssignale der Misch- (230) und Integriereinrichtung (250) sowie eine Integration der getasteten Signale vorgesehen ist.
14. Radarsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Inte­ griereinrichtung einen Analog-Digital-Wandler (256) für die Ausgangssignale der Misch- (230) und Integriereinrichtung (250) und einen digitalen Integrierer (262) für diese digitalen Signalwerte aufweist.
15. Radarsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (208) in der Nähe der Sendeantenne (200) angeordnet ist.
16. Radarsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (208) eine Impedanz aufweist, die in den Stromkreis Sendeantenne-Schalteinrichtung zwischengeschaltet ist.
17. Radarsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Impe­ danz ein elektrischer Widerstand (71, 73) ist.
18. Radarsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Sen­ deantenne zwei Elemente (204, 206) aufweist, die zum Entladen mit der Schalteinrichtung (208) und dem elektrischen Widerstand (71, 73) in Serie geschaltet sind.
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