DE3851061T2 - Horizontal stabilisiertes Antennenbündel für Schiffsradar. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein an Bord eines Schiffes befindliches Radarsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Das Antennenstrahlenbündel eines solchen Systems wird normalerweise mit der Stampfbewegung und/oder der Rollbewegung des Schiffes bewegt. Daher ist das System mit einer Anordnung versehen, die automatisch als eine Funktion der Stampfbewegungs- und der Rollbewegungswinkel bewirkt, daß das Strahlenbündel zum Horizont gerichtet ist.
• Früher sind an Bord von Schiffen befindliche Radars oft unstabil gewesen. Das heißt, wenn das das Radar tragende Schiff stampft und rollt, wird die Position des Spitzenwertes des Radarstrahlenbündels direkt durch das Stampfen und Rollen moduliert, und zwar zusätzlich zu der kontinuierlichen Antennendrehung beim Suchen. Zweidimensionale Radars dieses Typs hatten typischerweise dicke Höhenwinkel-Strahlenbündel, so daß die Horizont- und die Höhenwinkel-Abdeckung nur unter den Bedingungen von extremen (±25º) Stampfen und Rollen gelegentlich verloren geht.
• Zweidimensionale Radars mit Antennen, die einen höheren Gewinn haben, erfordern eine Horizontstabilisierung des Spitzenwertes des Strahlenbündels. Dies wird erreicht durch mechanisches Hin- und Herbewegen der Antennenstruktur zurück und vorwärts auf einer Achse, um die Bewegung des Schiffs zu kompensieren. Dies ist grundsätzlich eine Stabilisierung der Rollbewegung. Einige zweidimensionale Radars sind vollstabilisiert; d. h. sowohl die Stampfbewegung als auch die Rollbewegung sind kompensiert, so daß der Radarbetrieb von der Schiffsbewegung wirksam entkoppelt ist.
• Diese Radars sind mechanisch stabilisiert, eine Lösung, die für einfache Antennen des Reflektortyps erforderlich ist. Dies erhöht jedoch das Gewicht des aufragenden Teils des Radars und die Komplexität des Radars, da ein (oder zwei) Lager, Antriebsmotoren, Getriebe usw. zur Stabilisierung erforderlich sind. Die Zuverlässigkeit des Grundradarsystems ist dadurch begrenzt.
• Die US-A-3,277,481 offenbart eine Strahlenbündel-Stabilisierungseinrichtung für eine phasengesteuerte Antennenanordnung, die von einem Schiff getragen wird, bei welcher Phasenverschiebungen, die von den Stampf- und Rollbewegungen des Schiffs abhängen, mechanisch bewirkt werden. In einer Ausführungsform, die in diesem Dokument offenbart ist, werden mechanisch beweglich Kurzschlußglieder, welche die elektrischen Längen der Übertragungsleitungen zwischen jedem Dipol der phasengesteuerten Antenne und einem Empfänger/Sender verändern, mittels einer Betätigungseinheit bewegt, die unter der Steuerung elektrischer Ausgangssignale steht, die von Kreiselschaltungen empfangen werden und vom Rollen und Stampfen des Schiffes abhängen. Diese Art von elektromechanischer Stabilisierung erfordert ein komplexes Steuersystem, da eine Anzahl von mechanisch beweglichen Kurzschlußgliedern erforderlich ist, die von der Anzahl der Dipole der phasengesteuerten Antenne abhängt.
• Ideal wäre eine elektronische Stabilisierung eines Radars. Beispielsweise wird ein bekanntes Radar in beiden Achsen stabilisiert, muß aber eine phasengesteuerte Anordnung sein, damit dies ausgeführt werden kann. Ein anderes bekanntes Radar ist horizont-stabilisiert, erfordert jedoch die Verwendung einer Höhenwinkelfrequenzabtastung, um diese Funktion durchzuführen. Eine höhenwinkelmäßige Phasenabtastung würde auch eine Horizont-Strahlenbündelstabilisierung einer Antenne mit rotierender Anordnung erlauben.
• Die vorliegende Erfindung macht ein an Bord eines Schiffes befindliches Radarsystem verfügbar, wie es in Anspruch I angegeben ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Die Verwendung einer Rotman-Linse-Antenne für ein Flugzeugzielverfolgungssystem ist aus der US-A-4,042,931 bekannt.
• Gemäß dem System der ,vorliegenden Erfindung werden die zuvor beschriebenen und weitere Nachteile des Standes der Technik dadurch überwunden, daß eine Rotman-Linse für ein an Bord eines Schiffes befindliches Radar vorgesehen wird sowie eine Einrichtung zum Verschieben des Antennenstrahlenbündels entsprechend den Ausgangssignalen von Stampfbewegungs- und Rollbewegungs-Sensoren.
• Mit der vorliegenden Erfindung ,wird ein weniger kostspieliger Weg der elektronischen Rollbewegungs-Stabilisierung einer Antenne mit rotierender Anordnung vorgesehen. Wenn die Anordnung in der Höhenwinkelebene mittels einer Rotman-Linse gespeist wird, kann eine Annäherung an eine Horizont-Stabilisierung erhalten werden durch Schalten von Eingangstoren (was verschiedene Strahlenbündelpositionen auswählt), während sich die Antenne dreht und das Schiff stampft und rollt. Die Genauigkeit der Horizont-Stabilisierung wird durch die Anzahl der Eingangstore bestimmt; d. h., die Körnigkeit oder Feinheit des Strahlenbündelpositionsschaltens. Wenn beispielsweise das Schiff rollt und beginnt, das Strahlenbündel um K&sub1; Grad unter den Horizont zu drücken, wird die nächsthöhere Strahlenbündelposition ausgewählt. Dieser Schrittvorgang dauert an, bis die Schiffsroll-/Antennenazimuth- Position das Strahlenbündel anzuheben beginnt. Dieser Prozeß wird dann umgekehrt, sobald sich das Strahlenbündel K&sub2; Grad oberhalb des Horizonts befindet.
• Diese Lösung ist besonders attraktiv für zweidimensionale Radars, da eine Rotman-Linse an verschiedenen Eingangstoren gleichzeitig verwendet werden kann, um ein Cosecans- oder Cosecans-Quadrat-Fächerstrahlenbündel zu bilden.
• In den beigefügten Zeichnungen, die eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung erläutern, zeigen:
• Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 1 zeigt bei 10 einen Schiffskreisel und damit verbunden einen Stampfbewegungssensor 11 und einen Rollbewegungssensor 12.
• Das Ausgangssignal des Stampfbewegungssensors 11 ist ein Signal, das proportional zu einem Stampfbewegungswinkel Φp ist. Das Ausgangssignal des Rollbewegungssensors 12 ist ein Signal, das proportional ist zu einem Rollbewegungswinkel Rr.
• Außerdem sind in Fig. 1 ein Subtrahierer 13 und ein Multiplizierer 14 gezeigt. Ein Koordinatenumsetzungscomputer 15 ist an die Sensoren 11 und 12 angeschlossen und wandelt Φp und Rr um in αd und βs. αd kann man den Eintauchwinkel des Decks nennen. ß. kann man den Schlagwinkel des Decks nennen. Der Tauchwinkel ist die Deckneigung. Der Schlagwinkel ist der Azimuthwinkel, mit dem sich das Deck neigt.
• Ein zu αd proportionales Signal wird einem Eingang des Multiplizierers 14 vom Computer 15 aufgeprägt. Ein zu βs proportionales Signal wird einem Eingang des Substraktors 13 vom Computer 15 aufgeprägt.
• Ein Antennenantrieb 16 dreht eine Antenne 17 im Suchbetrieb. Gleichzeitig hiermit wird ein Azimuth-Meßwertgeber 18 gedreht, um dem Subtrahierer 13 ein Signal aufzuprägen, das zum Azimuthwinkel βa der Antenne 17 proportional ist. Ein Sinusfunktion-Generator 19 ist an den Subtrahierer 13 angeschlossen, um ein Signal zu empfangen, das proportional ist zu (βa-βs), und um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das proportional ist zu Sinus (βa-βs), das dem Multiplizierer 14 als ein zweites Eingangssignal aufgeprägt wird.
• Das Ausgangssignal des Multiplizierers 14 wird allen beiden von zwei Komparatoren aufgeprägt, d. h., einem Aufwärts-Komparator 20 und einem Abwärts-Komparator 21. Beide Komparatoren empfangen ein Rückkopplungseingangssignal von dem Ausgang eines Rotman-Linsen- Schalterpositionswähler 22.
• Der Aufwärts-Komparator 20 und der Abwärts-Komparator 21 haben je eine Ausgangsleitung, die mit dem Wähler 22 verbunden ist, um einen elektronischen Schalter 23 zu betätigen, um das Strahlenbündel der Antenne 17 in Höhenwinkel-Schritten zu verschieben. Das Ausgangssignal des Aufwärts-Komparators 20 verschiebt das Strahlenbündel aufwärts. Das Ausgangssignal des Abwärts-Komparators 21 verschiebt das Strahlenbündel abwärts. Eine Verschiebung des Strahlenbündels wird über eine Rotman-Linse 24 bewirkt. Das Radar 25 ist mit der Rotman- Linse 24 über den Schalter 23 und Eingangstore 26 verbunden.
• Der Zweck des Computers 15, des Meßwertgebers 18, des Subtrahierers 13, des Sinusfunktion-Generators 19 und des Multiplizierers 14 besteht darin, das Ausgangssignal des Computers 15 in eine Sinusfunktion von (
• Bezugszeichenliste
• a-βs) umzuwandeln, um jegliches Ausgangssignal vom Multiplizierer 14 zu eliminieren oder zu reduzieren, wenn βa > 0 ist. Dies ist richtig, da keine Strahlenbündel-Höhenwinkelkorrektur erforderlich ist, wenn beispielsweise eine Rollbewegung oder eine kombinierte Roll- und Stampfbewegung senkrecht zur elektrischen Strahlenbündelachse vorhanden ist.

Claims (5)

1. An Bord eines Schiffes befindliches Radarsystem zum Suchen, wobei das System ,aufweist:

einen Kreisel (10); einen Stampfbewegungssensor (11), der mit dem Kreisel (10) verbunden ist, um ein Ausgangssignal (Φp) zu erzeugen, das eine Funktion der Stampfbewegung des Schiffes ist; einen Rollbewegungssensor (12), der mit dem Kreisel (10) verbunden ist, um ein Ausgangssignal (RR) zu erzeugen, das eine Funktion der Rollbewegung des Schiffes ist; eine Antenne (17) zum Abstrahlen eines Strahlenbündels elektromagnetischer Energie;

gekennzeichnet durch eine Rotman-Linse (24), die betätigbar ist, um das Strahlenbündel in Höhenwinkelrichtung zu bewegen; und eine Haupteinrichtung (13-15, 18-20), die auf die Stampfbewegungs- und Rollbewegungs-Sensorausgangssignale (Φp, RR) anspricht, um die Rothman-Linse (24) in solcher Weise zu steuern, daß das Strahlenbündel dabei bleibt, zum Horizont zu zeigen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalterpositionswähler (22) vorgesehen ist, um die Rotman-Linse (24) zu steuern, wobei das System außerdem einen elektronischen Schalter (23) aufweist, wobei der Schalterpositionswähler (22) vorgesehen ist, um die Rotman- Linse (24) über den elektronischen Schalter (23) zu steuern.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Koordinatenumsetzungscomputer (15) angeschlossen ist, um die Stampfbewegungs- und Rollbewegungs-Sensorausgangssignale (Φp, RR) zu empfangen für die Erzeugung von Ausgangssignalen, die proportional sind zu dem Decktauchwinkel und dem Auftreffwinkel (αd, βs) und daß vorgesehen sind: eine zweite Einrichtung (16) zum Drehen der Antenne (17) im Azimuth, ein Azimuth-Meßwertgeber (18), wobei die zweite Einrichtung den Meßwertgeber (18) mit der Antenne (17) dreht, ein Sinusfunktion-Generator (19), ein Subtrahierer (13), der verbunden ist, um das Auftreffwinkelausgangssignal (βs) des Koordinatenumsetzungscomputers (15) zu empfangen und um das Meßwertgeberausgangssignal (βα) für das Liefern eines Eingangssignals an den Sinusfunktion-Generators (19) zu empfangen, ein Multiplizierer (14), der verbunden ist, um das Tauchwinkelausgangssignal (αd) des Koordinatenumsetzungscomputers (15) zu empfangen, und der verbunden ist, um das Ausgangssignal des Sinusfunktion-Generators (19) zu empfangen, wobei das Ausgangssignal des Multiplizierers (14) proportional ist zum Höhenwinkel des Antennenstrahlenwinkels relativ zum Kreisel (10) unabhängig von einer Komponente des Auftreffwinkels (βs) in der Strahlenbündelachsenrichtung.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Einrichtung (20) vorgesehen ist, um das Strahlenbündel stufenweise um ein erstes Inkrement in Höhenwinkelrichtung zu bewegen, wenn es um einen ersten vorbestimmten Betrag unter den Horizont fällt, und wobei eine vierte Einrichtung (21) vorgesehen ist, um das Strahlenbündel schrittweise um ein zweites Inkrement in Höhenwinkelrichtung nach unten zu bewegen, wenn es sich um einen zweiten vorbestimmten Betrag über den Horizont erhebt.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotman-Linse (24) eine Mehrzahl Tore aufweist und daß ein Radarempfänger (25) vorgesehen ist, daß der elektronische Schalter (23) vorgesehen ist, um den Empfänger (25) mit der Antenne (17) zu verbinden und elektromagnetische Energie in einem Strahlenbündel mit einem vorbestimmten Höhenwinkel auszuschicken, daß der Schalterpositionswähler (22) mit dem elektronischen Schalter (23) verbunden ist, daß die dritte Einrichtung und die vierte Einrichtung einen Aufwärts-Komparator (20) bzw. einen Abwärtskomparator (21) aufweisen, wobei der Aufwärts- Komparator (20) und der Abwärtskomparator (21) je ein Eingangssignal von dem Multiplizierer (14) und ein zweites Eingangssignal von dem Ausgang des Schalterpositionswählers (22) erhalten, wobei von dem Aufwärts-Komparator (20) und dem Abwärtskomparator (21) je ein Ausgang mit dem Schalterpositionswähler (22) verbunden ist.