DE3920302C1 - Radargerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radargerät gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 oder 2.

Üblicherweise gehört zur Radar-Signalverarbeitung die Analyse der Empfangsenergie im Zeit-Frequenz-Bereich. Grund­ sätzlich werden bei der zeitlichen Auswertung sogenannte "Distanztore" bzw. "Distanzfenster" zur Berechnung herange­ zogen, während bei der Frequenzanalyse Dopplertore bzw. Dopplerfenster herangezogen werden, wobei bestimmte Ra­ daranlagen eine noch kompliziertere Funktionsweise haben (beispielsweise im Fall einer linearen Frequenzmodulation im Sendebetrieb).

Genau genommen liegt ein "Radarecho" nur dann vor, wenn die Empfangsenergie in einer vorgegebenen Anzeige einen bestimm­ ten Schwellwert überschreitet. Die Festlegung solcher Schwellwerte spielt eine große Rolle, da hierdurch die "Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms" der jeweiligen Radar­ anlage bestimmt wird.

Als "Fehlalarmregelung" bezeichnet man Einrichtungen, die eine Festlegung dieser Schwellwerte oder auch von Kriterien gestatten, die über die Phase eines einfachen Schwellwerts hinaus weiterentwickelt wurden, wobei darüber hinaus eine Unterscheidung der Echosignale im Empfangsspektrum möglich wird. Ist diese Regelung unzulänglich, erhalten bekannte Einrichtungen zur Auswertung der Radarechos grundsätzlich zuviele erfaßte Meldungen zur Analyse, und erreicht Sättigungszustand (es konnten auch zuwenige Meldungen vorliegen, was bedeutet, daß Objekte nicht erfaßt werden, was absolut unzu­ lässig ist).

Zur Unterscheidung echter Echosignale muß das thermische Rauschen a priori herausgefiltert werden. Bei vielen Radar­ anlagen werden dabei auch die feststehenden Objekte ("Boden­ echos") mit herausgefiltert. Damit kommt es zu einer weite­ ren Schwierigkeit, da bei einem thermischen Rauschen auf sehr niedrigem Niveau die Bodenechos dagegen auf höherem Ni­ veau, sogar auf sehr hohem Niveau liegen, und zwar über dem Niveau der Nutzsignale.

Diese Schwierigkeit wird zum Teil dadurch abgemildert, daß im allgemeinen Einrichtungen zur spezifischen Ausfilterung der Bodenechos vorhanden sind. Damit steht das Problem nur für die Bodenechos an, die bei der Filterung nicht erfaßt wurden. Diese "Reststörungen" haben jedoch verschiedenen Ur­ sprung, je nachdem, ob es sich um einen feststehenden Radar handelt, oder um eine Radareinrichtung auf einem beweglichen Träger, beispielsweise einem Luftfahrzeug.

Im Falle eines ortsfesten Radargeräts können die von einer angenäherten Quelle kommenden Bodenechos ganz erhebliche äquivalente Radarflächen aufweisen. Dies ist beispielsweise bei Hangaranlagen oder anderen Bauwerken in der Nähe eines Flugüberwachungsradars der Fall, die die Rauschenergie des Senders reflektieren. Ein Fehlalarm kann hier folgendermaßen geregelt werden:

• - entweder durch Anordnung eines Begrenzers am Eingang des Dopplerfilters, um den Empfänger bei Vorliegen eines starken Echosignals unempfindlicher zu machen,
• - oder durch Steuerung des Erfassungs-Schwellwerts in Abhän­ gigkeit von dem vor der Dopplerfilterung gemessenen Echo­ pegel; bei dieser letztgenannten Technik wird das durch den Dopplerfilter gehende Signalspektrum nicht verändert, so daß dieses auch dann verwendbar ist, wenn im Spektrum der Boden­ echos eine relativ ausgeprägte Frequenzdehnung vorliegt.

Bei einem transportablen Radargerät ist das Problem mit der Fehlalarmregelung völlig anders gelagert, da diese Fehl­ alarmsignale einen anderen Ursprung haben.

Zunächst sind die Bodenechos mit sehr starkem Pegel selten, da grundsätzlich die Hauptkeule der Antenne den Boden in nächster Nähe nicht erfaßt. Hierbei können die Nebenkeulen der Antenne (sofern sie relativ groß sind) die Bodenechos in relativ großer Höhe mit einer Dopplerfrequenz erfassen, die der Dopplerfrequenz der Nutzsignale entspricht. Die übliche Maßnahme zur Regelung von Fehlalarmzuständen besteht darin, mit zwei Kanälen zu arbeiten, also mit zwei Empfängern, die zwei Antennen zugeordnet sind; der erste Kanal arbeitet im normalen Betrieb, während der zweite Kanal eine Rundstrahl­ charakteristik, genauer gesagt eine weniger stark ausgepräg­ te Richtwirkung, aufweist und so geregelt wird, daß die Ne­ benkeulen des ersten Kanals erfaßt werden. Die Fehlalarm­ regelung erfolgt anschließend durch Vergleich der Ausgangs­ signale der beiden Kanäle für jede Auflösungszelle für die Doppler-/Entfernungs-Anzeige beziehungsweise der Echoanzei­ ge. Ein Nutzsignal entspricht dann dem Fall, daß bei glei­ cher Anzeige der Ausgangspegel des ersten Kanals über dem des zweiten Kanals liegt.

Die vorstehende Maßnahme hat sich nicht in allen Fällen als befriedi­ gend erwiesen. Insbesondere gibt es Einsatzmöglichkeiten, bei denen sich ein zweiter Kanal mit der gewünschten Charak­ teristik, d. h. einer "weniger stark ausgeprägten Richtwir­ kung", nicht realisieren läßt. Es ist tatsächlich erforder­ lich, daß in der Hauptkeule des ersten Kanals die Richtcha­ rakteristik des zweiten Kanals deutlich unter der des ersten Kanals und in den Nebenkeulen etwas über der des ersten Ka­ nals liegt; trifft dies nicht zu, so könnte die Fehlalarm­ regelung zu Erfassungsausfällen bei der Erfassung eines ge­ eigneten Ziels führen, da die Erfassungsschwelle dann unnor­ mal hoch läge, sobald im Nebenkanal Bodenechos vorhanden sind, wenn auch nur schwache, die nicht den Nebenkeulen des ersten Kanals entsprechen.

Dieses Problem steht insbesondere dann an, wenn die Haupt­ keule keine sehr ausgeprägte Verstärkung aufweist (Weitwin­ kelantenne), und wenn das Niveau der Nebenkeulen nicht sehr genau bekannt ist oder sich nur unter Schwierigkeiten mit ausreichender Genauigkeit bestimmen ließe.

Aus der gattungsbildenden US-PS 4,210,912 ist ein Doppler­ radar zur Erkennung beweglicher Ziele bekannt. Dort wird von dem Problem ausgegangen, das dann entsteht, wenn eine Viel­ zahl von Strahlern gleichzeitig angeregt wird, so daß uner­ wünschte Interferenzen entstehen. Zur Lösung wird auf eine sequentielle Erregung der Strahler zurückgegriffen. Zusätzlich ist eine Vielzahl von Signalverarbeitungskanälen für jeden der eingesetzten Strahler vorhanden. Jedem Strahler ist ein unterschiedliches Dopplerfilter zugeordnet, so daß von den Bodenechos herrührende Signale, einschließlich der Harmoni­ schen, eliminiert werden können. Demnach werden gemäß der Lehre der US-PS 4,210,912 Bodenechos, die im Dopplerfrequenz­ bereich liegen und die über die Hauptstrahlcharakteristik der Antenne empfangen werden erkannt und beseitigt. Hierfür wer­ den die in den unterschiedlichen Signalverarbeitungskanälen und den unterschiedlichen Dopplerfiltern sowie in einer Sum­ men- und Differenzmatrix verarbeiteten Signale nach ent­ sprechender Demodulation Integratoren zugeführt. Jeder inte­ grierte Wert wird mit einem Schwellwert verglichen und als binäres Ergebnis einem OR-Gatter zugeführt. Bei Vorliegen eines bestimmten binären Signals am Ausgang des OR-Gatters befindet sich ein bewegtes Ziel im Detektionsbereich der Strahler der Antenne. Eine Ausnutzung von im Bereich der Nebenkeulen empfangenen Signalen erfolgt nicht, vielmehr wird eine Unterdrückung der über die Nebenkeulen einlaufenden Echos vorgenommen.

Aus der US-PS 3 916 408 ist ein Radarempfänger mit Echo- und Störsignalunterdrückung bekannt. Dort wird mittels einer spe­ ziellen Hilfsantenne, die zwei Hauptkeulen aufweist, und mit­ tels einer Signalverarbeitungsschaltung eine Unterdrückung der Nebenkeulen der Hauptantenne vorgenommen. Beide Antennen weisen in dieselbe Richtung und sind auf parallel zueinander angeordneten Achsen befindlich. Demnach wird bezweckt, die Strahlung einer Störquelle im wesentlichen über die Hilfsan­ tenne und dem zugehörigen Signalverarbeitungskanal zu erken­ nen und in geeigneter Weise zu eliminieren. Dies entspricht einer Veränderung der Richtcharakteristik einer Antenne in der Hauptempfangsrichtung mit elektronischen Mitteln. Die Problematik der Vermeidung von Fehlalarmen durch ein Radarge­ rät, welches Antennen aufweist, die zum hinteren Ende eines Luftfahrzeuges gerichtet sind, ohne daß diese zu stark durch Bodenechos gestört werden, ist nicht angesprochen.

Bei der Vorrichtung zur Störunterdrückung in einem Radar ge­ mäß FR-PS 24 33 759 wird von zwei Antennen ausgegangen, deren Hauptstrahlcharakteristik auf parallelen Achsen zueinander liegt. Der Störsender kommt hierbei im wesentlichen aus der­ selben Richtung wie das auszuwertende Radarecho. Beide Anten­ nen sind außerdem in einem vorgegebenen Abstand benachbart angeordnet.

Dadurch, daß beide Antennen jeweils einen Teil des Echos und des Störsignals empfangen können, ist es unter Zuhilfenahme des Richtungswinkels und des Abstandes der Antennen unterein­ ander möglich, die jeweiligen Phasenlage der empfangenen Signale zu bestimmen. Aus einer Veränderung der Phasenbezie­ hung zwischen beiden Signalen wird dann auf ein Stör- oder Nutzsignal geschlossen. Die Schwierigkeiten beim Erkennen von Bodenechos werden nicht angesprochen.

Der Zweikanal-Korrelator für ein FM-CW Radar gemäß US-PS 4 389 649 geht auf die Problematik der Zweideutigkeit von Echo­ signalen ein, die durch die in den Nebenkeulen empfangenen Signalanteile entstehen. Hinweise zur Erkennung von Bo­ denechos durch ein Radargerät, welches auf einem beweglichen Träger fixiert ist, sind der US-PS 4 389 649 nicht zu entneh­ men.

Wie bereits erläutert, werden bei bekannten Radargeräten nur die empfangenen Signale einer weiteren Verarbeitung zuge­ führt, die oberhalb einer vorgegebenen Schwelle liegen. Durch diese schwellwertbeeinflußte Signalweiterverarbeitung soll die nachfolgende Auswertung vereinfacht und die Auswirkungen störender Echos verringert werden. Um den Schwellwert festzu­ legen, gibt es unterschiedliche Kriterien, wie z. B. die Ab­ leitung desselben aus dem durchschnittlichen thermischen Rau­ schen. Weitere Schwierigkeiten entstehen aber dann, wenn stö­ rende Echos, z. B. Bodenechos, oberhalb des abgeleiteten Schwellwertes liegen oder einen solchen Pegel erreichen, der den der eigentlichen Nutzsignale überschreitet. Um dieses Problem bei ortsfesten Radargeräten zu lösen, ist es allgemein bekannt, die Empfindlichkeit des Empfängers zu verändern und/oder eine variable Schwelle vorzugeben.

Wenn aber das Radargerät auf einem beweglichen Träger, z. B. auf einem Flugzeug, angeordnet ist, liegt ein grundsätzlich anderer Sachverhalt vor. Die störenden Bodenechos besitzen in diesem Falle zwar selten einen ausgeprägt hohen Pegel, sie können jedoch über die Nebenkeulen der Antenne mit einer Dopplerfrequenz erfaßt werden, die der Dopplerfrequenz der eigentlichen Nutzsignale entspricht. Daher wird, wie aus dem zitierten Stand der Technik ersichtlich, mit zwei Antennen und zwei Kanälen gearbeitet, wobei die erste Antenne bzw. der erste Kanal die Signale einer Antenne mit Richtcharakteristik und der andere Kanal die Signale einer Rundstrahlantenne ver­ arbeitet. Die Rundstrahlantenne kann dabei auch Nebenkeulen, die von der Richtantenne des ersten Kanals empfangen werden, aufnehmen. Störechos werden dann durch Vergleich der Aus­ gangssignale der beiden Kanäle erkannt und als Nutzsignal wird ein Signal definiert, das bei gleicher Anzeige der Aus­ gangspegel des ersten Kanals der Richtantenne über dem des zweiten Kanals der Rundstrahlantenne liegt. Die technische Umsetzung einer derartigen Antennen- und Auswerteanordnung ist jedoch problematisch, da es nicht immer gelingt, die Empfindlichkeit der Rundstrahlantenne in der Richtung der Hauptkeulen-Richtantenne deutlich geringer zu gestalten und gleichzeitig die Empfindlichkeit der Richtantenne, bezogen auf die Nebenkeule, anzuheben. Nachteil ist dann die notwen­ dige Anhebung der Erfassungsschwelle, sobald im zweiten Kanal Bodenechos vorhanden sind. Wenn jedoch alle empfangenen Echo­ signale die jeweiligen vorgegebenen Schwellen überschreiten, ist es nahezu unmöglich, feste von beweglichen Objekten zu unterscheiden oder Störungen vom Boden her zu identifizieren.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Radargerät anzugeben, welches unter Verwendung von Antennen mit unzureichendem Be­ kanntheitsgrad der Nebenkeulenselektivität in der Lage ist, Bodenechos zu bestimmen, ohne gleichzeitig beim Erkennen von Bodensignalen die Erfassungsschwelle für Nutzsignale unnötig anzuheben, so daß eine ausreichende Empfindlichkeit gewähr­ leistet ist.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen­ stand gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 oder 2, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Erfindungsgemäß erfassen die Antennen im wesentlichen den gleichen Hauptstrahlungsbereich, jedoch zumindest teilweise unterschiedliche Nebenkeulen, und die Auswerteeinrichtung ist so ausgelegt, daß sie jedes Echo als Fehlalarm erfaßt, das auf einem Wert unter einem Schwellwert eingeht, der in einem der beiden Empfangskanäle wählbar ist.

Das Radargerät eignet sich dazu, jedes Echo, das auf einem niedrigeren Pegel als der Schwellwert eingeht, der in einem der Empfangskanäle wählbar ist, als Fehlalarm zu werten. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die Streustrahlungen der beiden Antennen völlig voneinander getrennt sind. Vorbehaltlich einer entsprechenden Wahl des Schwellwerts ist es nun möglich, die Echos, die durch die Streustrahlung einer der beiden Antennen erfaßt werden, wo­ durch sich ein Echosignal unterhalb des Schwellwerts in der anderen Antenne ergibt, und die Echos zu unterscheiden, die über die Hauptkeulen der beiden Antennen eingehen, die alle beide über dem Schwellwert liegen.

Ein Aspekt der Erfindung liegt darin, daß die verwendete Sendeeinrichtung mit hoher Impulsfolgefrequenz und grundsätzlich mit einem erhöhten Formfaktor arbeitet.

Weiterhin können die Empfangskanäle zunächst eine Doppleranalyse und dann je nach Bedarf eine Entfernungsanalyse durchführen.

Unter dieser letztgenannten Voraussetzung können die Empfangskanäle die Entfernungsermittlung durch verdoppelte Filterung durchführen, und zwar einerseits bei einer gewähl­ ten Zwischenfrequenz und andererseits bei eben dieser Zwi­ schenfrequenz, die um ein Mehrfaches der Impulsfolgefrequenz erhöht wurde, während das Filterdurchlaßband jedes Mal höch­ stens gleich dem Wert der Impulsfolgefrequenz ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung vergleicht die Auswerteeinrichtung die entsprechenden Echosignale (in der­ selben Echoanzeige der Doppler-Entfernung), die von zwei Ka­ nälen mit gewähltem Schwellwert abgegeben werden, worauf sie die Echopaare ausfiltert, bei denen mindestens einer der beiden Kanäle unter dem Schwellwert liegt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bildet die Auswerteeinrichtung das Produkt aus einem Echo des einen Kanals und dem konjugierten Wert des Echos aus dem anderen Kanal, worauf die Echopaare, für die das so gebilde­ te Produkt kleiner als ein gewählter Schwellwert ist, ausge­ filtert werden (dabei entspricht dieses Produkt dem Produkt aus den Signalen, die über die beiden Kanäle eingehen).

Die Erfindung eignet sich besonders gut in dem Fall, daß mit (mindestens) zwei Antennen gearbeitet wird, die sich zu beiden Seiten des Seitenleitwerks eines Flug­ zeugs (bzw. ganz allgemein beiderseits eines Bauteiles eines beweglichen Trägers) befinden und nach hinten gerichtet sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Empfangsein­ richtung nur auf den Energierücklauf anspricht, dessen Dopp­ leranalyse eine Annäherung gegenüber dem Flugzeug erkennen läßt. Erfindungsgemäß kann mit Hilfe dieser Auswerteeinrich­ tung somit ein Fehlalarm ausgeschlossen werden, der insbe­ sondere auf Punkte am Boden zurückzuführen ist, die zur Flugzeugnase hin gelegen sind.

Die für einen derartigen Einsatz geeigneten Antennen weisen häufig einen ausreichend großen Öffnungswinkel auf (im typi­ schen Fall von 90°) und damit ein ausreichend kleines Ver­ stärkungsverhältnis zwischen der Hauptkeule und der Neben­ strahlung, das darüberhinaus wegen der Bauteile des Flug­ zeugs sehr schlecht definiert sein kann.

Für Einsatzbereiche dieser Art ist die Anordnung von minde­ stens drei Antennen ebenfalls von Interesse, beispielsweise von zwei Antennen auf jeder Seite des Seitenleitwerks oder auch von einer Antenne auf der einen und zwei Antennen auf der anderen Seite, so daß eine Entfernungsmessung vorgenom­ men werden kann. Es werden zumindest teilweise getrennte Empfangseinrichtungen für diese verschiedenen Antennen vor­ gesehen, wodurch sich mindestens drei Empfangskanäle erge­ ben. Und die Auswerteeinrichtung arbeitet jedes Mal zwischen den Empfangskanälen, die jeweils zwei Antennen zugeordnet sind, die beiderseits des Seitenleitwerks angeordnet sind.

Auf diese Weise läßt sich der Peilwinkel zwischen zwei An­ tennen ermitteln, die in der Horizontalen auf gleicher Höhe liegen (wobei hier die Horizontale der Ebene der Tragflächen des Flugzeugs entspricht), und eine Messung zur Ermittlung des Standorts zwischen zwei Antennen vornehmen, die sich auf verschiedener Höhe in der Horizontalen befinden.

Die Erfindung soll anhand der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Luftfahrzeugs mit zwei Antennen, welches eine Ra­ dareinrichtung aufnehmen kann;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Richtcharakteri­ stik einer Antenne;

Fig. 3 eine stark schematisierte Darstellung eines bevor­ zugten Ausführungsbeispiels mit vier Antennen;

Fig. 4 ein Grundschaltbild des Radar­ geräts gemäß Ausführungsbeispiel und

Fig. 5 und 6 jeweils eine schematisierte Teildarstellung einer Schaltungsanordnung, wie sie sich für den Ein­ satz bei dem Radargerät eignet.

Aus Fig. 1 ist ein Luftfahrzeug AN mit einem Rumpf FL, einer linken und rechten Tragfläche WG und WD und hinten mit einem Seitenleitwerk DAN ersichtlich, welches aus der Hauptachse vorsteht, wobei auf beiden Seiten Querruder SG und SD zur Stabilisierung angeordnet sind.

Auf dem Rumpf sind beiderseits des Seitenleitwerks minde­ stens eine linke Antenne AG und eine rechte Antenne AD an­ geordnet. Die beiden Antennen weisen beispielsweise eine Richtcharakteristik mit einem Öffnungswinkel von 90° auf, die nach hinten und parallel zur Längsachse des Flugzeugs gerichtet ist.

In Fig. 2 ist schematisch die Richtcharakteristik einer An­ tenne dargestellt, die eine nach hinten gerichtete Hauptkeu­ le LP und größere Nebenkeulen LS1 und LS2 neben einer Schat­ tenkeule DS aufweist, wobei die letztere in weniger zutref­ fender Weise auch als "abgelegene Nebenkeulen" ("far side lobes") bezeichnet werden.

Wie bereits ausgeführt, lassen sich bestimmte Schwierigkei­ ten dadurch überwinden, daß zwei Antennen vorgesehen werden, von denen die eine die Richtcharakteristik besitzt, die in festen Strichen in Fig. 2 eingezeichnet ist, während die Richtcharakteristik der anderen in gestrichelten Linien an­ gedeutet und mit ED bezeichnet ist (als Schattenhüllkurve und Hüllkurve der Nebenkeulen). Diese Lösung ist nicht völ­ lig befriedigend, besonders in den Fällen, in denen die Ver­ stärkung der Hauptkeule gegenüber den Nebenkeulen nicht sehr ausgeprägt ist, und auch dann, wenn der Schatten bzw. der Streubereich nicht genau genug bekannt ist. Dies trifft be­ sonders dann zu, wenn die Antennen an Bord eines Luftfahr­ zeugs, beispielsweise in der aus Fig. 1 zu entnehmenden Form, installiert sind.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Ansicht eines Luftfahrzeugs von hinten, wobei die Installierung von vier Antennen bei­ derseits des Seitenleitwerks DAN deutlich erkennbar ist. Hierbei wird zwischen einer linken oberen Antenne AGH, einer unteren Antenne AGB, und auf der anderen Seite zwischen ei­ ner rechten Antenne ADH und einer rechten unteren Antenne ADB unterschieden. Für den Fachmann bedeutet dies, daß drei Antennen genügen. Die vierte Antenne kann aus Gründen der Symmetrie mit oder ohne zugehörigem Empfangskanal nützlich sein (funktechnische und/oder aerodynami­ sche Symmetrie. Nachstehend wird in der Beschreibung mit AG eine der links gelegenen Antennen und mit AD eine der rechts installierten Antennen bezeichnet.

In Fig. 4 sind diese beiden Antennen AG und AD wieder er­ kennbar.

Die Sendeeinrichtung des Radargeräts weist einen Sendefre­ quenzgenerator OE auf, der mit einer Frequenz Fe arbeitet und dem ein Sendeumschalter CE nachgeschaltet ist, der mit einer Impulsfolgefrequenz Fr betrieben wird, die durch eine Quelle SFR vorgegeben ist.

Es wird hier davon ausgegangen, daß das Radar mit hoher Im­ pulsfolgefrequenz arbeitet, im typischen Fall mehrere zehn­ fache Kilohertz mindestens, und daß sie einen höheren Form­ faktor besitzt, d. h., daß der Sendeumschalter CE über einen erheblichen Teil der Dauer einer Impulsperiode geschlossen ist (beispielsweise während einer halben Periode). Auf diese Weise erhält man ein moduliertes Signal, das einem Sendever­ stärker AE zugeführt wird, der eine Sendeantenne AT ver­ sorgt. Abweichend hiervon könnten die Antennen AG und AD auch über Richtungsgabeln bzw. Zirkulatoren gespeist werden (vgl. die Ausführungsform gemäß Fig. 5).

Ein ortsfester Frequenzgenerator QL erzeugt eine Zwischen­ frequenz Fi. Eine Mischstufe M0 empfängt die Frequenzen Fi und Fe und gibt daraufhin ein Signal der Form Fe±Fi ab, das zwei Empfangs-Mischstufen M1G und M1D zugeleitet wird. Diese empfangen daneben jeweils die Ausgangssignale der Antennen AG und AD, gegebenenfalls nach Umschaltung der Umschalter IG und ID, die während der Sendephase offen sind. Auf diese Weise wird der Ausgangspunkt der beiden voneinander völlig getrennten Empfangskanäle ermittelt. (Der Fachmann weiß je­ doch, daß die derzeit üblichen Multiplextechniken, insbeson­ dere nach Digitalisierung, häufig den Einsatz gemeinsamer Teile auf der Empfangsseite gestatten).

Die Ausgangssignale der beiden Mischstufen M1G und M1D, die die Frequenz Fi besitzen, werden in den Verstärkern ARG und ARD verstärkt, anschließend in den Schmalbandfiltern FEG und FED gefiltert, und werden dann einer synchronen Demodulation in den Detektorschaltungen DSG und DSD unterzogen, denen die Frequenz Fi von der Quelle OL aus zugeht und die mit einer phasengleichen Komponente und einer um 90° phasenverschobe­ nen Komponente desselben Signals arbeiten.

Das Ausgangssignal der beiden Detektorschaltungen DSG und DSD wird A/D-Wandlern CANG und CAND zugeleitet, deren Aus­ gangssignale sich jeweils wie folgt definieren lassen:
Xg + i.Yg für den linken Kanal, und

Xd + i.Yd für den rechten Kanal.

In jedem Fall ist die Komponente X phasengleich mit der Zwi­ schenfrequenz, während die Komponente Y um 90° phasenver­ schoben ist, je nach der für die synchrone Demodulation all­ gemein bekannten komplexen Darstellungsform.

Die auf diese Weise anliegenden beiden Signale werden einer Auswerteschaltung EXP zugeleitet.

Für den Fall eines Radars mit hoher Impulsfolgefrequenz und erhöhtem Formfaktor wird davon ausgegangen, daß dieses mit einem einzigen Distanztor arbeitet. In der Praxis werden viele verschiedene Filter innerhalb des durch die Filterstu­ fen FEG und FED vorgegebenen Durchlaßbandes zur Dopplerana­ lyse herangezogen. Damit liegen mehrere Ausgangssignale der beiden A/D-Wandler an, die durch eine Kanalnummer k jeweils zugeordnet werden.

Für jede Doppleranzeige (gegebenenfalls unter Berücksichti­ gung der Entfernung) vergleicht nun die Auswerteeinrichtung die Ausgangssignale der beiden A/D-Wandler, die dem Quadrat des Moduls entsprechen, mit einem Schwellwert S0. Bekannt­ lich entspricht das Quadrat des Moduls der Summe X² + Y². Der Schwellwert S0 kann in Verbindung mit dem thermischen Rau­ schen bzw. mit dem bei einer Vielzahl von Dopplerfiltern beispielsweise beobachteten Mittelwert ermittelt werden. Da­ mit wird es möglich, die Echoanzeigen zu ermitteln, für die man einen erheblichen Anteil von einer der Antennen emp­ fängt, und im Gegensatz dazu einen sehr geringen Anteil von der anderen. In diesem Fall handelt es sich um einen Punkt, der sich zur Flugzeugnase hin auf dem Boden befindet, bei­ spielsweise Punkt M in Fig. 1. Dieser Punkt M kann tatsäch­ lich einen erheblichen Signal-Anteil über eine Nebenkeule bzw. den Schatten der Antenne AG ergeben. Im Gegensatz dazu wird er bei der Antenne AD durch das Seitenleitwerk DAN des Flug­ zeugs völlig ausgeblendet.

Auf diese Weise läßt sich ein sehr einfaches Kriterium zum Aussondern aller vor dem Luftfahrzeug am Boden liegenden Punkte definieren, und damit aller Punkte, die mit einer An­ näherungsgeschwindigkeit gegenüber dem Luftfahrzeug stimu­ liert werden.

Im Gegensatz hierzu treffen die zum Ende hin liegenden Punk­ te am Boden in gleicher Weise wieder über die Hauptkeulen der beiden Antennen ein. Dieser Umstand ist jedoch nicht in dem Maße störend, in dem sich das Radar nicht für die aus der Hauptkeule eintreffenden Echosignale interessiert, son­ dern für Objekte, die relativ zum Radar selbst beweglich sind. Durch entsprechende Doppler-Filterung erfolgt die Diskrimi­ nierung.

Bei einem besonders interessanten Anwendungsfall erfaßt das Radar nur Objekte, die sich an das Luftfahrzeug von hinten annähern. Nun sind nur die Boden-Echosignale störend, die von vorne über die Nebenkeulen und/oder den Schattenbereich eintreffen. In diesem Fall genügt nun der Einsatz des Ausführungs­ beispieles, wobei bei einer Doppler-Filterung die Annäherungsge­ schwindigkeiten allein durchgefiltert werden (sog. Bereich der Doppler-Positivsignale).

Daraus wird deutlich, daß eine voll­ ständige Herausfilterung der störenden Boden-Echoeffekte ge­ währleistet ist, wenn ein sich von hinten annäherndes Objekt be­ obachtet werden soll, oder auch bei anderen Einsatzfällen.

Wie bereits ausgeführt, kann die Diskriminierung anhand ei­ nes Schwellwerts auf verschiedene Art und Weise erfolgen.

Das erste Verfahren besteht darin, den Wert Xg² + Yg² und Xd² + Yd² zu berechnen und als Nutz-Echosignale nur die Signa­ le durchzufiltern, für die die beiden auf diese Weise ermit­ telten Größen den Schwellwert übersteigen.

Eine andere Verfahrensweise besteht darin, eine komplexe Größe A zu berechnen, die das aus der Beziehung (I) (vgl. Anlage) definierte Produkt darstellt. Wenn das Modul dieses Produkts A kleiner als ein Schwellwert ist (der natürlich nicht derselbe wie der vorherige Wert ist, während ansonsten alle anderen Bedingungen gleich sind), räumt die Auswerte­ schaltung ein, daß es sich um einen Fehlalarm handelt, also um einen Punkt am Boden, dessen Signale von vorn zum Luft­ fahrzeug gelangen.

Dieser Schwellwert S1 kann wie der Schwellwert S0 festgelegt werden; allerdings läßt er sich auch auf andere Weise defi­ nieren.

Beispielsweise kann S1 gleich K-mal die Größe von MR betra­ gen, die durch die Beziehung (II) definiert ist, wobei die Beziehung gilt: 0 < K < 1. Die Quadrate der Module der bei­ den empfangenen Signale werden ermittelt und MR entspricht dann dem größeren der beiden Quadrate.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Realteile (ax) und die Imaginärteile (ay) der Größe A berücksichtigt, wie sie durch die Beziehungen (III) und (VI) definiert sind. Diese beiden Größen werden jeweils einer Tiefpaßfilterung mit gleicher Charakteristik unterzogen, durch die sie in die Werte bx bzw. by transformiert werden. Nun läßt sich das Mo­ dul der Größe B = bx + i by mit einem Schwellwert S2 ver­ gleichen, der wie der Schwellwert S0 festgelegt werden kann.

Diesen Schwellwert kann man auch durch Tiefpaßfilterung (ge­ gebenenfalls mit anderen Filterbedingungen als bei den vor­ stehend beschriebenen Filtern) aus der genannten Größe MR erhalten, der ein Koeffizient K2 zwischen 0 und 1 zugeordnet wird.

Es lassen sich natürlich auch andere Entscheidungskriterien denken, mit denen eine Diskriminierung eines unterschied­ lichen Anteils in den beiden Antennen möglich ist.

Beispielsweise wurde beobachtet, daß die Phase der Größe A (bzw. deren Transformationswert B nach Tiefpaßfilterung) in Beziehung zur Empfangsrichtung der entsprechenden Echosigna­ le steht. Somit läßt sich die Analyse in Abhängigkeit von den Bedingungen einschränken, die sich auf die Phase dieser Größe A auswirken. Will man beispielsweise den erfaßten Be­ reich auf den Mittelteil der Hauptstrahlungskeule einschrän­ ken, so werden alle Messungen ignoriert, bei denen die Phase von A zu weit von Null entfernt ist, z. B. außerhalb des Be­ reichs ± 90° liegt, der im wesentlichen dem Keulenbereich entspricht, in dem die halbe Leistung vorhanden ist.

Diese Vorgehensweise eignet sich für jede empfangene Strah­ lung, deren Phase deutlich größer ist (was für alle größeren Nebenkeulen, jedoch nicht für den Schattenbereich gilt). Das Arbeiten mit Bedingungen für die Phase von A bzw. B rundet damit den Einsatz von Schwellwerten ab. Der einfachste Fall besteht darin, die beiden Bedingungen mit einer UND-Logik so zu verknüpfen, daß sowohl die eine als auch die andere ein Hinweis auf ein Nutzsignal darstellt, also auf ein anderes Signal als ein Reststörsignal eines Bodenechos.

Da vorausgesetzt wird, daß zwei Antennen vorhanden sind, denen jeweils zwei ähnliche bzw. gleiche Empfangskanäle nachgeschaltet sind, ist es möglich, diese zur Vornahme einer Entfernungsmessung einzusetzen.

Auf diese Weise läßt sich eine Entfernungsmessung beim Peil­ winkel dadurch vornehmen, daß die beiden Antennen GH und ADH oder auch AGB und ADB (oder auch beide Antennenpaare) heran­ gezogen werden. Eine Entfernungsmessung zum Standort läßt sich unter Einsatz der Antennen AGH und ADB einerseits und der Antennen ADH und AGB andererseits durchführen, die die Summe und die Differenz für den Standort und den Peilwinkel liefern. Es genügt bereits eine dieser beiden Messungen, da der Peilwinkel bereits vorliegt (im Falle von 3 Antennen). Die auf diese Weise gelieferten Distanzsignale werden nun in der Weise verarbeitet, wie sie dem Fachmann bereits bekannt ist, nachdem die beispielsweise auf sich an­ nähernde Punkte am Boden zurückzuführenden Störechos heraus­ gefiltert wurden.

Bei einem Ausführungs­ beispiel gestattet die Radaranlage auch ei­ ne Messung der Entfernung zum Objekt (bei dem hier beschrie­ benen Ausführungsbeispiel zum sich annähernden Objekt).

Fig. 5 veranschaulicht die Durchführung dieser Abstandsmes­ sung, wobei nur eine der beiden Antennen aus Fig. 4 aus Ver­ einfachungsgründen eingezeichnet ist. In dieser Figur wurden die gleichen Bezugszeichen in Form von Zahlen und Buchstaben verwendet wie bei der auf die Anmelderin zurückgehenden Patentanmeldung FR 88 08 542, und es wurde davon ausgegangen, daß übliche Sende-/Empfangs-Antennen ein­ gesetzt werden.

Die Teile 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 100 entsprechen jeweils den Systemteilen SFR, OE, AE, CE, CG und AG aus Fig. 4 (im vor­ liegenden Fall für die linke Antenne).

Das Teil 100 ist der ortsfeste Frequenzgenerator OL. Das Teil 101 entspricht der Mischstufe M0. Die Teile 102 und 104 entsprechen der Mischstufe M1G und dem Verstärker ARG, wäh­ rend das Teil 103 dem Umschalter entspricht, mit dem während des Sendebetriebs der Empfang unterbrochen wird.

Aus Fig. 5 ist außerdem ein Element 105 ersichtlich, das ei­ ne Frequenz generieren kann, die gleich der Summe aus der Zwischenfrequenz Fi und dem n-fachen der Impulsfolgefrequenz Fr ist, kombiniert mit einer Phasenkomponente und im Qua­ drat. Der Faktor n kann dabei gleich 1 gewählt werden.

Hinter dem Verstärker 104 wird das empfangene Signal auf zwei gleiche Kanäle V1 und V2 aufgeteilt, die sich nur da­ durch unterscheiden, daß diese verschiedene verschobene Fre­ quenzen aufweisen, nämlich Fi für das Filter V11 und Fi+NFR für das Filter V21, während ihre Eingangsfilter V11 und V21 das gleiche Durchlaßband FR aufwei­ sen. Auf diese Weise können diese beiden Detektorfilter synchron nacheinander getaktet sein, während sie jeweils am Ausgang der Quellen 100 und 105 arbeiten, woran sich eine Kodierung und Spektralanalyse in den Schaltungen V14, V15, V24, V25 anschließt. Diese Anordnung liefert Realteile und Imaginärteile X1I und Y1I für den ersten Kanal, sowie X2I und Y2I für den zweiten Kanal, worauf diese Signale einer Auswerteschaltung 109 zugeführt werden.

Es liegt auf der Hand, daß der erste Kanal V1 genau in derselben Weise wie der gesamte linke Kanal aus Fig. 4 arbeitet.

Somit läßt sich das Ausführungsbeispiel zwischen zwei auf diese Weise gebildeten Kanälen einerseits bei der linken Antenne AG und andererseits bei der rechten Antenne AD einsetzen.

Nach Herausfilterung von Echosignalen, die keinem Fehlalarm entsprechen, lassen sich nun der linke und der rechte Kanal, genauer gesagt deren beide Unterkanäle V1 und V2, zur Realisierung einer Distanzmessung in der in der vorgenannten Patentanmeldung beschriebenen Weise einsetzen. Kurz gesagt erhält man eine Distanzinformation aufgrund des Umstands, daß der Phasenunterschied zwischen den Ausgängen der beiden Kanäle V1 und V2 (jeder Antenne) mit dem Abstand zwischen dem Radar und einem Objekt ver­ knüpft ist, das die empfangenen Impulse hervorruft.

Fig. 6 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel als Fig. 5. Daraus ist zu entnehmen, daß die Kanäle V1 und V2 breiter sind, da die Verschiebung der Mittelfrequenz bei der Filterung nicht in Höhe der Filter V11 und V21 selbst erfolgt, sondern im Gegenteil durch Realisierung der ersten Frequenzveränderung V102 (bzw. V202) mit zwei Frequenzen im Abstand von der Frequenz n.FR.

Dieses Ausführungsbeispiel ist insofern von Vorteil, als die beiden Empfangskanäle V1 und V2 nun gleich ausgebildet wer­ den können, insbesondere ihre Filter V11 und V21, und somit einen für den Fachmann bequemeren Aufbau aufweisen können, insbesondere wenn spezifische Phasenverschiebungen der Schaltungen berücksichtigt werden müssen.

In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß die spezifi­ schen Phasenverschiebungen einmal für alle Fälle geeicht werden können, indem in jeden Empfangskanal ein kleiner An­ teil des Sendesignals eingespeist wird, so daß man die Reak­ tion jedes Distanzkanals und Doppler-Null erhält.

Beispielsweise kann man bei den abgewandelten Ausführungs­ formen gemäß Fig. 5 und 6 einen Kanal V1 einsetzen, der der Antenne AG zugeordnet ist, während der Antenne AD ein Kanal V2 zugeordnet wird. Die Phasenverschiebung zwischen den Ka­ nälen V1 und V2 hinge nun von der Distanz und vom Peilwinkel ab. Daraus läßt sich die Distanz ableiten, sobald der Peil­ winkel bekannt ist. Diese Variante ist schematisch in Fig. 6 dargestellt, wo der Kanal V1 das Ausgangssignal der Antenne AD statt das Ausgangssignal vom Zirkulator 5 empfängt.

Im übrigen arbeitet ein Einzelimpuls-Radar an Bord eines Luftfahrzeugs im allgemeinen mit Additions- und Subtrak­ tionskanälen. Aus diesen läßt sich in bekannter Weise (auf Videofrequenzpegel) das Äquivalent der von einzelnen Anten­ nensegmenten (z. B. rechts und links) empfangenen Signale ableiten. Diese Äquivalente können direkt der Auswerteschal­ tung EXP (Fig. 4) zugeleitet werden. Diese Ausführungsform eignet sich gut zur Ausfilterung von Echosignalen, die über die Echokeulen eines Radoms einlaufen, und die für die bei­ den Antennenteile nicht aus der gleichen Richtung im Raum kommen. Für diesen Fall eignet sich die Doppelbedingung aus Schwellwert und Winkel besonders gut.

Formeln

A = (Xg + i Yg) (Xd + i Yd)* (I)

MR = MAX (Xg² + Yg², Xa² + Yd²) (II)

A = (Xg Xd + Yg Yd) + i (Yg Xd-Xg Vd) (III)

A = a_x + i a_y (IX)

Claims (4)

1. Radargerät, welches auf einem beweglichen Träger ange­ ordnet und mit zwei über dieselbe Sendeeinrichtung gespeisten Antennen versehen ist, wobei die Antennen über getrennte Empfangskanäle mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, und
die Antennen im wesentlichen die gleiche Hauptstrahlcharak­ teristik aufweisen und den gleichen Hauptstrahlungsbereich erfassen und
wobei weiterhin die Empfangskanäle je einen Synchrondemodula­ tor umfassen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssignale der Synchrondemodulatoren (DSG, DSD) mit Analog/Digitalwandlern (CANG, CAND) digitalisiert und die digitalisierten Signale (Xg + iYg; Xd + iYd) einer Auswerte­ einrichtung (EXP) zur Diskriminierung eines unterschiedlichen Signalanteils je Echopaar in einem der beiden Empfangskanäle (V1, V2) zugeführt werden, wobei die Auswerteeinrichtung (EXP) die digitalisierten Signale der über die Nebenkeulen (LS1, LS2) und den Hauptstrahlungsbereich (LP) empfangenen Echopaare jeweils vergleicht und die Echopaare feststellt, bei denen unterschiedliche Werte je Empfangskanal (V1, V2) vorliegen, und wobei ein empfangenes Echopaar dann als Fehl­ alarm bewertet wird, wenn mindestens einer der unterschiedli­ chen Werte je Kanal unter einem vorgegebenen Schwellwert (S0, S1, S2) liegt.

2. Radargerät, welches auf einem beweglichen Träger ange­ ordnet und mit zwei über dieselbe Sendeeinrichtung gespeisten Antennen versehen ist, wobei die Antennen über getrennte Empfangskanäle mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, und
die Antennen im wesentlichen die gleiche Hauptstrahlcharakte­ ristik aufweisen und den gleichen Hauptstrahlungsbereich er­ fassen und
wobei weiterhin die Empfangskanäle je einen Synchrondemodula­ tor umfassen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssignale der Synchrondemodulatoren (DSG, DSD) mit Analog/Digitalwandlern (CANG, CAND) digitalisiert und die digitalisierten Signale (Xg + iYg; Xd + iYd) einer Auswerte­ einrichtung (EXP) zur Diskriminierung eines unterschiedlichen Signalanteils je Echopaar in einem der beiden Empfangskanäle (V1, V2) zugeführt werden, wobei die Auswerteeinrichtung (EXP) das Produkt der digitalisierten Signale (Xg + iYg; Xd + iYd) der Empfangskanäle (V1, V2) bildet und die Echopaare be­ stimmt und als Fehlalarm bewertet, bei denen das Produkt un­ ter einem vorgegebenen Schwellwert (S0, S1, S2) liegt.

3. Radargerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (OE, CE, AE, AD) mit einer hohen Im­ pulsfolgefrequenz betrieben wird.

4. Radargerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen (AE, AD) jeweils beiderseits des Seitenleit­ werkes nach hinten gerichtet und parallel zur Längsachse ei­ nes Luftfahrzeuges angeordnet sind und einen Öffnungswinkel von im wesentlichen 90° aufweisen.