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Gebiet der
Erfindung
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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung für
die Steuerung einer Radar-Vorrichtung in einer solchen Weise dass
die Leistung der Radar-Vorrichtung vergrößert ist und als ein Ergebnis eine
Vergrößerung der
Reichweite der Radar-Vorrichtung erhalten werden kann.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die Leistung einer Radar-Vorrichtung
und speziell eines Erkundungs-Radars wird gewöhnlich in Form seiner Reichweite
angegeben. Eine geeignete Messung der Reichweite ist die Entfernung, über welche
ein näher
kommendes Radar-Ziel mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit erstmals
entdeckt wird.
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Eine Vergrößerung der Reichweite kann, zum
Beispiel, mittels der Vergrößerung des
Ausgangsleistung (durchschnittliche Leistung) der Radar-Vorrichtung,
mittels einer größeren Antenne
oder durch Reduzierung des Rausch-Faktors der Radar-Vorrichtung erzielt
werden. Eine Vergrößerung der
Ausgangsleistung einer Radar-Vorrichtung führt gewöhnlich dazu, dass deren Ausgangs-Stufe
durch eine oder mehrere Ausgangs-Stufen mit höherer Ausgangsleistung zu ersetzen
sind. Dieses führt
unvermeidbar zu höheren
Anforderungen an die Kühlung
der Ausgangs-Stufe(n) und zu einem höheren Leistungsverbrauch welcher
wiederum in dem Bedarf für
eine leistungsfähigere
Stromversorgung resultiert. Die Kosten und die Raum-Anforderungen
wachsen schnell. In bestimmten Anwendungen ist nur ein vorfestgelegter
begrenzter Platz für
eine Radar-Vorrichtung vorhanden, wie zum Beispiel im Innern eines Flugzeugs.
Radar Anwendungen, bei welchen die Radar-Vorrichtung sich in einem Raum mit einer
oder mehreren physischen Einschränkungen
befindet, machen es gewöhnlich
unmöglich
die Radar-Vorrichtung zum Zweck des Erreichens einer höheren Ausgangsleistung
oder aus einem anderen Grunde zu erweitern, sei es über den
zugeordneten Raum hinaus, sei es bezüglich der Kühl-Leistung und/oder der Stromversorgung.
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Eine größere Antenne kann nicht immer
verwendet werden da normaler Weise die Größe der Antenne von Beginn an
optimiert ist, unter Berücksichtigung
der Beschränkungen
bezüglich
zum Beispiel von Größe, Gewicht
und Kosten. Das Reduzieren des Rausch-Faktors einer Radar-Vorrichtung
ist äußerst teuer,
wenn überhaupt
möglich.
Zum Beispiel, begründet
durch eine sehr wichtigen Anwendung, kann eine Radar-Vorrichtung
bereits optimiert sein was den Rausch-Faktor betrifft, das heißt sie ist
bereits mit modernster Elektronik mit dem niedrigsten erreichbaren
Rausch-Faktor ausgestattet, so dass eine weitere Reduktion des Rausch-Niveaus
nicht möglich
ist.
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Einige Versuche wurden gemacht um
die Reichweite und/oder die Ausgangsleistung einer Radar-Vorrichtung
zu vergrößern. Das
amerikanische Patent
US 4,336,538 scheint
ein System zu beschreiben das unter Verwendung einer speziellen
Stromversorgungs-Einheit eine Möglichkeit
der Vergrößerung der
Reichweite innerhalb bestimmter als interessant betrachteter Winkel-Intervalle
aufzeigt. Dies wird erreicht durch Vergrößerung der durchschnittlichen
Leistung durch Vergrößern der
Puls-Wiederholfrequenz (PRF) für
ein Winkel-Intervall
das als interessant erachtet wird. Dies wird durchgeführt durch das
Senden der Radar-Pulse mit zehn verschiedenen Frequenzen. Es kann
angenommen werden, dass es ein Nachteil ist, dass die Stromversorgung verändert werden
muss um zu ermöglichen
dass der Radar-Sender mit insgesamt mehr Energie versorgt wird.
Es kann daher als Nachteil betrachtet werden dass das Verfahren
nach
US 4,336,538 offenbar
eine beträchtliche
Modifikation einer existierenden Radar-Vorrichtung erfordert, bevor
es angewandt werden kann. Es kann auch als Nachteil betrachtet werden,
dass die weniger interessanten Winkel-Bereiche, die entsprechend
US 4,336,538 aus dem Rest oder
aus großen
Teilen eines Rotations-Schwenks bestehen, mit diesem Verfahren nicht
von einer vergrößerten Reichweite
profitieren können,
da die Radar-Vorrichtung entsprechend dem Patent eine lange Erholungszeit
benötigt.
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Das amerikanische Patent
US 5,140,332 scheint ein
Radar-System zu
beschreiben bei welchem Puls-Komprimierung in zwei Stufen durchgeführt wird,
mit einer ersten Stufe die einen kürzer modulierten Puls liefert
und einer zweiten Stufe welche die endgültige Kompression liefert.
Das Ziel des Verfahrens nach
US
5,140,332 scheint zu sein, ältere Radar Stationen, die
aus Röhren-basierten
Sendern bestehen die kurze Pulse verwenden, zu modernisieren durch
Verwendung modernerer Sender mit Halbleitern die lange Pulse verwenden.
Mittels der Einführung
eines Systems mit Puls-Komprimierung in zwei Stufen braucht nur
der Sender ersetzt zu werden, um eine Modernisierung und damit eine
Leistungserhöhung
zu erreichen. Es kann jedoch als Nachteil betrachtet werden, dass
der Sender ersetzt werden muss und dass eine neu Puls-Kompression eingeführt werden
muss, um eine Verbesserung der Leistung zu erreichen.
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Ein amerikanisches Patent
US 5,136,300 scheint ein
Sender-Modul zu
beschreiben das, abhängig
von der Anwendung und damit auch von der Ausgangsleistungs-Anforderung,
in verschiedenen Zahlen kombiniert werden kann. Als Beispiele sind genannt
zwei Module die zusammen für
ein Wetter-Radar verwendet werden und 30 Module für ein Abschuss-Steuerungs-Radar. Es kann, wie
oben vermerkt, als Nachteil betrachtet werden oder es kann auch
ganz einfach unmöglich
sein die Ausgangsleistung mittels der Vergrößerung des Senders durch Verwendung
von Moduln zu vergrößern, da
dies in vergrößertem Leistungsverbrauch,
dem Bedarf von mehr Raum und größerer Kühlungs-Anforderung
resultiert.
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Es wird fortgesetzt viel Anstrengung
auf die Verbesserung von Radar-Systemen verwandt.
EP 0 251 498 beschreibt Probleme,
betreffend Synthetic-Apertur-Radars, diese zu befähigen simultan
statische Ziele zu kartieren und bewegte Ziele anzuzeigen.
US 3,090,953 betrifft die
Vergrößerung der Reichweiten-Überdeckung
durch ein Puls-Burst Kompressions-Radar.
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Bereits bekannte Techniken zeigen
dass das Vergrößern der
Reichweite einer Radar-Vorrichtung ohne Veränderung der Ausgangs-Stufe
und/oder der Stromversorgung ein großes Problem ist. Veränderungen
an der Ausgangs-Stufe einer Radar-Vorrichtung bedeuten dass die Radar-Vorrichtung
in direkter Verbindung mit beidem, der Ausgangs-Stufe und auch in
Verbindung mit den veränderten
Kühl- und Stromversorgungs-Anforderungen verändert werden muss.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein Ziel dieser Erfindung ist ein
Verfahren und eine Vorrichtung zu beschreiben, für die Vergrößerung der Leistung einer Radar-Vorrichtung,
ohne die oben genannten Nachteile.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zu beschreiben, für die Vergrößerung der
Leistung einer Radar-Vorrichtung, ohne die Energie-Anforderungen
der Radar-Vorrichtung zu vergrößern.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zu beschreiben, um die Antenne,
den Radar Sender und den Radar Empfänger während eines Teils der Zeit
für andere
Anwendungen als für
die normale Funktion einer Radar-Vorrichtung
frei zu machen, wie zum Beispiel für Daten-Kommunikation.
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Die oben aufgeführten Ziele werden entsprechend
der Erfindung in einer Radar-Vorrichtung für die Messung von Ziel-Daten
mittels eines Verfahrens und einer Vorrichtung für Steuerung des Sendens von
Radar-Pulsen und des Empfangs von Ziel-Echos, die von den ausgesandten
Radar-Pulsen erzeugt werden, in der Weise erreicht, dass die Leistungseigenschaften
der Radar- Vorrichtung
ansteigen, um dadurch eine größere Reichweite
während einer
Periode der Zeit zu gewinnen, zusätzlich und getrennt zur gewöhnlichen
Radar-Funktion der Radar-Vorrichtung.
Die Periode der Zeit wird bevorzugter Weise fortgesetzt wiederholt.
Die Periode der Zeit ist geteilt in eine erste Teil-Periode und
eine zweite Teil-Periode der Zeit, wobei die erste und zweite Teil-Periode
der Zeit jede zumindest zweimal so lang sind als ein Puls-Wiederholungs-Intervall, welches während der
ersten Teil-Periode der Zeit verwendet wird. Während der ersten Teil-Periode
der Zeit wird die Radar-Vorrichtung so gesteuert, dass sie Radar-Pulse
für die
Messung der Ziel-Daten mit höherem
Energieinhalt aussendet als in einem Ruhezustand möglich ist.
Die Steuerung wird in einer solchen Weise ausgeführt, dass die gesendete Energie
der Radar-Vorrichtung während
der Periode der Zeit höchstens
die Energie-Aussendung der Radar-Vorrichtung in einem Ruhezustand
während
einer entsprechenden Periode der Zeit erreicht. Eine effizientere
Signal-Integration wird daher erreicht durch das Mittel der Signal-Integration
der Ziel-Echos die von der Radar-Vorrichtung, konzentriert während der
ersten Teil-Periode der Zeit, stammen. Die Radar-Vorrichtung wird auch so kontrolliert,
dass sie während der
zweiten Teil-Periode der Zeit keine Radar-Pulse für die Messung
von Ziel-Daten aussendet.
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Die oben aufgeführten Ziele werden entsprechend
der Erfindung auch mittels eines Verfahrens für das Steuern der Aussendens
von Radar-Pulsen und des Empfangs von Ziel-Echos für die Messung von
Ziel-Daten in einer Radar-Vorrichtung in der Weise erreicht, dass
die Leistung der Radar-Vorrichtung während einer Periode der Zeit
ansteigt. Die Leistung wird erhöht
um dadurch eine größere Reichweite
zu erreichen. Die Radar-Vorrichtung umfasst Weiten-Bins/Auflösungs-Elemente
(Bereichs-Tore, Bereichs-Fenster) in welchen Ziel-Echo-Energie Signal-integriert
wird. Entsprechend dem Verfahren wird die Periode der Zeit zuerst
in eine erste und eine zweite Teil-Periode der Zeit geteilt. Die
erste und die zweite Teil-Periode der Zeit sind jede zumindest zweimal
so lang wie ein Puls-Wiederholungs-Intervall, welches während der
ersten Teil-Periode der Zeit verwendet wird. Entsprechend dem Verfahren wird
die Radar-Vorrichtung während
der ersten Teil-Periode der Zeit so gesteuert, dass sie Radar-Pulse
für die
Messung der Zieldaten mit einem höheren Energieinhalt aussendet,
als wie es in einem Ruhezustand möglich ist. Das Aussenden der
Radar-Pulse mit einem höheren
Energieinhalt findet in der Weise statt, dass die ausgesendete Energie
der Radar-Vorrichtung während
der Periode der Zeit höchstens
die mögliche
Energie-Aussendung der Radar-Vorrichtung in einem Ruhezustand während einer
entsprechenden Periode der Zeit erreicht. Eine effizientere Signal-Integration
wird deshalb erreicht, weil die Ziel-Echos die von der Radar-Vorrichtung stammen
in der ersten Teil-Periode der Zeit konzentriert sind. Die Radar-Vorrichtung
wird so gesteuert, dass sie während
der zweiten Periode der Zeit keine Radar-Pulse für die Messung von Ziel-Daten
aussendet. Das Verhältnis
zwischen der Periode der Zeit und der ersten Teil-Periode der Zeit
ist bevorzugt proportional zu dem höheren Energieinhalt der Radar-Pulse
während
der ersten Periode der Zeit. In einer Anwendung ist das Ziel, dass
der Energieinhalt der Radar-Pulse
während
der ersten Teil-Periode der Zeit zweimal so groß ist, als in einem Ruhezustand möglich. Ein
Weg um einen höheren
Energieinhalt für die
Radar-Pulse während
der ersten Teil-Periode zu erreichen, ist das Verlängern der
Radar-Pulse. Bevorzugter
Weise werden die Reichweiten-Bins proportional um den gleichen Betrag
verlängert
wie die Radar-Pulse.
Da während
der zweiten Teil-Periode der Zeit keine Radar-Pulse für die Messung
von Ziel-Daten ausgesendet werden, kann die Radar-Vorrichtung während der
zweiten Teil-Periode der
Zeit für
Daten-Kommunikation eingesetzt werden. Lücken in der Überdeckung
werden entstehen wenn die Periode der Zeit wiederholt wird und die zweite
Teil-Periode der Zeit im gleichen Strahl-Richtungs-Schwenk stattfindet,
Schwenk nach Schwenk/Umdrehung nach Umdrehung. Entweder kann die
Wiederholung der Periode der Zeit so sein, dass die entsprechende
zweite Teil-Periode der Zeit nicht in derselben Strahl-Richtung
in einem darauf folgenden Schwenk stattfindet oder die Schwenk-Geschwindigkeit
(die Geschwindigkeit mit welcher der Antennen-Strahl schwenkt) kann
reduziert werden, zum Beispiel proportional, abhängig von der Länge der
zweiten Teil-Periode der Zeit. Eine Methode, um zu verhüten dass
entsprechende zweite Teil-Perioden der Zeit in derselben Strahl-Richtung
stattfinden, ist zum Beispiel die Periode der Zeit nicht fortgesetzt zu
wiederholen, was bedeutet dass eine geeignete variable Zeitverzögerung zwischen
aufeinander folgenden Perioden der Zeit eingeschoben sind, um so Lücken in
der Überdeckung
zu vermeiden. Die Antenne ist bevorzugt eine elektronisch gesteuerte
Antenne (ECA) und zusätzlich
wird die Periode der Zeit fortgesetzt wiederholt, mit oder ohne
Zeitverzögerungen
zwischen aufeinander folgenden Perioden der Zeit.
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Die obigen Ziele werden entsprechend
der Erfindung auch erzielt durch eine Radar-Vorrichtung enthaltend
einen Radar-Sender,
einen Radar-Empfänger,
eine Steuereinheit und Weiten-Bins/Auflösungs-Elemente.
Die Steuereinheit ist so ausgebildet, dass sie für die Messung der Ziel-Daten
den Radar-Sender so steuert, dass er Radar-Pulse aussendet und den
Radar-Empfänger
so, dass dieser die Ziel-Echos empfängt, welche von den ausgesendeten
Radar-Pulsen stammen, in der Weise dass die Leistung der Radar-Vorrichtung
ansteigt um dadurch während
einer Periode der Zeit eine größere Reichweite
zu erzielen. Die Ziel-Echo Energie ist Signalintegriert in den Weiten-Bins.
Entsprechend der Erfindung ist die Periode der Zeit in eine erste
und eine zweite Teil-Periode
der Zeit geteilt. Die erste und die zweite Teil-Periode der Zeit sind jede zweimal so
lang als ein Puls-Wiederholungs-Intervall,
das während der
ersten Teil-Periode der Zeit verwendet wird. Die Steuereinheit ist
auch dazu ausgebildet den Radar-Sender während der ersten Teil-Periode
der Zeit so zu steuern, dass dieser Radar-Pulse für die Messung
von Ziel-Daten mit einem höheren
Energieinhalt aussendet als in einem Ruhezustand möglich. Das Aussenden
der Radar-Pulse mit einem höherem
Energieinhalt findet dergestalt statt, dass die von der Radar-Vorrichtung
während
der Periode der Zeit ausgestrahlte Energie höchstens der maximalen Aussendung
von Energie durch die Radar-Vorrichtung in einem Ruhezustand, während einer
entsprechenden Periode der Zeit, entspricht. Dadurch ist eine effizienter
Signal-Integration erreicht, da das von der Radar-Vorrichtung stammende
Ziel-Echo in der
ersten Teil-Periode der Zeit konzentriert ist. Die Steuereinheit
ist auch ausgebildet den Radar-Sender so zu steuern, dass dieser
Radar-Pulse für
die Messung von Ziel-Daten
in der zweiten Teil-Periode der Zeit nicht aussendet. Das Verhältnis zwischen
der Periode der Zeit und der ersten Teil-Periode der Zeit ist bevorzugt
proportional zu dem höheren
Energieinhalt der Radar-Pulse während
der ersten Periode der Zeit. Eine Variante sieht vor, dass die Steuereinheit so
ausgebildet ist, dass diese den Radar-Sender so steuert dass dieser
Radar-Pulse für
die Messung von Ziel-Daten
während
der ersten Teil-Periode der Zeit mit einem Energieinhalt aussendet,
zweimal so groß als
in einem Ruhezustand möglich.
Eine Möglichkeit für die Steuereinheit
ist, dass sie dafür
ausgebildet ist, den Radar-Sender zu veranlassen die Radar-Pulse,
die für
die Messung von Ziel-Daten
ausgesendet werden, zu verlängern
um dadurch den höheren
Energieinhalt für
die Radar-Pulse während
der ersten Teil-Periode der Zeit zu erreichen. Die Weiten-Bins sind
bevorzugt proportional um den gleichen Betrag verlängert wie
die Radar-Pulse. Da während
der zweiten Teil-Periode der Zeit keine Radar-Pulse ausgesendet
werden, kann die Steuereinheit so ausgebildet sein den Radar-Sender
und/oder den Radar-Empfänger während der
zweiten Teil-Periode der Zeit für
Daten-Kommunikation zu steuern. Lücken in der Überdeckung
werden auftreten, wenn die Periode der Zeit wiederholt wird und
die zweite Teil-Periode der Zeit stattfindet in der gleichen Strahl-Richtung in
aufeinander folgenden Schwenks. Es ist deshalb angebracht, dass
bei einer Wiederholung der Periode der Zeit die Steuereinheit auch
dazu ausgebildet ist, den Radar-Sender und den Radar-Empfänger so zu
steuern, dass die entsprechenden zweiten Teil-Perioden der Zeit
in aufeinander folgenden Schwenks nicht in der gleichen Strahl-Richtung stattfinden.
Als eine Alternative kann die Schwenk-Geschwindigkeit (die Geschwindigkeit
mit welcher der Antennen-Strahl schwenkt) reduziert sein, zum Beispiel
proportional, in Abhängigkeit
von der Länge
der zweiten Teil-Periode
der Zeit. Die Antenne ist bevorzugt eine elektronisch gesteuerte
Antenne (ECA). Die Periode der Zeit ist geeigneter Weise fortgesetzt wiederholt,
mit oder ohne Zeitverzögerungen
zwischen aufeinander folgenden Perioden der Zeit.
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Diese Erfindung hat eine Anzahl von
Vorteilen verglichen mit früher
bekannten Techniken. Die Erfindung erfordert keine übermäßigen Modifikationen
an bestehenden Radar-Vorrichtungen,
die von der Erfindung profitieren wollen, wie Ersatz oder Ergänzung der
Ausgangs-Stufe. Die Erfindung kann leicht angeschlossen und abgetrennt
werden. Die Energie-Anforderung
einer Radar-Vorrichtung, welche die Erfindung implementiert, erhöht sich
nicht, obwohl eine Verbesserung der Leistung erhalten wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im folgenden wird die Erfindung in
größerem Detail
zum Zwecke der Erläuterung
und keinesfalls zum Zwecke der Einschränkung beschrieben, mit Referenz
zu den angefügten
Figuren, wobei
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1 ein
Block-Diagramm einer Radar-Vorrichtung entsprechend der Erfindung
zeigt,
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2 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens entsprechend der Erfindung zeigt.
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Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
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Das Ziel dieser Erfindung ist, die
Leistung einer Radar-Vorrichtung
zu vergrößern. Um
die Erfindung zu verdeutlichen werden im Folgenden einige Beispiele
für deren
Anwendung mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.
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Die grundlegende Idee dieser Erfindung
ist, die Leistung einer Radar-Vorrichtung zu erhöhen, und dadurch eine mögliche Verbesserung
der Reichweite mittels einer effizienteren Integration der Ziel-Echo
Signale zu erreichen.
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Die Leistung einer Radar-Vorrichtung
ist weitgehend abhängig
von der Signal-Prozessierung, der ein empfangenes Ziel-Echo Signal
unterworfen wird. Eier der Zwecke der Signal-Prozessierung ist das Signal- zu Rausch-
Verhältnis
(SNR) zu verbessern. Wenn das Signal- zu Rausch- Verhältnis verbessert
werden kann, dann kann die Radar-Vorrichtung schwächere Ziel-Echo
Signale entdecken und diese als Ziel-Echos anzeigen. Schwächere Ziel-Echo
Signale kommen von Zielen die weiter von der Radar-Vorrichtung entfernt
gelegen sind und/oder eine kleinere equivalente Ziel-Fläche haben als
Ziel-Echo Signale die von Zielen die näher zur Radar-Vorrichtung gelegen
sind oder die eine größere equivalente
Ziel-Fläche
haben.
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Die Signal-Prozessierung in einer
Radar-Vorrichtung umfasst gewöhnlich
die Integration von empfangenen Ziel-Echo Signalen in einigen Stufen
und in verschiedenen Weisen mit dem Ziel der Verbesserung des Signal
zu Rausch Verhältnisses. Einige
der verschiedenen Integrations-Stufen werden gewöhnlich Signal-Integration genannt
und umfassen gewöhnlich
kohärente
Integration und inkohärent
Video-Integration. Die Akkumulierung von Wahrscheinlichkeiten einer
Detektion die mit aufeinander folgenden Strahl-Schwenks (Antennen-Schwenks) stattfindet,
kann auch als eine Integration betrachtet werden und wird eine Variante
von Integration genannt. Die verschiedenen Arten von Integration
haben unterschiedliche Einschränkungen
und Effizienzen.
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Kohärente Integration verbessert
das Signal- zu Rausch-Verhältnis um
einen Faktor n, wobei n die Anzahl der Proben ist. Es sollte hier
nebenbei erwähnt
werden, dass sämtliche
Signal-Prozessierung digital ausgeführt wird, was in einer modernen
Radar-Vorrichtung üblich
ist. Jedoch, da ist nichts was verhindert, ein Signal als analoges
Signal zu verarbeiten oder durch eine Kombination von analoger und
digitaler Signalverarbeitung, da die Erfindung nicht abhängig ist
von dem Verfahren, welches für
die Signalverarbeitung verwendet wird.
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Video-Integration verbessert das
Signal- zu Rausch-Verhältnis um
einen Faktor der etwa beschrieben werden kann als n0,7,
was keine so effiziente Verbesserung darstellt, wie kohärente Integration. Die
zeitliche Ausdehnung der Signal-Integration
(Kohärent
und inkohärent)
ist begrenzt durch das Erfordernis, dass das Ziel-Echo Signal während der
Integrations-Periode in ein und denselben Weiten-Bins/ Auflösungs-Elementen
verbleiben muss. Dieses setzt im Prinzip eine praktische obere Grenze
für Signal-Integration,
da sich Ziele normalerweise bewegen. Signal-Integration außerhalb
der Periode, über die
ein Ziel-Echo in einem Weiten-Bin verbleibt, hat keine Wirkung.
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Das Signal- zu Rausch- Verhältnis gibt
nach der Signal-Integration
eine sichere Wahrscheinlichkeit der Ziel-Detektion. Aufeinander folgende Schwenks
geben daher eine akkumulierte Wahrscheinlichkeit der Detektion.
Letztlich wird dadurch eine Akkumulierung erreicht, die als Integration
des Typs 1/n betrachtet werden kann, das bedeutet, dass das Ziel
zumindest einmal im Verlauf von n Versuchen zu detektieren ist.
Die Effizienz dieser Akkumulierung ist jedoch gewöhnlich niedrig,
insbesondere wenn sie auf mäßig großen Wahrscheinlichkeiten
der Detektion pro Strahl-Schwenk (zum Beispiel weniger als 10%)
basiert.
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Die Erfindung beruht, wie früher erwähnt, auf dem
Ausführen
einer effizienteren Integration von Ziel-Echo Signalen. Eine effizientere
Integration von Ziel-Echo Signalen wird erreicht entsprechend der Erfindung
mittels der Verbesserung der kohärenten Integration
und/oder der Video-Integration auf Kosten einer weniger effizienten
Akkumulierung.
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Dies wird in geeigneter Weise möglich mittels
eines momentanen Vergrößerns der
Ausgangsleistung (Durchschnitts-Leistung)
der Radar-Vorrichtung für
kurze Perioden, typisch 100 ms (entsprechend etwa 100–1000 Pulsen),
mit entsprechenden Perioden von Radar-Stille, so dass die Durchschnitts-Leistung über eine
längere
Periode nicht geändert
wird.
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Der Grund dafür, dass es (ohne Modifikationen
an der Radar-Vorrichtung)
nicht wünschenswert/möglich ist,
die Durchschnitts-Leistung der Radar-Vorrichtung zu verändern, liegt
darin, dass die Radar-Vorrichtung für eine bestimmte Energie-Versorgung
ausgelegt ist. Die Ausgangs-Stufe der Radar-Vorrichtung, die zum
Beispiel Magnetrons, Wanderwellen-Röhren
(TWT) oder Halbleiter enthalten kann, ist normaler dafür Weise
konzipiert eine bestimmte Durchschnitts-Leistung auszuhalten, insbesondere
bezüglich
der Kühlung
der End-Stufe. Eine vorteilhafte
Ausführung
ist gegeben wenn die Verdoppelung der Ausgangs-Leistung durch die
Verlängerung
der Puls-Länge
realisiert wird. Dies bedeutet, dass die Komponenten keiner erhöhten Spitzen-Leistung
unterworfen werden und es nur die Kühlungs-Anforderung ist die
sich momentan erhöht. Wenn
jedoch die Durchschnitts-Leistung über eine längere Periode (Sekunden) die
gleiche ist wie vorher, dann erhöht
sich auch die Kühlungs-Anforderung
nicht.
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Da die Radar-Vorrichtung für einen
bestimmten Teil der Zeit ,still' ist
(die halbe Zeit im Falle einer momentanen Verdoppelung der Ausgangs-Leistung) finden
,leere' Lücken statt,
wenn die gleiche Schwenk-Geschwindigkeit der Antenne beibehalten wird.
Dies kann gelöst
werden entweder durch Halbierung (für den Fall der Verdoppelung
des Ausgangs-Leistungs-Effekts)
der Schwenk-/Rotations- Geschwindigkeit der Antenne oder durch sicherstellen
dass die ,leeren' Lücken in
aufeinander folgenden Antennen-Schwenks nicht in der gleichen Richtung stattfinden.
Dies reduziert die Mess-Rate und die Erfindung ist damit am besten
eingesetzt in zum Beispiel einem Erkundungs-Radar mit relativ kleinem und
begrenzten Such-Volumen so wie in der Nase eines Erkundungs-Flugzeugs, welches
nur nach vorne ,sieht'.
Eine Radar-Vorrichtung
welche die Erfindung nutzt, kann geeigneter Weise mit einer elektronisch gesteuerten
Antenne (ECA) ausgerüstet
sein. Eine elektronisch gesteuerte Antenne kann in einfacher Weise
so gesteuert werden, dass sie wechseln kann zwischen ,halber' Schwenk-Geschwindigkeit
und ,voller' Schwenk-Geschwindigkeit,
unter Vermeidung von ,leeren' Lücken in
der gleichen Richtung in aufeinander folgenden Antennen-Schwenks,
abhängig von
zum Beispiel der tatsächlichen
Anforderung.
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Das Verfahren des Sendens mit periodisch momentan
höherer
Ausgangsleistung macht so eine bessere Signal-Integration möglich, auf
Kosten eines geringeren Akkumulations-Effekts (niedrigere Messrate).
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In einem ersten Beispiel für Leistungsverbesserungen
ist angenommen dass, hinsichtlich der möglichen Bewegung des Ziels,
eine mögliche
Integrationszeit T Sekunden beträgt.
Die empfangene Ziel-Energie bei doppelter gesendeter Energie während T
ist dann zweimal so groß als
mit einer Radar-Vorrichtung
mit konstant gesendeter Energie. Dies beinhaltet eine Verbesserung
im Signal zu Rausch Verhältnis
von 3 db bei doppelter Puls-Energie. Da die Radar-Vorrichtung über die
halbe Zeit still ist, ist die Messrate niedriger und damit der Akkumulations-Effekt,
woraus resultiert dass der Nettogewinn auf typisch 2 db reduziert
ist.
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In einem zweiten Beispiel für Leistungsverbesserungen
ist angenommen, dass die momentan verdoppelte gesendete Energie
mit einer doppelten Pulslänge
erreicht wird, was dann auch resultiert in einer verdoppelten Bin-Weite
in dem Radar-Empfänger. Dadurch
kann, mit Bezug auf die Anforderung hinsichtlich der Position des
Ziels im Weiten-Bin, die Integrationszeit auf 2*T verdoppelt werden.
Wir erhalten so während
der Integrationsperiode vierfache Ziel-Echo Energie (ein Faktor
zwei von der verdoppelten Durchschnitts-Energie und ein Faktor zwei von
der verdoppelten Integrationszeit).
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Eine Abschätzung des Gewinns in Empfindlichkeit
wird in dieser Weise ausgeführt:
eine effizientere kohärente
Integration ist verantwortlich für
ungefähr
+3 db Gewinn als Ergebnis der momentan verdoppelten Sende-Energie.
Video-Integration
ist verantwortlich für
etwa +2 db als Ergebnis der verdoppelten Integrations-Periode. Die
Akkumulationsrate ist um einen Faktor vier reduziert, woraus ein
Verlust von –2
db entsteht, und also ein Netto-Gewinn von 3 db erwartet werden
kann.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm einer Radar-Vorrichtung welche die Erfindung verwendet.
Die Radar-Vorrichtung enthält
eine Steuer-Einheit 110, einen Sender 120, einen
Empfänger 130,
eine Antennen-Steuer-Einheit 140, eine Antenne 150 und
einen Senden/Empfangen Wähler/Wechsler 160.
Die Steuer-Einheit 110 steuert
den Sender 120 so, dass dieser Radar-Pulse über den Wähler/Wechsler und die Antenne 150 sendet.
Die Antenne 150 zusammen mit der Antennen-Steuer-Einheit 140 kann
mechanisch gesteuert werden, so dass Schwenks mit dem Antennen-Strahl
nur bedeuten, dass die Antenne 150 sich physisch bewegt
oder bevorzugt elektronisch gesteuert ist (ECA – Elektronisch gesteuerte Antenne).
Ein Ziel-Echo Signal wird über
die Antenne 150 und den Senden/Empfangen Wähler/Wechsler 160 zum
Empfänger 130 retourniert.
Weiter wird Signal-Verarbeitung und Anzeige für die Signale 191 vom
Empfänger 130 ausgeführt, was
nicht in der Figur gezeigt ist. Entsprechend der Erfindung steuert
die Steuer-Einheit 110 den Sender 120 in der Weise,
dass der Sender 120 während
einer vorbestimmten Zeit Radar-Pulse mit einer höheren Durchschnitts-Leistung als
der nominalen Durchschnitts-Leistung
der Radar-Vorrichtung sendet. Die höhere gesendete Durchschnitts-Leistung
ist bevorzugt eine Verdoppelung der Durchschnitts-Leistung, verglichen
mit der nominalen Durchschnitts-Leistung der Radar-Vorrichtung.
Die Vergrößerung der
Durchschnitts-Leistung findet bevorzugt statt mittels einer Verlängerung der
Radar-Pulse. Die vorbestimmte Zeit, die der Sender 120 mit
einer höheren
Durchschnitts-Leistung sendet, ist in Proportion zur Erhöhung der
Durchschnitts-Leistung und ist maximiert auf die Zeit für die ein
standardisiertes Ziel in einem Weiten-Bin verbleibt, welche etwa
50–200
Millisekunden beträgt.
In Proportion zur Erhöhung
der Ausgangsleistung und zur Dauer der Erhöhung steuert die Steuer-Einheit 110 den
Sender 120 um Radar-Stille zu liefern, so dass die gesendete
Durchschnitts-Leistung über
längere
Perioden der Zeit (in der Größenordnung
Sekunden) die gleiche ist wie die nominale Durchschnitts-Leistung
der Radar-Vorrichtung. Die Steuer-Einheit 110 steuert auch
die Antennen-Steuerung 140 so, dass der/die Schwenk/Rotation
der Antenne 150 in der geforderten Weise adjustiert wird
und so, wie erforderlich für
die Perioden erhöhter
Durchschnitts-Leistung
und der Perioden der Radar-Stille. Die Steuer-Einheit 110 steuert auch den
Empfänger 130 so,
dass dieser synchronisiert ist mit der Schwenk-/Rotations-Geschwindigkeit und
mit den Perioden der Radar-Stille und den Perioden mit höherer gesendeter
Durchschnitts-Leistung.
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Als ein Ergebnis einer Radar-Vorrichtung entsprechend
der Erfindung, die bevorzugt nur die Hälfte der Zeit arbeitet, ist
während
50% der Zeit der Antennen-Strahl und der Radar-Empfänger
für andere
Aufgaben verfügbar.
Radio-Intelligenz, Daten-Verbindungs-Empfang und/oder Daten-Senden
sind Beispiele für
mögliche
Bereiche der Verwendung. Die Vorteile befähigt zu sein, die Antenne für andere
Aufgaben während
der ,stillen' Perioden
zu verwenden, sind insbesondere offensichtlich in Systemen mit elektronisch
gesteuerten Antennen (ECA), wegen der verzögerungsfreien Strahl Steuerung.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm einer Prozedur entsprechend der Erfindung. In
einer Sender-Stufe 210 sendet die Radar-Vorrichtung einen Radar-Puls für die Messung
von Ziel-Daten mit einem höheren
Energieinhalt als in einem Ruhezustand möglich. Eine erste Prüf-Stufe 220 prüft ob weitere Radar-Pulse für die Messung
von Ziel-Daten zu senden sind. Wie früher beschrieben, teilt die
Erfindung eine Periode der Zeit in zwei Teile auf, eine erste Teil-Periode
der Zeit und eine zweite Teil-Periode der Zeit. Während der
ersten Teil-Periode der Zeit sendet die Radar-Vorrichtung Radar-Pulse
mit höherem
Energieinhalt als in einem Ruhezustand möglich ist. Der höhere Energieinhalt
ist so ausgelegt, dass die durschnittlich gesendete Energie der
Radar-Vorrichtung während
der Periode der Zeit eng korrespondiert zur möglichen Energie-Aussendung
der Radar-Vorrichtung in einem Ruhezustand. Die Länge der
ersten Teil-Periode der Zeit ist zumindest zweimal so lang wie ein
Puls-Wiederholungs-Intervall
das während der
ersten Teil-Periode der Zeit verwendet wird. Abhängig vom Typ der Radar-Vorrichtung,
können
zum Beispiel hundert Radar-Pulse (eine Puls-Gruppe, oder eine Anzahl
von Puls-Gruppen) die Mindest-Anzahl von Radar-Pulsen darstellen,
die in einer Folge gesendet werden müssen, damit die Radar-Funktion sichergestellt
ist. Die erste Prüf-Stufe 220 zählt die Radar-Pulse
die für
die Messung von Ziel-Daten zu senden sind, so dass die richtige
Anzahl von Radar-Pulsen, die während
der ersten Teil-Periode zu senden sind, gesendet werden. So lange
wie weitere Radar-Pulse
zu senden sind, wird die Sende-Stufe 210 wiederholt. Darauf
folgt eine Nicht-Senden-Stufe 230, welche in Kombination
mit einer zweiten Test-Stufe 240 sicherstellt dass keine
Radar-Pulse für
die Messung von Ziel-Daten während
der zweiten Teil-Periode der Zeit gesendet werden. Wenn verlangt,
können
Pulse mit niedriger Ausgangsleistung während der zweiten Teil-Periode
der Zeit für
Daten- Kommunikations-Zwecke
gesendet werden. Normaler Weise ist es für diese Pulse ausreichend,
mit niedriger Ausgangs-Leistung gesendet zu werden, da sie nur in
einer Richtung wandern. Der Energieinhalt dieser Pulse ist üblicher
Weise vernachlässigbar, sollte
aber eingeschlossen werden in den Berechnungen der durchschnittlichen
gesendeten Energie der Radar-Vorrichtung während der Periode der Zeit, in
den Fällen
in den der Radar-Sender verwendet wird um diese Daten-Kommunikations-Pulse
zu senden. Nachdem die zweite Prüf-Stufe 240 anzeigt, dass
die zweite Teil-Periode der Zeit beendet ist, kann entweder eine
neue Periode der Zeit folgen, wobei die Prozedur direkt fortfährt mit
der Sende-Stufe 210, oder die Prozedur kann fortfahren
mit einer vorbestimmten Verzögerung,
während
welcher die Radar-Vorrichtung zum Beispiel mit ihrer gewöhnlichen Radar-Funktion
arbeitet, bis irgendeine neue Periode der Zeit folgt.
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In den vorangegangenen Beispielen
ist angenommen worden, dass die Ausgangs-Leistung periodisch verdoppelt
worden ist. Beides, geringere und höhere Ausgangs-Leistungs Vergrößerungen
sind möglich,
resultieren aber in anderen prozentualen Anteilen stiller Perioden.
In dem Falle, zum Beispiel, der Schwierigkeit Radar-Pulse mit doppeltem
Energieinhalt auf Grund der Ausrüstung
auch nur für
kurze Perioden zu erreichen, ist eine gewisse Verbesserung der Leistung
möglich,
sogar mit bescheidener momentaner Vergrößerung des Energieinhalts der Radar-Pulse.