DE69927242T2

DE69927242T2 - Zieldetektionsanordnung

Info

Publication number: DE69927242T2
Application number: DE69927242T
Authority: DE
Inventors: Johannes Petrus ROTGANS
Original assignee: Thales Nederland BV
Current assignee: Thales Nederland BV
Priority date: 1998-02-11
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2019-02-03
Also published as: EP1055134A1; WO1999041622A1; IL137408A0; NL1008276C2; CA2319642A1; JP2002503815A; AU2923799A; EP1055134B1; DE69927242D1; US6466159B1; CA2319642C; IL137408A

Description

Die Erfindung betrifft eine Detektionsanordnung für die Ferndetektion von Zielen, umfassend einen Radarsignalgenerator zum Erzeugen codierter HF-Radarsignale, eine von den codierten HF-Radarsignalen gesteuerte Sendeinheit, eine Radarempfangseinheit und einen an die Radarempfangseinheit angeschlossenen Videoprozessor.
Eine als Radarvorrichtung implementierte Detektionsanordnung dieser Art ist in vielen Versionen bekannt. Der Nachteil einer Radarvorrichtung besteht darin, daß die emittierten HF-Wellen mit Hilfe von ESM-Empfängern leicht detektiert werden können, die den Ort und üblicherweise auch die Identität des sendenden Objekts offenbaren. Außerdem kann die Radarvorrichtung nach Detektion einer absichtlichen Störung unterworfen werden.
Ein Dokument, Mullen, L. J. et al.: "Application of radar technology to Aerial Radar Systems for enhancement of shallow underwater target detection" IEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Bd. 43, Nr. 9, Teil 02, 1, Sept. 95, Seiten 2370–2376 und ein US-Patent 5,608,514 offenbaren eine Detektionsanordnung zum Detektieren von Fernzielen.
Durch die vorliegende Erfindung entfällt der oben angeführte Mangel mit einer Anordnung wie in Anspruch 1 beschrieben.
Das optische Signal wirkt folglich als Träger für die HF-Radarsignale, und die ursprüngliche Funktionalität der Radarvorrichtung wird großenteils beibehalten.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, durch die sich die Notwendigkeit der Verwendung kohärenter optischer Signale erübrigt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinheit für die Amplitudenmodulation der optischen Signale ausgelegt ist.
Ein zufälliger Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der optische Detektor als ein relativ preiswerter Hüllkurvendetektor implementiert werden kann.
Eine Detektionsanordnung gemäß der Erfindung eignet sich hervorragend für die Doppler-Verarbeitung, bei der es nicht die Doppler-Verschiebung der optischen Signale ist, die ausgenutzt wird, sondern die Doppler-Verschiebung der codierten HF-Radarsignale. Eine weitere Tatsache ist, daß der Radarquerschnitt eines Ziels hauptsächlich durch Wellenlänge der optischen Signale bestimmt wird. Dies liefert einen zusätzlichen Freiheitsgrad; wenn beispielsweise die Dispersion einer Gaswolke verfolgt werden soll, sollte die HF-Frequenz so ausgewählt sein, daß eine gute Doppler-Verarbeitung sichergestellt ist und optische Signale, die eine gute Reflexion an der Gaswolke liefern.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator so ausgelegt ist, daß er Impulsbursts erzeugt. Die Verwendung von Impulsbursts beim Radar ist wohlbekannt, genauso wie die Tatsache, daß dies eine optimale Doppler-Verarbeitung liefert. Der Nachteil des Radars besteht darin, daß ein Burst leicht von einem Repeater-Jammer gestört werden kann, was für die Detektionsanordnung gemäß der Erfindung nicht gilt, weil optische Repeater-Jammer nicht zur Verfügung stehen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die die Impulsbursts optimal verwendet, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Videoprozessor einen Doppler-Prozessor vom MTI- oder MTD-Typ enthält, um die Detektion beweglicher Ziele zu ermöglichen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator so ausgelegt ist, daß er FMCW-Radarsignale erzeugt und daß der Empfänger eine Mischstufe zum Verknüpfen der von dem optischen Detektor detektierten Echosignale mit von dem Signalgenerator erzeugten Signalen umfaßt. Die Detektionsanordnung enthält dann alle die Vorteile, die normalerweise einer FMCW-Radarvorrichtung zu eigen sind, ist aber so gut wie undetektierbar. Außerdem kann das Problem hinsichtlich der Isolierung zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit leichter gelöst werden, weil der eigentliche Radarstrahl dann mit Hilfe optischer Komponenten erzeugt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der optische Detektor mindestens zwei optische Dioden zum Erzeugen von HF-Einzelimpulssignalen enthält und daß die Radarempfangseinheit ein Einzelimpulsempfänger ist. Somit kann die Richtung eines Ziels auf der Basis der Phasen- oder Amplitudendifferenz zwischen den HF-Radarsignalen bestimmt werden. Bei dieser Ausführungsform kann bei zwei in der horizontalen Ebene angeordneten Dioden die Erfindung vorteilhaft als ein Kollisionsvermeidungsradar für Fahrzeuge verwendet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der optische Detektor vier optische Dioden zum Erzeugen eines HF-Summensignals, eines HF-Δ-Azimutdifferenzsignals und eines HF-Δ-Höhendifferenzsignals enthält. Bei dieser Ausführungsform ist die Detektionsanordnung einem in der Technik wohlbekannten Einzelimpulsfeuerleitradar äquivalent, und zwar mit der Vereinbarung, daß die Anordnung nun in der Lage ist, ein Flugzeug zu verfolgen, ohne daß das Zielverfolgungswarnsystem des Flugzeugs aktiviert wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsanordnung für Unterwasseranwendungen ausgelegt ist. Dies ist möglich, weil eine Wellenlänge der optischen Signale so gewählt werden kann, daß eine gute Eindringtiefe erreicht werden kann. Dies ermöglicht es, die Annäherung von beispielsweise Torpedos auf der Basis ihrer Doppler-Geschwindigkeit zu detektieren. Die Detektionsanordnung würde, beispielsweise unter einem Helikopter angebracht, das Lokalisieren von Objekten unter der Wasseroberfläche und beispielsweise das Verfolgen eines U-Boots auf der Basis seiner Doppler-Geschwindigkeit ermöglichen.
Da die allgemeine Radargleichung tatsächlich für die Detektionsanordnung gemäß der Erfindung relevant ist, kann eine Erhöhung der effektiven Reichweite entweder durch Erhöhung der Sendeleistung oder durch Erhöhung der Empfangseinheitsempfindlichkeit realisiert werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß vor dem optischen Detektor ein Lichtverstärker positioniert ist, so daß die Sendeleistung auf einem relativ niedrigen Pegel gehalten werden kann.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Detektionsanordnung gemäß der Erfindung;
2 einen optischen Einzelimpulsdetektor gemäß der Erfindung;
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Detektionsanordnung gemäß der Erfindung. Ein Signalgenerator 1, der, wie dies bei MTI-Radar üblicherweise der Fall ist, mit einem COHO und STALO (nicht gezeigt) und einer Zeitsteuerung versehen ist, erzeugt ein HF-Signal, das sich für die Übertragung über einen Leistungsverstärker und eine Antenne eignet. Das HF-Signal kann ein mit einer festen oder versetzten PRF übertragenes Impulsmuster sein, wobei die Einzelimpulse möglicherweise mit einer Modulation versehen sind, die eine Impuls kompression ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird dieses HF-Signal an einen Modulator 2 angelegt, der einen von einem Laser 3 erzeugten Lichtstrahl 4 amplitudenmoduliert. Der Lichtstrahl 4 wird über ein optisches System 5 in Richtung eines zu detektierenden Ziels übertragen. Der Modulator 2 kann eine auf dem Gebiet der Optik wohlbekannte Bragg-Zelle sein, während für den Laser 3 ein CO₂-Laser verwendet werden kann. Anstelle eines separaten Modulators kann man sich auch für einen Laser entscheiden, der mit Hilfe des HF-Signals direkt moduliert werden kann, beispielsweise einen Festkörperlaser. Eine alternative Möglichkeit bei der Verwendung von Radarimpulsen besteht darin, auf den Laser 3 zu pulsen, so daß der Laser 3 immer aktiv ist, wenn ein Radarimpuls emittiert wird.
Die Eigenschaften der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Detektionsanordnung hängen ab von der Wahl des HF-Signals, der Laserwellenlänge und den Eigenschaften des optischen Systems 5. Das HF-Signal bestimmt die allgemeinen Radareigenschaften, wie etwa Foldback bei der Reichweite und Doppler-Auflösung. Die Laserwellenlänge bestimmt das Reflexionsvermögen eines Ziels und die Transmissionseigenschaften des zu durchdringenden Mediums. Die Eigenschaften des optischen Systems 5 bestimmen Divergenz und Form des Strahls. So kann beispielsweise ein Fächerstrahl, der üblicherweise mit Suchradars verwendet wird, mit Hilfe einer elliptischen Linse realisiert werden. Das optische System 5 kann auch leer sein, was zu einem Strahl mit minimaler Divergenz führt, der sich für die Detektion von kleinen Zielen in relativ großen Entfernungen eignet. Allgemein gesprochen sind die Abmessungen des optischen Systems 5 viel kleiner als die Abmessungen einer Antenne, die einen vergleichbaren Strahl realisiert, weil diese Abmessungen zu der Wellenlänge der zu emittierenden Strahlung in Beziehung stehen.
Die Empfängerkette der oben erwähnten Ausführungsform umfaßt ein optisches System 6 zum Fokussieren ankommender optischer Reflexionen auf einen Detektor 7. Das HF-Ausgangssignal des Detektors 7 wird an einen Radarempfänger 9 angelegt, bevorzugt über einen LNA 8, wie dies bei der Radartechnik üblich ist. Bei diesem Radarempfänger werden ankommende HF-Signale unter Verwendung des STALO-Signals bis auf eine Zwischenfrequenz abgemischt, danach gefiltert und zusammen mit dem als Referenzsignal dienenden COHO-Signal an einen Quadraturdetektor angelegt, um Quadraturvideo zu erzeugen, wobei dies die Standardprozedur bei MTI-Radar ist. Der Detektor 7 kann ein H_gC_dT_e-Detektor sein, der sich für die Anwendung in Kombination mit einem CO₂-Laser eignet.
Der Ausgang des Radarempfängers 9 ist an einen Videoprozessor 10 angeschlossen, der in Abhängigkeit von der zum Modulieren des Lichtstrahls 4 verwendeten Art von HF-Signal einen Canceller oder FFT-Prozessor enthalten kann. Das Ausgangssignal des Videoprozessors 10 eignet sich zum Aktivieren eines Displays oder zum Anlegen an eine automatische Verfolgungseinheit zur weiteren Verarbeitung.
1 kann auch zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips einer Detektionsanordnung vom FMCW-Typ dienen. Bei einer solchen Anordnung erzeugt der Signalgenerator 1 ein HF-Signal vom FMCW-Typ, in der Technik wohlbekannt, wobei das Signal dazu verwendet wird, den Lichtstrahl 4 mit Hilfe des Modulators 2 zu modulieren. Der Detektor 7 konvertiert ankommende optische Reflexionen in HF-Echosignale, die mit Hilfe eines LNA 8 verstärkt und danach an den Radarempfänger 9 angelegt werden, implementiert als eine Mischstufe, in der die HF-Echosignale mit dem Ausgangssignal des Signalgenerators 1 verknüpft werden, und zwar all dies auf in der Technik wohlbekannte Weise. Der Radarempfänger 9 ist an einen Videoprozessor 10 angeschlossen, der im allgemeinen einen FFT-Prozessor für die Lieferung von Reichweiteninformationen enthält.
2 stellt eine Einzelimpulsversion des optischen Detektors gemäß der Erfindung dar. Mit Hilfe von vier Linsen 11a, 11b, 11c, 11d werden ankommende optische Echosignale auf vier Detektoren 12a, 12b, 12c und 12d fokussiert. Es ist offensichtlich, daß schrägeinfallende Strahlung zu Phasen- oder Amplitudendifferenzen in den Detektor-HF-Ausgangssignalen führt. Vollständig analog zu der bekannten HF-Einzelimpulsantenne werden die Ausgangssignale der Detektoren 12a, 12b, 12c, 12d in einem HF-Summierer 13 verknüpft, um ein Summensignal zu erzeugen, in einem HF-Summierer 14, um ein Δ-Azimutdifferenzsignal zu erzeugen, und im HF-Summierer 15, um ein Δ-Höhendifferenzsignal zu erzeugen, wobei die HF-Signale zur weiteren Verarbeitung an einen in der Technik wohlbekannten Einzelimpulsempfänger angelegt werden können. Der Vorteil der Einzelimpulsversion eines optischen Detektors besteht darin, daß für ein detektiertes Ziel die Position des Ziels innerhalb des übertragenen Strahls sofort bekannt ist.

Claims

Detektionseinrichtung für die Ferndetektion von Zielen, umfassend: – einen Radarsignalgenerator (1), versehen mit einem COHO-Signal und einem STALO-Signal, zum Erzeugen von codierten HF-Radarsignalen; – eine durch die codierten HF-Signale gesteuerte Sendeeinheit (2, 5); – eine Radarempfangseinheit (9); – und einen mit der Radarempfangseinheit verbundenen Videoprozessor (10); wobei die Sendeeinheit dafür ausgelegt ist, von den codierten HF-Radarsignalen modulierte optische Signale (4) zu übertragen und ein optischer Detektor (7) vor der Radarempfangseinheit (9) positioniert ist zum Umwandeln von Echosignalen von den übertragenen optischen Signalen in codierte HF-Radarsignale, die möglicherweise Zielinformationen enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Signale unter Verwendung des STALO-Signals bis auf eine Zwischenfrequenz abgemischt, danach gefiltert und zusammen mit einem als Referenzsignal dienenden COHO-Signal an einen Quadraturdetektor angelegt werden, um Quadraturvideo zu erzeugen.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinheit (2, 5) für die Amplitudenmodulation der optischen Signale ausgelegt ist.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Detektor (7) ein Hüllkurvendetektor ist.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (1) dafür ausgelegt ist, Impulsbursts zu erzeugen.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Videoprozessor (10) einen MIT Doppler-Prozessor vom MTD-Typ enthält, um die Detektion beweglicher Ziele zu ermöglichen.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (1) dafür ausgelegt ist, FMCW-Radarsignale zu erzeugen, und daß der Empfänger eine Mischstufe zum Verknüpfen der von dem optischen Detektor detektierten Echosignale mit von dem Signalgenerator erzeugten Signalen umfaßt.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Detektor (7) mindestens zwei optische Dioden zum Erzeugen von HF-Einzelimpulsradarsignalen enthält und daß die Radarempfangseinheit ein Einzelimpulsempfänger ist.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Detektor (7) vier optische Dioden zum Erzeugen eines Radarsummensignals, eines Δ-Azimutdifferenzsignals und eines Δ-Hüllendifferenzsignals enthält.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung für Unterwasseranwendungen ausgelegt ist.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem optischen Detektor ein Lichtverstärker (8) positioniert ist.