DE888567C

DE888567C - Radargeraet mit Ausschaltung der festen Echos

Info

Publication number: DE888567C
Application number: DEC5176A
Authority: DE
Inventors: Jean Cauchois
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1950-12-26
Filing date: 1951-12-25
Publication date: 1953-09-03
Also published as: DE884830C; FR1030119A; GB701839A; CH295317A; US2754510A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Radargeräte (Funkrückstrahlortungsgeräte) mit fortlaufender Sendung, bei welchen die gesendeten frequenzmodulierten Wellen mit den Echos gemischt werden, welche auf den Reflexionen dieser Wellen an den aufzufindenden Hindernissen beruhen, wobei die Entfernung dieser letzteren durch die Frequenz der erhaltenen Schwebungen bestimmt wird.

Bekanntlich ist es sehr schwierig, mit den üblichen ίο Radargeräten zwischen den festen Zielen (Bodenerhebungen, Gebäuden u. dgl.) und den beweglichen Zielen (Flugzeuge, Schiffe u. dgl.) zu unterscheiden. Die Erfindung bezieht sich auf Radargeräte der erwähnten Art und bezweckt, den angegebenen Mangel durch eine geeignete Anordnung zu vermeiden, welche selbsttätig die Echos -der festen Gegenstände ausschaltet und lediglich diejenigen der beweglichen Ziele beibehält.

Gemäß der Erfindung enthält das Radargerät einen mit Ultrahochfrequenz arbeitenden Sender, der der Amplitudenmodulation durch eine frequenzmodulierte Welle und vor Abstrahlung seiner Schwingungen einer Trägerwellenunterdrückung unterworfen wird, derart, daß der Effekt zweier frequenzbenachbarter und frequenzmodulierter Einzelsender hervorgebracht wird, bei welchen, ausgehend von zwei verschiedenen Anfangsfrequenzen, während einer gemeinsamen Wiederkehrperiode die Frequenz des einen Senders zunimmt, während die Frequenz des anderen abnimmt.

Es sind ferner zwei Empfänger in der Weise vorgesehen, daß sie direkt die von dem einen oder anderen der beiden Einzelsender ausgesendeten Wellen empfangen und sie mit den Echos mischen, welche von den aufzufindenden Hindernissen aufgenommen werden. Die Frequenzen der so in den beiden Empfängern erhaltenen Schwebungen sind immer gleich,

wenn es sich um feste Hindernisse handelt. Die Ausgänge dieser Empfänger sind nach Umformung der Differenzfrequenzen in laufzeitabhängige Impulsanzeigen gegensinnig an ein Sichtanzeigegerät, z.B. eine Kathodenstrahlröhre, geführt.

Wenn in einem bestimmten Zeitpunkt die Frequenzen F₁ und F₂ gesendet werden, wobei F₁ die zunehmende und F₂ die abnehmende Frequenz sei, sind nämlich die entsprechenden Frequenzen E₁ und

ίο E₂ des Echos eines festen Gegenstandes so bestimmt, daß F₁ — E₁ = E₂ -F₂ = AE.

Bei beweglichen Zielen, die sich dem Sender annähern, sind hingegen die auf dem Echo beruhenden Frequenzen zunehmend und werden E\ — E₁ + f_d bzw. E'₂ = E₂ + fa, wobei f_d die scheinbare Frequenzänderung auf Grund des Doppler-Fizeau-Effektes ist. Die Frequenzen der Schwebungen sind dann F₁-F₁=AE-K bzw. E\-F₂= AEf f_d, d.h. zwei Werte, die um die Größe zf_d verschieden sind.

Wenn die Ziele sich von dem Sender entfernen, sind die Frequenzen des Echos E"_x = E₁ — f_d bzw. E"_% = E₂ —· f_d und die beiden Schwebungen sind F₁- E'\ = AE + f_d bzw. E"_% — F_?*=AE— f_d

und unterscheiden sich wiederum um dieselbe Größe 2f_d, die im übrigen zu der Geschwindigkeit des beweglichen Zieles proportional ist.

Das so ausgebildete Radargerät ermöglicht demnach die Auswahl der beweglichen Hindernisse und die Messung ihrer Geschwindigkeit.

- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. ι ein Schema eines Ausführungsbeispieles,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche die Arbeitsweise der Einrichtung nach Fig. 1 erläutert,

Fig. 3 und 4 die erhaltenen Anzeigen auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre.

Das in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegebene Radargerät besteht aus einem Sender E für Ultrahochfrequenz.' Dieser wird in der Amplitude sinusförmig durch den Modulator MOD₂ moduliert, welcher ein Signal liefert, das selbst durch den Modulator MOD₁ mit einer Wiederkehrperiode T linear in der Frequenz moduliert wird, obwohl andere Modulationsgesetze nicht ausgeschlossen sein sollen.

Die am Ausgang von E erzeugte Augenblicksspannung e hat dann die Form:

e = A (1 + m sin Qt) cos cot, wobei Ω = Ω_ϋ + at, so daß

e — A [1 + m sin (Q₀ + at) t] cos cot, (1)
wobei A, m, Ω₆, α Konstanten sind, t die Zeit bedeutet und die Kreisfrequenz ω der Trägerfrequenz F₀ =
entspricht.

2 π go

Diese Gleichung kann wie folgt geschrieben werden:

e = A [cos ω t + m cos ω t sin (Q₀ + at) t] =

= A I cos ωt -\ [sin (ω + Q₀ + at) t — sin (ω — Q₀ — αt) t]

Wie ersichtlich, enthält das gesendete Signal außer der Trägerfrequenz i"„ = zwei Seitenfrequenzen,

die in jedem Augenblick in bezug auf F₀ symmetrisch sind, nämlich

und

ω + Q₀ + at

2 π ω — Q₀ — at

2 π

Ω_ο + at
2π

Ωο + at

und die sich linear in Abhängigkeit von der Zeit in entgegengesetzten Richtungen ändern.
Zwei Filter FI₁ und FI₂, welche nur die Bänder F₁ bzw. F₂ durchlassen und den Träger F₀ ausschalten, speisen zwei Richtantennen A_x bzw. A₂.

Ferner sind zwei übereinstimmende Empfänger R₁ und R₂ vorgesehen, deren Ausgangskreise auf dieselbe Frequenz <p₀ abgestimmt sind und welche Signale mit Frequenzen gleich oder angenähert φ₀ auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre TRC in vertikale Auslenkungen umformen, wobei die Ausgänge der beiden Empfänger derart gegengeschaltet sind, daß diese Auslenkungen auf dem Schirm in entgegengesetzten Richtungen erfolgen.

Ein gewobbelter örtlicher Oszillator OL erzeugt Schwingungen, deren Frequenz φ in Abhängigkeit von der Zeit linear in der Frequenz mit einer Wiederkehrperiode Γ moduliert wird, die derjenigen des Senders gleich ist. Die Anfangsfrequenz von φ im Zeitpunkt t = 0 wird gleich der Eingangsfrequenz <p₀ der Empfänger angenommen und ihr entsprechender Endwert am Ende des Zyklus (t = T) ist φ_ϋ — Af, wobei der Hub Af klein gegen ψ₀ gewählt wird.

Die Schwingungen mit der Frequenz φ werden einerseits in der MischstufeM₁ mit der Frequenz^ und andererseits in der Mischstufe M₂ mit der Frequenz .F₂ gemischt. Die von diesen Mischstufen ausgehenden Schwebungen F₁ +_ψ und F₂ +_ φ werden den Mischstufen M\ bzw. M\ zugeführt.

Die von der Empfangsantenne A_r empfangenen Signale, welche die von den Hindernissen reflektierten Wellen sind, werden ebenfalls den Mischstufen M\ und M'₂ zugeführt. Bezeichnet man mit E₁ und E₂ die Frequenzen eines bestimmten Echos, welche von den gesendeten Wellen F₁ bzw. F₂ herrühren, so ist ersichtlich, daß man am Ausgang der Mischstufe M\ die Schwebungen (F₁ ± ψ) ± E₁ bzw. (F₁ +_ φ) +_ E₂ und am Ausgang von M\ die Schwebungen (F₂ +_ φ) ± E₁ bzw. (F₂ ± φ) ± E₂ erhält.

Die Empfänger R₁ und R₂, welchen diese Schwebungsfolgen zugeführt werden, lassen nur diejenigen hindurch, deren Frequenz gleich oder angenähert dem Wert ^₀ ist, auf welchen die Empfänger abgestimmt wurden. Wie leicht gezeigt werden kann, ergibt nur (F₁ + ψ) zusammen mit E₁ die Frequenz <p₀

am Eingang des Empfängers R₁, ebenso wie nur die Frequenz (F₃ — φ) zusammen mit E₂ die Frequenz φ₀ am Eingang von R₂ ergeben wird.

Dieses Ergebnis folgt auch aus der graphischen Darstellung der Fig. z. In dieser Figur sind auf der X-Achse die Zeit t und auf der Y-Achse die Frequenzen aufgetragen. Die Trägerfrequenz und die beiden Seitenfrequenzen sind durch die Geraden F₉, F₁ und F₂ dargestellt. Die von der Empfangsantenne A_r

ίο empfangenen Frequenzen eines bestimmten, als unbeweglich angenommenen Echos werden durch die Geraden E₁ und E₂ wiedergegeben. Die Frequenz des örtlichen Oszillators ist durch die Gerade φ wiedergegeben, die im Zeitpunkt t — ο den Wert <p₀

und im Zeitpunkt t = T den Wert <p₀ — Af hat, wobei Δ f in der Darstellung aus Gründen der Deutlichkeit stark übertrieben wurde.

Wie ersichtlich, entsteht eine Schwebung mit der Frequenz <p₀ zwischen den Signalen F₁ -\- φ und E₁ in dem Zeitpunkt t_v da nur in diesem Zeitpunkt der Abstand zwischen den entsprechenden Geraden gleich <p₀ ist.

Ebenso wird eine Schwebung 9J₀ in dem gleichen Zeitpunkt durch Interferenz von E₂ und (.F₂ — φ)

as gebildet.

Die beiden den Empfängern R₁ bzw. R₂ zugeführten Schwebungen erzeugen am Ausgang dieser Empfänger zwei gleichzeitige Signale von gleicher Stärke. Diese Signale werden ihrerseits gegensinnig den senkrechten Platten der Kathodenstrahlröhre TR C zugeführt, deren waagerechte Platten eine Sägezahnspannung erhalten. Diese kann von derselben . Quelle DS geliefert werden, welche auch den örtlichen Oszillator OL und den Modulator MOD₁ steuert, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Unter diesen Umständen erscheint auf dem Schirm keine Spur, solange die beiden Signale sich gegenseitig aufheben, d. h. wenn es sich um Echos von festen Gegenständen handelt.

Das trifft jedoch nicht mehr zu, wenn die angepeilten Gegenstände beweglich sind. Infolge des Doppler-Effektes verschieben sich die Geraden E₁ und E₂ nach oben um eine Größe fa (scheinbare Frequenzzunahme), wenn das bewegliche Ziel sich dem Sender nähert, oder nach unten (scheinbare Frequenzabnahme), wenn sich das bewegliche Ziel entfernt.

Im Falle der Fig. 2, welche einer Frequenzzunahme entspricht, werden die Geraden E₁ und E₂ durch die Geraden E\ und E'₂ ersetzt. Die Schwebungen mit der Frequenz/Ό sind in den beiden Empfängern nicht mehr gleichzeitig. Sie entstehen bei dem ersten Empfänger in dem Zeitpunkt t\, welcher dem Zeitpunkt I₁ vorhergeht, und bei dem zweiten Empfänger in dem Zeitpunkt t"_v welcher auf den Zeitpunkt t_x folgt. Hierbei ist das Intervall V₁-V₁ eine Funktion des Doppler-Effektes f_d, der selbst wiederum der scheinbaren Geschwindigkeit des beweglichen Zieles in bezug auf den Sender proportional ist.

Auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre erhält man demnach für denselben beweglichen Gegenstand zwei durch einen Abstand getrennte Auslenkungen. Bei Verwendung von Empfängern, die ein schmales Durchlaßband haben, sind die beiden Auslenkungen sehr deutlich durch ein Intervall D, wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt, getrennt, wobei die wahre Lage des beweglichen Zieles sich in der Mitte dieses Intervalls befindet. Bei einem verhältnismäßig breiten Durchlaßband nehmen hingegen die Signale die Form nach Fig. 4 an und man wird dann für ihre Trennung einen Phasendiskriminator verwenden.

In allen Fällen werden die Echos der festen Gegenstände ausgesondert und es bleiben auf dem Schirm nur die Echos der beweglichen Ziele, wobei die scheinbare Geschwindigkeit dieser letzteren aus dem relativen Abstand der beiden erzeugten Spuren abgeleitet werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt und kann in zahlreichen Abwandlungen verwirklicht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Radargerät, bei welchem die Echos der festen Hindernisse ausgesondert und nur die beweglichen Ziele markiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Ultrahochfrequenz arbeitender Sender der Amplitudenmodulation durch eine frequenzmodulierte Welle und vor Abstrahlung seiner Schwingungen einer Trägerwellenunterdrückung unterworfen wird, derart, daß der Effekt zweier frequenzbenachbarter und frequenzmodulierter Einzelsender hervorgebracht wird, bei welchen, ausgehend von zwei verschiedenen Anfangsfrequenzen, während einer gemeinsamen Wiederkehrperiode die Frequenz des einen Senders zunimmt, während die Frequenz des anderen abnimmt, und daß zwei Empfänger vorgesehen sind, welche direkt die von dem einen oder anderen Einzelsender ausgesendeten Wellen aufnehmen und sie mit den Echos mischen, welche von den aufzufindenden Hindernissen empfangen werden, und daß die Ausgänge dieser Empfänger nach Umformung der Differenzfrequenzen in laufzeitabhängige Impulsanzeigen gegensinnig an ein Sichtanzeigegerät geführt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Sichtanzeige eine Kathodenstrahlröhre vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

ι 5375 8.53