-
Dopplerradarverfahren mit kontinuierlicher Ab strahlung Bei Dopplerradarverfahren
mit kontinuierlicher Abstrahlung ist durch Dopplerfilter in verhältnismäßig einfacher
Weise eine Trennung der zurückgestrahlten Frequenzen bewegter Objekte von denen
feststehender Objekte möglich. Der Nachteil besteht darin, daß mit diesen Verfahren
eine Entfernungsbestimmung nicht ohne weiteres möglich ist. Es ist zwar denkbar,
aus der Phasenverschiebung der Empfangsfrequenz gegenüber der Sendefrequenz die
Entfernung zu berechnen. Hierbei ergeben sich jedoch Vieldeutigkeiten insofern,
als nicht feststellbar ist, um wieviel ganze Umläufe (d. h. jeweils 3600) die ausgesandten
gegenüber den reflektierten Wellen verschoben sind.
-
Es ist bekannt, zwei in ihrer Frequenz nur wenig unterschiedliche
Wellen auszusenden, wodurch der Entfernungsbereich, in dem Vieldeutigkeiten auftreten
können, vergrößert werden kann. So ist z. B. bei Frequenzen, die um I °/o verschieden
sind, nach einer zurückgelegten Weglänge von etwa IOO A (A = Wellenlänge) erst wieder
Phasengleichheit vorhanden, d. h., die ohne Mehrdeutigkeiten erfaßbare Entfernung
liegt im Bereich zwischen o und 50 A. Da auch dieser mit zwei Frequenzen eindeutig
zu erfassende Entfernungsbereich vielfach nicht ausreicht, ist es bekannt, das vorstehend
beschriebene Ortungsverfahren noch dahingehend zu verbessern, daß insgesamt drei
Frequenzen ausgesandt werden, die in einem ganz bestimmten Verhältnis zueinander
stehen müssen. Dadurch läßt sich der erfaßbare Entfernungsbereich, da nunmehr zwei
Phasenmessungen möglich sind, weiter ausdehnen. Treten mehrere Ziele gleichzeitig
auf, so ist deren Unterscheidung nur dadurch möglich, daß die unterschiedlichen
DoppIerfrequenzen der einzelnen Ziele ausgewertet werden.
-
Die Erfindung, welche sich auf ein Dopplerradarverfahren mit kontinuierlicher
Abstrahlung mehre-
rer Sendefrequenzen und mit Entfernungsmessung
durch Phasenvergleich der Empfangsfrequenzen gegenüber den Sendefrequenzen bezieht,
besteht demgegenüber darin, daß senderseitig eine größer als die Anzahl der gleichzeitig
aufzulösenden Ziele gewählte Mehrzahl von einzelnen Sendefrequenzen gleichzeitig
abgestrahlt wird, deren Frequenzabstände verschieden und so gewählt sind, daß die
Entfernungsbestimmung eindeutig ist, daß empfangsseitig eine der Zahl der Sendefrequenzen
entsprechende Anzahl von Kanälen verwendet wird, daß in diesen Kanälen die aufgenommenen
reflektierten dopplerverschobenen Frequenzen aller Sendefrequenzen mit Hilfe von
Dopplerfiltern, gegebenenfalls gesondert für an- und abfliegende Ziele, von den
an Festzeichen reflektierten Frequenzen getrennt werden, daß alle abgetrennten dopplerverschobenen
Frequenzen durch Uberlagerung mit einer oder mehreren der dopplerverschobenen Empfangsfrequenzen
in eine niedrigere Frequenzlage umgesetzt werden, derart, daß in jedem Kanal eine
Summenschwingung auftritt, die aus den Echoschwingungen sämtlicher Ziele zusammengesetzt
ist, daß in jedem Kanal nach Aussiebung der umgesetzten Frequenzen unter Sperrung
der übrigen Mischprodukte in Schmalbandfiltern in einem nachgeschalteten Meßwertumformer
die Augenblicksamplitude der Summenschwingung und der Phasenwinkel gegenüber der
entsprechend umgsetzten Sendefrequenz festgestellt wird und daß in einem nachfolgenden
Rechner die einzelnen Komponenten der Summenschwingung ermittelt und aus den Amplituden-
und Phasenwerten aller Kanäle selbsttätig und fortlaufend die Zielentfernung der
bewegten Ziele errechnet und die errechneten Daten angezeigt werden.
-
Die Erfindung und weitere Einzelheiten sind an Hand von Zeichnungen
näher erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignete Radaranordnung im Blockschaltbild, Fig. 2 das zugehörige Sendefrequenzspektrum
und Fig. 3 die Lage der Durchlaßkurven der verwendeten Dopplerfilter in bezug auf
die Frequenzachse in dem benutzten Frequenzbereich.
-
Der Radarsender besteht aus einer Sendeantenne SA und einem Senderverstärker
SV, der durch eine Mehrzahl von Oszillatoren O0, O1 . . . On ausgesteuert wird,
die die in unterschiedlichem Frequenzabstand angeordneten Sendefrequenzen fo, ....
fn erzeugen. Die Lage der einzelnen Sendefrequenzen bzw. Spektrallinien auf der
Frequenzachse zeigt das in Fig. 2 dargestellte Sendespektrum. Die Zahl der auf diese
Weise ausgestrahlten einzelnen Sendefrequenzen bzw. Spektrallinien muß wenigstens
um eins größer sein als die Anzahl der gleichzeitig aufzulösenden Zielobjekte, unter
der Voraussetzung, daß der größte Frequenzabstand zweier benachbarter Frequenzen
noch eine eindeutige Entfernungsbestimmung zuläßt. Auf der Empfangsseite werden
die Echofrequenzen von der Empfangsantenne EA aufgenommen und in einem Empfangsmischer
EM durch einen Überlagerungsoszillator ü in die Zwischenfrequenzlage umgesetzt und
im Zwischenfrequenzverstärker ZF verstärkt. Anschließend werden die dopplerverschobenen
Frequenzen aller Sendefrequenzen mit Hilfe von Dopplerfiltern von den an Festzielen
reflektierten Frequenzen getrennt. Zweckmäßig werden getrennte Doppierfilter für
an- und abfliegende Zielobjekte verwendet.
-
Die Dopplerfilter für anfliegende Zielobjekte sind mit D0, D1. ..
D,, bezeichnet, und die entsprechenden Filter für abfliegende Ziele mit DAo, DA1...
DA,. In Fig. 3 ist die Lage der Dopplerfilter in bezug auf drei benachbarte Sendefrequenzen
fn-2, fn-1, fn gezeigt. Hieraus ist der zu wählende Frequenzabstand ersichtlich,
denn zwischen zwei benachbarten Frequenzen sind jeweils das Filter für abfliegende
und anfliegende Ziele unterzubringen. Dabei wird der gegenseitige Abstand der einzelnen
Frequenzen so gewählt, daß eine eindeutige Entfernungsmessung möglich ist. Mit Z
sind die von den Dopplerfiltern unterdrückten Bereiche der Festziele und der langsam
bewegten Ziele bezeichnet. Die einzelnen in den Filtern ausgesiebten dopplerverschobenen
Frequenzen fo', f1' ... fn' werden durch Uberlagerung mit einer der dopplerverschobenen
Frequenzen, zweckmäßig mit der Frequenz tot, in eine niedrigere Frequenzlage umgesetzt,
indem sie mit der Frequenz to' in Mischern M1... Mn gemischt werden. Die gleiche
Maßnahme wird in getrennten Mischern MA1...
-
MA,, auf der Seite der für die abfliegenden Ziele vorgesehenen Dopplerfilter
angewendet. Die gebildeten Mischfrequenzen fi~fo' zu zu zu fn~fol für an-und abfliegende
Ziele vom Ausgang der Mischer .... . M, bzw. MA1... MA,, werden sodann bei .1...
a, wieder zusammengeführt und in Schmalbandfiltern F1... Fn ausgesiebt. In den Schmalbandfiltern
werden unerwünschte Mischprodukte unterdrückt, und außerdem kann durch diese Filter
der Rauschabstand verbessert werden. Die Bandmitten der schmalbandigen Filter liegen
jeweils bei f1-f0... fn-f0, und die Bandbreite soll so groß sein, daß die durch
die Antennenrotation auftre tende Modulation der Echosignale noch übertragen wird.
Auf der Sendeseite werden die Frequenzen f1... fn in den Mischern MS1... MSn in
entsprechender Weise mit der Frequenz to heruntergemischt, und die entstehenden
Frequenzen J1JO'. zu * zu fntfo werden in Meßwertumformern ..... . MU,, mit den
am Ausgang der Schmalbandfilter auftretenden entsprechenden Empfangsfrequenzen zusammengeführt.
Hierbei werden der Amplitudenunterschied und die Phasenverschiebung der Empfangsfrequenzen
gegenüber den entsprechenden Sendefrequenzen bestimmt, und für jede Sendefrequenz
ergibt sich am Ausgang des zugehörigen Meßwertumformers ein Amplitudenwert A1...
An sowie ein Phasenwert #1...#n. Diese Werte werden nach Umkodierung in einer Schaltung
KS bzw. Umformung für Zwecke der Rechnereingabe auf den Rechner R gegeben, der selbsttätig
und fortlaufend die Zieldaten wie Entfernung,
Richtung usw. der
bewegten Zielobjekte errechnet.
-
Die an der Datenausgabe des Rechners auftretenden Rechenwerte werden
sodann gegebenenfalls nach erforderlicher Umformung auf ein Anzeigegerät Si gegeben,
in dem sie fortlaufend angezeigt werden können.
-
Die Umsetzung der dopplerverschobenen Empfangsfrequenzen kann auch
auf andere Art erfolgen, denn es ist nicht zwingend notwendig, alle Frequenzen mit
der gleichen dopplerverschobenen Frequenz umzusetzen. Es können z. B. die jeweils
benachbarten Frequenzen miteinander gemischt werden. Die Schmalbandfilter liegen
dann bei den Frequenzen fmt(m und und die Phasen- und Amplitudenmessung erfolgt
durch Vergleich mit den entsprechend umgesetzten Sendefrequenzen.
-
Die angegebene Forderung, den Frequenzabstand benachbarter Linien
so zu wählen, daß die Entfernungsbestimmung eindeutig ist, braucht nicht unbedingt
in der Weise erfüllt zu werden, daß der maximale Frequenzabstand entsprechend klein
ist, nämlich dann nicht, wenn mehr als n 1 Frequenzen ausgesandt werden, wobei n
die Anzahl der Ziele ist. Es ist vielmehr auch möglich, den Frequenzabstand zu vergrößern.
In diesem Falle wird also die genannte Forderung dadurch erfüllt, daß eine zusätzliche
Zahl von Frequenzen ausgesendet wird, die wiederum eine eindeutige Entfernungsbestimmung
ermöglicht. Die geringste Anzahl der Sendefrequenzen ist jedenfalls um eins größer
als die Anzahl der Ziele, d. h., es werden in diesem Falle n+ 1 Frequenzen ausgesandt,
wenn n die Anzahl der Ziele ist.