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Anordnung zur Feststellung und Ortung von Zielen, die mit einem Störsender
ausgestattet sind
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Feststellung
und Ortung von Zielen, die mit einem Störsender ausgestattet sind, mit einem passiven
Empfangssystem, das unter Angabe der Winkelkoordinaten das Vorhandensein eines solchen
Ziels einem aktiven Radargerät mitteilt, das eine Radarortung des Ziels durchführt.
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Aktive Radargeräte arbeiten mit Aussendung von Höchstfrequenzsignalen
sehr großer Leistung und Empfang der Echosignale nach Reflexion an einem Ziel. Es
ist offensichtlich, daß von einer Feststellung des Ziels nur dann gesprochen werden
kann, wenn die von dem Ziel reflektierten Echosignale eine verhältnismäßig große
Energie enthalten. Es gibt also eine Energieschwelle, unter der keine Feststellung
des Ziels mehr besteht. Oberhalb dieser Schwelle kann das Ziel festgestellt werden,
aber die Güte dieser Feststellung hängt von dem Verhältnis zwischen der empfangenen
Energie und dem Wert der Schwelle ab. Nach der Feststellung erfolgt die Ortung des
Ziels durch die Winkelmessung der Achse der Keule, in welcher die festgestellten
Signale ausgesendet und empfangen worden sind, und durch die Messung der Zeit, welche
die Signale für den Hinweg und den Rückweg zwischen dem Radargerät und dem Ziel
benötigten. Die so durchgeführte Ortung eines Ziels kann mit sehr großer Genauigkeit
erfolgen.
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Die Feststellungsschwelle hängt jedoch von mehreren Parametern ab,
wozu insbesondere der von der Antenne aufgenommene Höchstfrequenz-Störpegel gehört.
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Deshalb kann ein Ziel, das der Feststellung durch ein Radargerät
entgehen will, ein Störsignal aussenden, das im gleichen Frequenzband wie das Radarsignal
selbst liegt, wodurch der Radarempfänger gesättigt, d. h. unwirksam gemacht wird.
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Dieser stellt das Vorhandensein eines Ziels oder genauer, gemäß der
herkömmlichen Terminologie, eines Störsenders in einer gegebenen Richtung fest,
kann aber die Entfernung nicht messen. Ferner kann das gesättigte Radargerät in
einem verhältnismäßig großen Raumwinkel rings um diese Richtung nicht einmal mehr
das Vorhandensein weiterer Ziele feststellen, unabhängig davon, ob diese selbst
Störsignale aussenden oder nicht.
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Es sind bereits verschiedene Systeme vorgeschlagen worden, mit denen
die nachteiligen Auswirkungen eines selbst Störsignale aussendenden Ziels gemindert
werden.
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Ein erstes System besteht darin, daß die vom Radargerät ausgesendete
Leistung vergrößert wird, damit der Störsender gezwungen wird, seinerseits ein stärkeres
Signal auszusenden. Bei einem zweiten System wird die Richtwirkung der Antennen
vergrößert und dann das Sendefrequenzband des Radargeräts verbreitert, um den Störsender
zu zwingen, seine Leistung über dieses - verbreiterte Frequenzband zu verteilen.
In energetischer Hinsicht haben jedoch die Störsender gegenüber dem Radargerät den
Vorteil, ~ daß ihr Signal nur den Weg vom Ziel zum Radargerät zurücklegen muß, während
das Radarsignal den Hinweg und den Rückweg durchlaufen muß und außerdem bei der
Reflexion beträchtlich geschwächt wird.
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Bei weiteren Radargeräten wird es durch Anwendung der modernsten
Auswertungsverfahren ermöglicht, selbst Ziele, die mit Störsendern sehr großer Leistung
ausgestattet sind, mit einer guten Wahrscheinlichkeit feststellen und orten zu können.
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Diese Radargeräte erfordern jedoch eine verhältnismäßig große Beobachtungszeit
der Ziele Wenn jedoch ein Anflug, der eine große Zahl von Störsendern enthält, in
einer begrenzten Zeit analysiert werden soll, stellt man fest, daß die Radargeräte
schnell an der Grenze ihrer Ortungsmöglichkeit ankommen, wenn sie der Flugbahn der
Ziele folgen sollen. Wenn solche Radargeräte eine Raumabtastung durchführen sollen,
ist es gleichfalls sehr schwierig, eine ausreichend lange Beobachtungszeit in der
Richtung jedes Störsenders zur Verfügung zu stellen.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Winkellage eines störenden
Ziels mit drei Richtantennen festzustellen, von denen jede einem passiven Störsignalempfänger
zugeordnet ist. Durch Triangulation kann man dann ein Ziel mit einer verhältnismäßig
großen Genauigkeit orten, insbesondere nach der Entfernung. Dieses System weist
jedoch insbesondere zwei Nachteile auf: Zunächst kann es nur störende Ziele überwachen
und daher nichtstörende Ziele nicht festhalten, die dadurch stark geschützt sind.
Wenn ferner die störenden Ziele sehr zahlreich und verhältnismäßig gedrängt sind,
liefern die verschiedenen passiven Empfangsstellen Informationen, die nur sehr schwierig
einander zuzuordnen sind, und zwar insbesondere deshalb, weil die Störsender in
den Richtungen der verschiedenen Empfangsstellen völlig verschiedene Signale aussenden
können, so daß es nicht mehr möglich ist, die durch die verschiedenen Stationen
empfangenen Signale des gleichen Ziels einander zuzuordnen.
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Die Wirksamkeit dieses Systems, die bei einigen störenden Zielen gut
ist, wird bei einer größeren Zahl von Zielen sehr schnell schlechter, d. h., insbesondere
dann, wenn man es mit einem sehr dichten Anflug zu tun hat.
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Es ist andrerseits bekannt, bei einem Höhenradargerät die Radarempfangsantenne
so auszubilden, daß sie die reflektierten Echosignale in einer Vielzahl von Empfangsbündeln
mit unterschiedlichen Höhenwinkeln empfängt. Dadurch ist die Messung des Höhenwinkels
ohne mechanische oder elektrische Abtastbewegung der Antenne möglich.
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Dadurch wird jedoch die Ortung von Störsenderzielen nicht erleichtert.
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Schließlich ist es bei Feuerleitgeräten für Flakgeschütze auf Schiffen
bekannt, zwei Radargeräte vorzusehen, von denen das eine ein Suchradargerät ist,
das die Bewegungen des Schiffes mitmacht, während das andere ein Feuerleitgerät
ist, das in gleicher Weise wie die Flakgeschütze gegenüber den Schiffsbewegungen
stabilisiert ist. Die beiden Radargeräte sind miteinander über ein System verbunden,
das den durch die Schiffsbewegungen verursachten Koordinatenfehler ausgleicht. Auch
diese Maßnahme trägt nicht dazu bei, die Ortung von Störsenderzielen zu verbessern.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der eingangs
angegebenen Art, welche mit geringem Aufwand die Feststellung und Ortung von Störsenderzielen
wesentlich erleichtert.
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Nach der Erfindung wird dies erreicht durch eine logische Schaltung,
welche die in dem Empfänger des passiven Empfangssystems festgestellte Information
über das Vorhandensein eines Störsenderziels zu Steuersignalen verarbeitet, welche
den Betrieb des aktiven Radargeräts so steuern, daß die Radarortung bevorzugt oder
ausschließlich in der Richtung des Störsenderziels durchgeführt wird und welche
zugleich die Auswertung der empfangenen Signale in'dem Empfänger des aktiven Radargeräts
entsprechend der in der Richtung des Störsenderziels verfügbaren Beobachtungszeit
derart ändern, daß eine Radarortung des Störsenderziels ermöglicht wird.
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Bei der Anordnung nach der Erfindung wird das aktive Radargerät in
Abhängigkeit von der durch das passive Empfangssystem festgestellten Richtung des
Störsenderziels so gesteuert, daß die Beobachtungszeit in der Richtung des Störsenderziels,
wesentlich verlängert wird. Wenn das aktive Radargerät keine Raumabtastung durchführt,
kann es zu diesem Zweck dauernd in die Richtung des Stör-
senderziels
eingestellt werden; führt es dagegen eine Raumabtastung durch, so kann das Abtastprogramm
so verändert werden, daß die Beobachtungszeit in der Richtung des Störsenderziels
wesentlich länger als in anderen Richtungen ist. Zugleich wird der Empfänger des
aktiven Radargeräts so beeinflußt, daß durch Anwendung entsprechender Auswertungsverfahren
die verfügbare längere Beobachtungszeit zur Radarortung des Störsenderziels ausgenutzt
wird, ohne daß hierzu die Sendeleistung erhöht werden muß.
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Die Erfindung ergibt mit geringerem Aufwand eine erhebliche Verbesserung
der Feststellung und Ortung von Störsenderzielen auf Grund einer verlängerten Beobachtungszeit
in der Richtung dieser Ziele. Sie läßt sich leicht an verschiedenartige Radargeräte
und Betriebsbedingungen anpassen.
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Ein besonders geringer Aufwand wird durch eine vorteilhafte Weiterbildung
der Erfindung erreicht, die darin besteht, daß die Antenne des passiven Empfangsgeräts
aus mehreren Hornstrahlern gebildet ist, deren Empfangskeulen sich dem Höhenwinkel
nach aneinanderschließen, daß eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, welche den
Sende-Empfangs-Kanal des aktiven Radargeråts wahlweise mit jeweils einem der Hornstrahler
verbindet, und daß die Umschaltvorrichtung von der logischen Schaltung so gesteuert
wird, daß der Sende-Empfangs-Kanal des aktiven Radargeräts jeweils mit dem Hornstrahler
verbunden wird, dessen Empfangskeule dem Höhenwinkel des vom passiven Empfangs system
festgestellten Störsenderziels entspricht.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert.
Darin zeigt Fig. 1 ein Schema der Erforschung eines bestimmten Raumwinkels mit dem
bei der Erfindung verwendeten passiven Empfangs system, Fig. 2 ein Blockschaltbild
der erfindungsgemäßen Anordnung und Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Erforschung
einer Raumzone mit der Anordnung von Fig. 2.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist eine Antenne A angenommen,
die in dem Sendefrequenzband eines aktiven Radargeräts mehrere sich dem Höhenwinkel
nach aneinanderschließende feine Keulen aufweist, welche der Radarkeule vergleichbar
oder sogar gleich sind. Jeder dieser Keulen ist ein passiver Empfänger zugeordnet,
der festzustellen vermag ob in der zugehörigen Keule eine Sendung in dem vom Radargerät
erfaßten Frequenzband stattfindet. Durch Abtastung des Raumwinkels Q stellt das
passive Empfangssystem dann das Vorhandensein der Störsender fest, und kann ihre
Winkelkoordinaten mit ausreichender Winkelgenauigkeit messen und anschließend dem
Radargerät mitteilen. Nach Kenntnis der Winkellage der verschiedenen Störsender
kann das aktive Radargerät beispielsweise so gesteuert werden, daß es Beobachtungen
nur in den so definierten Richtungen unter Ausschluß aller übrigen Richtungen durchführt
oder daß es diesen Richtungen eine größere Beobachtungszeit als gewöhnlich zuteilt,
so daß man diese Richtungen als bevorzugt bezeichnen kann.
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Im zweiten Fall kann der Rest der Zeit offensichtlich dazu verwendet
werden, im übrigen Teil des betreffenden Raumwinkels Q eine Suche nach Zielen durchzuführen,
die keine Störsignale aussenden und in herkömmlicher Weise festgestellt werden.
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Ganz allgemein ist das aktive Radargerät so ausgeführt, daß es seinen
normalen Betrieb in Abhängigkeit von den Informationen ändert, die ihm von dem passiven
Empfangs system zugeführt werden. Da der Störsender im allgemeinen in dem Augenblick
zu senden sucht, in welchem die Radarsendung zu ihm gerichtet ist, werden vorzugsweise
die Radarkeule und die passiven Empfangskeulen so zur Deckung gebracht, daß die
Radarkeule genau in der Empfangskeule des passiven Empfangssystems liegt, in der
der Störsender festgestellt worden ist. Diese Maßnahme führt dazu, daß die gleiche
Antennenanordnung für das aktive Radargerät und das passive Empfangs system verwendet
wird.
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Zu diesem Zweck sind (Fig. 2) Hornstrahler 10 vorgesehen, welche
die in Fig. 1 dargestellten n Empfangskeulen erzeugen, und jeweils einer dieser
Hornstrahler wird zugleich als Antenne des aktiven Radargeräts verwendet.
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Die Radarantenne ist also so ausgeführt, daß ihre Sendung in einer
sehr feinen kegeligen Keule kontentriert ist, deren Achse in einem gegebenen Seitenwinkel
eine bestimmte endliche Zahl von diskreten Höhenwinkellagen 1 bis n einnehmen kann.
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Diese diskreten Höhenwinkel schließen sich aneinander an, und ihre
Achsen liegen dem Höhenwinkel nach in Winkelabständen, die etwa gleich dem Öffnungswinkel
der Keule sind. Die Zahl n dieser möglichen Höhenwinkellagen kann bei einer praktischen
Ausführung in der Größenordnung von zehn liegen, aber auch wesentlich größer sein.
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Die Radarsendung und der Radarempfang -erfolgen jedesmal mit einer
einzigen Keule, die aus den n verfügbaren Keulen ausgewählt ist. Der Übergang von
einer Keule zu einer anderen erfolgt durch- praktisch augenblickliche Umschaltung
des Sende-Empfangs-Kanals von einem Hornstrahler auf den benachbarten Hornstrahler
mit Hilfe eines Umschalters 16, 17, welcher den Empfänger 14 und den Sender 15 des
aktiven Radargeräts jeweils mit einem der Hornstrahler 10 verbindet. Die Seitenwinkelabtastung
erfolgt durch eine langsame, gleichmäßige Bewegung der Antennenanordnung und somit
der n Keulen um die vertikale Achse AX. Unter der Annahme, daß das Radargerät normalerweise
(d. h. solange keine Beeinflussung durch das passive Empfangssystem erfolgt) eine
Winkelzone beobachteten soll, welche zwischen den Seitenwinkeln GO und G1 und zwischen
den Höhenwinkeln SO und S1 liegt, dreht sich die Antenne A um sich selbst in der
Weise, daß der Seitenwinkel G 1-GO in der zugeteilten Zeit 1 durchlaufen wird. In
der Höhenwinkelebene wird der mittlere Höhenwinkel der Antenne so eingestellt, daß
er mit dem mittleren
Höhenwinkel der zu beobachtenden Zone, d. h.
sl + so zusammenfällt. Das aktive Radargerät 2 tastet die Höhenwinkelzone dadurch
ab, daß es von unten her nacheinander von einer Keule zur nächsten übergeht, so
daß der ganze Höhenwinkel 51-SO während der Zeit abgetastet wird, in welcher die
Keule in einem der Breite der Keule entsprechenden elementaren Seitenwinkel bleibt.
Diese Art der Raumabtastung ist symbolisch in Fig. 3 dargestellt, wo die Höhenwinkel
5 auf der Ordinate und die Seitenwinkel G sowie die Zeit-t auf der Abszisse aufgetragen
sind. Die abgetastete Zone Z erstreckt sich zwischen den Höhenwinkeln SO und S1
und den Seitenwinkeln GO und G 1 um eine Mittelachse AM mit dem Höhenwinkel 1 +2
. Die verschiedenen durch die Kreise 1 bis X symbolisch dargestellten Keulen werden
gleichförmig dem Seitenwinkel nach in Richtung des Pfeiles F 1 verschoben, während
die Abtastung dem Höhenwinkel nach in einer durch die Kurve C symbolisch dargestellten
absatzweisen Bewegung erfolgt.
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Bei der Anordnung von Fig. 2 sind die fs Hornstrahler 10 mit n passiven
Empfängern 11 über n Richtkoppler gekoppelt, welche einen Teil der von den n Hornstrahlern
10 empfangenen Energie abnehmen. Dies hat zur Folge, daß die passive Empfangsanordnung
in dem ganzen beobachteten Seitenwinkelausschnitt den Pegel des in jeder Richtung
empfangenen Störsignals mißt. Wenn in einer oder in zwei Keulen das Störsignal den
mittleren Störpegel übersteigt, stellt die an die Empfänger 11 angeschlossene Auswertschaltung
12 fest, daß ein Störsender in dieser bzw. in diesen Keulen vorhanden ist, und er
zeigt dieses Vorhandensein unmittelbar einer logischen Schaltung 13 an. Diese logische
Schaltung 13 steuert den Umschalter 16, 17 so, daß der Sende-Empfangs-Kanal des
aktiven Radargeräts dauernd oder bevorzugt mit demjenigen Hornstrahler 10 verbunden
wird, in dessen Empfangskeule der Störsender liegt. Gleichzeitig wirkt die logische
Schaltung auf den Radarempfänger 14 so ein, daß die Auswertung der Empfangssignale
entsprechend der verlängerten Beobachtungszeit verändert wird. Sie kann ferner auf
den Radarsender 15 einwirken, falls auch dessen Betrieb an die bevorzugte Ortung
des Störsenders angepaßt werden soll. Es ist zu bemerken, daß die beim passiven
Empfang zur Feststellung des Vorhandenseins eines Störsenders erforderliche Zeit
sehr klein gegen die Zeit ist, welche zur Radarortung des den Störsender tragenden
Ziels durch das aktive Radargerät erforderlich ist.
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Die passiven Empfänger werden durch die Radarsendung des Senders
15 nicht gestört, und sie setzen ihren Empfang dauernd fort. Durch Vergleich der
auf zwei benachbarten Kanälen empfangenen Energie ist es in dem passiven Empfangssystem
möglich, den Höhenwinkel eines Ziels genau festzustellen, während die Messung der
Empfangszeit eine genaue Abschätzung des wahrscheinlichen Seitenwinkels des georteten
Ziels ergibt. Die einzige Messung, die das aktive Radargerät durchführen muß, ist
dann die Bestimmung der Entfernung des Ziels. Diese Entfernungsmessung ist auch
bei starken Störsendern mit entsprechenden Auswerteverfahren auf Grund der verfügbaren
langen Beobachtungszeit möglich.
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Die beschriebene Anordnung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Infolge
der Anwendung einer doppelten Ortung, nämlich einer passiven und dann einer aktiven
Ortung, hat das Störsenderziel wenig Aussicht, einer Ortung zu entgehen. Ferner
kann die Zeit der Beobachtung eines störenden Ziels durch das aktive Radargerät
beträchtlich vergrößert werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Feststellung
und Ortung des Ziels wesentlich erhöht wird. Man erhält ferner eine genauere Messung
der Winkelrichtung des Ziels durch das passive Empfangssystem mit einer Winkelgenauigkeit
in der - Größenordnung, die entweder kleiner als ein Viertel oder gleich einem Zehntel
des Öffnungswinkels der Radarkeule ist. Ferner besteht die Möglichkeit, die Falschsignalzahl
des Radargeräts konstant zu halten, weil das passive Empfangssystem die Ortung des
Ziels vor dem aktiven Radargerät durchführt. Die Richtungsortung eines Ziels ist
auch dann möglich, wenn das Radargerät keine Entfernungsmessung durchführen kann.
Schließlich besteht die Möglichkeit, daß das passive Empfangssystem das Vorhandensein
von Störsendern auch außerhalb der Grenzen der vom aktiven Radargerät abgetasteten
Raumzone entdeckt.
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PATENTANSPRtJCHE: 1. Anordnung zur Feststellung und Ortung von Zielen,
die mit einem Störsender ausgestattet sind, mit einem passiven Empfangssystem, das
unter Angabe der Winkelkoordinaten das Vorhandensein eines solchen Ziels einem aktiven
Radargerät mitteilt, das eine Radarortung des Ziels durchführt, gekennzeichnet durch
eine logische Schaltung (13), welche die in dem Empfänger (12) des passiven Empfangssystems
festgestellte Information über das Vorhandensein eines Störsenderziels zu Steuersignalen
verarbeitet, welche den Betrieb des aktiven Radargeräts so steuern, daß die Radarortung
bevorzugt oder ausschließlich in der Richtung des Störsenderziels durchgeführt wird,
und welche zugleich die Auswertung der empfan-- genen Signale in dem Empfänger (14)
des aktiven Radargeräts entsprechend der in der Richtung des Störsenderziels verfügbaren
Beobachtungszeit derart ändern, daß eine Radarortung des Störsenderziels ermöglicht
wird.