DE977820C

DE977820C - Verfahren zur Bestimmung der Zielentfernung, Fluggeschwindigkeit und Flugrichtung von Flugzielen mittels eines Dopplerfrequenz-Radargeraetes

Info

Publication number: DE977820C
Application number: DES67490A
Authority: DE
Inventors: Giswalt Von Dipl-Phys Trentini
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-03-10
Filing date: 1960-03-10
Publication date: 1971-01-21

Description

Verfahren zur Bestimmung der Zielentfernung, Fluggeschwindigkeit und Flugrichtung von Flugzielen mittels eines Dopplerfrequenz-Radargerätes Die bekannten Radargeräte mit kontinuierlicher Abstrahlung (CW-Radargeräte) sind nicht zur Entfernungsmessung geeignet. Dafür gestatten sie mit einfachen Mitteln eine Unterscheidung zwischen bewegten und festen Zielen sowie eine Beschränkung der Anzeige auf bewegte Ziele. Durch Dopplerfrequenzmessung kann ferner mit diesen Geräten die Radialgeschwindigkeit des Zieles ermittelt werden.
Die bisherige Auffassung ging im allgemeinen dahin, daß eine Entfernungsmessung, z. B. nur durch Einfuhrung einer Impulstastung und Messung der Impulslaufzeit möglich ist, oder durch eine periodische Frequenzmodulation des Senders und Messung der durch die Laufzeit bedingten Frequenzverschiebung der Empfangsfrequenz gegenüber der Sendefrequenz. Dies erfordert mit einer guten Festzeichenunterdrückung einen erhöhten Geräteaufwand, der bei bestimmten Anwendungen, beispielsweise bei der Uberwachung eines größeren Gebietes mit Hilfe einer'Vielzahl von Radargeräten, nicht vertretbar ist.
Es ist zwar bereits bekannt, allein mit Hilfe von Dopplerfrequenzmessungen in Radargeräten mit kontinuierlicher Abstrahlung durch Auswertung in Rechenvorrichtungen den Zielstandort, die Entfernung, Fluggeschwindigkeit und Flugrichtung bewegter Objekte zu bestimmen. Dabei waren bisher jedoch stets mehrere gleichzeitige Dopplerfrequenzmessungen an mehreren festen Empfangspunkten erforderlich.
Durch die Erfindung wird ein vereinfachtes Verfahren zur Bestimmung der Zielentfernung, Fluggeschwindigkeit und Flugrichtung von etwa gleichförmig und geradlinig bewegten Flugzielen ange- geben, bei dem ein einziges Dopplerfrequenz-Radargerät mit kontinuierlicher Abstrahlung angewendet wird, weisches seblst keine Entfernungsinformation liefert und damit keine Impuls- oder FRequenzmodulation erfordert, jedoch aus der Dopplerfrequenzmessung die Radargeschwindigkeit zu ermitteln gestattet. Die Erfindung besteht darin, daß ein einziges Dopplerfrequenz-Radargerät mit kontinuierlicher Abstrahlung an festem Standort verwendet wird, welches durch einen kontinuierlich umlaufenden Richtstrahl eine Rundsuchbewegung ausführt, daß durch Dopplerfrequenzmessung in einem ersten Zeitpunkt unter einer ersten Strahlrichtung die Radialgeschwindigkeitskomponente und nach einer Zeit in einem zweiten Zeitpunkt durch erneute Dopplerfrequenzmessung die Radialgeschwindigkeitskomponente unter einer zweiten Strahlrichtung bestimmt wird, daß aus den gemesenen beiden Radialgeschwindigkeitskomponenten und zugehörigen Strahlrichtung durch Vektorbildung die Flugrichtung und die Fluggeschwindigkeit festgestellt und die Flugweglange zwisclien den beiden Meuszeiten errechnet und aus Flugseglänge, Flugrichtung und den Strahlrichtungen in den Meßzeiten durch Vektorbildung die Entfernungen unter diesen Richtungen bestimmt werden.
Es werden also mehrere aufeinanderfolgende Dopplerfrequenzmessungen an einem und demselben Empfangspunkt unter Miteinbeziehung der jeweiligen Empfangszeit und Empfangsrichtung durchgefiihrt. Hierdurch wird gegenüber den obenerwähnten bekannten Dopplerfrequenzmeßverfahren mit mehrercn Empfangspunkten der Vorteil einer Verringerung der Empfangspunlcte erreicht.
Die Erfindung ist an Hand von Zeichnungen näher erläutert.
Fig. i zeigt ein Geschwindigkeitsdiagramm und Fig. 2 das zugehörige Ortungsdiagramm in der Horizontalebene, und zwar sind in diesen Diagrammen zwei Peilungen eines geradlinig bewegten Zieles dargestellt ; Fig. 3 und 4 zeigen verschiedene Diagramme in der Vertikalebene.
Das Dopplerfrequenz-CW-Radargerat R führt durch einen kontinuierlich umlaufenden Richtstrahl eine Rundsuchbewegung aus. Es sind vorzugsweise für den CW-Sender und den zugehörigen Dopplerempfänger zweiParabolantennenauf einem Drehgestell angeordnet. Ihre um die vertikale Achse rotierenden Strahlungsfächer sind in der horizontalen Ebene zur Azimutangabe und zur Zieltrennung schart gebündelt. Es kommt z. B. eine Halbwerstbretie von 1 bis 2° Betracht. Die Antennen erzeugen in der Vertikal ebene vorteilhaft Diagramme von cosec2-Form, die eine gewisse Höhenbegrenzung bewirken.
Durch Dopplerfrequenzmessung wird in einem ersten Zeitpunkt t1 unter einer ersten Strahlrichtung (PI die Radiagleschwindigkeitskomponente Vr1 ermittelt. Nach einer kurzen Zeit # t, nach einem oder mehreren Strahlumläufen, wird das Ziel in einem zweiten Zeitpunkt t2 in einer zweiten Position geortet, wobei unter der zweiten Strahlrichtung (-b, durch erneute Dopplerfrequenzumessung die Radialgeschwindigkeitskomoponete lr2 bestimmt wird. Eine Annäherung des Zieles wird durch l'r2 < l'r1, eine Entfenung durch l'r2 > l'r1 angezeigt. Aus den gemessenen beiden Radialgeschwindigkeiten wird sodann durch Vektorbildung in dem in Fig. i gezeigten Vektordiagramm die Fluggeschwindigkeit v und die zugehörige ; Flugrichtung ermittelt. Die Fluggeschwindikeit wird dabei als konstant und die Flugrichtung als gerade vorausgesetzt. Da die Zeitdifferenz #t = t2 - t1 der beiden Ortungen bekannt ist, kann die Länge des zurückgelegetn Weges #s = v ##t bestimmt werden. Die Flugweglänge #s wird unter der ermittelten Flugrichtung in das Ortungsdiagramm in Fig. 2 eingefügt, so daß man unter der Richtung #1 die Zielopision Z1 und in der um den Winkel # erschobenen Richtung #2 die Zeilposition Z2 erhält. die Strecken zwischen R und Z1 bzw. Z2 ergeben die Zielentfernungen, Mit wachsender Zahl der Antennenumläufe und Ortungen kann der Kurs genauer bestimmt werden. Eine Trennung von mehreren Zielen, welche sich in derselben Strahlrichtung befinden, ist allerdings nicht möglich, und ergibt eine fehlerhafte Anzeige. Dagegen ist eine gleichzeitige Auswertung für mehrere Ziele möglich, welche in verschiedenen Richtungen geortet werden. Dabei erfolgt die Zuordnung aufeinanderfolgender Echos durch die sich nur langsam ändernden Dopplerfrequenzen.
Eine zusätzliche Höhenmessung ist bei diesem Verfahren in üblicher Weise möglich, wenn gemäß Fig. 3 zwei getrennte Empfangssysteme mit überlappenden Verrtkaldiagrammen E1 und verwendet werden, wobei der Sender mit einem Abstrahldiagramm D arbeitet. Durch Amplitudenvergleich der Empfangsampltuden A1 und A2 der beiden Empfangsdiagramme kann in einem gewissen Bereich der Erhebungswinkel o. bestimmt werden. Aus dem Erhebungswinkel und der Entfernung ergibt sich bekanntlich die Zielhöhe.
Die Erhebungswinlsel-I) zw. Höhenmessung kann erforderlichenfalls mit zur Entfernungsbestimmung herangezogen werden. Dies ist insbesondere im Fall der radialen Bewegung des Flugzieles von N-orteil, wenn die an Hand von Fig. i und 2 erläuterte Ortung in zwei verschiedenen Richtungen nicht anwendbar ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird bei radialer Bewegung des Zieles in zwei Zeiten der Erhebungswnkel bestimmt. Sodann wird aus den veränderten Erhebungswinkeln bei mehreren Strahlumläufen zusammen mit der Messung der Radialgeschwindigkeiten in diesen Zeiten der Flugweg und aus dem Flugweg zusammen mit den Erhebungswinkeln die Entfernung ermittelt.
Das zugehörige Ortungsdiagramm in der vertil ; alen Ebene zeigt Fig. 4. Hierin bedeutet R den Ort des Radargerätes, al den Erhebungswinkel im Zielpunkt Z, bei der ersten Ortung und (X2 den Erhebungswinkel im zielpunkt Z2 bei der zweiten Ortung. Aus der Messung der Radialgeschwindigkeit ergibt sich die Flugweglänge # 2 = v # #t von Z1 nach Z2. Hieraus wird die Höhe H ermittelt, und aus der Höhe sowie den Erhebungswichkeln können die Entfernungen s1 und s2 bestimmt werden.
Für Zielannäherung (Pfeilrichtung) ist α2 > α1, und die Flughöhe ergibt sich aus Beziehug: H = v # # t ctg al-ctg a2 Zur Durchführug des Verfahrens nach der Ernndung werden zweckmäßig elektronische oder sonstige Rechengeräteangewendet,mitdenen die Auswertung selbsttätig vorgenommen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : i. Verfahren zur Bestimmung der Zielentfernung, Fluggeschwindigkeit und Flugrichtung von etwa gleichförmig und geradlinig bewegten Flugzielen mittels der Dopplerfrequenz-Radartechnik mit kontinuierlicher Abstrahlung, welche aus der Dopplerfrequenzmessung die auf einen festen Standpunkt bezogene Radialgeschwindigkeit zu ermitteln gestattet, ohne eine Entfernungsinformatin zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges solches Radargerät an festein Standort verwendet wird, welches durch einen kontinuierlich umlaufenden Richtstrahl eine rundsuchbewegeng ausführt, daß durch Dopplerifqunzmessung in einem ersten Zeitpunkt (t1) unter einer ersten Strahlrichtung (#1) die Radialgeschwindigkeitskomponete (Vr1) und nach einer Zeit (#t) in einem zweiten Zeitpunk (t2) druch erneute Dopplerfrequenzmessung die Radialgeschwindigkeitskomponente (l'r2) unter einer zweiten Strahlrichtung (#2) bestimmt wird, daß aus den gemessenen beiden Radialgeschwindigkeitskomponenten und zugehörigen Strahlrichtungen durch Vektorbildung die Flugrichtung und die Fluggeschwindigkeit (v) festgestellt und die Flugweglänge (#s = #5#v) zwischen den beiden Meßzeiten errechnet und aus Flugweglänge, Flugrichtung und den Strahlrichtungen in den Meßzeiten durch Vektorbildung die Entfernungen unter diesen Richtungen bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Höhenmessung zwei Empfangssysteme mit in der vertikalen Ebene überlappenden Richtdiagrammen (E1, E2) verwendet werden und aus dem Amplitudenvergleicll der Erhebungswinkel und. aus diesem und der Entfernung die Höhe bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei radialer Bewegung des Zieles aus in zwei Zeiten bestimmten Erhebungswinkeln und aus der Messung der zugehörigen Radialgeschwindigkeiten auch die Entfernung bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzichnet, daß Rechengeräte angewendet werden, die eine selbsttätige Auswertung gestatten.

In Betracht gezogene Druckschriften : Deutsche Patentschriften Xr. 893 860, 901 805; britische Patentschrift Nr. 581 120; Electronics, 32 (22. 5. 1959), Heft21, S. 46 bis 50.