DE977856C - Impuls-Radarverfahren mit Dopplerfrequenzauswertung - Google Patents

Description

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Beim Impuls - Dopplerfrequenz - Radarverfahren wird zur Unterscheidung von festen und bewegten Zielen die an bewegten Objekten auftretende Dopplerfrequenzverschiebung benutzt. Zur Trennung sind Kammfilter und einfache Filter bekannt. Da bei einfachen Filtern der Impulschärakter und damit die Entferhungsinformation verlorengehen, ist bekanntlich vorgeschlagen worden, in diesem Falle zur Impulslaufzeitmessung getrennte Entfernungsmeßzweige zu benutzen, die im Rhythmus der Impulsfolgefrequenz durch Torschalter zeitlich nacheinander mit Auftastimpulsen aufgetastet werden. In die einzelnen Entfernungsmeßzweige können dabei gleiche einfache Dopplerfrequenzfilter eingeschaltet werden.

Beim Dopplerfrequenzverfahren ergeben sich bekanntlich Schwierigkeiten durch die sogenannten Blindgeschwindigkeiten, die auftreten, wenn die Dopplerfrequenz gleich oder ein Vielfaches der Impulsfolgefrequenz des Radargerätes ist. Damit die ao Messung hierdurch nicht beeinträchtigt wird, ist es erforderlich, die Daten des Gerätes so zu wählen, daß die erste Blindgeschwindigkeit an der oberen Grenze des Meßbereiches nach Möglichkeit sogar oberhalb der maximalen Radialgeschwindigkeit der zu messenden Objekte auftritt. Die Blindgeschwindigkeit kann bekanntlich durch Vergrößerung der Trägerwellenlänge oder der Impulsfolgefrequenz erhöht werden. Da sich bei Vergrößerung der Wellenlänge zu große Antennengebilde und andere damit verbundene Nachteile ergeben, wäre es vorteilhafter, bei fest vorgegebener, möglichst kurzer Trägerwellenlänge eine Erhöhung der Impulsfolgefrequenz vorzunehmen. Die Impulsfolgefrequenz kann aber bei Geräten größerer Senderleistung und Reichweite nicht ohne weiteres erhöht werden, da sonst nach jedem Sendeimpuls noch Echos von den vorhergehenden Impulsen zurückkommen. Diese

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haben eine falsche Entfernungsanzeige zur Folge, wenn, wie üblich, die Ablenkfrequenz des Radarsichtgeräterohres gleich der Impulsfolgefrequenz gewählt ist. Wird die Ablenkfrequenz des Anzeigerohres durch Teilung aus der Impulsfolgefrequenz abgeleitet, so ergibt sich eine Mehrfachanzeige. Eine solche Teilung muß häufig angewendet werden, um den Anzeigebereich über die aus der Impulsfolgefrequenz errechenbare Reichweite zu verlängern. Eine mit Rücksicht auf die erste Blindgeschwindigkeit stark erhöhte Impulsfolgefrequenz führt also zu einer falschen oder einer mehrdeutigen Anzeige und damit zu unsicheren Meßergebnissen. Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Mangel zu vermeiden.

Es ist bereits ein Impuls-Dopplerfrequenz-Radarverfahren bekannt (vgl. die deutsche Patentschrift 911 663), bei dem eine periodische Frequenzänderung an einem impulsmodulierten Sender ange-

ao wendet und die Frequenzverschiebung der Empfangsfrequenz gegenüber der Sendefrequenz ausgewertet wird. Die Entfernung wird dabei sowohl aus der Impulslaufzeit als auch aus der Frequenzverschiebung bestimmt. Dies geschieht bei dem be-

s5 kannten Verfahren in der Weise, daß die Impulslaufzeit zurGrobmessung und die Frequenzverschiebung zur Feinmessung dient. Ein solches Verfahren ist nicht geeignet, das Arbeiten mit erhöhter Impulsfolgefrequenz zu ermöglichen und die Mangel der mit Blindgeschwindigkeiten behafteten Anzeige zu vermeiden. Das bekannte Verfahren ist ferner nicht dazu geeignet, Festzeichen zu unterdrücken und bewegte Ziele anzuzeigen, wenn beide sich in gleicher Entfernung befinden.

Ein nicht vorveröffentlichter älterer Vorschlag bezieht sich dagegen bereits auf die Lösung der Aufgabe, bei einem Impuls-Dopplerfrequenz-Radarverfahren durch Erhöhung der Impulsfolgefrequenz die durch Blindgeschwindigkeiten hervorgerufenen Schwierigkeiten zu vermeiden. Dabei werden durch zusätzliche periodische Frequenzmodulation des Senders aus der Frequenzverschiebung der Empfangsfrequenz gegenüber der Sendefrequenz Grobentfernungsmeßimpulse gewonnen, die in einer Koinzidenzschaltung die Eindeutigkeit der Feinentfernungsmessung herstellen. Nach einem anderen, ebenfalls nicht vorveröfiEentlichten Vorschlag wird für den gleichen Zweck eine zusätzliche Amplitudenmodulation der impulsmodulierten Senderträgerwelle angewendet. Bei beiden älteren Vorschlägen besteht das Prinzip also darin, daß die sehr genauen, aber zu einer falschen oder mehrdeutigen Anzeige führenden Entfernungsmeßimpulse durch eine zweite Entfernungsinformation, die nicht genau zu sein braucht, aber eindeutig sein muß, ausgewählt werden. Als Folge ergeben sich Entfernungsmeßimpulse hoher Genauigkeit, die immer richtige und eindeutige Messungen ermöglichen. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die Impulsfolgefrequenz wesentlich erhöht werden kann, ohne an Meßgenauigkeit und Eindeutigkeit zu verlieren. Aus der hohen Impulsfolgefrequenz ergibt sich dann die Möglichkeit, die erste Blindgeschwindigkeit sehr hoch zu legen und die weiteren Blindgeschwindigkeiten außerhalb des Bereiches der interessierenden Fluggeschwindigkeiten auftreten zu lassen.

Die gemäß den beiden älteren Vorschlägen angewendete zusätzliche Frequenzmodulation bzw. Amplitudenmodulation zur Gewinnung der Eindeutigkeit sind nicht die einzigen Möglichkeiten zur Lösung der gestellten Aufgabe. Sie stellen hinsichtlich Aufwand und Störabstand unter Umständen auch nicht die besten Lösungen dar. Gemäß der Erfindung wird ein weiterer Lösungsweg vorgeschlagen. Er bezieht sich auf ein Impuls-Radarverfahren mit Dopplerf requenzauswertung durch Dopplerf requenzfilter zur Unterdrückung fester Ziele und Anzeige nur bewegter Ziele unter Verwendung mehrerer parallelgeschalteter Empfangszweige, die im Rhythmus der Impulsfolgefrequenz durch Torschalter zeitlich nacheinander mit Auftastimpulsen aufgetastet werden, und besteht darin, daß bei derart hoch gewählter Impulsfolgefrequenz, daß unter Inkaufnahme einer Mehrdeutigkeit der Enfernungsmessung die erste Blindgeschwindigkeit an der oberen Grenze des Meßbereiches oder darüber auftritt, eine zusätzliche periodische, vorzugsweise sinusförmige Pulsdauermodulation der Sendeimpulse angewendet wird, deren Frequenz im Sinn einer Ermöglichung einer eindeutigen Entfernungsanzeige bemessen ist, daß ferner in jedem der Empfangszweige aus der demodulierten Pulsdauermodulationsfrequenz, z. B. bei Nulldurchgang derselben, Grobentfernungsmeßimpulse abgeleitet werden, deren Lage durch die Phasenlage der Pulsdauermodulationsfrequenz bestimmt ist, und daß die Grobentfernungsmeßimpulse mit den Meßimpulsen (Echoimpulsen) oder mit diesen zeitlich übereinstimmenden Impulsen in einer Koinzidenzschaltung zusammengeführt werden, in der beim Zusammentreffen. mit den Grobentfernungsmeßimpulsen Feinmeßimpulse zur weiteren Auswertung gebildet werden.

Die Erfindung ist an Hand einer Zeichnung näher erläutert, die ein Schaltungsbeispiel eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Radargerätes zeigt.

Das Gerät besitzt einen Sender und einen Empfänger, die zur Erzielung einer guten Entkopplung zweckmäßig auf getrennte rotierende Radarantennen SA und EA arbeiten. Aus einem quarzstabilisierten Oszillator O wird durch Frequenzvervielfachung in einer Vervielfacherstufe V₁ eine hohe Trägerfrequenz im Zentimeter oder Mikrowellenbereich erzeugt, die über einen Modulator Mo in die Sendestufe 6" gelangt. Aus dem Oszillator O wird ferner über eine Teilerstufe T₁ in der Impulsstufe P die Impulsfolge mit der Frequenz /,· erzeugt, mit der der Sender im Modulator Mp moduliert wird. Bevor jedoch die Impulse von der Impulsstufe in den Modulator gelangen, durchlaufen sie einen Pulsdauermodulator PDM, in dem die Impulse mit einer Modulationsfrequenz f_m in ihrer Pulsdauef moduliert werden. Die Modulationsfrequenz f_m für die Pulsdauermodulation wird über eine weitere ias Teilerstufe T₂ ebenfalls aus dem Oszillator O ab-

geleitet und mit Rücksicht auf die maximale Meßentfernung niedriger als die Impulsfolgefrequenz gewählt. Auf der Empfangsseite folgt auf die Empfängerstufe E eine Mischstufe Mi, in der eine Überlagerung mit einer Frequenz erfolgt, die sich um die Empfähgerzwischenfrequenz von der Senderträgerfrequenz unterscheidet. Diese Frequenz kann über eine weitere Vervielfacherstufe V₂ aus dem Oszillator 0 abgeleitet werden.

ίο Bewegte und feste Ziele können in an sich bekannter Weise durch Dopplerfrequenzfilter unterschieden werden. Hierfür eignen sich Kammfilter oder unter bestimmten Voraussetzungen einfache Filter, wie dies ebenfalls an sich bekannt ist. In der vorliegenden Schaltung wird die demodulierte Empfangsfrequenz vom Empfängerzwischenfrequenzteil ZF einem Kammfilter KF zugeführt, welches die nicht mit Dopplerfrequenzen behafteten Frequenzen aussperrt, ohne dabei den Impulscharakter der

ao Zeichen zu beeinträchtigen. Das Kammfilter ist vorgesehen, damit beim später möglichen Zerteilen der Festzeichenechos in den Torschaltungen die dann auftretenden Klirrprodukte keine bewegten Ziele vortäuschen. Auf das Kammfilter folgen mehrere

as Entfernungsmeßkreise, von denen beim vorliegenden Beispiel fünf dargestellt sind, die durch elektronische Torschalter To₁... To₅ nacheinander kurzzeitig eingeschaltet, d. h. mit sogenannten Auftastimpulsen aufgetastet werden. Zur Steuerung der Torschalter wird beispielsweise eine elektronische Taktschaltung TS benutzt, die von der Impulsstufe P mit der Impulsfolgefrequenz des Gerätes gesteuert wird und fortlaufend nacheinander genaue Auftastimpulse an die Torschalter To₁... To₅ legt, so daß jeweils der nächste Schalter sich schließt, wenn sich der vorhergehende Schalter geöffnet hat. Sobald ein Impuls in der genau bestimmten Zeit empfangen wird, in der einer der Torschalter geschlossen hat, so erhält er Zugang zu dem betreffenden Entfernungsmeßzweig. Die von bewegten Zielen eintreffenden Signale werden sodann Impulsdemodulatoren PD₁... PD₅ zugeführt, so daß die senderseitige Pulsdauermodulationsfrequenz f_m zurückgewonnen wird. Die Modulationsfrequenz durchläuft darauf einen auf sie abgestimmten Bandpaß B₁... B₅. Die Phasenlage der an dieser Stelle gewonnenen Modulations frequenz ist abhängig von der Zielentfernung. Man kann infolgedessen beim Nulldurchgang einen Entfernungsmeßimpuls erzeugen, der durch seine zeitliche Lage die Zielentfernung mehr oder weniger grob angibt. Diese Impulserzeugung wird in einer Impulsformschaltung J₁... J₅ vorgenommen. Für die Impulserzeugung kann eine Schaltung benutzt werden, die beim Nulldurchgang oder beim Durchgang durch einen bestimmten Spannungswert einer Sägezahnspannung od. dgl. den Impuls auslöst. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise unter der Bezeichnung Multiarschaltung bekannt.

Der aus der Pulsdauermodulation gewonnene, verhältnismäßig grobe, jedoch eindeutige Entfernungsmeßimpuls wird einer Koinzidenzschaltung K₁... K₅ zugeführt, deren anderem Zweig die eigentlichen Feinmeßimpulse aus der Laufzeitmessung der zurückgestrahlten Impulse zugeführt werden. Im vorliegenden Fall werden als Feinimpulse die auf Grund der hohen Impulsfolgefrequenz mehrdeutigen Echoimpulse vom Ausgang der Torschalter To₁... To₅ der Koinzidenzschaltung zugeführt. Die Koinzidenzschaltung liefert nur dann ein Ausgangssignal, wenn ein Grobentfernungsmeßimpuls mit einem genauen Feinimpuls zusammentrifft und ihn heraushebt. Es entstehen somit am Ausgang der Koinzidenzschaltung exakte genaue Entfernungsmeßimpulse, die der Braunschen Röhre R im Radarsichtgerät zur Heiltastung des Strahles zugeführt werden. Der Elektronenstrahl des Sichtgeräterohres wird von einem Ablenkgenerator L mittels einer Ablenkspule Sp radial abgelenkt, wobei die Spule Sp synchron mit der Radarantenne rotiert und das Ablenkgerät mit der Modulationsfrequenz f_m synchron läuft. Zur Ermöglichung der erforderlichen Synchronisierung wird das Ablenkgerät L mit einer Stelle der Senderschaltung verbunden, an der die Modulationsfrequenz f_m auftritt, z. B. am Ausgang der Teilerstufe T₂ bzw. am Eingang des Pulsdauermodulators PDM.

Das Verfahren nach der Erfindung gestattet bei Wahl einer sehr kleinen Wellenlänge im Zentimeter- oder Mikrowellenbereich die Anwendung von Impulsfolgefrequenzen des Radargerätes in der Größenordnung von 25 kHz. Es kann eine wesentlich niedrigere Pulsdauermodulationsfrequenz f_m von einigen 100 Hz benutzt werden. Bei diesem Beispiel ergibt sich eine Dopplerfrequenzverschiebung von 25 kHz bei einer Geschwindigkeit des Zieles von etwa 1350 km/Stunde für eine Trägerwellenlänge von etwa 3 cm. Die erste Blindgeschwindigkeit ergibt sich bei diesem Beispiel bei einer Geschwindigkeit von 1350 km/Stunde.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Impuls-Radarverfahren mit Dopplerfrequenzauswertung durch Dopplerfrequenzfilter zur Unterdrückung fester Ziele und Anzeige nur bewegter Ziele unter Verwendung mehrerer parallelgeschalteter Empfangszweige, die imRhythmus der Impulsfolgefrequenz durch Torschalter zeitlich nacheinander mit Auftastimpulsen aufgetastet werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei derart hoch gewählter Impulsfolgefrequenz, daß unter Inkaufnahme einer Mehrdeutigkeit der Entfernungsmessung die erste Blindgeschwindigkeit an der oberen Grenze des Meßbereiches oder darüber auftritt, eine zusätzliche periodische, vorzugsweise sinusförmige Pulsdauermodulation der Sendeimpulse angewendet wird, iao deren Frequenz im Sinne einer Ermöglichung einer eindeutigen Entfernungsanzeige bemessen ist, daß ferner in jedem der Empfangszweige aus der demodulierten Pulsdauermodulationsfrequenz, z. B. bei Nulldurchgang derselben, Grobentfernungsmeßimpulse abgeleitet werden,

   deren Lage durch die Phasenlage der Pulsdauermodulationsfrequenz bestimmt ist, und daß die Grobentfernungsmeßimpulse mit den Meßimpulsen (Echoimpulsen) oder mit diesen zeitlich übereinstimmenden Impulsen in. einer Koinzidenzschaltung zusammengeführt werden, in der beim Zusammentreffen mit den Grobentfernungsmeßimpulsen Feinmeßimpulse zur weiteren Auswertung gebildet werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 601125.

   Hierzu t Blatt Zeichnungen

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