DE977899C - Radargeraet zur Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung nach dem Laufzeit- bzw. Dopplerprinzip - Google Patents

Description

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Gegenstand des nicht vorveröffentlichten Hauptpatentes ist ein Radargerät, bei dem der gegenseitige Sendeimpulsabstand zur eindeutigen Entfernungsmeßbarkeit beliebig vieler Objekte nach dem Laufzeitprinzip ausreichend groß bemessen ist und sich statistisch ändert, bei dem die Trägerschwingungen der Sendeimpulse dennoch kohärent sind und bei dem eine gleichzeitige Auswertung der Dopplerfrequenz zur Geschwindigkeitsbestimmung der Objekte in der Weise erfolgt, daß als Maß für die Geschwindigkeit die Frequenzdifferenz zwischen der infolge der statistischen Impulsabstandsänderung in der Amplitude aus dem 'übrigen Spektralbereich herausragenden und daher abtrennbaren Sendeträgerfrequenz und der entsprechenden Empfangsträgerfrequenz dient.

Um die Geschwindigkeit der einzelnen Ortungsobjekte mit dem Radargerät gemäß dem Hauptpatent messen zu können, muß sichergestellt werden, daß· die Phasenlage einer jeden von dem Radargerät ausgestrahlten Sendeschwingung nur sehr wenig von einer theoretisch vorgegebenen Soll-Phasenlage abweicht. Zur Erfüllung dieser Forderung können die Sendeschwingungen beispielsweise aus der monochromatischen Schwingung eines mit sehr großer Frequenzkonstanz ununterbrochen schwingenden Senderoszillators mittels einer dem Oszillator nachgeschalteten Taststufe abgeleitet werden. Die relativ hohen zu verarbeitenden Hochfrequenzleistungen und die geforderte hohe Frequenzkonstanz bedingen hierbei jedoch einen beträchtlichen wirtschaftlichen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Radargerät gemäß dem Hauptpatent derart weiterzubilden, daß mit einer Senderöhre geringer Frequenzstabilität, beispielsweise mit einem Magnetron, gearbeitet werden kann und trotzdem gleichzeitig die Entfernungen und die Geschwindigkeiten beliebig vieler Ortungsobjekte eindeutig bestimmt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Radargerät der eingangs genannten Art nach dem Hauptpatent vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in an sich bekannter Weise die Differenz der Phasenlagen der jeweiligen Sendeschwingung und der Schwingung eines stabilen Lokaloszillators bestimmt, der Differenzwert maximal bis zur nächsten Sendeschwingung gespeichert und der gespeicherte Differenzwert von der Phase der jeweiligen hoch- oder zwischenfrequenten Empfangsschwingung subtrahiert wird.

Beim erfindungsgemäßen Radargerät wird also eine nichtkohärente Schwingung ausgesandt und die zur Ausnutzung des Dopplereffektes nötige Kohärenz nachträglich im Empfänger erzeugt.

Es ist zwar bereits ein Impulsradargerät bekannt, das gleichfalls die Geschwindigkeiten und/oder Entfernungen beliebig vieler Ortungsobjekte eindeutig zu bestimmen gestattet und das mit einer hohen, nichtperiodischen Sendeimpulsfolgefrequenz arbeitet. Es werden hierbei Bezugsimpulse, die durch Verzögerung aus den Sendeimpulsen abgeleitet sind, mit den Empfangsimpulsen korreliert, um Signale zu gewinnen, deren Vorzeichen und Größen ein Maß für die Zeitdifferenz des Auftretens der Bezugsimpulse und der zugeordneten Empfangsimpulse ist.

Deshalb ist das vorliegende Patentbegehren ausschließlich auf denjenigen Gegenstand gerichtet, der durch die Kombination aller im vorliegenden Hauptanspruch enthaltenen, zur Erzielung der durch die Zusatzerfindung angestrebten Wirkung notwendigen Merkmale definiert ist, während die Unteransprüche lediglich vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstandes betreffen, ohne daß ein Elementenschutz erstrebt ist, der auf aus dem Zusammenhang gelöste Einzelmerkmale gerichtet wäre.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei im folgenden an Hand des in der Abbildung gezeigten Blockschaltbildes ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben.

Ein Senderoszillator 1 erzeugt stets dann hochfrequente Schwingungen der Form

cos (O)₁J-I- (P₁ +A φ) ,

wenn ein mit 2 bezeichneter Impulsgenerator einen Impuls abgibt. Hierbei bedeuten W₁ die Kreisfrequenz der Sendeschwingungen, t die Zeit, φ_χ die Phasenlage der Sendeschwingungen und Δ φ den jeweiligen Phasenfehler der Sendeschwingungen. Die Impulse des Generators 2 folgen einander in statistischen Zeitabständen. Die hochfrequenten Schwingungen des Senderoszillators 1 gelangen über eine Sendeempfangsweiche 3 auf eine Radarantenne 4. Von dieser Aussendung herrührende Zielechoschwingungen werden von der Antenne 4 aufgefangen und gelangen als Empfangsschwingungen über die Sendeempfangsweiche 3 und gegebenenfalls über einen Hochfrequenzverstärker 5 zu einer Mischstufe 6. Am Eingang der Mischstufe 6 haben diese Schwingungen die Form

cos [(Cu₁-I-O)O) t + (P₁ + Αφ—ν] .

Hierbei symbolisiert Wq die Doppler-Kreisfrequenz und ν eine durch die Laufzeit der hochfrequenten Schwingungen von der Antenne 4 zum jeweiligen Ortungsobjekt und zurück zur Antenne bedingte Phasenverschiebung. In der Mischstufe 6 findet eine Überlagerung der Empfangsschwingungen mit den Schwingungen eines stabilen Oszillators 7 statt. Die Schwingungen dieses Oszillators haben die Form

cos (ω₇ί+φ₇),

wobei O)₇ die Kreisfrequenz der Schwingungen des Oszillators 7 und φ_Ί deren Phasenlage bedeutet. Dem Mischprodukt in der Mischstufe 6 wird das untere Seitenband der Form

cos

t + Cp₁ + Λφ — ν—φ₇]

entnommen; dieses wird in einem ersten Zwischenfrequenzverstärker 8 verstärkt.

In einer Mischstufe 9 werden die hochfrequenten Schwingungen des Senderoszillators 1 mit denen des stabilen Oszillators 7 überlagert. Die Ausgangsschwingungen der Mischstufe 9 haben die Form

cos [(O)₁-O)₇) t + ψ_χ + Δ φ—φ₇] .

Hierin ist der Phasenfehler Αφ enthalten. Diese Ausgangsschwingungen der Mischstufe 9 synchronisieren die Phase der Schwingungen eines Kohärenz-Oszillators 10. Die Ausgangsschwingungen eines Lokaloszillators 11 haben die Form

cos (O)₁₁ 1 +^₁₁),

wobei W₁₁ die Kreisfrequenz der Schwingungen des Lokaloszillators 11 und <p_u deren Phasenlage bedeuten. In einer Mischstufe 12 werden die Schwingungen des Kohärenz-Oszillators 10 und diejenigen des Lokaloszillators 11 einander überlagert; das obere Seitenband des Mischproduktes wird dem einen Eingang einer Mischstufe 13 zugeführt. Es hat die Form

cos [(O)₁-O)₇-I-O)₁₁) t + φ_χ + Αφ—φ₇ + ^₁₁] .

Der andere Eingang der Mischstufe 13 ist an den Ausgang des ersten Zwischenfrequenzverstärkers 8 angeschlossen. Durch den Überlagerungsvorgang in der Mischstufe 13 wird der- Phasenfehler A φ eliminiert, wie aus der Form des Ausgangssignals

cos [(W₁₁-W₀) t + φ_η + ν]

zu erkennen ist. Die konstanten Phasen φ_η und ν beeinflussen das Meßergebnis nicht; ebenso ist das Auftreten von — w_D an Stelle von +w_D physikalisch und technisch ohne Belang. An die Mischstufe 13 »35 ist ein zweiter Zwischenfrequenzverstärker ange-

schlossen, der mit 14 bezeichnet ist und dessen mittlere Übertragungsfrequenz mit der Frequenz des Lokaloszillators 14 übereinstimmt.

Die weitere Signalverarbeitung geschieht in der gleichen Weise wie beim Vorschlag gemäß dem Hauptpatent. Hierzu ist an den Zwischenfrequenzverstärker 14 eine Entfernungstorschaltung 15 angeschlossen, die in eingeregeltem Zustand die Empfangsschwingungen, die aus einem bestimmten Ent-

fernungsbereich stammen, ausblendet. An einem Anzeigeinstrument 16 kann die in der Entfernungstorschaltung 15 eingeregelte Entfernung abgelesen werden. Anschließend findet eine Geschwindigkeitsselektion in einer Geschwindigkeitstorschaltung 17 statt. Im eingeregelten Zustand kann die Zielgeschwindigkeit an einem Anzeigeinstrument 18 abgelesen werden. Die Fehlersignale der Torschaltungen 15 und 17, die bei Abweichen der eingestellten Lagen der Torschaltungen von den jeweiligen

ao Soll-Lagen auftreten, werden in einer Stufe 19 addiert; das Summensignal dient zur Regelung einer elektronisch gesteuerten Verzögerungsschaltung 20, welche im eingeregelten Zustand auf die Laufzeit einer elektromagnetischen Welle von der

as Radarantenne 4 zum selektierten Ortungsobjekt und zurück zur Antenne eingestellt ist. Der Eingang der Verzögerungsschaltung 20 wird vom Impulsgenerator 2 angesteuert.

Die Verstärkungsfaktoren der Verstärker 5, 8 und 14 sind vorteilhafterweise in an sich bekannter Art zeit- bzw. entfernungsabhängig geregelt; hierzu ist an den Generator 2 ein Steuergenerator 21 angeschlossen.

In der Abbildung sind zum besseren Verständnis der Erfindung an den Ausgängen verschiedener Bausteine Frequenzen als Beispiel angegeben, deren Verwendung in einem besonderen Anwendungsfall vorteilhaft ist. Hierbei ist mit f_D die Dopplerfrequenz bezeichnet.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Radargerät, bei dem der gegenseitige Sendeimpulsabstand zur eindeutigen Entfernungsmeßbarkeit beliebig vieler Objekte nacH dem Laufzeitprinzip ausreichend groß bemessen ist und sich statistisch ändert, bei dem die Trägerschwingungen der Sendeimpulse dennoch zueinander kohärent sind und bei dem eine gleichzeitige Auswertung der Dopplerfrequenz 5c zur Geschwindigkeitsbestimmung der Objekte in der Weise erfolgt, daß als Maß für die Geschwindigkeit die Frequenzdifferenz zwischen der infolge der statistischen Impulsabstandsänderung in der Amplitude aus dem übrigen 5; Spektralbereich herausragenden und daher abtrennbaren Sendeträgerfrequenz und der entsprechenden Empfangsträgerfrequenz dient, nach Patent 977 896, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Differenz 6t der Phasenlagen der jeweiligen Sendeschwingung und der Schwingung eines stabilen Lokaloszillators bestimmt, der Differenzwert maximal bis zur nächsten Sendeschwingung gespeichert und der gespeicherte Differenzwert von 6; der Phase der jeweiligen hoch- und zwischenfrequenten Empfangsschwingung subtrahiert wird.

2. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Speichern des Differenzwertes in an sich bekannter Weise ein Kohärenz-Oszillator vorgesehen ist.

3. Radargerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Subtraktion in an sich bekannter Weise eine Mischstufe vorgesehen ist.

4. Radargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch empfängerseitige Verstärker, deren Verstärkung in an sich bekannter Weise nach dem Aussenden jeder Sende-Schwingung von einem Minimalwert monoton ansteigt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1 219 277,
606;

USA.-Patentschrift Nr. 2 991 467.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 977 896.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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