DE977990C - - Google Patents

Description

Ziele zur Anzeige gebracht, deren aufeinanderfolgende Empfangssignale eine Phasendifferenz besitzen, 35 die ungleich Null ist.

Zur anschaulichen Darstellung der Festzeichenauswertung eignen sich gut die folgenden Zeigerdiagramme für Amplitude und Phase der Echoimpulsträgerschwingung und der Bezugsoszillatorschwin-

Die Erfindung betrifft ein Ortungsverfahren, das 40 gung (Kohärenzoszillator).

nach der elektromagnetischen Rückstrahlmethode F i g. 1 zeigt als Beispiel fünf aufeinanderfolgende

arbeitet und bei dem die Phasen der Trägerschwin- Echosignale eines sich bewegenden Zieles. Der Bedungen einander entsprechender Echoimpulse meh- zugsschwingung des Kohärenzoszillators ist hierbei rerer aufeinanderfolgender Impulsfolgeperioden zur immer die gleiche Phasenlage gegeben worden. Die Festzeichenunterdrückung miteinander verglichen 45 Phase dei Echoschwingung b_t... b_B schreitet vor werden. _T . . . AnvT

Bei einem derartigen bekannten Ortungsverfahren ^ImP^{uls m Im}P^{uls um}~X" ^vor>

mit Festzeichenunterdrückung, dem sogenannten Fig. 2 zeigt die Verhältnisse, die sich ergeben

MTI-Radarverfahren, wird zur Elimination der Fest- wenn gleichzeitig mit den Echos eines sich bewegen

zeichen als Informationsträger die Phasendifferenz 50 den Zieles b_t... b_s diejenigen eines Festzieles Z₁.. · /,

zweier impulsförmiger Echosignale ausgenutzt. empfangen werden. Das Empfangssignal setzt siel

Wird über die Antenne das Signal in Form eines aus einer Teilschwingung mit fester Phasenlage in«

Impulses der des eigentlichen Nutzsignals mit fortschreitende!

S = Λ (f)· sin (ωί + ω) (I) Phase zusammen. Im allgemeinen haben Festziel·

55 eine größere Rückstrahlfläche als bewegliche, so dal

(mit A (t) = Tastfunktion, ω = Krei3frequenz, das Amplitudenverhältnis der Festzielechos zu denei φ = Anfangsphasenwinkel) abgestrahlt, vom Ziel von beweglichen Zielen derart ungünstig wird, dai reflektiert und wieder empfangen, so lautet die Funk- die resultierenden Empfangssignale nur sehr gering* tion des Empfangssigiials Phasendifferenzen aufweisen, was eine Abtrennunj

E = Κ·Α (t — r)'sin\m(t — T) + <p\ (2) ^{6o der} Festzielechos außerordentlich erschwert, wem

häufig nicht gar unmöglich macht.

wobei K ein Schwädiungsfaktor und τ die Laufzeit Eine weitere Erschwerung der Erkennung von be

bedeuten. Für ein Festziel ergibt sich hierbei die weglichen Zielen ergibt sich aus der Tatsache, dal

Laufzeit zu unvermeidliche statistische Schwankungserscheinun

_ 2 R 65 gen, wie Rauschen des Empfängers und Fluktuiere!

^T« c ' ^ ' der Echosignale von Festzielen und/oder durch dl·

Antennendrehung von Abtastung zu Abtastung, zu wenn R = Zielentfemung und c — Lichtgeschwindig- sätzliche Phasenänderungen des resultierenden Zei

3 4

gers von Impuls zu Impuls bewirken, auch wenn gar unter Verwendung von Verzögerungsleitungen oder

kein bewegliches Ziel vorhanden ist. Da das Emp- Speichern gleichzeitig zusammengefaßt und psch.Ue-

fangssignal schmalbandig verstärkt wird, läßt sich ßend 4ie Phasendifferenz von Gruppe zu Gruppe be-

auch die Schwankungsgröße als Zeiger darstellen. stimmt, So ergeben sich die Winkel *, und <x_n. Ihre

F i g. 3 zeigt — als Erweiterung der F i g, 2 — wie 5 Differenz, die bei der Durchführung des erfindungssich das Erapfangssignal im allgemeinsten Fall aus gemäßen Ortungsverfahrens zur Festzeichenunter-Festzielechos /,,.. f., Echos eines bewegten Zieles drückung als maßgeblich ausgenutzt wird, enthält nur b_t ... 6₅ und Schwankungsgrößen J₁... J₅ zusammen- den Einfluß der Schwankungen S₁ und s$.
setzt. Wie ersichtlich, können die Schwankungen zu Selbstverständlich ist die Addition der Zeiger, d.h. einer völligen Verfälschung der Phaseninformation io in der Praxis die Addition der Trägerschwingungen führen. der Echoimpulse mehrerer zeitlich zusammengelegter

F j g. 4 zeigt, wie die Schwankungen eine P^sen- Impulsfolgeperioden, nicht auf vier — wie in dem

änderung von Impuls zu Impuls auch bei Nichtvor- beschriebenen Ausführungsbeispiel gezeigt — be-

handensein eines bewegten Zieles bewirken können, schränkt, sondern bereits ab drei Zeigern ist eine

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nach 15 Auswertung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verder elektromagnetischen Rückstrahlmethode arbeiten- fahrens möglich, selbstverständlich jedoch mit andedes Ortungsverfahren anzugeben, das aus dem Be- ren Drehwinkeln. Die Ausführungsbeispiele stellen kannten hervorgeht und bei dem die Phasen der lediglich einen günstigen Kompromiß zwischen wirt-Trägerschwingungen einander entsprechender Echo- schaft! ich erforderlichem Aufwand und Ortungsimpulse mehrerer aufeinanderfolgender Impulsfolge- ao genauigkeit und -empfindlichkeit dar. Die bei ΜΊΊ-perioden zur Festzeichenunterdrückung miteinander Radargeräten übliche Addition zweier Zeiger fällt verglichen werden, wobei in wirtschaftlicher, ohne nicht unter die Erfindung. Sie it,i eingangs bei der viel Aufwand zu realiserender Weise die Nachteile Würdigung des bekannten Stands der Technik bereits der bekannten Verfahren hinsichtlich der Schwächung erwähnt und weist die dort angegebenen Nachteile der Phaseninformation durch starke Festzielechos «5 auf. insbesondere diejenigen hinsichtlich der Schwä- und hinsichtlich ihrer Verfälschung durch Schwan- chung der Phaseninformation durch starke Festzielkungserscheinungen vermieden werden. echos und deren Verfälschung durch Schwankungs-

Das gemäß der Erfindung zur Lösung dieser Auf- erscheinungen. Unter idealen Verhältnissen, d. h., gäbe vorgeschlagene Ortungsverfahren ist dadurch wenn lediglich die Echosignale von Festzielen und gekennzeichnet, daß die Trägerschwingungen von 30 von bewegten Zielen auftreten und statistische jeweils η (mindestens drei) der einander entsprechen- Schwankungserscheinungen, wie Rauschen des Empden Echoimpulse in Gruppen zusammengefaßt wer- fängers und Fluktuieren der Echosignale sowie zuden, wobei zeitlich benachbarte Gruppen die Träger- sätzliche Phasenänderungen der Echosignale infolge schwingungen der gleichen Echoimpulse mit Aus- der Bewegung der Antennenrichtcharakteristik entnahme des ersten Echoimpulses in der zeitlich voran- 35 fallen, dürfte bereits bei Verwendung nur zweier Zeigehenden und des letzten Echoimpulses in der zeit- ger zur Addition und Gewinnung der resultierenden Hch folgenden Gruppe enthalten, daß innerhalb jeder Zeiger nach den bekannten Verfahren eine befriedi-Gruppe die Trägerschwingungen der Echoimpulse gende Festzeichenunterdrückung möglich sein. In der unter jeweiliger gegenseitiger Phasenverschiebung von Praxis treten jedoch immer die erwähnten Schwan- InIn oder Vielfachen hiervon addiert werden, derart, 41 kungsgrößen auf, deren Einfluß auf die Festzielunterdaß die Komponente jedes resultierenden Signal- drückunß erst durch die Anwendung der Erfindung vektors, welcher Festzielen entspricht, im wesent- vermeidbar oder zumindest stark verminderbar ist. liehen zu Null wird, und daß die Phasendifferenz Als besonders vorteilhaft hat sich bei der Durchfühzwischen den aus der Addition resultierenden Signa- rung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Addition len jeweils zweier zeitlich aufeinanderfolgender Grup- 46 von jeweils vier Zeigern in einer Gruppe bewährt,
pen zur Festzeichenunterdrückung und gegebenen- Zum Ausgleich von Phasenschwankungen infolge falls zur Zielgeschwindigkeitsbestimmung ausgewertet der Antennendrehung wird dem trigonometrischen wird. Regelzeiger und Drehwinkel bei der Durchführung

An Hand der folgenden Figuren seien das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig eine der Erfindung und ein vorteilhaftes Ausführungsbei- 5° Korrektur ε zugeführt, die jedoch meist klein gegen spiel einer Anordnung zur Durchführung des erfin- den Wert des Zeigerdrehwinkels ist.
dungsgemäßen Verfahrens im einzelnen beschrieben. Auch beim erfindungsgemäßen Verfahren können Gleiche Bezugr-zeichen kennzeichnen wie in den vor- Phasenänderungen bei Nichtvorlnndensein von beangegangenen Figuren gleiche Elemente. wegten Zielen infolge Schwankungserseheinungen

In Fig. 5 sind die ersten vier Zeiger aus Fig. 3 55 auftreten. Diese lassen sich jedoch leicht durch eine

addiert, der nächstfolgende ist hierbei jedoch um Torschaltung abtrennen, da beim erfindungsgemäßen

jeweils i gedreht worden. Die Festzielkomponenten Verfahren Jie Amplitude des resultierenden Emp- ¹ 2 ^{6 y} fangssignals ein Kriterium fur die Existenz eines be-/,... /₄ ergeben als resultierenden Zeiger Null. Die wegten Zieles ist. Phasenänderungen haben somit nut verbleibende Resultierende enthält die Schwankungs- 60 Bedeutung, wenn der Betrag des resultierenden anteile J₁... J₄ und die Komponenten des bewegten Zeigers einen vorbestimmten Schwellwert überZieles fej... ft₄. schreitet.

Für die Zeiger mit den Indizes 2... 5 ist die Die Amplitude der Resultierenden ist wesentlich

analoge Addition in F i g. 6 gezeigt. von der Wahl des Drehwinkels abhängig. Faßt man

der

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verschwinden. Welcher Druckwinkel die größte Re- nicht gezeigte Diskriminator- und Anzeigevorriich-

, ·. ^ ,.. _! riL· . 4πνΓ tung angeschlossen,

sultierende ergibt, hangt vom Phasenzuwachs —=— Wenn man einen

j— ^_n*_man ^_{n Phasenvergleich über vier Imp!ll!lse}

ab, wie in F i g. 7 gezeigt ist, in der die Phasendre- durchführen will, die je 1 m/sec auseinanderliefen,

hung infolge beweglicher Ziele in einem vom Phasen- 5 muß man sehr hohe Anforderungen an die Toleranz

Zuwachs abhängigen Amplitudendiagramm A für die der Verzögerungsglieder stellen, damit diese nicht die

^ ,..,„» , π _ti -»t^u Phase völlig entstellen. Ein Phasenvergleich unter

Drehwinkel 3_y, π und _y aufgetragen ist. Daher wer- _hochfrequeif_ten verzögerten Impulsen empfiehlt sich

den bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung daher in der Praxis meist nicht,
einer Anordnung zur Durchführung des erfindungs- io Günstiger ist es gemäß einer Weiterbildung der gemäßen Verfahrens bei der Auswertung alLi auf- Erfindung, beispielsweise mittels eines Synchrodifliietretenden, im vorliegenden Fall alle drei Drehwinkel, empfängers, hinter dem Zwischenfrequenz-Teil des im Parallelbetrieb bestimmt, daraufhin die größte Radargerätes unmittelbar die Zeigerkomponenten Resultierende ausgesucht und diese dem Schwellwert- A sin ωτ und A cos ωτ zu gewinnen. Sie können ohne kriterium unterworfen; Fig. 8 zeigt eine hierfür ge- 15 Gefahr für die Phaseninformation verzögert werden, eignete Anordnung. Das Empfangssignal 1 gelangt F i g. 9 zeigt das Prinzip der Anlage. Der obere

auf die parallelgeschalteten Dreh- und Additions- Teil der F i g. 9 gibt den üblichen Sende- und En:ipglieder 2, 3 und 4, wobei im Baustein 2 eine Drehung fangsteil eines Radargerätes wieder mit der Sende-

π . „ _x · - . τ-, t. j·» Empfangsantenne 8, dem Sende-Empfangsumscfoal-

um_T,im Baustein3 eme Drehung um η und im Bau- _{ao te} $ _d*_{m Sender 10 VOfl dem dag} £_ohf_renzsignal

. . . _ . „ η , . . . . 11 über die Mischstufe 12 auf den Zwischenfrequenz-

stein 4 eine Drehung um 3 _γ erfolgt, abgesehen von _{verstärker 13 geht> und dem m den} Sende-Empfangs-

der Korrekturgröße ε. Ihre drei Ausgangssignale wer- umschalter 9 gleichfalls angeschlossenen Empfänger

den auf die Selektionsschaltung S gegeben, in der die für das Echosignal 14, bestehend aus der Mischstufe

größte Resultierende ausgewählt wird. Anschließend »5 15 und dem Zwischenfrequenzverstärker 16.

erfolgt in der Torschaltung 6 die Schwellwertprobe Der Synchrodyneempfänger mit den Mischstufen

zur Entscheidung, ob ein bewegtes Ziel vorliegt oder 17 und 17 a bildet aus dem Echosignal mit der Ko-

nicht. Der Ausgang 7 dieser Torschaltung ist an eine härenzoszillatorschwingung das Produkt

A (t —τ) K sin {ω(ί — τ) + φ} -sin {ωί + φ} —\Α (t -τ) K-cos (ω τ) + hochfrequente Anteile (10)
und mit der durch den Phasenschieber 18 um y verschobenen Kohärenzoszillatorschwingung das Produkt
A (i — τ) K sin {ω (f — r) + φ} · cos {ω t + φ} = \A (f — τ) · K sin (ω τ) + hochfrequente Anteile. (11)

Die hochfrequenten Anteile werden in Tiefpässen skalaren und vektoriellen Produktes aus X₀ und Y_a ausgefiltert. Der erste Teil stellt gerade die Projek- gebildet (Schwellwertprobe und Phasenabmessung), tionen der Zeiger auf ein rechtwinkliges Achsenkreuz Die Anschlüsse 26 bis 29 und 26 a bis 29 a sind die dar (s. Fig. 10). Man kann daher schreiben *o Ausgänge für die anderen Drehwinkel, da ja Fig. 9

J A (ί — τ)Κ cos ωτ — X die Summationsschaltung nur für den Drehwinkel ^-

(12)

IA (t —τ) Kcastor — Y zeigt. Am Ausgang 30 läßt sich die Amplitude Z, am

Ausgang 31 die Phase α des resultierenden Zeigers

Die Zeiger werden nicht geometrisch addiert, son- 45 entnehmen.

dem ihre Komponenten X und Y arithmetisch. Durch Auch bei ungünstigen Rausch- und Fluktuations-

die Komponenten X und Y sind Drehungen um Viel- Verhältnissen und Festzielen mit großer Rückstrahl-

_n ,* ., ... fläche und großen Reflexionsfaktoren IaTi sich mit

fache von _γ durch einfache Vorzeichenanderung _{dem erfindungsg}e_mäßen Verfahren, wie an Hand der

und Vertauschung darstellbar. So bildet sich z.B. so folgenden Figuren gezeigt wird, der Ort und die

aus einem Zeiger mit den Komponenten (X, Ϋ) der Radialgeschwindigkeit eines Zieles derart genau be-

n .. 1 rv v\ stimmen, daß man nicht nur wie beim üblichen MTI-

um γ zurückgedrehte als {Y, -X). R_{adar die phase} qualitativ auswerten (Ziel bewegt

In F i g. 9 ist der Zustand eingetragen, der beim sich oder nicht), sondern sogar die Radialgeschwin-Empfang des viertens Echos besteht Hinter den je 55 digkeit des Zieles mit ausreichender Genauigkeit drei Verzögerungsgliedern 19 bis 21 und 19 a bis 21a messen kann. Dabei muß allerdings bedacht werden, mit jeweils der Laufzeit T stehen ΛΓ₃, X₂, X₁ und Y₃, daß ein Meßwert α zu einem beliebigen Phasenzu- Zr J^{% be}Ü-^{iL Die 8ΐ}^^εΛεη Analogaddierer 22 und _wachs 4^vT_{1 +2kn} ^ ^^ _hörenfc
23 fügen diese nun derart zusammen, daß die seiger λ

. ., . . π . ·. ., _TT . .. 6o die Geschwindigkeitsbestimmung also immer vielfortlaufend um _T gedreht wirken. Um noch die _{deutig is{ Trot}*j_{em αϋ]}^ ^* information _WCrt-

„,.., , ι_π . , . . . voll sein, vor allem für ein Zielverfolgungsradar.,

Drehwrakel η und -_r zu erzielen, müssen vier wei- ^ _{Hand der to[g}^_{a&n Flguren} ^ _durch g^.

tere Addierer hinzugefügt werden. Die Verzögerungs- sehe Konstruktion die Überlegenheit des erfindumgs-

glieder sind dagegen nur einmal notwendig. Aus den 65 gemäßen Verfahrens gegenüber den bekannten MTi-

Ausgangsgröße'n X£ Y₀ der Addierer wird in zwei Radarverfahren bewiesen. _. ...

Analogrechengliedera 24 und 25 sowohl \fx* + y₀» Nach Fig. 11 sei angenommen, ein, bewegliches

als auch et, beispielsweise durch' die Bildung des Ziel 32 befindet sich über einem weit ausgestreckten

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und stark reflektierenden Festziel 33. Von einem Sen- ist in Fig. 14 wiedergegeben. Fig. 14 zeigt die

der 34 mit einem Antennenrichtdiagramm 35 werden Phasendifferenz je zweier aufeinanderfolgender Echos,

laufend Impulse ausgestrahlt. Das Richtdiagramm Schwankungserscheinungen führen hierbei bereits zu

bewege sich in Zeigerrichtung 36 kreisförmig auf derart starken Phasenänderungen, daß das bewegte

dem Abtastkreis 37. 5 Ziel nicht erkannt werden kann.

Fig. 12 zeigt die statistisch verteilten Amplitu- Gemäß einer Ausführungsform des erfindungs-

den A der auf der Abszisse aufgetragenen einzelnen gemäßen Verfahrens werden hingegen die Zeiger der

Echosignale E in den fortlaufenden Nummern 1 bis Echosignale zu je vier zusammengefaßt (s. F i g. 5

50. Bei zwölf aufeinanderfolgenden Echos (Nr. 25 und 6).

bis 36) sind den Festzielechos und Fluktuationen io Die resultierenden Amplituden sind in Fig. 15

(ausgezogene Linie) Echos eines bewegten Zieles 32 dargestellt, beginnend mit der Gruppe eins (Echo 1

überlagert (gestrichelt). Dieses habe eine derartige bis 4). Aus diesen Resultierenden ist durch arithme-

Radialgeschwindigkeit zum Radargerät 34, daß sich tische Addition von je neun Gruppen aufeinander-

!ψ. = 75° ergib,. Engend F,_g.7 gehör, ^^^ViäÄ&S

*. d.esen, Wer, eine Drehung um i. A₁₁= Echo» — ΐ&α&ί££. *~* " *"**

eines bewegten Zieles sollen die gleichen Amplituden Fig. 17 zeigt den gemittelten Phasenzuwachs der

besitzen und die Effektivwerte vom Festzielecho, Echogiuppen beim Verfahren nach der Erfindung. Flugzielecho und Fluktuation mögen sich wie 5:1:1 ao Auch hier ergibt die Phaseninformation im Scheitel

verhalten. des Amplitudenverlaufs (Fig. 16, Summierung 25

Es ist üblich, Echosignale, beispielsweise durch . _fi). _Näherun_e den Wert = 75°. das Nachleuchten des Schirms der Kathodenstrahl- ^{; s w} /.
anzeigeröhre, zu summieren. Diese Summierung der Es zeigt sich somit, daß auch unter Bedingungen, Amplituden in fortlaufenden Gruppen zu je 12 ist in as die die Erkennung eines bewegten Zieles nach üb-Fig. 13 gezeigt. Dieses Diagramm entspricht den liehen Ortungsverfahren unmöglich machen, das erüblichen Radarverfahren; es erscheint nur das Fest- findungsgemäße Verfahren eine eindeutige Ortung ziel, indem das bewegliche Ziel verschwindet. des Zieles hinsichtlich Lage und Radialgeschwindig

Die Phasenauswertung des üblichen MTI-Radars keit erlaubt.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 ' 2 .':» ι. keit. Bewegt steh jedoch das Ziel mit einer radialen ·:* ^Patentansprüche: Geschwindigkeit ν < c vom Ziel weg, so besitzt der nach der Zeit T ausgesendete zweite Impuls die Lauf-

1. Ortungsverfahren nach der elektromagnet!- zeit. ^; <., o(r Χ-νΤ) '

ichen Rücfistrahlraethode, bei dem die Phasen 5 " _Τβ< b= _ (4)

der Trägerschwingungen einander entsprechender c

Echoimpulse metoerer aufeinanderfolgender Im- , , _T _,. j_{!e T} _„«_„:*

pulsfolgeperioden zur Festzeichenunterdrückung ¹^ ^{der v}'^{tG Im}P^{uls die Laufzeit}

miteinander verglichen werden, dadurch ge- _ 2 [R -ί-(υ — 1)vT]

kennzeichnet, daß die Trägerschwingungen io ^Tr c ^ '

von jeweils η (mindestens drei), der einander-ent- ^ .» , ...λ

sprechenden Ectio{mpulse in Gruppen zusammen^ ?* ,!Entsprechend ist auch die Phase des zweiten Emp-

gefaßt werden, wobei zeitlich benachbarte Grup- fangssignals nicht mehr

pen die Trägerschwingungen der gleichen Echo- 2 ω R

impulse mit Ausnahme des ersten Echoimpulses 15 ωT₁ = , (6)

in der zeitlich vorangehenden und des letzten ^c

Echoimpulses in der zeitlich folgenden Gruppe sondern

enthalten, daß innerhalb jeder Gruppe die Träger- 2 ω /? 2 ω vT

schwingungen öer Echoimpulse unter jeweiliger ^ωτ2 ⁼ ^ ' £ (7)

gegenseitiger Phasenverschiebung von 2 n/n oder ao
Vielfachen hiervon addiert werden, derart, daß ^oder allgemein

die Komponente jedes resultierenden Signal- _ 2ωR , , __ ... 2ωνΤ

vektors, welcher Fcstzielen entspricht, im wesent- ^ωχ" c c '^

liehen zu Null wird, und daß die Phasendifferenz

zwischen den aus der Addition resultierenden 35 Zur Bestimmung der Phasendifferenz beim MTI-Signalen jeweils zweier zeitlich aufeinanderfolgen- Radar bildet man nua
der Gruppen zur Festzeichenunterdrückung ausgewertet wird. ^₁. _ 2ωνΓ _ 4πνΓ

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet ²¹C λ
durch die zusätzliche Gewinnung der Information 30

Ph^easen^iffe^rren?^{le Zielgeschwindigkeit aus der} mit der Wellenlänge λ = ^-. Es werden nur die