DE978050C - Impulsradargeraet mit Entfernungskanaelen und Frequenzfiltern zur Festzeichenunterdrueckung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Impulsradargerät mit Entfernungskanälen und darin angeordneten Frequenzfiltern, die Durchlaßbereiche bilden, weiche kleiner als die Pulsfrequenz fr sind und jeweils zwischen zwei Spektrallinien eines Festzeichenspektrums liegen. Bei Radar-Geräten ist die Unterdrückung von Scheinechos, die von Störern verursacht werden, ein Problem, das nur gelöst werden kann, wenn sich das echte Echo von Scheinechos durch bestimmte Eigenschaften unterscheidet, die erkannt und ausgewertet werden können. Eine solche Eigenschaft ist bei Puls-Radar-Geräten z. B. die Pulsfrequenz, die dem Abstand zweier benachbarter Spektrallinien im Spektrum des Pulses entspricht. Bei Puls-Radar-Geräten, die mit Entfernungstoren arbeiten, ist die Pulsfrequenz allerdings kein eindeutiges Kennzeichen mehr, da die einzelnen Entfernungstore bekanntlich im Rhythmus des ausgesendeten Pulses öffnen und dadurch auch den Störspektren, jedenfalls sofern sie Iinienhaft strukturiert sind, die Pulsfrequenz aufprägen.

Gemäß der Erfindung wird eine Unterscheidung zwischen tatsächlichen Zielen und Störspektren dadurch ermöglicht, daß zur Ausblendung von Störern die Pulsfrequenz von einem Wert fr auf einen Wert fr/n umgeschaltet ist, wobei η eine ganze Zahl bedeutet, während die Öffnungs- bzw. Schließungsfrequenz der Entfernungskanäle weiterhin gleich fr bleibt, und daß bei auf fr/n umgeschalteter Pulsfrequenz in jedem Entfernungskanal mindestens zwei einander nicht überlappende Durchlaßbereiche vorgesehen sind sowie nichtlineare Mittel, denen die aus diesen Durchlaßbereichen stammenden, eine Schwebung ergebenden Ausgangssignale zur Erzeugung der der veränderten Pulsfrequenz fr/n entsprechenden Schwebungsfrequenz additiv zugeführt sind, und daß den nichtlinearen Mitteln im wesentlichen nur den Frequenzbereich um die Frequenz fr/n durchlassende Filter nachgeschaltet sind.

Auf diese Weise ist es möglich, die echten Echos an ihrer entsprechend geänderten Pulsfrequenz zu erkennen und von Störern zu trennen, die im Einklang mit dem unveränderten Zyklus der Entfernungstor-Anordnung nach wie vor die ursprüngliche Pulsfrequenz aufweisen. Durch die unveränderte Pulsfrequenz wird unabhängig von der zufälligen, durch die jeweilige Dopplerverschiebung bestimmten Lage des Echospektrums aus mindestens zwei unmittelbar benachbarten Spektrallinien der n-te Teil der Pulsfrequenz durch einen nichtlinearen Vorgang im Empfänger erzeugt und schmalbandig, d.h. mit der zur Modulation der Zielechos durch die rotierende Antennenkeule passenden Bandbreite ausgesiebt Auf diese Weise wird zweierlei gleichzeitig erreicht, nämlich einmal die verringerte Pulsfrequenz als Kriterium für echte Echos eingeführt und die Bandbreite vor der letzten Gleichrichtung auf das kleinstmögliche Maß beschränkt Beide Maßnahmen wirken im Sinne einer Störunter-

drückung; die erstere ist besonders gegen Pulsstörer mit linienhaft strukturiertem Störsignalspektrum, die letztere auch gegen rauschende Störer mit weißem Linienspektrum gerichtet. Durch die Änderung der Pulsfrequenz tritt bei Geräten mit Festzeichenunterdrückung die erste Blindgeschwindigkeit bereits bei der Hälfte der bisherigen auf. Dies kann beim Auftreten von Störern in Kauf genommen werden. Nach Möglichkeit wird man aber das Gerät umschaltbar machen, so daß es normalerweise mit der ursprünglichen Pulsfrequenz arbeiten kann und nur im Bedarfsfall oder zur Überprüfung, ob Störer vorhanden sind, auf eine entsprechend geänderte Pulsfrequenz umgeschaltet wird.

Der bloße Fortfall jedes η-ten Impulses setzt natürlich die Sendeleistung auf den η-ten Teil herab. Es ist daher zweckmäßig, die verbleibenden Impulse mit Λ-facher Leistung zu senden, um die zulässige Verlustleistung der Senderöhre nach wie vor voll auszunutzen.

Eine Umschaltung der Pulsfrequenz bei Impulsradargeräten mit Festzeichenunterdrückung ist an sich bekannt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand von Zeichnungen näher erläutert:

In F i g. 1 sind die Festzeichenspektrallinien für eine Pulsfrequenz fr als stark ausgezogene Linien Sr dargestellt. Der Abstand zwischen zwei derartigen Spektrallinien Sr betrage z. B. 3 kHz; der zugehörige Bandpaß BP umfaßt entsprechend einen Durchlaßbereich, der etwas kleiner als die Pulsfrequenz ist. Wird nun die Pulsfrequenz z. B. auf die Hälfte reduziert, d. h. zu 1,5 kHz gewählt, so treten zwischen den Spektrallinien Sr jeweils weitere Festzeichenspektrallinien auf, die mit Sr' bezeichnet sind. Im Durchlaßbereich des Bandpasses BPwürde somit ein Signal auftreten, das ein Ziel vortäuschen würde. Um dies zu vermeiden, muß ein zusätzlicher Sperrbereich innerhalb des ursprünglichen Durchlaßbereiches des Bandpasses BP, und zwar genau in dessen Mitte, vorgesehen werden. Dies kann vorteilhaft dadurch geschehen, daß eine entsprechende Anzahl von Bandfiltern für das vorliegende Ausführungsbeispiel, also zwei, eingeschaltet werden. Es ist aber auch möglich, anstelle von Bandfiltern resonanzscharfe Sperrfilter, weiche auf die entsprechende Spektrallinie abgestimmt sind, z. B. in Form von Quarzfiltern, vorzusehen. Wird bei einer Umschaltung der Pulsfrequenz auf den Wert fr/n die Zahl η größer als 2 gewählt, so treten innerhalb des Bandpasses BP n-\ zusätzliche Spektrallinien Sr' auf, und es sind dementsprechend auch fl-1 Sperrkreise (z. B. Bandsperre BS) bzw. η zusätzliche Bandfilter vorzusehen.

Kommt bei auf den Wert fr/n umgeschalteter Pulsfrequenz ein Echo von einem bewegten Ziel zurück, so liegen die entsprechenden Spektrallinien Sb innerhalb des Durchlaßbereiches des Bandpasses BPund hier wiederum außerhalb des bzw. der zusätzlichen Sperrbereiche BS. Der Abstand der Spektrallinien Sb ist gleich dem η-ten Teil der Pulsfrequenz, d.h. im gewählten Beispiel mit n=2 beträgt er 1,5 kHz. Genau genommen steht jede derartige Spektrallinie eines Bewegtzieles für ein schmales Spektrum, das sich beiderseits über etwa 25 Hz erstreckt, sofern eine mit etwa 15 Umdrehungen/min rotierende, etwa 4° breite Antennenkeule vorausgesetzt wird.

Die beiden von der Filteranordnung durchgelassenen Bewegtzeichenspektrallinien bilden miteinander eine Schwebung mit der Frequenz ihres Abstandes (1,5 kHz) und einer Spitzenamplitude, die um den Faktor ψί größer ist als die Amplitude der Sinusschwingung, die man bei gleicher mittlerer Sendeleistung, aber ursprünglicher Pulsfrequenz bei dem bekannten Verfahren erhält. Durch einen nichtlinearen Vorgang, z. B. Gleichrichtung, bekommt man aus der Schwebung die Schwebungsfrequenz selbst, die der halbierten Pulsfrequenz entspricht. Sie wird mit Rücksicht auf ihr erwähntes, von der Rotation der Antennenkeule herrührendes Spektrum mit einer Bandbreite von ίο vorzugsweise zweimal 25 Hz (beide Seitenbänder) ausgesiebt, z. B. durch einen Schwingkreis.

Das Nutzsignal, das man auf diese Weise bei 1,5 kHz in einem 50 Hz breiten Band erhält, besitzt einen um 17,3 dB größeren Rauschabstand als das vergleichbare ZF-Signal bei dem bekannten Verfahren. Im wesentlichen liegt das an der Einengung der Rauschbandbreite von 2,4 kHz (Durchlaßbereich von BP in der ZF-Lage) auf die erwähnten 50 Hz des Schwingkreises. Für eine genaue Berechnung der Rauschabstandsverbesserung muß man den nichtlinearen Prozeß, durch den man die halbierte Pulsfrequenz 1,5 kHz aus der entsprechenden Schwebung in der ZF-Lage erhält, sowohl für das Signal als auch für das Rauschen im einzelnen betrachten.

Der nichtlineare Prozeß bestehe in einer Gleichrichtung durch einen Spitzengleichrichter oder einen linearen Gleichrichter (mit linear-geknickter Kennlinie). Da die Zeitkonstante der Spitzengleichrichtung wesentlich kleiner als die Schwebungsdauer sein muß und daher auch allen Schwankungen in der Hüllkurve des 2,4 kHz breiten Rauschbandes sofort folgen kann, unterscheiden sich die beiden Arten der Gleichrichtung bezüglich der entsprechenden niederfrequenten Anteile nur um einen Faktor in der Amplitude, nicht in der Struktur und Lage der Spektren. Da sich dieser Unterschied sowohl beim Signal wie beim Rauschen auswirkt, bleibt der Signal/Rausch-Abstand von ihm unbetroffen.

Die Leistung der 1,5-kHz-Schwingung, die man durch lineare Gleichrichtung aus der Schwebung erhält, steht zu der Leistung des von vornherein sinusförmigen ZF-Signals bei dem bekannten Verfahren im Verhältnis 1 !(5,23J² bei Einweggleichrichtung, im Verhältnis 1 : (2,62)2 bei Zweiweggleichrichtung. Diese unvermeidbare Einbuße an Signalleistung wird mehr als ausgeglichen durch die Einengung der Rauschbandbreite und durch die spektrale Aufsplitterung der Rauschenergie in einen Gleichstrom, ein NF-Band und HF-Bänder.

Das NF-Rauschband erstreckt sich von Null Hertz im wesentlichen bis zu einer Frequenz, die der Bandbreite des ursprünglichen ZF-Bandes entspricht, im vorliegenden Fall also bis 2,4 kHz. Die Energiedichte fällt dabei von Null Hertz linear ab. Bei 1,5 kHz wird aus diesem NF-Rauschband ein 50 Hz breiter Streifen herausgesiebt. Der Leistungsinhalt dieses Streifens im Verhältnis zur Rauschleistung des 2,4 kHz breiten ZF-Bandes ist, neben dem obengenannten Faktor für die Verringerung der Signalleistung, maßgebend für die resultierende Verbesserung des Signal-/Rausch-Abstandes im Vergleich zu dem bekannten Verfahren.

Bei Zweiweggleichrichtung gehen 17,4% der Leistung des ursprünglichen ZF-Rauschbandes in das NF-Rauschspektrum, 63,6% in den Gleichstrom und 18,9% in die HF-Bänder. Bei Einweggleichrichtung verteilt sich die Leistung des ursprünglichen ZF-Rauschbandes wie folgt:

NF-Band 4,3%; Gleichstrom 15,9%; hochfrequente Bänder 29,7%. Die restlichen 50% gehen verloren. Die auf die hochfrequenten Bänder entfallende Leistung von

29,7% besteht überwiegend aus einem Anteil bei der Frequenz des ursprünglichen ZF-Bandes, der bei Zweiweggleichrichtung zugunsten der übrigen Komponenten verschwindet.

Der 50 Hz breite Streifen, der aus dem NF-Band allein beibehalten wird, enthält seinerseits nur den Bruchteil 1/64 der auf das NF-Band entfallenden Leistung, wie eine einfache Betrachtung an dem 2,4 kHz breiten Rauschdreieck zeigt Somit ist die Rauschleistung, die das Signal bei 1,5 kHz begleitet, insgesamt um den Faktor 368 (bei Zweiweggleichrichtung) bzw. den Faktor 4 · 368=1472 (bei Einweggleichrichtung) kleiner als die ZF-Rauschleistung, die das Signal bei dem bekannten Verfahren mit unveränderter Pulsfrequenz umgibt. Da die Signalleistung gegenüber dem bekannten Verfahren um den Faktor 6,87 (bei Zweiweggleichrichtung) bzw. um den Faktor 27,4=4 · 6,87 (bei Einweggleichrichtung) kleiner ist, bleibt als Gewinn an Signal-/Rausch-Abstand der Leistungsfaktor 53,6 bei Zweiweg- und Einweggleichrichtung gleichermaßen. Bei Spitzengleichrichtung erhält man natürlich denselben Faktor 53,6 entsprechend 17,3 dB.

In Fig.2 ist im Blockschaltbild der Aufbau eines einzelnen Entfernungskanals dargestellt, wobei die am Ausgang eines Entfernungstores vorhandene Signalspannung zunächst dem Bandpaß BP zugeführt wird, dessen Durchlaßbereich etwas kleiner ist als der Abstand der Festzeichenspektrallinien bei der Pulsfrequenz fr. Bei Bedarf kann ein Verstärker Vi vorgesehen sein. Für Normalbetrieb, d.h. bei der Pulsfrequenz fr, sind die weiterhin vorhandene Bandsperre BS sowie die nichtlinearen Mittel G, z. B. eine Gleichrichteranordnung, und das Filter SF, überbrückt. Die dargestellte Schaltstellung zeigt dagegen den Betrieb, wenn mit einer geänderten, und zwar, entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, einer halbierten Pulsfrequenz gearbeitet wird. Die Bandsperre BS ist dementsprechend auf die Frequenz fo-fr/2 abgestimmt, das Filter SF dagegen auf den Wert fr/2, d.h. 1,5kHz. Die durch die nichtlinearen Mittel G, z.B. Spitzengleichrichter, demodulierte Schwebung aus den beiden Spektrallinien Sb eines Bewegtzieles werden unter Berücksichtigung der Bandbreite infolge der Modulation der Echosignale durch die Antennendrehung ausgefiltert und in einem nachfolgenden Verstärker V2 verstärkt und schließlich in einem weiteren Gleichrichter D demoduliert.

In F i g. 3 sind im Blockschaltbild die einem Entfernungstor nachgeschalteten Bauelemente eines Impulsradargeräts dargestellt, bei dem Sperrfilter vermieden sind und statt dessen die betreffende Festzeichenfrequenz auf die Frequenz Null heruntermoduliert wird, wo sie z. B. durch einen einfachen Kondensator vor einem hochohmigen Eingang eines Niederfrequenz-Verstärkers abgesiebt werden kann. Nachdem bei geänderter Pulsfrequenz die Signale den Bandpaß BP und den Verstärker V3 durchlaufen haben, gelangen sie zu einem Modulator M, dem von einem Oszillator O eine Überlagererfrequenz fo-fr/2 zugeführt wird. Die Spektrallinie Sr', die sonst innerhalb des Durchlaßbereiches des Bandpasses BP liegen würde und bei dem vorhergehenden Beispiel durch ein entsprechendes Sperrfilter BS ausgesiebt werden mußte, wird nun, da ihre Frequenz ebenfalls fo—fr/2 beträgt, auf die Frequenz Null heruntermoduliert und dadurch z. B. von dem Kondensator Cdes nachgeschalteten hochohmigen NF-Verstärkers V4 abgesiebt. Durch nichtlineare Mittel G wird anschließend wiederum aus etwa verbleibenden Bewegtzielspektren Sb eine Schwebung erzeugt, die über das auf fr/2 abgestimmte Filter SF geleitet, in einem weiteren Verstärker V5 verstärkt und in einer Gleichrichterschaltung D demoduliert wird. Auf diese Weise läßt sich bezüglich der Festzeichenspektrallinien Sr' innerhalb des Bandpasses BP eine theoretisch unendlich hohe und damit bezüglich der Festzeichen überhaupt eine wesentlich erhöhte Dämpfung erzielen. Wegen der vollständigen Unterdrückung der im Bandfilter zentralen Festzeichenspektrallinien Sr' finden die ihr auf der Frequenzachse rechts und links unmittelbar benachbarten Festzeichenspektrallinien keinen Partner, mit dem sie sich zu einer Schwebung von der halben Pulsfrequenz überlagern könnten. Nach der erwähnten Abwärtsmodulation mit der Frequenz fo—fr/2, d.h. der Mittenfrequenz des Bandpasses BP, erscheinen die ursprünglich im Abstand der halben Pulsfrequenz in der ZF-Ebene vorhanden gewesenen zwei Bewegtzeichenspektrallinien Sb in der Videolage derart, daß die Summe ihrer Frequenz die halbe Pulsfrequenz ergibt, bevor sie schmalbandig ausgesiebt und ausgewertet werden kann. Diese Summe muß erst durch eine nichtlineare Operation hergestellt werden, was mittels der nichtlinearen Anordnung G vorgenommen wird. In dieser Richtung ist somit die Ausführungsform nach F i g. 3 aufwendiger als die Anordnung nach Fig.2, wobei jedoch andererseits das bzw. die Quarzfilter oder aber die sonst benötigten schmalen Bandfilter innerhalb des Bandpasses BP überflüssig werden und die Festzeichenunterdrückung verbessert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Impulsradargerät mit Entfernungskanälen und darin angeordneten Frequenzfiltern, die Durchlaßbereiche bilden, welche kleiner als die Pulsfrequenz fr sind und jeweils zwischen zwei Spektrallinien eines Festzeichenspektrums liegen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausblendung von Störern die Pulsfrequenz von einem Wert fr auf einen Wert fr/n umgeschaltet ist, wobei η eine ganze Zahl bedeutet, während die öffnungs- bzw. Schließungsfrequenz der Entfernungskanäle weiterhin gleich fr bleibt, und daß bei auf fr/n umgeschalteter Pulsfrequenz in jedem Entfernungskanal mindestens zwei einander nicht überlappende Durchlaßbereiche vorgesehen sind sowie nichtlineare Mittel, denen die aus diesen Durchlaßbereichen stammenden, eine Schwebung ergebenden Ausgangssignale zur Erzeugung der der veränderten Pulsfrequenz fr/n entsprechenden Schwebungsfrequenz additiv zugeführt sind, und daß den nichtlinearen Mitteln im wesentlichen nur den Frequenzbereich um die Frequenz fr/n durchlassende Filter nachgeschaltet sind.

2. Impulsradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Aussiebung der Schwebungsfrequenz fr/n die Bandbreite des zugehörigen Filters so gewählt ist, daß sie dem Spektrum entspricht, das durch die Modulation des Zielechos infolge der Antennenrotation oder ähnlicher Einflüsse entsteht.

3. Impulsradargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Spitzengleichrichtern mit stark gekrümmter Kennlinie als nichtlineare Mittel deren Zeitkonstante wesentlich kleiner gewählt ist als die Dauer einer Schwebungsperiode der Schwebungsfrequenz fr/n.

4. Impulsradargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Umschaltung der Pulsfrequenz auf den Wert fr/n zugleich die in jedem Einzelimpuls enthaltene Energie auf etwa den /i-fachen Wert umgeschaltet ist.

5. Impulsradargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in jedem Entfernungskanal vorgesehenen, sich nicht überlappenden Durchlaßbereiche durch eine entsprechende Anzahl von Bandfiltern gebildet sind.

6. Impulsradargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einander nicht überlappenden Durchlaßbereiche in jedem Entfernungskanal durch in diesem Kanal eingeschaltete schmalbandige Sperrfilter, insbesondere Quarzfilter, gebildet sind.

7. Impulsradargerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem in den einzelnen Entfernungskanälen für die Unterdrückung der Pulsfrequenz /rund deren Harmonischer vorgesehenen Filter zusätzlich /7-1 Sperrbereiche im Abstand fr/n eingeschaltet sind, derart, daß sämtliche bei einer Pulsfrequenz fr/n in die Durchlaßbereiche der ursprünglichen Filter fallenden Festzeichenspektrallinien unterdrückt werden.

8. Impulsradargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4_S dadurch gekennzeichnet, daß die bei geänderter Pulsfrequenz fr/n zusätzlich innerhalb des ursprünglichen Durchlaßbereiches auftretende^) Festzeichenspektrallinie(n) durch Überlagerung mit einer gleich großen Frequenz auf den Wert Null heruntermoduliert sind und daß aus den von dem Wert Null verschiedenen Bewegtzeichenspektrallinien in der Videolage durch Summenbildung eine Frequenz gebildet wird, die gleich fr/n ist.