DK151413B - Frekvensmoduleret impulsradar med variabel baereboelgefrekvens - Google Patents

Description

151413

Opfindelsen angår en frekvensvariabel impulsradar omfattende en sender til udsendelse af et frekvensmoduleret signal, og en modtager med en lokaloscillator til frembringelse af et blande-signal, som nærmere angivet i kravets indledning.

Ved radaranlæg af denne art vil mål, som befinder sig i bestemte sidevinkler i forhold til de udsendte impulser med valgte frekvenser ikke levere noget ekko til radarantennen, så at målet kan forblive uopdaget. For at overvinde dette problem er der udviklet frekvensvariable impulsradaranlæg, som udsender impulser med varierende radiofrekvenser, så at radaranlægget ikke arbejder kontinuerligt på én valgt frekvens, hvor et mål som befinder sig i en bestemt sidevinkel ikke vil oive nocret ekko til modtaaeren.

2 151413

Variationstakten for radiofrekvenssignalet skal her betegnes som modulationstakt, som i det typiske tilfælde varierer sinusformet.

Driftsbegrænsningerne for en radarmodtagers komponenter kræver, at forstærkningen og viderebearbejdelsen af de modtagne ekkosignaler sker ved mellemfrekvenser i stedet for ved radiofrekvenser for de signaler, som leveres af senderen og modtages som ekkoer. Omformningen af de modtagne signaler fra radiofrekvens til en mellemfrekvens sker ved blanding af de modtagne signaler med udgangssignalet fra en lokaloscillator hvis frekvens adskiller sig fra den udsendte frekvens med mellemfrekvensen. I ikke-kohæren-te radaranlæg leveres sendersignalet og lokaloscillatorsignalet fra adskilte uafhængige frekvenskilder, i modsætning til kohærente radaranlæg, hvor sendersignalet og lokaloscillatorsignalet leveres af den samme frekvenskilde.

Da frekvensen af de udsendte signaler varieres, skal radiofrekvenssignalet fra lokaloscillatoren også variere i frekvens på samme måde som frekvensen af de udsendte signaler for at opretholde en konstant mellemfrekvens. Da mellemfrekvensen skal ligge indenfor båndbredden af et filter, hvis båndbredde svarer til den udsendte impulsbredde for at opnå maksimalt signal/støjforhold i modtageren, må radiofrekvensen i lokaloscillatoren følge frekvensen af de udsendte signaler indenfor forudbestemte grænser.

De tidligere kendte anordninger til at styre lokaloscillatorens frekvens i frekvensvariable impulsradaranlæg har omfattet en elektromekanisk frekvensomsætter, der samvirker med en eksemple-rings- og holdekreds til at levere et modulationssignal, som styrer radiofrekvensen fra lokaloscillatoren i samsvar med radiofrekvensen i den næste impuls der skal leveres af senderen. En manuel justering er anordnet til at styre forstærkningen af det modulationssignal der tilføres lokaloscillatoren med henblik på manuel afstemning af den automatiske frekvensstyring. En hurtig automatisk frekvensstyresløjfe korrigerer fejl i det manuelt afstemte modulationssignal.

Hovedproblemerne ved de kendte anlæg er/ at den manuelle forstærkningsjustering for modulationssignalet kun var nøjagtig for de mekaniske og elektriske overføringsfunktioner for frekvensomsætteren og eksemplerings- og holdekredsen, der var gældende på det tidspunkt da den manuelle justering blev foretaget.

Disse overføringsfunktioner er imidlertid underlagt variationer som følge af mekanisk slitage, ældning og variationer i omgivelser- 3 151413 nes temperatur. Den hurtige automatiske frekvensstyresløjfe korrigerede radiofrekvensen for lokaloscillatoren fra impuls til impuls. Nøjagtigheden af korrektionen var imidlertid afhængig af den automatiske frekvensstyresløjfes forskellige parametre, og fejlkorrektionen for den hurtige automatiske styresløjfe viste sig at være relativt følsom for variationer i sløjfens forstærkningsparametre. Variationen af de hurtige automatiske styresløjfeparametre vil imidlertid efterlade en restkorrektionsfejl i en størrelsesorden der er afhængig af størrelsen af modulationssignalf ej len og variationer i parametrene for den automatiske frek-vensstyresløjfe. Restfejlen, som forøges af modulationssignalfejlene og følsomheden af den hurtige automatiske frekvensstyresløjfe overfor variationer i forstærkningsparametrene, nødvendiggjorde hyppig manuel justering af den automatiske frekvensstyring og resulterede i, at anlægget for visse anvendelser ikke kunne godkendes med hensyn til pålidelighed og vedligehold.

Pra SE fremlæggelsesskrift nr. 319.813 kendes et radaranlæg, hvori en styrekreds modtager signaler fra en sender, hvilken styrekreds styrer en lokaloscillators frekvens i forhold til signalerne fra senderen.

Fra DE fremlæggelsesskrift nr. 2.531.102 kendes endvidere en modulator (14), der modulerer en lokaloscillators frekvens i afhængighed af signalerne fra en sender, og en med senderen og en styrekreds forbundet eksemplerings- og holdekreds, som indgår i en med modulatoren forbundet kredsløbssløjfe.

Fra SE fremlæggelsesskrift nr. 321.719 er det ved im-pulsradaranlæg kendt at styrekredsen indeholder en blander, som er forbundet med en sender og en lokaloscillator, en frek-vensdiskriminator, som er forbundet med blanderen, samt en integrator til frembringelse af et middelværdifrekvenssignal.

Formålet med opfindelsen er derfor at anvise udformningen af en lokaloscillatorstyrekreds for en frekvensvariabel impulsradar, hvilken lokaloscillatorstyrekreds korrigerer langtidsfejl i radiofrekvensudgangssignalet fra lokaloscillatoren, hvilke langtidsfejl skyldes temperaturvariationer, slitage og ældning af komponenter.

Dette opnås ved hjælp af et frekvensvariabelt impuls-radaranlæg af den indledningsvis omhandlede art, som ifølge 4 151413 opfindelsen er ejendommeligt ved den i kravets kendetegnende del angivne udformning.

Opfindelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et blokdiagram for en frekvensvariabel impulsradar ifølge opfindelsen, og fig. 2 viser en graf for de bølgeformer, som leveres af diskriminatoren, frekvensomsætteren og kommutatoren under driften af en radar ifølge opfindelsen.

Udførelseseksemplet i fig. 1 omfatter en sender 10, som leverer et højfrekvenssignal, hvis indhylningskurve er et tog af impulser med en forudbestemt gentagelsesfrekvens Fr* Højfrekvenssignalet fra senderen 10 er frekvensmoduleret med en modulationstakt Fm ved hjælp af et frekvensstyreorgan 12. I praksis kan senderen 10 og styreorganet 12 bestå af en mikrobølgehulrumsresonator og en membran. Senderens udgangssignal leveres til en cirkulator 14, som leverer signalet til antennen 16. Fra antennen 16 sendes signalet mod et mål 18, som reflekterer et ekko af det udsendte signal tilbage til antennen 16. Sidevinkelen for målet 18 kan være en sådan, at ved en bestemt frekvens modtager antennen 16 ikke noget ekko fra målet, idet ekkoerne spredes fra målet i andre retninger. Som følge af frekvensmodulationen af det udsendte signal vil radaranlægget imidlertid detektere målet uanset sidevinkelen .

Det reflekterede ekko, som modtages af antennen 16, leveres til cirkulatoren 14, som igen leverer signalet gennem en kanal til en blander 22, som blander det modtagne signal med et radiofrekvent blandesignal, som leveres gennem en kanal 24 og en retningskobler 25. Som det skal beskrives nærmere nedenfor, vil det højfrekvente blandesignal fra lokaloscillatoren 26 følge frekvensen af senderens højfrekvenssignal ved hjælp af en automatisk frekvensstyrekreds 28. Blandingen af det fra målet 18 modtagne ekkosignal med blandesignalet fra lokaloscillatoren 26 i blanderen 22 resulterer i et mellemfrekvenssignal i kanalen 30, som er mere egnet til forstærkning og videre bearbejdning end højfrekvenssignalet i form af det fra målet modtagne ekkosignal. Mellemfrekvenssignalet i kanalen 30 forstærkes af en mellemfrek- 5 151413 vensforstærker 32 og filtreres i et båndpasfilter 34, hvis båndbredde tilsvarer impulsbredden for de udsendte impulser for at opnå maksimalt signal/støjforhold i radaranlægget. Efter at mellemfrekvenssignalet er filtreret af båndpasfilteret 34 kan det omformes fra frekvens til spænding i en detektor 36, forudsat at der anvendes en indikator 38. Da signal/støjforholdet medfører visse begrænsninger i båndbredden af båndpasfilteret 34, er det klart at det radiofrekvente blandesignal fra lokaloscillatoren skal holdes i en bestemt frekvensafstand (mellemfrekvens) fra det i ekkoet modtagne højfrekvenssignal indenfor tolerancerne for båndbredden af filteret 34 for at et brugbart mellemfrekvenssignal skal kunne opnås.

Det er klart at - fraset eventuelle dopplereffekter - vil det ekkosignal som reflekteres af målet 18 og modtages af antennen 16, være det samme impulstog som det signal der leveres af senderen 10. Når højfrekvenssignalet som udsendes frekvensmoduleres af frekvensstyreorganet 12, er det klart at lokaloscillatorsignalet også må frekvensmoduleres på samme måde, hvis lokaloscillatorsignalet skal holde mellemfrekvensafstanden fra højfrekvenssignalet for det modtagne ekko.

Den automatiske frekvensstyrekreds 28 omfatter et middelfrekvens styrenetværk 40, og en modulator der omfatter en frekvensomsætter 42, som samvirker med en eksemplerings- og holdekreds 44, og et modulationsforstærkningsstyrenetværk 46. Når anlægget er i drift, vil udgangssignalet fra middelfrekvensstyrenetværket 40 korrigere langsomme variationer i det gennemsnitlige højfrekvenssignal fra lokaloscillatoren, der skyldes temperaturvariationer, slitage af komponenter og ældning. Frekvensomsætteren 42 overvåger højfrekvenssendesignalet fra impuls til impuls, og leverer en spændingsindikering for afvigelsen af højfrekvenssignalet fra den gennemsnitlige frekvens af det udsendte signal til eksemplerings- og holdekredsen 44, som omfatter en kontakt og en kondensator. I samsvar med et signal fra en synkronisator 45 vil eksemplerings- og holdekredsen 44 forstærke og lagre udgangsspændingen fra frekvensomsætteren 42, som repræsenterer højfrekvensen for den næste impuls/ der skal leveres af senderen 10. Efter et andet 6 151413 signal fra synkronisatoren 45 umiddelbart før udsending af' sendeimpulsen, vil eksemplerings- og holdekredsen 44 arbejde gennem modulationsforstærkningsstyrekredsen 46 og give et modulationssignal til styreindgangen i lokaloscillatoren 26 og bevirke frekvensmodulation af blandesignalet fra lokaloscillatoren 26. Den automatiske frekvensstyrekreds 28 vil derved bevirke at blandesignalet fra lokaloscillatoren hovedsageligt følger højfrekvensen for det udsendte signal med en frekvensafstand fra sendesignalet ved afstemning af lokaloscillatoren 26 til højfrekvensen for den næste impuls, der skal leveres af senderen 10.

Middelfrekvensstyrenetværket 40 er af tidligere kendt art som anvendt i ikke-frekvensmodulerede impulsradaranlæg, og består af en blander 48, en mellemfrekvensforstærker 50, en diskriminator 52 og en første træg integrator 54. En del af lokal-oscillatorblandesignalet og en del af det udsendte signal, som leveres gennem kobleren 55, blandes i blanderen 48 for at levere et mellemfrekvenssignal, som forstærkes i mellemfrekvensforstærkeren 50 og leveres til diskriminatoren 52, som leverer en spændingsimpuls, hvis amplitude og polaritet er proportional med frekvensen og polariteten af det mellemfrekvenssignal der leveres af forstærkeren 50. Hvis f.eks. blandesignalet fra lokaloscillatoren 26 er for lavt, vil diskriminatoren 52 levere en positiv spænding, hvis amplitude er proportional med frekvensen af mellemfrekvenssignalet. På samme måde: hvis blandesignalet er for højt, vil diskriminatoren 52 levere en negativ spænding med en amplitude, som er proportional med mellemfrekvensen. Når frekvensen af oscillatoren 26 nøjagtig følger sendefrekvensen, vil der ikke optræde noget signal i udgangen fra diskriminatoren 52. Når der optræder periodiske afvigelser mellem lokaloscillatorsignalet og sendesignalet, vil diskriminatoren 52 levere et periodisk udgangssignal med impulstog svarende til senderens gentagelsesfrekvens Fr, hvis indhylnings-kurve har en periode som er den inverse værdi af sendesignalmo- dulationstakten i . Kurven 2A på fig. 2 viser et eksempel på et m typisk udgangssignal fra diskriminatoren 52 når der er periodiske fejl mellem lokaloscillatorsignalet og sendesignalet. Udgangssignalet fra diskriminatoren 52 tilføres den træge integrator 54, 7 151413 hvis reaktion er langsommere end både gentagelsesfrekvensen Fr og modulationstakten F , og giver et gennemsnitsfrekvenssignal til oscillatoren 26 for at tilvejebringe en middelfrekvens, om hvilken lokaloscillatoren 26 modulerer.

Udgangssignalet fra diskriminatoren 52 tilføres også modulationsforstærkningsstyrenetværket 46 for styring af forstærkningen af det modulationssignal, som leveres af eksemplerings-og holdekredsen 44. Modulationsforstærkningsstyrenetværket 46 justerer forstærkningen af modulationssignalet fra eksemplerings-og holdekredsen 44 for at korrigere spids-til-spids-variationer i den elektriske og mekaniske overføringsfunktion for frekvensomsætteren 42 og eksemplerings- og holdekredsen 44. Spids-til-spids--variationerne i de mekaniske og elektriske overføringsfunktioner skyldes mekanisk slitage, ældning og variationer i omgivelsestemperaturen .

Modulationsforstærkningsstyrenetværket 46 omfatter en kommutator 56, en anden træg integrator 58 og en dæmpekreds 60. Kommutatoren 56 reagerer på udgangssignalet fra diskriminatoren 52 og også på udgangsspændingen fra frekvensomsætteren 42. Kommutatoren 56 inverterer den negative del af impulstoget fra diskriminatoren 52 ved at styre en enhedsforstærkningsfaktor i samsvar med polaritetsændringer i udgangssignalet fra omsætteren 42.

Kurven 2-B i fig. 2 viser således med den afbrudte streg 66 udgangssignalet fra omsætteren 42, og den optrukne streg 64 viser forstærkningen i kommutatoren 56 for udgangssignalet fra diskriminatoren ifølge kurven 2-A. Når udgangssignalet fra omsætteren 42 har en første polaritet, som kan betegnes positiv, vil forstærkningen i kommutatoren 56 være positiv og udgangssignalet fra diskriminatoren 52 bliver ikke inverteret, men når polariteten af frekvensomsætteren 42 vendes, er forstærkningen i kommutatoren 56 negativ, og udgangssignalet fra diskriminatoren 52 bliver inverteret. For signalerne ifølge kurverne 2-A og 2-B vil udgangssignalet fra kommutatoren 56 være som vist med kurven 2-C i fig. 2. Udgangssignalet fra kommutatoren 56 har derfor en konstant kompo-sant, hvis amplitude og polaritet er proportional med den gennemsnitlige modulationsfejl i blandesignalet. Denne konstante kompo- 8 151413 sant i kommutatorudgangssignalet driver den anden træge integrator 58, som leverer et dæmpet styresignal til at ændre dæmpningen i dæmpekredsen 60 i en retning, der vil mindske den gennemsnitlige fejl mellem frekvensen fra lokaloscillatoren og sendesignalet som følge af variationer i elektriske og mekaniske overføringsfunktioner i frekvensomsætteren 42 og eksemplerings- og holdekredsen 44.

Modulationsforstærkningsstyrenetværket 46 tjener derfor til kontinuerlig justering af forstærkningen af modulationssignalet for derved at kompensere for variationer i elektriske og mekaniske overføringsfunktioner i omsætteren 42 og i eksemplerings-og holdekredsen 44. Da den gennemsnitlige nøjagtighed af modulationssignalet styres automatisk af modulationsstyrenetværket 46, er middelfrekvensstyrenetværket 40 ikke nødvendigt for at undertrykke fejl fra impuls til impuls eller i sendesignalets modulationstakt, men styrer alene forskellen mellem langtids- gennemsnitsfrekvenserne for senderen og oscillatoren. Båndbredden af miadelfrekvensstyrenetværket vil derfor være upåvirket af ændringer af modulationssignalets forstærkningsparametre der skyldes variationer i omgivelsestemperaturen, ældning og komponentudskiftning.

En MF-detektor- og sweepkreds 62 sørger for stabilitet af den automatiske frekvensstyrekreds 28, både ved start af anlægget og i tilfælde af transiente forstyrrelser. I sådanne situationer vil frekvensmodulationsfejl i modulationsforstærkningsstyrenetværket 46 overskride det dynamiske område for middelfrek-vensstyrenetværket 40, så at dette ikke vil give en gennemsnitshøjfrekvens og derved hindre modulationsforstærkningsstyrenetværket 46 i at styre forstærkningen af modulationssignalet. For at overvinde dette problem afføler detektor- og sweepkredsen 62, som er hovedsageligt den samme som i tidligere kendte anlæg af denne art, at mellemfrekvensimpulserne i mellemfrekvensforstærkeren 50 mangler, og midlertidigt sætter frekvensstyreorganet 12 ud af funktion og "sweeper" lokaloscillatoren 26 langsomt til den umodulerede højfrekvens for senderen 10. Så snart lokaloscillatoren 26 er nået hen til den gennemsnitlige frekvens af det 9 151413 umodulerede udgangssignal fra senderen 10, forøges størrelsen af frekvensmodulationen i udgangssignalet fra senderen 10 fra nul til maksimal værdi af frekvensstyreorganet 12 med en takt indenfor det dynamiske område for middelfrekvensstyrenetværket 40. Efter at maksimal modulation af sendesignalet er nået, vil den automatiske frekvensstyrekreds 28 beholde sin stabilitet, dersom der ikke igen optræder transiente forstyrrelser.

Claims (1)

151413 xo Patentkrav. Frekvensvariabel impulsradar, i hvilken bærebølge-frekvensen kan ændres fra impuls til impuls og af den art, der omfatter a) en med en sender (10) forbundet antenne (16) til afgivelse af et frekvensmoduleret signal med styrbar variabel bærebølgefrekvens, b) en modtager, som er indrettet til at modtage de af senderen udsendte bærebølgesignaler med variabel frekvens, en sende-modtagekreds (14), som er indrettet til omskiftning mellem sende- og modtagearbejdsmåder, hvilken modtager indbefatter en lokaloscillator (26) til frembringelse af et blandesignal, hvilken lokaloscillator (26) modtager signaler fra og styres af c) en MF-detektor- Og sweepkreds (62), der modtager signaler fra et middelfrekvensstyrenetværk (40), hvilket middelfrekvensstyrenetværk (40), modtager signaler fra en kobler (55) og fra lokaloscillatoren (26), kendetegnet ved, at lokaloscillatoren (26) desuden modtager signaler fra og styres af et modulationsforstærkningsstyrenetværk (46), der omfatter en kommutator (56), som er forbundet med en integrator (58), der er forbundet med en dæmpekreds (60), hvilket modulationsforstærkningsstyrenetværk modtager signaler fra en frekvensomsætter (42) og en eksemplerings- og holdekreds (44) .