NL1001389C2 - Radardetectiesysteem voor het detecteren van objecten op zee. - Google Patents

Description

Radardetectiesvsteem voor het detecteren van objecten op zee.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een radardetectie-systeem voor het detecteren van objecten op zee, omvattende een zend-5 inrichting voor het uitzenden van eerste radarsignalen in een eerste frequentieband, een aan het object aan te brengen transponder voor het in responsie op ontvangst van de eerste radarsignalen uitzenden van tweede radarsignalen en een ontvanginrichting voor het ontvangen van de radarsignalen.

10 Voor de detectie en localisatie van ongevallen op zee wordt mo menteel gebruik gemaakt van het zogenaamde GMDSS (Global Maritime Distress and Safety System). In noodgevallen maakt het GMDSS het mogelijk om vanaf bijvoorbeeld een schip contact te leggen met een coördinatiecentrum, het zogenaamde Rescue Coordination Centre (RCC), dat 15 zich aan land bevindt. Dit gebeurt door een noodoproep te verzenden door middel van een geautomatiseerde radio-uitrusting via C0SPAS-SARSAT satellieten. Het Doppler-effect dat wordt veroorzaakt door de eigen beweging van de satelliet stelt het systeem in staat om de positie van het object in nood vast te stellen met een nauwkeurigheid van 20 circa vijf kilometer. Het RCC kan dan een efficiënte reddingsoperatie opzetten en de reddingsschepen of helicopters begeleiden naar het zoekgebied. Deze reddingsschepen en helicopters zijn uitgerust met een eenvoudige navigatieradar.

Wanneer het reddingsschip of de helicopter is aangekomen in het 25 gebied waar het incident heeft plaatsgevonden (een cirkel met een diameter van tien kilometer) is het noodzakelijk om visueel contact tot stand te brengen met de overlevenden. Rechtstreekse detectie met de aanwezige navigatieradar is niet mogelijk aangezien de radardoor-snede van een drenkeling zeer klein is en de drenkeling niet van de 30 altijd aanwezige zeeclutter te onderscheiden is.

Een aan het begin genoemd systeem is uit de praktijk bekend onder de naam Search And Rescue Transponder systeem (SART-systeem). Het bekende systeem wordt gebruikt om eventuele overlevenden in bovenbeschreven situaties toch te kunnen detecteren. Hierbij zendt de aanwe-35 zige navigatieradar eerste radarpulsen uit in een frequentieband van 9.2 tot 9.5 GHz. Deze band is internationaal vastgelegd ten behoeve van navigatieradarsystemen. De SART-transponder zendt in responsie op ontvangst van de eerste radarsignalen tweede radarsignalen in dezelfde J 0 0 1 3 89.

2 frequentieband uit. Deze tweede radarsignalen bestaan uit twaalf cycli van een in genoemde band zaagtandvormig frequentiegezwaaid signaal met constante amplitude. Het bekende radardetectiesysteem is voorzien van een ontvanginrichting die is afgestemd op ontvangst van radarsignalen 5 in deze band. Elke keer dat de frequentie van het signaal van de SART-transponder in de frequentieband van de betreffende ontvanginrichting valt wordt dit gedetecteerd en weergegeven in de vorm van een stip op het scherm van de navigatieradar. Ten gevolge hiervan ontstaat een patroon van twaalf stippen op het radarscherm, dat bij voldoende groot 10 zendvermogen van de transponder kan worden onderscheiden van de zee-clutter. Aan de hand hiervan kan men de positie van de drenkeling tot op enkele tientallen meters nauwkeurig vaststellen. Dit is voldoende om visueel contact mogelijk te maken.

Het nadeel van het bekende SART-systeem is dat de transponders 15 groot en zwaar zijn uitgevoerd, met name door de inbouw van toereikende batterijen om het vereiste hoge zendvermogen te verschaffen. Een momenteel beschikbare SART heeft bijvoorbeeld een lengte van veertig centimeter, een diameter van 8 centimeter en weegt ongeveer een kilo. Daarnaast is deze transponder relatief duur. Deze kenmerken maken de 20 SART ongeschikt voor het redden van individuele drenkelingen, aangezien het in de praktijk niet mogelijk is om elke persoon of elk reddingsvest aan boord van een schip uit te rusten met een SART-transponder. Dezelfde kenmerken maken het systeem eveneens minder geschikt voor gebruik op kleine schepen en reddingsvlotten.

25 Het is een doelstelling van de onderhavige uitvinding om een radardetectiesysteem te verschaffen dat bovengenoemde nadelen opheft.

Het radardetectiesysteem volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de transponder is uitgevoerd om de tweede radarsignalen uit te zenden in een tweede frequentieband die verschilt van de eerste 30 frequentieband, en dat de ontvanginrichting afzonderlijke middelen omvat voor ontvangst van de tweede radarsignalen.

Het radardetectiesysteem volgens de uitvinding heeft daarbij het voordeel dat de zeereflecties een andere frequentie hebben dan de frequentie van het transpondersignaal. Voor het transpondersignaal vol-35 staat dus een lager zendvermogen dan bij de bekende transponder en het transpondersignaal is te allen tijde goed te onderscheiden van de zeereflecties, waardoor de reddingsoperatie sneller en nauwkeuriger kan worden uitgevoerd. Een transponder voor het uitzenden van derge- 1 0 C 1 3 89 .

3 lijke radarsignalen kan bovendien klein, licht en goedkoop worden uitgevoerd, zodat de nadelen van het bekende radardetectiesysteem daarmee worden opgeheven. Het radardetectiesysteem volgens de onderhavige uitvinding heeft bovendien het voordeel dat het eenvoudig inge-5 past kan worden in bestaande radarstructuren. Daartoe is slechts een uitbreiding van de ontvanginrichting vereist met middelen voor ontvangst van radarsignalen in de tweede frequentieband.

In een gunstige uitvoeringsvorm van het detectiesysteem volgens de onderhavige uitvinding zijn de frequenties in de tweede frequentie-10 band in hoofdzaak een veelvoud van de frequenties in de eerste frequentieband. De transponder voor een dergelijk systeem kan technisch eenvoudig met behulp van een frequentievermenigvuldiger gerealiseerd worden.

In een verdere gunstige uitvoering van het detectiesysteem vol-15 gens de onderhavige uitvinding zijn de frequenties in de tweede frequentieband in hoofdzaak een tweevoud van de frequenties in de eerste frequentieband. Op voordelige wijze wordt in deze uitvoeringsvorm gebruik gemaakt van het feit dat de tweede harmonische het sterkste signaal oplevert. Daarnaast zijn de middelen die nodig zijn voor ont-20 vangst van de tweede harmonische technisch nog goed te realiseren.

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op een transponder die geschikt is voor toepassing bij het radardetectiesysteem volgens de onderhavige uitvinding, waarbij de transponder is voorzien van een ontvangschakeling met bijbehorende ontvangantenne en een zend-25 schakeling met bijbehorende zendantenne, waarbij de ontvangschakeling met bijbehorende ontvangantenne is afgestemd op ontvangst van eerste radarsignalen in een eerste frequentieband tussen 9200 MHZ en 9500 MHz.

De transponder volgens de uitvinding is derhalve geschikt voor 30 ontvangst van radarsignalen afkomstig van bijna alle momenteel bekende radarnavigatiesys temen.

In een gunstige uitvoering omvat de transponder een versterker en een frequentieverdubbelaar. Een dergelijke transponder is met behulp van recente technologische ontwikkelingen, zoals monolitisch geïnte-35 greerde GaAs microgolf schakelingen (MMIC's), LSI-CM0S schakelingen met laag vermogensgebruik en planaire antenne technologie, klein, licht en goedkoop uit te voeren.

In een verdere gunstige uitvoeringsvorm omvat de transponder 1 0 01 3 89 ., n volgens de onderhavige uitvinding een stuurschakeling voor het gedurende een voorafbepaalde tijdsperiode, na de ontvangst van de eerste radarsignalen, inschakelen vein de zendschakeling. In deze uitvoering heeft de transponder een minimaal energieverbruik.

5 De onderhavige uitvinding heeft eveneens betrekking op een red dingsvest voorzien van een transponder zoals hierboven beschreven.

Het detectiesysteem volgens de uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de bijgevoegde tekeningen, waarin:

Figuur 1 een voorkeursuitvoeringsvorm van het radardetectie-10 systeem volgens de onderhavige uitvinding toont;

Figuur 2 een voorkeursuitvoering van een stuurschakeling voor een transponder volgens de onderhavige uitvinding toont;

Figuur 3 ©en voorkeursuitvoeringsvorm van de middelen voor ontvangst van de door de transponder uitgezonden tweede radarsignalen 15 toont.

Figuur 1 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van een radardetec-tiesysteem volgens onderhavige uitvinding. Detectiesysteem 1 omvat een zendinrichting 2 voor het uitzenden van eerste radarsignalen in een eerste frequentieband. Deze zendinrichting 2 kan de zendinrichting van 20 een gebruikelijk navigatieradarsysteem zijn, welk radarsysteem vanzelfsprekend een ontvanginrichting 4 heeft voor de ontvangst van de door de uitgezonden eerste radarsignalen veroorzaakte reflecties op dezelfde frequentie. Detectiesysteem 1 omvat voorts een transponder 3 die in responsie op ontvangst van de eerste radarsignalen tweede ra-25 darsignalen in een tweede frequentieband uitzendt, waarbij de tweede frequentieband verschilt van de eerste frequentieband. Ontvanginrichting 4 is verder voorzien van ontvangmiddelen 13 voor ontvangst van de door de transponder 3 uitgezonden tweede radarsignalen.

Transponder 3 kan voor bovengenoemd doel op verschillende wijzen 30 worden uitgevoerd. De voorkeur gaat daarbij uit naar een uitvoering met een frequentievermenigvuldiger of harmonischengenerator, die technisch relatief eenvoudig te realiseren is. In de praktijk zenden zend-inrichtingen van bekende radarsystemen over het algemeen radarsignalen uit met frequenties tussen 9200 MHz en 9500 MHz. In de voorkeursuit-35 voering is de transponder 3 geschikt voor ontvangst van radarsignalen in deze frequentieband. Ten gevolge hiervan vallen de tweede harmo-nischen van deze radarsignalen in een frequentieband tussen 18400 en I9OOO MHz, de derde harmonischen in een frequentieband tussen 27600 en 1001as...

5 28500 MHz, enzovoorts. De transponder kan ook breedbandiger worden uitgevoerd. Deze kan bijvoorbeeld geschikt gemaakt worden voor ontvangst van eerste radarsignalen in een eerste frequentieband van 8-11 GHz, waardoor de toepassingsmogelijkheden van het systeem volgens 5 de uitvinding aanzienlijk worden uitgebreid, bijvoorbeeld naar detectie van objecten op land.

De bekende navigatiesystemen zijn alleen geschikt voor ontvangst van radarsignalen in een frequentieband lopend van 9200 tot 9500 MHz. Om het detectiesysteem 1 volgens de onderhavige uitvinding te kunnen 10 realiseren met gebruik van bekende radarsystemen, moeten de bekende systemen worden afgestemd op ontvangst van signalen in een andere frequentieband. Aangezien ontvangmiddelen voor ontvangst van signalen met frequenties in een frequentieband tussen 16 en 22 GHz tegen aanvaardbare kosten technisch goed realiseerbaar zijn, is de transponder 15 in de getoonde uitvoeringsvorm geschikt gemaakt voor het uitzenden van tweede radarsignalen in een frequentieband die bij benadering een tweevoud is van de eerste frequentieband.

Ten behoeve van de ontvangst van de door de transponder uitgezonden tweede radarsignalen is ontvanginrichting 4 volgens de uitvinding 20 voorzien van afzonderlijke middelen voor ontvangst van de tweede radarsignalen. Bij gebruik van een bekend radarsysteem moet de bijbehorende ontvanginrichting derhalve worden aangepast. Een voorkeursuitvoering van een dergelijke aanpassing is getoond in figuur 3·

In de in figuren 1 en 2 getoonde voorkeursuitvoeringsvorm omvat 25 transponder 3 voor het genereren van de tweede harmonische van de eerste radarsignalen een zendschakeling met een versterker 5 en in serie daarmee geschakeld een frequentieverdubbelaar 6. Radarpulsen die worden uitgezonden door zendinrichting 2 aan boord van een schip of een helicopter worden na ontvangst door transponder 3 versterkt en 30 vervolgens verdubbeld in frequentie teruggezonden.

Om het energieverbruik van transponder 3 te minimaliseren kan optioneel een stuurschakeling 7 worden toegepast, waarvan de werking aan de hand van figuur 2 verder wordt verduidelijkt.

Optioneel kan transponder 3 tevens worden uitgevoerd met alarm-35 middelen (niet getoond) om eventueel de drenkeling te kunnen waarschuwen dat de transponder is geactiveerd.

Een groot voordeel van de harmonische radartransponder 3 volgens de uitvinding is het storingvrije radarantwoord. Door de transponder 1 0 0 1 3 89 .' 6 zorgvuldig te ontwerpen kan het energieverbruik laag worden gehouden, wat een essentiële voorwaarde is voor miniaturisatie. Verwacht wordt dat het geïnstalleerde batterijvermogen met minstens een factor tien kan worden teruggebracht in vergelijking met het bekende SART-systeem.

5 Transponder 3 is tevens voorzien van een antenne 8 voor ontvangst van de eerste radarsignalen afkomstig van zendinrichting 2 en van een antenne 9 voor het uitzenden van de tweede radarsignalen met verdubbelde frequentie. Om het gewicht en het volume van de transponder laag te houden kunnen deze antennes uitgevoerd worden als microstrip-patch-10 antennes. In een alternatieve uitvoeringsvorm kunnen antennes 8 en 9 uitgevoerd worden als slotted-waveguide-antennes.

Versterker 5 wordt bij voorkeur uitgevoerd als GaAs MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) met zestrapsversterker. Een dergelijke versterker levert bij laag energiegebruik een relatief hoge 15 versterking met een aanvaardbaar ruisniveau. Het is bekend dat GaAs-versterkers eveneens kunnen worden gebruikt voor frequentieverdubbe-ling. Optioneel kan dus de laatste trap van de microgolf-versterker worden gebruikt voor dit doel.

Figuur 2 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van een stuurschake-20 ling 7 voor transponder 3· Stuurschakeling 7 heeft tot taak ervoor te zorgen dat de versterker 5 in transponder 3 slechts na ontvangst van radarsignalen in de eerste frequentieband gedurende een voorafbepaalde tijdsperiode aan staat. Transponder 3 staat na het aanschakelen ervan in de zogenaamde "slaap-modus" en wordt pas geactiveerd door middel 25 van ontvangst van eerste radarsignalen. Na ontvangst van dergelijke radarsignalen schakelt stuurschakeling 7 de versterker 5 en frequen-tieverdubbelaar 6 in. Wanneer gedurende een vooraf bepaalde tijd geen radarpulsen in de eerste frequentieband meer worden ontvangen, schakelt stuurschakeling 7 transponder 3 opnieuw in "slaap-modus". Stuur-30 schakeling 7 kan het energieverbruik van transponder 3 aanzienlijk verminderen en maakt daarmee verdere miniaturisatie van transponder 3 mogelijk. In de getoonde voorkeursuitvoeringsvorm omvat stuurschakeling 7 een aanpassingsschakeling 10 gevolgd door een detectiediode 11 en een versterker 12. Detectiediode 11, bijvoorbeeld een Schottky 35 diode, wordt bij voorkeur aangepast aan de antennestructuur over ongeveer 300 MHz met een instelstroom van 20 μΑ. Versterker 12 is bij voorkeur een videoversterker met een hoge versterking en weinig ruis, die de inkomende videopuls versterkt naar het vereiste drempelniveau.

1 0 0 1 3 89 3 7

Diode 11 en versterker 12 zijn in "slaap"-modus de enige gelijkstroom-verbruikende elementen in transponder 3·

In de voorkeursuitvoering wordt transponder 3 gevoed met behulp van batterijen.

5 Transponder 3 kan in noodsituaties, handmatig of automatisch, worden geactiveerd met behulp van een schakelaar of een voor zout water gevoelige sensor.

Detectiesysteem 1 wordt bij voorkeur ingebed in bestaande navigatiesystemen. Bestaande ontvanginrichtingen zijn echter niet afgestemd 10 op ontvangst van andere frequenties dan de eigen zendfrequentie. Ont-vanginrichting 4 moet derhalve worden aangepast en voorzien van middelen voor ontvangst van de tweede radarsignalen uitgezonden door transponder 3·

Figuur 3 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van bovengenoemde 15 ontvangmiddelen 13. Ontvangmiddelen 13 zijn opgebouwd als superheterodyne ontvanger met lage-ruis voorversterking en een mixer met een goede ruiskarakteristiek. De superheterodyne ontvanger 13 omvat een antenne 14 voor ontvangst van de radarpulsen uitgezonden door de transponder 3· In serie met antenne 14 is via een hoogdoorlaatfilter 20 15 een versterker 16 geschakeld. Versterker 16 is bij voorkeur een versterker met een zeer laag ruisgetal. Het uitgangssignaal van versterker 16 wordt naar mixer 17 gevoerd, waarin het gemengd wordt met het signaal van locale oscillator l8. Het uitgangssignaal van mixer 17 wordt toegevoerd aan midden-frequent versterker 19. Via detector 20 25 wordt het videosignaal verkregen. Via een schakelaar kan er naar keuze normaal video of harmonisch video op het scherm weergegeven worden, waardoor de radar ook voor gewone navigatiedoeleinden bruikbaar blijft.

In het ideale geval wordt de antenne gedeeld voor ontvangst van 30 X-band en Ku-band signalen. In geval van een parabolische antenne is dit eenvoudig te realiseren. Er kan bijvoorbeeld een extra Ku-band ontvanghoorn worden gemonteerd nabij het focuspunt van de parabolische antenne. Als alternatief kan er een aparte antenne bovenop een al bestaande slotted-waveguide-antenne gemonteerd worden.

35 De ontvangen eerste en tweede radarsignalen worden bij voorkeur gescheiden getransporteerd naar het radarscherm (niet getoond) dat eveneens deel uit kan maken van het radardetectiesysteem volgens de uitvinding. Zowel de normale radarvideo als de harmonische video kan 1 0 Γ 1 Λ 89 8 op het radarscherm getoond worden. Detectiesysteem 1 kan dan standaard worden gebruikt als navigatiesysteem. In geval van een noodsituatie kan, tijdelijk, het signaal van transponder 3 zichtbaar gemaakt worden op het radarscherm.

5 De transponder volgens de onderhavige uitvinding kan op chipfor- maat worden uitgevoerd en is dus geschikt voor bijvoorbeeld bevestiging op reddingsvesten. Hoewel de werking van detectiesysteem 1 is uitgelegd aan de hand van een reddingsoperatie voor drenkelingen zal het voor een deskundige zonder meer duidelijk zijn dat de transponder 10 eveneens bevestigd kan worden op bijvoorbeeld containers of andere objecten die zoek kunnen raken.

1001389.

Claims (9)

1. Radardetectiesysteem voor het detecteren van objecten op zee 5 omvattende: een zendinrichting voor het uitzenden van eerste radarsignalen in een eerste frequentieband; een aan het object aan te brengen transponder voor het in responsie op ontvangst van de eerste radarsignalen uitzenden van tweede 10 radarsignalen, en een ontvanginrichting voor het ontvangen van de radarsignalen, met het kenmerk, dat de transponder is uitgevoerd om de tweede radarsignalen uit te zenden in een tweede frequentieband die verschilt van de eerste 15 frequentieband, en dat de ontvanginrichting afzonderlijke middelen omvat voor ontvangst van de tweede radarsignalen.

2. Radardetectiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 20 de frequenties in de tweede frequentieband in hoofdzaak een veelvoud zijn van de frequenties in de eerste frequentieband.

3. Radardetectiesysteem volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de frequenties in de tweede frequentieband in hoofdzaak een 25 tweevoud zijn van de frequenties in de eerste frequentieband.

4. Radardetectiesysteem volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de ontvangmiddelen voor de tweede radarsignalen een superheterodyne ontvanger met voorversterking voor de mixer omvat- 30 ten.

5. Transponder voor toepassing bij een radardetectiesysteem volgens een van de voorafgaande conclusies, voorzien van een ontvangscha-keling met bijbehorende ontvangantenne en een zendschakeling met bij- 35 behorende zendantenne, waarbij de ontvangschakeling met bijbehorende ontvangantenne is afgestemd op ontvangst van eerste radarsignalen in een eerste frequentieband tussen 9200 MHz en 9500 MHz. 1 0 0 1 3 89 .'

6. Transponder volgens conclusie 5. waarbij de zendschakeling een versterker en een frequentieverdubbelaar omvat.

7· Transponder volgens conclusie 5 of 6, waarbij de transponder 5 een stuurschakeling heeft voor het gedurende een vooraf bepaalde tijdsperiode, na de ontvangst van de eerste radarsignalen, inschakelen van de zendschakeling.

8. Reddingsvest voorzien van een transponder volgens een van de 10 conclusies 5 tot en met 7*

1. C 1 ? 8 9 :