NL1004798C2 - Werkwijze voor het uitzenden van radarzendpulsen. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het uitzenden van radarzendpulsen

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verkrijgen van informatie betreffende tenminste één doel 5 door het uitzenden van radarzendpulsen en het vervolgens in een ontvanger en een processor verwerken van in op de radarzendpulsen volgende luistertijden verkregen doels-echo's, voor het met een vooraf bepaalde afstands-resolutie waarnemen van het doel, waarbij K bursts van radarzend-10 pulsen worden uitgezonden, waarbij een radarzendfrequentie van burst tot burst verschillend wordt gekozen en waarbij bovendien binnen een burst groepen van pulsen met N onderling verschillend gekozen zendfrequenties ten behoeve van Doppler processing herhaaldelijk worden uitgezonden, 15 zodanig dat ter verkrijging van de gekozen afstands-resolutie per uitzending K.N verschillende radarzend-frequenties worden uitgezonden.

Meer in het bijzonder is de werkwijze gericht op het 20 verkrijgen van doelsinformatie met een zeer grote afstands-resolutie en met een doppler processing die voldoende is om het doorgaans bewegende doel van een doorgaans stilstaande achtergrond te scheiden. Een werkwijze van deze soort is bekend uit EP 0 706 061 A2, waarin wordt uiteengezet dat de 25 werkwijze een grote afstandsresolutie en een goede Doppler processing mogelijk maakt voor een radarapparaat met een beperkte instantaneous bandbreedte. Volgens de bekende werkwijze wordt, zoals gebruikelijk in de radartechniek, steeds een puls uitgezonden en worden vervolgens gedurende 30 een luistertijd de echo's van de puls ontvangen. Dit impliceert dat een doel gedurende lange tijd belicht dient te worden, omdat de grote afstandsresolutie wordt verkregen door de echo's van een volledige radaruitzending te verwerken. Dit vergt veel tijd van het radarapparaat, dat 35 vaak multifunctioneel is en gedurende die tijd dus geen 1004798 2 andere taken kan vervullen. Bovendien vergroot een lange belichtingstijd kans op verstoringen, bijvoorbeeld door jamming signalen of door een verandering van de koers van het doel.

5

De onderhavige uitvinding heeft tot doel de belichtingstijd te verkorten, zonder de bruikbaarheid van de uitzending wezenlijk te beïnvloeden. De uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat voor de N pulsen de luistertijden 10 althans in hoofdzaak samenvallen.

Dit kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door de N pulsen gelijktijdig uit te zenden. Als bezwaar kan mogelijk worden aangevoerd dat het zendvermogen van moderne solid-state 15 radarzenders gelimiteerd is en dat door het gelijktijdig uitzenden van N pulsen dit zendvermogen per puls nog verder vermindert. Dit bezwaar kan echter eenvoudig worden ondervangen, bijvoorbeeld door de pulsen relatief lang te maken en van een modulatie te voorzien, bijvoorbeeld een 20 lineaire frequentiemodulatie, welke modulatie bij ontvangst pulscompressie mogelijk maakt.

Een zeer voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat de N pulsen na elkaar, maar althans 25 nagenoeg aaneengesloten worden uitgezonden. Omdat het doorgaans goed mogelijk is met een solid-state zender lange pulsen te genereren, wordt het zendvermogen niet nadelig beïnvloed. Als bijkomend voordeel geldt dat het ontstaan van zweving tussen de uitgezonden pulsen wordt voorkomen, 30 welke zweving aanleiding kan geven tot onverwacht grote signaalsterkten in een zender eindtrap en een daarop aangesloten antenne. Als verder bijkomend voordeel geldt, dat de na elkaar uitgezonden pulsen met behulp van normaal in een radarapparaat aanwezige hardware kunnen worden opge-35 wekt. Bij gelijktijdig uitgezonden pulsen is het welhaast 1004798 3 onvermijdelijk dat een deel van de hardware, nodig voor het opwekken van pulsen, gemultipliceerd wordt. Ook in deze uitvoeringsvorm, waarbij de pulsen na elkaar worden uitgezonden, kan het nuttig zijn de pulsen te voorzien van een 5 modulatie, bijvoorbeeld een lineaire frequentiemodulatie. Hiermee kan een tweede, grove afstandsresolutie worden gerealiseerd, waarmee kan worden voorkomen dat echo's van meerdere doelen gelijktijdig in de processor belanden.

10 Een nog verdere gunstige realisatie van de werkwijze heeft als kenmerk, dat binnen een groep van N pulsen het frequentieverschil tussen twee pulsen kleiner is dan het frequentieverschil tussen twee bursts. Deze realisatie heeft tot gevolg dat de gelijktijdig uitgezonden en 15 ontvangen frequenties relatief dicht bij elkaar liggen en daardoor eenvoudig met behulp van één enkel zendkanaal en één enkel ontvangkanaal met een beperkte instantaneous bandbreedte kunnen worden doorgelaten.

20 Een nog verdere uitvoeringsvorm maakt het mogelijk de benodigde processing voor het verkrijgen van de grote afstandsresolutie te vereenvoudigen en heeft als kenmerk, dat voor een groep van N pulsen het frequentieverschil tussen twee pulsen althans in hoofdzaak een veelvoud is van 25 een eerste gekozen frequentieverschil.

Een nog verdere uitvoeringsvorm heeft als kenmerk, dat voor de bursts het frequentieverschil tussen twee bursts althans in hoofdzaak een veelvoud is van een tweede gekozen 30 frequentieverschil, dat groter is dan het eerste frequentieverschil. Met het frequentieverschil tussen twee bursts wordt dan het frequentieverschil tussen twee referentiefrequenties binnen de respectievelijke bursts bedoeld, bijvoorbeeld de laagste frequenties uitgezonden in 35 de bursts.

1004798 4

Om weer de benodigde processing te vereenvoudigen, kan het tweede frequentieverschil met voordeel althans in hoofdzaak N keer het eerste frequentieverschil bedragen, een en ander zodanig dat de pulsen een uniform rooster vormen in het 5 frequentiespectrum.

Aan de uitgang van het ontvangkanaal kunnen dan filter-ketens worden geplaatst, in beginsel matched filters, voor het per radarzendpuls genereren van afstandsinformatie 10 betreffende het doel. Hierbij is het voordelig de filter-ketens zo uit te voeren dat de doelsecho's bovendien dusdanig worden vertraagd, dat overeenkomstige doelsecho's in de tijd verschoven aan de verschillende uitgangen van de filterketens verschijnen, zodanig als waren de N pulsen op 15 een althans in hoofdzaak equidistante reeks tijdstippen uitgezonden. Deze tijdvertraging kan eenvoudig, op basis van de verschillende frequenties worden aangebracht.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht met behulp van 20 de volgende figuren, waarbij:

Fig. 1 een eerste type uitzending van radarzendpulsen volgens de uitvinding weergeeft;

Fig. 2 een blokschema van een eerste uitvoeringsvorm van een radarapparaat weergeeft, waarin de werkwijze 25 kan worden toegepast;

Fig. 3 een blokschema van een tweede uitvoeringsvorm van een radarapparaat weergeeft, waarin de werkwijze kan worden toegepast. 1 2 3 4 5 6 1004798

Om met behulp van een radarapparaat een doel met een grote 2 afstandsresolutie waar te kunnen nemen is het noodzakelijk 3 een radarsignaal met een grote bandbreedte uit te zenden.

4

Als de instantaneous bandbreedte van het radarapparaat niet 5 voldoende is, kan men een aantal smalbandige pulsen met 6 onderling verschillende frequenties uitzenden. Bij voorkeur 5 zendt men deze pulsen uit met een vaste pulsherhalingstijd en met vaste frequentieverschillen, bijvoorbeeld 24 pulsen, opklimmend in frequentie, steeds met een frequentieverschil van 1,666. Mc/s en met een pulsherhalingstijd van een 5 milliseconde. De hele uitzending duurt dan 24 milliseconden. Deze tijdsduur neemt nog verder toe als Doppler processing noodzakelijk is, waardoor iedere puls meermaals, bijvoorbeeld vier keer, moet worden uitgezonden om onderdrukking van dutter mogelijk te maken. Deze grote 10 tijdsduur is nadelig, omdat opzettelijke of toevallige storingen de waarneming van het doel nadelig kunnen beïnvloeden, evenals een snelheidsverandering of een aspecthoekverandering van het doel.

15 Fig. 1 toont een uitzending van radarzendpulsen volgens een mogelijke uitvoeringsvorm van de uitvinding waarbij pulsen met vierentwintig verschillende frequenties ten behoeve van Doppler processing elk vier keer worden uitgezonden. Er van uitgaande dat de instantaneous bandbreedte van het radar-20 apparaat voldoende groot is om bijvoorbeeld drie pulsen met verschillende frequenties, bijvoorbeeld fl, f2, f3 gelijktijdig te verwerken, worden deze pulsen gelijktijdig uitgezonden. Daarna worden f4, f5, f6 gelijktijdig uitgezonden, daarna f7, f8, f9, één en ander zodanig totdat 25 de hele uitzending is voltooid. Evenals bij bekende radarapparaten moeten de uitzendingen een aantal malen worden herhaald ten behoeve van de Doppler processing fl, f2, f3 bijvoorbeeld op tl, t2, t3, t4 enz. 1 2 3 4 5 6 1004798

Fig. 2 toont een blokschema van een radarapparaat waarin 2 dit type uitzendingen kan worden gerealiseerd. Hierbij 3 wekken drie pulsgeneratoren 1, 2, 3 gelijktijdig elk een 4 zendpuls op, met onderling verschillende frequenties. Deze 5 zendpulsen worden vervolgens toegevoegd aan een mengtrap 4, 6 welke tevens een signaal ontvangt van een synthesizer 5.

6

Synthesizer 5 kan bijvoorbeeld acht verschillende frequenties opwekken in de radarband waarin het radarapparaat werkt, met een stapgrootte van bijvoorbeeld 5 Mc/s. Verder is voorzien in een stuureenheid 6, die de pulsgeneratoren 5 1, 2, 3 en synthesizer 5 zodanig stuurt dat eerst gecombineerd met de laagste synthesizerfrequentie gelijktijdig drie zendpulsen met een onderling frequentieverschil van 1,666. Mc/s worden opgewekt, en die daarna een luister-tijd in acht neemt, waarna deze drie zendpulsen ten behoeve 10 van de Doppler processing nog drie keer wordt herhaald. Vervolgens wordt de synthesizerfrequentie met 5 Mc/s verhoogd en worden weer drie zendpulsen herhaaldelijk uitgezonden enz.

15 De opgewekte zendpulsen worden via een radarzender 7 versterkt en via een T/R device 8, bijvoorbeeld een circulator, toegevoerd aan een antenne 9. Door antenne 9 opgevangen radarecho's worden via T/R device 8 toegevoerd aan een radarontvanger 10 en vervolgens aan een tweede 20 mengtrap 11, welke tevens een signaal ontvangt van synthesizer 5. Het uitgangssignaal van mengtrap 11 wordt toegevoerd aan drie filterketens 12, 13, 14, welke zijn toegevoegd aan de pulsgeneratoren 1, 2, 3, in die zin dat filterketen 12 uitsluitend radarecho's van signalen 25 opgewekt door pulsgenerator 1 doorlaat, filterketen 13 alleen van signalen opgewekt door pulsgenerator 2 en filterketen 14 alleen van signalen opgewekt door pulsgenerator 3, één en ander op basis van de frequenties van de signalen. Op deze wijze kunnen de oorspronkelijk 30 samengevoegde signalen van pulsgeneratoren 1, 2, 3 weer volledig worden gescheiden. De uitgangssignalen van filterketens 12, 13, 14 worden vervolgens toegevoerd aan drie fazegevoelige detectoren 15, 16, 17 die daartoe, zoals gebruikelijk bij coherent werkende radars, door de 35 pulsgeneratoren 1, 2, 3 elk van een geschikt referentie- 1004798 7 signaal worden voorzien. De uitgangssignalen van de coherente detectors 15, 16, 17 worden vervolgens toegevoerd aan een analoog-digitaalconverter 18, die onder controle van stuureenheid 6 de uitgangssignalen op basis van een 5 bekende afstand van het doel, verkregen met een ander radarapparaat of met hetzelfde radarapparaat in een andere gebruiksmode, bemonstert en omzet in drie de doelssterkte representerende complexe getallen, die vervolgens aan een digitale computer 19 worden toegevoerd voor verdere 10 verwerking.

Op de zo verkregen set van 96 complexe getallen wordt door digitale computer 19 eerst een op zich bekende Doppler processing toegepast voor het verwijderen van dutter. Dit 15 resulteert in een set van 24 het doel representerende complexe getallen, waarop vervolgens een Fourier processing wordt toegepast voor het verkrijgen van doelsinformatie met een grote range resolutie, één en ander zoals dit in het vakgebied welbekend is.

20

Omdat volgens de uitvinding de radarzendpulsen niet equidistant zijn uitgezonden en dit bij de Fourier processing wel verondersteld wordt, is het nodig om voorafgaand aan de Fourier processing de 24 het doel 25 representerende complexe getallen te corrigeren.

Veronderstellen we dat van het drietal gelijktijdig uitgezonden pulsen op tl de puls met de laagste frequentie fl op het juiste moment is uitgezonden, dan wordt de puls met f2 een derde van de pulsherhalingstijd te vroeg 30 uitgezonden en de puls met f3 tweederde van de pulsherhalingsti jd. De correctie is dan eenvoudig te maken op basis van deze tijden en de bekende frequenties en komt neer op een fazecorrectie voor de signalen met frequenties f2, f3, f5, f6 enz., welke correctie in digitale computer 1004798 8 19 eenvoudig is te berekenen en bijvoorbeeld kan worden geïntegreerd met de Doppler processing.

Met moderne solid state radarzenders zoals die bijvoorbeeld 5 in een phased array radarsysteem worden toegepast is het doorgaans goed mogelijk relatief lange radarpulsen te genereren, maar ze zijn minder geschikt voor het genereren van zeer krachtige radarpulsen. Van het zendschema volgens Fig. 1 kan dan ook als nadeel worden aangemerkt dat het 10 beschikbare zendvermogen over drie zendpulsen wordt verdeeld. Dit nadeel kan op eenvoudige wijze worden opgeheven door de drie zendpulsen niet gelijktijdig maar direct opeenvolgend uit te zenden, waarbij een gemeenschappelijke luistertijd gehandhaafd blijft. Fig 3 geeft 15 een blokschema van deze tweede uitvoeringsvorm van het radarapparaat, waarin deze werkwijze kan worden toegepast. Pulsgenerator 3 wekt nu achtereenvolgens drie zendpulsen op roet verschillende frequenties, bijvoorbeeld weer roet een onderling frequentieverschil van 1,666. Mc/s. Zeer geschikt 20 hiervoor is een SAW delay line die op basis van een in het vakgebied welbekend COHO signaal en op commando van stuureenheid 6 de drie zendpulsen kan opwekken. Deze zendpulsen worden weer opgemengd met behulp van synthesizer 5 en mengtrap 4 en vervolgens via radarzender 7 elk tot het 25 volle vermogen versterkt en via T/R device 8 en antenne 9 uitgezonden. Bij ontvangst worden de radarecho's van de drie pulsen weer met behulp van de filterketens 12, 13, 14 gescheiden en toegevoerd aan drie fazegevoelige detectoren 15, 16, 17 die daartoe eveneens het COHO signaal ontvangen. 30 De verdere verwerking gebeurt geheel analoog aan de verwerking zoals beschreven aan de hand van Fig. 2, met uitzondering van de fazecorrectie. Voor de fazecorrectie dient te worden overwogen dat de puls met frequentie f2 nu een derde van de pulsherhalingstijd minus de pulslengte te 35 vroeg is uitgezonden, waarna de fazecorrectie weer 1004798 9 eenvoudig te bepalen is. Voor de puls met frequentie f3 geldt geheel analoog dat hij tweederde van de puls-herhalingstijd minus twee keer de pulslengte te vroeg is uitgezonden.

5

Pulsgenerator 3 in Fig. 3 kan ook worden uitgevoerd als een in het vakgebied welbekende direct synthesizer, waarbij de te genereren golfvorm digitaal in een read-only-memory ligt opgeslagen en op commando van stuureenheid 6 wordt 10 uitgelezen en toegevoerd aan een digitaal-analoog converter, gevolgd door een laagdoorlaatfilter. Voor beide uitvoeringsvormen geldt dat de pulsen eventueel voorzien kunnen worden van een modulatie die pulscompressie mogelijk maakt, bijvoorbeeld een lineaire FM modulatie. De 15 feitelijke pulscompressie kan dan plaats vinden in filter-ketens 12, 13, 14, die dan bijvoorbeeld zijn uitgevoerd als SAW delay lines. Het voordeel van pulscompressie is dat lange pulsen kunnen worden toegepast terwijl toch wordt voorkomen dat meerdere doelen gelijktijdig worden 20 waargenomen.

In de met behulp van Fig. 2 en Fig. 3 beschreven radarapparaten wordt de uitvinding voor de duidelijkheid aan de hand van in het vakgebied welbekende technieken 25 toegelicht. Het is natuurlijk ook mogelijk om het uitgangssignaal van mengtrap 11 direct te bemonsteren met een analoog-digitaalconverter en de verdere filtering digitaal uit te voeren.

1004798

Claims (12)

1. Werkwijze voor het verkrijgen van informatie betreffende tenminste één doel door het uitzenden van radarzendpulsen 5 en het vervolgens in een ontvanger en een processor verwerken van in op de radarzendpulsen volgende luistertijden verkregen doelsecho's, voor het met een gekozen afstandsresolutie waarnemen van het doel, waarbij K bursts van radarzendpulsen worden uitgezonden, waarbij een 10 radarzendfrequentie van burst tot burst verschillend wordt gekozen en waarbij bovendien binnen een burst groepen van pulsen met N onderling verschillend gekozen zendfrequenties ten behoeve van doppler processing herhaaldelijk worden uitgezonden, zodanig dat ter verkrijging van de gekozen 15 afstandsresolutie per uitzending K.N verschillende radar-zendfrequenties worden uitgezonden, met het kenmerk, dat voor de N pulsen de luistertijden althans in hoofdzaak samenvallen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de N pulsen althans in hoofdzaak gelijktijdig worden uitgezonden.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de N 25 pulsen althans nagenoeg aaneengesloten worden uitgezonden.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat binnen een groep van N pulsen het frequentieverschil tussen twee pulsen kleiner is dan het frequentieverschil tussen 30 twee bursts.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat voor een groep van N pulsen het frequentieverschil tussen twee pulsen althans in hoofdzaak een veelvoud is van een eerste 35 gekozen frequentieverschil. 1004798

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat voor de K bursts het frequentieverschil tussen twee bursts althans in hoofdzaak een veelvoud is van een tweede gekozen frequentieverschil. 5

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het tweede frequentieverschil althans in hoofdzaak N keer het eerste frequentieverschil bedraagt.

8. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat doelsecho's van de N pulsen met de N verschillende frequenties gelijktijdig in één ontvangkanaal worden verwerkt.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat doelsecho's van de N pulsen worden geleid naar N op het ontvangkanaal aangesloten filterketens.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat 20 in de verschillende filterketens de doelsecho's bovendien dusdanig worden vertraagd, dat overeenkomstige doelsecho's in tijd verschoven aan de verschillende uitgangen van de filterketens verschijnen, zodanig als waren de N pulsen als een op een tijdas equidistante reeks pulsen uitgezonden. 25

11. Radarapparaat voor het verkrijgen van informatie betreffende tenminste één doel, omvattend een radarzender, een antenne, een radarontvanger, voor het opwekken en uitzenden van radarzendpulsen en het ontvangen van 30 doelsecho's, waarbij het radarapparaat is ingericht voor het uitzenden van K bursts van radarzendpulsen met onderling verschillende radarzendfrequenties en het binnen een burst herhaaldelijk uitzenden van groepen van N pulsen met onderling verschillende radarzendfrequenties, zodanig 35 dat ter verkrijging van een gekozen afstandsrsolutie per 1004798 * uitzending K.N verschillende radarzendfrequenties worden uitgezonden, met het kenmerk, dat het radarapparaat is ingericht voor het gelijktijdig of althans in hoofdzaak aaneensluitend uitzenden van de N pulsen binnen een groep. 5

12. Radarapparaat volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de radarontvanger is ingericht voor het althans in hoofdzaak gelijktijdig verwerken van doelsecho's van de N pulsen binnen een groep. 1004798