NL1010062C2 - Radarapparaat. - Google Patents

Description

Radarapparaat

De uitvinding heeft betrekking op een radarsysteem voor het genereren van positie-indicaties van zich in het zoekvolume 5 van het radarsysteem bevindende doelen, omvattende een antenne voor het genereren van een eerste fanbeam, welke eerste fanbeam een eerste antennebundel-vlak definieert, en rotatiemiddelen voor het in azimuth doen draaien van genoemde antenne voor het periodiek scannen van het zoek-10 volume; en radarmiddelen, samenwerkend met de antenne, voor het genereren van azimuthdata en rangedata bij de doelen.

Radarapparaten van dit type worden veelvuldig toegepast.

Het nadeel van deze bekende radarapparaten is dat ze geen 15 elevatiedata afgeven. De onderhavige uitvinding heft dit nadeel op en heeft als kenmerk, dat de antenne is ingericht voor het naar keuze genereren van de eerste fanbeam of een tweede fanbeam, die een tweede antennebundelvlak definieert, welk tweede antennebundelvlak een hoek maakt 20 met het eerste antennebundelvlak, en dat de radarmiddelen zijn ingericht voor het binnen één scan genereren van azimuthdata, rangedata en elevatiedata bij de doelen onder gebruikmaking van de eerste fanbeam en de tweede fanbeam.

25 Bij een afwisselend gebruik van de eerste fanbeam en de tweede fanbeam komen er voor één doel echo's binnen met overeenkomstige range data maar met verschillende azimuth data. Uit deze data en uit de onderlinge positie van de twee antennebundelvlakken is dan de hoogte van het doel 30 eenvoudig te bepalen.

Radarsystemen die met behulp van twee naast elkaar gemonteerde antennes op een overeenkomstige wijze hoogteinfor-matie van doelen genereren zijn bekend, maar ze worden 35 weinig toegepast omdat een gedupliceerde antenne duur is, 1010062 2 meer wind vangt en dus zwaardere aandrijfmiddelen vergt en gewicht en volume toevoegt.

Uit EP-B- 0.490.423 is een radarsysteem bekend waarbij op 5 een overeenkomstige wijze met één antenne de hoogte van een doel kan worden bepaald. Bij dit bekende radarapparaat zijn echter meerdere scans nodig voor het bepalen van de hoogte, wat niet acceptabel is als bijvoorbeeld pop-up doelen moeten worden bestreden die maar enkele seconden zichtbaar 10 zijn.

Een gunstige uitvoeringsvorm volgens een aspect van de uitvinding heeft als kenmerk, dat een snijlijn van het eerste antennebundelvlak en het tweede antennebundelvlak 15 althans in hoofdzaak parallel aan het aardoppervlak loopt. In het bijzonder bij een snijlijn die het aardoppervlak raakt heeft dit tot gevolg dat gronddoelen gemeten via beide fanbeams samenvallen, een eigenschap die de gebruikelijke MTI of MTD processing kan ondersteunen bij 20 het onderdrukken van dutter.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm volgens een aspect van de uitvinding heeft als kenmerk, dat het eerste antennebundelvlak een loodrechte hoek maakt met het aardoppervlak. 25 Hierbij levert de eerste fanbeam een klassiek radarbeeld, waarin doelen met de juiste azimuthdata worden afgebeeld, terwijl de data van de tweede fanbeam het mogelijk maken de elevatie van doelen te bepalen.

30 Een verdere gunstige uitvoeringsvorm volgens een aspect van de uitvinding heeft als kenmerk, dat een hoek die het eerste antennebundelvlak maakt met het aardoppervlak en een hoek die het tweede antennebundelvlak maakt met het aardoppervlak eikaars tegengestelden zijn. Hierbij maken dus '\ 35 beide antennebundelvlakken een hoek met het aardoppervlak.

Het voordeel is dat in die situatie het door het aard- i n ^ nnfi ? ! y i ^ j »- 3 oppervlak veroorzaakte spiegeleffect voor beide antenne-bundels in gelijke mate wordt gereduceerd, omdat een direct echosignaal binnen de fanbeam ligt, terwijl een indirect echosignaal daar althans gedeeltelijk buiten valt. Een 5 bijkomend voordeel is dat in de processing de ware azimuth van een doel eenvoudig kan worden verkregen door de met de twee antennebundels gemeten azimuthwaarden te middelen.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van het radarsysteem 10 volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de antenne een eerste subarray van stralers voor de realisatie van de eerste fanbeam omvat en een tweede subarray van stralers voor de realisatie van de tweede fanbeam omvat en dat elk individueel subarray is voorzien van een voedingsnetwerk, 15 waarbij bij voorkeur de subarrays in een gemeenschappelijk antennevlak zijn ondergebracht. In een zeer gunstige realisatie zijn dan de stralers van het eerste subarray geplaatst tussen stralers van het tweede subarray. Het voordeel is dat de twee subarrays samen niet groter zijn 20 dan één antenne die een vergelijkbare fanbeam genereert.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van het radarsysteem volgens de uitvinding, waarbij de twee subarrays relatief eenvoudig kunnen worden gecombineerd, heeft als kenmerk, 25 dat het eerste subarray en het tweede subarray zijn uitgevoerd als een striplijn antenne-array of als een microstrip antenne-array, voorzien van dipoolantennes of patch antennes.

30 De uitvinding zal nu nader worden toegelicht in de volgende figuren, waarbij:

Fig. 1 schematisch een radarsysteem volgens de uitvinding weergeeft;

Fig. 2 schematisch in bovenaanzicht een mogelijke 35 uitvoeringsvorm van een antenne weergeeft; 1 y ί l ^ c ί- 4

Fig. 3 schematisch in vooraanzicht een mogelijke uitvoeringsvorm van een antenne weergeeft.

Fig. 1 geeft schematisch een radarsysteem volgens de 5 uitvinding weer, waarbij een zender 1 zendpulsen genereert die via een eerste hybrid 2, een tweede hybrid 3, een eerste circulator 4 en tweede circulator 5 worden toegevoerd aan een roterende antenne 6. Tussen eerste hybrid 2 en tweede hybrid 3 is een fazedraaier 7 geplaatst 10 die op een op zich bekende wijze door zender 1 zodanig wordt gestuurd dat door zender 1 verzorgde radaruit-zendingen afwisselen naar een even ingang 8 of een oneven ingang 9 van antenne 6 worden geleid. Antenne 6 is een opeenstapeling van striplijn antennes, waarbij de even 15 striplijnen een eerste fanbeam realiseren en de oneven striplijnen een tweede fanbeam realiseren. Bijzonder is dat beide fanbeams niet in één vlak liggen, maar een zekere kantelhoek vertonen ten opzichte van elkaar en dat bovendien beide fanbeams precies op het aardoppervlak 20 snijden. Fazedraaier 7 zorgt er dus voor dat de radaruit-zendingen afwisselend een eerste en een tweede fanbeam realiseren. Een doel dat door de eerste fanbeam wordt belicht zal een echo genereren die via antenne 6, een circulator 4 en een PIN diode schakelaar 10 naar een 25 ontvanger 11 wordt gevoerd en in een videoprocessor 12 op een op zich bekende wijze een hit genereert. Uit de per omwenteling van antenne 6 op deze wijze verkregen hits wordt door een track processor 13 een track opgebouwd. De hits en de track kunnen door een operator worden waar-30 genomen op een display 14. Op dezelfde wijze zal een doel dat door de tweede fanbeam wordt belicht een echo genereren die via antenne 6, een circulator 5 en PIN diode schakelaar 10 naar ontvanger 11 wordt gevoerd en in video-processor 12 een hit genereert. Uit de per omwenteling van antenne 6 op 35 deze wijze verkregen hits wordt door een track processor 12 eveneens een track opgebouwd.

j 1010062 5 PIN diode schakelaar 10 wordt door zender 1 gelijktijdig met fazedraaier 7 gestuurd, één en ander zodanig dat steeds één van de ingangen 8, 9 met zowel zender 1 als ook met ontvanger 11 is verbonden.

5

Vergelijkt men de hits die in één scan met de beide fan-beams maar met verder identieke radaruitzendingen zijn verkregen voor een doel, dan komen de gemeten ranges, snelheden en doelssterkten goed overeen. Voor de 10 azimuthwaarden hoeft dit niet zo te zijn. Bevindt een doel zich nabij de aarde, dus nabij het snijpunt van de eerste fanbeam en de tweede fanbeam, dan komen de azimuthwaarden overeen. Bevindt het doel zich op een zekere hoogte, dan kan op een op zich voor de hand liggende wijze de hoogte 15 worden bepaald uit de range en uit de verschillen in azimuthwaarden. Voor twee fanbeams met elk een tilthoek Θ geldt bijvoorbeeld voor de hoogte h: h = R Δ<ρ/2 tg(ö) , waarbij R de gemeten range en Δφ het gemeten verschil in azimuthwaarden is. Voor een fanbeam met een bundelbreedte 20 van 1° en een tilthoek voor beide antennes van 30° kan op deze wijze de hoogte van een doel worden bepaald met een nauwkeurigheid van ongeveer 1°, wat voldoende is om een vuurleidingradar zodanig aan te sturen dat een aquisitie-slag in elevatie niet langer noodzakelijk is.

25

Fig. 2 geeft schematisch in bovenaanzicht een mogelijke uitvoeringsvorm van een antenne 16 weer. In deze uitvoeringsvorm omvat de antenne een opeenstapeling van microgolf-verdeelnetwerken, waarvan alleen het bovenste 30 netwerk 14 zichtbaar is. Per netwerk wordt microgolf- energie toegevoerd aan een ingang 15, welke energie door netwerk 14 wordt verdeeld over een aantal stralers 16.1,.., 16.48, hier uitgevoerd als dipoolantennes die via baluns worden gevoed. Netwerk 14 is uitgevoerd in striplijn, 35 geëtst op een kapton folie, dat tussen twee lagen schuim is geplaatst tussen twee aardvlakken 17, een technologie die 1 0 t Oü.6 2 6 bijvoorbeeld bekend is uit EP-A- 0.700.115, welk document hierbij bij referentie wordt ingesloten. De feitelijke verdeling van energie wordt gerealiseerd in op zich bekende splitters 18.1,..,18.47. Voor de verschillende 5 verdeelnetwerken in de antenne is de verdeling zodanig gekozen dat op het antennevlak een belichting wordt gerealiseerd waarmee een bundel met vooraf bepaalde parameters wordt verkregen. Bekende bundelvormen zijn bijvoorbeeld een pencilbeam, een fanbeam of een cosec2 beam. 10 Wenst men een op zich bekende, maar enigszins gekantelde bundel te realiseren, dan wordt dit volgens de uitvinding niet gedaan door de antenne als zodanig te kantelen, maar door de belichting op het antennevlak te kantelen, met andere woorden door de verdeling van de energie in de 15 splitters 18.1,..,18.47 zodanig te kiezen dat de gewenste belichting wordt verkregen.

Voor een antenne die twee bundels met verschillende kantelhoeken kan realiseren is het nu voldoende om 20 een opeenstapeling van microgolf-verdeelnetwerken te maken waarbij de even netwerken samen de ene bundel realiseren en de oneven netwerken de andere bundel. Daarbij worden de ingangen 15 van de even netwerken op een op zich bekende wijze gecombineerd tot de even ingang 8 van antenne 6 en de 25 ingangen 15 van de oneven netwerken tot de oneven ingang 9 van antenne 6.

Fig. 3 geeft schematisch in vooraanzicht een mogelijke uitvoeringsvorm van een antenne 6 weer. Van de even 30 verdeelnetwerken zijn aleen de dipolen 16.1,..,16.48 zichtbaar en van de oneven verdeelnetwerken zijn alleen de dipolen 19.1,..,19.48 zichtbaar. De afstand tussen twee even verdeelnetwerken is ongeveer X/2 voor de gebruikte radarzendfrequentie en de afstand tussen twee oneven a 35 verdeelnetwerken evenzo. De dikte van een schuimstriplijn pakket, bestaande uit een aardvlak, een laag schuim, een i j 1 0 ] tV o' 2 7 kapton folie roet daarop geëtst het verdeelnetwerk, een laag schuim en weer een aardvlak bedraagt dan ongeveer λ/4. De dipolen van de even netwerken en de oneven netwerken verspringen onderling, waarmee de mutual coupling tussen de 5 netwerken wordt verminderd.

Hoewel de uitvinding is beschreven aan de hand van een uitvoeringsvorm in schuimstriplijn, is het voor de vakman duidelijk dat ook andere verdeelnetwerken, bijvoorbeeld 10 uitgevoerd in microstrip, toegepast kunnen worden. Evenzo kunnen in plaats van dipoolantennes patchantennes worden gebruikt. Ook kan de antenne geheel in golfpijp worden uitgevoerd, waarbij de even golfpijpen het eerste subarray en de oneven golfpijpen het tweede subarray vormen en 15 waarbij de uitkoppelopeningen op een op zich bekende wijze de weegfactoren bepalen.

1010062

Claims (10)

1. Radarsysteem voor het genereren van positie-indicaties van zich in het zoekvolume van het radarsysteem bevindende 5 doelen, omvattende een antenne voor het genereren van een eerste fanbeam, welke eerste fanbeam een eerste antenne-bundelvlak definieert, en rotatiemiddelen voor het in azimuth doen draaien van genoemde antenne voor het periodiek scannen van het zoekvolume; en radarmiddelen, 10 samenwerkend met de antenne, voor het genereren van azimuthdata en rangedata bij de doelen, met het kenmerk, dat de antenne is ingericht voor het naar keuze genereren van de eerste fanbeam of een tweede fanbeam, die een tweede antennebundelvlak definieert, welk tweede antennebundelvlak 15 een hoek maakt met het eerste antennebundelvlak, en dat de radarmiddelen zijn ingericht voor het binnen één scan genereren van azimuthdata, rangedata en elevatiedata bij de doelen onder gebruikmaking van de eerste fanbeam en de tweede fanbeam. 20

2. Radarsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een snijlijn van het eerste antennebundelvlak en het tweede , antennebundelvlak althans in hoofdzaak parallel aan het aardoppervlak loopt. 25

3. Radarsysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het eerste antennebundelvlak een loodrechte hoek maakt met het aardoppervlak.

4. Radarsysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een hoek die het eerste antennebundelvlak maakt met het aardoppervlak en een hoek die het tweede antennebundelvlak maakt met het aardoppervlak eikaars tegengestelden zijn. \

5. Radarsysteem volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, j dat de antenne een eerste subarray van stralers voor de 1010062 realisatie van de eerste fanbeam omvat en een tweede subarray van stralers voor de realisatie van de tweede fanbeam omvat en dat elk individueel subarray is voorzien van een voedingsnetwerk. 5

6. Radarsysteem volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de subarrays in een gemeenschappelijk antennevlak zijn ondergebracht.

7. Radarsysteem volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat stralers van het eerste subarray zijn geplaatst tussen stralers van het tweede subarray.

8. Radarsysteem volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat 15 het eerste subarray en het tweede subarray zijn uitgevoerd als een striplijn antennearray of als een microstrip antennearray, voorzien van dipoolantennes of patchantennes.

9. Radarsysteem volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat 20 het eerste en het tweede subarray zijn uitgevoerd in schuimstriplijn technologie en dat het antennearray is opgebouwd uit een pakket van beurtelings een schuimstrip-lijn horend bij het eerste subarray en een schuimstriplijn horend bij het tweede subarray. 25

10. Antenne, geschikt voor toepassing in een radarsysteem volgens één der conclusies 1 t/m 9. # 101 0 06 2