NL8104485A

NL8104485A - Zijlusonderdrukkingseenheid voor een impulsradarapparaat.

Info

Publication number: NL8104485A
Application number: NL8104485A
Authority: NL
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1981-10-02
Filing date: 1981-10-02
Publication date: 1983-05-02
Also published as: DE3275755D1; CA1191586A; US4554548A; EP0076536A1; AU8873282A; EP0076536B1; JPS5871473A

Description

‘ £ * * - 1 -

Zijlusonderdrukkingseenheid voor een impulsradarapparaat.

De uitvinding heeft betrekking op een impulsradarapparaat waarvan de ontvanginrichting is voorzien van: - een op een richtantennesysteem aangesloten hoofdtransmissie-5 kanaal voor het op middenfrequentbasis detecteren van, uit doelsechosignalen en uit ruisvormige en/of continue sinusvormige stoorsignalen samengestelde signalen; en - een op beide transmissiekanalen aangesloten stoorsignaalelimi-natieschakeling voor het selecteren van, middels de hoofdlus van 10 het antennebundelpatroon verkregen en op middenfrequentbasis gedetecteerde doelsechosignalen, welke schakeling daartoe is voorzien van een, op een alzijdig gevoelig antennesysteem aangesloten hulptransmissiekanaal, een aftrekeenheid en een fase- en amplitudecompensatieeenheid, welk hulptransmissiekanaal 15 is ingericht voor het op middenfrequentbasis detecteren van, uit doelsechosignalen en uit ruisvormige en/of continue sinusvormige stoorsignalen samengestelde signalen, en welke compen-satieeenheid is ingericht voor het - na toevoer van uitgangs-signalen van de aftrekeenheid en van het hulptransmissiekanaal -20 ten behoeve van de aftrekeenheid genereren van uitgangssignalen met fase en amplitude gelijk aan de, aan het hoofdtransmissie-kanaal ontleende en de aftrekeenheid toegevoerde signalen, althans voor zover de uitgangssignalen van het hoofdtransmissie-kanaal zwakker zijn dan die van het hulptransmissiekanaal.

25 Een dergelijk impulsradarapparaat is bekend uit het amerikaanse octrooischrift A·,119,963. Het aldaar beschreven impulsradarapparaat is ter verkrijging van een frequentie- en fase-afhankelijk stuursignaal voor het correctief wegwerken van ruisvormige en/of continue sinusvormige stoorsignalen voorzien van een 30 smalbandig kristalfilter; dit filter impliceert de opname van een hulposcillator in de fase- en amplitudecompensatieeenheid ten einde de via het hoofd- en het hulptransmissiekanaal toegevoerde video-signalen een frequentieonderscheid gelijk aan de eigenfrequentie van het kristalfilter mee te geven. De hulposcillator dient daarom 8104485 ·* *¥ - 2 - zorgvuldig op het kristalfliter te zijn afgestemd, terwijl voorts de in de stooreliminatieschakeiing aanwezige filters voor het onderdrukken van de in de zijbanden voorkomende videosignalen goed op elkaar moeten zijn afgeregeld om te voorkomen, dat er 5 tussen de, de fase- en amplitudecompensatieeenheid toe te voeren signalen looptijdverschillen optreden. De aanwezigheid van genoemde - filters vorrat ook een belemmering om over te gaan op een andere middenfrequentie. Voorts laat de aanwezigheid van het kristal-filter geen aanpassing van de inlooptijd van het filter toe aan 10 de aard van de storing. De uitvinding beoogt voor de aldus geken-schetste problematiek een oplossing te geven.

Overeenkomstig de uitvinding is de fase- en amplitude-compensatieeenheid van het impulsradarapparaat van de in de aanhef omschreven soort - zowel voor het in-fase uitgangssignaal, 15 alswel voor het, onder 90° in fase gedraaide uitgangssignaal van het hulptransmissiekanaal - voorzien van een aaneengeschakelde keten van een, met de uitgangssignalen van de aftrekeenheid en het hulptransmissiekanaal te voeden eerste mengeenheid, een op \ • deze mengeenheid aangesloten filtereenheid en een met de uitgangs- 20 signalen van deze filtereenheid en het hulptransmissiekanaal te voeden tweede mengeenheid, en is deze fase- en amplitudecompensatie-eenheid voorts nog ingericht voor het combineren van de uitgangssignalen van de tweede mengeenheden ter verkrijging van de door genoemde ketens aan de aftrekeenheid te verschaffen uitgangs-25 signalen.

Weliswaar is uit het amerikaanse octrooischrift 3,881,177 een impulsradarapparaat met een stooreliminatieschakeiing in de ontvanginrichting bekend, welke stooreliminatieschakeiing eveneens voor het in-fase toe te voeren signaal, alswel voor het, onder 90° 30 in fase gedraaide, toe te voeren signaal een aaneengeschakelde keten met een op deze ketens aangesloten combinatieeenheid bezit.

Evenwel is deze stooreliminatieschakeiing slechts geschikt voor het op h.f. niveau wegregelen van ruisvormige en/of continue stoorcomponenten in de middels het richtantennesysteem verkregen 35 doelsechosignalen, waartoe deze stooreliminatieschakeiing een 8104485 * - 3 - hulposcillator omvat voor het speciaal ten behoeve van genoemde aaneengeschakelde ketens op middenfrequentniveau transponeren van de gedetecteerde signalen, en waartoe elk der genoemde ketens een eerste m.f.-mengeenheid en een laagdoorlaatfliter alsmede een 5 daarop aangesloten tweede h.f.-mengeenheid omvat ter verkrijging van een h.f.-correctiesignaal ten behoeve van de aftrekeenheid, welke in de, op het richtantennesysteem aangesloten h.f,-ontvang-inrichting is opgenomen. Aldus wordt een gezuiverd h.f. echosignaal verkregen waarbij de keuze van middenfrequentie nog is vrijgelaten.

10 Een dergelijk impulsradarapparaat heeft evenwel het bezwaar, dat de isolatie tussen de h.f.-ingang en de h.f.-uitgang van de tweede mengeenheden slecht uit te voeren is, hetgeen resulteert in een geringe onderdrukking van de stoorsignalen. Voorts dient - zowel voor het in-fase signaal alswel voor het, onder 90° in fase gedraai-15 de signaal - de fasedraaiing in de verbinding tussen het alzijdig gevoelig antennesysteem en de eerste mengeenheid via de tweede mengeenheid gelijk te zijn aan die van de rechtstreekse verbinding tussen genoemd antennesysteem en de eerste mengeenheid, hetgeen juist vanwege het h.f.-karakter van dit gedeelte en de toe te passen 20 bandfilters in deze verbindingen een zeer dubieuze zaak is.

De uitvinding zal aan de hand van de bijgaande figuren worden toegelicht, waarvan

Fig. 1 een mogelijke uitvoeringsvorm van een ontvang-eenheid met zijlusonderdrukkingseenheid in een impulsradarapparaat 25 weergeeft;

Fig. 2 een karakteristiek toont met betrekking tot de onderdrukking van stoorsignalen in de in Fig. 1 weergegeven uitvoeringsvorm; en

Fig. 3 een karakteristiek toont met betrekking tot de 30 onderdrukking van stoorsignalen in een gewijzigde uitvoeringsvorm van een ontvangeenheid met zijlusonderdrukkingseenheid in een impulsradarapparaat.

De in fig. 1 weergegeven ontvanginrichting van een impulsradarapparaat omvat een hoofdtransmissiekanaal 1 en een hierop aan-35 gesloten stooreliminatieschakeling 2. Het hoofdtransmissiekanaal 1 8104485 i' *v - 4 - is ten minste voorzien van een richtantenne 3 en een ontvang- en detectieeenheid 4·, in welke eenheid de middels de richtantenne 3 ontvangen hoogfrequente signalen op middenfrequentbasis worden gedetecteerd, grof worden gefilterd en versterkt. Deze hoogfre-5 quente signalen zijn uit doelsechosignalen, ruissignalen en continue sinusvormige stoorsignalen samengesteld, waarbij de doelsechosignalen in hoofdzaak volgens het hoofdlusontvangstpatroon van de richtantenne 3 en de stoorsignalen volgens het zijlusont-vangstpatroon van deze antenne worden ontvangen.

10 Ten einde nu een doelsechosignaal zo zuiver mogelijk te detecteren, is het gewenst het gedeelte van het middenfrequente signaal, dat op de stoorsignalen betrekking heeft, zoveel mogelijk te onder-drukken. Hiertoe is de stooreliminatieschakeling 2 voorzien van een hulptransmissiekanaal 5 en een fase- en amplitudeeenheid 6, 15 waarbij het hulptransmissiekanaal 5 ten minste is voorzien van een alzijdig gevoelige antenne 7 en een ontvang- en detectieeenheid 8, in welke eenheid de middels de antenne 7 ontvangen hoogfrequente signalen op middenfrequent basis worden gedetecteerd, grof gefilterd en versterkt. Het door de ontvang- en detectieeenheid 8 afgegeven 20 m.f.-signaal wordt de fase- en amplitudeeenheid 6 toegevoerd, waar-in het met u = a. j(t) cos cot aan te duiden signaal, met amplitude m, a complexe ruisfunctie j(t) en frequentie ω, zowel een eerste signaal-splitsingseenheid 9, alswel, via een eerste versterker 10 en (zo nodig) een eerste laagdoorlaatfilter 11, een tweede signaalsplit-25 singseenheid 12 wordt aangeboden. Beide signaalsplitsingseenheden 9 en 12 zijn ingericht voor het gescheiden afgeven van twee, ten opzichte van elkaar 90° in fase verschoven componenten van het toegevoerde signaal.

Via een eenheid 13 voor het compenseren van verschillen 30 in looptijd en versterking van de signalen in beide kanalen 1 en 5 wordt het van de ontvang- en detectieeenheid 4· verkregen m.f.-signaal u =m.j(t) cos (ωί+φ), met amplitude m en fasehoek φ, een aftrekeenheid 14· toegevoerd, waarin de onderdrukking van het gedeelte van het hoogfrequente signaal, dat op de stoorsignalen 35 betrekking heeft, plaats vindt. Het uitgangssignaal ur = um - u* 8104485 1 ? % - 5 - van de aftrekeenheid 14, waarbij u* het tweede ingangssignaal van a eenheid 14 is, wordt vervolgens via een tweede versterker 15 en tweede laagfrequentfilter 16 toegevoerd naar een eerste keten 17, welke tevens het in-fase signaal van de signaalsplitsingseenheid 12 5 krijgt aangeboden. Aldaar vindt in een eerste mengeenheid 18 de vorming van het mengproduct van de beide, de keten 17 toegevoerde signalen plaats. In deze keten 17 doorloopt het van de mengeenheid 18 verkregen mengproduct achtereenvolgens nog een versterker-schakeling 19 met versterkingsfactor 2G, een filtereenheid 20, 10 zoals bijvoorbeeld een R.C - combinatie, en een bufferschakeling 21 voor het tijdelijk vasthouden van de met behulp van de filtereenheid 20 verkregen gelijkspanningswaarde.

De door de bufferschakeling 21 te verschaffen gelijkspanningswaarde fiingeert als weegfactor Wj voor een op de keten 17 15 aangesloten tweede mengeenheid 22, waarmee het in-fase signaal a.j(t) cosat van de signaalsplitsingseenheid 9 in amplitude wordt gemoduleerd tot Wj.a.j(t) costot. Op soortgelijke wijze wordt in een tweede keten 23 van gelijksoortige uitvoering het 90° in fase ver-schoven signaal van de tweede signaalsplitsingseenheid 12 met 20 het via filter 16 te leveren uitgangssignaal van de aftrekeenheid 14 vermengd, versterkt en gefilterd ter verkrijging van een weegfactor Wq voor een tweede mengeenheid 24. In deze mengeenheid wordt het 90° in fase verschoven signaal van de eerste signaalsplitsingseenheid 9 in amplitude gemoduleerd met behulp van het 25 stuursignaal van keten 23 tot het signaal WQ.a.j(t) sin ait.

De van de beide mengeenheden 22 en 24 te verkrijgen, 90° in fase onderling verschoven signalen bezitten doorgaans een verschillende amplitude, hetgeen na samenstelling ervan voor de aftrekeenheid 14 het gewenste correctiesignaal u* = Wj.a. j(t) cosat + WQ.a.j(t) sinat 30 levert voor het in fase en amplitude corrigeren van het via kanaal 1 toe te voeren doelsechosignaal. Aldus wordt het uitgangssignaal van de aftrekeenheid 14: ur =m. j(t) cos (at + a) - WQ.a.j(t) sin at - Wj.a. j(t) cosat.

Dit signaal levert tesamen met het, door de splitsingseenheid 12 35 afgegeven in-fase signaal a.j(t) cosat het mengproduct: 8104485 . 6 -

4" C

m.a.j2(t)cos(ojt + φ)οο3ωΐ - Wg.a2.j2(t)sinωΐcosu>t - Wj.a2. j2(t)cos2u)t op, hetgeen als gevolg van de versterkingsfactor 2G en de integreren-de werking van de filtereenheid 20 resulteert in de relatie:

Wj = a.G.m.j2(t) οο3φ-W.j..a2.j2(t).G

5 en dus in de weegfactor w a.G.m.j2(t) cos φ I ——

1 + a2.j2(t) .G

met j2(t) het gemiddelde stoorvermogen.

Op soortgelijke wijze wordt voor de weegfactor Wg de volgende uitdrukking verkregen:.

10 W = - a«G-m42(t) sin φ ^ l+a2.j2(t).G

Substitutie van de weegfactoren W^. en Wg in het uitgangssignaal uf geeft als resultaat: u = m.j(t) οο$(ωΐ+φ) { ---------.4=-}

r 1 + a2, j2(t).G

waaruit voor de ’'cancellation ratio" (C.R) volgt: u 20 C.R.g = 20 log ( —} = 20 log {l + a2.G.P.} met P. het gemiddelde stoorvermogen.

J

Bij een ingangsvermogen dat slechts uit een gering stoorvermogen Pj bestaat, blijft de C.R^g nagenoeg 0, hetgeen zich in de karakteristiek van fig. 2 met betrekking tot het verband tussen 25 het in hoofdzaak als stoorvermogen P. toegevoerd ingangsvermogen P.

J ^ en het door de aftrekeenheid 14 afgegeven uitgangsvermogen Pf manifesteert in een onder 45° verlopende lijn 25. Bij een toenemen- de waarde van het stoorvermogen P.. zal de tweede term de waarde van C.R^g-uitdrukking gaan bepalen. In fig. 2 komt dit tot uiting 30 in het onder 45° neerwaarts verlopende karakteristiek gedeelte' 26.

In de praktijk kunnen zich afwijkingen voordoen in het aldus geschetste gedrag van de stooreliminatieschakeling 2. Dikwijls is 8104485 >r «· - 7 - dit het gevolg van de aanwezigheid van off-set spanningen bij de tweede mengeenheden 22 en 24·, waarbij de relatie voor de weeg-factor Wj na de integrerende werking gegeven wordt door:

Wj = a.G.m.j2(t) cosip - Wj.a2.j2(t).G + Uj, 5 met Uj de off-set spanning voor de mengeenheid 22.

Hierdoor wordt de uitdrukking voor deze weegfactor: a.G.m.j2(t) cos<p + UT W “ -1»

^ 1 + a2.j2(t).G

Substitutie in het uitgangssignaal van de weegfactor en de op overeenkomstige wijze verkregen weegfactor Wg met

a.G.m.j2(t) sinip + IL

io w ---=-a

l + a2.j2(t).G

met Ug als off-set spanning voor mengeenheid 24- levert nu op: m.J(t) cos(oit + φ) - a. j(t).(UT cosoit + IL 5ΐηωΐ) u =------ 11____ ·*· ^ -

Γ l+a2.j2(t).G

m.j(t) cos(a)t + <p) - a.j(t). /ll| + Ug cos (cut + arctg j—)

1 + a2.j2(t).G

Uitgaande van deze formule vindt er een maximale verslechtering 15 van de "cancellation ratio" plaats bij , UQ 4.

Φ = arctg ^ + it , waarbij dan geldt:

1 + a2.P..G

C.R,n = 201og< -—3·->

Een afdoende oplossing van dit probleem wordt verkregen door in elk 8104485 - 8 - % ^ 'C- der ketens 17 en 23 een regeleenheid voor het wegregelen van de off-set op te nemen. In keten 17 is zulk een regeleenheid met verwijzingscijfer 27 aangeduid, Deze regeleenheid omvat een integrator 28, welke via een tweestandensehakelaar 29 de over 5 weerstand R te leiden uitgangsspanning van de versterkerschake-ling 19 ontvangt, en welke daarbij een wegregelspanning vormt ten behoeve van deze versterkerschakeling 19, terwijl tevens de signaaltoevoer van de versterkers 10 en 15 naar de ketens 17 en 23 middels schakelaars 30 en 31 wordt onderbroken. Slechts gedurende 10 een korte periode aan het einde van elke impulsherhalingstijd worden de schakelaars 29, 30 en 31 in de niet-weergegeven stand gezet en kan de in de integrator 28 gevormde regelspanning worden bijgesteld.

De cancellation ratio C.R zal echter bij een belangrijke

15 toename van het ingangsvermogen P. als gevolg van thermische - J

ruissignalen sterk afnemen als gevolg waarvan de karakteristiek 26 sterk in de richting van de voortzetting van lijn 25 volgens lijn 32 terugbuigt en de onderdrukking van stoorsignalen sterk vermindert. Een tweetal mogelijke oplossingen otn dit te voorkomen 20 zullen nu worden uiteengezet.

Een eerste mogelijke oplossing bestaat uit een regelbare uitvoering van versterker 10 en versterker 15, waarbij de regelspanning voor beide versterkers wordt geleverd door een integrator 33, welke daartoe het door een detector 3b gelijkgerichte uitgangssignaal 25 van de versterker 10 krijgt toegevoerd. De werking van de regelbare versterkers 10 en 15 met behulp van de door detector 3b en integrator 33 gevormde spanningsregelketen is van dien aard, dat boven een zekere gemiddelde waarde voor de stooramplitude /j2(t) van het, de versterker 10 toegevoerde signaal de door de split-30 singseenheid 12 aan de mengeenheden van de ketens 17 en 23 te ver-schaffen signalen een faktor K,/j2(t) in amplitude met K als constante wordt teruggedraaid en derhalve de gedaante K~^ coscot resp. K-1 3ΐηωί aannemen. Voorts wordt deze reductiefactor «Λ ook de tweede regelbare-versterker 15 toegevoerd, waardoor 1 * 35 van die zijde een signaal w-(u - u ) de mengeenheden van de

Kci m 8 8104485 "-- -5- * * - 9 - ketens 17 en 23 wordt toegevoerd. Dit heeft tot gevolg dat de cancellation ratio C.R. de gedaante krijgt:

C.R _ = 20 log (1 +¾ dB K

hetgeen het parallele verloop van het gedeelte 35 van de karakteri-5 stiek ten opzichte van de lijn 25 verklaart.

Volgens de tweede oplossing is het ook mogelijk de tweede regelbare versterker 15 en de integrator 33 met detector 34 achter-wege te laten en de eerste regelbare versterker 10 te vervangen door een begrenzingsschakeling, welke in werking treedt, zodra 10 de amplitude van het aan de begrenzingsschakeling 10 toe te voeren signaal een bepaalde waarde overschrijdt. Dit heeft dan tot gevolg dat de cancellation ratio de volgende gedaante krijgt: C*RdB = 2®log ^ +a.K.G.Pj), hetgeen voor a.K.G.P^ »1 resulteert in 15 C.R ,D z 20 log/pT+constante

Qb j en derhalve in een horizontaal verlopende lijn 36 in de karakteri-stiek van fig. 3.

Voorts is het mogelijk elk der ketens 17 en 23 nog te voorzien van een detectie- en geheugeneenheid 37, welke bij een 20 groot aantal azimuthwaarden Brn de bijbehorende weegfactoren resp.

Wq meet en vastlegt, zodat gedurende een of meerdere daarop volgende antenneomwentelingen middels een tweestandenschakelaar 38, welke dan in de niet-weergegeven stand dient te zijn geschakeld, de vastgelegde waarden van de weegfactoren Wj en Wq ter verkrijging 25 van een voorinstelling in de tweede mengeenheden 22 en 24 kunnen worden benut. Wei dient een herwaardering van de in de detectie-en geheugeneenheid 37 vastgelegde weegfactoren periodiek bij het doorlopen van de azimuthwaarden door de radarantenne 3 plaats te vinden.

8104485

Claims

1. Impulsradarapparaat, waarvan de ontvanginrichting is voorzien van: - een op een richtantennesysteem aangesloten hoofdtransmissiekanaal 5 voor het op middenfrequentbasis detecteren van, uit doelsecho- signalen en uit ruisvormige en/of continue sinusvormige stoor-signalen samengestelde signalen; en - een op beide transmissiekanalen aangesloten stoorsignaaleliminatie-schakeling voor het selecteren van, middels de hoofdlus van het 10 antennebundelpatroon verkregen en op middenfrequentbasis gedetecteerde doelsechosignalen, welke schakeling daartoe is voorzien van een, op een alzijdig gevoelig antennesysteem aangesloten hulptransmissiekanaal, een aftrekeenheid en een fase- en amplitudecompensatieeenheid, vvelk hulptransmissiekanaal is inge-15 , richt voor het op middenfrequentbasis detecteren van, uit doels echosignalen en uit ruisvormige en/of continue sinusvormige stoorsignalen samengestelde signalen, en welke compensatie-eenheid is ingericht voor het - na toevoer van uitgangs-signalen van de aftrekeenheid en van het hulptransmissiekanaal -20 ten behoeve van de aftrekeenheid genereren van uitgangssignalen met fase en amplitude gelijk aan de, aan het hulptransmissiekanaal ontleende en de aftrekeenheid toegevoerde signalen, althans voor zover de uitgangssignalen van het hoofdtransmissiekanaal zwakker zijn dan die van het hulptransmissiekanaal, 25 met het kenmerk, dat de fase- en amplitudecompensatieeenheid zowel voor het in-fase uitgangssignaal alswel voor het, onder 90° in fase gedraaide uitgangssignaal van het hulptransmissiekanaal is voorzien van een aaneengeschakelde keten van een, met de uitgangssignalen van de aftrekeenheid en het hulptransmissiekanaal te voeden eerste 30 mengeenheid, een op deze mengeenheid aangesloten filtereenheid en een met de uitgangssignalen van deze filtereenheid en het hulptransmissiekanaal te voeden tweede mengeenheid, en is deze fase- en amplitudecompensatieeenheid voorts nog ingericht voor het combineren van de uitgangssignalen van de tweede mengeenheden ter verkrijging 35 van de door genoemde ketens aan de aftrekeenheid te verschaffen uitgangssignalen. 8104485 •C -:1 ' - η -

2. Impulsradarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de fase- en amplitudecompensatieschakeling is voorzien van schakelmiddelen voor het gedurende vooraf bepaalde perioden onder-breken van de signaaltoevoer naar genoemde eerste mengeenheden, 5 en dat elk der genoemde filtereenheden is voorzien van een, gedurende genoemde perioden inschakelbare tegenkoppeleenheid voor , de vorming van een compensatiespanning bij de geldende off-set spanning van de desbetreffende filtereenheid.

3. Impulsradarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, 10 dat in elk der genoemde aaneengeschakelde ketens tussen de desbetreffende filtereenheid en bijbehorende tweede mengeenheid schakelmiddelen zijn opgenomen en dat voorts met azimuthinformatie te adresseren geheugenmiddelen voorhanden zijn voor het registreren van de via de schakelmiddelen toegevoerde signaalspanning, welke 15 schakelmiddelen in een eerste respectievelijk tweede stand de tweede mengeenheid aansluiten op de uitgang van de filtereenheid respectievelijk geheugenmiddelen. A·. Impulsradarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de fase- en amplitudecompensatieeenheid in de verbinding van 20 het hulptransmissiekanaal naar de beide ketens een eerste regel-bare versterker en in de verbinding van de aftrekeenheid naar de beide ketens een tweede regelbare versterker omvat, en voorts een op de uitgang van de eerste regelbare versterker aangesloten integratorschakeling omvat ter verkrijging van de voor de eerste en 25 de tweede versterker benodigde regelspanning. 8104485