NL8204616A

NL8204616A - Impulsradarapparaat.

Info

Publication number: NL8204616A
Application number: NL8204616A
Authority: NL
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1982-11-29
Filing date: 1982-11-29
Publication date: 1984-06-18
Also published as: AU2146983A; DE3374440D1; JPS59109882A; CA1223944A; JPH0312711B2; EP0110260B1; AU560289B2; EP0110260A1

Description

• ; .am:

Impulsradarapparaat

De uitvinding heeft betrekking op een impulsradarapparaat, voorzien van een coherent werkzame zend- en ontvanginrichting met een zender en een zendantenne voor het uitzenden van radarimpulsen 5 en het opwekken van testsignalen, N in verticale richting aange-brachté ontvangantennes en daaraan gekoppelde ontvangers voor het ontvangen van echosignalen en het in elk der ontvangers verwerken hiervan tot in twee orthogonale componenten fasegevoelig gedetecteerde en gedigitaliseerde videosignalen 1^ en Q^, met 10 is0,1, 2, ..., N-1, alsmede een door een DFT gevormde bundelvormende schakeling, welke uit deze signalen, nadat elk paar 1^, in een hiertoe aanwezige combinatieschakeling is vermenigvuldigd met een corresponderende weegfactor W^, de orthogonale componenten en Qk van het door de N ontvangers te samen bepaalde videosignaal afleidt 15 en deze over het met de elevatie waaronder de echosignalen zijn ontvangen corresponderende uitgangskanaal k van de bundelvormende schakeling afgeeft.

Een dergelijk impulsradarapparaat is bekend uit:

Ruvin, A.E. and L. Weinberg; Digital Multiple Beamforming Techniques 20 for Radar, IEEE EASCON '78 Record, pp. 152-163, Sept. 25-27, 1978, IEEE Publication 78 CH 1352-4 AES. In dit impulsradarapparaat zullen, als gevolg van onderlinge verschillen in versterking en faseverloop in de diverse ontvangers, fouten in de uitgangssignalen van de bundelvormende schakeling optreden. Verschillen in versterking 25 verstoren de toegepaste weegfactoren en daarmede de gewenste zijlus-onderdrukking, terwijl verschillen in faseverloop kunnen veroorzaken dat door de bundelvormende schakeling het doel als uit een andere dan de ware richting komend wordt gezien. De uitvinding beoogt dit doort fouten zo veel mogelijk te beperken.

30 Overeenkomstig de uitvinding omvat het impulsradar apparaat hiertoe een rekeneenheid met behulp waarvan op elk desgewenst moment uit de, m.b.v. de testsignalen, onder de omstandig- / "* heid dat alle weegfactoren eenzelfde constante waarde bezitten, verkregen ingangssignalen van de bundelvormende schakeling amplitude-35 en fasecorrectiesignalen kunnen worden afgeleid, welke, om onderlinge 8204616 « t - 2 - verschillen in versterking en faseverloop tussen de ontvangers te compenseren, althans deels worden toegevoerd aan de transformatie-schakelingen. Op deze wijze worden de ingangssignalen van de bundelvormende schakeling gecorrigeerd. In de operationele toestand 5 is een in verticale richting verlopende weegfunctie aangebracht, terwijl tijdens het uitvoeren van een versterking- en fase-correctieslag, welke desgewenst een of meerdere malen per radarsweep kan worden verricht, als weegfunctie een constante wordt ingebracht.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand 10 van de bijgaande figuren, waarvan

Fig. 1 een eerste uitvoeringsvorm van het impulsradar-apparaat overeenkomstig de uitvinding laat zien,

Fig. 2 een diagram, waarin de bundelrichtingen, zoals deze door de bundelvormende schakeling kunnen worden vastgesteld, 15 zijn afgebeeld,

Fig. 3 een diagram van een specifiek bundelpatroon, zoals dit door de bundelvormende schakeling wordt vastgesteld bij toepassing van gelijke en verschillende weegfactoren, en

Fig. A- een tweede uitvoeringsvorm van het impulsradar-20 apparaat overeenkomstig de uitvinding.

Het in fig. 1 afgeheelde impulsradarapparaat omvat een coherent werkzame zend- en ontvanginrichting, welke is opgebouwd uit een zender 1 en een zendantenne 2 voor het uitzenden van radar-impulsen en het opwekken van testsignalen T, alsmede uit N in 25 verticale richting aangebrachte ontvangantennes Aq, , ..., A^ en daaraan gekoppelde ontvangers Bq, , ..., B^ 1 voor het ontvangen van echosignalen en het in elk der ontvangers verwerken hiervan tot in twee orthogonale componenten fasegevoelig gedetecteerde en gedigitaliseerde videosignalen 1^ en met 30 i = 0, 1, ..., N-l. Wordt het zendsignaal voorgesteld door F(t).e^ïï^ot, met f de zendfrequentie en F(t) de omhullende van de zendimpuls, dan kan het door de antenne A^ ontvangen echosignaal 2ïïj Γ (f Q-t-f h ) t + φ + f Q.

worden voorgesteld door G(t).e L o α 0 c waarin G(t) de omhullende van het echosignaal, f^ de dopplerfrequen- l 8204616 I ----- · '·* Vl .· .. ,,,,1,, I » - 3 - tie, d de onderlinge afstand van de ontvangantennes, α de in een verticaal vlak gelegen hoek waaronder het van het doel afkomstige golffront 3 op de ontvangantennes valt, c de lichtsnelheid en ψ een van de afstand van het doel afhankelijke fasehoek.

5 Het in de ontvanger Bj naar de middenfrequentie getransformeerde en vervolgens coherent fasegevoelig gedetecteerde echosignaal wordt nu voorgesteld door 2trj[fdt + f0.i^2] G(t).e L J , ofwel, met c = X.f0 en d = |X, door g(t,fd),eïï^icosa; van dit signaal 10 zijn Ij en Qj de orthogonale componenten. De ontvanger Bj geeft deze componenten in digitale vorm af. De waarden Ij en Qj kunnen rechtstreeks worden toegevoerd aan een dooreen DFT gevormde bundelvormende schakeling 4. Deze bundelvormende schakeling levert over het uitgangskanaal k de orthogonale componenten van het door 15 de N ontvangers te samen bepaalde videosignaal, hetwelk evenredig is met V irjicosct -2irjijj 1=0

De absolute waarde van dit over het uitgangskanaal k afgegeven videosignaal is nu evenredig met sin|ïir(cosa-^).N| 20 ---Ik** sin iir(cosa-^p) M.a.w. elk uitgangskanaal van de bundelvormende schakeling 4 correspondeert met een ontvangstbundelpatroon waarvan de hoofd-richting is bepaald door de relatie cosa=-^p. Mogelijke bundel-richtingen welke aldus kunnen worden vastgelegd, zijn afgeheeld in 25 fig. 2.

In het geval bijv. N = 16 en dus een FFT als bijzondere vorm van een DFT voor de bundelvormende schakeling 4 kan worden gebruikt, worden de hoofdrichtingen van de ontvangstbundelpatronen verkregen bij a = 0°, 28,96°, 41,41°, 51,32°, 60°, ..., 128,68°, 30 138,59°, 151,04° en 180° voor k = 8, 7, 6, 5, 4, ..., -5, -6, -7, -8.

.···.·' - ff 8204616 - 4 - « *

Wordt het antennesysteem van het impulsradarapparaat opgesteld onder bijv. een hoek van 4-3°, dan zijn alleen de ontvangstbundelpatronen van belang, waarvan de hoofdrichtingen worden verkregen bij a = 51,32°, 60°, 128,68° voor k = 5, 4, -5. De hoofd- 5 richtingen zijn dan uiteraard gericht onder hoeken van a-47° t.o.v. het horizontale vlak (aardoppervlak). Van de in dit geval 16 uit-gangskanalen van de bundelvormende schakeling worden er derhalve slechts 11 gebruikt. Een doel dat zich bevindt onder een elevatie van bijv. 50° levert een videosignaal op in het door k = -l aange-10 duide uitgangskanaalj het videosignaal valt in het ontvangstbundel-patroon met als hoofdrichting a=97,18°, ofwel t.o.v. het horizontale vlak 50,18°.

Het in fig. 1 afgebeelde impulsradarapparaat is voorts nog voorzien van transformatieschakelingen Cq, , ..., j met 15 behulp waarvan de signalen 1^ en o.m. kunnen worden vermenigvuldigd met een weegfactor W^. De weegfactoren vormen een in verticale richting verlopende weegfunctie, welke is aangebracht om zijlusonderdrukking te bewerkstelligen. Het effect hiervan is afgeheeld in fig. 3. Aansluitend op het gegeven voorbeeld is in 20 deze figuur door de ononderbroken curven het ontvangstbundelpatroon weergegeven, waarvan de hoofdrichting wordt verkregen bij a=97,18° voor k = -1; dit patroon geeft de genormaliseerde en in dB's uitgedrukte absolute waarden weer van het over het uitgangskanaal k = -l afgegeven videosignaal zonder toepassing van een ruimtelijk ver-25 lopende weegfunctie. De onderbroken curven geven deze waarden weer bij een gunstig gekozen weegfunctie en illustreren het effect van deze weegfunctie op de zijlusonderdrukking.

In het impulsradarapparaat zullen, als gevolg van onderlinge verschillen in versterking en faseverloop in de ontvangers 30 Bq, Bj , ..., j, fouten optreden in de uitgangssignalen van de bundelvormende schakeling 4, Verschillen in versterking verstoren de toegepaste weegfunctie en daarmede de gewenste zijlusonderdrukking. Verschillen in faseverloop kunnen veroorzaken dat door de bundelvormende schakeling het doel als uit een andere dan de ware richting 35 komend wordt gezien. Om dergelijke fouten te voorkomen omvat het t 8204616 - 5 - impulsradarapparaat een rekeneenheid 5 met behulp waarvan op elk

A

desgewenst moment uit de, m.b.v. de testsignalen T, onder de omstandigheid dat alle weegfactoren eenzelfde constante waarde bezitten, verkregen ingangssignalen van de bundelvormende schake-5 ling k amplitude- en fasecorrectiesignalen kunnen worden afgeleid, welke, om de onderlinge verschillen in versterking en faseverloop tussen de ontvangers Bq, By, ..., B^ y te compenseren, althans deels worden toegevoerd aan de transformatieschakelingen Cq, Cy, ..., C^y. In de in fig. 1 afgeheelde uitvoeringsvorm worden zowel 10 amplitudecorrectiesignalen alswel fasecorrectieschakelingen α^, aan de transformatieschakelingen Cq, Cy, ..., C^_y toegevoerd· In de hierna te beschrijven en in fig. k afgebeelde uitvoeringsvorm worden amplitudecorrectiesignalen en fijne fasecorrectiesignalen aan de transformatieschakelingen Cq, Cy, ..., 15 CN y toegevoerd en grove fasecorrectiesignalen aan de ontvangers Bq, By, ..., De testsignalen T kunnen hetzij in de antenne- elementen of de hoogfrequentkanalen van de ontvangers Bq, By, ..., worden geïnjecteerd, hetzij via een voor de ontvangantennes Aq, Ay, ..., Aj^_y geplaatste sleufstraler door deze antennes worden 20 ontvangen. De testsignalen worden op de gebruikelijke manier verwerkt in de ontvangers Bq, By, doch vervolgens allen met eenzelfde weegfactor vermenigvuldigd, De alsdan verkregen signalen worden niet in de bundelvormende schakeling 4· verwerkt, doch via een bufferschakeling 6 toégevoerd aan de rekeneenheid 5.

25 Uit de verschillen in amplitude en fase van deze signalen leidt de rekeneenheid 5 amplitude- en fasecorrectiesignalen af , resp. cij, Via de bufferschakeling 7 worden de amplitude- en fasecorrectiesignalen toegevoerd aan de desbetreffende transformatieschakelingen. In de transformatieschakeling worden de toe-30 gevoerde signalen I^Q^ omgezet in signalen Ij,QJ volgens:

Ii = W1K1(a1I1*Si<31),

Qi = W1K1(-B111 + alQl).

8204616

« V

- $ -

Zijn 1^,Q de orthogonale componenten van het signaal λ/4.\ JitOrft + ïïicosa) .. , fc\t).e u , dan zijn Ij,QJ de orthogonale componenten van het signaal gi jfont + ir i cosa + arctg—-)

Wj, Κχ G(t)e ai 5 M.a.w, de weegfactoren WL worden gecorrigeerd met een faktor K^, h terwijl het signaal een fasecorrectie arctg krijgt.

“i

In de fig. k weergegeven uitvoeringsvorm wordt een onderscheid gemaakt tussen grove en fijne fasecorrecties. De rekeneenheid 5 omvat daartoe middelen om uit de via de bufferschakeling 6 10 toegevoerde signalen grove en fijne fasecorrectiesignalen te bepalen. Met behulp van de grove fasecorrectiesignalen wordt in een daartoe aanwezige cohofasecorrectieschakeling 8 de fase van het, voor het in de ontvangers coherent fasegevoelig detecteren benodigde cohosignaal fC0^0 voor elke ontvanger afzonderlijk bijgestuurd. Daar-15 naast kan de fijne fasecorrectie, alsmede de amplitudecorrectie op de bovenbeschreven wijze in de transformatieschakelingen Cq, , ..., j plaatsvinden. De fijne fasecorrectie kan nu echter eenvoudiger worden aangebracht door vermenigvuldiging met een fasefactor cos<p. volgens: ✓ 20 j 11=^003¾ Ij I «i * wi Ki 00Stfi Qi * 8204616

Claims

1. Impulsradarapparaat, voorzien van een coherent werkzame zend- en ontvanginrichting met een zender en een zendantenne voor het uitzenden van radarimpulsen en het opwekken van testsignalen, 5. in verticale richting aangebrachte ontvangantennes en daaraan gekoppelde ontvangers voor het ontvangen van echosignalen en het in elk der ontvangers verwerken hiervan tot in twee orthogonale componenten fasegevoelig gedetecteerde en gedigitaliseerde videosignalen Ij en Qj, met 1 = 0, 1,2, ...,N-1, alsmede een door een 10 DFT gevormde bundelvormende schakeling, welke uit deze signalen, nadat elk paar 1^, in een hiertoe aanwezige transformatie-schakeling is vermenigvuldigd met een corresponderende weegfactor Wj, de orthogonale componenten 1^ en van het door de N ontvangers te samen bepaalde videosignaal afleidt en deze over het met de 15 elevatie waaronder de echosignalen zijn ontvangen corresponderende uitgangskanaal k van de bundelvormende schakeling afgeeft, met het kenmerk, dat een rekeneenheid aanwezig is met behulp waarvan op elk desgewenst moment uit de, m.b.v. de testsignalen, onder de omstandigheid dat alle weegfactoren eenzelfde constante waarde 20 bezitten, verkregen ingangssignalen van de bundelvormende schakeling amplitude- en fasecorrectiesignalen kunnen worden afgeleid, welke, om onderlinge verschillen in versterking en faseverloop tussen de ontvangers te compenseren, althans deels worden toegevoerd aan de transformatieschakelingen.

2. Impulsradarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat zowel de amplitudecorrectiesignalen alswel de fasecorrectiesignalen worden toegevoerd aan de corresponderende transf or matieschakelingen, waarbij de desbetreffende transformatieschakeling de toegevoerde orthogonale componenten I^,Q^ omzet in de orthogo-30 nale componenten Ij!,Qj volgens I«=WiKi(a1Ii + BiQ1) ^WiM'Mi^iV* 8204616 -8-- V

3. Impulsradarapparaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de rekeneenheid middelen omvat om grove en fijne fasecorrectie-signalen te bepalen en dat voorts een cohofasecorrectieschakeling aanwezig is, welke reagerend op de grove fasecorrectiesignalen 5 de fase van het, voor het in de ontvangers coherent fasegevoelig detecteren benodigde cohosignaal voor elke ontvanger bijstuurt, terwijl zowel de amplitudecorrectiesignalen alswel de fijne fasecorrectiesignalen coscp. worden toegevoerd aan de corresponderende transformatieschakelingen, waarbij de desbetreffende transformatie-10 schakeling de toegevoerde orthogonale componenten 1^,omzet in de orthogonale componenten 1^' Qj volgens I* =W. K. cosip, I. J i ïi i ï Q! = W. K. cosip. Q.. ïii i i % 8204616