NL8702342A

NL8702342A - Fm-cw radarapparaat.

Info

Publication number: NL8702342A
Application number: NL8702342A
Authority: NL
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1987-10-01
Filing date: 1987-10-01
Publication date: 1989-05-01
Also published as: EP0310172B1; US4912472A; JP2644849B2; EP0310172A1; AU603704B2; AU2288588A; CA1320751C; DE3879348T2; DE3879348D1; JPH01116475A

Description

s FM-CW radarapparaat

De uitvinding heeft betrekking op een FM-CW radarapparaat voorzien van een zendeeriheid voor het met een bepaalde frequentiezwaaisnel-5 heid (Af/At) over een (eerste) frequentieinterval (fQ, fQ+Af) genereren van zendsignalen, en van een ontvangeenheid voorzien van een mengeehheid voor het met behulp van mengsignalen demoduleren van, met de zendsignalen verkregen echosignalen, alsmede voorzien van een DFT-eenheid, welke is voorzien van aansluitklemmen geschikt 10 voor het ontvangen van gedigitaliseerde en bemonsterde signalen en welke eenheid is ingericht voor het verschaffen van, op de toegevoerde signalen betrekking hebbende, aan de heterodyne-frequentie gerelateerde doelsafstandsinformatie.

15 Een dergelijk radarapparaat is bekend uit het octrooischrift US-A- 4.568.938. Het aldaar beschreven radarapparaat is een hoogtemeter en wel in het bijzonder voor het meten van de afstand behorende bij het dichtbijgelegen object. Het radarapparaat leent zich evenwel niet voor het meten van de afstand van een object, dat zich 20 meer bevindt aan de rand van het bereik van dit radarapparaat, aangezien de signaalduur van het gemoduleerde echosignaal van dat object binnen de bijbehorende impulsherhalingstijd afneemt naarmate dat object verder weg is gelegen.

25 De uitvinding is daarbij gebaseerd op de gedachte om de bij het zendsignaal behorende frequentiezwaailengte te vergroten ter verkrijging van een mengsignaal, dat over een groter frequentie-bereik werkzaam is, doch deze vergroting van de frequentiezwaailengte niet te laten doorwerken op het genereren van het zensignaal.

30 Daarmee wordt aan de doelstelling voldaan, te weten, het verwerken van echosignalen van voldoende lengte, ook van objecten welke gelegen zijn naarbij de grenzen van het radarbereik.

8702342 \ 2

Overeenkomstig de uitvinding is bij het radarapparaat van het in de aanhef omschreven soort de zendeenheid ingericht voor het, met genoemde frequentiezwaaisnelheid (Af/At) over een tweede, in vergelijking met het eerste frequentieinterval breder frequentie-5 interval (f-^, f^+k.Af) met k>l, genereren van genoemde mengsignalen.

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

Fig. 1 een tijdsdiagram toont van de bij een FM-CW radarapparaat 10 voorkomende signalen;

Fig. 2 een tijdsdiagram toont van de bij een FM-CW radarapparaat voorkomende zendsignalen met een daarop afgestemde tijdsvolgorde voor de diverse daarmee verband houdende procestijden; 15 Fig. 3 een blokschema van een mogelijke eerste uitvoeringsvorm van een FM-CW radarapparaat weergeeft;

Fig. 4 een blokschema van een andere uitvoeringsvorm van een FM-CW radarapparaat weergeeft.

20 In het diagram van Fig. 1 is het tijdsverloop van de zendfrequentie f van een FM-CW radarapparaat weergegeven, waarbij de zendeenheid met een constante frequentiezwaaisnelheid (df/dt) een frequentie-interval (fg, fQ+Af) op repeterende wijze met een frequentie fr =* Τ'1 doorloopt. Het diagram laat zien, dat voor een dichtbij 25 gelegen doel (met doelsafstand = ½ cT-^) het echosignaal "a" gedurende een groot deel van de luistertijd T wordt verkregen.

Bij demodulatie van het echosignaal "a" met een mengsignaal, dat als een replica van het alsdan voorhanden zijnde zendsignaal kan worden beschouwd, wordt het heterodyne signaal ofwel het beatsignaal 30 met frequentie fg^ verkregen. Dit beatsignaal is dan van een zodanig lengte, dat daaruit voldoende informatie over de doelsafstand kan worden afgeleid. Anders is het gesteld met een 8702342 3 object dat bij een doelsafstand = h CT2 nabij de grens van het ) radarbereik, een echosignaal "b" genereert. Dit echosignaal "b" toont aan, dat het slechts gedurende een korte periode (T2, T) tijdens de luistertijd (0, T) wordt vermengd met het alsdan 5 aanwezige mengsignaal ter verkrijging van het beatsignaal met frequentie fg^ . Slechts wanneer het genereren van het mengsignaal, maar wel bij gelijkblijvende frequentiezwaaisnelheid, naar hogere frequenties fm met fm > fQ+Δί zou worden voortgezet, zou het mogelijk zijn om ook van verder weggelegen objecten echosignalen 10 over een langere tijdsduur en dus een beatsignaal van voldoende lengte te krijgen. Daar de zendeenheid voor het genereren van het zendsignaal slechts werkzaam mag zijn in het gebied (fg, fp+Af), kan een dergelijk mengsignaal niet daadwerkelijk van het zendsignaal worden afgeleid. Door nu wel bij het genereren van het bij de 15 demodulatie van het echosignaal benodigde mengsignaal, maar niet bij het genereren van het zendsignaal, onder handhaving van de bij het zendsignaal behorende frequentiezwaaisnelheid de frequentiezwaai-lengte te vergroten, wordt bereikt, dat ook van een bij een veraf gelegen doel behorend echosignaal een beatsignaal van voldoende 20 lengte binnen de luistertijd wordt verkregen. De totale tijdsduur waarover de generatie van het mengsignaal dan dient plaats te vinden is bij voorkeur 2T, maar kan desgewenst kleiner of groter worden gekozen.

25 In de navolgende figuurbeschrijvingen zal evenwel steeds een tijdsduur van 2T voor het genereren van een mengsignaal worden aangehouden. Ofschoon het genereren van de zendsignalen zelf in een tijdsduur T geschiedt, neemt de ontvangst van de echosignalen en daarmee de verwerking van deze echosignalen door een DFT-eenheid een 30 tijdsduur 2T in beslag, hetgeen in tijdsinterval (0, 2T) zal plaatsvinden.

8702342 4

Overeenkomstig een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding kan een additieve maatregel, te weten de invoering van dispersieve vertragingsmiddelen, worden toegepast, waarbij na generatie van zendsignalen in het met E·^ aan te duiden tijdsinterval (0, T) de in 5 het met R-^ aan te duiden tijdsinterval (0, 2T) ontvangen echosignalen na demodulatie een zodanige frequentieafhankelijke vertraging ondergaan, dat alle daaruit resulterende signalen binnen een zeker, met P-^ aan te duiden tijdsinterval (T+r, 2T+r) en derhalve binnen een tijdslengte T samengebracht zijn, zoals in Fig. 2 10 is weergegeven. Hiermee wordt dan bereikt, dat aan een zendduur T eveneens een DFT-bewerkingsperiode T gekoppeld wordt. Daarbij is de ligging van het tijdsinterval P·^ t.o.v. het tijdsinterval geheel afhankelijk van het toegepaste type dispersieve vertragingsmiddelen. In feite wordt hiermee een vorm van "pulscompressie" in een 15 C.W.-radar gerealiseerd. Deze compressie kan verder worden opgevoerd door het mengsignaal gedurende n.T (n > 2) perioden te genereren, terwijl de dispersieve vertragingsmiddelen het ontvangen signaal weer binnen een tijdslengte T samenbrengen.

20 In Fig. 3 is een mogelijke uitvoeringsvorm van een FM-CW

radarapparaat overeenkomstig de uitvinding weergegeven. In dit blokschema is met het verwijzingscijfer 1 een zendgenerator weergegeven, welke ingericht is voor het genereren van signalen over een frequentiegebied (fg, fg+2Af) met een vaste frequentiezwaai-25 snelheid df/dt, en wel zodanig, dat gedurende opeenvolgende frequentiezwaaiperioden met tijdsduur T het frequentiegebied van fg naar fg+Af wordt doorlopen. Via een in een gesloten toestand verkerende schakelaar 2 worden deze signalen een vermogensversterker 3 toegevoerd ter verkrijging van zendsignalen, welke via een 30 zendantenne 4 worden uitgezonden. De door de zendgenerator 1 geproduceerde signalen worden tevens via een uitkoppelingseenheid (of duplexer) 5 een mengeenheid 6 aangeboden. Voorts worden de via een ontvangantenne 7 verkregen echosignalen na versterking in een 8702342

V

% 5 versterker 8 van het LNTA-type eveneens de mengeenheid 6 toegevoerd. Ter verkrijging van de beoogde werking, waarbij zendsignalen slechts gedurende tijdsduur T over een frequentiegebied (fg, fg+Af) worden uitgezonden, doch de mengsignalen in een tijdsduur 2T over een 5 frequentiegebied (fQ, fQ+2Af) worden gegenereerd, is de zendgenera-tor 1 ingericht om de frequentiezwaai gedurende de daaropvolgende tijdsduur T met dezelfde frequentiezwaaisnelheid df/dt over het daarop aansluitende frequentieinterval (fp+Af, fQ+2Af) voort te zetten, wordt de schakelaar 2 na tijdsduur T in geopende toestand 10 gebracht. De door demodulatie van de echosignalen met de zendsignalen verkregen beatsignalen worden versterkt in de m.f.-versterker 9 en aldaar ten gevolge van de toegestane bandbreedte gefilterd. De uitgangssignalen van de m.f.-versterker 9 worden vervolgens een dispersieve vertragingslijn 10 toegevoerd waarin de frequentie-15 signalen met de kleinste beatfrequentie een tijdsduuur T worden vertraagd ten opzichte van die met de grootst beatfrequentie.

De daardoor verschoven en binnen eenzelfde tijdsinterval T gebrachte uitgangssignalen van de dispersieve vertragingslijn 10 worden in een analoog-digitaal omzetter 11 bemonsterd en gedigitaliseerd en 20 vervolgens een DFT-signaalverwerkingseenheid 12 toegevoerd. Daar aan elke frequentiewaarde van het doelsechosignaal een doelsafstand kan worden toegekend, en dit tevens geldt voor de frequentiewaarde van het beatsignaal, zal ieder frequentiekanaal van de DFT-signaalverwerkingseenheid een bepaald afstandsinterval representeren, 25 waartoe het gemeten doel behoort. Het is voorts mogelijk de volgorde van de vertragingslijn 10 en de analoog-digitaal omzetter 11 te verwisselen, zoals in de invoeging bij Fig. 3 is weergegeven.

Daar generator 1 toch gedurende de gehele periodeduur 2T betrokken 30 is bij de generatie van het mengsignaal voor de mengeenheid, kan met de in Fig. 1 weergegeven uitvoeringsvorm niet de impulsherhalings-frequentie op de waarde fr = T*^ gehandhaafd worden. Dit is echter wel mogelijk bij de in Fig. 4 weergegeven uitvoeringsvorm van een 8702.54 2 Λ 6 FM-CW radarapparaat, welke in afwijking met het in Fig. 3 weergegeven radarapparaat naast de eerste zendgenerator 1 nog een tweede zendgenerator 13 van hetzelfde type bezit alsmede een dubbelpolige schakeleenheid 14 in plaats van schakelaar 2 teneinde de zend-5 generatoren 1 en 13 afwisselend op de vermogensversterker 3 aan te sluiten, hetgeen onder gebruikmaking van een tijdstuureeriheid 15 dient te geschieden. De zendgeneratoren 1 en 13 worden met behulp van deze tijdstuureenheid afwisselend en in een door de repetitie-1 frequentie f = T bepaald ritme, telkenmale op de laagste waarde 10 fg van het bijbehorende frequentiebereik teruggesteld, waarbij tevens de schakeleenheid 14 door de tijdstuureenheid 15 zodanig wordt omgeschakeld, dat op repeterende wijze (f = T-^) een zend-signaal met een over het frequentiebereik (fQ, fg+Af) variërende frequentie naar de vermogensversterker 3 wordt toegevoerd.

15 Uitkoppeling van een geringe hoeveelheid signaalenergie uit de uitgangsleidingen van de zendgeneratoren 1 en 13 met behulp van respectievelijke duplexers 5 en 16 en vervolgens het samenbrengen van deze signaalenergie middels een duplexer 17 verschaft de mengeenheid 6 de voor de demodulatie van de ontvangen echosignalen 20 benodigde mengsignalen.

25 30

e7G>13U

Claims

1. FM-CW radarapparaat, voorzien van een zendeenheid voor het met een bepaalde frequentiezwaaisnelheid (Af/At) over een (eerste) 5 frequentieinterval (fg, fg+Af) genereren van zendsignalen, en van een ontvangeenheid voorzien van een mengeenheid voor het met behulp van mengsignalen demoduleren van, met de zendsignalen verkregen echosignalen, alsmede voorzien van een DFT-eenheid, welke is voorzien van aansluitklemmen geschikt voor het ontvangen van 10 gedigitaliseerde en bemonsterde signalen en welke eenheid is ingericht voor het verschaffen van, op de toegevoerde signalen betrekking hebbende, aan de heterodyne-frequentie gerelateerde doelsafstandsinformatie, met het kenmerk, dat de zendeenheid is ingericht voor het met genoemde frequentiezwaaisnelheid (Af/At) over 15 een tweede, in vergelijking met het eerste frequentieinterval breder frequentieinterval (f-^, fj+k.Af) met k>l, genereren van genoemde mengsignalen.

2. FM-CW radarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, 20 dat in de ontvangeenheid tussen de mengeenheid en de DFT-eenheid dispersieve vertragingsmiddelen zijn opgenomen voor het, in afhankelijkheid van de signaalfrequentie vertragen van de gedemoduleerde echosignalen.

3. FM-CW radarapparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het tweede frequentieinterval (f^, f^+k.Af) tweemaal zo breed is als het eerste frequentieinterval.

4. FM-CW radarapparaat volgens één der voorgaande conclusies, 30 met het kenmerk, dat de in de beide frequentieintervallen voorkomende laagste frequentiewaarden gelijk zijn. 8702 34 2 %

5. FM-CW radarapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat middelen voor het bemonsteren en digitaliseren van signalen zijn opgenomen tussen genoemde mengeenheid en de vertragingsmiddelen. 5

6. FM-CW radarapparaat volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat middelen voor het bemonsteren en digitaliseren van signalen zijn opgenomen tussen de vertragingsmiddelen en de DFT-eenheid. 10

7. FM-CW radarapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de zendeenheid is voorzien van een eerste en een tweede zendgenerator, welke beide zijn ingericht voor het uitvoeren van een frequentiezwaai over het tweede frequentie- 15 interval, alsmede van schakelmiddelen, onder tussenkomst waarvan de beide zendgeneratoren op de antennemiddelen zijn aangesloten, dat de zendeenheid is ingericht voor het afwisselend in doorverbinding brengen van één der zendgeneratoren met de antennemiddelen en voor het daarmee gelijktijdig in de aanvangsstand terugstellen van de 20 alsdan in doorverbinding met de antennemiddelen te brengen zendgenerator, en dat de zendeenheid is voorzien van een eveneens op de beide zendgeneratoren aangesloten combinatieschakeling ter verkrijging van genoemde mengsignalen. 25 30 8702342