NL9300113A - Radarapparaat. - Google Patents

Description

Radarapparaat

De uitvinding heeft betrekking op een radarapparaat voor het automatisch volgen van doelen en het aansturen van een met servomotoren uitgerust kanon, omvattende een Cassegrain-antenne voorzien van een parabolische reflector en een vlakke spiegel, waarbij de parabolische reflector is voorzien van polarisatie-afhankelijke reflectiemiddelen en de vlakke spiegel van polarisatiedraaiende reflectiemiddelen, een feedhorn centraal geplaatst in een opening van de vlakke spiegel voor het via de Cassegrain-antenne uitzenden en ontvangen van radarstraling, een met de Cassegrain-antenne verbonden radarzendinrichting en radar-ontvanginrichting en een radardataprocessor en servostuurinrichting.

Een radarapparaat van deze soort is bijvoorbeeld bekend uit M.I. Skolnik "Introduction to Radar Systems", second edition, pag. 242-243. Bij dit bekende radarapparaat wordt een zoek- of een volgbeweging verkregen uit een sturing met bijvoorbeeld servomotoren van de vlakke spiegel. Dit geeft slechts een beperkte openingshoek voor het bekende radarapparaat. Voor het verkrijgen van een grotere openingshoek dienen servomotoren te worden toegevoegd die de hele Cassegrain-antenne kunnen roteren. Dit werkt prijsverhogend en het maakt in feite de sturing van de vlakke spiegel overbodig.

Het radarapparaat volgens de uitvinding heft dit bezwaar op en heeft als kenmerk, dat de Cassegrain-antenne is gemonteerd aan een in hoofdzaak terugstootloos deel van de kanonloop en dat radar-ontvanginrichting, radardataprocessor en servostuurinrichting zijn ingericht voor het sturen van de servomotoren zodanig dat het kanon en de daaraan gemonteerde Cassegrain-antenne in een eerste gebruiksmode een doel automatisch kunnen volgen.

Van de mogelijkheid de vlakke spiegel te sturen kan nu op voordelige wijze gebruik worden gemaakt voor het snel en met eenvoudige stuurmiddelen genereren van een voorhoudhoek.

Een gunstige uitvoeringsvorm van een radarapparaat volgens de uitvinding heeft daarom bovendien als kenmerk dat de vlakke spiegel is voorzien van door de dataprocessor gestuurde actuators voor het in een tweede gebruiksmode genereren van een hoekverschil tussen een hartlijn van het kanon en een zichtlijn van de Cassegrain-antenne.

Een mogelijk nadeel van de montage van de Cassegrain-antenne aan het kanon is dat tijdens het schieten van een salvo er trillingen van het kanon kunnen doordringen tot de antenne. Deze trillingen kunnen een rotatietrilling rond het zwaartepunt van de Cassegrain-antenne bewerkstelligen en daarmee de nauwkeurigheid van de meting van de doelspositie ongunstig beïnvloeden. De meting van de fouthoeken van een doel met behulp van een monopuls of een conical scan radarontvanginrichting blijkt hiervoor gevoelig te zijn.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van het radarapparaat volgens de uitvinding heeft daarom als kenmerk dat de Cassegrain-antenne is voorzien van rotatiesensoren voor het detecteren van door kanonvuur geïnduceerde rotatietrillingen en dat de dataprocessor op basis van uitgangssignalen van de rotatiesensoren stuursignalen kan genereren voor het sturen van de actuators zodanig dat de zichtlijn van de Cassegrain-antenne althans in hoofdzaak onafhankelijk is van de rotatietrillingen.

Naast een rotatie van de Cassegrain-antenne kunnen trillingen ook een translatie in de richting van de zichtlijn bewerkstelligen. Deze translatie zal een schijnbare Dopplersnelheid geven aan stilstaande objecten en kan een schijnbare wijziging van de Dopplersnelheid van een doel veroorzaken. Beide effecten kunnen de performance van het radarapparaat, dat in een toepassing als hier aangegeven steeds is uitgevoerd als een Doppler radarapparaat, nadelig beïnvloeden. Dit is in het bijzonder het geval als het radarapparaat met relatief korte golflengten werkt. Ook dit is bij het hier beschreven radarapparaat het geval; alleen voor een korte golflengte zal de parabolische reflector zodanig klein zijn dat de bevestiging aan een kanon aantrekkelijk wordt.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm heeft daarom als kenmerk dat de Cassegrain-antenne is voorzien van translatiesensoren voor het detecteren van door het kanonvuur geïnduceerde translatietrillingen in een richting van de zichtlijn en dat de dataprocessor op basis van uitgangssignalen van de translatiesensoren stuursignalen kan genereren voor het sturen van de actuators zodanig dat voor de uitgezonden en ontvangen radarstraling de translatie althans in hoofdzaak wordt gecompenseerd.

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

Fig. 1 aangeeft hoe de Cassegrain-antenne en een kanon kunnen worden samengebouwd;

Fig. 2 een mogelijke uitvoeringsvorm van een Cassegrain-antenne volgens de uitvinding weergeeft;

Fig. 3 een schematische weergave vormt van een eerste uitvoeringsvorm van het radarapparaat in samenwerking met het kanon;

Fig. 4 een schematische weergave vormt van een tweede uitvoeringsvorm van het radarapparaat in samenwerking met het kanon, waarbij is voorzien in een compensatie van door het kanon veroorzaakte trillingen.

Fig. 1 toont hoe Cassegrain-antenne 1 en een kanon 2 kunnen worden samengebouwd. Hierbij is het kanon voorzien van een loop 3 die bij het afvuren van een projectiel in belangrijke mate terugstoot en van een loopgeleiding 4 die bij het afvuren van een projectiel slechts in geringe mate terugstoot. Daarnaast is het kanon voorzien van een servomotor 5 voor het in azimuth verdraaien van loop 3 en een servomotor 6 voor het in elevatie verdraaien van loop 3. Cassegrain-antenne 1 is gemonteerd op loopgeleiding 4. De plaatsing nabij loop 3 geeft een geringe parallaxfout tussen de hartlijn van loop 3 en de zichtlijn van Cassegrain-antenne 1 en verzekert een getrouw volgen van Cassegrain-antenne 1 voor elke beweging die loop 3 uitvoert.

Fig. 2 toont in doorsnede de Cassegrain-antenne 1. Een feedhorn 7 van het monopuls type of van het conical scan type stuurt radarstraling naar parabolische reflector 8 met een vooraf bepaalde polarisatierichting. Parabolische reflector 8 is voorzien van polarisatie-afhankelijke reflectiemiddelen, bijvoorbeeld metalen draadjes die zo zijn geplaatst dat ze de gepolariseerde radarstraling reflecteren. Is de radarstraling bijvoorbeeld horizontaal gepolariseerd, dan zal een vrijwel volledige reflectie worden verkregen als de draadjes horizontaal zijn aangebracht. De gereflecteerde radarstraling zal nu een vlakke spiegel 9 treffen, die is voorzien van polarisatiedraaiende reflectiemiddelen, bijvoorbeeld metalen draadjes die een hoek maken van 45 graden met de polarisatierichting van de radarstraling in combinatie met een reflecterende spiegel, aangebracht op een afstand van een kwart golflengte van de radarstraling. Zoals algemeen bekend is in het vakgebied van de radartechniek zal de polarisatierichting hierdoor worden gereflecteerd, echter met een polarisatierichting die 90 graden gedraaid is ten opzichte van de oorspronkelijke polarisatierichting. Daardoor zal de radarstraling, bij het tweede treffen met parabolische reflector 8, Cassegrain-antenne 1 verlaten.

Radarstraling die door een doel wordt gereflecteerd, wordt op dezelfde wijze toegevoerd aan feedhorn 7, geheel in overeenstemming met het reciprociteitsbeginsel voor electromagnetische straling.

Het radarapparaat is verder uitgerust met een op de monopuls feedhorn aangesloten radarzendinrichting 10 en een radarontvanginrichting 11 welke geïntegreerd kunnen zijn met Cassegrain-antenne 1. Als Cassegrain-antenne 1 op een doel wordt gericht geeft radarontvanginrichting 11, zoals gebruikelijk bij een monopuls of een conical scan radar, een fontspanning in elevatie ΔΒ, een foutspanning in azimuth ΔΕ, een somspanning Σ en een afstand R van het doel tot het radarapparaat af voor verdere verwerking. Daarnaast kan het radarapparaat, zoals bekend in het vakgebied, nog informatie verschaffen betreffende de snelheid V van het doel.

Fig. 3 geeft een schematische weergave van een eerste uitvoeringsvorm van het radarapparaat in samenwerking met het kanon. Hierbij worden de door de radarontvanginrichting gegenereerde foutspanningen ΔΒ, ΔΕ, Σ, de doelsafstand R en de doelssnelheid V toegevoerd aan radardataprocessor en servostuurinrichting 12, die op in het vakgebied geheel bekende wijze servomotor 5 en servomotor 6 zodanig stuurt, dat de foutspanningen minimaal worden. Loop 3 is dan precies op het doel gericht.

Een kanon dat precies op een doel is gericht zal doorgaans missen, doordat op een projectiel tijdens de vlucht de zwaartekracht werkt en doordat het doel een eigen snelheid heeft. Daarom is het gebruikelijk een kanon te richten met een zekere voorhoudhoek, die deze effecten en mogelijke andere ballistiche effecten compenseert. Dit is met het hier beschreven radarapparaat mogelijk door vlakke spiegel 9 enigszins te verdraaien. Hiertoe dient vlakke spiegel 9 beweegbaar te worden opgesteld, bijvoorbeeld door plaatsing op actuators 13, zoals aangegeven in Fig. 2. Door actuators 13 geschikt aan te sturen kan een rotatie van vlakke spiegel 9 rond zijn middelpunt worden bewerkstelligd in een willekeurige richting over bijvoorbeeld een hoek Φ. Dit resulteert dan in een rotatie van de zichtlijn van het radarapparaat over een hoek 2Φ. Bij gebruik voor het automatisch volgen van doelen zal dan in een eerste gebruiksmode een doel zoals hiervoor worden gevolgd. Uit de hieruit verkregen gegevens zal radardataprocessor en servostuurinrichting 12 een gewenste voorhoudhoek bepalen. Voor en tijdens het vuren wordt dan, in een tweede gebruiksmode, door een geschikte aansturing van actuators 13 de gewenste voorhoudhoek gerealiseerd.

Voor het bepalen van een aantal ballistische gegevens die de voorhoudhoek mede bepalen is de absolute positionering van loop 3 onontbeerlijk. Daarom is kanon 2 voorzien van een azimuthopnemer 14 en een elevatieopnemer 15, waarvan de waarden worden toegevoerd aan dataprocessor en servostuurinrichting 12. Genoemde opnemers kunnen ook met voordeel worden benut voor het initieel richten van loop 3 op een doel, waarbij de opgegeven positie van het doel doorgaans van een andere sensor afkomstig is. Dataprocessor en servostuurinrichting 12 kan dan servomotoren 5 en 6 zodanig sturen dat de positie van loop 3 overeenkomt met de opgegeven positie, waarna een in het vakgebied welbekende zoekslag kan worden geïnitieerd.

Als kanon 2 een salvo vuurt zal de weliswaar geringe terugstoot van loopgeleiding 4 Cassegrain-antenne 1 in trilling brengen. We onderscheiden hierbij rotaties rond een zwaartepunt van de antenne, translaties in richting van de zichtlijn en translaties loodrecht op de zichtlijn. Laatstgenoemde translaties hebben weinig effect op de kanonsturing, maar rotaties rond het zwaartepunt en translaties in de richting van de zichtlijn kunnen vragen om additionele maatregelen. Rotaties rond het zwaartepunt zullen direct doorwerken in de afgegeven foutspanningen. Een rotatie over een hoek Φ kan echter worden gecompenseerd door vlakke spiegel 9 een rotatie over een hoek -1/2Φ te laten maken. Het is hierbij van belang vlakke spiegel 9 licht uit te voeren en actuators 13 en de daarbij benodigde sturing voldoende bandbreedte te geven, om door het kanon geïnduceerde rotaties te compenseren. Actuators 13 kunnen bijvoorbeeld zijn uitgevoerd als lineaire actuators volgens het voice coil principe, waarbij de benodigde stijfheid en nauwkeurigheid wordt verkregen met behulp van een feedback lus. Verder is het van belang de radarzendfrequentie van het radarapparaat hoog te kiezen, waardoor de afmetingen van Cassegrain-antenne 1 klein en vlakke spiegel 9 klein en licht is, waardoor een grote bandbreedte eenvoudiger wordt bereikt.

Translaties in de richting van de zichtlijn zullen een schijnbare Dopplersnelheid geven aan stilstaande objecten. Dit kan de performance van het radarsysteem, dat in deze toepassing steeds van het zogenaamde MTI of MTD type is, zeer nadelig beinvloeden. Vooral bij het volgen van een doel nabij de horizon kan dit aanleiding geven tot in het vakgebied welbekende dutter doorbraak, hetgeen tot doelsverlies kan leiden. Dit effect zal groter worden naarmate de radarzendfrequentie van het radarapparaat groter wordt.

Bij een radar van het MTD type, waarbij met behulp van een Doppler interbank de snelheid van een doel nauwkeurig wordt bepaald, wordt deze snelheidsinformatie benut voor het onderscheiden van het doel met betrekking tot de achtergrond van het doel. Translaties van Cassegrain-antenne 1 in de richting van de zichtlijn kunnen de nauwkeurige bepaling van de snelheid beinvloeden, wat aanleiding kan geven tot doelsverlies. Ook dit effect wordt groter naarmate de radarzendfrequentie van het radarapparaat groter wordt.

Een geschikt compromis tussen enerzijds de afmetingen van de Cassegrain-antenne 1 en anderzijds de hier geschetste problemen wordt verkregen bij een radarzendfrequentie van 15-30 Ghz. Voor deze radarzendfrequenties is het noodzakelijk voor genoemde translaties te compenseren. Compensatie is weer mogelijk met behulp van vlakke spiegel 9, door bij een translatie van Cassegrain-antenne 1 over een afstand d, vlakke spiegel 9 te transleren over een afstand -d/2.

Fig. 4 geeft een schematische weergave van een tweede uitvoeringsvorm van het radarapparaat in samenwerking met het kanon, waarbij de bovenbeschreven compensaties zijn gerealiseerd. Cassegrain-antenne 1 is hierbij voorzien van een sensorbox 16, die de signalen φ en ϋ genereert welke de rotaties in azimuth en in elevatie representeren. Daarnaast genereert sensorbox 16 een signaal r dat de translatie in zichtlijn representeert. Sensorbox 16 bevat hiertoe bijvoorbeeld een voor de zwaartekracht gecompenseerde versnellingsopnemer voor versnellingen in de richting van de zichtlijn gevolgd door een integrator. Voor het genereren van de signalen φ en $ bevat sensorbox 16 bijvoorbeeld een rate gyro voor het bepalen van de hoeksnelheden in azimuth en elevatie gevolgd door twee integratoren. Door de genoemde integratoren kort voor een te vuren salvo in te schakelen wordt een nauwkeurige bepaling van genoemde translatie en rotaties mogelijk. De gemeten waarden φ, ϋ en r worden toegevoerd aan radardataprocessor en servostuurinrichting 12, die de gewenste compensatiewaarden bepaalt en compenseert voor rotaties die door het kanon worden uitgevoerd en die de zo verkregen compensatiewaarden combineert met de voorhoudhoek en toevoert als stuurwaarden 7i,i= l,..,n aan de n actuators 13.

Claims (10)

1. Radarapparaat voor het automatisch volgen van doelen en het aansturen van een met servomotoren uitgerust kanon, omvattende een Cassegrain-antenne voorzien van een parabolische reflector en een vlakke spiegel, waarbij de parabolische reflector is voorzien van polarisatie-afhankelijke reflectiemiddelen en de vlakke spiegel van polarisatiedraaiende reflectiemiddelen, een feedhorn centraal geplaatst in een opening van de vlakke spiegel voor het via de Cassegrain-antenne uitzenden en ontvangen van radarstraling, een met de Cassegrain-antenne verbonden radarzendinrichting en radarontvang-inrichting en een radardataprocessor en servostuurinrichting, met het kenmerk, dat de Cassegrain-antenne is gemonteerd aan een in hoofdzaak terugstootloos deel van de kanonloop en dat radarontvanginrichting, radardataprocessor en servostuurinrichting zijn ingericht voor het sturen van de servomotoren zodanig dat het kanon en de daaraan gemonteerde Cassegrain-antenne in een eerste gebruiksmode een doel automatisch kunnen volgen.

2. Radarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vlakke spiegel is voorzien van door de dataprocessor gestuurde actuators voor het in een tweede gebruiksmode genereren van een hoekverschil tussen een hartlijn van het kanon en een zichtlijn van de Cassegrain-antenne .

3. Radarapparaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de Cassegrain-antenne is voorzien van rotatiesensoren voor het detecteren van door kanonvuur geïnduceerde rotatietrillingen en dat de dataprocessor op basis van uitgangssignalen van de rotatiesensoren stuursignalen kan genereren voor het sturen van de actuators zodanig dat de zichtlijn van de Cassegrain-antene althans in hoofdzaak onafhankelijk is van de rotatietrillingen.

4. Radarapparaat volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de rotatiesensoren een rate gyro omvatten.

5. Radarapparaat volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de rotatiesensoren tevens omvatten twee op de rate gyro aangesloten integratoren voor het afgeven van rotatietrillingen representerende signalen.

6. Radarantenne volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de Cassegrain-antenne is voorzien van translatiesensoren voor het detecteren van door het kanonvuur geïnduceerde translatietrillingen in een richting van de zichtlijn en dat de dataprocessor op basis van uitgangssignalen van de translatiesensoren stuursignalen kan genereren voor het sturen van de actuators zodanig dat voor de uitgezonden en ontvangen radarstraling de translatie althans in hoofdzaak wordt gecompenseerd.

7. Radarapparaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de translatiesensoren een versnellingsopnemer omvatten.

8. Radarapparaat volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de translatiesensoren tevens omvatten een op de versnellingsopnemer aangesloten integrator.

9. Radarapparaat volgens één der conclusies 2 t/m 8, met het kenmerk, dat de actuator een lineaire actuator omvat.

10. Radarapparaat volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de lineaire actuator van het voice coil type is en voorzien is van een feedback lus.