NO145897B - Monopulsradar. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en monopulsradar for automatisk følgning av bevegelig mål.

Det er kjent slike monopulsradar i forskjellige utførelser som beskrevet i U.S.-patentskrift nr. 3.467.963, 3.550.126, 3.708.794 og 3.728.723. Alle disse radar har den ulempe at de har meget store vinkel-følgefeil, hvis ekkosignalene er ortogonale eller tilnærmet ortogonale med polarisasjonsplanet for radarmottakeren. Det er også mulig at monopulsradaren mister målet fullstendig. Disse ulemper er allerede påpekt i en artikkel av M.L. Lees: "Cross-polarisation tracking errors on a linearly polarised monopulse radar", Proceedings of the IREE Australia, oktober 1976,

side 306-310, men det er ikke gitt noen løsning på dette problem.

I det tilfelle radarmottageren er avstemt til

å motta vertikal polarisering og polariseringen av den inn-falne stråling er horisontal eller tilnærmet horisontal, kan et horisontalt trådgitter i antennen være en åpenbar løsning for å hindre vinkelfølgefeil. Denne løsning er imidlertid tilfredsstillende bare i en viss grad, selv om'en vesentlig minskning av feilen oppnås, men med en antenne som er anbragt i en radom vil dette medføre en økning av følsomheten for horisontal polarisering. Videre strekker ikke løsningen til hvis radarmottageren er elliptisk polarisert og polariseringen av ekkosignalene er ortogonale eller tilnærmet ortogonale.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe

en effektiv løsning av det ovenfor nevnte problem, dvs. å hindre vinkelfølgefeil i alle tilfeller hvor polariseringen av den mottatte stråling er ortogonal eller tilnærmet ortogonal til polariseringen av radarmottageren.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en første og andre monopulsantennetrakt for å motta høyfrekvenssignaler i fire mottagningsmønstre, som er symmetriske i forhold til antennesystemets symmetriakse, og for omforming av høyfrekvens-signalene til en første og andre signalsum og en første og andre signaldifferens, hvilke trakter er avstemt til samme frekvensbånd, men for innbyrdes ortogonal polarisering, og høyfrekvenssignalene passerer bare den ene trakt, en mottager som er utstyrt med en koplingsinnretning og en komparator som reagerer på signalsummene og signaldifferensene for levering av vinkelfeilsignaler hvis amplitude og polaritet er avhengig av amplitudeforholdet mellom enten den første signalsum og den respektive første signaldifferens, eller den andre signalsum og den respektive andre signaldifferens, avhengig av amplitudeforhold mellom den første og andre signalsum fra komparatoren, og en følgekrets for hver vinkelkoordinat som styres av det respektive vinkelfeilsignal fra mottageren.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av kravené 2-5.

I U.S.-patentskrift nr. 3.403.394 er beskrevet et radarsystem med antennehorn avstemt til innbyrdes ortogonal polarisering for helt andre formål enn i foreliggende oppfin-nelse, og angår ikke monopulsradar eller følgeradar, men en radar med fire mottakerkanaler for atskilt detektering av signaler med forskjellig frekvens og polarisering.

En artikkel i "IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems" vol. AES-3, Nr. 4, side 664-680, beskriver et satelittfølgesystem som er utstyrt for å motta pulsformet stråling med ulik polarisering. Derfra kan utledes at to monopulsknipper avstemt til samme frekvens og forstemt til innbyrdes ortogonal polarisering, men det anvendes ingen koplingsinnretning i mottakeren for å passere vinkelfeilsignaler for et av monopulsknippene, styrt av amplitudeforholdet-mellom signalsummen for de to monopulsknipper.

U.S.-patentskrift nr. 3.827.049 beskriver en monopulsradar som omfatter to monopulsantennetrakter og en mottager som er forsynt med en koplingsinnretning, hvor mottageren reagerer på signalsummen og signaldifferensen fra de to monopulstrakter og leverer vinkelfeilsignaler, hvis amplitude og polaritet er avhengig av amplitudeforholdet mellom enten de første signalsummer og de respektive første signaldifferenser, eller de andre signalsummer og de respektive andre signaldifferenser, og videre er det anordnet en følgekrets for hver vinkelkoordinat og følgekretsen styres av det respektive vinkelfeilsignal fra mottageren. I dette tilfelle er monopuls-radarens to monopulsantennetrakter avstemt til X-båndet og Ka-båndet. Dette valg gir muligheten av å hindre, innenfor visse grenser, vinkelfølgefeil som skyldes mottagning av ekkoer som reflekteres fra jordoverflaten i tillegg til ekkoer som reflekteres direkte fra målet. De to monopulsantennetrakter i dette system er anbragt i antennesystemet i rett vinkel på hverandre og er basert på den spesielle utforming av "Casse-grain"-antennen som anvendes. Til tross for dette arrangement er de to monopulstrakter avstemt til å motta stråling med samme lineære polarisering. Ved følgning av et mål i Ka-båndet og polariseringen av de mottatte signaler er ortogonale eller tilnærmet ortogonale med polariseringen av antennetrakten for Ka-båndet, vil vinkelfølgefeil opptre igjen. Disse følgefeil kan elimineres i samsvar med oppfinnelsen ved å anvende en andre antennetrakt i Ka-båndet. Med antennesystemet ifølge det sistnevnte patentskrift vil den andre antennetrakt av den grunn danne en integrert del av antennetrakten i X-båndet.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningen, som viser et blokkskjerna for et utførelseseksempel på en monopulsradar ifølge oppfinnelsen.

"Cassegrain"-antennen 1_ på tegningen viser en hovedreflektor 2, en bireflektor 3 og en monopulsantennetrakt 4. Antennetrakten 4 består av fire horn for å motta vertikalt polariserte høyfrekvenssignaler i fire mottagningsmønstre som er symmetrisk anordnet i forhold til antennesystemets symmetriakse og for å omforme høyfrekvenssignalene til signalsummer og signaldifferenser. Hvis et mål lokaliseres utenfor antennens

symmetriakse i asimutt og ekkoet fra målet er vertikalt polarisert, vil trakten 4 levere en signaldifferens AA. Hvis ekkoet derimot er horisontalt polarisert, leveres en signaldifferens AE. På samme måte, hvis målet er lokalisert utenfor antennens symmetriakse i elevasjon og ekkoet fra målet er vertikalt polarisert, vil trakten 4 levere en signaldifferens AE og hvis ekkoet er horisontalt polarisert, leveres en signaldifferens AA. Det vil si, hvis horisontalt polarisert ekko mottas av antennen, styres antennen bort fra målet. I det tilfelle ekkoet har vilkårlig polarisering vil dette resultere i vertikal- og horisontalpolariseringskomponenter. Da trakten 4 detekterer komponenter som er horisontalt polarisert bare i

begrenset omfang, vil forholdet mellom vertikalkomponenten og horisontalkomponenten allikevel muliggjøre en mere eller mindre feilfri følgning av målet, på 80-87° i forhold til vertikal-planet. Bare ekkoer med horisontal eller hovedsakelig horisontal polarisering viser seg å ha vinkelfølgefeil. Disse feil kan imidlertid hindres ved detektering av ekkoet med horisontal eller hovedsakelig horisontal polarisering for seg og ved å utlede styrespenninger fra signalene som detekteres på denne måte for å holde antennesystemet rettet på målet. Antennesystemet J_ omfatter derfor en andre antennetrakt 5,

som også omfatter fire horn som er avstemt til samme frekvens som hornet 4 og horisontalt polariserte høyfrekvenssignaler i fire mottagningsmønstre, som er symmetrisk anordnet i forhold til antennesystemets symmetriakse og som omformer høy-frekvenssignalene til en andre signalsum og en andre signaldif ferens. Antennetrakten 5 er dreiet 90° i forhold til antennetrakten 4 og den ene befinner seg i senit og den andre i brennpunktet for hovedreflektoren. Bireflektoren 3 består av trådgitter. En annen mulig anordning er å anbringe den ene antennetrakt i brennpunktet for hovedreflektoren og den andre sideveis i forhold til reflektoren. Det er også mulig å integrere de to trakter slik at de danner en enhet og anbringe dem i brennpunktet for hovedreflektoren, eller i tilfelle- av en "Cassegrain"-antenne i senit for hovedreflektoren (A.F. Sciambi Jr.: "Five-horn Feed Improves Monopulse Performance", Microwaves, juni 1972, side 56-58).

En mottager 8 omfatter to kretser 6 og 7, i hvilke signalsummen og signaldif f erensen- fra aritennetraktene 4 respektivt 5 omformes og forsterkes på vanlig måte for å danne mellomfrekvente signalsummer og signaldifferenser. Den første mellomfrekvente signalsum og signaldifferens fra kretsen 6 er betegnet E , AA^ og AE^ og den andre mellomfrekvente signalsum og signaldifferens fra kretsen 7 er betegnet^, AA2 og AE2. Mottageren omfatter videre en koplingsinnretning 9, som slipper gjennom enten den første eller andre mellomfrekvente signalsum og differenssum. Disse signaler, som har passert

koplingsinnretningen 9 er betegnet E, AA og AE. Disse signaler tilføres en krets 10, som leverer vinkelfeilsignaler på vanlig

måte ved hjelp av fasedetektering. Amplituden og polariteten av disse feilsignaler er avhengig av amplitudeforholdet mellom enten den første signalsum og den respektive første signaldif ferens, eller den andre signalsum og den respektive andre signaldifferens, og amplitudeforholdet varierer i samsvar med målets avvikelse fra antennesystemets symmetriakse. Vinkelfeilsignalene er derfor proporsjonale med amplitudeforholdet mellom AA og E eller AE og I. Hvert vinkelfeilsignal styrer en følgekrets 11 respektivt 12 for å holde antennen rettet på målet. Ved foreliggende eksempel arbeider koplingsinnretningen i mellomfrekvensområdet. Det er klart at koplingsinnretningen også kan være anordnet i mottageren 8 efter at vinkelfeilsignalene er utledet ved fasedetektering. Høyfrek-venssignalene kan også anvendes for styring av koplingsinnretningen. Uansett hvor koplingsinnretningen befinner seg styres den av en datamaskin 13. Datamaskinen leverer signaler som er proporsjonale med et bestemt amplitudeforhold mellom den første og andre signalsum. Forholdet mellom den vertikale og horisontale polariseringskomponent bestemmer hvilken antennetrakt som skal anvendes for å følge målet.

Utførelseseksempelet er basert på anvendelse

av to antennetrakter, av hvilke den ene er avstemt for vertikal polarisering og den andre for horisontal polarisering. Antennetraktene kan naturligvis også avstemmes til tilfeldig lineær polarisering, men deres innbyrdes stilling må i ethvert tilfelle være ortogonal eller tilnærmet ortogonal.

De to antennetrakter som er innbyrdes ortogonale eller tilnærmet ortogonale, kan også være avstemt for en bestemt elliptisk polarisering, men også i dette tilfelle må polariseringene være overveiende ortogonale. Dette kan oppnås ved at de to antennetrakter forsynes med polariseringsinnretninger. En egnet løsning er å montere polariseringsinnretninger i rett vinkel på hverandre og i en vinkel" på. 45°, i forhold til hovedaksen for disse antennetrakter. Den ene antennetrakt må befinne seg i brennpunktet for reflektoren og den andre til siden for reflektoren. Hvis ekkoene er vilkårlig elliptisk polarisert kan de antas å bestå av to innbyrdes ortogonale elliptiske polariseringskomponenter som traktene, som er utstyrt med Dolariseringsinnretning, er avstemt til. Av de elliptiske polariseringskomponenter, som passerer polariseringsinnret-ningen, vil bare den lineært polariserte komponent fra den respektive antennetrakt slippes gjennom i selve trakten.

Videre er signalene som leveres fra antennetraktene lik de som er beskrevet ovenfor med hensyn til bestemt lineær polarisering.

En annen mulig løsning er å montere polariser-ingsinnretningene parallelt med hverandre på antennetraktene, men i en vinkel på 45° i forhold til hovedaksen for traktene, men i dette tilfelle må begge antennetrakter enten arbeide uten reflektor eller befinne seg i reflektorens brennpunkt.

Polariseringsinnretninger som er egnet for det ovenfor beskrevne formål er kjent f.eks. fra en artikkel av A.J. Laid, M.A.: "Broadband Circular Polarisers", the Marconi Review, annet kvartal 1969, side 159-184. Det skal videre bemerkes at hvis antennetraktene er utstyrt med polariseringsinnretning er det ikke mulig å anvende en "Cassegrain"-antenne med gitterformet bireflektor og antennetrakter som befinner seg i senit respektivt brennpunktet for hovedreflektoren.

Med en "Cassegrain"-antenne må antennetraktene være integrert med hverandre og anbragt i senit for hovedreflektoren mens bireflektoren må være en sluttet flate. Det er naturligvis også mulig å ha to antennetrakter som er integrert med hverandre og utstyrt med en polariseringsinnretning og anbragt i brennpunktet for vedkommende reflektor. I dette tilfelle må polariseringen være dreiet 45° til hovedaksen for den integrerte antennetrakt.

Monopulsradar, som beskrevet ovenfor, er vanligvis utstyrt med en sender, og utsendingen skjer via en sumkanal i en av antennetraktene. Ved utførelseseksempelet kan sendesignalet f.eks. være vertikalt polarisert mens ekkoet kan ha vilkårlig polarisering og antennetrakten 4 være avstemt bare til å motta signaler som er polarisert ortogonalt til den ut-sendte polarisering. Antennetrakten som anvendes for sendingen er vilkårlig. Mottagningen av ekkoene må imidlertid skje via begge antennetrakter.

Claims (5)

1. Monopulsradar for automatisk følgning av bevegelig mål, karakterisert ved en første og andre monopulsantennetrakt for å motta høyfrekvenssignaler i fire mottakningsmønstre som er symmetriske i forhold til antennesystemets symmetriakse, og for omforming av høyfrekvenssig-nalene til en første og andre signalsum og en første og andre signaldifferens, hvilke trakter er avstemt til samme frekvensbånd men for innbyrdes ortogonal polarisering, og høyfrekvens-signalené passerer bare den ene trakt, en mottaker som er utstyrt med en koplingsinnretning og en komparator og som reagerer på signalsummene og signaldifferensene for levering av vinkelfeilsignaler, hvis amplitude og polaritet er bestemt av amplitudeforholdet mellom enten den første signalsum og den respektive første signaldifferens, eller den andre signalsum og den respektive andre signaldifferens, avhengig av amplitudeforholdet mellom den første og andre signalsum fra komparatoren og en følgekrets for hver vinkelkoordinat som styres av det respektive vinkelfeilsignal fra mottakeren.

2. Monopulsradar ifølge krav 1, karakterisert ved at signalsummen og signaldifferensen fra de to antennetrakter omformes til en mellomfrékvens, og at koplingsinnretningen bare slipper gjennom enten den første mellomfrekvenssignalsum og mellomf rekvenssignaldifferens, eller den andre mellomfrekvenssignalsum eller mellomfrekvens-signaldif ferens .

3. Monopulsradar ifølge krav 1, hvor hver antennetrakt er avstemt for å motta lineært polarisert stråling, karakterisert ved at monopulsantennetraktene er orientert i innbyrdes rett vinkel eller hovedsakelig rett vinkel til hverandre i antennesystemet for å motta strålings-komponenter som er polarisert vinkelrett på hverandre.

4. Monopulsradar ifølge krav 1, karakterisert ved at den ene trakt befinner seg i brennpunktet for en reflektor, og at hver trakt er avstemt for å motta elliptisk polarisert stråling ved at de er utstyrt med polariseringsinnretninger i innbyrdes rett vinkel og i en vinkel på 45° til hovedaksene for traktene.

5. Monopulsradar ifølge krav 1/karakterisert ved at antennetraktene er integrert i hverandre og utstyrt med en polariseringsinnretning som heller 45° til hovedaksen i den integrerte trakt.