NO157755B - Navigasjonssystem. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et navigasjonssystem omfattende i det minste en pulsradar og minst en svarsender av den type som ved mottagning av radarpulser, utsender høyfrekvente pulsmodulerte signaler, idet både svarsenderen og pulsradarens mottager innbefatter forsinkelsesorganer, hvorved på den ene side svarsignalene fra svarsenderen forsinkes, og på den annen side radarens indi-katorsveip forsinkes med samme verdi som svarsignalet.

I de fleste kjente navigasjonssystemer av nevnte type gir radarfyret respons ved en frekvens som ligger nær den mottatte radarpulsens frekvens, og responssignalet presenteres på fremviseren overlagret det normale radarbilde. Et viktig problem er at kraftig jordekko, . regn- og sjøclutter helt eller delvis kan maskere transponderens signal, særlig hvis transponderen ligger på kort avstand. Det faktum at signalet fra radarfyret blir presentert over lagret den normale radar-fremvisning kan også medføre at responssignalet skjuler andre ekkoer av interesse, hvilket betraktes som en ulempe. For sivil-maritim radarkommunikasjon er det to tildelte frekvensbånd, det s.k. 3 cm bånd eller X-bånd mellom 9300 og 9500 Mhz og det s.k. 10 cm bånd,eller S-bånd mellom 2900 og 3100 Mhz.

Ved s.k. permanentfrekvens radarfyr vil disse, ved detekte-ring av radarpulsen, sende en responspuls med permanent frekvens, f.eks. i nedre del av nevnte frekvensbånd. Fartøysrada-ren kan omstilles for å motta dette signal, og på denne må-te er det gjort et forsøk på å sondre responssignalet fra de forstyrrende signaler som oppstår som følge av det sendte radar signal. I en fartøysradar med frekvenser nær responsfrekvensen, oppstår imidlertid forstyrrende signaler også i responsfrekvensen i form av jord- og sjøclutter. Grunnen er at det sendte radarsignal og følgelig clutteret er bredt i frekvens, og følgelig vil clutteret være beliggende innenfor transponderens frekvensområde. Videre har radarmottageren en endelig dempning for clutterfrekvensen, selv om mottage-ren blir innstilt på responsfrekvensen. For slik radar kre-ves også en kraftig mottager seleksjon for at raconsigna-ler på en ringe frekvensavstand ikke skal kunne lyse igjen-nom og gi en interferens på det normale radarbildet. En annen ulempe, når radaren og radarfyret sender med forskjellige frekvenser, er at hovedparten av radarantennene som fore-ligger i dag er av typen endematet slisset bølgeleder ("end fed slotted waveguide", som har den egenskap at antennestrå-lens retning er frekvensavhengig og varierer med 0,8-1,0°/ 100 Mhz. Dette kan resultere i en peileavvikelse til radarfyret og videre i sterkt redusert rekkevidde av dette.

En annen løsning er den s.k. frekvensforskyvningsmetode (frequency offset), hvor responssenderen svarer med en bestemt frekvens som f.eks. ligger 50 Mhz under frekvensen som er sendt fra radaren. Også i dette tilfelle oppstår interfe-renssignalet av samme grunner som nevnt ovenfor i forbindelse med permanentfrekvens-radiofyr. Jfr. Conceptual Radar Piloting Techniques using radar beacon (Racon) technology and other advanced marine radar technology, E.F. Greneker og J.E. Metthews, Georgia Institute of Technology, april 1981 og Fixed Frequency Racon, a performance analysis prepared for the Swedish Administration of Shipping and Navigation, Bo Morwing, P.O. Gustavsson.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er således å oppnå clutterfri mottagelse av responssignalene ved at mot-tagelsen blir gjennomført når clutter opptrer i minimal utstrekning, og å la transponderen fungere sammen med be-stående, konvensjonelt fartøysradarutstyr av tilfeldig type, likesom med fartøysradarutstyr som ved hjelp av kodesignaler kan omstille transponderen til sendemodus.

Fra DE patentpublikasjon 2 019 20 2 er der kjent et prirnær-og sekundærradarsystem, hvor primærradaren utsender de normale radarpulser, og sekundærradaren utsender spørre-signaler synkront med radarpulsene. Svarpulsene fra svar-enheten i det sekundære system blir derved forsinket i forhold til primærradarpulsene, for å oppnå et tidsmessig korrekt forhold (koinsidens) mellom primærradarsystemets mottatte ekkopulser og sekundærradarens mottatte svarsignaler. Den kjente teknikk omhandler således to ved siden av hverandre arbeidende systemer, nemlig en primærradar som utsender radarpulser og mottar ekkoet, samt en sekun-dærradar som utsender spørresignaler og mottar svarsignaler.

Ved det foreliggende navigasjonssystem blir bare sprørre-signalene utsendt, og svarsignalene blir mottatt som svar på spørresignalene. Det foreliggende system er således kjennetegnet ved de trekk som er angitt i patent-krav 1, som går ut på at et svarsignal blir forsinket i svarstasjonen inntil det sendes tilbake til pulsradaren,

og da med et så langt tidsintervall at der ikke forekom-mer forkludringer. Noen bevisst forsinkelse i forhold til de øvrige svarsignaler blir ikke utført.

Oppfinnelsen vil bli nærmere omtalt nedenfor ved hjelp av et utførelseseksempel under henvisning til vedlagte tegning, hvor fig. 1 viser fremviseren av en fartøysradar under konvensjonell mottagelse, Fig. 2 er et frekvens-skjema, som viser fartøysradarens spektrum og responssignalets spektrum i tilfelle av en permanentfrekvens-svar hhv forskjøvet frekvens-svar , fig. 3 viser fremviseren for en fartøysradar ifølge oppfinnelsen, fig. 4 er et blokk-skjerna av en transponder ifølge oppfinnelsen, fig. 5 er et blokk-skjerna av en fartøysradar ifølge oppfinnelsen og fig. 6 er et avstands-skjema, som viser responssignalets posisjon uten bruk og med bruk av oppfinnelsen.

Fig. 1 er en skjematisk gjengivelse av fremviserskjermen for en fartøysradar med responssignaler fra to transpondere A og B, som er kodet med morsesignalene w hhv k. Med C betegnes regnreflekser, s.k. regnclutter, og D betegner en strekning av en kystlinje som forårsaker sterkt jordekko på skjermen. Som følge av dette vil responssignalet B være vanskelig å skjelne på grunn av regnclutter, og en del av responssignalet vil drukne i jordekko fra land.

De kjente metoder for å eliminere denne ulempe baserer seg på det prinsipp at responssignalet har en annen frekvens enn den frekvens som sendes fra fartøysradaren, men de gir in-gen tilfredsstillende løsning for å sondre mellom responssignalene og de mottatte ekkoer.

Fig. 2 viser et frekvensspektrum i det s.k. X-bånd mellom 9300 og 9500 Mhz, som brukes for sivil-maritim radarkommunikasjon, hvor x = 9300-9320 Mhz står til rådighet for permanentfrekvens raconer. Ifølge permanentfrekvens-prinsippet sender responssenderen ved mottagelse av signalet fra fartøys-radaren en responspuls med en bestemt frekvens i nedre del av båndet, f. eks. 9310 Mhz. Hvis fartøysradaiEns frekvens ligger nær denne frekvens, f.eks. 93 50 Mhz, kan det oppstå et forstyrrende clutter, som kan være av samme størrelsesorden som responssignalet og som maskerer signalet fra transponderen, som vist i fig. 2. Ifølge det såkalte frekvensforskyv-ningsprinsippet sender transponderen sitt signal med en frekvens som ligger en bestemt verdi, f.eks. 50 Mhz, under fartøysradarens frekvens, som f.eks. er 9465 Mhz. Heller ikke i dette tilfelle vil det være mulig å unngå clutter og maskering av signalet fra transponderen, slik det fremgår av fig. 2. I begge disse tilfelle vil det videre være nødvendig med en endring av det eksisterende radarutstyr, dersom det er konstruert bare for å motta egne frekvenser.

Oppfinnelsens grunnleqqende ide ligger i at transponderen, som kan være av vilkårlig type, dvs den kan sende med den mottatte frekvens, med en permanent frekvens eller med en frekvens som er forskjøvet i forhold til den mottatte frekvens, sender sitt signal med en forsinkelse. Forsinkelsen bør væ-re så stor at responssignalet ankommer til fartøysradar en føist når alle ekkoer innenfor en bestemt rekkevidde er ankommet. På denne måten trenger responssignalet bare å konkurrere med svakere ekkoer, og risikoen for maskering ved clutter og andre ekkoer er sterkt redusert.

Dette fremgår av fig. 3, som viser samme fremvisningsskjerm som fig. 1 med den forskjell av transponderen B i fig. 1 er utstyrt for å sende et forsinket responssignal og senderen er koplet over til sendemodus ifølge oppfinnelsen, hvor av-søkningen blir startet med en forsinkelse. Signalet fra transponderen A vil ikke bli presentert, idet det er av den konvensjonelle type og dets responssignal er mottatt før fremviseravsøkningen startet. Det samme gjelder regnclutteret og kystkonturlinjen D i fig. 1. Signalet fra transponderen B, som blir forsinket en viss tid, vil dog presenteres ved korrekt avstand fra fremviseren, da starten av fremviserav-søkningen er blitt forsinket under samme tidsperiode som signalet fra transponderen. Som det ses av fig. 3, er responssignalet blitt kodet med ytterligere et morsesignal s (...), som indikerer at responsen kommer fra en transponder i forsinket modus. G betegner svake ekkoer i en avstand som svarer til forsinkelsesavstanden. Disse ekkoer blir dermed presentert med en uriktig avstand, men dette er uten interesse, idet den eneste hensikt er å gjøre det mulig å sondre racpnresponsen i korrekt avstand.

Fig. 4 viser skjematisk, ved et blokk-skjema, en transponder av den konvensjonelle type, på hvilken oppfinnelsens idé er tillempet. Med 1 er en antenne betegnet, med 2 en sender/

mottager bryter og med 3 en mottager, fra ,hvilken de mottatte signaler mates til en sender 4 via en høyfrekvens-generator 5. En modulator 6 er anordnet for modulasjon av det høy-

frekvente signal fra senderen og modulatoren styres av en synkroniseringssignal-generator 7, som aktiviseres av det mottatte pulssignal.

Transpondere av nevnte type er generelt kjent og beskrevet, f.eks. i svensk patent 419 002. Ifølge oppfinnelsen sender transponderen et forsinket responssignal, når den identifi-serer et spørresignal fra en fartøysradar, som er utstyrt for å motta et slikt forsinket responssignal. Med 8 er en iden-tifiser ingsenhet for spørresignaler betegnet, som når den

mottar spørresignalet via en styreanordning 11 påvirker en symbolsk antydet bryter 9 for tilkopling av en forsinkelseskrets 10 mellom synkroniseringssignal-generatoren 7 og modulatoren 6. Ved at responssignalet blir forsinket, vil dette tolkes av fartøysradar en som om det kom fra en større avstand enn det faktisk gjør. For å hindre at fartøysradaren reprodu-serer responssignalet ved en ukorrekt avstand, er den for-synt med samme forsinkelse som transponderen, slik at bildet opptrer i korrekt avstand, mens alle andre ekkoer innenfor en bestemt rekkevidde forsvinner.

Når f.eks. pulsrepetisjonsfrekvensen er 1 KHz og transponderen og radaravsøkningen blir forsinket 0,5 x 1 PRF = 0,5 ms, vil svaret fra responssenderen konkurrere med radarekkoer som ligger utenfor

hvilket ved en avstand på 1 km eller mindre mellom transponderen og fartøysradar en gir en relativ bedring av "cl ut ter to-leransen" i størrelsesorden 75 dB.

For å tillate samvirke med en fartøysradar som ikke er utstyrt med forsinkelsesanordninger, forbikopler bryteren 9 forsinkelseskretsen 10 i sin andre stilling. Fig. 5 viser en konvensjonell pulsradar, som omfatter en synkroniseringssig-nalgenerator 20, som setter i gang en modulator 21 for modulasjon av de høyfrekvente signaler av en magnetron 22. De pulsmodulerte signaler sendes til en antenne 24 via en sender /mottagerbryter 23. Ved mottagelse kommer målekkosignalet via bryteren 23 til en HF-forsterker 25, hvis utgang mates til en blander 26 sammen med signalet fra en lokal oscillator 27,og fra blanderen mates signalet til en MF forsterker 28. Deretter kommer signalet til en detektor 29, og via en video-forsterker 30 til fremviseren 31. Synkroniseringssignal-generatoren 20 aktiviserer en avsøknirigsgenerator 32, som genererer avsøkningen av fremviseren 31. Det er også mulig å la sendepulsen trigge avsøkningsgeneratoren indirekte. For å gjøre det mulig for denne konvensjonelle anordning å ar-beide med en forsinkelse som svarer til forsinkelsen av transponderen,blir en forsinkelseskrets 33 innkoplet, som forsinker avsøkningssignalet med samme verdi som i transponderen. For å kople over transponderen til sending av det forsinkede responssignal, må fartøysradaren sende et spørre-signal, som f.eks. kan bestå av en pulsserie med spesiell form eller en dobbeltpuls. Når vi antar at spørresignalet består av f.eks. en forlenget puls, er denne representert ved en bryter 35, som under drift forårsaker en spesiell lengde av modulasjonspulsen og samtidig kopler over en bryter 34, slik at den direkte forbindelse mellom synkroniseringssignal-generatoren 20 og avsøkningsgeneratoren 32 blir brutt og forsinkelseskretsen 33 blir koplet inn mellom disse generatorer. Som følge av dette vil bare signalet fra transponderen B være representert på fremviseren sammen med fjer-ne ekkoer og responssignalet fra transponderen A vil bli mottatt før avsøkning av fremviseren blir satt i gang, som nevnt i forbindelse med fig. 3.

Bemerk at det for forenkling av beskrivelsen er en fartøysra-dar blitt valgt som eksempel og likeledes transpondere av den enkleste form, hvor responssignalet har samme frekvens som signalet som'mottas f ra fartøysradar en. Det er selvsagt mulig å tillempe oppfinnelsen på anordninger av andre typer, f.eks. sveipefrekvens-racon, permanentfrekvens-racon eller frekvensforskjøvet racon.

Det er mulig at transponderen sender forsinkede signaler ba-re når den mottar spørresignaler fra senderen, mens den for øvrig ikke sender signaler i det hele tatt. Dette kan gjen-gis ved en stilling av bryteren 9, som ikke er forbundet med noen kontakt.

På den annen side er det mulig at både d?t uforsinkede og det forsinkede responssignal blir sendt etter hverandre og bare det forsinkede signal er kodet med en spesiell karakter.

De ovennevnte alternativer kan symboliseres ved bryteren 9 som kan kople utgangen fra synkroniseringssignal-generatoren 7 til forskjellige kontakter a-d. Når kontakt a er tilkoplet, blir intet signal sendt, når kontakt b er tilkoplet i blir et normalt responssignal sendt som ikke har noen forsinkelse, når kontakt c er tilkoplet . blir responssignalet sendt forsinket og når kontakt d er tilkoplet r blir både det uforsinkede og det forsinkede signal sendt. Omkopling mellom disse posisjoner kan gjennomføres ved hjelp av spørresigna-ler, som svarer til de forskjellige stillinger og f.eks. har forskjellige pulsfrekvenser, eller manuelt under installa-sjon, når det er kjent i hvilken modus utstyret skal arbeida Fig. 6 er et avstands-skjerna for en fartøysradar ifølge oppfinnelsen. Hvis tidsavstanden mellom to sendte pulser er 1 ms (lKHz PRF), svarer dette til en detekterbar avstand på 150 km. Som vist i diagrammet, avtar ekkosignalet med avstan-den, men ved et responssignal Sl i en avstand på f.eks. 50 km, kan dette signal bli fullstendig maskert av ekkosignale-ne. Hvis responssignalet på den annen side blir forsinket, slik at det opptrer i et tidspunkt som svarer til en avstand S2 som er 75 km større, vil det konkurrere med betydelig svakere ekkosignaler. Fig. 6b og 6c viser fremviserav-søkningen i normal funksjon og ved forsinkelse av fartøysrada-ren. Det fremgår at kontrasten mellom responssignalet og de forstyrrende ekkoer økes betydelig ved en forsinkelse på 0,5 ms, samtidig som responssignalet blir gjengitt i korrekt avstand.

Claims (11)

1. Navigasjonssystem, omfattende i det minste en pulsradar (20-35) og minst en svarsender (1-11), av den type som ved mottagning av radarpulser, utsender høyfrekvente pulsmodulerte signaler, idet både svarsenderen og pulsradarens mottager innbefatter forsinkelsesorganer (10, 33), hvorved på den ene side svarsignalene fra svarsenderen forsinkes, og på den annen side radarens indikator-sveip forsinkes med samme verdi som svarsignalet, karakterisert ved at forsinkelsesorganene er innrettet til en forsinkelse (t") tilsvarende en vesentlig del av radarens pulsrepetisjonsperiode, slik at svarsenderns svarsignal (S2) ankommer til radaren ved et tidspunkt etter at forstyrrelser (C,D) er blitt mottatt, og slik at fremvisningen av forstyrrelser på radarskjerm-en reduseres til et minimum.

2. Navigasjonssystem som angitt i krav 1, karakterisert ved at svarsenderen omfatter omkoplere som ved mottagelse av et spørresignal kopler over svarsenderen fra en hviletilstand til en arbeidstilstand, hvor den sender det forsinkede responssignal.

3. Navigasjonssystem som angitt i krav 2, karakterisert ved at svarsenderen i hvilketil-stand gir respons på den vanlige radarpuls uten forsinkelse.

4. Navigasjonssystem som angitt i krav 2, karakterisert ved at svarsenderen i hvilestilling .ikke sender noen signaler.

5. Navigasjonssystem som angitt i krav 2, karakterisert ved at omkoplerne har en stilling hvor svarsenderen sender det uforsinkede, likesom det forsinkede responssignal.

6. Navigasjonssystem som angitt i et av de foranståen-de krav, karakterisert ved at puls-radarsenderen omfatter organer for generering av spørre-signaler og omkoplere som ved aktivisering av spørresig-nal-generatoren kopler inn en forsinkelseskrets for å. forsinke bildeavsøkningen i mottakeren.

7. Navigasjonssystem som angitt i krav 3, karakterisert ved at omkoplerne i arbeidsstilling kopler inn en forsinkelseskrets for å forsinke respons-pulsen og tillate samvirke med en pulsradar som har en forsinkelse i bildeavsøkningen, mens omkopleren i hvilestilling tillater samvirke med annet radarutstyr.

8. Navigasjonssystem som angitt i et av de foranståen-de krav, karakterisert ved at svarsenderen er innrettet til å sende det forsinkede responssignalet med en kode som i pulsradaren sondres fra uforsinkede responssignaler.

9. Navigasjonssystem som angitt i et av de foranståen-de krav, karakterisert ved at forsinkelsesorganene såvel i svarsenderen som i radaren er innrettet til en forsinkelse tilsvarende en bestemt del av tidsrommet mellom to sendte radarpulser.

10. Navigasjonssystem som angitt i krav 9, karakterisert ved at forsinkelsesorganene er innrettet til en forsinkelse tilsvarende ca. halvparten av tidsrommet mellom to radarpulser.

11. Navigasjonssystem som angitt i et av de foranståen-de krav, karakterisert ved at det omfatter styreorganer som innstiller omkoplerne i den nød-vendige stilling avhengig av det mottatte spørresignal.