NO792063L - Radarsystem. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et radarsystem

utstyrt med en faserettet antennegruppe, hvis utstrålingsele-menter er forbundet med sammensatt radiofrekvenssender-

mottager modul, hvor hver av modulene blir matet med et sendesignal og et lokal oscillatorsignal og, ved mottagelse av et ekkosignal over nevnte antenne, hvor hver av modulene leverer

et mellomfrekvenssignal.

Et slikt radarsystem er kjent og er beskrevet i en artikkel av G.C. Bandy, L.J. Hardeman og W.F. Mayes "MERA modules how good in an array?", Microwaves, August 1969. I denne artikkel blir sendesignal og lokaloscillatorsignal fordelt ens-artet over alle modulene og blir tilført via koaksiale forbindelser. Også hver av modulene leverer mellomfrekvenssignalet via en koaksial forbindelse.

I allminnelighet kan energioverføringen mellom

en signalkilde/signalbehandler på den ene siden og modulene koplet til de idividuelle strålingselementene på den andre siden bli realisert på forskjellige måter, f.eks. ved stråling mellom en hornmater forbundet til signalkilden/signalbehandleren, og ytterligere strålingselementer forbundet til modulene, eller gjennom et system av bølgeledere, koaksiale forbindelser eller bånnbølgeledere.

Oppfinnelsen har til hensikt å frembringe et radarsystem som beskrevet i innledningen, hvor energioverføringen mellom signalkilden/signalbehandleren på den ene siden og de individuelle modulene på den andre siden blir realisert på en måte forskjellig fra den ovenfor antydede.

Ifølge oppfinnelsen er det et system av optisk fiberbølgeledere innebygd for å fordele til nevnte moduler det sendte signal og lokaloscillatorsignalet, hvor begge

signaler som blir modulert på bærere som er frekvenstilpasset

til systemet av fiberoptiske bølgeledere, hvor hver av disse modulene omfatter en demodulatqr for å tilveiebringe senderen og de lokaloscillatorsignalene fra det tilførte modulerte signal.

Bruken av fiberoptiske bølgeledere i radarer er

ikke totalt ny, f.eks. beskriver US-patent nr. 4 028 702 et radarsystem utstyrt med en faserettet gruppeantenne, hvor energioverføringen fra signalkilden til de individuelle strålingselementer foregår gjennom optiske fiberledere. For hver av modulene koplet til strålingselementene er et stort antall av optiske fiberledere av forskjellig lengde forbundet dertil, hvor hver av modulene omfatter så mange demodulatorer som der er optiske fiberledere forbundet til den spesielle modul, såvel som en elektronisk kontrollert bryter og en radiofrekvensenergiforsterker. Den elektroniske kontrollerte bryter blir nyttet til å velge et signal overført gjennom en spesifik optisk fiberleder og demodulert; valget av denne lederen er bestemmende for fasen til signalet emitert av det impliserte strålingselementet. Skjønt det ved denne anordningen er unngått innlemmelse av et elektronisk kontrollert faseskifte-element i modulen, må bruken av et stort antall av optiske fiberledere med forbundne optiske elektroniske komponenter bli ansett som en ulempe.

Oppfinnelsen skal nå bli beskrevet med henvisninger

til medfølgende tegninger, hvor

figur 1 er et skjematisk blokkdiagram av radarsystemet ifølge foreliggende oppfinnelse, og

figur 2 viser en utførelsesform av en modul koplet til et strålingselement og anvendt for å sende og motta<:>radio-frekvenssignaler.

Radiosystemet på figur 1 omfatter en faserettet gruppeantenne hvor strålingselementene er betegnet med la, lb, , ln. Disse elementene er forbundet til de forbundne modulene 2a, 2b, ,2n nyttet for sending og mottaging av radiofrekvens-signaler. Hver av disse modulene blir matet med et sendesignal og et lokaloscillatorsignal og, ved mottagelse av et ekkosignal av'den faserettede gruppeantenne, leverer hver av disse modulene et mellomfrekvenssignal. Radarsystemet dertil inneholder en signalkilde/ signalbehandlingsenhet 3 og et sendesystem 4 mellom signalkilden/signalbehandlingsenheten og de individuelle modulene. Sendesystemet 4 omfatter ledere for radiofrekvenssender og lokaloscillatorsignalene og mellomfrekvenssignalene, såvel som komponenter for fordeling og samling av signaler overført over dette* sendesystemet. Sendesystemet 4 er bygget opp av fiberoptiske bølgeledere, heretter kalt-optiske fibre. Anvendelsen av optiske fibre i sendesystemte kan bli realisert på forskjellige måter, nemlig: 1. Forsyning av sender—og lokaloscillatorsignaler til modulene over en optisk fiber; i dette tilfellet kan mellomfrekvenssignalet bli levert av hver av modulene gjennom: a. en bånnbølgeleder eller koaksialkabel;

b. en separat optisk fiber;

c. den samme optiske fiber som leder sender—og lokaloscillatorsignalene til den impliserte

modul.

2. Tilførselen av sender-og lokaloscillatorsignaler til modulene over separate optiske fibre; i dette tilfellet kan mellomfrekvenssignalet bli levert av hver av modulene gjennom: a. en bølgebånnleder eller koaksialleder; b. en separat optisk fiber; c. den samme optiske fiber som leder sendesignal til den impliserte modul; d. den samme optiske fiber som leder lokaloscillatorsignal til den impliserte modul.

Overføringen av sender-og lokaloscillatorsignaler og, som kan være tilfellet, mellomfrekvenssignaler over optiske fibre forekommer ved modulering av disse signaler på bærere frembragt av en lyskilde og tilpasset til de optiske fibre. I tilfellet under 1.ovenfor blir sender—og lokaloscillatorsignalene matet til hver av modulene over en optisk fiber. Siden det ikke er nødvendig at disse to signaler blir overført til modulene samtidig blir sendesignalet (sendepulsene) og lokaloscillatorsignalet modulert på en og den samme bærer, lokaloscillatorsignalet i tidsintervallene mellom de påfølgende sendepulser. Dersom imidlertid mellomfrekvenssignalene blir sendt gjennom optiske fibre som også bærer sendesignal og/eller lokaloscillatorsignal, som er tilfellet i lc,2c og 2d ovenfor, blir dette mellomfrekvenssignalet modulert på en separat—bærer.

Det er fordelaktig å velge en sendefrekvens på om-, kring 750 MHz; ved dette øyeblikk vil vanskeligheter snart inn-treffe i å modulere frekvenser over 1 GHz på de optiske bærere. Ved å frembringe hver av modulene med et element som, f.eks. firedobler denne sendefrekvensen, er denne frekvensen enda bragt i et brukbart frekvensområde, i dette tilfellet S båndet. Dersom frekvensen som er overført av de optiske fibrene valgt mye mindre enn de ovenfornevnte verdier, må frekvensmultiplikasjonen i modulene bli øket i likt forhold og som en konsekvens derav vil forsterkningen som skal bli innført bli av et slikt omfang at bortsett fra det resulterende tapet i ytelse, vil det oppstå uakseptable fasestøy.

Figur 2 viser en utførelse av en modul tilpasset til et sendesystem som faller under ovenfornevnte tilfelle lb. Modulen selv er betegnet med 2i og strålingselementet forbundet dertil med li. Et 725 MHz sendersignal og et 750 MHz lokaloscillatorsignal blir matet, over- den optiske fiberen 5, til en demodulator 6 som utgjør delen av modulen 2i. Sender- og lokaloscillatorsignalene modulert på samme optiske frekvens blir demodulert deri ved hjelp av en fotodiodekrets, så forsterket i forsterkeren 7 og matet til diplekser 8. I diplekseren 8 blir sendesignalene, d.v.s. sendepulsene, separert fra lokaloscillatorsignalet tilstede i tidsintervallene mellom de påfølgende sendepulser. Sendepulsene blir siden matet til enheten 9 hvor frekvensen til sendesignalene blir firdoblet, således hevet til 2900 MHz, så ført gjennom faseskifteren 10, S-bånd energifor-sterkeren 11, sirkulatoren 12 og sluttlig emitert av strålingselementet li. Lokaloscillatorsignalet blir tilført til enheten 13, hvor frekvensen til dette signalet blir multiplisert på samme måte som sendersignalet i enheten 9, således hevet til 3000 MHz, og så tilført til mikseren 15 over faseskifteren 14. Ekkosignalene mottatt av strålingselementet li blir tilført,

via sirkulatoren 12 og forsterkeren 16,til mikseren 15, hvor deres frekvens blir redusert til mellom frekvensen på 100 MHz. Signalene således oppnådd blir så tilført, over mellomfrekvens-forsterkeren 17, til enheten 18, hvor de blir modulert på den

optiske frekvensen implisert og levert av modulen via den' optiske fiber 19. I modulen her beskrevet forekommer fasekontrollen i enhetene 10 og 14 etter firedoblingen av sende- og lokal-oscillatorfrekvensen. Etter denne behandlingen fasen til de

♦ impliserte signalene egner seg bedre for justering enn dersom dette skulle bli utført før frekvensmultiplikasjonen. I det siste tilfellet ville fasekontrollen måtte bli redusert gjennom justering av såkalte sammenslåtte elementer; i foreliggende tilfellet ville dette måtte bli gjort med en nøyaktig fire ganger så stor, på grunn av frekvensmultiplikasjonen etter fasekontrollen. Fasekontrollen til signalene emitert av de individuelle strålingn— elementene, såvel som den til lokaloscillatorimpliserte signalene er gjort med en datamaskin som er vanlig ved faserettede gruppe-antenner.

For å frembringe optiske bærere for energiover-føring over optiske fibre, skulle en lyskilde være tilgjengelig på sendesiden av de optiske fibrene. For denne hensikten er det å foretrekke å anvende en laser på grunn av den høye energikonsentrasjonen til den eventuelle lysstrålen, skjønt lys-emiteringsdioder (LED) kan b.li nyttet i visse tilfeller. For overføring av sender- og lokaloscillatorsignaler til de forskjellige modulene, kunne bærerne bli frembragt av en enkel gasslaser, hvor den emiterte lysstrålen blir fordelt"over alle eller et begrenset antall av optiske fibre som på sin side er spaltet i et større antall av optiske fibre. Slike lasere er imidlertid dyre og har en relativ kort lystid. Det skulle videre bli merket at spaltingen av en optisk fiber i flere optiske fibre er kjent fra f.eks. Irving Reese, "Fiber Optical Data Bus for Control - A Reality!", Control Engineering, Juli 1977, pp.43-48, fra fransk patentsøknad 2 299 656 og fra tysk patentsøknad 25 16 975, enda omfatter alt for stort energitap. Av denne

grunn falt valget på et system som nytter et flertall av GaAs laserdioder. Gjennom den relativt lave energikonsentrasjonen emiterer disse diodene en lysstråle som er delt over bare et begrenset antall optiske fibre. I sendesystem 4 på fig. 1 er bare vist fire slike laserdioder 20a-d. Bare for laserdioden 20b er det vist at i enheten 21 som inneholder optiske komponenter blir den emiterte lysstrålen dividert på et antall av optiske fibre koplet til forskjellige moduler. Ved å nytte 160 laser-

dioder, f.eks., og å dividere den emiterte lysstrålen av hver

av disse dioder over 25 optiske fibre, blir et sendesystem oppnådd for en faserettet gruppeantenne som inneholder 4000

moduler.

Som allerede bekreftet, blir sendesignal og lokal-' oscillatorsignal modulert på den emiterte strålen av den impliserte lyskilde. Signalkilden/signal behandlingsenheten 3 blir dertil utstyrt med en sendepulsgenerator 22, en lokaloscillator 23, et bryterelement 24 for å sende gjennom lokaloscillatorsignal bare i tidsintervaller mellom sendepulser, og med en laserstyre-enhet 25. Fra det modulerte signalet frembragt av sender og lokaloscillatorsignalene og tilført til styreenheten 25 er oppnådd et kontrollsignal til å kontrollere strømmen som flyter gjennom laserdiodene. Fasen til.dette kontrollsignal skal bli det samme for alle laserdiodene; i prinsippet skulle derfor banelengden mellom laserstyreenheten-25 og laserdiodene 20a-d bli lik.• Forså vidt laserdiodene er en del av en integrert krets, vil problemet med å holde banelengden lik bli praktisk talt utelukket. En mulig konstruksjon av en laser-diodesender er beskrevet i Th.L. Maione and D.D. Seil "Experimental Fiber-Optic Transmission System for Interoffice Trunks", IEE Transactions on Communications, Vol. Com-25, No. 5, Mai 1977, pp. 517-522. En enkel laserdiode sendekrets er anvendbar i enkle moduler (enhet 18 på fig. 2) til å overføre mellomfrekvenssignaler.

I utførelsen her beskrevet blir laserdiodene kontrollert av et kontrollsignal modulert av sender og lokaloscillatorsignalene. Det er imidlertid også mulig å modulere de optiske signalene ledet av de optiske fibrene.

Mellomfrekvenssignalet levert over optiske fibre av en viss gruppe av modulene blir konvergert til en optisk stråle og anvendt til en fotodiodekrets. Fig. 1 viser fire slike fotodiodekretser 26a-d; på denne figuren kommer de optiske fibrene fra modulen 2a-n sammen ved enheten 27 hvor signalene overført over disse optiske fibrene blir konvergert til å forme en optisk stråle. Signalene fra fotodiodekretsen 26a-d blir sluttlig kombinert og matet til deteksjon/video behandlingsan-ordning 28. Ovenfornevnte artikkel "IEEE Transactions on Communications" beskriver en mulig utførelse av fotodiode-kretsene.

For å realisere visse strålemønstre med den faserettede gruppeantennen, kan det være nødvendig å forhåndsinn-stille amplitudene til sendersignalene tilført til de individuelle strålingselementene til visse verdier, d.v.s. å innføre en fast amplitude tilspissing, såvel som kontroll av fasen til disse signalene. Denne amplitude tilspissingen kan bli inn-ført i forskjellige moduler ved hjelp av elektroniske anordninger eller ved å utstyre disse modulene med optiske dempere som har bestemte dempningskoeffisienter. Foretrukket blir sistnevnte fremgangsmåter på grunn av at en elektronisk dempning i modulene vil føre til at en må gi avkall på deres ensformethet, som er av stor betydning ved fremstillingen.

Dersom det er ønskelig å frembringe et monopuls— mottagelsemønster med den faserettede gruppeantennen, skulle, overføringssystemet for sender- og lokaloscillatorsignalene avvike fra det for mottagelsesignalene siden de optiske fibrene som bærer mottagersignaler fra modulene må bli kombinert på en bestemt måte for å oppnå azimuth og elevasjonsfeil— signaler. Måten å kombinere optiske fibre på er kjent, som

det fremgår av den tidligere nevnte artikkelen i "Microwaves, August 1969".

Claims (10)

1. Radarsystem utstyrt med en faserettet gruppeantenne, hvor strålingselementene er forbundet ved tilknyttede radio— sekvenssender-mottagermoduler, hvor hver av modulene blir matet med et sendesignal og et lokaloscillatorsignal og, ved mottagelse av et ekkosignal over nevnte antenne, hvor hver av -modulene leverer et mellomfrekvenssignal,karakterisertved at et system av optiske fiberbølgeledere er innebygd for å fordele til nevnte moduler sendesignal og lokaloscillatorsignal, hvor begge signalene blir modulert på bærere, som er frekvenstilpasset til nevnte system av optiske fiberbølgeledere, hvor hver av nevnte moduler omfatter en demodulator til å tilveiebringe sendesignal og lokaloscillatorsignal fra de til-førte modulerte signaler.

2., Radarsystem ifølge krav 1,karakterisertved at for hver modul er en optisk fiberbølgeleder innebygd for å lede både sendesignal og lokaloscillatorsignal.

3. Radarsystem ifølge krav 2, som har et pulsformet sendesignal,karakterisert vedat i tidsinter vallet mellom de suksessive sendepulser blir sendesignalet og lokaloscillatorsignalet modulert på en og samme bærer.

4. Radarsystem ifølge krav 1,karakterisertved at hver av modulene er utstyrt med en modulator og en lyskilde for å frembringe bærere som er frekvenstilpasset til systemet med optiske fiberledere, da nevnte system av optiske fiberledere er konstruert til å kombinere mellomfrekvenssignaler levert av individuelle moduler, hvor mellora-frekvenssignalene blir modulert på bærerne frembragt i de impliserte modulene.

5. Radarsystem ifølge krav 4,karakterisertved at for hver modul er en optisk fiberbølgeleder innebygd til å lede sendesignal og lokaloscillatorsignal såvel som mellomfrekvenssignal.

6. Radarsystem ifølge krav 5, som har et pulsformet sendesignal,karakterisert vedat sendepulser og lokaloscillatorsignalet blir modulert på en første bærer og mellomfrekvenssignalet på en andre bærer som er forskjellig i frekvensen med nevnte første bærer, hvor lokaloscillatorsignalet blir modulert i tidsintervallet mellom de suksessive sendepulser.

7. Radarsystem ifølge krav 1,karakterisertved at for hver gruppe av optiske fiberledere, er en separat laser innbygd for å frembringe bærere som leder sendesignal og lokaloscillatorsignal til den impliserte modul.

8. Radarsystem ifølge krav 4,karakterisertv e d at systemet med optiske fiberledere er spaltet i bunter på en slik måte at den faserettede gruppeantennen funksjonerer som en monopulsantenne.

9. Radarsystem ifølge krav 1,karakterisertved at energien fordelt over de individuelle optiske fiber-lederne foregår ifølge en fast amplitude tilspissing..

10. Radarsystem.ifølge krav 9,karakterisertved at amplitudetilspissingen blir oppnådd ved å utstyre hver av modulene med en optisk demper som har en gitt dempningsko-effisient.