SE525889C2 - Simulator för komplexa radarmål - Google Patents

Description

lO l5 20 25 30 35 förflyttning av en ljus punkt, Så- dana sändare åstadkommer den effektiva förflyttningen av vilken sökaren spårar. en ljus punkt med hjälp av en styrd variation av amplitu- den hos RF-strålning från vanligen tre eller fyra sändar- horn. För att simulera den styrning av den av ett sådant system bildade vågfronten, som krävs av ett sådant sy- stem, varieras sändarhornens amplituder för att effektivt snedställa vågfronten.

Fasförhållandet mellan sändarhornen i ett sådant sy- stem är fast och därför förlitar sig den mekanism, genom vilken den ljusa punktens effektiva rörelser styrs, en- bart på variationen av de respektive amplituder som alst- ras vid sändarhornen, och inte på något fasförhållande.

RF-sökare enligt teknikens ståndpunkt kan ha flera mottagarkanaler, och därför måste en brusgenerator ha förmåga att excitera samtliga mottagarkanaler för att åstadkomma en noggrann simulering av en brussignal. Den aktuella mekanism, genom vilken, enligt teknikens stånd- punkt, brus införs i ett simulerat radarmål, är att an- vända ett enda RF-sändarhorn. En sådan inmatning kan en- dast åstadkomma en enda vinkel från vilken en sökare kan motta en signal, och bildar därmed inte någon förändring i vinkelfält, vilken är representativ för en verklig re- flektion från distribuerat brus.

Således åstadkoms en simulator för komplexa radarmål innefattande: en sändare för komplexa radarmål innefat- tande oberoende styrning av tre fältkarakteristiker för radiofrekvensstrålning, varvid nämnda fältkarakteristiker innefattar: i) stràlningsfältets komplexa amplituds reella och imaginära komponenter, ii) den komplexa amplitudens reella och imaginära komponenters rymdderivata i ett av två ortogonala plan, och iii) den komplexa amplitudens reella och imaginära komponenters rymdderivata i det andra av nämnda två orto- gonala plan. lO l5 20 25 30 35 Ln bâ G1 CO C: \O 3 De ortogonala planen kan, med avseende på ett anta- get markplan, vara det horisontella planet och det verti- kala planet.

En föredragen utföringsform av uppfinningen i ett sändarsystem 5 för komplexa radarmål presenteras nedan i enlighet med fig l.

I en monopulssökare förekommer vanligen tre sökar- kanalvariabler, vilka kombineras för att åstadkomma den information som behövs för att kontinuerligt spåra ett mål. Summakanalen exciteras av fältamplituden, medan ka- nalerna för azimut- och elevationsdifferens exciteras av fältamplitudens transversella rymdderivata. Sändarenheten åstadkommer oberoende styrning av de separata inmatning- arna från omgivningen till dessa tre kanaler, innefattan- de både faser och magnituder.

Till följd av variation av fältets rymdderivata, ett RF-fälts fasfront bli snedställd kan (dvs vinkelglitter).

RF-sökare försöker bestämma målriktning genom att skatta fasfrontens orientering genom att behandla signaler i dess summa- och differenskanaler. Det finns olika sätt att göra detta, men de är samtliga känsliga för både fa- ser och magnituder hos de tre signalerna.

I termer av kriterier för HWIL-provning, är det nöd- vändigt att styra fluktuationerna i fas och magnituder hos samtliga tre signaler, för att kunna bedöma noggrann- heten hos sökarens vinkelmätningar. ligt att, Det är inte tillräck- såsom enligt teknikens ståndpunkt, endast styra signalmagnitud och orientering hos fasplanet, eftersom sökare är känsliga för fluktuationer i fas såväl som i magnitud.

Uppfinningen åstadkommer en sändare för komplexa radarmål, vilken kan åstadkomma oberoende styrning av de tre karakteristiker hos RF-strålningsfältet som krävs för noggrann och realistisk HWIL-simulering. De tre karakte- ristikerna som styrs av uppfinningen är: i) RF-fältets komplexa amplitud, (reella och imagi- nära komponenter, ekvivalent med magnitud och fas), 10 15 20 25 30 35 525 839 4 ii) Den komplexa amplitudens rymdderivata i det för- sta av två ortogonala plan, (reella och imaginära kompo- nenter), och iii) Den komplexa amplitudens rymdderivata i det andra av de två ortogonala planen, (reella och imaginära komponenter).

Dessa är karakteristiker i rymden hos RF-fältet, och är oberoende av sökaren.

Radarreflektioner från brus (primärt marken, men även regn och andra oönskade reflektorer), interfererar med den målsignal som sökaren använder för att detektera och spåra målet. Brussignaler går in i samtliga tre an- tennsumma- och differenskanaler, vilket potentiellt för- sämrar mätningen av màlriktningen.

Potentiellt kan brus komma från en stor mängd rikt- ningar. Att alstra signaler från alla riktningar för HWIL-provningar av sökare skulle kräva en omfattande och dyr uppsättning sändare.

I uppfinningen beräknas karakteristikerna hos de signaler som skall mottas av de tre sökarantennkanalerna, och sändarenheten för komplexa radarmàl kan med korrekt karakteristik excitera signaler i samtliga tre kanaler för att simulera att de kom från alla riktningar, och därmed alstra signaler med korrekta amplituder och rymd- derivata.

Kompensation anbringas för vinkelförskjutningar mel- lan sökarantennens siktlinje och sändarenhetens riktning.

För radarbrus, åstadkommer sändarenheten oberoende styrning av signalerna i sökarantennens summa- och två differenskanaler, vilket representerar de mottagna brus- signalerna integrerade över alla riktningar, och viktade med antennens polaritetsmönster för summa och differens, med lämpliga Dopplerspektralprofiler och med lämpliga korrelationer mellan kanalerna.

Ett viktigt särdrag hos uppfinningen ligger i dess användning av fem strålande horn, med hornen i de två yttre paren kopplade i motfas. Sändare enligt teknikens 10 15 20 25 30 35 525 889 5 ståndpunkt använder normalt fyra RF-horn, vilka vart och ett styrs oberoende med den nödvändiga signalen distribu- erad dem emellan.

I det följande exemplet, är de använda ortogonala planen horisontellt respektive vertikalt, i förhållande till ett antaget markplan.

I fig 1 dämpas sändarens ingång 30 av en dämpare 24, innan den uppdelas på en av tre vägar som leder mot det centrala hornet 1, det första paret av yttre horn (2, 3) (4, 5). 24 styr den genomsnittliga nivån på signalen enligt ra- respektive det andra paret av yttre horn Dämparen darräckviddsekvationen. Detta tillåter sändaren att simu- lera mål på olika avstånd från sökaren.

Sändarenheten för komplexa radarmål styr, med hjälp av det centrala hornet 1, fältamplituden genom en inmat- ning av summan av reella och imaginära fluktuationskompo- nenter 6 via en vektormodulator 12.

Sändaren styr nämnda transversella rymdderivata på följande sätt: Den horisontella derivatan styrs, med hjälp av det första paret yttre horn (2, 3), av inmatningen via en vektormodulator 14 av reella och imaginära fluktuations- komponenter 8.

Den vertikala derivatan styrs, med hjälp av det andra paret yttre horn (4, 5), av inmatningen via en vek- tormodulator 16 av reella och imaginära fluktuationskom- ponenter 10.

Innan den kommer fram till vektormodulatorer (14, dämpas först inmatningen till sändaren 30 av respek- (34, 36) för att säkerställa att nämnda transversella rymdderivata har önskade medelamplituder.

Dämparna 24, 34, 16), tive dämpare 36 styrs av inmatningarna 18, 20 respektive 22.

Inmatningen till sändaren 30 tas vanligen från ett stickprov som har blandats ner, vilket därmed bringar sy- stemet att fungera och behandlingen att fullföljas vid 10 15 20 25 30 35 'tre mottagarkanaler, betydligt lägre frekvenser biltelefonteknik). (dvs inom området för GSM mo- De yttre hornen 2&3 och 4&5 exciteras i strikt mot- fas för att säkerställa att de alstrar nämnda fältderiva- ta, men därmed inte bidrar till den av sökaren 32 mottag- na fältamplituden, där superponering utsläcker signaler- na. De signaler som utstrålas från de tre källorna, näm- ligen hornet l, motfasparet 2&3 och motfasparet 4&5 modu- leras oberoende i både fas och amplitud.

För att ytterligare säkerställa noggrann simulering av ett komplext radarmàl, erhålls moduleringssignalerna från lämpliga målmodeller, vilka antingen kan innefatta stokastiska modeller som alstrar signaler i form av slumpvariabler med korrekt statistisk fördelning och spektralkarakteristik, eller deterministiska modeller som är baserade på specifika màltypers elektromagnetiska spridningskarakteristik.

En brussignal alstras av två sändande signaler från de tre sändarkanalerna (dvs horn 1 och de två yttre mot- faskopplade paren av horn 2&3 och 4&5), vilka samtliga moduleras oberoende. Dessa modulerade signaler beräknas så att de exciterar de nödvändiga signalerna i sökarens (nämligen antennsummakanalen och differenskanalerna för azimut och elevation).

Förmågan att excitera de interna sökarsignalerna förlitar sig på det faktum att det finns exakt samma an- tal frihetsgrader i sökarsignalerna som i sändarenhets- signalerna, dvs tre komplexa variabler i varje fall, och sökarvariablerna förhåller sig till sändarenhetsvariab- lerna genom en (komplex) linjär transform, vilken är in- verterbar.

Transformeringsmatrisen beror på sändarenhetens och sökarantennens orientering i förhållande till varandra, såväl som på sökarantennens polaritetsmönster, samt måste beräknas som en funktion av sökarantennens och sändaren- hetens orientering i förhållande till varandra, vilken i sin tur är beroende av sökarenhetens position, robot- 10 15 20 25 30 35 LH 25 889 7 flykttabellens orientering och sökarantennens avlänkning.

Samtliga dessa parametrar är nödvändiga som inmatningar till styrmjukvaran. De nödvändiga sökarsignalerna erhålls från en lämplig brusmodell, och moduleringssignalerna för sändarenheten erhålls genom att anbringa transformerings- matrisens invers.

Uppfinningen erbjuder ett antal fördelar jämfört med det konventionella systemet med fyra horn, innefattande en-till-en-överensstämmelse mellan de signaler som skall alstras, (dvs RF-fältamplitudens och dess två rymdderiva- tas reella och imaginära komponenter), och sändarenhetens kanaler (dvs den centrala kanalen och två yttre kanaler, med oberoende styrning av de av varje kanal utstràlade Med fyra (dvs fyra signalernas reella och imaginära komponenter). horn förekommer antingen för mycket styrning, komplexa signaler för att styra endast tre komplexa RF- fältvariabler), eller for litet (exempelvis fasta faser i hornen, med endast amplitudstyrning för att anbringa fäd- ning av radartvärsnitt och distorsion av fasfronten, men inte fasfluktuationer).

Dessutom åstadkommer uppfinningen väsentligt för- bättrad styrning av RF-fältet samt härledbara faser och magnituder som möjliggörs genom frànkoppling av sändaren- hetens kanaler. att alstra Där således mer än ett horn behövs för en enda RF-fältvariabel, (exempelvis två horn, kopplade i motfas i syfte att alstra en fältderivata), måste fas- och amplitudförhållanden mellan de hornen sty- ras mycket mera noggrant för att förhindra en del av ef- Om den härledda signalen skulle delas mellan separata modulatorer som fektkopplingen till andra fältvariabler. driver olika horn, (såsom skulle vara nödvändigt i det traditionella arrangemanget med fyra horn), så skulle mycket noggranna kalibreringar av moduleringsanordningar- na vara nödvändiga. Med arrangemanget med fem horn, är emellertid fas- och amplitudförhållandena mellan två horn i varje yttre par fast och kan justeras som en del av in- ställningsproceduren i provningskammaren, för att säker- 10 15 525 88 8 ställa att signaler från hornen är i exakt motfas vid sö- karpositionen.

Vidare åstadkommer uppfinningen förbättrad hantering av dynamiska omfång. I det traditionella arrangemanget med fyra horn, måste fältamplitud och härledbara signaler fördelas mellan samtliga fyra horn, vilka därför måste inrymma samtliga variablers dynamiska omfång. Med det nya arrangemanget med fem horn, kommer emellertid endast de två yttre kanalerna att behöva bära det extra dynamiska omfånget för de härledbara fälttermerna.

Andra fördelar och förbättringar i förhållande till system enligt teknikens ståndpunkt kommer att framgå för fackmannen, och sådana utföringsformer och alternativa utföringsformer som utnyttjar uppfinningskonceptet enligt vad som visas häri anses omfattas av de bifogade kravens skyddsomfång.

Claims (3)

10 l5 20 25 30 Ffïf xïfis.) PATENTKRAV

1. l. Sändare för komplexa radarmål anordnad att avge och oberoende styra radiofrekvensstrålning med tre fält- karakteristiker, varvid nämnda fältkarakteristiker inne- fattar: i) stràlningsfältets komplexa amplituds reella och imaginära komponenter, som vid mottagning i en koherent monopulsradarmottagare exciterar antennsummakanalen hos den koherenta monopulsradarmottagaren, ii) den komplexa amplitudens reella och imaginära komponenters rymdderivata i ett av två ortogonala plan, som vid mottagning i en koherent monopulsradarmottagare exciterar antennskillnadskanalen i detta plan hos den ko- herenta monopulsradarmottagaren, och iii) den komplexa amplitudens reella och imaginära komponenters rymdderivata i det andra av nämnda två orto- gonala plan, som vid mottagning i en koherent monopulsra- darmottagare exciterar antennskillnadskanalen i detta andra plan hos den koherenta monopulsradarmottagaren.-

2. Sändare för komplexa radarmål enligt krav l, var- vid nämnda sändare innefattar fem horn för utsändning av radiofrekvensstrålning.

3. Sändare för komplexa radarmål enligt krav 2, var- vid ett av nämnda fem horn anordnade att styra nämnda ra- diofrekvensstrålningsfälts komplexa amplitud, och de återstående fyra hornen är parvis anordnade, varvid hor- nen i varje par är kopplade i motfas, varvid de två paren av horn är anordnade att alstra respektive komplexa amp- lituds reella och imaginära komponenters rymdderivata i vart och ett av nämnda två ortogonala plan.