DE2133395A1

DE2133395A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung fuer kohaerente Impuls-Doppler-Radaranlagen

Info

Publication number: DE2133395A1
Application number: DE19712133395
Authority: DE
Inventors: Pierre Jacques Barthelemy; De La Faverie Du Che H Leulier
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1970-07-07
Filing date: 1971-07-05
Publication date: 1972-01-13
Also published as: DE2133001A1; FR2096856B1; FR2096856A1; FR2096855A1; US3725923A; DE2133395B2; FR2096855B1; DE2133395C3

Description

Patentanwalt

Dipl.-Phys. Leo Thul 91'3'3'3QR

Stuttgart *· 10003;)

H.J.M.Leulier de la Paverie du Che
J.B.Pierre 1-6

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Verfahren und Schaltungsanordnung für kohärente Impuls-Doppler-Radaranlagen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Kompensation des Einflusses der Eigenbewegung der Sende-Empfangsantenne einer kohärenten Impuls-Doppler Radaranlage auf die Pestzielausblendung.

Wird bei einer solchen Radaranlage die Antenne so montiert, daß sie Eigenbewegungen ausführen kann, so machen diese sich dadurch störend bemerkbar, daß jetzt auch bei Pestzielen eine Doppler-Verschiebung auftritt, die der Eigenbewegung der Antenne entspricht, und damit Pestziele nicht mehr in der bekannten Weise zu unterdrücken sind, insbesondere dann, wenn die bewegten Ziele selbst nur geringe Geschwindigkeiten aufweisen oder die Antenne selbst Eigenbewegungen mit hoher Geschwindigkeit ausführt. Dieses kann auftreten, wenn z.B. die Radar-

Dr.Le/An

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antenne auf einem hohen Turm montiert ist, der durch Windeinflüsse Schwankungen unterworfen ist, oder wenn z.3. die Radaranlage in einem sich bewegenden Pah -zeug,einem Hubschrauber oder Flugzeug montiert ist.

Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, ein Verfahren zur Kompensation des Einflusses der Eigenbewegung der Sende-Empfangsantenne einer kohärenten Impuls-Doppler-Radaranlage, bei der die empfangenen, von Zielen reflektierten Signale mit einem Kohärenzoszillator in der Phase verglichen und Signale, deren Phasenlage sich gegenüber dem PZohärenzoszillator bei zwei aufeinanderfolgenden Antennenumläufen ändert, als bewegliche Ziele ausgewertet und angezeigt werden, und bei der die Antenne auf einem ortsbewegUchen Luft- oder Landfahrzeug bzw. auf einer bewegungsunstabilen Plattform angebracht ist, auf die Pestzielausblendung anzugeben.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch Meßung des von einem näher als die zu ortenden bewegten Ziele zur Atenne gelegenen Pestzielbereiches reflektierten Signale der Wert der durch die Antenneneigenbewegung verursachten Doppler-Verschiebung bestimmt wird und daß die Frequenz des Kohärenzoszillators um diesen Wert nachgesteuert wird.

In weiterer Ausbildung des Verfahrens iverden Maßnahmen zum Erkennen von beweglichen Zielen im Pestzielbereich und zur Elimination ihres Einflusses sowie zur Kompensation von Antenneneigenbewegungen mit hoher Geschwindigkeit sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.

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Die vorliegende Erfindung soll nun anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles ausführlich beschrieben werden. 3s zeigen dabei:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten kohärenten Impuls-Doppler-Radars;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der erflnaungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erläuterung des Verfahrens;

Fig. ~j> eine Einzelheit dieser Schaltungsanordnung in Form der verwendeten Auswahlschaltung;

Vor Beginn der Beschreibung der Figuren soll kurz an das Prinzip erinnert werden, das der Erkennung bewegter Ziele unter festen Zielen mit Hilfe des Doppler-Effektes dient. Bei den mit Impulsen elektromagnetischer Wellen arbeitenden Systemen wertet man hierzu die Änderungen der Phasenunterschiede zwischen ausgesendeten und empfangenen, an den bewegten Zielen reflektierten Wellen aufeinanderfolgenden Umläufen aus. Von einem Umlauf zum anderen bleibt bei Festzielen dieser Phasenunterschied konstant, wogegen bei Zielen, die sich mit gleichbleibender geschwindigkeit annähern oder entfernen, sich der Phasenunterschied linear verändert. Wenn man einem Phasendiskriminator einmal als Bezugssignal ein in Frequenz und Phase dem bei jedem Umlauf ausgesendeten Signal entsprechendes und ferner das empfangene reflektierte Signal zuführt, so erhält man bei einem Festziel Impulse konstanter Amplitude, dagegen bei bewegten Zielen solche, deren Amplitude sich nach einer Sinusfunktion mit der Frequenz fd - als Doppler-Frequenz bekannt - ändert, wobei diese Frequenz fd von der Annäherungsgeschwindigkeit ν und der verwendeten Sendewellenlänge d durch die Beziehung: fd = 2v/d gegeben ist.

Fig. 1 zeigt nun ein Blockschaltbild eines kohärenten PuIs-Doppler-Radars. Es besteht aus einer für Senden und Empfang

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benutzten Atenne 10 und einem hochfrequente Impulse aussendenden Sender 2, wobei diese Impulse beim Senden über einen Hochfrequenzschalter 1, der unter dem Namen "Duplexer" allgemein bekannt ist, zur Antenne 10 gelangen. Die reflektierten Antwortimpulse gelangen über den Duplexer 1 zur einer ersten Mischstufe jj, in der sie mit Hilfe eines örtlichen Oszilla-

tors 4 in die zwischenfrequente Lage umgesetzt und in einem Zwischenfrequenzverstärker 6 verstärkt werden. Einer zweiten Mischstufe 5 werden die vom Sender 2 ausgesendeten Radar-Impulse zugeführt und ebenfalls mittels des örtlichen Oszillators 4 umgesetzt. Die pulsförmigen Ausgangssignale in zwischenfrequenter Lage der Mischstufe 5 triggern bei Beginn jeden Umlaufes einen Oszillator 8, der mithin ein in einer festen und vorgegebenen Phasenbeziehung zu den ausgesendeten Impulsen stehendes Signal in zwischenfrequenter Lage liefert. Dieser Oszillator 8, der zu Beginn jeden Umlaufes in der beschriebenen Weise getriggert und am Ende des Umlaufes gestoppt wird, wird "Kohärenz-Oszillator" genannt. Sein Ausgangssignal wird einem Phasendiskriminator 7 zugeleitet, an dem auch die Ausgangssignale des Zwischenfrequenzverstärker 6 anliegen. Das Ausgangssignal des Phasendiskriminators 7 werden dann in einer an sich bekannten Auswerteeinrichtung verarbeitet.

Die Auswerteeinrichtung 9 enthält eine Unterdrückungseinrichtung für Signale von Pestzielen, die beispielsweise aus einer Verzögerungseinrichtung mit einer Verzögerungszeit gleich der Umlaufperiode T besteht, der die empfangenen Signale zugeführt werden und deren Ausgangssignale von den Empfangssignalen des jeweils laufenden Umlaufes abgezogen werden. Es ist also ersichtlich, daß von Festzielen reflektierte Signale, bei gleichen Entfernungen,also Signale gleicher Amplitude, unterdrückt werden, während von beweglichen Zielen reflektierte Signale, also Signale veränderlicher Amplitude, dabei nicht unterdrückt werden und ein verbleibendes Wechselstromsignal liefern.

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Wenn sich nun die Antenne selbst mit einer Geschwindigkeit ν zum Festziel zu-oder wegbewegt, erscheint das Pestziel

als sich mit der Geschwindigkeit ν bewegendes Ziel und

seine Reflexionen werden nicht mehr unterdrückt. Um dieses abzustellen, ist es bekannt, die Frequenz des Kohärenz-Oszillators um einen Wert fc = ^vc zu modulieren, wobei sich fc in Abhängigkeit von der Antennenschwenkung ändert. Solche Änderung kann auf verschiedene Weise erzielt werden, wovon eine für in Plugzeugen montierte Radaranlage darin besteht, daß ein der Flugzeuggeschwindigkeit proportionales, elektrisches Signal erzeugt und dieses Signal dann in Abhängigkeit von der Antennenschwenkung in der Amplitude moduliert wird. Mit diesem amplitudenmodulierten Signal wird dann ein Oszillator in der Frequenz moduliert und dessen Ausgangssignal mit dem des Kohärenz-Oszillators gemischt.

Die soeben beschriebene Lösung hat den Nachteil, daß die damit erzielbare Genauigkeit im wesentlichen davon abhängt, mit welcher Genauigkeit die Geschwindigkeit des Plugzeuges gemessen werden kann, in dem die Radaranlage montiert ist. Bewegungen in den beiden anderen Achsen senkrecht zur Fortbewegungsachse werden dabei nicht kompensiert. Da die Geschwindigkeiten in diesen Richtungen im allgemeinen nur klein, verglichen mit der der bewegten Ziele, ist, kann ihr Einfluß vernachlässigt werden. Dieses ist aber nicht mehr der Pail, wenn die Radaranlage in einem Hubschrauber montiert ist und langsam sich bewegende Ziele, wie Fahrzeuge oder Fußgänger, orten*soll. In diesem Falle ist die Hubschrauberbewegung etwa in gleicher Größenordnung wie die der zu ortenden bewegten Ziele.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen,.das Doppler-Signal, das von einem Bodenstück reflektiert wird, auszuwerten und hiervon ein zu dieser Doppler-Frequenz in der Amplitude analoges Signal abzuleiten, dann dieses Signal dazu zu verwenden, um das an dem Phasendiskriminator anliegende Referenzsignal damit zu beeinflussen. Mehr im einzelnen

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H.J.M Leulier de la Paverie du Che 1-6 ? 1 3 Ί Ί 9 R ist das kohärente Puls-Doppler-Radar, bei dem die erfindungsgemäßen Maßnahmen angewendet werden, auf einem Hubschrauber angebracht, der in einer Höhe von wenigen hundert Metern fliegt. Diese Radaranlage ist dazu bestimmt, bewegte Ziele auf dem Erdboden oder in geringer Höhe darüber zu orten, die sich in größerem Abstand von der Sendeantenne, z.B. im Abstand von einigen zehn Kilometern befinden. Zum Orten beweglicher Ziele muß das Strahlungsdiagramm der Sendeantenne so ausgebildet sein, daß die Hauptkeule auf das zu untersuchende Gebiet gerichtet ist. Um nun ein Signal zur Beeinflussung der Frequenz des Kohärenz-Oszillators zu gewinnen, ist es möglich, die Reflexionen eines Bodenstückes in dem Bereich, der von der Hauptkeule angestrahlt wird, auszuwerten. Es kann aber vorkommen, daß infolge der Bodengestaltung ein solches abgedeckt ist und kein für diese Zwecke geeignetes Doppler-Signal erhalten wird.

Für diesen Fall wird vorgeschlagen, die Reflexionen eines näher zur Sendeantenne liegenden Bodenstückes auszuwerten, das von einer Nebenkeule des Strahlungsdiagrammes der Antenne angestrahlt wird. Solch ein Bereich möge beispielsweise im Abstande von 2...5 Kilometern liegen.

Infolge der unterschiedlichen Strahlungswinkel von Haupt- und Nebenkeule geben zwei bewegliche Ziele, von denen sich das eine im zu untersuchenden Bereich im Abstand von 50 Kilometern und das andere nahe der Antenne befindet, nicht die gleiche Döp"pler-Frequenz . Die Kompensation ist dadurch mit Fehlern behaftet, die jedoch klein sind, weil die Differenz zwischen den beiden Doppler-Frequenzen abhängt vom Cosinus der Differenz des Winkels zwischen Haupt- bzw. Nebenkeule und der Horizontalen. Der Cosinus dieser Differenz ist wertmäßig klein, da die Cosinuswerte in der Umgebung von 0 nur sehr wenig variieren.

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/L I O O J vj D

Wie später noch erläutert wird, wird deshalb nicht der ganze Nahbereich der Antenne ausgewertet, sondern ein kleiner Teilbereich von 100 50 Metern, was einer Analysierzeit von einer Mikrosekunde entspricht.

Abhängig von der Richtung der Relativbewegung zwischen der Antennen-Plattform und dem Zielbereich kann die Doppler-Verschiebung "positiv" oder "negativ" sein. Um eine Kompensation des Einflusses dieser Relativbewegung durchführen zu können, ist es deshalb notwendig, das Vorzeichen zu kennen. Als Lösung für das Ermitteln des Vorzeichens wird der Einsatz eines Frequenzdiskriminators, der auf eine Mittenfrequenz f abgestimmt ist, vorgeschlagen, von dessen Ausgangssignal die als Referenzsignal für den Phasendiskriminator verwendete Frequenz des Kohärenz-Oszillators um den gleichen Betrag verschoben wird. Die Wahl des Wertes der Mittenfrequenz f ist abhängig von der Folgefrquenz Fr der ausgesendeten Impulse. Eine Frequenzverschiebung des Kohärenz-Oszillators um den Betrag f wirkt sich so aus, als ob das Spektrum der reflektierten Wellen um den gleichen Betrag verschoben würde, der Phasendiskriminator wertet dann die Dopplerverschiebung von Festzielechos als Verschiebungsfrequenz 0 aus. Da die erste Spektrallinie eines Festzielechos die Frequenz f und die zweite die Frequenz Fr-f aufweist, muß die Frequenz f, damit

Fr keine Vorzeichenumkehr eintritt, kleiner als ^- sein. Wenn

bei einer sich bewegenden Plattform eine Verschiebung um den Wert fc in positiver oder negativer Richtung auftreten kann, muß deshalb f + f c kleiner als |=- sein. Aus Symmetrie gründen wird f etwa zu ξ£ gewählt, so daß fc Werte annehmen darf, die nicht größer als * sind.

Für das beschriebene Beispiel wurde Fr zu I875 Hz und f zu 500 Hz gewählt. Der ausnutzbare lineare Bereich des auf die Mittenfrequenz f abgestimmten Frequenzdiskriminators hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der sich die Antennenplattform bewegt. Wenn z.B. eine maximale Geschwindigkeit von 4 m/ s kompensiert werden soll, so muß bei einer Wellenlänge von

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"3 cm der ausgestrahlten Wellen dieser Bereich etwa 500 Hz betragen. Die maximale Bereichbreite beträgt dabei ~- * wenn sie kleiner ist, kann die Lage der Mittenfrequenz des Frequenzdiskriminators entsprechend verschoben werden.

Fig. 2 zeigt nun als Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur Kompensation des Einflusses von Plattformbewegungen, auf der die Antenne und möglicherweise die ganze Radaranlage montiert ist. Bei der anhand der Fig. 1 beschriebenen Radaranlage ist die Anordnung nach Fig. 2 zwischen Kohärenz-Oszillator 8 und Phasendiskriminator 7 einzufügen, dabei sind diese Baugruppen 7 und 8 ebenso wie die Auswerteeinrichtung 9 und der Zwischenfrequenzverstärker 6 in Fig. 2 noch einmal eingezeichnet.

Das vom Kohärenz-Oszillator 8 gelieferte Signal der Frequenz F wird jeder von zwei Mischstufen Ml und M2 zugeführt, an denen weiterhin das Ausgangssignal jeweils eines in der Frequenz veränderlichen Oszillators anliegt. Dabei hat der Oszillator OLl, der mit der Mischstufe Ml zusammenarbeitet, die Frequenz Fl und der Oszillator 0L2, der der Mischstufe M2 zugeordnet ist, die Frequenz F2. Die Frequenzen Fl und F2 sind dabei so gewählt, daß F1-F2 = f ist. Für die praktische Realisation gewählte Werte sind dabei beispielsweise 30 MHz für Fl und 11 MHz für F2. Der Frequenzunterschied zwischen den Frequenzen Fl und F2 wird dabei auf dem Wert f gehalten mittels eines Regelkreises, der aus einer Mischstufe 12, an der die Ausgangssignale beider Oszillatoren OLl und 0L2 anliegen, einem in Fig. 2 nicht dargestellten Filter, das nur Signale einer Frequenz nahe f durchläßt, einem Frequenz-Diskriminator DFl, der auf die Mittenfrequenz f abgestimmt ist und ein Ausgangssignal proportional der Frequenzdifferenz Fl-F2-f liefert, und einem Verstärker 13, der das Ausgangssignal des Frequenz-Diskriminators DFl so verstärkt, daß damit die Frequenz des Oszillators OLl so verändert wird, daß die Frequenzdifferenz F1-F2 gleich Null wird. Es sei bemerkt, daß das Ausgangssignal des Frequenzdiskriminators DFl auch den Oszillator 0L2 über einen Verstärker steuern kann, der

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ein zu dem des Verstärkers 12 einen entgegengesetzten Verlauf aufweisendes Ausgangssignal liefert. Der Frequenz-Diskriminator DPI, der auf die Mittenfrequenz f abgestimmt ist, möge dabei stets für Frequenzen abweichend von f ein eindeutiges, von Null abweichendes Ausgangssignal liefern. Solche Frequenz-Diskriminatoren haben bei Einsatz in einem Regelkreis den Vorteil, daß sie nicht infolge Mehrdeutigkeiten zu Unstabilitäten führen. Ein solcher Frequenz-Diskriminator ist zum Beispiel in der französischen Patentanmeldung 69 14926 vom 9· Mai I969 "Verbesserungen an Frequenz-Diskriminatoren" beschrieben.

Die Ausgangssignale der Mischstufen Ml und M2 werden Filtern FLl und FL2 zugeführt, die nur das untere Seitenband, also die Differenzfrequenzen F-Fl bzw. F-F2 durchlassen. Diese ausgefilterten Differenzfrequenzen werden jeweils einer Mischstufe M3 bzw. M^ zugeführt, an denen ferner das Ausgangssignal eines in der Frequenz veränderliehen Oszillators 0L3 anliegt. Die Mittenfrequenz F3 dieses Oszillators 0L3 wird gleich Fl, also z.B. 11 MHz, gewählt. Wie später erklärt wird, ist die Ausgangsfrequenz dieses Oszillators 0L3 Fl 3 fc, worin fc die durch die Plattformbewegungen verursachte Doppler-Verschiebung ist.

Die Ausgangssignale der Mischstufen M3 bzw. M4 werden den Filtern FL3 bzw. FlA zugeführt, die nur das obere Seitenband durchlassen, so daß an ihrem Ausgang die Frequenzen Fl+fc+F-Fl= F+fc bzw. Fl+fc+F-F2= Fl+fc+F-Fl+f = F+f+fc anstehen. Das Ausgangssignal F+fc des Filters FL3 wird dem Phasendiskriminator 7 zugeführt, an dessen anderen Eingang das Ausgangssignal des Zwischenfrequenzverstärker 6 anliegt. Das Ausgangssignal F+f+fc des Filters FlA wird dem einen Eingang eines weiteren Phasendiskriminators 11, der dem Diskriminator 7 entspricht, zugeführt, an dessen anderem Eingang ebenfalls das Ausgangssignal des Zvjischenfrequenzverstärkers 6 anliegt.

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Das Ausgangssignal des Phasendiskriminators 11 wird zwei gleichartigen Auswahlschaltungen Sl und S2 zugeführt, die, wie in Fig. 3 als Blockschaltbild dargestellt, aus einem Entfernungsbereichstor 18, welches für Impulse mit einer Folgeperiode T gleich der Sendeimpulsperiode während einer Zeit e geöffnet ist, und einem nachgeschalteten Speicherkreis 19, der aus einem Kondensator besteht, der auf eine Spannung gleich der des Signales aufgeladen wird und diese Ladung bis zum nächstfolgenden Impuls hält, bestehen. Aus den Einrichtungen 18 und 19 bestehende Anordnungen sind in der französischen Fachliteratur unter dem Namen "box-car" (sample and hold") Kreis bekannt. Das Ausgangssignal des Speicherkreises 19 wird einem Filter 20 zugeführt, das aus dem ausgewählten Signalspektrum die Frequenz f-fc, also die der Plattformbewegung entsprechende, ausfiltert. Das Filter muß andere bistabile Frequenzen, die von der Mehrdeutigkeit der Doppler-Frequenzmessung herrühren, sperren, z.B. die Frequenz Fr-f-fc. Mit den vorher gewählten Werten für Fr, f und fc wird die obere Grenze des Durchlaßbereiches des Filters 20 auf 750 Hz gelegt, wobei die untere 0 Hz sein könnte, so daß als Filter 20 ein Tiefpaß eingesetzt werden könnte. Um aber für den folgenden Frequenz-Diskriminator optimale Bedingungen zu schaffen, ist es notwendig, an ihn ein Signal anzulegen, dessen Rauschspektrum symmetrisch zu seiner Mittenfrequenz verteilt ist. Deshalb wird das Filter 20 als Bandpaß mit einer unteren Grenze des Durchlaßbereiches bei 250 Hz ausgebildet. Ein Abtastimpulsgenerator 17 ergänzt während jeder Abfrageperiode zwei Impulse der Dauer e, die gegeneinander um einen Wert ti verschoben sind. Einer davon steuert die Auswahlschaltung Sl und der andere S2. Der an die Auswahlschaltung Sl angelegte Impuls deriniert einen Bereich TrI, der im Abstand von 2...5 Kilometern von der Antenne entfernt liegt. Der an der Auswahlschaltung SP anliegende Impuls einen Bereich Tr2 im gleichen Entfernungs-

CtI
bereich mit dem Abstande dl = -75— vom ersten Bereich TrI, worin C die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen ist.

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Die Ausgangssignale der Auswahlschaltungen Sl bzw. S2 werden Frequenz-Diskriminatoren DF2 bzw. DFJ zugeführt,die auf die Kittenfrequenz f abgestimmt sind und den gleichen Aufbau wie der für die Nachstimmung der Oszillatoren OLl und 0L2 benutzte Diskriminator DFl besitzen. Das Ausgangssignal des Frequenz-Diskriminators DF2 steuert nach Verstärkung in einem Verstärker 14 die Frequenz des Oszillators OLJ, während das Ausgangssignal des anderen Diskriminator DFJ nach Verstärkung in einem Verstärker 15 eine Schaltung mit einstellbarem Schwellwert 16 durchläuft und beim Abtastimpulsgenerator 17 den zeitlichen Einsatz der beiden Abtastimpulse steuert.

Die Schaltung mit einstellbarem Schwellwert 16 ist eine binäre Vergleichsschaltung, die nur ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal des Diskriminators DFJ einen gewissen Wert übersteigt. Wenn also das Ausgangssignal der Auswahlschaltung eine Frequenz ist, wird ein Signal abgegeben, wenn deren Wert größer als eine bestimmte vorgegebene mit fs bezeichnete Frequenz ist.

Der Abtastimpulsgenerator 17 gibt also Abtastimpulse ab, deren zeitlicher Einsatzpunkt während einer Abfrageperiode sich ändert. Eine Vereinfachung des Aufbaues der Generatoranordnung kann dadurch erfolgen, daß die Einsatzpunktverschiebung schrittweise in Abständen, die beispielsweise einem Kilometer entsprechen, erfolgt, so daß die an die Auswahlschaltung Sl angelegten Impulse dann einem Abstande von zwei bzw. drei bzw. vier Kilometern und die an die Auswahlschaltung S2 angelegten dann einem um dl größeren Abstande entsprechen.

Für die Erörterung der Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Anordnung seien folgende Möglichkeiten betrachtet:

(1.) In den mittels der Auswahlschaltungen Sl und S2 ausgewählten Bereichen TrI und Tr2 befinden sich keine bewegten Ziele.

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(2.) Nur in dem durch die Auswahlschaltung Sl ausgewählten Bereich TrI befindet sich ein bewegtes Ziel.

(3.) Nur in dem durch die Auswahlschaltung S2 ausgewählten Bereich TR2 befindet sich ein bewegtes Ziel.

(4.) In beiden Bereichen TrI und Tr2 befinden sich bewegte ' Ziele.

Im Falle (1.)* *^η dem sich keine bewegten Ziele in den durch die Auswahlschaltungen Sl und S2 eingestellten Bereichen beünden, werden die an den Ausgängen der Frequenz-Diskriminatoren DF2 und DF3 auftretenden Signale allein durch die Plattformbewegungen hervorgerufen. Die auftretende Doppler-Frequenz fc wird durch Verändern der Frequenz des Oszillators OLJ5 um den Wert fc kompensiert, so daß sowohl am Ausgang des Diskriminators DF2 wie auch an dem von DFjJ das Signal Null erscheint.

Im Falle (2.), in dem sich nur ein bewegtes Ziel in dem Bereich TrI befindet, entspricht zunächst das Ausgangssignal des Diskriminators DFJ5 den Plattformbewegungen, wogegen sich das Ausgangssignal des Diskriminators DF2, das sich zusammensetzt aus den Plattformbewegungen und denen des bewegten Zieles, die Frequenz des Oszillators OLj? beeinflußt. Nach dem Regelvorgang ist das Ausgangssignal von dem Diskriminator DF2 dadurch Null, wogegen am Ausgange des Diskriminators DF^ ein der Geschwindigkeit des bewegten Zieles im Bereich TrI proportionales Signal auftritt. Ist der Pegel dieses Signales größeals der Schwellwert der Schwellwertschaltung 16, so wird der zeitliche Einsatzpunkt der Abtastimpulse solange verändert, bis der eingestellte Bereich TrI frei ν η bewegten Zielen ist.

Im Falle (j5.)* in dem sich nur ein bewegtes Ziel im Bereich Tr2 befindet, entspricht das Ausgangssignal des Diskriminators DF2 zunächst den Plattformbewegungen, die durch die Nachregelung des Oszillators 0LJ5 kompensiert werden. Vor Einsatz der Regelung setzt sich dagegen das Ausgangssignal des Diskriminnators DFJ5 aus den Bewegungen der Plattform und des bewegen

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Zieles zusammen. Nach erfolgter Regelung ist es proportional der Geschwindigkeit des bewegten Zieles. Ist es dabei größer als der Schwellwert der Schwellwertschaltung 16, so wird der Einsatzpunkt der Abtastimpulse solange verändert, bis auch im Bereich Tr2 sich kein bewegtes Ziel mehr befindet.

In den Fällen (2.) und(3.) wird der Einsatzpunkt der Abtastimpulse solange verändert, bis sich in den hierdurch eingestellten Bereichen TrI und Tr2 kein bewegtes Ziel mehr befindet.

Im Falle (h.) befindet sich ein bewegtes Ziel in jedem der Bereiche TrI und Tr2. Wenn die beiden bewegen Ziele unterschiedliche Annäherungsgeschwindigkeiten haben, so daß die Differenz der hierdurch hervorgerufenen Doppler-Frequenzen größer ist als fs, so gelten die vorherigen Überlegungen und es wird der Einsatzpunkt der Abtastimpulse so-lange verändert, bis sich in den hierdurch eingestellten Bereichen TrI und Tr2 kein bewegtes Ziel mehr befindet.

Ist dagegen die Differenz der durch die beiden bewegten Ziele hervorgerufenen Doppler-Frequenzen kleiner als fs, so arbeitet die Regelung nicht mehr einwandfrei.

Bereichsumsehaltungen verursachen durch Einschwingvorgänge eine Regelunruhe. Deshalb ist vorgesehen, den Regelkreis zu unterbrechen, wenn eine solche Umschaltung erfolgt. Hierzu wird in die Regelschleife eine Torschaltung für analoge Signale mit einem Speicherkondensator eingefügt. Diese Torschaltung wird gesteuert durch einen monostabilen Multivibrator, der vom Ausgangssignal der Schwellwertschaltung 16 getriggert wird. Die Dauer des unstabilen Zustandes wird dabei so groß gewählt, daß die Sendekeule nicht mehr das bewegte Ziel, das die Bereichsumschaltung veranlaßt hat, überstreicht, wenn die Regelschleife wieder geschlossen wird. Während der Unterbrechung des Regelkreises hält der Speicherkondensator die Regelspannung für den Oszillator 0L3 auf dem Werte vor der Unterbrechung fest.

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Bei der in der Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung steuert das Ausgangssignal des Frequenz-Diskriminators DF2 den Oszillator 0L3 der zweiten Mischstufe. Dieses Signal kann aber ehenso den Oszilldor 0L2 der ersten Mischstufe steuern, also den Oszillator, der sich nicht in der Regelschleife zum Einregeln einer konstanten Frequenzdifferenz zwischen den Oszillatoren OLl und 0L2 dient.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wurde beschrieben für den Fall, daß die Radaranlage in einem Hubschrauber montiert ist, der insbesondere im stationären Flug nur geringe Bewegungsgeschwindigkeiten aufweist. Die Anordnung ist aber auch für in Flugzeugen montierte Radaranlagen zu verwenden. Dann muß noch eine an sich bekannte Kompensation der Flugzeuggeschwindigkeit und der durch die Antennendrehung erfolgenden Modulation vorgenommen werden, wobei durch die erfindungsgemäße Anordnung dann eine Ifetnkompensation erfolgt. Zur Lösung dieser Aufgabe kann bei der Anordnung nach Fig. die Frequenz des Oszillators 0L2 zwischen dem Wert F2+fa, wenn die Strahlungsachse der Antenne mit der Fortbewegungsrichtung des Flugzeuges gleichgerichtet ist, und dem Wert F2-fa, wenn sie gegeneinander gerichtet sind, periodisch verändert werden. Wenn das Ausgangssignal des Frequenz-Diskriminators DF2 den Oszillator OLl oder 0L2 steuert, wird die Frequenz des Oszillators 0L3 zwischen den Grenzen P3+fa und F3-fa periodisch verändert.

In der Beschreibung wurde angenommen, daß die Öffnungszeit der Auswahlschaltungen Sl und S2 eine Mikrosekunde beträgt und daß die Zeitverschiebung zwischen den Öffnungszeiten beider Auswahlschaltungen aufgrund vorher festgelegter Kriterien bestimmt wurden. Als Folge der kurzen Öffnungszeiten und der Einschwingvorgänge ist es möglich, daß für ein zufriedenstellendes Arbeiten der Regelung Schwierigkelten auftreten. Es ist deshalb als Alternative vorgesehen, die Öffnungszeiten der Auswahl schaltungen zu verlängern und daß dazu der Schalt- und Speicherkreis (18, 19) so abgeändert wFrd, daß durch den Speicherkondensator während der Öffnungszeit eine Integration des Signales erfolgt. /

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ί. I O O O v7 O

Es wurde auch darauf hingewiesen, daß die durch die Auswahlschaltungen Sl und 32 ausgewählten Bereiche weit genug von der Antenne entfernt sein müßten, damit keine Korrektur infolge des Winkels zwischen Haupt- und Nebenkeule erfolgen müßte. Wenn .ledoch die Nebenkeule hügeliges Gelände überstreicht, können mehr oder weniger starke "Empfangslöcher" auftreten. Je näher der von der Nebenkeule überstrichene Bereich der Horizontlinie liegt, je höher wird die Wahrschein, lichkeit des Auftretens solcher Empfangslöcher, die ein fehlerhaftes Arbeiten der Kompensation verursachen. Es ist deshalb vorgesehen, daß die Nebenkeule einen Bereich sehr nahe der Antenne überstreicht und daß eine Korrektion des Einflusses des Winkelunterschiedes zwischen Haupt- und Nebenkeule vorgenommen wird. Diese Korrektion kann durch die in Fig. 2 gestrichelt dargestellten Schaltungsmaßnahmen erfolgen, die aus einer Einrichtung 21, einem Verstärker 22 und einem frequenzvariablen Oszillator OlA besteht. Dieser Oszillator ist mit der Mischstufe M3 verbunden, wogegen dann deren Verbindung mit dem Oszillator 0L3 entfällt. Wenn a bzw. b die Winkel der Neben- bzw. Hauptkeule zur Horizontebene sind, verknüpft die Einrichtung 21 ihre Eingangsspannung mit ihrer

cos to Ausgangsspannung gemäß der Funktion S = E , so daß

C OS el

dann vom Frequenz-Diskriminator DF2 das Ausgangssignal E = K.fc.cos a abgegeben wird.

Die vorliegende Erfindung ist anwendbar zur Festzielausblendung bei kohärenten Puls-Doppler-Radars, deren Antennen auf einer sich bewegenden oder bewegungsunstabilen Plattform angebracht sind.

6 Patentansprüche
2 Bl. Zeichnungen

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Claims

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Patentansprüche

I/ Verfahren zur Kompensation des Einflusses der Eigenbewegung der Sende-Empfangsantenne einer kohärenten Impuls-Doppler-Radaranlage, bei der die empfangenen, von Zielen reflektierten Signale mit einem Kohärenzoszillator in der Phase verglichen und nur Signale, deren Phasenlage sich gegenüber dem Kohärenzoszillator bei. zwei aufeinanderfolgenden Antennenumläufen ändert, als bewegliche Ziele ausgewertet und angezeigt werden, und bei der die Antenne auf einem ortsbeweglichen Luft- oder Landfahrzeuge bzw. einer bewegung suns tab ilen Plattform angebracht ist, auf die Pestzielausblendung dadurch gekennzeichnet, dass durch Messung des von einem näher als die zu ortenden bewegten Ziele zur Antenne gelegenen Pestzielbereiches reflektierenden Signales der Wert der durch die Antenneneigenbewegung verursachten Doppler-Verschiebung bestimmt wird und dass die Frequenz des Kohärenzoszillators um diesen Wert nachgesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortung der beweglichen Ziele mittels der Hauptkeule des Sendeantennendiagramms, dagegen die Messung der durch die Antenneneigenbewegung verursachten Dopplerverschiebung mittels der Nebenkeule erfolgt.

J. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vermeiden von durch im Pestspielbereich befindlichen beweglichen Zielen bei der Messung der durch die Antenneneigenbewegung verursachten Dopplerverschiebung aus den vom Pestspielbereich reflektierten Signalen zwei um einen vorge-

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gebenen Betrag unterschiedliche Entfernungsbereiche ausgeblendet werden, dass durch Vergleich der Signale beider Bereiche das Vorhandensein eines beweglichen Zieles ermittelt und darauf die Lage dieser Entfernungsbereiche so lange verändert wird, bis in ihnen kein bewegliches Ziel mehr vorhanden ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis j5> dadurch gekennzeiohnet, dass für Sende-Empfangsantennen mit hoher Geschwindigkeit der Eigenbewegung aus mit bekannten Mitteln ermittelten Werten für Eigengeschwindigkeit und Bewegungsrichtung eine Vorkorrektur der Frequenz des Kohärenzoszillators erfolgt.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch j5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal (F) des Kohärenzoszillators (8) einmal einer ersten Mischstufe (Ml) zusammen mit dem Ausgangssignal (Fl) eines ersten in der Frequenz veränderlichen Oszillators (OLl) und ferner einer zweiten Mischstufe (M2) zusammen mit dem Ausgangssignal (F2) eines zweiten in der Frequenz veränderlichen Oszillators (0L2) anliegt, dass der Frequenzabstand zwischen dem Ausgangssignal (Fl) des ersten Oszillators (OLl) und dem (F2) des zweiten Oszillators (0L2) mittels einer Mischstufe 12, eines ersten Frequenz-Diskriminators (DFl) und eines Verstärkers (13) durch Nachsteuerung des ersten Oszillators (OLl) auf einen Wert (f) gleich einem Viertel der Pulsfolgefrequenz der Radaranlage gehalten wird, dass die Ausgangssignale der Mischstufen (Ml bzw. M2) Über nur die Differenzfrequenz durchlassende Filter (FLl bzw. FL2) einer dritten (M3) bzw. vierten (M4) Mischstufe zugeführt werden, denen ausserdem das Ausgangssignal eines dritten in der Frequenz

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veränderlichen Oszillators (OLJ) zugeführt wird, dass die Ausgangssignale der dritten (MJ) bzw. vierten (M) Mischstufe über nur die Summenfreqüenz durchlassende Filter (FLJ bzw. FL4) einem ersten (7) bzw. einem zweiten (11) Phasendiskriminator zugeführt werden, an denen ferner die Ausgangssignale eines Zwischenfrequenzverstärkers (6) anliegen, dass das Ausgangssignal des ersten Phasendiskriminators (6) durch eine Auswerteeinrichtung (9) weiterverarbeitet werden, während . das Ausgangssignal des zweiten Phasendiskriminators (11) an zwei Auswahlschaltungen (Sl bzw. S2) anliegt, von denen die erste (Sl) nur für die Dauer des ersten Impulsesiind die zweite (S2) nur für die Dauer des zweiten Impulses des Pulspaares eines Pulsgenerators (17) leitend gesteuert wird, wobei die Auswahlschaltungen die -während dieser Zeit durchgelassenen Signalamplituden in einem Kondensatorspeicher speichern, dass ferner das Ausgangssignal der ersten Auswahlschaltung (Sl) über einen zweiten Frequenz-Diskriminator (DF2) und einen Verstärker (14) die Frequenz der dritten in der Frequenz veränderlichen Oszillators (0L3) steuert, während das Ausgangssignal der zweiten Auswahlschaltung (S2) über einen dritten Frequenz-Diskriminator (DF3) und eine Schwellwertschaltung (l6) den zeitlichen Einsatzpunkt der Pulspaare steuert.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des zweiten Frequenz-Diskriminators (DF2) ausserdem über eine Korrektionsschaltung (27), die den Einfluss der Winkelunterschiede zwischen Haupt- und Nebenkeule

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berücksichtigt, und einen Verstärker (22) einem vierten in der Frequenz variablen Oscillator (OlA) steuert, dessen Ausgangssignal an der dritten Mischstufe (M^) anliegt, wogegen das Ausgangssignal des dritten in der Frequenz variablen Oszillators (OLJ5) nur noch an der vierten Mischstufe (M4) anliegt.

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