DE2411806C2 - Modulationsgenerator für ein Puls-Doppler-Radarsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Modulationsgenerator für ein Puls-Doppler-Radarsystem zur Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung, bei dem ein Teil der unerwünschten, mehrdeutigen Entfernungs-Echosignale aus der Zeitachse sowie ein Teil der unerwünschten, mehrdeutigen Geschwindigkeits-Echosignale aus der Frequenzachse eines Zeit-Frequenz-Amplitudendiagramms herausgebracht werden, zur Erzeugung eines Sendesignals in Form einer Impulsfolge mit einem frequenzmodulierten Träger, deren Folgefrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Modulationsfrequenz der Frequenzmodulation ist.

Ein derartiger Modulationsgenerator ist aus der DE-PS 9 11 663 bekannt. Aus dieser Druckschrift ist es auch bekannt, daß ein Radarsystem ein Ausgangssignal einer mit veränderlicher Frequenz sägezchnmodulierten Impulsfolge aussendet.

Weiterhin ist es aus der US-PS 35 14 777 bekannt, bei einem Modulationsgenerator für ein Puls-Doppler-Radarsystem zur Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung mittels eines Sendesignals in Form einer frequenz-sprungmodulierten Impulsfolge einen Teil der mehrdeutigen Entfernungs-Echosignale durch eine translatorische Bewegung aus der Zeitachse sowie einen Teil der unerwünschten, mehrdeutigen Geschwindigkeits-Echosignale aus der Frequenzachse eines Zeit-Frequenz-Amplitudendiagramms zu verschieben. Diese bekannte Einrichtung weist auch einen ersten und einen zweiten Generator auf, von denen der erste eine Schwingung erzeugt und der zweite eine aus impulsgetasteten Sinusschwingungen bestehende Impulsfolge hervorruft. Dabei ist die Folgefrequenz der Impulsfolge ein geradzahliges Vielfaches der Modulationsfrequenz der Frequenzmodulation. An die beiden Generatoren sind eine Misch- und eine Taststufe zur Frequenzumsetzung und Tastung der vom ersten Generator erzeugten Schwingungen durch die impulsgetasteten Schwingungen angeschlossen.

Die Grundfunktion eines Radar-Modulalionssystems besteht darin, die genaue Transformation der Zeiten und der Änderungen der Frequenz zwischen elektromagnetischen Signalen in einem Ziel zugeordnete Entfernungs- und Geschwindigkeitsparameter zu erleichtern. Die Daten für die Zielentfernung und die Zielgeschwindigkeit werden vielfältig in bekannter Weise sowohl bei bodenständigen als auch bordeigenen Radareinrichtungen verwertet. Die Aufnahme solcher Daten ist mit Schwierigkeiten verbunden, die in der Natur des Radarsystems selbst liegen und auch von den natürlichen Einflüssen der Umgebung abhängen, in welcher die Radaranlage betrieben wird.

Insbesondere tritt bei einigen Systemen eine systemeigene Mehrdeutigkeit für die gewünschten Zielparameter wie Entfernung oder Geschwindigkeit auf, wobei jedoch nur eine einzige Parametergröße brauchbar ist. Diese Mehrdeutigkeit, die sich beim Aussenden diskontinuierlicher Radarimpulse ergibt, repräsentiert sich in Form von Echosignalspitzen, die in der

Frequenz-Zeitebene liegen und kartenmäßig aufge-2;ichnet werden können. Die Betrachtung einer solchen kartenartig erfaßten Mehrdeutigkeitsverteilung ist für das Verständnis des der Erfindung zugrunde Hegenden Problems und dessen Lösung von Vorteil.

Der Abstand der mehrdeutigen Echosignalspitzen bzw. Echosignale ist eine Funktion bestimmter Modulationsparameter des Radarsystems. Unabhängig von der Modulationsart kann, wenn ein Impuls ausgesendet wird, keine Mehrdeutigkeit beim Messen der Zielentfernung auftreten, jedoch bereitet das Messen der Zielgeschwindigkeit Schwierigkeiten. Wenn ein kontinuierliches Radarsignal ausgesendet wird, dann kann beim Messen der Dopplerfrequenz keine Mehrdeutigkeit auftreten, wogegen beim Messen der Entfernung Schwierigkeiten vorhanden sind. Bei einem bekannten Kompromiß wird eine Impulsfolge von sinusförmigen Signalen mit einer Folgefrequenz in der Größenordnung von Millionen Zyklen pro Sekunde ausgesendet Die hohe Fplgefrequenz verhindert, daß der Dopplereffekt den Übertragungsfrequenzgang des Echosignals verzerrt und dadurch die Bestimmung der Zielgeschwindigkeit beeinträchtigt, wobei noch die Möglichkeit der Entfernungsmessung gegeben ist

Je höher die Folgefrequenz ist, um so schwieriger wird die Entfernungsmessung. Im einzelnen heißt das, Echosignale von nahe gelegenen Objekten kehren unmittelbar und Echosignale von weiter entfernt gelegenen Objekten kehren zu einem späteren Zeitpunkt zum Radargerät zurück, in Abhängigkeit von jedem einzelnen ausgesendeten Impuls. Wenn die Folgefrequenz ansteigt, nimmt auch die Wahrscheinlichkeit zu, daß Echosignale von vorausgehenden Impulsen von Objekten zurückkommen, die von dem Ziel verschieden sind, und zwar in einem Zeitraum, in welchem die vom Ziel reflektierten Signale eines nachfolgenden Impulses beim Radargerät eintreffen. Daraus ergibt sich, daß es sehr schwierig ist festzustellen, welche der Echosignale von einem bestimmten, am Ziel reflektierten Radarimpuls kommen und welche von früher oder später ausgesendeten Radarimpulsen stammen. Da die Entfernung des Zieles vom Radargerät durch die Laufzeit bestimmt wird, welche der ausgesendete Impuls auf seinem Weg zum Ziel und zurück benötigt, wird es schwieriger, die Entfernung des Zieles festzustellen, wenn die Impulsfolgefrequenz größer wird. Diese Ungewißheit läßt sich graphisch in Form einer Karte mit Echosignalspitzen längs der Zeitachse darstellen, wobei die Mehrdeutigkeit durch mehrere Echosignalspitzen dargestellt wird.

Als weiteres Phänomen ergibt sich, daß die Schwierigkeit, die Geschwindigkeit des Zieles festzustellen, mit dem Ansteigen der Impulsfolgef^equcnz abnimmt und ansteigt, wenn die Impulswiederholungsfrequenz kleiner wird. Diese Geschwindigkeitsmehrdeutigkeit läßt sich graphisch ebenfalls durch Echosignalspitzen darstellen, und zwar entlang der Frequenzachse. Damit lassen sich sowohl die Geschwindigkeitsais auch die Entfernungsmehrdeutigkeiten durch Echosignalspitzen graphisch in einer Ebene erfassen, die durch die Frequenz-Zeitkoordinatenachsen verläuft. Die Verteilung der mehrdeutigen Echosignalspitzen längs der einen Achse läßt sich durch die Abstimmung der Impulsfolgefrequenz beeinflussen, wobei ein Auseinanderziehen der Verteilung der mehrdeutigen Echosignalspitzen entlang der einen Achse mit einem dichteren Zusammenschieben der mehrdeutigen EchosienalsDitzen auf der anderen Achse verbunden ist. Mit anderen Worten heißt das, ein Vergrößern der Pulsfolgefrequenz trennt die auf der Frequenzachse angeordneten bzw. der Geschwindigkeit zugeordneten mehrdeutigen Signalspitzen, so daß ■weniger von diesen innerhalb eines gegebenen und interessierenden Geschwindigkeitsbereiches des Zieles liegen, jedoch werden dadurch mehr mehrdeutige Signalspitzen entlang der Zeitachse innerhalb eines gegebenen Abschnittes erzeugt, so daß eine größere Mehrdeutigkeit in dem interessierenden Entfernungsbereich entsteht Entsprechend werden durch eine Verringerung der Impulsfolgefrequenz die der Zeit bzw. der Entfernung zugeordneten mehrdeutigen Echosignalspitzen auseinandergeschoben, so daß innerhalb eines gegebenen interessierenden Entfernungsbereiches für das Ziel eine kleinere Mehrdeutigkeit vorhanden ist, jedoch wird dies durch eine größere Mehrdeutigkeit für die Geschwindigkeit, & h. entlang der Frequenzachse, erkauft, wo in einem gegebenen Bereich eine größere Anzahl von mehrdeutigen Echosignalspitzen auftreten. Analoge Mehrdeutigkeitsprobleme ergeben sich auch bei linear frequenzmodulierten Signalen, wobei die Geschwindigkeitsmehrdeutigkeit durch eine Vergrößerung der Modulationsfrequenz verringert werden kann,

was jedoch das Problem der Entfernungsmehrdeutigkeit vergrößert Entsprechendes gilt umgekehrt bei einer Verringerung der Modulationsfrequenz.

Überdies sind dem Radar auch Schwierigkeiten eigen, die sich auf die Aufiösung beziehen und damit auf die Fähigkeit, zwischen verschiedenen Zielen zu unterscheiden. Die Auflösung wird benötigt, wenn gleiche Ziele nahe beieinanderliegen, z. B. beim Formationsflug von Flugzeugen oder einem Satelliten, in dessen Nähe sich noch die Trägerrakete befindet bzw. bei der Ermittlung eines Raketensprengkopfes, der von einem Schwarm von Köderattrappen umgeben ist. Um diese Auflösung erreichen zu können, ist es notwendig, daß das Radar Echos, welche vom ausgewählten Ziel zurückkommen, von Echos unterscheiden kann, die von anderen Objekten stammen bzw. von Signalen, die externe fremde Signalquellen aussenden. Das Radar muß in der Lage sein, im Interesse der erforderlichen Auflösung sehr schmale Impulse festzustellen, und es darf nur eine geringstmögliche Frequenz-Zeit-Mehrdeutigkeit in dem Bereich der interessierenden Entfernungs-Geschwindigkeits-Ebene haben.

Die Probleme, welche die Beschaffung von genauen Zielparametern erschweren, können in Abhängigkeit von der Umgebung, in welcher sich das Radar befindet, noch besonders akzentuiert sein. Wenn das Radar z. B. als bordeigenes Radar in einem Flugzeug, z. B. zur Kollisionsverhinderung oder Raketenlenkung, verwendet wird, sind die dabei sich ergebenden Probleme größer als bei einem bodenständigen Radar. Im bordeigenen Einsatz wird die Ermittlung der Entfernung und der Geschwindigkeit eines Zieles durch viele mögliche relative Lagen des Zieles bezüglich des Radarsenders erschwert. Das Ziel kann z. B. sich direkt auf die Antenne zu oder von ihr weg bewegen, den Radarstrahl kreuzen oder mit derselben Geschwindigkeit wie die Radarantenne sich bewegen und sich auf Höhen befinden, die über, unter oder in gleicher Höhe mit 6er Antenne sind. Wenn z. B. ein Ziel in Form eines Überschallflugzeuges in Richtung auf die Antenne fliegt, die sich ebenfalls mit Überschallgeschwindigkeit bewegt, kann die relative Geschwindigkeit zwischen dem Radar und dem Ziel um Vielfaches höher als die Geschwindigkeiten sein, die normalerweise mit boden-

ständigen Radareinrichtungen gemessen werden. Da jedoch die geforderte Impulsfolgefrequenz für eine genaue Geschwindigkeitsmessung proportional der Geschwindigkeit ist, müssen bordeigene Radars, die auf fliegende Ziele gerichtet sind, eine erhöhte Modulationsfrequenz aufweisen, verglichen mit bodenständigen Radareinrichtungen, die auf dasselbe fliegende Ziel gerichtet sind. Diese Vergrößerung der Modulationsfrequenz bewirkt jedoch auch eine Vergrößerung der Entfernungsmehrdeutigkeit.

Radargeräte von Flugzeugen oder Raketen, die in einer verhältnismäßig geringen Höhe fliegen, nehmen auch Störechos auf, die von Reflexion am Boden oder an Wolken, Nebel, Sprühregen oder dergleichen stammen, d. h. durch unterschiedliche Wetterbedingungen ausgelöst sind. Diese Störechos erschweren zusätzlich die Feststellung der Geschwindigkeit und der Entfernungsinformation aufgrund weiterer mehrdeutiger Echosignalspitzen. Herkömmliche impulsmodulierte und frequenzmodulierte Radarsignale haben Mehrdeutigkeitscharakteristiken, die zu einer Vielzahl unerwünschter Echosignalspitzen auf der Frequenz- und Zeitachse führen, wodurch sie empfindlich gegen Störechos und auch gegen Störsignale von fremden Quellen werden. Bei bodenständigen Radarsystemen werden komplizierte und rechnergesteuerte Phasenschieber zur Modulation und zur Demodulation der ausgesendeten Radarsignale benutzt, um unerwünschte mehrdeutige Echosignalspitzen innerhalb des interessierenden Geschwindigkeits-Entfernungsbereiches zu dämpfen oder sie in einen außerhalb des interessierenden Bereiches liegenden Bereich zu verschieben. Außerdem werden bei bodenständigen Systemen die Radarsignale mit sehr hoher Leistung ausgesendet, z. B. in der Größenordnung von mehreren 1000 Watt, um diese Probleme zu überwinden.

Für bordeigene Radarsysteme sind jedoch weder sehr komplizierte Schaltungen, noch hohe Leistungen, wie sie bei bekannten bodenständigen A.nlagen Verwendung finden, geeignet Radarsysteme, die eine hohe Leistung verbrauchen, würden die Energieversorgung des Flugzeugs bzw. der Rakete zu stark belasten. Deshalb sind für solche Zwecke Spitzenleistungen von weniger als 10 Watt gefordert Die Verwendung von komplizierten Schaltungen scheitert an der Tatsache, daß diese in der Regel ein sehr großes Gewicht haben und sehr viel Raum in Anspruch nehmen, was jedoch für bordeigene Radaranlagen nicht zur Verfugung steht

Durch die bekannten Maßnahmen, wie sie oben unter Hinweis auf den Stand der Technik erläutert wurden, lassen sich die aufgezeigten Probleme nicht befriedigend lösen.

Aus der US-PS 33 55 734 ist der Versuch bekannt mit Hilfe eines linearen FM-Systems mit einem außerordentlich großen Frequenzhub die Bereichsgenauigkeit und die Auflösung unter Verwendung von Impulsen mit sehr schmaler Bandbreite zu verbessern. Zu diesem Zweck verwendet dieses bekannte System ein impulsgetastetes Sägezahnsignal, dem unterschiedliche Frequenzen überlagert werden.

Weiterhin beschreibt die US-PS 34 13 632 ein Radarsystem mit einer automatischen Phasenabstimmung für den Dopplerintegrator, wobei als sendeseitiges Ausgangssignal eine Impulsfolge verwendet wird, bei der die einzelnen Impulse mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert sind.

Die oben bereits erwähnte US-PS 35 14 777 verwendet eine Vielzahl von Trägerfrequenzen, um die Entfernungs- und Geschwindigkeitsmehrdeutigkeit zu verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Puls-Doppler-Radarsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das für die Verwendung als bordeigenes Radar in Flugzeugen und Raketen oder dergleichen geeignet ist und eine Messung der Entfernung sowie der Geschwindigkeit mit besonders geringer Mehrdeutigkeit zuläßt. Diese Ermittlung der Entfernungs- und

ίο Geschwindigkeitsinformation soll auch noch bei sehr hohen relativen Geschwindigkeiten zwischen dem Radarsystem und dem Ziel möglich sein. Dabei soll das Radarsystem mit einem verhältnismäßig geringen Energieverbrauch arbeiten, um die bordeigene Energie-Versorgung nur verhältnismäßig wenig zu belasten. Ein derartiges Radarsystem soll einfach und kompakt aufgebaut sein und sich verhältnismäßig preiswert herstellen lassen, wobei hohe Zuverlässigkeit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird besonders vorteilhaft bei einem Modulationsgenerator verwirklicht der einen Generator umfaßt, dessen Ausgangssignal den Takt der von einem ersten und zweiten Generator gelieferten Signale steuert. Diese von dem ersten und zweiten Generator gelieferten Signale werden einem Mischer zugeführt. Der erste Generator besteht aus einem einfachen, eine Generatorfrequenz erzeugenden Generator, der von dem gepulsten Signal, d. h. dem vom Generator abgeleiteten Signal, an- und abgeschaltet wird. Damit

wird ein sinusförmiges impulsmoduliertes Signal geschaffen, das dem einen Eingang des Mischers zugeführt wird. Die Frequenz dieses impulsmodulierten Signals ist größer als die Impulsfolgefrequenz, jedoch ist die Folgefrequenz des impulsmodulierten Signals gleich der Impulsfolgefrequenz des gepulsten Signals. Der zweite Generator liefert ein frequenzmoduliertes Signal mit einer Frequenz, die sich in Abhängigkeit von der Steuerspannung ändert die an einen Steueranschluß des Generators angelegt wird. Diese Sieuerspannung

ο besteht aus einem Rückstellimpuls, der über Teilerschaltungen aus der Generatorfrequenz des Generators abgeleitet wird. Beim Vorhandensein eines jeden Rückstellimpulses wird der zweite Generator abgeschaltet Beim NichtVorhandensein eines jeden Rück-Stellimpulses ist der zweite Generator eingeschaltet und erzeugt eine lineare Sägezahnspannung, welche an den Steuereingang des zweiten Generators angelegt wird, um dessen Ausgangsfrequenz entsprechend zu ändern. Der Frequenzhub des frequenzmodulierten Signals des

zweiten Generators ist derart abgestimmt, daß er ein genaues Vielfaches der Impulsfolgefrequenz ist wogegen die Modulationsfrequenz derart gewählt ist daß sie ein 1/n-tes Vielfaehes der Impulsfolgefrequenz ist Da sowohl die Modulation als auch die Austastung des impulsmodulierten Signals und des frequenzmodulierten Signals von dem Generator aus gesteuert wird, werden diese Signale phasensynchron erzeugt Der Mischer multipliziert die beiden miteinander zu korrelierenden Funktionen, d. h. das impulsmodulierte Signal und das frequenzmodulierte Signal. Aufgrund der Tatsache, daß der Frequenzhub des frequenzmodulierten Signals gleich der Impulsfolgefrequenz des impulsmodulierten Signals ist und die Modulationsfrequenz

des frequenzmodulieiten Signals ein 1/n-ies Vielfaches der Impulsfolgefrequenz ist, liegen die Knotenpunkte bzw. Nullpunkte des frequenzmodulierten Signals an den Stellen der unerwünschten mehrdeutigen Echosignalspitzen längs der Zeit- bzw. Entfernungsachsen für das impulsmodulierte Signal. Damit wird durch die Multiplikation die Amplitude der unerwünschten mehrdeutigen Signale, die auf den Zeit- bzw. Entfernungsachsen liegen, verringert, wenn nicht gar ganz ausgelöscht, so daß die Entfernung und die Geschwindigkeit des Zieles sehr genau bestimmt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß sowohl im Zeitbereich als auch im Frequenzbereich mehrdeutige Echos praktisch vollständig unterdrückt werden. Diese Unterdrückung erfolgt nach dem Grundgedanken der Erfindung im wesentlichen dadurch, daß im Unterschied zu den bekannten Verfahren, bei denen eine translatorische Bewegung herbeigeführt wird, durch einen Rotationsvorgang die unerwünschten, mehrdeutigen Echosignale bei der Betrachtung des Erfindungsgegenstandes in einem Zeit-Frequenz-Diagramm in der Zeit-Frequenz-Achsenebene aus der Zeitachse ebenso wie aus der Frequenzachse herausgedreht werden. Die Erfindung erweist sich dadurch als besonders vorteilhaft, daß die mehrdeutigen, unerwünschten Echosignale sowohl im Zeitbereich als auch im Frequenzbereich zugleich durch einen einzigen Vorgang, der durch eine Rotation beschrieben werden kann, eliminiert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung m Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein mit Radar ausgerüstetes Flugzeug, dessen Radarstrahl auf ein Zielflugzeug gerichtet ist;

Fig. 2 eine kartenartige Darstellung, aus der die verschiedenen möglichen Arten von Störechos und die Echomehrdeutigkeit beim Empfang für bekannte Radareinrichtungen hervorgehen, die mit einer Pulsmodulation und einer Frequenzmodulation arbeiten:

Fig. 3 eine kartenartige Darstellung einer Mehrdeutigkeitsverteilung für ein bekanntes gepulstes Dopplerradar;

F i g. 4 eine kartenartige Darstellung der Mehrdeutigkeitsverteilung eines bekannten Radars mit einer linearen Sägezahnfrequenzmodulation;

F i g. 5 ein Schaltbild eines Modulationsgenerators; F i g. 6 Zeitdiagramme, die den Betrieb des Modulationsgenerators gemäß F i g. 5 illustrieren,

F i g. 7 auseinandergezogene Abschnitte aufeinanderfolgender Teile des Ausgangssignals des Modulationsgenerators gemäß F i g. 5;

Fig.8 eine weitere graphische Darstellung des modulierten Ausgangssignals vom Modulationsgenerator gemäß F ig. 5;

Fig.9 das Blockdiagramm eines Mikrowellenradarsystems mit einem Modulationsgenerator gemäß Fig. 5;

Fig. 10 ein Amplituden-Zeitdiagramm, aus dem die gewünschte Verringerung une.-wünschter mehrdeutiger Echos auf der Zeitachse hervorgeht, indem ein pulsmoduliertes Signal und ein frequenzmoduliertes Signal miteinander kombiniert werden;

Fig. 11 eine kartenartige Mehrdeutigkeitsverteilung, aus der die Verschiebung der mehrdeutigen Echos aus der Zeitachse hervorgeht;

Fig. 12 eine kartenartige Darstellung von Storechos entsprechend der Darstellung gemäß F i g. 2, aus der die Echo-Empfangsmehrdeutigkeit hervorgeht.

In der F i g. 1 ist ein Flugzeug 10 mit einem bordeigenen Radar dargestellt, dessen Radarstrahl 12 in Form elektromagnetischer Signale auf ein Ziel 14 in Form eines Flugzeuges gerichtet ist. Die auf das Ziel auftreffenden Signale werden zurück zum Flugzeugradar reflektiert und stellen die sogenannten Echosignale dar. Durch Vergleich der ausgesandten Signale und der empfangenen reflektierten Signale wird mit Hilfe des

ίο Radars die gewünschte Information über das Ziel ermittelt. Unglücklicherweise empfängt das Flugzeugradar auch Echosignale von anderen Objekten als dem Ziel. In der F i g. 2 sind kartenartig Störsignale zusammengefaßt, die als Funktion der Geschwindigkeit

,5 und der Entfernung des Zieles 14, bezogen auf ein bordeigenes Radar, dargestellt sind. Diese Störsignale können als ein Konglomerat von unerwünschten Störechos angesehen werden, welche dazu neigen, die Qualität der gewünschten Radarinformation zu verschlechtem bzw. die Information selbst zu verfälschen. Da diese Störechos die Darstellung auf dem Bildschirm beeinträchtigen, erschweren sie das Erkennen und die Interpretation der gewünschten, vom Ziel 14 empfangenen Echos. Die vom Boden reflektierten Anteile des Radarstrahles 12 werden als Hauptstrahl-Bodenstörechos bezeichnet. Diese Störechos werden in der Darstellung gemäß Fig. 2 vom Bereich 18 erfaßt. Ähnliche Bodenstörechos werden auch von den Seitenkeulen des vom Flugzeug 12 ausgestrahlten Radarstrahles erzeugt und als Seitenstrahl-Bodenstörechos bezeichnet, die in der Darstellung gemäß F i g. 2 im Bereich 20 erfaßt werden. Je höher sich das bordeigene Radar und damit das Flugzeug über dem Boden befindet, um so größer ist der Bereich, der erfaßt wird, und damit der Anteil der Bodenstörechos. Außerdem entstehen Störechos durch Wetterverhältnisse wie aufgrund von Regen innerhalb des Erfassungsbereiches des Radarstrahles 12, wodurch die sogenannten Wetterstörechos entstehen, die im Bereich 22 erfaßt sind. Diese Störechos ändern sich jedoch kontinuierlich aufgrund der Bewegung des Flugzeuges. Auch Störungen aufgrund externer Signale, die z. B. von anderen Radars ausgehen oder von Nachrichtenscndcrn oder Störsendern herrühren, können die Qualität der Radarwiedergabe beeinträchtigen. Es sind Verfahren bekannt, um sich bewegende Ziele von Störechos unterscheiden zu können, die die Dopplerfrequenzverschiebung aufgrund der Bewegung des Zieles ausnützen oder auch Störsignale durch Dämpfung zu beseitigen

so suchen, indem die Verstärkung im Empfangsgerät selektiv verringert wird. Diese Verfahren sinn in iursrn Ergebnis jedoch nicht voll zufriedenstellend.

In der F i g. 3 ist eine kartenartige dreidimensionale Mehrdeutigkeitsverteilung von empfangenen Echos

dargestellt, wie sie bei einem bekannten impulsmodulierten Dopplerradar als Funktion der Zeit, der Frequenz und der Amplitude auftreten, wobei diese drei Größen auf im Schnittpunkt 33 aufeinander senkrecht stehenden Achsen 28, 30 und 32 aufgetragen sind. Die Zeitmessung zwischen den ausgesandten und den reflektierten Radarsignalen, die auf der Achse 28 aufgetragen wird, ist erforderlich, um die Entfernung des Zieles ermitteln zu können. Die sich aus dem Vergleich der Dopplerverschiebung eines reflektierten

Signals, bezogen auf die Frequenz des ausgesandten Signals, ergebende Größe wird auf der Achse 30 aufgetragen und ermöglicht die Bestimmung der Geschwindigkeit des Zieles. Um den Zweck des

bordeigenen Radars zu erreichen, nämlich die Geschwindigkeit des Zieles zu messen, ist es wünschenswert, daß lediglich das in der Nähe des'Schnittpunktes

33 liegende Echosignal 34 erzeugt wird. Eine ideale Einpfangscharakteristik würde darin bestehen, daß nur ein einziges Echosignal mit einer unendlich kleinen Signalbreite im Schnittpunkt der Achsen auftreten würde, um die Frequenz und die Echoverzögerungszeit mit einer beliebig hohen Genauigkeit gleichzeitig bestimmen zu können. Ein einziges Signal mit unendlich kleiner Signalbreite würde auch die Auflösung von zwei Zielen möglich machen, unabhängig davon, wie weit sie voneinander entfernt sind. Das Echosignal 34 im Schnittpunkt 33 der Achsen gemäß F i g. 3 ist nicht ideal bezüglich der Auflösung, da das Signal eine endliche Signalbreite hat. Jedoch resultiert aus dem Echosignal

34 keine Mehrdeutigkeit, da es nur einen Wert für die Entfernung des Zieles und nur einen Wert für die Geschwindigkeit des Zieles liefert, selbst wenn dieses eine Signal zu breit sein würde, um die Anforderungen bezüglich der Genauigkeit und der Auflösung zu erfüllen. Wie aus die Fig.3 hervorgeht, hat jedoch ein herkömmliches impulsmoduliertes Dopplerradar eine Vielzahl von Echosignalen, so daß eine Mehrdeutigkeit entsteht, wobei diese mehrdeutigen Echosignale in verschiedenen Zeit-Frequenzkoordinaten liegen. Je höher die Folgefrequenz des impulsmodulierten Dopplerradarsignals ist, um so weiter sind die einzelnen Echosignale auf der Frequenzachse 30 voneinander entfernt. Dagegen sind die Echosignale auf der Zeitachse 28 um so näher beieinander, je größer die Folgefrequenz des Dopplerradarsignals ist. Alle Echos außer dem Echosignal 34 sind unerwünscht, da sie eine Mehrdeutigkeit bewirken und eine Vielzahl von möglichen Werten für die gewünschten Parameter wie der Entfernung oder der Geschwindigkeit zulassen, aus denen das Radarsystem die gewünschten Werte aussuchen muß. Man verliert also durch ein Verringern der Mehrdeutigkeit durch entsprechende Abstimmung der Folgefrequenz der Dopplerradarsignale entweder Entferr.ungsinformation oder Geschwindigkeitsinformation.

Wie man aus der F i s. 3 entnehmen kann, ergibt sich bei dem bekannten impulsmodulierten Dopplerradar eine Vielzahl von mehrdeutigen Echos 36,38 und 40, die auf der Zeitachse 28 liegen. Diese Vielzahl von mehrdeutigen Echosignalen ergibt sich aus der Diskontinuität der impulsmodulierten Dopplerradarsignale, wodurch das Radar veranlaßt wird, auf Signale gleichzeitig anzusprechen, die zur Zeit Ti, T2 und Γ3 auftreten und z. B. entsprechend der Einstellung der Entfernungskanäle einer Entfernung von 1200 m, 2400 m oder 3600 m entsprechen. Diese Echosignale, die ein Ansprechen zu einem Zeitpunkt auslösen, der von dem Zielzeitpunkt verschieden ist, können von Störechos oder von anderen vom Ziel verschiedenen Gegenständen bzw. anderen Signalquellen stammen. Daher ist es schwierig, ein Echosignal von einem Ziel mit dem entsprechenden ausgesandten Signal zu korrelieren, um sich der dazwischenliegenden Zeit sicher zu sein. Daher kann das Radar nur feststellen, daß die Entfernung des Ziels eine aus einer Vielzahl von möglichen Entfernungen ist, wobei es sich jeweils um eine ganzzahlige Vielzahl einer gegebenen Entfernung handelt. Entsprechendes gilt für die Geschwindigkeit des Zieles, so daß diese Geschwindigkeit nur als eine aus einer Vielzahl von Geschwindigkeiten angegeben werden kann.

Da die Echomehrdeutigkeit entsprechend der Darstellung gemäß Fig.3 Störsig-qale und andere Signale dazu beitragen läßt, den gewünschten Signalvergleich zu erschweren, ist es wünschenswert, diese Störsignale aus demjenigen Geschwindigkeits-Entfernungsbereich zu eliminieren, der für das Ziel von Interesse ist. Durch eine sorgfältige Auswahl der Parameter kann die Höhe des Echosignals 34 im Schnittpunkt 33 der Achsen in Abhängigkeit von den Scheitelwertcn der anderen

ίο Echosignale akzentuiert werden. Jedoch können die Amplituden der unerwünschten Echosignale nicht auf Null verkleinert werden. Der Gesamtwert aller mehrdeutigen Echosignale ist proportional zum Energieinhalt des ausgesandten Signals.

In der F i g. 4 ist kartenartig in räumlicher Darstellung die Mehrdeutigkeitsverieiiung eines bekannten, mit einem linearen sägezahnfrequenzmodulierten Radars dargestellt. Die Zeit-Frequenz- und die Amplitudenachse 42, 44 bzw. 46 stehen im Schnittpunkt 47 senkrecht aufeinander. Der Abstand zwischen benachbarten Mittelfrequenzen der hohen Echosignalrücken 48 und 50 über der Frequenzachse 44 ist eine Funktion der Modulationsfrequenz der gesendeten Schwingung. Die Zeitdifferenz zwischen den hohen Echosignalrücken 48 und 52 längs der Zeitachse 42 ist umgekehrt proportional zur Modulationsfrequenz. Die Signalbreite der kleinen Erhebungen zwischen den beiden großen Echosignalrücken 48 und 52 ist umgekehrt proportional zum Frequenzhub. Damit ergibt sich eine gegenseitige

3« entgegengesetzte Beeinflussung zwischen der Zeitmehrdeutigkeit und der Frequenzmehrdeutigkeit, basierend auf der Modulationsfrequenz für ein linear mit einem sägezahnfrequenzmoduliertes Signal, die gleich der gegenseitigen entgegengesetzten Beeinflussung zwischen der Entfernungs- und Geschwindigkeitsmehrdeutigkeit ist, wie sie sich bei impulsmodulierten Dopplersignalen, basierend auf der Folgefrequenz, ergibt. Diese Abhängigkeit, die in allen Bereichen außer dem Koordinatenursprung 47 gemäß der F i g. 4 existiert, ist unerwünscht, wegen der daraus sich ergebenden Mehrdeutigkeit.

Die Frequenz-Zeitebenen der Mehrdeutigkeitsverteiiung gemäß den F i g. 3 und 4 stehen in Beziehung zu der Störechoverteiiung gemäß F i g. 2, indem die Zeit- und

Frequenzwerte in entsprechende Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte umgewandelt und richtig skaliert werden, so daß sich die Zeit-Frequenzebenen der Mehrdeutigkeitsverteilung gemäß der F i g. 2 überlagern lassen. Die Punkte 56, die sich parallel zur Entfernungsachse gemäß der F i g. 2 erstrecken, repräsentieren Echosignalspitzen, wie sie in der F i g. 3 längs der Zeitachse 28 als Echosignale 34, 36, 38 und 40 dargestellt sind. Die ausgezogene Linie 58 — die in Wirklichkeit ein sehr schmales Rechteck ist — gemäß der F i g. 2 entspricht der Mehrdeutigkeitscharakteristik des bekannten, mit einem linearen Sägezahn frequenzmodulierten Radars entsprechend dem Echosignalrükken 48 gemäß der F i g. 4. Für die bildliche Darstellung in der F i g. 2 wurde angenommen, daß die Impulsfolgefre-

quenz und der Frequenzhub groß genug sind, so daß die übrigen Echosignalspitzen der impulsmodulationsabhängigen und der frequenzmodulationsabhängigen Mehrdeutigkeit außerhalb des interessierenden Bereiches liegen. Wie aus üer F i g. 2 hervorgeht, gibt es eine

Vielfalt von Möglichkeiten für Störechosignale, in bekannte impulsmodulierte Radars und frequenzmodulierte Radars einzudringen und dadurch die Identifikation eines gewünschten Echosignals zu komplizieren,

das zur Bestimmung der Entfernung benutzt wird, wenn die Impulsfolgefrequenz und der Frequenzhub groß genug sind, um eindeutige Geschwindigkeitsmessungen zuzulassen.

Die F i g. 5 zeigt ein teilweise in Blockform dargestelltes Schaltbild des Modulationsgenerators 60 einer Ausführungsform der Erfindung, mit welcher der Anteil der Entfernungsmehrdeutigkeit entsprechend einer bestimmten Impulsfolgefrequenz eines impulsmodulieri:n Dopplersignals oder eines bestimmten Frequenzhubs eines frequenzmodulierten Signals verringert wird. An der Ausgangsklemme 62 des Generators 60 steht ein moduliertes Ausgangssignal, an der Ausgangsklemme 64 ein Signal mit der Impulsfolgefrequenz und an der Ausgangsklemme 66 ein linear mit einem Sägezahnsignal frequenzmoduliertes Signal für den Empfängergenerator zur Verfugung. Das modulierte Signal an der Ausgangsklemme 62 umfaßt eine Kombination von impulsmodulierten und frequenzmodulierten Signalen, die gemäß der Erfindung in einer bestimmten Beziehung zueinander stehen. Die Verwendung der Modulatorausgangssignale in einem bestimmten Mikrowellenradarsystem wird anhand der F i g. 9 beschrieben. Das Zeitdiagramm gemäß der Fig.6 zeigt verschiedene Schwingungsformen an verschiedenen Punkten der Schaltung gemäß der F i g. 5, um die Wirkungsweise des Modulationsgenerators 60 und damit das Modulationsverfahren zu erläutern.

Zunächst wird die Erzeugung des Signals mit der Impulsfolgefrequenz erläutert. Der Generator 68 gemäß der F i g. 5 ist als Kristallgenerator aufgebaut und liefert an seinem Ausgang 70 ein Signal mit sehr hoher Frequenzstabilität. Ein seinem Eingang 74 nachgeschalteter Teiler 72 teilt die Frequenz des Generatorausgangssignals auf einen Wert, wie er für das Signal an der Ausgangsklemme 76 als Impulsfolgefrequenz zur Verfugung steht. Wenn für einen Anwendungsfall eine Frequenz von 800 kHz für die Impulsfolgefrequenz ausgewählt wird, da dieses Signal für mögliche Ziele die Frequenzmehrdeutigkeit von der Geschwindigkeitsinformation bzw. den Geschwindigkeitsgrenzen beseitigt, kann der Generator 68 mit einer Frequenz von 25,6 MHz arbeiten und der Teuer 72 diese Frequenz mit einer Teilung durch 32 auf 80OkHz herabsetzen. Der Generator 68, der Teiler 62 und auch andere Schaltungen des Modulators 60 können aus integrierten Schaltkreisen mit emittergekoppelten Logikschaltungen (ECL) hergestellt sein. Diese ECL-Schaltungen haben eine hohe Grenzfrequenz, so daß man kurze Anstiegszeiten erhält, was für den Betrieb des Modijlatinnsge.nerators 60 wesentlich ist. Durch den Teiler 72 wird an dem Signal mit der Impulsfolgefrequenz ein geringfügiges Vorderflankenzittern ausgelöst, so daß ein entsprechendes Signal an der Ausgangsklemme 64 zur Verfügung steht Dieses Vorderflankenzittern hat jedoch keinen bedeutenden Einfluß auf die Wirkungsweise auf das übrige Radarsystem. Das Signal 78 mit der Impulsfolgefrequenz ist in der F i g. 6 in der Zeile A als Folge von Rechteckschwingungen dargestellt

Nachfolgend wird die Erzeugung der impulsmodulierten Schwingungsform beschrieben. Die Ausgangssignale des Generators 68 und des Teilers 72 werden an die Eingänge 82 und 84 eines Flip-Flops 86 angelegt, der die Vorderkante des Signals mit der Impulsfolgefrequenz wieder herstellt. Der Flip-Flop 86 vergleicht das 800-kHz-Signal mit dem 25,6-MHz-Signal und erzeugt daraus ein verzögertes Signal 80 mit der Impulsfolgefrequenz, das praktisch kein Vorderflankenzittern zeigt und an der Ausgangsklemme 88 zur Verfügung steht. Dieses verzögerte Signal 80 ist in der Zeile B gemäß der F i g. 6 dargestellt. An den Ausgang 88 des Flip-Flops 86 ist der Eingang 92 eines monostabilen Multivibrators 90 angeschlossen. Dieser monostabile Multivibrator spricht auf die Vorderkante 94 des verzögerten Signals 80 an und liefert Schaltimpulse für das An- und Abschalten eines getasteten HF-Generators 96. Die Dauer eines jeden Tastimpulses kann in der Größenordnung von etwa 0,125 Mikrosekunden liegen, das ist etwa ein Zehntel der 1,25-Mikrosekunden-Periode der Rechteckschwingung mit der Impulsfolgefrequenz.
Der HF-Generator 96 ist mit seinem Tasteingang 98

η an die Ausgangsklemme 100 des monostabilen Multivibrators 90 angeschlossen. Dieser Generator 96 spricht auf jeden Schaltimpuls an und liefert ein kurzzeitiges sinusförmiges Signal mit konstanter Frequenz an der Ausgangsklemme 101, wodurch eine Folge von impulsmodulierten sinusförmigen Signalen 103 als Signalfolge zur Verfügung steht, wie sie in der Zeile C gemäß der Fig.6 dargestellt sind. Der HF-Generator % ist so ausgelegt, daß jedes Signal mit derselben Phasenlage beginnt. Dieser getastete HF-Generator kann ebenfalls ECL-Schaltkreise mit kreuzgekoppelten Toransteuerungen aufweisen und kann ferner mit einer Rückkopplungsstrecke versehen sein, die eine Induktionsspule 102 und einen Kondensator 104 umfaßt, um die Frequenz des Generators auf 30 MHz einstellen zu können. Die Ausgangsklemme 101 des Generators ist mit dem einen Eingang 106 eines Mischers 108 verbunden. Somit erzeugt der eine Zweig der Schaltung gemäß der F i g. 5 eine Folge von kontinuierlichen Signalen bzw. impulsmodulierten Sinussignalen 103, wobei jedes einzelne Signal etwa drei bis vier Sinusperioden umfassen kann. Sowohl der Anfang als auch das Ende eines jeden Signals steht in einem bestimmten Zeitverhältnis zu dem ansteigenden Teil des verzögerten Signals mit der Impulsfolgefrequenz, wobei jedes Signal mit derselben Phasenlage beginnt. Damit ist das Signal 103 gemäß der Zeile C in der Fig.6 phasensynchron mit den Signalen 78 und 80 mit der Impulsfolgefrequenz, wie sie in den Zeilen A und B dargestellt sind.

Nachfolgend wird die Erzeugung des linear mit einem Sägezahnsignal frequenzmodulierten Signals beschrieben. Die Ausgangsklemme 76 des Teilers 72 ist auch mit dem Eingang 107 eines weiteren Teilers 113 verbunden, der die Impulsfolgefrequenz im Verhältnis 1 : 64 weiter teilt, wodurch eine Rechteckschwingung 109 am Ausgang 110 zur Verfügung steht, wie sie in der Zeile D gemäß der F i g. 6 dargestellt ist. Diese Rechteckschwingung 109 hat eine Folgefrequenz von 12,5 kHz und dient zur Ansteuerung eines Flip-Flops 114 an dem ersten Eingang 112. Ein zweiter Eingang 124 des Flip-Flops ist mit dem Ausgang 70 des Generators 68 verbunden. Der Flip-Flop 114 bewirkt ein verzögertes Rechtecksignal 111 am Ausgang 116, das phasenkohärent und verzögert zur Rechteckschwingung 109 und zum Ausgangssignal des Generators 68 ist Dieses Signal ist in der Zeile E gemäß der F i g. 6 dargestellt. Mit Hilfe des Flip-Flops 114 wird jegliches Vorderflankenzittern, wie es durch die Teiler 72 und 113 an der Schwingungsform 109 wirksam sein kann, beseitigt Damit erhält man eine Schwingungsform 111 mit einer 12,5-kHz-Folgefrequenz, deren Vorderflanke genau bestimmt ist d. h. phasenkohärent mit dem Signal mit der Impulsfolgefrequenz verläuft

Die Eingangsklemme 118 eines monostabilen Multivibrators 120 ist mit der Ausgangsklemme 116 des F'ip-Flops 114 verbunden. Dieser monostabile Multivibrator 120 spricht auf die Vorderflanken der Rechteckschwingung 111 an und liefert ein Rückstellsignal 122, das phasenkohärent mit der Schwingungsform 111 ist und eine Zeitdauer in der Größenordnung von etwa 0,2 Mikrosekunden hat Dieses Rückstellsignal 122 ist in der Zeile F gemäß der Fig.6 dargestellt. Die Ausgangsklemme 126 des Multivibrators 120 ist mit der Steuerklemme 127 einer Rückstellschaltung 128 verbunden. Ferner liegt die Ausgangsklemme des Multivibrators an der Steuerklemme 129 einer Ladeschaltung 130 und an der Steuerklemme 131 einer Konstantstromquelle 132.

Ein getasteter UHF-Generator 134 spricht auf eine Spannung mit sich ändernder Amplitude an einer Steuerklemme 136 an und bewirkt an der Klemme 138 eine entsprechende lineare Frequenzänderung des sinusförmigen Ausgangssignals. Ferner spricht der UHF-Generator 134 auf das Vorhandensein bzw. Fehlen eines Rückstellsignals negativer Polarität an, welches über eine Rücksteliklemme 140 angelegt wird, um entsprechend das ausgangsseitige, an der Ausgangsklemme 138 zur Verfügung stehende Signal in genauer zeitlicher Beziehung zu dem Rückstellsignal ein- und auszuschalten. Die frequenzbestimmende Rückkopplungsstrecke des UHF-Generators 134 enthält einen spannungsabhängig veränderlichen Kondensator 142, eine Induktivität 144 und die Kollektor-Emitter-Kapazität 146 eines Transistors 147. Die Induktivität einer Spule 148 und die Kapazität eines Koppelkondensators 150 sind derart ausgewählt, daß sie einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Schwingfrequenz des Generators haben.

Das Vorhandensein des Rückstellsignals 122, welches am Ausgang des Multivibrators 120 zur Verfügung steht, bewirkt, daß die Konstantstromquelle 132 und der UHF-Generator 134 unwirksam werden und die Ladeschaltung 130 eingeschaltet wird. Damit wird von der Ladeschaltung 130 am Ausgang 151 während der Dauer von 0,2 Mikrosekunden des Rückstellsignals 122 ein Ladestrom zur Verfügung gestellt, der zu dem integrierten Kondensator 152 fließt. Dieser Ladestrom ändert sehr rasch die Ladung des Kondensators 152, wie aus der ansteigenden Flanke 154 der Schwingungsform 156 in der Linie G gemäß der F i g. 6 hervorgeht. Die Rückstellschaltung 128 bewirkt eine niveaumäßige, phasenmäßige und formmäßige Änderung des Rückstellsignals, um ein geeignetes Signal für das Abschalten des Transistors 158 zu schaffen, um die Versorgungsspannung vom UHF-Generator 134 während der Zeit der Einwirkung des Rückstellsignals 122 abzuschalten. Diese Austastung ist in der Schwingungsform 162 in der Zeile H gemäß der Fig.6 mit 160 bezeichnet. Damit wird der Kondensator 172 aufgeladen, während der UHF-Generator 134 abgeschaltet ist.

Bei der Änderung des Rückstellsignals 122 vom hohen Potential 164 auf das niedere Potential 167 erfährt der Kondensator 152 über die Konstantstromquelle 132 eine lineare Entladung, wie dies aus dem linearen Teil 168 der Schwingungsform 156 hervorgeht. Dadurch wird das sich linear ändernde Sägezahnsignal geschaffen. Mit dem Abfall der Rückflanke des Rückstellsignals werden auch die Ladeschaltung 130 abgeschaltet und der UHF-Generator 134 wieder eingeschaltet. Mit der abnehmenden Spannung beim Entladen des Kondensators 142 nimmt auch die Spannung ab, die an die spannungsabhängig veränderliche Kapazität in Form einer Varaktordiode 142 über einen Widerstand 170 und den Anschluß 136 angelegt wird. Die sich daraus ergebende Kapazitätsänderung des spannungsabhängig veränderlichen Kondensators 142 bewirkt eine Frequenzänderung für den UHF-Generator 124 zwischen 314,6 MHz, welche der höchsten Amplitude des Sägezahnsignals 156 entspricht, und 315,4 MHz, welches der kleinsten Amplitude des Sägezahnsignals 156 entspricht. Die gesamte Abweichung ist so eingestellt, daß sie gleich der Impulsfolgefrequenz ist welche 800 kHz ist Außerdem könnte die Amplitude des Sägezahnsignals auch derart eingestellt sein, daß sie eine Abweichung bewirkt die ein genaues, von 1 abweichendes Vielfaches der Impulsfolgefrequenz ist. Da die Frequenz des UHF-Generators periodisch in Abhängigkeit von dem wiederkehrenden linearen Sägezahn geändert wird, folgt daraus, daß die erzeugte Schwingungsform 162 mit einem linearen Sägezahn frequenzmoduliert ist Der Modulationsgrad der Schwingungsform 162 wird von der Folgefrequenz des Sägezahnsignals 156 bestimmt, welche ein 1/n-tes Vielfaches der Impulsfolgefrequenz, und zwar im vorliegenden Fa'' der 64. Teil der Impulsfolgefrequenz ist.

Eine Leistungstetlerschaltung 178 ist mit seiner Eingangsklemme 180 an den Ausgang 138 des UHF-Generators 134 angeschlossen. Der erste Ausgang 182 der Leistungsteilerschaltung ist mit dem Eingang 184 des Mischers 108 und der zweite Ausgang 186 mit der Ausgangsklemme 66 des Modulators verbunden. Diese Ausgangsklemme 66 des Modulators liegt an einem Mischer des Radarempfängers (siehe F i g. 9), wie es nachfolgend beschrieben wird. Diese Leistungsteilerschaltung 178 teilt das mit dem linearen Sägezahnsignal frequenzmodulierte Signal 162 zwischen die beiden Ausgänge der Leistungsteilerschaltung auf. Der Mischer 108 mischt die 100% impulsmodulierte Sinusschwingung 103 vom HF-Generator 96 mit dem linear mit dem Sägezahnsignal frequenzmodulierten Signal 162 des UHF-Generators 134, wodurch zumindest die Summe und die Differenz der Frequenzkomponenten der beiden Schwingungsformen 162 und 103 an der Ausgangsklemme 166 des Mischers zur Verfügung stehen, die mit der Eingangsklemme 188 eines Bandpaßfilters 190 verbunden ist. Die Summe der Frequenzkomponenten der Signale am Ausgang 166 des Mischers 108, welche beiderseits einer Mittelfrequenz von etwa 345 MHz angeordnet sind, werden ausgefiltert und über die Ausgangsklemme 62 des Modulationsgenerators 60 zur Verfügung gestellt. Die Schwingungsform 192 in der Linie / gemäß der F i g. 6 illustriert dieses zusammengesetzte modulierte Ausgangssignal, welches aus der Kombination eines frequenzmodulierten und eines impulsmodulierten Signals besteht.

Die Kombination des impulsmodulierten Signals 103 und des frequenzmodulierten Signals 162 bewirkt, daß die Anfangsphase des resultierenden Ausgangssignals 192 sich von Impuls zu Impuls innerhalb eines gegebenen Modulationszyklus verändert. Im einzelnen heißt das, daß sich fortschreitend die Phase zwischen benachbarten Impulsen des zusammengesetzten Signals 192 innerhalb eines Modulationszyklus gemäß der Fig. 7 ändert. Die gesamte relative Phasenverschiebung bezüglich einer ausgewählten Bezugsphase tendiert dazu, während jeder Modulationsperiode größer zu werden. So hat z. B. der erste Impuls 195 in der Zeile / gemäß der F i g. 6, der nach dem Rückstellimpuls 164 in

der Zeile F gemäß der F i g. 6 auftritt, eine Phasenverschiebung von z. B. 7 Grad bezüglich der Anfangsphase der Schwingungsform 162 in der Zeile H gemäß der Fi}:.6, wie aus der Fig.7 hervorgeht Der zweite Impuls 194 in der Zeile /gemäß der F i g. 6 hat dann eine Phasenverschiebung in der Größenordnung von etwa 28 Grad bezüglich der Bezugsphase, die sich aus der Schwingungsform 162 ergibt. Entsprechend würde auch der dritte Impuls, der in der F i g. 6 nicht dargestellt ist eine relative Phasenverschiebung von etwa 63 Grad aufweisen, wie die Schwingungsform 195 gemäß der F i g. 7 andeutet Damit ergibt sich eine Abhängigkeit in Form einer geometrischen Reihe, bezogen auf die Phase von einem Impuls zum nächsten, während eines gegebenen Modulationszyklus.

In der F i g. 8 ist eine schematische Darstellung des Ausgangssignals 192 des Modulationsgenerators 60 während zweier kompletter Modulationszyklen dargestellt. Im einzelnen zeigt die Darstellung die Frequenz, gemessen längs der Achse 202, in Abhängigkeit von der Zeit die auf der Zeitachse 204 entsprechend dem Ausgangssignal 192 aufgetragen ist. Die Zeitdauer für einen kompletten Modulationszyklus erstreckt sich von Ti bis Γ2, wobei diese Zeitdauer auch der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Rückstellimpulsen 164 gemäß der F i g. 6, Zeile F entspricht. Das Signal 206 entspricht dem Teil des Ausgangssignals 192, das sich aus der Mischung des ersten Signals des Schwingungsform 103, welches nach dem Rückstellimpuls 164 gemäß der Fig.6, Zeile C auftritt, und dem gleichzeitig vorhandenen Teil der Schwingungsform 162 ergibt. Das Signal 208 ergibt sich aus der Mischung des zweiten Signals der Schwingungsform 103, das nach dem Rückstellimpuls 164 auftritt, und dem entsprechenden Teil der Schwingungsform 162, der eine leicht vergrößerte Frequenz aufgrund der verkleinerten Amplitude des Sägezahnsignals 168 hat. Damit hat das Signal 208 eine etwas höhere Mittelfrequenz als das Signal 206. Die weiteren folgenden Signale haben jeweils entsprechend vergrößerte Mittelfrequenzen, wie aus der F i g. 8 hervorgeht, bis sich eine Gesamtzahl von 64 Signalen eingestellt hat. Nachdem diese Zahl der ausgangsseitigen Signale erreicht ist, wird zu einem Zeitpunkt, zu welchem das nächstfolgende Rückstellsignal 209 erzeugt wird, der UHF-Generator 134 zurückgestellt und beginnt im Zeitpunkt ΤΪ einen neuen Zyklus mit dem ersten Signal 210 gemäß der F i g. 8. Die Zeit zwischen den einzelnen Signalen ist gleich der Periodendauer des Signals mit der Impulsfolgefrequenz, da die Folgefrequenz des impulsmodulierten Signals 103 gleich dieser Impulsfolgefrequenz ist.

Aus der Fig.9 geht ein Mikrowellensystem 211 mit einem Modulationsgenerator 60 hervor. Die Ausgangsklemmen des Modulationsgenerators 60 gemäß der Fig.9 sind mit denselben Bezugszeichen wie in der F i g. 6 bezeichnet. Das modulierte Ausgangssignal 192 wird an einen ersten Eingang 212 eines Einseitenbandwandlers 214 angelegt Der zweite Eingang des Einseitenbandwandlers ist mit der Ausgangsklemme 218 eines Generators 220 verbunden, der ein Trägersignal mil einer Frequenz in der Größenordnung von 10 GHz liefert. Die Summen und Differenzen der Frequenzkomponenten aus dem Trägersignal und dem Ausgangssignal 192 des Modulators stehen an der Ausgangsklemme 221 zur Verfügung. Ein Mikrowellenbandfilter 222 ist mit seinem Eingang 224 an die Ausgangsklemme des Einseitenbandwandlers angeschlossen und filtert das obere Seitenband des modulierten Trägers aus, um dieses über die Ausgangsklemme 226 an den Eingang 228 einer getasteten Impulsverstärkerkette 230 anzulegen. Die Ausgangsklemme 64 des Modulationsgenerators 60 ist mit einer Klemme 232 der Impulsverstärkerkette 230 verbunden, so daß das Signal mit der Impulsfolgefrequenz die Verstärkerkette phasensynchron mit dem Vorhandensein des modulierten Signals 92 tasten kann. Die Impulsverstärkerkette 230 wird durch das Tasten ein- und ausgeschaltet, um Leistung zu

ι ο sparen, die letztlich von der bordeigenen Energieversorgung des Flugzeugs geliefert werden muß. Die Ausgangsklemme 234 der Impulsverstärkerkette 230 isf mit einer Antenne 236 verbunden, über welche das modulierte Radarsignal ausgesendet wird.

Die aufgrund des ausgesendeten Radarsignals erzeugten und zurückreflektierten Echosignale werden über die Antenne 236 empfangen und einem ersten Eingang 238 eines Mikrowellenmischers 240 zugeführt. Der zweite Eingang 242 des Mischers 240 ist mit der Ausgangsklemme 218 des Generators 220 verbunden. Der Mischer 240 setzt die empfangenen Signale auf eine niedrigere Frequenz um und legt diese Signale über die Ausgangsklemme 244 an den Eingang 246 eines Zwischenfrequenzverstärkers 248, der als Bandfilterverstärker aufgebaut ist und auf eine Bandmittenfrequenz von etwa 345 MHz abgestimmt ist. Die Eingangsklemme 250 eines weiteren Mischers 252 ist mit dem Ausgang 254 des ZF-Verstärkers 248 verbunden und empfängt das verstärkte ZF-Signal. An oinen zweiten

Eingang 256 des Mischers 252 ist die Ausgangsklemme 66 des Modulationsgenera tors 60 angeschlossen, um das mit dem linearen Sägezahn frequenzmodulierte Signal 162 anzulegen, das in der Zeile H gemäß der F i g. 6 dargestellt ist. Durch die Mischung dieses Signals 162 mit dem ZF-Signal entsteht ein 30-MHz-Ausgangssignal, das an der Klemme 258 des Mischers 252 zur Verfügung steht und anschließend von einem Filterverstärker 259, einer Signalverarbeitungsstufe 260 und einer Entscheidungslogik 261 weiterverarbeitet wird, um die erforderlichen Daten und Steuersignale einer ausgangsseitigen Stufe 262 in Form von Entfernungsund Geschwindigkeitsinformationen zur Verfügung zu stellen. Die der Signalverarbeitung dienenden Stufen 259,260,261 und 262 sind allgemein bekannt.

In der Fig. 10 wird anhand eines Diagramms das Ergebnis illustriert, das sich aufgrund des Modulationsverfahrens unter Verwendung des Modulationsgenerators 60 ergibt. Dabei stellt die F i g. 10 die Korrelationsfunktionen gemäß den Fig.3 und 4 dar, wie sie sich durch eine zweidimensionale Mehrdeutigkeitsdarstellung definieren, die die Zeitachse und die Amplitudenachse schneidenden Ebenen erfaßt. Die ausgezogenen Signalspitzen 34, 36 und 38 gemäß der Fig. 10 entsprechen den Echosignalspitzen 34, 36 und 38 längs der Zeitachse gemäß der F i g. 3 für die Mehrdeutigkeitsfunktion bei einem impulsmodulierten Dopplerradar. Die gestrichelte Linie 274 entspricht den ersten drei Maximas, die auf der Zeitachse 42 gemäß der Fig.4 gestrichelt dargestellt sind, wobei diese Linie von der Signalspitze des Echosignals 48 ausgeht. Die Signalspitzen 34,36 und 48 entsprechen der Entfernungsmehrdeutigkeit, die dem impulsmodulierten Signa! gemäß der F i g. 6, Zeile £, eigen ist, das an den Mischer 108 des Modulationsgenerators 60 angelegt wird. Die gestrichelte Linie 274 entspricht der Entfernungsmehrdeutigkeit, die dem mit einem linearen Sägezahn frequenzmodulierten Signal 162 eigen ist, das ebenfalls an den Mischer 108 angelegt wird. Dieser Mischer 108 bewirkt

eine Multiplikation der Mehrdeutigkeitscharakteristik 274 des frequenzmodulierten Signals mit der Mehrdeutigkeitscharakteristik 271 des impulsmodulierten Signals. Wie aus der Fig. 10 hervorgeht, läßt sich durch die Auswahl eines Frequenzhubs für das frequenzmodulierte Signal gleich der Impulsfolgefrequenz des impulsmodulierten Signals erreichen, daß die Knoten der Mehrdeutigkeit für das frequenzmodulierte Radar mit den unerwünschten mehrdeutigen Signalspitzen 36 und 38 des impulsmodulierten Signals zusammenfallen. Durch die Multiplikation dieser beiden Mehrdeutigkeitscharakteristiken läßt sich in der Tat eine wesentliche Vergrößerung der Amplitude der gewünschten zusammengesetzten Signale im Bereich des Schnittpunktes der Amplitudenachse und der Zeitachse erzielen und eine wünschenswerte Dämpfung für die unerwünschten Signalspitzen längs der Zeitachse und der Frequenzachse erreichen. Praktisch ist das Produkt dieser beiden charakteristischen Werte im Bereich der mehrdeutigen Echosignalspitzen 36 und 38 Null und erreicht im Bereich der Echosignalspitze 34 seinen maximalen Wert

Das Modulationssystem gemäß der Erfindung führt zu einer zusammengesetzten Mehrdeutigkeitscharakteristik für ein Radar, welche dem Ansprechverhalten für die Mehrdeutigkeit bei einem impulsmodulierten Radar entspricht, wobei jedoch diese Mehrdeutigkeitscharakteristik um die Amplitudenachse derart gedreht ist, daß die unerwünschten Mehrdeutigkeiten außerhalb der Zeitachse liegen. In der kartenartigen Mehrdeutigkeitsverteilung gemäß der F i g. 11 wird ein ausgewählter Bereich der Mehrdeutigkeitscharakteristik für das Radarsystem gemäß der F i g. 9 illustriert. Das gewünschte Ansprechverhalten im Schnittpunkt der Frequenzachse 280 mit der Zeitachse 282 sowie der Amplitudenachse 284 führt zu einer Echosignalspitze 279, deren Amplitude gleich der Amplitude der in diesem Schnittpunkt liegenden Signalspitze bei einem impulsmodulierten Radar ist, wobei diese Echosignalspitze auch etwa den gleichen Energieinhalt hat. Die unerwünschte Signalspitze 286 und alle anderen folgenden Signalspitzen sind aus der Zeitachse 282 heraus verschoben und liegen nun längs einer Linie 281, die unter einem Winkel 288 zur Zeitachse 282 verläuft. Die unerwünschten mehrdeutigen Echosignalspitzen, die zuvor auf der Frequenzachse angeordnet waren, werden dabei nicht verschoben. Eine Achse 289 schneidet die Zeitachse 282 zum Zeitpunkt Π gemäß der F i g. 3 und verläuft parallel zur Frequenzachse 280.

In der Fig. 12 repräsentieren die Punkte 290 die verschobenen mehrdeutigen Echosignalspitzen, welche unter Verwendung des Modulationssystems gemäß der Erfindung entstehen. Aus einem Vergleich der F i g. 2 mit der Fig. 12 geht hervor, daß die Bereiche der Punkte 290, die innerhalb des Bereichs 18 für die Hauptstrahl-Bodenstörechos liegen und mehrdeutige Echosignalspitzen darstellen, zahlenmäßig um ein Vielfaches weniger sind als die Anzahl der Punktbereiche 56 gemäß der Fig.2 und der ein Rechteck repräsentierenden Linie 158 innerhalb dieses Bereichs der Hauptstrahl-Bodenstörechos. Für den Zweck der Darstellung der Störechoverteilung in der Fig. 12 wird ebenfalls davon ausgegangen, daß die Impulsfolgefrequenz und der Frequenzhub derart ausgewählt wurden, daß die Geschwindigkeitsmehrdeutigkeiten aus dem interessierenden Geschwindigkeitsbereich weitgehendst entfernt werden. Deshalb wird auch nur eine Reihe von Mehrdeutigkeiten dargestellt Die Zahl der Möglichkeiten, welche ein Radarsystem gemäß der F i g. 9 unter Verwendung eines Modulationskodegenerators auswählen kann, um den Zielbereich zu erreichen, ist wesentlich reduziert im Vergleich mit bekannten Systemen, die entweder die gleiche Impulsfolgefrequenz oder den gleichen Frequenzhub haben. Dadurch läßt sich die Effektivität des Radarsystems mit Hilfe der Erfindung wesentlich vergrößern.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß mit Hilfe der Erfindung eine Verringerung der mehrdeutigen Echosignalspitzen innerhalb des gewünschten Geschwindigkeits-Entfernungsbereiches gegenüber bekannten Systemen erzielt werden kann, die entweder impulsmodulierte Radarsignale oder linear mit einem Sägezahn frequenzmodulierte Radarsignale verwenden. Die tolerierbare obere Grenze der Folgefrequenz der Radarsignale kann vergrößert werden, wodurch Frequenzmehrdeutigkeiten aus den interessierenden Geschwindigkeitsbereichen entfernt werden, während nur dieselbe Anzahl von Mehrdeutigkeiten längs der Zeitachse erhalten bleibt, die auch bei bekannten Radarsystemen mit einer niederen Folgefrequenz vorhanden ist. Nach einer anderen Betrachtungsweise ermöglicht die Erfindung, die Mehrdeutigkeiten längs der Entfernungsachse wesentlich zu verringern unter Verwendung derselben Folgefrequenz.
Aus der Beschreibung ist ableitbar, daß auch andere Frequenzverhältnisse zu entsprechend befriedigenden Ergebnissen führen, solange die Folgefrequenz der impulsmodulierten Signale gleich dem Frequenzhub des FM-moduiierten Signals wird und die Modulationsfrequenz des FM-modulierten Signals ein 1/n-tes Vielfaches der Impulsfolgefrequenz des impulsmodulierten Signals ist Das Modulationssystem gemäß der Erfindung ist besonders attraktiv für die Anwendung bei bordeigenen Radarsystemen, die auf Luftziele gerichtet werden, die eine hohe Folgefrequenz erfordern und nur mit einer mäßigen Sendeleistung arbeiten. Aufgrund der Tatsache, daß das System sehr einfach mit integrierten Schaltungen zu verwirklichen ist, läßt sich dadurch das Modulationssystem sehr einfach und zuverlässig aufbauen, wobei auch der geringe Raumbedarf für die Verwendung bei Flugzeugen äußerst günstig ist.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Modulationsgenerator für ein Puls-Doppler-Radarsystem zur Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung, bei dem ein Teil der unerwünschten, mehrdeutigen Entfernungs-Echosignale aus der Zeitachse sowie ein Teil der unerwünschten, mehrdeutigen Geschwindigkeits-Echosignale aus der Frequenzachse eines Zeit-Frequenz-Amplitudendiagramms herausgebracht werden, zur Erzeugung eines Sendesignals in Form einer Impulsfolge, mit einem frequenzmodulierten Träger, deren Folgefrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Modulationsfrequenz der Frequenzmodulation ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzhub der Frequenzmodulation gleich der Folgefrequenz der Impulsfolge oder einem ganzzahligen Vielfachen davon ist.

2. Modulationsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzmodulierte Trägersignal im wesentlichen linear mit der Modulationsfrequenz zwischen einer minimalen und einer maximalen Frequenz verändert wird, die ein 1 /n-tes Vielfaches der Impulsfolgefrequenz ist.

3. Modulationsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Generator (96) und ein zweiter Generator (134) vorhanden sind, die jeweils ein impulsmoduliertes bzw. ein frequenzmoduliertes Signal erzeugen und die an einen dritten Generator (68) angeschlossen sind, der die Phasenbeziehung zwischen dem impulsmodulierten und dem frequenzmodulierten Signal steuert.

4. Modulationsgenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bandpaßfilter (109) ausgangsseitig an einen Mischer (108) angeschlossen ist, welches Frequenzkomponenten aus dem Ausgangssignal ausfiltert, die gleich der Summe oder der Differenz der Frequenzkomponenten des frequenzmodulierten Signals und des impulsmodulierten Signals sind.

5. Modulationsgenerator nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Generator (96) und der zweite Generator (134) an jeweils einen Steueranschluß einer Zeitschaltung (90 bzw. 130) angeschlossen sind, deren Signal von dem dritten Generator (68) so gesteuert wird, daß eine Phasenkohärenz zwischen dem impulsmodulierten Signal und dem frequenzmodulierten Signal vorhanden ist.

6. Modulationsgenerator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Generator (68) ein frequenzstabiles Signal liefert, daß dem dritten Generator (68) ein erster Teiler (72) nachgeschaltet ist, der das frequenzstabile Generatorsignal unterteilt, und daß ein erster monostabiler Multivibrator (86) mit einem ersten Eingang am Ausgang des dritten Generators (68) liegt und an seinem zweiten Eingang mit dem Ausgang des ersten Teilers (72) verbunden ist, um dem Multivibrator ein erstes, für die Ansteuerung des ersten Generators (96) zu verarbeitendes Steuersignal zuzuführen.

7. Modulationsgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Teiler (113) vorhanden ist, der am Ausgang des ersten Teilers (72) liegt und das frequenzstabile Generatorsignal weiter unterteilt, daß ein zweiter Multivibrator (114) mit seinem ersten Eingang am Ausgang des dritten Generators (68) und mit seinem zweiten Eingang am Ausgang des zweiten Teilers (113) liegt und daß der zweite Multivibrator (114) in Abhängigkeit auf das unterteilte frequenzstabile Generatorsignal ein zweites Steuersignal liefert, das zur Ansteuerung des zweiten Generators (134) dient.