DE3600827A1

DE3600827A1 - Radarverfahren zur hubschrauberentdeckung

Info

Publication number: DE3600827A1
Application number: DE19863600827
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dieter Dr Ing Wirth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-01-14
Filing date: 1986-01-14
Publication date: 1987-07-16
Also published as: DE3600827C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radarverfahren zur Hubschrauberentdeckung innerhalb eines zu überwachenden Raumes.

Schwebende Hubschrauber, welche für militärische Aufgaben nur kurzzeitig, z. B. 20 bis 30 Sekunden, über dem Horizont aus einer Abschattung auftauchen, sind bekanntlich mit eingeführten Radarsystemen nur sehr unsicher zu entdecken.

Durch den Schwebeflug wird vom Hubschrauberkörper nur ein Echosignal ohne Dopplerverschiebung erhalten. Wegen der notwendigen Unterdrückung der Bodenechosignale durch Festzielunterdrückungs- oder Dopplerfilter werden auch diese Zielechosignale unterdrückt. Nur einzelne, von den Rotorblättern des Hubschraubers kommende Echosignale bieten daher eine Möglichkeit, einen schwebenden Hubschrauber bei gleichzeitig empfangenen Bodenechos zu entdecken, da sie von der Festzielunterdrückung nicht weggefiltert werden können. Die Rotorblätter reflektieren erfahrungsgemäß nur für relativ kurze Zeiten (ca. 100 bis 200 µs) und mit einer langen Wiederholperiode (ca. 30 bis 60 ms), vergleiche dazu die Literaturstellen:

1) F. Chevalier, C. Delhote, C. Coulombeix, C. Schnaider:
Signatures des cibles et des fonds et traitement des signaux radar. AGARD Conf. Preprint No. 364 S. 6-7
2) L. H. Phillpotts:
Helicopter main rotor blade detection, RSRE divisional memo, April 1984
3) G. Retzer:
Radar Signatures of Helicopter, AGARD Conf. Preprint No. 364, S. 27-1 (Abstract).

Um dem konventionellen Radar die Chance zu sichern, wenigstens ein "Aufleuchten" des Rotors auszunutzen (L. H. Phillpotts: Helicopter main rotor blade detection RSRE divisional memo, April 1984), muß sich die Antenne so langsam drehen, daß sich die Antennenkeule in der maximalen Wiederholperiode (z. B. 60 ms) nur um eine Keulenbreite (z. B. 2°) bewegt. Daraus resultiert eine Umdrehungszeit von beispielsweise mindestens T_u = 0,06 · 360/2 = 10,8 s. Eine solche Umdrehungszeit ist für andere Aufgaben von Nahbereichs-Radars und bezüglich der Erscheinungszeit des Hubschraubers jedoch ziemlich lang. Außerdem muß die Pulsfolgefrequenz des Radars so hoch sein, daß während des kurzen "Aufleuchtens" des Rotors dieser auch wenigstens einen Impuls erhält. Daraus folgt eine Pulsfolgefrequenz von mindestens 5 bis 10 kHz, was ebenfalls für die übrigen Aufgaben des Radars einen zu hohen Wert darstellt. Durch diese Vorkehrungen wird aber erst erreicht, daß das Radar wenigstens einen Impuls erhält. Von einem regelmäßigen Aufleuchten, d. h. mehreren Echoimpulsen, kann jedoch kein Gebrauch gemacht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Radarsuchverfahren zu schaffen, mit dem sich eine möglichst rasche Entdeckung von schwebenden Hubschraubern erreichen läßt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß von einem Sender ein Dauerstrichsignal mit aufgeprägter Codierung (Modulation) von einer Rundstrahl- oder Sektorantenne in den zu überwachenden Raum abgestrahlt wird, daß in einem Empfänger zum einen eine winkelmäßige Auflösung der Zielechosignale mittels eines über den zu überwachenden Bereich rosettenartig verteilten und ständig aufnahmebereiten Antennen-Keulenvielfachs und zum anderen mittels einer in jedem Empfangskeulenkanal nach einer Festzielfilterung durchgeführten Codekompression, d. h. einer Decodierung des auf der Sendeseite aufgeprägten Codes, eine Entfernungsauflösung von Zielechosignalen vorgenommen wird, daß die durch die Codekompression einem der Zielentfernung entsprechenden Entfernungselement zugeordneten, durch ein unkorreliert fluktuierendes Signal mit überlagerten, hinsichtlich der Folgefrequenz von der Rotorblattzahl und Rotordrehzahl des Hubschraubers abhängigen Einzelimpulsen beschriebenen Hubschrauberechosignale gegenüber anderen Echosignalen durch eine spezifisch zum Erkennen von Radarhubschraubersignaturen aufgebaute Echosignalverarbeitung im Anschluß an die Codekompression klasifiziert werden, wobei bei der Implementierung der Echosignalverarbeitung vorausgesetzt ist, daß die zur Klassifizierung der spezifischen Radarhubschraubersignaturen notwendigen Algorithmen bekannt sind und es unerheblich ist, welches Echosignalverarbeitungsverfahren implementiert wird. Außer der Entdeckung eines Hubschraubers wird somit durch das erfindungsgemäße Verfahren eine gewisse Klassifizierung bewirkt, insbesondere aufgrund der Periode des Rotor-"Aufleuchtens".

Für das Radarverfahren nach der Erfindung wird ein Radarkonzept herangezogen, das zum Teil, allerdings in einem anderen Zusammenhang, aus der DE-OS 29 02 039 bekannt ist. Bei diesem bekannten Radarkonzept wird sendeseitig ebenfalls der Beobachtungsraum im Dauerstrich mit einem codierten Signal beleuchtet und empfangsseitig der gleiche Bereich mit einem Keulenvielfach abgedeckt. Das Radarsystem nach der DE-OS 20 02 039 ist sehr resistent gegen Anti-Radar-Flugkörper, da sowohl eine hohe Pulsleistung wie beim Pulsradar als auch die Bildung einer Hauptkeule beim Sender vermieden wird, wodurch beim Anti-Radar-Flugkörper die früher im regelmäßigen Rhythmus der Antennenumdrehung angebotene hohe Strahlungsleistungsdichte erheblich vermindert wird. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei der teilweisen Anwendung dieses bekannten Radarkonzepts während eines wählbaren Zeitintervalls die Nutzung jedes "Aufleuchtens" des Rotors eines Hubschraubers erreicht wird.

In vorteilhafter Weise kann somit das Radarkonzept nach der DE-OS 29 02 039 mit seinen wesentlichen Komponenten, d. h. dem Sender, den Antennen, dem Empfänger, der Signalcodierung und der Codekompression, mit der spezifisch zum Erkennen von Radarhubschraubersignaturen aufgebauten Echosignalverarbeitung im Anschluß an die Codekompression in einem parallelen Verarbeitungszweig ergänzt werden, so daß sowohl Flugzeuge als auch schwebende Hubschrauber gleichzeitig und unabhängig in jeweils vorteilhafter Weise aufgefaßt werden können. Die Resistenz des Radarsystems bezüglich Anti-Radar-Flugkörper (ARM) bleibt erhalten, da der Sendevorgang gegenüber dem Konzept nach der DE-OS 29 02 039 nicht geändert ist. In vorteilhafter Weise sind dabei der Sender und der Empfänger an geografisch unterschiedlichen Orten angeordnet.

Zur Erkennung von Bewegtzielen werden in zweckmäßiger Weise in jedem Empfangskeulenkanal nach der Codekompression in dem der Hubschrauber-Echosignalverarbeitung parallelen Verarbeitungszweig eine Dopplerfilterung und eine nachfolgende inkohärente Integration durchgeführt.

Zur Codierung des Dauerstrich-Sendesignals wird in vorteilhafter Weise ein sich periodisch wiederholender Polyphasencode verwendet.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, das Empfangskeulen-Vielfach aus einer Strahlergruppe durch ein Butler-Matrix-Netzwerk zu bilden.

Im folgenden wird das Radarverfahren nach der Erfindung anhand einer in einer Figur dargestellten Schaltung zur Durchführung des Verfahrens erläutert.

In einem Blockschaltbild zeigt die Figur ein Radarsystem mit einem Sender 1 und einem in vorteilhafter Weise räumlich davon abgesetzten Empfänger 3. Der Sender 1 erzeugt ein Dauerstrichsignal, dem ein sich zyklisch wiederholender Polyphasencode mittels eines von einem Code-Speicher 12 gesteuerten Phasenschiebers 13 aufgeprägt wird. Von einer Sendeantenne 2 wird das codierte Dauerstrich-Sendesignal in einen gewünschten, den zu überwachenden Beobachtungsraum abdeckenden Sektor gleichmäßig abgestrahlt.

Im Empfänger 3 ist eine Strahlergruppe 10 vorgesehen, an welche ein Butler-Matrix-Netzwerk 11 angeschlossen ist, mittels welchem ein Empfangskeulenvielfach gebildet wird. Das Empfangskeulenvielfach überdeckt rosettenartig den Beobachtungsraum und steht ständig zur Verfügung. Die Breite einer einzelnen Empfangskeule des Empfangskeulenvielfachs bestimmt die Winkelauflösung des Radarsystems.

Für jede Empfangskeule wird nach Verstärkung und Abmischen des Empfangssignals in das Basisband mittels einer Einrichtung 14 eine Filtrierung gegen Signale ohne Dopplerverschiebung in Festzielfiltern 4 und anschließend eine Codekompression in einem Decoder 5 durchgeführt. Durch den vom Code-Speicher 12 gesteuerten Decoder 5 werden die Empfangssignale komprimiert, um die entfernungsmäßige Trennung der Echosignale zu bewirken. Dabei wird die Entfernungsauflösung durch Wahl eines geeigneten Polyphasen-Codes in Verbindung mit der entsprechenden Decodierung bzw. Kompression im Empfänger 3 erreicht.

Im Anschluß an die im Decoder 5 durchgeführte Codekompression teilt sich die weitere Signalverarbeitung für die Aufgaben der Flugzielentdeckung einerseits und der Hubschrauberentdeckung samt Klassifizierung andererseits in zwei Parallelzweige auf. Zur Erkennung von Bewegtzielen sind in einer Signalverarbeitungseinrichtung 7 eine Dopplerfilterbank 8 und nachfolgend eine Einrichtung 9 zur inkohärenten Integration in jedem Empfangskeulenkanal vorgesehen. Durch eine Schwellenvergleichsschaltung 15 in jedem Empfangskeulenkanal wird die abschließende Entdeckung von Zielen und die Feststellung ihrer Position bewirkt.

Die nutzbaren Hubschrauberechos, welche durch die Codekompression im Decoder 5 dem der Zielentfernung entsprechenden Entfernungselement zugeordnet werden, lassen sich näherungsweise als ein unkorreliert fluktuierendes Signal mit überlagerten Einzelimpulsen beschreiben. Dabei hängt die Wiederholfrequenz der Einzelimpulse von der Rotordrehzahl und der Blattzahl des Rotors des jeweils beobachteten Hubschraubers ab, da das kurze "Aufleuchten" der Rotorblätter Ursache für das Entstehen der Einzelimpulse ist. Die Einzelimpulse haben einen etwa 20 dB höheren Pegel als das unkorreliert fluktuierende Signal. Die Klassifizierung von Hubschrauber-Echosignalen gegenüber anderen Echosignalen erfolgt durch eine spezifisch zum Erkennen von Radarhubschraubersignaturen aufgebaute Echosignalverarbeitungseinrichtung 6 im Anschluß an die im Decoder 5 durchgeführte Codekompression parallel zur Dopplersignalverarbeitung in der Einrichtung 7. Bei der Implementierung der Einrichtung 6 zur Hubschrauber-Echosignalverarbeitung ist dabei vorausgesetzt, daß die zur Klassifizierung der spezifischen Radarhubschraubersignaturen notwendigen Algorithmen bekannt sind und es unerheblich ist, welches Echosignalverarbeitungsverfahren im einzelnen in der Einrichtung 6 implementiert wird.

Claims

1. Radarverfahren zur Hubschrauberentdeckung innerhalb eines zu überwachenden Raumes, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Sender (1) ein Dauerstrichsignal mit aufgeprägter Codierung (Modulation) von einer Rundstrahl- oder Sektorantenne (2) in den zu überwachenden Raum abgestrahlt wird, daß in einem Empfänger (3) zum einen eine winkelmäßige Auflösung der Zielechosignale mittels eines über den zu überwachenden Bereich rosettenartig verteilten und ständig aufnahmebereiten Antennenkeulen-Vielfachs und zum anderen mittels einer in jedem Empfangskeulenkanal nach einer Festzielfilterung (4) durchgeführten Codekompression (5), d. h. einer Decodierung des auf der Sendeseite aufgeprägten Codes, eine Entfernungsauflösung von Zielechosignalen vorgenommen wird, daß die durch die Codekompression einem der Zielentfernung entsprechenden Entfernungselement zugeordneten, durch ein unkorreliert fluktuierendes Signal mit überlagerten, hinsichtlich der Folgefrequenz von der Rotorblattzahl und Rotordrehzahl des Hubschraubers abhängigen Einzelimpulsen beschriebenen Hubschrauberechosignale gegenüber anderen Echosignalen durch eine spezifisch zum Erkennen von Radarhubschraubersignaturen aufgebaute Echosignalverarbeitung (6) im Anschluß an die Codekompression klassifiziert werden, wobei bei der Implementierung der Echosignalverarbeitung vorausgesetzt ist, daß die zur Klassifizierung der spezifischen Radarhubschraubersignaturen notwendigen Algorithmen bekannt sind und es unerheblich ist, welches Echosignalverarbeitungsverfahren implementiert wird.

2. Radarverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1) und der Empfänger (3) an geografisch unterschiedlichen Orten angeordnet sind.

3. Radarverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Empfangskeulenkanal nach der Codekompression (5) in einem parallelen Verarbeitungszweig (7) zur Erkennung von Bewegtzielen eine Dopplerfilterung (8) und eine nachfolgende inkohärente Integration (9) durchgeführt werden.

4. Radarverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Codierung des Dauerstrich-Sendesignals ein sich periodisch wiederholender Polyphasencode verwendet wird.

5. Radarverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangskeulenvielfach aus einer Strahlergruppe (10) durch ein Butler-Matrix-Netzwerk (11) gebildet wird.