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DE69013294T2 - Doppler-Radar zur Entdeckung und Ortung von Hubschraubern. - Google Patents

Doppler-Radar zur Entdeckung und Ortung von Hubschraubern.

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Publication number
DE69013294T2
DE69013294T2 DE69013294T DE69013294T DE69013294T2 DE 69013294 T2 DE69013294 T2 DE 69013294T2 DE 69013294 T DE69013294 T DE 69013294T DE 69013294 T DE69013294 T DE 69013294T DE 69013294 T2 DE69013294 T2 DE 69013294T2
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DE
Germany
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radar
rotor blades
flashes
echoes
signal
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE69013294T
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English (en)
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DE69013294D1 (de
Inventor
Claude Chanot
Grancey Patrick De
Thierry Girou
Jean-Claude Guillerot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=9387496&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE69013294(T2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of DE69013294D1 publication Critical patent/DE69013294D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69013294T2 publication Critical patent/DE69013294T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G01S7/415Identification of targets based on measurements of movement associated with the target
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/5246Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi post processors for coherent MTI discriminators, e.g. residue cancellers, CFAR after Doppler filters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Remote Sensing (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Erfassung und Ortung von Hubschraubern, die stationär fliegen; diese Erfassung muß von dem Augenblick an, ab dem der oder die Hubschrauber aus einem Vegetationsschild heraustreten, in kurzer Zeit geschehen.
  • Es ist bekannt, daß man einen Hubschrauber anhand von Echos von seinem Rotor, sogenannten von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitzen, identifizieren kann. Diese Echos weisen gewisse spezifische Eigenheiten auf, insbesonders ein weites Frequenzspektrum, das auf den Dopplereffekt an den Rotorblättern beim Drehen des Rotors zurückgeht, und eine Amplitudenmodulation, deren Ursache periodische Durchgänge der Rotorblätter in der Ebene senkrecht zur Achse Radargerät - Helikopter sind. Diese Eigenheiten kann man verwerten, um die Hubschrauber von anderen Zielen zu unterscheiden.
  • Man kennt beispielsweise aufgrund des französischen Patents FR-A-2.463.938 ein Radargerät, das bei niedriger Frequenz im 160 MHz-Bereich arbeitet, in dem sich die von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitze überlagern. Bei diesem Radartyp extrahiert man, für jedes Entfernungsfenster, den Betrag des Echosignals nach einer Synchrondemodulation, die sowohl in Phase als auch in Quadratur vorgenommen wird, und einer Dopplerfilterung, die Bestandteile des Echosignals eliminiert, deren Ursache feste Ziele oder langsam bewegliche Ziele sind, und man unterzieht den Betrag des Signals einer Hochpaßfilterung, um daraus die Amplitudenmodulation zu gewinnen und eine Schwellwertschaltung auszulösen.
  • Der Nachteil dieses Radartyps ist, daß er aufgrund seiner niedrigen Arbeitsfrequenz eine große Antenne besitzt und deshalb relativ wenig beweglich ist.
  • Man kennt auch aufgrund des amerikanischen Patents US-4.275.395 ein im Flugzeug mitgeführtes Impulsdopplerradar, das die Hubschrauber aufgrund der von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitze detektiert und das drei Dopplerfilterprozessoren enthält, ein erster, der an das Frequenzspektrum der Echos, die von den sich vorwärts bewegenden Rotorblättern herrühren, angepaßt ist, ein zweiter, der für das Freguenzspektrum der Echos von den sich rückwärts bewegenden Rotorblättern ausgelegt ist, und ein dritter für das Frequenzspektrum der Interferenzen. Jeder Filterprozessor eliminiert mittels einer Kontrastschaltung Echos, die zu lang sind, als daß sie von den Rotorblättern hervorgerufene Radarblitze sein könnten, und der dritte Filterprozessor eliminiert mittels Frequenzanalyse Störechos, die nicht von durch Rotorblätter hervorgerufenen Radarblitzen herrühren können.
  • Der Nachteil eines solchen Radarsystems ist, daß es kompliziert aufgebaut ist. Außerdem hat das Detektieren von Störechos mittels Frequenzanalyse den Nachteil, daß es dazu führt, daß das Radar in Gegenwart von Störechos in einem langen Zeitfenster weniger empfindlich ist.
  • Man kennt ebenfalls, aufgrund des europäischen Patents EP-A-0096883 ein Dopplerimpulsradar, das mit einer Vorrichtung zum Unterdrücken isolierter Störimpulse ausgerüstet und nicht ausdrücklich zum Detektieren von Hubschraubern bestimmt ist.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, gegen die vorher erwähnten Nachteile anzukämpfen und, allgemeiner, die Erfassung und Ortung von Hubschraubern mittels Radargeräten, die in Frequenzbereichen von 300 MHz bis 20 GHz arbeiten und die mit möglichst einfachen Signalverarbeitungsvorrichtungen versehen sind, zu ermöglichen.
  • Sie hat zum Gegenstand ein Dopplerradar zur Erfassung und Ortung von Hubschraubern durch die von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitze, das während der Durchgangszeit der Strahlungskeule der Sendeantenne in einer gegebenen Richtung wenigstens zwei Abfrageimpulse für die Dauer eines von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitzes erzeugt. Dieses Radarsystem beinhaltet zum Empfang:
  • - Breitband-Doppler-Filtermittel, die an das breite Frequenzspektrum der von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitze angepaßt sind und aus wenigstens einer Zelle bestehen, die parallel zu den Inphasenkomponenten und den Quadraturphasenkomponenten des momentanen Echosignals für ein gegebenes Entfernungsfenster arbeitet und für jede der Komponenten einen Subtrahierer enthält, der an seinen beiden Eingängen die betrachtete Komponente empfängt, und zwar an einem seiner Eingänge direkt und an seinem anderen Eingang über eine Verzögerungsschaltung, wobei die Verzögerungsschaltung eine Verzögerung um zwei Folgeperioden des Abfrageimpulses herbeiführt, und
  • - Mittel zur Auswahl der Echos in Abhängigkeit von ihrer Dauer, die auf den Betrag des Signals einwirken, dessen gleichphasige und dessen Quadratur-Phasenkomponenten von den Doppler-Filtermitteln stammen, und Mittel zur Beseitigung von zu langen Echos aufweisen, die die Echos beseitigen, deren Dauer der Durchgangszeit der Strahlungskeule der Sendeantenne in einer gegebenen Richtung entspricht, sowie Mittel zum Beseitigen von zu kurzen Echos, welche die Echos beseitigen, deren Dauer eine Folgeperiode des Abfrageimpulses nicht überschreitet.
  • In vorteilhafter Weise verfügt das Dopplerradar über eine unbestimmte Geschwindigkeit der Größenordnung von 450 m/s und über Dopplerfiltermittel, die aus einer oder mehreren Bausteinen in Reihe bestehen, die eine Nullstelle bei der Frequenz 0 haben, um feste oder langsam bewegliche Echos zu eliminieren, und eine Nullstelle bei der halben Wiederholungsfrequenz der Abfrageimpulse haben.
  • Andere Eigenheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der hier folgenden Beschreibung einer als Beispiel gegebenen Ausführungsform hervor, worin
  • - eine Figur 1 den Betrag des Signals nach Eliminierung der fortlaufenden Komponente mit der typischen Zeitcharakteristik eines Hubschraubers zeigt, der stationär fliegt;
  • - eine Figur 2 die typische Frequenzcharakteristik des Radarsignals eines Hubscbraubers darstellt, der stationär fliegt;
  • - eine Figur 3 die Strahlungsdiagramme der Sende- und Empfangsantennen eines der Erfindung nach aufgebauten Radargeräts zeigt;
  • - eine Figur 4 ein Überblicksschema einer Bearbeitungskette für das Empfangssignal des Radars gemäß der Erfindung darstellt;
  • - eine Figur 5 ein Überblicksschema eines Dopplerfilters zeigt, das in der Signalverarbeitungskette für das Empfangssignal in Figur 4 verwendet wird, und
  • - eine Figur 6 die Signaldurchgangsfunktion des Dopplerfilters zeigt, dessen Aufbau in Figur 5 illustriert ist.
  • Im Frequenzbereich von 300 MHz bis 10 GHz ist die elektromagnetische Signatur eines Hubschraubers eine Überlagerung sehr unterschiedlicher charakteristischer Signale:
  • - Das Echo vom Aufbau des Hubschraubers, das, für einen Hubschrauber, der der stationär fliegt, identisch ist mit mit einem festen Echo, das nicht dopplerverschoben ist. Weil das Radargerät gegen Echos, die auf die Umgebung zurückgehen (Reflexionen auf dem Boden, von Gebäuden, von Vögeln, von Insekten), geschützt sein muß, wird diese Signaturkomponente eliminiert;
  • - die Reflexionen am Rotor, die eine sehr charakteristische zeitliche Signatur, die aus von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitzen gebildet wird, verursachen. Diese Radarblitze sind sehr intensitätsstark, aber von kurzer Dauer, und entstehen jedesmal dann, wenn ein Rotorflügel durch die zur Achse Radargerät - Hubschrauber senkrechte Ebene hindurchgeht.
  • Die Dauer eines von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitzes Δτ, bei 3 dB unter dem Maximum aufgenommen ist, wird durch folgende Formel beschrieben:
  • Δτ= 1,39/π λ/LΩ
  • mit: Δτ : 3 dB-Länge des Radarblitzes in Sekunden
  • λ : Sendewellenlänge des Radargeräts in Metern
  • L : Länge des Rotorblatts in Metern
  • Ω : Rotationsgeschwindigkeit des Rotors in Radian pro Sekunde.
  • Typischerweise beträgt im S-Bereich (λ = 10 cm) diese Länge Δτ ungefähr 200 us.
  • Die Frequenz für das Auftreten der von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitze hängt lediglich von den Charakteristika des Rotors ab (Rotationsgeschwindigkeit der Rotorblätter, Anzahl der Rotorblätter, Parität der Anzahl der Rotorblätter). Diese Frequenz liegt typischerweise zwischen 20 und 40 Hz und kann für einige seltene Hubschraubertypen unter 10 Hz sinken. In dem sogar relativ günstigen Fall, in dem die Frequenz der Radarblitze etwa 40 Hz beträgt, ist die Periode zwischen zwei Radarblitzen mit 250 ms beträchtlich größer als die Dauer des Blitzes (200 us im S- Bereich).
  • Zwischen den von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitzen gibt es auch ein andauerndes Signal, das leistungsschwach ist, das man als diffus bezeichnet und ebenfalls mit Reflexionen auf dem Rotor verknüpft ist.
  • Die Figur 1 zeigt den zeitlichen Verlauf des Signalbetrags, der von einem Hubschrauber zurückgestreut wird, der stationär fliegt, als Antwort auf Abfrageimpulse eines Radargeräts, das im S-Bereich (λ = 10cm) arbeitet, wobei man die Gleichkomponente, die auf den Hubschrauberaufbau und feste parasitäre Echos zurückgeht, eliminiert hat. Man sieht hier eine Folge von Impulsen, die auf die von Rotorblättern hervorgerufene Radarblitze zurückgehen, die sich aus einem verrauschten Signal, was vom Untergrund verursacht wird, hervorheben.
  • Die Figur 2 stellt das Leistungsspektrum des Signals als Funktion der Dopplerfrequenz des durch einen Hubschrauber, der stationär fliegt, zurückgestreuten Signals so dar, wie man es über einen kurzen Zeitraum messen kann. Man sieht hier eine Spektrallinie bei der Frequenz 0, die ihre Ursache in dem Hubschrauberaufbau hat, und ein breites Spektrum von von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitzen, die auf den Rotor zurückgehen und in etwa die gleiche spektrale Dichte haben: von 0 bis 200 m/s für ein sich vorwärts bewegendes Rotorblatt und von -200 m/s bis 0 für ein sich rückwärts bewegendes Rotorblatt, mit einem Anstieg bei niedrigen Frequenzen, der vom mittleren Teil des Rotors herrührt. Für einen Hubschrauber, der sich bewegt, ist dieses Spektrum um die radiale Geschwindigkeit des Hubschraubers verschoben.
  • Die Sendestufen des Radarsystems, das beschrieben werden wird, wird nicht detailliert dargestellt werden, weil sie konventionell sind, da ihre Bestandteile typisch für ein Kohärentimpulsradar sind.
  • Die Sendeantenne füllt die Zone, in der man erwartet, einen Hubschrauber zu finden, mit Strahlung aus. Sie dreht sich, um eine Überwachung über 360º zu gewährleisten, ausreichend schnell in der Größenordnung von einer Umdrehung pro Sekunde, um die Überwachungsdaten häufig zu erneuern und um die Reaktionszeit zu begrenzen. Die Bedingung, daß man das Ziel sicher erkennt, ist, daß die Durchgangszeit des Sendestrahlungskegels der Antenne in eine vorgegebene Richtung wenigstens größer ist als der Zeitraum, der zwei aufeinanderfolgende Radarblitze voneinander trennt. Dies erfordert einen relativ breiten Abstrahlungskegel der Antenne. Anstelle einer sich drehenden Sendeantenne kann man auch eine feste Sendeantenne ins Auge fassen, falls der Sektor, in dem man das Ziel erwartet, richtungsmäßig begrenzt ist.
  • Das Radargerät emittiert eine Folge von Abfrageimpulsen gleicher Sendefrequenz mit einer Wiederholungsrate, die zum einen ausreichend schnell ist, damit es wenigstens zwei Abfragepulse während der Dauer eines von einem Rotorblatt hervorgerufenen Radarbltzes gibt (was gleichbedeutend mit einer mehrdeutigen Geschwindigkeit von mehr als 400 m/s ist), und zum anderen langsam genug ist, um Mehrdeutigkeiten bei der Entfernung zu vermeiden. Im hier beschriebenen Fall, einem Radargerät, das im S-Bereich mit einer Wellenlänge von 10 cm arbeitet, liegt die Wiederholungsrate in der Größenordnung von 9 KHz, was bedeutet, daß es alle 110 us einen Abfragepuls gibt, wogegen ein von einem Rotorblatt hervorgerufener 3 dB-Radarblitz typischerweise etwa 200 us lang ist, wie man dies oben gesehen hat. Ein jeder Abfrageimpuls kann mit einem beliebigen Kompressionscode moduliert werden oder auch nicht.
  • Die Eingangsstufe des Empfängers des Radargeräts, der das Videosignal liefert, ist ebenfalls konventionell. Das von der Empfangsantenne gelieferte Signal wird mit der Sendeträgerfrequenz demoduliert und dann, nach eventuellen Transpositionen in einen Zwischenfrequenzbereich, mit einem Filter, das den emittierten Impulsen angepaßt ist, gefiltert. Anschließend wird das Signal in innerhalb der Wiederholungsperiode gleich langen Abständen abgetastet, wobei diese Abstände der Entfernungstiefe des Auflösungsfensters des Radars entsprechen. Man erhält auf diese Weise für einen gegebenen Empfangsweg in jedem Entfernungsfenster im Basisbereich die Komponenten der Pulsechos in Phase und in Quadratur.
  • Um eine große Signalausbeute mit einem erweiterten Überwachungsbereich zu verbinden, verwendet man eine Empfangsantenne mit meheren Keulen im Strahlungsdiagramm. Diese kann etwa, wie in Figur 3 illustriert, zwei Empfangskeulen 1 und 2 besitzen, deren Seitenwinkel verschoben sind, sich teilweise überlappen und die Sendekeule 3 abdecken. Diese verschobenen Empfangskeulen gestatten eine genaue Ortung eines Zieles mittels eines Amplitudenmonopulses aber auch, und das ist der Vorteil gegenüber den Phasenmonopulsen, eine längere Abfragedauer, wobei man in Kauf nimmt, daß keine Ablagemessung in den Flanken der Empfangskeulen der Antenne, die mehere Keulen im Strahlungsdiagramm aufweist, erfolgt. Auf diese Weise steigert man die Wahrscheinlichkeit, von den Rotorblättern hervorgerufene Radarblitze mittels einer sich drehenden Antenne zu erfassen, insbesondere bei niedriger Rate für das Auftreten der Radarblitze.
  • Figur 4 ist ein Überblicksschema einer Signalverarbeitungsstufe für das Empfangssignal, die speziell zur Identifizierung von Hubschraubern dient. Diese hier beinhaltet zwei identische Signalverarbeitungswege, einen für jede Empfangskeule, und schließt mit einem Schaltkreis 100 zur Seitenwinkelberechnung ab.
  • Man unterscheidet am Anfang eines jeden Signalverarbeitungsweges einen Amplituden-Phasen-Detektor 10 bzw. 10', der die Komponenten in Phase und in Quadratur X1 und Y1 bzw. X2 und Y2 eines Signals zur Empfangskeule 1 bzw. 2 liefert, nachdem dieses einer Transposition in den Basisbereich und einer an die emittierte Pulsfolge angepaßten Filterung unterzogen wurden. Diese Signalkomponenten werden synchron abgetastet und entsprechen einem gleichen Radar-Entfernungsfenster.
  • Die gleichphasigen und die Quadratur-Signalkomponenten, die vom Phasen-Amplituden-Detektor 10 bzw. 10' geliefert werden, werden in ein Dopplerfilter eingespeist, das als Bewegtziel-Sichtbarmachungsfilter VCM 20 bzw. 20' bezeichnet wird, und Echos von unbewegten Objekten und parasitäre Echos, die von langsam beweglichen Objekten herrühren, unterdrückt, um lediglich Nutzechos mit großem Frequenzspektrum passieren zu lassen. Dieses Filter VCX 20 bzw. 20' ist dem Spektrum der von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitze angepaßt, das sich, wie man zuvor schon gesehen hat, von -200 m/s bis 200 m/s erstreckt. Es hat eine Nullstelle bei der Frequenz 0, um Bodenechos zu eliminieren, und eine Nullstelle bei der halben Frequenz der Wiederholungsrate der Abfrageimpulse, die, zieht man die mehrdeutige Dopplergeschwindigkeit des beschriebenen Radars von etwa 450 m/s in betracht, in einem Bereich oberhalb von 200 m/s und unterhalb von -200 m/s dort, wo es kein Nutzsignal gibt, angesiedelt ist. Eine einfache Methode ein solches Filter zu realisieren, besteht darin, die Differenz zweier Abtastwerte zu bilden, die um zwei Wiederholungsperioden TR der Abfrageimpulse verschoben sind. Es besteht demnach aus einer Einheit, die aus einer Verzögerungsschaltung gebildet ist, die den Abtastwerten eine Verzögerung um zwei Perioden TR der Wiederholungsrate der Abfrageimpulse gibt, und aus einem Subtrahierer, dessen beide Eingänge mit dem Ausgang des Amplituden-Phasen-Detektors verbunden sind. Dabei ist der additive Eingang unter Zwischenschaltung der Verzögerungsschaltung, der subtraktive Eingang direkt verbunden. Um die Unterdrückung der Festechos zu verbessern, kann man wenigstens zwei Einheiten dieses Bautyps in Kaskade schalten, wie dies bei dem Aufbau des Dopplerfilters VCM, dargestellt in Figur 5, der Fall ist. Die Antwort eines solchen Dopplerfilters VCM, das zwei Einheiten in Kaskade hat, auf ein zur Verfügung stehendes Pulssignal mit der Abtastwertfolge 00100... ist also die folgende Abtastwertfolge: 0010 - 20100.... Seine Übertragungsfunktion ist in Figur 6 dargestellt.
  • Um eine "quadratischere" Übertragungsfunktion zu erhalten, kann man für das Dopplerfilter VCX 20, 20' eine numerische Filterstruktur verwenden, die komplizierter ist und weitere Wichtungskoeffizienten hat. Man kann dieses Dopplerfilter auch durch eine Bank aus drei Dopplerfiltern ersetzen: ein erstes, das eine Durchgangsfunktion im Bereich von 10 bis 200 m/s für die sich vorwärtsbewegenden Rotorblätter hat, ein zweites, das eine Durchgangsfunktion im Bereich von -200 m/s bis -10 m/s für die sich rückwärts bewegenden Rotorflügel hat, und ein drittes, das eine Durchgangsfunktion des zuvor beschriebenen Typs aufweist für Hubschrauber, die gleichzeitig sich vorwärts- und rückwärtsdrehende Rotorblätter haben. Die Übernahme einer solchen Bank aus drei Filtern gestattet, das Signal/Rausch-Verhältnis für die von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitze zu verbessern.
  • Die gleichphasigen und die Quadratur-Komponenten des Dopplerfilters 20, 20' werden in einen Schaltkreis zur Berechnung des Signalbetrags 30 bzw. 30' eingespeist, der die Operation
  • durchführt.
  • Zur Berechnung des Signalbetrags kann man auch andere Funktionen verwenden, die die lineare, quadratische oder logarithmische Erfassung annähern.
  • Der Rechenwert, der unmittelbar durch den Schaltkreis zur Berechnung des Signalbetrags 30, 30' geliefert wird, wird dann in den Kontrastschaltkreis 40 bzw. 40' eingespeist, der die Echos, die zu lang sind als daß sie von Rotorflügeln herrühren könnten, unterdrückt. Dieser Kontrastschaltkreis 40, 40' eliminiert die Echos, die von anderen beweglichen Zielen herrühren als Hubschraubern, deren Signalbeträge sich so ändern wie die Keule der Sende-Empfangs- Antenne, das heißt, deren Dauer der Durchgangszeit der Charakteristik der Sende-Empfangs-Antenne durch eine feste Richtung entspricht. Um dies zu erreichen, subtrahiert der Kontrastschaltkreis vom Augenblicksbetrag, der vom Rechenschaltkreis 30, 30' geliefert wird, einen geschätzten Umgebungswert, der der mittlere Wert des Signalbetrags in einem Zeitfenster ist, das den zu prüfenden Abtastwert über einen Zeitraum umgibt, der in der Größenordnung der Durchgangszeit der Keule der Sende-Antenne durch eine feste Richtung liegt. Er beinhaltet zu diesem Zweck einen Schaltkreis 41, 41' zur Nachintergration PI, der den Umgebungswert ausgehend von Signalbetrag-Abtastwerten berechnet, die vom Schaltkreis zur Berechnung des Signalbetrags 30, 30' geliefert werden, und einen Subtrahierschaltkreis 42, 42', dessen Eingänge mit dem Signalbetragberechnungsschaltkreis 30, 30' verbunden sind, wobei der additive Eingang direkt verbunden und der subtrahierende Eingang unter Zwischenschaltung des Postintegrationskreises PI, 41, 41' verbunden ist.
  • Das Signal, das vom Kontrastschaltkreis 40, 40' ausgeht, wird in einen Schwellwertkomparator 50 bzw. 50' eingespeist. Wenn die Schwelle überschritten wird, liegen Echos vor.
  • Dem Schwellwertschaltkreis 50, 50' folgt ein Schaltkreis zur Reduzierung von Fehlalarm, RFA 60 bzw. 60', der Echos eliminiert, die zu kurz sind, als daß sie von Rotorblättern herrühren könnten. Dieser Schaltkreis zur Reduzierung von Fehlalarm RFA 60, 60' wendet ein 2/2 Kriterium an. Wenn es zwei aufeinanderfolgende Erkennungsmeldungen über das Vorliegen von Echos durch den Schwellwertkomparator 50, 50' gibt, wird das Kriterium überprüft, und es liegt ein von einem Rotorblatt hervorgerufener Radarblitz auf dem betrachteten Signalverarbeitungsweg vor. Dieses Kriterium erlaubt die Eliminierung von isolierten Störimpulsantworten, die beispielsweise von Interferenzen herrühren, die von anderen Radargeräten, die in dem selben Bereich arbeiten, erzeugt werden. Die Form der Impulsantwort (..0010-20100..) des Dopplerfilters VCM 20, 20' bewirkt nämlich, daß es die isolierten Impulsantworten in Folgen von isolierten Impulsen verwandelt, die das 2/2 Kriterium nicht erfüllen. Dagegen dauert ein von einem Rotorflügel hervorgerufener Radarblitz zwei bis drei aufeinanderfolgende Wiederholungen und erfüllt das Kriterium.
  • Die Informationen über das Vorliegen von von einem Rotorblatt hervorgerufenen Radarblitzen, die am Ausgang der Schaltkreise zur Unterdrückung von Fehlalarm 60, 60' zur Verfügung stehen, und die gleichphasigen und die Quadratur- Komponenten am Ausgang der Dopplerfilter VCM 20, 20' beider Verarbeitungswege, werden in den Schaltkreis 100 zur Seitenwinkelberechnung übertragen.
  • Wenn eine Information über das Vorliegen von von Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitzen auf beiden Signalverarbeitungswegen gleichzeitig vorliegt, werden die Komponenten, die am Ausgang der Dopplerfilter VCM 20, 20' zur Verfügung stehen, im Schaltkreis zur Seitenwinkelberechnung dazu verwendet, ein Ablageverhältnis zu erstellen, das die Position des Hubschraubers relativ zu der Richtung meldet, die durch den Überlappungspunkt der beiden Empfangskeulen (1, 2, Figur 3) im entsprechenden Augenblick gegeben ist. Der Winkelabstand ist durch das Ablageverhältnis der beiden Signalverarbeitungswege und die Kenntnis der inversen Funktion des Verhältnisses der Einpfangssignalgewinne (z.B. tabelliert) bestimmt.
  • Wenn eine Information über das Vorliegen eines von einem Rotorblatt hervorgerufenen Radarblitzes auf einem Signalverarbeitungsweg vorliegt, bedeutet dies, daß der von einem Rotorblatt hervorgerufene Radarblitz an einem äußeren Rand der Mehrfach-Keule angekommen ist. Der Seitenwinkel des Hubschraubers ist dann durch die Richtung der Empfangskeule, die in diesem Augenblick die Erfassung verursacht hat, festgelegt.
  • Auf den Schaltkreis 100 zur Seitenwinkelberechnung folgend gibt es eine Vorrichtung zur Verfolgung anhand der diskontinuierlichen Information, die den für die unterschiedlichen von Rotorblättern hervorgerufenen detektierten Radarblitze berechneten Werten des Seitenwinkels eine Qualitätsinformation und ein Winkelfenster zuordnet, das mit dieser Qualitätsinformation verknüpft ist, wobei diese von der Möglichkeit oder Unmöglichkeit einer Ablagemessung und vom Wert des Signal-Rauschverhältnisses abhängen. Diese Qualitätsinformationen und diese Winkelfenster erlauben es, unter den verschiedenen von Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitzen Überschneidungen herzustellen, entweder von Antennenumdrehung zu Antennenumdrehung, um die von einem Rotorblatt hervorgerufenen Radarblitze, die vom selben Hubschrauber kommen, zu unterscheiden, und um die Genauigkeit der Ortung dieses Hubschraubers zu verfeinern, indem man den Ablagewert mit der besten Qualitätsinformation und dem engsten Winkelfenster auswählt, oder innerhalb einer Antennenumdrehung, um gegebenenfalls zwei Hubschrauber, die sich im selben Entfernungsbereich und in der Apertur des Strahls befinden, zu unterscheiden.

Claims (3)

1. Dopplerradar zur Erfassung und Ortung von Hubschraubern durch die von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitze, das während der Durchgangszeit der Strahlungskeule der Sendeantenne in einer gegebenen Richtung wenigstens zwei Abfrageimpulse für die Dauer eines von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitzes erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß es empfangsseitig enthält:
- Breitband-Doppler-Filtermittel (20, 20'), die an das breite Frequenzspektrum der von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitze angepaßt sind und aus wenigstens einer Zelle bestehen, die parallel zu den Inphasenkomponenten und den Quadraturphasenkomponenten des momentanen Echosignals für ein gegebenes Entfernungsfenster arbeitet und für jede der Komponenten (Fig. 5) einen Subtrahierer enthält, der an seinen beiden Eingängen die betrachtete Komponente empfängt, und zwar an einem seiner Eingänge direkt und an seinem anderen Eingang über eine Verzögerungsschaltung, wobei die Verzögerungsschaltung eine Verzögerung um zwei Folgeperioden des Abfrageimpulses herbeiführt, und
- Mittel zur Auswahl der Echos in Abhängigkeit von ihrer Dauer, die auf den Betrag des Signals einwirken, dessen Inphasenkomponenten und dessen Quadraturphasenkomponenten von den Doppler-Filtermitteln (20, 20') stammen, und Mittel (40, 40') zur Beseitigung von zu langen Echos aufweisen, die die Echos beseitigen, deren Dauer der Durchgangszeit der Strahlungskeule der Sendeantenne in einer gegebenen Richtung entspricht, sowie Mittel (60, 60') zum Beseitigen von zu kurzen Echos, welche die Echos beseitigen, deren Dauer eine Folgeperiode des Abfrageimpulses nicht überschreitet.
2. Radar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppler-Filtermittel aus zwei identischen Zellen (Fig. 5) gebildet sind, die in Kaskade geschaltet sind und parallel auf die Inphasenkomponenten und die Quadraturphasenkomponenten des augenblicklichen Echosignals für ein gegebenes Entfernungsfenster einwirken, wobei jede Zelle für jede der Komponenten (Fig. 5) einen Subtrahierer enthält, der an seinen beiden Eingängen die betrachtete Komponente empfängt, und zwar an einem seiner Eingänge direkt und an seinem anderen Eingang über eine Verzögerungsschaltung, wobei die Verzögerungsschaltung eine Verzögerung um zwei Folgeperioden des Abfrageimpulses bewirkt.
3. Radar nach Anspruch 1, das zwei Empfangswege (1, 2; Fig. 3) enthält, deren Antennendiagramme seitenwinkelverschoben sind und sich teilweise überdecken, sowie Seitenwinkelberechnungsmittel (100, Fig. 5), die eine elektronische Ablagemessung durchführen, wenn sich auf den beiden Empfangswegen gleichzeitig die Erfassung von nutzbaren Signalen ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vorrichtung zur Zielverfolgung aufgrund von diskontinuierlichen Informationen enthält, die den für die verschiedenen erfaßten, von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitze berechneten Seitenwinkelwerten eine Information über die Qualität und die Breite des Winkelkorrelationsfensters zuordnet und die Verbesserung der Genauigkeit der Objektidentifikation ausgehend von den verschiedenen aufgefangenen, von den Rotorblättern hervorgerufenen Radarblitzen ermöglicht, die von demselben Hubschrauber stammen.
DE69013294T 1989-11-17 1990-11-09 Doppler-Radar zur Entdeckung und Ortung von Hubschraubern. Expired - Lifetime DE69013294T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8915101A FR2654838B1 (fr) 1989-11-17 1989-11-17 Radar doppler pour la detection et la localisation d'helicopteres.

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