DE1960862C3 - Radargerätsimulator - Google Patents

Description

diagramms der Antenne auftretende Amplitudenmodulation zu reproduzieren.

In der DE-OS 19 09 469 ist eine Schaltungsanordnung beschrieben, mittels der die Multiplikation eines Signals der Form f(t) mit einem Signal g(t) von zeitlich begrenzter Dauer mit Anfangs- und Endwert gleich oder annähernd Null durchgeführt werden kann.

Der Multiplikationsprozeß besteht aus folgenden Schritten:

10

1. Tastung des Signals f(t) mittels kurzer Impulse I (Fig. la) der Frequenz F=MT, die mindestens doppelt so hoch ist wie die höchste Frequenz des Spektrums von ffl);

2. Eingeben der durch die Tastung entstandenen Impulse in ein Filter, dessen Impuls-Durchlaßcharakteristik &(k+\)i\ ist (Fig. Ib); die Dauer der durchgelassenen Impulse ist also kleiner als T-

3. Tastung (Fig. Ib) des Ausgangssignals des Filters durch schmale Impulse II der Dauer 7(1 + l/k), die also etwas größer als die Dauer T beim ersten Tasten ist;

4. Eingeben der durch das zweite Tasten entstandenen Impulse in ein Tiefpaßfilter, dessen Grenzfrequenz '/2 T(I + 1/*) ist.

Das Signal mit der Zeitfunktion h(t) (Fig. Ic) am Ausgang des Tiefpaßfilters ist nicht exakt das Produkt von /ft)und g(t}, es ist gegeben durch den Ausdruck:

JO

hit) =

,)■

da jedoch Ar groß gegen Eins ist, so ersieht man, daß j->

mit großer Annäherung gleich f(t) ist.

Eine solche Multiplikationsschaltung kann also zum Simulieren eines von einem kohärenten Impuls-Doppler-Radargerät ausgegebenen Signals verwendet werden. Das Signal f(t) ist nur ein sinusförmiges Signal der Dopplerfrequenz £/oder nahe der Dopplerfrequenz la, v,

wenn man den Faktor

k f I

in Betracht zieht; das

Ausgangssignal des Filters g(t) entspricht dann der Form des Strahlungsdiagramms der Anter.ne, jedoch mit einer anderen Zeitfunktion, nämlich im Verhältnis ">o

In F i g. 2 ist die Schaltungsanordnung dargestellt, mit der die Signale eines kohärenten Impuls-Doppler-Radargerätes simuliert werden können; bei dieser Schaltung ist das Prinzip der Analog-Multiplikations- w schaltung, die oben kurz beschrieben worden ist, angewendet. Sie enthält einen Niederfrequenzgenerator 1, dessen Frequenz variabel ist, eine Tastschaltung 2 zum Tasten der Niederfrequenzsignalp mit einer Impulsreihe, die den Azimut der Antenne charakteri- wi siert, ein Filter 3, dessen Impuls-Durchlaßcharakteristik die Form des Strahlungsdiagramms hat, und einen Verstärker 4 mit einstellbarem Verstärkungsfaktor; die Schaltung enthält ferner zwei identische Kanäle, von denen jeder einer Strahlungskeule des Antennen-Strah- t,-, lungsdiagramms entspricht; jeder Kanal enthält eine Tastschaltung 5 bzw. 6 zum Tasten der Signale mittels einer Impulsreihe, die den Azimut des imaginären Echos charakterisiert, ein Tiefpaßfilter 7 b?.w. 8, eine Tastschaltung 9 bzw. 10, der Impulse eingegeben werden, die die Entfernung des imaginären Echos charakterisieren und deren Dauer gleich der der ausgesendeten Radarimpulse des zu simulierenden Radargerätes ist Dadurch werden Signale simuliert, die den vcn einem Ziel in einer bestimmten Entfernung reflektierten Signalen entsprechen. Die Ausgangssignale der Tastschaltungen 9 und 10 werden einer Summierschaltung 11 und einer Differenzschaltung 12 zugeführt, in denen die Summe bzw. die Differenz der Signale gebildet wird. Die Ausgangssignale der Summen- und Differenzschaltungen 11 und 12 sind identisch mit den Ausgangsspannungen der Phasendetektoren des Summen- bzw. Differenzkanals eines Monopuls-Doppler-Radargerätes; diese Signale werden zum Überwachungspult der Bedienungsmannschaft geleitet, das mit dem normalen Pult identisch ist; es enthält in der Hauptsache Schaltungen zur Aufbereitung der Summen- und Differenzsignale und einen Lageplananzeiger (PPI).

Die den Antennenazimut und den Azimut des Echos charakterisierenden Impulsreihen werden von den Impulsgeneratoren 15 bzw. 14 geliefert. Das sind für einen bestimmten Azimut der Antenne bzw. des Echos Impulse mit einer Wiederholungsfrequenz F', die mit der des zu simulierenden Radargerätes identisch ist; für einen anderen Azimut hat nur deren Phase einen anderen Wert. So zeigt F i g. 3a die Impulsreihe, die den als Anfangspunkt gewählten Azimut charakterisiert, und Fig.3b zeigt die Impulsreihe, die den Azimut charakterisiert, der vom Anfangspunkt 180° abliegt.

Diese Impulse werden durch Phase?! verschiebung eines sinusförmigen Referenzsignals Ref der Frequenz F' hergestellt, das von einem Generator 22 geliefert wird, wobei der Phasenwinkel proportional dem zu simulierenden Azimut ist. Da zwei Arbeitsweisen für die Antenne vorgesehen sind, nämlich kontinuierliche Rotation während des »Suches« oder Bewegung von Hand während der »Verfolgung«, wird der Impulsgenerator 15 entweder von einer Steuerschaltung 16 gesteuert, die die kontinuierliche Rotation der Antenne simuliert, oder von einer Steuerschaltung 17 für die Handsteuerung; diese beiden Steuerungsarten werden vom Schüler besorgt. Die von den Steuerschaliungen 16 und 17 gelieferten Signale werden auch den Zeitablenkungsschaltungen des PPI im Bedienungspult zugeleitet, das Referenzsignal Ref des Generators 22 wird auch dem Bedienungspult zugeführt.

Der Phasenwinkel des Signals des Impulsgenerators 14 ist variabel, entweder von Hand mittels einer Steuerschaltung 18 oder automatisch nach einem Programm, das in einem Programmgeber 19 gespeichert ist; diese beiden Steuerungen werden vom Lehrer betätigt.

Um die beiden Strahlungskeulen des Antennen-Strahlungsdiagramms zu simulieren, die ja unterschiedliche Richtungen haben, werden die vom Impulsgenerator 14 gelieferten Impulse mittels einer Verzögerungsschaltung 20 um eine der Winkeldifferenz der beiden Strahlungsachsen proportionale Zeit verzögert, bevor sie der Schaltungsanordnung 6 eingegeben werden.

Die Arbeitsweise der Schaltung der F i g. 2 wird unter der Annahme beschrieben, daß die Amenne feststeht, und daß der Azimut des Echos sich ;■;. .:ner solchen Richtung verändert, daß es in die Str:<h!ungskeule der Antenne kommt, die als erste das Echo überstreichen würde, wenn sie sich in einer bestimmten Richtung

drehen würde. Wie in F i g. 4a, die ähnlich der in F i g. la ist, gezeigt ist, wird das vom Niederfrequenzgenerator 1 gelieferte Signal mittels Impulsen der Frequenz F'-—1/Γ', die gleich der Impulsfrequenz des zu simulierenden Radargerätes ist, getastet; am Ausgang des Pipers 3. dessen Impuls-Durchhöcharakteristik C{(l·.+ \)i] die horrn des Antennen-Strahlungsdiagrammes G(t) entsprechend einer einzigen Primär-Strahlungsquelle ist, haben die Impulse die in Fig.4b gezeigte Form. Die Ausgangssignale des Filters 3 werden in den Tastschaltungen 5 und 6 mittels Impulsreihen 25 bzw. 26 (F i g. 4c und 4d) getastet, deren Phase sich ändert, da angenommen worden ist, daß das Echo seinen Azimut verändert; die Impulsreihe 25 wird direkt vom impulsgenerator 14 geliefert, und sie entspricht der ersten Strahlungskeule der Antenne, die bei einer bestimmten Rotationsrichtung über das Ziel hinwegstreicht; die Impulsreihe 26 ist mit der Impulsreihe 25 identisch, jedoch in der Verzögerungsschaltung 20 verzögert, und entspricht so der zweiten Strahlungskeule der Antenne, die über das Ziel hinwegstreicht. Es ist zu bemerken, daß für den gleichen Azimut der Antenne bzw. einer Strahlungskeule die die Strahlungsrichtung der Antenne charakterisierenden Impulse (Impulse I der F i g. 4a) und die den Azimut der Antenne charakterisierenden Impulse (F i g. 4c oder 4d) nicht koinzident sind, vielmehr sind die letzteren um eine Zeit verzögert, die der Ansprechzeit f_a(F i g. 4b) des Filters 3 (F i g. 2) gleich ist. Die aus der Tastung hervorgehenden Signale werden den Tiefpaßfiltern 7 bzw. 8 zugeführt, deren Grenzfrequenz F72 ist; dadurch erhält man die Hüllkurve der Signalquanten.

Die Ausgangssignale der Tiefpaßfilter 7 und 8 werden in den Tastschaltungen 9 bzw. 10 durch die Impulse der Frequenz F', die von gleicher Dauer sind wie die ausgesendeten Impulse des zu simulierenden Radargerätes, getastet. Diese Impulse entsprechen beispielsvvei se den Triggerimpulsen für die Zeitablenkungssrhal'ün gen dos PPI, jedoch verzögert um eine Zeit tu, die uti Entfernung R des Zieles entspricht. Diese Impulsi werden von einem Verzögerungsglied 13 geliefert, den das Referenzsignal Ref eingegeben wird; die !mpulsi sind um die Zeit t/t verzögert, die entweder von Hand it einer Verzögerungsschaltung 20 oder automatisch it einer Verzögerungsschaltung 21 eingestellt werdet kann. Die so entstandenen Signale werden danach dei isummierschaltung 11 und der Differenzschaltung Y. eingegeben, in denen die Summe bzw. die Differenz dei Amplituden gebildet wird.

Man erkennt, daß die Beschreibung der Arbeitsweisf auch dann güitig ist, wenn die Antenne rotiert, denn eint Rotation der Antenne ist gleichbedeutend mit einen Tastsignal, dessen Impulse eine der Rotationsgeschwin digkeit entsprechend variierende Phase haben.

Bei der Beschreibung der Arbeitsweise ist die Rotationsrichtung der Antenne in Betracht gezoger worden; man ersieht jedoch, daß die Rotationsrichtung in der Praxis überhaupt keine Rolle spielt, wenn die Strahlungskeulen symmetrisch zur Achse der Antenne liegen, denn es wird ja gleichzeitig die Summe und die Differenz der Ausgangssignale der beiden Kanäle gebildet, und nur diese werden dann weiter verwendet.

Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 gestattet das Simulieren nur eines einzigen Echos; um mehrere Echo: zu simulieren, die unter dem gleichen Azimut liegen, is es notwendig, das Verzögerungsglied 13 so auszulegen daß es im Laufe einer Periode T' mehrere Impulse liefert, von denen jeder einem Echo entspricht. Urr mehrere Echos zu simulieren, die unter verschiedenen· Azimut liegen, ist es nur erforderlich, mehrere Schaltungsanordnungen 14, 18, 19 und 20 (Fig.2 vorzusehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Radargerätsimulator, dadurch gekennzeichnet, daß er als Monopuls-Doppler-Radargerätsimulator ausgebildet ist, daß ein die Dopplerfrequenz simulierender Niederfrequenzgenerator (1, Fig.2) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignale einer ersten Tastschaltung (2) zugeführt und in dieser mittels den Azimut der Antenne in ihrer Phase ι ο darstellenden Impulsen eines ersten Impulsgenerators (15) getastet werden, daß diese getasteten Signale weiteren Tastschaltungen (5, 6) über ein Filter (3), dessen Durchlaßcharakteristik dem Strahlungsdiagramm der Antenne entspricht, und einem Verstärker (4) zugeführt werden, in denen sie mittels der Impulse eines zweiten Impulsgenerators (14), deren Phase (zeitliches Auftreten) dem Azimut des imaginären Echos entspricht, bzw. mittels der entsprechend dem Winkelabstand der beiden Strahlungskeulen einer Radarantenne verzögerten (Verzögerungsschaltung 20) Impulse getastet werden, daß die Ausgangssignale der Tastschaltungen (5, 6) über Tiefpaßfilter (7,8), deren Grenzfrequenz gleich der halben Impulsfrequenz ist, Tastschaltungen zugeführt werden, daß diese Tastschaltungen (9,10) von entsprechend der zu simulierenden Echoentfernung (R) verzögerten (Verzögerungszeit tR) Impulsen eines dritten Impulsgenerators (13, 22) getastet werden, so daß Signale simuliert werden, die den von so einem Ziel in einer bestimmten Entfernung reflektierten Signalen entsprechen, daß von den Ausgangssignalen dieser Tastschaltungen (9, 10) die Summe (Summierschaltung 11) und die Differenz (Differenzschaltung 12) gebildet werden und daß die Ausgangssignale der Summen- bzw. Differenzschaltung (11,12), die Ausgangsspannungen der Phasendetektoren des Summen- bzw. Differenzkanals des Monopuls-Doppler-Radargeräies simulieren, dem Überwachungspult ^zugeführt werden.

   Die Erfindung betrifft einen Radargerätsimulator.

   Ein Monopuls-Radargerät gestattet es, in einer Koordinate, z. B. im Azimut, Winkeldifferenzen zwischen einem ersten und einem zweiten Ziel zu bestimmen. Das Antennensystem eines solchen Radargerätes besteht beispielsweise aus einem Reflektor, der von zwei Primärstrahlern erregt wird, so daß man zwei Strahlungskeulen erhält, die symmetrisch in bezug auf die Achse des Reflektors sind und sich teilweise überlappen. Der Radarimpuls wird von beiden Primär-Strahlern gleichzeitig ausgestrahlt, und das vom Antennensystem in den Raum ausgestrahlte Strahlungsdiagramm entspricht dann der Summe der Strahlungsdiagramme der Primärstrahler. Beim Epfang wird dann die Summe und die Differenz der Signale der einzelnen Primärstrahler gebildet. Das Summen- und das Differenzsignal werden in getrennten Empfangskanälen weiterverarbeitet (Summen-Kanal 5 bzw. Differenz-Kanal D). Die Signale des Sumnienkanals S werden einerseits zur Entfernungsmessung benützt, andererseits als Referenzsignal zur Bestimmung des Vorzei-Ci ens der Winkelabweichung in bezug auf die Achse des Antennensystems verwendet; die (Jrößc der Winkelabweichung ergibt sich aus den Signalen des Differenzkanals D.

   Bei einem Monopuls-Radargerät kann man auch den Doppler-Effekt ausnützen, um bei Anwesenheit von Festzielen bewegte Ziele zu erkennen. Wenn nämlich die Phase des ausgesendeten Signals in jeder Impulsperiode gespeichert und mit der des empfangenen Signals verglichen wird, so ergibt sich ein konstanter Phasenwinkel zwischen Signalen aus einer Impulsperiode zur nächstfolgenden nach einer Reflexion an Festzielen, während sich ein linear mit der Zeit veränderlicher Phasenwinkel für bewegte Ziele ergibt, die eine von Null verschiedene Radialgeschwindigkeit in bezug auf das Antennensystem haben. Wenn man also einem Phasendetektor einerseits das Bezugssignal, das die Phase des ausgssendeten Signals gespeichert enthält, andererseits das an Festzielen oder beweglichen Zielen reflektierte Empfangssignal zuführt, so erhält man als Ausgangssignal des Phasenaetektors bei Festzielen ein Signal konstanter Amplitude und bei beweglichen Zielen ein Signal, dessen Amplitude sinusförmig mit einer Frequenz /<f variiert, die allgemein als Dopplerfrequenz bezeichnet wird; diese ist mit der Radialgeschwindigkeit V und der Wellenlänge λ der ausgesendeten Wellen des Radarsystems durch die Formel U=I ν/λ verknüpfL

   Im Falle eines Monopuls-Radargerätes können die Signale des Summen- und Differenzkanals v>o betrachtet werden, ab ob sie von einem konstanten Impuls-Doppler-Radar des klassischen Typs stammen, und sie können auch in der gleichen Weise weiterverarbeitet werden. Insbesondere kann für jeden Kanal ein hinsichtlich des Entfernungsbereiches einstellbares Entfernungstor vorgesehen werden, deren Ausgangssignale je einem sogenannten MTI-Filter eingegeben werden; die Ausgangssignale des Summen- und des Differenzkanals entsprechen dann nur noch bewegten Zielen, die in dem eingestellten Entfernungsbereich vorhanden sind.

   Um die Bedienungsmannschaft an Monopuls-Doppler-Radargeräten auszubilden, werden die Ausgangssignale des Summen- und des Differenzkanals künstlich erzeugt und den Sichtgeräten zugeführt, die mit den normalen Sichtgeräten identisch sind.

   Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Radargerätsimulator anzugeben.

   Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Patentanspruch angegebenen Mitteln.

   Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert Die Figuren stellen dar

   Fig. la, Ib und Ic Diagramme von Signalen, die die Arbeitsweise einer Analog-Multiplikationseinrichtung erläutern,

   F i g. 2 ein Blockschaltbild des Radargerätsimulators,

   Fig.3a und 3b einige Impulse, die bestimmte Azimutwinkel darstellen,

   Fig.4a bis 4d Diagramme von Signalen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Radargerätsimulators gemäß F i g. 2.

   Wie oben bereits ausgeführt wurde, erhält man am Ausgang eines Phasendetektors eines kohärenten Impuls-Doppler-Radargerätes für bewegliche Ziele Impulse, deren Amplitude sich sinusförmig mit der Dopplerfrequenz fd ändert; jedoch erhält man diese Dopplerfrequenz in reiner Form nur für eine feststehende Antenne, wohingegen im Falle einer rotierenden Antenne jeder Impuls noch durch die Fon:, des Strahlungsdiagramms der Antenne amplitudenmoduliert ist. Man ersieht so. daß es zur Simulation der Radarsignale notwendig ist, die infolge des Strahlungs-