DE2133395C3

DE2133395C3 - Einrichtung zur Kompensation der Eigenbewegung einer kohärenten Impuls-Doppler-Radaranlage

Info

Publication number: DE2133395C3
Application number: DE2133395A
Authority: DE
Inventors: Hubert Jean-Marie Paris Leulier De La Faverie Du Che; Jacques Barthelemy Meudon Pierre
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1970-07-07
Filing date: 1971-07-05
Publication date: 1980-01-17
Also published as: FR2096855B1; DE2133395A1; FR2096856B1; FR2096855A1; DE2133001A1; DE2133395B2; US3725923A; FR2096856A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation der Eigenbewegung der Sende/Empfangsantenne einer kohärenten Impuls-Doppler-Radaranlage wie im Oberbegriff des Anspruchs I angegeben.

Eine derartige Einrichtung ist in dem Buch von M. J S k ο I η i k »Introduction to Radar-Systems«, McGraw-Hill-Verlag, 1962 auf den Seiten 155 bis 162 beschrieben.

Eine andere Einrichtung zur Kompensation der Eigenbewegung der Sende/Empfangsantenne einer kohärenten Impuls-Doppler-Radaranlage mit Festzielunterdrückung ist aus der US-PS 34 83 558 bekannt. Bei der dort beschriebenen Einrichtung wird das Bezugssignal nicht von einem Kohärenzoüzillator erzeugt, sondern es wird ein »nahes« Bodenecho verwendet.

In diesem Signal ist zwar die Geschwindigkeitsinformation der Bewegung des Radargerätes enthalten. Sie wird jedoch nicht ausgenutzt, da bei diesem Radargerät zur Kompensation der Eigenbewegung keine Regelung eines Kohärenzoszillators erfolgt.

Hinsichtlich der Möglichkeit, aus dem Echosignal die Geschwindigkeit zu ermitteln, unterücheidet sich das »nahe« Echo nicht von einem »fernen« Echo. Es muß sich jedoch zwingend um ein »nahes« Echo handeln, denn es wird als Bezugssignal verwendet und muß somit vordem »fernen« Nutzsignal im Empfänger vorhanden sein. Das »nahe« Echosignal wird in einer Verzögerungseinrichtung so lange gespeichert, bis der Phasenvergleich durchgeführt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine weitere Einrichtung zur Kompensation der Fiigenbewegung der Sende/Empfangsantenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den in den Ansprüchen angegebenen Mitteln.

Weil bei der erfindungsgemäöei Einrichtung zur Kompensation der Eigenbtwegung der Antenne ein Echo, das von einem Festziel in der Nähe des Radargerätes reflektiert wird, verwendet wird, ist die Intensität dieses Echos relativ stark. Dies ergibt ein günstiges Signal/Rausch-Verhältnis.

In der Nähe des Radargerätes (steiler Strahlungseinfall) ist die Fläche, die von dem Radarstrahl beleuchtet wird, kleiner als die Fläche, die in großer Entfernung (streifender Strahlungseinfall) beleuchtet wird. Auf einer kleineren Fläche ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein Bewegtzie! vorhanden ist, kleiner als auf einer großen Fläche, was zur Kompensation der Antenneneigenbewegung besonders wichtig ist.

Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch die in den Unteransprüchen beschriebene Möglichkeit, die Enifernungsbereiche so lange zu verschieben, bis sich in ihnen kein Bewegtziel mehr befindet.

Die vorliegende Erfindung soll nun anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels ausführlich beschrieben werden. Es zeigt dabei

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten kohärenten Impuls-Doppier-Radars,

Fig.2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erläuterung des Verfahrens,

F i g. 3 eine Einzelheit dieser Schaltungsanordnung in Form der verwendeten Auswahlschaltung.

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

F i g. 1 zeigt nun ein Blockschaltbild eines kohärenten Puls-Doppler-Radars. Es besteht aus einer für Senden und Empfang benutzten Antenne 10 und einem hochfrequente Impulse aussendenden Sender 2, wobei diese Impulse beim Senden über einen Hochfrequenzschalter 1, der unter dem Namen »Duplexer« allgemein bekannt ist, zur Antenne 10 gelangen. Die reflektierten Antwortirnpulse gelangen über den Duplexer t zu einer ersten Mischstufe 3, in der sie mit Hilfe eines örtlichen Oszillators 4 in die zwisi lienfrequente Lage umgesetzt und in einem Zwischenfrequenzverstärker 6 verstärkt werden. Einer zweiten Mischstufe 5 werden die vom Sender 2 ausgesendeten Radar-Impulse zugeführt utid ebenfalls mittels des örtlichen Oszillators 4 umgesetzt. Die pulsförmigen Ausgangssignale in zwischenfrequen- -) ter Lage der Mischstufe 5 triggern bei Beginn jeden Umlaufes einen Oszillator 8, der mithin ein in einer festen und vorgegebenen Phasenbeziehung zu den ausgesendeten Impulsen stehendes Signal in zwischenfrequenter Lage liefert. Dieser Oszillator 8, der zu

in Beginn jeden Umlaufes in der beschriebenen Weise getriggert und am Ende des Umlaufes gestoppt wird, wird »Kohärenz-Oszillator« genannt. Sein Ausgangssignal wird einem Phasendiskriminator 7 zugeleitet, an dem auch die Ausgangssignale des Zwischenfrequenz-

r. Verstärkers 6 anliegen. Das Ausgangssignal des Phasendiskriminators 7 werden dann in einer an sich bekannten Auswerteeinrichtung verasbeitet.

Die Auswerteeinrichtung 9 enthält eine Unterdrükkungseinrichtung für Signale von Festzielen, die beispielsweise aus einer Verzögerungseinrichtung mit einer Verzögerungszeit gleich der Um'aufpcriode T besteht, der die empfangenen Signale zugeführt werden und deren Ausgangssignale von den Empfangssignalen des jeweils laufenden Umlaufes abgezogen werden. Es ist also ersichtlich, daß von Festzielen reflektierte Signale, bei gleichen Entfernungen, also Signale gleicher Amplitude, unterdrückt werden, während von beweglichen Zielen reflektierte Signale also Signale veränderlicher Amplitude, dabei nicht unterdrückt werden und ein

jo verbleibendes Wechselstromsignal liefern.

Wenn sich nun die Antenne selbst mit einer Geschwindigkeit v_c zum Festziel zu- oder wegbewegt, erscheint das Festziel als sich mit der Geschwindigkeit v_c bewegendes Ziel und seine Reflexionen werden nicht

j5 mehr unterdrückt. Um dieses abzustellen, ist es bekannt, die Frequenz des Kohärenz-Oszillators um einen Wert

ic - -

zu modulieren, wobei sich fc in Abhängigkeit von der Antennenschwenkung ändert. Solche Änderung kann auf verschiedene Weise erzielt werden, wovon eine für in Flugzeugen montierte Radaranlage darin besteht, daß ein der Flugzeuggeschwindigkeit proportionales, elektrisches Signal erzeugt und dieses Signal dann in Abhängigkeit von der Antennenschwenkung in der Amplitude moduliert wird. Mit diesem amplitudenmodulierten Signal wird dann ein Oszillator in der Frequenz moduliert und dessen Ausgangssignal mit dem des Kohärenz-Oszillators gemischt.

Die soeben beschriebene Lösung hat den Nachteil, daß die damit erzielbare Genauigkeit im wesentlichen davon abhängt, mi! welcher Genauigkeit di.: Geschwindigkeit des Flugzeuges gemessen werden kann, in dem die Radaranlage montiert ist. Bewegungen in den beiden anderen Achsen senkrecht zur Fortbewegungsachse werden dabei nidh kompensiert. Da die Geschwindig-

bo keit in diesen Richtungen im allgemeinen nur klein, verglichen mit der der bewegten Ziele, ist, kann ihr Einfluß vernachlässigt werden. Dieses iit aber nicht mehr der Fall, wenn die Radaranlage in einem Hubschrauber montiert ist und langsam sich bewegende Ziele, wie Fahrzeuge oder Fußgänger, orten soll. In diesem Falle ist die Hubschrauberbewegung etwa in gleicher Größenordnung wie die der zu ortenden bewegten Ziele.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, das Dopplcr-Signal, das von einem Bodenstück reflektiert wird, auszuwerten und hiervon ein zu dieser Doppler-Frequenz in der Amplitude analoges Signal abzuleiten, dann dieses Signal dazu zu verwenden, um das an dem Phasendiskriminator anliegende Rcfcrcivsignal damit zu beeinflussen. Mehr im einzelnen ist das kohärente Puls-Doppler-Radar, bei dem die crfindungsgemäßen Maßnahmen angewendet werden, auf einem Hubschrauber angebracht, der in einer Höhe von wenigen hundert Metern fliegt. Diese Radaranlage isi dazu bestimmt, bewegte Ziele auf dem ErdL -"'cn oder in geringer Höhe darüber zu orten, die sich in größerem Abstand von der Sendeantenne. /.. B. im Abstand von einigen zehn Kilometern befinden. Zum Orten beweglicher Ziele muß das Strahlungsdiagramm der Sendeantenne so ausgebildet sein, daß die Hauptkeile auf das zu untersuchende Gebiet gerichtet ist. Um nun ein Signal /in BireiiiMussuiig der Frequenz des Kohärenz-Osziiiators zu gewinnen, ist es möglich, die Reflexionen eines Bodenstückes in dem Bereich, der von der Hauptkeule angestrahlt wird, auszuwerten. F.s kann aber vorkommen, daß infolge der Bodengestaltung ein solches abgedeckt ist und kein für diese Zwecke geeignetes Doppler-Signal erhallen wird.

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

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

Differenz ίς| wprlmiiRiu klpin Ha rlii» ("Ymniiiivfrip in

der Umgebung von 0° nur sehr wenig variieren.

Wie später noch erläutert wird, wird deshalb nicht der ganze Nahbereich der Antenne ausgewertet, sondern ein kleiner Teilbereich von 150 Metern, was einer Analysierzeit von einer Mikrosekunde entspricht.

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

muß die IrCqUeIU f. damit keine Vorzeichenumkchi eintritt, kleiner als , sein. Wenn bei einer siel

bewegenden Plattform eine verschiebung um den Wer "i ic in positiver oder negativer Richtung auftreten kann

muß deshalb 1+ic kleiner als -^ sein. Aus Symmetrie

l· /■ *"
gründen wird ί etwa zu -gewählt, so daß Fc Werte

_|0 annehmen darf, die nicht größer als * . sind.

Für das beschriebene Beispiel wurde l'r zu 187"3 H/ und /' zu 500 H/. gewählt. Der Musnulzbarc lineari Bereich des auf clic Mitlenfrcquenz f abgestimmter Irequenzdiskriminalors hängt von der Gcschwindigkeii ι i ab. mit der sich die Antcnnenplatlform bewegt. Wem z. B. eine maximale Geschwindigkeit von 4 m/s kompen sicrl werden soll, so muß bei einer Wellenlänge vor J cm der ausgestrahlten Wellen dieser Bereich etwa 5üü Hz betragen. Die maximale Bcreichbrcite bcträgi

dabei -₇- ; wenn sie kleiner ist. kann die Lage dci

Mittenfrequenz des Frcqucnzdiskriminalors entspre chend verschoben werden.

F- i g. 2 zeigt nun als Blockschaltbild ein Ausführiings-

ji beispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur Kompensation des Einflusses von Plattformbewegungen, aul der die Antenne und möglicherweise die ganze Radaranlage montiert ist. Bei der anhand der F i g. I beschriebenen Radaranlage ist die Anordnung nach

in F" i g. 2 zwischen Kohäranz-Oszillator 8 und Phasendiskriminator 7 einzufügen, dabei sind diese Baugruppen 7 und 8 ebenso wie die Auswerteeinrichtung 9 und der Zwischenfrequenzverstärker 6 in Fig. 2 noch einmal eingezeichnet.

ι· Das vom Kohärenz-Oszillator 8 gelieferte Signal der Frequenz F wird jeder von zwei Mischstufen M\ und M 2 zugeführt, an denen weiterhin das Ausgangssignal jeweils eines in der Frequenz veränderlichen Oszillators anliegt. Dabei hat der Oszillator OL 1, der mit der

4Ii Mischstufe A/1 zusammenarbeitet, die Frequenz Fl und der Oszillator OL 2, der der M 2 zugeordnet ist. die Frnn...^ Γι Γ⁴·" Freier.™" FX "J"d F2 r,:nd dr.be; ze gewählt, daß F1-F2=/" ist. Für die praktische Realisation gewählte Werte sind dabei beispielsweise 30MHz für Fl und Il MHz für F2. Der Frequenzunterschied zwischen den Frequenzen Fl und F2 wird dabei auf dem Wert /"gehalten mittels eines Regelkreises, der aus einer Mischstufe 12, an der die Ausgangssignale beider Oszillatoren OLX und OL 2 anliegen, einem in F i g. 2 nicht dargestellten Filte^r. das nur Signale einer Frequenz nahe f durchläßt, einem Frequenz-Diskriminator DFl. der auf die Mittenfrequenz / abgestimmt ist und ein Ausgangssignal proportional der Frequenzdifferenz Fl-F2-/"liefert.

und einem Verstärker 13. der das Ausgangssignal des Frequenz-Diskriminators DFl so verstärkt, daß damit die Frequenz des Oszillators OL 1 so verändert wird, daß die Frequenzdifferenz Fl — F2 gleich Null wird. Es sei bemerkt, daß das Ausgangssignal des Frequenzdiskriminators DFl auch den Oszillator OL 2 über einen Verstärker steuern kann, der ein zu dem des Verstärkers 13 einen entgegengesetzten Verlauf aufweisendes Ausgangssignal liefert. Der Frequenz-Diskriminator DFl, der auf die Mittenfrequenz /"abgestimmt ist, möge

b5 dabei stets für Frequenzen abweichend von f ein eindeutiges, von Null abweichendes Ausgangssignal liefern. Solche Frequenz-Diskriminatoren haben bei Einsatz in einem Regelkreis den Vorteil, daß sie nicht

infolge Mehrdeutigkeiten zu Unstabilitäten führen. Ein solcher Frcquenz-Diskriminator ist zum Beispiel in der französischen Patentanmeldung 69 14 926 vom 9. Mai 1969 »Verbesserungen an Frequenz-Diskriminatoren« beschrieben.

Die Ausgangssignale der Mischstufen MX und M2 weisen Filtern FLX und FL2 zugeführt, die nur das untere Seitenband, also die Differenzfrequenzen F- FI bzw. F—F2 durchlassen. Diese ausgefilterten Differenzfrequenzen werden jeweils einer Mischstufe M3 bzw. MA zugeführt, an denen ferner das Ausgangssignal eines in der Frequenz veränderlichen Oszillators 01.3 anliegt. Die Mittenfrequenz F3 dieses Oszillators OL 3 wird gleich Fl, also z. B. 11 MHz, gewählt. Wie später erklärt wird, ist die Ausgangsfrequenz dieses Oszillators OL 3 Fl + fc. worin fc die durch die Plattformbewegungen verursachte Doppler-Verschiebung ist.

Die Ausgangssignaie der fviischstuien Ms bzw. /w"4 werden den Filtern FL 3 bzw. FL 4 zugeführt, die nur das obere Seitenband durchlassen, so daß an ihrem Ausgang die Frequenzen

FI+/c+F-Fl = F+/cbzw.

F ι ₊ f_c+ F- F2 = F1 + fc+ F- F1 + f= F+ f+ fc

anstehen. Das Ausgangssignal F+ fc des Filters FL 3 wird dem Phasendiskriminator 7 zugeführt, an dessen anderen Eingang das Ausgangssignal des Zwischenfrequenzverstärkers 6 anliegt. Das Ausgangssignal F+ f+ fc des Filters FL 4 wird dem einen Eingang eines w^.teren Phasendiskriminators 11, der dem Diskriminator 7 entspricht, zugeführt, an dessen anderem Eingang ebenfalls das Ausgangssignal des Zwischenfrequenzverstärkers 6 anliegt.

Das Ausgangssignal des Phasendiskriminators 11 wird zv.ei gleichartigen Auswahlschaltungen S1 und S2 zugeführt, die, wie in Fig.3 als Blockschaltbild dargestellt, aus einem Entfernungsbereichstor 18, welches für Impulse mit einer Folgeperiode Tgleich der Sendeimpulsperiode während einer Zeit e geöffnet ist. und einem nachgeschalteten Speicherkreis 19, der aus einem Kondensator besteht, der auf eine Snannune gleich der des Signals aufgeladen wird und diese Ladung bis zum nächstfolgenden Impuls hält, bestehen. Aus den Einrichtungen 18 und 19 bestehende Anordnungen sind in der französischen Fachliteratur unter dem Namen »box-car« (sample and hold«) Kreis bekannt. Das Ausgangssignal des Speicherkreises 19 wird einem Filter 20 zugeführt, das aus dem ausgewählten Signalspektrum die Frequenz f±fc, also die der Plattformbewegung entsprechende, ausfiltert. Das Filter muß andere bistabile Frequenzen, die von der Mehrdeutigkeit der Doppler-Frequenzmessung herrühren, sperren, z. B. die Frequenz Fr—f—fc. Mit den vorher gewählten Werten für Fr, /und fc wird die obere Grenze des Durchlaßbereiches des Filters 20 auf 750 Hz gelegt, wobei die untere 0 Hz sein könnte, so daß als Filter 20 ein Tiefpaß eingesetzt werden könnte. Um aber für den folgenden Frequenz-Diskriminator optimale Bedingungen zu schaffen, ist es notwendig, an ihn ein Signal anzulegen, dessen Rauschspektrum symmetrisch zu seiner Mittenfrequenz verteilt ist Deshalb wird das Filter 20 als Bandpaß mit einer unteren Grenze des Durchlaßbereiches bei 250 Hz ausgebildet. Ein Abtastimpulsgenerator 17 ergänzt während jeder Abfrageperiode zwei Impulse der Dauer e, die gegeneinander um einen Wert /1 verschoben sind. Einer davon steuert die Auswahlschaltung S1 und der andere SZ Der an die Auswahlschaltung S1 angelegte Impuls definiert einen Bereich Tr 1, der im Absland von 2 ... 5 Kilometern von der Antenne entfernt liegt. Der an der Auswahlschaltung S2 anliegende Impuls einen Bereich 7>2 im gleichen Entfernungsbereich mit dem Abstande

(/I

Ol

vom ersten Bereich TrX, worin Cdie Ausbreitiingsgcschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen ist.

Die Ausgangssignale der Auswahlschaltungen Sl bzw. S2 werden Frequenz-Diskriminatoren Dt 2 bzw. OF3 zugeführt, die auf die Mittenfrequenz /"abgestimmt sind und den gleichen Aufbau wie der für die Nachstimmung der Oszillatoren OLX und OL 2 benutzte Diskriminator DFl besitzen. Das Ausgangssignal des Frequenz-Diskriminators DF2 steuert nach Verstärkung in einem Verstärker 14 die Frequenz des Osziiiaiors OLZ, während das Ausgangssignai des anderen Diskriminators DF3 nach Verstärkung in einem Verstärker 15 eine Schaltung mit einstellbarem Schwellwert 16 durchläuft und beim Abtastimpulsgenerator 17 den zeitlichen Einsatz der beiden Abtastimpulse steuert.

Die Schaltung mit einstellbarem Schwellwert 16 ist eine binäre Vergleichsschaltung, die nur ein Ausgangssignai abgibt, wenn das Ausgangssignal des Diskriminators DF3 einen gewissen Wert übersteigt. Wenn also das Ausgangssignal der Auswahlschaltung eine Frequenz ist, wird ein Signal abgegeben, wenn deren Wert größer als eine bestimmte vorgegebene mit fs bezeichnete Frequenz ist.

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

Für die Erörterung der Arbeitsweise der in F i g. 2 gezeigten Anordnung seien folgende Möglichkeiten betrachtet:

(1.) In den mittels der Auswahlschaltungen Sl und S 2 ausgewählten Bereichen TrX und Tr2 befinden

sich keine bewegten Ziele.
(2.) Nur in dem durch die Auswahlschaltung SI ausgewählten Bereich TrX befindet sich ein

bewegtes Ziel.
(3.) Nur in dem durch die Auswahlschaltung S 2 ausgewählten Bereich TR 2 befindet sich ein

bewegtes Ziel.
(4.) In beiden Bereichen Tr i und Tr 2 befinden sich bewegte Ziele.

Im Falle (1.), in dem sich keine bewegten Ziele in den durch die Auswahlschaltungen Sl und S 2 eingestellten Bereichen befinden, werden die an den Ausgängen der Frequenz-Diskriminatoren DF2 und DF3 auftretenden Signale allein durch die Plattformbewegungen hervorgerufen. Die auftretende Doppler-Frequenz fc wird durch Verändern der Frequenz des Oszillators OL 3 um den Wert fc kompensiert so daß sowohl am Ausgang des Diskriminators DF2 wie auch an dem von DF3 das Signal Null erscheint.

Im Falle (2.), in dem sich nur ein bewegtes Ziel in dem

Bereich Tr I befindet, entspricht zunächst das Ausgangssignal des Diskriminators DFZ den Plattformbewegungen, wogegen sich das Ausgangssignal des Diskriminators DF2, das sich zusammensetzt aus den Plattformbewegungen und denen des bewegten Zieles, die Frequenz des Oszillators OL 3 beeinflußt. Nach dem Regelvorgang ist das Ausgangssignal von dem Diskriminator DF2 dadurch Null, wogegen am Ausgange des Diskriminators DFZ ein der Geschwindigkeit des bewegten Zieles im Bereich Tr 1 proportionales Signal auftritt. Ist der Pegel dieses Signals größer als der Schwellwcrt der Schwellwertschaltung 16, so wird der zeitliche Einsatzpunkt der Abtastinipulse so lange verändert, bis der eingestellte Bereich Tr \ frei von bewegten Zielen ist.

Im Falle (3.), in dem sich nur ein bewegtes Ziel im Bereich Tr 2 befindet, entspricht das Ausgangssignal des Diskriminators DFl zunächst den Fiaiiformbewegungen, die durch die Nachregelung des Oszillators OL 3 kompensiert werden. Vor Einsatz der Regelung setzt sich dagegen das Ausgangssignal des Diskriminators DFZ aus den Bewegungen der Plattform und des bewegten Zieles zusammen. Nach erfolgter Regelung ist es proportional der Geschwindigkeit des bewegten Zieles. Ist es dabei größer als der Schwellwert der Schwellwertschaltung Ifi, so wird der Einsatzpunkt der Abtastimpulse so lange verändert, bis auch im Bereich Tr 2 sich kein bewegtes Ziel mehr befindet.

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

Im Falle (4.) befindet sich ein bewegtes Ziel in jedem der Bereiche TrI und Tr 2. Wenn die beiden bewegten Ziele unterschiedliche Annäherungsgeschwindigkeiten haben, so daß die Differenz der hierdurch hervorgerufenen Doppler-Frequenzen größer ist als fs, so gelten die vorherigen Überlegungen und es wird der Einsatzpunkt der Abtastimpulse so lange verändert, bis sich in den hierdurch eingestellten Bereichen Tr \ und Tr 2 kein

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

Bereichsumschaltungen verursachen durch Einschwingvorgänge eine Regelunruhe. Deshalb ist vorgesehen, den Regelkreis zu unterbrechen, wenn eine solche Umschaltung erfolgt. Hierzu wird in die Regelschleife eine Torschaltung für analoge Signale mit einem Speicherkondensator eingefügt. Diese Torschaltung wird gesteuert durch einen monostabilen Multivibrator, der vom Ausgangssignal der Schwellwertschaltung 16 getriggert wird. Die Dauer des unstabilen Zustandes wird dabei so groß gewählt, daß die Sendekeule nicht mehr das bewegte Ziel, das die Bereichsumschaltung veranlaßt hat, überstreicht, wenn die Regelschleife wieder geschlossen wird. Während der Unterbrechung des Regelkreises hält der Speicherkondensator die Regelspannung für den Oszillator OL 3 auf dem Werte vor der Unterbrechung fest.

Bei der in der F i g. 2 dargestellten Schaltungsanordnung steuert das Ausgangssignal des Frequenz-Diskriminators DF2 den Oszillator OL 3 der zweiten Mischstufe. Dieses Signal kann aber ebenso den Oszillator OL 2 der ersten Mischstufe steuern, also den Oszillator der sich nicht in der Regelschleife zum Einregeln einer konstanten Frequenzdifferenz zwischen den Oszillatoren OL 1 und OL 2 dient.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wurde boschrieben für den Fall, daß die Radaranlage in einem Hubschrauber montiert ist, der insbesondere im ■"> stationären Flug nur geringe Bewegunj:;sgeschwindigkeiten aufweist. Die Anordnung ist aber auch für in Flugzeugen montierte Radaranlage zu verwenden. Dann muß noch eine an sich bekannte Kompensation der Flugzeuggeschwindigkeit und der durch die

ι» Antennendrehung erfolgenden Modulation vorgenommen werden, wobei durch die erfindungsgemäße Anordnung dann eine Feinkompensation erfolgt. Zur lösung dieser Aufgabe kann bei der Anordnung nach f i g. 2 die Frequenz des Oszillators OL 2 zwischen dem

π Wert F2 + fa. wenn die Strahlungsachse der Antenne mit der Fortbewegungsrichtung des Flugzeuges gleichgerichtet ist, und dem Wert F2-fa, wenn sie gegeneinander gerichtet sind, periodisch verändern werden. Wenn das Ausgangssignal des Frequenz-Dis-

-'Ii kriminators DF2 den Oszillator OL 1 oder OL 2 steuert, wird die Frequenz des Oszillators OL Z zwischen den Grenzen FZ + fnund FZ- /aperiodisch verändert.

In der Beschreibung wurde angenommen, daß die Öffnungszeit der Auswahlschaltungen 51 und 52 eine Mikrosekunde beträgt und daß die Zeitverschiebung zwischen den Öffnungszeiten beider Auswahlschaltungen aufgrund vorher festgelegter Kriterien bestimmt wurden. Als Folge der kurzen Öffnungszeiten und der Einschwingvorgänge ist es möglich, daß für ein

in zufriedenstellendes Arbeiten der Regelung Schwierigkeiten auftreten. Es ist deshalb als Alternative vorgesehen, die Öffnungszeiten der Auswahlschaltungen zu verlängern und daß dazu der Schalt- und Speicherkreis (18,19) so abgeändert wird, daß durch den

Ii Speicherkondensator während der Öffnungszeit eine Integration des Signals erfolgt.

Es wurde auch darauf hingewiesen, daß die durch die Auswahlschaltungen 51 und 5 2 ausgewählten Bereiche weit genug von der Antenne entfernt sein müßten, damit

4i) keine Korrektur infolge des Winkels zwische . Haupt-

Nebenkeule hügeliges Gelände überstreicht, können mehr oder weniger starke »Empfangslöcher« auftreten. Je näher der von der Nebenkeule überstrichene Bereich der Horizontlinie liegt, je höher wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens solcher Empfangslöcher, die ein fehlerhaftes Arbeiten der Kompensation verursachen. Es ist deshalb vorgesehen, daß die Nebenkeule einen Bereich sehr nahe der Antenne überstreicht und daß eine Korrektion des Einflusses des Winkelunterschiedes .wischen Haupt- und Nebenkeule vorgenommen wird. Diese Korrektion kann durch die in F i g. 2 gestrichelt dargestellten Schaltungsmaßnahmen erfolgen, die aus einer Einrichtung 21, einem Verstärker 22 und einem

frequenzvariablen Oszillator OL 4 besteht. Dieser Oszillator ist mit der Mischstufe MZ verbunden, wogegen dann deren Verbindung mit dem Oszillator OLZ entfällt. Wenn a bzw. b die Winkel der Nebenbzw. Hauptkeule zur Horizontalebene sind, verknüpft

die Einrichtung 21 ihre Eingangsspannung mit ihrer

Ausgangsspannung gemäß der Funktion S-E _{cos f/} .

so daß dann vom Frequenz-Diskriminator DF2 das Aasgangssignal E = K ■ fc ■ cos a abgegeben wird.
Die vorliegende Erfindung ist anwendbar zur Festzielausblendung bei kohärenten Puls-Dopplers-Radars, deren Antennen auf einer sich bewegenden oder bewegungsunstabilen Plattform angebracht sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur kompensation der Eigenbewegung der Sende/Empfangsantenne einer kohärenten > Impuls-Doppler-Radaranlage mit Festzielunterdrükkung, bei der die von Zielen reflektierten Signale mit dem Ausgangssignal eines Kohärenzoszillators in der Phase verglichen und nur die Signale, deren Phasenlagen sich gegenüber dem Kohärenzoszilla- in tor bei zwei aufeinanderfolgenden Antennenurnläufen ändern, als Signale von bewegten Zielen erkannt, ausgewertet und angezeigt werden und bei der zur Kompensation der Eigenbewegung die Relativgeschwindigkeit der Sende/Empfangsantenne zu r> einem Festziel ermittelt und die Frequenz des Kohärenzoszillators um die Frequenz der zu dieser Relativgeschwindigkeit gehörenden Dopplerverschiebung nachgeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativgeschwindigkeit zu einem Festziel, das von der Sende/Empfangsantenne weniger weit als das zu ortende Ziel entfernt ist, gemessen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Ortung der bewegten Ziele mittels der Hauptkeule des Sendeantennendiagramms, dagegen die Messung der durcii die Antenneneigenbewegung verursachten Dopplerverschiebung mittels der Nebenkeule erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dadurch gekennzeichnet, daß Schaltungen zur Erzeugung zweier um einen vorgegebenen Betrag getrennter Entfernungsbereitue vorgesehen sind und daß, wenn in dieser* Entfernungsbereichen ein Bewegtziel vorhanden ist, die L ltfernungsbereiche r> so lange verschoben werden, bis in ihnen kein Bewegtziel mehr vorhanden ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für Sende/Empfangsantennen mit hoher Geschwindigkeit der Eigenbe- wegung aus mit bekannten Mitteln ermittelten Werten für Eigengeschwindigkeit und Bewegungsrichtung eine Vorkorrektur der Frequenz des Kohärenzoszillators erfolgt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 4 > zeichnet, daß das Ausgangssignal (F)des Kohärenzoszillators (8) einmal einer ersten Mischstufe (M X) zusammen mit dem Ausgangssignal (Fl) eines ersten in der Frequenz veränderlichen Oszillators (OL 1) und ferner einer zweiten Mischslufe (M 2) >o zusammen mit dem Ausgangssignal (F2) eines zweiten in der Frequenz veränderlichen Oszillators (OL2) anliegt, daß der Frequenzabsland zwischen dem Ausgangssignal (Fl) des ersten Oszillators (OL 1) und dem (F2) des zweiten Oszillators (OL2) mittels einer Mischstufe (12) eines ersten Frequenz-Diskriminators (DFl) und eines Verstärkers (13) durch Nachsteuerung des ersten Oszillators (OL 1) auf einen Wert (7? gleich ungefähr einem Viertel der Pulsfolgefrequenz der Radaranlage gehalten wird, bo daß die Ausgangssignale der Mischstufen (Wl bzw. M 2) über nur die Differenzfrequenz durchlassende Filter (FL \ bzw. FL 2) einer dritten (M3) bzw. vierten (M4) Mischstufe zugeführt werden, denen außerdem das Ausgangssignal eines dritten in der μ Frequenz veränderlichen Oszillators (OL 3) zugeführt wird, daß die Ausgangssignale der dritten (M 3) bzw. vierten (M) Mischstufe über nur die Sumrnenfrequenz durchlassende Filter (FL3 bzw. FL 4) einem ersten (7) bzw. einem zweiten (11) Phasendiskriminator zugeführt werden, an denen ferner die Ausgangssignale eines Zwischeinfrequenzverstärkers (6) anliegen, daß das Ausgangssignal des ersten Phasendiskriminators (6) durch eine Auswerteeinrichtung (9) weiterverarbeitet wird, während das Ausgangssignal des zweiten Phasendiskriminators (11) an zwei Auswahlschaltung^! (Sl b/.w. 52) anliegt, von denen die erste (Sl) nur für die Dauer des ersten Impulses und die zweite (S2) nur für die Dauer des zweiten Impulses des Pulspaares eines Pulsgenerators (17) leitend gesteuert wird, wobei die Auswahlschaltungen die während dieser Zeit durchgelassenen Signalamplituden in einem Kondensatorspeicher speichern, daß ferner das Ausgangssignal der ersten Auswahlschaltung (Sl) über einen zweiten Frequenz-Diskriminator (DF2) und einen Verstärker (14) die Frequenz des dritten in der Frequenz veränderlichen Oszillators (OL 3) steuert, während das Ausgangssignal der zweiten Auswahlschaltung (52) über einen dritten Frequenzdiskriminator(DF3) und eine Schwellwertschaltung (16) den zeitlichen Einsatzpunkt der Pulspaare steuert.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssiginal des zweiten Frequenz-Diskriweinators (DF2) außerdem über eine Korrektionsschaltung (21). die den Einfluß der Winkelunterschiede zwischen Haupt- und Nebenkeule berücksichtigt, und einen Verstärker (22) einen vierten in der Frequenz variablen Oszillator (OL 4) steuert, dessen Ausgangssignal an der dritten Mischstufe (M3) anliegt, wogegen das Ausgangssignal des dritten in der Frequenz variablen Oszillators (OL 3) nur noch an der vierten Mischstufe (M4) anliegt.