DE2505697C1 - Stroerschutzverfahren fuer eine Antenne mit elektronischer Strahlschwenkung und Antenne zur Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Störschutzverfahren, das insbesondere bei einer Antenne mit elektronischer Strahl­ schwenkung anwendbar ist, und auf eine Antenne zur Anwendung des Verfahrens.

Bekanntlich können verschiedene Arten von Störquellen den Betrieb von elektromagnetischen Ortungsgeräten (Radargerä­ ten) stören. Zu diesen Störquellen gehören beispielsweise vom Boden oder der Atmosphäre stammende Clutter, die Bodenspiegelungen der Ziele, und Düppel, d. h. Metall­ streifen, die zur Sättigung der Radaranzeigen abgeworfen werden. Ferner kann es sich um einen aktiven Störsender handeln.

Die von diesen Störquellen erzeugten Hochfrequenzsignale werden im allgemeinen von den Nebenzipfeln des Strahlungs­ diagramms der Antenne oder gegebenenfalls sogar von deren Hauptkeule aufgefangen.

Das Vorhandensein der Nebenzipfel ergibt sich aus mehreren wichtigen Gründen, die einerseits mit dem Anstrahlungsge­ setz und andererseits mit Sekundärreflexionen an meist in der Nähe liegenden Hindernissen zusammenhängen, und die auch mit Fertigungstoleranzen der Antenne zusammenhängen.

Im Fall von Antennen mit elektronischer Strahlschwenkung, bei denen die gewünschte Feldverteilung entlang der Antenne durch Einstellung der Phase der Elementarstrahler des Strah­ lerfeldes erhalten wird, ist insbesondere wegen des quanti­ sierten Charakters der verwendeten Phasenschieber der mitt­ lere Pegel der Nebenzipfel verhältnismäßig hoch.

Die Lösung des Problems des Störschutzes ist deshalb ins­ besondere bei diesen Antennen mit elektronischer Strahl­ schwenkung, die mit quantisierten Phasenschiebern arbeiten, besonders wichtig. Im Fall der Quantisierung der Phasenver­ schiebungen ist nämlich das Bestehen eines periodischen Fehlers und eines zufälligen Fehlers festzustellen, die sich auf den Verlust an Antennengewinn, den relativen Pegel der Nebenzipfel in bezug auf die Hauptkeule und auf die Abweichung der Hauptstrahlungsrichtung auswirken; der letzte Punkt gilt insbesondere für den Fall eines Mono­ puls-Radargeräts.

Auf dem Gebiet der Sonartechnik, die in vielfacher Hinsicht mit der Radartechnik vergleichbar ist, war das Aufsuchen einer automatischen Verbesserung des Nutzsignal/Störsignal­ verhältnisses Gegenstand zahlreicher Untersuchungen und Ausführungen. Diese Verbesserung wird dadurch gesucht, daß sowohl auf die Amplitude als auch auf die Phase des Er­ regungsgesetzes der Elementarstrahler eingewirkt wird. Diese Verfahren können jedoch nur schwierig auf den spe­ ziellen Bereich der Radartechnik übertragen werden. Auf diesem Gebiet wirft insbesondere die Realzeitsteuerung des Amplitudengesetzes technische Probleme auf, die wegen der großen Laufzeitunterschiede in den betreffenden Medien schwierig zu lösen sind.

Soweit das Phasengesetz für sich allein betrachtet be­ troffen ist, scheint es, daß insbesondere für ein quanti­ siertes Gesetz noch keine Untersuchungen angestellt wor­ den sind oder zu irgendwelchen brauchbaren Ergebnissen geführt haben, insbesondere für den Fall, daß man auto­ matisch Nullstellen des Strahlungsdiagramms in den unbe­ kannten Richtungen der Störquellen erzeugen will.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Phasenverteilung im Strahlerfeld in Abhängigkeit von dem eventuellen Vorhan­ densein von Störquellen in bestimmten unbekannten Richtun­ gen geringfügig zu ändern, wobei jedoch die Kenngrößen der Strahlung in der Hauptstrahlungsrichtung (Visierrichtung) im wesentlichen konstant gehalten werden. Auf diese Weise erzeugt man in der unbekannten Richtung der Störquelle bzw. der Störquellen eine Lücke in dem Strahlungsdiagramm bzw. in den Strahlungsdiagrammen der Antenne.

Zu diesem Zweck wird mit Hilfe eines Rechengeräts, daß im allgemeinen für die Steuerung der Phasenschieber des Strah­ lergitters vorgesehen ist, der Wert der Phasenverschiebung jedes Phasenschiebers oder einer bestimmten Anzahl dieser Phasenschieber um ein Quantum oder gegebenenfalls auch um mehrere Quanten vergrößert oder vermindert, so daß der Pegel der Empfangssignale verringert wird, was eine Real­ zeitmessung des Pegels voraussetzt. Man kann auf diese Weise für die Gesamtheit der Phasenschieber des Strahlerfeldes ein quasi optimales Phasengesetz erzielen, für das der Pegel der festgestellten Störsignale ein Minimum hat.

Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es nicht notwendig ist, die feste Strahlungsstruktur der Antenne und die winkelmäßige Verteilung der Störquellen im voraus zu kennen.

Eine Antenne zur Anwendung des Störschutzverfahrens ent­ hält nach der Erfindung einen Schaltungszweig, der an dem Ausgangskanal des Empfängers, auf dem ein mit einem Stör­ signal gemischtes Nutzsignal erscheint, einen Koppler auf­ weist, der von dem Empfänger das Störsignal abzweigt, ge­ gebenenfalls eine Filteranordnung, mit der das Störsignal von jeder Spur des Nutzsignals befreit werden kann, und eine Detektoranordnung mit nachgeschaltetem Filter, die den mittleren Pegel des Störisgnals liefert, damit dieser auf einen Prozessor einwirkt, der eine Meßanordnung für den Pegel des Störsignals, eine Steueranordnung für die Änderung der Phasenverschiebung jeweils eines Phasen­ schiebers der Reihe nach nach jeder Messung, einen Kompa­ rator, der die gemessenen Pegel miteinander vergleicht und eine Entscheidungsschaltung enthält, welche die Phasen­ verschiebung wählt, für die der gemessene Pegel ein Minimum hat. Dieser Phasenverschiebungswert ist derjenige, der für jeden Phasenschieber beibehalten wird. Indem auf diese Weise der Reihe nach auf alle Phasenschieber oder auch auf nur einige der Phasenschieber gemäß einem in dem Pro­ zessor eingegebenen Programm eingewirkt wird, stellt man das optimale Phasengesetz für die Antenne auf, für das die Wirkung der Störquellen möglichst wenig störend ge­ macht wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch eine Antenne mit elektro­ nischer Strahlschwenkung, bei der das Störschutzverfahren nach der Erfindung angewendet wird.

Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Antenne mit elektronischer Strahlschwenkung enthält ein lineares Strah­ lerfeld (Strahlerzeile) mit einer gewissen Anzahl von Elementarstrahlern r ₁ bis r _n in Form von Hornstrahlern. In jedem Speisehohlleiter eines Hornstrahlers befindet sich ein digital steuerbarer Phasenschieber herkömmlicher Art. Diese Phasenschieber sind in der Anordnung 1 zusammen­ gefaßt. Ein Richtrechner 2 steuert die Werte der Phasen­ verschiebung, die an jedem Phasenschieber einzustellen sind, damit die gewünschte Strahlungsrichtung der Strah­ lungsdiagramme erhalten wird. Bei dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die dargestellte Antenne eine Monopuls-Antenne ist, sind die Ausgangshohlleiter der Phasenschieber in der Anord­ nung 3 auf zwei Gruppen aufgeteilt, wodurch es beispiels­ weise über ein nicht dargestelltes magisches T möglich ist, an einem Ausgangskanal 4 ein Summensignal und an einem Ausgangskanal 5 ein Differenzsignal zu erhalten. Diese Signale werden in geeigneten Empfängern 6 bzw. 7 verar­ beitet, und die Nutzsignale erscheinen an den Ausgangs­ kanälen 8 bzw. 9 der Empfänger. Diese Nutzsignale sind offensichtlich mit den Störsignalen gemischt. Die Wir­ kungsweise des bisher beschriebenen Systems wird hier nicht in näheren Einzelheiten wiedergegeben, da hierüber ein umfangsreiches und allgemein bekannten Schrifttum be­ steht. Es ist lediglich angegeben, daß die Wirkungsweise einer solchen Antenne darauf beruht, daß die in die Speisekreise der Hornstrahler eingefügten Phasenschieber digital nach einem bestimmten Gesetz gesteuert werden, damit die gewünschten Strahlungscharakteristiken erhalten werden.

Mit der Erfindung wird auf die den Phasenschiebern der Antenne erteilten Phasenverschiebungen so eingewirkt, daß der Pegel der Nebenzipfel in der Richtung der Störsender verringert oder gegebenenfalls vollständig zum Verschwinden gebracht wird.

Zu diesem Zweck wird zu den bisher beschriebenen Schaltun­ gen ein Schaltungszweig hinzugefügt, der es ermöglicht, die Phasenverschiebungen der Phasenschieber in einer sol­ chen Richtung und um einen solchen Betrag zu verändern, daß der Pegel der Nebenzipfel in den Richtungen der even­ tuellen Störquellen B ₁, B ₂ stark verringert wird, wobei jedoch vorausgesetzt wird, daß die den Phasenverschie­ bungen erteilten Änderungen sich nur in vernachlässig­ barer Weise auf die Eigenschaften der Antenne in der Visier­ richtung der Hauptkeule LP auswirken.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Fall einer Antenne für ein Monopuls-Zielverfolgungs-Radargerät ordnet man in jedem Ausgangskanal der Empfänger 6 und 7 eine Schaltung 10 bzw. 11 an, die in der Lage ist, das Störsignal abzuzweigen, das mit dem von dem betreffenden Empfänger abgegebenen Nutzsignal gemischt ist. An jeder der Schaltungen 10, 11 ist eine Detektor- und Filterschaltung 12 bzw. 13 ange­ schlossen. Die Ausgänge der Schaltungen 12 und 13 sind mit einer Bewertungsschaltung 14 verbunden, die ein Fehler­ signal liefert, das auf eine Prozessorschaltung 15 ein­ wirkt, welche die Phasenschieber unter den bereits beschrie­ benen Bedingungen steuert.

Die für die Phasenschieber beabsichtigte Wirkung kann systematisch erfolgen, oder auch gemäß einer bestimmten Wahl der Elementarstrahler, wobei sich diese Wahl aus einer vorher durchgeführten Untersuchung der Strahlungs­ gesetze der Elementarstrahler ergeben kann.

Für jeden der gewählten Phasenschieber stellt man der Reihe nach außer der ursprünglichen Phasenverschiebung die Phasenverschiebungen ein, die sich aus der Addition und dann aus der Subtraktion von beispielsweise einem Phasenverschiebungsquantum ergeben. Diese geringfügige Änderung der Phase der Phasenschieber ermöglicht die Er­ zielung von ziemlich merklichen Änderungen der Neben­ zipfel, ohne daß die Eigenschaften der Antenne in der Hauptstrahlungsrichtung beeinträchtigt werden.

Für jeden dieser Phasenverschiebungswerte bestimmt der Prozessor 15 die Pegel der erhaltenen Signale, die er anschließend miteinander vergleicht. Man behält als ein­ zustellenden Phasenverschiebungswert denjenigen bei, für den der gemessene Pegel der Signale am kleinsten ist. In gleicher Weise wird der Reihe nach mit den anderen Phasen­ schiebern verfahren, wobei jedesmal der Phasenverschie­ bungswert beibehalten wird, bei dem der Pegel des erhal­ tenen Störsignals am kleinsten ist. Man kann auf diese Weise ein praktisch optimales allgemeines Phasengesetz erzielen, für das die Störsender am wenigstens störend sind. Es erscheint nicht notwendig, einen besonderen Pro­ zessor zu beschreiben, der die beschriebenen Funktionen ausübt; er kann ein Programmrechner sein, der beispiels­ weise auch den Richtrechner 2 enthalten könnte.

Bei der praktischen Anwendung ist es unerläßlich, die Stör­ quellen, obgleich ihre Richtung unbekannt ist, zu erfassen, damit die Signale erhalten werden, die auf den Prozessor einwirken.

Es wird angenommen, daß eine Störquelle dann störend wirkt, wenn ihr Pegel den Pegel des Nutzsignals deutlich über­ steigt, so daß er das Nutzsignal überdeckt. Man findet die Störenergie unter Ausschluß jedes Nutzsignals am Ende der Radarperiode in der Totzeit, die jenseits der nutzbaren Reichweite des Radargeräts liegt. In diesem Fall können die Schaltungen 10 und 11 einfache Umschalter sein, welche die Störsignale über den beschriebenen Schaltungszweig zum Prozessor leiten. Während dieser Totzeit werden die Opera­ tionen der Messung, der Änderung der Phasenverschiebung und des Pegelvergleichs durchgeführt, die sich auf mehrere Phasenschieber erstrecken können. Diese Operationen werden anschließend bei der nächsten Radarperiode wiederholt, bis alle gewählten Phasenschieber behandelt worden sind.

Man kann auch in dem nutzbaren Teil der Folgeperiode das Störsignal wählen, das bei einer Nullstelle des Spektrums des Nutzsignals besteht, mit dem das Störsignal gemischt ist. Die Schaltungen 10, 11 enthalten dann ein schmalbandi­ ges Filter, das auf eine Nullstelle des Spektrums des Nutz­ signals abgestimmt ist.

Es ist auch möglich, auf mehrere aufeinanderfolgende Radar­ folgeperioden einzuwirken, um das optimale Phasengesetz aufzustellen, und dann die Störschutzschaltung für die nächsten Folgeperioden zu blockieren.

Die Schaltung 14 ist eine Bewertungsschaltung, die bei dem beschriebenen Beispiel, das sich auf eine Monopuls-Antenne bezieht, ein Fehlersignal liefert, das insbesondere auf das Vorhandensein der Störquelle zurückzuführen ist und in dem Prozessor 15 die Operationen auslöst, die den Zweck haben, die Störquelle im günstigsten Fall vollständig zu unter­ drücken. Diese Bewertungsschaltung arbeitet bei Videofre­ quenz, weshalb ihr eine Detektorschaltung 12, 13 vorge­ schaltet ist. Die Bewertungsschaltung ist beispielsweise eine Potentiometerschaltung, welche die Wirkung ergibt, daß je nach den Betriebsbedingungen, in denen sich die Antenne befindet, mehr oder weniger Energie von dem Sum­ menkanal und dem Differenzkanal gewählt wird oder auch nur einer der beiden Kanäle gewählt wird.

Das beschriebene Verfahren eignet sich für jede Antenne mit elektronischer Strahlschwenkung, die mit digital steuerbaren Phasenschiebern ausgestattet ist, insbesondere auch für Antennen, die nur einen einzigen Kanal aufweisen. In diesem Fall ist die in der Zeichnung dargestellte An­ ordnung dahingehend abgeändert, daß sie nur einen Ausgangs­ kanal und nur einen einzigen Schaltungskanal für die Abzwei­ gung der Störsignale ohne Bewertungsschaltung enthält.

Bei der vorstehenden Beschreibung ist die aufeinanderfol­ gende Änderung der Phasenverschiebungen der verschiedenen Phasenschieber betrachtet worden. Wenn eine vorhergehende Untersuchung der Strahlungsgesetze der Antenne durchgeführt worden ist, ist es möglich, unter diesen Phasenschiebern eine Wahl zu treffen und somit das beschriebene Verfahren nur auf eine beschränkte Anzahl von Phasenschiebern anzu­ wenden, ohne daß das Ergebnis dieser Anwendung wesentlich beeinträchtigt wird. Man gewinnt dadurch an Zeit, die für die Durchführung der Versuche zur Erzielung des gesuchten optimalen Phasengesetzes aufgewendet wird. Eine gewisse Anzahl von Phasenschiebern kann dann zu Gruppen zusammen­ gefaßt werden, und die Änderung der Phasenverschiebung erfolgt dann blockweise für eine ganze Gruppe.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß es eine bevorzugte Reihen­ folge für die Einwirkung auf die Phasenschieber je nach dem Aufbau des Systems gibt.

Bei einer Monopuls-Antenne mit elektronischer Strahlschwen­ kung, bei der das Verfahren nur auf den Summenkanal ange­ wendet wird, ist es beispielsweise vorteilhaft, von dem dem mittleren Strahler zugeordneten Phasenschieber auszu­ gehen und dann abwechselnd auf die zu beiden Seiten dieses Strahlers liegenden Phasenschieber einzuwirken.

Wenn nur der Differenzkanal in Betracht gezogen wird, ist es vorzuziehen, von einem der Enden der Strahlerzeile auszugehen und abwechselnd auf die Phasenschieber einzuwirken. Wenn das Störsignal die bewertete Summe des Empfangssignals des Summenkanals und des Empfangssignals des Differenz­ kanals ist, ist die für den Summenkanal getroffene Wahl vorzuziehen.

Hinsichtlich der Amplitude der den Phasenschiebern zu er­ teilenden Phasenverschiebung ist in der vorstehenden Be­ schreibung angegeben worden, daß die Änderung jeweils ein Quantum betraf. Es ist offensichtlich möglich, die Phasen­ verschiebungen um einen Wert zu ändern, der größer als ein Quantum ist, wobei die Grenze durch den Wert gegeben ist, der die Strahlungsbedingungen in der Hauptstrahlungs­ richtung zu sehr verändern würde.

Claims (16)

1. Störschutzverfahren für eine Antenne mit elektronischer Strahlschwenkung, bei der insbesondere die Steuerung der Phasenverschiebung der verschiedenen Phasenschieber, die in den Speiseleitungen der Elementarstrahler liegen, digitalisiert ist und von einem Rechengerät durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ausgang eines der Antenne zugeordneten Empfängers erhaltene Störenergie gemessen und gespeichert wird, daß nacheinander für ein­ zelne Phasenschieber oder Phasenschiebergruppen der Wert der eingestellten Phasenverschiebung durch Addition und/ oder durch Subtraktion eines elementaren Phasenverschie­ bungswertes geändert wird, daß für jeden der neuen Pha­ senverschiebungswerte der Energiepegel des Störsignals gemessen und gespeichert wird, und daß für jeden Phasen­ schieber bzw. jede Phasenschiebergruppe die verschiedenen Energiepegel verglichen werden und nur der Phasenverschie­ bungswert beibehalten wird, für den der gemessene Pegel ein Minimum ist, woraus sich für die Antenne die Ausbildung eines quasi optimalen Phasengesetzes ergibt, für das der Einfluß der Störquellen auf ein Minimum herabgesetzt oder ganz unterdrückt ist.

2. Störschutzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elementare Phasenverschiebungswert gleich dem Wert des Quantums ist, mit dem die Phasenverschiebung binär ausgedrückt wird.

3. Störschutzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elementare Phasenverschiebungswert ein Vielfaches des Quantums ist, mit dem die Phasenverschiebung binär aus­ gedrückt wird, aber kleiner als der Wert ist, für den das Strahlungsdiagramm in der gewählten Hauptstrahlungsrichtung geändert wird.

4. Störschutzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Monopuls-Antenne das Störsignal an den Summen- und Differenzausgängen der zugeordneten Empfänger erhalten wird und daß das die Operation der Änderung der Phasenverschiebung auslö­ sende Signal durch bewertete Summenbildung aus den Signalen der Summen- und Differenzkanäle gebildet wird.

5. Störschutzverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge, in der die verschiedenen Phasenschie­ ber beeinflußt werden, von dem Kanal abhängt, auf den sich der Störschutz bezieht.

6. Störschutzverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Störsignal, das von dem Summenkanal oder einer Mischung der Summen- und Differenzkanäle stammt, der Reihe nach auf die Phasenschieber eingewirkt wird, die symmetrisch in bezug auf die Mitte des Strahlerfeldes liegen, wobei von den Enden ausgegangen wird.

7. Störschutzverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung des Störpegels allein auf dem Diffe­ renzkanal der Reihe nach abwechselnd auf die Phasenschieber eingewirkt wird, wobei von einem Ende des Strahlerfeldes ausgegangen wird.

8. Störschutzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Störsignal an einem Ausgangs­ kanal eines der Antenne zugeordneten Empfängers am Ende der Radarfolgeperiode abgenommen wird.

9. Störschutzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Störsignal an einem Ausgangs­ kanal eines der Antenne zugeordneten Empfängers bei einer Nullstelle des Spektrums des Nutzsignals abgenommen wird.

10. Störschutzverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Störsignale während einer bestimm­ ten Anzahl von Radarfolgeperioden abgenommen werden.

11. Antenne zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Anordnung (10, 11) zur Abnahme des Störsignals, das an einem Aus­ gangskanal eines der Antenne zugeordneten Empfängers (6, 7) erscheint, einen Detektor (12, 13), der das Störsignal videofrequent liefert, durch ein Filter, das den Mittel­ wert des Signals bestimmt, und durch einen Prozessor (15), der von dem Ausgangssignal des Filters ausgelöst wird und die verschiedenen Operationen zur Erzielung des praktisch optimalen Phasengesetztes steuert.

12. Antenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall einer Monopuls-Antenne, bei der das Störsignal am Summenkanal und am Differenzkanal abgenommen wird, eine Bewertungsschaltung (14) die bewertete Summe der Signale bildet und ein einziges Fehlersignal liefert, das auf den Prozessor (15) einwirkt.

13. Antenne nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Störsignal während einer Radarfolgeperiode bei einer Nullstelle des Nutzspektrums abgenommen wird und Abnahmeanordnung (10, 11) ein auf diesen Nullpunkt abgestimmtes schmalbandiges Filter enthält.

14. Antenne nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Prozessor (15) ein Programmrechner ist.

15. Antennen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmrechner den Richtrechner (2) der Antenne enthält.

16. Antenne zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Strahlungsdiagramme Lücken in den Richtungen der Stör­ quellen aufweisen.