DE2651298A1

DE2651298A1 - Erfassungs- und identifikationssystem fuer navigationszwecke

Info

Publication number: DE2651298A1
Application number: DE19762651298
Authority: DE
Inventors: Eric Joseph Isbister
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1975-11-10
Filing date: 1976-11-10
Publication date: 1977-05-12
Also published as: NO763804L; FI66253C; NO143718B; NL7612383A; SE416846B; JPS5260591A; SE7612457L; US4031535A; FI66253B; FI763189A7; JPS6130218B2; GB1574417A; NO143718C

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

* Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 - Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75

Datum: 10. November 1976

Unser Zeichen: ^5 688 F/Nu

Sperry Rand Corporation New York, USA

Erfassungs- und Identifikationssystem für Navigationszwecke

Die Erfindung bezieht sich auf ein Erfassungs- und Identifikationssystem für Navigations zwecke und insbesondere auf derartige Systeme, die eine Frequenzdiversity-Aussendung verwenden, beispielsweise für die Anstrahlung von Navigations-Markierungsfunkfeuern, die eine rückweisende Reflexion bewirkende Elemente mit nicht-linearen Bauteilen einschließen, die Signale mit Frequenzen zurückstrahlen, die lineare Kombinationen der Frequenzen der empfangenen Signale sind, so daß sich eine Möglichkeit zur Identifikation der Markierungsfunkfeuer ergibt.

Es wurden bereits Navigationssysteme vorgeschlagen, die eine rückweisende Reflexion bewirkende identifizierbare

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Einrichtungen verwenden, um Kanäle oder Routen zu markieren, die von eine Navigation durchführenden Fahrzeugen eingehalten werden müssen. Einige dieser Systeme, wie sie beispielsweise in den US-Patentschriften 2 461 005 und 2 520 008 "beschrieben sind, ergeben eine Identifikationsmöglichkeit dadurch, daß das TOn dem Markierungsfunkfeuer empfangene Signal vor der Eückaussendung moduliert wird. Diese Systeme senden jedoch Frequenzen zurück, die ursprünglich ausgesendet wurden und die daher mit Echos oder Euckkehrsignalen von Hint ergrund-Fe st zeichen am Empfänger in Wettbewerb stehen. Bei vielen Anwendungen ist der Energiepegel der Hintergrund-Festzeichenstörungen am Empfänger derart, daß die modulierten rückgestrahlten Signale nicht erfaßt werden können.

Neuere Systeme, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 3 518 5^6 beschrieben sind, verwenden ein nichtlineares Element in der eine rückweisende Reflexion aufweisenden Einrichtung zur Erzeugung von Oberwellen der Frequenz der empfangenen Signale sowie eine Einrichtung zur Modulation der letzteren. Diese Oberwellensignale werden dann in Richtung auf einen Empfänger zurückgestrahlt, der in der Nähe des ursprünglichen Senders angeordnet ist. Weil die Signale auf Oberwellenfrequenzen zurückgestrahlt werden und nicht mit der Grundfrequenz oder der empfangenen Frequenz, wird die Trennung von den Grundfrequenz-Signalechos an den Hint ergrund-Fest ζ eichen theoretisch erleichtert. Ein Überlagerungsempfänger ist jedoch üblicherweise ein Generator für Oberwellensignale und ein gewisser Teil des an Hintergrund-Festzeichen reflektierten Grundwellensignals wird in harmonische Signale umgewandelt, die in Richtung einer Überdeckung der gewünschten außerhalb erzeugten harmonischen Signale wirken. Um diese Möglich-

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keit so weit wie möglich zu verringern, werden Filter mit exbrem tiefen und steilen Durchlaßeigenschaften vor dem Mischen der empfangenen harmonischen Signale mit den Überlagerungsoszillatorsignalen verwendet. Weiterhin ist eine sehr genaue Sendeoszillator- und ■Überlagerungsoszillator-Frequenz steuerung erforderlich, um die gewünschten Signale in den Durchlaßbereichen der Filter und Zwischenfrequenzverstärker zu halten.

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Erfassungs- und Identifikationssystem umfaßt Sendeeinrichtungen zur Erzeugung einer Mehrzahl von Signalen, die jeweils eine unterschiedliche Frequenz aufweisen, wobei ein bekannter Frequenzabstand zwischen diesen Frequenzen vorgesehen ist, mit den Sendeeinrichtungen gekoppelte Einrichtungen zur Abstrahlung der Mehrzahl von Signalen, Signalgeneratoreinrichtungen zum Empfang der Mehrzahl von Signalen und zur Erzeugung von Signalen mit Frequenzen, die lineare Kombinationen der Frequenzen der Mehrzahl von Signalen sind und Signale mit Frequenzen der Mehrzahl der abgestrahlten Signale einschließen, sowie zur Rückabstrahlung der erzeugten Signale, und Einrichtungen zum Empfang der rückabgestrahlten Signale zur Erzeugung von Ausgangssignalen in Abhängigkeit von den rückabgestrahlten Signalen, durch die die Signalgeneratoreinrichtungen identifiziert werden können.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Systems ergibt sich ein verbessertes System, das eine rückweisende Reflexion aufweisende Einrichtungen verwendet, die Signale rückabstrahlen, die gegenüber Signalechos von Boden-, Eis-, Regen- und Meeresspiegel-Festzeichen identifizierbar sind. Die rückabgestrahlten Signale sind leicht erfaßbar und können zur Erleichterung der Identifikation von

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-Sr-

Streckenmarkierungsfunkfeuern in Umgebungen mit hohem Störpegel verwendet werden.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel strahlt eine Sender— und Antennenkombination zwei unabhängige Signale mit einem bekannten Frequenz ab stand zwischen diesen Signalen ab und die abgestrahlten Signale breiten sich zu einem Favigations-Markierungsfunkfeuer aus, das eine Luneberg-Linse mit einem äquatorialen Band von Antennenelementen aufweist. Die Luneberg-Linse richtet die auftreffenden Signale auf eines der Antennenelemente und das Signal wird von diesem zu einem nicht-linearen Element geleitet, in dem Signale mit der Grundfrequenz und mit Frequenzen erzeugt werden, die lineare Kombinationen der Grundfrequenzen sind. Diese erzeugten Signale werden dann dem Antennenelement zugeführt, um zu der ursprünglichen Sendeposition rückabgestrahlt zu werden, wo sie empfangen werden und wo die Grundfrequenzen und die durch die lineare Kombination entstandenen Signale getrennt werden. Uach der Trennung wird Jedes durch die lineare Kombination gebildete Signal in ein Videosignal umgewandelt und mit den Videosignalen der anderen durch die lineare Kombination gebildeten Signale summiert, während die Grundfrequenzsignale in einer Weise korreliert werden, die der Korrelation eines Frequenzdiversity-Kadarsystems ähnlich ist, um das Signal-ZFestzeichensignal-Verhältnis zu verbessern. Die summierten Videosignale und die Korrelations-Videosignale werden dann einer Anzeigeeinheit und einer Verarbeitungseinheit zur Harkierungsfunkfeuer—Verfolgung und -Identifikation zugeführt.

Wenn zwei Signale mit unterschiedlichen Frequenzen von einem nicht—linearen Element , wie z. B. einer Kristall-

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diode, empfangen werden, wird eine Mehrzahl von Frequenzen erzeugt, die lineare Kombinationen der G-rundfrequensen und deren Oberwellen sind. Wenn die Frequenzen der von dem nicht—linearen Element empfangenen Signale gleich f^, und f₂ sind, sind die erzeugten Frequenzen gleich mf^ +_ nf₂, worin m und η ganze Zahlen sind, deren Werte von den Eigenschaften des nicht-linearen Elementes und des empfangenen Signalpegels abhängig sind. Beispielsweise erzeugt ein nicht—lineares Element, das zwei Signale mit Frequenzen f^ und fo ntit einem Signalpegel empfängt, für den ein Ausdruck dritter Potenz in der Spannungs-Strom-Taylor-Entwicklung für das Element enthalten ist, Signale mit Frequenzen von f^, f₂, 3f^, Jf₂, 2f^ + f₂, 2f₂ + f^, 2fyj - fo und 2f~ - f-j. Irgendeine Kombination dieser Frequenzen kann bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Um den Gesamtbetrieb jedoch innerhalb annehmbarer Frequenzbandbreiten zu halten, sind die verwendeten Frequenzen vorzugsweise f^,, f₂, 2fxj — f₂ und 2f₂ - f^. Im allgemeinen existieren andere Ausdrücke in der Taylor-Entwicklung, die zu einer Vielzahl von zur Verfügung stehenden Oberwellenkombinationen führen, die zusammen mit f^ und fo ausgewählt werden können, um eine annehmbare Betriebsbandbreite aufrechtzuerhalten. Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand eines Systems beschrieben wird, bei dem ein nicht-lineares Element durch ein zusammengesetztes Signal beaufschlagt wird, das zwei Frequenzen enthält, so ist zu erkennen, daß das erfindungsgemäße System mit einer größeren Anzahl von Sendefrequenzen bei einer gleichzeitigen Vergrößerung der zur Verfügung stehenden linearen Kombinationen von erzeugten Frequenzen ausgeführt werden kann.

weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen

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der Erfindung ergeben sich aus den Unter ansprächen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs"beispiels noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Systems,

Fig. 2 eine Ausführungsform einer eine rückweisende Reflexion aufweisenden Antenne, die in dem System nach Fig. 1 Verwendung finden kann,

Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform der Antenne nach Fig. 2,

Fig. 4a und 4b alternative Ausführungsformen der Antennenelemente, wie sie bei der Antenne nach Fig· 3 verwendet werden können,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Antenne.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Systems, bei dem zwei Signale mit Frequenzen f^ und I^ worin i^ = Z^ +Δ£ ist, von einem Sender 10 ausgesendet werden, der einen Signalgenerator 11 zur Erzeugung eines Signals mit einer Frequenz Z^ und einen Signalgenerator 12 zur Erzeugung eines Signals mit einer Frequenz Z^ einschließt. Die Ausgangssignale von den Signalgeneratoren 11 und 12 werden einer Antenne 13 über Übertragungsleitungen 14, 15 und 16 und einen Sende-Empfangsschalter 17 zugeführt, und diese

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Signale werden von der Antenne 13 abgestrahlt und treffen dann auf eine eine rückweisende Reflexion aufweisende Antenne 18 auf, die noch zu "beschreiben ist. Die Antenne 18 enthält eine nicht-lineare Einrichtung für die Erzeugung von Signalen mit Frequenzen, die lineare Kombinationen der Frequenzen f^ und f2 sind. Weil die Signale mit linearen Kombinationen von f^ und fp nur von der Antenne 18 ausgehen können, die ein nicht-lineares Element enthält, können sie leichter in Umgebungen mit hohen Festzeichenstörungen erfaßt werden, als die Signale mit den Frequenzen f^ und fp. Signale mit den Frequenzen f ^ , Ϊ£ sowie der linearen Kombinationen dieser Frequenzen werden von der Antenne 18 rückabgestrahlt und von der Antenne 13 empfangen, von der aus sie über den Sendeempfangsumschalter 17 zu einem Vorverstärker 21 geleitet werden, in dem das gesamte empfangene Signal, das Komponenten beider Frequenzen f ^, f^ und linearer Kombinationen hiervon enthält, verstärkt wird und dann einem ersten Mischer 22 zugeführt wird, mit dem weiterhin ein erster Überlagerungsoszillator 23 mit einer Betriebsfrequenz von f-j-Q verbunden ist. Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel eine einzige Antenne und ein Sende-Empfangsumschalter für die Energieaussendung und den Energieempfang verwendet wird, ist es verständlich, daß diese Funktionen genau so durch zwei getrennte Antennen erfüllt werden könnten, nämlich durch eine Sendeantenne, die direkt mit dem Sender 10 gekoppelt ist, und eine Empfangs- . antenne, die direkt mit dem Vorverstärker 21 gekoppelt ist.

Der erste Mischer 22 und der Überlagerungsoszillator 23 sind Teile eines Empfängers 24, der weiterhin eine Frequenzselektionseinheit 26, einen zweiten Mischer 27, einen Detektor 28, einen zweiten Überlagerungsoszillator 29,

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-JSr-

Jl

eine Zwischenverstärkereinheit 30, eine Video-Summiereinheit 33» einen Videoverstärker 34-» eine Korrelationseinrichtung 37 und einen Videoverstärker 38 einschließt. Das zusammengesetzte Signal an den Ausgangsanschlüssen des ersten Mischers 22 wird dann der Frequenzselektionseinheit 26 zugeführt, die abgestimmte Verstärker 26a, 26b, 26c und 26d einschließt, in denen Signale mit den Frequenzen f-r-™» f-j-j, + \A£, fj-g, + 2Af und fjj, + 3Z^f ausgefiltert und verstärkt werden.

Dabei ist f-^ = 2ΐ_Λ - f₂ - f_LQ; f_IF + /\ f =

+ 2Af = f2 - f_L0 und f_I;e, + 3y\f = 2f₂ - f _Λ - f_LQ. Obwohl eine Reihe von abgestimmten Verstärkern für die FrequeiKfcrennung und -selektion bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist es selbstverständlich, daß passive Filter zur Durchführung dieser Frequenztrennung verwendet werden könnten.

Das Signal des ersten Überlagerungsoszillators 23 wird weiterhin einer automatischen FrequenzSteuereinheit (AFC) 32 in dem Sender 10 zugeführt. Die Frequenzsteuersignale von der AFC-Einheit 32 werden den Frequenzgeneratoren 11 und 12 als Bezugssignale zur Aufrechterhaltung des Frequenz ab Standes Δί zwischen den Frequenzen f^ und fp sowie zur Aufrechterhaltung von Frequenzen f^ und f₂ zugeführt, die innerhalb von Grenzen liegen, die sicherstellen, daß die Frequenzen der Koinponentensignale am Ausgangsanschluß des Mischers 27 innerhalb der Durchlaßbereiche der abgestimmten Verstärker 26a bis 26d liegen.

Nach der Frequenztrennung und Verstärkung werden die Signale an den Ausgangsanschlüssen der Verstärker 26a, 26b und 26c jeweils Mischereinheiten 27a, 27b und 27c des

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zweiten Mischers 27 zugeführt und ein Signal am Ausgangsanschluß des Verstärkers 26d, das eine Erequenz fj„ aufweist, wird einer Detektoreinbeit 28d des Detektors 28 zugeführt. Der zweite Überlagerungsoszillator 29 liefert ein Signal mit der Frequenz /Af an die Miscliereinheit 27a, ein Signal mit der Frequenz 2Af an die Mischereinheit 27b und ein Signal mit der Frequenz 3Af an die Mischereinheit 27c Diese Überlagerungsoszillatorsignale werden mit den denMischereinheiten 27a, 27b und 27c zugeführten Signalen gemischt, um Signale mit den Frequenzen fy-™ an den Ausgangsanschlüssen der Mischereinheiten 27a, 27b und 27c zu erzeugen. Das Signal am Ausgangs ans chluß der Mischereinheit 27c wird dann der Detektoreinheit 28c der Detektoreinheit 28 über den Zwischenverstärker 30c zugeführt. Die Videosignale an den Ausgangsanschlüssen der Detektoreinheiten 28c und 28d, die den empfangenen Signalen mit den Frequenzen 2fo - f^i und 2f^, - f^ entsprechen, werden der Video-Summiereinheit 33 zugeführt, und darin addiert, und die Summe wird dann dem Videoverstärker 34· zugeführt, von dem aus das verstärkte Videosignal einer Anzeigeeinheit und einer Verarbeitungseinheit 36 zugeführt wird. Die Signale an den Ausgangsanschlüssen der Mischereinheiten 27a und 27b, die den empfangenen Signalen mit den Frequenzen f^l und fp entsprechen, werden der Korrelationseinrichtung 37 über die Zwischenfrequenzverstärker 30a und 30b zugeführt, und in der Korrelationseinrichtung werden sie mit Hilfe einer logischen Technik kombiniert, die ein Videosignal am Ausgangsanschluß ergibt, das die Korrelation der beiden Signale darstellt. Dieses Videosignal wird dem Videoverstärker 38 zugeführt, dessen Videosignalausgang der Anzeigeeinheit 35 und der Verarbeitungseinheit zugeführt wird.

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Die Verarbeitungseinheit 36 ist so ausgebildet, daß sie automatisch, die Position der eine rückweisende Reflexion aufweisenden Antenne 18 mit Hilfe der von der Antenne über eine Leitung 70 gelieferten Azimutdaten und der Entfernungsinformation verfolgt, die aus dem entweder von der Korrelationseinrichtung 37 oder dem Videoverstärker 34 empfangenen Videosignal abgeleitet werden kann. Weil die Signale mit den Frequenzen I^ und ±2 i^m Wettstreit mit Festzeichensignalen stehen, ermöglicht bei vielen Umgebungen die Kombination des Signals und der !Festzeichenstörungen an der Antenne 13 nicht die Erfassung und Demodulation der gewünschten Signale mit Hilfe der Korrelationseinrichtung 37· Ib. diesen Fällen werden die Signale mit den Frequenzen, die lineare Kombinationen von ϊ^ und fo sind und die lediglich von der eine rückweisende Reflexion aufweisenden Antenne 18 ausgehen können, wie dies weiter oben erwähnt wurde, für die Entfernungsverfolgung verwendet. Wenn das System in einer Umgebung arbeitet, in der die Signale mit f^ und fo von der Korrelationseinrichtung 37 erfaßt und verarbeitet werden können, so werden die Signale mit Frequenzen, die lineare Kombinationen von f^| und f2 sind, als Identifikations-Markierungen auf der Anzeigeeinheit 35 verwendet, so daß es sichergestellt ist, daß die für die Verfolgung verwendeten Signale von der eine rückweisende Reflexion aufweisenden Antenne 18 ausgehen.

Die eine rückweisende Reflexion aufweisende Antenne (die bei 18 in Fig. 1 gezeigt ist) kann die in Fig. 2 gezeigte Form aufweisen, wobei in dieser Figur eine Antenne 40 mit elektrischen Leitern 42 gezeigt ist, die einen Dipol bilden, dessen Anschlüsse mit den jeweiligen Kathoden- und Anodenanschlüssen einer Diode 41 verbunden sind, wobei die

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Jh

Gesamtlänge L der gesamten Anordnung annähernd einer halben Wellenlänge bei der mittleren Frequenz der Betriebsbandbreite entspricht. Die aus der Diode 41 und den Leitern 42 gebildete Antenne empfängt Signale mit Frequenzen fx| und fp, die von der Antenne 13 abgestrahlt werden, und führt diese Signale der Diode 41 zu, in der das oben erwähnte zusammengesetzte Signal, das eine Mehrzahl von Frequenzen enthält, aufgrund der nicht-linearen Eigenschaften der Diode 4-1 erzeugt wird. Dieses zusammengesetzte Signal wird dann in allen Eichtungen rückabgestrahlt und darauffolgend an der Antenne 13 empfangen und dem Vorverstärker 21 nach Fig. 1 zugeführt.

Die Antenne 40 weist eine Radar-Querschnittsflache auf,

die ungefähr gleich 0,2 Λ ist. Diese Radar-Querschnittsfläche bestimmt in Kombination mit anderen Systemparametern den Betriebsbereich des Gesamtsystems. Wenn andere Systemparameter gleich bleiben, kann eine beträchtliche Vergrößerung des Bereichs mit der Antenne 43 gemäß Fig. 3 erzielt werden, die eine Luneberg-Linse 44 mit einem Antennengürtel 45 umfaßt, der im Umfang am Bereich des Äquators angeordnet ist. Eine elektromagnetische Welle, die auf die Antenne 43 unter einem Höhenwinkel in einem festgelegten Band oberhalb und unterhalb des Äquators auftrifft, das durch die Breite des Antennengürtels 45 bestimmt ist, wird auf den Antennengürtel auf eine Fläche fokussiert, die diametral der ankommenden Welle gegenüberliegt und an der die Signalenergie von zumindestens einer einer Vielzahl von Antennenelementen 46 aufgefangen wird, die den Antennengürtel bilden. Das Antennenelement 46 (das eine Diode oder ein anderes nicht-lineares Element enthält) bewirkt eine Rückabstrahlung des zusammengesetzten Signals, das Frequenzen aufweist, die lineare Kombinationen

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der beiden empfangenen Signale f^ -und f₂ sind. Der Antennengürtel 45 kann eine Vielzahl von Dipol-Dioden-Antennen aufweisen, wie z. B. die Antenne 40 nach Fig. 2, die am Umfang innerhalb einer Anzahl von Bändern 47 angeordnet sind, wobei der Dipolabstand in jedem Band so gewählt ist, daß sich eine kontinuierliche Überdeckung des interessierenden Azimut-Sektors ergibt, während die Anzahl der in dem Gürtel enthaltenen Bänder durch die gewünschte Höhenwinkelüberdeckung bestimmt ist.

Andere Formen, von denen zwei in den Fig. 4a und 4b gezeigt sind, können für die Antennenelemente 46 des Antennengürtels 45 verwendet werden. In Fig. 4a weist das Antennenelement ein Horn 50 auf, dessen Halsende mit einer Kammer verbunden ist, die eine Hohlleiter-Verlängerung 5I des Horns, eine metallische Irisblende 52, einen metallischen Kolbenreflektor 53 un-d eine Diode 54 aufweist, die in dem Hohlleiter zwischen der Irisblende 52 und dem beweglichen Kolbenreflektor 53 befestigt ist, wobei die Kathode und Ajiode der Diode 54 jeweils mit der oberen bzw. unteren Wand des Hohlleiters über zwei Drähte 55 verbunden ist. Die Kammer weist eine Resonanz bei irgendeiner gewünschten Frequenz auf, die durch ihre Abmessungen bestimmt ist und die innerhalb des Betriebsfrequenzbereichs liegt, der die Frequenzen f^ und f^ sowie die gewünschten linearen Kombinationen hiervon einschließt. Die verschiedenen Parameter der Kammer können so in Wechselbeziehung gesetzt werden, daß im wesentlichen die gesamte Wellenenergie mit Frequenzen innerhalb der vorgegebenen Bandbreite, die auf die Irisblende 52 auftrifft, in die Kammer eintritt; wenn die ausgesandten Signale mit den Frequenzen f^j und fo in die Kammer eintreten, werden sie von der Diode 54 empfangen, die die oben erwähnten linearen

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Kombinationen von f^ und fp erzeugt. Als Ergebnis dieser erzeugten Signale v/erden Ströme auf die Wände der Hohlleiterverlängerung 5I geleitet. Diese Ströme erregen die Kammer und rufen in dieser eine Resonanz lediglich für Frequenzen hervor, die innerhalb der oben erwähnten Bandbreite liegen. Diese Resonanzsignale werden dann durch die Irisblende 52 zum Horn 50 ausgekoppelt und werden durch rückweisende Reflexion von der Lur.eberg-Linse 4-3 abgestrahlt ·

In der in Fig. 4b dargestellten Modifikation der Ausführungsform nach Fig. 4a ist eine zusätzliche Kammer vor der die Diode 54 enthaltenden Kammer durch eine zweite Irisblende 56 gebildet, die einen bekannten Abstand von der zweiten Irisblende 52 aufweist, so daß die beiden Kammern ein Bandpaßfilter bilden. Diese Anordnung kann entweder dazu verwendet werden, eine geringere Bandbreite zu erzielen, indem die beiden Kammern synchron abgestimmt werden, oder es kann eine größere Bandbreite dadurch, erzielt werden, daß die beiden Kammern gestuft abgestimmt werden. Im letzteren Fall können zusätzliche lineare Kombinationen von f^| und fo mit rückweisender Reflexion abgestrahlt werden.

Wie es weiter oben erwähnt wurde, kann die Höhenwinkel-Überdeckung der kugelförmigen eine rückweisende Reflexion aufweisende Antenne dadurch vergrößert werden, daß der äquatoriale Antennengürtel 45 verbreitert wird. Diese Vergrößerung der Breite ruft jedoch eine vergrößerte Öffnungsblockierung hervor, die zu einer Verringerung der Radar-Querschnittsfläche der sphärxschen Antenne führt, und das Verhältnis der Querschnittsfläche <Tp bei einer Blokkierung gegenüber der theoretisch, möglichen maximalen

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Querschnittsfläche ο',ι ist

=\Λ - !(sin-¹ α-. +

worin ο- = a/R ist und a die Halbweite des Antennengürtels 45 und R der Radius der Kugel der Luneberg-Linse 43 ist. Daher muß ein Kompromiß zwischen dem maximalen Betriebsbereich des Systems und der Höhenwinkelüberdeckung geschlossen werden.

Eine rückweisende Reflexion aufweisende Antennen der vorstehend beschriebenen Art sind relativ kompliziert, schwer und kostspielig. In Fig. 5 ist eine Antenne gezeigt, die eine rückweisende Reflexion bei einer beträchtlichen Verringerung der Kompliziertheit, des Gewichts und der Kosten ergibt. Die in Fig. 5 gezeigte, eine rückweisende Reflexion aufweisende Antenne umfaßt allgemein zwei Teile, nämlich einen zylindrischen Antennenring 61 und eine kugelförmige Schale 62, die konzentrisch um den Antennenring 61 angeordnet ist. Die kugelförmige Schale 62 kann so aufgebaut sein, wie dies in der US-Patentschrift 2 510 020 oder in der Literaturstelle "Microwave Journal", März 1963> von J. Croney beschrieben ist. Wie es in diesen Veröffentlichungen beschrieben ist, umfaßt die kugelförmige Schale 62 eine Vielzahl von Drähten oder stabförmigen Leitern 63_? die einen Winkel von im wesentlichen 45° mit der Horizontalen an im wesentlichen allen Breitengraden dieser Kugel bilden. Daher sieht ein Beobachter am Mittelpunkt der Kugel, der nach außen blickt, Drähte unter 45° in allen Azimutpositionen, während ein Beobachter außerhalb der Kugel, der durch die Kugel hindurchblickt, Drähte unter 45° an der Vorderfläche und unter einem rechtwinkligen Winkel

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von -4-5° an der hinteren Oberfläche sieht. Entsprechend laufen Strahlen 64- einer ebenen Welle, die jeweils eine Polarisation von -4-5° aufweisen und auf die Vorderfläche der Schale 62 an Punkten 65 auftreffen, jeweils durch die Maschen der Drähte ohne wesentliche Verluste hindurch, bis sie die innere Oberfläche an den Punkten 66 erreichen, von xfo aus sie durch die gekrümmte Oberfläche auf einen Punkt

67 an dem Antennenring 61 fokussiert und dort von den Antennenelementen 68 empfangen werden. Die Antennenelemente

68 sind ähnlich den Antennenelementen, wie sie weiter oben für den Antennengürtel 4-5 nach Fig. 3 beschrieben wurden. Jedes in dem Antennenring 61 enthaltene Antennenelement weist eine geeignete Polarisation zum Empfang der Signale auf, die von der inneren Oberfläche reflektiert werden, so daß lineare Kombinationen der Frequenzen f^ und f~ erzeugt werden. Die Strahlen der Welle, die von dem Antennenelement an einem Punkt 67 abgestrahlt werden, gelangen auf die innere Oberfläche der Kugel, werden hier reflektiert und breiten sich entlang einer Bahn aus, die parallel zu der Bahn der auf treffenden Strahlen 64- ist. Die Polarisation der rückabgestrahlten Welle ist derart, daß sie durch die kugelförmige Oberfläche an der Vorderseite der Schale 62 hindurchläuft, und sich weiter in Richtung auf die ursprüngliche Quelle ausbreitet.

Eine andere Polarisation als unter einem Winkel von -4-5° ruft einen Verlust an Radar-Querschnittsfläche hervor. Für eine horizontale, vertikale und kreisförmige Polarisation führt dieser Verlust zu einer Radar-Querschnittsfläche, die nur 25 % der projezierten Fläche beträgt. Der Radar-Querschnitt der Antenne nach Fig. 5 ist jedoch direkt proportional der vierten Potenz des Durchmessers (d. h. D), so daß eine Vergrößerung des Durchmessers um 40 % den Polarisationsverlust kompensiert.

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Claims

Pa tentansprüche :

J Erfassungs- und Identifikationssystem für Navigations-"■' zwecke, gekennze ichne t durch Sendereinrichtungen (10) zur Erzeugung einer Mehrzahl von Signalen, die jeweils eine unterschiedliche Frequenz aufweisen, wobei ein bekannter Frequenzabstand zwischen diesen Frequenzen vorgesehen ist, mit den Sendereinrichtungen (10) gekoppelte Einrichtungen (15) zur Abstrahlung der Mehrzahl von Signalen, Signalgeneratoreinrichtungen (18) zum Empfang der Mehrzahl von Signalen und zur Erzeugung von Signalen mit Frequenzen, die lineare Kombinationen der Frequenzen der Mehrzahl von Signalen sind und Signale mit Frequenzen der Mehrzahl der abgestrahlten Signale einschlidäen, sowie zur Rückabstrahlung der erzeugten Signale, und Einrichtungen (13* 24) zum Empfang der rückabgestrahlten Signale und zur Erzeugung von Ausgangssignalen in Abhängigkeit von den rückabgestrahlten Signalen, durch die die Signalgeneratoreinrichtungen (18) identifiziert werden können.
2. ErfassungST und Identifikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t, daß die Signalgeneratoreinrichtungen (l8) Fokussierungseinrichtungen (44) zur Fokussierung von aus einer vorgegebenen Azimuthrichtung empfangenen Signalen und Empfangseinrichtungen (45* 6l) einschließen, die mit den Fokussierungseinrichtungen (44) zum Empfang fokussierter Signale zusammenwirken und die eine Vielzahl von Signalenergiekorrektoren (46, 68), die zum Auffangen von Signalenergie an allen Bereichen, auf die die empfangenen Signale fokussiert werden, und eine Vielzahl von nichtlinearen Elementen (41, 5²J-) aufweisen, von denen jeweils eines mit einer der Vielzahl von Signalenergiekollektoren (46, 48) ge-
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koppelt ist und die Signale mit Frequenzen, die lineare Kombinationen der Frequenzen der abgestrahlten Mehrzahl von Signalen sind, erzeugen und danach an die Fokussierungseinrichtungen (44) abstrahlen, von denen die erzeugten Signale im wesentlichen in der Azimuthrichtung rückabgestrahlt werden, aus der die empfangenen Signale auftrafen.
5. Erfassungs- und Identifikationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne t, daß die Fokussierungseinrichtungen (44) durch eine kugelförmige Luneberg-Linse gebildet sind und daß die Empfangseinrichtungen (45) für das fokussierte Signal äquatorial um diese Linse angeordnet sind.

4. Erfassungs- und Identifikationssystem nach Anspruch 2 oder 5* dadurch gekennzeichnet , daß die Signalenergiekollektoren (46) metallische Horn-Antennen sind.

5. Erfassungs- und Identifikationssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichne t, daß die Signalenergiekollektoren (4o) Dipolantennen sind.
6. Erfassungs- und Identifikationssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennze ichne t, daß die nichtlinearen Elemente (41, 5^·) Kristalldioden sind.
7. Erfassungs- und Identifikationssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungseinrichtungen (44) eine kugelförmige Schale (62) aufweisen, die durch leitende Drähte (63) gebildet sind, die jeweils unter einem Winkel von 45° gegenüber der horizontalen unter allen Breitengraden geneigt sind und daß die Empfangseinrichtungen (6l) für das fokussierte Signal konzentrisch in der kugelförmigen Schale (62) angeordnet sind.

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8. Erfassungs- und Identifikationssystera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtungen Energiekollektoreinrichtungen (IJ) zum Auffangen der von den Signalgeneratoreinrichtungen (18) rückabgestrahlten Energie, einen ersten mit den Energiekollektoreinrichtungen (13) gekoppelten Mischer (22) und einen ersten mit dem ersten Mischer (22) gekoppelten überlagerungsoszillator (23) einschließen, der ein Signal an den ersten Mischer (22) liefert, das einen vorgegebenen Prequenzabstand von einem ausgewählten der von den Signalgeneratoreinrichtungen (18) erzeugten Signalfrequenzen aufweist, daß der Frequenzabstand eine Zwischenfrequenz ist, daß die Frequenzunterschiede zwischen der Frequenz des Überlagerungsoszillatorsignals und anderen von den Signalgeneratoreinrichtungen (18) erzeugten Signalfrequenzen einen Frequenzabstand von der Zwischenfrequenz aufweisen, der für jede der anderen Signalfrequenzen vorgegeben ist, so daß der erste Mischer (22) ein kombiniertes Ausgangssignal erzeugt, daß ein Signal mit der Zwischenfrequenz und eine Mehrzahl von Signalen mit den vorgegebenen Frequenzabständen hiervon umfaßt, daß jedes Signal in dem kombinierten Ausgangssignal einem der Signale entspricht, die von den Signalgeneratoreinrichtungen (18) erzeugt werden, daß mit dem ersten Mischer (22) eine Anzahl von Filtereinrichtungen (26) gekoppelt ist, die die kombinierten Ausgangssignale in Signale mit der Zwischenfrequenz und in Signale mit vorgegebenen Differenzfrequenzen von der Zwischenfrequenz unterteilen, daß das Signal mit der Zwischenfrequenz und die Signale mit den vorgegebenen Differenzfrequenzen den Signalen entsprechen, die von den Signalgeneratoreinrichtungen (18) erzeugt werden, daß das Signal mit der Zwischenfrequenz einem der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen zugeführt wird und daß anderen Ausgangsanschlüssen der Vielzahl' von Ausgangsanschlüssen jeweils eines der vorbestimmten Signale zugeführt wird, daß ein zweiter Mischer

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(27) mit einer Vielzahl von Eingangsanschlüssen und entsprechenden Ausgangsanschlüssen vorgesehen ist, daß jeder Eingangsanschluß mit einem Anschluß der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen der Filtereinrichtungen (26) verbunden ist, daß ein zweiter Überlagerungsoszillator (29) mit dem zweiten Mischer (27) gekoppelt ist und Signale mit Frequenzen liefert, die gleich den vorgegebenen Frequenzabständen von der Zwischenfrequenz sind, so daß Signale mit der Zwischenfrequenz den Ausgangsanschlüssen des zweiten Mischers (27) zugeführt werden, wobei jedes Signal einem der Signale entspricht, das von den Signalgeneratoreinrichtungen (18) erzeugt wude, daß Einrichtungen (28, 33) vorgesehen sind, die mit dem Zwischenfrequenz-Ausgangsanschluß der Filtereinrichtungen (26) und mit den Ausgangsanschlüssen des zweiten Mischers (27) verbunden sind, die den Signalen mit linearen Kombinationen der Frequenzen der Mehrzahl der abgestrahlten Signale entsprechen, um die zugeführten Signale in Video-Signale umzuwandeln und die Summe hiervon zu bilden, und daß Einrichtungen (37) vorgesehen sind, die mit den der Mehrzahl der abgestrahlten Signale entsprechenden Ausgangsanschlüssen des zweiten Mischers (27) verbunden sind und die Signale an den der Mehrzahl der abgestrahlten Signale entsprechenden Ausgangsanschlüssen des zweiten Mischers (27) korrelieren und das auf diese Weise erzielte korrelierte Signal in ein Video-Signal umwandeln.

Erfassungs- und Identifikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtungen (10) eine Mehrzahl von mit den Abstrahlungseinrichtungen (13) gekoppelten Signalgeneratoren (11, 12) jeweils für die Erzeugung eines Signals mit einer vorgegebenen Frequenz und Einrichtungen (32) zur Steuerung jedes Signalgenerators (11, 12) der Mehrzahl von Signalgeneratoren derart einschließen, daß die Signalfrequenz jedes der Signalgeneratoren (11, 12) in einem vorgegebenen Frequenzbereich um jede der vorgegebenen

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Frequenzen gehalten wird und daß der Prequenzabstand zwischen diesen Signalen in einem vorgegebenen Frequenzbereich gehalten wird.

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