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Puls-Doppler-Radargerät
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Puls-Doppler-Radargerät für einen
vorgegebenen Entfernungsbereich mit während der Zielüberstreichzeit veränderbarer
PulsfolgefrequenzzurErkennung von Uberreichweiten und mit einer Anordnung zur Festzeichenunterdrückung.
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Der eindeutig erfaßbare Entfernungsbereich eines Radargerätes ist,
abgesehen von der Sendeleistung von der Pulsfolgefrequenz (PRF) des Radarsenders
abhängig. Für Radargeräte, die mit Filtern zur Unterdrückung von Festzeichenechos
arbeiten, ergibt sich der Nachteil, daß sich infolge von Dämpfungspolen dieser Filter
sogenannte Blindgeschwindigkeitsbereiche ergeben, in denen auch die Echosignale
von Bewegtzielen unterdrückt werden. Die Lage dieser Blindgeschwindigkeiten ist
unter anderem von der Pulsfolgefrequenz abhängig. Bei großen Entdeckungsbereichen
eines Radargerätes, die eine entsprechend niedrige Pulsfolgefrequenz erfordern,
können die Blindgeschwindigkeitsbereiche Werte annehmen, die mit häufig vorkommenden
Fluggeschwindigkeiten zusammenfallen. Es ist bekannt, diese Geschwindigkeitsabhängigkeit
dadurch zu reduzieren, daß der Radarsender mit zwei oder mehr verschiedenen Impulsfolgefrequenzen
arbeitet, so daß sich durch Überlagerung eine Geschwindigkeitscharakteristik bildet,
die in einem großen Geschwindigkeitsbereich keine ausgeprägten Nullstellen mehr
aufweist. Schwankungen der Geschwindigkeits-
charakteristik, die
eine Empfindlichkeitseinbuße zur Folge haben, können auf diesem Wege jedoch nicht
vermieden werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe. zugrunde, bei einem Puls-Doppler-Radargerät
der eingangs genannten Art auch bei größeren Entdeckungsbereichen eine weitere Verbesserung
der Geschwindigkeitscharakteristik der Festzeichenfilter zu erreichen. Gemäß der
Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Blindgeschwindigkeitsbereiche
der Festzeichenunterdrückung durch Erzeugung wenigstens eines Überreichweitenbereiches
innerhalb des angestrebten Entdeckungsbereiches des Radargerätes duch Vervielfachung
der Pulsfolgefrequenz in einen Bereich oberhalb einer vorgegebenen maximalen Zielgeschwindigkeit
verschoben sind und daß die Zielechosignale am Ausgang der Videoschwelle in mehreren
getrennten Schaltungszweigen, deren Anzahl der Zahl der erzeugten Überreichweiten
entspricht, mittels einer Überreichweitenerkennung in jedem Schaltungszweig einer
Zielentscheidung zugeführt sind.
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Bei der Blockstaggerung ist jedes Überreichweitenziel auf mehrere
Entfernungstore verteilt, wobei das Verteilungsmuster je nach Umschaltzeitpunkt
der Pulsfolgefrequenz und Überreichweite verschieden sein kann. Durch die Lösung
gemäß der Erfindung wird durch eine wesentliche Vereinfachung bei der Erkennung
von Überreichweiten ein aufwendiges Verfahren zur Mustererkennung vermieden.
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Alle möglichen Muster von Echosignalen werden auf ein einziges Muster
mit dem Aussehen eines Zieles der eindeutigen Reichweite zurückgeführt. Die Unterscheidung
von Zielen aus dem Originalbereich und aus Überreichweiten kann dann durch Vergleich
ihrer azimutalen Signalbreite erfolgen, da die auf mehrere Entfernungstore zerteilten
Überreichweitensignale grundsätzlich eine geringere azimutale Breite aufweisen.
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Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand
der Figuren 1 bis 8 näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 die Charakteristik eines Festzeichenfilters mit mehreren
Polstellen, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Signalverarbeitungsteiles gemäß
der Erfindung, Fig. 3 die Darstellung der Echosignale aus dem eindeutigen Entfernungsbereich
und einem ersten Überreichweitenbereich am Ausgang der Videoschwelle, Fig. 4 eine
Darstellung der Echosignale am Ausgang des Schaltungszweiges für die Überreichweitenerkennung
aus dem Uberreichweitenbereich, Fig. 5 ein Schaltungsbeispiel für den azimutalen
Breitenvergl eich, Fig. 6 ein Imulsdiagramm für beide Schaltungszweige zur Übereichweitenerkennung,
Fig. 7 und 8 ein praktisches Beispiel einer Luftlage mit zwei Zielen erläutert an
den Imulsdiagrammen der Überreichweitenerkennungsschaltungen in den beiden Schaltungszweigen.
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Zur Erläuterung der Blindgeschwindigkeit sei in einem Zahlenbeispiel
von einem Puls-Doppler-Radargerät für eindeutigen Entfernungsbereich von 100 km
ausgegangen.
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Die für die eindeutige Erfassung dieses Bereiches erforderliche Pulsfolgeperiode
der Radarsendeimpulse beträgt 666 ps, das entspricht einer Pulsfolgefrequenz von
1,5 kHz. Die in Fig. 1 dargestellte Filtercharakteristik eines Festzeichenfilters
zeigt dementsprechend bei den ganzzahligen Vielfachen von 1,5 kHz, also z.B.
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den Frequenzwerten 1,5, 3,0, 4,5 kHz je einen Dämpfungspol. Im Frequenzbereich
dieser Dämpfungspole ist die Empfindlichkeit des Radarempfängers stark vermindert,
so daß auch die Echosignale von Flugobjekten wie Festzeichenechos unterdrückt werden.
Nach der n V=" PRF Formel v = n PRF 2 FS lassen sich die diesen Dämpfungspolen entsprechenden
Blindgeschwindigkeitsbereiche errechnen. In der genannten Gleichung ist n eine beliebig
ganze Zahl. Die Pulsfolgefrequenz des Radarsenders ist mit PRF und die Sendefrequenz
mit F5 bezeichnet. Mit einer Pulsfolgefrequenz von 1,5 kHz und einer Sendefrequenz
Fs = 1,3 GHz ergibt sich eine erste Blindgeschwindigkeit von ungefähr 600 km/h.
Dem zweiten Dämpfungspol bei 3 kHz entspricht folglich eine zweite Blindgeschwindigkeit
von etwa 1200 km/h. Echosignale von Flugobjekten dieser Geschwindigkeit werden demgemäß
im Festzeichenfilter unterdrückt und gelangen nicht zur Anzeige. Eine Radarbilddarstellung,
die entsprechend dem gewählten Beispiel einem eindeutigen Entfernungsbereich von
100 km zugrundegelegt ist, enthält zwar keine Festzeichenechos mehr, es fehlen aber
außerdem Flugobjekte, deren Geschwindigkeit mit der ersten oder einem Vielfachen
dieser Blindgeschwindigkeit übereinstimmt.
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Wird jedoch gemäß der Erfindung bei unveränderter Leistung des Radarsenders
die Pulsfolgefrequenz des Radarsenders vervielfacht, z.B. verdoppelt, dann umfaßt
eine entsprechende Bildschirmdarstellung einen eindeutigen Entfernungsbereich, der
sich über Entfernungen von 1 bis 50 km erstreckt und außerdem die Signale einer
ersten Überreichweite aus dem Entfernungsbereich 50 bis 100 km. Da vorausgesetzt
ist, daß die Pulsfolgefrequenz während der Zielbeleuchtung (TOT) wenigstens einmal
geringfügig geändert wird (Staggerung) erscheinen die Echosignale jedes Flugzieles
zerteilt in verschiedenen Entfernungstoren, so daß deren Auswertung ohne weitere
Maßnahmen nicht mehr möglich ist.
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In Fig. 2 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Signalverarbeitung
in der Video lauge mit verbesserter Geschwindigkeitscharakteristik der Festzeichenfilter
dargestellt. Diesem Ausführungsbeispiel liegt eine Verdopplung der Pulsfolgefrequenz
PRF und somit eine Halbierung des Bereiches der angestrebten Reichweite des Radargerätes
zugrunde. Es entstehen auf diese Weise für die Signalverarbeitung ein Originalbeeich
für eine eindeutige Reichweite und ein weiterer Bereich, der der ersten Überreichweite
entspricht. Die aufgrund dieser Maßnahmen entstehenden Überreichweitensignale im
angestrebten Entdeckungsbereich werden nach der Videoschwelle einer besonderen Signalverarbeitung
unterzogen. Bis zu dieser Stelle erfolgt die Verarbeitung der Videosignale in herkömmlicher
Weise.
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Aus einem nicht dargestellten Teil des Radarempfängers gelangen die
Videosignale an das Festzeichenfilter MTI und danach an eine Nachintegrationsschaltung
NI. Die aufintegrierten Signale werden der.Videoschwelle VS zugeführt, an deren
Ausgang sich die Zielechosignale auf zwei getrennte Schaltungen verzweigen. Der
erste obere Schaltungszweig enthält eine als Vergleichsschaltung wirksame Überreichweitenerkennung,
mittels der alle Überreichweitensignale unterdrückt werden. Der zweite Schaltungszweig
enthält einen Speicher, ebenfalls eine Uberreichweitenerkennungsschalung. Die Ausgänge
beider Schaltungszweige führen z.B. an eine Bildschirmanzeige, die alle Zielechos
aus dem eindeutigen Bereich und aus dem Überreichweitenbereich darstellt.Der Auslesetakt
des Speichers SP im zweiten Schaltungszweig ist so gesteuert, daß die Echosignale
entfernungstorrichtig an die Bildschirmanzeige weitergegeben werden.
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Zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung
sind in Fig. 3 die Echosignale von Bewegtzielen dargestellt, wie sie auf einem Bildschirm
am Ausgang der Videoschwelle VS zur Anzeige gelangen würden. Unter der Annahme,
daß der gesamte Erfassungsbereich des Radargerätes 100 km beträgt, würden bei Verdopplung
der Pulsfolgefrequenz in Fig. 3 für den Entfernungsbereich 0 bis 50 km (Originalbereich)
die Echosignale von Bewegtzielen aus dem Originalbereich durch ungeteilte Zielanzeigen
A, B, C, D dargestellt, während Echosignale aus der ersten Überreichweite 50 bis
100 km in Entfernung und Azimut zerteilt E, F, G zur Anzeige kämen. Im oberen Schaltungszweig
werden jedoch die Überreichweiten-Echosignale EFG durch die Überreichweitenerkennungsschaltung
erkannt und unterdrückt. Aus diesem Schaltungszweig werden daher ausschließlich
die Echosignale A, B, C, D des eindeutigen Entfernungsbereiches auf dem Bildschirm
BS dargestellt werden.
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Die Ziel informationen der Überreichweiten gelangen gleichzeitig entfernungstorweise
an den Eingang des Speichers SP im zweiten Schaltungszweig. Der Auslesetakt des
Speichers ist so gesteuert, daß das dieser vor einem Pulsfolgefrequenzwechsel synchron
zu den Sendepulsen und nach einem Wechsel der Pulsfolgefrequenz während jeder Zielüberstreichzeit
zu den Sendepulsen so versetzt, daß die Ziele aus der ersten Überreichweite entfernungstorrichtig
zusammengesetzt werden und die Ziele der eindeutigen Reichweite zerteilt werden.
In der sich anschließenden Überreichweiten-Unterdrückungsschaltung werden die zerteilten
Ziele der eindeuttigen Reichweite aufgrund ihrer geringeren azimutalen Breite unterdrückt
und die Zielechos der ersten Überreichweite auf
dem Bildschirm
zur Darstellung gebracht. Die beiden Auslesetakte für den Speicher SP arbeiten ferner
zeitlich nacheinander so versetzt, daß die Ziele aus dem ersten Schaltungszweig
für den Originalbereich am Bildschirm im Bereich 0 bis 50 km und die Ziele aus dem
Speicher im zweiten Schaltungszweig für die erste Uberreichweite im Bereich 50 bis
100 km angezeigt werden (Fig. 4).
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Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vergleichsschaltung
zur Uberreichweitenerkennung mit einer zugehörigen Wahrheitstabelle. Die Vergleichsschaltung
besteht aus einer Reihenschaltung von zwei Monoflopstufen MF1, MF2, deren Ausgang
an einen Eingang eines UND-Gatter AND geführt ist. Der zweite Eingang A des UND-Gatters
ist mit dem Eingang des ersten Monoflops MF1, und die unzerteilten und zerteilten
Zielechosignale zugeführt werden, verbunden. Jedes der beiden Monoflops MF1 und
MF2 werden von einem Zeitglied gesteuert, von denen das Zeitglied ZG1 für den Monoflop
MF1 auf die maximale Zieldauer und das Zeitglied ZG2 für den Monoflop MF2 auf eine
minimale Zieldauer abgestimmt ist.
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In dieser Vergleichsschaltung liefert das Monoflop MF2 einen Vergleichswert;
der der azimutalen Mindestdauer eines Zieles entspricht an den Eingang Q des UND-Gatters.
Das Monoflop MF1 verhindert, daß das Monoflop MF2 vom Ziel neu gestartet wird. Am
Monoflop MF2 wird nur das invertierte Ausgangssignal ausgewertet. Wird das Monoflop
MF2 durch ein Echosignal gestartet, das zeitlich kürzer als die azimutale Mindestdauer
eines Echozieles ist, dann liegt der Fall eines Überreichweitenzieles vor, so daß
an den Ausgang T des UND-Gatters, so wie es die Wahrheitstabelle unter a aufzeigt,
kein
Ausgangssignal erscheint. Das Überreichweitenecho wird somit
unterdrückt.
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Im Teil b der Wahrheitstabelle liegt der Fall zugrunde, daß das Monoflop
MF2 durch ein Echosignal gestartet wird, das eine größere azimutale Dauer aufweist
als das Vergleichsignal, das durch das Zeitglied ZG2 vorgegeben wird und das der
Ziel-Mindestdauer entspricht. In diesem Beispiel erhalten der Q- und der A-Eingang
gleichzeitig ein Signal, so daß auch am Ausgang T des UND-Gatters ein Signal entsteht,
und dadurch das Vorliegen eines Zieles anzeigt.
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Anhand der Impulsdiagramme in Fig. 6 wird die Wirkungsweise der Anordnung
gemäß der Erfindung näher erläutert.
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Für die beiden Verarbeitungswege in der Schaltung nach Fig. 2 sind
eigene Impulsdiagramme a, b übereinander dargestellt, die jeweils in der oberen
Reihe die Sendeimpulse PRF vor und nach dem PRF-Wechsel und in der unteren Reihe
den zugeordneten Auslesetakt für den Speicher SP enthalten.
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Das Radargerät liefert beiden Verarbeitungszweigen die gleichen Echosignale,
die auf eine während der Zielüberstreichzeit TOT gestaggerte Pulsfolgefrequenz PRF1/PRF2
zurückgehen.
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Im zweiten Schaltungszweig erfährt der Startimpuls für den Auslesetakt
eine von der Änderung der Pulsfolgefrequenz (Staggerung) abhängige Verschiebung,
wie in der unteren Zeile des Impulsdiagramms nach dem vierten Sendeimpuls angedeutet.
Der Auslesetakt ist nach der PRF-Änderung um eine Zeitdauer versetzt, die der Differenz
der Pulswiederholdauer zwischen PRT1 und PRT2
entspricht. Beim
Wechsel zu einer kürzeren Pulsfolgedauer bedeutet dies eine Verzögerung. Durch diese
Verschiebung des Auslesetaktes wird erreicht, daß die E sich durch Staggerung zerteilten
Echoimpulse der erster Überreichweite als ein ungeteiltes Echosignal immer irrt
gleichen Entfernungstor erscheinen. Gleichzeitig werde: jedoch die ungeteilten Echosignale
A, B, C, D des eindeutigen Entfernungsbereiches (Originalbereich) im zweiten Schaltungszweig
infolge der Auslesetaktverschie bung zerteilt. Daraus ergibt sich, daß die beiden
parallelen Schaltungszweige zusammen die Bewegtziel-Echosignale des angestrebten
Entfernungsbereiches von 100 km liefern. Die jedoch gleichzeitig entstandenen zerteilten
Echosignale und alle anderen Echosignale aus weiteren Überreichweiten werden durch
die Überreichweitenerkennunt ÜRi und ÜR2 unterdrückt.
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Ein praktisches Zahlenbeispiel soll die vorstehend beschriebene Wirkungsweise
verdeutlichen. In Fig. 7 ist das in Fig. 6 unter a angegebene Impulsdiagramm nochmals
aufgezeichnet. Es ist dem ersten Schaltungszweig für den Entfernungsbereich 1 bis
50 km zugeordnet. Es wird unterstellt, daß eingangsseitig ein Echosignal für ein
Ziel in 40 km Entfernung und ein zweites Echosignal für ein anderes Ziel- in 90
km Entfernung, d.h. aus der ersten Überreichweite vorliegen. Das Ziel in 90 km Entfernung
ist ein Übereichweitenziel und wird wegen geringerer azimutaler Breite in der Vergleichsschaltung
UR1 unterdrückt.
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In Fig. 8 ist das Impulsdiagramm b der Fig. 6 des zweiten Schaltungszweiges
nochmals dargestellt. Dieser Schaltung liegt die beschriebene gesteuerte Verschiebung
für die Auslesetakte zugrunde. Die Echosignale des
Zieles in 40
km Entfernung sind wieder durch waagerechte Schraffur erkenntlich. Bis zum Zeitpunkt
des Wechsels der Pulsfolgefrequenz erfolgt eine Anzeige wie bisher im vierten Entfernungstor.
Danach erscheint die Anzeige jedoch infolge der Start-Pulsverschiebung im Entfernungstor
3. Infolge der entfernungstormäßigen Teilung des Ziel echos entsteht eine azimutale
Verkürzung des Zielechos, die zur Unterdrückung in der Vergleichsschaltung ÜR2 führt.
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Die Anzeige des Zieles in der Entfernung 90 km (senkrechte Schraffur)
erscheint dagegen vor und nach der Staggerung ausschließlich unzerteilt und besitzt
eine für die Zielanzeige ausreichende azimutale Breite.
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Nachdem auch hier die zerteilten Echosignale unterdrückt werden, gelangen
aus dem ersten Schaltungszweig das Ziel (40 km Entfernung) aus dem Originalbereich
und aus dem zweiten Schaltungszweig das Ziel in 90 km Entfernung des ersten Überreichweitenbereiches
an den Bildschirm-BS.
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Die zusätzliche Steuerung des Auslesetaktes des Speichers SP sorgt
dafür, daß alle Ziele in der richtigen Entfernung auf dem Bildschirm BS zur Anzeige
kommen.
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6 Patentansprüche 8 Figuren
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