DE69221121T2

DE69221121T2 - Programmierbare faseroptische verzögerungsleitung, und damit ausgestattetes radarzielsimulationssystem

Info

Publication number: DE69221121T2
Application number: DE69221121T
Authority: DE
Inventors: Robert Hayes; John Keigharn; Irwin Newberg; Bill Otoide; Adrian Popa; Harry Wang
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: AT&T MVPD Group LLC
Priority date: 1991-10-08
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2012-09-26
Also published as: DE69221121D1; JPH06507028A; WO1993007508A1; EP0565663B1; US5177488A; EP0565663A1; IL103344A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein programmierbares faseroptisches Verzögerungssystem sowie ein System zur Simulation von Geschwindigkeit und Entfernung eines Radarzieles unter Verwendung des programmierbaren faseroptischen Verzögerungssystems.
Das US-Patent 4 671 605 beschreibt ein längenabhängiges, optisches Zeitverzögerungsgerät für elektrische Signale. Das Gerät umfaßt zwei optische Zeitverzögerungskomponenten, von denen jede aus einer Vielzahl von parallelen optischen Fasern unterschiedlicher Länge gefertigt ist. Jeweils eine Faser aus der ersten und der zweiten Gruppe von Fasern können jeweils in Serie miteinander verbunden werden, um ein optisches Signal zu verzögern. Zu diesem Zweck sind jeweils zwei Schalter vom Typ 8:1 bzw. 1:8 vorgesehen. Am Eingang einer jeden Gruppe oder Zeitverzögerungskomponente ist eine 1:8-Auswahlvorrichtung vorgesehen, wobei an dem Ausgang einer jeden Gruppe eine 8:1- Auswahlvorrichtung erforderlich ist. Diese Auswahlvorrichtungen oder Schalter sind Teil einer integrierten Schaltung und werden durch eine veränderbare Spannungsquelle gesteuert.
Jede der optischen Fasern der Zeitverzögerungskomponenten ist bezogen auf eine benachbarte Faser um denselben Betrag in der Länge vergrößert, so daß diese differentielle Länge die Auflösung des Systems bestimmt. Durch diese Anordnung ist die maximale Verzögerung auf N-mal die differentielle Verzögerung begrenzt, wobei N die Zahl von parallelen Fasern in jeder Gruppe ist.
Die internationale Patentanmeldung wo-A-89/08854 beschreibt ein System zu Simulation eines Radarzieles, das eine im wesentlichen in der Zeit verzögerte Kopie des Radarsignals erzeugt. Zu diesem Zweck moduliert das Radarsignal ein Laserlicht, das dadurch in der Zeit steuerbar verzögert wird, daß das modulierte Laserlicht durch eine faseroptische Verzögerungsleitung übertragen wird. Das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung wird demoduliert und das verzögerte Radarsignal wird als Testsignal zu dem Radar zurückgeführt. Die faseroptische Verzögerungsleitung umfaßt ein faseroptisches Kabel, wobei das Maß an erreichter Zeitverzögerung direkt proportional zu der Länge dieses faseroptischen Kabels ist.
Das US-Patent 4 028 702 beschreibt eine faseroptische Verzögerungsleitung, die eine Vielzahl von faseroptischen Segmenten umfaßt, die durch optische Schalter in Reihe geschaltet sind. Jedes Segment weist ein zugeordnetes Segment mit relativ vernachlässigbarer Verzögerung auf, wobei die optischen Schalter für jedes der Verzögerungssegmente zwischen dem Verzögerungssegment und dem zugeordneten Segment mit vernachlässigbarer Verzögerung auswählen, ob es in die Verzögerungsleitung eingefügt wird.
Moderne Radarsysteme verwenden komplexe Wellenformen und erfordern, daß ihre Funktion unter kontrollierten Bedingungen (von einem Ende zu dem anderen) vollständig getestet wird. Testsysteme, die verwendet werden, um ein sich bewegendes Ziel zu simulieren, sind allgemein dazu ausgelegt, eine Kopie oder eine simulierte Kopie eines ausgesendeten Radarpulses nach Verzögerung oder Simulation der Verzögerung des Pulses um eine Zeitspanne zurückzuführen, die der Umlaufzeit zum Ziel und zurück entspricht, wobei eine erwartete Dopplerfrequenzverschiebung hinzugefügt wird. Um eine Bewegung des Zieles zu simulieren, werden die Verzögerungsparameter in Übereinstimmung mit der Zielgeschwindigkeit und gewünschten Entfernungsauflösung in regelmäßigen Abständen aktualisiert
Der allgemeine Ansatz zum Testen mit verzögerten, ausgesandten Radarpulsen bestand darin, ein großes Ziel (wie z.B. einen Eckenreflektor oder Repeater) in einem Abstand von dem Radar so anzuordnen, daß wegen der Umlaufzeit zu diesem simulierten Ziel und zurück eine große Verzögerung erreicht wird. Bei dieser Technik ist von Nachteil, daß das Radarsignal durch die äußere Umgebung gestört wird, die nicht der Kontrolle des Testers unterliegt, und mehrere unerwünschte Eigenschaften aufweist. Übermäßige Verluste bei Hochfrequenz (HF) schließen die Möglichkeit aus, Koaxialkabel zu verwenden, um für lange Verzögerungszeiten zu sorgen. Verzögerungsleitungen für akustische Oberfächenwellen sind ebenfalls verlustreich, wobei sie eine begrenzte HF-Bandbreite sowie erreichbare Verzögerungszeit aufweisen. Zielsimulationsgeneratoren zum Radartesten können digitale HF-Speicher (DRFM) verwenden, um ein sich bewegendes Ziel zu simulieren. Solch ein System verwendet Abtast- und Analog- Digital-Wandler-Techniken, um Daten von abgetasteten Wellenformen der übertragenen Radarpulse zu speichern. DRFM führt jedoch zu unerwünschten Freguenzspuren (spektralen Unreinheiten), weist einen reduzierten Dynmikbereich und eine reduzierte Bandbreite auf, weil eine Analog-Digital-Wandlung erforderlich ist, und erfordert eine komplexe Schaltung, die einen relativ hohen Leistungsverbrauch hat. Ein HF-Zielgeneratorsystem kann einen simulierten, verzögerten Radarpuls auch durch Verwendung von Referenzsignalen aus dem Radar erzeugen, um die Pulse auf dieselbe Weise zu erzeugen, wie das Radar das Signal erzeugt, das zu dem Radartransmitter geht.
Eine umlaufende faseroptische Verzögerungsleitung/Speichereinrichtung wurde außerdem vorgeschlagen in P.R. Herczfeld, I. Koffman, A.S. Daryoush, R. Saedi, B. Even-Or und R. Markowitz, "A Fiberoptic Recirculating Delay Line", Proc. SPIE, Band 996, Seiten 116-123 (1988). Bei dieser Art von System läuft das HF-Signal wiederholt durch eine faseroptische Schleife und wird nach der gewünschten Verzögerungsdauer angezapft. Obwohl es einen regenerativen Prozeß verwendet, um Verluste auszugleichen, begrenzt die mit der Regeneration verbundene Rauscherhöhung die Zahl der Umläufe und die Technik muß verbessert werden.
Eine feste faseroptische Verzögerungsleitung ist in dem US-Patent 4 903 029 von Newberg et al. beschrieben. Obwohl dies ein Verzögerungmechanismus mit geringen Verlusten ist, verwendet er eine feste Verzögerung, die nicht eingestellt werden kann, so daß er nur dazu verwendet werden kann, einen festen Zielabstand ohne jegliche Zielbewegung zu simulieren.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein programmierbares faseroptisches Verzögerungssystem sowie einen entsprechenden, das neue programmierbare faseroptische Verzögerungssystem verwendenden Radartest- Zielsimulator bereitzustellen, die für echte Zeitverzögerung sorgen können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein programmierbares, faseroptisches Verzögerungs system mit:
einer Vielzahl von faseroptischen Verzögerungsleitungen, wobei jede Verzögerungsleitung eine programmierbare Verzögerungszeitdauer und eine Vielzahl von faseroptischen Segmenten mit vorbestimmten optischen Verzögerungen aufweist, wobei die Segmente in Serie in die Verzögerungsleitung schaltbar sind,
Koordinierungsmitteln, um die Verzögerungsleitungen mit entsprechenden Serien von Verzögerungen zu programmieren, indem gewünschte Segmente in jede Verzögerungsleitung eingeschaltet werden,
Schaltmitteln, um zwischen der Vielzahl von Verzögerungs leitungen zum Einfügen in einen Verzögerungspfad zu schalten, und
wobei die Koordinierungsmittel die Schaltmittel mit der Programmierung der Verzögerungsleitungen so koordinieren, daß nur eine Verzögerungsleitung mit eingestelltem Verzögerungsprogramm in den Verzögerungspfad eingefügt wird.
Diese Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein System zur Simulation von Geschwindigkeit und Entfernung eines Radarzieles, mit:
a) einem Radarprozessor zur Erzeugung eines Radarsignales,
b) Mitteln zum Konvertieren des Radarsignales in ein entsprechendes optisches Signal,
c) einem faseroptischen Verzögerungssystem, um das optische Signal um eine Zeitdauer zu verzögern, die einer simulierten Zielentfernung entspricht, und
d) Mitteln, um ein Signal, das die Verzögerung des Verzögerungspfades beinhaltet, als eine simulierte Zielentfernung zu dem Radarprozessor zurückzuleiten,
wobei das faseroptische Verzögerungssystem das erfindungsgemäße, programmierbare faseroptische Verzögerungssystem ist und die Serie von Verzögerungen einer simulierten Geschwindigkeit einer Zielbewegung entspricht.
Die vorliegende Erfindung trachtet danach, einen programmierbaren Signalverzögerungsmechanismus für einen Radartest- Zielsimulator zu schaffen, der für eine Echtzeitverzögerung der aktuell vom Radar ausgesendeten Pulse sorgen und große Zielentfernungen simulieren kann, ohne daß übermäßige Verluste oder Beeinträchtigungen von der äußeren Umgebung auftreten, während er neben dem Radar angeordnet ist und dennoch sowohl eine feine Verzögerungsauflösung als auch große Verzögerungszeiten aufweist, so daß er einen großen Bereich von Entfernungen und Zielgeschwindigkeiten simulieren kann. Eine relativ große HF- Bandbreite, die Vermeidung von unnötiger Komplexität sowie niedrige Rauschpegel sind weitere Ziele der Erfindung. Darüber hinaus wird die Simulation eines idealen Zielsignalechos für das Radar ohne oder nur mit einer minimalen Zahl von Steuersignalen von dem Radar erreicht. Dies ist eine einzigartige und gewünschte Eigenschaft des Testgerätes, die von anderen Arten von Zielsimulatoren nicht bereitgestellt wird.
Das neue System zur Simulation von Geschwindigkeit und Entfernung eines Radarzieles verwendet ein Minimum von zwei faseroptischen Verzögerungsleitungen. Zu jeder gegebenen Zeit wird nur eine dieser Leitungen verwendet, um für die Verzögerung zu sorgen. Diese Leitung, die aktive Leitung, weist die richtige Länge für die simulierte Entfernung auf. Während diese aktive Leitung verwendet wird, wird die inaktive Leitung bzw. werden die inaktiven Leitungen für neu simulierte Entfernungen rekonfiguriert. Diese Rekonfiguration besteht darin, daß die Leitungslänge verändert wird, indem inkrementale Längen von Leitungen hinein- oder herausgeschaltet werden, die ungewünschte Information aus der Leitung abgeführt wird, die mechanischen Schalttransienten abklingen können, und die Leitung mit einem Signal geeigneter Sequenz geladen wird. Zu geeigneter Zeit wird diese geeignet vorbereitete zweite Leitung dazu ausgewählt, die Verzögerung bereitzustellen, und die erste Leitung wird inaktiv. Weil die Leitungs-Auswahl durch einen optischen Schalter oder Mikrowellenschalter mit sehr hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird, wird der Datenfluß im wesentlichen nicht unterbrochen.
Jede Verzögerungsleitung beinhaltet eine Vielzahl von faseroptischen Segmenten mit vorbestimmten optischen Verzögerungen sowie ein Schaltschema, um zu einer Gesamtverzögerungsleitung nur die Segmente miteinander zu verbinden, die zusammen zu der gewünschten Verzögerung führen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben unterschiedliche Segmente unterschiedliche Längen sowie entsprechend unterschiedliche Verzögerungszeitperioden und sind in einer binären Progression angeordnet. Die ausgewählten Segmente werden in die Gesamtverzögerungsleitung geschaltet, wobei für die ungewünschten Segmente optische Bypässe in die Gesamtverzögerungsleitung geschaltet werden. In die gesamte Verzögerungsleitung sind optische Verstärker eingefügt, um Verluste zu kompensieren; die Verstärker sind vorzugsweise zwischen benachbarten Segmenten von kürzerer Länge und innerhalb von Segmenten mit größerer Länge angeordnet.
Ein Computer kann verwendet werden, um die einzelnen Verzögerungsleitungen zu programmieren und das Schalten zwischen diesen Leitungen zu steuern. Das Radarausgangssignal wird entweder durch direkte Kopplung oder über eine Antenne abgetastet, um einen Teil der Radarstrahlung zu empfangen, und auf das optische Signal des opto-elektronischen Übertragers zur Verarbeitung durch das optische Verzögerungssystem moduliert. Das Ausgangssignal dieses Systems wird in ein elektrisches Signal zurückgewandelt, das eine nahezu ideale Kopie des von dem Radar ausgesendeten Signals ist, und zu dem Radar als ein simuliertes Radarziel bei einer ausgewählten Entfernung (Verzögerung) und Geschwindigkeit (Schnelle) zurückgeführt.
Der Ansatz mit mehreren Leitungen ermöglichst es, relativ langsame mechanisch-optische oder thermisch-optische Schalter zu verwenden, um die Länge der inaktiven Leitung zu verändern, während ein ununterbrochener Fluß von verzögerten Signalen durch die aktive Leitung beibehalten wird. Mechanisch-optische Schalter haben geringe Verluste und geringes übersprechen, Eigenschaften, die für ultralange programmierbare Verzögerungsleitungen mit hoher Auflösung erforderlich sind. Der Ansatz mit zwei Leitungen ermöglicht es ferner, zweifelsfrei "unkorrekte" Informationen von der Leitung zu entfernen und sie mit richtigen Informationen (d.h. einer Signalkette mit geeigneter Sequenz) erneut zu laden. Für eine genaue Replikation von Radarechos ist die richtige Sequenzabfolge wichtig.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit der beigefügten Zeichnung, in der:
Fig. 1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Systems zur Simulation von Geschwindigkeit und Entfernung eines Radarzieles ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm des Geschwindigkeits- und Entfernungssimulators mit mehrfachen optischen Verzögerungsleitungen ist; und
Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer der optischen Verzigerungsleitungen ist, die in dem gesamten Simulator enthalten sind.
Fig. 1 zeigt ein zusammenfassendes Blockdiagramm des neuen Simulators für Zielgeschwindigkeit und -entfernung, der an ein Radarsystem 1 angeschlossen ist. Der Prozessor des Radarsystems beinhaltet einen Computer 2, der die Eigenschaften des auszusendenden HF-Signals des Radars auswählt; diese Funktion wird durch einen Block 4 angedeutet. Das gewünschte Signal wird durch einen HF-Signalgenerator 6 erzeugt und über einen Duplexer 20 und eine Leitung 8 an eine Antenne 10 geliefert, die typischerweise in einem Radar-Sendeempfängersystem auch für den Empfang sorgt.
Das erfindungsgemäße Simulatorsystem für Zielgeschwindigkeit und -entfernung ist durch einen Block 12 angedeutet. Eine Eingangsleitung 14 kann das HF-Signal auf Leitung 8 anzapfen und wenigstens einen Teil des Signales zu dem Simulatorsystem liefern. Eine Abtastung des Radars für die Eingangsleitung 14 könnte auch von mehreren anderen Stellen erhalten werden, so z.B. als Ausgangssignal der Antenne 10 oder anderswo innerhalb eines typischen Radarsystems. Dieser Systemblock 12 erzeugt ein gesteuertes anfängliches Verzögerungssignal, das eine Zielentfernung zu dem Radarsatz simuliert und die Verzögerung mit einer gesteuerten Rate aktualisiert, um eine Zielgeschwindigkeit relativ zu dem Radarsatz basierend auf einem Eingangssignal von einem Kontrollboard 13 des Simulators zu simulieren. Diese Simulationsparameter werden typischerweise von einem Computer bereitgestellt, der Teil des Simulators ist und über einen Satz von Kontrollelementen des Kontrollboards 13 gesteuert wird. Das von dem Simulator ausgegebene, verzögerte Signal wird zu dem Radarsystem zurückgeführt, das dieses "ideale" Signal so verarbeitet, als ob es real wäre, um die simulierte Zielgeschwindigkeit und -entfernung sowie andere typische Radarparameter zu bestimmen. Das zu dem Radar zurückgeführte Signal kann zu dem Radarempfänger 18 entweder über den Radar-Duplexer 20 oder durch Strahlung in die Antenne 10 zurückgeführt werden. Von dem Rücklaufempfänger 18 wird das Signal zu einem Rücklaufprozessor 16 geliefert, der das Signal decodiert, um die simulierte Zielgeschwindigkeit und -entfernung zu berechnen. Der Rücklaufprozessor 16 kann geeignet durch den Computer 12 implementiert werden, der schon in dem Radarprozessorsystem vorhanden ist.
Typisches modernes, luftgestütztes Radar kann die Fähigkeit für einen großen Bereich (bis zu 80 nautischen Meilen) sowie eine hohe Auflösung (ungefähr 25 Fuß) aufweisen. Dies bedeutet für den Simulator die Anforderung nach einer Signalverzögerung von bis zu ungefähr 1000 Mikrosekunden, um diesen maximalen Radarbereich zu simulieren. Um die Radarbereichauflösung adäquat zu testen und die Zielbewegung glatt zu simulieren, muß diese Verzögerung in Inkrementen veränderbar sein, die bis zu 50 Nanosekunden kurz sind.
Die vorliegende Erfindung verwendet optische Fasern, die eine große Bandbreite und extrem niedrige optische Verluste (ungefähr 0,2 db/km) aufweisen, um diesen Bereich von Verzögerungen zu erreichen. Der grundlegende Ansatz besteht darin, eine Abtastung des vom Radar ausgesendeten Signals in eine amplitudenmodulierte Lichtwelle umzuwandeln, die dann durch eine programmierte Länge von optischen Fasern übertragen wird, um die gewünschte Zeitverzögerung zu erzeugen. Das modulierte Lichtsignal wird am Ende der Faser demoduliert, wobei nach Verschiebung des ausgegebenen elektrischen Signals um die geeignete Dopplerfrequenzverschiebung ein simuliertes Radarrücklaufsignal erhalten wird, das verwendet werden kann, um die End-zu- End-Funktion des gesamten Radars zu ermitteln. Diese Verwendung des Radar als sein eigener Tester, indem ein simuliertes Ziel in Form einer verzögerten idealen Kopie zurückgeführt wird, ist ein ausgezeichneter Weg, um die (gesamte) End-zu-End-Funktion des Radarsystems zu bestimmen. Andere Arten von Radar mit verschiedenen Parametern bezüglich der Möglichkeit von Entfernung, Entfernungsänderung und Entfernungsauflösung können ebenfalls simuliert werden, indem ein Simulator mit anderen Parametern als den oben angegebenen typischen Werten entworfen wird.
Ein Blockdiagramm des gegenwärtigen Simulators 10 in Fig. 1 ist in Fig. 2 gegeben. Das Signal aus dem Radar in Fig. 1 wird durch einen HF-Leistungsteiler 22 aufgeteilt und jeder geteilte Anteil wird verwendet, um entsprechende rauscharme opto-elektronische Übertrager 24 und 25 zu modulieren. Die opto-elektronischen Übertrager können direkt modulierte Laser oder externe Modulatoren sein. Obwohl in Fig. 2 zwei opto-elektronische Übertrager und entsprechende Verzögerungsleitungen gezeigt sind, könnte das System ausgeweitet werden, um nach Wunsch drei oder mehr getrennte Verzögerungsleitungen zu beinhalten. Anstatt das angegebene HF-Signal aufzuteilen, könnte dieses auch dazu verwendet werden, einen einzelnen opto- elektronischen Übertrager zu modulieren, wobei der Ausgang des Übertragers dann durch optische Teiler auf die verschiedenen Verzögerungsleitungen aufgeteilt würde.
Jeder opto-elektronische Übertrager 24, 26 überträgt einen mit HF-modulierten optischen Strahl zu entsprechenden faseroptischen Verzögerungsleitungen 28, 30. Die Verzögerung, die diese Leitungen auf ihre entsprechenden optischen Signale ausüben, wird durch den Computer in dem Simulator 12 über eine geeignete Steuerinterfaceschaltung 32 gesteuert.
Die verzögerten optischen Ausgangssignale aus den Verzögerungsleitungen 28, 30 werden durch opto-elektrische Wandler 34 bzw. 36, die vorzugsweise als Photodioden implementiert sind, in elektrische Signale umgewandelt. Die elektrischen Ausgangssignale der Wandler 34 und 36 werden einem üblichen HF-Schalter 38 zugeführt, der das Signal jeweils nur von einer Leitung auswählt. Optische Schaltmittel könnten auch eingesetzt werden, falls sie schnelle Schaltzeiten aufweisen. Die dem Schalter zugeführten Signale können von Gleichstrom bis durch den Mikrowellenfrequenzbereich (von ungefähr 100 MHz bis 100 GHz) reichen, was von den Eigenschaften der verwendeten photonischen Bauteile abhängt. Der Betrieb des Schalters 38 wird durch den Computer in dem Simulator 12 über das Steuerinterface 32 gesteuert. Während die erste Verzögerungsleitung mit einer gewünschten Verzögerungszeitdauer programmiert wird und während der Einstellzeit für diese programmierte Leitung verbindet der Schalter 38 die zweite Leitung (die schon eine eingeschwungene programmierte Verzögerung aufweist) mit dem Ausgang des Simulators. Die Verzögerung der zweiten Leitung wird folglich als Ausgang des gesamten Simulators bereitgestellt. Um die Verzögerungszeitdauer zu verändern, wird die erste Leitung mit einer neuen Verzögerungszeitdauer programmiert. Sobald die erste Leitung auf ihre neue Verzögerung eingeschwungen ist, wird der Schalter durch den Simulatorcomputer betätigt, um von der zweiten Verzögerungsleitung weg und zu der ersten Verzögerungsleitung zu schalten, wodurch die Ausgangsverzögerung des Simulators zu der neu programmierten Verzögerung der ersten Leitung verändert wird. Die zweite Verzögerungsleitung, die zu dieser Zeit von dem Ausgang der Verzögerung abgeschaltet ist, kann nun selbst mit einer neuen Verzögerungszeitdauer programmiert werden. Der Schalter 38 fährt fort, zwischen den beiden Verzögerungsleitungen zu wechseln, wobei die abgeschaltete Verzögerungsleitung neu programmiert wird, während die andere Verzögerungsleitung das Ausgangssignal des Simulators liefert. Auf diese Weise wird ein nahezu konstantes Ausgangssignal aus dem Simulator erzeugt, wobei die Möglichkeit einer schnellen Aktualisierung besteht. Das Schalten zwischen Verzögerungsleitungen erlaubt zusätzlich zu der Einschwingzeit für die optischen Schalter, daß die Leitung geleert und mit neuen Datenpulsen geladen wird. Die maximale Schaltrate zwischen den Leitungen wird folglich durch die Einschwingzeit des optischen Schalters oder die Zeit zum Laden der Leitung mit neuen Pulsen bestimmt, je nachdem welche Zeit länger ist; diese maximale Schaltrate bestimmt zusammen mit der Bereichsauflösung der Verzögerungsleitung die maximale Zielannäherungsgeschwindigkeit, die simuliert werden kann.
Ein üblicher HF-Schalter 38 kann mit Geschwindigkeiten von bis zu ungefähr 100-200 MHz arbeiten. Es erfordert jedoch ungefähr 6 msec, um die faseroptischen Verzögerungsleitungen einschließlich der Einschwingzeit für eine neu programmierte Verzögerung neu zu programmieren. Der Betrieb des Schalters 38 ist mit dem Neuprogrammieren der mehrfachen Verzögerungsleitungen 28, 30 synchronisiert und arbeitet folglich bei einer Rate weit unterhalb seiner Möglichkeit. Die Totzeit, während der kein nutzbares Signal durch den Simulator erzeugt wird, wird so auf einen sehr geringen Pegel reduziert, der durch die Schaltzeit des HF-Hochgeschwindigkeitsschalters 38 bestimmt ist, die so gering sein kann, daß sie nur einige Nanosekunden beträgt.
Mit dem Ausgang des Schalters 38 ist eine Schaltung 40 zur Dopplerfrequenzverschiebung von üblicher Bauart verbunden. Das Hinzufügen einer Dopplerverschiebung zu der Radarsignalverzögerung sorgt für eine vollständige Simulation eines Zieles, das sich entweder auf den Radarsatz zu oder von ihm wegbewegt. Um dem Ziel die richtige Dopplerverschiebung hinzuzufügen, müssen sowohl die Zielgeschwindigkeit (über die Bedienungsperson auswählbar) als auch die von dem Radar ausgesandte Frequenz (nicht notwendigerweise bekannt) verwendet werden. In diesem Testsatz wird die Radarfrequenz durch eine kommerzielle Einheit gemessen, so daß sie nicht von dem Radar als Dateneingangssignal gesendet werden muß und der Testsatz folglich unabhängig von den Radarsteuersignalen sein kann; dies ist ein gewünschtes Merkmal für diesen Testziel-Simulator. Eine zusätzliche faseroptische Verzögerungsleitung am Eingang zu dem Simulator, die in Fig. 2 nicht gezeigt ist, wird verwendet, um das Eingangssignal für die (für das Radar) externe, kommerzielle Frequenzmeßeinheit lange genug zu verzögern, um die Radarfrequenz zu messen und die richtige Dopplerverschiebung für die Frequenz des Ausgangssignals der Verzögerungsleitung einzustellen.
Die beiden Verzögerungsleitungen 28 und 30 sind vorzugsweise identisch. Eine bevorzugte Struktur für jede Verzögerungsleitung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Verzögerungsleitung ist in eine Reihe von individuellen faseroptischen Verzögerungssegmenten 42a, 42b, ...42n-2, 42n-1, 42n aufgeteilt, wobei n die gesamte Anzahl an Verzögerungssegmenten ist. Jedes Segment besteht aus einer aufgewickelten Länge einer optischen Faser 44a, 44b etc. sowie einer kurzen benachbarten Länge einer optischen Faser 46a, 46b etc., deren Länge eine vernachlässigbare Verzögerung erzeugt. Die aufgewickelte Länge und die Länge mit der vernachlässigbaren Verzögerung bilden zwei auswählbare Signalpfade, wobei ein Schalter an jedem Ende verwendet werden kann, um zwischen diesen zu schalten. Die Längen der optischen Faserspulen bilden vorzugsweise eine binäre Sequenz in der Form L mal 2k, wobei L eine Einheit einer faseroptischen Verzögerung in dem aufgewickelten Segment sowie in Sekunden gegeben ist und k die Ordnung eines gegebenen Fasersegmentes ist. Die Segmente sorgen dementsprechend für entsprechende Verzögerungszeiten von jeweils L mal 2k Sekunden. Wenn T die gesamte Anzahl von binären Sequenzen ist, dann ist die gesamte Leitungslänge 2T-1 mal L Sekunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden 14 Segmente verwendet, wobei die ersten 13 Segmente in einer binären Progression angeordnet sind und die Länge des 14. Segmentes der des 13. entspricht. Um einen simulierten Bereich von bis zu 80 nautischen Meilen und einer Bereichsauf lösung von 42 Fuß zu erhalten, beträgt die Länge des ersten Segmentes 44a 17 m, was eine Verzögerung in dem faseroptischen Kabel von ungefähr 83 nsec erzeugt. Diese Länge nimmt bis zu dem 13. Segment 44n-1 zu, das ungefähr 70 km lang ist. Da das letzte Segment 44n ebenfalls 70 km lang ist, beträgt die gesamte Länge der Verzögerungsleitung ungefähr 208 km, wenn alle Segmente zusammen in Reihe geschaltet sind; dies sorgt für eine obere Grenzverzögerung von ungefähr 1 Millisekunde, was einen maximalen Radarbereich von ungefähr 80 nautischen Meilen entspricht.
1x2 Schalter 48a, 48b, ...48n-2, 48n-1, 48n sind am Eingangsende eines jeden Verzögerungssegmentes vorgesehen, während ähnliche Schalter 50a, 50b, ...50n-2, 50n-1, 50n an dem Ausgang eines jeden Verzögerungssegmentes vorgesehen sind. Die Schalter 48 und 50 sind so verschaltet, daß sie zwischen ihren optischen Verzögerungsleitungen 44a, 44b, etc. und den optischen Bypässen 46a, 46b, etc. zu diesen Leitungen bezüglich einer Einfügung in die Gesamtverzögerungsleitung auswählen. Eine Kontrolle über die verschiedenen Schalter wird durch das Steuerinterface 32 über einen Steuerinterfacebus 52 bereitgestellt.
Eine gewünschte Gesamtverzögerung wird implementiert, indem individuelle Segmente ausgewählt werden, deren gesamte Verzögerung sich zu dem gewünschten Maß addiert, die Segmente in die Gesamtverzögerungsleitung eingeschaltet werden, und für die anderen Segmente die Bypässe in die Gesamtleitung eingeschaltet werden. Die Verzögerungszeitdauer wird neu programmiert, indem das Schaltmuster so verändert wird, daß eine neue Kombination von Verzögerungssegmenten, deren individuelle Verzögerungen zu der neuen gewünschten Gesamtverzögerung führen, in die Gesamtverzögerungsleitung eingefügt werden.
Obwohl schnell arbeitende, elektro-optische Geräte als Schalter 48 und 50 verwendet werden können, haben diese Geräte auch hohe Einfügungsverluste. Es ist daher erwünscht, elektromechanische Schalter zu verwenden, die relativ geringe Einfügungsverluste aufweisen. Elektro-mechanische Schalter haben jedoch auch merklich geringere Schaltgeschwindigkeiten als elektro-optische Schalter. Die erfindungsgemäße Architektur von parallelen programmierbaren Verzögerungsleitungen erlaubt die Verwendung von elektro-mechanischen Schaltern, ohne daß der gesamte Simulator auf deren geringe Schaltgeschwindigkeiten begrenzt wird.
Obwohl die mit optischen Fasern verbundenen Verluste auf einer Einheitslängenbasis sehr gering sind, kann die große Gesamtlänge der verschiedenen optischen Fasersegmente zu merklichen kumulativen Verlusten führen. Um derartige Verluste zu kompensieren, können in der Leitung angeordnete, faseroptische Verstärker 54 verwendet werden. Solche Verstärker sind vorzugsweise vom Typ mit Erbium-Dotierung, die durch niedriges Rauschen, hohen Gewinn und Unempfindlichkeit gegenüber Polarisation gekennzeichnet sind. Für die kürzeren Segmente ist es generell ausreichend, einen Verstärker zwischen einem Paar von benachbarten Segmenten anzuordnen, während es für die längeren Segmente, wie z.B. 42n-1, 42n wünschenswert sein kann, einen Verstärker in das Segment zu integrieren. Die Verstärker 54 werden mit entsprechenden Pumplasern p gepumpt. Aus ökonomischen Gründen kann ein Hochleistungslaser mit einem Leistungsteiler verwendet werden, um die verschiedenen Verstärker 54 zu pumpen.

Claims

1. Programmierbares faseroptisches Verzögerungssystem, mit:

einer Vielzahl von faseroptischen Verzögerungsleitungen (28, 30), wobei jede Verzögerungsleitung (28, 30) eine programmierbare Verzögerungszeitdauer sowie eine Vielzahl von faseroptischen Segmenten (44) mit vorbestimmten optischen Verzögerungen aufweist, wobei die Segmente (44) in Serie in die Verzögerungsleitung (28, 30) schaltbar sind,

Koordinierungsmitteln (32), um die Verzögerungsleitungen (28, 30) mit entsprechenden Serien von Verzögerungen zu programmieren, indem gewünschte Segmente (44) in jede Verzögerungsleitung (28, 30) eingeschaltet werden,

Schaltmitteln (38), um zwischen der Vielzahl von Verzögerungsleitungen (28, 30) zum Einfügen in einen Verzögerungspfad zu schalten, und

wobei die Koordinierungsmittel (32) die Schaltmittel (38) mit der Programmierung der Verzögerungsleitungen (28, 30) so koordinieren, daß nur eine Verzögerungsleitung (28, 30) mit eingestelltem Verzögerungsprogramm in den Verzögerungspfad eingefügt wird.

2. Das programmierbare faseroptische Verzögerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinierungsmittel (32) Mittel umfassen, um die Schaltrate zwischen den Verzögerungsleitungen (28, 30) zu variieren.

3. Das programmierbare faseroptische Verzögerungssystem nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch Mittel (24, 26), die einer jeden Verzögerungsleitung (28, 30) zugeordnet sind, um optische Signale für die Übertragung längs ihrer entsprechenden Verzögerungsleitungen (28, 30) in Antwort auf ein Hochfrequenz (HF)-Eingangssignal zu erzeugen, und durch Mittel (34, 36), um die optischen Eingangssignale zurück in HF-Ausgangssignal zu konvertieren.

4. Das programmierbare faseroptische Verzögerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verzögerungsleitung (28, 30) weiter einen optoelektrischen Wandler (34, 36) aufweist, um ihr verzögertes optisches Signal in ein elektrisches Signal zu konvertieren, wobei die Schaltmittel (38) unter den elektrischen Signalen zur Einfügung in den Verzögerungspfad auswählen.

5. Das programmierbare faseroptische Verzögerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Verzögerungsleitung (28, 30) wenigstens einige der Segmente (24) verschiedene Längen mit entsprechend verschiedenen Verzögerungen aufweisen.

6. Das programmierbare faseroptische Verzögerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Schaltmittel (48, 50) vorgesehen sind, um die Segmente (44) in die Verzögerungsleitungen (28, 30) zu schalten.

7. Das programmierbare faseroptische Verzögerungssystem nach Anspruch G, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Verzögerungsleitung (28, 30) wenigstens einige der Segmente (24) eine binäre Progression der entsprechenden Längen und Verzögerungszeiten aufweisen.

8. Das programmierbare faseroptische Verzögerungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Verzögerungsleitung (28, 30) jedes der Segmente (44) ein zugeordnetes faseroptisches Segment (46) mit einer relativ vernachlässigbaren Verzögerung aufweist, wobei die weiteren Schaltmittel (48, 50) zwischen jedem der Verzögerungssegmente und ihrem zugeordneten Segment (46) mit vernachlässigbarer Verzögerung zur Einfügung in die Serienverzögerungsleitung (28, 30) auswählen.

9. Das programmierbare faseroptische Verzögerungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von optischen Verstärkern in der Verzögerungsleitung (28, 30).

10. Das programmierbare faseroptische Verzögerungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß einige der optischen Verstärker (54) zwischen benachbarten Segmenten (44n-2, 44-1) und einige innerhalb eines Segmentes (44n) angeordnet sind.

11. Das programmierbare faseroptische Verzögerungssystem nach Anspruch 9, bei dem die Segmente (44) eine Vielzahl von verschiedenen Längen mit entsprechend verschiedenen Verzögerungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der optischen Verstärker (54) zwischen benachbarten Segmenten (44n-2, 44n-1) von kürzerer Länge und wenigstens einige innerhalb eines Segmentes (44n) von größerer Länge angeordnet sind.

12. System zur Simulation von Geschwindigkeit und Entfernung eines Radarzieles mit:

a) einem Radarprozessor (2, 6) zur Erzeugung eines Radarsignales,

b) Mitteln (24, 26) zum Konvertieren des Radarsignales in ein entsprechendes optisches Signal,

c) einem faseroptischen Verzögerungssystem (28 - 38), um das optische Signal um eine Zeitdauer zu verzögern, die einer simulierten Zielentfernung entspricht, und

d) Mitteln (18), um ein Signal, das die Verzögerung des Verzögerungspfades beinhaltet, als eine simulierte Zielentfernung zu dem Radarprozessor (2) zurückzuleiten,

wobei das faseroptische Verzögerungssystem (28 - 38) das programmierbare faseroptische Verzögerungssystem (28 - 38) aus einem der Ansprüche 1 bis 11 ist und die Serie von Verzögerungen einer simulierten Geschwindigkeit einer Zielbewegung entspricht.

13. Das System zur Simulation von Geschwindigkeit und Entfernung eines Radarzieles nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuercomputer programmiert und verschaltet ist, um für die Programmierung der Verzögerungsleitung sowie die Koordinierung der Schaltmittel (38) mit der Programmierung der Verzögerungsleitung zu sorgen.

14. Das System zur Simulation von Geschwindigkeit und Entfernung eines Radarzieles nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (18) zum Zuführen des Signales Mittel beinhalten, um das verzögerte optische Signal in ein Hochfrequenz (HF)-Radarzielsignal zu konvertieren.