DE1253325B

DE1253325B - System for the determination of moving flight targets in an approach lane or the like with the help of the CW Doppler radar method

Info

Publication number: DE1253325B
Application number: DE1960S0067527
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Giswalt Von Trentini
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-03-11
Filing date: 1960-03-11
Publication date: 1967-11-02

Description

Anlage zur Feststellung bewegter Flugziele in einer Einflugschneise od. dgl. mit Hilfe des CW-Doppler-Radarverfahrens Die Erfindung bezieht sich auf die Luftraumüberwachung eines bestimmten begrenzten Gebietes, z. B. einer Einflugschneise, mit Hilfe des CW-Doppler-Radarverfahrens. Der Zweck ist dabei die Feststellung bewegter Ziele, beispielsweise für ein Warnnetz zum Entdecken und Absuchen des begrenzten Gebietes nach einfliegenden Tieffliegern. Die Ortung niedriger Flugziele wird bei Radargeräten durch die gleichzeitigen Reflexionen an festen Bodenobjekten gestört. Eine Hauptaufgabe bei einer Luftüberwachungsanlage der vorliegenden Art besteht daher in der Beseitigung der Echos von Festzielen. Hierfür läßt sich mit Vorteil der Dopplereffekt benutzen, der eine Frequenzverschiebung der Echos schnell bewegter Flugziele bewirkt. Wenn es auf eine Entfernungsmessung nicht so sehr ankommt sowie keine große Reichweite und Auflösung gefordert sind, können für den vorliegenden Zweck die bekannten Radargeräte mit kontinuierlicher Abstrahlung (CW-Radargeräte) ohne Impulstastung angewendet werden. Obwohl diese Geräte keine Entfernungsinformation liefern, gestatten sie mit einfachen Mitteln eine Unterscheidung zwischen bewegten und festen Zielen sowie eine Beschränkung der Anzeige auf bewegte Ziele.System for the determination of moving flight targets in an approach lane od. The like. Using the CW Doppler radar method The invention relates to the surveillance of the airspace of a certain limited area, e.g. B. an approach lane, with the help of the CW Doppler radar method. The purpose is to determine moving Objectives, for example for a warning network to discover and search for the limited Area after incoming low-flying aircraft. The location of lower flight targets is at Radar devices are disturbed by the simultaneous reflections on solid ground objects. There is a main task in an air surveillance system of the present type hence in the elimination of echoes from fixed targets. This can be used with advantage use the Doppler effect, which shifts the frequency of the echoes moving faster Causes flight targets. When a distance measurement is not so important as well no large range and resolution are required, can for the present Purpose of the known radars with continuous emission (CW radars) can be used without pulse keying. Although these devices do not provide any distance information deliver, they allow a distinction between moving ones with simple means and fixed targets as well as a restriction of the display to moving targets.

Es ist bereits eine Anordnung bekannt zur selbsttätigen Zielauffassung von Luftfahrzeugen mit Hilfe mehrerer Meßebenen, in denen eine flächenhaft orientierte elektromagnetische, vorzugsweise kurzwellige Strahlung in Form von Kurzwellenmauern erzeugt wird. Unter Verwendung von Empfängergruppen mit gerichteten Antennen werden die Durchstoßpunkte der Flugziele durch die Kurzwellenmauern zeitlich und räumlich bestimmt. Der Nachteil besteht dabei darin, daß die Anzeige durch Reflexion an festen Zielen stark beeinträchtigt wird. An arrangement for automatic target acquisition is already known of aircraft with the help of several measuring planes, in which one is oriented over a large area electromagnetic, preferably short-wave radiation in the form of short-wave walls is produced. Using groups of receivers with directional antennas the penetration points of the flight targets through the shortwave walls in terms of time and space certainly. The disadvantage is that the display is fixed by reflection Aiming is severely impaired.

Die Festzielanzeige kann man zwar durch Anwendung des an sich bekannten CW-Doppler-Radarverfahrens auf Luftüberwachungsanlagen der vorliegenden Art vermeiden. Dabei sind gewisse Schwierigkeiten in der Dopplerfrequenzauswertung zu überwinden, die sich daraus ergeben, daß Sender und Empfänger örtlich getrennt sind. Ein grundlegender Nachteil ergibt sich bei der vorliegenden Anwendung des CW-Doppler-Radarverfahrens jedoch dadurch, daß bei bestimmten Flugrichtungen die Dopplerfrequenz gleich Null ist, so daß Blindanzeigebereiche auftreten.The fixed target display can be done by using what is known per se Avoid CW Doppler radar procedures on air surveillance systems of the type in question. Certain difficulties in the Doppler frequency evaluation have to be overcome, which result from the fact that the transmitter and receiver are spatially separated. A basic one The present application of the CW Doppler radar method results in a disadvantage however, in that in certain flight directions the Doppler frequency is zero so that blind display areas appear.

Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung bei der vorliegenden Anlage zur Feststellung bewegter Flugziele dadurch vermieden, daß die Funksender als kontinuierlich strahlende CW-Sender arbeiten und mittels fest angeordneter Richtantennen mit starker horizontaler Bündelung mehrere parallele oder angenähert parallele Sendervorhänge unterschiedlicher Trägerfrequenz abwechselnd von verschiedenen Seiten in Gegenrichtung längs der Grenze des Überwachungsgebietes abstrahlen und daß in einer oder mehreren örtlich getrennt vom Sender aufgestellten Empfangsstationen Dopplerempfänger zur Überwachung vorgesehen sind, die mit gebündelten Empfangsrichtstrahlen arbeiten, welche die Sendervorhänge kreuzen und durch periodisches Schwenken oder Umlaufen so bewegt werden, daß sie die Sendervorhänge oder Teilgebiete derselben fortlaufend absuchen, wobei die Dopplerempfänger die an bewegten Zielen zurückgestrahlte dopplerverschobene Sendeenergie aufnehmen und unter Verwendung getrennt zwischen Sende- und Empfangsort übertragener Bezugsfrequenzen auswerten. This disadvantage becomes, according to the invention, in the present plant to detect moving targets avoided by keeping the radio transmitter as continuous radiant CW transmitters work and by means of fixed directional antennas with strong horizontal bundling of several parallel or approximately parallel transmitter curtains different carrier frequency alternately from different sides in the opposite direction radiate along the border of the surveillance area and that in one or more Receiving stations set up separately from the transmitter for Doppler receivers Monitoring is provided that work with bundled received directional beams, which cross the transmitter curtains and by periodically swinging or rotating are moved so that they continuously the transmitter curtains or parts of the same search, whereby the Doppler receivers the Doppler shifted ones reflected back at moving targets Record transmission energy and use it separately between transmission and reception location evaluate transmitted reference frequencies.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten sind an Hand von F i g. 1 und 2 näher erläutert. The invention and further details are based on FIG. 1 and 2 explained in more detail.

In F i g. list in perspektivischer Darstellung eine Luftraumüberwachungsanlage gezeigt, bei der ein kontinuierlich strahlender Sender S mittels einer fest aufgestellten Richtantenne einen schmalen Strahlungsvorhang V in Richtung der zu überwachenden Schneise abstrahlt. Seitlich davon ist eine Empfangsstation E aufgestellt, deren gebündelte Richtstrahlen den Sendervorhang schnell absuchen. In einem Bereich ist auf diese Weise eine verhältnismäßig genaue Ortung möglich. Mehrere aneinander anschließende und gegebenenfalls gestaffelte Kreuzstrahlsysteme dieser Art können zur Überwachung der Grenze eines Landes dienen. Um die Abschirmung gegen Störsender zu verbessern, ist es dann vorteilhaft, die Empfangsstationen auf der Feindseite des Vorhangs anzuordnen. Durch eine geeignete Bemessung der Antennendiagramme und durch eine abgeschirmte Aufstellung läßt sich so der Einfluß von Störsendern auf der Feindseite wesentlich verringern. Bei dem AusführungsbeispieI in Fig. 1 arbeitet der SenderS beispielsweise im X-Band bei einer mittleren Wellenlänge von 3,2 cm mit kleinerer Leistung von etwa 100 Watt und ist an eine fest aufgestellte Parabolantenne mit einem cosec2-Diagramm in der vertikalen Ebene und etwa 30 horizontaler Bündelung angeschlossen. Der Abtastbereich B beginnt beispielsweise in 2-km und endigt beispielsweise in 10 km Abstand vom Sender. Bei diesem Beispiel ist es möglich, die Empfangsstation E in etwa 4 km Abstand senkrecht zum Vorhang anzuordnen. Als Antennensystem des Empfängers wird vorzugsweise ein rotierendes Mehrfachrichtsystem benutzt, welches mehrere gebündelte EmpfangsstrahlenE1,E2, E3 erzeugt, die den Sendervorhang in verschiedener Höhe absuchen, um eine Ortung nach Höhenschichten zu ermöglichen. Das gezeigte Antennensystem läuft beispielsweise mit 40 U/min um seine Vertikalachse um und besteht aus zwölf kleinen Parabolantennen mit etwa 40 vertikaler und 60 horizontaler Bündelung, wobei sich die Strahlen in der horizontalen Ebene bewegen. An Stelle der Umlaufbewegung kann auch eine Schwenkbewegung mit nur drei Antennen angewendet werden. Die gezeigten drei Höhenschichten erstrecken sich z. B. unter den Erhebungswinkeln 0 bis 40, 4 bis 80 und 8 bis 120 über einem Azimutsektor von -45 bis + 450 in Richtung auf den Vorhang. Das Antennensystem besteht aus drei Ebenen von je vier Parabolantennen, die eine Antennengruppe für eine Röhenschicht bilden. In jeder dieser Ebenen wird die Parabolantenne, welche jeweils auf den Vorhang zeigt, durch einen Umschalter mit einem Dopplerempfänger verbunden. In der Empfangsstation sind hierfür drei Uipschalter, eine dreifache Hohlleiterdrehverbindung und drei Dopplerempfänger erforderlich. Die Nebenblätter der Parabolantennen werden mit bekannten Mitteln weitgehend unterdrückt. In Fig. list shows an air surveillance system in perspective shown in which a continuously radiating transmitter S by means of a permanently installed Directional antenna a narrow radiation curtain V in the direction of the to be monitored Radiates aisle. To the side of this is a receiving station E, whose Quickly scan the bundled directional beams through the transmitter curtain. In one area is in this way a relatively precise location is possible. Several contiguous and, if necessary, staggered cross-beam systems of this type can be used for monitoring serve the border of a country. To improve the shielding against jammers, it is then advantageous to arrange the receiving stations on the enemy side of the curtain. By suitable dimensioning of the antenna diagrams and by one Shielded installation prevents the influence of jammers on the enemy side reduce significantly. In the embodiment in Fig. 1, the transmitter S operates for example in the X-band at a mean wavelength of 3.2 cm with a smaller one Power of about 100 watts and is connected to a fixed parabolic antenna a cosec2 diagram in the vertical plane and about 30 horizontal bundling connected. The scanning range B begins, for example, in 2 km and ends, for example 10 km from the transmitter. In this example it is possible to use the receiving station E at a distance of about 4 km perpendicular to the curtain. As the antenna system of the Receiver is preferably a rotating multi-directional system used, which multiple bundled received beams E1, E2, E3 generated, which the transmitter curtain in different Search altitude to enable a location for altitude layers. The antenna system shown rotates around its vertical axis at 40 rpm, for example, and consists of twelve small parabolic antennas with about 40 vertical and 60 horizontal bundling, whereby the rays move in the horizontal plane. Instead of the orbital movement a swivel motion can also be used with only three antennas. The ones shown three height layers extend z. B. at elevation angles 0 to 40, 4 to 80 and 8 to 120 over an azimuth sector of -45 to + 450 towards the Curtain. The antenna system consists of three levels of four parabolic antennas each, which form an antenna group for a tube layer. In each of these levels there will be the parabolic antenna, which points to the curtain, by a switch connected to a doppler receiver. There are three Uip switches in the receiving station for this purpose, a triple waveguide rotary connection and three Doppler receivers required. The stipules of the parabolic antennas are largely suppressed by known means.

Die für die Dopplerfrequenzbestimmung erforderliche Bezugsfrequenz wird vorteilhaft vom CW-Sender 5 über einen getrennten Übertragungskanal Ü, wie eine Kabelstrecke, eine Richtfunkstrecke od. dgl., zur Empfangsstation übertragen. Sofern für diese Übertragung eine Richtfunkstrecke benutzt wird, ist es vorteilhaft, deren Polarisation verschieden von der Polarisation des CW-Senders S zu wählen. Es ist ferner zweckmäßig, in der Empfangsstation als Kontrolleinrichtung einen Doppler-Kontrollempfänger vorzusehen, um eine Störung der Richtfunkstrecke durch Flugzeuge anzuzeigen. Beim schnellen Durchgang eines Flugzeuges durch die Richtfunkstrahlung wird nämlich ein reflektierter Anteil mit veränderter Frequenz auftreten, so daß gegebenenfalls eine Dopplerfrequenz erscheint und eine Fehlanzeige hervorgerufen werden kann. Der Doppler-Kontrollempfänger wird über eine Richtleitung und/oder einen Richtungskoppler angekoppelt, damit er nur von der Richtfunkstrecke Energie aufnehmen kann und die Einkopplung von HF-Energie von der Radarseite verhindert wird. Beim Ansprechen der Kontrolleinrichtung wird zweckmäßig die Dopplerfrequenzauswertung blockiert und/oder ein Signal gegeben. The reference frequency required to determine the Doppler frequency is advantageous from the CW transmitter 5 via a separate transmission channel Ü, such as a cable line, a radio link or the like., transmitted to the receiving station. If a radio link is used for this transmission, it is advantageous to their polarization different from the polarization of the CW transmitter S to choose. It is also expedient to have a Doppler control receiver as the control device in the receiving station to be provided in order to indicate interference with the radio link by aircraft. At the rapid passage of an aircraft through the directional radio radiation is namely a reflected portion occur with a changed frequency, so that possibly a Doppler frequency appears and a false indication can be caused. The Doppler control receiver is coupled via a directional line and / or a directional coupler so that it can only absorb energy from the radio link and the coupling of HF energy is prevented from the radar side. When the control device responds, expediently blocked the Doppler frequency evaluation and / or given a signal.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Bezugsfrequenzen auf der Empfangsseite durch kohärent mit den Sendefrequenzen schwingende örtliche Oszillatoren erzeugt sind, deren Frequenzen in regelmäßigen Zeitabständen durch von den Sendern übertragene Frequenzen kurzzeitig nachgeregelt sind. Another possibility is that the reference frequencies on the receiving side by coherently oscillating with the transmitting frequencies local Oscillators are generated whose frequencies are in at regular intervals by from Frequencies transmitted to the transmitters are briefly readjusted.

Diese Ausführung hat den Vorteil, daß Störungen der direkten Übertragung vom Sender zum Emp fänger durch Flugzeuge od. dgl. sich nicht auf die Bezugsfrequenz auswirken können.This design has the advantage that interference with the direct transmission from the transmitter to the receiver by aircraft od. Like. Does not affect the reference frequency can affect.

Erfindungsgemäß werden mehrere Sendervorhänge parallel oder angenähert parallel abgestrahlt. Diese Sendervorhänge werden abwechselnd von beiden Seiten in Gegenrichtungen gestrahlt. Damit wird die Anzeige eines durchfliegenden Zieles wenigstens in einem der beiden Vorhänge immer sichergestellt. Es gibt nämlich Flugbahnen, bei denen die Dopplerfrequenz Null wird. Diese Bahnen sind konfokale Ellipsen mit dem Sender und dem Empfänger in den Brennpunkten. Durch entgegengesetzte Aufstellung des zweiten Senders stehen diese Flugrichtungen mit fD = 0 in beiden parallelen Vorhängen etwa senkrecht zueinander. According to the invention, several transmitter curtains are parallel or approximated radiated in parallel. These transmitter curtains are alternating from both sides blasted in opposite directions. This is the display of a passing target always ensured at least in one of the two curtains. There are trajectories at which the Doppler frequency becomes zero. These orbits are confocal with ellipses the transmitter and the receiver in the focal points. By opposing positions of the second transmitter, these flight directions are parallel with fD = 0 Curtains approximately perpendicular to each other.

In F i g. 2 sind die erfindungsgemäßen Sendervorhänge im Grundriß dargestellt, wobei zwei CW-Sendern, und 52 mit verschiedenen Trägerfrequenzen Ii, 12 von entgegengesetzten Seiten zwei Vorhänge abstrahlen. Von beiden Sendern werden außerdem die Bezugsfrequenzen über Übertragungsstrecken Ü zum Empfänger übertragen. Beim Durchflug eines Zieles durch beide Vorhänge werden im Empfänger zeitlich nacheinander entsprechende Signale ausgelöst. Aus der zeitlichen Aufeinanderfolge der Signale von den beiden Sendern kann die Durchflugsrichtung bestimmt werden. In der Empfangsstation werden Empfänger vorgesehen, die auf die beiden etwas verschiedenen Trägerfrequenzen 1i, 12 der Sender 5" 52 ansprechen, wobei jedoch für beide Frequenzen getrennte Anzeigen vorgesehen werden. In Fig. 2 are the transmitter curtains according to the invention in plan shown, with two CW transmitters, and 52 with different carrier frequencies Ii, 12 radiate two curtains from opposite sides. From both channels will be also transmit the reference frequencies to the receiver via transmission links Ü. When flying through a destination through both curtains, the receiver takes place one after the other corresponding signals triggered. From the chronological sequence of the signals the direction of flight can be determined by the two transmitters. In the receiving station receivers are provided which respond to the two slightly different carrier frequencies 1i, 12 of the transmitter 5 ″ 52 respond, but with separate frequencies for both Ads are provided.

Auf eine weitere Anwendung dieses Verfahrens für den ziliven Gebrauch zur Überwachung von Flugplätzen oder ähnlichen begrenzten Lufträumen ohne Störungen durch Festzeichenechos sei noch hingewiesen. Wenn besonders die Fluggeschwindigkeiten klein sind und auch die Größe des abzusuchenden Luftraumes gering ist - wie es beispielsweise im Startbereich der Fall ist dann kann die Abtastzeit vergrößert und die Antennenbündelungen verstärkt werden. Damit wird die Ortungsgenauigkeit wesentlich gesteigert, und sogar eine Führung der Flugzeuge wird mit einer solchen Anlage möglich. To a further application of this procedure for civil use for monitoring airfields or similar limited air spaces without disturbances by fixed-character echoes should be pointed out. If especially the airspeeds are small and the size of the air space to be searched is small - as is the case, for example If this is the case in the start area, then the sampling time can be increased and the antenna bundles be reinforced. This increases the location accuracy significantly, and even A guidance of the aircraft is possible with such a system.

Claims

Claims: 1. System for determining moving flight targets in an approach lane or the like with the aid of the CW Doppler radar method using of radiation walls generated by radio transmitters, which are generated by spatially separated radio receivers ger are monitored for reflection at flight targets, characterized in that the radio transmitters work as continuously radiating CW transmitters and by means of fixed arranged directional antennas with strong horizontal bundling several parallel or approximately parallel transmitter curtains of different carrier frequencies alternately from different sides in the opposite direction along the border of the surveillance area radiate and that in one or more spatially separated from the transmitter Receiving stations Doppler receivers are provided for monitoring, which are bundled with Receiving directional beams work that cross the transmitter curtains and by periodically pivoting or Are moved around so that they the transmitter curtains or parts of the same Search continuously, with the Doppler receivers reflecting back those at moving targets Pick up Doppler-shifted transmission energy and using separated between Evaluate the sending and receiving locations of transmitted reference frequencies.

2. Plant according to claim 1, characterized in that several bundled Search the receiving beams (E1, E2, E8) the transmitter curtains (V) at different heights.

3. Plant according to claim 2, characterized in that a rotating Multi-directional antenna system, preferably a quadruple system, on the receiving side is used to search the transmitter curtains, each on the curtains pointing directional system is switched on.

4. Plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the receiving station is set up on the enemy side of the transmitter curtains.

5. Plant according to one of claims 1 to 4, characterized in that that several adjoining each other with their detection areas, if necessary staggered systems of transmitter curtains and scanning receiving stations are provided are.

6. Plant according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the reference frequencies for determining the Doppler frequencies from the transmitters are transmitted to the receiving station via directional radio links, for the directional radio radiation and the transmitter radiation is preferably of different polarization.

7. Plant according to claim 6, characterized in that as a control device in the receiving station a Doppler control receiver via a directional line, a Directional coupler or the like. Is coupled in such a way that it is only from the directional radio link Can absorb energy, and that the control receiver interference in the radio link by airplanes or the like. Indicates.

8: Plant according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the reference frequencies on the receiving side are coherent with the transmitting frequencies vibrating local oscillators are generated, their frequencies at time intervals are temporarily readjusted by the frequencies transmitted by the transmitters.

Considered publications: German Patent Specifications No. 719 769, 722 438; Bulletin of the Swiss Electrotechnical Association, 45 (1954), 24.

November, pp. 1023-1026 and 1043-1047; Funk-Technik, 9 (1954),

June 11th, Pp. 296 to 298.