DE1273015B - Kontrollschaltung fuer ein Monopuls-Radargeraet - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIs

Deutsche Kl.: 21 a4-48/63

Nummer: 1 273 015

Aktenzeichen: P 12 73 015.3-35 (C 37325)

Anmeldetag: 5. November 1965

Auslegetag: 18. Juli 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontrollschaltung für ein Monopuls-Radargerät mit einem Summenausgang, der ein Summensignal Σ liefert, und mit einem Differenzausgang, der ein Differenzsignal I liefert, das eine Kombinationsschaltung enthält, welche die Signale Σ+jd und Σ—jA liefert, wobei das Signal;J aus dem Signal Δ durch Phasenverschiebung um y abgeleitet ist, sowie einen Phasendetektor.

Eine bekannte Schaltung dieser Art hat den Zweck, ein Signal zu bilden, das die Winkelstellung des Ziels darstellt. Zu diesem Zweck werden die Signale Σ + j Δ und Σ — j Δ einem Phasendiskriminator zugeführt, der eine Spannung abgibt, die im wesentliehen dem Winkel der Phasenverschiebung zwischen seinen Eingangsspannungen proportional ist. Es ist auch bekannt, für den gleichen Zweck einen Kosinus-Phasendetektor zu verwenden, dem dann aber die Signale Σ + j Δ und j Σ + Δ zugeführt werden.

Es ist andererseits bekannt, daß die in dem mittleren Bereich der Hauptkeule des Summendiagramms empfangenen Hochfrequenzsignale von den außerhalb dieses Bereichs empfangenen Hochfrequenzsignalen dadurch unterschieden werden können, daß die Differenz der Absolutwerte des Summensignals und des Differenzsignals gebildet wird. Diese Differenz ist positiv bei allen Empfangsrichtungen, die innerhalb eines Bereichs liegen, der durch die Schnittpunkte des Summendiagramms und des Differenzdiagramms begrenzt ist, während sie bei allen außerhalb dieses Bereichs liegenden Empfangsrichtungen negativ ist. Es ist bekannt, diese Maßnahme zur Erzeugung eines schmaleren Empfangsdiagramms anzuwenden. Mit der gleichen Maßnahme werden bei einem Sekundär-Radargerät diejenigen empfangenen Hochfrequenzsignale unterdrückt, die nicht aus der Hauptkeule des Antennendiagramms, sondern von Nebenzipfeln stammen. Zu diesem Zweck ist die Antenne so unterteilt und mit getrennten- Empfangsschaltungen verbunden, daß der Ausgang der einen Empfangsschaltung dem Summenausgang und der Ausgang der anderen Empfangsschaltung dem Differenzausgang eines nach dem Summe-Differenz-Verfahren arbeitenden Monopuls-Radargeräts entsprechen. Die Ausgangssignale der beiden Empfangsschaltungen werden einer Vergleichsschaltung zugeführt, welche das Summensignal nur dann durchläßt, wenn es größer als das Differenzsignal ist.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer so Kontrollschaltung, die es bei einem Monopuls-Radargeräl der eingangs angegebenen Art mit besonders Kontrollschaltung für ein Monopuls-Radargerät

Anmelder:

CSF-Compagnie Generale de Telegraphic

sans FiI, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
8000 München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Henri Poinsard, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 9. November 1964 (994 320) - -

geringem Aufwand ermöglicht, ein Kontrollsignal zu erzeugen, das anzeigt, ob die Empfangsrichtung innerhalb oder außerhalb des zuvor definierten Bereichs liegt.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zur an sich bekannten Erzeugung eines Unterscheidungssignals für Echos, die von Zielen stammen, welche sich in der durch die Schnittpunkte des Summendiagramms mit dem Differenzdiagramm definierten Winkelzone des Raums befinden, von Echos anderer Ziele ein an sich bekannter Kosinus-Phasendetektor angeschlossen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Kontrollschaltung entspricht das Ausgangssignal des an die Kombinationsschaltung angeschlossenen Kosinus-Phasendetektors der Funktion cos2 (arc tg —λ. Diese Funktion ist positiv, wenn die Empfangsrichtung innerhalb des angegebenen Bereichs liegt, während sie negativ ist, wenn die Empfangsrichtung außerhalb dieses Bereichs liegt. Das Ausgangssignal des Kosinus-Phasendetektors zeigt also durch sein Vorzeichen unmittelbar das gewünschte Ergebnis an.

Bei Monopuls-Radargeräten, bei denen bereits eine die Signale Σ + / I und Σ — j I liefernde Kombinationsschaltung vorhanden ist, genügt also die Hinzufügung eines einfachen Kosinus-Phasendetektors für die Erzielung der gewünschten Wirkung.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

80» 578/210

F i g. 1 die Strahlungsdiagramme der Antenne eines Monopuls-Radargeräts mit zwei Kanälen,

Fi g. 2 das | 27|-Diagramm und das | 1 !-Diagramm eines solchen Radargeräts,

F i g. 3 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fi g. 4, 5 und 6 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise.

F i g. 1 zeigt die beiden polaren Strahlungsdiagramme A und B eines Monopuls-Radargeräts mit ro zwei Empfangskanälen. Es wird angenommen, daß die beiden Diagramme symmetrisch in bezug auf die Achse O-X liegen.

Das Summendiagramm | Σ\ = | A + B\ (F i g. 2) besitzt ein Maximum in der Richtung OX.

Das Differenzdiagramm Δ=\Α — Β] besitzt eine Nullstelle in der Achse O-X und zwei Maxima in zwei Richtungen O-Xl und O-X 2, die symmetrisch in bezug auf die Achse O-X liegen.

Die Schnittpunkte der Diagramme Σ und Δ, für welche | Σ\ = | Δ | gilt, liegen auf zwei Geraden O-M und O-N, welche im wesentlichen die mittlere Winkelzone definieren, in deren Innerem man die Winkelabweichungen des Ziels in bezug auf die Achse O-X, welche die Antennenachse ist, messen will.

Die erfindungsgemäße Anordnung dient dem Zweck, ein Videosignal zu liefern, das zeitlich mit dem empfangenen Echo zusammenfällt und dessen Vorzeichen positiv ist, wenn sich das Ziel im Inneren der so definierten Zone befindet, während es im entgegengesetzten Fall negativ ist oder umgekehrt.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anordnung.

In der Darstellung sind zwei Primärquellen 1 und 2 dargestellt, welche im Zusammenwirken mit einem Reflektor 3 die beiden Signale A und B liefern. Eine klassische Schaltung 4, beispielsweise eine Ringgabel, liefert die beiden Signale

V _ I A _i_ Rl

■" — \A + B\,

J =\A-B\.

Die beiden Signale Σ und J, und zwar das Signal .1 nach einer Phasenverschiebung um ~ in einem Phasenschieber 5, werden einer klassischen Schaltung 6, beispielsweise gleichfalls einer Ringgabel, zugeführt, welche die Phasenbeziehungen aufrechterhält und die beiden Signale Σ + j Δ und Σ — j Δ bei Zwischenfrequenz liefert, wobei das Symbol j die an dem Signal Δ vorgenommene Phasenänderung um

~ ausdrückt.

Diese Signale werden zwei Verstärkern 7 und 8 mit begrenztem Ausgangspegel zugeführt.

Die Verstärker 7 und 8 sind direkt mit dem Phasendetektor 10 verbunden, dessen Ausgangssignal als Erkennungssignal verwendet und beispielsweise dem Steuereingang 91 eines Panoramaanzeigegeräts 9 zugeführt wird, dessen Signaleingang 92 an den 27-Ausgang der Schaltung 4 angeschlossen ist und dessen Synchronisiereingang 93 in herkömmlicher Weise an den Synchronisierausgang 112 des Senders 11 angeschlossen ist, dessen Signalausgang 111 in üblicher Weise über die Ringgabel 4 mit den beiden Strahlern 1 und 2 verbunden ist. Bei 12 und 13 ist jeweils eine Sende-Empfangs-Weiche (TR-Schalter) bzw. Empfangs-Sende-Weiche (A TR-Schalter) dargestellt.

Diese Anordnung arbeitet in folgender Weise: Die Phasenverschiebung zwischen den Signalen Σ + j Δ und Σ — j Δ sei mit 2 φ bezeichnet. Diese beiden Signale sind in Fig.4 dargestellt. Der Phasendetektor liefert das Signal σ = C cos 2 φ. Im Fall eines Echos an einem einzigen Ziel sind Σ und Δ entweder gleichphasig oder gegenphasig. Man kann schreiben

φ = arc tg —.

Der Phasendetektor gibt also das Signal ab

σ = C cos 2 ('arc tg 4) · (2)

σ ist eine geradzahlige Funktion von — (Fig. 5). Dies ist ein Videosignal mit einem Maximum für

Δ = 0 und zwei Nullstellen für

Dieses Signal ist positiv für — *S 1 und negativ

im entgegengesetzten Fall, also wenn sich das Ziel außerhalb der durch die Geraden O-M und O-N definierten nutzbaren Zone befindet.

Man erhält offensichtlich ein analoges Signal, wenn man dem Detektor 10 die Signale .1 + j Σ und Δ —j Σ zuführt. Das dann erhaltene Signal σ ist gleich dem Wert

C cos (rr — 2(f) = — σ.

Dies bedeutet, daß σ' positiv ist, wenn σ negativ wäre, und umgekehrt.

Falls Echos von Zielen auftreten, die sich gleichzeitig im Wirkungsbereich des Monopuls-Radargeräts und in gleicher Entfernung von diesem befinden, kann der Betrieb folgendermaßen erläutert werden: _^ _^

Es seien /Π und B die Summen der Signale, die über die beiden Kanäle als Echos an η Zielen E₁... E_n empfangen werden, welche sich im Wirkungsbereich des Radargeräts und in gleicher^ Entfernung von diesem befinden, und ö^. ..ίζ, O₁... b„ seien die Echos, die in den beiden Kanälen an den η Zielen erhalten werden. Es gilt

A = Ci₁ + ... + a_n,
~B'= V₁+ ...+V_n,

wobei a_; und b_; die Echos an dem Ziel £,· (; = 1... n) bezeichnen.
Es seien

S = Σ*+ j~t, T = I-jl.

Der Winkel 2 y (Fi g. 6) stellt die Phasendifferenz zwischen S* und T* dar. Im allgemeinen sind dann If und Zf nicht mehr gleichphasig oder gegenphasig.

Es gilt

7· T = IS| · M cos 2 ψ.

Wenn man setzt

erhält man durch eine einfache Rechnung die beiden folgenden Ausdrücke:

a = cos 2 γ = 4

A-B S-T '

und wenn man setzt

erhält man

σ = cos 2 ψ =

B=B,

2~A-~B

oder auch

(3)

(4)

i5 oder vollkommen außerhalb dieser Zone, jedoch noch in der Ortungszone befindet, die von dem Radargerät in diesem Augenblick erfaßt ist. Hierbei handeis es sich jedoch um zwei sehr besondere Fälle, so daß man im allgemeinen sagen kann, daß das erfindungsgemäße System das Auflösevermögen des Radargeräts auch in dem Fall verbessert, daß mehrere Ziele unter den zuvor angegebenen Bedingungen vorhanden sind.

Insbesondere läßt sich leicht zeigen, daß das Signal σ den Wert Null annimmt, wenn sich zwei Ziele in gleicher Entfernung von der Antenne zu beiden Seiten von der Antennenachse und in zwei Richtungen befinden, in denen sich die Diagramme Σ und J schneiden.

Es gilt

J²)²

Diese beiden Formeln gelten sowohl für den zuvor untersuchten Fall eines einzigen Echos als auch bei einer Gruppe von gleichzeitigen Echos an punktförmigen Zielen oder an einem im Raum ausgedehnten Ziel (beispielsweise im Falle einer Wolke oder bei Regen).

Im Falle der überlagerung von η Echos gilt

If

Ia₁ + .. .~a„)

= Σ

+ Σ

1 = 1.1!

i.j = l.n

wobei im zweiten Glied i notwendigerweise von j verschieden ist. _, ^

Die Produkte a_t · V₁ sind, wie zuvor aus den Gleichungen (2) und (3) abgeleitet wurde, positiv, negativ oder Null, je nachdem, ob sich die entsprechenden Ziele £, im Innern, auf der Grenze oder außerhalb der zuvor definierten Zone befinden^ __^

Das Vorzeichen der Produkte a]- b] hängt von den Augenblicksphasendifferenzen der Echos ab. Wenn sich die Phasendifferenz zeitlich ausreichend ändert, daßj^'· Vj den Mittelwert Null hat, kann das Produkt X ■ ff folgendermaßen geschrieben werden:

A- B = (ar /j,-).
was auch folgendermaßen zerlegt werden kann:

⁴⁵

50

worin I₁ die Summe der Produkte o^· 5^ ist, die von den Störechos stammen, während αζ und /^ vom Nutzecho stammen.

Falls die Störechos von einem Ziel mit räumlicher Ausdehnung, beispielsweise von Regen, stammen, ist die Summe E₁ im allgemeinen vernachlässigbar gegen 0^· /fy, weil sie positive und negative Glieder enthält, die sich wenigstens teilweise aufheben. Das Vorzeichen des Signals β läßt dann erkennen, ob sich das Nutzziel in der zuvor definierten Winkelzone befindet.

Dies gilt natürlich nicht, wenn sich das Ziel mit räumlicher Ausdehnung vollkommen in dieser Zone

- b_x

■ b₂ + a_x · b₂ + a₂ · b_x .

Da ferner voraussetzungsgemäß gilt

hat der Ausdruck

X· 2?= O₁- b₂ + «2 ' K

den Mittelwert Null, wenn sich die relativen Phasen der beiden Echos während der Beobachtungszeit ausreichend ändern.

Das gleiche gilt für das Signal σ. Man erhält also in diesem Fall ein Gesamtsignal des Wertes Null.

Die beschriebene Anordnung ermöglicht also unter bestimmten Beobachtungsbedingungen eine Verbesserung des Auflösungsvermögens von Monopuls-Radarantennen. Solche Bedingungen werden insbesondere bei Flughafen-Radargeräten oft angetroffen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kontrollschaltung für ein Monopuls-Radargerät mit einem Summenausgang, der ein Summensignal Σ liefert, und mit einem Differenzausgang, der ein Differenzsignal Δ liefert, das eine Kombinationsschaltung enthält, welche die Signale Σ+j. I und Σ—jJ liefert, wobei das Signal j Δ aus dem Signal Δ durch Phasenverschiebung um

   -^- abgeleitet ist, sowie einen Phasendetektor,

   dadurch gekennzeichnet, daß zur an sich bekannten Erzeugung eines Unterscheidungssignals für Echos, die von Zielen stammen, welche sich in der durch die Schnittpunkte des Summendiagramms mit dem Differenzdiagramm definierten Winkelzone des Raums befinden, von Echos anderer Ziele ein an sich bekannter Kosinus-Phasendetektor (10) angeschlossen ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Französische Patentschrift Nr. 1 196022;
   USA.- Patentschrift Nr. 2 966 675;
   R h ο d e s, D. R., Introduction to Monopulse, New York/Toronto/London, 1959, S. 59 bis 62.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   809 570/210 7.68 @ Bundesdruckerei Berlin