DE2240749A1

DE2240749A1 - Verfahren zur erfassung von in der luft, im raum oder unter wasser befindlichen objekten durch reflexion elektromagnetischer oder akustischer wellen

Info

Publication number: DE2240749A1
Application number: DE2240749A
Authority: DE
Inventors: Jean Baptiste Gilbert Perot
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-08-18
Filing date: 1972-08-18
Publication date: 1973-03-29
Also published as: US3803603A; NL7211215A; FR2149288A1; FR2149288B1; IT962609B; GB1368717A

Description

Dipl.-Ing. Heinz Bardehle

Pattntanwalt

D-8 Mönchen 26, Postfach 4 T.Ufon 0· 11 /29 2555

München, den 18.August 1972

Anmelders Mein Zeichen:

Jean Baptiste Gilbert Perot P 1484

17, rue de Beauvau
78 Versailles
' Frankreich

Verfahren zur Erfassung von in der Luft, im Raum oder unter Wasser befindlichen Objekten durch Reflektion elektromagnetischer oder akustischer Wellen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von in der Luft, im Raum oder unter Wasser befindlichen Objekten durch Reflektion elektromagnetischer oder akustischer Wellen. Es sind z.B. elektromagnetische ErfassungsvorrichT tungen bzw. Radarsysteme bekannt,- die eine Richtantenne aufweisen, die zugleich zur Auseendung von Impulsfolgen und zum Empfang von von dem Objekt reflektierten Echos dient, oder die zwei gesonderte Sende- und Empfangeantennen aufweisen, mittels 4erec man die überwachte Zon# abtastet. In beiden Fällen muß die Richtung, in der die

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üntersuchungsimpulsfolge gesendet wird, während der gesaunten Dauer innerhalb des Empfangsdiagrairans liegen, die für den Rücklauf von Echos erforderlich ist, die von den

2 R

entferntesten Objekten kommen, wobei die Dauer be-

trägt, R die Entfernung des entferntesten Objekts und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Dies hat eine erhebliche Begrenzung der Verschiebegeschwindigkeit des Antennenstrahls und damit eine Erhöhung der Dauer zur Folge, die erforderlich ist, um die Untersuchungsergebnisse zu erhalten.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Abtastgeschwindigkeit der Zone, die von der Antenne bzw. den Antennen überwacht wird bzw. werden, durch ein Verfahren zu erhöhen, das darin besteht, mittels eines Sendestrahls der Antenne eine Zone bekannter Entfernung zu untersuchen, indem man mit diesem Strahl die zu untersuchenden aufeinanderfolgenden Punkte abtastet und den Strahlen der Antenne zu diesen Punkten zum Empfang von Echos am Ende einer Dauer zurückkehren zu lassen, die dem Hin- und Rücklauf des Signals entspricht. Wenn man zwei gesonderte Sende- und Empfangsantennen anordnet, besteht das Verfahren darin, daß man den Empfangsstrahl zu den zuvor von der Sendeantenne bestrahlten Punkten am Ende einer Dauer gelangen läßt, die dem Hin- und Rücklauf eines Signals nach der Aussendung entspricht, wobei die Winkelablenkung der beiden Antennen in Abhängigkeit von der Entfernung des untersuchten Raumabschnittes geändert werden kann.

Während der beiden aufeinanderfolgenden Abtastungen der von dem Antennenstrahl bzw. den Antennenstrahlen überwachten Zone, d.h. während der Auesendung von Impulsen und während des Empfangs des Echos wird der Strahl auf die aufeinanderfolgenden untersuchten Punkte während einer Dauer gehalten, die der eines Impulses entspricht,

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d.h. der Dauer, während der ein Ziel von dem Sendeantenneristrahl bestrahlt wird. Alle außerhalb dieser kurzen Momente zur Verfügung stehende Zeit wird zur Untersuchung weiterer Richtungen verwendet, was theoretisch eine wesentliche Erhöhung der Untersuchungsgeschwindigkeit und damit, eine Verminderung des Abtastzyklus ermöglicht.

Dennoch muß bei diesem Verfahren wie bei allen anderen Abtastungen durch ein Radarsystem die Sendeantenne in jeder Richtung, in der sich ein mögliches Ziel befinden kann, eine ausreichende Energie senden, damit der Empfänger sicher ein reelles Ziel von einem Störpunkt unterscheiden kann, d.h., daß die Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms ausreichend niedrig ist, z.B. 10~ . Der Betrieb ist daher nur in einer zulässigen Erneuerungszeit der Information möglich, wenn die gesendete Leistung relativ hoch ist.

Dem Verfahren gemäß der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen, und es zeichnet sich dadurch aus, daß die Erfassung in zwei Phasen durchgeführt wird, nämlich in einer ersten Phase, genannt Suchphase, die darin besteht, alle Punkte der überwachten Zone schnell abzutasten, wobei man sich mit einer relativ hohen Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms zufriedengibt., während während einer zweiten Phase, genannt Identifizierungsphase, die Dauer der Signale, die den verschiedenen EntfernungsabÄchnitten entsprechen,, größer ist, als die während der Suchphase, bzw. die Untersuchung eines jeden Entfernungsabschnittes in einer größeren Anzahl wiederholt wird, um eine annehmbare Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms zu erhalten. Außerdem wird in der Identifizierungsphase der Antennenstrahl nur in den Richtungen arretiert, in denen in der Suchphase das Vorhandensein eines tatsäch-

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lichen oder falschen Echos ermittelt wurde, wobei die Identifizierungsphase den Zweck hat, die falschen Echos zu beseitigen. Dieses Verfahren kann auf die Untersuchung des Raums durch Entfernungsabschnitte angewandt werden.

Im Falle der Erfindung kann man sich in der Suchphase mit einer annormal hohen Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms von z.B. io"" zufriedengeben und die gesendete Leistung kann sehr viel niedriger sein, es ergibt sich jedoch hierdurch nicht nur eine Erfassung von reellen Zielen, sondern auch einer sehr hohen Anzahl von falschen Zielen entsprechend den Störpunkten. Deshalb werden in der zweiten Phase, der Identifizierungsphase die Sende-Empfangsantenne bzw. die Sende- und Empfangsantennen aufeinanderfolgend während der notwendigen Zeit in die zuvor festgestellten Richtungen, die den tatsächlichen oder falschen Zielen entsprechen, gerichtet, wobei sie jedoch länger auf jedem dieser Ziele bleiben, sei es mit längeren Impulsen oder mit mehr Impulsen, um die erforderliche Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms ohne Erhöhung der gesendeten Leistung zu erhalten. In bestimmten Fällen ist es zweckmäßig, für diese zweite Phase eine ebenfalls nicht ausreichende Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms von

-3
z.B. 10 vorzusehen und den Vorgang ein drittes Mal zu wiederholen, um eine zufriedenstellende Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms zu erreichen.

Es ist bekannt, daß man für eine bestimmte Sendeleistung und -dauer an einem bestimmten Ziel ein bestimmtes Signal/ Störverhältnis S/N erhält, daß man jedoch durch geeignete Wahl der EmpfangsschwelIe eine bestimmte Erfassungswahrscheinlichkeit P, erhalten kann. Die Wahrscheinlichkeit

eines falschen Alarms hängt somit von S/N ab. Figur 1 der

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anliegenden Zeichnung zeigt ein Diagramm für eine Erfassungswahrscheinlichkeit P^ = 0,95 ausgehend von dem in dem Artikel "Nomogram determines probability of Detecting Signals in Noise", der Zeitschrift Electronics., Band 34, Nr. 11, angegebenen Diagramm. Dieses Diagramm zeigt die Änderungen der Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms P_f in Abhängigkeit von den Größen von S/N in db.

Das Verhältnis S/N selbst hängt von der gesendeten Leistung ab, es ist jedoch auch zur Impulsdauer proportional, sowie bei etwa der halben Leistung von der Anzahl der Impulse, so daß S/N ohne Erhöhung der Leistung erhöht werden kann, indem man den Strahl langer oder mehrere Male auf ein Ziel richtet.

Die beiden Phasen zusammen, die Such- und die Identifizierungsphase, benötigen weniger Zeit als wenn die Suchphase auf einmal mit einer zufriedenstellenden Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms von z.B. 1O~ und somit mit einer· ausreichend langen Haltedauer in Richtung eines jeden Ziels durchgeführt werden würde, da· die Identifizierungsphase sich nur auf eine gegenüber der ersten, sehr schnellen Suchphase verminderte Anzahl von Zielrichtungen erstreckt.

Die Dauer der Impulse, die wie später gezeigt wird, in Abhängigkeit von der Entfernung verschieden sein kann, beträgt stets Mikrosekunden, so daß, wenn man die Zone, die durch aufeinanderfolgende Azimut- und Erhöhungswinkelverschiebungen um einige Grad (z.B. 2 ) der Antenne abgetastete Zone untersuchen will, man zu Verstellgeschwindigkeiten des Antennenstrahls gelangt, die mit mechanischen Einrichtungen praktisch nicht mehr erreichbar sind. Gemäß der Erfindung verwendet man aber auch in an sich bekannter Weise für die Untersuchung Phasenmodulationsantennen (phased array), die aus einer großen Anzahl von z.B. auf

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eine rechteckige Fläche regelmäßig verteilten Strahlungsquellen bestehen und die von elektromagnetischen Schwingfungen der gleichen Frequenz gespeist werden, deren Phase sich jedoch von einer Quelle zur anderen ändert, wobei die Verteilung der Phasen die Richtung des sich ergebenden Strahls bestimmt. Ducch Änderung der Phasenbeziehung zwischen den verschiedenen Quellen entsprechend einem zuvor aufgestellten Programm ist es möglich, die Richtung des sich ergebenden Strahls mit sehr hoher Geschwindigkeit zu ändern.

Für die praktische Verwirklichung der Erfindung ist die untersuchte Raumzone in bekannter Weise in Entfernungsabschnitte unterteilt und die Dauer des Signals in jeder Erhöhungs- und Azimutwinkelstellung des Antennenstrahls ist dem entsprechenden Entfernungsabschnitt angepaßt. Diese Dauer ist umso größer, je größer die Entfernung ist, damit man eine ausreichende Erfassungswahrscheinlichkeit erreicht. Ebenso kann jeder Entfernungsabschnitt mehrere Male von dem Antennenstrahl abgetastet werden, um die Erfassung durch das eine oder andere bekannte Integrationsverfahren, insbesondere das sogenannte Doppelschwellen-Erfassungsverfahren zu verbessern.

In jeder der beiden Phasen kann man sich des Doppelschwellen-Zielerfassungsverfahrens bedienen. Wenn mehrere Impulse aufeinanderfolgend auf den gleichen Punkt gesendet werden, bezeichnet man die zurückkehrenden Signale, die die erste Schwelle überschritten haben, als Echo und legt das Vorhandensein eines Zieles dadurch fest, daß eine bestimmte Anzahl von Echos erhalten wird.

Außerdem können die beiden Schwellen entsprechend der Entfernung des untersuchten Abschnittes verschieden sein. .

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Infolge einer sehr schnellen ersten Phase, die die Anzahl der zu identifizierenden Punkte begrenzt, kann der Strahl daher langer auf jedem tatsächlichen oder falschen Objekt während der Identifizierungsphase bleiben und man verbessert infolge der Erhöhung der gesamten, in Richtung eines jeden Objekts gesendeten Energie seine Wirkungsweise, ohne hierfür die Informationserneuerungsfrequenz zu vermindern, d.h., wie oft pro Zeiteinheit ein bestimmtes Objekt von dem Radarsystem "gesehen" wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Ausführungsförm des Verfahrens gemäß der Erfindung und einer Anlage zu dessen Durchführung beispielsweise erläutert. Hierbei zeigt:

Figur 1 das zuvor erwähnte Diagramm der Erfassungswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von dem Verhältnis S/N,

Figur 2 eine schematische Vorderansicht einer Phasenmodulationsantenne, >..

Figur 3
und 4

eine Seitenansicht einer Sende- und einer Empfangsantenne ,

Figur 5 einen Radialschnitt einer von dem Radarsystem überwachten Raumzone, und

Figur 6 ein Blockschaltbild einer Anlage zur Steuerung der Verstellung der Antennen entsprechend dem Verfahren gemäß der Erfindung. Γ

In den Figuren 2 bis 4 ist eine Antenne mit Phasenmodulation gezeigt, die für die Verwirklichung der Erfindung verwendet werden kann. Diese Antenne, die auf einer Wellenlänge von etwa 25 cm sendet, weist 2500 gesonderte Strahlungsquellen 1, I¹, 1",... aui.," dre-ubör ai'e"¹ Ober fläche eines Quadrates

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— R —

mit einer Seitenlänge von 7,50 m in Zeilen und Spalten angeordnet sind, von denen jede 50 Quellen mit einem Abstand zwischen zwei benachbarten Quellen von 15 cm, d.h. 2/3 der verwendeten Wellenlänge aufweist. Z.B. im Falle eines Radarsystems mit einer Leistung von 12,5 kw hat jede Quelle eine Leistung von 5 Watt und kann von einem unabhängigen Sender gespeist werden, der z.B. eine Schwingdiode hat, die einen Transistorverstärker mittels eines Phasenschieberkreises speist, oder die von einem gemeinsamen Sender mit einer geeigneten Röhre (Magnetron oder Klystron) gespeist wird. Bei den in Figur 3 dargestellten Beispiel wird die Strahlung von einem einzigen Röhrensender 3 erzeugt und durch elementare Quellen 1, I¹, 1", ... reflektiert, von denen jede eine Reflektor- und Phasenschiebervorrichtung aufweist, die aus zwei ümschaltbaren Dioden wie 4, 5, 6,... besteht, die zwischen den Leitern 7, 8 einer an dem Ende, das entgegengesetzt zu dem Strahlerelement 1 liegt, kurzgeschlossenen übertragungsleitung parallel geschaltet sind. Der Abstand zwischen zwei Dioden bestimmt den Umfang der verwirklichbaren Phasendifferenzen und die Phasenverschiebung schwankt entsprechend den Dioden, die vorgespannt sind. Diese Vorspannung der Dioden wird, wie später erläutert wird, von einer Phasensteuerung gesteuert, die zu der entsprechenden Quelle eine Signal schickt, das eine Binärziffer darstellt.

Die in Figur 4 gezeigte Empfangsantenne hat den gleichen Aufbau. Die elementaren Antennen 9, 9¹, 9¹¹, ..., die mit Phasenschieberkreisen 10, 11, 12 ... 10', 11', 12' ..., 10", 11", 12" ... ausgestattet sind, sind zwischen die Leitungen 13-14, 13·-14·, 13"-14" geschaltet und schicken die empfangenen Signale auf einen Empfänger 15 zurück.

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Als Anwendungsbeispiel der Erfindung sei ein Radarsystem zur Steuerung des Plugverkehrs angenommen, um eine sich über einen Azimutwinkel von 120° über eine Höhe von 20 km und über eine horizontale Strecke von 250 km erstreckende Zone mit einem schraffierten Totwinkel von 45° öffnung um die bei Ö gelegene Station zu überwachen. Der Antennenstrahl muß also über eine Zone eines Azimutwinkels von 120° für jede Größe des Erhöhungswinkels verstellt werden, dessen maximale Größe in Abhängigkeit von der Entfernung veränderbar ist« Ein Schnitt des untersuchten Raums ist durch OABC (Figur 5) dargestellt. Wenn der Antennenstrahl sich diskontinuierlich um einen Azimut- und einen Erhöhungswinkel von 2° verschiebt, ist die Anzahl seiner Azimutwinkelstellungen für eine Zone von 120° unabhängig von der Entfernung 60, während die Anzahl der Erhöhungswinkelstellungen für eine minimale Strecke von 20 km (der Erhöhungswinkel schwankt für diese Entfernung von 0 bis 45°) 23, d.h. insgesamt 1380 Stellungen, und nur 3 für die maximale Entfernung von 250 km beträgt, d.h. insgesamt 180 Stellungen.

Die Entfernung wird in Zonen eingeteilt, z.B. von 20 bis 72 km, von 72 bis 96 km, von 114 bis 126 km, 126 bis 144 km, von 144 bis 210 km und von 210 bis 250 km.

Die Dauer der Impulse, in jeder Stellung des Strahls wird in jeder Entfernungszone so gewählt, daß ein ausreichendes Signal-Störverhältnis erzielt wird. Z.B. für ein Signal/ Störverhältnis von 3,2 bei einer Entfernung von 150 km mit einer vorgesehenen Leistung von 12,5 kw und einem Ziel von

2
Im beträgt, diese Dauer 30 Mikrosekunden. Die Größe dieses Verhältnisses ändert sich proportional zu der vierten Potenz des Verhältnisses der Entfernungen. Die Dauer der Impulse beträgt 15 Mikrosekunden für die zwischen 114 und 126 km liegende Zone, und 10 Mikrosekunden für die Entfernungen geringer als 114 km. Dies ermöglicht es, die Genauigkeit

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der Entfernungsmessung bei geringen Entfernungen zu steigern, für die die Genauigkeit offensichtlich höher ist.

Diese Entfernungszonen sind in Entfernungsabschnitte unterteilt, die aufeinanderfolgend von dem Antennenstrahl untersucht werden. Wenn t die Impulsdauer Δ, R die Länge eines Entfernungsabschnittes, c die Lichtgeschwindigkeit

Λ tC

ist, dann ermöglicht es die Beziehung /\R = -ψ die Länge der Entfernungsabschnitte in den oben angegebenen Entfernungszonen zu berechnen. Man erhält zwischen 20 und 114 km eine Länge von 1,5 km (63 Abschnitte), zwischen 114 und 126 km eine Länge von 2,5 km (6 Abschnitte) und zwischen 126 und 250 km eine Länge von 4,5 km (28 Abschnitte) .

Um eine ausreichende Erfassungswahrscheinlichkeit zu erhalten, läßt man jeden untersuchten Entfernungsabschnitt von dem Sendestrahl mehrmals abtasten, wobei der Empfangsstrahl in dem gleichen Abschnitt mit einer Verzögerung

2 R
von —-— gegenüber dem Sendestrahl (R = die Entfernung und c die Lichtgeschwindigkeit) verschoben wird und in jeder Stellung während einer Dauer bleibt, die der des von dem Sendestrahl ausgesandten Impulses entspricht. Die Berechnung zeigt, daß zur Erzielung einer Gesamterfassungswahrscheinlichkeit von 0,9, d.h. während der Such- und während der Identifizierungsphase, und einer Wahr-

-4 scheinlichkeit eines falschen Alarms von etwa 10 für die Entfernungen größer als 100 km und von 10 für die Entfernungen zwischen 20 und 100 km es notwendig ist, für die verschiedenen Entfernungszonen die folgenden Impulsdauern und Anzahlen der Abtastungen für die folgenden Zonen vorzusehen:

SUCHPHASE:

Zone von 20 bis 72 km und von 72 bis 96 km: eine Abtastung mit einer Impulsdauer von 10 Mikrosekunden;

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Zone von 96 bis 114 km: zwei Abtastungen mit einer Impulsdauer von IO Mikrosekunden;

Zone von 114 bis 126 km: zwei Abtastungen mit einer Impulsdauer von 15 Mikrosekunden;

Zone von 126 bis 144 km, von 144' bis 210 km und von 210 bis 250 km: zwei Abtastungen mit einer Impulsdauer von 30 Mikrosekunden.

IDENTIFIZIERUNGSPHASE:

Diese Identifizierungsphase beeinflußt die erste Zone von 20 bis 72 km nicht, in der die oben angegebenen Daten es ermöglichen, eine ausreichende Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms zu erreichen.

Zone von 72 bis 96 km: sechs Abtastungen mit einer Impulsdauer von 10 Mikrosekunden;

Zone von 96 bis 114 km: vierzehn Abtastungen mit einer Impulsdauer von 10 Mikrosekunden;

Zone von 114 bis 126 km: vierzehn Abtastungen mit einer Impulsdauer von 15 Mikrosekunden;

Zone von 126 bis 144 km, von 144 bis 210 km, von 210 bis 250 km: vierzehn Abtastungen mit einer Impulsdauer von 30 Mikrosekunden.

Selbstverständlich sind die obigen Zahlen ohne Beschränkung nur beispielsweise gegeben und können in Abhängigkeit von den besonderen Awswerttingi:bedingungen geändert werden. Insbesondere kann die Anzahl der Erhöhungswinkelstellungen des Strahls für jeden Entfernungsabschnitt erhöht werden. Ebenso können die Impulsdauer und die Anzahl der Durchgänge des Strahls in jedem Abschnitt geändert werden, wobei man die Änderungen des Faktors —τ, der das Signal/ Störverhältnis bestimmt, derart zu berücksichtigen hat, daß ein Zeitgewinn und eine Ersparnis der zusätzlichen Energie erreicht wird.

Man stellt außerdem fest, daß die obigen Zahlen unter der Voraussetzung berechnet wurden, daß das Objekt sich in

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jeder Stellung des Strahls auf dessen Achse befindet und eine Entfernung hat, die der Mitte des betrachteten Entfernungsabschnitt entspricht. Wenn die Lage des Objekts sich von dieser Stellung entfernt, vermindert sich die Wahrscheinlichkeit der Erfassung. Um diese Verminderung zu schwächen, kann man bei aufeinanderfolgenden Abtastungen jedes Abschnitts den Strahl im Erhebungs- und im Azimutwinkel um einen Bruchteil seines öffnungswinkels ablenken und die Dauer der Impulse um eine Größe ändern, die einem Bruchteil des betrachteten Entfernungsabschnitts entspricht.

Es wird nun die gesamte Steueranlage eines Radarsystems beschrieben, das die Verwirklichung der Erfindung ermöglicht. Die verschiedenen Bauelemente dieser Anlage sind in Figur 6 durch Blöcke angegeben und werden im einzelnen nicht beschrieben, daß ihre Verwirklichung und ihre Arbeitsweise insbesondere auf dem Gebiet der Datenverarbeitungsanlagen bekannt sind. Das Hauptelement dieser Anlage besteht aus einem Operationssteuergerät 20, das die Verstellungen der Antennenstrahlen und die Impulssendung entsprechend einem bestimmten Programm steuert, das die Untersuchungsbedingungen berücksichtigt, die oben erläutert wurden. Dieses Operationssteuergerät ist mit einem Azimut- und Erhöhungswinkel-Suchsenderegister 24 und einem Azimut'-Erhöhungswinkel-Identifizierungssenderegister 27 und entsprechenden Empfangsregistern 29 und 30 ebenso wie mit einem Entfernungssteuergerät 28 verbunden. Die beiden Azimut- und Erhöhungswinkel-Empfangsregister 29, 30 steuern jeweils ein Phasensteuergerät der Sendeantenne 25 und ein Phasensteuergerät der Empfangsantenne 26. Ein Signal-zähler 23 ist mit Echoempfängern 22 und einem Empfangsidentifizierungsregister 30 ebenso wie mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung 31 verbunden.

Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist wie folgt:

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Das Operationssteuergerät 20 weist einen Taktgeber auf, der Impulse mit einer Dauer von 10, 15 oder 30 Mikrosekunden erzeugen kann, die ausgehend von einem mit einer Periode von 5 Mikrosekunden erzeugten Signal erhalten werden. Er weist einen Speicher auf, in dem die Arbeitsparameter gespeichert sind, die sich auf die verschiedenen Entfernungen beziehen (Dauer und Anzahl der Impulse, Größe der beiden Empfangsschwellen usw.). ;

Für die Suche überträgt das Operationssteuergerät zum Sender 21 das Sendesignal der vorbestimmten Dauer in Abhängigkeit von der Entfernung. Am Ende eines jeden dieser Signale schickt es zu dem Azimut- und Erhöhungswinkel-Suchsenderegister 24 das Strahlpositionsänderungssignal, das dieses Register vorrücken läßt, um den Strahl um einen Schritt zu verschieben. Wenn die Anzahl der bei der be- . trachteten Entfernung vorgesehenen Positionen erreicht ist, sendet es das O-RÜckstellsignal. Wenn vorgesehen ist, mehrere Impulse in der gleichen Richtung zu schicken, beginnt es die gleichen Vorgänge (Aussendung von Impulsen und Positionsänderungssignalen) auf dem betrachteten Entfernungsabschnitt erneut, so oft es nötig ist.

Wenn der Strahl alle Positionen des Abschnitts in der erforderlichen Anzahl durchlaufen hat, sperrt das Operationssteuergerät 20 den Ausgang des Azimut- und Erhöhungswinkel-Suchsenderegisters 24 zu dem Sendenphasensteuergerät 25 und gibt den des Azimut- und Erhöhungswinkel-Identifizierungssenderegisters 27 frei und - erzeugt die für die Identifizierung entsprechend einem analogen Verfahren vorgesehenen Impulse, die das Register nach jedem Impuls vorrücken läßt. Wenn das Register27 leer ist, schickt es zu dem Operationssteuergerät ein Signal, das das Suchsenderegister freigibt und das Entfernungssteuergerät 28 um eine Einheit vorrückt. Die beschriebenen Operationen beginnen nun für einen neuen Entfernungsabsennit wieder.

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Jedesmal, wenn das Operationssteuergerät 20 ein Positionsänderungssignal zu einem der Senderegister 24, 27

2 R geschickt hat, sendet es nach einer Zeit von etwa -*-—

■' .■ C

bei einer der von ihm erzeugten Perioden ein Positionsänderungssignal zu dem entsprechenden Empfangsregister, d.h. zu dem Azimut- und Erhöhungswinkel-Suchempfangsregister 29 oder zu dem Azimut- und Erhöhungswinke1-Identifizierungsempfangsregister 30. Es Steuer mit der gleichen Verzögerung die Größen der Schwellen des Empfängers und des Zählers der Signale.

Das Entfernungssteuergerät 29 weist ein Register der oben erwähnten Entfernungsabschnitte auf, ausgehend von den kleinsten, wobei die Größe dieser Abschnitte sich von 1,5 bis 4,5 km ändert. Dieses Entfernungsregister rückt jedesmal um eine Einheit vor, wenn das Operationssteuergerät die sich auf eine bestimmte Entfernung beziehende Folge beendet hat. Das Entfernungssteuergerät 29 verteilt auf die übrigen Elemente die Entfernungsgröße, in Binärziffern, aufgrund welcher das Operationssteuergerät 20 die Größe der für diese Entfernung ge- \ steigerten Arbeitsparameter festlegt (Größe und Anzahl der Impulse, Größe der beiden Empfangsschwellen).

Die Azimut- und Erhöhungswinkel-Suchsende- und -empfangsregister 24 und 29 speichern die Aufzählung aller möglichen Positionen der Strahlen von etwa 60 Azimutwinkeln bei dem niedrigsten Erhöhungswinkel und weiter von dem Erhöhungswinkel von 3° bis zu dem Erhöhungswinkel von 45°. Die von dem Operationssteuergerät kommenden aufeinanderfolgenden Signale lassen alle Positionen des Strahls ablaufen und für jede Position wird als binäre Zahl die Angabe des Azimutwinkels und des Erhöhungswinkels von jedem Senderegister 24, 27 und Empfangsregister 29, 30. zu dem entsprechenden Phasensteuergerät 25 bzw. 28 über-

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tragen. Die Suchregister werden bei einem bestimmten Erhöhungswinkel in Abhängigkeit von der Entfernung bei einem bestimmten, von dem Operationssteuergerät kommenden Signal auf O zurückgestellt. Somit hängt die Anzahl der möglichen Erhöhungswinkel von der Entfernung ab, wobei der.zu erfassende Bogen arc tg -— ist.

Das Azimut- und Erhöhungswinkel-Such-Identifizlerungs-Senderegister 27 und das -empfangsregister 30 speichern während der Suchphasen eines jeden Entfernungsabschnittes die Größe des Azimut- und des Erhöhungswinkels der effektiven, festgestellten und während der Suche beibehaltenen Ziele. Hierzu empfangen sie ständig die Azimut- und Erhöhungswinkelgrößen vom Suchempfangsregister, schreiben sich jedoch nur bei Vorhandensein eines Signals, das von dem Signalzähler 23 kommt. Wenn für einen bestimmten Eritfernungsabschnitt die Suchphase beendet ist, werden die Ausgänge dieser Register durch das- Operationssteuergerät für die Durchführung der Identifizierung freigegeben. Jedes von ihnen steuert jeweils die Sende- und Empfangs- ' phasensteuergeräte 25 und 26. Wenn das Sendeidentifi-/ zierungsregister 27 leer ist, schickt es zu dem Operationssteuergerät 20 ein Signal für das Ende der Identifizierung des Entfernungsabschnittes und wird während der Suchphase des folgenden Abschnitts erneut gefüllt.

Der Signalzähler 23 hat die Aufgabe, ein Signal für das Vorhandensein eines Echos während der Suchphase zu den beiden Azimut- und Erhöhungswinkel-Identifizierungsregistern 24, 29 oder während der Identifizierungsphase zu dem Datenverarbeitungssystem 31 zu schicken. Der Zähler zählt die Anzahl der die erste Schwelle überschreitenden Echos und erzeugt das Echosignal, wenn ihre Anzahl wenigstens gleich der in dem Operationssteuergerät gespeicherten Schwelle ist. Im Falle der Suche ist die·Schwelle stets

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und alle erkannten Echos werden zu den beiden Azimut-Erhöhungswinkel-Identifizierungsregistern geleitet.

Das Datenverarbeitungssystem 31 erhält ständig die Entfernung der Entfernungssteuergeräte,-den Azimut- und den Erhöhungswinkel des Empfangsidentifizierungsregisters, es berücksichtigt sie jedoch nur bei Vorhandensein des Signals für das Vorhandensein eines Echos.

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Claims

Patentansprüche

( 1J Verfahren zur Erfassung von in der Luft, im Raum oder unter Wasser befindlichen Objekten durch Reflektion elektromagnetischer oder akustischer Wellen, gekennzeichnet durch zwei Untersuchungsphasen, nämlich einer ersten, als Suchphase bezeichneten, in der alle Punkte der zu untersuchunden Zone schnell mit einer hohen Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms abgetastet werden, während in einer zweiten, als Identifizierungsphase bezeichneten, nur die tatsächlichen oder falschen Ziele der ersten Untersuchungsphase angepeilt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untersuchte Raumzone in Entfernungsabschnitte unterteilt wird, und daß die Dauer der Aussendung eines Signals in jeder Erhöhungs- und Azimutwinkelstellung des* Antennenstrahls an den Entfernungsabschnitt angepaßt ist, der dieser Dauer entspricht, die umso größer ist, je größer die Entfernung ist, um eine ausreichende Erfassungswahrscheinlichkeit zu erzielen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder untersuchte Entfernungsabschnitt von dem Antennenstrahl mehrmals abgetastet wird, wobei die Anzahl der Abtastungen umso größer ist, je größer die Entfernung ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Identifizierungsphase die Dauer der Aussendung der Signale, die den verschiedenen Entfernungsabschnitten -entspricht, größer ist als während der Suchphase.

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5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Identifizierungsphase die untersuchung eines jeden Entfernungsabschnittes in einer größeren Anzahl wiederholt wird als während der · Suchphase.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Radarüberwachungssystems, das zur Kontrolle des Flugverkehrs um einen Flughafen bestimmt ist, eine begrenzter Raum mit einem Azimutwinkel von 120°, einer Höhe von 20 km und einer Entfernung von 250 km mittels eines Strahls untersucht wird, der einen öffnungswinkel von 2 hat und mit einem Azimut- und einem Erhöhungswinkel von 2° diskontinuierlich verschoben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsabschnitte mit zunehmenden Größen, die von dem Antennenstrahl aufeinanderfolgend untersucht werden, in Entfernungszonen von 20 bis 72 km, von 72 bis 96 km, von 96 bis 114 km, von 114 bis 126 km, von 126 bis 144 km, von 144 bis 210 km und von 210 bis 250 km unterteilt sind, daß die Abtastung während der Suchphase einmal in den ersten beiden Zonen mit einer Impulsdauer von 10 Mikrosekunden und zweimal in den folgenden Zonen mit einer Impulsdauer von 10 Mikrosekunden, in der dritten Zone, von 15 Mikrosekunden in der vierten Zone und von 30 Mikrosekunden in den vier letzten Zonen durchgeführt wird, und daß während der Identifizierungsphase, die die erste Zone nicht beeinflußt, die Abtastung in der zweiten Zone sechsmal mit einer Impulsdauer von 10 Mikrosekunden und vierzehnmal in den folgenden Zonen erfolgt, wobei die Impulsdauern 10 Mikrosekunden für die dritte Zone, 15 . Mikrosekunden für die vierte Zone und 30 Mikrosekunden für die drei letzten Zonen betragen.

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8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Opera-tionssteuergerät mit einem Taktgeber, der Impulse mit der Dauer erzeugt, die den verschiedenen Entfernungsabschnitten entspricht, und mit. einem Speicher, in dem die sich auf die Untersuchungen dieser verschiedenen Abschnitte-beziehenden Parameter, insbesondere die Impulsdauer, die Anzahl der Abtastungen und die'Größen, der Empfangsschwellen gespeichert sind, das zu dem Sender das Sendesignal mit der in Abhängigkeit von der Entfernung vorgesehenen Dauer und ein Positionsänderungssignal des Antennenstrahls zu zwei Azimut-Erhöhungswinkeln-Sende-Register bzw. zwei Azimuterhöhungswinkel -Empfangs-Register schickt, die der Such- und der Identifizierungsphase zugeordnet sind, wobei die Empfangsregister gegenüber den entsprechenden Senderegistern mit einer Verzögerung gesteuert werden, die gleich Hin- und Rücklaufdauer des Signals ist, und dadurch, daß das Operationssteuergerät außerdem am Ende der sich auf einen Abschnitt beziehenden Operationen ein Vorrücksignal zu einem Entfernungssteuergerät schickt, das ein Register für die vorgesehenen Entfernungsabschnitte aufweist und das zu dem Operationssteuergerät bei jedem Vorrücken um einen Schritt in die näheren Ziffern die Größe des zu untersuchenden Entfernungsabschnittes überträgt, die die Größe der Arbeitsparameter bestimmt, die das Operationssteuergerät zu den anderen Elementen der Vorrichtung überträgt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Azimut- und Erhöhungswinkel-Sende-u.-Empfangs-Register und die beiden Azimut- und Erhöhungswinkel-Empfangsregister jeweils in Abhängigkeit von den Signalen, die sie von dem Operationssteuergerät empfangen, ein Phasensteuergerät der Sendeantenne und ein Phasen-

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steuergerät der Empfangsantenne steuern, und daß ein SignalKöhler mit einem Echoempfänger und einem Identifizierungssenderegister und einem Identifizierungsempfangsregister verbunden ist, zu dem er ein Signal für das Vorhandensein eines Echos während der Suchphase nach der Zählung schickt, die die Erfassungsschwelle tiberschreiten, während während der Identifizierungsphase dieses Signal des Zählers zu einer Datenverarbeitungsyorrichtung geschieht wird, die in dieser Phase an das Radarsystem und ständig an das Entfernungssteuergerät angeschlossen ist.

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L e e r s e i t e