DE2854844A1

DE2854844A1 - Hochfrequenz-radiometriesystem

Info

Publication number: DE2854844A1
Application number: DE19782854844
Authority: DE
Inventors: Robert Edward Lazarchik; Robert Sevier Roeder
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-12-19
Publication date: 1979-06-28
Also published as: IT1202849B; US4160251A; GB2010494A; FR2412063B1; GB2010494B; IT7852338A0; FR2412063A1

Description

Patentanwält3 Dipl.-Ing. Curt Wallach

Dipl.-Ing. 6ünther Koch

/ Dipi.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: I9. Dezember 1978

Unser Zeichen: l6 ^58 - Fk/Ne

Sperry Rand Corporation
New York / USA

Hochfrequenz-Radlome tr iesys tem

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ORIGINAL INSPECTED

Patentanwälte Dip I.-1 ng. C u rr Wki Farm Dip!.-Ing. 6ünther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 ■ Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 3-9· Dezember I978

Unser Zeichen: l6 458 - Fk/Ne

Sperry Rand Corporation New York, USA

Hochfrequenz-Radiometriesystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochfrequenz-Radiometriesystem mit in Azimuthrichtung abtastenden Richtantennenelementen und mit Empfangseinrichtungen.

Hochfrequenz-Radiometriesysteme wurden bisher in vielen Fällen zum Vergleich der Amplitude eines zu untersuchenden Signals, wie z.B. eines thermischen oder anderen Rauschsignals mit der Amplitude eines örtlich erzeugten Standard-Rauschbezugssignals verwendet. Im Gegensatz hierzu bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein neuartiges System zur genauen Durchführung von sowohl aktiven, eine Anstrahlung eines Ziels einschließenden als auch passiven radiometrischen Messungen an Objekten, die Quellen für derartige thermische oder andere Rauschsignale darstellen.

Das Vergleichs-Radiometer wurde zur Untersuchung von einen niedrigen Pegel aufweisenden rauschförmigen Hochfrequenz-

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ORIGINAL INSPECTED

Signalen verwendet, insbesondere dann, wenn die Amplituden dieser Signale klein verglichen mit dem Rauschpegel sind, der in dem Radiometer erzeugt wird. Vergleichs-Radiometer ergeben eine erhebliche Aufhebung des Empfänger-Hintergrund rauschens und des Empfanger-Eigenrauschens, so daß relativ genaue Messungen der Größe von einen niedrigen Pegel aufweisenden Hochfrequenzsignale ermöglicht werden.

Eine Art von Radiometer, das in vielen Fällen bei Hochfrequenz-Bändern verwendet wird, ist von dem Typ, bei dem ein zu untersuchendes einfallendes Signal und ein Standard-Rauschsignal oder ein geeichtes Bezugsrauschsignal in der Amplitude miteinander verglichen werden. Das Verfahren besteht im wesentlichen im Vergleich der unbekannten Rauschsignalamplitude mit einem eine bekannte Amplitude aufweisenden Rauschsignal von einer geeichten Quelle. Bei derartigen Radfometrieeinrichtungen wird der Eingang an die Empfangerelemente zyklisch zwischen dem unbekannten Signal und dem Rauschbezugssignal mit einer relativ hohen Geschwindigkeit umgeschaltet und das demodulierte Empfängerausgangssignal wird einem Phasenmeßdetektor zugeführt, der synchron mit der Schaltgeschwindigkeit betrieben wird. Die Amplitude des endgültigen Ausgangssignals ist proportional zur Differenz zwischen der Rauschtemperatur des RauschbezugssignaIs und der effektiven Temperatur der Quelle, auf die die Radiometerantenne gerichtet ist weil der Phasenmeßdetektor automatisch eine Subtraktion des Empfänger-Hintergrundrauschens und des Eigenrauschens bewirkt.

Passive Radiometriesysteme weisen den Vorteil auf, daß sie passiv sind und daher den Betrieb anderer Funkausrüstungen nicht stören. Sie arbeiten weiterhin bei den meisten Arten von Wetterbedingungen, sind einfach und zuverlässig und relativ wenig aufwendig. Die Betriebseigenschaften dieser bekannten Radiometriesysteme war jedoch bei Zielen in relativ großen Entfernungen nicht vollständig befriedigend, und zwar auf Grund des begrenzten grundlegenden Radiometrie-Temperaturkontrastes zwischen diesen ausgewählten Zielen und

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ihrem räumlichen Hintergrund. Weiterhin ergibt sich ein beträchtlich ansteigender Zerstreuungseffekt bei großen Zielentfernungen auf Grund des eine konstante Winkelbreite aufweisenden Empfangsdiagramm der bei diesen Radiometersystemen verwendeten Richtantennen.

Bei neueren Radiometriesystemen wurden Einrichtungen hinzugefügt, die eine Erfassung von Zielen in größeren Entfernungen ermöglichen und die weiterhin die genaue Durchführung von aktiven, eine Anstrahlung des Ziels verwendenden radiometrischen Messungen als auch von passiven Messungen ermöglichen. Bei diesen Systemen werden die zu untersuchenden Signale wiederum von einer einzigen Antenne empfangen und mit BezugssigiE len verglichen, die\von einem Bezugssignalgenerator geliefert werden. Ein Schaltelement führt die empfangenen und die Bezugssignale zyklisch innerhalb des Zwischenfrequeizabschnittes des Radiometrieempfängers zu. Das Ausgangssignal des Detektors des Empfängers 1st ein Wechselspannungssignal mit einer starken Komponente bei der Schaltfrequenz. Diese Wechselspannungskomponente wird über einen Verstärker einem phasenempfindlichen Detektor und dann einer Signalintegratorschaltung zugeführt, so daß schließlich eine Anzeige gesteuert wird, die in Ausdrücken der Rauschtemperatur geeicht ist.

Derartige Radiometer können in allgemein üblicher Weise als passives Radiometriesystem verwendet werden oder sie können in einer zweiten Betriebsart verwendet werden, bei der die Übertragung von Rauschsignalen zur Anstrahlung eines entfernten Ziels erfolgt. Die Breitband-Rauschleistung wird kontinuierlich übertragenund von der einzigen Antenne auf ein ausgewähltes Ziel gerichtet. Die Sender- und Empfängerelemente arbeiten mit der einzigen Richtantenne zusammen und der HochfrequenzteU des Radiometersystems weist ein geeignetes Signalerzeugungs- und Isolationssystem auf, um eine kontinuierliche Schwingungs- oder Wellenübertragung zu er-

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möglichen, wenn das System in der aktiven Betriebsart betrieben wird. Derartige Systeme beseitigen in brauchbarem Ausmaß bestimmte grundlegende Fehler bekannter Vergleichs-Radiometer unter Einschluß des beschränkten Temperaturkontrastes des üblichen Ziels gegenüber seinem räumlichen Hintergrund als auch der Streuungseffekt-Eigenschaften üblicher Radiometrieantennen.

Es wurde weiterhin ein System vorgeschlagen, das zusätzlich eine Zielentfernungsmeßmöglichkeit bei derartigen bekannten Radiometriesystemen in vollständig kompatibler Weise derart ermöglicht, daßdie nützlichen Merkmale der bekannten Radiometriesysteme nicht beeinträchtigt werden. Dieses vorgeschlagene System nutzt in maximalem Ausmaß gemeinsame Bauteile vorhandener sowohl in aktiver als auch passiver Betriebsweise betreibbarer Systeme aus, verwendet eine einzige Antennenapertur und verwendet einen einzigen Hochfrequenzoszillator sowohl als Sender als auch als Empfänger-Überlagerungsoszillator . Dieses System behält weiterhin beim Betrieb in der aktiven Betriebsart die vorteilhaften Meßeigenschaften bei, die sich bei der passiven Betriebsart ergeben. Dieses vorgeschlagene System wird im folgenden weiter erwähnt und ergibt eine Möglichkeit zur Erfassung von Zielen in relativ großen Entfernungen und zur genauen Durchführung von aktiven und passiven radiometrischen Messungen an diesen Zielen unter Einschluß von Zielentfernungsmessungen, wenn das System in der aktiven Betriebsart betrieben wird. Dieses System ist selektiv in passiven oder aktiven Betriebsarten betreibbar und ergibt in der aktiven Betriebsart eine inkohärente frequenzmodulierte Dauerschwingungs-Anstrahlung eines ausgewählten Ziels zur Vergrößerung des gemessenen radiometrischen Temperaturkontrastes zwischen dem Ziel und seinem räumlichen Hintergrund. Zusammengesetzte Rausch- und Dreieckschwingungs-Prequenzmodulationselemente in einem mit geschlossener Schleife arbeitenden Steuersystem ergeben

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eine konstante Empfänger-Schwebungsfrequenz in einem Meßfühler sys tem, in dem Entfernungsdaten abgeleitet werden. Bei diesem System wird die zusammengesetzte Rausch- und Dreieckschwingungs-Frequenzmodulation für das das ausgewählte Ziel über eine einzige Antenne anstrahlende Hochfrequenzsignal verwendet, so daß die scheinbare Temperatur des ausgewählten Ziels bezüglich seines räumlichen Hintergrundes vergrößert wird und es wird ein in geschlossener Schleife arbeitendes Steuersystem zur Ableitung der Zielentfernungsdaten verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochfrequenz-Radiometriesystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Durchführung von sowohl aktiven als^uch passiven radiometrischen Messungen an Objekten, die Quellen von thermischen oder anderen Rauschsignalen darstellen, mit verbesserter Genauigkeit und größerer Zuverlässigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Hochfrequenz-Radiometriesystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Radiometriesystem zyklisch in einer aktiven Betriebsweise, in der übertragene Hochfrequenzenergie abgestrahlt und empfangen wird, undyeiner passiven Betriebsart betrieben wird, bei der radiometrische Rauschsignale empfangen werden, daß das Radiometriesystem Synchronisiereinrichtungen, spannungsgesteuerte Hochfrequenzgeneratoreinrichtungen zur Erzeugung eines zyklischen Signals, das aufeinanderfolgende gewobbelte und konstante Trägerfrequenzabschnitte in Abhängigkeit von den Synchronisiereinrichtungen während der jeweiligen aktiven und passiven Betriebsarten aufweist, Isolatoreinrichtungen zur Auskopplung eines ersten Abschnittes des zyklischen Signals von den spannungsgesteuerten Hochfrequenzgeneratoreinrichtungen zur Anstrahlung eines Ziels mit Hilfe der Richtantennenelemente in einem Gelände, das radiometrische Rauschsignale abstrahlt, Kopplereinrichtungen zur Auskopplung eines zweiten Teils des zyklischen Signals

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von den spannungsgesteuerten Hochfrequenzgeneratoreinrichtungen an die Empfängereinrichtungen zur Erzeugung eines Schwebungsfrequenzslgnals, aktive und passive Signaldetektoreinrichtungen, auf die Synchronisiereinrichtungen ansprechende Schalterelemente zur Zuführung des SchwebungsfrequenzSignaIs an die aktiven Signaldetektoreinrichtungen während der aktiven Betriebsart und an die passiven Signaldetektoreinrichtungen während der passiven Betriebsart, und auf die aktiven und passiven Detektoreinrichtungen ansprechende Rechnereinrichtungen zur Erzielung eines AusgangsSignaIs im wesentlichen lediglich bei Vorhandensein des Ziels einschließt, während Wirkungen der radiometrischen Signale unterdrückt werden, daß die Rechnereinrichtungen zumindest erste Abtast- und Halteeinrichtungen, die auf die passiven Detektoreinrichtungen ansprechen, zweite auf die aktiven Detektoreinrichtungen ansprechende Abtast- und Halteeinrichtungen, Abtaststeuereinrichtungen, ,die zyklisch durch die in Azimuthrichtung abtastenden Richtantennenelemente betätigt werden, um den Inhalt der ersten und zweiten Abtast- und Halteeinrichtungen abzutasten, um verarbeitete passive und aktive Signale zu gewinnen, und jeweilige Normal is ierungs einrichtung en zur Normalisierung der verarbeiteten passiven und aktiven Signale einschließen, und daß das Radiometriesystem auf die Normalisiereinrichtungen bei Vorhandensein des Ausgangssignals ansprechende Nutzeinrichtungen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Hochfrequenz-Radiometriesystems wird eine gemeinsame horizontalpolarisierte Antenne und ein Hochfrequenz-Empfängersystem verwendet, auf das getrennte aktive und passive EmpfKngerkanäle in einer Anordnung folgen, die auf Zeitteilungsbasis aktive und passive Betriebsarten für die Korrelation von aktiven und passiven Signalechos ermöglicht, die von der Antenne aufgefangen werden. Die verarbeiteten, normalisierten und gespeicherten Signale werden von anderen in ähnlicher Weise verarbeiteten, normalisierten und gespeicherten Sig-

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nalen subtrahiert, die in dem Doppelkanalsystem auftreten, um ein kombiniertes Ausgangssignal zu erzeugen, bei dem nachteilige Auswirkungen von Hintergrund-Geländeechos beträchtlich verringert werden, so daß Erkennungssignale für wahre Ziele verstärkt werden. Ein zweiter Kanal des Ausgangssystems ermöglicht eine Unterscheidung von Störsignalen, so daß Fehlalarmvorfälle verringert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von\in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Hochfrequenz-Radiometriesystems;

Fig. 2 Schwingungsformen, die zur Erläuterung der Betriebsweise des Systems nach Fig. 1 zweckmäßig sind;

Fig. 3 eine experimentelle grafische Darstellung, die Gelände- und Zielreflexionseigenschaften zeigt;

Fig. 4 ein ausführliches Blockschaltbild eines Verstärkungsrechners des Systems nach Fig. 1;

Fig. 5 ein ausführliches Blockschaltbild einer Ausführungsform von Logikschaltungen, die mit den Anschlüssen 73b, 93b nach Fig. 1 verbunden sind,

Fig. 6, 7 und 8 grafische Darstellungen, die zur Erläuterung der Betriebsweise der Schaltungen nach Fig. 5 zweckmäßig sind.

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Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform des Hochfrequenz-Radiometriesystems kombiniert Signale, die in einem sowohl aktiv als auch passiv betreibbaren Hybrid Radiometer abgeleitet werden, derart, daß sich eine verbesserte Zie1-/Störzeichen-Unterscheidung, eine verringerte Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen und eine allgemein verbesserte Zielerkennungsfähigkeit ergibt. Bei einem derartigen Hybrid-Radiometriesystem stehen zwei unterschiedliche Signalinformationsquellen zur Verfügung und die beiden Signalquellen werden dazu verwendet, die Unterscheidungskraft eines Signals für ein am Boden befindliches Ziel gegenüber rauschartigen Hintergrund- oder Geländesignalen zu verbessern, Bei der passiven Radiometrie-Betriebsart wird die natürliche thermische Strahlung gemessen, und zwar auf der Grundlage der Reflexionseigenschaften des Geländes. In der aktiven Betriebsart des Hybrid-Radiometers beruht die Echosignalmessung auf den Rückstreueigenschaften des Geländes. Die Grundlage für die verbesserte Betriebsweise des Systems hängt von der Korrelation zwischen den aktiven und passiven Ausgangssignalen des Radiometer-Empfängersystems ab. In vorteilhafter Weise existiert eine gute Korrelation zwischen der radiometrischen Temperatur und dem aktiven Ruckstreuungs-Querschnitt bei einer horizontalpolarisierten Antenne zur Erzeugung eines Antennenstrahls (Fig. 3) der auf das Gelände unter Winkeln zwischen 30° und 6o° über der Horizontalen 110 auftrifft. Andererseits besteht eine negative Korrelation für komplexe Metallziele, wie z.B. Panzer, Lastkraftwagen, Brücken oder dergleichen. Das Streuungsmerkmal und die Fähigkeit, die passive Betriebsart zur Feststellung kurzwelliger Energie oberhalb des Umgebungstemperaturpegels festzustellen, werden kombiniert, um eine Unterseheidungsmöglichkeit gegenüber falschen Zielen zu erzielen und um die Zielerfassungsfähigkeiten zu verbessern.

Die primären Faktoren, die die von dem Radiometriesystem verarbeiteten Nutzsignale bestimmen, können in zwei Kate-

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Ψ,χ

gorien unterschieden werden: Die Eigenschaften des Meßfühlers und die individuellen Eigenschaften des Geländes und des Ziels. Die zwei möglichen Betriebsarten des Systems verwenden als gemeinsame Eigenschaften das gleiche Frequenzband und die gleiche Antennenpolarisation und -apertur, so daß das Ausmaß der Korrelation zwischen den erzeugten Ausgangesignalen hauptsächlich von Ziel- und Gelandeeigenschaften abhängt.

Die Grundlegenden Eigenschaften des Geländes, die das in der aktiven Betriebsart auftretende Echosignal beeinflussen, sind die Geländeoberflächenrauhigkeit und die komplexe dielektrische Konstante des Geländes, die Trägerfrequenz und die Antennenpolarisation und der Strahlauftreffwinkel. Bei der passiven Betriebsart treffen die gleichen Eigenschaften zu und hinzu treten die physikalische Temperatur der Gelandeoberfläche und die scheinbare Temperatur von Umgebungsmerkmalen, insbesondere des Himmels.

Von allen Parametern weist die Oberflächenrauhigkeit die größere Auswirkung auf den Unterschied in den empfangenen Signalstärken für die aktiven und passiven Betriebsarten auf. Die meisten Geländeoberflächen können entweder als spiegelnd, wie z.B. Wasser, Asphalt oder Beton, oder als diffus bezeichnet werden, wie z.B. Bäume oder Gras. Für eine Spiegelreflexion wird die auftreffende Strahlung in der aktiven Betriebsart in der Spiegelrichtung von dem angestrahlten Bereich fort gestreut. Für ein aktives System mit Strahlauftreffwinkeln zwischen 50° und 60° ist die Vorwärtsstreuung groß., die Rückstreuung niedrig und der resultierende Ruckstreuungs-Querschnitt ist niedrig.

In der passiven Betriebsart des Systems führt die hohe Reflexion von einer spiegelnden Geländeoberfläche zur Streuung eines großen Teils der Energie in den kalten Himmel, so daß entsprechend die scheinbare Gelandetemperatür niedrig ist, was einem niedrigen Ruckstreuungs-Querschnitt

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entspricht· Wenn das Reflexionsvermögen der Gelandeoberfläche steigt, so sinken sowohl der Ruckstreuungs-Querschnitt als auch die scheinbare Temperatur des betreffenden Geländes. Andererseits ist für rauhes und daher diffus reflektierendes Gelände die Rückstreuung allgemein für alle Einfallwinkel hoch. Für Gelände, das Wälder oder andere grüne Vegetation aufweist, sind die einzelnen Blätter der Pflanzen auf Grund ihres hohen Feuchtigkeitsgehaltes sehr stark reflektierend, so daß sie eine hohe Rückstreuung ergeben. Andererseits weist eine derartige Vegetation eine warme radiometrische Temperatur auf, weil die willkürliche Blattausrichtung eine beträchtliche Energie von warmen Umgebungen reflektiert.

Fig. 3 zeigtleinen experimentell abgeleiteten Vergleich der radiometr>ischen Temperatur und des normalisierten Querschnittes für verschiedene Arten von Gelände. Darin ist:

W = Wasser

C = Beton

S = Sand

P = gepflügter Boden

G = Gras und

A = Asphalt.

In in der grafischen Darstellung in Kreisen befindlichen Punkte gelten für einen Einfallwinkel von 6o° gegenüber der Vertikalen 111 während die Punkte in den Dreiecken für einen Einfallwinkel von 45° gegenüber der Vertikalen gelten. Die grafische Darstellung zeigt allgemein, daß für horizontalpolarisierte Energie und für Strahleinfallwinkel zwfehen 45° und 60° eine allgemein einzige bewertete Beziehung zwischen den beiden Faktoren in dem Sinn besteht, daß die meisten Werte zwischen die Begrenzungen 104 und 105 fallen, d.h. wenn die radiometrische Temperatur ansteigt, auch der Querschnitt ansteigt, mit der Ausnahme des Falls der typischen komplexen Metallziele T₁ und T₂ bei 106 in Fig. 3.

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Ziele, wie z.B. Panzer oder Lastkraftwagen weisen überwiegende Streuquellen in Form von ebenen Oberflächen, Eckenreflektoren, zylindrischen Oberflächen und anderen in Wechselwirkung stehenden Oberflächen auf. Entsprechend ist der RUckstreuungs-Querschnitt derartiger Ziele hoch und wenn er bezüglich des Körperbereiches des Ziels normalisiert wird, so

liegt der Querschnitt typischerweise zwischen 0 und +5dB m /m Dies ist beträchtlich größer als für die meisten Arten von Gelände. Die passive radiometrische Temperatur von Zielen ist normalerweise kälter (typischerweise 125° K oder weniger) als das Gelände, ein Ergebnis, das durch die ebenen horizontalen Oberflächen hervorgerufen wird, die den Strahl in den Himmel reflektieren. So zeigt Fig. 3 das hohe Ausmaß der Aktiv-/Passiv-Korrelation in einem typischen Gelände mit der Ausnahme von Zielsignalen, die einen größeren jedoch eine entgegengesetzte Polarität aufweisenden Kontrast gegenüber dem Hintergrund aufweisen.

Das erfindungsgemäße Radiometriesystem ist für die Verwendung bei einer Vielzahl von Anwendungen anpaßbar. Es ist daher verständlich, daß die horizontal polarisierte Antenne, die in Fig. 1 so dargestellt ist, als ob sie eine Kollimatorlinse 2 einschließt, die mit einem elektromagnetischen Hornstrahler 3 zusammenwirkt, lediglich eine einer Vielzahl von verschiedenen möglichen Antennenkonfigurationen darstellt, die mit Vorteil verwendet werden können. Obwohl auch andere Arten von Antennen verwendet werden können, wie z.B. kardanisch befestigte Verfolgungs- und Suchantennen ist das System zu Erläuterungszwecken mit einer Mikrowellen-Linse oder einem anderen Kollimator 2 dargestellt, der mit einem Hornstrahler 3 zusammenwirkt, der mit einem Hohlleiter-Übertragungsleitungssystem verbunden ist. Der elektromagnetische Hornstrahler 3 kann zumindest in Azimuthrichtung abgelenkt werden, um das Strahlungs-Richtdiagramm um eine normalerweise vertikale Achse 9 abzulenken. Dieser Vorgang kann in der Weise erfolgen, wie dies in der deutschen Offenlegungsschrift 25 62 310 sowie der britischen Patentschrift 592 529 be-

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schrieben ist. Die Antenne 1 kann zusätzlich oder alternativ um eine normalerweise horizontale Achse unter manueller oder automatischer Steuerung und um eine vertikale Achse in einer Weise bewegt werden, die ebenfalls in der genannten deutschen Offenlegungsschrift beschrieben ist. Alternativ kann weiterhin eine konische Abtastung und Ablenkung des Richtstrahlungsdiagramms verwendet werden, um Richtungssteuer-Fehlersignale zu erzeugen, die bei der Lenkung eines Luftfahrzeuges oder eines anderen Fahrzeuges verwendet werden können.

Der gerichtete Hornstrahler J> ist mit einem Anschluß des üblichen mehrere Anschlüsse aufweisenden Übertragungsleitungs-Zirkulators 4 verbunden. Ein zweiter Anschluß des Zirkulators ist über eine Übertragungsleitung 6 mit einem ersten Anschluß eines üblichen Mischers 7 für hohe Frequenzen und mit niedrigem Rauschen verbunden, während ein dritter Anschluß des Zirkulators 4 über eine Übertragungsleitung 10 mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 12 gekoppelt ist. Der Oszillator 12 liefert bei in Betrieb befindlichem System dauernd Überlagerungsoszillator-Energie über einen Richtkoppler 11 und eine Übertragungsleitung 8 an einen zweiten Anschluß des Mischers 7· Das Ausgangssignal des Oszillators 12, das durch die Schwingung 101 nach Fig. 2 dargestellt ist, weist abwechselnde Abschnitte mit konstanter Trägerfrequenz und Abschnitte mit gewobbelter oder sich ändernder Frequenz auf, wie dies noch näher erläutert wird.

Alle Ausgangssignale des ein geringes Rauschen aufweisenden Ringmischers J, die auf einer Leitung l~5 auftreten, werden einem üblichen Zwischenfrequenzverstärker 20 zur Verstärkung zugeführt, worauf diese AusgangeslgnaIe über ein breitbandiges Bandpaßfilter 21 einem Schalter 22 zugeführt werden. Das Filter 21 bewirkt eine Unterdrückung niedriger Zwischenfrequenzsignale, die auf Grund von Streukopplungen des Zirkulators 4 und auf Grund von Reflexionen von Hochfrequenz-

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energie In der Antenne 1 auftreten können. Der Schalter 22 kann ein Schalter gut bekannter Art sein, der eine von zwei möglichen stabilen Zuständen einnehmen kann, die beide unter der Steuerung durch einen üblichen internen Schaltertreiber festgelegt sind, der durch einen stabilen Impulsgenerator synchronisiert wird. Der Impulsgenerator 23 steuert den Schalter 22 über eine Leitung 25 synchron mit der Ansteuerung eines Ablenkspannungsgenerators I9 über eine Leitung 24 an. Auf diese Weise wird der Schalter 22, der aus Vereinfachungsgründen symbolisch In FIg. 1 als einfacher mechanischer Schalter dargestellt Ist, zyklisch durch die Schwingungsform 102 nach Fig. 2 zwischen den Leitungen 26 und 27 bewegt, wobei diese Schwingungsform 102 außerdem synchron die Erzeugung einer Ablenkschwingung 100 und der Trägerschwingung 101 nach FIg. 2 hervorruft.

Auf diese Welse arbeitet das Sender-Empfänger-System so, daß sich ein Empfang und eine Verarbeitung von abwechselnd empfangenen aktiven und passiven Signalen ergibt. Diese Signale werden im wesentlichen durch die gemeinsame Apertur der Linse 2 und die Empfängerbauteile 20, 21, 22 auf ZeIttellungsbasls an zwei parallele Verarbeitungskanäle mit einer Modulationsrate von beispielsweise 1 kHz weitergeleitet. Ein erster oder passiver Kanal mit einer Eingangsleitung, die durch die Leitung 26 gebildet Ist, arbeitet, während die Trägerfrequenz des Oszillators 12 konstant ist (beispielsweise 35*0 GHz). Der zweite oder aktive Verarbeitungskanal weist eine Eingangsieitung auf, die durch die Leitung 27 gebildet ist und er arbeitet, während die Trägerfrequenz des Oszillators 12 nach oben hin geändert und dann auf den Ausgangswert zurückgeführt wird (beispielsweise eine Änderung zwischen 35,0 und 35,5 GHz). Daher ist die ausgesandte Schwingungsform eine Schwingungsform, die üblicherweise als Dauerstrich-TrägersIgnal mit unterbrochener Frequenzmodulation bezeichnet wird well sie eine Halbperiode mit einer linear geänderten oder gewobbelten Trägerfrequenz und eine feste

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Trägerfrequenz für jede verbleibende halbe Perlode aufweist. Die Schaltperiode Ist so ausgewählt, daß sie lang, verglichen mit der Verzögerungszeit des aktiven Signals bei der Ausbreitung zum Ziel und zurück Ist (beispielsweise 1000 Mikrosekunden verglichen mit der 10 Mikrosekunden-Verzögerungscharakteristik für eine willkürliche Zielentfernung von 1524 m oder 5OOO Fuß). Auf diese Weise ergibt sich kein unerwünschtes Übersprechen zwischen den aktiven und passiven Halbperloden des Systems.

Während der Zeitdauer jeder Halbperiode der aktiven Betriebsart wird die linear gewobbelte oder geänderte Ausgangsschwingung 100 des Ablenkgenerators I9 dem fSpannungsabgestimmten Oszillator 12 zugeführt, der beispielsweise ein varaktorabgestimmter Gunn-Diodenoszlilator sein kann. Ein Teil des tatsächlich übertragenen Signals 101 bildet ein Überlagerungsoszillators Ignal über den üblichen Richtkoppler 11 und die Übertragungsleitung 8 an den Mischer 7, in dem dieses Signal mit dem empfangenen Signal überlagert wird, um ein konstantes Differenz- oder ZwIschenfrequenzsignal 103 (Fig. 2) zu erzeugen, bei dem die Frequenz proportional zur Entfernung des entsprechenden Ziels ist. Wenn der Schalter 22 momentan mit der Leitung 27 verbunden wird, wird das resultierende SchwebungsfrequenzsIgnal momentan einem Zwischenfrequenzverstärker 32 in dem Verarbeitungskanal für die aktive Betriebsart zugeführt.

Während der Zeltdauer jeder Halbperlode der passiven Betriebsart liefert der Ablenkgenerator I9 eine einseitig gerichtete Spannung an den Oszillator 12, wodurch dessen Ausgangsfrequenz auf einen konstanten Wert gebracht wird, (beispielsweise 35 Während die Überlagerungsoszillatorfrequenz konstant gehalten wird, gelangt passive thermische Energie, die von der Antenne 1 aufgefangen wird, an den Empfängermischer 7 in Form von oberen und unteren Seltenbändern, um die Mittenfrequenz von 35 GHz. Die Hochfrequenz-Bandbreite beträgt beispielsweise

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+600 MHz und wird durch die obere Grenzfrequenz des Zwischenfrequenzverstärker 20 bestimmt. Der ausgesandte Träger, irgendwelche Streusignale und die reflektierte Zielenergie stören den passiven Betrieb nicht, weil dann eine Schwebungsfrequenz von 0 in dem Mischer 7 erzeugt wird, die durch den gemeinsamen Zwischenfrequenz-Bandpaßverstärker 21 unterdrückt wird und diese Schwebungsfrequenz wird weiterhin beim Erreichen eines Verstärkers 29 des passiven Kanals gesperrt.

Es ist zu erkennen, daß der aktive Kanal, der auf den Schalter 22 und die Leitung 27 folgt, den Zwischenfrequenzverstärker 32, einen Detektor 33 und einen logarithmischen Videoverstärker einschließt. In allgemein ähnlicher Weise schließt der parallele passive Kanal, der auf den Schalter 22 und die Leitung 26 folgt, die Serienschaltung eines Zwischenfrequenzverstärker 29, eines Detektors 30 und eines linearen Videoverstärkers 31 ein. Obwohl allgemein bevorzugt wird, daß die Kennlinie des Verstärkers 3I linear Ist, kann eine gewisse Abweichung von absoluter Linearität hingenommen werden. Eine Funktion der abwechselnd betätigten aktiven und passiven Empfänger-Verarbeitungskanäle besteht darin, eine anfängliche Maßstabsbildung der entsprechenden aktiven und passiven Signale zu schaffen, so daß sich das beste Ausmaß der Linearität zwischen der radiometrischen Temperatur und dem normalisierten Hintergrund-Querschnitt ergibt, wie dies in Verbindung mit Fig. 3 erläutert wurde. Die Maßstabsfaktoren der beiden parallelen Verarbeitungskanäle sind durch drei Merkmale der Schaltung bestimmt, nämlich:

a) ein automatisches Zweigkanal-Verstärkungssteuersignal, das in dem aktiven Kanal abgeleitet wird,

b) logarithmische ZwischenfrequenzνerStärkung in dem aktiven Kanal zur Erzielung eines Ausganges, der proportional zum normalisierten Querschnitt ist und

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Li,

c) vorzugsweise lineare Zwischenfrequenzverstärkung In dem passiven Kanal zur Erzielung der besten linearen Annäherung zwischen der passiven Temperatur und dem aktiven Querschnitt.

Wie dies weiter oben erwähnt wurde, wird das auf Zeitteilungsbasis verwendete Zwlschenfrequenzsignal periodisch über den Schalter 22 den aktiven und passiven Verarbeitungskanälen zugeführt, wenn dieser Schalter durch den Synchronisierimpulsgenerator 23 so betätigt wird, daß er am Ende jeder Halbperiode jeder Modulation schaltet. Im aktiven Kanal wird das Signal über die Leitung 27 dem Zwischenfrequenzverstärker 32 zugeführt, der in dem dargestellten Beispiel einen Durchlaßfrequenzbereich aufweist, der typischerweise von 1 bis 10 MHz reicht. Die oberen und unteren Grenzfrequenzen sind so ausgewählt, daß sie mit den vorgegebenen minimalen und maximalen Ziel-Betriebsentfernungen kompatibel sind, die für das System ausgewählt sind. In dem passiven Kanal ist der Zwischenfrequenzverstärker 29 so ausgewählt, daß er eine sehr breite Bandbreite aufweist, die beispielsweise 50 bis 600 MHz einschließt, damit sich eine hohe Empfindlichkeit ergibt. Eine scharfe Grenzfrequenz wird für den Verstärker 29 verwendet (beispielweise unter 50 MHz), so daß Einstreuungen, Antennenreflexionen, Echosignale und Oszillatorfrequenzmodulatlonsstörungen daran gehindert werden, In den Verstärker ^l einzutreten. Dieses Merkmal ergibt eine Vereinfachung für das SenderVUberlagerungsoszillatorsystem, so daß die fest abgestimmte Oszillatorfrequenz von 35 GHz die Aussendung und den Empfang des Signals ohne Störungen ermöglicht, und jede Notwendigkeit einer Torsteuerung während der Signalübertragung vermieden wird.

Eine zweite Funktion des aktiven Verarbeitungskanals zusätzlich zur Rückstreuungs-Messung besteht in der Bestimmung der Zielentfernung R oder einer dieser Entfernung entsprechenden Funktion zur Erzielung einer automatischen Verstärkungs-

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Steuerung für die Verstärker 29, j52 sowohl des aktiven als auch des passiven Verarbeitungskanals. Diese automatischen Verstärkungssteuersignale verhindern eine unerwünschte Empfängersättigung und ergeben eine anfängliche Maßstabsbildung der empfangenen aktiven und passiven Signale. Beide Verstärkungssteuer-Fehlersignale werden von dem Zwischenfrequenzausgang am Anschluß 5I des Verstärkers 32 über eine übliche Verstärkungssteuer-Spannungsgeneratorschaltung 52 abgeleitet, in der das Eingangssignal zunächst intern begrenzt und dann einem eingebauten Frequenzdiskriminator zugeführt wird, dessen Bandbreite an die Bandbreite des Zwischenfrequenzverstärker s 32 angepaßt ist. Wie bei der üblichen automatischen Verstärkungssteuerung ist der Spannungsausgang des eingebauten Diskriminators proportional zur Schwebungsfrequenz, die ihrerseits proportional zur Zielentfernung R ist.

Das Ausgangssignal der Verstärkungs-Steuer-Spannungsgeneratorschaltung 52 wird einer Verstärkungssignal-Rechnerschaltung 49 zugeführt, die an jeweiligen Anschlüssen 28, 50 zwei getrennte Ausgangssignale liefert, die jeweils propor-

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tional zu R bzw. R sind, wie dies ausführlicher in Fig.

gezeigt ist. Das Ausgangssignal der Verstärkungssteuer-Spannungsgeneratorschaltung 5.2 wird einer üblichen Analog-Quadrierschaltung 120 des Verstärkungsrechners 49 zugeführt,

ρ um eine Spannung zu erzeugen, die proportional zu R ist.

Diese Spannung wird als ein Eingang dem üblichen Analog-Dividierer 122 zusammen mit einer konstanten Einheit oder einer Bezugsspannung zugeführt, die von einem Bezugsspannungsgenerator 121 geliefert wird. Die Eingangsspannungen des Dividierers 122 sind so augebildet, daß das Ausgangssignal am Anschluß 28 eine Funktion von R ist, wie dies für die Verwendung in dem Verstärker 29 des passiven Kanals erforderlich

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ist. Das R -Signal wird in einfacher Weise durch Verarbeitung

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des R -Signals in einer zweiten Analog-Quadrierschaltung erzeugt, worauf es am Anschluß 50 zur Verwendung bei der Ver-

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Stärkungssteuerung des Verstärkers 32 des aktiven Kanals zur Verfügung steht.

Auf diese Weise verwendet die Verstärkungssignal-Rechnerschaltung 49 nach Fig. 1 übliche Analog-Rechenschaltungen zur Erzeugung die jeweiligen Verstärkungssteuer-Fehlerspannungen für die aktiven und passiven Kanäle, die propor-

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tional zu R bzw. R sind, wobei der Verstärkungssteuer-

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ausdruck R des passiven Kanals von dem Verstärker 32 des aktiven Kanals abgeleitet wird weil ein passiver Radiometerkanal keine Entfernungsinformatlon liefert. Die Verstärkungssteuer-Fehlerspannung im Fall des in der aktiven Betriebsart betriebenen Kanals ist eine Funktion der Entfernung R zum Ziel, die eine höhere Ordnung aufweist als die Funktion für die passive Betriebsart weil hierbei zwei Wege anstelle eines Weges auftreten. Für die aktive Betriebsart ist das reflek-

-4 tierte Signal immer proportional zu R während für die passive Betriebsart das entsprechende Signal, das eine Änderung des Temperaturkontrastes bei der Ablenkung der Antenne über das

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Ziel 1st, proportional zu R 1st.

Wie dies weiter oben erwähnt wurde, sind die Ausgänge der Zwischenfrequenzverstärker 29 und 32 jeweils über Detektoren 30 und 33 und Videoverstärker 3I und 34 gekoppelt. Die Detektoren 30, 33 gewinnen die jeweiligen aktiven und passiven Signa lmodulationshüllkurven des Ziels und des Hintergrundes zurück. In dem aktiven Kanal wird das Signal dem logarithmischen Videoverstärker 34 zugeführt, der ein Ausgangesignal proportional zum normalisierten Querschnitt liefert. In dem passiven Empfangerkanal wird das demodulierte Signal vom Detektor 30 dem linearen Videoverstärker 3I zugeführt. Die genaue Verstärkungskennlinie des Verstärkers 3I kann experimentell eingestellt werden, um das höchste Ausmaß an Linearität zwischen der radiometrischen Temperatur und dem normalisierten Querschnitt von dem aktiven Kanal zu erzielen.

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-ψ-

Die aktiven und passiven Signale von den vorstehend beschriebenen Video-Maßstabsschaltungen werden jeweils über Leitungen 55, 80 als Eingänge den dualen Kanälen eines Rechnernetzwerksystems zugeführt. Im einzelnen werden die aktiven Signale über die Leitung 53 dem Eingang eines üblichen Abtast- und Haltenetzwerkes 94 zugeführt, während die passiven Signale über die Leitung 80 dem Eingang eines ähnlichen Abtast- und Haltenetzwerkes 74 zugeführt werden. Die gespeicherten Daten werden periodisch von den Abtast- und Halteelementen entnommen, beispielsweise während jeder Azimuth-Sektorabtastung der Antenne 1 auf der Plattform 14 sowie ihrer vertikalen Achse 9, wobei diese Achse normalerweise auf der Symmetrieachse der Antenne liegt. Für die Sektorablenkung oder -abtastung der Plattform 14 und der Antenne 1 um die Achse 9 ist ein umsteuerbarer Motor 65, der eine Welle 62 antreibt, vorgesehen, wobei eine Erregungsspannung von einer (nicht gezeigten) Leistungsquelle an den Leitungen 61 zugeführt wird und der Motor 63 wird entsprechend seiner Erregungspolarität in Drehung versetzt, die durch einen üblichen Umsteuermechanismus 60 bestimmt ist. Eine Verlängerung 62a der Welle 62 führt eine Sektorabtastung eines Kontaktes 66 entlang eines geerdeten bogenförmigen Sektors 64a aus. Am Ende jeder Sektorablenkung der Antenne 1 und des Kontaktes 66 kommt der letztere momentan mit einem leitenden Segment 64b in Kontakt und liefert einen Impuls von einer Batterie 65 über Leitungen 67, 67a, 67b, um momentan die in den Abtast- und Haltenetzwerken 74, 94 gespeicherten Daten in die jeweiligen Normalisierschaltungen 73, 93 weiterzuleiten. Daher werden die aktiven und passiven Signale an den Leitungen 53 und 80 dualen Schaltungen zugeführt, die jedes der Signale in jedem Rechnernetzwerkkanal auf seine Standardabweichung über einen vollständigen Winkelsektor-Ablenkzyklus normalisieren. Die Schaltungen 74, 94 tasten die Eingangs-Videosignale in jedem Kanal ab und speichern deren Werte, wenn die Antenne 1 abgelenkt wird. Die Normalisierer 73, 93 berechnen dann im Ergebnis die Mittelwerte ihrer Eingangssignale und bestimmen die Standardabweichung um den berech-

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neten Mittelwert. Die Normalisierer können übliche automatische Einrichtungen sein, die die Standardabweichung auf 1 setzen, bevor AusgangsSignaIe an die übrigen Rechnernetzwerkschaltungen geliefert werden. Der Normalisierer 73 kann irgendeine einer Vielzahl von einfachen Formen aufweisen, unter Einschluß der Form eines einfachen Potentiometers oder Widerstandsteilernetzwerkes von zwei Widerständen, die zwischen dem Netzwerk 74 und Erde eingeschaltet sind, wobei ein gemeinsamer Verbindungspunkt durch eine manuelle Einstellung 73a zwischen den beiden Widerständen verstellbar ist und über einen Anschluß 73b beispielsweise dem Differenzverstärker 72 zugeführt wird. Der Normalisierer 93 kann in ähnlicher Weise durch eine Steuerung 93a eingestellt werden. In vielen Fällen erfolgt der Abgleich der Normalisierereinstellung lediglich bei der Fertigung.

Das Ziel der Erzeugung normalisierter aktiver und passiver Signale besteht darin, diese Signale zu kombinieren, um die Korrelation zwischen aktiven und passiven Signalen auszunutzen, damit die Wahrscheinlichkeit der Zielerkennung vergrößert und die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen verringert wird. Es werden zwei unabhängige Rechenpfade verwendet, die jeweils normalisierte Signale als Eingänge verwenden. Zunächst werden die Ausgänge der beiden Normalisierer 73, 93 an den Anschlüssen 73b, 93b dem Differenzverstärker oder Subtrahierer 72 zugeführt, in dem das normalisierte passive Signal von dem normalisierten aktiven Signal subtrahiert wird. Weil ein hohes Ausmaß an Korrelation zwischen den aktiven und passiven Echos von einem typischen Hintergrundgelände besteht, wird das Hintergrundsignal in dem Subtraktionsvorgang unterdrückt. Andererseits weist für den Fall eines komplexen Metallziels das passive Zielsignal eine entgegengesetzte Polarität gegenüber dem aktiven Zielsignal auf, so daß der Subtraktionsvorgang ein großes Ausgangssignal an dem Differenzverstärker hervorruft. Das bloße Fehlen eines passiven Zielsignals bei größeren Entfernungen beschränkt nicht die Möglichkeit einer

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zuverlässigen aktiven Zielerkennung. In einer allgemein ähnlichen Weise werden die Ausgänge der Normalisierer 73 und 93 ebenfalls dem Logiknetzwerk 92 zugeführt. Dieses Netzwerk verwendet eine Koinzidenzlogik, um die Anzahl von fehlerhaften Zielalarmen so weit wie möglich zu verringern, wie dies noch näher erläutert wird.

Die Ausgangssignale der Verstärker 72 und des Netzwerks 92 werden schließlich über Leitungen 71a, 71b einem UND-Verknüpfungsglied "Jl zugeführt, dessen Ausgang mit einer Nutzeinrichtung 70 verbunden ist, die ein Steuerelement oder ein Alarm sein kann, wie z.B. ein übliches optisches oder akustisches Alarmelement. Die Kombination der von dem UND-Verknüpfungsglied 71 gelieferten Signale ermöglicht eine geeignete Unter-S3heidung von Störsignalen oder beispielsweise von einem brennenden Fahrzeug gegenüber einem neuen Ziel, wie z.B. einem noch betriebsfähigen Panzer, einer Brücke oder ähnlichen in der folgenden Weise:

Logikoperation

Signalquelle	Aktiv	Passiv	Zielerfassung
Störer (niedrige Leistung)	dunkel oder	hell heiß	nein
brennendes Fahrzeug	hell	heiß	nein
Winkelreflektor oder aktives Scheinziel	hell	neutral	nein
Fahrzeug	hell	kalt	Ja

Damit erfolgt eine endgültige Erfassung eines Ziels und ein entsprechender Alarm am Ausgang des UND-Gliedes 71, wenn entgegengesetzte Erfassungssignale gleichzeitig an den Ausgängen des Differenzverstärkers 72 und des Logiknetzwerkes 92 vorhanden sind.

Fig. 5 zeigt in größerer Ausführlichkeit eine gerätemaäßige Rechnerausführung für die abschließenden Ausgangsschaltungen

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des Systems zur Verarbeitung der aktiven und passiven Signale, die an den Anschlüssen 93b und 73bnach Fig. 1 auftreten, wobei diese Anschlüsse ebenfalls mit A und P bezeichnet sind, um jeweils aktiv bzw. passiv zu bezeichnen. In dem oberen Signalweg werden die Signale von den Anschlüssen 73b, 93b jeweils über Leitungen 133 bzw. 134 den Eingängen einer üblichen Differenzschaltung oder eines Verstärkers 132 zugeführt, in dem die aktiven und passiven Signale subtrahiert werden, um das Hint ergrundsignal zu unterdrücken, um das Zielsignal zu vergrößern und um auf diese Weise das Signal-Zstörzeichen-Verhältnis zu verbessern. Auf den Differenzverstärker I32 folgt ein üblicher Signalpegeldetektor I3I, der, wie in Fig. dargestellt ist, ein Null- oder +1-Signal an einen Eingang des UND-Gliedes 7I liefert. Für eine zuverlässige Zielerfassung ist der Schwellwertpegel des Detektors 13I beispielsweise auf einen Wert von ungefähr 10 dB über dem Rest-Geländesignal am Ausgang des Differenzverstärkers 132 eingestellt. Alternativ können die normalisierten aktiven und passiven Videosignale durch einen üblichen Multiplizierer oder Kreuzkorrelator anstelle des Differenzverstärkers I32 verarbeitet werden.

Die jeweiligen aktiven und passiven Videosignale an den Anschlüssen 93b und 73b werden weiterhin einer Koinzidenz-Logikschaltung zugeführt, um Zlel-Fehlalarme so weit wie möglich zu-verringern. Das passive Videosignal wird einem Pegeldetektor

142 zugeführt, dessen Ansprechverhalten in Fig. 7 gezeigt ist. Der Ausgang des Detektors 142 weist die Form eines -1 oder 0-Signals auf und wird über einen Inverter 141 und eine Leitung

143 einem Eingang eines UND-Gliedes 140 zugeführt, das eine Koinzidenz zwischen dem aktiven und dem passiven Signal untersucht. Das passive Zielsignalecho nach Tabelle 1 ist kalt bis neutral, während Störsignale und brennende Ziele scheinbar ein heißeres Eingangssignal an|das Radiometer liefern. Daher liefern der Pegeldetektor 142 und der Inverter 141 einen +1-Pegel an das UND-Glied 140 nur dann, wenn ein normal kaltes

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τ/- 28548U

oder neutrales Ziel vorhanden 1st. In dem aktiven Signalkanal, der mit dem Anschluß 93b beginnt, liefert ein Pegeldetektor 145 mit dem in Fig. 8 gezeigten Ansprechverhalten eine +1 an den zweiten Eingang des UND- oder Koinzidenzgliedes 140 wenn das aktive Echo von dem Ziel hell ist, d.h. ein einen hohen Pegel aufweisendes Echosignal verglichen mit dem Echosignal des Geländes ist. Passive falsche Zielsignale, wie sie beispielsweise durch einen See oder eine andere Wasseroberfläche hervorgerufen werden, erscheinen als niedriges Signal oder dunkle Echos in dem wirksamen Kanal und werden daher durch das UND-Glied 140 gesperrt.

Die an den Ausgängen des Pegeldetektors I3I und des UND-Gliedes I4o auftretenden Signale werden über die jeweiligen Leitungen 130, 135 Eingängen des letzten UND-Gliedes 7I zugeführt. Das letzte UND-Glied 7I, das der Zielalarmeinrichtung 70 oder einer anderen Nutzeinrichtung vorgeschaltet ist, wird deshalb verwendet, weil sichergestellt werden soll, daß die Alarmbetätigung lediglich bei Koinzidenz zwischen Signalen an den Leitungen I30, 135 auftritt. Auf diese Weise ergibt die kombinierte Verarbeitung zur Verbesserung des Signal-/Störzeichenverhältnisses und zur Verringerung der Fehleralarmhäufigkeit eine verbesserte Zielerfassungsmöglichkeit, verglichen mit bekannten Systemen, die aktive oder passive Verarbeitung vollständig getrennt oder nur die eine oder die andere verwenden.

Es ist aus der vorstehenden Beschreibung zu erkennen, daß das beschriebene System eine gewisse Kompliziertheit zusätzlich zu bekannten Radiometersystemen ergibt, wie sie beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 23 62 310 beschrieben sind, weil zwei Arten von Signalen verarbeitet werden und es erforderlich ist, diese Signale für jede Antennenablenkperiode zu speichern und zu normalisieren. Das erfindungsgemäße Radiometersystem ist ein Hybrid-Radiometersystem für den Empfang und die Verarbeitung von Informationen in Signalen

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von zwei unterschiedlichen Quellen. Der Meßfühler verwendet eine gemeinsame Antennenapertur sowie einen zugehörigen Hochfrequenzteil, auf den getrennte aktive und passive Empfängerkanäle zur maßstäblichen Veränderung der Signale und zur Video-Verarbeitung folgen. Die gemeinsame Antennenapertur ist horizontal polarisiert und der Auftreffwinkel des Antennenrichtdiagramms gegenüber dem Gelände ist normalerweise willkürlich zwischen j50° und 60° über der Horizontalen ausgewählt, um das höchste Ausmaß an Korrelation zwischen der passiven radiometrischen Temperatur und dem aktiven Querschnitt von typischen Geländehintergründen zu erzielen.

Das System weist die Form eines auf Zeitteilungsbasis zwischen einer aktiven und passiven Radiometriebetriebsweise umgeschalteten Systems auf und verwendet eine unterbrochene Frequenzmodulation einer Dauerschwingung, wobei abwechselnde Halbperloden der Modulation in Form einer linearen Sägezahnmodulation der Trägerfrequenz für die Messung des aktiven Querschnittes und der Entfernung verwendet werden. In den dazwischenliegenden Halbperioden wird ein Betrieb mit konstanter Trägerfrequenz während des passiven Betriebs verwendet. Unter Verwendung von Prinzipien, die in gewisser Weise ähnlich denen der vorstehend genannten deutschen Offenlegungsschrift sind und die für die Anwendung bei dem vorstehend beschriebenen Radiometriesystem geeignetsInd, verwendet dieses System eine unterbrochene Frequenzmodulation und ergibt einen Zeltteilungsbetrieb des Systems zwischen den aktiven und passiven Betriebsarten beispielsweise mit einer Wiederholfrequenz von 1 kHz. Der gemeinsame Breitband-ZwIschenfrequenz-Vorverstärker verstärkt sowohl das aktive niederfrequente Schwebungssignal als auch die passive hochfrequente thermische Strahlung. Ein synchroner Zwischenfrequenzschalter, der mit der Betriebsart-Schaltwiederholfrequenz gesteuert wird, wird zur Trennung der Zeitteilungs-Signale verwendet, wobei diese Signale In die richtigen Empfängerkanäle zur Verarbei-

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tung weitergeleitet werden.

Die Verstärkungseigenschaften der letztgenannten aktiven und passiven Empfängerkanäle sind so bemessen, daß sich die bestmögliche lineare Korrelation zwischen der radiometrischen Temperatur und dem Rückstreuungs-Querschnitt eines typischen Geländes ergibt. Entsprechend werden die auf die Entfernung R bezogenen Spannungen in dem aktiven Empfangerkanal abgeleitet, um die Verstärkungen jedes Kanals zu regeln. Die Ver-

-4 Stärkungssteuerspannungen sind proportional zu R bzw. zu

R für die aktiven bzw. passiven Kanäle. Eine hohe Empfindlichkeit wird in dem passiven Kanal mit Hilfe einer großen Bandbreite (die sich beispielsweise von 50 bis 600 MHz erstreckt) und in dem aktiven Kanal mit einer schmalen Bandbreite erzielt (die beispielsweise von 1 bis 10 MHz liegt). Der Rechnernetzwerk-Abschnitt des Hybrid-Radiometersystems empfängt und speichert das Videosignal in jedem Empfängerkanal während jeder Antennenabtastperiode, berechnet die Standardabweichung und normalisiert das resultierende Signal bezüglich einer Spannung von 1. Die normalisierten Signale werden dann einem parallelen Dualkanal-Abschnitt zugeführt, der in getrennten Strompfaden eine einfache Differenzschaltung und ein Logiknetzwerk einschließt. Auf diese Weise wird das verarbeitete, normalisierte und gespeicherte passive Signal von dem in gleicher Weise behandelten aktiven Signal subtrahiert, um die Echos vom Hintergrundgelände zu unterdrücken, wodurch Zielsignale verstärkt werden. Weiterhin wird das logiknetzwerk zur Unterscheidung gegenüber Störsignalen und Signalen von brennenden Gegenständen verwendet, so daß Fehlalarme verringert werden.

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Leerseite

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach

■-■■' Dipl.-Ing. Günther Koch

2 8 ξ A 8 A 4 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 19. Dezember I978

Unser Zeichen: 16 458 - Fk/Ne

Patentansprüche :

Iy Hochfrequenz -Radiometriesystem mit in Azimuthrichtung abtastenden Richtantennenelementen und mit Empfangseinrichtungen, dadurch gekennzeichne t , daß das Radiometriesystem zyklisch in einer aktiven Betriebsweise, in der übertragene Hochfrequenzenergie

in.

abgestrahlt und empfangen wird, und(einer passiven Betriebsart betrieben wird, bei der radiometrische Rauschsignale empfangen werden, daß das Radiometriesystem Synchronisiereinrichtungen (23), spannungsgesteuerte Hochfrequenzgeneratoreinrichtungen (12) zur Erzeugung eines zyklischen Signals, das aufeinanderfolgende gewobbelte und konstante Trägeröequenzabschnitte In Abhängigkeit von den Synchronisiereinrichtungen (23) während der jeweiligen aktiven und passiven Betriebsarten aufweist, Isolatoreinrichtungen (4) zur Auskopplung eines ersten Teils des zyklischen Signals von den spannungsgesteuerten Hochfrequenzgeneratoreinrichtungen (12) zur Anstrahlung eines Ziels mit Hilfe der Richtantennenelemente (1) in einem Gelände, das radiometrische Rauschsignale abstrahlt, KopplereinrIchtungen (11) zur Auskopplung eines zweiten Teils des zyklischen Signals von den spannungsgesteuerten Hochfrequenzgeneratoreinrichtungen (12) an die Empfängereinrichtungen (7, 20) zur Erzeugung eines Schwebungsfrequenzsignals, aktive

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ORIGINAL INSPECTED

und passive Signaldetektoreinrichtungen (30, 33), auf die Synchronisiereinrichtungen (23) ansprechende Schalterelemente (22) zur Zuführung des Schwebungsfrequenzsignals an die aktiven Signaldetektoreinrichtungen (33) während der aktiven Betriebsart und an die passiven Signaldetektoreinrichtungen (30) während der passiven Betriebsart, und auf die aktiven und passiven Detektoreinrichtungen (33* 30) ansprechende Rechnereinrichtungen zur Erzielung eines Ausgangssignals im wesentlichen lediglich bei Vorhandensein des Ziels einschließt, während Wirkungen der radiometrisehen Signale unterdrückt werden, daß die Rechnereinrichtungen zumindest erste Abtast- und -Halteeinrichtungen (74), die auf die passiven Detektoreirrichtungen (30) ansprechen, zweite auf die aktiven Detektoreinrichtungen (33) ansprechende Abtast- und Halteeinrichtungen (94), Abtaststeuereinrichtungen (64, 65, 66), die zyklisch durch die in Azimuthrichtung abtastenden Richtantennenelemente (1) betätigt werden, um den Inhalt der ersten und zweiten Abtast- und Halteeinrichtungen (74, 94) abzutasten, um verarbeitete passive und aktive Signale zu gewinnen, und jeweilige Normalisiereinrichtungen (73> 93) zur Normalisierung der verarbeiteten passiven und aktiven Signale einschließen, und daß das Radiometriesystem auf die Normalisiereinrichtungen (73, 93) bei Vorhandensein des Ausgangssignals ansprechende Nutzeinrichtungen (70), aufweist,
2. Radiometriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die passiven Signaldetektoreinrichtungen erste Zwischenfrequenzverstärkereinrichtungen (29), die auf die Schalterelemente (22) während der passiven Betriebsart ansprechen, erste Videodetektoreinrichtungen (30), die auf die ersten Zwischenfrequenzverstärkereinrichtungen (29) ansprechen, und im wesentlichen lineare Videoverstärkereinrichtungen (3I) einschließen, die auf die ersten Videodetektoreinrichtungen (30) ansprechen.

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3. Radiometriesystem nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e I c h η et , daß die aktiven Signaldetektoreinrichtungen zweite Zwlschenfrequenzverstärkereinrichtungen (32), die auf die Schalterelemente (22) während der aktiven Betriebsart ansprechen, zweite Videodetektoreinrichtungen (33)» die auf die zweiten Zwischenfrequenzverstärkereinrlchtungen (32) ansprechen, und im wesentlichen logarithmische. -V id eover stärker einrichtungen (34) einschließen, die auf die zweiten Videodetektoreinrichtungen (33) ansprechen.
4. Radiometriesystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet ,daß Verstärkungssteuersignal-Generatorelnrichtungen (49, 52) vorgesehen sind, die auf die zweiten Zwlschenfrequenzverstärkerelnrichtungen (32) ansprechen und ein Signal erzeugen, das im wesentlichen umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zu dem Ziel ist, um die Verstärkung des ersten Zwischenfrequenzverstärkers (29) zu steuern.
5. Radiometriesystem nach Anspruch 3 oder 4, gekennze lehne t durch Verstärkungssteuersignal-Generatoreinrichtungen (49, 52), die auf die zweiten Zwischenfrequenzverstärkereinrichtungen (32) ansprechen und ein Signal erzeugen, das Im wesentlichen umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Entfernung des Ziels Ist, um die Verstärkung des zweiten Zwischenfrequenzverstärkers (32) zu steuern.
6. Radiometriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinrichtungen erste und zweite parallele Logikkanäle (150, 135)» die beide auf die verarbeiteten passiven und aktiven Signale ansprechen, und erste UND-Verknüpfungsglieder (7I) einschließen, die auf Koinzidenz-Ausgänge von den ersten und zweiten parallelen Logikkanälen (130,

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135) ansprechen, und daß der erste Logikkanal (I30) Differenzschaltungseinrichtungen (1J52) zur Gewinnung eines ersten Ausgangssignals proportional zur Differenz zwischen den verarbeiteten passiven und aktiven Signalen und erste Pegeldetektoreinrichtungen (I3I) einschließt, die auf das erste Ausgangssignal ansprechen und dies an die ersten UND-Verknüpfungsglieder (7I) zuführen.
7. Radiometriesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Logikkanal zweite Pegeldetektoreinrichtungen (142), die auf das verarbeitete passive Signal ansprechen, auf das Ausgangssignal der zweiten Pegeldetektoreinrichtungen (142) ansprechende Invertereinrichtungen (141), dritte Pegeldetektoreinrichtungen (145), die auf das verarbeitete aktive Signal ansprechen, und zweite UND-Verknüpfungsglieder (140) einschließen, die auf das Ausgangssignal der Invertereinrichtungen (141) und der dritten Pegeldetektoreinrichtungen (145) ansprechen und daß die ersten UND-Verknüpfungsglieder (7I) auf Koinzidenz-Ausgänge von den ersten Pegeldetektoreinrichtungen (131) und den zweiten UND-Verknüpfungsgliedern (14O) ansprechen.
8. Radiometriesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Pegeldetektoreinrichtungen (131) ein positives Ausgangssignal für EingangesignaIe im wesentlichen oberhalb von 0 liefern.
9. Radiometriesystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e kennzeichnet, daß die zweiten Pegeldetektoreirr ichtungen (142) ein Null-Ausgangsslgnal für Eingangssignale im wesentlichen oberhalb von 0 liefern, während ein negatives Ausgangssignal für andere Eingangssignale geliefert wird.

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10. Radiometriesystem nach einem der Ansprüche 7bis 9> dadurch gekennze lehne t , daß die dritten Pegeldetektoreinrichtungen (145) ein positives Ausgangssignal lediglich für Eingangssignale oberhalb von 0 abgeben.
11. Radiometriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzeinrichtungen (70) Alarmeinrichtungen einschließen.

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