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DE3430888A1 - Einrichtung zur detektion und bekaempfung untergezogener bodenziele - Google Patents

Einrichtung zur detektion und bekaempfung untergezogener bodenziele

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DE3430888A1
DE3430888A1 DE19843430888 DE3430888A DE3430888A1 DE 3430888 A1 DE3430888 A1 DE 3430888A1 DE 19843430888 DE19843430888 DE 19843430888 DE 3430888 A DE3430888 A DE 3430888A DE 3430888 A1 DE3430888 A1 DE 3430888A1
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radar
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DE19843430888
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Alfred Dipl.-Ing. 8013 Haar Blaha
Jürgen Prof. Dr.-Ing. 8137 Berg Detlefsen
Ignaz von Dipl.-Ing. 8000 München Maydell
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Airbus Defence and Space GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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Description

17.07.1984, 0120A
MBB Mg/th
X. 9590
Patentabteilung
Einrichtung zur Detektion und Bekämpfung untergezogener Bodenziele
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Detektion
und Bekämpfung untergezogener Bodenziele von niedrig
fliegenden Fluggeräten unter Anwendung von Radarstrahlung bei einem Synthetic-Aperture-Radar (SAR) mit einem Antennenarray, bei dem die Zielerfassung, in Flugrichtung gesehen, seitlich und/oder schräg vorwärts und
nach unten erfolgt.
Es ist bekannt. Ziele durch die Anwendung des Synthetic-Aperture-Radar-Prinzips (SAR) zu detektieren, wobei eine sehr hohe Auflösung in der Querrichtung zur Flug-
richtung des die Radaranlage mitführenden Flugzeuges
erzielt wird (siehe: M.J. Skolnik: Introduction into
Radar Systems, Kap. 14.1; 2. Auflage 1980; McGraw-
-HiIl). Hierbei wird die durch die Bewegung des Flugzeuges synthetisch erzeugte große Antennen-Apertur ausgenutzt. Eine genaue Auswertung der empfangenen Signale ist mit üblichem Aufwand zu erreichen, die erzielbare
Auflösung liegt in der Größenordnung der Antennenabmessungen.
Weiterhin ist in der Literatur (M.J. Skolnik: Introduction into Radar Systems, S. 527) die Möglichkeit beschrieben worden, mittels einer zur Flugrichtung schräg nach vorne gerichteten Antennenanordnung seitlich neben der Flugbahn des Flugzeuges liegende Bodenziele aufzu-
spüren. Die Methode, die auch SQUINT-Mode genannt wird, bedingt jedoch einen erheblich höheren Aufwand bei der
Auswertung als das SAR-Prinzip.
X 17.07.1984, Ο12ΟΑ
MBB Mg/th
' π' 9590
Patentabteilung
Aus der DE-OS 30 23 290 ist eine Einrichtung zur Zielerfassung von bewegten und stationären Bodenzielen von tieffliegenden Flugzeugen aus beschrieben, die mittels vier IR-Sensorzeilen, die paarweise an der rechten und linken Tragflächenspitze montiert sind, Ziele detektiert, die aufgrund ihrer Infrarotabstrahlung erkennbar sind. Dieses Verfahren ist jedoch bei z.B. unter Bäumen untergezogenen Bodenzielen nicht anwendbar.
Das SAR-Prinzip weist für den hier vorliegenden Anwendungsfall den Nachteil auf, daß nur ein Teil seiner synthetischen Apertur ausgenützt werden kann, weil das Radarbild des Bodenzieles bereits vorliegen muß, wenn das Flugzeug das vor ihm liegende Ziel an der Entschei- · '-* dungsentfernung für die Auslösung der Waffe erfaßt hat. Weiterhin ist beim SAR prinzipiell keine "Rechts-Links- -Entscheidung bezüglich der seitlichen Ablage möglich, weil diese Information in den Dopplersignalen nicht enthalten ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile eine Einrichtung für Fluggeräte zu schaffen, die zur überwachung von Bodenstreifen im Tiefflug, deren Längsausdehnung sich in Flugrichtung des Fluggerätes schräg vorwärts und deren Breite sich etwa über eine oder mehrere Spannweiten des Fluggerätes erstreckt, insbesondere zur Suche nach z.B. unter Bäumen untergezogenen Bodenzielen, wie z.B. militärischen Transport- und Kampffahrzeugen, mit hoher Auflösung dient, und mit der eine sofortige, gezielte Bekämpfung von oben durchführbar ist, wobei die Anwendung unabhängig von Wetter und Sichtbedingungen möglich sein soll.
Y 17.07.19
MBB
Patentabteilung
17.07.1984, 0120A Mg/th 9590
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches niedergelegten
Merkmale gelöst.
Vorteilhafterwe.ise dient die genannte Einrichtung zur Auslösung von Waffen nach dem Vertical-Ballistic-Prinzip (VEBAL) und ebenso zur Aufklärung untergezogener
Bodenziele, wobei die erfaßten Daten gespeichert oder "on line" über Funk an Benutzer gesendet werden können. Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden für die Antennen des Arrays Streifenleitungsantennen verwendet, die der Kontur des Fluggerätes angepaßt sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 je eine Front-, Seiten- und Aufsicht auf ein
Fluggerät mit einer Einrichtung zur Detektion untergezogener Bodenziele,
Fig. 2 eine geometrische Anordnung eines Radarsystems
zur Detektion untergezogener Ziele,
25
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Radarsignalverarbeitung.
In den drei Teilfiguren der Fig. 1 ist eine geometrische Anordnung einer Einrichtung zur Detektion und Bekämpfung von untergezogenen Bodenzielen durch ein niedrig fliegendes Fluggerät 1 dargestellt. Zur Verdeutlichung wird ein sich auf der Erdoberfläche befindendes, jedoch sich mit dem Fluggerät mit bewegendes Koordinatensystem verwendet. Die Lage eines Zieles BZ wird, be-
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MBB '. Mg/th
9590 Patentabteilung
Ί zogen auf das Koordinatensystem durch die seitliche Ablage X , Y in der X/Y-Ebene angegeben. Der Erfas-
S S
sungsbereich, der durch die Anordnung der Antennen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e die Antennengeometrie und die Flughöhe Z gegeben ist, liegt in der Flugrichtung zwischen
den Marken X und X und in der Querrichtung zwischen den Marken -Y„ und Y„.
Cl Ci
Ein Bodenziel BZ, das sich im Bereich der Flugbahn auf ' der Erdoberfläche befindet, wird vom Radar zum ersten Mal dann erfaßt, wenn seine Entfernung kleiner als die Maximalentfernung Xs wird. Für die Auswertung spielen nur diejenigen Empfangssignale eine Rolle, die auftreten, während sich dieser Abstand bis zur Entscheidungs-'J entfernung X_ verkleinert. Die am Ausgang des Radar-
Cl
gerätes zur Verfügung stehende Information stellt dabei die Verteilung der sich gerade in der Entscheidungsentfernung X_, befindenden Streukörper als Funktion der
Cl
seitlichen Ablage Y dar.
S
Die in der Fig. 1 dargestellte Antennengeometrie weist folgende Bereiche des vertikalen bzw. horizontalen Bündelungswinkels der Antennen auf:
30° <. γ <. 70°;
25° < y„ < 65°.
η
Es können auch kleinere Antennen mit geringerer Bündelung verwendet werden. Dann werden auch außerhalb des interessierenden Bildfeldes liegende Bodenziele erfaßt, was einen höheren Aufwand bei der Auswertung bedingt und gleichzeitig auch eine Verminderung der Störfestig-
34308
MBB\ ^
l Patentabteilung
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keit (ECM-Festigkeit) bewirkt, weil die weitab liegenden Störziele mit größerer Amplitude empfangen werden können und bei der Signalverarbeitung unterdrückt werden müssen.
In der Fig. 2 ist beispielhaft eine mögliche Anordnung der Sende- und Empfangsantennen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e sowie der dazu gehörenden Empfänger 5a, 5b, 5d, 5e und dem Sender 6 dargestellt. Für einen Einbau in ein Flugzeug sind flächenhafte Antennenstrukturen erforderlich. Es bietet sich daher an, das gewünschte Antennendiagramm durch Anordnung mehrerer λ/2-Einzelstrahler, die mit geeigneter Phasenlage gespeist werden, zu erzeugen. Die Gesamtstruktur der Antenne kann somit vorteilhafterweise in Streifenleitungstechnik ausgeführt werden.
Für die verwendete Radarauswertung wird ein Array mit mehreren Antennen benötigt. Es hat sich herausgestellt, daß mit einer äquidistanten Anordnung von vier Empfangsantennen 4a, 4b, 4d, 4e, die im Tragflügelbereich des Fluggerätes 1 angebracht sind, gute Ergebnisse erzielbar sind. Die Sendeantenne 4c wird in der Mitte der Gesamtapertur angebracht. Eine Mitverwendung einer Emp-
fangsantenne als Sendeantenne ist bei genügend großer Entkopplung denkbar. Es ergeben sich folgende Abmessungen. :
Abstand der einzelnen Empfangsantennen 4a, 4b, 4d, 4e zueinander: Im <_ AL <. 2 m; Ausdehnung der Gesamtapertur: 4 m <. L <. 8 m; d.h. der Einzelabstand ist deutlich größer als bei üblichen Arrays mit λ/2.
χ6" 17.07.19
MBB
Patentabteilung
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Mg/th 9590
Sendeleistungen in der Größenordnung zwischen 2 W und 20m W sind nach den bisherigen Abschätzungen ausreichend. Das Radarsystem ist zunächst als Dauerstrichradarsystem ausgelegt, es ist jedoch ebensogut möglich, gepulste Signale zu vewenden, wobei der Sendeimpuls hier im Unterschied zum gewöhnlichen Pulsradar nicht zur Erzielung eins Entfernungsauflösungsvermögens, sondern nur zur Abgrenzung des Bildfeldbereiches dient.
Die Fig. 3 zeigt schematisch die empfängerseitige Verarbeitung der Radarsignale nach dem SAR-Prinzip mit Wellenfrontrekonstruktion bei einer Radaranordnung mit vier Empfängern 5a, 5b, 5d, 5e. Die empfangenen komplexen Radarsignale werden am Empfängerausgang zeitlich '^ äquidistant abgetastet und digitalisiert. Die vier einem Abtastzeitpunkt zugeordneten Signalwerte werden anschließend einer schnellen Fourier-Transformation FFT mit vier Stützwerten unterworfen, die fest verdrahtet sein kann. Am Ausgang des FFT-Prozessors stehen dann die nach Auflösungssektoren winkelmäßig sortierten Signalfunktionen 7a, 7b, 7d, 7e zur Verfugung, die entsprechend ihrem zeitlichen Auftreten der Reihe nach in die vier Felder der winkelmäßig geordneten Signalfunktionen WSF , WSF. , WSF,, WSF eingespeichert ?Cj a b d e
werden. Ein Bodenziel BZ, das mit einer bestimmten seitlichen Ablage Y vom Radar erfaßt wird, durch-
läuft während des Anfluges mehrere Auflösungssektoren p, q, r, s nach Fig. Ic. Dementsprechend muß die eigentliche Signalfunktion SF aus Abschnitten der winkelmäßig zugeordneten Signalfunktionen zusammengesetzt werden. Die Art der Zusammensetzung hängt nur von der seitlichen Ablage ab und ist daher bekannt. Eine Zwischenspeicherung der eigentlichen Signalfunktionen ist nicht erforderlich, vielmehr können die den Korrelatoren K.,...K (in Fig. 3) zuzuführenden Signalfunk-
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MBB Λ Mg/th
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tionen durch eine feste Verdrahtung direkt aus den winkelmäßig geordneten Signalfunktionen abgeleitet werden. Der wesentliche Teil des benötigten Speicherplatzes ist daher für die Abspeicherung der Testfunktionen TF1, .··, TFn notwendig. Pro seitlichem Auflösungssektor wird ein solcher Testdatensatz und ebenfalls ein Korrelator benötigt. Das überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes am jeweiligen Korrelationsausgang zeigt an, daß sich zu diesem Zeitpunkt in der Entscheidungsentfernung X„ bei der zugeordneten seitlichen Ablage
Cl
der Sektoren p, q, r, s ein Bodenziel BZ befindet.
Die optimale Form der Signalauswertung, die darin besteht, daß das erwartete Signal (= Testfunktion) mit dem tatsächlich gemessenen Signal (= Signalfunktion) korreliert wird und bei einem hohen Grad der Übereinstimmung auf ein vorhandenes Bodenziel geschlossen wird, ist beim SAR-Prinzip üblich. Probleme entstehen durch die zusätzliche Anwendung des Verfahrens der WeI-lenfrontrekonstruktion, weil ein sich parallel zur X-Achse näherndes Bodenziel abhängig von seiner seitlichen Ablage Y mehrere verschiedene seitliche Auflö-
sungssektoren p, q, r, s durchläuft. Dies erfordert eine spezielle Methode der Zuordnung von Signal- und Testfunktion, wie sie oben dargestellt wurde. Hierbei ist eine Anordnung von vier Empfängern zur Wellenfrontrekonstruktion wirtschaftlich vertretbar und auch genügend genau in der Auflösung.
Die besonderen Vorteile dieses Verfahrens liegen darin, daß es erstmals möglich ist, von einem bemannten oder
MBB
Patentabteilung
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Mg/th 9590
unbemannten Fluggerät aus militärische Bodenziele, die zur vollständigen Tarnung beispielsweise unter Bäumen versteckt sind, zu entdecken, zu orten und gezielt zu bekämpfen, was bisher nur unter Einsatz einer erheblichen Anzahl flächendeckender Waffen zu erreichen war.
10 15
25 30 35
- Leerseite -

Claims (5)

Patentansprüche
1. Einrichtung zur Detektion und Bekämpfung untergezogener Bodenziele von niedrig fliegenden Fluggeräten unter Anwendung von Radarstrahlung bei einem Synthetic-Aperture-Radar (SAR) mit einem Antennenarray, bei dem die Zielerfassung, in Flugrichtung gesehen, seitlich und/oder schräg vorwärts und nach unten erfolgt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale
die Sende- und Empfangseinrichtung besteht aus einem in Flugrichtung in einem vorbestimmten Winkel (3) bezüglich der Rollachse (2) nach unten strahlenden, horizontal am Fluggerät (1) angeordneten Antennenarray (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) für langwellige Radarfrequenzen im Bereich von 500 - 1200 MHz mit vorzugsweise vier Empfangsantennen (4a, 4b, 4d, 4e) und einer Sendeantenne (4c), wobei die einzelnen Empfangsantennen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) des Antennenarrays zueinander einen Abstand (AL) aufweisen, der wesentlich größer als die halbe Wellenlänge der Betriebsfrequenz ist;
die Auswertung der empfangenen, vom Ziel reflektierten Radarsignale erfolgt in der Azimuth-Ebene mittels Wellenfrontrekonstruktion;
35
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Ί - die Auswertungen der empfangenen Radarsignale erfolgt in Flugrichtung nach dem Synthetic-Aperture- -Radar-Prinzip (SAR);
- die Auswertung der empfangenen Radarsignale erfolgt unmittelbar auf den Empfang nach Art einer Optimalfilterauswertung durch einem Korrelationsvorgang und dient der Positionsermitteiung und -erfassung untergezogener Bodenziele (BZ) und deren sofortiger oder späterer Bekämpfung.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß anstelle der Antennen
^5 des Arrays (4a, ...,4e) an die Kontur des Fluggerätes angepaßte Streifenleitungsantennen einsetzbar sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur unmittelbaren Bekämpfung detektierter Bodenziele (BZ) mittels der genannten Einrichtung im Fluggerät mitgeführte Waffen nach dem Vertical-Ballistic-Prinzip (VEBAL) auslösbar sind.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Positionsdaten der erfaßten Bodenziele in einem im Fluggerät (1) mitgeführten Speicher abgespeichert werden.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Positionsdaten der erfaßten Bodenziele über Funk an weitere Fluggeräte und/oder an Bodenstationen gesendet werden.
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