DE69029684T2

DE69029684T2 - Radar mit simultan ausgesendeten Frequenzen, die veränderbar sind

Info

Publication number: DE69029684T2
Application number: DE69029684T
Authority: DE
Inventors: Gordon M Johnson; Samuel Thaler
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1989-06-14
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2010-05-19
Also published as: DE69029684D1; JPH0320688A; EP0403085A3; CA2015254C; JPH0760177B2; NO902237D0; NO902237L; IL94198A; EP0403085B1; EP0403085A2; NO177286C; NO177286B; CA2015254A1; US5053780A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Radar- und Kommunikationssysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Radar- und Kommunikationssysteme, die so ausgelegt sind, daß sie Interferenz verhindern.

Beschreibung des Standes der Technik

Herkömmliche Radarsysteme arbeiten über ein schmales Band bei einer einzigen Trägerfrequenz. Als Folge davon waren diese Systeme Interferenz-anfällig. Viele Methoden sind entwickelt worden, um dieses Problem anzugehen, wovon zwei das Frequenz-Springen und das Spektrumentfalten sind. Frequenz-Springen betrifft die Übertragung eines Datenblocks bei einer Trägerfrequenz, dann "Springen" zu einer anderen Trägerfrequenz und Übertragen eines anderen Datenblocks, und so weiter.
Wenn Frequenz-Springen angewendet wird, ist es unglücklicherweise schwierig, wenn nicht gar unmöglich, individuelle Impulse kohärent zu addieren, um das Signal- Rausch-Verhältnis zu verbessern. Während langsames Springen die (Phasen-) Kohärenz der Impulse erhalten kann, ist das langsame Springen beträchtlich anfälliger für Überlagerung.
Herkömmliche Systeme zum Entfalten oder Aufspreizen eines Spektrums arbeiten bei einem einzigen Träger über eine weite Bandbreite. Diese Systeme erzeugen jedoch viele Zwischenmodulations-Produkte. Auf diese Weise kann ein beträchtlicher Leistungsbetrag in Nebenwellen-Seitenbändern vergeudet werden. Zudem ist die Kohärenz des Signals unbestimmt.
Ferner nutzen weder herkömmliche Methoden des Frequenz-Springens noch herkömmliche Verfahren zum Spektrumentfalten die Fähigkeiten hinsichtlich weiter Bandbreiten von gegenwärtigen Wanderwellen-Röhrenverstärkern.
So gesehen besteht im Stand der Technik ein Bedarf an einem Radarsender, der sicher vor Überlagerung ist, Vorteile in der Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Phasenkohärenz bietet, Leistungs-effizient ist und dazu in der Lage ist, den Vorteil der weiten Bandbreite von gegenwärtigen Wanderwellen-Röhrenverstärkern zu nutzen.
F. E. Terman offenbart in seinem Buch "Funktechnik" (3. Ausgabe, veröffentlicht 1947) die Verwendung einer Methode und Schaltung, die häufig als das Armstrong-System bezeichnet werden. In diesem System wird die Ausgangsgröße eines Gegentaktmodulators, die aus zwei Seitenbändern mit Trägerfrequenzunterdrückung besteht, mit einer unmodulierten Trägerwelle, die in der Phase um 90 Grad von dem mit dem Gegentaktmodulator verbundenen Träger abweicht, kombiniert. Dies hat eine Frequenz-modulierte Welle zur Folge. Mit diesem System ist man in der Lage, eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen der modulierenden Spannung und der Phasenverschiebung bis zu einem Modulationsindex von ungefähr 0.5 zu erhalten.

Kurzfassung der Erfindung

Dem Bedarf im Stand der Technik wird durch die vorliegende, in den Ansprüchen 1 bis 3 spezifizierte Erfindung begegnet, die ein System zum Übertragen eines Kamms von Radarsignalen bereitstellt. Die Erfindung schließt einen Phasenschieber zum Verschieben der Phase eines Eingangsträgersignals ein. Ein Frequenzmodulationssignal wird in der Amplitude durch ein Dämpfungsglied eingestellt und einem Gegentaktmodulator eingegeben. Der Gegentaktmodulator mischt das Eingangsträgersignal mit dem abgeschwgchten Frequenzmodulationssignal. Ein Summierer verknüpft die Ausgangsgröße des Phasenschiebers mit der Ausgangsgröße des Gegentaktmodulators. Das System der vorliegenden Erfindung stellt eine kostengünstige Einrichtung zum Erzeugen und Empfangen eines Komplexes einstrahlender Signale, die ein entfaltetes Spektrum besitzen, das aus Linien (Zähnen) von Trägerfrequenzen mit einstellbarer Leistung besteht, zur Verfügung. Das System ist flink, da die Energieniveaus und die spektralen Orte der Zähne verändert werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine vereinfachte, verdeutlichende Darstellung des Systems der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2a ist ein Leistungsspektrum, das zeigt, daß die drei von dem System der verdeutlichenden Ausführungsform abgegebenen Frequenzbanden von gleicher Leistung sein können.
Fig. 2b ist ein Leistungsspektrum, das die drei Frequenzen, die durch die vorliegende Erfindung erzeugt werden, mit mehr der Mittenfrequenz zugeordneter Leistung und dementsprechend weniger den beiden Seitenbändern zugeordneter Leistung.
Fig. 3a zeigt ein Ein-Linien-Leistungspektrum.
Fig. 3b zeigt die drei Linien-Leistungsspektren, die von dem System der vorliegenden Erfindung bereit gestellt werden.
Fig. 3c ist eine graphische Darstellung der Frequenz über der Zeit, die zeigt, wie die Frequenz eines Ein- Linien-Trägers über die Zeit verändert werden kann.
Fig. 3d ist eine graphische Darstellung der Frequenz über der Zeit, die zeigt, wie die Frequenz der drei Linien- Leistungsspektren der vorliegenden Erfindung mit der Zeit verändert werden können.
Fig. 3e ist eine graphische Darstellung der Frequenz über der Zeit, die zeigt, wie die Frequenz der Seitenbänder in Bezug auf die Trägermittenfrequenz, die konstant ist, über der Zeit verändert werden kann.
Fig. 3f ist eine graphische Darstellung der Frequenz über der Zeit, die die Ergebnisse beim gleichzeitigen Abtasten der Seitenbänder und der Trägerfrequenz zeigen.
Fig. 3g ist eine graphische Darstellung der Frequenz über der Zeit, die das Ergebnis des Abtastens der Seitenbänder allein zeigt.
Fig. 3h ist eine graphische Darstellung der Frequenz über der Zeit, die das Ergebnis des Abtastens der Trägerfrequenz und nur des oberen Seitenbandes zeigt.

Beschreibung der Erfindung

Verdeutlichende Ausführungsformen und beispielhafte Anwendungen werden nun mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Eine vereinfachte, verdeutlichende Darstellung des Systems 10 der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 1 gegeben. Das System 10 enthält einen 90-Grad-Phasenschieber 12, eine Gegentaktmischstufe 14, ein erstes Dämpfungsglied 16, ein zweites Dämpfungsglied 18 und einen Summierer 20. Ein Eingangsträgersignal von einem Erreger (Basis-Oszillator) oder einer Frequenz-Bezugseinheit (FRU) wird in den 90- Grad-Phasenschieber 12 und die Gegentaktmischstufe 14 eingegeben. Der Phasenschieber 12 verschiebt die Phase des Eingangsträgersignals underzeugt die Mittenlinie des Ausgangssignals. Die Gegentaktmischstufe 14 unterdrückt das Trägersignal und erzeugt erste und zweite Seitenbänder. Während zwei Seitenbänder, drei Linien insgesamt, wahrscheinlich optimal sind, wird ein Fachmann erkennen, daß mehr als zwei Seitenbänder erzeugt werden können, ohne daß der Umfang der vorliegenden Erfindung überschritten wird.
Die Gegentaktmischstufe 14 empfängt ein Frequenz-moduliertes (FM) Signal durch das erste Dämpfungsglied 16. Ein besonders neuartiger Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist, daß der Modulationsindex der Gegentaktmischstufe durch das FM-Eingangssignal gesteuert wird. Der Modulationsindex der Gegentaktmischstufe 14 bestimmt die spektrale Position der durch die Gegentaktmischstufe 14 erzeugten Seitenbänder. Das erste Dämpfungsglied 16 stellt eine Grobsteuerung der relativen Amplitude der von der Gegentaktmischstufe erzeugten Seitenbänder bereit. Die Ausgangsgröße der Gegentaktmischstufe 14 wird in das zweite Dämpfungsglied 18 eingegeben. Das als Stufendämpfer gezeigte zweite Dämpfungsglied 18 stellt die Feinsteuerung der Amplitude der Seitenbänder bereit.
Der Summierer kombiniert die Seitenbänder vom Dämpfungsglied 18 mit dem phasenverschobenen Träger vom Phasenschieber 12. Die 90-Grad-Phasenverschiebung des Eingangsträgers bewirkt, daß die Seitenbänder mit dem Träger ohne Löschung und mit geringstmöglichen Nebenwellen-Außenbandprodukten summiert werden können. Die spektrale Abgabe des Summierers 20 ist ein Mehrfrequenz-Radarsignalkamm, der ein FM-Signal annähert. Wie in Fig. 1 gezeigt ist die Mittenlinie des Ausgangssignals der Phasen-verschobene Träger, und die rechte und linke Linie sind die Seitenbänder. Die Dämpfungsglieder 16 und 18 sind so ausgelegt, daß sie Seitenbänder mit Amplituden, die gleich der Amplitude des zentralen Trägers sind, liefern. So gesehen liegt ein bedeutendes Merkmal der vorliegenden Erfindung in der Fähigkeit, die Zuweisung der verfügbaren Leistung zwischen einer Anzahl von gleichzeitig eingesetzten Frequenzen zu steuern. Dies ist in den Figuren 2a und 2b verdeutlicht. Fig. 2a zeigt, daß die drei Frequenzbanden, die von dem System der verdeutlichenden Ausführungsform abgegeben werden, von gleicher Leistung sein können. Fig. 2b zeigt die drei Frequenzen mit mehr Leistung bei der Zentralfrequenz und entsprechend weniger Leistung bei den zwei Seitenbändern.
In der Summe erzeugt das System 10 zwei Seitenbänder des Trägers, verschiebt die Phasen der Seitenbänder und gibt die Seitenbänder dem Träger hinzu, um einen Träger mit zwei Seitenbändern anstelle eines einzelnen zentralen Trägers bereit zu stellen. Das System 10 erzeugt das gewünschte Frequenzspektrum bei niedrigen Leistungsniveaus. Die Ausgangsgröße des Summierers 20 wird in den nicht gezeigten Wanderwellen-Röhrenverstärker eingegeben.
Fig. 3 verdeutlicht die Flexibilität hinsichtlich der Wellenform, die das System der vorliegenden Erfindung gegenüber einem herkömmlichen System bietet. Mit Bezug auf Leistungsspektren zeigt Fig. 3a ein Einzellinien-Leistungsspektrum, während Fig. 3b das durch das System der vorhe- genden Erfindung bereit gestellte Drei-Linien-Leistungsspektrum zeigt. Fig. 3b zeigt, daß etwas Leistung in Nebenwellen-Seitenbändern 22 und 24 erzeugt werden kann. Jedoch sollte eine kluge Steuerung des Modulationsindex bewirken, daß die Erzeugung von solchen Außenbandprodukten abgemildert wird.
Mit Bezug auf die Flinkheit in der Trägerfrequenz zeigt Fig. 3c, wie die Frequenz von einem Einzellinienträgers zeitlich verändert werden kann, während Fig. 3d zeigt, wie die Frequenz von dem Drei-Linien-Leistungsspektrum der vorliegenden Erfindung zeitlich verändert werden kann.
Fig. 3e demonstriert die Flinkheit in der Linienauftrennung, wobei gezeigt wird, wie die Frequenz der Seitenbänder in bezug auf die Trägermittenfrequenz, die konstant ist, zeitlich verändert werden könnte.
Figuren 3f, 3g und 3h zeigen FM-Modulation der Trägerfrequenz, veränderbare Seitenbandabstände bzw. gleichzeitige Veränderung beider Parameter. Das heißt, diese Figuren zeigen, daß das System der vorliegenden Erfindung gestattet, die Seitenbänder und die Trägerfrequenzen in der Frequenz abzutasten. So gesehen zeigt Fig. 3f das Ergebnis der gleichzeitigen Abtastung der Seitenbänder und der Trägerfrequenz. Dies wird durch Abtasten der Eingangsträger frequenz erreicht. Häufig als lineare Frequenzmodulation bezeichnet zeigt Fig. 3g das Ergebnis des Abtastens der Seitenbänder allein. Dies wird erreicht durch Abtasten des in die Gegentaktmischstufe 14 eingegebenen FM-Signals. Fig. 3h zeigt das Ergebnis des Abtastens des Trägers und des oberen Seitenbandes allein.
Auf diese Weise stellt die vorliegende Erfindung Mehrfachbanden bereit, die unabhängig voneinander mit Leistung versorgt, abgetastet und übersprungen werden können.
Auf diese Weise stellt die vorliegende Erfindung Mehrfachbanden bereit, die unabhängig voneinander mit Leistung versorgt, abgetastet und übersprungen werden können.

Claims

1. Vorrichtung (10) zum Aussenden eines Kamms bzw. Fächers von Radarsignalen, mit:

eine Frequenzquelle zum Erzeugen eines Eingangs-Trägersignals;

Mittel zum Aufspalten des Eingangs-Trägersignals in erste und zweite Anteile;

Phasenschieber-Mittel (12) zum Verschieben der Phase des ersten Anteils des Eingangs-Trägersignals, um damit ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen, welches eine phasenverschobene Version des Eingangs-Trägersignals umfaßt;

Mittel zum Erzeugen eines Eingangs-Frequenzmodulationssignals;

Gegentakt-Mischstufe (14) zum Mischen des zweiten Teils des Eingangs-Trägersignals mit dem Frequenzmodulationssignal, um damit ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, das wenigstens erste und zweite Seitenbänder des Eingangs- Trägersignal umfaßt, wobei die spektrale Lage der ersten und zweiten Seitenbänder durch das Eingangs-Trägersignal regelbar ist;

erstes Dämpfungsmittel (16) zum Einstellen der Amplitude des Eingangs-Frequenzmodulationssignals, um dadurch einen ersten Steuerpegel der relativen Amplitude der ersten und zweiten Seitenbänder bereit zu stellen;

Summiermittel (20) zum Verknüpfen des ersten Ausgangssignals und des zweiten Ausgangssignals, um dadurch ein Ausgangssignal einer Mehrfrequenzvorrichtung zu erzeugen, das eine Mittenfrequenz und erste und zweite Seitenband- Frequenzen aufweist; und

zweites Dämpfungsmittel (18) zum Einstellen der Amplitude des zweiten Ausgangssignals, um dadurch einen zweiten Steuerpegel der relativen Amplitude der ersten und zweiten Seitenbänder bereit zustellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem das Phasenschieber-Mittel (12) einen 90º-Phasenschieber einschließt.

3. Verfahren zum Aussenden eines Kamms bzw. Fächers von Radarsignalen, das die Schritte einschließt:

Aufspalten eines Eingangs-Trägersignals in erste und zweite Anteile;

Verschieben der Phase des ersten Anteils des Eingangs- Trägersignals zum Erzeugen eines phasenverschobenen ersten Ausgangssignals;

Mischen des zweiten Anteils des Eingangs-Trägersignals mit einem Frequenzmodulationssignals zum Erzeugen eines zweiten Ausgangssignals, das erste und zweite Seitenbänder des Eingangs-Trägersignals besitzt, wobei die spektrale Lage der ersten und zweiten Seitenbänder durch das Frequenzmodulationssignal regelbar ist;

Dämpfen der Amplitude des Eingangs-Frequenzmodulationssignals, um die relative Amplitude der ersten und zweiten Seitenbänder zu regeln;

Dämpfen der Amplitude des zweiten Ausgangssignals; und

Verknüpfen der ersten und zweiten Ausgangssignale, um ein Ausgangssignal einer Mehrfrequenzvorrichtung zu bilden, das eine Mittenträgerfrequenz und erste und zweite Seitenbandfrequenzen aufweist.