NO121751B - - Google Patents

Description

Radar-simuleringsapparat.

Til øvelses- og andre formål er det

blitt foreslått å frembringe kunstige data med hensyn til avstanden og retningen til et simulert mål og bruke disse data til å frembringe kunstige ekko på en radar-skjerm. Øvelser av denne art har den for-del at de kan utføres meget billigere enn om de skulle foretas fra et fly i luften, hvor dette enten utgjør målet eller tjener som bærer for radarutstyret. En annen for-del består i at dataen, om ønskes, kan gjen-tas.

Oppfinnelsen tar sikte på å tilveiebringe et forbedret utstyr eller apparat for si-mulering av radardata (såsom i forbindelse med et flys landing). Det kan således her dreie seg om en sveipestråle som kan beve-ges i alle vinkelretninger innenfor et visst kuleavsnitt.

En anvendelse av apparatet ifølge oppfinnelsen er å øve opp flyførere i å lokali-sere fly ved hjelp av radar. En annen anvendelse består i å skaffe data angående retning og avstand til et mål, f. eks. for oppøvelse av personale som betjener luft-vernbatterier.

Oppfinnelsen angår således et radar-simuleringsapparat hvor sveipestrålen i et katodestrålerør er bevegelig i forskjellige vinkler, omfattende en vekselstrømsignal-kilde som representerer posisjonskoordinater for et objekt (mål) og en radarantenne i forhold til et referansepunkt i et gitt plan, idet signalenes amplituder representerer avstandene og deres faser representerer retningene i hvilke avstandene måles, og oppfinnelsen utmerker seg ved innretninger som reagerer for de elektriske signaler for å frembringe en første vekselspenning som ved amplitude og faste angir avstanden og retningen av objektet fra radarantennen i det nevnte plan, innretninger som tilveiebringer en annen vekselspenning som er faseforskjøvet 90° i forhold til første vekselspenning og hvis amplitude representerer avstanden mellom det antatte objekt og radarantennen i en retning loddrett på nevnte plan, innretninger som styrt av første og annen vekselspenning frembringer en tredje vekselspenning, hvis amplitude representerer den direkte avstand mellom objektet og radarantennen, innretninger som reagerer for den første veskelspenning for å frembringe en første elektrisk puls med en tidsforsinkelse i forhold til en referansetid, som i det vesentlige representerer det relative vinkelforhold mellom radar-sveipestrålen og objektet i et gitt plan, en første portkrets som styres av den første puls, innretninger som reagerer for den tredje vekselspenning for å frembringe en annen elektrisk puls med en tidsforsinkelse i forhold til referansetiden, som i det vesentlige representerer det relative vinkelforhold mellom sveipestrålen og objektet i et plan som står loddrett på det gitte plan, en annen portkrets som styres av den annen puls, innretninger som er tilordnet de to portkretser for å oppnå et utgangssignal for å tilveiebringe en indikering på radarskjermen,

og innstillingsinnretninger for regulering

av de innretninger som reagerer for første og tredje vekselspenning, slik at indikeringen på radarskjermen fåes når retningen av sveipestrålen i det vesentlige faller sam-

men med retningen fra radarantennen til objektet.

Dette og andre trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av følgende beskrivelse av et ut-førelseseksempel, hvor fig. 1 viser i rom-koordinater den innbyrdes stilling mellom et antatt objekt og et fly med radarutstyr, og fig. 2 et blokkskjema over anlegget.

På fig. 1 representerer A den antatte stilling av et fly om er utstyrt med radar-anlegg, og punktet B et objekt, såsom et fly. Punktets A koordinater er xi, yi, zi og punktets B koordinater er x», y- >, z2. Koordinatsystemets 0-punkt er betegnet med 0 og aksene med X, Y og Z som angir henh. nord-syd-retningen, øst-vest-retningen og høyden. Vinkelen^ angir radar-sveipestrålens vinkel med X-aksen i horisontalplanet. Projeksjonen av radarstrålen rs mellom punktene A og B i horisontalplanet er betegnet med r og er representert ved koor-dinatene (x2— xi) og (y2 — yi) som står loddrett på hinannen. Vinkelen (■) er således gitt ved ligningen tg© = (ya — yi)/

(X2 — xi). Den direkte avstand rs er resultanten av avstanden rK og høydeforskjellen Z2 — Zi som tilsvarer høydedifferensen h mellom de to fly. Også disse avstander står loddrett på hinannen. Sveipestrålens vinkel i vertikalplanet er betegnet med 0 og er bestemt ved ligningen tg Q = h/rK. Ved å frembringe disse posisjonskoordinater og vinkler på kunstig måte som beskrevet i det følgende, kan oppnås radar-signaldata som er vel egnet til øvelsesformål.

På fig. 2 er et variometer betegnet med 5. Dettes stator 4 tilføres en tre-fase, 1600 p/s spenning med i det vesentlige konstant amplitude og sinusform. Variometerets rotor dreies i overensstemmelse med den antatte vinkeldreining av en radar-svipestrå-le i horisontalplanet. Statoren induserer et dreifelt med konstant amplitude i rotoren, men med varierende fase alt etter rotorens vinkelstilling i forhold til staoren. Følgelig vil den spenning som uttas fra en klemme 6 på rotoren, variere i fase i overensstemmelse med retningen av den sveipestråle som antas utsendt i horisontalplanet. En hvilken som helst referansefase kan velges på tre-fase-siden.

Vekselspenninger som representerer koordinatsystemets x- og y-koordinater, tilveiebringes på en eller annen hensikts-messig måte, f. eks. fra ikke viste posisjons-koordinat-potensiometere som er tilordnet et kart over det område hvor de to fly antas å befinne seg. Disse potensiometere til-føres fortrinnsvis en to-faset vekselspenning som på en eller annen egnet måte kan uttas fra det tre-fase-nett som mater variometerets stator 4, slik at alle punkter i systemet elektrisk kan tilordnes et gitt referansepunkt i trefasenettet. I visse tilfelle kan der anvendes en stabil oscillator som hovedspenningskilde, fra hvilken den to-fasede og den tre-fasede spenning uttas. Ved hjelp av dette utstyr frembringes vekselspenninger X2 og Xi som har fasevin-kelen 0°, og hvis amplituder representerer nord-syd-avstandene fra referansepunktet 0 til objektet henh. det fly som bærer radarutstyret. I tillegg tilveiebringes veksel-spenningene Y2 og Yi som har en fasevinkel på 0° og representerer avstanden i øst-vest-retningen mellom referansepunktet 0 og objektet henh. flyet med radarutstyr. Disse to sett vekselspenninger tilføres en sum-forsterker 7 over ledningene henh. 8, 9, 10 og 11 og tilveiebringer en utgangsspenning i forsterkeren, hvis amplitude representerer den horisontale avstand rK mellom objektet og flyet og hvis fase representerer vinkelen 0. Dette fremgår av fig. 1 hvor (X2 — xi) representerer den relative avstand mellom punktene A og B på nord-syd-eller X-aksen, og (y2 — yi) representerer den relative avstand på øst-vest- eller Y-aksen. Vektor-resultanten av disse signaler er fastlagt ved avstanden r i horisontalplanet og vinkelen 0. Da X- og Y-sig-nalene vil representere den sanne kurs av de to fly som antas å befinne seg i punktene A og B, vil forsterkerens 7 utgangsspenning representere den virkelige retning og avstand mellom objektet og flyet med radarutstyr.

Utgangsspenningen fra forsterkeren 7 og signalet fra variometerets rotorklemme 6 påtrykkes på kretsene 12 henh. 13 som omdanner de sinusformede signaler til signaler med rektangulær kurveform og som arbeider over et bredt område av signal-inngangsspenningen. Disse rektangulære bølger påtrykkes på differansieringskrets-ene 14 henh. 15, hvis utgangsspenninger utgjør pulser med en amplitude som be-stemmes av de rektangulære pulser. Disse pulser som avledes fra de differensierte signaler og som representerer den virkelige retning mellom flyene og sveipestrålens retning, påtrykkes på en fase-sammenligningskrets 16 som bevirker at en «horison-tal» portkrets 17 åpnes når de to pulser i det vesentlige faller sammen i tid, idet pul-sene i dette tilfelle opptrer additivt. Dette sammentreff finner sted når radarsveipe-strålens retning er i det vesentlige den samme som den sanne retning mellom objektet og radarantennen.

Utgangsspenningen fra forsterkeren 7 tilføres også en amplitudebegrensnings- og faseforskyvningskrets 18, hvorfra der fåes, et signal hvis fasevinkel er G + 90° og soml har konstant størrelse. Dette signal påtrykkes potensiometerne 19 og 20, hvis be-vegelige kontakter er innstillet i overensstemmelse med de to høyde-koordinater zi henh. zi - for de to fly i forhold til null-punktet. Utgangsspenningene fra de to potensiometere påtrykkes en sumforsterker 23 over to ledninger 21 henh. 22. Samme forsterker påtrykkes også et utgangssignal fra forsterkeren 7 over ledningen 24.

Utgangsspenningen fra forsterkeren

23 er bestemt som følger: Fra forsterkeren 7 uttas en signalspenning rB. sin (cot + 0), hvor rK er en spenning som representerer den relative avstand mellom de to punkter A og B i horisontalplanet, 0 er den relative retning og, co er vinkelfrekvensen av mate-spenningen til sumforsterkeren 7. Den spenning som opptrer mellom ledningene 21 og 22, har formen h sin (cot + 0 + n/- i), dvs. et «høyde»-modulert signal med am-plitudediskriminering mot avstandssigna-let rfc, i horisontalplanet, og faseforskjøvet 90° i forhold til forsterkerens 23 inngangs-spenning over klemmen 24, hvor h er en spenning hvis størrelse representerer den relative høydeforskjell mellom de to punkter, dvs. z2 - — zi, fig. 1. Følgelig er den ef-fektive inngang på forsterkeren 23 og utgangen fra forsterkeren 23

Her er K forsterkerens forsterkmngsfaktor.

Av fig. 1 fremgår det imidlertid at

hvor 0 er den sanne retningsvinkel, fig. 1.

Når uttrykket for h ifølge ligning (2) innsettes i ligning (1) fåes forsterkerens utgangsspenning

Da ifølge fig. 1 cos 0 = r„./r, blir forsterkerens utgangsspenning

Som det fremgår har forsterkerens utgangsspenning en amplitude som er direkte

proporsjonal med den sanne avstand rs, dvs. avstanden i rommet, og en fasevinkel som representerer resultanten av de to vinkler 0 og 0.

Variometerrotorens tre klemmer er

forbundet med de tre statorklemmer på et ytterligere variometer 26. De signaler som uttas fra dette variometers rotor, har en fasevinkel 0 når den «horisontale» port 17 er åpen. Denne rotor 27 dreies i overensstemmelse med den antatte sveipestråles vinkel med horisontalplanet, slik at fase-vinkelen til den spenning som induseres i rotoren, representerer summen av sveipestrålens to vinkler. Utgangssignalet på forsterkeren 23 og signalet fra rotoren 27 påtrykkes en fase-sammenligningskrets 32

over hver sin krets 28 henh. 29 og 30 henh.

31, hvorav førstnevnte par omdanner de respektive spenninger til rektangulær kurveform og det annet par er differensier-ingskretser. Utgangsspenningen fra sam-menligningskretsen 32 virker på «vertikal» portkrets 33 som åpnes når de to signaler i det vesentlige faller sammen i tid.

Ved denne utførelse av apparatet fore-går den simulerte avsøking etter en spirallinje, idet antenneenheten har to frihets-grader, og for å simulere sammenhørende vinkelavsøkinger må de to variometeres 5 og 26 rotorer dreies slik at de frembringer signaler som representerer sveipestrålens retning i azimut og elevasjon. Den «horisontale» og «vertikale» port åpnes samtidig når sveipestrålen faller nøyaktig sammen med retningen fra A—B både i horisontal-og i vertikal-planet. Det bemerkes at de signaler som åpner den horisontale og den vertikale port, i alminnelighet vil være fase-forskjøvet vinkelen 0, slik at den ho-

risontale port må holdes åpen i et tidsin-

terval som representerer denne vinkel 0

for å vente på at det høyde-modulerte sig-

nal skal bli mottatt.

For å simulere avstand og frembringe

en indikering på radarskjermen som representerer denne avstand, påtrykkes utgangssignalet fra forsterkeren 23 hvis am-

plitude representerer retningen i rommet,

og et avstandssignal fra en tidsbasisgene-

rator 34 som også tilføres et katodestråle-

rørs 36 stråleavbøyningsspole 35, på en ek-ko-generator 37 som inneholder en ampli-tudesammenligner og frembringer en kort puls som simulerer et radarekko, når am-

plituden for den spenning som represen-

terer avstanden i rommet, blir lik amplitu-

den av tidsbasis-spenningen. Sistnevnte spenning er synkronisert med 1600 p/s ma-tespenningen, slik at punkter på tidsbasis-spenningen vil være et mål for fasen. For å muliggjøre en bevegelse over 360 elek-

triske grader, er tidsbasisspenningens fre-

kvens valgt lik halvparten av matespen-

ningens frekvens for å sikre at avstands-

signalet ikke blir lik tidsbasis-spenningen innenfor det område av tidsbasisspennin-

gens kurveform, over hvilket der forelig-

ger diskontinuiteter. Jo større verdien av avstands-signalet er, desto større blir den tid som medgår før tidsbasisspenningens amplitude blir lik dette avstandssignal,

hvorved avstanden omsettes til en tidsfor-

sinkelse og ekkogeneratoren gir en ekko-

puls som er tidsforsinket med et intervall som representerer avstanden i rommet.

Denne puls påtrykkes på en forsterkers 38 inngangsklemmer over portene 17 og 33

når begge disse er åpne. Signaler som representerer støy, permanent ekko eller an-

dre pulser som slipper igjennom, tilføres denne forsterkers annen inngangsklemme fra en spenningskilde 39. Forsterkerens utgangsspenning påtrykkes elektronstråle-

rørets 36 styregitter 40. Ved hjelp av eg-

nede mekaniske midler (ikke vist) dreies avbøyningsspolen 35 i overensstemmelse med den antatte retning mellom de to punkter A og B. På denne måte vil katode-

strålen styres av en spenning som også in-

neholder bakgrunnsstøy og permanente ekkoer, og overlagret på denne spenning opptrer en kraftig puls som gir en lysende flekk i en radial avstand fra et referanse-

punkt på skjermen, hvilken avstand repre-

senterer avstanden i rommet. Samtidig fåes en vinkelforskyvning i forhold til skjerm-

ens akser, hvilken vinkelforskyvning repre-

senterer vinkelen 0.

Følsomheten av det ovenfor beskrevne

system kan forandres ved forandring av tidsbasis-spenningens 34 amplitude.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til den

type av katodestrålerør som er beskrevet ovenfor, og heller ikke til en avsøkning etter en spirallinje. Også en spiralformet avsøkning eller en kombinasjon av spiral-

avsøkning og konisk avsøkning (av Palmer-

typen) kan brukes. Dette vil betinge en innstilling av variometer-rotorene i overensstemmelse med vinkelbevegelsene av den radarstråle som skal simuleres. Ved bare å bruke det ene portsystem kan man ennvidere simulere en vifteformet avsøk-

ning som særlig finner anvendelse i fly for kartlegging av en gitt overflate eller ved skip. Ennvidere kan sveipestrålens bånd-

bredde lett varieres ved variasjon av de elektriske toleranser av de anvendte port-

kretser eller tilhørende kretser.

Claims (5)

1. Radar-simuleringsapparat hvor sveipestrålen i et katodestrålerør er bevegelig i forskjellige vinkler, omfattende en veksel-strøm-signalkilde som representerer posisjonskoordinater for et objekt (mål) og en radarantenne i forhold til et referanse-

punkt i et gitt plan, idet signalenes amplituder representerer avstandene og deres faser representerer retningene, i hvilke avstandene måles, karakterisert ved innretninger (enheter 7) som reagerer for de elektriske signaler for å frembringe en første vekselspenning som ved amplitude og fase angir avstanden og retningen av objektet fra radarantennen i det nevnte plan, innretninger (18) som tilveiebringer en annen vekselspenning (mellom ledningene 21 og 22) som er faseforskjøvet 90° i forhold til første vekselspenning og hvis amplitude representerer avstanden mellom det antatte objekt og radarantennen i en retning loddrett på nevnte plan, innretninger (enheten 23) som styrt av først og annen vekselspenning frembringer en tredje vekselspenning, hvis amplitude representerer den direkte avstand mellom objektet og radarantennen, innretninger som reagerer for den første vekselspenning for å frembringe en første elektrisk puls (utgangsspenningen fra enheten 16) med en tidsforsinkelse i forhold til en referansetid, som i det vesentlige representerer det relative vinkelforhold mellom radar-sveipestrålen og objektet i et gitt plan, en første portkrets (17) som styres av den første puls, innretninger (29, 31 og 28, 30) som reagerer for den tredje vekselspenning for å frembringe en annen elektrisk puls (utgangsspenningen fra enheten 32) med en tidsforsinkelse i forhold til referansetiden, som i det vesentlige representerer det relative vinkelforhold mellom sveipestrålen og objektet i et plan som står loddrett på det gitte plan, en annen portkrets (33) som styres av den annen puls, innretninger (34, 37, 38) som er tilordnet de to portkretser for å oppnå et utgangssignal for å tilveiebringe en indikering på radarskjermen, og innstillingsinnretninger (5 etc. og 26 etc.) for regulering av de innretninger (16 hen-holdsvis 32) som reagerer for første og tredje vekselspenning, slik at indikeringen på radarskjermen fåes når retningen av sveipestrålen i det vesentlige faller sammen med retningen fra radarantennen til objektet.

2. Apparat ifølge påstand 1, karakterisert ved at innstillingsinnretningene (5, 26) er synkron-enheter som innstilles i overensstemmelse med retnings- og høydevin-kelsignaler som er analoge med retnings-vinkelen og høydevinkelen av en tenkt radar-sveipestråle under vanlige arbeidsbe-tingelser.

3. Apparat ifølge påstand 1, karakterisert ved innretninger (37) i hvilke en før-ste spenning (utgangsspenningen fra enheten 30), hvis størrelse representerer den direkte avstand mellom radarantennen og objektet, sammenlignes med en annen spenning (utgangsspenningen fra enheten 31) med variabel amplitude, slik at den tidsforsinkelse som medgår før disse spenninger har i det vesentlige samme amplitude, vil være proporsjonal med størrelsen av første spenning, og innretninger (32, 33) som tjener til å påtrykke en ytterligere spenning som er avhengig av denne tidsforsinkelse, på avbøyningsinnretningen for å tilveiebringe en indikering på radarskjermen, som representerer et (ekko-)signal som kan opptre i et radarutstyr.

4. Apparat ifølge en eller flere av de foregående påstander, karakterisert ved at de innretninger som er tilordnet de to portkretser, utgjøres av en tidsbasisgene-rator (34) og innretninger (37) som tjener til å sammenligne den spenning hvis amplitude representerer den nevnte direkte avstand, med utgangsspenningen fra ge-neratoren, for å frembringe et signal med en tidsforsinkelse som i det vesentlige representerer tidsforsinkelsen av en ekko-puls som fåes i et vanlig radioutstyr som arbeider over denne avstand, og innretninger som tjener til å tilføre dette signal til hver av portkretsene etter tur.

5. Apparat ifølge en eller flere av de foregående påstander, karakterisert ved at toleransen av en eller flere av portkretsene er innstillbar for på den måte å muliggjøre en variasjon av den simulerte sveipestråles båndbredde.