SE440958B - Koherent radar - Google Patents

Description

ßài-ieea 41: förhållande till blandningsprodukten av signalen från mellanfrekvensoscillatorn och signalen från den stabila lokaloscillatorn kan den ej användas i ovan nämn- da typ av radar. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en koherent radar med magnet- ron som sändarrör med möjlighet till radialhastighetsseparation både inom enty- dighetsavstånd och på mångtydighetsavstånd.

Detta uppnås enligt uppfinningen därigenom att en från den stabila lokal- oscillatorn avledd signal vid sändningstillfället matas till magnetronens av- stämningshâlrum och att modulatorn och mellanfrekvensoscillatorn är inbördes tidsstyrda på sådant sätt att framflanken av modulatorpulsen och därmed magnet- ronpulsen alltid uppträder i ett bestämt fasläge av mellanfrekvensoscillatorns utsignal. Lämpligen kan modulatorn vara styrd från mellanfrekvensoscillatorns f" nollgenomgång i vissa intervaller beroende på önskad pulsrepetitionsfrekvens.

Uppfinningen bygger på att fasläget i magnetronens HF-puls relativt den stabila lokaloscillatorns fasläge kan styras i magnetronens startögonblick genom att en del av den stabila oscillatorns utsignal tillförs magnetronen, s k priming. Genom blandning av magnetronens HF-puls med den stabila oscillatorns signal fås en mellanfrekvens, vars fasläge i förhållande till magnetronens starttidpunkt är densamma från puls till puls. Eftersom magnetronen enligt upp- finningen startas vid ett visst fasläge på den kontinuerligt arbetande mellan- frekvensoscillatorns signal så är relativa fasläget mellan signal från mellan- frekvensoscillatorn och mellanfrekvenssignal från ekon konstant från puls till puls om ekosignalens fasläge relativt utsänd puls är konstant. Den bipolära videon kommer härigenom att innehålla önskad fasinformation och kan t ex filt- reras för att åstadkomma hastighetsseparation på mångtydighetsavstând.

Det är väsentligt att frekvensen hos den signal som injiceras i magnetro- f" nen skiljer sig från magnetronens sändfrekvens. Skillnaden i frekvens kan i ett exempel vara lika med den valda mellanfrekvensen. Den signal som matas till magnetronen och den signal som matas till blandaren såsom lokaloscillatorfrek- vens kan härvid lämpligen vara avledda från en och samma stabila oscillator.

Det observeras att det redan tidigare föreslagits att tillföra HF-energi från en oscillator till en pulsstyrd magnetrons avstämningshålrum, s k priming.

Detta har visat sig resultera i att HF-svängningen startar kontrollerat och att man får mindre frekvens- och tidsjitter samt bättre spektrumrenhet. Att utnytt- ja denna priming-teknik för att åstadkomma en koherent magnetronradar med möj- lighet till hastighetsseparation på mångtydighetsavstånd är emellertid inte tidigare känt.

W,_,~,.....~ - crawrisws- ~~ ----~~ ~ a ------~~~ 84001 40~i3 Uppfinningen âskådiiggöres med hjäip av exempei med hänvisning ti11 bifogade ritningar, där Fig. 1 visar ett biockschema för en radar med en magnetron som HF-käiia ehiigt uppfinningen och Fig. 2, 3 visar nâgra tidsdia- gram för att förkiara uppfinningen.

Eniigt Fig. 1 drivs en magnetron MAG med korta spänningspuiser Vmod från en moduiator MOD och de alstrade HF-puiserna Vmag ieds via en cirkuiator CIRC och en sändar- mottagaromkoppiare TR ti11 en antenn ANT som sänder ut puiserna.

Av de utsända radarpuiserna förorsakade ekopuiser från ett refiekterande före- måï tas emot av samma antenn ANT och ieds via sändar- mottagaromkoppïaren TR tiii en biandare B, där de sätts samman med utsignaien Vstaio från en stabii iokaiosciiïator STALO. Magnetronen är så avstämd att sändfrekvensen skiïjer sig från den stabiia osciiiatorns frekvens och ut från biandaren B erhåiis ekopuï- ser Vmf på en meiianfrekvens som är iika med skiiinaden meiian sändfrekvensen och den stabiia osciiiatorns frekvens. Meiianfrekvenssignaien Vmf förstärks i en me1ianfrekvensförstärkare MF och ieds därefter ti11 en faskänsiig detektor D, som även tar emot utsignaïen Vmfo från en ständigt svängande osci11kator MFO. Denna arbetar på en frekvens som är densamma som den vaïda meiianfrekven- sen och ut från fasdetektorn D erhâiies en signai Vbip som ka11as bipolär video emedan den kan anta både positivt och negativt värde. Den bipoiära videon rep- resenterar, förutom styrkan hos ekosignaien, även det inbördes fasiäget meïian utgående och mottagen HF-signai. Om avståndet meilan radaraniäggningen och det refiekterande föremä1et ändrar sig med tiden kommer den bipolära videosignaien Vbip att variera med en frekvens som beror på avståndsändringen med tiden, d v s signaïen genomiöper en 360-graders sekvens för varje ha1v vâgiängd som av- ståndet ti11 refiektorn ändras. Den bipoiära videon utsätts sedan för fiitre- ring, t ex i ett MTI-filter som i princip är ett högpassfiiter för undertryck- ning av ekon från fasta föremåi, e11er för hastighetsseparering på mângtydig- hetsavstånd.

För att den bipoiära videosignaien Vbip verkiigen ska11 vara representativ för det inbördes fasiäget me11an utsänd och mottagen signaienergi är eniigt uppfinningen föijande åtgärder vidtagna.

För det första 1eds en dei av den stabiia osciiiatorns STALO utsignai via en strömstäiiare SH och cirkuiatorn CIRC strax före och under sändpulsen tiii magnetronens avstämningshåirum, s k priming, varvid en riktningskoppiare RK fördeiar energin från den stabiia osciiiatorn me11an bïandaren B och magnetro- nen MAG. Strömstäïiaren SH är styrd från moduiatorn MOD på sådant sätt att den normaït är bruten men siutes strax innan magnetronen startar och hâiis sedan - l-r u i .ß4flflfï*i' s1uten under magnetronpuisen. Varje gäng magnetronen startas och dess egen svängning byggs upp iigger således en ïiten svängande energi av den stabiia osciiiatorns frekvens och fasiäge i magnetronens håirum. Detta förbättrar startegenskaperna men påverkar också begynneisefasen och därigenom heia HF- puisens fasiäge.

För det andra är moduiatorn MOD tidsstyrd från me1ianfrekvensosciilatorn MFO via en styranordning PRF och detta på sådant sätt att framfianken av modu- iatorpuïsen aiitid sammanfaïier med ett givet fas1äge av meiïanfrekvensosciiia- torns MFO utsignai, t ex en noiigenomgâng i given riktning.

I ett exempei med intern generering av puisrepetitionsfrekvensen prf kan styranordningen PRF bestå av en räknare som räknar antaiet positiva e11er nega- tiva noligenomgångar i meiianfrekvensosciiiatorns utsignai och iåter var n:e noiïgenomgång starta moduiatorn. Aiternativt kan pu1srepetitionsfrekvensen prf -vara genererad externt. I detta fa11 kan styranordningen PRF innefatta en OCH- grind som på en ingång tar emot signaien prf från den externa prf-generatorn, se streckad ïinje i Fig. 1, och på en andra ingång tar emot puïser som repre- senterar noiigenomgång i me11anfrekvensosciïiatorns utsignaï. Moduiatorn och därmed magnetronen kommer därvid att startas vid den första noiigenomgången i den givna riktningen efter det att prf-signai erhåiiits från den externa gene- ratorn. D Orsaken ti11 denna tidsstyrning av moduiatorn förkiaras med hänvisning ti11 Fig. 2 och 3, viïka visar samma tidsdiagram men med oiika inbördes fas- förhåïianden meïian signaien från den stabi1a osciïiatorn och moduiatorpuis.

I diagrammet a) i båda figurerna visas utsignaien från den stabiia oscil- ïatorn Vstaio som funktion av tiden t och i diagrammet b) visas moduiatorpuisen Vmod. Som exempeï visar Fig. 2 en moduiatorpuis, vars framfiank sammanfalier med en positiv noïïgenomgång i STALO-spänningen, d v s ett fasiäge som kan be- tecknas som no11, medan i Fig. 3 moduiatorpuisens framflank sammanfaiier med ett positivt maximum i STALO-spänningen, d v s ett fasiäge av 90°. Diagram- men Zc) och 3c) visar magnetronens utspänning som funktion av tiden i de båda fa11en, varvid diagrammen visar en ideaïiserad kurvform utan de startfenomen som kan inträffa. Man ser att magnetronen eniigt diagrammet 2c) startar vid ett positivt maximum, d v s 90° före spänningen från den stabi1a osciiiatorn STALO. Eniigt diagrammet 3c) startar megnetronen i detta fa11 vid en negativ nangenomgâng, a v s med fasiäge: 1so°, viiket också är 9o° före motsva- rande STALO-spänning. Genere11t kan sägas att magnetronen aiitid kommer att svänga i ett fasiäge som står i bestämd reiation ti11 fasen hos den tiiiförda 84001 4~0¥3 priming-spänningen, d v s' STALO-spänningen. Detta innebär i sin tur att mellanfrekvenssignalen för ekopul ser som reflekteras från föremål på ett givet konstant avstånd får samma fasläge oberoende av det verkliga fasläget hos hf- svängningen i radarpulsen.

Detta illustreras i diagrammen Zd) och 3d) som visar den mellanfrekvens- signal som erhålles om spänningen från den stabila oscillatorn Vstalo sätts samman direkt med den av magnetronen alstrade hf-signalen, Vmag, vilken sist- nämnda signal kan betraktas såsom en reflekterad signal från ett föremål på avståndet noll. Man ser att mellanfrekvenssignalen i dessa båda fall får samma utseende och fas trots de olika startbetingel serna.

Diagrammen Ze) och 3e) visar utspänningen Vmfo från mellanfrekvensoscilla- torn i två olika faslägen relativt modulatorpulsen och diagrammen 2f) och 3f) visar den bipolära videosignal Vbip som erhålles om mellanfrekvenssignalen Vmf enligt Fig. 2d) eller 3d) detekteras med den ena eller andra oscillatorspän- ningen som referens. I ett första exempel som är visat genom streckad kurva I ligger oscillatorspänningen Vmfo i fas med Vmf. Detta ger enligt Fig. 2f) och 3f) efter detektering i den faskänsliga detektorn D en bipolär videosignal som har värdet noll (samma fasläge hos de Jämförda signalerna). I ett andra exem- pel ligger Vmfo enligt den heldragna kurvan II 90° efter Vmf. Detta ger en- ligt diagrammen Zf) och 3f) ett positivt maxvärde hos den bipolära videosigna- len. En och samma mellanfrekvenssignal ger således helt olika bipolära video- signaler beroende på fasläget hos mellanfrekvensoscillatorns utspänning Vmfo relativt modulatorpulsen. Om den bipolära videosignalen skall vara ett mått på det inbördes fasläget mellan utsänd och mottagen hf-signal och därmed avståndet till reflekterande föremål måste således mellanfrekvensoscillatorns utspänning Vmfo ha en bestämd fas relativt modulatorpulsen.

Genom tidsstyrningen av modulatorn i kombination med priming-styrningen av magnetronen enligt uppfinningen uppnås faskoherens mellan blandningsprodukten av signalerna från magnetronen och den stabila lokaloscillatorn och mellanfrek- vensoscillatorns utsignal. Detta innebär att ekopulsernas fasläge kan relateras till mellanfrekvensoscillatorns fasläge och den bipolära videon kommer bl a att innehålla information om det relativa fasläget hos HF-signalerna i sändpuls och ekopuls.

Uppfinningen kan kombineras med en mottagarkoherent radar av inledningsvis beskrivet slag. Härigenom uppnås att separation av ekon inom och utanför enty- dighetsavstånd bestäms av olika faktorer. Närmare bestämt är möjligheterna till separering på mångtydighetsavstånd en följd av åtgärderna enligt uppfinningen, .i ' ;;'-;,. "~ħ.__ 'mw"" fiifïl-fiüi-'kå medan separeringen inom entydighetsavstånd är en följd av radarns mottagar- koherenta egenskaper.

I den beskrivna utföringsformen används lokaloscillatorns utsignal direkt som priming-styrsignal och skillnaden mellan denna priming-styrsignals frekvens och magnetronens sändfrekvens är lika med den valda mellanfrekvensen. Emeller- tid kan annan priming-frekvens än den stabila oscillatorns frekvens också an- vändas; det enda som är väsentligt är att priming-frekvensen avviker från magnetronens sändfrekvens. Exempelvis kan lokaloscillatorns frekvens transpone- ras till önskad priming-frekvens med hjälp av en blandare under förutsättning att fasläget hos den andra signalen som tillföres blandaren är detsamma vid magnetronens starttidpunkt vid varje sändtillfälle.

Ett otal andra modifikationer är också tänkbara inom uppfinningens ram.

Således kan modulatorn och därmed magnetronen startas vid varje godtyckligt fasläge av mellanfrekvensoscillatorns utsignal. Vid konstant pulsrepetitions- frekvens är det i princip även möjligt att fasstyra mellanfrekvensoscillatorn från modulatorn istället för tvärtom.

Claims (5)

RH e4oo14oßz PATENTKRÅV

1. Koherent radar innefattande en magnetron, en modulator för att driva mag- netronen för alstring och utsändning av HF-pulser, en stabil oscillator som tjänar som lokaloscillator för att genom blandning med av de utsända pulserna förorsakade ekopulser alstra en mellanfrekvenssignal av en frekvens som mot- svarar skillnaden mellan lokaloscillatorfrekvensen och frekvensen hos de utsän- da pulserna samt en oscillator arbetande på mellanfrekvens, vars utsignal till- sammans med den genom blandningen erhållna mellanfrekvenssignalen leds till en faskänslig detektor för att detektera ekopulsen och alstra en signal som bl.a. innehåller information om det inbördes fasläget mellan utsänd och mottagen HF-signal, k ä n n e t e c k n a d av att en från den stabila lokaloscillatorn avledd signal åtminstone vid sändtillfället matas till magnetronens avstäm- ningshälrum och att modulatorn och mellanfrekvensoscillatorn är inbördes tids- styrda på sådant sätt att framflanken av modulatorpulsen och därmed magnetron- pulsen alltid uppträder i ett bestämt fasläge av mellanfrekvensoscillatorns utsignal.

2. Koherent radar enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att den till magnetronens avstämningshålrum matade signalens frekvens avviker från magnetronens sändfrekvens med ett belopp, som är lika med mellanfrekvensen.

3. Koherent radar enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att modulatorn är tidsstyrd från mellanfrekvensoscillatorn.

4. Koherent radar enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att modulatorn är styrd av en nollgenomgâng i mellanfrekvensoscillatorns utsignal.

5. Koherent radar enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d av att den HF-signal som utnyttjas såsom lokaloscillatorspänning och den signal som matas till magnetronens avstämningshälrum är avledda från en och samma stabila oscillator. ..-n~|..-«--"""'" '- :T-:fffw - t..- e--w k ¿_¿3¿ _..