DE1146143B - Verfahren zur Verbesserung der Winkelaufloesung eines Radargeraetes und Korrekturnetzwerk hierfuer - Google Patents

Description

INTERNAT.KL. H 04 P

DEUTSCHES

PATENTAMT

I16745IXd/21a*

ANMELDETAG: 17. JUH 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFTt 28. MÄRZ 1963:

Es wurden bereits verschiedene Radarsysteme mit Panoramaanzeige vorgeschlagen, bei denen man versuchte, die Winkelauflösung bis zu einem Bruchteil der Antennenstrahlbreite zu vergrößern. In einem dieser bekannten Systeme wird ein schmaler Tor- S impuls verwendet, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Umhüllenden der von den Zielen reflektierten Radarimpulse koinzidiert, so daß durch Veränderung der Breite dieses Torimpulses und Heraustrennung eines gleich breiten Abschnittes aus der Umhüllenden diese Umhüllende verschmälert wird, was im Endeffekt einer Verschmälerung der Antennenstrahlbreite entspricht. Mit einem derartigen System ist es nur möglich, die Winkelauflösung für ein einziges Ziel zu verbessern. Treten zwei oder mehr eng benachbarte Ziele auf, die innerhalb einer Antennenstrahlbreite liegen, so können bei einem derartigen System Richtungsfehler auftreten, die größer als eine Antennenstrahlbreite sind. Ebenso treten Fehlanzeigen dadurch auf, daß die zwei oder mehr benachbarten Ziele auf dem Bildschirm als ein einziges Ziel dargestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Radarsystem zu schaffen, bei dem diese Nachteile nicht auftreten.

Das Verfahren nach der Erfindung zur Verbesserung der Winkelauflösung eines mit Umlauf oder Schwenkung und mit Zweikoordinatenanzeige arbeitenden Impuls-Radargerätes ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllende der Gesamtheit der von den Zielen eines ausgewählten Entfernungsbereichs stammenden Echoimpulse abgeleitet wird, daß die Maxima der Umhüllenden durch ein Korrektionsnetzwerk versteuert werden, daß die versteuerte Umhüllende zur Modulation der Implitude von Hilfsimpulsen mit der Wiederholungsfrequenz der Radarimpulse herangezogen wird, die in einer Phasenlage zu den ausgesendeten Impulsen erzeugt werden, die den jeweils anzuzeigenden Entfernungsbereich charakterisiert, und daß diese modulierten Hilfsimpulse der Anzeige zugeführt werden.

Nach einer Ausführungsart des Verfahrens nach der Erfindung erfolgt die Versteilerung der Umhülenden in Gestalt einer 2 «-maligen Differentiation — wobei η eine beliebige ganze Zahl und insbesondere gleich 2 ist —, und die ursprüngliche Umhüllende wird am Ausgang des Differentiationsgliedes zum Differentiationsprodukt addiert.

Verfahren, die die Lösung der Aufgabe, deren Lösung auch die Erfindung gewidmet ist, zum einen oder anderen Teil anstreben, und die ebenfalls mit Differentiation bzw. einer Operation arbeiten, die Verfahren zur Verbesserung

der Winkelauflösung eines Radargerätes und Korrekturnetzwerk hierfür

Anmelder:

International Standard Electric Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt, Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 18. Juli 1958 (Nr. 749 506)

Sidney William Lewinter, Verona, N.J. (V.St.A.), ist als Erfinder genannt worden

einer Differentiation ähnlich ist, sind bereits vorgeschlagen, jedoch nicht vorveröffentlicht worden.

Die Teilaufgabe, den genauen Ort eines Objektes aus der Hüllkurve der Echoimpulse zu bestimmen, sucht ein Vorschlag zu lösen, nach dem die Hüllkurve einmal differenziert wird. Der Schnittpunkt der Kurve erster Ableitung mit der Bezugslinie ergibt den Ort des Objektes. Nach einer Alternative ergibt sich der Ort als Schnittpunkt der von links nach rechts und von rechts nach links ermittelten Integrationskurven der Hüllkurve. Die Differentiation erfolgt punktweise durch Abtastung jeweils zweier Speicher aus einer Vielzahl von Speichern, in die die Hüllkurve punktweise eingeschrieben ist, mittels zweier Tastschalter und durch Vergleich der Tastwerte. Hier erfolgt also weder eine Versteilerung der Maxima der Hüllkurve am originalen Ort noch eine Differentiation durch ein Netzwerk. Wie auf diese Weise die andere Aufgabe, nämlich die Trennung der Maxima zweier dicht benachbarter Objekte, bewerkstelligt werden soll, ist im Vorschlag weder ausgesagt noch aus ihm ersichtlich.

Mit der Lösung dieser anderen Aufgabe befaßt sich indessen ein anderer Vorschlag. Auch nach ihm müssen die Echoimpulse gespeichert vorliegen, im Beispiel auf einer magnetischen Trommel aufgezeichnet. Es sind zwei Abnahmeköpfe vorgesehen, deren Wicklungen gegensinnig in Reihe liegen. Die Schaltung ist so getroffen, daß nur dann eine Anzeige der

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abgelesenen Impulse erfolgt, wenn derjenige mit einer bestimmten Polarität größer ist als der andere. So ist erreicht, daß Einzelimpulse nur zur Zeit des Ansteigens der Hüllkurve angezeigt werden, während die abfallenden Flanken unterdrückt werden. Hierauf beruht die Auflösung zwischen zwei dicht benachbarten Maxima der Hüllkurve.

Es handelt sich um einen Vorgang, der hinsichtlich der ansteigenden Flanken der HüUkurve einer

Demodulators nachgeschaltet, so daß nur die von Zielen reflektierten Echoimpulse weitergegeben werden, die innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen. Der Multivibrator 14 wird durch die Phantastron-Verzögerungsschaltung 15 gesteuert, die, wiederum vom Ablenkimpulsgenerator 7 über eine Differenzierschaltung 17 gesteuert, jedesmal beim Auftreten eines, Ablenkimpulses einen in der Breite veränderbaren Bereichsimpuls erzeugt. Die Breite dieser variablen

einmaligen Differentiation ähnlich ist. Das Maximum io Impulse wird mechanisch vom Antennenrotationsder Hüllkurve der Ableitung verlagert sich auf den motor 11 über das Untersetzungsgetriebe 16 gesteuert. Punkt größter Flankensteilheit der originalen Hüll- Die Bereichsimpulse mit variabler Breite werden von kurve, zudem tritt keine Versteilerung der Anstiegs- der Schaltung 15 mit negativer Polarität dem Diffeflanke des Maximums der Hüllkurve ein. Eine Lö- rentiationsglied 18 zugeführt, an dessen Ausgang sung für die genauere Ortsbestimmung eines einzigen 15 dann positive und negative Impulse auftreten. Die Objektes bzw. der Lage eines einzigen Maximums ist positiven Impulse, die sich aus der Hinternanke der in diesem Vorschlag nicht enthalten und auch nicht Bereichsimpulse ergeben, werden als Steuerimpulse aus ihm ersichtlich. dem monostabilen Multivibrator 14 zugeführt. Dieser

Nach einer anderen Ausführungsart des Verfah- Multivibrator 14 erzeugt Impulse geeigneter Breite, rens nach der Erfindung erfolgt die Versteilerung der so mit denen die Helligkeit des Schreibstrahles der Ka-Umhüllenden mittels eines Übertragungsgliedes, das thodenstrahlröhre 10 gesteuert, d. h. in diesem Falle

vergrößert wird.

Das Untersetzungsverhältnis des Getriebes 16 wird vorzugsweise so gewählt, daß für jede Umdrehung der Antenne und damit für jede Umdrehung der Ablenkspulen 9 sich die Breite der von der Schaltung 15 erzeugten Bereichsimpulse um einen bestimmten Betrag und für eine vorbestimmte Zahl von Antennenumdrehungen innerhalb eines vorbestimmten größeren Bereiches, so z. B. zwischen Minimum und Maximum, ändert.

Das Ausgangssignal der Torschaltung 13 besteht aus den von den Zielen reflektierten Impulsen innerhalb des Bereiches, der durch die Breite der von der Schaltung 18 kommenden Bereichsimpulse bestimmt wird. Dieses Ausgangssignal wird über das die Umhüllende bildende und sie verändernde Netzwerk 20 der Helligkeitssteuerung 19 der Kathodenstrahlröhre 10 zugeführt. Die Helligkeitssteuerung 19 kann z. B. aus einem Shunt-Widerstand 22 und einem variablen Widerstand 21 bestehen, durch den die Amplitude der Impulssignale festgelegt wird, die einen Leuchtfleck auf dem Schirm der Röhre hervorrufen.

Das Netzwerk 20 hat die Aufgabe, die Umhüllende Fig. 1 zeigt ein typisches Impuls-Radarsystem zur 45 der reflektierten Impulse zu bilden und zu verschmä-Bestimmung der Entfernung und Richtung von Zie- lern und dadurch die Winkelauflösung der in dieser len mit Panoramadarstellung dieser Größen auf einer Umhüllenden enthaltenen und auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre. Von der Sende- und Empfangs- Röhre 10 darzustellenden Ziele zu verbessern. Eine antenne 1 werden ein schmaler Antennenstrahl 2 aus- Methode hierzu besteht, wie in Fig. 1 dargestellt, gesendet und die von Zielen, so z.B. den ZielenX 5° darin, das Ausgangssignal der Bereichs-Torschaltung und Y, reflektierten Impulse, die innerhalb einer 13 einem Tiefpaß 23 zuzuführen, an dessen Ausgang Antennenstrahlbreite liegen und die gleiche Ent- dann lediglich die Umhüllende der reflektierten Imfernung haben, empfangen. Die Kathodenstrahlröhe pulse auftritt. Die Umhüllende wird vom Tiefpaß 23

10 ist vorzugsweise eine Speicherröhre, die das Bild einem Korrektionsnetzwerk 24 zugeführt, das ein Gefür eine bestimmte Zeit, die zur Darstellung des gan- 55 samtübertragungsmaß hat, durch das die Umhüllende zen Bereiches nötig ist, speichern kann. Der Strah- verschmälert wird. Diese verschmälerte Umhüllende ler 3 der Antenne ist über den Sende-Empfangs- wird dann der Torschaltung 25 zugeführt, in der sie Schalter 4 mit dem Empfänger und dem Demodula- die vom Multivibrator 14 kommenden Impulse tor 5 und dem Sender 6 verbunden. Der Sender 6 moduliert, die dann der Helligkeitssteuerung 19 zuwird von dem Ablenkimpulsgenerator 7 gesteuert, 60 geführt werden.

der gleichzeitig den Sägezahngenerator 8 steuert, der Die Wirkungsweise des die Umhüllende bildenden

die Ablenkspannungen für die rotierenden Ablenk- und verändernden Systems 20 sei an Hand der in spulen 9 der Kathodenstrahlröhre 10 erzeugt. Die Fig. 5 dargestellten Kurvenzüge näher erläutert. So Antenne 1 wird durch den Antennenrotationsmotor trete z. B. am Ausgang der Torschaltung 13 eine

11 gedreht, der gleichzeitig über das Getriebe 12 die 65 Folge von von einem bestimmten Ziel reflektierten Im-Ablenkspulen 9 antreibt. pulsen auf, wie sie durch den Kurvenzug A in der

Die vom Multivibrator 14 gesteuerte Entfernungs- Fig. 5 dargestellt ist. α bedeutet darin den Richtungsbereichs-Torschaltung.13 ist dem Empfänger und winkel des Antennenstrahles. Am Ausgang des Tief-

die höheren Frequenzen in der Amplitude relativ zu den niedrigeren anhebt.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines typischen Radarsystems mit Panoramaanzeige und mit einem die Umhüllende der reflektierten Radarimpulse verändernden Netzwerk zur Verbesserung der Winkelauflösung der georteten Ziele,

Fig. 2 das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles eines die Umhüllende verändernden Netzwerkes,

Fig. 3 das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles eines die Umhüllende verändernden Netzwerkes,

Fig. 4 die Durchlaßkennlinie des die Umhüllende verändernden Netzwerkes,

Fig. 5 verschiedene Kurvenzüge zur Erläuterung der Wirkungsweise des Blockschaltbildes nach Fig. 1 und des in Fig. 2 dargestellten Netzwerkes und

Fig. 6 verschiedene Kurvenzüge zur Erläuterung der Wirkungsweise des Netzwerkes nach Fig. 2 zur Verbesserung der Winkelauflösung bei dicht benachbarten Zielen.

passes 23 ergibt sich dann die Umhüllende der reflektierten Impulse, wie sie im Kurvenzug B dargestellt ist. Durch ein Ausführungsbeispiel des Korrektionsnetzwerkes 24, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, wird der Kurvenzug B viermal differenziert. Nach jeder Differentiation ergibt sich ein Signal, wie es durch die Kurvenzüge C, C, D und D' dargestellt ist. Diese Kurvenzüge sind die erste, zweite, dritte und vierte Ableitung der Umhüllenden. Die vierte Ableitung D' wird zu der Umhüllenden B addiert, so daß sich der resultierende Kurvenzug E ergibt. Die sich durch die mehrfache Differentiation des Kurvenzuges B (Umhüllende) ergebende leichte Verzögerung kann vernachlässigt oder durch geeignete Eichung kompensiert werden, da sich die ursprüngliche Umhüllende über einen Bereich von α erstreckt, dessen äquivalente Zeitdauer, verglichen mit der durch die Differentiation hervorgerufenen Verzögerung, sehr groß ist.

Am Ausgang der Torschaltung 25 ergibt sich die durch den Kurvenzug F dargestellte korrigierte Impulsfolge, die dann der Kathodenstrahlröhre 10 zur Helligkeitssteuerung zugeführt wird. Der veränderliche Widerstand 21 wird so eingestellt, daß die Kathodenstrahlröhre 10 nur durch Impulse hellgesteuert wird, die den Pegel 26 im Kurvenzug F überschreiten. Die Kathodenstrahlröhre 10 wird also nur während des Winkelbereiches Δ α hellgesteuert, der einen wesentlich kleineren Richtungswinkel umfaßt als die ursprünglich im Kurvenzug A dargestellte Impulsfolge.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines die Umhüllende verändernden Netzwerkes dargestellt, wie es in einem System nach Fig. 1 verwendet werden kann. Dieses Netzwerk besteht aus einer Serie von aus je einem Kondensator und einem Widerstand bestehenden Differentiationsschaltungen C₁ R₁ bis C₄ i?₄. Jede dieser aufeinanderfolgenden Schaltungen differenziert das Eingangssignal E₁ (Kurvenzug B in Fig. 5), so daß dessen vierte Ableitung am Widerstand R₄ auftritt. Über den Widerstand R₅ wird das Eingangssignal zu dem Spannungsvorlauf am Widerstand A₄ addiert, so daß an den Ausgangsklemmen schließlich die Summe E₀ aus dem Eingangssignal und der vierten Ableitung (Kurvenzug E in Fig. 5) abgenommen werden kann.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Netzwerkes zur Veränderung der Umhüllenden. Es besteht aus einer Kette von Trioden 25 bis 28, die über große Kapazitäten miteinander gekoppelt, und deren Anoden über gleiche ÄL-Serienschaltungen A₁₁ L₁ bis i?₁₄ L₄ mit der Anodenspannungsquelle B verbunden sind. Durch die i?L-Schaltungen in den Anodenleitungen werden die höherfrequenten Komponenten des Eingangssignals E₁ weitaus höher verstärkt als die niederfrequenten Komponenten. Durch die großen Koppelkapazitäten werden alle an der Anode einer Röhre auftretenden Frequenzen gleichmäßig zum Gitter der nächsten Stufe übertragen. Für die niederfrequenten Komponenten des Eingangssignals E,- wirkt L₁ als eine niedrige Impedanz, d. h. für die Komponenten ist das Ausgangssignal der Triode 25 klein. Es wird über den auch für diese Frequenzen als niedrige Impedanz wirkenden Koppelkondensator C₂₁ und den Widerstand i?₄₁ dem Gitter der Triode 26 bzw. über C₂₂ R_i2 bis C₂₄ .R₄₄ den weiteren Trioden zugeführt." Andererseits wirkt L₁ für die höherfrequenten Komponenten des Eingangssignals E₁ als hohe Impedanz, d. L, für diese Komponenten ist das Ausgangssignal der Triode 25 groß. Das Ausgangssignal der Triode 25 wird mithin über den Widerstand .R₄₁ vollständig der nächsten Stufe (Triode 26) zugeführt. So werden also innerhalb eines vorbestimmten Bereiches die höherfrequenten Komponenten wesentlich höher verstärkt als die niederfrequenten. Die einzelnen Werte der Schaltung nach Fig. 3 können so gewählt werden, daß sich ein Frequenzgang ergibt, wie er durch die ausgezogene Linie in Fig. 4 dargestellt ist, nach der die Verstärkung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches mit der Frequenz / ansteigt. Der Frequenzgang einer Schaltung nach Fig. 2 (A₅ entfernt) ist durch die ge-

strichelte Linie in Fig. 4 dargestellt, wobei die Steilheit des ansteigenden Astes etwa 6iVdb pro Oktave beträgt, worin N die Zahl der RC-Stufen bedeutet. Für die Frequenzkomponenten im Eingangssignal E₁, die unterhalb des vorbestimmten Bereiches liegen,

verläuft die Frequenzgangkurve flach, da für diese sehr niederfrequenten Komponenten die Wechselstromwiderstände von z. B. L₁ und C₂₁ sehr klein, verglichen mit R₁₁ und i?₄₁, sind.

Um die durch das Verfahren nach der Erfindung

erzielte Verbesserung der Winkelauflösung weiter zu erläutern, sei angenommen, daß, wie in Fig. 1 dargestellt, zwei Ziele X und Y vorhanden sind, die in gleicher Entfernung und innerhalb einer Antennenstrahlbreite liegen. Der Kurvenzug G in Fig. 6 zeigt

die Umhüllende der von den Zielen X und Y reflektierten Impulse (für Ziel Y gestrichelt). Diese Umhüllenden treten ineinanderfließend am Ausgang des Filters 23 in der im Kurvenzug H dargestellten Form auf, bei der es kaum möglich ist, zwischen den Zielen X und Y zu unterscheiden. Durch das Korrektionsnetzwerk 24 werden die vierte Ableitung der Umhüllenden des Zieles X und die vierte Ableitung der Umhüllenden des Zieles Y, die im Kurvenzug / dargestellt sind, zu dem Kurvenzug H addiert, so daß sich am Ausgang des Korrektionsnetzwerkes 24 die korrigierte Umhüllende^ ergibt. Durch die Transformation der im Kurvenzug H dargestellten, beide Ziele umfassenden Umhüllenden in die durch den Kurvenzug K dargestellte Umhüllende ergibt sich also eine wesentliche Verbesserung der Winkelauflösung in bezug auf die Ziele X und Y. Diese Umhüllende K wird dann, wie es weiter oben bereits für die Umhüllende E beschrieben wurde, in der Torschaltung 25 getastet und die daraus resultierende Impulsfolge

der Helligkeitssteuerung der Kathodenstrahlröhre 10 zugeführt. Auf dem Schirm dieser Röhre lassen sich dann die beiden Ziele Z und Y wesentlich besser unterscheiden, als es ohne Korrektion der Umhüllenden möglich gewesen wäre.

Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht auf Radargeräte mit Panoramadarstellung beschränkt, sondern es läßt sich, wie für den Fachmann klar ist, auch bei einem beliebigen anderen Anzeigemodus mit Zweikoordinatendarstellung verwenden.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Verbesserung der Winkelauflösung eines mit Umlauf oder Schwenkung und mit Zweikoordinatenanzeige arbeitenden Impuls-Radargerätes, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllende (Fig. 5 B, 6H) der Gesamtheit der von den Zielen eines ausgewählten Entfernungsbereichs stammenden Echoimpulse (Fig. 5A) ab-

geleitet wird (Filter 23), daß die Maxima der Umhüllenden durch ein Korrektionsnetzwerk (24) versteuert werden, daß die versteuerte Umhüllende (Fig. 5 E, 6K) zur Modulation der Amplitude von Hufsimpulsen mit der Wiederholungsfrequenz der Radarimpulse herangezogen wird, die in einer Phasenlage zu den ausgesendeten Impulsen erzeugt werden, die den jeweils anzuzeigenden Entfernungsbereich charakterisiert, und daß diese modulierten Hilfsimpulse der Anzeige zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteilerung der Umhüllenden in Gestalt einer 2n-maligen Differentiation — wobei η eine beliebige ganze Zahl und insbesondere gleich 2 ist — erfolgt und daß die ursprüngliche Umhüllende (Fig. 5 B, 6H) am Ausgang des Differentiationsgliedes (Fig. 2) zum Differentiationsprodukt (Kurve D' in Fig. 5D; 61) addiert wird (über Widerstand R₅ in Fig. 2).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteilerung der Umhüllenden mittels eines Übertragungsgliedes als Korrekturnetzwerk (24) erfolgt, das die höheren Frequenzen in der Amplitude relativ zu den niedrigeren anhebt.

4. Korrekturnetzwerk zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch über Widerstands-Kapazitäts-Glieder CR₄₁ ... A₄₄, C₂₁... C₂₄), deren Kapazitäten so groß

gewählt sind, daß sie die anliegenden Signalamplituden annähernd frequenzunabhängig übertragen, in Kakade gekoppelte Verstärkerstufen (Verstärkerelemente 25 ... 28) mit Widerstands-Induktivitäts-Gliedern (U₁₁... i?₁₄, L₁... L₄) in den Anodenleitungen, durch die eine gewünschte, höhere Verstärkung der höheren Frequenzen eintritt.

5. Verfahren nach Ansprach 1, 2 oder 3, allenfalls unter Benutzung des Korrektionnetzwerks nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Impulsgenerator (14 in Fig. l) erzeugten Hilfsimpulse einerseits einer dem Empfänger (5) nachgeordneten, normalerweise gesperrten Entfernungsbereichs-Torschaltung (13) zu deren öffnung, andererseits einer normalerweise — gewünschtenf alls vermöge eines einstellbaren Sperrpotentials (Linie 26 in Fig. 5F) —_; gesperrten Ausgangs-Koinzidenz-Torschaltung (25), an die ferner die korrigierten Umhüllenden (z. B. Fig. 5E) angelegt sind, zugeführt werden, derart, daß von der letzteren nur dann die mit der Umhüllenden modulierten Hilfsimpulse als Ausgangsimpulse (Einzelimpulse der Fig. 5F) abgegeben werden, wenn der Augenblickswert der Umhüllenden einen vorgegebenen Wert übersteigt.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 1035 709, 1063 659.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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