DE2164241C3

DE2164241C3 - Impulsradargerät mit einer Einrichtung zur genauen Ermittlung einer Zielwinkelkoordinate durch Zielanfang/ Zielende-Mittelwertbildung

Info

Publication number: DE2164241C3
Application number: DE2164241A
Authority: DE
Inventors: Bernard Alphonse Jacques Paris Ziegler
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1970-12-29
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1979-05-17
Also published as: DE2164241B2; FR2119850B1; US3768097A; DE2164241A1; GB1364110A; FR2119850A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Radargerät wie im Oberbegriff des Patentanspruchs angegeben. Ein derartiges Radargerät ist aus Proc. IEE 107 B (1960) suppl.19 (März) Seiten 36 bis 46 bekannt

Impulsdopplerradargeräte, anhand deren die Erfindung erläutert wird, sind aus dem Buch »Radar Handbook« von M. I. S k ο 1 η i k, McGraw-Hill-Verlag, New York 1970, insbesondere aus dem Kapitel 17, bekannt

Bei Impulsdopplerradargeräten wird die Entfernung aus der Signallaufzeit vom Gerät zum Ziel und zurück bei mehreren Sendeimpulsen ermittelt Man teilt dabei häufig den Erfassungsbereich des Radargerätes mittels sogenannter Entfernungstorschaltungen, die nur eine bestimmte Zeit nach jedem Sendeimpuls geöffnet sind, in Entfernungsbereiche ein. Die Zeit, während der die Entfernungstorschaltung geöffnet ist, hängt von der Tiefe dieses Bereiches ab. Die aneinander anschließenden Entfernungsbereiche werden durch aufeinanderfolgendes öffnen der Entfernungstorschaltungen angeschaltet Dieses Anschalten erfolgt einmal in jeder Impulsperiode. Auf diese Weise kann man die Bewegung der Ziele in den Entfernungsbereichen verfolgen und zu jeder Zeit die Entfernung des Zieles vom Radargerät bestimmen.

Bei kohärenten Impulsdopplerradargeräten wird das Ausgangssignal des Phasendetektors auf solche Entfernungstorschaltungen gegeben, und jeder Entfernungstorschaltung folgt eine Schaltung zur Unterdrückung von Festzielechos. Die Schaltung zur Eliminierung der Festzielechos und die Entfernungstorschaltung zusammen werden im folgenden als Bereichswähler bezeichnet Dazu gehört eine sogenannte »Boxcar«-Abtastschaltung (siehe z. B. Electronic Engineering, April 1971, Seite 36, 37), ein Dopplerfilter, das nur Frequenzen zwischen einigen Hertz und der halben Sendeimpulsfrequenz durchlast, eine Gleichrichterschaltung, eine Integrationsschaltung, z.B. einen Tiefpaß, und eine Schwellenschaltung. Das Tiefpaßfilter läßt nur die durch Hie Antennenbewegung entstandene Amplitudenmodulation durch. Die Dauer dieses Signals ist gleich der Zielerfassungsdauer.

Aus diesem Signal soll die genaue Zielkoordinate ermittelt werden. Dies kann man dadurch erreichen, daß s je Endernungsbereich der während einer Antennenbswegung bei der ersten Erfassung des Ziels vorhandene Winkelwert der Antenne festgestellt und gespeichert wird, daß der bei der letzten Erfassung des Ziels vorhandene Winkelwert der Antenne festgestellt wird

ίο und daß die beiden Winkelwerte addiert und die Summe halbiert wird.

Die Zielbestimmung, die auf die bekannte Weise erfolgt, ist von einem zielabhängigen und einem zielunabhängigen Fehler behaftet Dies ist beispielsweise aus Wiss. Ber. AEG-TELEFUNKEN 42 (1969) 1 (24. September) Seiten 39 bis 48 bekannt

Bei einem Radargerät wird beispielsweise in den einzelnen Entfernungsbereichen jeweils eine Serie von Impulsen, deren Amplituden jeweils entsprechend dem Strahlungsdiagramm der Antenne moduliert sind, empfangen. Diese Impulse werden einem Tiefpaßfilter zugeführt, dessen Ausgangssignal unsymmetrisch ist (Durchlaßverhalten des Filters; die eine Flanke ist um so langer, je größer die Signalamplitude ist). Dadurch werden variable Fehler verursacht

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Fehler zu beseitigen.

Die Lösung erfolgt mit den im Patentanspruch angegebenen Mitteln.

Mit dem erfindungsgemäßen Radargerät erzielt man eine höhere Meßgenauigkeit Fehler, die von der »Boxcar«-Abtastschaltung oder von der Asymmetrie, die vom Antennenstrahlungsdiagramm und von der Entfernung herrührt, verursacht werden, werden nahezu beseitigt

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beispielsweise näher erläutert Es zeigen

Fig.la—Ig die in den Zeichnungen verwendeten Schaltzeichen,

«° Fig. 2 ein Blockschaltbild,

F i g. 3 ein Schaltbild der Schaltung CN als Beispiel für eine der Schaltungen Cl bis CNnach F i g. 2 und
F i g. 4 ein Signaldiagramm für F i g. 3.
Fig. la zeigt eine UND-Schaltung, Fig. Ib eine ODER-Schaltung und Fig. Ic eine Mehrfach-UND-Schaltung, die in der Figur aus 4 UND-Schaltungen besteht von denen jede einen ersten Eingang hat, der mit einer Leitung 91« verbunden ist und einen zweiten Eingang, der mit der gemeinsamen Leitung 9ib verbunden ist Diese UND-Schaltung wird als »vorbereitet« bezeichnet, wenn ein Signal an diesem Eingang liegt, und »geöffnet«, wenn alle Eingänge gleichzeitig ein Signal habea
F i g. Id zeigt ein Flip-Flop, auf das ein Steuersignal an einen seiner Eingänge 92-1 bzw. 92-0 gelangt damit es in den 1-Zustand bzw. in den O-Zustand schaltet Eine Spannung mit der gleichen Polarität wie das Steuersignal tritt dann am Ausgang 93-1 bzw. 93-0 auf. Ist das Flip-Flop mit β 1 bezeichnet, dann bedeutet dies, daß es

sich im 1-Zustand befindet, ist es dagegen mit Bl bezeichnet, dann bedeutet dies, daß es sich im 0-Zustand befindet

F i g. Ie zeigt ein LeitungsbündeL Im Beispiel besteht es aus 5 Leitungen.

Fig. If zeigt einen Codeumsetzer, der im Beispiel einen 4-Bit-Binärcode auf dem Bündel 94a geschlossen in l-aus-16-Code umsetzt Für jede Kombination der Signale auf den vier Eingangsleitungen tritt somit nur an

einem Ausgang ein Signal auf.

Fig. Ig zeigt einen vierstelligen Binärzähler mit 16 möglichen Stellungen. Der Zähler wird durch Impulse auf der Leitung 94cgesteuert

In der Fig.2 ist ein Blockschaltbild der Erfindung gezeigt Es sind N En tfernungsto-schaltungen, im folgenden Bereichswähler genannt, 51 bis 5 N vorgesehen, auf die die Ausgangssignale vom Phasendetektor eines kohärenten Impulsdopplerradargerätes 1 gegangen. Zu difcicn gehören, wie gezeigt, N Verstärkerbe- to grenzer Λ1 bis A Nund NVergleicher Cl bis CN, die in Verbindung mit der Abtastschaltung 2 die Zeitpunkte der Vorder- und Ruckflanke der Echos in einem gegebenen Entfernungsbereich ermitteln. Weiter sind vorgesehen: Ein Binärzähler 3 für die Antennenstellung, ein erster Speicher Af 1 mit Zugriffsschaltungen 5,6 und 7 zum Speichern von N Codewörtern für die Koordinate, eine Rechenschaltung 8 zur Berechnung des Koordinatencodes aus dem Echoanfangs- und Echoendcode, eine Mehrfach-UND-Schaltung 26 zur Übertragung der Information zwischen den verschiedenen Registern, eine Taktschaltung CU, ein Flip-Flop B und Steuerschaltungen D und F für die verschiedenen Torschaltungen und Register 38 bzw. 39, in denen der Koordinatencode und der Bereichscode des Echos gespeichert werden.

Die Bereichswähler 51 bis SN wurden in der Einleitung beschrieben und sind zudem bekannt, so daß eine ausführliche Beschreibung nicht mehr erforderlich ist

Die Begrenzerverstärker Ai bis AN sind ebenfalls bekannt Sie dienen dazu, das amplitudenmodulierte Echosignal in ein Rechtecksignal umzuwandeln, dessen Vorder- und Rückflanke den Echoanfang und das Echoende definiert F i g. 4a zeigt ein solches Rechtecksignal.

Die Abtastschaltung 2 enthält einen Binärzähler 28 und eine Dekodiereinrichtung 29 mit N Ausgangsleitungen 29i bis 29m die jeweils mit einem der Vergleicher Cl bis CN verbunden sind Zur Vereinfachung wird angenommen, daß der Zähler 28 η Stufen hat so daß 2"- N ist, und daß der Zähler 28 durch jeden Impuls der Taktschaltung CU, der über die UND-Schaltung 22 eintrifft um einen Schritt weitergeschaltet wird

Der Antennenstellungszähler 3 besteht aus einem m-steiligen Binärzähler 30 (der synchron mit der Antennendrehunß weitergeschaltet wird und zwar mittels der Impulse a, die von der Antenne kommen, wenn sie sich dreht), und aus einem Register 31, in dem nacheinander die Antennenstellungscodes, die vom so Zähler 30 geliefert werden, gespeichert werden. Die Übertragung vom Zähler zum Register erfolgt über die Mehrfach-UND-Schaltung 24, die von einem Signa! auf der Leitung b gesteuert wird Auf der Leitung b ist eine Impulsfolge vorhanden, deren Frequenz doppelt so hoch ist wie die Frequenz der Fortschalteimpulse für den Zähler 30 und deren Impulse zwischen diesen Fortschalteimpulsen liegen. Ist das Signal ITi oder die Signalkombination

Fl · Fi · F3

vorhanden, dann kann die Übertragung zwischen 30 und 31 nur erfolgen, wenn das Register 31 nicht gerade gelesen wird

Fig. 3 zeigt einen der Vergleicher Cl bis CN nach F i g. 2, und zwar CN; der Vergleicher dient dazu, in jedem Entfernungsbereich den Echoanfang und das enthält zwei UND-Schaltungen 40 und 41, einen Inverter 42 und ein FUp-Fk)]J 43. Auf jede UND-Schaltung gelangen drei Signale, d. h, das Ausgangssignal des Verstärkerbegrenzers (Fig.4a) gelangt direkt auf die UND-Schaltung 40 und sein Komplement (F i g. 4d) auf die UND-Schaltung 41; Impulse vom entsprechenden Ausgang der Abtasteinrichtung 2 (Fi g. 4b) gelangen auf beide UND-Schaltungen. Das O-Ausgangssignal des Flip-Flops 43 gelangt auf die UND-Schaltung 40 und das 1 -Ausgangssignal auf die UND-Schaltung 41.

Die in Fig.3 gezeigte Schaltung arbeitet wie folgt: Wenn das Radargerät 1 eingeschaltet wird, gelangt ein Impuls über die Leitung 44 der ODER-Schaltung 45 und stellt das Flip-Flop 43 in den 0-Zustand Der erste Impuls des Prüfsignals, das mit dem Ausgangssignal des Bereichswählers zusammenfällt gelangt über die UND-Schaltung 40 und ergibt den Echoanfangsimpuls (Fig.4c). Dieser Impuls gelangt auf das Flip-Flop 43 und bringt es in den 1-Zustand (Fig.4f). Dieses Umschalten erfolgt nur mit der Vorderflanke des Impulses.

Der erste Prüfimpuls, der nach der Rückflanke des Ausgangssignals des Bereicliswählers auftritt, gelangt über die UND-Schaltung 41 und bestimmt das Echoende (Fig.4e). Dieser Impuls dient dazu, das Flip-Flop 43 in den 0-Zustand zurückzustellen (F i g. 4f> F i g. 4f zeigt das Signal am 1-Ausgang des Flip-Flops 43 und Fig.4g das Komplement das am 0-Ausgang austritt

Der Speicher Mi dient zum Speichern von N · m-stelligen Binärwörtern, wobei jedes Binärwort einem Antennenstellungscode entspricht d.h. wie später beschrieben wird, der Antennenstellung bei Echobeginn. Der Speicher M ist beispielsweise ein wortorganisierter Kernspeicher mit N Zeilen mit m Kernen. Die Zugriffsschaltungen 5,6 und 7 sind aus der Kernspeichertechnik bekannt

Die Recheneinrichtung 8 enthält einen ersten Addierer 32, der die Modulo-2^fl>-Summe der beiden Antennenstellungscode bildet Ein Subtrahierer 35 bildet die Modulo-2^m-Differenz der beiden Antennenstellungscode. Ein Festwertspeicher Af 2, beispielsweise eine Diodenmatrix, mit Zugriffsschaltungen 36 und 37, speichert die Korrekturwerte, die zur halben Summe der Antennenstellungscode addiert werden, um das Maximum des Echos zu erhalten. Die UND-Schaltungen 16 und 19 bewirken die hierzu erforderlichen Informationsübertragungen.

Die Korrekturwerte, die im Festwertspeicher Af 2 gespeichert sind, berücksichtigen die sich aufgrund der Signalverarbeitung ergebende Verzögerung und die Asymmetrie des Ausgangssignals des Bereichswählers.

Wenn das Ausgangssignal des Beieichswählers symmetrisch wäre, wäre ein« Korrektur entsprechend der Signalverarbeitungszeit ausreichend Das Signal ist jedoch nicht symmetrisch, da die Vorderflanke des Impulses verlängert ist Je größer die Signaiamplitude ist, desto größer ist diese Verzerrung der Impulsvorderflanke. Aus diesem Grunde wäre eine Zielkoordinate, die aus der halben Summe errechnet würde, größer als der tatsächliche Koordinatenwert Der Korrekturwert, der zum Ausgleich der Asymmetrie erforderlich ist, muß negativ sein. Da die Korrektur wegen der Signalverarbeitungszeit ebenfalls negativ ist, ist der gesamte Korrekturwert negativ.

Die Steuergeneratoren D und F liefern die Signale Di bis D3 und Fl bis F7 und deren Komplemente, i i i Ehfi! (Shl 5

Echoende zu bestimmen. Die Schaltung nach F i **. 3 wenn sie mit einem Echoanfan^ssi^Tia! 'Schaltun™ Z3*

oder mit einem Echoendesignal (Schaltung F) von den Vergleichern angesteuert werden. Diese Steuersignale sind sehr kurze Impulse und die Schaltungen D und F können daher je aus einem Zähler mit nachgeschalteter Dekodiereinrichtung bestehen, wobei der Zähler von jedem Impuls der Taktschaltung CU weitergeschaltet wird.

Es wird nun die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 2 beschrieben. Es wird dazu angenommen, daß ein Echo in dem Entfernungsbereich auftritt, der durch den Bereichswähler 51 bestimmt ist Die Schaltung Ci liefert dann einen Impuls, der den Echoanfang bestimmt Dieser Impuls gelangt Ober die ODER-Schaltung 9 zur ODER-Schaltung 11. Das Flip-Flop B, das beim Einschalten des Radargerätes mittels eines Impulses auf der Leitung 44 in den 1-Zustand geschaltet wurde, schaltet in den O-Zustand. Hierdurch wird die UND-Schaltung 22 gesperrt und verhindert, daß weitere Impulse von der Taktschaltung CU zum Zähler 28 gelangen. Unmittelbar nach der Aufnahme des Echoanfangsimpulses liefert die Schaltung D nacheinander die Signale Dl, D 2 und D 3. Das Signal Di gelangt über die ODER-Schaltung 13 zur Mehrfpch-UND-Schaltung 14 und gibt die Übertragung eines Entfernungsbereichscodes vom Zähler 28 zur Adressierschaltung des Speichers Mi frei. Das Signal Di gibt außerdem die Übertragung eines Antennenstellungscodes vom Register 31 Ober die Mehrfach-UND-Schaltung 23 zum Schreibregister 5 des Speichers M1 f reL Das Signal D 2, das auf die Schaltungen 5 und 6 gelangt, bewirkt die Speicherung des Antennenstellungscodes in einer Zeile des Speichers Mi, beispielsweise in der ersten Zeile. Die zweite Zeile sei dem zweiten Entfernungsbereich zugeordnet usw. Ober die ODER-Schaltung 12 stellt das Signal D 3 das Flip-Flop B in den 1-Zustand zurück, wodurch die UND-Schaltung 22 wieder freigegeben wird, so daß der Zähler 28 weiterzählen kann und die nächsten Impulse nacheinander auf die Schaltungen C2 bis C/V gelangen.

Ist in keinem anderen Entfernungsbereich ein Echo nach mehreren ununterbrochenen Abtastzyklen der Schaltungen Cl bis CN vorhanden, dann erkennt die Schaltung Cl das Echoende und Hefen einen Impuls, der aber die ODER-Schaltung 10 den Zähler 28 auf dieselbe Weise anhält, wie es der Echoanfangsimpuls tat, und steuert die Schaltung Fan, die nacheinander die Impulse Fl bis Fl abgibt Diese Impulse dienen dazu, die Ausgabe des Entfernungsbereichscodes und des Winkelkoordinatencodes des Echomaximums

zu

steuern.

Der Impuls Fl, der auf die UND-Schaltung 14 gelangt, steuert die Übertragung des Entfernungsbereichscodes in die Adressierschaltung 6.

Der Impuls F2, der auf die Schaltungen 6 und 7

50 gelangt, bewirkt das Lesen des Antenr.ensiellungscodes in der ersten Zeile des Speichers Mi. Dieser Code entspricht der Koordinate des Echoanfangs.

Der Impuls F3, der auf die Mehrfach-UND-Schaltungen 15 und 26 gelangt, bewirkt die Übertragung des Echoanfangs- und des Echoendcodes in den Addierer 32 und in den Subtrahierer 35.

Der Impuls F4, der auf die Mehrfach-UND-Schaltung gelangt, bewirkt die Übertragung des Binärwortes, das das Ergebnis der Modulo-2^m-Summierung ist in das Register 33. Bei dieser Übertragung erfolgt eine Verschiebung um eine Stelle, so daß die halbe Summe entsprechend einer Division durch 2 übernommen wird. Der Impuls F4 gelangt außerdem auf die Mehrfach-UND-Schaltung 17 und bewirkt die Adressierung des Speichers Af 2 durch das Binärwort, das der Echobreite entspricht Danach liefert der Speicher M 2 ein Binärwort entsprechend der durchzuführenden Koordinatenkorrektur. Der Impuls F5, der auf die Mehrfach-UN D-Schaltungen 18 und 19 gelangt bewirkt die Übertragung der Binärworte für die Koordinaten-Halbsumme und für den Koordinatenkorrekturwert in den Addierer 34.

Der Impuls F6, der auf die Mehrfach-UN D-Schaltungen 20 und 21 gelangt bewirkt die Übertragung des Entfernungsbereichscodes und des Winkelkoordinatencodes vom Zähler 28 und vom Addierer 34 in die Register 38 und 39, die die Ausgänge der Schaltung darstellen.

Der Impuls F7, der auf die ODER-Schaltung 12 gelangt, setzt das Flip-Flop B in den 1-Zustand zurück, so daß der Zähler 28 weiterzählen kann.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Prüfimpulse (Fig.4b) nicht dauernd auftreten, da der Zähler am Echoanfang und am Echoende angehalten wird. Daher muß die Taktfrequenz vom Taktgenerator CU hoch genug sein, damit kein Koordinatenfehler durch diese Unterbrechung entsteht

Wenn die Angaben über Entfernungsbereich und Winkelkoordinate an einen digitalen Rechner zur Weiterverarbeitung gegeben werden (beispielsweise Umwandlung der aufgenommenen Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten), können die Speicher Mi und A/2 ein Teil des Speichers des Rechners sein. Alle Additionen, Subtraktionen und Übertragungen können programmgesteuert vom Rechner durchgeführt werden. In diesem Fall würde der Rechner die Aufgaben all der Schaltelemente übernehmen, die sich rechts der gestrichelten Linie in Fig.2 befinden. Der Rechner würde dann als Eingangsdaten den Echoanfang, das Echoeade und die Entfernungs- und Winkelkoordinatencodesignale erhalten. Andererseits müßte der Rechner dann auch die Signale D~\, F\ ■ F5 · F3, D3 und F7 liefern, deren Aufgaben erläutert wurden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Radargerät mit einer Einrichtung zur genauen Ermittlung einer Zielwinkelkoordinate und mit einer bewegten Antenne, bei dem je Entfernungsbereich die Echosignale mehrerer Sendeimpulse integriert werden, bei welchem je Entfernungsbereich der Wert einer Antennenbewegung als der bei der ersten Erfassung des Ziels vorhandene Winkelwert der Antenne festgestellt und gespeichert wird und der bei der letzten Erfassung des Ziels vorhandene Winkelwert der Antenne festgestellt wird und die beiden Winkelwerte addiert und die Summe halbiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich des zielbreitenabhängigen Winkelfehlers, der durch die zeitliche Unsymmetrie des Ausgangssignals der Signalverarbeitungsschaltungen (1, A 1 bis A N, Cl bis CN) verursacht wird, zusätzlich die Differenz der Winkelwerte (Fi g. 4c, 4e) gebildet (in 35) und aufgrund dieser Differenz ein vorher bestimmter Korrekturwert für den Winkelkoordinatenwert ermittelt (in M2) und im Ergebnis berücksicht wird (in 34).