DE2206504A1

DE2206504A1 - Bereichsbegrenzungs-System für ein mit zwei Frequenzen arbeitendes Dauerstrich-Radarsystem

Info

Publication number: DE2206504A1
Application number: DE19722206504
Authority: DE
Inventors: Carl P. Detroit Mich. Tresselt (V.StA.). M
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-03-01
Filing date: 1972-02-11
Publication date: 1972-11-02
Also published as: FR2128389A1; CA997844A; IT948005B; FR2128389B1; NL7202128A; US3766554A

Description

Patentanwelt

Karl A. B rose

D-8023 Mur.chn - PuIIaA
WI»eir.r.2.T.K«f.a.7?3C570.7ni78l

vT/No - 4-702-A München-Pullach, den 10. Februar 1972

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Genter, »Southfield, Michigan 48 073, Michigan, USA

ßereichsbegrenzungs-System für ein mit zwei Frequenzen arbeitendes Dauerstrich-Radarsystem

Die Erfindung betrifft ein Bereichsbegrenzungs-System für ein miI zwei Frequenzen arbeitendes Dauerstrich (CW)-Radarsystem.

Bei verschiedenen Dau^rstrich-Dopplerradarsystemen besteht bei einigen Anwendungsfällen die Forderung, daß diese Systeme unempfindlich gegenüber Ortungsobjekten sind, die außerhalb eines maximalen vorgewählten Bereiches (Entfernung) liegen. Bei einem sich anpassenden Geschwindigkeitssteuersystem für Kraftfahrzeuge, welches ein mit zwei Frequenzen arbeitendes Dauerstrich-Radarsystem ist und bei dem das vorliegende System zur Anwendung gelangen kann, soll beispielsweise auf Ortungsobjekto ansprechen, die innerhalb einer Entfernung von circa 300 Fuß pflegen t;ind, und es soll demzufolge gegenüber Ortiingsobjekten unempfindlich sein, die außerhalb dieser Entrfornung vorhanden sind. Die gewünschte Unempfindlichkeit des Radntrsystems gegenüber Ortungsobjekten, die außerhalb einer maximalen Entfernung gelegen sind, kann nicht nur durch einfaches Verstellen der Empfindlichkeit des Empfängers erreicht

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ßAD OBiGlNAL

werden, da groß" Ortungsob.iekte, die nlso außerhalb des maximalen Bereiches gelegen sind, die Radarsignale mit derselben Intensität reflektieren können wie kleino Ortungsobjekte, die innerhalb des maximalen Entfernungsbereiches vorhanden sind. Der Empfänger kann daher nicht zwischen diesen beiden Typen von Ortungsob.jekten unterscheiden. Es ergibt sich daher die Notwendigkeit zwischen großen Ortungsob.jekten, die außerhalb des beabsichtigten maximalen Entfernungsbereiches ge leg·--, η sind, um zwischen kleinen Ortungoob.iekten, die innerhalb des Bore'ches liegen, zu unterscheiden, od*-r das System unempfindlich .~: genüber Ortungsobjekten zu machen, die außerhalb des maxi mal-; η Entfernun^sbereiches gelegen sind.

Ein oysteai, welches das Radar gegenüber Ortungsob.jekten unempfindlich macht, die außerhalb eines maximalen Entfernungsbereiches gelegen sind, läßt sich am ehesten verwirklichen und ist auch am wirtschaftlichsten. Da das Radarsystem ein Dauerstrichradar ist, ist die häufig zur Anwendung gelangende Bereichstortechnik in Verbindung mit Impulsradarsystomen nicht anwendbar. Man hat daher eine Reihe von anderen Bereichsbegrenzungs-oystemtypen für ein Dauerstrich-Dopplerradarsystem vorgeschlagen. Die zur Zait erhältlichen verschiedenen Radarsysteme sind .jedoch nicht vollständig zufriedenstellend, da ein Doppleransprechen auftritt, und zwar selbst für Entf< "nun™ n, die ziemlich weit außerhalb des beabsichtigten begrenzt η Entfernungsbereiches gelegen sind. Bei diesen bekannten oyntvimen ist es daher erforderlich, den Empfänger so auszulegen, daß er zwischen Rückkehrsignalen unterscheiden kann, die von OrtunpF-objekten empfangen werden, die außerhalb oder jenseits des beabsichtigten Entfernungsbereiches gelegen sind. Die-s v/i ra beispielsweise dadurch erreicht, indem man die Empfindlichkeit des Empfängers einstellt,und kann auch dadurch erreicht w-.>rdr.n, indem man die Phasenempfindlichkeit des Empfängers maximal einstellt, so daß nur Rückkehrsignale in das Empfangs sy stein eingeführt werden, die von Ortungsobjekten innerhalb einer. vorgewählten Bereiches reflektiert wurden.

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Dap B -reichsbegrenzungs-Systurr: nach der Erfindung ]äßt sich in vorteilhafter Weise in einem Zweifrequenz-Dauerstrich-Radars:^rstei: vereinbaren, und es führt zu einer vollständigen Un· npfindllohkeit gegenüb?^ Ortungsobiekten, die außerhalb des a '.ι Bf··.-wählt rn maximalen ßntf ernungsbereich.es gelegen sind, und zwar ungeachtet der Größe und der physikalischen Eigenschaften d if-per Ob,i'.-kt°. Bei einem Dauerstri ch-Kadars:rstem mit zwei jv_r,._nUonzen werden zwei diskrete Frequenzen abwechselnd gesendet, so naß zwei Dopplerfrequenzen in dem Empfänger erzeugt werden. Die Entfernung zwischen d^r Sendeantenne und dem die gesendete Energie reflektierenden Gegenstand wird durch die Fhasenbeg zwischen den zxirei Dopplerfreq\ienzen angezeigt.

Die B-reichn- oder Entfernungsbügrenzung gemäß der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, indem man den Sender abstellt, so daß kein' Energie für eine bestimmte Zeitperiode zwischen Λ---Τ oondunj der zwei diskreten Frequenzen ausgestrahlt wird. Es wird eb( nso ein Torimpuls deir_: Empfänger zugeführt, <...SBi ir.nrtej-, iier während des letztem Viertels der Zeitperiodt. iv. Tätigkeit tritt oder geöffnet wird, während welcher eine der Frequtnz-n rosendet wird. Daraus ergibt sich eine Bereichsbegrenzung pus zwei Gründen. Erstens erzeugt die zu einem Zeitpunkt vom Empfänger empfangene Energie, wenn der Sender unterbrochen ist, ein Dopplersignal, da keine Probe der gesendeten Frequenz in dem Empfänger vorhanden ist, mit welcher das rückkehrende -Signal gemischt wird, um eine Dopplerfrequenz zu Da weiterhin dor iunpfängi-r für drei Viertel .jeder

.T geschlossen ist, kann nur die während einem Viertel drT ^MEin"-Zeit empfangene reflektierte Energie in die Dopplerkanäle eingespeist werden.

Dieses Syntem ist besonders vorteilhaft, da Ortungsob.jekte, die unmittelbar außerhalb der maximalen Bereichsgrenze liegen und sich bis ζa einem zweiten maximalen Bereich oder Entfernung erstrecken, ein Dopplersirnal von Null im Empfänger erzeugen, da k-in ;5end«r-Bezugssignal vorhanden ist, um ein solches Dopplersignal zu erzeugen. Große O^tungsob.iekt°, die außerhalb

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des zweiten vorgewählten Bereiches gelegen sind, können ein Ausgangssignal erzeugen, da das Signal der zweiten gesendeten Frequenz sich mit dem üefle>cionssignal der ersten gesendeten Frequenz mischt. Diese Ausgangsgrößen haben ,-jedoch nicht die Eigenschaft eines normalen Dopplersignals, was sich aufgrund der relativ großen Differenz zwischen den zwei gesendeten Frequenzen ergibt. Diese ungewöhnlichen Signale werden dann typisch mit Hilfe einer Bandpasseigenschaft des die Dopplergeschwindi'gkeit verarbeitenden Systems abgewiesen.

Ortungsobjekte, die sich gut außerhalb der gewählten Entfernung oder des gewählten Bereiches erstrecken und die ein Mischen des gesendeten Signals entsprechend der ersten Frequenz mit einem darauffolgend gesendeten Signal mit der gleichen Frequenz bewirken, führen nicht zu der Erzeugung eines Signals durch den Empfänger, und zwar aufgrund des Dämpfungsfaktors des gesendeten Signals.Dies ergibt sich, da das gesendete Signal mjt der vierten Potenz der Entfernung gedämpft wird, so daß demnach Signale, die von dieser Entfernung empfangen werden, derart gedämpft werden, daß sie unter dem Ansprechwert des Empfängers liegen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Systems nach der Erfindung;

Fig. 2a eine Takt-Rechteckwellenform;

Fig. 2b eine HF-Ausgangsgröße des Senders.ystems;

Fig. 2c eine Wellenform, die zum Tasten des f.-Empfangerkanals verwendet wird;

Fig. 2d eine Wellenform, die zum Tasten dⁿs fp-Empfängerkanals verwendet wird;

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Fig. 2e einen vom Empfänger empfangenen HF-Rückkehrimpuls;

Fig. 2f ein Dopplersignal, welches dem f^-Empfängerkanal eingespeist wird;

Fig. 2g das Doppler·signal, welches dem f^-Empfnngerkanal eingespeist wird;

Fig. 5 die relative Bereichsempfindlichkeit als Funktion des von dem System nach der Erfindung vorgesehenen Bereichs, ausschließlich der normalerweise umgekehrten vierton Potenz der Bereichsleistungsschwankung (range power variation);

Fig. 4- die Spannungs- und Frequenzausgangscharakteristiken einer Gunndiode; und

Fig. 5 eine Modulationswellenform, die einer Gunndiode zugeführt wird, die die Betriebseigenschaften gemäß Fig. 4- aufweist, um die Ausgangswellenform gemäß Fig. 2b zu erreichen.

Eine Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung kann mit Hilfe eines Dauerstrich-Radarsystems vorgenommen werden, bei dem eine Rechteckwellen-Zweifrequenzmodulation zur Anwendung gelangt.

Bei diesem Systemtyp werden zwei diskrete Frequenzen abwechselnd durch geeignete Modulation des Senders ausgesendet. Zwei Empfangskanäle werden individuell synchron mit der Sendermodulation getastet, so daß getrennte Dopplersignale in den zwei Empfängerkanälen erzeugt werden. Ein Phasenvergleich zwischen den zwei DoppierSignalen führt zu einer Anzeige der Entfernung zum Ortungsobjekt entsprechend folgender Beziehung:

0 -2-7T ^)Cf₂ - ΐ_Λ) (D

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Hierin bedeutet:

0 - die relative Phase zwischen den Üanälen; S = die Entfernung des Ortungsob.iektes; C = die Geschwindigkeit des Lichtes; f_o und ϊ_Λ sind die zwei gesendeten Frequ- nznn.

Die relative Geschwindigkeit zwischen dem Sende s;'r;t^;jm und dem Ortungsobjekt kann dadurch erhalten werden, indem man die Dopplerfrequenz in dem einen oder dem ander«-n der zwei Kanäle gemäß folgender Beziehung festhält:

f - — f C?

Hierin bedeutet:

f, = Dopplerfrequenz;

V - relative Geschwindigkeit;

0 = die Geschwindigkeit des Lichtes;

f = die gesendete Frequenz.

Die zuvor dargelegte Beziehung (1 > ist zum Bestimmen der Entfernung vieldeutig, und zwar nach einer bestimmten antfernung, da die von Ortungsobiekten jenseits If (rad,¹ rückkehrenden Signale durch die elektronische Phasenvergleichnstuf;.- so behandelt werden, als ob sie sich in dem Bereich von O bis TT (rad; befänden. Obwohl ein Hadarsi^nal entsprechend mit der vierten Potenz der Entfernung gedämpft wird, führ-^n Ortungsob.iekte mit großem HF-Querschnitt, die ,jenseits des vieldeutig ■ π Bereiches von O bis Tf (rad) gelegen sind, zu unerwünschten Ansprechwerten, da sie fälschlich als in der Nähe vorhandene Ortungsob.jekte identifiziert werden.

Durcli das System nach der vorliegenden Erfindung ^erden di--. Ijachteile der bekannten Systeme dadurch Du-se-'-. t: ' lIt-vi ^-ine positive Bereichsbegrenzung bei einer vorgev|IMi> ;-. .intfern'tn/, die als fT(radJ definiert ist, vorgesehen wird. Ein--·¹ Entfer-

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nungsbegrenzunc ,jenseits 1Γ (rad) wird durch Unterbrechen des Senders für eine bestimmte Zeitperiode zwischen der Sendung der zwei diskreten Frequenzen erreicht. Auch wird der Empfänger nur während dem letzten Viertel der Sendezeit der zwei Frequenzen getastet« Aufgrund des "Aus" und "Ein"-Zykluses des Senders und Empfängers führen KefIe x ionen von Ortungsobjekten, die während der Aus-Periode ankommen, zu keiner Anzeige in dem Empfänger, da der Empfänger zu diesem Zeitpunkt keine Probe der gesendeten Frequenz enthält. Auch werden Empfängeranzeigen aufgrund eines Uberlappens zwischen zwei aufcinPnderfolgend gesendeten Signalen stark vermindert, da der Empfänger für drei Viertel jeder Sendeperiode ausgeschaltet ist. Demzufolge werden Reflexionen des ernten gesendeten Signals bzw. Frequenz, die von einer Violzahl entfernte-r Gegenstände stammen, empfangen, wenn eine Probe der zweiten gesendeten Frequenz im Empfänger vorhanden ist, was ,iedoch während der Aus-Zeit d^s Empfängers erfolgt und somit keinen Einfluß auf das System hat.

Fir;. 1 zei^t ein bevorzugtes Ausführun^sbeispiel des Systems nach der Erfindung. Ein Oszillator 11 wird zum Erzeugen einer HF-Frequenz verwendet, die über die Antenne 12 ausgestrahlt wird. Die Antenne 1? empfänrt ebenso die von einem Ortungsobjekt (rnc'..t gezeigt) reflektierte Energie. Der Oscillator 11 wird durch e'nen Moiulator 1,5 so moduliert, daß wenigstens zwei diskrete Frequenzen erzeugt werden. Der Oszillator 11 kann b^irpi-lsweise von -'ner Gunndiode gebildet sein. Wie dies bekannt ist, stellt eine Gunndiode eine Vorrichtung dar, die gjLichzeitij ale Oszillator und als Hischer dienen kann. Als Oszillator erzeugt eine Gunndiode eine HF-Ausgangsgröße, deren Frequenz von der Vorspannung der Diode abhängig ist. Es läßt sich somit die Frequenz α·3Γ HF-Ausgangsgröße durch Indern der Vorspannung verändern. Es besteht ,iedoch auch die Möglichkeit, die Gunndiode direkt an die Antenne zu koppeln, die gleichzeitig Energie sendet und empfängt. Die Diode selbst kann zum Mischen d.^x„ zwoi Signale verwendet werden und ebenso zum Erzeugen eines Dopplf-rausgangssignals. Es sei hervorgehoben, daß es für das byptem nach der jirfindung nicht wesentlich ist, eine Gunndiode

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zu verwenden, da auch die Möglichkeit besteht, eine Avalanchediode zu verwenden. Darüber hinaus können auch andere Oszillatortypen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verwendet werden, wobei nur die Forderung besteht, daß diese Oszillatoren zwei diskrete Frequenzen bei bestimmten Zeitintervallen senden können.

Fig. 4- zeigt eine idealisierte Frequenzausgangseigenschaft einer positiv modulierten Gunndiode entsprechend dreier unterschiedlicher Vorspannungen. Die HF-Ausgangsgröße beträgt für alle Vorspannungen unterhalb dem Wert Y*, dem Schwellenwert der Diode, Null. Oberhalb einer Vorspannung von V^ ändert sich die Außgangsfrequenz in Einklang mit dem Vorspannungswert. Es läßt sich daher eine Frequenz f^ mit einer Vorspannung V* erzeugen. Eine Frequenz Ϊ2 l&ßt sich mit einer Vorspannung Y^ erzeugen. Die Frequenzänderungen, die für eine bestimmte Spannungsänderung auftreten, hängen offensichtlich von dem speziellen Typ der Diode und dem verwendeten Hohlraum ab. Eine vollständige Erläuterung dieser Zusammenhänge ist in dem Artikel "Amplitude and Frequency Modulation of a Waveguide Cavity CW Gunn Oscillator", W.C. Tsai und F.J. Rosenbaum, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Band MTT-18, Nr. 11, November 1970, Seiten 877 - 884, beschrieben. Beispielsweise ist eine Frequenzdifferenz von 820 KHz für ein 3OO Fuß-Bereichssystem wünschenswert; diese Forderung wurde mit Hilfe eines im Handel erhältlichen 36 GHz-Gunnoszillator erreicht, wenn die Differenz zwischen Vp und V* 0,1 Volt betrug. Um einen plötzlichen Übergang zwischen dem "Aus"- und "Ein"-Zustand zu erreichen, wird der Gunndiode während ihres "Aus"-Zustandes eine Vorspannung aufgedrückt, die wenig unterhalb V₁ liegt.

Es ist auch eine andere Betriebsweise möglich. Wenn an die Gunndiode eine Spannung angelegt wird, die wenig unter dem Wert Ίλ liegt, so erzeugt die Gunndiode eine Ausgangsgröße. Diese Ausgangsgröße weist jedoch eine sehr geringe Energie auf und kann das System nicht zum Ansprechen bringen. Die effektive

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Ausgangsgröße der Gunndiode beträgt daher Null. Wenn die Spannung der Gunndiode auf den Wert, wie beispielsweise Vo oder ^V, erhöht wird, so nimmt die Energie der Ausgangsgröße sehr schnell zu, und ein verwendbarer Energiepegel wird realisiert. Demzufolge läßt sich auch für den Zweck der vorliegenden Erfindung der "Aus"-Zustand des Senders durch den "leicht eingeschalteten" Zustand verwirklichen.

Fig. 5 zeigt die dem Gunnoszillator 11 zugeführte Wellenform, um die gewünschten Ausgangsfrequenzen des Oszillators vorzusehen. Während der "Aus"-Zeit wird an die Gunndiode eine Vorspannung angelegt, die wenig unter dem Wert V^, liegt. Dann wird ein oben flach abgeschnittener Impuls mit einem Spannungspegel V, an die Diode angelegt, so daß die Frequenz f,, während dem Erscheinen dieses Signals durch die Diode erzeugt wird. Die Vorspannung wird dann geringfügig unter den Spannungswert V,-abgesenkt, und zwar für eine gegebene Zeitperiode. Nach dem Verstreichen dieser gewünschten "Aus"-Zeit wird ein oben flach abgeschnittener Spannungsimpuls Vp an die Diode angelegt, so daß die Frequenz der Ausgangsgröße des Oszillators gleich fo wird. Diese Folge des Anlegens der Vorspannungen wird über den gesamten Betrieb des Systems entsprechend aufeinanderfolgender Zyklen durchgeführt.

Gemäß Fig. 1 wird ein Stromversorgungsmodulator 15 dazu verwendet, um den Gunnoszillator 11 in gewünschter Weise zu modulieren. Die Ausgangsgröße des Modulators 13 kann direkt an den Gunnoszillator 11 angelegt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die "Ein-Aus"-Modulation des Oszillators dadurch zu erreichen, indem man die Gunndiode direkt impulsmäßig ansteuert. Die Änderungen in der Ausgangsfrequenz würden dann durch impulsmäßiges Ansteuern eines getrennten Elementes bewirkt werden, wie z.B. einer Varactordiode oder einem JIG-Baueleraent oder einem anderen Ferritmaterial. Es sei auch erwähnt, daß man eine PIN-Diode verwenden kann, um den Sender zwischen den Frequenzen f^ und I^ unter Verwendung der PIN-Diode abzustimmen, um die dem Sender durch andere Reaktanzelemente

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angebotene Reaktanz zu verändern. Die Änderung der· .Reaktanz des getrennten Elementes führt dann zu einer HöhIraumabStimmung, in welchem die Gunndiode enthalten ist. Die Kombination dieser Modulationssignale führt dann zu der gewünschten Ausgangsgröße des Gunnoszillators. Der Modulator 13 wird durch eine Spannungsquelle +V über einen Spannungsregler 14 erregt. Der Modulator 13 enthält einen Rechteckwellengenerator und eine logische Schaltung, die zum Erzeugen der gewünschten Wellenformen erforderlich ist. Es stehen eine Reihe von Möglichkeiten zum Erzeugen der gewünschten Wellenformen zur Verfügung, was ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird.

Der Modulator 13 erzeugt einen Taktimpuls des in Fig. 2a gezeigten Typs. Eine Taktwiederholfrequenz von 3»33 Megahertz ergibt die angezeigte Taktperiode von 300 Nanosekunden. Die Taktwellenform der Fig. 2a kann dazu verwendet werden, eine Kette von binären Teilerstufen zu treiben, die letztlich die Modulationsspannungen, die in Fig. 5 gezeigt sind, der Gunndiode zuführen. Die HF-Ausgangsgröße der Gunndiode besteht dann aus den zwei diekreten Frequenzen auf einer gemeinsamen Zeitbasis, wobei der Sender zwischen der Sendung der zwei Frequenzen in der in Fig. 2b veranschaulichten Weise unterbrochen wird.

Wie Fig. 2b zeigt, erzeugt der Sender eine HF-Ausgangsgröße mit einer Frequenz f^. für eine Zeitperiode, die gleich ist zweimal der Periode des Taktimpulses. Der Sender wird dann unterbrochen oder für eine gleiche Zeitperiode ausgeschaltet, nach welcher Zeit er dann so vorgespannt wird, daß er eine HF-Ausgangsgröße entsprechend einer Frequenz f^ erzeugt. Die fp—Ausgangsgröße wird also für eine Zeit zugeführt, die gleich ist zweimal der Periode des Taktimpulszuges.

Durch geeignete Teilung und logische Verarbeitung des Taktimpulses werden auch der f^-Tastimpuls gemäß Fig. 2c und der fo-Tastimpuls gemäß Fig. 2d erzeugt. Der f^-Tastimpuls wird während dem letzten Viertel des f^-Ausgangssignals erzeugt. Der fo-Tastimpuls wird während dem letzten Viertel des fp-Ausganps-

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signals erzeugt. Die f,.- und f Q-Ta st impulse werden einem Schalternetzwerk 18 jeweils über die Leitungen 16 und 17 zugeleitet.

Das Schalternetzwerk 18 enthält eine Schaltung, um das Videoausgangssignal der Mischstufe synchron mit dein Senden der Frequenzen f.* und fp zu schalten, so daß zwei Proben der diskreten Dopplerfrequenzen f,^ und f,p in ihre jeweiligen Kanäle gelangen können.

Die Ausgangsgröße des Oszillators 11 wird einem Zirkulator 19 eingespeist. Der Zirkulator 19 lenkt die gesendete Energie zur Antenne 12, von wo aus sie in Richtung des Ortungsobjektes abgestrahlt wird. Die vom Ortungsobjekt reflektierte Energie wird von der Antenne 12 aufgefangen und durch den Zirkulator zu einer Mischstufe 21 geführt.

Es sei hervorgehoben, daß der Abschnitt 15 von der Antenne zum Zirkulator-Hohlleiter 15 absichtlich fehlangepaßt ist, so daß ein gewünschter Wert eines HF-Lecksignals des Senders durch den Zirkulator 19 direkt zur Mischstufe 21 übertragen wird, also nicht über den Weg Antenne - freier Raum. Das Lecksignal wirkt daher als örtlicher Oszillator in der Mischstufe 21, und zwar während aller Momente während der Sendeperiode jeder Frequenz. Wenn demzufolge von der Antenne 12 ein rücklaufendes Signal empfangen wird, so wird dieses durch den Zirkulator 19 zur Mischstufe 21 gelenkt, in der eine Probe der Dopplerfrequenz erzeugt wird. Die Probe des Dopplersignals wird auf einen gewünschten Wert in einem Vorverstärker 22 verstärkt und wird dann zum Schalter-Netzwerk 18 geleitet. Das Schalternetzwerk dient dann dazu, die Dopplerfrequenzprobe in die zwei Kanäle und 24 synchron mit der Sendung der zwei ausgesendeten Frequenzen f^ und t^ einzuleiten.

Unter Hinweis auf Fig. 2 soll nun näher auf die Betriebsweise des Systems nach der Erfindung eingegangen werden. Ein einzelner Zyklus der Sendeperiode kann als Gesamtheit der Sende^eriode

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der Frequenzen f^ und f^ und der "Aus"-Zeit zwischen denselben betrachtet werden. Di---?se drei Perioden sind in Fig. 2b mit t*, tp und tj, angezeigt. Während der Sendezeit der Frequenz f^ , die während der Zeitperiode t,- auftritt, gelangt der f^-Tastimpuls gemäß Fig. 2c über eine Leitung 16 zum Schalter-Netzwerk 18. Wenn weiterhin ein Reflexionssignal vom Ortungsobjekt zurückkehrt, ist auch ein verzögertes Frequenzsignal f^-p im Empfänger vorhanden. Demzufolge enthält die Mischstufe 21 die zwei Frequenzen f^ und das reflektierte Frequenz signal ('.„, um eine Dopplerfrequenz f ·,,. zu erzeugen. Da der 'fastimpuls der Fig. 2c dem Schalter-Netzwerk 18 zugeführt wird, wird eine 150 NS lange probe der Dopplerfrequenz f,,., die in Fig. 2g gezeigt ist, dem Kanal 23 zugeführt.

Während der Zeitperiode tp wird von dem Oszillator keine Energie ausgesendet, so daß daher in der Mischstufe 21 keine Probe einer gesendeten Frequenz vorhanden ist. Wenn daher von dem Empfänger ein reflekti rtes Signal aufgefangen wird, in der Mischstufe 21 kein Dopplersigna] erzeugt,und die Dopplerkanäle 23 und 24 erzeugen keine Ausgangsgrößen. Darüber hinaus würde selbst, wenn ein Dopplersignal erzeugt würde, dieses nicht in einen der Kanäle 23 oder 24 eingespeist werden, da diese Kanäle keinen 'l'astimpuls empfangen. Während der Zeitperiode t, des Sendezykluses wird ein Signal mit einer Frequenz fp ausgesendet. Eine Probe der Frequenz fp ist in der Miachstufe 21 vorhanden, und demzufolge führt ein reflektiertes Signal mit einer Frequenz fp„ zum Erzeugen einer Dopplerfrequenz £"_dp· Aufgrund des Vorhandenseins des fp-'i'ast impulses am Schalter-Netzwerk 18 wird die . f^o-Dopplersignalprobe in den Dopplerkanal 24 eingespeist.

Beim Betrachten der Fig. 3 in Verbindung mit den Fig. 2a bis 2g lassen sich nun verschiedene wichtige Gesichtspunkte des erfihdungsgemäßen Prinzips erkennen. Erstens hat irgendein reflek-, tiertes Signal, welches während der tp-"Aus"-Periode empfangen wird, auf das System keinen Einfluß, da bei Abwesenheit einer Probe des gesendeten Signals des örtlichen Oszillators kein Dopplersignal erzeugt werden kann. Demzufolge ist das System

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für die als Beispiel zuvor angeführten Werte gegenüber allen Ortungsobjekten vollkommen unempfindlich, die innerhalb einer Strecke von 300 bis 525 Fuß liegen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Aufgrund von Laufzeitverzögerungen können entfernte Ortungsobjekte bewirken, daß Signale einer Frequenz am Empfänger angelangen, während div andere Frequenz gesendet wird. In Fig. 3 ist dies der Bereich von 525 Fuß bis 900 Fuß. Das durch diese Signale hervorgerufene Dopplersignal hat auf das System keinen Einfluß, da es außerhalb des Dopplerfrequenz-Aufnahmebereichs des Empfängers liegt.

Fig. 3 zeigt, daß eine Ansprechempfindlichkeit von 0 zwischen 900 und 1125 Fuß vorhanden ist. Dies wird ebenso durch die "Aus"-Zeit des Senders bewirkt. Das Dopplersignal, welches für Ortungsobjekte zwischen 1125 und I5OO Fuß erzeugt wird, entsteht durch Mischen eines gesendeten Signals einer Frequenz und einer .Reflexion eines unmittelbar vorhergehenden Signals gleicher Frequenz, d.h. die Signale 42 und 43 in Fig. 2b. Dieses Dopplersignal hat auf den Empfänger keinen Einfluß, da die Fortpflanzungs-Dämpfung mit der vierten Potenz der Entfernung erfolgt, und daher das Signal unterhalb des Ansprechwerts des Homodyn-Empfangers liegt,

Ortungsobjekte, die innerhalb eines Bereiches von 0 bis circa 225 Fuß gelegen sind, ergeben eine Dopplerfrequenzprobe f^ während des Sendens der Frequenz f^. Es sei hervorgehoben, daß eine andere Dopplerfrequenzprobe f,o innerhalb des Bereichs von 0 bis 225 Fuß während der Sendung der Frequenz fg erzeugt wird. Alle diese Ortungsobjekte werden mit relativ gleicher Empfindlichkeit verarbeitet, bis der Bereich von 225 Fuß überschritten wird. An dieser Stelle befindet sich eine Übergangszone von 225 Fuß bis 300 Fuß, entlang welcher die Empfängerempfindlichkeit auf 0 abfällt. Die Größe des Bereiches, über welchen sich die Übergangszone erstreckt, hängt von der Enge der Probe-Periode ab. Eine Tastperiode, kürzer als die I50 NS, ergibt

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eine direkt proportionale Verkürzung der 75 Fuß lanzen Übergangszone. Wenn die Tastbreite schmäler gewählt wird, so wird .jedoc'h nützliche empfangene Energie abgewiesen mit dem Ergebnis einer schlechteren Empfindlichkeit. Die Wahl eines Tastimpulses stellt einen guten Kompromiß zwischen Übergangs- und Empfindlichkeitsgesichtspunkten dar.

Es sei erwähnt, daß Fig. 3 die Empfängerempfindlichkeit für die am Kanal 23 zur Verfügung stehende Dopplerfrequenz f -,,. veranschaulicht. Eine ähnliche Empfängerempfindlichkeit für die Dopplerfrequenz ϊ^ ^ist ebenso zum Einspeiset in den Kanal 24 vorhanden.

Der Kanal 23 enthält ein aktives Filter 26 und einen Dopplerverstärker-Begrenzer 27. Das Filter 26 wird dazu verwendet, um äußere Geräuscheinflüsse und unerwünschte Signale fernzuhalten und um insbesondere den Strom der schmalen Dopplerprobenimpulse in eine analoge Dopplerspannung zu verwandeln. Das Filter 26 übernimmt daher ebenso die Funktion einer Übersetzerstufe oder einer Interpretierstufe. Der Verstärkerbegrenzer 27 wird zum Verstärken des analogen Dopplerfrequenzsignals auf den gewünschten Amplitudenwert verwendet, so daß ein im wesentlichen rechteckiges oder abgeflachtes Dopplersignal an einen linearen Phasendetektor 28 eingespeist werden kann.

Der Kanal 24 ist ähnlich dem Dopplerkanal 23 aufgebaut und so ausgelegt, daß er die Dopplerfrequenzproben f^o verarbeitet, ύν enthält demzufolge ebenfalls ein aktives Filter 29 und ei nt-: η Verstärkerbegrenzer 31·

Gemäß Fig. 1 gelangen die Ausgangsgrößen der Verstärker 27 und 31 zu einem linearen Phasendetektor 28, und zwar jeweils über Leitungen 32 und 33. Der Phasendetektor 28 erzeugt ein Ausgang;"— signal, welches proportional zur Phasendifferenz zwischen den zwei Dopplerfrequenzen ist. Diese Phasendifferenz ist proportional zu der Entfernung oder Bereich, wie durch die Gleichung ("P angegeben wurde. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 28 int

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daher kennzeichnend für den Bereich zwischen der Antenne 12 und dem Energie-refIektierenden Ortungsobjekt.

Die Ausgangsgrößen der Verstärker 27 und 31 werden einem Vor>^ji I-Iiacheil-Phasendetektor 36 jeweils über Leitungen 34 und 35 eingespeist. Der Voreil-Nacheil-Phasendetektor 36 erzeugt ti in »iignal, welches dafür kennzeichnend ist, ob die relative Geschwindigkeit einer Entfernungsvergrößerung· oder Entfernungsverkleinerung entspricht. Durch Verwendung der Dopplerausgangsgröße eines der Kanäle als eine Bezugsgröße und durch Festhalten deren voreilender oder nacheilender Beziehung gegenüber der anderen Dopplerausgangsgröße läßt sich die .Richtung der relativen Geschwindigkeit erhalten. Es ist somit möglich festzustellen, ob sich das 0 tungsobjekt und die Antenne aneinander annähern ouer sich voneinander entfernen.

Die Ausgangsgröße des Dopplerkanals 24- wird ebenso einem i'requenzdetektor 37 zugeführt. Der Detektor 37 mißt die Doppler-J'requenz und erzeugt eine Ausgangsgröße, die kennzeichnend für die relative Geschwindigkeit zwischen Antenne 12 und dem Ortungsobjekt ist, welches die Energie entsprechend Gleichung(2) reflektiert.

Es geht nunmehr hervor, daß das System sowohl die Entfernung als auch die relativ·.; Geschwindigkeit zwischen dem Ortungsobjekt und der Sendeantenne messen kann und ebenso ein Annähei'iings-Entfernungssignal erzeugen kann, um anzuzeigen, ob r.;ch die Antenne relativ zum Ortungsobjekt hin bewegt oder von diesem wpg bewegt.

Die Ausgangsgröße des Filters 29 wird ebenso einem Schwellenwert-Verstärker 58 eingespeist. Der Verstärker 38 erzeugt ein Nichtsättigungs-Ausgangssignal, wenn die Ausgangsgröße aus den Begrenzern 27 und 31 ausreichend gesättigt ist, um im wesentlichen störfreie Entfernungs/Geschwindigkeits/Voreil-Nacheil-Messungen zu erzeugen. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 38 wi: d dazu verwendet, das Fahrzeugsteuersystem zu betätigen, und

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zwar über eine Pegel-Empfindlichkeitsschaltung (nicht gezeigt).

Es sei erwähnt, daß der Frequenzdetektor 37 und der Schwellenwert-Verstärker 58 durch den Dopplerkanal 24 betätigt werden. Wenn gewünscht, können diese Schaltungen durch den Dopplerkanal 25 betätigt werden. Es besteht auch bei Wunsch die Möglichkeit, beide Kanäle dazu ^.u verwenden, um unabhängig Geschwindigkeits- und Objektanzeigesignale zu erzeugen, die dann gemittelt werden, um die letzten Endes verwendeten Geschwindigkeits- und Objektanzeigesignale zu erzeugen.

Fig. 1 zeigt ebenso eine Heizvorrichtung 59» die bei dem Gunnoszillator 11 angeordnet ist. Die Heizvorrichtung 59 wird durch die V+ Stromversorgung über eine Leitung 41 erregt. Diese Heizvorrichtung enthält ein einfaches Thermistor/Transistor-Steuerglied, um die Temperatur des Gunnoszillators bei kalten Tagen aufrechtzuerhalten. Dadurch wird ein starkes Schwanken oder Abweichen der AV/ÄF-Empfindlichkeit des Oszillators verhindert. Die tatsächlich zum Erzeugen einer Abweichung 820 kHz erforderliche AV wird au_ch in dem Modulator 15 als Funktion der Temperatur eingestellt. Eine Varaktor-abgestimmte Gunndiode ist etwas weniger empfindlich gegenüber thermischen Schwankungen.

Der bis hierher beschriebene Erfindungsgegenstand enthält einen Zirkulator und eine Mischstufe, so daß eine Probe der gesendeten Frequenz in die Mischstufe über den Zirkulator geleitet wird, und das von der Antenne empfangene reflektierte Signal wird ebenso in die Mischstufe geleitet, um dadurch ei-ne Dopplerfrequenz zu erzeugen. De jedoch eine Gunndiode gleichzeitig zwei Aufgaben übernehmen kann und zwar die eines Oszillators und einer Mischstufe, können der Zirkulator und die Mischstufe auch weggelassen werden. Bei dieser Ausführungsform eines Radarsystems sind die Antenne und der Gunnoszillator direkt gekoppelt, so daß die gesendete und reflektierte Energie direkt zwischen den zwei Elementen übertragen wird. 'Die Dopplerfrequenz wird dann in der Gunndiode 11 entwickelt und wird einem Vorverstärker 22 eingespeist. Mit Ausnahme der

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Beseitigung des Zirkulators 19 und der Mischstufe 21 ist auch ein System, bei dem lirequenzkonvertereigenschaf ten einer Diode herangezogen werden, mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel identisch.

Das Berelchsbegrenzungs-System nach der vorliegenden Erfindung weist daher eine Reihe von Vorteilen auf. Ortungsobjekte, die unmittelbar hinter der B .reichsgrenze gelegen sind, führen zu keinem Ansprechen des Systems, da das System zu einem Zeitpunkt ausgeschaltet wird, wenn von solchen Ortungsobjekten Reflexionen empfangen werden. Dies steht in krassem Gegensatz zu den bekannten Systemen, die durch Ortungsobjekte in der Nähe der Bereichsgrenze gestört werden können. Darüber hinaus führt der "Ein-Aus"-Betriebszyklus und das Tasten des Empfängers zu einer starken Verminderung von Schwebungen der zwei gesendeten Frequenzen.

Sämtliche in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

Patentansprüche

Bereichsbegrenzungs-System für ein mit zwei Frequenzen arbeitendes Dauerstrich-Radarsystem, mit einem für eine veränderiiche Ausgangsfrequenz ausgelegten Sender zum Senden von zwei diskreten .Frequenzen f* und fo, die abwechselnd gesendet werden, und mit einem zweikanaligen Empfänger zum Erzeugen zweier Dopplerfrequenzen f^ und f^p in Abhängigkeit vom Empfang der Reflexionen der gesendeten Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Bereichsbegrenzungs-System folgendes enthält; eine Modulationseinrichtung zum Modulieren des Senders, derart, daß die zwei Frequenzen f* und fp abwechselnd geseniet werden und der Sender für eine bestimmte vorgewählte Zeitperiode zwischen dem Senden der Frequenzen f^ und fp effektiv keine Auegangsgröße erzeugt.

2. ßereichsbegrenzungs-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger eine Schalter-Schaltung zum abwechselnden Betätigen der zwei Kanäle sjrnchron mit dem Senden der Frequenzen f* und fp aufweist; daß die Modulationseinrichtung die Schalter-Schaltung so moduliert, daß die Kanäle nur währen: eines Abschnitts der Zeitperiode, während welcher die Frequenzen fy, und fp jeweils gesendet werden, jeweils auf die empfangene Energie ansprechen können.

J). Bereichsbegrenzungs-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender eine Gunndiode enthält, daß die Gunndiode die Frequenz f^ beim Anlegen einer ersten Vorspannung erzeugt bzw. sendet und die zweite Frequenz fp sendet, wenn eine zweite Vorspannung an sie angelegt wird, daß die GanndiocU weiter effektiv keine Ausgangsgröße erzeugt, wenn an sie eine Ausschaltspannung entsprechend einer dritten Vorspannung angelegt wird; daß weiter die Modulationseinrichtung: aufeinanderfolgend und zyklisch die Vorspannungen in folgender Folge vorsieht: die erste Vorspannung, die AusschaIb-Spannung und die zweite Vorspannung.

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4. Bereichsbegrenzungs—System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Zeitperiode das letzte Viertel ■ier Zeitperioden ist.

f-. Bereichsbegrenzungs-Systera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger Verstärker-Begrenzer enthält, um die relative Bereichsempfindlichkeit auf einen vorgewählten Bereich abzuflachen und um sie, leicht oberhalb des vorgewählten Bereiches, plötzlich auf Null abfallen zu lassen.

6. Bereichsbegrenzungs-System nach den Ansprüchen 3 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsexnrichtung eine Vorrichtung zum Erzeugen von einem Taktimpulszug enthält, dass der Taktimpulszug oder -folge eine Zeitbasis für das Erzeugen der Vorspannungen darstellt und eine derartige Periode aufweist, daß der vorgewählte Bereich kleiner als 300 Fuß beträgt.

7. Bereiehsbegrenzungs-System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Kodulationseinrxchtung ansprechendes Abstimmelement vorgesehen ist, um den Sender zwischen den zwei Frequenzen ϊ* und fp zu modulieren.

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