DE2362310A1 - Radiometrie-system - Google Patents

Description

Patentanwälte ■ ^coorn

Dipl. Ing. C Wallach /Jb Z CM U

Dipl. Ing. G. Koch ' . I*-," Deaewber 1973 " "'

Dr. T. Haibach

S München 2 . _:, . ;_Lif ^- « £&■/&&

Kauftng-srsti-. 8, Tel. 24 04 76'

Sperry Rand Corporation Mew York / ÜB& ,

Radiometrie-System

Die Erfindung bezieht sich auf RädIö.metrle=Systeßie_a bei denen ein Vergleich der Amplitude eines - zu "untersuchenden Signals wie SsB₀ eines thermischen oder anderen Bausehsignals mit der Amplitude eines örtlich erzeugen Eausohbeaugssignals durchgeführt wlrdö Bei dieser Art von"Radiometer»Empfängern wird ©in" Amplituden-Detektor abwechselnd und zjlcli-sch an Rauseh= erapfäiigsrelemente und darm an einen örtlich vorgesehenen Be= zugsrausehsignalgenerator ange schal te t,_s Dis-Erfindung "bezieht sieh insbesondere auf ein derartiges Hadiometrie-System, bei der eine kontinuierlich betriebene Br8itband~Rausehgenerator<= Vorrichtung zur Bestrahlung des ausgewählten Zieles durch die einzige Antenne vorgesehen ist« wodurch die scheinbare Tempera·» tür des ausgewählten Zieles in-bezug- auf dessen räumliehen" Hintergrund erhöht wird„ .

Der Yergl8iGhs~Radi©ffiet er empfänger wurde' in der'Vergangenheit; weitgehend für die Untersuchung von rausehförmlgen Hochfrequenz= Signalen mit relativ niedrigem ■ Pegel verwendet,, insbesondere dann_s wenn die Amplituden der zu untersuchenden Rausehsignale

5 09 8.2-57.05.4

BAD ORIGINAL

a- 23623

in vielen Fällen klein im Vergleich zn dem intern erzeugten Rauschpegel in dam BadiornsterempfMnger sind, Vergleichs-Radio= meter-Systenie ermöglichen eine erhebliche Beseitigung, des Etnpfänger-Hintergrundrauscliens und des Eigsmausehens, wodurch relativ genaue Messungen von Hochf'requenzsignalen mit niedrigem Pegel ermöglicht werden.

Obwohl andere Arten von. Vergleichs »Radiometern bekannt sind, ist eine weltverbreitete Art eines Radiometers Insbesondere zur Verwendung in den Hochfrequenz» oder Mikrowellenfrequenz· BHndern die, bei der eine Form eines einfallenden zu untersuchenden Signals und sin genormtes oder geeichtes Bezugs-Rauschs ignal verglichen werden» Das verwendete Verfahren besteht im wesentlichen in dem Vergleich der unbekannten Rausch·» signal «Amplitude yon der zu untersuchenden Quelle mit einem Rausöhsignal bekannte¹ Amplitude von einer geeichten Quelle und das Verfahren kann, dazu verwendet werden^ die effektive Temperatur einer unbekannten Quell® mit beträchtlicher Genauigkeit zu messen. Bsi derartigen Instrumenten kann der Eingang der Empfängerelemsvxte zwischen dem unbekannten Signal und dem örtlichen Bezugs°Rausahsignalgenerator mit einer relativ hohen Frequenz umgeschaltet werden und der demodulierte und verstärkte Empfängerausgang wird einem Phasenmaßdetektor zugeführt, der synchron mit der Sshaltfrequen-z betrieben wird ο Das abschließende einseitig gerichtete Ausgangssignal von einem derartigen Radiometerempfänger ist proportional zum Unterschied zwischen der Temperatur der R&usetHBszugssignalquelXe und der Temperatur der von der Radiometeranterme erfaßten Quelle, weil der Phasenmeßdetektor automatisch ©in© Subtraktion des Empfänger-Hintergrunds- oder Eigenrauschens durchführt„

Passive Radiometrie-Systeme unter Einschluß von Systemen der eingangs beschriebenen Art weisen erhebliche Vorteile auf, weil sie passiv sind und daher den Betrieb anderer Hoohfrequenzausrüstungen nicht stören; sie arbeiten außerdem brauchbar bei

509825/0549 *^/#

BAD ORIGINAL

den meisten Wetterarten und sind einfach und zuverlässig und sie sind insbesondere relativ wenig aufwendige Die Betriebs= eigenschaften derartiger bekannter Radiometrie-Systeme in Bezug auf Ziele in relativ großen Entfernungen war jedooh nicht völlig befriedigend _ε und zwar auf Grund des beschränkten grundlegenden Radiometrie°Temperaturunters6hiedes zwischen derartigen ausgewählten Zielen und ihrem Raumhintergrund_o Weiterhin ergibt sich ein beträchtlich anwachsender Abschwächungeeffekt bei großen Zielentfernungen auf Grund der konstanten Winkelbreite des Empfangsdiagramms von Richtungsantennen;, die normalerweise in Radiometrie-Systemen verwendet werden (d .Iu wenn die Entfernung größer wirdj, empfängt die Radiometer antenne proportional mehr Raumhlntergründ«Rauschen in bezug auf Signale« die direkt von dem ausgewählten Ziel empfangen werden)ο ;

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Hochfrequenz-Radiometrie-Systemumfaßt Richtungsantenneneinrichtungen und Radiometer-Empfängereinrichtungen _p die Empfänger-Signalmisoheinrichtungen mit ersten und zweiten Mischer^Eingangsansohlttssen, übertragungsleitungs-Zirkulatorelemente mit dritten^ vierten und fünften Ansohlußeinrichtungen« wobei die Antenneneinrichtungen mit den dritten AnschluSeinrichtungen und die Empfänger-Signalmiacheinrichtungen mit den ersten Eingangsanschlttssen direkt mit den vierten Anschlußeinrichtungen gekoppelt--sind« mit den fünften Ansehlußeinriohtungen gekoppelte Oszillatoreinriohtungen* mit den Übertragungsleitungs-Einriohtungen gekoppelte Signalabtasteinrichtungen; die zwischen den Oszillatoreinriohtungen und den fünften Anschlüssen angekoppelt sind» um eine Form des Ausgangs der Oszillatoreinrichtungen direkt an die zweiten Eingangsanschlüsse der Empfänger-Signalmischeinrlohtungen zu koppeln« und Nutzeinrichtungen« die auf den Ausgang der Radiometer-Empfangseinriohtungen ansprechen, einschließen.

5098 25/0 5 49

Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Radiometrie-System geschaffen, das Einrichtungen zur Erfassung von Zielen bei relativ großen Entferaungexi und zur genauen JXirehfÜhrung aktiver oder passiver radiometrischer Kessungen an diesen Sielen aufweist ο

In einem AusfUhrungsbeispiel der Erfindung werden Signale« wie ZoBo zu untersuchende Zielsignale von einer geeigneten Antenne empfangen und mit Bezugssignalen verglichen- die von einem Bezugssignalgenerator geliefert werden» Normalerweise sind die verglichenen Signale Breitband» oder welSe Rausohsignaleo Eine Schaltvorrichtung führt die empfangenen und die Bezugssignale zyklisch und wiederholt dem Zwlschenfrequenzteil des Radiometerempfängers zu. Der Ausgang des Detektors des Radiometerempfängers ist ein Wechselspannungssignal mit einem starken Anteil der gleichen Frequenz wie die, mit der der Schalter betätigt wird. Der Weehselspannungsanteil wird über einen geeigneten Verstärker einem phasenempfindlichen Detektor zugeführt und dann einer Signalintegratorschaltung zugeführt, deren Ausgang eine Anzeige aufweisen kann, die in Temperaturwerten geeicht ist.

Das erfindungsgemäße Rad iome tr Ie-Ss^s tem kann in allgemein üblicher Weise als passives Radiometrie-System verwendet werden oder es kann in einer zweiten Betriebsweise verwendet werden, die die kontinuierliche Aussendung von breit band igen inkoherenten Rauschsignalen zur Bestrahlung eines entfernten« zu untersuchenden Zieles ergibt ο Die Breitband-Rauschleistung wird kontinuierlich ausgesandt und von der einzigen Radiometer-Antenne auf das ausgewählte Ziel gerichtet. Die Sender- und Empfängerelemente arbeiten mit der einzigen Richtungsantenne zusammen, wobei der Hochfrequenzteil des Radiometer-Systems mit einem neuartigen SignalerzeugungS" und Isolationssystem versehen 1st, um die Dauer-Betriebsweise zu ermöglichen^ wenn das System in der aktiven Betriebsweise betrieben wird* Auf diese Weise werden die

509825/0549

BAD. ORIGINAL

23623 TO

grundlegenden Nachteile bekannter /ergleichsradiomster wunden; doh, der begrenzte Temperaturunterschied des üblichen Ziels gegenüber seinem Raumhintergrund wird genauso wie die oben erwähnte Absehwächungswlrkungsei#enschaft von üblichen · Radiometrie-Antennen umgangen»

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen.und- Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Untsransprücheno

Die Erfindung wird im folgenden anliand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiöls noch näher erläutert ο

In der Zeichnung zeigen?

Pig, 1 ein Blockschaltbild einsr AusfUhrungsform des Radiometrie-Systems ^. das dessen Bauteile und deren elektrische Verbindungen ze igt j

Figo 2 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise des Systems nach Figo I₀

In Figo 1 1st eine Radiometrie-System gezeigt* das an eine Vielzahl von Anwendungen anpaßbar ist. Entsprechend 1st es verständlich, daß die Antenne 1 lediglich eine von verschiedenenmöglichen Antennen darstellt* die mit Vorteil mit dem erfindungsgemäßeiSystem verwendet werden können_Q Obwohl auch andere Arten von Antennen verwendet werden können, wie jzuBV andere kardanbefestigte Nachfuhr- oder Suchantennen oder einfache Riohtungsantennen* die an dem Rumpf eines manuell oder automatisch steuerbaren Luftfahrzeuges befestigt sind* ist in Figo 1 zur Erläuterung eine spezielle Parabol-Nachführantanne dargestellt, die eine übertragungsleitungs-Antennenspeisung 2 aufweist-, die für eine konische Abtastung (bei der Spinn-Frequenz■f_c) des gerichteten Strahlungsdiagramms 3 der Parabelaatenne 1 um ©ine Bohrungs-

- 509825/0549

Slohtaohse geeignet ist. Eine konische Abtastung wird In üblicher Weise erreicht, wenn der Antriebsmotor 4 mit einer LeI-stung an seinen AnsahIUesen 5 versorgt wird.

Wenn eine konische Abtastung tatsächlich verwendet wird» wird außerdem ein Spinn-Bezugsgenerator 6 von dem Motor 4 angetrieben« wodurch sich In Quadratur stehende sinusförmige Bezugs spannungen f_c<0° und f <90° an den Ausgangsanschlüssen 7 ergeben, und zwar für eine Verwendung» die im folgenden noch beschrieben wird ο Die Parabolantenne 1 kann um eine normalerweise horizontale Achse 8 bewegt werden, wenn dsr Höhenwinkel-Motor 9 durch geeignete Such- oder Nachlaufbefehlssignale betätigt wird« die dem Anschluß 12 zugeführt werden. In gleicher Weise kann die Antenne 1 um eine vertikale<, zur Ebene der Fig. 1 senkrechte Achse mit Hilfe der Welle 10 und des Azimut-Antriebsmotors bewegt werden, wenn dem letzteren am Anschluß 12 geeignete Such- oder Nachlaufbefehlssignale zugeführt werden.

Der Antennenantrieb _s die Kardanhaiterung und die konischen Abtast- undSuchsysterne der allgemeinen Irt nach Fig. 1 sind In der Technik gut bekannt _o Daher erscheint eine ausführliche Beschreibung des Antennensystems für die vorliegenden Zwecke nioht erforderlich. Beispielsweise sind Antennen- und Kardansysteme der erforderlichen Art in der US-Patentschrift 2 410 8^1 der Anmelderin beschrieben» Ähnliche Anordnungen sind an vielen anderen Stellen in der Technik beschrieben, unter Einschluß der US-Patentschrift 2 740 962.

Der Übertragungsleitungs-Speiser 2 der Antenne 1 ist an einem Abzweig-Ansohlußarm 23 eines üblichen übertragungsleitungs-Zirkulator-Elementes 25 mit Abzwei s-Anschlußar$ⁿ21, 22 und angekoppelt. Der Abzweig-Anschluß arm 22 1st mit einem Radiometer-Empfänger sys tem 26 gekoppelt, während der Abzweig-Ansohlüßann mit einem Sendersystem 27 gekoppelt sein kann.

509825/0549

Der übertragwigsleitungsschalter 3'0 weist unter der Steuerung einer Betätigungseinrichtung 31 und eines mechanischen Verbindungsgliedes 107a zwei mögliche Zustünde auf ο In dem in Fig. ι dargestellten Zustand koppelt der Schalter JO den Abzweig-Anschlußann 21 über den Schalterweg 30a undÜber einen üblichen Hochfrequenz-Signalisolator 29 und den Richtungskoppler43 an einen spannungsgesteuerten Oscillator 28 an„ Di© Schalterbahn 30b verbindet in einfacher Weise angepaßte Lasten 32 und 33 in passiver Weise miteinander« Wenn sich der Schalter 30 in der dargestellten Stellung befindet« koppelt die Betätigungseinrichtung 31 außerdem eine übliche Breitbanä-Moaulatlonerauschquelle 35 über den Schalter 36 an» um dem spannungsgesteuerten Oszillator 28 eine statistisch© Rausohspannung zuzuführen.» Es ist weiterhin verständlich» daß die -'.Quelle 35 zusätzlioh die Betriebsleistung an den Oszillator 28 zuführen'-kenn·-. Im zweiten Zustand der Schalter 30 und 36 verbindet der Schalter 36 eine Gleichstrpmquelle 34 mit dem Ossiilator 28« Der spannungsgesteuerte Oszillator 28 y&m ein aöstiranbarw ßuEin^Diodehoszillat sein« der ein niedriges S törr aus chess, aufweist ₀ Di© Rauschquelle 35 kann eine im Handel--'erhältliche Bauschquell® d@r Bauschdiodenart sein> die ein weißes Rausehen mit GauS'soher Yerteiluftg liefert«.

Wie es weiter oben erläutert wurde« wird ein Abzweig-Anschlußarm des Zirkulators 25 als ein Eingang für den Radiometerempfänger 26 verwendet, indem irgendein Signal in dem Abzweig-Ansohlußarm 22 zunächst einem breitbandigen Gegentaktmischer 40 mit niedrigem Rauschen zugeführt wird, der in Üblicher Weise mit Hilfe einer Vorspannungsquelle 4.1 betrieben wird« Ein zweiter Eingang an dem Empfänger-Signalmischer 40 über die übertragungsleitung 44 ist der ausgekoppelte Ausgang des Richtüngskopplers oder der Signalabtasteinrichtung 43, die dem Mischer 40 eine Form des Ausgangs des Oszillators 28 zuführt. Der Ausgang des Mischers 40 kann somit in einem üblichen Zwischenfrequenzverstärker 39

509825/0549

8- 2382310

verstärkt werden., worauf das Signal über ein Bandpaßfilter 42 an den Anschluß 45 des Schalters 4? geführt wird» In der für den Radiometerschalter 47 dargestellten Stellung ist der Ausgang des Bandpaßfilters 42 mit einem zweiten Zwischenfrequenz- oder verstÄrkungsgesteuerten Verstärker 49 verbunden, der im wesentlichen die gleiche Bandbreit® und Mittelfrequenz aufweist« wie der Zwischenfrequenzverstärker 39«,

Der Schalter 4? wird zyklisch mit regelmäßiger Bewegung bei der Schaltfrequenzfg mit Hilf© des Schaltertreibers 50 zwischen den Anschlüssen 45 und 46 betrieben. Wenn der Schalter 47 mit dem Anschluß 46 verbunden ist» wird die übliche Zwisohenfrequenz-Rauschbezugsquelle 48 mit dem Verstärker 49 verbunden. Der Verstärker 49 ist intern mit einer üblichen Verstärkungssteuerschaltung versehen, der eine Bezugspegel«Einstellspannung mit Hilfe einer Versfeärlaings-Regelspanaxings-Bezugsschaltting 60 zugeführt werden kann« die manuell In üblicher Welse durch die Einstellung 60a einstellbar 1st· Die Verstärkungsbezugsspannung von der üblichen Einheit βθ wird über einen Addierer 6l zugeführt» der eine einfache algebraische Summiersohaltung sein kann« um eine veränderliche Verstärkungssteuerspannung automatisch von dem Integrator 62 aus einzuführen₅ wie es noch näher erläutert wird·

Der verstärkte Ausgang des Verstärkers 49 wird mit einer zweckmäßigen Niederfrequenz f_ mit Hilfe des Schalters 47 zerhackt

und seine Httllkurve wird in üblicher Weise von einem üblichen Hüllkurvendetektor 68 demoduliert. Das demodulierte Niederfrequenzsignal wird« wie erforderlich* in dem Niederfrequenzverstärker 69 verstärkt. Das demodulierte Signal wird dann einem Eingang eines üblichen Fhasendetektors 72 zugeführt, der einen zweiten Eingang aufweist« dem ein Phasenbezugssignal mit der

Frequenz f_ zugeführt wird. Es ist zu erkennen, daß der Auss

509825 /0549

23623T0

gang des Phasenbezugsoszillators 7J> sowohl dem zweiten Eingang des Phasendetektors 72 als auch über die Leitung 74 zugeführt wird, um den Schaltertreiber 50 für die zyklische Betätigung des Schalters 47 anzusteuern» Der Ausgang des Phasendetektors 72 wird der üblichen Integrator schal bung 78 zugeführt und erscheint als modufiziertes Signal an der Ausgangsleitung 79° Die Leitung 79 versorgt drei abzweigende Kanäle 79a* 79b und 79c# die noch näher erläutert werden müssen„

Es sei bemerkt^ daß der Ausgang des Integrators 78 über den Schalter 108 geleitet" wird/und zwar entsprechend der Betati·= gung durch die Betätigungseinrichtimg 31 und die mechanische Verbindung 107. Eine der Wege des Schalters 108 schließt einen invertierenden Verstärker 106 ein ο Ss ist zu erkennen« daß die Einfügung des invertierenden Verstärkers und der Schalterkontakte erforderlich 1st;, um die gleiche Polarität des Ausgangssignals zu erreichen^ wenn in der aktiven oder der passiven Radiometer-Betriebsweise gearbeitet wird» Beispielsweise befinden sich in der aktiven Betriebsweise die Schalterkontakte des Schalters 108 in der dargestellten Stellung und das Ausgangssignal von einem Ziel würde positiv sein (d.h. das Ziel würde eine höhere effektive radiometrieehe Temperatur aufweisen» als der Hintergrund)» Wenn sich die Schalterkontakte des Schalters 108 Inder anderen Stellung befinden* die der passiven Betriebsweise entspricht, würde das Ausgangssignal wiederum positiv sein» Der invertierende Verstärker 1st erforderlich, weil die grundlegende passive radiometrische Temperatur des Ziels dann kälter als der Hintergrund let·

Der Kanal 79a liefert ein Signal für die Zwecke der automatischen Verstärkungsregelung an den Verstäx'kungsregelungsintegrator 62/ das in dem Addierer 61 der Bezugs^Ver'stärkuh'gssteuerspannung.: : " von des« Einheit 60 .hinzugefügt wird» - ■-"■'.';■

098 25/0 549

BAD ORIGINAL

Der Kanal 79b verwendet den Ausgang des Integrators 78* und zwar insbesondere die Komponenten mit der Frequenz f_Q dieses Ausgangs und verstärkt sie im Verstärker 82 _e Der Ausgang des Verstärkers 82 wird einem Eingangsanschluß des Azimut-Demodulators 83 zugeführt« dessen anderem Anschluß 84 das konische Abtast-Bezugesignal f_c"CO° zugeführt wird« das an einem der Ausgangsleitungen 7 des Bezugsgene?ators für die konische Abtastdrehung steht _β Die demodulierten oder phasendemodulierten Signale können in einem Filter 85 demoduliert werden« so daß lediglich ein Gleiehstromanteil mit umkehrbarer Polarität und sich ändernder Amplitude übrigbleibt« der einem üblichen Linke· Rechts-Meßinstrument 86 zugeführt wird ο Das Heßinstrument 86 zeigt an« ob die Bohrungs»Sichtaohse der Antenne 1 auf ein Ziel zeigt oder sich links oder reohts von diesem Ziel befindet» Die automatische Nachführung in Azlmutriohtung kann durch Koppeln des Ausganges des Filters 25 über den Anschluß 87 an den Anschluß 13 des Azimutmotors IX erreicht werden»

Der Ausgang des Verstärkers 82 wird einem Eingangsanschluß eines Hö*henwinkel=»Demodulators 93 augeführt, dessen anderem Anschluß 94- die konisohe Abtastbezugsspannung f_o<" 90° zugeführt wird« die an einer zweiten der Ausgangsleitungen 7 des Bezugsgenerators 6 für die konisch«? Abtastdrehung ansteht. Die demodullerten oder phasendemodulierten Signale können in einem Filter 95 gefiltert werden, wie im Fall des Filtere 85, so daß lediglich ein Gleichstromanteil mit umkehrbarer Polarität und sich ändernder Amplitude übrig bleibt« der einem üblichen Aufwarts-Abwärts-Anzeigemeßlnstrument 96 zugeführt wird» Das Meßinstrument 96 zeigt an* ob die Antenne 1 auf ein Ziel zeigt oder ob sie über oder unter dieses Ziel gerichtet ist. Eine automatische Nachführung im Höhenwinkel kann dadurch erreicht werden« daß der Ausgang des Filters 95 über den Ansohluß 97 an den Anschluß 12 des Antehnen-HÖhenwlnkelmeßinstruraentes 9 angekoppelt wird.

50 9 8 25/0549 BAD ORIGINAL

π - · 23623t

Es ist für den Fachmann verstandIiCh_x, daß andere bekannte Arten von Azimut- und Hähenwlnkel"NaGhfiihr«Fehleranzeigem anstelle der Meßinstrumente 86 und 96 mit in der Mitte liegendem Nullpunkt verwendet werden können* wi© ZoB* Kathodenstrahlanzelge= . vorrichtungen äevj&Tt_s wie sie in den US-Patenteohriften 2 5Jf und 2 552 527 besahriebön sind_β-Es ist ffSr den Fachmann weiter·=» hin verständlich* daß Bedienungspersonen unter Betrachtung der Heß instrumente 86 und 96 die Azimut=- und Höhenwinkel«=Einstell-Steuermotoren 9 imd Π duroh die manuelle Betätigung von Potentiometer-Sign&lquellen einstellen können.» die Steuerspannungen an die Jeweiligen Anschlüsse 12 bzw* 12 liefern können. Für Suchzwecke können die Spannungen an den Anschlüssen 12 und 12 entsprechend irgendeinem geeigneten Programm geändert werden»

Der.Kanal 79o leitet den Ausgang des Integrators 78 über einen auf die Frequenz f^ abgestimmten Verstärker 98 an einen Sohwellwertdetektor 99° Bss? Demodulationapeg@l des Sohwellwertdetektors 99 kann durch eine manuell© Einstellung 99a so ©ingestellt werden, daß Signale oberhalb eines vorgegebenen P©g@ls an die Anzeigevorrichtung 100 weitergeleite-t werden-_o: Somit zeigt die Bewegung des Zeigers des "-"Meßinstrumentes "100 von der dargeetell« "-.-ten Nullstellung foxtder Bedienungeperson das -?©rteo,dS<©&g@lfi -eines bestimmten Ziels an.

Wenn das Radiometer-System in der Hausohbestrahlungs« oder aktiven Betriebsweise betrieben wird₅ besteht die Aufgabe darin« ein interessierendes Ziel so anzustrahlen» daß seine scheinbare Rauschtemperatur höher als die Temperatur des Hintergrundes des Ziels ist. In diesem Fall wird der übertragungsleitungs-Schalter JO in die in Fig. 1 gezeigte Stellung gebrachte Außerdem wird der Ausgang des Oszillators 28 durch das weiße Rausahspektrum frequenzmoduliert * das in der Rauschquelle 35 erzeugt wird. Die rauschmodulierte Energie wird durch den Isolator 29 und Über den Pfad 30a des Schalters 30 in den Abzweigarm 21

50 9825/054 9

des Zirkulators 25 eingespeiste Der Zirkulator 18Bt nur einen Hoohfrequenz-Energiefluß im Uhrzeigersinn zu« wie es durch die Pfeile angedeutet ist«. Der Zirkulator dient im weeentliohen dazu, die Senderenergie vom Empfänger 26 und Irgendeine empfangene Energie vom Oszillator 28 zu trennen. So koppelt der Zirkulator 25 die rauschmodulierte Energie durch den Abzweigarm 2}aus und die Energie wird von der Antenne 1 abgestrahlt* wobei weiterhin irgendeine von der Antenne 1 empfangene Energie in den Empfänger 2.6 eingekoppelt wird <> Die abgestrahlten und empfangenen Energien haben eine gemeinsame Frequenz f_Q - A *"» well das Signal f -ΔΓ duroh die Bauschmodulation des Trägers f des Oszillators 28 erzeugt wird« Es sei bemerkt„ daß der Wert von Af außerdem die erforderliche Bandbreite für die Verstärker 39 und 49 beispielsweise festlegt»

Während der Rauschbestrahlungs- oder aktiven Betriebsweise des Systems wird die Oberlagerungs-Oszillatorleistung dem Mischer 40 von der Rauschquelle 35 und dem Oszillator 28 mit der Frequenz f_Q -Af Über den Richtungskoppler 4"5 und die übertragungsleitung 44 zugeführt ο Zusätzlich gelangt Leistung von dem Oszillator durch den Isolator 29 hindurch und gelangt in wesentlich unterdrückten entgegengesetzten Sinn von dem Abzweiganschlufiarm 21 direkt in den Abzweiganschlußarm 22 des Zirkulators 25 und dann in den Mischer 40 · Weiterhin wird allgemein eine gewisse Leistung auf Grund irgendwelcher kleinen Impedanzfehlanpassungen ix^ftSer Antenne 1 und dem zugehörigen Radom reflektiert und diese reflektierte Leistung tritt ebenfalls in den Signal-Anschlußabzweigann 22 des Mischers 40 ein« Ein wichtiges Merkmal dieser neuartigen Anordnung besteht jedoch darin*, daß die Zeitverzögerung zwischen den fehlerhaft durchgelassenen und auf Orund von Fehlanpassung reflektierten Wellen im wesentlichen KuIl ist und daß, wenn diese Signale mit dem Überlagerungsoszillatorsignal im Mischer 40 gemischt werden, die erzeugten Differenzfrequenzen

509825/0549

im wesentlichen gleich Null sind. Hit Sicherheit liegen die unerwünschten Schwebungsfrequenaslgnale weit unterhalb des Durohlaßbereiches der Zwischenfrequenzverstärker 39 und 49. Auf diese neuartige Weise wird in dem Hochfrequenzteil des Systems eine Isolation oder Trennung erzielt«, die vollständig ausreicht, um einen gleichzeitigen Sende- und Emfpangsbetrieb zu ermöglichenο

Die Frequenzeigenschaften des Systems können anhand von Figo 2 erläutert werden« Die Hochfrequenzteile des Systems unter'Einschluß des Oszillators 28 sind so ausgelegt> daß sie."M. einer Hittelfrequenz von f_Q (beispielsweise 35 GHz mit einer Bandbreite von zumindest 1 GHz) arbeiten^, wie es durch die alles einschließende Linie 101 nach Fig „2 gezeigt list ο Das Zwischenfrequenz sign al aus dem Mischer 40 wird beispielsweise durch einen Vorverstärker 39 mit relativ niedriger Verstärkung verstärkt, durch ein Bandpaßfilter 42 hindurchgeleitet und dann mit Hilfe des zyklischen Schalters 47 mit der Niederfrequena f zerhackt, die von dem Bezugsoszillator 73 geliefert wird,

Der zyklisoh betätigte Schalter 47 bewirkt abwechselnd eine Abtastung des Pegels des empfangenen Zwischenfrequenzsignais vom Verstärker 39 und das festen Leistungspegels von derBezugsrauschquelle 48₀ Der resultierende amplitudenmodulierte Ausgang des Schalters 47 ist proportional aum Unterschied zwischen dem Bezugsrausohsignal von der Quelle 43 und dem Ziel-Rückkehrsignal amplitudenmoduliertο Der Absolutwert des Ziel-Rückkehrsignals kann so in einfacher Weise festgestellt werden»

Der auf den verstärkungsgesteuerten Zwischenfrequenzverstärker 49 folgende Niederfrequenzhüllkurvendetektor 48 beseitigt die Sohaltamplitudenmodulations<=>HÜllkurve_e Diese wiedergewonnene Hüllkurve enthält die empfangenen Sielsignatur-Frequenzen wäh-

509825/0549

rend der Suche nach einem Ziel und die konische Abtastfehler-Signalfrequenz während des Nachlaufs _β Die demodulierte HUIlkurve wird dann von dem Niederfrequenzverstärker 69 dem Phasendetektor 72 und dann über den Integrator 78 an die SignalverarbeitungskanSle 79a,, 79b und 79c geleitet„ um das Zlelerfassungs· signal und die Quadratur-Nachführfehlerslgnale abzuleiten»

Der Integrator 78 ist ein übliches Integratornetzwerk mit einer Zeitkonstante T »l/f_s (wobei f die Schaltfrequenz ist) ο Der zweite Integrator 62 In der automatischen Verstärkungsregelschleife weist eine Zeitkonstante T_Q» l/f _Q auf (wobei f₀ die konische Abtastfrequenz ist.) Somit erstreckt sich die Filterung In der automatischen Verstärkungsregelsohleife von der Frequenz O bis zu einer Grenzfrequenz gerade unterhalb der konischen Abtastfrequenz f_Qo Entsprechend wird ein derartiger Teil der Niederfrequenz von einem Tiefpaßfilter und über den Addierer 61 für die Steuerung der Verstärkung des Verstärkers 49 bei Vorhandensein von Änderungen in der Amplitude des Zielrückkehrsignale zugeführt.

Der Integrator JB₉ dessen spezielle Zeitkonstante T₉» l/f_e ist,

B B

kann die konischen Abtastkomponenten der Frequenz f im Kanal 79b dem Niederfrequenzverstärker 82 zuführen*, der auf die Frequenz f_e abgestimmt sein kann. Diese getrennten Signale werden dann verwendet wie es weiter oben beschrieben wurde, um die üblichen Naohführ-AnzeigemeBinstrumente 86 und 96 zu betreiben oder um Servomotoren 9 und 11 in üblicher Weise zu steuern·

Der Integrator 78 kann wiederum irgendein Zleleignal« da» während der automatischen oder manuellen Zielsuche festgestellt wird5 weiterleiten* Weil die Such-Abtastgesohwlndigkelten relativ niedrig sind« sind die bei Feststellung eines Ziels demodulierten Zielsignalfrequenzen t± entsprechend niedrig· Sie wer-

509-825/0549

15 - ' ■-.■■ 23B23W

den daher duroh Hixdurehielten des Ausganges des Integrator* 78 durch den TlefpaßverstKrker 98 in den Sohwellwertdetektor 99 abgetrennt. Irgendein Zlelrttokkehreignal, dessen Amplitude größer als dar Pegel 1st« der duroh die Einstellung 99a eingestellt ist« betätigt das Meßinstrument 100 oder eine geeignete Alarmelnriohtung wie ZoB. eine Glocke* wejr anzeigt, daß eine Zielnaohführung eingeleitet werden sollte«

In der zweiten oder passiven Betriebsweise des Radiometer-Systems, bei der keine Energie abgestrahlt; wird* wird der Ubertragungsleitungssohalter 30 mit Hilfe der Beätigungeeinriohtung 51 um 90° im Uhrzeigersinn gedreht! außerdem wird der Schalter 36 mit dem Ausgangsansohluß der Gleichstromquelle 34verbunden» Entsprechend wird der Isolator 29 mit Hilfe des Schalter JO über den Weg 30a mit der Last 33 gekoppelt« Zusätzlich koppelt der Weg 30b des Schalters 50 die Lest 32 an den Zirkulator-Abzweigarm 21 an ο Der Oszillator 28 dient nun lediglich als ^ι überlagerungsoszillator und .liefert' das Signal mit der Frequenz f₀ durch den Abzweigarm des Richtungskogplers 43 und den Wellenleiter 44 an den Mischer 40· Irgendeine Energie mit der Frequenz f . die weiterhin in der Hauptleitung des Kopplers 43 fließt* lauft duroh den Isolator 29 und wird ohne Schaden In der Abschlußlast 33 absorbiert ο Zusätzlich kann keine Energie in den Sendearm 21 des Zlrkulators 25 gelangen/ weil der Abzweigarm 21 über den Schalterweg 30b mit der angepaßten Abschlußlast 32 gekoppelt 1st«

Der Empfanger kann dann als hochempfindlicher Doppeleeitenbandempfanger arbeiten und verwendet das Spektrum, das durch die Linien 102, 103 nach Figo 2 begrenzt istο Die Vielseitigkeit der bteonriebenen Ausftüirungsform wird weiterhin vergrößert, weil ein hoher Isolationsgrad wiederum zwischen dem Oszillator 28 und dem Empfänger 26 geschaffen wird. Andere Teile des

509825/Q549

Radiometer-EmpfBngersyatems arbeiten im wesentlichen so» wie dies in der weiter oben beschriebenen aktiven Mode der Fall wer»

Beim Nachführbetrieb in Jeder Betriebeweise wird die konische Abtast-Federmodulation des empfangenen Signale durch den Empfänger 26 geführt. Nach der Synohrondemodulation der HUllkurve der Schaltfrequenz f_s wird das resultierende konische Abtastfehlersignal den Azimut- und Höhenwinkel-Demodulatoren 83 und 93 zugeführt. Die Quadraturspannungen t_Q < 0° und f_Q< 90° von dem konischen Zweiphasen-Abtastbezugsgenerator 6 werden den jeweiligen Fehlerdemodulatoren 85 und 93 als Besugsspannungen zugeführt· Wenn die konische Abtastantenne 1 direkt auf ein Ziel ausgerichtet 1st» ergibt sich kein Fehlerelgnal an den Ausgängen der Demodulator«! 8j5 bzw· 9?« Wenn sieh das Ziel unter einem Winkel zur Bohrungssiehtlinie der Antenne 1, jedoch innerhalb des Einfangwinkels der Antenne 1 befindet« werden Fehlereignale erzeugt» deren Orößen ein MaB von der Abweichung der Bohrungssichtlinie von jeder Achse sind und deren Polaritäten die Richtung der Fehler anzeigen. Die Quadratur-Naohlauffehlersignale können (nloht gezeigten) LeistungsverstKrkern zugeführt werden« falls dies erforderlich 1st» um Hollenwinkel· und Azimut-Kardanringmotoren 9 und 11 zu steuern« oder sie können direkt Anzeigern« wie z.B° den Meßinstrumenten 86 und 96 zugeführt werden ₀

Im Zielsuchbetrieb der beschriebenen AuBfUhrungsform in entweder der aktiven oder passiven Betriebsweise werden geeignet« Azimut« und Höhenwlnkelsignale den Kardanringmotoren 9 und 11 zugeführt· Wenn die Antenne 1 ein vorgegebenes programmiertes Suohrauster durchlauft« ruft das Auftreten eines reflektierenden Zieles eine Änderung der empfangenen Signalamplitude hervor« die am Ausgang des Synchron-Fhasendetektors 72 erscheint. Wenn die Änderung des Signalpegels einen vorgegebenen Pegel überschreitet, wird der Anzeiger 100 ausgelöst.

509825/054 9 Patentansprüche'

Claims (1)

1. ι? -■■■-■■'■ 236231Ö-

   Paten ta π s ρ r -U ο h e t

   (Hochfrequenz-Radiome trie-System ρ ge k e η η ζ ei ohne t durch Richtungsantenneneinriohtungen (1, 2) und Radiometer-Empfängereinrichtungen (26), die Empfänger-Signalmischeinrichtungen (40) mit ersten und zweiten Mischer-Eingangsanschlüssen (22, 44), Ubertragungsleitungs-Zirkulatorelemente (25) mit dritten« vierten und fünften Anschlußeinrichtungen (21, 22, 23), wobei die Antenneneinrichtungen (l, 2) mit den dritten Anschlußeinrichtungen (23) und die Empfänger-Signalmischeinrichtungen mit den ersten Anschlüssen direkt mit den vierten Anschlußeinrichtungen (22) gekoppelt sind, mit den fünften Anschlußeinrichtungen (21) gekoppelte Oszillatoreinrichtungen (28), mit den Übertragungsleitungseinrichtungen gekoppelte Signalabtasteinrichtungen (43), die zwischen den Oszillatoreinrichtungen (28) und die fünf ten Anschlußeinrichtungen (21) eingeschaltet sind, um einen Teil des Ausganges der Oszillatoreinrichtungen (28) direkt den zweiten Eingangsanschlüssen (44) der Empfänger-Signalmischeinriohtungen (40) zuzuführen,, und Nutzeinrichtungen (86, 96, 100) einschließen, die auf den Ausgang der Radiometer-Empfängereinriohtungen (26) ansprechen.

   2. System nach Anspruch 1, g e k en η ζ ei ehre t durch Breitband-Rauschgeneratoreinrichtungen (35) zur Modulation des Ausganges der Oszillatoreinrichtungen (28)·

   3· System nach Anspruch 1 oder 2, g e k e η η ζ e io h η et durch Signalisolatoreinrichtungen (28) und Übertragungsleitungs-Sohaltereinrichtungen (30) mit ersten und zweiten Zuständen, wobei die Oszillatoreinriohtungen (28) die Ober-

   509 8 25/ 05Λ9

   tragungsleitungselnrichtungen» die Signalisolatoreinriohtungen (29)« die Ubertragungsleitungs-Schalterelnriohtungen (30) In dem ersten Zustand und die fünften Ansohludeinriohtungen (21) eine erste Serlensohaltungseinriohtung bilden.

   4. System nach Anspruch 1 oder 2_S gekennzeichnet durch Signalisolatoreinrichtungen (29)« übertragungsleitunge-Schaltereinrichtungen (30) mit ersten und zweiten Zustünden, und erste und zweite Lastelemente (32, 33)» wobei die Oezillatoreinriohtungen (28), die Signalisolatoreinrichtungen (29) $ die übertragungsleitungssehal tereinrlchtungen (30) im zweiten Zustand und die ersten Lastelemente (32» 33) eine zweite Serienschaltungseinrichtung bilden«

   ο System naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet» daß die fünften Ansehlußeinriohtungen (21)» die Übertragung·« leitunge-Schalterelnrlohtungen (30) im zweiten Zustand und die zweiten Last elemente (32, 33) eine dritte Serienschaltungseinrichtung bilden.

   System nach Anspruch 5* dadurch gekennze i ohne t , daß es Bet&tigungselnrichtungen (31) und unipolare elektrische Versorgungseinrichtungen (34) einschließt^, daß die Betätigungaeinrichtungen (31) die Rauschgeneratoreinriohtung (35) sur Modulation des Ausganges der Ossillatoreinriohtungen (28) anschalten» wenn sich der Übertragungsleitungssohalter (30) in dem ersten Zustand befindet» und daß die Betätigungseinrichtungen (31) die unipolare elektrische Versorgungseinrichtung (34) mit den Oszillatoreinrichtungen (28) koppeln» wenn sich die Übertragungsleitungs-Schaltereinriohtungen (30) in dem zweiten Zustand befinden.

   509825/0549

   19 - - λ 2352310

   System nach einem der vorhergehenden Ansprüche * dadurch g β k e nn ze lohn e t _p daß die Radiomefcer-Empfängereinriohtungen (26i) Bezugsrausehquelien-Einriahtungen(48), Radiometer-Sohalterelnriohtuneen (47), verst&rkungBgesteuerte Verstärkereihrichtungen (49), und Bezugsoszillatoreinrlohtungen (73) zur Betätigung der Radioineter-Sohaltereinrichtungtn (47) zur abwechselnden Anschaltung der Besugerauschquelleneinrichtungen (48) oder des Ausganges der EaipfMnger-SIgnelmlBohelnrlohtungen (40) an den Etagang der verstärfcungsges teuer ten Verstärker einrichtungen (49) anschalten.

   8ο System naoh Anspruch 7, dadurch g e k e η η ζ β Io ha β t , daß βε weiterhin Hüllkurven-Detektoreinrichtungen (68), die auf die verstärkungsgesteuerten Verstärkereim¹ iohtungen (49) ansprechenί Phasendetektoreinriohtungen (72)# die auf die Hüll· kurven-Detektoreinrichtungen (68) und auf die BezugsoeziIlatoreinrichtungen (7?) ansprechen,, und Integra tor einrichtungen ■ ■ (78). einsehließt, die auf .-die' FMsendeibektoreinric^tungen (72) ansprechen, um die yeretärkung' der v©rBtfe»kungsgesteuerten Veretärkereinrichtungen (49) iu

   System nach Anspruch 8_S dadur oh g e kenn s @ I β h η β t * daß es weiterhin Antriebseinrichtungen (4) zurkonischen Abtastung der Antenneneinrichtungen (l, 2) um eine Bohrungssi ohtlinie mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz zur Peststellung eines Ziels« konische Abtastbezugs-Generatoreinrichtungen (6), die auf die Antriebseinrichtungen (4) ansprechen« auf die vorgegebene Abtastfrequenz abgestimmte Verstärkereinriohtungen (82), die auf die Integratoreinrichtungen (78) ansprechen, Deraodulatoreinrichtungen (83, 93) zur Erzeugung von Azimut-' und HÖhenwinkel-Pehlersignalen, die auf die Versetzung des Ziels gegenüber der Bohrungssiohtriohtung bezogen sind, und Einrichtungen (86, 96) zur Verwendung der Fehlersignale einschließtο

   50982570549

   10. System nach Anspruch 8 oder 9« dadurch gekennzeich net» daß es weiterhin VerstSrkereinriohtungen (98)« die auf die Integratoreinrichtungen (76) ansprechen, Sehwellwertdetektoreinrlchtungen (99) 5 eile auf die Verstärkereinrichtungen (98) ansprechen und Anzeigeeinrlohtungen (100) einschließt, die auf die Schwellwertdetektoreinrichtungen (99) ansprechen«

   509825/0549