DE2620991A1 - Automatic tracking radar system - has device for at least partial compensation of errors caused by mirror effects using local oscillators - Google Patents

Abstract

The radar transmitter uses f.m. signals. The radar system includes a control unit (St) which controls transmission frequencies of the transmitter (S) and of local oscillators (OZ) during negligibly short time intervals. The system operates in such a way that abrupt changes in the transmitted frequency are greater than or nearly equal to a deviation from the centre frequency, and the results are automatically calculated in the radar station from a specified formula.

Description

Anordnung zur Kompensation von Bodenspiegelungen inArrangement for the compensation of floor reflections in

Sende/Empfangsgeräten, insbesondere in Zielfolge-Radargeräten Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur mindestens teilweisen Kompensation von durch Spiegeleffekte verursachten Messfehlern in Sende/Empfangsgeräten mit frequenzmodulierbaren elektromagnetischen Sendesignalen, insbesondere in Zielfolge-Radargeräten.Transmitters / receivers, especially in tracking radars the The present invention relates to an arrangement for at least partial compensation of measurement errors caused by mirror effects in transceivers with frequency modulable electromagnetic transmission signals, especially in target tracking radars.

Derartige Geräte, wie sie beispielsweise zur genauen Lagevermessung von Luftfahrzeugen für die Zwecke der Fliegerabwehr oder bei der Ueberwachung von Start- und Landungsmanövern Verwendung finden, werden in ihrer Messgenauigkeit durch Bodeneinflüsse gestört. Strahlungsenergie, die den Boden oder eine Wasserfläche trifft, wird, je nach Beschaffenheit der getroffenen Fläche entweder diffus gestreut oder spiegelnd reflektiert. Diffuse Streuung tritt vor allem auf, wenn die Unebenheiten der getroffenen Bodenfläche bzw. die Wasserwellen gross sind im Vergleich zur Wellenlänge der emittierten Mikrowellenstrahlung; spiegelnde Reflexion hingegen entsteht bei relativ zur Wellenlänge kleinen Unebenheiten der Boden- oder Wasserfläche. Durch die diffuse Streuung entstehen in Radargeräten Echoerscheinungen, die oft das Zielecho verdecken (engl. ground clutter, bzw. sea clutter), während durch die Spiegelwirkung ein zweites Ziel vorgetäuscht wird, das Fehler in der Winkelvermessung des zu vermessenden Objekts verursachen kann. In praktischen Fällen treten diffuse Streuung und spiegelnde Reflexion häufig gleichzeitig auf. Während die störenden Boden- oder See-Echos durch Ausnützung des Dopplereffektes bewegter Objekte, unterdrückt werden können, versagt diese Methode gegenüber dem ebenfalls störenden Spiegelbild des zu vermessenden Objekts, da dieses annähernd dieselbe Dopplerverschiebung wie das reelle Objekt aufweist. Besonders störend wirken sich Bodenspiegelungen bei der Vermessung sehr niedrig fliegender Objekte aus. Einerseits ist die Bodenspiegelung bei streifendem Einfall der elektromagnetischen Strahlung besonders ausgeprägt, anderseits liegen in diesem Fall zu vermessendes Objekt und störendes Spiegelbild so nahe beisammen, dass das Winkelauflösungsvermögen des Radargerätes nicht mehr ausreicht, um das reelle Objekt unbeeinflusst von seinem Spiegelbild zu vermessen. Die vom reellen Objekt direkt und die über die Spiegelfläche beim Radargerät eintreffende Welle werden daher beide vom Radargerät empfangen und führen zu falschen Winkelmesswerten in Grösse und Vorzeichen.Such devices, such as those used for precise position measurement, for example of aircraft for anti-aircraft purposes or for the surveillance of Take-off and landing maneuvers are used, are in their measurement accuracy by Soil influences disturbed. Radiant energy affecting the ground or a body of water hits, is either scattered diffusely, depending on the nature of the surface hit or reflective. Diffuse scattering occurs mainly when the bumps the surface area hit or the water waves are large compared to the wavelength the emitted microwave radiation; specular reflection, on the other hand, occurs at small unevenness of the ground or water surface relative to the wavelength. By the diffuse scattering arise in radar devices, echo phenomena, which are often the target echo conceal (English. ground clutter, or sea clutter), while through the mirror effect a second target is simulated, the error in the angular measurement of the to be measured Object can cause. In practical cases, diffuse and specular scattering occur Reflection often at the same time. While the disturbing ground or sea echoes through Exploitation the Doppler effect of moving objects can be suppressed, this method fails compared to the mirror image of the object to be measured, which is also disturbing, since this has approximately the same Doppler shift as the real object. Particularly Ground reflections have a disruptive effect when measuring very low-flying Objects out. On the one hand, the reflection from the floor is electromagnetic when it is grazing incidence Radiation particularly pronounced, on the other hand in this case there are things to be measured The object and the disturbing mirror image are so close together that the angular resolution of the radar device is no longer sufficient to keep the real object unaffected by its Measure mirror image. The one from the real object directly and the one via the mirror surface incoming waves at the radar are therefore both received by the radar and lead to incorrect angle measurement values in terms of size and sign.

Die Messfehler hängen sowohl von der Stärke, wie von der Phasenlage der gespiegelten Welle in bezug auf die direkte Welle ab.The measurement errors depend on both the strength and the phase position the mirrored wave with respect to the direct wave.

Es bestehen zahlreiche Vorschläge, die erwähnten Probleme zu lösen. Einen Ueberblick gibt D.K. Barton in "Low-Angle Radar Tracking" Proc. IEEE, Vol. 62, June 1974, S. 687...704.There are numerous proposals for solving the problems mentioned. D.K. Barton in "Low-Angle Radar Tracking" Proc. IEEE, Vol. 62, June 1974, pp. 687 ... 704.

Ein bekanntes, wirksames Mittel, um die durch Spiegeleffekte verursachten Winkelmessfehler möglichst zu vermeiden, ist eine möglichst enge Bündelung der Radar-Empfangscharakteristik, d.h. ein grosses Winkelauflösungsvermögen, um das Ziel vom Spiegelbild zu trennen.A well-known, effective way to counteract those caused by mirror effects Avoiding angle measurement errors as close as possible is to bundle the radar reception characteristics as closely as possible, i.e. a high angular resolution to separate the target from the mirror image.

Dies verursacht jedoch einen hohen technischen Aufwand und erschwert ausserdem die Ziel-Erfassung und Ziel-Aufschaltung.However, this causes a high level of technical complexity and makes it more difficult also target acquisition and target activation.

Ein anderer Vorschlag sieht vor, die Zielvermessung nicht im Strahlmittelpunkt, sondern im unteren Strahlbereich vorzunehmen (engl. off-axis tracking). Dazu wird die Antennenachse entsprechend über die Achse Antenne-Ziel ausgerichtet. Sinn dieser Massnahme ist, durch die Messung an der Flanke des Antennendiagrammes das Trennvermögen gegenüber der störenden gespiegelten Spiegelwelle zu steigern. Nachteile dieser Lösung sind die gestörte Symmetrie und der auftretende Reichweitenverlust.Another suggestion is that the target measurement should not be in the center of the beam, but rather in the lower beam area (off-axis tracking). This will be the antenna axis is aligned accordingly over the antenna-target axis. Sense this The measure is to measure the separation capacity on the edge of the antenna diagram to increase compared to the annoying mirrored mirror wave. Disadvantages of this The solution is the disturbed symmetry and the loss of range that occurs.

Es ist auch bekannt und wird ebenfalls im zitierten Aufsatz von D.K. Barton beschrieben, dass die Varianz der Winkelfehler durch Frequenzvariation der Trägerwelle (engl. frequency diversity) etwas herabgesetzt und damit eine Beruhigung der Messwerte (engl. smoothing of diffuse components) erzielt wird.It is also known and is also discussed in the cited article by D.K. Barton described that the variance of the angular error is due to the frequency variation of the Carrier wave (English frequency diversity) somewhat reduced and thus a calming down the measured values (smoothing of diffuse components) is achieved.

Jedoch ist mit den vorgeschlagenen Frequenzvariationen keine K."ipensation des Fehlereinflusses von Spiecleffekten möglich.However, with the proposed frequency variations there is no compensation the error influence of mirror effects is possible.

Weitere Methoden der Winkelfehlerreduz ieruri;l ,wurden insbesondere fül sogenannte Monopuls-Radarsysterne vorgeschlagen.Further methods of angular error reduction ieruri; l, were in particular proposed for so-called monopulse radar systems.

Die ..gena.ìnte Komplexwinkeltechnik (engl. complex angle techniques) ist in der US-PS 3 378 843 beschrieben. Hier wird von der an sich bekannten Tatsache ausgegangen, dass bei einer unter dem Begriff Amplituden-Monopuls bekannten Ausführungsform das Fehlersignal im Elevationswinkelkanal eine Imaginärkomponente, d.h. eine um 900 gegen das Summen-Empfangssignal zeitlich versetzte Komponente aufweist, sobald ein Spiegelsignal auftritt. Demgegenüber ist bei Abwesenheit von Spiegelsignalen das Fehlersignal im wesentlichen reell, d.h. in Phase mit dem Summen-Empfangssignal. Die Grösse dieser Imaginärkomponente ist sowohl eine Funktion der Zielelevation wie der Geländeeigenschaften. Durch Eichung des Messgerätes, z.B. durch Versuchs-Flüge, kann der Verlauf der Imaginärkompenente gemessen und auf Grund solcher Eichdaten aus der gemessenen Imaginärspannung die Zielelevation bestimmt werden. Die Methode hat aber den Nachteil, dass Versuchs-Flüge in allen Azimutrichtungen, also zeitraubende und teure Eicharbeiten erforderlich sind, und dass die Resultate solcherEichungen nur für den während der Messung vorgefundenen Bodenzustand brauchbar sind. Aendern sich die Reflexionsverhältnisse, z.B. Boden nass oder trocken, Schneedecke; Wasserfläche ruhig oder bewegt, müssen neue Messungen durchgeführt werden. Auch treten, wie von Peebles und Goldmann "Radar Performance with Multipath Uns in the Complex Angle" IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 7, Jan. 1971, beschrieben wurde, bei Anwendung dieser Methode häufig Mehrdeutigkeiten auf, die grosse Messfehler verursachen.The ..gena. Complex angle techniques is described in U.S. Patent 3,378,843. Here is from the known fact assumed that in an embodiment known under the term amplitude monopulse the error signal in the elevation angle channel has an imaginary component, i.e. one um 900 has components offset in time with respect to the sum received signal as soon as a mirror signal occurs. In contrast, in the absence of mirror signals the error signal is essentially real, i.e. in phase with the sum received signal. The size of this imaginary component is both a function of the target elevation like the terrain characteristics. By calibrating the measuring device, e.g. by test flights, the course of the imaginary component can be measured and based on such calibration data the target elevation can be determined from the measured imaginary tension. The method but has the disadvantage that test flights in all azimuth directions, so time-consuming and expensive calibration work is required, and that the results of such calibrations are only usable for the condition of the soil found during the measurement. Change the reflection conditions, e.g. wet or dry soil, Snow cover; If the water surface is calm or moving, new measurements must be carried out. Even occur, as described by Peebles and Goldmann "Radar Performance with Multipath Uns in the Complex Angle "IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 7, Jan. 1971, when using this method, ambiguities often arise, which cause large measurement errors.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe,eine Anordnung zur mindestens teilweisen Kompensation von durch Spiegeleffekte verursachten Winkelmessfehlern zu schaffen, welche die vorerwähnten Nachteile nicht aufweist.The present invention has the object of providing an arrangement for at least partial compensation of angle measurement errors caused by mirror effects to create which does not have the aforementioned disadvantages.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorhanden ist, die die Sende frequenzen der Sender und die Frequenzen der Lokaloszillatoren in gegenüber der Signalverarbeitungsdauer vernachlässigbar kleinen im Mittel gleich langen Zeitintervallen derart steuert, dass die Sendesignale Frequenz sprünge grösser oder annähernd gleich +t f min um eine Mittelfrequenz fm aufweisen, die nach Massgabe von vorbekannten, mittels einer Mess- und Auswerteeinrichtung im Radargerät angenäherten Ziellage-Parametern nach der Formel gewonnen werden, mit c = Lichtgeschwindigkeit h = Antennenhöhe über Spiegelfläche hz= Zielhöhe über Spiegelfläche rd= radiale Zieldistanz.The invention is characterized in that there is a control system which controls the transmission frequencies of the transmitters and the frequencies of the local oscillators in time intervals that are negligibly small compared to the signal processing time, on average equal in length, in such a way that the transmission signals frequency jumps greater than or approximately equal to + tf min um have a center frequency fm which, according to previously known target position parameters approximated by means of a measuring and evaluation device in the radar device, according to the formula can be obtained, with c = speed of light h = antenna height above mirror surface hz = target height above mirror surface rd = radial target distance.

Die im Patentanspruch als Kriterium zur Variation der Sendefrequenzen genannten Massnahmen bewirken, dass sich zumindest angenähert die Phasen lagen der am Boden gespiegelten Wellen in Bezug auf die direkt vom Ziel reflektierten Wellen jeweils während gleichen Zeitintervallen um Winkel von annährend zur oder Winkel ? # unterscheiden.In the claim as a criterion for varying the transmission frequencies The mentioned measures have the effect that the phases were at least approximately waves reflected on the ground in relation to the waves reflected directly from the target in each case during the same time intervals by angles of approximately to or angles ? # differentiate.

Phasenlagen-Unterschiede von 1r oder ungeraden Vielfachen von 71 würden, abhängig vom verwendeten Radarsystem, Teil-oder Vollkompensation von Spiegeleffekten ergeben. In der Praxis erweist es sich jedoch als sehr vorteilhaft, dass bereits Phasenlagen-Unterschiede von nur annähernd Ti oder nur annähernd ungeraden Vielfachen von II Teilkompensationen ergeben. Daraus ergibt sich der Vorteil von einfachen Approximativ-Verfahren zur Bestimmung der Fehlerkompensation. Dementsprechend könnte, beispielsweise durch ein Zielfolge-Radargerät mit nur einer, festeingestellten, erfindungsgemässen Frequenzvariationßein weiter Zielbereich vermessen werden, ohne dass allfällig auftretende Spiegeleffekte zu erheblichen Missweisungen führen würden.Phase differences of 1r or odd multiples of 71 would be, depending on the radar system used, partial or full compensation of mirror effects result. In practice, however, it has proven to be very advantageous that phase position differences of only approximately Ti or only approximately odd multiples of II partial compensations result. This results in the advantage of simple approximate methods for Determination of the error compensation. Accordingly, could, for example, by a target following radar device with only one fixed frequency variation according to the invention wide target area can be measured without any mirror effects occurring would lead to significant aberrations.

Durch messtechnische Massnahmen -beispielsweise der Ueberwachung des Imaginäranteils im Winkelfehlersignal bei Radargeräten, welche die Phasenlage der Echosignale auswerten - lässt sich die Wirksamkeit der gewählten Frequenzvariationen überprüfen und optimieren.By metrological measures - for example the monitoring of the Imaginary component in the angle error signal in radar devices, which the phase position of the Evaluate echo signals - the effectiveness of the selected frequency variations can be evaluated review and optimize.

An Hand von Zeichnungen wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen das erfindungsgemässe Verfahren erläutert.Exemplary embodiments are shown below with reference to drawings the inventive method explained.

Es zeigen: Fig. 1, ein Monopuls-Zielfolge-Radargerät mit Spiegeleffekt-Kompensation Fig. 2, die geometrischen Verhältnisse zur Bestimmung der Spiegeleffekt-Kompensation Fig. 3, die Charakteristik einer stochastischen Frequenzverteilung zur Spiegeleffekt-Kompensation Ein Monopuls-Zielfolge-Radargerät, Fig. 1 weist eine Sende/ Empfangsantenne R mit Strahlungselementen A, B, C, D auf.The figures show: FIG. 1, a monopulse target following radar device with mirror effect compensation Fig. 2, the geometric relationships for determining the mirror effect compensation Fig. 3, the characteristic of a stochastic frequency distribution for mirror effect compensation A monopulse target following radar device, Fig. 1 has a transmitting / receiving antenna R with Radiation elements A, B, C, D on.

Vier Hohlleiter a, b, c, d verbinden die Strahlungselemente A, B, C, D mit einem Summen-Differenz-Netzwerk K. Nachgeschaltet ist ein Sende/Empfangsumschalter Du. Der Sende/ Empfangsumschalter Du ist empfängerseitig über Signalleitungen #,#α,## mit einer Mischstufe M verbunden. Die Ausgangssignale S(fm + bf) und S(fm -f) eines, zwei Einzel-Sender St, S2 aufweisenden Sendegerätes S werden im Sende/Empfangsumschalter Du einem Summensignal-Kanal E zugeführt. Die Einzelsender Si, S2 sowie ein Ueberlagerungs-Oszillator OZ (Lokal-Oszillator) sind durch ein gemeinsames Stellglied St frequenzabstimmbar. Die Ausgangssignale SOz des Ueberlagerungs-Oszillators OZ sind der Mischstufe M zugeführt. Die Ausgänge der Mischstufe M sind mit Signal-Auswertestufe SA verbunden. Die Signal-Auswerte-Stufe SA gibt ein Videosignal Vd, die Höhenwinkel-Fehlerspannung## und die Se itenwinkel-Fehlerspannungo( ab.Four waveguides a, b, c, d connect the radiation elements A, B, C, D with a sum-difference network K. A send / receive switch is connected downstream You. The transmit / receive switch Du is on the receiver side via signal lines #, # α, ## connected to a mixer M. The output signals S (fm + bf) and S (fm -f) of a, two individual transmitters St, S2 having transmitting device S are in the transmit / receive switch Du fed to a sum signal channel E. The individual transmitters Si, S2 and a superimposed oscillator OZ (local oscillator) can be frequency-tuned by a common actuator St. The output signals SOz of the superposition oscillator OZ are the mixer M fed. The outputs of the mixer stage M are connected to the signal evaluation stage SA. The signal evaluation stage SA outputs a video signal Vd, the elevation angle error voltage ## and the side angle error voltage o (ab.

Diese Informationen werden einer Servo-Stufe SE zugeführt.This information is fed to a servo stage SE.

Die Servo-Stufe ihrerseits gibt ein Steuersignal Sir112 ab. Das Steuersignal SR1,2 wird einem Servomechanismus SM zugeführt und wirkt über diesen auf die Sende/ Empfangsantenne R ein. Eine Impulszentrale IZ gibt an einen Senderumtaster US und an den Ueberlagerungs-Oszillator OZ ein Senderumtastsignal SUS ab. Ebenfalls wird ein Sendersteuersignal PRF von der Impulszentrale IZ abgegeben und über den Senderumtaster US an den jeweils angesteuerten Sender S1 oder S2 abgegeben. Ferner erzeugt die Impulszentrale IZ weitere im Radargerät benötigte Steuer- und Anzeigesignale.The servo stage in turn gives it a control signal Sir112 off. The control signal SR1,2 is fed to a servo mechanism SM and acts via this to the transmitting / receiving antenna R. A pulse center IZ indicates a transmitter shift key US and a transmitter shift key signal to the superimposition oscillator OZ SUS off. A transmitter control signal PRF is also emitted by the pulse center IZ and sent via the transmitter switch US to the respectively activated transmitter S1 or S2. The pulse center IZ also generates other control and control units required in the radar unit Display signals.

Die Wirkungsweise eines derartigen Radargerätes ist grundsätzlich bekannt.The mode of operation of such a radar device is fundamental known.

Die Sende/Empfangsantenne R, beispielsweise eine sogenannte Monopuls-Antenne, wird durch einen Servomechanismus SM in geeigneter Weise auf ein Flugziel ausgerichtet. Mittels des Stellgliedes St werden die Frequenzhübe f A f des Sendegeräts S den Spiegeleffekt-Verhältnissen entsprechend eingestellt. Gleichzeitig wird auch in bekannter Weise der Ueberlagerungs-Oszillator OZ auf die empfangsgerechten Ueberlagerungsfrequenzen abgestimmt. Das Sendersteuersignal PRF wird nun durch den im Takte des Senderumtastsignals schaltenden Umtaster US periodisch den Einzel-Sendern S1 und zugeführt. Die im Sendegerät S erzeugten Sendesignale S(fm + ^ f) und S(fm - f) werden in bekannter Weise über den Sende/Empfangsumschalter Du ins Hohlleiter-Netz eingespeist und über die Sende/Empfangsantenne R in Richtung Flugziel abgestrahlt. Entsprechend der Zieldistanz trifft nun die vom Flugziel zurückgestrahlte Sendeenergie einerseits direkt und andererseits indirekt, über die Spiegelfläche reflektiert, (s.Fig. 2) nach einem messbaren Zeitintervall jedoch nahezu gleichzeitig auf die Sende/Empfangsantenne R. Dementsprechend setzt sich ein das elektrische Feld charakterisierender, auf die Sende/EmpfangsantenneR ein wirkender elektrischer Vektor ER aus den Komponenten der vom Flugziel direkt reflektierten elektromagnetischen Welle -Vektor E Z - und der durch die Spiegelfläche reflektierten elektromagnetischen Welle - Vektor Es - zusammen. Durch die am Sender S durchgeführte, sogenannte Frequenzumtastung ergibt sich bei richtig eingestelltem Frequenzhub in der durch die Umtastfrequenz bestimmten Folge eine periodische Richtungsumkehr des die Messfehler verursachenden elektrischen Vektors ES in Bezug auf den Vektor ER, und damit auch eine periodische Vorzeichenumkehr des daraus resultierenden Messfehlers, wodurch die beabsichtigte Kompensationswirkung entsteht.The transmitting / receiving antenna R, for example a so-called monopulse antenna, is appropriately aimed at a flight target by a servomechanism SM. By means of the actuator St, the frequency swings f A f of the transmitter S are the Set mirror effect ratios accordingly. At the same time, in known way the superposition oscillator OZ to the reception-appropriate superposition frequencies Voted. The transmitter control signal PRF is now synchronized with the transmitter keying signal switching toggle switch US periodically fed to the individual transmitters S1 and. The one in the sending device S generated transmission signals S (fm + ^ f) and S (fm - f) are transmitted in a known manner the Transmit / receive switch you are fed into the waveguide network and via the transmit / receive antenna R emitted in the direction of the flight target. According to the target distance, the Transmission energy reflected back from the destination on the one hand directly and on the other hand indirectly, reflected over the mirror surface, (see Fig. 2) after a measurable time interval however, almost simultaneously on the transmitting / receiving antenna R. Accordingly, sets a characteristic of the electric field on the transmitting / receiving antennaR an active electrical vector ER from the components of the target directly reflected electromagnetic wave - vector E Z - and that through the mirror surface reflected electromagnetic wave - vector It - together. By on the transmitter S performed, so-called frequency shift keying, results from correctly set Frequency deviation in the sequence determined by the keying frequency a periodic reversal of direction of the electrical vector ES causing the measurement errors in relation to the vector ER, and thus also a periodic sign reversal of the resulting measurement error, whereby the intended compensation effect arises.

Voraussetzung für eine derartige Kompensation ist jedoch, dass die Zeitdauer der wirksamen Frequenzumtastung klein ist gegenüber der Verarbeitungsdauer der in bekannter Weise aufbereiteten Signale. Diese Signalverarbeitungsdauer wird durch die Laufzeiten und Zeitkonstantenim Empfänger, sowie ganz entscheidend durch die Zeitkonstante der Servo-Stufe SE bestimmt.However, a prerequisite for such compensation is that the The duration of the effective frequency shift keying is small compared to the processing duration the signals processed in a known manner. This signal processing time is by the runtimes and time constants in the receiver, as well as very decisive by determines the time constant of the servo stage SE.

Der Empfänger verarbeitet die in den Hohlleitern a, b, c, d geführten elektrischen Signale in gewohnter Weise. Diese Signale werden dem Summen-Differenz-Netzwerk K zugeführt und in bekannter Weise ein SummensignalL , ein Seitenwinkel-Differenzsignal4d und ein Höhenwinkel-Differenzsignal d gebildet. Im nachfolgenden Sende/Empfangsumschalter Du werden diese in den jeweiligen Empfangsintervallen an eine Mischstufe M durchgeschaltet. Hier erfolgt durch Zuführung der Ueberlagerungsfrequenz SOz die Umsetzung auf eine Zwischenfrequenz. Die Zwischenfrequenz-Ausgangssignale der Mischstufe M werden in der anschliessenden Signal-Auswerte-Stufe SA verstärkt, amplitudengeregelt und demoduliert. Die Signal-Auswerte-Stufe SA gibt ein Videosignal Vd, die Seitenwinkel-Fehlerspannung#α und die Höhenwinkel-Fehlerspannung ## ab.The receiver processes the waveguides a, b, c, d electrical signals in the usual way. These signals are the sum-difference network K and in a known manner a sum signal L, a azimuth difference signal 4d and an elevation angle difference signal d is formed. In the following send / receive switch These are switched through to a mixer M in the respective reception intervals. Here, by supplying the superimposition frequency SOz, the conversion to a Intermediate frequency. The intermediate frequency output signals of the mixer M are in the subsequent signal evaluation stage SA is amplified, amplitude-controlled and demodulated. The signal evaluation stage SA outputs a video signal Vd, the azimuth error voltage # α and the elevation angle error voltage ##.

Eine nachgeschaltete Servo-Stufe SE verarbeitet die beiden Winkelfehlerspannungen£o(,und das Videosignal Vd zu mechanischen Stellgrössen. Zwei Stellgrössen SR1,2 dienen zur eingangs erwähnten Ausrichtung der Sende/Empfangsantenne R auf das Ziel. Die dritte Stellgrösse stellt die radiale Zieldistanz rd dar.A downstream servo stage SE processes the two angle error voltages £ o (, and the video signal Vd to mechanical manipulated variables. Two manipulated variables SR1,2 are used for the aforementioned alignment of the transmitting / receiving antenna R on the target. the The third manipulated variable represents the radial target distance rd.

Aus Fig. 2 lassen sich die zur Kompensation von Spiegeleffekten notwendigen Frequenzsprünge ## f berechnen mit: dh = Horizontaldistanz (Antenne-Flugziel) h = Antennenhöhe über Spiegelfläche 5 h = Zielhöhe über Spiegelfläche z rd = radiale Zieldistanz (Weglänge der direkten Welle) - r = Weglänge der reflektierten Welle über 5 den Spiegelpunkt zum Radargerät 3 d = Weglängendifferenz zwischen gespiegelter und direkt reflektierter Welle n = Masszahl für die Weglängendifferenz in Viertels-Wellenlängen = = mittlere abgestrahlte Wellenlänge fm = mittlere abgestrahlte Frequenz bf = Frequenzsprung des Sendesignals Für ein Ziel in Bodennähe gilt: Die Masszahl n der Weglängendifferenz berechnet sich zu: Um eine Phasenänderung zwischen direkter und reflektierter + Welle um -+ 1r/2 zu erzielen, muss der Frequenzsprung -eine Aenderung der Masszahl n um - 1 bewirken. Daraus folgt nach kurzer Rechnung für den minimal erforderlichen Frequenzsprung: Der ganze notwendige Frequenzsprung beträgt 2 a f min wobei ß f < f min = Unterkompensation (Teilkompensation) und t f > f min = Ueberkompensation (Teilkompensation) ergibt.The frequency jumps ## f necessary to compensate for mirror effects can be calculated from Fig. 2 with: dh = horizontal distance (antenna-flight target) h = antenna height above mirror surface 5 h = target height above mirror surface z rd = radial target distance (path length of the direct wave) - r = path length of the reflected wave over 5 the mirror point to the radar device 3 d = path length difference between mirrored and directly reflected wave n = measure of the path length difference in quarter wavelengths = = mean emitted wavelength fm = mean emitted frequency bf = frequency jump of the transmitted signal for a target the following applies near the ground: The measure n of the path length difference is calculated as follows: In order to achieve a phase change between the direct and the reflected + wave by - + 1r / 2, the frequency jump -a change in the measure n by -1. After a short calculation it follows for the minimum required frequency jump: The entire frequency jump required is 2 af min, where ß f <f min = undercompensation (partial compensation) and tf> f min = overcompensation (partial compensation).

Da ein niedrig fliegendes Flugziel nach der Erfassung üblicherweise in der anschliessenden Verfolgungsphase auf das Radargerät R zufliegt und bei horizontalem Anflug ein abnehmender Frequenzsprung d f erforderlich ist, ergibt sich die Möglichkeit einer Optimierung bei gut eingestelltem Frequenz sprung d f. Dieser wird auf beste Kompensation für eine vorausberechenbare Zielkonfiguration eingestellt, bei der die Genauigkeitsansprüche am grössten sind. Für grössere Zieldistanz besteht dann Unterkompensation, für kleinere Ueberkompensation.As a low-flying target after the capture usually in the subsequent tracking phase towards the radar device R and with horizontal Approach a decreasing frequency jump d f is required, the possibility arises an optimization with a well set frequency jump d f. This is at the best Compensation set for a predictable target configuration in which the demands on accuracy are the greatest. For a longer target distance there is then Undercompensation, for minor overcompensation.

Die Bestimmungsformel zur Berechnung des Frequenzsprungs S f . weist eine von der Position des Radargerätes und mln zwei von der Ziellage abhängige Grössen auf. Die Antennenhöhe über der Spiegelfläche h. kann in vielen Fällen min-5 destens jeweils in einem grösseren Zielverfolgungsbereich als konstant angenommen werden und ist durch die Position des Radargerätes und durch das Umgebungsgelände festgelegt.The formula for calculating the frequency jump S f. shows one of the position of the radar device and two variables depending on the target position on. The antenna height above the mirror surface h. can in many Cases at least 5 each in a larger target tracking area than constant can be assumed and is due to the position of the radar device and the surrounding area set.

Die radiale Zieldistanz rd lässt sich auch im durch Spiegeleffekte gestörten Betrieb relativ genau ermitteln. Die durch Spiegeleffekte gestörte Höhenwinkelmessung kann dementsprechend durch einen Iterationsprozess in ihrer Genauigkeit verbessert werden, da bereits eine Phasenänderung um nur annähernd N schon eine Teilkompensation und somit eine Verbesserung des Messwertes der ursprünglichen Zielablagen bewirkt.The radial target distance rd can also be adjusted using mirror effects determine disrupted operation relatively precisely. The elevation angle measurement disturbed by mirror effects can accordingly be improved in its accuracy through an iteration process as a phase change by only approximately N already results in partial compensation and thus brings about an improvement in the measured value of the original target locations.

Bekanntlich kann, beispielsweise in einem Monopuls-Radargerät, mit Hilfe eines sogenannten Quadraturkanals der durch Spiegeleffekte verursachte Imaginärteil des Winkelfehlersignals gemessen werden. Ausgehend von diesem Sachverhalt lässt sich ebenfalls ein Optimierungskriterium zur Kompensation des Spiegeleffektes bzw. zur optimalen Einstellung des Hubs herleiten: Ein zu Null werdender oder auch annähernd zu-Null werdender Imaginärteil des Winkelfehlersignals könnte in einer an sich bekannten Messanordnung laufend überwacht und als Sollwert beispielsweise für die Verbesserung des oben erwähnten Iterationsprozesses verwendet werden.As is known, for example in a monopulse radar device with With the help of a so-called quadrature channel, the imaginary part caused by mirror effects of the angle error signal can be measured. On the basis of this, lets There is also an optimization criterion to compensate for the mirror effect or derive for the optimal setting of the stroke: A zero or also approximately The imaginary part of the angle error signal that becomes zero could be in a manner known per se The measuring arrangement is continuously monitored and used as a target value, for example for improvement of the iteration process mentioned above can be used.

Denkbar ist auch, den Imaginärteil des Winkelfehlersignals ohne weitere Berücksichtigung der geometrischen Zielkonfiguration als Sollwert für die Steuerung des Hubs einzusetzen.It is also conceivable to use the imaginary part of the angle error signal without any further Consideration of the target geometric configuration as a setpoint for the control of the hub.

Während im ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 die zur Kompensation von Spiegeleffekten benutzte Variation der Sendefrequenz durch Frequenzumtasten zwischen zwei um den Betrag 2 # fmin versetzten Frequenzen erzielt wird, sind auch andere Modulationsarten denkbar. Fig. 3 und 3a zeigen eine stochastische Frequenzverteilung zur Spiegeleffekt-Kompensation. Gemäss Fig. 3a kann auch einem einzelnen, beispielsweise in einem Zeitintervall tl mit der Frequenz fl abgestrahlten und empfangenen Impuls im Intervall tlk ein Kompensations-Impuls der Frequenz flk entgegengesetzt werden. Ebenfalls gilt dies für die weiteren Impulse f21 f3... fn+l und die korresponn dierenden Kompensations-Impulse der Frequenz f2k, 3k--- I fnk f( Al)k ... Die eingezeichneten Zeitintervalle 0 bis 3 stellen dabei die einzelnen Arbeitsphasen innerhalb einer Impulsperiode dar; so 0 bis 1 das ffir die Aussendung des Impulses, 1 bis 2 das für die Empfangsperiode und 2 bis 3 das für die Umstellung von Sender und Empfänger auf eine neue Arbeitsfrequenz notwendige Zeitintervall.While in the first embodiment, Fig. 1, the compensation Variation of the transmission frequency used by mirror effects by frequency shift keying is achieved between two frequencies offset by the amount 2 # fmin are also other types of modulation are conceivable. 3 and 3a show a stochastic frequency distribution for mirror effect compensation. According to Fig. 3a can also be a single, for example in a time interval tl with the frequency fl emitted and received pulse In the interval tlk, a compensation pulse of frequency flk can be opposed. This also applies to the further pulses f21 f3 ... fn + l and the corresponding ones Compensation pulses of the frequency f2k, 3k --- I fnk f (Al) k ... The ones shown Time intervals 0 to 3 represent the individual work phases within a Pulse period; so 0 to 1 that for the transmission of the impulse, 1 to 2 that for the reception period and 2 to 3 for the changeover of transmitter and receiver time interval necessary for a new work frequency.

Das erfinderische Verfahren lässt unterschiedliche Zeitintervalle tl, t2 usw. zu. Diese Zeitintervalle können mehrere Impulsperioden umfassen; Voraussetzung für eine Kompensation ist jedoch, dass die kompensierenden Zeitintervalle talk, t2k usw. gleiche Länge wie ihre korrespondierenden Zeitintervalle aufweisen. Es ist ferner auch nicht Bedingung, dass ein kompensierender Frequenzabschnitt unmittelbar auf den zu kompensierenden folgt. Die Kompensation kann dementsprechend auch stochastisch erfolgen und darf auch, unter Inkaufnahme grösserer Messfehler nicht kompensierte Intervalle aufweisen.The inventive method leaves different time intervals tl, t2 etc. too. These time intervals can have several pulse periods include; However, a prerequisite for compensation is that the compensating time intervals talk, t2k etc. have the same length as their corresponding time intervals. It is also not a requirement that a compensating frequency segment is immediately follows the one to be compensated. The compensation can accordingly also be stochastic take place and may not be compensated for, even if larger measurement errors are accepted Have intervals.

Fig. 3 zeigt mit 9 (f) die statistische Wahrscheinlichkeitsverteilung der Sendefrequenzen aus Fig. 3a. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung weist an den Stellen fm + #fmin und fm - z fmin relative Maxima auf und muss symmetrisch zur Mittelfrequenz fm verlaufen. Die einzelnen Kompensationsfrequenzen liegen jeweils gleich weit und in der selben Richtung vom einen Maximum ab, wie die zu kompensierende Frequenz vom jeweils andern.Fig. 3 shows the statistical probability distribution at 9 (f) the transmission frequencies from Fig. 3a. The probability distribution points to the Set up fm + #fmin and fm - z fmin relative maxima and must be symmetrical to the Center frequency fm run. The individual compensation frequencies are in each case the same distance and in the same direction from a maximum as the one to be compensated Frequency of the other.

Selbstverständlich können nach dem selben Prinzip, Fig. 3a,auch Teilkompensationen des Spiegeleffektes, d.h. Kompensationen von nur einem Teil der abgestrahlten Sende frequenzen durchgeführt werden. Ebenfalls sind Modulationsverfahren, die als Steuerfunktion eine determinierte Funktion benutzen, denkbar.Of course, partial compensations can also be carried out according to the same principle, FIG. 3a the mirror effect, i.e. compensation of only part of the emitted transmission frequencies are carried out. Modulation methods are also used as a control function using a determined function is conceivable.

Claims (4)

Ansprüche Anordnung zur mindestens teilweisen Kompensation von durch Spiegeleffekte verursachten Messfehlern in Sende-/ Empfangsgeräten mit frequenzmodulierbaren elektromagnetischen Sendesignalen, insbesondere in Zielfolge-Radargeräten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (St) vorhanden ist, die die Sendefrequenzen der Sender (S) und-die Frequenzen der Lokaloszillatoren (OZ) in gegen über der Signalverarbeitungsdauer vernachlässigbar kleinen im Mittel gleich langen Zeitintervallen derart steuert, dass die Sendesignale Frequenz sprünge grösser oder annähernd gleich + t f min um eine Mittelfrequenz fm aufweisen, die nach Massgabe von vorbekannten, mittels liner Mess- und Auswerteeinrichtung im Radargerät angenäherten Ziellage-Parametern nach der Formel gewonnen werden, mit c = Lichtgeschwindigkeit h = Antennenhöhe über Spiegelfläche hz= Zielhöhe- über Spiegelfläche rd radiale Zieldistanz.Claims arrangement for at least partial compensation of measurement errors caused by mirror effects in transmitting / receiving devices with frequency-modulatable electromagnetic transmission signals, in particular in target tracking radar devices, characterized in that a controller (St) is present, which the transmission frequencies of the transmitter (S) and the Frequencies of the local oscillators (OZ) are controlled in negligibly small, on average equally long time intervals compared to the signal processing time, in such a way that the transmission signals have frequency jumps greater than or approximately equal to + tf min around a center frequency fm, which according to the previously known, by means of linear measurement and Evaluation device in the radar device approximated target position parameters according to the formula can be obtained, with c = speed of light h = antenna height above mirror surface hz = target height - above mirror surface rd radial target distance. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (St) die Sendefrequenzen und die Lokaloszillatorfrequenzen derart regelt, dass die Variation der Sendesignale durch wenigstens zwei annähernd gleichzeitig abgestrahlte Signale unterschiedlicher Frequenz erzeugt wird.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the controller (St) controls the transmission frequencies and the local oscillator frequencies in such a way that the Variation of the transmission signals by at least two approximately simultaneously emitted Signals of different frequency is generated. 3. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Massgabe der vorbekannten, mittels einer Mess- und Auswerteeinrichtung im Radargerät angenäherten Ziellage-Parameter eine determinierte oder stochastische Funktion ist, derart, dass die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Sende frequenzen zwei jeweils um die Frequenzdifferenz + af min von einer vorgegebenen Mittelfrequenz fo abliegende Bereiche aufweist und dass die entsprechende Gesamtwahrscheinlichkeit zumindest annähernd mit je 50 % oberhalb bzw. unterhalb der Mittelfrequenz liegt.3. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the stipulation of the previously known, by means of a measuring and evaluation device The target position parameter approximated in the radar device has a determinate or stochastic one Function is such that the probability distribution of the transmission frequencies two each by the frequency difference + af min from a given center frequency fo has remote areas and that the corresponding overall probability is at least approximately 50% above or below the center frequency. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Sender und nur ein Lokaloszillator vorhanden sind, deren Frequenzsprünge alternierend gesteuert werden.4. Arrangement according to claim 1 or 3, characterized in that only one transmitter and only one local oscillator are available, their frequency hops be controlled alternately.