DE2621504C2 - Phasengesteuerte Radaranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine phasengesteuerte Radaranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 2.

Bei dem Oberbegriff des Anspruches 1 entsprechenden Radaranordnungen, wie sie beispielsweise aus der US-PS 37 94 998 und 37 41 855 bekannt sind, sind eine Vielzahl von in Winkelrichtungen gegeneinander versetzten Antennen mit jeweils zugeordneten Empfangskanälen verbunden, und die jeweiligen Phasenlagen der von einem Ziel erhaltenen Echosignale hängen von dem Peilwinkel des Zieles ab. Es ist möglich, einen gewissen Raumwinkel ohne Drehung einer Antenne abzutasten.

Bei der Radaranordnung nach US-PS 37 94 998 wird den Empfangskanälen ein Bezugssignal zugeführt, das eine von der Radarträgerfrequenz unterschiedliche Frequenz aufweist und in einem HF-Vorverstärker gleichzeitig mit dem Empfangssignal verstärkt wird. Nach Umsetzung in eine Zwischenfrequenz durch die von einem Überlagerungsoszillator gelieferte Überlagerungsfrequenz in je einem Mischer für jeden Kanal und Durchlaufen einer ZF-Verstärkung kommen die Signale zu einer Verarbeitungsschaltung (Prozessor), in der sie, in Digitalsignale umgesetzt, in einem digitalen Fehlerrechner verarbeitet werden. Dieser Fehlerrechner wird durch eine Zeitgabe- und Steuerschaltung gesteuert, welche ebenfalls den Bezugssignalgenerator und andere, in dieser Ausführungsform nötige Schaltungsteile steuert. Die fehlerbereinigten Signale gelangen dann zu einer Verwertungs- und Peilstrahlformungs-Schaltung.

In der Anordnung nach US-PS 37 41 855 ist ebenfalls eine Anordnung aus vielen Antennen mit je einem Empfangskanal vorgesehen, und es wird in jedem Empfangskanal ein Bezugssignal aus einem phasengeregelten

Synthesizer über eine Verteilungsschaltung eingespeist. Nach Durchlaufen eines ersten Vorverstärkers werden die Signale mit ebenfalls von der Bezugs iignalquelle stammenden Signalen gemischt und der gleiche Vorgang wird in weiteren Vorverstärkern/Mischern zeitgesteuert wiederholt Die Signale werden dann einer Signalverarbeitung zugeführt, in der sie aufgrund von Vergleichen des vorliegenden Signals mit von der PezugssignalqueJle erzeugten Signalen entstandenen Fehler-Vergleichssignale bearbeitet werden. Ober Phasen- und Amplitudenregelglieder werden die in Digitalsignale gewandelten Signale 30 verarbeitet, daß mit bestimmten Phasenlagen versehene Amplituden stabilisierte Signale für die weiteren Formungsschaltungen etc. erhalten werden.

Diese bekannten Radaranlagen erfordern demnach einen beträchtlichen Aufwand von z. B. digitalen Datenverarbeitungsanlagen.

Weiter ist aus der DE-OS 16 23 590 eine Phasenlaufzeit-Stabilisierungsanordnung bekannt, bei der (nach Fig. 2 dieser Schrift) das Bezugssignal auf die Überlagerungsfrequenz frequenzmoduliert und das so erhaltene Empfangssignal dann in einem (wahrscheinlich geregelten) ZF-Verstärker verstärkt wird. Das Signal gelangt dann zu einem Phasenschieber, der durch eine Regelschleife gesteuert wird, die aufgrund eines Vergleichs zwischen dem anschließend ausgefilterten Bezugssignal und dem Ausgangssignal des Bezugssignalgenerators arbeitet. Diese Schaltung benutzt demnach ein Bezugssignal, das auf das Empfangssignal aufmoduliert wird.

Es ist auch bekannt, bei Radaranlagen die Radarfrequenz des ausgestrahlten Radar-Sendeimpuls in willkürlichen Zeitabständen zu verändern, um eine gewollte Störung des Radars zu erschweren. Bei phasengesteuerten Radaranordnungen haben sich dabei bisher große Schwierigkeiten ergeben, da ja mit der Änderung der Trägerfrequenz gleichlaufende Änderungen der Bezugssignalfrequenz und entsprechende Änderungen der Überlagerungsfrequenz erforderlich sind, die sich auch auf die Phasenlage des verarbeiteten Signals auswirken.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine phasengesteuerte Radaranordnung der genannten Gattung zu schaffen, die mit gegenüber dem Stand der Technik verringertem Aufwand phasenrichtige Signale für die Strahlformungsschaltung erzeugt, und die gegebenenfalls auch mit dem Prinzip der willkürlichen Trägerfrequenzänderung zu arbeiten im Stande ist

Diese Aufgabe wird bei einer Radaranlage der genannten Art durch die im Anspruch 1 genannten kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Es wird damit dem Bezugssignal in jedem Empfangskanal eine vorher eingestellte Phasenverschiebung aufgeprägt, die bei der Umsetzung im zweiten Mischer als Zeitmarke für die Formung des Peilstrahles zur Aufzeichnung des empfangenen Radar-Bildes zur Verfügung steht. So kann auf besonders einfache Weise der schädliche Einfluß der Gruppenlaufzeit und insbesondere die unterschiedliche Verschiebung der Gruppenlaufzeiten der einzelnen Empfangskanäle gegeneinander durch Aufprägen je einer bestimmten Zeitmarke ausgeschieden werden.

Bei der so aufgebauten Anlage durchlaufen die den Eingängen aller Empfangskanäle eingespeisten Bezugssignale die gleichen, die Verstärkung und Frequenz beeinflussenden Schaltkreise, wie das in jeder Antenne empfangene Echosignal. Zwar wird das Bezugssignal, das eine gegenüber der Radarträgerfrequenz unterschiedliche Frequenz besitzt, innerhalb des Empfangskanals eine etwas andere Phasenverschiebung erhalten, es ist jedoch nicht schwierig, die Konstanz der Gruppenlaufzeit jedes Kanals gegenüber Temperaturveränderungen in dem die in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzten Träger- und Bezugssignalfrequenzen überdeckenden Frequenzbereich im wesentlichen aufrecht zu erhalten. Wenn auch der Betrag der Phasenabweichungen, die die beiden Signale erleiden, unterschiedlich sein kann, so werden doch kleine Phasenverschiebungs-Unterschiede der beiden Signale, die auf Instabilitäten in den Empfangskanälen zurückzuführen sind, im wesentlichen konstant sein. Damit kann ohne weiteres erreicht werden, daß die Gruppenlaufzeit-Charakteristik aller Kanäle im wesentlichen die gleiche ist, so daß' Ideine Phasenverschiebungen in den Einzelkanälen ebenfalls im wesentlichen gleich bleiben.

Bei Anwendung des Prinzips der willkürlichen Veränderung der Radar-Trägerfrequenz des Radar-Sendeimpulses wird die genannte Aufgabe bei einer Radaranlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2 durch die im Kennzeichnungsteil dieses Anspruches angegebenen Merkmale gelöst

Es ist bei der im wesentlichen gleich wie die Anlage nach Anspruch 1 aufgebauten Anlage zum Ausgleich der durch die unterschiedlichen Frequenzen auftretenden relativen Phasenänderungen nötig, daß gleichzeitig der Phasenverschiebungswinkel des Phasenschiebers elektronisch synchron zu den Änderungen der Trägerfrequenz verstellt wird.

Die Ausführung der Filtereinrichtung kann entsprechend Anspruch 3 vorgenommen werden. Es ist dabei zu beachten, daß bereits im Vor- wie im ZF-Verstärker das Bezugs- und das Empfangssignal bzw. die ihnen in der ersten Zwischenfrequenzlage en'sprechenden Signale spektral so weit auseinander liegen, daß sie als getrennt durchlaufende Signale angesehen werden können. Es wird das Bezugssignal mit einer Frequenz versehen, die in der Nähe entweder der oberen oder der unteren Seitenbandfrequenz des Sende-Radarsignales liegt, so daß der Abstand zwischen diesen beiden Signalen jeweils der halben Breite des Frequenzbandes entspricht. In diesem Falle besteht also das Ausgangssignal des das empfangende Echosignal durchlassenden Filters eben nur aus dem in die Zwischenfrequenz umgesetzten Echosignal, und das Ausgangssignal des zweiten Mischers wird damit in der Zeit, in der keine Echosignale auftreten, im allgemeinen dem (phasenverschobenen) Bezugssignal entsprechen, so daß sich das auftretende Echosignal von dem sonst vorliegenden Ausgangssignal leicht absetzen läßt. Dadurch ist die weitere Signalverarbeitung vereinfacht.

Entsprechend der vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 4 kann so das Ausgangssignal des Phasenschiebers über einen Demodulationsgleichrichter zur Regelung des Vorverstärkers benutzt werden. Solange kein Echosignal anliegt, wird am Ausgang des zweiten Mischers ein Signal vorhanden sein, das durch Mischen des in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzten Bezugssignals mit bzw. ohne Phasenverschiebung entsteht, so daß dieses Ausgangssignal eine Gleichstromkomponente mit der Amplitude des Bezugssignals entsprechender Größe enthält. Dieses Ausgangssignal kann, wenn es mittels eines Tiefpasses von den hochfrequenten Bestandteilen und gegebenenfalls von dem in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzten Echosignal befreit ist, direkt zur Regelung des Vorverstärkers benutzt werden.

Eine Anpassung des Verstärkungsfaktors des Vorver-

stärkers an die Größe des zu erwartenden Echosignals wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 7 erreicht. Die Abnahme der Amplitude des Bezugssignals zwischen dem Auftreten zweier aufeinanderfolgenden Radar-Sendeimpulse wird dabei so in ^!hrem zeitlichen Verlauf festgelegt, daß sie der Abnahme des in diesem Zeitraum zurückkehrenden Echosignals von den entsprechend weiter entfernten Zielen entspricht. Damit wird eine Obersteuerung bei nahegelegenen Zielen verhindert und ausreichende Verstärkung bei weiter entfernten Zielen sichergestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer phasengesteuerten Radaranordnung,

F i g. 2 die Wellenform eines typischen Bezugssignals, und

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines Empfangskanals bei einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Die in F i g. 1 dargestellte phasengesteuerte Radaranordnung besitzt eine Vielzahl von Empfangsantennen 10. Jede Antenne 10 ist mit einem zugehörigen Empfangskanal 12 verbunden. Alle diese Empfangskanäle sind miteinander identisch aufgebaut, und so wird nur ein Empfangskanal 12 im einzelnen beschrieben. Jeder Empfangskanal 12 enthält in der gezeigten Weise einen Mischer-Vorverstärker 14, der aus einem HF-Verstärker und einem von einem Oberlagerungsoszillator gespeisten ersten Mischer aufgebaut ist. Jeder Vorverstärker 14 ist so geschaltet, daß er das Eingangssignal von der zugehörigen Antenne 10 und ein aus einem allen Kanälen gemeinsamen Bezugssignalgenerator 16 abgeleitetes Bezugssignal erhält.

Die Wellenform des vom Bezugssignalgenerator 16 erzeugten Signals ist in F i g. 2 dargestellt. Sie besteht aus einem Signal, dessen Frequenz so weit wie möglich an der oberen bzw. unteren Seitenbandgrenze des ausgesendeten Radarsignals liegt, so, daß die nachfolgenden Filter das Bezugssignal abtrennen können, und dieses Signal ist entsprechend dem anzustrebenden Verstärkungsverlauf amplitudenmoduliert.

Unmittelbar nach der Aussendung eines Radar-Sendeimpulses erreicht das Bezugssignal seinen höchsten Amplitudenwert, und dieser nimmt von da ab entsprechend dem erforderlichen Verstärkungsverlauf ab. Die in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzten Echo- und Bezugssignale werden in einem gemeinsamen ZF-Verstärker 17 verstärkt und daraufhin durch Filter 18 und 20 voneinander getrennt Das Ausgangssignal des Filters 18. das dem Echosignal in der ersten Zwischenfrequenzlage entspricht, wird direkt an einen Mischer 22 angelegt, während das Ausgangssignal des Filters 20, die in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzte Bezugsfrequenz, dem gleichen Mischer 22 über einen eingestellten Phasenschieber 24 angelegt wird. An den Bezugssignalzweig ist ein Demodulationsgleichrichter 26 angeschlossen, der das Ausgangssignal des Phasenschiebers 24 in ein AVR-Signal (AVR = Automatische Verstärkungs-Regelung) für den Vorverstärker 14 wandelt Die Ausgangssignale aller Mischer 22 der Empfangskanäle 12 werden parallel an eine gemeinsame Strahlformungsschaltung 28 zur Ausbildung des Peilstrahles angelegt.

Beim Betrieb werden, wenn ein Ziel in dem erfaßten Bereich vorhanden ist Echosignale von diesem Ziel mit verschiedenem Phasenwinkel von den einzelnen Antennen 10 empfangen. Diese Signale werden in den Mischer-Vorverstärkern 14 verstärkt und mit dem Signal aus dem Überlagerungsoszillator 15 gemischt, so daß das Empfangssignal in eine erste Zwischenfrequenzlage umgesetzt wird. In gleicher Weise wird auch das Bezugssignal durch den Mischer-Vorverstärker 14 verstärkt und in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzt. Die in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzten Echo- und Bezugssignale werden im ZF-Verstärker 17 verstärkt und daraufhin durch die Filter 18 und 20 voneinander getrennt, die auf das in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzte Echosignal bzw. Bezugssignal abgestimmt sind. Die Signale werden dem Mischer 22 zugeführt, der ein Ausgangssignal in einer zweiten Zwischenfrequenzlage erzeugt. Die Phasenlage des den Bezugssignalzweig durchlaufenden Signals wird durch einen Phasenschieber 24 eingestellt. Falls die Phase des Überlagerungsoszillators 15 abwandert, wird die gleiche Phasenveränderung sowohl beim Echosignal als auch beim Bezugssignal auftreten, und infolge der Erzeugung der Differenz der beiden Frequenzen im Mischer 22 wird die durch den Überlagerungsoszillator erzeugte Phasenänderung aufgehoben.

Der Verstärkungsfaktor des Vorverstärkers 14 wird durch das Ausgangssignal des Demodulationsgleichrichters 26 in üblicher Weise so gesteuert, daß die Amplitude des am Ausgang des Filters 20 auftretenden Bezugssignals konstant bleibt. Da das Bezugssignal amplitudenmoduliert ist, wird der Verstärkungsfaktor des Vorverstärkers so gesteuert, daß er seinen niedersten Wert unmittelbar nach Aussenden des Beleuchtimpulses einnimmt, und dann allmählich wächst, wenn Echosignale von entfernteren Zielen zu erwarten sind. Durch diese Verstärkungsänderung wird unvermeidlich auch die Phasenwinkeländerungen der beiden Signale beeinflußt, jedoch wird, unter der Annahme, daß die Gruppenlaufzeit des Mischer-Vorverstärkers 14 konstant bleibt, die gleiche Änderung beim Bezugssignal wie beim Echosignal auftreten. Die Signale von den Mischern 22 sind deshalb alle nach Amplitude und Phase mit den durch die verschiedenen Antennen 10 empfangenen Signale verknüpft und im wesentlichen gegenüber Änderungen, die durch Temperaturänderungen oder anderen Instabilitäten in den Empfangskanälen erzeugt werden, stabil.

Die Ausgangssignale der Mischer 22 werden der Strahlformungsschaltung 28 zugeführt, die Phasenschieber und eine Verknüpfungsschaltung enthält In Abhängigkeit von der relativen Phasenlage der Ausgangssignale der Mischer 22, die durch die eingestellten Pha-Scnsciücucr 24 ucsiimrnt ist erscnCint an einem v*er, viisgänge der Formungsschaltung 28 ein Ausgangssignal. Jedes dieser Ausgangssignale entspricht einem vorbestimmten Zielwinkelbereich.

Bei dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist gegenüber der Ausführung nach F i g. 1 das Filter 18 für das in die erste Zwischenfrequenz umgesetzte Echosignal weggelassen. Die AVR-Regelschleife für den Vorverstärker im Mischervorverstärker 14 geht hier vom Ausgang des Mischers 22 ab und ist über ein Tiefpaßfil-

ter 30 geleitet Hier sind die Eingangssignale für den Mischer 22 einerseits in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzten Echo- und Bezugssignale (wobei zu beachten ist daß hier nicht ein Modulationsprodukt aus diesen beiden Signalen vorliegt, sondern diese beiden Signale als durch die Breite des oberen bzw. unteren Frequenzbandes getrennte Einzelsignale vorliegen), und andererseits das phasenverschobene in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzte BezugssignaL Damit

enthält das Ausgangssignal des Mischers 22 eine Gleichstromkomponente, deren Größe der Amplitude des Bezugssignals entspricht, und dieses wird von den hochfrequenten Bestandteilen durch den Tiefpaß 30 befreit, als AVR-Signal dem Hochfrequenzverstärker des Mischer-Vorverstärkers 14 zugeleitet. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden auch etwa durch Temperaturänderungen verursachte Veränderungen des Gewinns des zweiten Mischers 22 durch die Verstärkungsregelung ausgeglichen.

Die bisher beschriebene phasengesteuerte Radaranordnung ist auch ohne große Schwierigkeiten an Änderungen der Trägerfrequenz des ausgesandten Beleuchtimpulses anzupassen, Gleichzeitig mit dieser Frequenzänderung werden die Frequenzen des Überlagerungs-Oszillators 15 und des Bezugssignals des Generators 16 geändert. Da bei diesen Frequenzänderungen auch die relativen Phasenverschiebungen des Bezugssignals gegenüber der Überlagerungsfrequenz geändert werden, erfolgt ein Ausgleich dadurch, daß gleichzeitig der Phasenverschiebungswinkel des Phasenschiebers 24 auf elektronischem Wege so verstellt wird, daß die erzeugten Verschiebungen ausgeglichen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

50

SS

to

•5

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Phasengesteuerte Radaranordnung, mit einer Vielzahl von jeweils an eine Antenne angeschlosse· nen Empfangskanälen, die jeweils einen Verstärker und einen ersten Mischer besitzen, in dem das ankommende Radar-Echosignal als Empfangssignal mit dem Signal eines allen Empfangskanälen gemeinsamen Überlagerungsoszillators gemischt wird, bei der ein von einem Bezugssignal-Generator geliefertes Bezugssignal mit einer von der Trägerfrequenz der Empfangssignale unterschiedlichen Frequenz in jede Antennenleitung vor dem Verstärker und dem Mischer eingespeist wird, und mit einer Strahlformungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Empfangskanal (12) eine Filtereinrichtung (18, 20; 20) zur Abtrennung des in eine erste Zwischenfrequenzlage umgesetzten Bezugssignales von dem in eine erste Zwischenfrequenzlage umgesetzten Empfangssignal vorhanden ist und durch diese Abtrennung eine Aufteilung des Empfangskanals in einen ersten Signalzweig für das in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzte Bezugssignal und einen zweiten Signaizweig erfolgt, daß der erste Signalzweig einen Phasenschieber (24) enthält, und daß die beiden Zweige über einen zweiten Mischer (22) wieder zusammengeführt werden und daß der zweite Mischer (22) ein in einer zweiten Zwischenfrequenzlage befindliches Ausgangssignal erzeugt, das der Strahlformungsschaltung (28) zugeführt wird.

2. Phasengesteuerte Radaranordnung, mit einer Vielzahl von jeweils an eine Antenne angeschlossenen Empfangskanälen, die jeweils einen Verstärker und einen ersten Mischer besitzen, in dem das ankommende Radar-Echosignal als Empfangssignal mit dem Signal eines allen Empfangskanälen gemeinsamen Überlagerungsoszillators gemischt wird, bei der ein von einem Bezugssignalgenerator geliefertes Bezugssignal mit einer von der Trägerfrequenz der Empfangssignale unterschiedlichen Frequenz in jede Antennenleitung vor dem Verstärker und dem Mischer eingespeist wird, und mit einer Strahlformungsschaltung, wobei sich die Radarträgerfrequenz des Echosignals in willkürlichen Zeitabständen ändert und synchron zu dieser Änderung die Frequenzen des Signals des Überlagerungsoszillators und des Bezugssignals entsprechende Änderungen erfahren, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Empfangskanal (12) eine Filtereinrichtung (18, 20; 20) zur Abtrennung des in eine erste Zwischenfrequenzlage umgesetzten Bezugssignals von dem in eine erste Zwischenfrequenzlage umgesetzten Empfangssignal vorhanden ist und durch diese Abtrennung eine Aufteilung des Empfangskanals in einen ersten Signalzweig Tür das in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzte Bezugssignal und einen zweiten Signalzweig erfolgt, daß der erste Signalzweig einen synchron zu den Änderungen des Signals des Überlagerungsoszillators und des Bezugssignals elektronisch steuerbaren Phasenschieber (24) enthält, und daß die beiden Zweige über einen zweiten Mischer (22) wieder zusammengeführt werden und daß der zweite Mischer (22) ein in einer zweiten Zwischenfrequenzlage befindliches Ausgangssignal erzeugt, das der Strahlformungsschaltung (28) zugeführt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung aus einem Durchlaßfilter (18) für das in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzte Empfangssignal im zweiten Signalzweig und einem Durchlaßfilter (20) für das in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzte Bezugssignal im ersten Signalzweig besteht

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Durchlaßfilters (20) für das in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzte Bezugssignal nach Durchlaufen des Phasenschiebers (24) über einen Demodulationsgleichrichter (26) an den Vorverstärker (14) zur Verstärkungsregelung zurückgeführt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung aus einem Durchlaßfilter (20) für das in die erste Zwischenfrequenzlage umgesetzte Bezugssignal im ersten Signalzweig besteht.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des zweiten Mischers (22) über einen Tiefpaß (30) an den Vorverstärker (14) zur Verstärkungsregelung zurückgeführt wird.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Bezugsrignalgenerators (16) synchron zum Auftreten der Radar-Sendeimpulse derart amplitudenmoduliert wird, daß die Amplitude des Bezugssignals innerhalb der Zeitspanne zwischen dem Auftreten zweier aufeinanderfolgender Radar-Sendeimpulse abnimmt.