DE2813917C2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung simulierter Radar-Echosignale - Google Patents

Description

Beschreibung

I. Schaltungsanordnung zur Erzeugung simulierter Fest- und 3ewegtziel-Echosignale für Kontrollmessungen an Radaranlagen mittels einer Empfangs-Sendeeinrichtung, die Radar-Sendeimpulse aufnimmt und unter Verwendung eines Phasenmodulators simulierte Echoimpulse erzeugt und abstrahlt, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Radarimpulse empfangender Hornstrahler (H) über Entkopplungs- (Z_x, Z₂, Z₃) und Schalteinrichtungen (Si, Si, Sz) mit einer ein- oder mehrmalig einschaltbaren akustischen Verzögerungsleitung (VL, VLl, VL2) verbunden ist und daß die das verzögerte Radarsignal führende Leitung dem Phasenmodulator (Ph) in Reihenschaltung mit einer Eichleitung (E) eingangs- und ausgangsseitig über je einen Richtkoppler (RKl, RKS) angekoppelt ist

Z Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung verschieden ianger Verzögerungszeiten eine oder mehrere akustische Verzögerungszeiten (VL, VLi, VLX) zusammen mit einem Verstärker (V) in einer durch die Schalteinrichtungen (Si, S2, S₃) gesteuerten Schleife angeordnet sind und daß die Schalteinrichtungen (Si, S2, S3) durch eine von? Radartakt getriggerte Logikschaltung (Zugesteuert sind.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit der Verzögerungsleitung (VL, VLV, größer als die Pulsbreite der Radar-Impulse bemessen ist

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daüurcb gekennzeichnet, daß die Entkopplungseinrichtungen (Z₁...Z₃) als Zirkulatorcn ausgebildet Sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung (VL, VLi, VLT) als reflektierende oder als durchgehende Leitung ausgebildet ist

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2—5, dadurch gekennzeichnet, daß das Triggersignal durch Auskopplung des ankommenden Radarimpulses mittels eines RichtkopplersfWÖ) erfolgt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator (Ph) als Phasenschrittmodulator mit vorzugsweise ungradzahliger Schrittzahl ausgebildet ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator aus einer Stichleitung besteht, die durch eine Varaktor-Diode kapazitiv belastet ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung in Schritten von 2 &pgr;/&eegr; jeweils in den Impulspausen erfolgt.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator als digitaler Phasenschieber ausgebildet ist.

I1. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Zirkulator (Zi) eine Hilfsverzögerungsleitung (VLT) angeschlossen ist, deren Verzögerungszeit mindestens gleich der Radarimpulsbreite ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung simulierter Fest- und Bewegtziel-Echosignale für Kontrollmessungen an Radaranlagen mittels einer Empfangs-Sendeeinrichtung, die Radar-Sendeimpulse aufnimmt und unter Verwendung eines Phasenmodulators simulierte Echoimpulse e^eugt und abstrahlt.

Zur Überprüfung der wichtigen Radarantennen wie Winkelanzeige, Entfernungsanzeige, Festzeichenunterdrückung und Sub-Clutter-Visibility (SCV) ist die Simulation des Echosignals eines Festzeichens und des Echosignals eines Bewegtzeichens sowie die Kenntnis des genauen Leistungsverhältnisses beider Signale erforderlich.

Dazu könnte von einzelnen Einrichtungen Gebrauch gemacht werden, die jede für sich die gewünschten Signale liefern. Die Simulation eines Echosignals könnte

z. B. durch die verzögerte und mit dem Sendetakt synchronisierte Tastung eines Oszillators erfolgen, wobei die Amplitude des Oszillators so gesteuert wird, daß sie der Amplitude des einfallenden Radarsignals proportional ist Eine solche Anordnung ist jedoch nur zur Überprüfung der Entfernungs- und Winkelanzeige geeignet.

Für eine Prüfung der Festzeichenunterdrückung hat die im allgemeinen frei laufende Oszillatorschwingung nicht die erforderliche Konstanz. Mit einem entsprechenden Aufwand kann die Oszillatorschwingung z. B.

mittels Regelkreis auf die Frequenz des Radarsenders gezogen und mittels eines Eünseitenbandmischers oder eines weiteren Regelkreises auf die Signa!frequenz eines Bewegtzeichens (Dopplerfrequenz) umgesetzt werden. Trotzdem ist eine ausreichende Stabilität der Oszillatorschwingung nur schwer zu erreichen. Eine Nachrcgeiung der ösziiiatorfrequenz ist zudem nur bei stehender Radarantenne möglich. Eine zwischen Radargerät und Prüfanordnung verwendete kabelverbindung, die zur Übermittlung des Radartaktes und der Regelkreisspannung erforderlich ist, ist zudem störanfällig.

Weitere Nachteile derartiger Einzelanordnungen bestehen darin, daß ein Leistungsverhältnis zwischen Bewegt- und Festzeichen infolge der schwankenden Konversionsdämpfung und Trägerrestdämpfung eines Einseitenbandmischers nicht mit der erforderlichen Konstanz angegeben werden kann.

Aus der DE-OS 26 16 770 ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines simulierten Bewegtziel-Echosignals aus einem simulierten Festzielsignal für ein Puls-Doppler-Radargerät bekannt, mittels welcher Radar-Sendeimpulse über eine Verzögerungseinrichtung mit wählbarer Verzögerungszeit und über Kopplungsund Schalteinrichtungen geleitet und in ein moduliertes Sendesignal als Bewegtzielsimulation umgesetzt werden. Aus der GB-PS 13 37 245 ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von simulierten Fest- und Bewegtziel-Echosignalen bekannt, bei der ein von den Radarimpulsen gesteuerter Phasenmodulator verwendet wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der alle für die eingangs erwähnten Kontrollmessungen von Radaranlagen erforderlichen Signale mittels einer gemeinsamen Schaltung simuliert werden können und bei der die genannten Nachteile nicht mehr auftreten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein die Radarimpulse empfangender Hornstrahler über Entkopplungs- und Schakcinrichtungen

mit einer ein- oder mehrmalig einschaltbaren akustischen Verzögerungsleitung verbunden ist und daß die das verzögerte Radarsignal führende Leitung dem Phasenmodulator in Reihenschaltung mit einer Eichleitung eingangs- und ausgangsseitig über je einen Richtkoppler angekoppelt ist

Durch die Verwendung der akustischen Verzögerungsleitung in Verbindung mit einem Hornstrahler entfällt eine Steuerung der Echoamplitude, da die genannte Kombination den Rückstrahleigenschaften eines Punktzieles genau entspricht

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zur Erzeugung verschieden langer Verzögerungszeiten eine oder mehrere akustische Verzögerungsleitungen zusammen mit einem Verstärker in einer durch die Schalteinrichtung«! gesteuerten Schleife angeordnet und die Schalteinrichtungen sind durch eine vom Radartakt getriggerte Logikschaltung gesteuert.

Die Erfindung sowie Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

in Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispie! der Erfindung mit einer reflektierenden akustischen Verzögerungsleitung dargestellt

Die Fig. 2 zeigt auszugsweise die Anwendung einer durchgehenden Verzögerungsleitung für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung für ein ganzzahliges Vielfaches einer Grund-Verzögerungszeit der Echosignale und in Fig. 4 das zugehörige Impulsdiagramm wiedergegeben.

Anhand der Fig. 5 und 6 wird ausgehend vom Spektrum des Sendesignals eines Pulsdopplerradargerätes die Funktion des Phasenschrittmoduiators erläutert.

Fig. 7 zeigt die Abhängigkeit der Schwankung der Amplitude des Videosignals in Abhängigkeit von der Anzahl geradzahliger und ungeradzahliger Phasenschritte.

Im prinzipiellen Aufbau der Prüfanordnung (Fig. 1) ist das zu prüfende Radargerät mit R, die Funkstrecke zwischen dem Radargerät und der Prüfanordnung mit F und die Antenne der Prüfanordnung mit H bezeichnet. Die als Hornstrahler ausgebildete Antenne H ist über einen Zirkulator Zi, einen Schalter 5i und einen zweiten Zirkulator Zi mit einer akustischen Verzögerungsleitung VL verbunden. Ein zweiter Ausgang des Zirkulalors Zi ist über einen weiteren Scnalter 52 und einen Verstärker V mit einem zweiten Eingang des Zirkulators Zi verbunden. An die Leitung zwischen dein Ausgang des Verstärkers V und dem Eingang des Zirkulators Zi ist über zwei Richtkoppler RKi und RK₃ eine Anordnung zur Umwandlung des Festzeichensignals in ein Bewegtzeichensignal unter Verwendung eines Phasenmodulators Ph angekoppelt. Zwischen dem Richtkoppler RKi zur Auskopplung des verzögerten Radarsignals und dem Phasenmodulator bzw. dem zweiten Richtkoppler RK₃ zur Wiedereinkopplung des Dopplerfrequenzsignals sind eine Eichleitung £und ein Zirkulator Z) eingeschaltet. Zur Synchronsteuerung der Schalter Si und Si ist eine Logikschaltung L vorgesehen, deren Triggersignal über einen Richtkoppler RK\ am Antennenausgang über einen Gleichrichter G/vom ankommenden Radarimpuls abgeleitet wird.

Über die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung wird folgendes ausgeführt. Das Sendesignal des zu prüfenden Radargerätes R gelangt über die Funkstrecke F auf den Hornstrahler H, über den Zirkulator Zi, den durchgeschalteten Schalter 5| und den Zirkulator Zz an die in Form einer Stichleitung angeschlossene akusti

sche Verzögerungsleitung VL mit der Verzogerungszeit &Ggr;&igr;. Der Schalter So schließt jetzt und das verzögerte Radarsignal gelangt über den Ausgang 3' des Zirkulators Zi an den Verstärker Vund über den Eingang 3 des Zirkulators Zi über den Hornstrahler H und die Funkstrecke Fzurück in den Empfänger der Radaranlage R. Die Schalter S\ und S? werden von der Logik L so gesteuert daß sie zu keiner Zeit gleichzeitig geschlossen sind und eine Selbsterregung des Systems über die Rückwärtsisolation der Zirkulatoren ausgeschlossen ist Der Schalter So dient zusätzlich zur Unterdrückung unerwünschter Nebenechos der Verzögerungsleitung VL Im Richtkoppler RKi wird ein Teil der verzögerten Festzeichenenergie ausgekoppelt und über die Eichleitung E und den Zirkulator Z» einem Phasenmodulator Ph zugeleitet. Der ausgekoppelte Signalanteil wird in Bewegtzeichenenergie umgeformt und über den Richtkoppler RK₃ in den Signalweg wieder eingekoppelt. Die Dämpfung der Eichleitung E und eine evtl. einzureichende Grunddämpfung des Phas«" ,modulators Ph be-

chenenergie.

Der Phasenmodulator kann aus einer Stichleitung gebildet werden, die mit einer Varaktordiode kapazitiv belastet ist.

Als Verzögerungsleitung kann eine Quecksilberleitung oder ein Saphirkristall verwendet werden. Am Eingang der Leitung wird die elektrische Energie in Schallenergie umgesetzt und durch die Verzögerungsleitung geschickt. Am Ende der Leitung erfolgt die Rückwandlung in elektrische Energie. Da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit für Schallwellen wesentlich geringer ist als für elektrische Energie, können auf diese Weise große definierte Verrögerungszeiten mit kleinen Leitungslängen erzielt werden.

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gnals simulieren zu können, müßte die Phase des Phasenmodulators sich linear mit der Zeit ander:;, ist &ohgr; (Bogenwinkel/Sekunde) die Phasengeschwindigkeit, dann berechnet sich die Dopplerverschiebung zu Af =

-j— . In der Praxis läßt sich die geforderte lineare Verschiebung der Phase über einen Bereich von mindestens 2 &pgr; nur mit erheblichem Schaltungsaufwand realisieren. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Phasenverschiebung mittels eines Phasenschrittmoduiators erzeugt, der die Phase in Schritten

von jeweils — weiterschaltet, wobei die Umschaltung

in den Impulspausen erfolgt Die Dopplerverschiebung beträgt dann Af = /",, wobei /· die Pulsfolgefrequenz des Radarsenders und &eegr; eine frei wählbare Zahl darstellt Vorx-ilhaft wird &eegr; ganzzahlig gewählt, wodurch zwar die freie Wahl der Dopplerfrequenz eingeschränkt ist, der Phasenmodukior aber nur in &eegr; Punkten im Bereich 2 &eegr; eine definierte Phase aufzuweisen hat. Die Anwendung der Phasenschrittmodulation ist dann besonders vorteilhaft, wenji die Verwendung eines digitalen Phasenmodulators vorgesehen ist.

Die Eigenschaften der Phasenschrittmodulation werden anhand der Fig. 5 bis 7 näher erläutert. In Fig. 5 sind übereinander das Spektrum des Sendesignals eines Pulsdopplerradargerätes, das dopplerverschobene Echospektrum und das durch Phasenschrittmodulation simulierte Spektrum dargestellt. Am doppiervefschöbenen Spektrum (Fig. 5 Mitte) ist erkennbar, daß jede Linie um den Betrag der Dopplerfrequenz Af gegenüber der entsprechenden Linie des Sendesignals verschoben

ist. Die Amplitudenverhältnisse der Linien untereinander bleiben unverändert, da die Einhüllende von der

■sich ebenfalls um den Betrag Afverschoben

10

15

Form ■

Das in Fig. 5 unten dargestellte phasenschnttrnodulierlie Echosignal zeigt ebenfalls die Verschiebung jeder Linie. Die Einhüllende wandert jedoch nicht mit, so daß die Relation der Linien untereinander verändert ist. Die Abweichung vom dopplerverschobenen Echosignal ist um so kleiner, je geringer die Dopplerverschiebung gegenüber der Bandbreite B des Sendeimpulses ist. Bei Pulsdopplerradargeräten liegt das Verhältnis bei 1 :30 bis I : 100, so daß in der praktischen Anwendung des Verfahrens ein Echosignal ausreichend genau simuliert werden kann.

In Fig. 6 sind ergänzend die unterschiedlichen Signalformen in der Videoiage dargesteiit, und zwar von oben beginnend das Videosignal infolge einer Dopplerverschiebung, das Videosignal bei Phasenschrittmodulation 90°-Lage bei &eegr; = 4 (Fig. 6 Mitte) und das Videosignal bei Phasenschrittmodulation 45°-Lage. Das Impulsdach des dopplerverschobenen Videosignals (Fig. 6 oben) folgt der sinusförmigen Einhüllenden. Das Impulsdach des durch Phasenschrittmodulation simulierten Signals (Fig. 6 Mitte) ist eben. Die Signalformen sind um so ähnlicher, je größer das Tastverhältnis ist.

Die bei der Wahl einer ganzzahligen Anzahl von &eegr; Phasenschritten durch Phasenschrittmodulation erzeugte Dopplerfrequenzverschiebung ist gesetzmäßig ein ganzzahliger Bruchteil der Pulsfolgefrequenz. Das Videosignal ist dann von der sog. Grundphasenlage abhängig, da Folgefrequenz und Dopplerfrequenz Harmonische sind. Die Grundphasenlage sei diejenige Phasenlage, mit der das Echosignal des Phasenschrittes 0 mit

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te trifft ein Echosignal Phasenschritt 0 in 90-Grad-Phasenlage auf das Überlagerungssignal. Die Amplitude hat daher ein Maximum. Die Fig. 6 unten zeigt das Zusammentreffen in 45-Grad-Phasenlage; die Amplitude ist hier kleiner. Die Amplitude des Videosignals hat somit eine gewisse Abhängigkeit von der Grundphasenlage. Die Abhängigkeit wird jedoch um so kleiner, je größer die Zahl der Phasenschritte gewählt wird, und wenn die Zahl der Schritte ungeradzahlig ist. Bereits bei einer Schrittzahl /7 = 7 sind die Schwankungen in fast allen praktischen Anwendungen des Verfahrens vernachlässigbar.

Die Fig. 2 zeigt nur den geänderten Schaltungsteil eines zweiten Ausführungsbeispiels unter Verwendung einer durchgehenden Verzögerungsleitung VLU Die Trennungsstellen der Schaltung sind in Fig. 1 mit an bezeichnet. Der erste Teil der Schaltungsanordnung bleibt dabei unverändert. Auch der funktionelle Ablauf entspricht dem der Schaltung nach Fig. I. Der Radarimpuls am Ausgang des Schalters 5, durchläuft die Verzögerungsleitung VLi und gelangt über den Zirkulator Z₂, den geschlossenen Schalter 5>, den Verstärker V und den Zirkuiator Z\ mit entsprechender Verzögerung an den Hornstrahler H. Der Zirkulator Z₂ hat die Aufgabe bei geöffnetem Schalter 5₂ die aus der Verzögerungsleitung VLl kommenden unerwünschten Echosignale zu unterdrücken. Er kann auch durch einen Isolator ersetzt v/erden.

Für manche Prüfmethoden ist die Simulation eines Zieles in verschiedenen Entfernungen erforderlich. Dies wird mit einer Schaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dadurch erreicht, daß das Echosignal die Verzögerungsleitung VL und VL2 mehrfach durchläuft. Wie aus dem Prinzipschaltbild erkennbar unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 von dem nach Fig. 1 durch die Verwendung eines zusätzlichen Schalters 53 zwischen dem Ausgang des Hornstrahlers //und dem Eingang des Zirkulators Z\ sowie durch eine zweite Verzögerungsleitung VL, die über einen Zirkulator Z3 zwischen dem Ausgang des Verstärkers V und dem Eingang 3 des Zirkulators Z\ angeordnet ist.

Die Wirkungsweise der Schaltung wird in Verbindung mit dem in Fig. 4 dargestellten Impulsdiagramm erläutert. Beim Eintreffen eines Radarimpulses sind die Schalter 53 und S\ geschlossen. Der um die Zeit ri verzögerte Echoimpuls trifft auf den geschlossenen Schalter 52. Das verstärkte, verzögerte Signal erhält an der reflektierenden Verzögerungsleitung VL2 eine zusätzliche Verzögerung &tgr;&igr; und gelangt über den Zirkuiator Z\ an den Zirkulator Z\. Der Schalter 53 zwischen dem Antennenausgang bzw. -eingang und dem Eingang des Zirkulators Z\ befindet sich zu dieser Zeit in Stellung Totalreflexion. An Stelle eines neuen Radar-Scndcimpulses gelangt nun der erste Echoimpuls an die Verzögerungsleitung VL und wird dort erneut um &igr;&iacgr; und anschließend in der Verzögerungsleitung VL2 um r> verzögert. Ist dafür gesorgt, daß die Verstärkung des Kreises kleiiaer als 1 ist, dann erscheint am Zirkulator Z\ eine abklingende Pulsfolge m mit einem Impulsabstand &Pgr; + r₂. Bei einer Verstärkung größer 1 klingt die Pulsfolge an. Wird dann der Schalter 53 beispielsweise beim Auftreten des zweiten Echoimpulses geschlossen, so erscheint dieser am Hornstrahler Hund wird in den Empfänger des Radargerätes R zurückgesendet. Der Schalter S\ bleibt offen, so daß die Erzeugung von weiteren Echosignalen unterbunden ist. Beim Eintreffen des nüdkpian Rads rirn^iilses wird der Vcrzö^crun°skrcis erneut gespeist. Der Einbau der Hilfsver/.ögcrungslcitung VL2 in den Kreis erlaubt es, die Schalter S, und S₂ so zu steuern, daß sie zu keinem Zeitpunkt gleichzeitig geschlossen sind. Auf diese Weise wird die Selbsterregung des Verstärkers über die Rückwärtsisolation der Zirkulatoren sicher vermieden. Die Verzögerungszeil &ogr; der Hilfsverzögerungsleitung VL2 muß mindestens gleich der Radarimpulsbreite bemessen sein.

Im Schaltungsaufbau nach Fig. 3 kann jede der beiden reflektierenden Verzögerungsleitungen Vl. und VL2 durch eine durchgehende Verzögerungsleitung entsprechend Fig. 2 ersetzt werden. Die entsprechenden Schnittstellen in der Schaltung nach Fig. 3 sind mit a—s und mit a'—b bezeichnet Wird die Verzögerungszeit &Ggr;&igr; größer als die Pulsbreite des Radarpulses gewählt, dann kann auf die Verzögerungsleitung VL2 (Fig. 3) verzichtet werden. In einem entsprechend angewandten Ausführungsbeispiel kann ausgehend von Fig. 3 an der mit a—b bezeichneten Schnittstelle der Schaltungsteil mit den Verzögerungsleitungen VL und VL2 durch die Schaltung nach Fig. 2 ersetzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche