DE2900825A1

DE2900825A1 - Rueckstrahlortungsgeraet zur gleichzeitigen messung von entfernung und relativgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE2900825A1
Application number: DE19792900825
Authority: DE
Inventors: Bernhard Ing Grad Hahn; Guenter Dipl Ing Neininger
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1979-01-11
Filing date: 1979-01-11
Publication date: 1980-07-24
Also published as: US4301453A; GB2040639B; IT8019123A0; FR2446488A1; FR2446488B1; DE2900825C2; GB2040639A; IT1193887B

Description

G.Neininger 3-1

Rückstrahlortungsgerät zur gleichzeitigen Messung von Entfernung und Relativgeschw±ndigkeit

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Rückstrahlortungsgerät wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Ein derartiges Rückstrahlortungsgerät ist aus der DE-OS 25 14 868 bekannt.

Bei dem dort, beschriebenen Rückstrahlortungsgerät wird die Dopplerverschiebung der in der Mitte eines Entfernungsbereiches liegenden Spektrallinie ermittelt. Dabei wurde davon ausgegangen, daß diese Spektrallinie sowohl bei Zielen, die am äußersten oberen als auch bei Zielen, die am äußersten unteren Rand des Entfernungsbereiches liegen, eine zur weiteren Verarbeitung - nämlich zur Bestimmung der Dopplerverschiebung dieser Spektrallinie und somit zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit ausreichende Amplitude hat. Es hat sich gezeigt, daß diese Signalauswahl und -verarbeitung Empfindlichkeitseinbußen an den Rändern des Entfernungsbereiches zur Folge hat.

Aufgabe

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Empfindlichkeitseinbußen an den Rändern des Entfernungsbereiches zu beseitigen.

Lösung

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Patentanspruch angegebenen Mitteln. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

030030/0098

G.Neininger 3-1

Vorteil

Es kann die Relativgeschwindigkeit zu den Zielen in einem gesamten Entfernungsbereich sehr genau ermittelt werden.

Beschreibung

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise nähef erläutert. Es zeigt

Fig.1 ein Blockschaltbild des bekannten Radargerätes;

Fig.2 und 3 FrequenzSpektren zur Erläuterung der Funktionsweise des alten und des neuen Radargerätes;

Fig.4 ein Blockschaltbild der für die Erfindung wesentlichen Teile des neuen Radargerätes.

Es wird zunächst anhand der Fig.1 das aus der DE-OS 25 14 868 bekannte Radargerät beschrieben. In der Fig.1 werden soweit möglich dieselben Bezugszeichen wie in der DE-OS 25 14 868 verwendet. Das Blockschaltbild dieser Anmeldung unterscheidet sich vom Blockschaltbild der DE-OS 25 14 868 nur dadurch, daß einige zum Verständnis der Erfindung unwesentliche Teile weggelassen/ manche Teile zusammengefaßt und einige durch vollkommen äquivalente ersetzt wurden.

Ein in einem Oszillator 1 erzeugtes HF-Signal (seine Frequenz ist beispielsweise 35 GHz) wird mit einem in einem Sägezahngenerator 2 erzeugten Signal frequenzmoduliert (die Modulationsfrequenz f , ist beispielsweise 30 kHz). Das frequenzmodulierte Signal wird über einen Zirkulator 4 einer Antenne 5 zugeführt und von dort abgestrahlt. Das empfangene Signal wird zu einem

020030/0098

G.Neininger 3-1

ersten Mischer 6 geleitet, der als weiteres Signal einen kleinen Teil des Sendesignals,das mittels eines Richtkopplers ausgekoppelt wird, erhält. Anstelle des Zirkulators 4 und der Antenne 5 können natürlich auch getrennte Sende- und Empfangsantennen verwendet werden.

Die Ausgangssignale des ersten Mischers 6 haben beispielsweise eine Frequenz zwischen 180 kHz und 3600 kHz. Sie entsprechen Entfernungen zwischen 5 m und 100 m. Die Signale werden in einem Verstärker 7 verstärkt und einem zweiten Mischer 9 zugeführt. Dem Mischer 9 werden von einem Synthesizer 10 Mischsignale zugeführt, wobei jedem Mischsignal ein bestimmter Entfernungsbereich zugeordnet ist. Die Frequenzen der Mischsignale liegen beispielsweise zwischen 10,88und 14,3 MHz. Es wird in Stufen von 180 kHz weitergeschaltet. Das Weiterschalten wird durch eine Steuereinrichtung 65 bewirkt. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise ein Zähler sein, der seine Taktimpulse von dem Synthesizer erhält. Synthesizer sind allgemein bekannt und werden hier deshalb nicht näher erläutert. Als Zähler kann das Bauelement SN 74 190 von Fa.Texas Instruments verwendet werden.

Das Ausgangssignal des zweiten Mischers wird einem ersten Bandpaß 11 zugeführt, dessen Bandbreite (z.B. 180 kHz) den Längen der Entfernungsbereiche entspricht. Seine Mittenfrequenz ist beispielsweise 10,7 MHz. Am Ausgang des Bandpasses 11 ist nur dann ein Signal vorhanden, wenn das Signal im zweiten Mischer 9

030030/0098

G.Neininger 3-1

mit der Frequenz, die dem Entfernungsbereich, in dem sich das Ziel befindet, zugeordnet ist, gemischt wurde. Somit weiß man, wenn man die Mischfrequenz kennt, in welchem Entfernungsbereich sich das Ziel befindet. Deshalb leitet die Steuereinrichtung 65 die Information über den jeweiligen Entfernungsbereich auch zu einer Auswerteeinrichtung 17. Das Aüsgangssignal des ersten Bandpasses 12 wird in einem dritten Mischer heruntergemischt und der Auswerteeinrichtung 17 zugeführt. Die Anzeige von Entfernung und Relativgeschwindigkeit erfolgt in einer Anzeigeeinrichtung 20.

Das Mischsignal für den dritten Mischer erhält man durch Teilung eines von dem Synthesizer 10 abgegebenen Signals in einem Teiler 15. Ein Teiler 14 erzeugt aus diesem von Synthesizer 10 abgegebenen Signal ein Signal mit der Modulationsfrequenz.

Die erfindungsgemäße Einrichtung betrifft nur die Geschwindigkeitsauswertung. Deshalb wird auf die Entfernungsauswertung nur noch soweit Bezug genommen, wie dies für die Geschwindigkeitsauswertung notwendig ist.

In den Fig.2a und 2b sind die Ausgangssignale des ersten Bandpasses für jeweils ein Ziel in unterschiedlichen Entfernungen dargestellt. Die Signale bestehen aus mehreren Spektrallinien. Ihre Einhüllende ist ebenfalls eingezeichnet. Die Frequenzen sind ganzzahlige Vielfache der Modulationsfrequenz f_mod· Die Spektrallinien für ein Ziel mit der Relativgeschwindigkeit null sind ausgezogen und die für ein Ziel mit einer Geschwindigkeit ungleich null punktiert gezeichnet. Ihre Frequenzen unterscheiden sich um die Dopplerfrequenz f_Q, aus der die Relativgeschwindigkeit ermittelt werden kann. Die Frequenz, bei der

030030/0098

G.Neininger 3-1

die Einhüllende ihr Maximum hat, entspricht der Zielentfernung.

Die Bandbreite des ersten Bandpasses 11 ist in der Fig.2a durch die dick gezeichneten Striche dargestellt. Wenn bei der Entfernungsauswertung nur ausgewertet wird_r ob innerhalb dieser Bandbreite ein Ziel vorhanden ist oder nicht, dann ist die Entfernungsauflösung durch die der Bandbreite zugeordnete Länge bestimmt.

In der Fig.2b ist ein Ziel in einer anderen Entfernung angenommen. Es liegt im Gegensatz zu dem Ziel der Fig.2a, das in der Mitte eines Entfernungsbereichs liegt, am Rande eines Entfernungsbereiches. Weil beide Ziele in demselben Auflösungsbereich liegen, wird von der Anzeigeeinrichtung 20 für beide Ziele dieselbe Entfernung angezeigt,

Wie bereits erwähnt sind bei einem Ziel mit einer Relativgeschwindigkeit ungleich null alle Spektrallinien gegenüber den Vielfachen der Modulationsfrequenz verschoben. Zur Ermittlung der Dopplerverschiebung kann also eine einzelne Spektrallinie herausgegriffen und ihre Frequenz gemessen werden. Zur Messung der Frequenz gibt es zahlreiche bekannte Lösungen auf die hier nicht näher eingegangen wird.

Der Unterschied der gemessenen Frequenz von der Sollfrequenz ist die Dopplerverschiebung f_Q, die direkt der Relativgeschwindigkeit proportional ist. Sie kann positiv oder negativ sein.

030030/0098

G.Neininger3 -1 .

Die Spektren der Fig.2a und 2b sind, wie bereits erwähnt, Ausgangssignale des ersten Bandpasses 11, wobei angenommen ist, daß der Bandpaß ein (nicht reales) rechteckförmiges Durchlaßverhalten hat. Um eine günstige Signalauswertung zu ermöglichen, werden die Ausgangssignale des ersten Bandpasses 11 bei dem bekannten Radargerät mittels des dritten Mischers12 in einen niedrigeren Frequenzbereich umgesetzt.. Diese Signale sind in der Fig.3 dargestellt. Sowohl die Spektren der Fig.2 als auch die der Fig.3 sind nur qualitative und keine quantitative Darstellungen.

Beim Heruntermischen des Signals nach Fig.2a entsteht das in der Fig.3a ausgezogen gezeichnete Spektrum und beim Heruntermischen des Signals nach Fig.2b entsteht in der Fig.3a das gestrichelt gezeichnete Spektrum. Um aus der Dopplerverschiebung einer einzigen Linie die Geschwindigkeit zu ermitteln wird bei dem bekannten Radargerät durch einen Bandpaß der Frequenzbereich um eine einzige Linie, in dem die erwarteten Dopplerverschiebungen liegen, ausgefiltert. Dieser Frequenzbereich ist durch die dick gezeichneten Linien eingegrenzt.

Liegt das Ziel in der Mitte eines Entfernungsbereichs (wie bei Fig.2a), dann hat die ausgefilterte Spektrallinie eine große Amplitude. Wenn jedoch das Ziel am Rande eines Entfernungsbereiches liegt wie bei dem Beispiel nach Fig.2b, dann hat die ausgefilterte Spektrallinie nur eine kleine Am plitude. Für die Auswertung ist es jedoch wünschenswert, in allen Fällen eine Spektrallinie mit großer Amplitude zur Verfügung zu haben.

Deshalb wird bei dem neuen Radargerät das Ausgangssignal des ersten Bandpasses 11 nicht nur mit einem Signal sondern mit drei Signalen gemischt. Die Frequenzen dieser Signale unter-

030030/0098

G.Neininger 3-1

scheiden sich beispielsweise um den halben Wert des Durchlaijbereiches des ersten Bandpasses 11, der ja einem Entfernungsbereich zugeordnet ist. Das mit den anderen Mischsignalen heruntergemischte Signal nach Fig.2b ist in der Fig.3b bzw. Fig.3c dargestellt.

Beim Heruntermischen mit drei unterschiedlichen Frequenzen, die sich wie oben angegeben unterscheiden, erhält man also drei Spektren, deren Einhüllenden und Spektrallinien in den Fig.3a-3c gestrichelt dargestellt sind. Es ist zu sehen, daß die drei Spektrallinien, deren Dopplerverschiebung ausgewertet werden soll, stark unterschiedliche Amplituden haben. Es ist jedoch immer eine Spektrallinie vorhanden, die eine sichere Auswertung ermöglicht. Im vorliegenden Fall ist es die Spektrallinie nach Fig.3b.

Anhand der Fig.4 wird nun beispielsweise eine Schaltung erläutert, iüit der die am besten geeignete, d.h. die mit der größten Amplitude, Spektrallinie ausgewählt und ausgewertet werden kann.

Der Teiler 15 nach Fig.1 erzeugt hier drei unterschiedliche Mischfrequenzen, z.B. 11,24 MHz, 11,15 MHz und 11,06 MHz. Jede Mischfrequenz wird einem Mischer 12, 12' bzw. 12" zugeführt, die außerdem jeweils das Ausgangssignal des Bandpasses 11 erhalten.

Die Ausgangssignale der Mischer 12, 12', 12" werden jeweils möglichs identischen Bandpässen 41, 41' bzw. 41" zugeführt, deren Durchlaßbereich den zu erwartenden Dopplerverschiebungen einer Spektrallinie entspricht. Diese Bandpässe entsprechen dem Bandpaß III der DE-OS 25 14 868. Die Bandpaßausgangssignale

030030/0098

G.Neininger 3-1

werden einer Amplitudenvergleichseinrichtung 30 zugeführt, die die Spektrallinie mit der größten Amplitude ermittelt und eine Schalteinrichtung 31 so steuert, daß nur das Bandpaßausgangssignal mit der größten Amplitude zu einer Frequenzmeßeinrichtung 73 weitergeleitet wird. Ein Dekoder 77 ordnet der gemessenen Frequenz die richtige Relativgeschwindigkeit zu, die in der Anzeigeeinrichtung 20 angezeigt wird. Für die Frequenzmeßeinrichtung 73, den Dekoder 77 und die Anzeigeeinrichtung 20 wurden wieder dieselben Bezugszeichen wie in der DE-OS 25 14 868 gewählt.

Anstatt das Ausgangssignal des Bandpasses I in drei Mischern gleichzeitig mit drei Mischsignalen zu mischen, ist es auch möglich, die drei Signalmischungen nacheinander durchzuführen. In diesem Fall müssen jedoch die Mischerausgangssignale zum Amplitudenvergleich in einem Speicher gespeichert werden und der Speicher wird dann so gesteuert, daß das Signal mit der größten Amplitude zu der Frequenzmeßeinrichtung gelangt.

030030/0098

Leerseite

Claims

Patentansprüche

/Rückstrahlortungsgerät/ insbesondere Radargerät, mit sägezahnförmiger Frequenzmodulation zur gleichzeitigen Messung von Entfernung und Relativgeschwindigkeit zu Zielen in einem zu überwachenden Bereich, bei dem durch überlagerung eines vom Ziel reflektierten Signals und eines aus dem Sender des Rückstrahlortungsgerätes ausgekoppelten Signals in einem ersten Mischer ein Schwebungssignal erzeugt wird, bei dem die Entfernung und die Relativgeschwindigkeit in einer Anzeigeeinrichtung angezeigt werden, bei dem der zu überwachende Bereich in mehrere Entfernungsbereiche eingeteilt ist, bei dem eine zweite Mischereinrichtung das Schwebungssignal mit zyklisch schrittweise veränderten Frequenzen, die jeweils einem Entfernungsbereich zugeordnet sind, mischt, bei dem die Mischung in der zweiten Mischereinrichtung eine Hochmischung ist, bei dem der zweiten Mischereinrichtung ein erster Bandpaß nachgeschaltet ist, dessen Durchlaßbereich angenähert der einem Entfernungsbereich zugeordneten Frequenzbandbreite ist, bei dem die Entfernung durch die Frequenz bestimmt ist, die zu dem Zeitpunkt, zu dem am Ausgang des ersten Bandpasses ein Signal vorhanden ist, als Mischfrequenz verwendet wird, bei dem zur Geschwindigkeitsmessung das Bandpaßausgangssignal heruntergemischt wird, aus dem heruntergemischten Signal der Frequenzbereich um eine Spektrallinie, in dem die der Relativgeschwindigkeit proportionale Dopplerverschiebungen liegen, durch einen weiteren Bandpaß ausgefiltertwerden, und die Dopplerverschiebung dieser Spektrallinie

Sm/Sch
26.10.1978

030030/0090

G.Neininger 3-1

gemessen und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Heruntermischen eine Mischereinrichtung (12, 12', 12") vorgesehen ist, in der das Ausgangssignal des ersten Bandpasses (11) mit mindestens drei Signalen mit unterschiedlichen Frequenzen gemischt wird, so daß in dem ausgefilterten Frequenzbereich, in dem die Dopplerverschiebung der Spektrallinie gemessen wird, drei Signale mit gleicher Frequenz und unterschiedlichen Amplituden vorhanden sind, und daß zur Geschwindigkeitsmessung nur die Dopplerverschiebung der Spektrallinie mit der größten Amplitude gemessen wird.
2. Rückstrahlortungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischereinrichtung (12, 12', 12") aus drei Mischern besteht, denen jeweils ein Mischsignal zugeführt wird, daß sich die Frequenzen dieser Mischsignale um einen Betrag unterscheiden, der kleiner oder angenähert gleich der halben Bandbreite des ersten Bandpasses (11) ist, daß die Ausgangssignale der Mischer (12, 12¹, 12") jeweils einem weiteren Bandpaß (41, 41·, 41"), die untereinander möglichst gleich sind, zugeführt werden, und daß eine Einrichtung (30, 31) vorgesehen ist, die das Ausgangssignal des Bandpasses, das die größte Amplitude hat, der Frequenzmesseinrichtung (73) zur Messung der Dopplerverschiebung zuführt.
3. Rückstrahlortungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des ersten Bandpasses (11) in der Mischereinrichtung (12) nacheinander mit drei Mischsignalen mit unterschiedlichen Frequenzen gemischt wird, daß sich die Frequenzen dieser Mischsignale um einen Betrag unterscheiden, der kleiner oder angenähert gleich der halben Bandbreite des ersten Bandpasses (11) ist, daß das Ausgangssignal des weiteren Bandpasses einem Speicher zugeführt wird, und daß eine Einrichtung vor-

030030/0098

G.Neininger 3-1

gesehen ist, die von den drei aufeinanderfolgenden Signalen, die durch Mischen mit unterschiedlichen Frequenzen entstanden sind, nur das Signal mit der größten Amplitude zu der Frequenzmeßeinrichtung weiterleitet.

030030/0098