DE3616950A1 - Rausch-radar - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rausch-Radar, d. h. ein Radar, bei dem das ausgesandte bzw. übertragene Signal durch einen Zufalls­ kode oder rauschähnlichen Kode kodiert ist. Ein derartiger Kode kann ein langer, Pseudo-Zufalls-Kode sein, z. B. kann er größer als 1000 oder vorzugsweise größer als 10 000 Bits sein. Rausch-Radar hat eine Vielzahl von Vorteilen. Es kann eine weite Bandbreitenübertragung verwenden, die zu einer guten Ent­ fernungsauflösung führt, gute Möglichkeiten für Maßnahmen gegen feindliche Störungen bietet und eine geringe Wahrscheinlichkeit dafür aufweist, festgestellt bzw. erfaßt zu werden. Es kann auch dazu beitragen, eine geringe Mehrdeutigkeit hinsichtlich der Feststellung von Geschwindigkeit und Entfernung eines Zieles zu gewährleisten. Rausch-Radar kann es auch ermöglichen, eine geringe Spitzenleistung zu verwenden, welche wiederum die Wahr­ scheinlichkeit der Detektion bzw. Ermittlung verringert.

Bei bekannten Rausch-Radarsystemen wird ein kontinuierlich ausgesandtes Signal kodiert, üblicherweise phasenkodiert, und zwar in Pseudo-Zufallssequenzen langer Dauer. Im Empfänger wird das empfangene Signal mit einer verzögerten Version des ausgesendeten Signals korreliert, um eine Anzeige des Vorhanden­ seins und der Geschwindigkeit eines Zieles in einer der Ver­ zögerung entsprechenden Entfernung zu erhalten. Rausch-Radar­ systeme wurden bisher wenig verwendet, da ein direktes Eindrin­ gen und ein indirektes Eindringen von Nahbereichs-Störgrößen in den Empfänger die Leistung des Radars bei großen Entfernungen beschränkt, wie dies bei allen kontinuierlichen Wellenradar­ systemen der Fall ist. Es ist auch erforderlich, separate Sende- und Empfangsantennen zu verwenden. Andernfalls würde der Streu­ verlust intolerierbar sein.

Rausch-Radar darf nicht verwechselt werden mit dem phasen­ kodierten Pulsradar, bei dem ausgesandte Pulse phasenkodiert sind, um eine Pulskompression und damit eine gute Entfernungs­ auflösung zu erreichen. In einem phasenkodierten Pulsradar wird die relative Zeitversetzung des ausgesandten und empfange­ nen Impulses dazu verwendet, die Entfernung anzuzeigen. Weniger Erfolg ergibt sich in der Erzielung einer geringen Mehrdeutig­ keit bei der Bestimmung von Geschwindigkeit und Entfernung eines Zieles als beim Rausch-Radar.

Aufgabe der Erfindung ist es, alle Vorteile eines Rausch-Radars bei gleichzeitiger Beseitigung der vorstehend genannten Nach­ teile zu erhalten.

Ein Rausch-Radar nach der Erfindung umfaßt Einrichtungen zur wiederholten Erzeugung eines Kodes mit einer Sequenz von Digits und Einrichtungen für ein während jeder Sequenz erfolgendes Aussenden von Energiepulsen, welche Perioden einnehmen, von denen jede sich wenigstens über ein Digit des Kodes erstreckt, sowie Anordnungen zum Modulieren der ausgesandten bzw. über­ tragenen Energie in Übereinstimmung mit der vorherrschenden Ausgangsgröße des Generators.

Durch das in dieser Weise erfolgende Pulsen der ausgesandten Energie wird die Möglichkeit geschaffen, das rückkehrende Signal während Perioden zwischen Impulsen zu empfangen und dadurch das vorstehend angesprochene Streuproblem zu beseitigen. Auch in den Fällen, bei denen ein Pseudo-Zufallskode verwendet wird, können die Teile des Kodes, die jedem Puls zugeordnet werden, speziell unvorhersagbargemacht werden, wenn der Generator konti­ nuierlich während und zwischen Impulsen betrieben wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Detektion bzw. Feststellung verringert wird. Zu diesem Zweck wird die Impuls-Wiederholfrequenz vorzugs­ weise nicht als ein ganzzahliges Vielfaches der Wiederholfre­ quenz des Pseudo-Zufallskodes gewählt.

Eine spezielle Anordnung kann vorgesehen werden, um die Puls­ wiederholfrequenz zu ändern, z. B. zwischen zwei Werten, um eine Frequenzversetzung zu erzeugen. Die Impulswiederholfrequenz kann auch zwischen mehr als zwei Werten geändert werden. Zweck dieses Vorgehens ist es, blinde Stellen in der Entfernung zu vermeiden und die bereits erwähnte Unvorhersehbarkeit zu er­ höhen. Der Frequenzwechsel kann auch so sein, daß eine Erniedri­ gung der Frequenz vorgenommen wird, wenn sich die zu unter­ suchende bzw. zu überwachende Entfernung erhöht und umgekehrt, wodurch Entfernungs-Doppeldeutigkeiten vollständig beseitigt werden.

Im Empfänger wird der dem Empfangssignal aufgeprägte Kode vor­ zugsweise mit einer Ausgangsgröße des Kode-Generators korre­ liert, und zwar nachdem sie eine Verzögerung durchlaufen hat, die der Umlaufverzögerung des Sendesignals entspricht. Die Ausgangsgröße des Korrelators zeigt das Vorhandensein eines Ziels oder eines Teils eines Ziels in einer Entfernung an, die dieser Verzögerung entspricht. Die Verzögerung wird vorzugs­ weise in Stufen variiert, um zu erreichen, daß das Radar auf verschiedene Entfernungen zu verschiedenen Zeiten anspricht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Rausch-Radars nach der Erfin­ dung, und die

Fig. 2A, 2B und 2C Wellenformen an drei verschiedenen Punkten der Fig. 1.

Nach der Zeichnung umfaßt ein Regelgerät 1 eine ständig laufende Uhr, bzw. einen Taktgeber 1A, der mit einer Frequenz von 100 MHz arbeitet und Pseudo-Zufalls-Kodegeneratoren 2 und 23 kontinuier­ lich ansteuert, und zwar solange, bis sie einen Befehl zur Rückstellung erhalten. Ein Rückstell- oder Rücksetzsignal wird in regelmäßigen Zeitintervallen, die durch einen Zeitgeber 1B vorgegeben werden, an die Leitung 3 angelegt. Das Rücksetz­ signal bewirkt ein sofortiges Rücksetzen des Kodegenerators 2 und - nach einer bei 1C bewirkten Verzögerung - das Rücksetzen des Kodegenerators 23. Die durch 1C vorgegebene Verzögerung bestimmt die momentan beobachtete Entfernung bzw. den momentan beobachteten Bereich. Der Pseudo-Zufalls-Kodegenerator 2 erzeugt einen Kode, wie er sehr schematisch in Fig. 2A dargestellt ist, wo die Bitrate aus Darstellungsgründen stark verringert gezeigt ist. Dieser Kode wird auf einer Leitung 4 einem Zwei­ phasen-Modulator 5 zugeführt, wo er ein Trägerfrequenzsignal von einem Hochfrequenzoszillator 6 moduliert und auf der Lei­ tung 7 ein zweiphasiges moduliertes Signal erzeugt. Dies wird bei 8 verstärkt und auf eine Ausgangsfrequenz hochgemischt durch bei 9 erfolgendes Mischen mit einem lokalen Oszillator­ signal, das von 10 über einen Verteiler 11 geliefert wird. Das obere Seitenband vom Mischer 9 wird durch ein Filter 12 geleitet und bei 13 verstärkt, bevor es zu einem Gatter 14 gelangt, wo es durch Impulse moduliert wird, die auf einer Leitung 14A von einem Zeitgeber 1D im Regelgerät 1 kommen. Das Gatter 14 erzeugt somit Impulse, wie in Fig. 2B gezeigt, worin die Zeiten, bei denen Phasenwechsel auftreten, durch vertikale Linien angedeutet sind.

Die Ausgangsgröße des Gatters 14 wird durch einen Zirkulator 15 einer Antenne 16 zugeführt, von der sie zu dem gerade be­ trachteten Bereich gesendet wird. Von einem Ziel oder von Zie­ len in diesem Bereich reflektierte Signale werden durch die gleiche Antenne empfangen und durch den Zirkulator 15 zu einem zweiten Gatter 17 geleitet. Dies wird durch Auftastsignale auf der Leitung 17A betrieben, welche von dem Zeitgeber 1D über eine variable Verzögerung 1E geliefert werden, wobei letztere so ausgewählt wird, daß der Empfänger in der Lage ist, zwischen und nicht während gesendeter Impulse zu arbeiten. Das Gatter 17 wird somit derart betrieben, daß das empfangene Signal während empfangener Perioden P, wie in Fig. 2C gezeigt, durchgelassen wird. Die Ausgangsgröße des Gatters 17 wird bei 18 verstärkt und auf eine Zwischenfrequenz herabgemischt, und zwar durch Mischen mit dem lokalen Oszillatorsignal bei 19. Das untere Seitenband wird durch ein Filter 20 geschickt und bei 21 auf einen zur Korrelation in einem Mischer 22A geeigneten Pegel verstärkt.

Der zweite Pseudo-Zufalls-Kodegenerator 23, der identisch zum Generator 1 ist, wird durch die gleichen Taktsignale wie der Takt-Kodegenerator 2 getaktet. Auf diese Weise wird sicherge­ stellt, daß der Pseudo-Zufalls-Kodegenerator 23 kontinuierlich arbeitet wie der Generator 2. Seine Startzeit wird jedoch fest­ gelegt durch das Rücksetzsignal auf der Leitung 24, das relativ zu dem Zeitpunkt, zu dem der Generator 1 startet, verzögert ist. Diese Verzögerung wird bei 1C vorgenommen und wird so gewählt, daß sie gleich der Umlaufzeit des zu sendenden und zu empfangenden Signals bezüglich eines Ziels in einer Entfer­ nung ist, die momentan zur Untersuchung ausgewählt ist.

Das Ausgangssignal des Pseudo-Zufalls-Kodegenerators 23 wird bei 26 zur zweiphasigen Modulation eines Signals vom Oszillator 6 benutzt, welches bei 25 in der Frequenz um einen variablen Betrag versetzt wird, welcher durch ein Steuersignal auf der Leitung 25A vorgegeben wird, und zwar in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit von Zielen, die momentan inspiziert bzw. über­ prüft werden sollen. Dieses Signal kann von einem Computer kommen oder in einer einfachen Version der Erfindung manuell eingestellt werden.

Die Ausgangsgröße des Modulators 26 wird bei 22A mit den zurück­ kommenden Signalen von 21 gemischt. Die Ausgangsgröße des Mischers 22A wird durch ein Tiefpaßfilter 22B geleitet, und die Rück­ kehrsignale aufeinanderfolgender Impulsperioden werden bei 22C integriert. Der Integrator 22C kann ein Bandpaßfilter mit einer Bandbreite sein, die den Reziprokwert der Integrationszeit darstellt. Alternativ kann auch ein digitales, schnelles Fourier- Transformationsgerät Verwendung finden. Die Komponenten 22A, 22B und 22C bilden einen Korrelator, mittels dessen bei 22D eine Ausgangs-Wellenform erzeugt wird, deren Höhe die Stärke des Rückkehrsignals angibt. Seine Frequenzkomponenten geben die Doppler-Komponenten des empfangenen Signals an.

Es ist zu bemerken, daß bei dem dargestellten System die Mehr­ deutigkeit der Entfernungsbestimmung diktiert wird durch die Länge des Kodes und nicht durch die Impulswiederholfrequenz. Um die Entfernungs-Mehrdeutigkeiten noch weiter zu reduzieren, kann mehr als ein verschiedener Pseudo-Zufalls-Kodegenerator jeweils bei 1 und bei 23 vorgesehen werden. Diese sind dann so angeordnet, daß sie in Folge arbeiten, und sie sind so kon­ struiert, daß sie Kode von der gleichen oder verschiedenen Längen erzeugen. Der gleiche Effekt kann erreicht werden, indem sequentiell verschiedene Abgriffspunkte am Schieberegister der Pseudo-Zufalls-Kodegeneratoren verwendet werden, aber in diesem Falle werden die Kodelängen immer die gleichen sein.

Der Begriff "Pseudo-Zufalls-Sequenz" wird so verstanden, daß er eine Sequenz verschiedener Pseudo-Zufalls-Sequenzen umfaßt, die beispielsweise in der Art erzeugt werden, wie sie im un­ mittelbar vorhergehenden Abschnitt beschrieben ist.

In der Theorie würde es möglich sein, nur einen Kodegenerator anstelle der zwei bei 1 und 23 in Fig. 1 gezeigten Generatoren zu verwenden. In diesem Falle würde eine digitale Verzögerung benötigt werden, um den Ausgang des einzigen Kodegenerators mit dem Modulator 26 zu verbinden. Eine solche Anordnung würde in der Praxis etwas schwierig sein, wenn die vorhandene Techno­ logie benutzt wird, da eine Verzögerung von vielleicht 10 000 Digits erforderlich wäre.

Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird eine Anzahl von Korrelatoren und Modulatoren verwendet, wie diejenigen, die bei 22 und 26 gezeigt sind. Diese sind so ange­ ordnet, daß sie Eingangsgrößen von 21 und 25 über Splitter empfangen. Die Eingangsgrößen der verschiedenen Modulatoren werden von einem Schieberegister abgenommen, das die Ausgangs­ größe des Pseudo-Zufalls-Kodegenerators 23 erhält. Dies erfolgt zu dem Zweck, gleichzeitige Ausgangsgrößen von jedem Korrelator zu erhalten, welche Ziele in verschiedenen Entfernungszellen repräsentieren, und zwar entweder nebeneinander oder beabstandet.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Wahl der Perioden, während der die Gatter 14 und 17 offen sind, rein zu dem Zweck getroffen wird, um ein Eindringen bzw. Streuen des Sendesignals in den Empfänger zu verhindern und Rückkehrsignale auszuschließen, die von benachbarten Störelementen empfangen werden. Diese "Impuls"-Perioden sind ohne Bedeutung bezüglich der Entfernungs­ bestimmung, und zwar im Gegensatz zu den Pulsen, die in einem phasenkodierten Pulsradar erzeugt werden. Das Radarsystem nach dieser Erfindung, wie in Fig. 1 gezeigt, kann wie ein unter­ brochenes, kontinuierlich arbeitendes Wellenradar betrachtet werden.

Eine Verbesserung der Leistung kann dadurch erreicht werden, daß die Erzeugung der Pseudo-Zufalls-Sequenz während der Perio­ den gestoppt wird, wenn keine Aussendung stattfindet. Dies macht es möglich, die Pseudo-Zufalls-Sequenz über eine größere Anzahl von Pulsen zu erstrecken, ohne daß sie wiederholt wird. Dies resultiert in einer Verbesserung in einer nicht mehrdeu­ tigen Entfernungsbestimmung. Des weiteren wird dann der gesamte bei 23 erzeugte Kode nutzbringend bei 22 mit dem empfangenen Signal korreliert. Dadurch wird die Seitenkeulenleistung in der Entfernungsbestimmung verbessert.

Wenn es gewünscht ist, ein Ziel zu verfolgen, das sich schnell zum Radar bewegt oder vom Radar entfernt, kann die Doppler­ versetzung, die bei 25 angelegt ist, nicht über die große Band­ breite des empfangenen Signals für die Kode-Kompression oder Kode-Expansion kompensieren, die von der Zielbewegung herrührt. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, daß der bei 23 er­ zeugte Kode expandiert oder komprimiert wird, und zwar durch Verwendung einer leicht verschiedenen Frequenz des Signals zum Takten des Pseudo-Zufalls-Kodengenerators 23. Dies macht die Kode-Sequenz kürzer oder länger in ihrer Dauer. Der Regler 24 erhält die Zielgeschwindigkeits- und Entfernungsinformation, die erforderlich ist, um eine Verfolgungssequenz auf der Leitung 27 auszulösen, entweder von der Information bei 22D oder von einem separaten Überwachungsradar.

Während bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung eine Biphasen-Modulation verwendet wird, können andere Formen der Modulation alternativ verwendet werden, wie beispielsweise die Quadraphasen-Modulation. In einem System, bei dem die Quadra­ phasen-Modulation verwendet wird, würde jeder Kodegenerator 2 und 23 durch Zwillings-Kodegeneratoren ersetzt werden, um Zwei-Digit-Worte, welche die äquivalenten Kreisen zugeführte Phasenmodulation definieren, an 5 und 26 zu liefern.

Claims (11)

1. Rausch-Radar, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur wie­ derholten bzw. fortlaufenden Erzeugung eines Kodes mit einer Folge von Digits, Einrichtungen zu einem während jeder Se­ quenz erfolgenden Aussenden von Energieimpulsen, welche Perioden einnehmen, von denen sich jede wenigstens über ein Digit des Kodes erstreckt, sowie Einrichtungen zum Modu­ lieren der Sendeenergie in Übereinstimmung mit der vorherr­ schenden Ausgangsgröße des Generators.

2. Radar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Impulsperiode über mehr als ein Digit erstreckt.

3. Radar nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator ein Pseudo-Zufalls-Kodegenerator ist.

4. Radar nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Im­ pulswiederholfrequenz kein ganzzahliges Vielfaches der Wie­ derholfrequenz des Pseudo-Zufalls-Kodes ist.

5. Radar nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Einrichtungen zum Ändern der Impulswiederhol­ frequenz vorgesehen sind.

6. Radar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Taktgebereinrichtungen zum Takten des Genera­ tors in kontinuierlicher Weise während und zwischen der Impulse vorgesehen sind.

7. Radar nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Taktgebereinrichtungen, die so ausgebildet sind, daß sie den Generator takten, sowie Einrichtungen zum Sperren des Taktgebers zwischen Impulsen.

8. Radar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeich­ net durch einen Empfänger und ein Empfänger-Schutzgatter zur Aufnahme des empfangenen Signals während Perioden zwi­ schen gesendeten Impulsen.

9. Radar nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfän­ ger-Schutzgatter das empfangene Signal während einer Periode zurückweist, die unmittelbar jedem übertragenen Impuls folgt, um auf diese Weise Rückkehrsignale von Nahbereichsstörungen auszuschließen.

10. Radar nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Verzögerungseinheit zum Verzögern des Kodes und einen Korre­ lator, der so ausgebildet ist, daß er den Kode am Ausgang der Verzögerungseinheit mit dem Kode korreliert, der von dem empfangenen Signal getragen und um die Laufzeit bis zum Ziel und vom Ziel verzögert ist.

11. Rausch-Radar, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Erzeu­ gung eines Kodes, Einrichtungen zur Verwendung des Kodes zum Modulieren eines Signals und zum Aussenden des derart modulierten Signals, Einrichtungen zur Unterbrechung der Aussendung während spezifizierter Perioden, Einrichtungen zum Empfangen von Rückkehrsignalen des ausgesandten Signals während der spezi­ fizierten Unterbrechungsperioden sowie Einrichtungen zum Korrelieren des dem empfangenen Signal aufgeprägten Kodes mit einer verzögerten Version des Kodes, der zum Modulieren des ausgesandten Signals verwendet wird, wodurch dann eine Anzeige bzw. Angabe bezüglich des Vorhandenseins oder des Fehlens eines Ziels in einem der Verzogerung entsprechen­ den Bereich erhalten wird.