NL1008276C2

NL1008276C2 - Detectieinrichting.

Info

Publication number: NL1008276C2
Application number: NL1008276A
Authority: NL
Inventors: Petrus Johannes Rotgans
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1998-02-11
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 1999-08-12
Also published as: EP1055134A1; JP2002503815A; IL137408A0; WO1999041622A1; DE69927242D1; DE69927242T2; CA2319642A1; US6466159B1; AU2923799A; EP1055134B1; CA2319642C; IL137408A

Description

Detectieinrichtina

De uitvinding heeft betrekking op een detectieinrichting voor het op afstand detecteren van doelen, omvattende een 5 radar signaalgenerator voor het genereren van gecodeerde RF radarsignalen, een met de gecodeerde RF radarsignalen gstuurde zendeenheid, een radar ontvangeenheid en een op de radar ontvangeenheid aangesloten videoprocessor.

10 Een dergelijke detectieinrichting is als radarapparaat in vele uitvoeringsvormen bekend. Het nadeel van een radarapparaat is dat de uitgezonden RF golven eenvoudig zijn te detecteren met behulp van ESM ontvangers, waarna de positie en veelal ook de identiteit van de uitzender bekend zijn.

15 Daarnaast is het mogelijk om een eenmaal gedetecteerd radarapparaat te storen.

De onderhavige uitvinding heft dit bezwaar op en heeft als kenmerk, dat de zendeenheid is ingericht voor het uitzenden 20 van met de gecodeerde RF radarsignalen gemoduleerde optische signalen, en dat vóór de radar ontvangeenheid een optische detector is geplaatst voor het omzetten van echo-signalen van de uitgezonden optische signalen in mogelijk van doelsinformatie voorziene gecodeerde RF radarsignalen.

25

Hierbij doet het optische signaal dus dienst als drager van de RF radarsignalen en blijft het oorspronkelijke karakter van radarapparaat voor een groot deel behouden.

30 Een gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij het niet noodzakelijk is gebruik te maken van coherente optische signalen, heeft als kenmerk, dat de zendeenheid is ingericht voor het amplitude moduleren van de optische signalen.

35 .1 008276 2

Een bijkomend voordeel hierbij is dat de optische detector ! dan als een relatief goedkope omhullenden detector kan r worden uitgevoerd.

3 5 Een detectieinrichting volgens de uitvinding is zeer ^ geschikt voor Doppler processing, waarbij niet de Doppler verschuiving van de optische signalen, maar de Doppler verschuiving van de gecodeerde RF radarsignalen wordt j benut. Daarnaast is het zo dat de radar cross sectie van - 10 een doel hoofdzakelijk door de golflengte van de optische i signalen wordt bepaald. Dit geeft een additionele vrijheidsgraad; als men bijvoorbeeld de verspreiding van = een gaswolk wil volgen, kiest men de RF frequentie zodanig Π dat een goede Dopplerprocessing mogelijk is en optische 15 signalen waarvoor de gaswolk goed reflecteert.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding — heeft als kenmerk, dat de signaalgenerator is ingericht I voor het genereren van pulsbursts. Het gebruik van puisje 20 bursts bij radar is bekend, evenals het feit dat dit tot een optimale Doppler processing voert. Het nadeel bij radar ^ is dat een burst eenvoudig is te storen door een repeater ' jammer, wat voor de inventieve detectieinrichting niet geldt omdat optische repeater jammers niet voorhanden zijn.

• - 25

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij de pulsbursts optimaal kunnen worden benut, heeft als kenmerk, dat de videoprocessor is voorzien van een Doppler processor van het MTI of MTD type, voor het 30 detecteren van bewegende doelen.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding . heeft als kenmerk, dat de signaalgenerator is ingericht •T-- voor het genereren van FMCW radarsignalen en de ontvanger 5S 35 is voorzien van een mengtrap voor het mengen van door de π T""' "ψψϊ 2 7.1 008275 3 optische detector gedetecteerde echosignalen met door de signaalgenerator gegenereerde signalen. De detectie-inrichting heeft dan alle voordelen van een FMCW radar-apparaat maar is vrijwel niet te detecteren. Daarnaast zijn 5 de isolatieproblemen tussen de zendeenheid en de ontvang-eenheid eenvoudiger op te lossen, omdat de feitelijke radarbundel nu met behulp van optische componenten wordt opgewekt.

10 Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat de optische detector tenminste twee optische diodes omvat, voor het afgeven van RF monopuls radarsignalen en dat de radar ontvangeenheid een monopuls ontvanger is. Op deze wijze kan de richting van een doel 15 worden bepaald op basis van het fazeverschil tussen de afgegeven RF radarsignalen. In deze uitvoeringsvorm, met twee diodes naast elkaar geplaatst in het horizontale vlak, is de uitvinding goed te gebruiken als collision avoidance radar voor voertuigen.

20

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat de optische detector vier optische diodes omvat, voor het afgeven van een RF somsignaal, een RF Δ-azimuth verschilsignaal em een RF Δ-elevatie verschil-25 signaal. In deze uitvoeringsvorm is de detectieinrichting equivalent met een in het vakgebied welbekende monopuls vuurleidingradar, met dien verstande dat nu bijvoorbeeld een vliegtuig kan worden gevolgd zonder dat dit in het vliegtuig tot een lock-on warning aanleiding geeft.

30

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat de detectieinrichting is ingericht voor gebruik onder water. Dit is mogelijk omdat een golflengte van de optische signalen zó kan worden gekozen 35 dat een goede penetratiediepte kan worden bereikt. Het is -ίο serre 4 dan mogelijk om bijvoorbeeld torpedo's te zien naderen op : basis van hun Doppler snelheid. Met de detectieinrichting geplaatst onder bijvoorbeeld een helicopter wordt het mogelijk om in het water te kijken en bijvoorbeeld een 5 onderzeeër te volgen op basis van zijn Doppler snelheid.

: Omdat voor de detectieinrichting volgens de uitvinding , feitelijk de gewone radarvergelijking geldt, kan men voor het vergroten van een effectieve range het uitgezonden = 10 vermogen vergroten of men kan de ontvangeenheid gevoeliger maken. Een gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat vóór de optische detector een lichtver-sterker is geplaatst, waardoor het uitgezonden vermogen beperkt kan blijven.

15

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, waarbij:

Fig. 1 een detectieinrichting volgens de uitvinding weergeeft; 20 Fig. 2 een monopuls optische detector volgens de uitvinding weergeeft;

Fig. 1 toont in de vorm van een blokschema een detectieinrichting volgens de uitvinding. Een signaalgenerator 1, 25 die, zoals gebruikelijk bij MTI radar is voorzien van een verder niet getoonde COHO en STALO en een timing, genereert een RF signaal, geschikt om via een power versterker en een antenne te worden uitgezonden. Het RF signaal kan bijvoorbeeld een met een vaste of gestaggerde PRF uitgezonden | 30 pulspatroon zijn, waarbij individuele pulsen eventueel I kunnen zijn voorzien van een modulatie die pulscompressie mogelijk maakt. Volgens de uitvinding wordt dit RF signaal toegevoerd aan een modulator 2, die een uit een laser 3 - j komende lichtstraal 4 in amplitude moduleert. Lichtstraal 4 35 wordt vervolgens via een optisch systeem 5 uitgezonden in ü ·- I, ('·, ' Γ·· · ij v'j till l1 -J ··* V; -- J ~ 5 de vorm van een bundel in de richting van een te detecteren doel. Modulator 2 is bijvoorbeeld een in het vakgebied van de optica welbekende Bragg cel, terwijl voor laser 3 bijvoorbeeld een C02 laser kan worden gebruikt. In plaats 5 van een separate modulator kan men ook een laser 3 kiezen die direct met behulp van het RF signaal kan worden gemoduleerd, bijvoorbeeld een halfgeleider laser. Verder is het mogelijk om bij toepassing van radarpulsen ook laser 3 te pulsen, zodanig dat laser 3 steeds aan staat als er een 10 radarpuls wordt afgegeven.

De eigenschappen van de hier getoonde detectieinrichting worden bepaald door de keuze van het RF signaal, door de golflengte van de laser en door de eigenschappen van het 15 optisch systeem 5. Het RF signaal bepaalt de gebruikelijke radareigenschappen, zoals de terugvouwing in range en Doppler en de Doppler resolutie. De golflengte van de laser bepaalt de reflectiviteit van een doel en de transmissie eigenschappen van het te doordringen medium. De eigen-20 schappen van het optische systeem 5 bepalen de divergentie en de vorm van bundel. Zo kan bijvoorbeeld door toepassing van een elliptische lens een fan beam worden gerealiseerd, zoals gebruikelijk bij rondzoekradars. Optisch systeem 5 kan ook leeg zijn, waarmee een bundel van minimale 25 divergentie wordt realiseerd, geschikt voor het detecteren van kleine doelen op grote afstand. In het algemeen kan worden gesteld dat de afmetingen van optisch systeem 5 veel kleiner zijn dan de afmetingen van een antenne die een vergelijkbare bundel realiseert, omdat deze afmetingen aan 30 de golflengte van de uit te zenden straling zijn gerelateerd.

De ontvangtak van de getoonde uitvoeringsvorm omvat een optisch systeem 6, waarmee ontvangen optische reflecties 35 worden geconcentreerd op een detector 7. Het RF uitgangs- *1 0 0827 6 ; 6 , signaal van detector 7 wordt, bij voorkeur via een LNA 8, ï zoals gebruikelijk in de radartechniek eventueel voorzien ï van een STC ingang, toegevoerd aan een radarontvanger 9.

= In deze radarontvanger 9 worden ontvangen RF signalen met 1 5 behulp van het STALO signaal teruggemengd naar een midden- , frequentie, gefilterd, en vervolgens aan een quadratuur- 1 detector toegevoegd, met het COHO signaal als referentie- 1 signaal, ter verkrijging van quadratuurvideo, één en ander zoals dit bij MTI radar gebruikelijk is. Detector 7 is - 10 bijvoorbeeld een HgCdTc detector geschikt voor toepassing in : combinatie met een C02 laser.

7 Op de uitgang van radarontvanger 9 is een videoprocessor 10 aangesloten die, afhankelijk van het type RF signaal dat is — 15 gebruikt om lichtstraal 4 te moduleren, kan zijn voorzien van een canceller of een FFT processor. Het uitgangssignaal van videoprocessor 10 is, geheel zoals te doen gebruikelijk, geschikt om een display aan te sturen of om door een automatische track eenheid verder te worden verwerkt.

2°

Fig. 1 kan ook worden benut om de werking van een detectie-inrichting volgens het FMCW type toe te lichten. Hierbij • wordt door signaalgenerator l een in het vakgebied wel- τ'- bekend RF signaal van het FMCW type opgewekt, welk signaal 25 vervolgens wordt gebruikt om lichtstraal 4 met behulp van modulator 2 te moduleren. Ontvangen optische reflecties — worden door detector 7 omgezet in een RF echosignalen, die J1 m.b.v. LNA 8 worden versterkt en vervolgens worden toege voerd aan radarontvanger 9, die hier de vorm aanneemt van i _ 30 een mengtrap, waarin de RF echosignalen worden gemengd met

het uitgangssignaal van signaalgenerator 1, één en ander zoals te doen gebruikelijk. Op radarontvanger 9 is een videoprocessor 10 aangesloten die doorgaans een FFT

~ processor zal bevatten voor het afgeven van range ·»»*» Ïra 35 informatie.

ffi Γ-. \ 0, Π Π O ? f-,

S:--ï ! ·· I JwOi 4 V

im 7

Fig. 2 geeft een monopuls uitvoering van de optische detector volgens de uitvinding weer. Hierbij worden ontvangen optische echosignalen via vier lenzen 11a, 11b, llc, lid afgebeeld op vier detectoren 12a, 12b, 12c en 12d.

5 Het is direct duidelijk dat niet-loodrecht invallende straling aanleiding geeft tot fazeverschillen in de door de detectoren afgegeven RF uitgangssignalen. Geheel analoog aan de bekende RF monopuls antenne worden de uitgangssignalen van de detectoren 12a, 12b, 12c, 12d gecombineerd 10 in RF sommator 13 tot een somsignaal, in RF sommator 14 tot een Δ-azimuth verschilsignaal en in RF sommator 15 tot een Δ-elevatie verschilsignaal, welke RF signalen verder in een in het vakgebied welbekende monopulsontvanger kunnen worden verwerkt. Het voordeel van een als monopuls uitgevoerde 15 optische detector is dat voor een waargenomen doel direct de plaats van dat doel in de uitgezonden bundel bekend is.

r ?'· flO ^ :> ' ll U 'J'-f -

Claims

1. Detectieinrichting voor het op afstand detecteren van doelen, omvattende een radar signaalgenerator, voor het 5 genereren van gecodeerde RF radarsignalen, een met de gecodeerde RF radarsignalen gestuurde zendeenheid, een f radar ontvangeenheid en een op de radar ontvangeenheid aangesloten radar videoprocessor, met het kenmerk, dat de zendeenheid is ingericht voor het uitzenden van met de * 10 gecodeerde RF radarsignalen gemoduleerde optische signalen, ^ en dat vóór de radar ontvangeenheid een optische detector 1 is geplaatst voor het omzetten van echosignalen van de uitgezonden optische signalen in mogelijk van doels-; informatie voorziene gecodeerde RF radarsignalen. T 15

2. Detectieinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de zendeenheid is ingericht voor het amplitude moduleren van de optische signalen.

3. Detectieinrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de optische detector een omhullenden detector is.

4. Detectieinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de signaalgenerator is ingericht voor het genereren van 25 pulsbursts.

5. Detectieinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat dat de videoprocessor is voorzien van een Doppler processor van het MTI of MTD type, voor het detecteren van 30 bewegende doelen.

6. Detectieinrichting volgens conclusie l, met het kenmerk, ^ dat de signaalgenerator is ingericht voor het genereren van FMCW radarsignalen en de ontvanger is voorzien van een 3. mengtrap voor het mengen van door de optische detector 'ms ^ P*1 0 08276 gedetecteerde echosignalen met door de signaalgenerator gegenereerde signalen.

7. Detectieinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, 5 dat de optische detector tenminste twee optische diodes omvat, voor het afgeven van RF monopuls radarsignalen en dat de radar ontvangeenheid een monopuls ontvanger is.

8. Detectieinrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, 10 dat de optische detector vier optische diodes omvat, voor het afgeven van een radar somsignaal, een Δ-azimuth verschilsignaal em een Δ-elevatie verschilsignaal.

9. Detectieinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, 15 dat de detectieinrichting is ingericht voor gebruik onder water.

10. Detectieinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat vóór de optische detector een lichtversterker 20 is geplaatst. Bi 008 2 76