DD215870A1 - Radaranlage starker signalkompression mit verbessertem aufloesungsvermoegen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Radarsysteme hohen Kompressionsgewinns nach dem FM-Radar-Spektralanalysator-Prinzip. Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung unter Verwendung dieses Prinzips anzugeben, mit der bei geringer Sendeleistung eine Trennung sehr schwacher Reflexionen von starken Reflexionen moeglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass sowohl im Sendezweig als auch im Empfangszweig Bandfilter eines im Sweepbereich approximativ Gaussschen Uebertragungsverhaltens zur Wichtung angeordnet sind, wodurch die Mischerausgangssignale nahezu Gausssche Spektren haben. Durch diese begrenzte spektrale Breite der Signale kann zwischen Mischerausgang und Spektralanalysator ein Filter zur Absenkung der Amplitude starker Reflexionen eingefuegt werden, wonach eine Spektralanalyse mit einem der bekannten Verfahren moeglich wird (Fig.). Die Schaltungsanordnung kann z. B. bei der Messung der sehr schwachen Reflexionen aus der ionosphaerischen D-Schicht bei Anwesenheit einer starken E-Schicht-Reflexion verwendet werden.

Description

fm*

Anwendunasaebiet der Erfinduna

———————^—ί«—^— ^——μ—mi — ι ' ———ttm . ^:

Die Erfindung betrifft Radarsysteme hohen Kompressicns gewinns nach dem FM-Rada r-3pekt ralanaly sa to r-Prinzip ,. die durch eine starke Nebenzipfel-Dämpfung in der : Laufzeit-Auflösungsfunktion, eine Messung schwacher reflektierter Signale in der Nähe starker reflektierter.Signale .e rrnög liehen .'Beispielsweise kann ein solches Radarsystem verwendet werden, um bei Anwesenheit einer starken ionosphärischen E-Schicht-Reflexion sehr schwache Reflexionen aus der ionosphärischen D-Schicht auch dann zu messen, wenn hohe Sendeleistungen vermieden werden sollen oder nicht verwendet werden können. , .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der modernen Radartechnik werden mittels Signalkompressionsverfahren kurze Hochfrequenzimpulse hoher Leistung durch langandauernde Impulse kleiner Leistung ersetzt. Schwierigkeiten bestehen bei allen Signalkompressionsverfahren darin, daß schwach reflektierte Signale von stark reflektierten Signalen auch dann überdeckt werden können₍ wenn diese unterschiedliche Laufzeiten besitzen.

Kompressionsgewinne von 1000 und mehr sind nur nach, ,dem FM-Radar-Spektralanalysator-Prinzip realisierbar „'

(Siehe COOK, 3ERNFELD : Radar Signals. New York: Academic Press' 1957}. Es wird bei diesem Verfahren ein Sweep-Signal der Zeitabhängigkeit

cos(a_ot + k^at*) für 'jt| ^rT ' '' · 0 für j t / > t-T

ausgesendet und wach Reflexion mit der Laufzeit χ empfangen. In einem Mischer wird das empfangene Signal mit' dem Sweep-Signal multipliziert; Reflexionen mit konstanter Laufzeit ergeben eine konstante Diffa-· renzf r.equenz . ' '.

^ ω =.2kf . ,

Durch Spektralanalyse kann nun die Amplitude verschiedener Reflexionen bestimmt werden.-Das Spektrum des Mischerausgangssignals einer Reflexion klingt jedochaußerhalb seines Schwerpunktes bei ca=*2kr nur sehr langsam' entsprechend der Spaltfunktion ab. Die Nebenrnaxima des Spektrums einer starken Reflexion -können ersichtlich schwache Reflexionen überdecken; abgesenkt' werden können sie durch eine Wichtung. TEMES u.a. (IEEE Intern .Coriv. Record , Pt .8 (1963 )' S . 71-81 ) realisieren die, Wichtung durch zeitliche Steuerung.' der Verstärkung des Empfängerzweiges und RINNERT u.a.

'(Radio Science 11(1976), S. 1009-1018) wichten während der digitalen Fouriertransformation , 'jedoch werden bei' weitem nicht die Resultate wie' durch Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung unter Verwendung des FM-Radar-Spektralanalysator-Prinzips hohen kompressicnsgewinns anzugeben, mit der , bei geringer Sendeleistung eine Trennung sehr .schwacher Reflexionen von starken Reflexionen möalich ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine .Schaltungsanordnung* anzugeben , mit deren Hilfe unter Verwendung des FM-Radar-Spektralanalysator-Prinzips hohen Kompressionsgewinns sehr schwach reflektierende Objekte auch bei Anwesenheit stark reflektieren^ der .Objekte gemessen werden können·. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst', daß sowohl zwischen Sweepgenerator und Sendeantenne j als auch zwischen Empfangsantsnna und Mischer jeweils, sin BancpaS eines im SweepOe reich approximativ Gaußschen Übertragungsverhaltens sowie zwischen Mischer und Spektralanalysator ein auf die im Mischer entstehenden Differenzfrequen.zen abgestimmtes Filter angeordneΐ ist,

Die genannte Anordnung der Bandfilter ist für weitgehende Unterdrückung der Nebenmaxima des Mischerausgangsspektrums einer starken Reflexion durch dichtung von entscheidender Bedeutung,, da die erreichte Unterdrückung 'davon abhängt, wie genau das gewünschte übertragungsverhalten der Bandpässe in'der realisierten •^ Anlage erreicht wird. Erfahrungsgemäß wird das über- -* tragungsverhalten von Filtern vor allem bei hohen Dämpfungswerten stets durch solche Störeffekte wie nichtideale Abschirmung und nichtideale Erdung beeinflußt, die sich auch durch Kettenschaltung von Filtern nicht wesentlich verringern lassen. Es kann also bei einer Anordnung von Bandpässen nur im Sendeoder nur im Empfangszweig eine gewisse Grenze für die Unterdrückung der Nebenmaxima nicht überschritten werden, . Bei erf indungsgemäßer'Ano'rdnung der . Bandpässe .wird 'erreicht, daß einerseits der geringe Signalanteil, der die. vVichtung im senderseitigen Bandpaß auf Grund der genannten Störeffekte umgeht, wenigstens im

-A-

ciTvpfangszweig gewichtet wird, '«vie andererseits dar geringe ' Signalanteil, der die Wichtung im empfängerseitigen Bandpaß umgeht ^ wenigstens zuvor im Sendezweig gewichtet worden ist..

erfindungsgemäß wird von den Bandfiltsrn Gaußsc'nes Übertragungsverhalten approximiert, Dadurch wird erreicht _t daß das Spektrum des riischerausgancss'ignals jeder Reflexion ebenfalls nahezu 3außschen Verlauf hat-; der Haupt teil des Spektrums eines schwach reflektierenden Objektes wird also nicht von dem eines stark reflektierenden Objektes überdeckt, sofern die Objekte hinreichend entfernt voneinander· sind..Es·ist·nun möglich, die Amplituden in den Frequenzbereichen, -in.denen die- Spektren stark reflektierender' Objekte liegen, mit Hil'fe eines Filters,- · das als L-C-Filter ausgebildet' sein kann, soweit herabzusenken, daß eine Spektralanalyse mittels eines der bekannten Verfahren durchgeführt Werden kann..

Ausführυnqsbeispiel .

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer .Figur erläutert .

Um eine Laufzeit-Auflösungskonstante von Δτ ,(nach der ' in der Radartechnik üblichen Definition) bei einem Kompressionsgewinn von N » 1 zu er reichen , sollte das Sweep-Signal am Ausgang des Sweepgenerator 1 die Zeitabhängigkeit

cos (o,t +τγτγϊ t³) für |t| ifnNAr··

für \t\ > ^

und sollte jedes der beiden Bandfilter'2 und δ eine Gaußsche Übertragungsfunktion '

approximieren. Der raktor η kennzeichnet den Frequenz-

hub des Sweep-Signals im Vergleich zur Sandbreite der Bandfilter, d.h. η bestimmt,- bis zu welchem Dämpfungswert die Sandfilter die Gaußsche übertragungsfunktion approximieren müssen, Das Sweep-Signal wird über das Bandfilter 2 geleitet und mit der. Zeitabhängigkeit

für |tj > ^

mittels linearem Leistungsverstärker 3 und Sendeantenne 4 ausgesendet; dieses Sendesignal besitzt also die Augenblicksfrequenz

Eine von der Empfangsantenne 5 aufgenommene Reflexion der Laufzeit ν erzeugt dann nach Wichtung im Bandpaß δ und Multiplikation mit dem Sweep-Signal im Mischer 7 ein Mischerausgangssig-nal, dessen Spektrum eine weitgehend Gaußsche Form besitzt, deren Schwerpunkt bei der Frequenz '. . '

liegt und deren 3,4-dB-Sreite ,

. r A

^Δτ " WEv .. .-.

beträgt. Das Spektrum selbst einer starken Reflexion hat bereits wenige Af von f(r) entfernt einen sehr geringen Betrag, so daS schwache Reflexionen nicht überdeckt werden.

3ei der Realisierung einer Radaranlage äußerst schwacher Reflexionen aus der ionosphärischen D-Schicht bei Anwesenheit starker Reflexionen aus der E-Schicht wurde bei einem Komoressionsaewinn von N = 1S5OO' und

ainem relativen Sweephub η = 3,25 unter Verwendung zweier Sandfilter vierzehnten Grades erreicht, daß die Nebenmaxima des Spektrums einer Reflexion um mehr als 100 dS unter- dam Hauptmaximum liegen. Da der Laufzeitbe reich bekannt ist, aus dem starke Reflexionen zu erwarten sind, wird "das Mische rausg-angs-, signal einem L-C-Filter 3 zugeführt, das in jenem Bereich eine starke Dämpfung aufweist. Am Ausgang dieses Filters besitzt· das Spektrum eine solch geringe Dynamik, daß im qpektra!analysator 9 die wei- te're Signalverarbeitung mittels Cuadraturdemoculation unter Verwendung a !< tive r' Filter bzw, mittels digits-, ler Fouriertransformation durchgeführt wird_a

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch

   1. Radaranlage sta'rker Signalkompression mit verbessertem Auflösungsvermögen nach dem FM-Radar-Spektralanalysator-Prinzip, gekennzeichnet dadurch, daß sowohl zwischen Sweepgenerator und Sendeantenne als auch zwischen Empfangsantenne und Nischer Jeweils ein Bandpaß eines im Sweepbereich approximativ Gaußscnen Übertragungsverhaltens sowie zwischen Mischer und ^lSpektralanalysator ein auf die im Mischer entstehenden Differenzfrequenzen abgestimmtes Filter angeordnet ist.
2. 2. Radaranlage starker Signalkompression mit verbessertem Auflösungsvermögen nach Funkt- 1, gekennzeichnet dadurch, daß das abgestimmte Filter als L-C-Filter ausgebildet ist, '