DE2819043C2 - Nichtkohärente Festzeichenunterdrückungseinrichtung für ein Impulsradargerät - Google Patents

Description

Ende eine Signalreflexion erfolgt, vorgesehen. Die Länge dieser Verzögerungsleitung muß sehr genau bemessen werden, denn es ist erforderlich, daß das reflektierte Signal mit dem auf den Eingang gegebenen Signal eine bestimmte Phasenrelation aufweist Weiterhin ist es erforderlich, daß zum Erreichen der gewünschten Reflexion eine definierte Fehlanp&ssung der Ausgangsimpedanz und eine definierte Rückkopplung des Verstärkers eingehalten werden.

In der Besch.eibungseinleitung der DE-OS 18 11 105 wird auf Ultraschallverzögerungsleitungen hingewiesen. Auch dort sind definiert fehlangepaßte Anschlüsse erforderlich, weil auch bei diesen Verzögerungsleitungen mit reflektierten Signalen gearbeitet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Festzeichenunterdrückungseinrichtung für ein Impulsradargerät anzugeben, bei der der Phasenverlauf des Sendeimpulses auf einfache Weise genau reproduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs definierten Festzeichenunterdrückungseinrichtung erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Einrichtung enthält eine Verzögerungsleitung. Es ist auf einfache Weise möglich, nämlich allein durch die Wahl der Länge, eine gewünschte Verzögerung zu erzielen. Da keine Reflexionen erfolgen ist es auch nicht erforderlich, das Phasenverhalten des reflektierten Signals an der Reflexionsstelle zu kennen. Bei einer Signalausbreitung in nur einer Richtung kann die Signäldämpfung genau ermittelt werden. Bei der neuen Einrichtung sind Mittel vorgesehen, die unterschiedliche Signaldämpfung, bedingt durch unterschiedliche Dämpfungsstrecken, kompensieren. Die Verzögerungsleitung ist breitbandig.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Verzögerungsleitung faserförmig. Dies ermöglicht große Verzögerungslängen bei geringem Platzbedarf.

Bei der neuen Einrichtung wird mittels eines Richtkopplers am Senderausgang ein Teil des abgestrahlten HF-Impulses entnommen und ein relativ großes Signal wird in den ZF-Bereich umgesetzt mittels eines Mischers, dem gegebenenfalls ein ZF-Verstärker nachgeschaltet ist. Dieser in die ZF-Lage umgesetzte Teil des Sendesignals wird über einen dektro/akustischen Wandler einer Schallverzögerungsleitung zugeführt. Diese Verzögerungsleitung hat im Abstand von τ Anzapfungen und die Ausgangssignale werden mittels einer Anzahl akustisch/efrktrischer Wandler — für jede Anzapfung einer — in elektrische Signale zurückgewandelt.

Die Ausgangssignale dieser Wandler werden auf den gewünschten Wert gedämpft (oder verstärkt) und dann als Phasenreferenisignal einem Phasenvergleich^ zugeführt. Diesem Phasenvergleicher wird auch das in den ZF-Bereich umgesetzte und gegebenenfalls verstärkte empfangene Signal zugeführt und mit dem Referenzsignal verglichen. Der kohärente Referenzsignalgenerator, der oben erwähnte Mischer und der Mischer für das empfangene Echosignal werden von demselben stabilen Mischoszillator (STALO) betrieben.

Um das kohärente Referenzsignal über die volle Wiederholungsperiode — oder den Teil davon, in dem eine MTI-Auswertung erfolgen soll, des gegebenen Radarsystems zu erhalten, sind relativ lange und breiibandige Verzögerungsleitungen notwendig. Bei der Erfindung wird ein metallisches Glas verwendet. Dies hat vorzugsweise eine faserförmige Form, so daß es aufgewickelt oder in anderer Weise gefaltet werden kann, wodurch nur ein kleines Volumen beansprucht wird

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Impulsradarsystems mit der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig.2 Einzelheiten der Verzögerungsleitung, des Summierglieds und der Phasenvergleichseinrichtung

ίο des kohärenten Referenzsignalgenerators nach F i g. 1,

F i g. 3 ein Beispiel für eine Anzapfung der Schallverzögerungsleitung (für die faserförmige Ausführung) mit einer direkten Umwandlung in das elektrische Signal an der Anzapfung.

In dem Blockschaltbild der F i g. 1 wird angenommen, daß ein HF-Impulssender 10 beispielsweise ein Magnetron und nichtkohärent ist Impulse mit einer bestimmten Wiederholrate und mit einer geeigneten Mikrowellenleistung werden über eine Leitung 11 zu einem Duplexer 12 nnd von dort über eine Leitung 14 zu einer Antenne 15 geleitet Signale, die Reflexionen von Zielen und Clutter sind, gelangen über die Antenne 15, die Leitung 14 und über den Duplexer 12 zu einer Leitung 17, die zu einem Mischer 19 führt In 19 sind üblicherweise auch HF-Verstärkerstufen enthalten, so daß der Signalpe°el am Ausgang 22 von 19 einen ausreichenden Wert hat

Ein Teil der HF-Sendeenergie wird von der Leitung 11 über einen Koppler 13 ausgekoppelt und über eine Leitung 16 einem weiteren Mischer i8 zugeführt, der ebenfalls ZF-Verstärkerstufen enthalten kann, obwohl eine Verstärkung nach dem Mischen in 18 weniger notwendig als im Falle des Mischers 19 ist Auf der Leitung 16 kann man einfach — je nach dem Grad der Kopplung in 13 — ein relativ starkes Signal erhalten. Ein tabiler Mischoszillator (STALO) 20 wirkt sowohl für die Mischung in IB als auch in 19 als Mischcszütetor und somit werden Frequenz- und Phasenfehler, die bei getrennten Mischoszillatoren entstehen könnten, vermieden.

Der kohärente Referenz-Generator 23 ersetzt den klassischen Coho als eine Einrichtung zur Erzeugung einer Phasenreferenz, mit der die Phase des empfangenen und in die ZF-Lage umgesetzten Signals verglichen werden kann. Die Eingangssignale von 23 sind einerseits das in die ZF-Lage umgesetzte Sendesignal (wie oben erwähnt), das über eine Leitung 21 zugeführt wird, und andererseits die ebenfalls in die ZF-Lage umgesetzten Echosignale, die über eine Leitung 22 zugeführt werden.

An dieser Stelle ist es nützlich, auf die F i g. 2 Bezug zu

so nehmen. Eine Schall- oder akustische Verzögerungsleitung 43 enthält eine Serie von Abschnitten mit metallischen Glas-Schalleitern., von denen jeder eine Verzögerung um ν verursacht; sie sind mit 25, 26, 27 und 28 bezeichnet Das Signal 21 — das Ausgangssignal des Mischers 18 in F i g. 1 — wird einem Wandler 24 zugeführt, der es in eimSchallsignal verwandelt. Wandler sind aus der Schalltechnik allgemein bekannt (auch in Verbindung mit bekannten Ultraschallverzögerungsleitungen, die in MTI-Geräten zur Signalauslöschung verwendet werden). Bei einem bekannten MTI-System, das in dem bereits zitierten »Radar Handbook« beschrieben ist, wird eine Quarzverzögerungsleitung verwendet

Quecksilber-Überschallverzögerungsleitungen sind ebenfalls bekannt. Für beide können mehrere Arten von Wandlern verwendet werden. Außer Wandlern, bei denen der piezoelektrische Effekt ausgenutzt wird, können auch magnetostriktive Einrichtungen verwendet werden. Die ersteren Schallwandler erzeugen auf elek-

trische Felder mechanische Verformungen des piezoelektrischen Materials und letztere reagieren mechanisch auf magnetische Felder. Die oben erwähnten Überlegungen zu piezoelektrischen und magnetostriktiven Wandlern sind auch für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 gültig.

Als Material für die Verzögerungs-Abschnitte 25, 26, 27 und 28 bei der vorliegenden Erfindung ist ein metallisches Glas verwendet

Metallische Gläser an sich sind noch relativ neu. Diese Materialien und ausführliche Informationen über ihre Eigenschaften und Zusammensetzung sind in dem Artikel von John J. Gillman, »Metallic Glasses«, Physics Today, Mai 1975 beschrieben. Außer der Duktilität, der Verformbarkeit und anderen Eigenschaften, die Glas normalerweise nicht hat, wurden für die Dämpfung von longitudinalen Schallwellen unerwartet niedrige We.te gefunden und zwar insbesondere für Pd Si Ag Gläser. Der »Giiiman-Ärtikei« gibt bei einem PdeoSiieAg Gias Dämpfung von 0,06 dB/Mikrosekunde bei 100 MHz an. Diese besondere Eigenschaft ist für die neue Einrichtung von großem Interesse; Pd Si Ag metallische Gläser sind für die Verzögerungsabschnitte der Einrichtung nach F i g. 2 bevorzugte Materialien.

Die Verzögerungsleitung nach F i g. 2 kann die Form eines polygonen festen Körpers haben; dies ist bei Quarz-Verzögerungsleitungen oft der Fall. Eine faserförmige Form des metallischen Glases wird jedoch bevorzugt, da diese aufgewickelt oder auf andere Weise untergebracht werden kann, wodurch das benötigte Volumen minimalisiert werden kann. Außerdem können Fasern aus metallischem Glas, bei denen die unübliche physikalische Flexibilität ausgenutzt wird, in der gleichen Weise gehandhabt werden, wie optische Glasfasern gegenwärtig gehandhabt werden. Es kann außerdem faserförmiges metallisches Glas mit einer beachtlichen Länge benutzt -werden, ohne daß genaue und teuere Fabrikationsverfahren verwendet werden müssen, wie es der Fall ist bei polygonförmigen, blockförmigen Verzögerungsleitungen, bei denen die große Verzögerung durch mehrfache interne Reflexionen (dies ist die im Zusammenhang mit Quarzverzögerungsleitungen am häufigsten verwendeten Konfiguration) erzeugt wird.

Nachfolgend wird die Beschreibung der F i g. 2 fortgesetzt Die longitudinal Schallwelle, die dem Signal auf der Leitung 21 entspricht wird durch den Wandler 24 in eine Verzögerungsleitung 43 eingeleitet. Nach jedem Intervall r, d. h. innerhalb eines jeden Entfernungsbereiches, ist eine Anzapfung und ein akustisch/elektrischer Wandler 29,30,31,32 vorgesehen. Diese Wandler sind — im Unterschied zu 24 — vorteilhaft aus einem piezoelektrischen Material nach bekannten Gesichtspunkten aufgebaut so daß ihre Ausgangssignale elektrische Signale im ZF-Bereich sind. Eine Summierschaltung 33 und ein Verstärker 38 (falls notwendig) erzeugen ein Signal, das auf einer Leitung 39 weitergeleitet wird und das aus einer Serie von ZF-Signalen besteht die aufeinanderfolgenden Entfernungsbereichen in zumindest einem Teil der Impulswiederholungsperiode zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sendeimpulsen entsprechen. Während eines jeden dieser aufeinanderfolgenden Entfernungsbereiche gibt das Signal auf 39 das gesamte Phasenverhalten des Senderbetriebes während des zuietzi abgestrahlten Impulses wieder; natürlich umgesetzt in den ZF-Bereich. Das Signal auf 39 gibt im Unterschied zu der Coho-Anordnung, die ersetzt wird, das Phasenverhalten des Sendeimpulses wieder.

Das bipolare Videoausgangssignal, das auf der Leitung 24 am Ausgang des Phasenvergleichcrs 40 vorhanden ist, ist von derselben Art wie das Ausgangssignal des Phasenvergleichers eines bekannten MTI Impulsradar-

s Systems, wenngleich Überreste bei der Festziclunterdrückung, die durch die Nichtkohärenz des Senders 10 verursacht werden, wesentlich reduziert sind.

In der F i g. 2 sind variable Dämpfungsglieder 34, 35, 36 und 37 angegeben, um zu zeigen, daß in der Nähe des

ίο Anfangs der Leitung das Signal an jeder Anzapfung stärker ist als das Signal, das von ihm entlang der Leitung eine Anzahl Entfernungsbereiche entfernt ist. Dementsprechend ist die Dämpfung durch 34 relativ groß und durch 37 relativ klein, damit das Summierglied 33 Eingangssignale mit ungefähr gleicher Amplitude erhält. Es könnte umgekehrt auch eine Verstärkung durchgeführt werden mit von Anzapfung zu Anzapfung zunehmendem Gewinn. Dies wäre jedoch eine teurere Lösung.

Das Ausgangssignal des Blocks 23 in F i g. I auf der Leitung 24 ist das Ausgangssignal des Phasenvergleichers 40 in F i g. 2 und ist das sogenannte bipolare Videosignal, das für die oben erwähnten MTI-Systeme typisch ist.

Der Block 25 in F i g. 1 stellt eine typische bekannte Einrichtung zur Unterdrückung von Festzielechos dar. Er kann auch eine Verzögerungsleitung aus metallischen·. Glas ähnlich der Verzögerungsleitung 43 enthalten. Alternativ hierzu kann der Block 25 auch eine Eitirichtung zur Durchführung der schnellen Fluoriertransformation oder ein digitaler Videoprozessor der einen oder andere Art sein. Die Verarbeitung des Videosignals an dieser Stelle ist an sich ebensowenig ein Teil der Erfindung wie die Anzeigeeinrichtung 27. Die An-Zeigeeinrichtung 27 kann eine der bekannten Typen sein. Sie erhält auf einer Leitung 26 das Ausgangssignal von 25 und zeigt Bewegtziele und andere entsprechende informationen an.

Das Signal auf der Leitung 24 enthält Doppler-Frequenzkomponenten, aus denen in 25 auf bekannter Weise die Zielgeschwindigkeit ermittelt werden kann. Der Block 25 kann deshalb auch ein Dopplerfilter enthalten. F i g. 3 ist eine genauere Darstellung einer typischen Anzapfung einer Schallverzögerungsleitung, die longitudinale akustische Signale überträgt. Bei dieser Darstellung ist angenommen, daß die Verzögerungsabschnitte 25 und 26 aus faserförmigem metallischen Glas wie oben beschrieben bestehen. Die vorgeschlagenen metallischen Gläser weisen auch eine gute Schmelzbarkeit auf. Ist ein Prisma 41 vorgesehen, dann körnen die Schallwellen von der Fläche 42 wie angegeben in den nächsten Verzögerungsabschnitt 26 reflektiert werden. Das Prisma 41 besteht aus demselben metallischen Glas wie oben beschrieben und wie bei 25 und 26 verwendet Die Faserteile 25 und 26 können deshalb an 41 angeschmolzen werden. Ein piezoelektrischer Wandler 29, der auf die von 42 reflektierten akustischen Wellen anspricht kann direkt die in F i g. 2 betrachtete Anzapfung bilden. Diese Technik kann verglichen werden mit der.

die in Verbindung mit Verzögerungsleitungen aus polygonen Quarzkörpern bekannt ist

Bei der Erfindung sind verschiedene Modifikationen möglich. So kann beispielsweise die Verzögerungsleitung 43 mit ihren Anzapfungen durch mehrere parallele Verzögerungsleitungen, deren Längen sich jeweils um r voneinander unterscheiden, ersetzt werden. Der zusätzliche Aufwand scheint auf den ersten Blick beträchtlich zu sein; es wird jedoch darauf hingewiesen, daß das

8 I

faserförmige metallische Glas einfach zu handhaben ist {%

(so wie Glasfaser-Verzögerungsleitungen zu handhaben S

sind) und daß es so klein und billig ist, daß dies durchaus γ;

eine gleichwertige Alternative ist. Eine solche Vielzahl f$

paralleler Wandler würde natürlich parallel von demsel- 5 i|'

ben Eingangswandler betrieben. ff

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

technischen und in der Patentliteratur sind MTI-Radar- Patentansprüche: geräte und seine Variationen ausführlich beschrieben; z. B. im Kapitel 17 des Buches »Radar Handbook« von

1. Festzeichenunterdrückungseinrichtung für ein Merrill J. Skolnik, McGraw-Hill-Verlag, New York Impulsradargerät, bei welcher La einer Phasenver- 5 1970. Anhand der Fig. 4 des Kapitels 17 dieser Literaturgleichseinrichtung das in die ZF-Lage umgesetzte stelle ist ein typisches Puls-Radar MTI-System beschrieempfangene Signal mit einem ZF-Referenzsignal in ben. Gepulste Mikrowellensender und Empfänger, die der Phase verglichen und ein bipolares Signal er- mit Duplexer und einem gemeinsamen An-ennensystem zeugt wird, mit einer ersten Einrichtung, die für je- arbeiten, sind bekannt; ebenfalls bekannt sich auch Einden HF-Sendeimpuls einen ZF-Impuls erzeugt, des- io richtungen zur Speicherung der abgestrahlten HF-Phasen Phasenverlauf dem des Sendeimpulses ent- se.

spricht, und einer zweiten Einrichtung mit einer Ver- Die Frequenz und die Phase eines im ZF-Bereich ar-

zögerungsleitung, dadurch gekennzeich- bettenden Kohärenzoszillators(Coho) kann bei solchen

net, daß die Verzögerungsleitung eine Schallver- bekannten Einrichtungen bei jedem abgestrahlten Im-

zögerungsleitung (43) ist, die einen Eingang und η υ puls neu eingestellt und während der Impulswiederho-

Anzapfungen besitzt, welche jeweils einen Abstand lungsperiode gespeichert werden. Empfangene und in

voneinander haben, der Laufzeitunterschied von der den ZF-Bereich umgesetzte Echosignale können in der

Dauer (r) eines Sendeimpulses hervorruft, daß die Phase mit dem Coho-Signal verglichen werden und das

zweite Einrichtung einen elektro/akustischen Wand- Ergebnis dieses Vergleichs wird allgemein als bipolares

ler (50), ifei das elektrische Ausgangssignal der er- 20 Videosignal bezeichnet Diese Videosignale haben in je-

sten Einrichtung in ein akustisches Signa! umwandelt dem Entfernungsbereich eine Amplitude und Polarität,

und in die Verzögerungseinrichtung leitet, enthält, die sich ergibt als Ergebnis einer Zeiger-Addition mit

. daß eine dritte Einrichtung (29, 30, 31, 32, 33) vor- dem Coho-Signal in jeder Impulswiederholungsperiode,

handen ist, die akustisch/elektrische Wandler (29,30, Signale von bewegten Zielen nehmen als Ergebnis die-

- 31,32) enthält, die die akustischen Ausgangssignale 25 ses Phasenvergleich« über eine Anzahl von aufeinanderan den Anzapfungen in elektrische Signale umwan- folgenden Impulswiederholungsperioden Polaritäten dein, und ein Summierglied (33) enthält, das die Aus- und Amplituden as, die zwischen einem maximalen pogangssignale der akustisch/elektrischen Wandler sitiven und einem maximalen negativen Wert liegen,
summiert, und daß zwischen den Anzapfungen und Festziele weisen konstante Amplituden- und Polaridem Summierglied Mittel (34,35,36,37) vorgesehen 30 tätseigenschaften auf und können deshalb leicht dasind, die di> 'unterschiedliche Signaldämpfung zwi- durch beseitigt werden, daß eine Signalfolge, die einer sehen dem Eingang der Verzögerungsleitung und gegebenen Impulswiederholungsperiode entspricht, dem jeweiligen Ausgang an äer Anzapfung kompen- kontinuierlich von der einer benachbarten Impulswiesieren, derholungsperiode abgezogen wird. Hierzu werden lan-

2. Festzeichenunterdrückungseinrichtung nach 35 ge Verzögerungsleitungen oder digitale Speicher und Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elek- Prozessoren verwendet Signale, die von bewegten Zieiro/skustischen bzw. akustisch/elektrischen Wand- len herrühren, werden infolge ihrer veränderlichen Amler piezoelektrische Einrichtungen sind. plituden und Polaritäten in verschiedenen impulswie-

3. Festzeichenunterdrückungseinrichtung nach derholungsperioden nicht ausgedacht; von hier rührt Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schall- 40 auch der Ausdruck »Bewegtzielanzeiger«, im engliverzögerungseinrichtung aus einem metallischen sehen Sprachgebrauch »Moving target indicator« her, Glas besteht wofür im deutschen üblicherweise die Ausdrücke »Fest-

4. Festzeichenunterdrückungseinrichtung nach Zeichenunterdrückung« oder »Festzeichenauslö-Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das metal- schung« verwendet werden.

lische Glas ein Pd-Si-Ag-Glas ist. 45 Eine Untersuchung dieser bekannten Einrichtungen

5. Festzeichenunterdrückungseinrichtung nach ergibt, daß die Frequenz des Kohärenzoszillators nicht Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das metal- die Änderungen der Sendeenergiephase während der lische Glas ein PdeoSii6Ag4-Glas ist. Dauer eines abgestrahlten Impulses wiederspiegeln

6. Festzeichenunterdrückungseinrichtung nach ei- kann. Die Dauer des abgestrahlten Impulses bestimmt nem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, 50 im wesentlichen den Entfernungs-Auflösungsbereich eidaß die Schallverzögerungsleitung faserförmig ist. nes Impulsradarsystems.

7. Festzeichenunterdrückungseinrichtung nach Es wird normalerweise angenommen, daß durch den Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elek- Phasenregelmechanismus, der für die Phasenregelung tro/akustische Wandler eine magnetostriktive Ein- des Coho's während eines jeden Sendeimpulses angerichtung und die akustisch/elektrischen Wandler 55 wandt wird, für den konstanten Zustand während der piezoelektrische Einrichtungen sind. Dauer eines abgestrahlten Impulses ein Kompromiß

eingegangen wird. Von der Qualität der Auslöschung

von Festzielen her gesehen würde es vorteilhaft sein,

wenn für jeden Entfernungsauflösungsbereich die Pha-60 seninstabilitäten eines nichtkohärenten Senders (z. B.

Die Erfindung geht aus von einer nichtkohärenten ein Magnetron usw.) in jedem aufeinanderfolgenden Festzeichenunterdrückungseinrichtung für ein Impuls- Entfernungsbereich während der Impulswicdcrholungsradargerät wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angege- periode (Empfangszeit) voll reproduziert werden könnben. ten.

MTI-Radargeräte (MTI: moving target indicator; Ra- 65 Aus der DE-OS 18 11 105 ist bekannt, wie man bei dargeräte mit einer Einrichtung zur Festzeichenunter- einer Festzeichenunterdrückungseinrichtung für ein Imdrückung) wurden ausgiebig untersucht und es gibt so- pulsradargerät ein Phasenreferenzsignal erhält. Es ist wohl analoge als auch digitale Ausführungen. In der hierzu eine elektrische Verzögerungsleitung, an deren