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Verfahren zur Luftraumüberwachung eines größeren Gebietes mit Hilfe
von Impuls-Rundsuch-Radargeräten
Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Luftraumüberwachung
eines größeren Gebietes mit Hilfe von Impuls-Rundsuch-Radargeräten, die in einer
Mehrzahl über das Gebiet verteilt sind und sich mit ihren Erfassungsbereichen im
wesentlichen aneinander anschließen. Durch die Radargeräte wird selbsttätig eine
Unterscheidung der anfallenden Zielmeßwerte nach einer durch Azimut, Entfernung
und Höhe unterschiedlichen Vielzahl von Teilbereichen, in die der Erfassungsbereich
eines Radargerätes unterteilt ist, vorgenommen, und ein jedem Teilbereich zugeordnetes
Schaltorgan trifft selbsttätig eine Ja-Nein-Entscheidung über die Erfassung von
Zielen in dem zugehörigen Teilbereich und wird zur Betätigung eines lagemäßig dem
Teilbereich entsprechenden Anzeigeelementes auf einer Sichtanzeigevorrichtung benutzt.
In einer Ausführungsform weisen die Radargeräte eine in zwei zueinander senkrechten
Ebenen scharf gebündelte Strahlungskeule auf, die eine Rundsuchbewegung unter ständiger
Abtastbewegung im Elevationswinkel ausführt. Nach einer Weiterbildung wird die Anzeige
von Festzeichen durch eine definierte Begrenzung des Erfassungsraumes verhindert
und die definierte Begrenzung nach einem Programm in Abhängigkeit von der Antennenstellung
gesteuert.
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An die Genauigkeit einer derartigen Programmsteuerung werden jedoch
hohe Anforderungen gestellt, da einerseits die Festzeichen vollkommen unterdrückt
werden müssen und andererseits der Erfassungbereich für bewegte Ziele nicht beeinträchtigt
werden darf. Der Erfindung liegt die Auf-
gabe zugrunde, eine Programmsteuerung
hoher Genauigkeit zu schaffen, die diese Forderungen erfüllt. Die Unterdrückung
von Festzeichen ist bei Radargeräten an sich bereits bekannt. Neben der Benutzung
des Dopplereffekts, durch den eine Beschränkung der Anzeige auf bewegte Ziele möglich
ist, ist für diesen Zweck bei Radargeräten mit PPI-Anzeige bereits eine Festzeichenausblendung
mit Hilfe von Schablonen bekanntgeworden, die das umgebende Gelände, z. B. im Azimut,
nachbilden und synchron mit der Bewegung der Antenne abgetastet werden. Für den
Fall, daß die Antennenkeule bei der Rundsuchbewegung eine ständige Abtastbewegung
im Elevationswinkel von Horizont zu Horizont ausführt, ist bisher auch eine Festzeichenkompensation
mittels magnetischer Aufzeichnung vorgeschlagen worden. Hierbei ist jedoch im Stillstand
des Gerätes keine Festzeichenunterdrückung möglich.
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Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei der Ausführungsform
nach dem Hauptpatent dadurch gelöst, daß eine Programmsteuerung zur nach der Entfernung
gestaffelten Festzeichenaus blendung über die in Bodennähe liegenden Elevationswinkel
der Abtastbewegung der Strahlungskeule, in denen sich Festziele befinden, mittels
in Abhängigkeit von der Elevationsbewegung der Strahlungskeule abgetasteter Schablonen
durch führt wird, durch die gleichzeitig Laufzeit, Azimut und Elevation berücksichtigt
werden.
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Die Entfernungsstaffelung der Festzeichenausblendung wird dabei vorteilhaft
durch gestaffelt verzögerte, aus der Impulsfolgefrequenz des Radargerätes abgeleitete
Sperrimpulse erzielt, und in jedem Entfernungsbereich wird der Sperrimpuls durch
eine zugeordnete, durch das in der betreffenden Entfernung vorhandene Festziel bestimmte
Schablone in Form eines Schlitzes, zweier Löcher od dgl. auf den Radarempfänger
aufgeschaltet.
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Zweckmäßig werden fotoelektrisch abgetastete Schablonen verwendet,
was bei im Azimutwinkel abgetasteten Schablonen an sich bereits bekannt ist. Gegenüber
induktiv oder kapazitiv abgetasteten oder durch magnetische Aufzeichnungen gebildeten
Schablonen besitzt die fotoelektrische Abtastung den Vorteil, daß sie von der Drehgeschwindigkeit
und der Drehrichtung der Schablone und der Antenne unabhängig arbeitet.
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Eine zweckmäßige Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, daß auf einer mit der Antennenabtast- und Rundsuchbewegung
gekuppelten Trommel, Scheibe od. dgl. jeweils in einer Reihe so viele Schlitze zur
Festzeichenausblendung vorgesehen sind, als Entfernungsbereiche für die Festzeichenausblendung
aufgelöst werden sollen, und so viele derartiger Schlitzreihen angeordnet sind,
als Azimutwinkel aufgelöst werden sollen. Die Bemessung der Schlitzlängen entsprechend
dem Elevationswinkel der auszublendenden Festziele kann durch verstellbare Blenden,
z. B. Schieber, erfolgen.
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Die Erfindung ist in einigen Ausführungsbeispielen an Hand von Zeichnungen
näher erläutert.
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Die Aufgabe des zur Festzeichenausblendung benutzten erfindungsgemäßen
Programmgebers besteht darin, den Empfänger für den jeweiligen Bereich der Meßentfernung,
in dem Festzeichen auftreten, über den Elevationswinkelbereich des Festzeichens
zu sperren. Hierbei ist gefordert, daß die Abschaltung des Empfängers zwecks Ausblendung
der Festzeichen möglichst wenig Verlust an Erfassungsraum für Nutzziele zur Folge
hat und daß bei Veränderung der Festzeichensituation die Schaltfolgen leicht korrigiert
werden können.
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In Fig. 1 a bis Id ist als Beispiel die Ausdehnung von Festzeichen
in vertikaler Richtung H bei verschiedenen Meßentfernungen E dargestellt. Ein Radargerät
mit einem in beiden Ebenen gebündelten Strahlungsdiagramm am Aufstellungsort A zeigt
auf einem sogenannten A-Bildschirm ein vom Neigungswinkel orl, a2, 3 der Antenne
abhängiges Festzeichenbild mit in verschiedenen Entfernungen auftretenden Festzielen
1;1, F2, F3 bzw. F, F2', F3' gemäß Fig. 1 a. Die Anordnung der Ausblendung ist so
getroffen, daß die Sperrung der einzelnen Meßbereiche auf einen einstellbaren Bereich
des Neigungswinkels der Antenne beschränkt ist. In Fig. 1 b bis Id ist für das in
Fig. 1 a gezeigte Festzeichenbild die Folge der von der Anordnung abzuschaltenden
Meßbereiche bei kleiner werdendem Neigungswinkel der Antenne auf einem A-Bild dargestellt.
Die nicht gesperrten Bereiche sind durch ein gestricheltes Rauschsignal markiert.
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Die Erzeugung der Schaltspannung zur Sperrung des Empfängers ist
in Fig. 2 gezeigt. Jedem Entfernungsmeßbereich ist eine Sperrimpulsspannung zugeordnet,
die im Rhythmus der Impulsfolgefrequenz auf den Empfänger aufgeschaltet wird. Die
Phasenlage und die Breite der Sperrimpulse bestimmen die Lage und die Ausdehnung
der zu sperrenden Entfernungsbereiche. Da in allen Meßentfernungen Festzeichen vorhanden
sein können, wird eine Vielzahl von nach Entfernung gestaffelten Sperrimpulsen 2
unterschiedlicher Phasenlage durch Phasenschieber 3 aus dem Impulsfolgefrequenzgenerator
I abgeleitet, die sich in ihrer Gesamtheit über den gesamten Erfassungsbereich erstrecken.
Die Sperrimpulse werden über die Schalter 4 dem Empfänger 5 zugeffihrt. Die Aufschaltung
wird auf einen einstellbaren Bereich des Elevationswinkels Sol der Antenne begrenzt
und erfolgt nach einem einmal festzulegenden Programm, das auf einer Schablone fixiert
wird. Die Steuerung der Schalter 4 für die Aufschaltung wird fotoelektrisch durchgeführt.
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Die Ermittlung des Schaltprogramms erfolgt in der Weise, daß bei
langsam drehender Antenne durch Betrachtung eines A-Bildschirmes der Neigungswinkel
der Antenne ermittelt wird, bei dem ein Festzeichen erstmals in Erscheinung tritt.
Die Ausdehnung eines Festzeichens erstreckt sich von diesem Neigungswinkel bis zu
os = oO. Für den Umfang dieses Drehbereiches wird der Sperrimpuls des betreffenden
Unterbereiches auf den Empfänger geschaltet. Die Dauer der Aufschaltung wird als
Länge eines Schlitzes auf einer rotierenden
Schablone fixiert, die
fotoelektrisch abgefragt wird und deren Drehung mit der Drehbewegung der Antenne
gekoppelt ist. Bei der Drehung einer Antenne- um I800 treten zwei -Bereiche mit
Festzeichen in Erscheinung, und zwar beim Abheben der Strahlungskeule von oO und
nach etwa I800 bei einem Wiedereintauchen in den Null-Bereich. Bei Verwendung von
zwei um I80° gegeneinander verdrehten Antennen schließen sich die Festzeichenbereiche
der zweiten Antenne unmittelbar an. Beiderseits eines jeden Null-Durchganges der
Antenne gruppieren sich ein Festzeichenbereich eines eintauchenden Diagramms und
eines abhebenden Diagramms. Nimmt man an, daß Festzeichen maximal in Höhenwinkeln
von o bis 300 auftreten, so folgen im Ablauf der Antennendrehung: 600 Festzeichenbereich,
I200 ohne Festzeichen, 600 Festzeichenbereich usw. Das Festzeichenbild ist für jeden
Azimut unterschiedlich. Das Programm für die Aufschaltung der Sperrspannungen wird
für jeden Azimut ermittelt und fixiert. Beispielsweise werden bei einer Diagramuihreite
der Antenne von 7,50 insgesamt 48 Festzeichenbereiche von je 600 in jeweils einem
Schaltprogramm fixiert. Das gesamte Programm erstreckt sich auf eine Umdrehung der
Antenenanordnung um die vertikale Achse.
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Das Ausmaß der Unterteilung der gesamten Meßentfernung in Unterbereiche
ist davon abhängig, welche Einbuße an Erfassungsraum das Ausblenden eines Festzeichens
zur Folge haben darf.
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Ein Sperrimpuls schaltet einen Erfassungsraum aus, der durch den Diagrammquerschnitt
und die radiale Ausdehnung gegeben ist. Je kleiner die Unterbereiche gewählt werden,
um so geringer ist der Verlust an Erfassungsraum. Legt man eine radiale Unterteilung
von 200 m zugrunde, so ergeben sich bei einer maximalen Meßentfernung von Ru km
50 Unterbereiche, denen insgesamt 50 Sperrimpulse von je I,3 lls Breite zugeordnet
sind.
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Fig. 3 a zeigt eine Ausführungsform der Trommel in Ansicht auf den
Trommelmantel, Fig. 3 b einen vergrößerten Ausschnitt aus der Trommel im Bereich
der Schlitze und Fig. 3 c einen Abdeckschieber zur Einstellung der Schlitzlänge
auf der Trommel.
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Der Programmgeber trägt eine Anzahl von Schlitzen 6 auf dem Umfang
einer um eine Achse 7 mit der Antenne umlaufenden Trommel 8. Es sind so viele Schlitze
für eine gleichzeitige Abfrage vorgesehen, wie der Gesamtzahl der Unterbereiche
entspricht. Es sind jeweils so viele Schlitze wie Entfernungsbereiche in einer Gruppe
nebeneinander als Reihe zusammengefaßt. Eine Gruppe bzw. Reihe umfaßt also das Schaltprogramm
eines Festzeichenbereiches um einen Null-Durchgang der Antenne. Es sind so viele
Gruppen bzw. Reihen von Schlitzen in zeitlicher Aufeinanderfolge angeordnet, wie
Festzeichenbereiche beim Suchvorgang über den gesamten Erfassungsbereich im Azimut
durchlaufen werden. Die Trommel dreht sich an den Fotoelementen g vorbei, die die
Schlitze abfragen. Für die Zeitdauer, während deren ein Fotoelement durch einen
Schlitz hindurch von der Lichtquelle I0 über eine Optik beaufschlagt wird, gelangt
die Sperrspannung des dem Fotoelement zugeordneten Teilbereiches auf den Empfänger.
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In Fig. 3 b ist die Anordnung der Schlitze in bezug auf die Antennenstellung
erläutert. Die Länge der Bereiche a, b eines jeden Schlitzes erstreckt sich auf
einen Drehbereich der Antenne von jeweils 450 beiderseits eines Null-Durchganges,
wobei sich an den Festzeichenhereich a des eintauchenden Diagramms der ersten Antenne
der Festzeichenbereich b des volil Boden abhebenden Diagramms der zweiten Antenne
anschließt. Um den folgenden Null-Durchgang gruppieren sich in der Folge des Ablaufs
der Festzeichenbereich b' des eintauchenden Diagramms der zweiten Antenne und der
Festzeichenbereich a' des abhebenden Diagramms der ersten Antenne usw.
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Die Fixierung des Schaltprogramms erfolgt in der Weise, daß die Schlitze
6 mittels eines oder zweier Schieber II soweit abgedeckt werden, wie dem Drehbereich
der Antenne entspricht, innerhalb welchem ein Festzeichen in Erscheinung tritt.
Tn Fig. 3b ist die Abdeckung der Schlitze in der linken Spur so vorgenommen, daß
das zugehörige Fotoelement im Bereich c und d mit Licht beaufschlagt wird. Vorteilhaft
wird dabei so vorgegangen, daß die Abdeckung der Schlitze in Intervallen erfolgt,
die einem Drehbereich der Antenne nin eine Diagrammbreite entsprechen. Das Abdecken
der Schlitze erfolgt mit vorbereiteten Schiebern diskreter Längen (Fig. 3c), die
in eine Haltevorrichtung eingeschoben werden.
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Die Ermittlung des Schaltprogramms, die gewissermaßen statisch vorgenommen
wird, macht es nicht erforderlich, für jeden Azimut den Einsatzpunkt von Festzeichen
für die Gesamtzahl der Teilbereiche zu ermitteln, da viele Bereiche in der Abschattung
von vorgelagerten Festzielen liegen. Die Festlegung der nicht abzudeckenden Schlitzlänge
erfolgt mit einem gewissen Zuschlag, der die Schwankungen der Leistungsfähigkeit
des Radargerätes und die Lose im Antriebsmechanismus von Antenne und Trommel berücksichtigt.
Änderungen des Festzeichenbildes, wie sie beispielsweise durch Errichten eines Turmes
oder sonstigen Bauwerkes verursacht werden können, sind am Programmgeber leicht
zu lokalisieren und zu korrigieren.
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In dem Programmgeber kann die Schablone natürlich auch in anderer
Weise ausgeführt werden, beispielsweise kann an Stelle der umlaufenden Trommel eine
umlaufende Scheibe verwendet werden. Ferner können die gezeigten Schlitze durch
jeweils zwei Lochungen in der Schablone ersetzt werden, die sich an den Fotoelementen
vorbeidrehen. Der Abstand der Lochungen in tangentialer Richtung der Trommel oder
Scheibe entspricht dabei der Schlitzlänge in Fig. 3. Der Vorteil einer scheibenförmigen
Schablone gegenüber einer Trommel besteht in den geringeren räumlichen Abmessungen.
Der Nachteil der Lochungen liegt darin, daß für das Anschalten und für das Abschalten
je ein Fotoelement erforderlich ist gegenüber nur einem Fotoelement für beide Schaltvorgänge
bei der
Anordnung mit Schlitzen. Die Fotoelemente, beispielsweise
Fotodioden, dienen zur Steuerung von Multivibratoren, die die Impulse zur Sperrung
des Empfängers liefern.