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In Waffensystemen zur Bekämpfung von Luftzielen, beispielsweise mittels
Boden-Luft-Flugkörpern,
ist die Verwendung vonDoppler-Radargeräten
zur Gewinnung der zur Bekämpfung erforderlichen Informationen über diese Luftziele
gebräuchlich, wobei in Waffensystemen zur Abwehr von Tieffliegern vorzugsweise Puls-Doppler-Radargeräte
und gegebenenfalls bei kleineren Abwehrsystemen insbesondere im Hinblick auf den
dabei vorrangig geforderten geringen erforderlichen Aufwand -auch Dauerstrich(CW)-Radargeräte
in Frage kommen. Das eigentliche Bekämpfungssystem eines derartigen Waffensystems
besitzt - gerechnet vom Beginn der Zieleinweisung bis zum Start des einzelnen Flugkörpers
- eine vorgegebene, nicht unterschreitbare mittlere Reaktionszeit; darüber hinaus
ist die maximale Reichweite des einzelnen Flugkörpers und damit dessen Flugzeit
vorgegeben. Die Radargeräte insbesondere eines Tieffliegerabwehrsystems besitzen
zudem infolge der Horizontabschattung ihres Radarhorizonts vorzugsweise durch Bodenerhebungen
eine relativ geringe Reichweite. Vor allem aus diesen Gründen muß daher bei derartigen
Waffensystemen mit sehr kurzen Warnzeiten ausgekommen werden.
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Dieses Erfordernis stellt an den zieleinweisenden Radarbeobachter
außerordentlich große Anforderungen an sein Konzentrations- und Reaktionsvermögen.
Häufig ist es ihm insbesondere bei plötzlichem Auftauchen mehrerer zu bekämpfender
Ziele wegen der Vielzahl der angezeigten Information auch dann unmöglich, den Überblick
über das Radarbild, d. h. die Luftlage, zu bewahren, wenn das Radarbild keine Festziele
wiedergibt, was zur Folge hat, daß dann vom Radarbeobachter auch keine sinnvolle
Zieleinweisung für das eigentliche Bekämpfungssystem vorgenommen werden kann; er
wird vielmehr aus sämtlichen angezeigten Zielen willkürlich, d. h. planlos, einzelne
Ziele zur Bekämpfung auswählen.
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Die Erfindung basiert auf der neuen und grundlegenden Erkenntnis,
daß es bei einem derartigen Waffensystem erforderlich ist, ein Verfahren zur sinnvollen
Zielauswahl nach einem vorgegebenen Kriterium anzuwenden, wodurch der Radarbeobachter
entlastet und gegebenenfalls durch eine automatische Servoeinrichtung ersetzbar
wird. Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche Anordnung
der einleitend genannten Art anzugeben, bei der die Ortungsdaten nur derjenigen
Ziele ausgewertet und/oder angezeigt werden, deren Radialgeschwindigkeit in bezug
auf das Ortungsgerät bei ihrer jeweiligen Entfernung so groß ist, daß sie innerhalb
eines vorgegebenen Zeitintervalls das Ortungsgerät erreichen können. Diese Anordnung
soll somit besonders vorteilhaft in Luftabwehr-Waffensystemen, insbesondere zur
Abwehr gegen Tiefflieger, anwendbar sein.
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Die Erfindung besteht bei der vorstehend definierten Anordnung darin,
daß in an sich bekannter Weise im Empfänger des Ortungsgerätes in einem vorgegebenen
Frequenzbereich - vorzugsweise frequenzinäflig aneinander anschließende - Dopp ler-Frequenzfilter
vorgesehen sind und daß deren Durchlaßbandbreiten mit abnehmender zugeordneter Relativgeschwindigkeit
angenähert derart zunehmend gewählt sind, daß eine vorgegebene Mindestzeit zur Auswertung
undjoder Anzeige der Ortungsdaten der sich dem Ortungsgerät nähernden Ziele zur
Verfügung steht.
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Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Waffensystem
zur Luftabwehr, beispielsweise in einem Radargerät als Ortungsgerät, ist gewährleistet,
daß dem Zielbeobachter, im Beispielsfall dem Radarbeobachter, immer ein Bild der
Luftlage vermittelt wird, das unmittelbar die Bekämpfungsdringlichkeit erkennen
läßt, wobei berücksichtigt ist, daß sich bei vorgegebener Reaktionszeit des eigentlichen
B ekämpfungssystems für Ziele mit unterschiedlichen Radialgeschwindigkeiten relativ
zum Ortungsgerät verschiedene, den jeweiligen Zielen zugeordnete Entdeckreichweiten
(Entfernungen zum Ortungsgerät, in denen ihre Ortungsdaten erstmals ausgewertet
und/oder angezeigt werden) ergeben, die das Ortungsgerät gewährleisten muß, was
bedeutet, daß die Ortungsdaten von sich dem Ortungsgerät schnell nähernden Zielen
immer von größeren Entfernungen an ausgewertet und/oder angezeigt werden müssen
als von langsamen Zielen, um für die Reaktion des eigentlichen Bekämpfungssystems
die gleiche Zeit zur Verfügung zu haben. Luftziele, die auf Grund der maximalen
Reichweite des eigentlichen Bekämpfungssystems unter Berücksichtigung seiner Reaktionszeit
nicht, noch nicht oder nicht mehr der Bekämpfung zugewiesen werden können, werden
nicht angezeigt und verwirren daher den Radarbeobachter nicht. Gegebenenfalls können
alle mittels der erfindungsgemäßen Anordnung ausgewählten Ziele mit einer an sich
bekannten Servoeinrichtung automatisch der Bekämpfung zugewiesen werden.
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Die Benutzbarkeit der erfindungsgemäßen Anordnung ist selbstverständlich
nicht auf das militärische Gebiet beschränkt, sie ist vielmehr auch vorteilhaft
im zivilen Bereich gegeben, so beispielsweise in bodenseitigen Systemen zur Luftzielortung
und Luftraumüberwachung, insbesondere zur dringlichkeitsabhängigen Luftlageüberwachung
und Blindlandeführung im Lufthafenbereich, und weiterhin beispielsweise zur Kollisionsverhütung
in der Luft-und Schiffahrt, wobei die möglichen Kollisionsgegner - vorzugsweise
auf einem gesonderten Radarbildschirm - nach Dringlichkeit geordnet angezeigt werden
können. Hiermit läßt sich in einfacher Weise erforderlichenfalls eine automatische
Alarmauslösevorrichtung kombinieren.
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Die erwähnten Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung und ihre Konzeption
sind auch nicht insoweit vergleichbar mit dem weiteren, im folgenden beschriebenen
Stand der Technik, als daß auf ein Naheliegen des Erfindungsgegenstandes für den
Radarfachmann geschlossen werden könnte.
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Zu diesem Stand der Technik gehört ein Radargerät mit Mitteln zur
Anzeigeunterdrückung von Festzielen durch - nach Frequenztransformation erfolgende
- Überlagerung der Empfangsschwingungen mit ihren zugeordneten Sendeschwingungen
in einer Verzögerungsleitung, die der Entfernungsauflösung des Radargerätes angepaßteAnzapfungen
aufweist. An diese Anzapfungen sind über Detektoren je ein Dopplerfrequenzfilter
angeschlossen. Alle diese Filter besitzen gleiche Durchlaßbandbreiten und arbeiten
auf eine gemeinsame Auswerte- und/ oder Anzeigeeinrichtung. Der Sinn dieser Maßnahme
liegt im Vermeiden eines Kohärentoszillators, der bei der Anzeigeunterdrückung von
Festzielen in einem Impulsradargerät ansonsten erforderlich ist, oder einer extrem
linearen Frequenzmodulation, die
zu einer ausreichenden Entfernungsauflösung
in einem CW/FM-Radargerät (Dauerstrichgerät mit Frequenzmodulation) mit Anzeigeunterdrückungsmitteln
für Festziele ansonsten Bedingung für die Sendeschwingungen ist. Eine entfernungsmäß
ige Zielselektion im Sinne der Erfindung ist hierdurch nicht gegeben.
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In einem vorgegebenen Frequenzbereich frequenzmäßig aneinander anschließende
Dopplerfrequenzfilter, die zu Filterbänken zusammengefaßt sind, werden bereits in
einem weiteren bekannten Radargerät benutzt. Ein solches Radargerät ist weiter unten
an Hand der Fig. 1 näher beschrieben.
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Die Durchlaßbandbreiten der einzelnen Dopplerfrequenzfilter dieses
Radargerätes sind gleich groß.
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Ein weiterhin bekanntes, allerdings nicht nach dem CW-Verfahren (Dauerstrichverfahren),
sondern nach dem Impulsverfahren arbeitendes Radargerät dieser Art, das gleichfalls
Dopplerfrequenzfilterbänke aufweist, dient dazu, um in einem vom Radargerät kontrollierten,
zu ihm in großer Entfernung befindlichen Überwachungsbereich extrem schnell und
gegebenenfalls mit hoher Beschleunigung fliegende Ziele wie Meteore oder Erdsatelliten
erkennen zu können. Um hierbei ein optimales Signal/Rausch-Verhältnis der Ausgangsschwingungen
der einzelnen Filter im Hinblick auf die infolge der großen Zielentfernung relativ
geringen Empfangsschwingungsamplituden zu erzielen, sind die Durchlaßbandbreiten
der einzelnen Filter unterschiedlich, und zwar in Abhängigkeit von ihrer Mittenfrequenz
gewählt, nicht jedoch in vergleichbarer Weise zur Erfindung im Sinne der Erzielung
einer geschwindigkeitsabhängigen Entdeckentfernung.
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Weiterhin ist es bekannt, in einem Radargerät die Anzeige von Festzielen
nur in einem der unmittelbaren Umgebung des Standorts des Radargerätes entsprechenden
Anzeigebereich zu unterdrücken, da die Festziele im Nahbereich - im Vergleich zum
Fernbereich - besonders störend im Radarbild wirken, jedoch zweckmäßig im Fernbereich
als Orientierungshilfe angezeigt werden.
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In einem bevorzugt im Straßenverkehr einsetzbaren bekannten Kollisionsverhütungs-Radargerät
werden die Empfangsschwingungen mit zwei zur Sendefrequenz frequenzgleichen, jedoch
eine gegenseitige Phasenverschiebung von 900 aufweisenden Oszillatorschwingungen
gleichzeitig gemischt und die zwei ermischten Schwingungen miteinander vektoriell
addiert, wodurch ein Summensignal gewonnen wird, das zum automatischen Auslösen
eines Schwellwert-Alarmschalters - der gegebenenfalls mit einer Bremseinrichtung
zusammenarbeitet - bei mit einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit erfolgender
Annäherung eines möglichen Kollisionsgegners auswertbar ist. Auch das Arbeitsprinzip,
auf dem dieses Radargerät basiert, unterscheidet sich grundlegend von demjenigen
des Erfindungsgegenstandes und ist zur Lösung des ihm zugrunde liegenden Problems
ungeeignet.
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Wichtig für das Verständnis der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes
ist die Erkenntnis, daß die Entdeckentfernung bei gegebener Empfangsschwingungsamplitude
unmittelbar mit der gewählten Bandbreite des jeweiligen Dopplerfrequenzfllters infolge
der bei größerer Bandbreite größeren Rauschstörung zusammenhängt, was bedeutet,
daß
ein amplitudenmäßig gegebenes Empfangssignal bei kleiner Durchlaßbandbreite des
zugeordneten Dopplerfrequenzfilters ein- größeres Signal/Rausch-Verhältnis zur Folge
hat als bei größerer Bandbreite.
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Das Signal/Rausch-Verhältnis ist aber in jedem Fall entscheidend für
die erzielbare Entdeckentfernung.
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Im folgenden seien an Hand der Figuren besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele
von Anordnungen nach der Erfindung zwecks näherer Erläuterung der Erfindung im einzelnen
beschrieben.
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Hierbei wird von der in Fig. 1 gezeigten bekannten Anordnung ausgegangen,
die ein CW-Radargerät darstellt, das zur Verwendung in dem eingangs beschriebenen
Waffensystem zur Luftabwehr geeignet ist. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in
allen Figuren gleiche Teile.
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In Fig. 1 ist mit 1 der Hochfrequenzoszillator eines CW-Radargerätes
bezeichnet, dessen Schwingungen einerseits über den Sender 2 damit der Sendeantenne3
ausgestrahlt und andererseits als Oszillatorschwingungen der Mischstufe des Radarempfängers
4 zugeführt werden, auf deren zweiten Eingang die von der Empfangsantenne 5 aufgenommenen
Empfangssignale gelangen. Die Sendeantenne 3 ist mit der Empfangsantenne 5 starr
gekoppelt; beide Antennen werden - wie durch die doppelt gestrichelte Linie 7 angedeutet
ist - vom Motor 6 angetrieben, wodurch eine winkelmäßige Abtastung des Raumes erfolgt.
ter die Leitungen 8 a und 8 b werden dem Motor 6, der mit einem nichtgezeigten Winkelwertgeber
kombiniert ist, die Winkelinformationen - aufgespalten in ihre Sinus- (Leitung 8a)
und Cosinuskomponenten (Leitung 8 b) -- entnommen und der Winkel-Geschwindigkeits-Anzeigeanordnung
9 zugeführt. An diese Anzeigeanordnung sind über eine Mehrzahl weiterer Eingänge
Dopplerfrequenzfilter 10a .10? mit aneinander anreihenden, jeweils gleichbreiten
Durchlaßbandbreiten angeschlossen, deren Anzahl von den zu erwartenden möglichen
Dopplerfrequenzen abhängt, die den verschiedenen radialen Geschwindigkeiten relativ
zum Radargerät der anzumessenden Ziele entsprechen. Diese Dopplerfrequenzen werden
dem Empfänger 4 entnommen, durch den Dopplerfrequenzverstärker 11 verstärkt und
dann auf die parallelgeschalteten Eingänge der einzelnen Dopplerfrequenzfilter gegeben.
In praktisch ausgeführten Radargeräten nach Fig. 1, so sei betont, ist die Anzahl
der erforderlichen Dopplerfrequenzfilter 10a ... lOn weitaus höher als durch die
Buchstabenfolge a bis n und in Fig. 1 durch die gezeigten Filter 10a . . . IOn angedeutet
ist; sie liegt beispielsweise bei n = 100.
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Fig.2 zeigt ein in vielen Bausteinen gleiches Radargerät, wie es
in Fig. 1 gezeigt ist und wie durch die jeweils gleichen Bezugszeichen zum Ausdruck
kommt. Das Radargerät nach Fig. 2 enthält jedoch eine mögliche Anordnung nach der
Erfindung, wobei somit vor der Auswertung und/oder Anzeige der Zielinformationen
eine Selektion der Informationen nach einem Dringlichkeitskriterium erfolgt und
wobei als zusätzlicher Vorteil zu werten ist, daß die Anzahl der erforderlichen
Dopplerfrequenzfilter an den Eingängen der Anzeige- und/oder Auswerteanordnung 9'
erheblich geringer ist als beim Radargerät nach Fig. 1, wenn die gleichen Gesamt-Dopplerfrequenzbereiche
vorausgesetzt sind.
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Für schnelle Ziele muß die Entdeckentfernung größer sein als für
langsame Ziele, um zu gewährleisten, daß die mit dem Radargerät georteten Ziele
bei vorgegebener Reaktionszeit des eigentlichen Bekämpfungssystems noch rechtzeitig
der Bekämpfung zugewiesen werden können. In besonders einfacher und zweckmäßiger
Weise wird diese Forderung beim Radargerät nach Fig. 2 beispielsweise dadurch erfüllt,
daß die empfangsseitige Empfindlichkeit des Radargerätes durch verschiedene Bandbreiten
der Dopplerfrequenzfilter in den Filterbänken 12, 12', 13, 13' und 14 entsprechend
den verschiedenen Radialgeschwindigkeiten der Ziele relativ zum Radargerät gestaffelt
wird.
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Um in einfacher Weise kommende von gehenden Zielen unterscheiaen
zu können, ist es zweckmäßig, in eingangs unter Bezugnahme auf Verkehrsradargeräte
beschriebener, an sich bekannter Weise die Empfangsfrequenzen nicht - wie beim Radargerät
nach Fig. 1 - mit der Frequenz des Senderoszillators 1 zu mischen, sondern mit einer
zur Sendefrequenz kohärenten Bezugsfrequenz, die einen immer konstanten Frequenzabstand
zur Sendefrequenz besitzt, der größer als die maximal zu erwartende Dopplerfrequenz
ist. Hierzu ist beim Radargerät nach Fig. 2 ein an sich bekannter kohärenter Frequenzumsetzer
15 zwischen den Senderoszillator 1 und die Mischstufe des Empfängers 4 geschaltet.
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Die Filterbank 12 ist kommenden Zielen mit der maximal erwarteten
Radialgeschwindigkeit relativ zum Radargerät von beispielsweise 500 m/sec bis zu
einer vorgegebenen Geschwindigkeit von beispielsweise 50 m/sec zugeordnet, dagegen
die Filterbank 12' gehenden Zielen mit beispielsweise den gleichen Radialgeschwindigkeiten.
Da jedoch in vielen Fällen, beispielsweise bei der Bekämpfung, schnell gehende Ziele
nur bedingt oder überhaupt nicht interessieren, können gegebenenfalls in der Filterbank
12' einzelne Filter, insbesondere die höheren Geschwindigkeiten zugeordneten, entfallen;
meist interessieren von den Informationen aus der Filterbank 12' nur diejenigen,
die von langsam gehenden Zielen herrühren.
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Das Filter 14 ist Festzielen und sehr langsamen Zielen, beispielsweise
bewegten Blättern, Fußgängern, Bodenfahrzeugen usw., zugeordnet. Seine Mittenfrequenz
ist gleich dem Betrag der Frequenzdifferenz der Ausgangsfrequenzen des kohärenten
Frequenzumsetzers 15 und des Senderoszillators 1.
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Falls ein gehendes Ziel wendet und sich damit in ein kommendes Ziel
verwandelt, kann es in vielen Fällen zweckmäßig sein, eine besondere Anzeige und/oder
Warnung, vorzugsweise automatisch, auszulösen. Hierzu sind beim Radargerät nach
Fig. 2 als Wendefilter die Filterbänke 13 und 13' vorgesehen, an deren Ausgänge
die Warnvorrichtung 16 angeschlossen ist, deren Aufbau und Funktion weiter unten
an Hand der Fig. 9 näher erläutert ist.
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Die einzelnen Filterbänke 12, 12', 13, 13' und 14 beim Radargerät
nach Fig. 2 enthalten für die Differenzfrequenzen Dopplerfrequenzfilter, deren Mittenfrequenz
und Bandbreiten gemäß den folgenden Überlegungen festgelegt sind, die an Hand eines
der Wirklichkeit angepaßten Beispiels dargestellt seien.
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Es sei angenommen, daß mit einem bodenseitigen Waffensystem der eingangs
beschriebenen Art Tiefflieger mit einer maximalen Fluggeschwindigkeit
von vz = 500
m/sec relativ zum Waffensystem unter Verwendung eines Radargerätes, das nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, als Ortungsgerät und mittels Flugkörpern bekämpft
werden sollen, wobei die maximale Reichweite der einzelnen Flugkörper Ro = 5 km
sei, entsprechend einer maximal möglichen Flugzeit des Flugkörpers von tFK = 8 sec.
Unter diesen Voraussetzungen ist in Fig. 3 für die Parameter tR = 6, 10, 14 und
18 sec (tR = Reaktionszeit des Waffensystems, gerechnet von der ersten Auswertung
und/oder Anzeige der Informationen über ein Ziel gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
bis zum Start des der Zielbekämpfung dienenden Flugkörpers) die Abhängigkeit der
Entdeckentfernung R von der jeweiligen radialen Zielgeschwindigkeit v relativ zum
Waffensystem aufgetragen, wobei die Entdeckentfernung R aus der Gleichung R = Ro
+ Vz (tFK + tR) die sich sehr leicht ableiten läßt, gewonnen ist und diejenige minimale
Zielentfernung vom Waffensystem definiert, in welcher ein Ziel mindestens entdeckt
werden muß, um bei jeweils vorgegebenem R,, tFK und tR in Abhängigkeit von vz noch
bekämpft werden zu können. Zur Erzielung einer Reserve in der zur Bekämpfung verbliebenen
Zeit braucht gegebenenfalls lediglich der Parameter tR größer als tatsächlich durch
das Waffensystem vorgegeben eingeplant zu werden.
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Weiterhin seien folgende Größen beim bisher beschriebenen Waffensystem
vorgegeben: Sendeleistung: 50 Watt Gewinn der Sende- und Empfangsantennen, die jeweils
cosecansförmige Richtcharakteristiken (nur- fürAzimutanzeige) aufweisen: je 1300
Wellenlänge: 1,8 cm Empfängerempfindlichkeit: KT, (K = Boltzmann- Konstante, T0
= absolute Temperatur) Zielechofläche: 1 m2 Dann ergibt sich aus der allgemein bekannten
Radargrundgleichung die effektive Empfängerbandbreite, d. h. die erforderliche Bandbreite
B der jeweiligen Dopplerfrequenzfilter in Abhängigkeit von der Entdeckentfernung
R B = 1,14 . 1017 .
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= 1,14 10t7 R0 + v, (tFK + tR)-4, wobei sich für diesen angegebenen
Faktor (Proportionalitätskonstante) 1,14 1017 die Einheit von B in kHz ergibt, wenn
die Einheiten von Ro in m, von dz in m/sec und von tFK sowie von tR in sec angenommen
werden. Der in obiger Gleichung dargelegte Sachverhalt ist in Fig. 3 dargestellt.
Für den Parameter tR = 14 sec ist die sich ergebende Filterbank aufgetragen. Es
wurde hierbei von einer maximalen Geschwindgikeit von v = 500 m/sec ausgegangen.
Hierfür ergibt sich aus der Kurve eine Bandbreite von a, = 1,75 kHz für dieses Filter.
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Zu einer um diese Frequenz geringeren Dopplerfrequenz gehört eine
Geschwindigkeit von 485 m/sec.
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Mit diesem Wert kann man an der Kurve eine Bandbreite a2 von 1,9 MHz
für dieses an das erstgenannte anschließende Filter ablesen und wieder die zur unteren
Filterflanke gehörige Geschwindigkeit bestimmen usw. Man erhält so die als Treppenkurve
eingerechnete
Filterbank mit den Filterbreiten al bis J4. Diese Bandbreiten der Filter dieser
Filterbank sind in Fig. 3 aufgetragen, so daß man die Zuordnung von Zielgeschwindigkeitsbereichen
und Filtern erkennen kann. Beispielsweise besitzen die Filter 12al bis 124 in der
Filterbank 12 des Radargerätes nach Fig. 2 für den Beispielfall einer Reaktionszeit
tR = 14 sec diese erfindungsgemäß erforderlichen Filterbandbreiten al bis J4. Die
in Fig. 3 weiterhin eingetragenen Filterbandbreiten g, XMJ XTJ XF, Xnt Xm' der Filter
12g, 13in' 13xn, 14vF, 13um', 13in' in den Filterbänken 12, 13, 14 bzw. 13' des
Radargerätes nach Fig. 2 sind nicht nach obiger Bandbreitenbeziehung berechnet,
sondern lediglich innerhalb gewisser Toleranzen als besonders zweckmäßig ausgewählt.
Auf der Ordinate ist zusätzlich die Entdeckentfernung R aufgetragen.
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Unter den der Fig. 3 zugrunde gelegten Voraussetzungen sind somit
ohne die Filter für Festziele und wendende Ziele, wenn nur kommende Ziele erfaßt
werden sollen, bei einem Radargerät nach Fig. 2 lediglich 11 Filter (12al bis 12g)
erforderlich, während unter den gleichen Voraussetzungen für ein Radargerät nach
Fig. 1, das nach dem bekannten Stand der Technik aufgebaut ist, 33 Filter (10a bis
10n) benötigt werden, was als zusätzlicher großer Vorteil, der mit der Erfindung
verbunden ist, gewertet werden muß.
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Langsame Ziele sind meist Propellerfiugzeuge oder Hubschrauber. Durch
die umlaufenden Blätter der Luftschrauben wird ein relativ breites Dopplerspektrum
erzeugt. Langsame Ziele finden aber in der erfindungsgemäßen Anordnung automatisch
eine große Auswertebandbreite vor und können somit besser identifiziert werden als
bei konventionellen Systemen, bei denen die einzelnen Komponenten des Dopplerspektrums
in verschiedene Filter fallen und somit zunächst als mehrere Ziele verschiedener
Geschwindigkeit angesprochen werden.
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Auch bei Puls-Doppler-Radargeräten, beispielsweise bei einem solchen
nach Fig. 4, läßt sich die erfindungsgemäße Anordnung vorteilhaft benutzen.
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In Fig. 4 ist mit 1' der durchschwingende Hochfrequenzgenerator des
Senders eines Puls-Doppler-Radargerätes bezeichnet. Im Tastgerät 16 werden die Schwingungen
des Generators 1' im Rhythmus der Ausgangssignale des Modulationssignalgenerators
17 getastet und dann auf den Sender 2 gegeben, der sie über die Antenne 3 abstrahlt.
Dem an die Empfangsantenne 5 angeschlossenen Empfänger 4 sind Entfernungstorschaltungen
18....
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18 n nachgeschaltet, die die Zielinformationen, die am Ausgang des
Empfängers 4 vorliegen, nach den Zielentfernungen selektieren. Die Anzahl » der
erforderlichen Torschaltungskanäle richtet sich hierbei nach der maximalen Anzahl
der Entfernungsbereiche, innerhalb derer Ziele getrennt verfolgt werden sollen.
Die Torschaltungen werden mit den Ausgangssignalen des Modulationssignalgenerators
17 gesteuert, die in den einstellbaren Laufzeitgliedern i9a... 19» verschiedene,
den ausgewählten Zielentfernungen entsprechende Ver--zögerungen erteilt bekommen.
Die den Torschaltungen 18a... 18 nachgeschalteten Filterbänke 20.... 20 n vor der
Anzeige- und/oder Auswerteanordnung9' enthalten für die Dopplerfrequenzen in besonders
zweckmäßiger Weise nunmehr ledig-
lich Filter einer derartigen Anzahl n und einer
derartigen jeweiligen Bandbreite, daß die Informationen nur von denjenigen Zielen
ausgewertet und/oder angezeigt werden, die sich innerhalb der oben definierten minimalen
Entdeckentfernung R befinden.
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In Fig. 5 ist im doppelten Maßstab von Fig. 3 die Funktion R bzw.
B in Abhängigkeit von v für tR = 14 sec bei Vorgabe der übrigen der Fig. 3 zugrunde
gelegten Voraussetzungen dargestellt.
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Setzt man für die Entfernungstorschaltungen 18a ... 18n (Fig. 4) jeweils
Torbreiten entsprechend 1 km in einem Bereich von 11 bis 16 km an, d. h.
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11 km < R < 1G km, so müssen nach einer mit der Erfindung zusammenhängenden
Erkenntnis die den Entfernungstorschaltungen nachgeschalteten Filterbänke .0....
20n (Fig. 4) die in Fig. 5 durch die Bezeichnungen A, B, C, D, E und F herausgehobenen
Geschwindigkeitsbereiche überdecken, d. h. beispielsweise, daß die der Entfernungstorschaltung
18a für den Entfernungsbereich zwischen 15 und 16 kit nachgeschaltete Filterbank
20e dem Geschwindigkeitsbereich A, die der Entfernungstorschaltung 18 b für den
Entfernungsbereich zwischen 14 und 15 km nachgeschaltete Filterbank 20 b dem Geschwindigkeitsbereich
B usw. zuzuordnen ist. Die Ziele, deren zugehörige Information gemäß der Erfindung
erstmalig ausgewertet und/oder angezeigt werden, sind innerhalb der entsprechenden
Entfernungsbereiche den Geschwindigkeitsbereichen B-A, C-B, D-C usw. zugeordnet,
diejenigen Ziele dagegen, die sich bei reits innerhalb der oben definierten Entdeckentfernung
befinden und deren zugehörige Informationen bereits ausgewertet und/oder angezeigt
werden, den restlichen Geschwindigkeitsbereichen bis zur maximalen angezeigten Geschwindigkeit.
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Es gilt beispielsweise für die Ziele innerhalb des Entfernungsbereiches
zwischen 14 und 15 km, dem der Entfernungstorkanal mit dem Tor 18 b und der Filterbank
20 b zugeordnet ist, daß, soweit ihre jeweilige Geschwindigkeit innerhalb des Geschwindigkeitsbereiches
B-A liegt, ihre zugehörigen Informationen erstmalig ausgewertet und/oder angezeigt
werden, daß jedoch, soweit ihre jeweilige Geschwindigkeit im Geschwindigkeitsbereich
A liegt, ihre zugehörigen Informationen bereits erstmalig über einen Entfernungskanal,
der einer höheren minimalen Entdeckentfernung zugeordnet ist (bei dem Geschwindigkeitsbereich
A beispielsweise dem Entfernungsbereich zwischen 15 und lg km, dem der Entfernungskanal
mit dem Tor 18a und der Filterbank 20. zugeordnet ist), geleitet sowie ausgewertet
und/oder angezeigt würden.
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Damit in allen Entfernungstorkanälen die Informationen über alle
Ziele mit Geschwindigkeiten, die der Entdeckentfernung im Sinne des Erfindungsvorschlages
zugeordnet sind oder darüber liegen, gleitet werden sowie zur Auswertung und/oder
Anzeige gelangen, d. h. beispielsweise für alle Ziele im Entfernungsbereich zwischen
13 und 14 km, die Geschwindigkeiten im Geschwindigkeitsbereich D (Fig. 5) aufweisen,
sind unter der Voraussetzung, daß in diesem als Beispiel gewählten Falle nur kommende
Ziele im Entfernungsbereich 11 km < R < 16km mittels der erfindungsgemäßen
Anordnung erstmalig entdeckt und dann verfolgt werden sollen, in den Filterbänken
20.
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... 20ru, die den Entfernungstorschaltungen 18 .18 n nachgeschaltet
sind, nicht nur die Filter mit den Bandbreiten a1, a2, 3, b4, b5, c5, c, d e und
f4 vorzusehen, sondern auch Filter für Ziele5 mit höheren als der Entdeckentfernung
entsprechenden Geschwindigkeiten, d. h., daß beispielsweise die Filterbank 20 b,
die der Entfernungstorschaltung 18 b für Ziele im Entfernungsbereich zwischen 14
und- 15 km nachgeschaltet ist, außer den Filtern mit - den Bandbreiten b4 und b5,
die Zielen mit Geschwindigkeiten im Geschwindigkeitsbereich B-A entsprechen und
deren zugehörige Informationen mittels der erfindungsgemäßen Anordnung erstmalig
ausgewertet und/oder angezeigt werden sollen, zweckmäßigerweise zusätzlich Filter
mit den Bandbreiten bt, b2 und b3, die jeweils gleich b4 sind, enthalten muß, die
Zielen mit Geschwindigkeiten im Geschwindigkeitsbereich A entsprechen, so daß diese
Ziele auch in diesem Entfernungsbereich (14 bis 15 km), obwohl ihre Informationen
bereits in einem größeren Entfernungsbereich -- beispielsweise im Entfernungstorkanal
mit dem Tor 1 8a und der Filterbank 20. - erstmalig geleitet sowie darauf ausgewertet
und/oder angezeigt würden, weiterverfolgt werden können.
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Allgemein kann gesagt werden, daß die erforderliche Anzahl der Filter
in den einzelnen Filterbänken mit kleiner werdender mittlerer Entfernung des jeweiligen
Entfernungsbereiches der den einzelnen Filterbänken zugeordneten Entfernungstorschaltungen
größer wird, um eine Zielverfolgung über alle Entfernungsbereiche zu ermöglichen.
Es ist hierbei aber nicht unbedingt erforderlich, daß die einzelnen Filter, die
Zielen mit höheren als der Entdeckentfernung im Sinne des Erfindungsvorschlages
entsprechenden Geschwindigkeiten zugeordnet sind, also beispielsweise die Filter
in der Filterbank, die der Entfernungstorschaltung für den Entfernungsbereich zwischen
14 und 15 km zugeordnet sind, sämtlich jeweils eine Bandbreite gemäß der oben angegebenen
Gleichung in Abhängigkeit von der Entdeckentfernung R besitzen; vielmehr ist es
meist vorteilhaft, in jeder Filterbank Filter mit jeweils gleicher Bandbreite vorzusehen,
die gleich der Bandbreite desjenigen Filters in der jeweiligen Filterbank ist, das
innerhalb des durch die zugehörige Entfernungstorschaltung gegebenen Entfernungsbereiches
demjenigen Ziel mit der größten der Entdeckentfernung entsprechenden Geschwindigkeit
zugeordnet ist, d. h. beispielsweise für den Entfernungsbereich zwischen 14 und
15 km, dem das Entfernungstor 18 b mit der nachgeschalteten Filterbank 20 zugeordnet
ist, so daß die Filterbank 20 b sechs Filter mitgleichen Bandbreiten cL, c2. . .
c; enthält, wobei die Bandbreite C5 die ausschlaggebende für die übrigen Filter
in der Filterbank 20 b ist.
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Als besonderer Vorteil der Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung
bei Puls-Doppler-Radargeräten ist zu werten, daß neben dem verminderten erforderlichen
Aufwand an Filtern die meist bei Puls-Doppler-Radargeräten störenden Vieldeutigkeiten
der Zielentfernungsinformationen nur in den notwendigen Fällen aufgelöst werden
müssen, da ja nur die schnellen Ziele im Vieldentigkeitsbereich liegen.
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Weiter ist von wesentlicher Bedeutung, daß bei Anwendung von automatischen
Rechnern für die
Datenauswertung, z. B. zur Bedrohungsberechnung oder für die Luftverkehrskontrolle,
diese Rechner kleiner werden als bei konventionellen Systemen, bei denen man alle
Ziele gleichberechtigt behandelt und deswegen Gefahr läuft, daß bei einmal festgelegter
Kapazität des Rechners ein gerade auftauchendes Ziel unabhängig vom Bedrohungsgrad
nicht behandelt werden kann.
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Ein weiteres vorteilhaftes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen
Anordnung liegt auf dem des Sekundär-Radars sowohl auf dem zivilen als auch dem
militärischen (IFF-Verfahren) Gebiet.
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Hierbei brauchen beispielsweise bei der Kennungs-Abfrage von Luftfahrzeugen
in einem Flughafenbereich seitens der Kontrollstelle des Flughafens nur kommende
Ziele nach infolge ihrer Geschwindigkeit und Entfernung gegebener Lande-Dringlichkeit
abgefragt und verfolgt zu werden, so daß eine reibungslose Landeeinweisung bei rationeller
Ausnutzung der Flughafenkapazität erfolgen kann.
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Im folgenden sei ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Auswerte-
und Anzeigevorrichtung beschrieben, die beispielsweise an Stelle der Auswerte- und/oder
Anzeigevorrichtungen 9 bzw. 9' in den Anordnungen nach Fig. 1, 2 und 4 vorteilhaft
verwendbar ist.
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In Fig. 6 ist als Beispiel Bezug genommen auf Fig. 4 und mit dem
gestrichelt gezeichneten Block 9' der eigentliche Anzeigeteil einer derartigen Auswerte-
und Anzeigevorrichtung umrahmt. Die Ausgangssignale der Filterbänke ..... . 20n
werden mittels der Gleichrichter 21... .21 n gleichgerichtet und über die Torschaltungen
22.. .. 22 n auf den Wehneltzylinder 23 der Kathodenstrahlanzeigeröhre 24 gegeben,
wenn die Torschaltungen 22 a ..... n durch die Steuersignale aus dem Sägezahugenerator
25 geöffnet sind.
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In den Torschaltungen 22... .22 n können vorteilhafterweise an sich
bekannte Torröhren Verwendung finden, von denen eine mit einem Teil ihrer zugehörigen
Schaltung schematisch in Fig. 7 gezeigt ist. In einem evakuierten Gehäuse 26 befindet
sich eine Kathode 27, eine ringförmige Beschleunigungselektrode 28, die gleichzeitig
der Fokussierung dient, weiterhin plattenförmige Ablenkelektroden 29 und 30, eine
scheibenförmige Auffangelektrode 31 und ein Elektronenauffänger 32.
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Wenn die Potentiale der Elektroden 29 und 30 gleich sind, fliegen
die Elektroden von der Kathode 27 auf der gestrichelt gezeichneten Bahn 33 zur Elektrode
20, und die Torschaltung 22. ist geöffnet. Die Elektronenbahn kann jedoch nach zwei
entgegengesetzten Richtungen abgelenkt werden, wozu an die Elektrode 29 der Sägezahngenerotor
25 und an die Elektrode 30 die Vergleichsspannungsquelle 34 angeschlossen ist. Zwei
der möglichen Elektronenstrahlbahnen sind in Fig. 7 punktiert eingezeichnet, wobei
die Torschaltung 22 a gesperrt ist.
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Die Ausgangssignale des Sägezahngenerators 25 gelangen bei der Anordnung
nach Fig. 6 außerdem auf die einen Eingänge der Multiplikationsstufen 35 und 36,
an deren anderen Eingängen über die Leitungen 8a und 8b die Sinus- bzw. Cosinuskomponente
der Winkelinformation aus dem Winkelwertgeber im Motor 6 liegen. DieAusgangssignale
der Stufen 35 und 36 gelangen nunmehr auf die aufeinander senkrecht stehenden Ablenkplattenpaare
37
und 38 der Elektronenstrahlanzeigeröhre 24, auf deren Bildschirm 39 beispielsweise
das in Fig. 8 gezeigte Bild entsteht.
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Fig. 8 zeigt ein Azimut-Geschwindigkeit-Anzeigebild. Im Mittelpunkt
40 befindet sich nach Art der üblichen Rundsichtdarstellung der Ort der Radaranlage,
von dem radial nach außen im entsprechenden Azimut die Ziele nach ihrer azimutalen
Lage und Geschwindigkeit dringlichkeitsabhängig dargestellt werden. Mit 41, 42 und
43 sind die Echosignale dreier möglicher Ziele dargestellt und bezeichnet. Der Kreisring44,
der in nicht gezeigter, jedoch an sich bekannter Weise elektronisch eingeblendet
oder auf einer vor dem Bildschirm 39 angeordneten Schablone angebracht sein kann,
ermöglicht eine Unterscheidung zwischen kommenden und gehenden Zielen. Kommende
Ziele werden zweckmäßigerweise außerhalb, gehende Ziele innerhalb des Kreisringes
44 dargestellt. Festziele liegen auf dem Kreisring 44.
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Daher sind die Ziele 41... 43 kommend, die Ziele 45 und 46 gehend
und das Ziel 47 ein Festziel bzw. ein sehr langsam bewegtes Ziel, dessen Signale
jedenfalls in den Durchlaßbereich - der Filter mit den Bandbreitensp (Fig. 3) fallen.
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Die Anzeigeart nach Fig. 8 ist - für sich gesehen - durch den Stand
der Technik nahegelegt.
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Es ist nämlich in einem Flugzeug-Bordradargerät bereits eine Azimut-
Geschwindigkeits -Anzeigeeinrichtung zum Bestimmen des Kurses, der Übergrundgeschwindigkeit
und der Abtrift bekannt, bei der auf dem Schirm einer Kathodenstrahl-Anzeigeröhre
radial nach außen vom Mittelpunkt aus der hellgetastete Elektronenstrahl einerseits
bis zu einer Entfernung vom Mittelpunkt ausgelenkt, die proportional der ermittelten
Übergrundgeschwindigkeit ist, und andererseits in Flugrichtung (Kursrichtung) über
Grund abgelenkt wird, wobei die Richtung der Flugzeuglängsachse als Bezugsrichtung
zur azimutalen Abtriftbestimmung dient. Eine Radarzielanzeige ist hierbei nicht
vorgesehen.
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Weiterhin ist für ein Doppler-Radargerät ein Sichtgerät bekannt, auf
dessen Bildschirm in einem kartesischen Koordinatensystem einerseits in posi-
tiver
oder negativer Abszissenrichtung Zielgeschwindigkeiten nach ihrer Größe und in Abhängigkeit
davon dargestellt werden, ob sich das jeweilige Ziel relativ zum Radargerät nähert
oder entfernt, und andererseits die Anzeige in Ordinatenrichtung in Abhängigkeit
von einer anderen Meßgröße gesteuert wird, die beispielsweise der Azimut des jeweiligen
Zieles sein kann.
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Fig. 9 zeigt eine Möglichkeit einer Ausgestaltung des Bausteines
16, der in Fig. 2 gezeigt und analog selbstverständlich auch bei der Anordnung nach
Fig. 4 verwendbar ist. Aus den Filterbänken 13 und 13' für die Wendefilter gelangen
die Ausgangssignale der Filter 13x,, 13x,, 13xm und 13in' auf die Gleichrichter
48, 49, 50 bzw. 51, an die monostabile Kippschaltungen 52, 53, 54 bzw.
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55 angeschlossen sind, die derartig abgestufte Zeiten bis zum Rückkippen
in den stabilen Zustand aufweisen, daß sie nach der zu verschiedenen Zeiten vom
Wenden eines Zieles herrührenden Anregung angenähert zur gleichen Zeit in ihre stabile
Lage zurückkippen. Bei einem Wenden im Sinne eines Überganges vom kommenden Ziel
zum gehenden Ziel erfolgt bei der Anordnung nach Fig. 9 kein Ansprechen der Koinzidenzstufe
56.
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Verwandelt sich ein gehendes Ziel in ein kommendes, so wird es radial
zum Radargerät zunächst eine immer kleinere Relativgeschwindigkeit, dann die Geschwindigkeit
Null und anschließend eine wachsende Geschwindigkeit besitzen, so daß Ausgangssignale
an den Filtern 13um, 13 in', 13 xn und 13 um in der angegebenen Reihenfolge auftreten.
Hierdurch kippen die Kippschaltungen in der Reihenfolge 55, 54, 53, 52 in ihre instabilen
Zustände. Ist das Wendemanöver vor Zurückkippen der Kippschaltungen in ihre stabilen
Zustände abgeschlossen, ist die Koinzidenzstufe 56 an allen Eingängen mit Signalen
beaufschlagt, so daß sie dann über die Trennstufe 57 ein besonders starkes Helltastsignal
zur Betonung der Zielanzeige des wendenden Zieles auf die Stufe 9' (Fig. 6) gibt.
Außerdem kann dann die Auslösung einer akustischen Warnung durch den Wecker 58 erfolgen.