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Die
vorliegende Erfindung betrifft Radarsysteme und insbesondere Monopuls-Radarsysteme.
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Monopuls-Radarsysteme
werden weitverbreitet zur Radarüberwachung
und -zielverfolgung und für Flugkörperzielerfolgungs-
oder -zielanflugsysteme benutzt. Monopuls-Radarsysteme sind im Vergleich
zur Benutzung von Einzelfunktionsüberwachungsradaren kombiniert
mit Höhenbestimmungsradarsystemen
vorteilhaft, da ein Einzelradarsystem die erforderliche Information
nicht nur zur Herstellung der Anwesenheit eines Ziels bei der Überwachungsoperation
bereitstellt, sondern auch die zum Bestimmen sowohl des Azimut-
als auch Elevationswinkels des Ziels relativ zur Hauptstrahl- bzw.
Zielrichtung (boresight) des Summenstrahls bereitstellt. Es sei
darauf hingewiesen, dass die Ausdrücke „Azimut" und „Elevation" herkömmliche Ausdrücke sind,
die zum Bestimmen von zwei orthogonalen Richtungen, die nicht notwendigerweise
mit dem wahren Azimut oder der wahren Höhe bzw. Elevation assoziiert
sind, benutzt werden.
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1 ist
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Monopuls-Antennensystems
des Standes der Technik, das eine Arrayantenne benutzt. Nach 1 weist
das Monopuls-Radarempfangssystem 10 einen
Satz 12 aus individuellen Antennenelemente 121 , 122 ,
... 12N auf. Die individuellen
Empfangsantennenelemente 121 , 122 , ..., 12N sind
in einem Empfangsarray, das zwei Dimensionen aufweist, angeordnet.
Die individuellen Antennenelemente 121 , 122 , ..., 12N empfangen
von einem Ziel reflektierte Signale und koppeln die empfangenen Signale
r1, r2, ..., rN an unterschiedliche Eingangsports 14i1 , 14i2 ,
..., 14iN eines analogen Strahlsformers 14. Der
Strahlformer 14 verarbeitet die Signale, wie es in Verbindung
mit 2 generell beschrieben wird, um analoge Summensignale
(Σ-Signale),
Azimutdifferenzsignale (ΔA) und Elevationsdifferenzsignale (ΔE)
zu erzeugen. Die anlogen Summensignale stellen die Summation aller
vom Array aus individuellen Antennenelementen empfangenen Signale
dar. Die analogen Azimutdifferenzsignale stellen die Differenz zwischen
den von den Antennenelementen der rechten und linken Hälfte des
Arrays aus Antennenelementen empfangenen Signale dar, während die
analogen Elevationsdifferenzsignale die Differenz zwischen den von
den Antennenelementen der oberen und unteren Hälfte des Arrays empfangenen
Signale darstellen. Die analogen Summensignale werden vom Strahlformer 14 an
einen als ein Block 16Σ eines Σ-Verarbeitungskanals
dargestellten Radiofrequenzempfängers
(RF-Empfänger)
gegeben, der analoge Standardempfängerfunktionen wie beispielsweise Rauscharmverstärkung und/oder
eine Abwärtsmischung
in eine Zwischenfrequenz (IF (intermediate frequency)) ausführt. Die
vom Empfänger 16Σ empfangenen
analogen Signale werden an einen IF-Empfänger 18Σ gegeben,
der weitere Standardfunktionen wie beispielsweise eine IF-Verstärkung und
-Detektion ausführt,
um analoge Basisbandsignale zu erzeugen. Die Basisbandsignale aus
dem IF-Empfänger 18Σ werden
an einem Analog-zu-Digital-Umsetzer (analog-to-digital converter
(ADC)) 20Σ gegeben,
der die analogen Signale in quantisierte oder digitale Signale umsetzt,
welche die vom Summenkanal empfangenen Signale darstellen. Die digitalen
Signale aus dem Analog-zu-Digital-Umsetzer 20Σ werden
an eine als ein Block 22Σ dargestellte Summenkanalwellenformdigitalverarbeitung
gegeben, die das verarbeitete Summenkanalsignal zur Auswertung mit
einem herkömmlichen
Schwellen- oder anderen Detektor 24 erzeugt, der für die Anwesenheit
oder Abwesenheit eines Ziels im Empfangssummenstrahl auswertet.
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Die
analogen Azimutdifferenzsignale ΔA nach 1 werden
vom Strahlformer 14 an einen als ein Block 16ΔA dargestellten
Radiofrequenzempfänger
(RF-Empfänger)
eines ΔA- Verarbeitungskanals
gegeben, der analoge Standardempfängerfunktionen ausführt. Die
empfangenen analogen Signale aus dem Empfänger 16ΔA werden
an einen IF-Empfänger 18ΔA gegeben,
der weitere Standardfunktionen wie beispielsweise eine IF-Verstärkung und
-Detektion ausführt,
um analoge Basisbandsignale für
den ΔA-Kanal zu erzeugen. Die Basisbandsignale
aus dem IF-Empfänger 18ΔA werden
an einen Analog-zu-Digital-Umsetzer (ADC) 20ΔA gegeben,
der die analogen Signale in quantisierte oder digitale Signale umsetzt,
welche die vom Azimutdifferenzkanal empfangenen Signale darstellen.
Die digitalen Signale aus dem Analog-zu-Digital-Umsetzer 20ΔA werden
an eine als ein Block 22ΔA dargestellte herkömmliche
Azimutdifferenzkanalwellenformdigitalverarbeitung gegeben, die das
verarbeitete Azimutdifferenzsignal für eine Auswertung durch einen
herkömmlichen
Azimut-Monopuls-Verhältnis-Detektor 26 erzeugt,
der das Verhältnis
des Azimutdifferenzsignals zum Summensignal auswertet, um den Azimutwinkel
des Ziels relativ zur Hauptstrahl- bzw. Zielrichtung zu bestimmen.
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Die
analogen Elevationsdifferenzsignale ΔE nach 1 werden
vom Strahlformer 14 an einen als ein Block 16ΔE eines ΔE-Verarbeitungskanals
dargestellten Radiofrequenzempfänger
(RF-Empfänger)
gegeben, der analoge Standardempfängerfunktionen ausführt. Die
empfangen analogen Signale aus dem Empfänger 16ΔE werden
an einen IF-Empfänger 18ΔE gegeben,
der weitere Standardfunktionen wie beispielsweise eine IF-Verstärkung und
-Detektion ausführt,
um dadurch analoge Basisbandsignale für den ΔE-Kanal
zu erzeugen. Die Basisbandsignale aus dem IF-Empfänger 18ΔE werden
an einen Analog-zu-Digital-Umsetzer 20ΔE gegeben,
der die analogen Signale in quantisierte oder digitale Signale umsetzt,
welche die vom Elevationsdifferenzkanal empfangenen Signale darstellen.
Die digitalen Signale aus dem Analog-zu-Digital-Umsetzer 20ΔE werden
an eine als ein Block 22ΔE dargestellte herkömmliche
Azimutdifferenzkanalwellenformdigitalverarbeitung gegeben, die das
verarbeitete Elevationsdifferenzsignal zur Auswertung durch einen
herkömmlichen
Elevations-Monopuls-Verhältnis-Detektor 30 erzeugt,
der das Verhältnis
des Elevationsdifferenzsignals zum Summensignal auswertet, um den
Elevationswinkel des Ziels relativ zur Hauptstrahl bzw. Zielrichtung
bestimmt.
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Bei
der Anordnung nach
1 ist üblicherweise angenommen, dass
die RF-Empfängerblöcke und
die IF-Empfängerblöcke keine
Störung
der empfangenen Signale einbringen, so dass die analogen Signale
am Ausgang des Strahlformers und die digitalen Signale an den Ausgängen der
Analog-zu-Digital-Umsetzer als die gleichen angenommen werden können, obgleich
sie in unterschiedlicher Form dargestellt sind. Bei der herkömmlichen
Anordnung nach
1 kann das strahlgeformte Signal
(entweder an den Strahlformerausgängen oder an den ADC-Ausgängen) ausgedrückt werden
durch
wobei w
Σ, w
ΔA das
und w
ΔE das
Summen-, Azimutdifferenz- und Elevationsdifferenz-Strahlformungsgewicht sind
und {r(k)} die bei jedem Antennenelement des Arrays empfangenen
Signale sind.
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Wie
erwähnt
ist die Zieldetektion im Block
24 nach
1 herkömmlich und
läuft auf
einen gewissen Typ von Schwellenoperation (thresholding) hinaus.
Wenn vom Block
24 ein Ziel identifiziert wird, werden der Azimut-
und Elevationswinkel des Ziels, m
A und m
E, durch ein Monopuls-Tabellennachschlagen bestimmt:
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Die
korrespondierenden Antennenmuster für den Summen-, Azimut- und
Elevationsstrahl sind gegeben durch
wobei (T
x,
T
y) die Richtungscosinusse sind und (x
k, y
k) die Antennenelementstellen
sind.
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Die
Annahme einer Hochgeschwindigkeits-Digitalsignalverarbeitung ermöglicht,
dass die Morphologie oder Topologie des „prinzipiell analogen" Monopulssystems
nach 1 für
eine digitale Strahlformung adaptiert wird, wie sie im vereinfachten
Blockschaltbild nach 2 dargestellt ist. In 2 sind
Elemente, die mit denen der 1 korrespondieren,
durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, aber in der 200-Reihe. Nach 2 weist
der Empfangsabschnitt des Radarsystems 210 wie im Fall
der 1 einen Satz 12 aus N Antennenelementen 121 , 122 ,
..., 12N auf. Die korrespondierenden
empfangenen Signale r1, r2,
...,rN werden von jedem Empfangsantennenelement
des Satzes 12 an einen korrespondierenden RF-Empfänger 2161 , 2162 , ...216N gekoppelt, wo die Signale rauscharm
verstärkt,
gefiltert und in eine IF-Frequenz umgesetzt werden. Von den RF-Empfängern 2161 , 2162 ,
... 216N werden die analogen empfangenen
Signale an einen korrespondierenden Satz 218 aus RF-Empfängern gekoppelt,
der die IF-Empfänger 2181 , 2182 ,
...218N aufweist.
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Die
IF-Empfänger
des Satzes 218 verstärken
und möglicherweise
verarbeiten anderweitig die IF-Frequenzsignale, um Signale beim
Basisband zu erzeugen. Die Basisbandsignale aus dem IF-Verstärkersatz 218 werden
an korrespondierende Analog-zu-Digital-Umsetzer
(ADCs) 2201 , 2202 ,
..., 220N eines Satzes 220 aus ADCs
gegeben. Die digitalen Signale, welche die N empfangenen Signale
darstellen, werden von den N ADCs des Satzes 220 an die
N Eingangsports 214i1 , 214i2 , ..., 214iN eines
digitalen Strahlformers 214 gegeben. Der Strahlformer 214 verarbeitet
die durch die digitalen Zahlen dargestellten Signale im Wesentlichen
in der gleichen Weise wie der Strahlformer 214 nach 1,
mit der Ausnahme, dass der Strahlformer 214 die Verarbeitung
in digitaler Form ausführt,
während
der Strahlformer nach 1 ein Analoggerät ist. Der
Strahlformer 214 erzeugt digitale Summensignale (Σ-Signale), Azimutdifferenzsignale
(ΔA) und Elevationsdifferenzsignale (ΔE). Die
digitalen Summensignale stellen die Summation aller vom Array aus
individuellen Antennenelementen empfangenen Signale dar, und die
digitalen Azimutdifferenzsignale stellen die Differenz zwischen
den von den Antennenelementen der rechten und linken Hälfte des
Arrays aus Antennenelementen empfangenen Signale dar, während die
digitalen Elevationsdifferenzsignale die Differenz zwischen den
von den Antennenelementen der oberen und unteren Hälfte des
Arrays empfangenen Signale darstellen, alles wie im Fall des analogen Strahlformers
nach 1.
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Vom
(Σ)-, (ΔA)-
und (ΔE)-Ausgangsport des Strahlformers 214 nach 2 werden
das digitale (Σ)-, (ΔA)-
und (ΔE)-Signal
an eine Verarbeitung gegeben, die mit der nach 1 korrespondiert,
das heißt
die Σ-Signale
werden an einen Wellenverarbeitungsblock 22Σ und
dann an einen Detektionsblock 24 gegeben, die ΔA-Signale
werden an einen Wellenverarbeitungsblock 22ΔA gegeben,
und die ΔE-Signale werden an einen anderen Wellenformverarbeitungsblock 22ΔE gegeben.
Die Blöcke 26 und 30 führen die
gleichen Funktionen wie die, welche bei der Anordnung nach 1 ausgeführt werden,
das heißt
das Bilden des Verhältnisses
des Summensignals Σ zum
Azimutdifferenzsignal ΔA bzw. zum Elevationsdifferenzsignal ΔE und
Nachschlagen aus diesen Verhältnissen
des Zielwinkels aus.
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3 ist
eine vereinfachte Darstellung der Verarbeitung, die durch den analogen
Strahlformer 14 nach 1 oder durch
den digitalen Strahlformer 214 nach 2 ausgeführt wird.
Nach 3 empfängt
der Strahlformer 14, 214 r1-Signale
(aus dem ersten Antennenelement des nicht dargestellten Arrays)
und koppelt die Signale an drei Multiplizierer 310Σ1 , 310A1 und 310E1 .
Die empfangenen r2-Signale
werden an drei Multiplizierer 310Σ2 , 310A2 und 310E2 gegeben,
und die empfangenen rN-Signale werden an drei Multiplizierer 310ΣN , 310AN und 310EN gegeben.
Die Multiplizierer 310Σ1 , 310Σ2 und 310ΣN sind
mit dem Σ-Strahl
des Systems assoziiert, die Multiplizierer 310A1 , 310A2 und 310 sind mit dem ΔA-Strahl
assoziiert, und die Multiplizierer 310E1 , 310E2 und 310EN sind
mit dem ΔE-Strahl
assoziiert. Jeder Multiplizierer empfängt auch ein Gewicht zur Gewichtung
der durch den Multiplizierer fließenden Rückkehrsignale. Insbesondere
sind die Multiplizierer 310Σ1 , 310Σ2 ,
..., und 310ΣN mit den Gewichten
W1 Σ, W2 Σ,
..., bzw. WN Σ assoziiert,
sind die Multiplizierer 310A1 , 310A2 , ..., und 310AN mit
den Gewichten W1 ΔA,
W2 ΔA, ... bzw. WN ΔA assoziiert,
und sind die Multiplizierer 310E1 , 310E2 , ..., und 310EN mit
den Gewichten W1 ΔE,
W2 ΔE, ..., bzw. WN ΔE assoziiert. Die Multiplizierer
multiplizieren die r1-, r2-,
..., rN-Signale mit den unterschiedlichen
Gewichten, um Signale zu erzeugen, die summiert werden. Die von
den Multiplizierern 310Σ1 , 310Σ2 ,
..., und 310ΣN erzeugten gewichteten
Signale werden von einer Summierschaltung 312Σ summiert,
um das ΔA-Signal
am Ausgang des Strahlformers 14, 214 zu erzeugen,
die von den Multiplizierern 310A1 , 310A2 , ..., und 310AN erzeugten
gewichteten Signale werden von einer Summierschaltung 312A zusammensummiert,
um das ΔA-Signal
zu erzeugen, und die von den Multiplizierern 310E1 , 310E2 , ..., und 310EN erzeugten
gewichteten Signale werden von einer Summierschaltung 312E zusammenaddiert, um das ΔE-Signal zu
erzeugen.
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Verbesserte
Monopuls-Systeme sind erwünscht.
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Aus
EP-A-0 490 578 geht ein Monopuls-Empfänger hervor, der eine Monopuls-Antenne
und eine arithmetische Einheit zur Bereitstellung eines Monopuls-Summensignals,
eines Azimutdifferenzsignals, y, und eines Elevationsdifferenzsignals,
p, aufweist. Eine an die Monopuls-Antenne und eine arithmetische
Korrektureinheit gekoppelte Unausgeglichenheitskorrekturschaltung
stellt ein erstes zusammengesetztes Signal, das als (y + jp) definiert
ist, und ein zweites zusammengesetztes Signal, das als (y – jp) definiert
ist, bereit, wobei j ein Indikator dafür ist, in Quadratur mit dem
Monopulssummensignal, D, zu sein. Eine Kombinatoranordnung stellt
ein drittes zusammengesetztes Signal, das als [S + D] definiert
ist, und ein viertes zusammengesetztes Signal, das als [S – D] definiert
ist, bereit. Ein Betrieb des Monopuls-Empfängers in Radarsystemen erzeugt aus
gemultiplexten Elevations- und Azimutdifferenzsignalen gemittelte
zusammengesetzte Differenzsignale. Mit der Anordnung werden die
Effekte von Phasen- und Amplitudenunausgeglichenheiten in der Monopuls-Antenne und arithmetischen
Schaltungsanordnung reduziert.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Radarrückkehrsignaldetektionssystem
mit einem kompakten Aufbau bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Radarrückkehrsignaldetektionssystem
gemäß dem beigefügten unabhängigen Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den korrespondierenden
Unteransprüchen
definiert.
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1 ist
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines „analogen" Monopuls-Radarsystems des Standes der Technik;
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2 ist
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines „digitalen" Monopuls-Radarsystems des Standes der Technik;
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3 ist
ein vereinfachtes schematisches Schaltbild, das gewisse der Prinzipien
darstellt, bezüglich derer
ein Strahlformer nach 1 oder 2 arbeitet;
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4 ist
ein vereinfachtes Blockschaltbild einer einen „analogen" Strahlformer benutzenden Radarsystemempfangsanordnung
gemäß einem
Aspekt der Erfindung;
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5 ist
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines einen „digitalen" Strahlformer benutzenden Radarsystemempfangsanordnung
gemäß einem
Aspekt der Erfindung;
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6a und 6b stellen
eine Hauptstrahlrichtungs- bzw.
Zielrichtungsansicht oder ein Muster der Nullen in einem Elevationsdifferenzsignal
bzw. einen die Keulenstrukturen neben den Nullen zeigenden Elevationsschnitt
durch das Muster dar;
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7a und 7b stellen
eine Hauptstrahlrichtungs- bzw.
Zielrichtungsansicht oder ein Muster der Nullen in einem Azimutdifferenzsignal
bzw. einen die Keulenstruktur neben den Nullen zeigenden Azimutschnitt
durch das Muster dar; und
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8 stellt
eine Hauptstrahlrichtungs- bzw. Zielrichtungsansicht eines Antennenstrahls
oder ein Muster der Nullen in einem Differenzstrahl gemäß einem
Aspekt der Erfindung dar.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Radarsystem gerichtet, das einen
Monopuls-Rückkehrsignalempfangs-
und – verarbeitungsabschnitt
aufweist, der Strahlen zur Zieldetektion erzeugt, und das auch den
Azimut- und Elevationswinkel eines Ziels im Strahl bestimmt, vorteilhafter
Weise diese Funktion aber mit zwei Kanälen, das heißt einem Σ- und einem Δ-Kanal, und
nicht wie beim Stand der Technik mit drei Kanälen ausführt. Durch ein solches Tun
kann die Komplexität
des analogen Strahlformers reduziert werden, da er nur zwei Strahlausgangsports
und nicht drei benötigt
und ein RS-Empfänger,
ein IF-Empfänger
und ein ADC fortgelassen werden können. Im Kontext der „digitalen" Anordnung nach 2 bleibt
der Aufwand an Hardware wie beispielsweise RF- und IF-Empfänger und
ADCs für
eine gegebene Anzahl von Antennenelementen im Array der gleiche,
aber es kann einer der zwei Differenzkanäle zur Wellenformverarbeitung
eliminiert werden. Die Signalverarbeitung kann genauso kompliziert
oder möglicherweise
sogar komplizierter sein, aber es wird erwartet, dass in Zukunft
Verarbeitungsgeschwindigkeiten und -fähigkeiten erhöht bzw.
verbessert werden, mit dem Resultat, dass es vorteilhaft sein kann,
für mehr
Verarbeitung weniger Hardware einzutauschen. Im Wesentlichen wird
die Information, die sich vom Azimut- und Elevationsdifferenzsignal
auf eines bezieht, auf dem Realteil eines komplexen Signals codiert,
das durch den einzigen Differenzkanal verarbeitet wird, während die Information,
die sich auf das andere des Azimut- und Elevationsdifferenzsignal bezieht,
auf dem Imaginärteil des
komplexen Signals codiert wird.
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4 ist
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Empfangsabschnitts eines „analogen" Radarempfängers gemäß einem
Aspekt der Erfindung. In 4 sind Elemente, die mit denen
der 1 korrespondieren, mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet. In 4 ist der Satz 12 von
Antennenelementen identisch zu dem der 1. Der analoge
Strahlformer ist mit 414 bezeichnet, um anzuzeigen, dass
er sich vom Strahlformer 14 nach 1 unterscheidet,
wenigstens weil er nur zwei Ausgangsstrahlports, das heißt einen Σ- und einen Δ-Port, aufweist.
Das vom Strahlformer 414 beim Σ-Port erzeugte Summensignal
(Σ-Signal)
wird an einen zu dem der 1 identischen, nicht weiter
beschriebenen Summenkanal gegeben. Das vom Strahlformer 414 nach 4 erzeugte
Differenzsignal unterscheidet sich von jedem der vom Strahlformer 14 nach 1 erzeugten
Differenzsignal darin, dass das einzige Differenzsignal nach 4 die
Information umfasst, die bei 1 auf zwei
separaten Differenzsignalen codiert ist. Das Differenzsignal (Δ-Signal)
wird vom Δ-Strahlport des Strahlformers 414 an
einen RF-Empfänger 16Δ und
dann an einen IF-Empfänger 18Δ und
einen ADC 20Δ gegeben, die alle
im Wesentlichen identisch zu denen jedes Differenzkanals nach 1 sind.
Vom ADC-Block 20Δ wird das digitale
Signal an eine als ein Block 22Δ dargestellte
Wellenformverarbeitung gegeben. Vom Block 22Δ geht
das Signal zu einem Block 430, der die Extraktion der zwei
Abschnitte (Azimut- und Elevationsabschnitt) der Differenzsignalinformation
aus dem Differenzkanalsignal und die Bildung der Verhältnisse
des Azimut- und Elevationsdifferenzsignals zum Summensignal zum
Erzeugen des gewünschten
Azimut- und Elevationswinkelsignals darstellt.
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5 ist
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines „digitalen" Radarrückkehrsignalempfängers.
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In 5 sind
der Satz 12 aus Antennenelementen, der Satz 216 aus
RF-Empfängern,
der Satz 218 aus IF-Empfängern und der Satz 220 von
ADCs jeweils der gleiche wie in 2, und die
korrespondierenden Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der digitale Strahlformer 514 empfängt die gleichen N digitalen
Eingangssignale wie der korrespondierende Strahlformer 214 nach 2,
ist aber mit 514 bezeichnet, um anzuzeigen, dass er eine
andere Verarbeitung ausführt,
um zwei und nicht drei Strahlen, das heißt einen Σ- und einen Δ-Strahl, zu erzeugen, wobei
das vom Strahlformer 514 am Δ-Strahlausgangsport erzeugte Δ-Strahlsignal Information
umfasst, aus der sowohl der Azimut- als auch Elevationswinkel des Ziels
bestimmt werden kann. Das Σ-Strahlausgangssignals
des Strahlformers 514 nach 5 ist identisch
zu dem des Strahlformers 214 nach 2 und wird
in der gleichen Weise durch eine Wellenformverarbeitung in einem
Block 22Σ und
einer Schwellen- oder Zieldetektion in einem Block 24 verarbeitet.
Das Δ-Strahlausgangssignal
des Strahlformers 514 wird an eine Wellenformverarbeitung
in einem Block 522 gegeben. Die Azimutdifferenzsignalinformation
(ΔA) und
die Elevationsdifferenzsignalinformation (ΔE) werden im Block 530 aus
dem Differenzsignal (Δ)
extrahiert, die Verhältnisse
werden extrahiert und der Azimut- und Elevationswinkel werden bestimmt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
das Azimutdifferenz- und Elevationsdifferenzsignal im Stahlformer
in einem einzelnen Strahl kombiniert werden, so dass Δ
gilt, wobei Strahlformergewichte
durch
wΔ =
wΔA +
wΔE 10gegeben sind,
in welchem Fall das Antennenmuster des Differenzkanals
gΔ(Tx,
Ty) = gΔA(Tx, Ty) + gΔE(Tx, Ty) 11ist. Im Block
430 oder
530 nach
4 oder
5 erzeugt
der Quotient aus dem Differenzstrahl dividiert durch den Summenstrahl
das komplexe Monopuls-Verhältnis
aus dem das Azimut- und Elevations-Monopuls-Verhältnis als
der Real- und Imaginärteil
von m direkt extrahiert werden können.
Infolgedessen ist es nur notwendig, ein einziges Verhältnis von Δ/Σ zu bilden,
und es stehen beide Winkel zur Verfügung.
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6a stellt
das Muster eines zirkularen Bayliss-Elevationsdifferenzantennenstrahls dar,
wie er beispielsweise durch einen Aufbau wie den der 1 oder 2 hergestellt
werden kann. Die Hauptstrahl- bzw. Zielrichtung des Strahls ist
durch den Schnittpunkt der AZ- und EL-Achse (Azimut- und Elevationsachse)
dargestellt. In 6a ist die Hauptnull durch eine
Linie 610 dargestellt, die parallel zur Azimutachse und
dieser überlagert
ist. Zwei halbkreisförmige
Nullen sind als 612 und 614 dargestellt. 6b stellt
einen Schnitt durch den Strahl nach 6a auf
der Elevationsachse dar. Wie dargestellt tritt die Hauptnull bei
0° auf,
und Hilfsnullen treten bei konstanten räumlichen Winkeln von der Hauptstrahl-
bzw. Zielrichtung auf. 7a stellt ein Muster eines kreisförmiges Bayliss-Azimutdifferenzantennenstrahls
dar, wie er beispielsweise durch einen Aufbau wie den nach 1 oder 2 hergestellt
werden kann. Wie im Fall der 6a ist
die Hauptstrahl- bzw.
Zielrichtung des Strahls durch den Schnittpunkt der AZ- und EL-Achse dargestellt.
In 7a ist die Hauptnull durch eine Linie 710 dargestellt,
die parallel zur Elevationsachse und dieser überlagert ist. Zwei halbkreisförmige Nullen
sind als 712 und 714 dargestellt. 7b stellt
einen Schnitt durch den Strahl nach 7a auf
der Azimutachse dar. Wie dargestellt tritt die Hauptnull bei 0° auf, und
Hilfsnullen treten bei einem konstanten räumlichen Winkel von der Hauptstrahl-
bzw. Zielrichtung auf. Der Differenzantennenstrahl gemäß der Erfindung
ist in 8 dargestellt. Wie in dieser dargestellt gibt
es einen zentralen Punkt Null 810, der von zwei kreisförmigen Nullen 812 und 814 umgeben
ist. Infolgedessen ist der Differenzstrahl gemäß der Erfindung bezüglich der
Hauptstrahl- bzw. Zielrichtung zirkular symmetrisch, anders als
jeder des Σ-
oder Δ-Differenzstrahls,
die von den Anordnungen des Standes der Technik nach 1 oder 2 erzeugt
werden.
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Infolgedessen
dient ein Radarrückkehrsignaldetektionssystem
(410, 510) gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Bestimmen der Anwesenheit eines Ziels und zur Bestimmung
des Azimut- und Elevationswinkels der Ankunft des Rückkehrsignals
vom Ziel (relativ zur Haupt- bzw.
Zielrichtung des Strahls). Das Radarsystem weist auf: ein Array
(12) aus Empfangsantennenelementen oder elementaren Antennen
(121 , 122 ,
..., 12N ) zum Empfang des Rückkehrsignals.
Dieses Array (12) ist vorzugsweise ein zweidimensionales
Array aus elementaren Antennen. Das System weist auch eine Kombination
aus (a) einer Analog-zu-Digital-Umsetzungseinrichtung
(20, 220) und (b) einem Strahlformer (414, 514)
auf. Die Kombination (20, 414, 220, 514)
ist an jedes der Antennenelemente (12x ,
wobei x jeden Index von 1 bis N darstellt) zum Empfang von für das Rückkehrsignal repräsentativen
Signalen gekoppelt. Die Kombination (20, 414; 220, 514)
weist auch zwei Strahlformungsports (Σ, Δ) auf, bei denen ein digitales
erstes und digitales zweites Signal erzeugt werden, wobei das erste
Signal einen Summenstrahl (Σ-Strahl) darstellt
und das zweite Signal einen Differenzstrahl (Δ-Strahl) darstellt. Das zweite
Signal ist in der Form einer komplexen Zahl (R + jX), in welcher
die Azimutdifferenz- und die Elevationsdifferenzinformation codiert
sind. Das System weist auch eine an die Kombination (20, 414; 220, 514)
gekoppelte Digitalsummensignalverarbeitungseinrichtung (22Σ , 24)
zum Empfang des ersten Signals und zum Erzeugen (am Ausgangsport 25)
einer Summensignalanzeige (Ziel anwesend oder abwesend) zum Bestimmen
der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Ziels auf. An die Kombination
(20, 414; 220, 514) ist eine Digitaldifferenzsignalverarbeitungseinrichtung
(22Δ , 430; 522, 530)
ist zum Empfang der komplexen Zahl und zur Verarbeitung des ersten
Signals mit der komplexen Zahl zum Erzeugen des Azimut- und Elevationswinkels gekoppelt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
die komplexe Zahl durch das Summensignal dividiert, um eine weitere
komplexe Zahl zu erzeugen, in der die reelle Komponente mit dem Azimut-Monopuls-Verhältnis korrespondiert,
und in der die imaginäre
Komponente mit dem Elevations-Monopuls-Verhältnis korrespondiert.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Strahlformer (414, 514)
ein analoger Strahlformer (414) zum Empfang analoger Signale
aus den Antennenelementen (121 , 122 , ..., 12N )
und zur Erzeugung des ersten und zweiten Signals in analoger Form
und weist die Analog-zu-Digital-Umsetzungseinrichtung
(20, 220) einen ersten und zweiten Analog-zu-Digital-Umsetzer
auf, die zur Umsetzung des analogen ersten und zweiten Signals in
eine digitale Form an die Strahlausgangsports (Σ, Δ) des analogen Strahlformers 414)
gekoppelt sind.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung weist die Analog-zu-Digital-Umsetzungseinrichtung (20, 220)
mehrere Analog-zu-Digital-Umsetzer (2161 ,
..., 216N ) auf, die in der Anzahl
gleich der Anzahl der Empfangsantennenelemente im Array sind, wobei
jeder der Analog-zu-Digital-Umsetzer (2161 ,
..., 216N ) zur Umsetzung analoger
Signale, die von jedem der Empfangsantennenelemente empfangen werden,
in eine digitale Form an eines der Empfangsantennenelemente gekoppelt
ist. Bei dieser Ausführungsform
ist der Strahlformer (514) ein digitaler Strahlformer,
der zur Erzeugung des digitalen ersten und zweiten Signals aus den von
den Analog-zu-Digital-Umsetzern
erzeugten digitalen Signalen an die Ausgänge der mehreren Analog-zu-Digital-Umsetzer
gekoppelt ist.
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Die
US-Patente Nr. 4 088 997 und 3 714 652 beziehen sich auf Einzelkanal-Monopuls-Radarsysteme, unterscheiden
sich aber in der Implementierung, Technik bzw. Technologie und im
Verfahren von den hier beschriebenen.
