SE460805B - Koherent radar - Google Patents

Description

460 805 2 patentskriften 8400140-3, på sådant sätt att den får bättre MTI-prestanda såväl för korta som för långa radarpulser.

Detta uppnås enligt uppfinningen därigenom att anläggningen inne- fattar medel för att ändra den nämnda fasstabila signalens frekvens under magnetronpulsens frontflank, varvid frekvensändringen är sådan att slut- frekvensen vid slutet av frontflanken, vilken slutfrekvens även upprätt- hàlles under magnetronpulsen, svarar mot magnetronens sändfrekvens. ' I' Företrädesvis sker frekvensändringen stegvis i minst ett steg genom påverkan av en omkopplingsanordning- Detta ger en enkel anordning som är lätt att styra, t ex på tidsbasis.. _ I Uppfinningen innebär att faslásning till en extern signal av samma frekvens som magnetronens sändfrekvens sker i minst tvâ steg: först den tidigare föreslagna priming-styrningen, vilken avbrvtes när svängningarna i magnetronen kommit igång men inte nätt sin slutliga amplitud, d v s un- der magnetronens frontflank. I ett slutsteg sker sedan den egentliga fas- läsningen till signalen av samma frekvens som magnetronens sändfrekvens, vilken lássignal bibehálles under magnetronpulsen¿ Genom att såväl priming-signalen som den egentliga lås-signalen är avledda från kontinu- erligt arbetande, stabila oscillatorer blir även det inbördes fasför- hállandet mellan priming-signalen och lås-signalen konstant och magne- tronpulsen får faskontinuitet från puls till puls. ' Genom att faslásningen sker i minst två steg blir fasen hos magne- tronsvängningarna mera konstant under hela magnetronpulsen, d v.s såväl i ' början av pulsen som i slutet av långa magnetronpulser, än om faslàs- ningen skett i ett enda steg.

Det observeras att ren faslásning av en magnetron till en extern signal av samma frekvens som magentronens sändfrekvens är tidigare känt.

Magentronen arbetar i detta fall mera som en förstärkare än som en själv- svängande anordning och för att få god faslásning måste en avsevärd effekt av den externa lássignalen tillföras magnetronen. Ändå tar det en viss tid i början av magnetronpulsen innan fasen hos de genererade sväng- ningarna blir stabil. I detta fall kan MTI-prestanda bli relativt bra för långa magnetronpulser, medan samma prestanda för korta pulser blir dä- liga.

Om frekvensändringen sker i ett enda steg genom omkoppling mellan två signaler av olika frekvenser, en första signal av en första frekvens, som tillföres innan magnetronen triggas, och en andra signal av en andra frekvens eller slutfrekvensen, 'som tillföras under magnetronpulsens 1460 '805 frontflank innan magnetronsvängningarna nätt full amplitud, erhålles en maximalt enkel anordning om båda frekvenserna enligt en föredragen rea- lisering av uppfinningen är avledda från de redan förefintliga fasstabila osciallatorerna, nämligen den stabila lokaloscillatorn och mellanfre- kvensoscillatorn.

Lämpligen kan signalen av den andra frekvensen eller slutfrekvensen vara alstrad av en blandare, där lokaloscillatorns utsignal blandas med mellanfrekvensoscillatorns utsignal, medan signalen av den första fre- kvensen är utsignalen från lokaloscillatorn själv. Härvid blir skillnaden mellan de báda frekvenser som matas till magnetronens avstämningshàlrum under magnetronpulsens frontflank lika med mellanfrekvensen i systemet.

V I ett alternativt utförande kan signalen av den forsta frekvensen också vara alstrad av en blandare. I denna blandas en fràn lokaloscilla- torn avledd signal med en signal som är avledd frän mellanfrekvens- oscillatorn via ett omvandlingssteg, t ex en frekvensdelare. Härvid kommer skillnaden mellan de båda frekvenser som matas till magnetronens avstämningshàlrum under magnetronpulsens frontflank att avvika från I mellanfrekvensen. V »A Enkel och säker styrning av omkopplingsanordningen erhålles om denna är styrd från modulatorn eller en styranordning för modulatorn, eventuellt via en tidsfördröjning. så att dess aktivering står i given tidsrelation till magnetronens triggningstidpunkt. I Uppfinningen áskádliggores med hjälp av exempel med hänvisning till bifogade ritningar, där fig 1 visar ett blockschema föf en radar med en magnetron som HF-källa enligt uppfinningen och fig 2 visar några tids- diagram för att förklara uppfinningen.

Enligt fig 1 drivs en magnetron MAG med korta spänningspulser från en modulator MOD och de alstrade HF-pulserna leds via en cirkulator CIRC och en sändar-mottagaromkopplare TR till en antenn ANT som sänder ut pul- serna. Av de utsända radarpulserna förorsakade ekopulser frán ett reflek~ terande föremål tas emot av samma antenn ANT och leds via sändar-mot* tagaromkopplaren TR till en blandare B1, där de sätts samman med utsig- nalen frán en stabil lokaloscillator STALO. Magnetronen är inställd pà en fast sändfrekvens, t ex genom en mekanisk lasanordning eller medelst en stegmotor. Magnetronens sändfrekvens fMAG skiljer sig härvid ett belopp lika med den valda, nominella mellanfrekvensen fMFO från den stabila lokaloscillatorfrekvensen f5TALO. Ut från blandaren B, erhålles ekopulf ser på en mellanfrekvens fMF som har nämnda nominolla värde YMFO. 4en eos - v r 4 Mellanfrekvenssignalen förstärks i en mellanfrekvensförstärkare MF och leds därefter till en faskänslig detektor D, som även tar emot utsignalen från en ständigt svängande oscillator MPO. Denna arbetar på en frekvens som är lika med den valda, nominella mellanfrekvensen fMF0 och ut från fasdetektorn D erhålles en signal Vbip som kallas bipolär video emedan den kan anta bade positivt och negativt värde. Den bipolära videosignalen representerar, förutom styrkan hos ekosignalen, även det inbördes fas- läget mellan utgående och mottagen HF-signal. Om avståndet mellan radar- anläggningen och det reflekterande föremålet ändrar sig med tiden kommer den bipolära videosignalen Vbip att variera med en frekvens som beror _ på avståndsändringen, d v s signalen genomlöper en 360-graders sekvens för varje halv våglängd som avståndet till reflektorn ändras. Den bipo- lära signalen utsättes sedan för filtrering, t ex i ett MTI-filter som i princip är ett högpassfilter, för undertryckning av ekon från fasta före- mål, eller för hastighetsseparering på mångtydighetsavstánd.

'För att den bipolära videosignalen Vbip verkligen skall vara re- presentativ för det inbördes fasläget mellan utsänd och mottagen signal- energi är följande åtgärder vidtagna. I _ j'För det första faslåses magnetronens svängning till en stabil sig- nal som är avledd från de båda stabila oscillatorerna STALO och MFO, när- mare bestämt till en signal som erhålles från en blandare B2 till vilken de båda nämnda oscillatorernas utsignaler matas. Denna signal från blan- daren B2 tillföres magnetronens avstämningshálrum via en första ström- ställare SW1 av växlingsströmställartyp, en andra strömställare SW2, eventuellt en förstärkare AMP samt cirkulatorn CIRC. Strömställaren SW2 är styrd från en styrenhet PRF för modulatorn MOD på sådant sätt att den normalt är bruten men sluts strax innan magnetronen triggas och hålls se- F dan sluten under magnetronpulsen. Faslåsningen sker i två steg därigenom A att före triggningen av magnetronen och under en första del av magnetrön- pulsens uppbyggnadsfas, istället för nämnda utsignal från blandaren B2, utsignalen från den stabila lokaloscillatorn STALO ensam matas till mag- netronens avstämningshålrum. Omkoppling mellan de båda signalerna sker medelst strömställaren Swi som i ena läget 1 leder utsignalen från oscil- latorn STALO till magnetronens avstämningshålrum och i andra läget O le- der utsignalen från blandaren B2 till nämnda hålrum. Strömställaren SW1 är styrd från modulatorns styrenhet PRF, eventuellt via en fördröjning DEL, på sådant sätt att den före triggning av magnetronen intar det första läget 1 och omställes till det andra läget O när svängningarna i 460 eos 5 , magnetronen startat men ännu inte nått sin slutamplitud, d v s under magnetronpulsens framflank.

För det andra är modulatorn MOD tidsstyrd från mellanfrekvens- oscillatorn MFO via styranordningen PRF på sådant sätt att framflanken av modulatorpulsen alltid sammanfaller med ett givet fasläge av mellanfrek- vensoscillatorns MPO utsignal, t ex en nollgenomgång i given riktning.

I ett exempel med intern generering av pulsrepetitionsfrekvensen prf kan styranordningen PRF bestå av en räknare som räknar antalet posi- tiva eller negativa nollgenomgångar i mellanfrekvensoscillatorns utsignal och låter var n:e nollgenomgång starta modulatorn. Alternativt kan pulsrepetitionsfrekvensen prf vara genererad externt, såsom är visat i fig 1 genom den med streckad linje dragna styrledningen EXT prf till styranordningen PRF. I detta fall kan styranordningen PRF innefatta en OCH-grind som på en ingång tar emot signalen från den externa prf-gene- ratorn via styrledningen EXT prf och på en andra ingång tar emot pulser som representerar nollgenomgång i mellanfrekvensoscillatorns utsignal.

Modulatorn och därmed magnetronen kommer därvid att startas vid den första nollgenomgången i den givna riktningen efter det att prf-signal erhållits från den externa generatorn._ _ Funktionen är den att i intervallet omedelbart före triggning av - magnetronen en liten del av den stabila lokaloscillatorns STALO utsignal matas till magnetronens hålrum. När magentronen triggas ligger således en^ liten mängd svängande energi av den stabila oscillatorns frekvens i mag- netronens hålrum. Denna frekvens kan enligt det föregående skrivas fsrnno =-funo _ fnro _ V där fMAG är magnetronens sändfrekvens, och f5TAL0 och fflpo är de båda stabila oscillatorernas STALO och MPO frekvenser.

Denna svängande energi, som har faskontinuitet från puls till puls *' _ eftersom den är avledd från en kontinuerligt arbetande stabil oscillator, inverkar på fasläget hos de egensvängningar som börjar att byggas upp i magnetronen vid triggning av densamma. När svängningarna nått en viss, relativt liten amplitud avbryts energitillförseln av nämnda oscillatorå frekvens f5TALo och istället matas blandningssignalen från blandaren B2 till magnetronens hålrum. En av blandningsprodukterna från blandarn B2 ar: fsrALo~+ fnfo = fnns- Till denna signal av frekvensen fMAG faslåses nu magnetronens svängningar som redan dessförinnan hade en medelst en extern signal styrd '460 805 6 fas. Även blandninsprodukten av frekvensen fMAG är faskontinuerlig från puls till puls, eftersom den är avledd från tvá kontinuerligt arbetande stabila oscillatorer. Genom faslásningen i två steg blir fasläget, sett över hela magnetronpulsen, mera konstant än om den skett i bara ett steg.

Förloppet áskådliggöres med hjälp av tidsdiagrammen i fig 2, där a) visar spänningen från modulatorn VC, som samtidigt är magnetronens ka- todspänning, som funktion av tiden t, b) visar katodströmmen IC som funktion av tiden, c) visar HF-spänningens envelop VHF, d v s den gene- rerade magnetronpulsen, fig 2d) visar den styrpuls V2 som matas till strömställaren SW2 och e) visar styrpulsen V1 som matas till ström- ställaren SH1. I fig 2d) anger nivån 0 att strömställaren SW2 intar läget u O, där den är bruten, och nivån 1 att strömställaren intar läget 1 där den är sluten. I fig 2e) anger nivån O att strömställaren SW1 är inställd i läget 0, där blandarens 82 utgàngssignal leds till magnetronens hálrum och nivån 1 att strömställarens SW1 är“inställd i läget 1, där lokal- oscillatorns STALO utsignal leds till magnetronen.

Vid tidpunkten t1 startar spänningspulsen VC, som av modulatorn MOD avges till magnetronens katod, och katodspänningen tilltar snabbt mot sitt slutvärde. Under tidsintervallet t1 till t2 sker en uppladdning av magnetronens inre kapacitanser. Vid tidpunkten tz strax innan katod- spänningen nätt sitt slutvärde, startar magnetronen och börjar alstra HF-svängningar. Vid tidpunkten to, som ligger före t1, ställes i det ' _ givna exemplet båda strömställarna SWZ och S911 in i läget 1. Detta inne- bär att i intervallet före triggning av magnetronen utsignalen från lokaloscillatorn STALO matas till magnetronens hálrum. vid tidpunkten t3 ställes sä strömställaren SW1 tillbaka till läget 0, vilket innebär att tillförseln av lokaloscillatorns utsignal till magnetronens hàlrum av- I bryts och att istället blandarens 82 utsignal matas till magnetronen. åh Tidpunkten t3 maste ligga efter tidpunkten tz då magnetronen startar. §¿ Tidpunkten t3 mäste vidare ligga före tidpunken tq då HF~svängningarna å nätt sin slutamplitud. I det givna exemplet ligger t3 mycket nära t2, år vilket är fördelaktigt för den faslasning som sker genom injicering av blandarens B2 utsignal i magnetronens hàlrum vid tidpunkten t3. Tidpunk~ j, ten to mäste ligga före tidpunkten tz och bör exempelvis inte inträffa ¿§ senare än tidpunkten t1. Vid tidpunkten t5 áterställs strömställaren SW2 lr till läget 0 och injicering av faslàsningssignal avbryts. Tidpunkten ts ligger efter den tidpunkt där magnetronpulsen upphör, vilket innebär att I f~-«,--~--~ -~-~- --- 7- --»--_-___..fflvr- _, -.........M....,\....._YV,-.., ... p. . Win/_v..__._..,..__.,,m--¿-,.,M,-v-<~~ 460 805 injicering av faslàsningssignal upprätthálles under hela magnetronpulsen.

AI figur 3 visas ett exempel på en koppling där frekvensskillnaden mellan utsänd frekvens och den frekvens som pàförs magnetronen i start- ögonblicket ej är densamma som mellanfrekvensen i systemet.

Liksom i första utföringsexemplet erhålles magnetronens sändfre- kvens genom att utsignalen från den stabila oscillatorn STALO i en bland- are B2 blandas med utsignalen från mellanfrekvensoscillatorn MPO.

Oscillatorn STALO är avstämd till skillnaden mellan magnetronens sändfrekvens och mellanfrekvensoscillatorns MPO frekvens och en bland- Aningsprodukt från B2 får då magnetronens sändfrekvens, vilken matas till magnetronen i läge O av strömställaren SW1. Detta sker strax innan magnetronpulsen nått sin slutamplitud. Den signal som pàföres magnetronen i startögonblicket fås i ekemplet enligt figur 3 från en blandare B3, där signalen från blandaren B2 blandas med en signal av lämplig frekvens avledd frán oscillatorn MPO via en frekvensdelare Fd¿v. Utsignalen fran- frekvensdelaren Fdiv får i det visade exemplet också styra styrenheten PRF. För att detta system skall fungera mäste fasskillnaden mellan signa- len från oscillatorn MPO och signalen fran frekvensdelaren Fdiv vara lika från puls till puls när modulatorn MOD triggas. Detta säkerställes enkelt om heltalsdelning används i frekvensdelaren Fdiv men andra del~ ningsfaktorer är också möjliga. Modulatorn kan dock ej triggas på valfri nollgenomgäng i utsignalen från frekvensdelaren Fdiv.

Istället för att lata injiceringen av faslasningssignal genom manövrering av strömställaren_SW2 ske pa tidsbasis medelst signal från modulatorn eller en styrenhet för denna kan omställningen av ström- ställaren SW alternativt ske med hjälp av en avkänd storhet, såsom 2 katodspänning, katodström eller HF»envelop. Faslàsning kan eventuellt Vocksà verkställas i fler än två steg eller med ett frekvenssvep under magntronpulsens framflank. Magnetronens sändfrekvens kan avvika nagot från den injicerade lássignalens slutfrekvens bara den haller sig inom den s.k. làsbandbredden räknat i förhållande till injiceringsfrekvensen. nen tillåtna avvikelsen mcfllarr 1njicennqsfrekvefraf: ord; mzzqnvfraïænvns nya: frekvens är normalt mindre än 1%. äïftf- m

Claims (7)

“4so eos 8 Patentxggv ß

1. Koherent radar innefattande en magnetron (MAC), en modulator (MOD) för att driva magnetronen för alstring och utsändning av HF~pulser, en stabil lokaloscillator (STALQ) för att genom blandning av lokaloscilla- torns utsignal och ekopulser förorsakade av de utsända pulserna alstra en mellanfrekvenssignal av en frekvens som motsvarar skillnaden mellan lo- kaloscillatorfrekvensen och de utsända pulsernas frekvens samt en oscil- lator arbetande gå mellanfrekvens (MPO), vars utsignal tillsammans med den genom blandningen erhållna mellanfrekvenssignalen leds till en fas- känslig detektor (Dl för att detektera ekopulserna och alstra en signal som bl a innehåller information om det inbördes fasläget mellan utsänd och mottagen HF-signal, varvid modulatorn (MOD) och mellanfrekvensoscil- latorn (MFO) är inbördes tidsstyrda pà sådant sätt att framflanken av mo- dulatorpulsen och därmed magnetronpulsen alltid uppträder i ett bestämt fasläge av mellanfrekvensoscillatorns utsignal, medan en fasstabil signal matas till magnetronens (MAG) avstämningshàlrum i ett intervall före triggning av magnetronen och under magnetronpulsens uppbyggnadsfas, d v s under magnetronpulsens frontflank, k ä n n e t e c k n a d av medel (SW1, SW2) för att ändra den nämnda fasstabila signalens frekvens mellan ett begynnelsevärde som råder när magnetronsvängningarna startar och ett slutvärde som näs innan magnetronsvängningarna natt full amplitud, varvid nämnda signal av slutfrekvens, vilken frekvens i huvudsak svarar mot mag- netronens (MAG) sändfrekvens, även upprätthálles under magnetronpulsen.

2. Koherent radar enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att frekvensändringen sker stegvis i minst ett steg genom påverkan av en omkopplingsanordning (SW1, Swz).

3. Koherent radar enligt patentkravet 2 vid frekvensändring i ett steg genom omkoppling mellan tvâ signaler av olika frekvenser, en första sig~ nal av en första frekvens, som tillföras innan magnetronen triggas och en andra signal av en andra frekvens eller slutfrekvensen till vilken omkop~ pling sker under magnetronpulsens frontflank, k ä n n e t e cik- n a s av att båda frekvenserna är avledda frán de redan förefintliga fasstabila osciallatorerna, d v s den stabila lokaloscillatorn (STALO) och mellanfrekvensoscillatorn (MFO). 1 460 i 805

4. Koherent radar enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att signalen av den andra frekvensen eller slutfrekvensen är alstrad av en blandare (B2), där lokaloscillatorns utsignal blandas med mellanfre- kvensoscillatorns (MPO) utsignal.

5. Koherent radar enligt patentkravet 3 eller 4, k ä n n e t e c k - n a d av att signalen av den första frekvensen är utsignalen från lokal- oscillatorn (STALO) själv, varigenom skillnaden mellan de båda frekven- serna som matas till magnetronens (MAC) avstämningshálrum under magne- tronpulsens frontflank blir lika med mellanfrekvenssignalens frekvens.

6. Koherent radar enligt patentkravet 3 eller 4, k ä n n e t e c k - n a d av att signalen av den första frekvensen är alstrad av en blandare (H3), där en från lokaloscillatorn (STALO) avledd signal blandas med en signal som är avledd från mellanfrekvensoscillatorn (MPO) via ett omvand- lingssteg (Fdiv), t ex en frekvensdelare, varigenom skillnaden mellan de båda frekvenser, som matas till magnetronens (MAG) avstämningshálrum under magnetronpulsens frontflank, avviker från mellanfrekvenssignalens frekvens.

7. Koherent radar enligt något av patentkraven 2-6, Åk ä n n e - t e c k n a d av att nämnda omkopplingsanordning är styrd från modulatorn (MOD) eller en styranordning (PRF) för denna, eventuellt via en tidsför- dröjning (DEL), så att dess aktivering står i given tidsrelation till magnetronens triggningstidpunkt.