NL1005755C2 - Inrichting voor het besturen van radaruitzendingen voor een stelsel van antennes op een beweegbaar platform. - Google Patents

Description

Inrichting voor het besturen van radaruitzendinaen voor een stelsel van antennes op een beweegbaar platform

De uitvinding betreft een besturingsinrichting ingericht 5 voor het besturen radaruitzendingen voor een stelsel van antennes met onderling verschillende broadside richtingen, welke op een beweegbaar platform zijn aangebracht.

De uitvinding betreft tevens een werkwijze voor het 10 toekennen van een radaruitzending, aangevraagd voor uitzending binnen een in de toekomst gelegen tijdvenster, aan een antenne uit een stelsel van antennes met onderling verschillende broadside richtingen, welke op een beweegbaar platform zijn aangebracht.

15

Besturingsinrichtingen van deze soort worden met name toegepast bij het besturen van radaruitzendingen voor stelsels van phased array antennevlakken, welke gezamenlijk een meervlaks phased array antennesysteem vormen. De 20 antennes kunnen zowel voor zend- als ontvangstdoeleinden geschikt zijn. De besturingsinrichting wordt doorgaans in hoofdzaak continu voorzien van door een eventueel externe verzoekgenerator gegenereerde verzoeken om binnen een zeker tijdvenster in de toekomst een radaruitzending te 25 verrichten.

Een voorbeeld van een besturingsinrichting van radaruitzendingen voor een meervlaks phased array radarsysteem is bekend uit de Europese octrooi aanvraag 30 EP-A-0.440.200. De hierin beschreven besturingsinrichting omvat een aantal track computers die, via een aantal PRT (Pulse Repetition Time) timing computers, verzoeken om zendpulsen genereren. Deze verzoeken worden aan een planningsinrichting toegevoerd, die de radaruitzendingen in 35 de tijd rangschikt en per radaruitzending een antennevlak 1005 7 5 5 2 toekent. De bekende besturingsinrichting heeft het nadeel dat deze niet meer voldoet indien het antennesysteem is geplaatst op een bewegend platform, bijvoorbeeld op een schip en een radaruitzending wordt aangevraagd voor 5 uitzending op een tijdstip of tijdvenster dat zodanig ver in de toekomst ligt dat de scheepsbewegingen een rol gaan spelen. In die tussentijd kan de zendrichting van de aangevraagde radaruitzending ten opzichte van een geselecteerd antennevlak in ongunstige zin zijn veranderd 10 door de rol-, stamp- en gierbewegingen van het schip, waardoor het beter is de aangevraagde radaruitzending aan een ander antennevlak toe te kennen dat een gunstiger positie heeft ten opzichte van de zendrichting van de radaruitzending.

15

De besturingsinrichting volgens de uitvinding heft het genoemde nadeel op en heeft daartoe het kenmerk, dat de besturingsinrichting is voorzien van hoekvoorspellingsmiddelen, ingericht voor het voorspellen 20 van een hoekpositie van een aan het beweegbare platform verbonden assenstelsel ten opzichte van een referentie assenstelsel.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe het 25 kenmerk, dat, bij de toekenning van de radaruitzending aan de antenne, gebruik gemaakt wordt van een voorspelde hoekpositie van een met het platform verbonden assenstelsel ten opzichte van een referentie assenstelsel.

30 Het referentie assenstelsel omvat bij voorkeur het in de scheepvaart gebruikelijke noordhorizontaal assenstelsel, waardoor de voorspelde hoekposities een eenduidige referentie hebben. Het aan het beweegbare platform verbonden assenstelsel kan zijn verbonden aan de 35 scheepsromp, maar ook aan ieder ander in hoofdzaak star aan 1005755 3 het schip verbonden object, zoals een der antennevlakken. Het vormt als zodanig een scheepsvast assenstelsel.

De hoekpositie van het scheepsvaste assenstelsel wordt bij 5 voorkeur voorspeld door een adaptief predictiefilter. De rol- stamp en gierbewegingen van een schip bezitten een begrensd frequentiespectrum, waardoor de bijbehorende hoekposities een zeker voorspelbaar karakter bezitten. Door het predictiefilter adaptief te maken, is het mogelijk om 10 bij een verandering van omstandigheden, zoals een andere zeegang, nog steeds een adequate voorspelling van de gewenste hoeken te genereren.

Voor het toewijzen van aan een antennevlak van de verzoeken 15 om radaruitzendingen kan de besturingseenheid worden voorzien van een antenneselector, die verbonden is met het predictiefilter. Een gunstige uitvoeringsvorm heeft daarbij het kenmerk dat de antenneselector is ingericht voor het toekennen van de antenne die, binnen het in de toekomst 20 gelegen tijdvenster, gedurende de langste tijdspanne de kleinste voorspelde off-broadside hoek met de zendrichting van de radaruitzending realiseert. Hiervan is het voordeel dat de antennegain dan maximaal is en het zijlusniveau laag blijft.

25

Een alternatieve uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de besturingsinrichting is ingericht voor het aan iedere zendantenne toewijzen van een sector waarbinnen deze radaruitzendingen mag verrichten en dat de antenneselector 30 is ingericht voor het selecteren van een zendantenne indien een zendrichting van de radaruitzending op het toekomstige tijdstip binnen de sector van deze zendantenne valt. De aan iedere zendantenne toegewezen sector sluit hierbij bij voorkeur nauw aan aan de sector van een naburige antenne, 35 zodat enerzijds geen twee antennes dezelfde radaruitzending 1005755 4 krijgen toegewezen en anderzijds een radaruitzending steeds mogelijk is. Door de sectorgrootte van een antenne te variëren kan men tevens de kans vergroten of verkleinen dat een uitzending aan deze antenne wordt toegewezen.

5

De besturingsinrichting en de werkwijze volgens de uitvinding zal nu verder worden verduidelijkt aan de hand van de bijgevoegde figuren, waarvan:

Fig. IA, 1B een meervlaks antennesysteem op een schip 10 voorstelt;

Fig. 2 een blokschema van een besturingsinrichting volgens de uitvinding voorstelt;

Fig. 3 in een grafiek de werking van de antennevlakselector weergeeft.

15

In de figuren IA en 1B is schematisch een viervlaks phased array antennesysteem weergegeven. Een phased array antennevlak kan bijvoorbeeld worden gevormd door een planaire array van stralingseleroenten, zoals dipolen, 20 sleuven, golfpijpstralers of patches. In het voorbeeld omvat ieder antennevlak een array van stralingselementen waarbij de fase van ieder afzonderlijk element instelbaar is. De vier antennevlakken 1, 2, 3 en 4 zijn geplaatst in een mast 5 op een schip 6 in een zogenaamde viervlaks 25 diamantconfiguratie. Andere configuraties met meer of minder antennevlakken zijn eveneens denkbaar. Figuur 1B geeft het antennesysteem in bovenaanzicht weer. De broadside richtingen, gelijk aan de normaal op het antennevlak, zijn voor de voorste twee antennevlakken 1 en 30 2 met een pijl NI en N2 weergegeven. Zij hebben alle een zekere elevatie ten opzichte van het scheepsdek. In het uitvoeringsvoorbeeld staan de projecties op het horizontale vlak van de broadside richtingen van twee aangrenzende antennevlakken althans nagenoeg loodrecht op elkaar, zodat 35 de antennevlakken gevieren de complete hemisfeer 1005759 5 bestrijken. Een radaruitzending roet zendrichting R ten opzichte van een noordhorizontaal assenstelsel E(x,y,z) is voor uitzending op een tijdstip t; of binnen een tijdvenster in de toekomst aangevraagd, bijvoorbeeld voor het volgen 5 van een doel 7. Bij de keuze van een antennevlak voor het uitvoeren van de radaruitzending dient rekening te worden gehouden roet de off-broadside hoek, zijnde de hoek tussen de zendrichting ten opzichte van het antennevlak met de broadside richting van het antennevlak. Naarmate deze hoek 10 groter wordt neemt de antennegain bij gebruikelijke phased array antennes af en neemt het zijlusniveau toe. In de praktijk wordt de toepasbare off-broadside hoek begrensd op ongeveer 70 graden. In de aangegeven configuratie hebben twee naburige antennevlakken dus een overlap van ongeveer 15 50 graden, waarin beide antennes gekozen kunnen worden. Teneinde de off-broadside hoek te minimaliseren, kan de hemisfeer worden ingedeeld in vier gelijke sectoren SI t/ro S4, waarbij ieder antennevlak een sector voor zijn rekening neemt. De sectoren van antennevlakken 1 en 2 worden in de 20 figuur van elkaar gescheiden door het bisectricevlak V, omvattende de richtingen waarvan de off-broadside hoeken ten opzichte van antennevlakken 1 en 2 gelijk zijn.

Indien gewenst, bijvoorbeeld als de antennebelading van een 25 antenne te hoog is, kan een toegewezen sector voor dat antennevlak worden verkleind en de naburige sector navenant worden vergroot.

In de aangegeven situatie heeft het schip een zekere 30 rolstand φ ten opzichte van de verticaal gerichte z-as van het noordhorizontale referentie assenstelsel E. In deze stand kan het beste antennevlak 1 worden geselecteerd voor de aangegeven zendrichting. Op het tijdstip tj in de toekomst kan het schip echter naar rechts zijn teruggerold, 35 waardoor de gewenste zendrichting ten opzichte van het 1005 7 55 6 schip aan de andere zijde van het bisectricevlak V kan komen te liggen. Op die gronden kan beter antennevlak 2 worden geselecteerd.

5 Door de scheepshoek te voorspellen, kan nu een adequate keuze van een antennevlak worden gemaakt. Op analoge wijze zijn gier- en stampbeweging eveneens van invloed op de keuze aan welke antennevlak een toekomstige radaruitzending toegewezen moet worden.

10

In figuur 2 is een blokschema van een uitvoeringsvorm van de besturingsinrichting volgens de uitvinding weergegeven. De besturingsinrichting 8 wordt bij voorkeur uitgevoerd als besturingscomputer, voorzien van algoritmes die de gewenste 15 functies uitvoeren. De vier antennevlakken uit figuur IA en 1B zijn in figuur 2 overeenkomstig genummerd. De besturingsinrichting 8 omvat een antennevlak selector 9, per antennevlak een planningseenheid 10, 11, 12, 13 en een scheepshoek voorspeller 14. Elk antennevlak wordt 20 aangestuurd door een stuureenheid 15, 16, 17, 18 omvattende een beam scan computer en een RF generator. De besturingsinrichting wordt aangestuurd door een verzoek generator 19, welke verzoeken voor radaruitzendingen genereert. De verzoek generator kan bijvoorbeeld een track 25 computer omvatten. Tevens wordt de besturingsinrichting voorzien van informatie betreffende de toekomstige scheepshoeken ten opzichte van het noordhorizontaal E(x,y,z) of ander referentie assenstelsel vanuit de voorspeller 14.

30

De werking van de besturingsinrichting is als volgt. De verzoek generator 19 genereert, bijvoorbeeld op verzoek van een gebruiker of op basis van eerdere metingen verricht door het meervlaks antennesysteem, een zogenaamd dweil 35 verzoek 20, zijnde een verzoek om binnen een bepaald 10 0 5 7 5 5 7 tijdvenster in de toekomst een radaruitzending, ook wel dweil genaamd, in een bepaalde richting ten opzichte van het referentie assenstelsel te verrichten. Daarbij worden de noodzakelijke dwellparameters meegegeven, zoals de 5 richting waaronder uitgezonden moet worden, het tijdvenster en de zendfrequentie, pulslengte, etcetera. Het verzoek wordt gerouteerd naar de antennevlak selector 9. Deze ontvangt de voorspelde scheepshoeken 21 van predictiefilter 14. Het predictiefilter 14 voorspelt de scheepshoeken op 10 verschillende tijdstippen in de toekomst en maakt daarbij gebruik van gemeten scheepshoeken 22. De voorspelde scheepshoeken worden steeds opgeslagen in een niet aangegeven cyclisch geheugen. De voorspelde scheepshoeken worden door de selector 9 of door het predictiefilter 14 15 omgerekend in voorspelde broadside richtingen van alle vier de antennevlakken ten opzichte van het referentie assenstelsel. Daarbij wordt gebruik gemaakt van informatie over de positie van ieder antennevlak ten opzichte van het schip. Daarna worden de voorspelde off-broadside hoeken 20 voor iedere antennevlak berekend. De antennevlakselector 9 selecteert een antennevlak 1, 2, 3 of 4 op basis van de gewenste richting van de dweil 20 en de voorspelde off-broadside hoeken binnen het toekomstige tijdsinterval.

25 Vervolgens wordt de dweil gerouteerd naar een planningseenheid 10, 11, 12 of 13 behorende bij het geselecteerde antennevlak. De planningseenheid draagt ervoor zorg dat de dweil op het gewenste tijdstip t: of binnen het gewenste tijdvenster wordt uitgezonden. De 30 planningseenheid kan hierbij eventueel voorrang verlenen aan dwells met een hogere prioriteit dan die van andere geplande dwells voor het betreffende antennevlak. Als een dweil uitgezonden gaat worden dan wordt een stuureenheid 15, 16, 17 of 18 geactiveerd. Iedere stuureenheid omvat een 35 RF generator en een beam scan computer. De beam scan 100 5 7 55 δ computer draagt ervoor zorg dat de radaruitzending in de gewenste richting plaatsvindt door de fases van de stralingselementen op de juiste wijze in te stellen, daarbij rekening houdend met de momentane scheepshoeken. Na 5 een radaruitzending kan een luistertijd volgen. De in deze luistertijd ontvangen radarecho’s worden vervolgens afgevoerd naar een ontvanger 23 en vervolgens naar een digitale processor, waarin plot-extractie en doppler processing kunnen plaatsvinden. De betreffende gegevens 10 kunnen eventueel weer worden doorgestuurd naar een track computer of verzoek generator 19.

Eventueel kan worden voorzien in een sector toewijzer 24, die elk antennevlak een sector toewijst, bij voorbeeld op 15 basis van de beladingsgraad van ieder antennevlak. De sector toewijzer 24 wordt daartoe aangestuurd door de verzoek generator 19.

Het predictiefilter 14 kan ieder type uit de 20 signaalverwerking bekend predictiefilter omvatten, zoals een extrapolator of een adaptief Wiener filter. Bij voorkeur bezit het filter een adaptief ofwel lerend karakter door de filterparameters aan te passen indien de zeegang, en daarmee het scheepshoekspectrum, een ander 25 karakter gaat vertonen. Het aanpassen of adapteren van het predictiefilter kan bijvoorbeeld geschieden op basis van geconstateerde predictiefouten. Het filter kan bijvoorbeeld op gezette tijden of continu, een identificatie van het frequentiespectrum van de zeegang uitvoeren en met aldus 30 geïdentificeerde filterparameters het filter instellen.

In figuur 3 is in een grafiek de werking van de antennevlakselector 9 weergegeven. Op de horizontale as 25 is de tijd t aangegeven en een tijdvenster T in de toekomst 35 waarbinnen een aangevraagde dweil uitgezonden moet worden.

1005755 9

Op de verticale as 26 is voor de twee naburige antenneplaten 1 en 2 uit figuur IA en 1B het verloop van voorspelde off-broadsid3 hoeken ψ weergegeven, althans binnen het van belang zijnde tijdvenster T. De situatie is 5 weergegeven voor het geval dat een radaruitzending wordt aangevraagd in een richting die in de buurt van het bisectricevlak V van de naburige antenneplaten 1 en 2 ligt. De lijn 27 geeft het verloop van de voorspelde off-broadside hoek voor antennevlak 1 weer en de lijn 28 die 10 voor antennevlak 2. In het eerste tijdsinterval van tijdstip t0 tot tijdstip t, heeft antennevlak 1 de kleinste off-broadside hoek en in het tweede tijdsinterval vanaf tijdstip tot tijdstip t2 antennevlak 2. Het is aan de antennevlakselector echter niet bekend op welk tijdstip 15 binnen het tijdvenster de dweil uitgezonden gaat worden.

Het werkelijke tijdstip van uitzending wordt door de planningseenheid bepaald. De antennevlakselector kiest nu het antennevlak dat gedurende de langste tijd de kleinste off-broadside hoek realiseert, in het aangegeven geval dus 20 antennevlak 1, daar het eerste tijdsinterval groter is dan het tweede tijdsinterval. Op deze wijze is de kans het grootst dat de off-broadside hoek bij daadwerkelijke uitzending minimaal is, uitgaande van een uniforme kansverdeling voor uitzending over het tijdvenster T.

25

In het ultieme geval dat het tijdvenster T behorende bij de aangevraagde dweil een lengte nul heeft, dan gaat het tijdvenster over in een vast tijdstip t0=t,=t2 in de toekomst waarop de broadside hoeken van de verschillende 30 antennevlakken vergeleken worden.

In het uitvoeringsvoorbeeld is uitgegaan van plaatsing op een schip. De besturingsinrichting kan echter worden toegepast op elk ander type beweegbaar platform, waarbij 35 het frequentiespectrum van de hoekbewegingen begrensd is.

1005755

Claims (12)

1. Inrichting voor het besturen van radaruitzendingen voor een stelsel van antennes net 5 onderling verschillende broadside richtingen, welke op een beweegbaar platform zijn aangebracht, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van hoekvoorspellingsmiddelen, ingericht voor het voorspellen van een hoekpositie van een aan het beweegbare platform verbonden assenstelsel ten 10 opzichte van een referentie assenstelsel.

2. Inrichting volgens conclusie 1, voorzien van een antenneselector voor het toekennen van een radaruitzending, welke is aangevraagd voor uitzending 15 binnen een in de toekomst gelegen tijdvenster, aan een antenne, met het kenmerk, dat de antenneselector is verbonden met de hoekvoorspellingsmiddelen.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het 20 kenmerk, dat deze verder is ingericht voor het berekenen van voorspelde off-broadside hoeken van een zendrichting van de radaruitzending ten opzichte van de antennes binnen het in de toekomst gelegen tijdvenster.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de antenneselector is ingericht voor het toekennen van de antenne die, binnen het in de toekomst gelegen tijdvenster, gedurende de langste tijdspanne de kleinste voorspelde off-broadside hoek met de zendrichting 30 van de radaruitzending realiseert.

5. Inrichting volgens een der bovenstaande conclusies, met het kenmerk, dat deze verder per antenne is voorzien van een planningsinrichting, ingericht voor het 1005755 » inplannen van aan de desbetreffende antenne toegekende radaruitzendingen.

6. Meervlaks phased array antennesysteem voorzien 5 van een inrichting volgens één der conclusies 1 t/xn 5.

7. Werkwijze voor het toekennen van een radaruitzending, aangevraagd voor uitzending binnen een in de toekomst gelegen tijdvenster, aan een antenne uit een 10 stelsel van antennes met onderling verschillende broadside richtingen, welke op een beweegbaar platform zijn aangebracht, met het kenmerk, dat hierbij gebruik gemaakt wordt van een voorspelde hoekpositie van een met het platform verbonden assenstelsel ten opzichte van een 15 referentie assenstelsel.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de hoekpositie van het met het platform verbonden assenstelsel wordt voorspeld met behulp van een adaptief 20 predictiefilter.

9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de radaruitzending aan een antenne wordt toegekend indien een uitzendrichting van de radaruitzending 25 binnen het in de toekomst gelegen tijdvenster gedurende de langste tijd de kleinste voorspelde off-broadside hoek met deze antenne realiseert.

10. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, met het 30 kenmerk, dat aan iedere antenne een sector wordt toegekend en dat de radaruitzending aan een antenne wordt toegekend indien de overeenkomende zendrichting binnen de aan deze antenne toegekende sector valt. 1005 7 55

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de aan een antenne toegekende sector wordt gevarieerd op basis van een beladingsgraad van de antenne.

12. Computersysteem voorzien van een algoritme dat in de gebruikstoestand de werkwijze volgens één der conclusies 7 t/m 11 uitvoert. 1005755