NL1006980C2 - Antennesysteem. - Google Patents

Description

Antennesysteem

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het plannen van radaruitzendingen voor een phased array 5 antennesysteem met tenminste twee antenneplaten, waarbij elke antenneplaat na een radaruitzending bij die radar-uitzending behorende echo's van mogelijke doelen ontvangt en waarbij uitgaande van een lijst van gewenste radaruitzendingen voor althans in hoofdzaak elke radaruitzending 10 een antenneplaat en een startmoment voor die radaruitzending wordt bepaald.

Phased array antennesystemen als zodanig zijn bekend. Ze worden bijvoorbeeld aan boord van schepen gebruikt en 15 kunnen daar een groot aantal taken verrichten waarvoor tot voor kort een aantal verschillende vuurleiding- en rondzoek radarsystemen nodig waren.

Bij meerplaats phased array antennesystemen gaat men er bij 20 voorkeur van uit dat radaruitzendingen voor de verschillende antenneplaten onafhankelijk van elkaar kunnen worden gepland. Meer in het bijzonder gaat men er van uit dat één antenneplaat kan zenden terwijl een andere antenneplaat op dat moment kan ontvangen, met andere woorden, dat de 25 isolatie tussen de verschillende antenneplaten voldoende is. In zijn algemeenheid is dat waar: men kan de antenneplaten met zodanig lage zijlussen ontwerpen dat de isolatie voor elke combinatie van bundelstanden voldoende is.

30 Is het phased array antennesysteem eenmaal aan boord van een schip geplaatst, dan kan de situatie veranderen. Als er een groot object, bijvoorbeeld een veerboot, door twee verschillende antenneplaten gelijktijdig wordt aangestraald, wat kan, omdat er doorgaans sprake is van 35 enige overlap voor bundels afkomstig van twee aangrenzende 1 0 0 6 9 80 2 antenneplaten, dan is eenvoudig na te gaan dat gelijktijdig zenden en ontvangen ónmogelijk is. Ook voor minder sterke reflectors kan dit probleem optreden. In eerste instantie is het probleem eenvoudig op te lossen door uitzendingen 5 voor aangrenzende antenneplaten zo te plannen dat de bundels niet parallel of nagenoeg parallel verlopen en door voor de uitzendingen voor aangrenzende antenneplaten een vooraf bepaald frequentieverschil te eisen. Ondanks deze maatregelen blijkt het toch nog mogelijk te zijn dat via de 10 zijlussen van de antenneplaten en via een sterke reflector in de nabijheid van het antennesysteem overspraak ontstaat tussen de antenneplaten.

Een triviale oplossing van het probleem is dat men steeds 15 maar één antenneplaat tegelijk gebruikt. Hierdoor wordt het aantal taken dat het antennesysteem kan uitvoeren dusdanig gereduceerd dat het concept niet langer levensvatbaar geacht moet worden.

20 De onderhavige uitvinding lost het probleem op zonder dat de performance van het antennesysteem noemenswaardig wordt aangetast en heeft als kenmerk, dat het plannen zodanig plaats vindt dat de antenneplaten althans in hoofdzaak gelijktijdig worden gebruikt en dat wordt voorkomen dat een 25 antenneplaat uitzendt op een moment dat een andere antenneplaat echo's van mogelijke doelen wenst te ontvangen.

Een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding gaat er van uit dat de prioriteiten van uitzendingen verschillen en dat 30 hiervan ten tijde van overspraak of dreigende overspraak gebruik kan worden gemaakt. Ze heeft daartoe als kenmerk, dat een antenneplaat tijdens een radaruitzending met een hoge prioriteit een radaruitzending met een lagere prioriteit van een naburige antenneplaat kan onderbreken op 35 een moment dat echo's van mogelijke doelen worden verwacht.

1006980 3

Overspraak of dreigende overspraak kan bijvoorbeeld worden vastgesteld met behulp van een correlator, zoals beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage 1006812, welke octrooiaanvrage hiermee onder verwijzing wordt ingevoegd.

5

Een gunstige uitvoeringsvorm van de inventieve werkwijze, waarbij het binnen de werkwijze niet nodig is de posities van mogelijke doelen te kennen, heeft als kenmerk, dat radaruitzendingen voor de verschillende antenneplaten 10 althans in hoofdzaak onderling gesynchroniseerd plaats vinden.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de inventieve werkwijze, waarbij steeds een maximale beschikbare luister-15 tijd wordt verkregen, heeft als kenmerk, dat radaruitzendingen voor de verschillende antenneplaten zodanig worden gepland dat de radaruitzendingen althans in hoofdzaak gelijktijdig eindigen.

20 Een nog verdere gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze berust op de observatie dat een gewenste radaruitzending een zekere mate van flexibiliteit kent. Het is niet altijd nodig een pulsherhalingsfrequentie, de PRF, nauwkeurig te kiezen, vaak is het voldoende te eisen dat een PRF in een 25 bepaald frequentie-interval ligt. Soms is er zelfs sprake van een aantal frequentie-intervallen dat geschikt is. Hetzelfde geldt voor de radarzendfrequentie, de RF. Weliswaar wordt de RF vaak gekozen afhankelijk van de PRF, in verband met Doppler processing, maar vaak geldt dat 30 slechts een beperkt aantal waarden ongeschikt zijn. Ook het tijdstip waarop een uitzending moet plaatsvinden ligt doorgaans niet helemaal vast, al is er in het algemeen wel een expiratietijd, een tijdstip waarvóór de uitzending moet zijn afgerond. Deze inventieve uitvoeringsvorm van de 35 uitvinding heeft daarom als kenmerk, dat elke gewenste 1 0 06 9 80 4 radaruitzending wordt gerepresenteerd door een realisatie-ruimte die althans in hoofdzaak alle acceptabele realisaties van de uitzending bevat. Daarbij zijn een prioriteit van de uitzending en een expiratietijd eenduidig 5 bepaald en zijn er een groot aantal mogelijke PRF, RF paren beschikbaar.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat per antenneplaat uit de lijst met gewenste 10 radaruitzendingen een groep voor die antenneplaat bestemde gewenste radaruitzendingen op basis van hun prioriteit wordt gekozen en dat per groep de realisaties van de gewenste radaruitzendingen dusdanig in de tijd worden geordend dat althans in hoofdzaak op elk moment voor alle 15 antenneplaten de gewenste radaruitzendingen kunnen worden gerealiseerd met een overeenkomstige PRF.

Vaak komt het voor dat een gewenste radaruitzending door meer dan één antenneplaat kan worden gerealiseerd, 20 bijvoorbeeld omdat het bereik in azimuth van twee naburige antenneplaten overlap vertoont. Meestal is één realisatie van de gewenste radaruitzending duidelijk beter, maar soms zijn beide realisaties acceptabel. Een nog verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding maakt hiervan gebruik en 25 heeft als kenmerk, dat als een groep een radaruitzending bevat die eveneens door een andere antenneplaat kan worden gerealiseerd, deze radaruitzending naar de bij die antenneplaat behorende groep wordt verplaatst en weer per groep de realisaties van de gewenste radaruitzendingen 30 dusdanig in de tijd worden geordend dat althans in hoofdzaak op elk moment voor alle antenneplaten de gewenste radaruitzendingen kunnen worden gerealiseerd met een overeenkomstige PRF.

1 0 0 6 9 80 5

Doorgaans zullen er op deze wijze een aantal mogelijke ordeningen worden gegenereerd, die in feite allemaal werken. Een verdere gunstige uitvoeringsvorm heeft als kenmerk, dat bij verschillende mogelijke ordeningen steeds 5 een optimale ordening met een meest optimale benutting van alle antenneplaten wordt geselecteerd.

Zijn eenmaal alle gewenste radaruitzendingen in op deze wijze geordende groepen ondergebracht, dan worden de 10 geordende groepen in een buffergeheugen geschreven voor verdere verwerking.

Een probleem bij het ordenen van de groepen is dat daarvoor geen goede strategie beschikbaar is. Daardoor wordt 15 feitelijk nooit een in absolute zin optimale ordening gevonden. Veel meer is het zo dat de ordening optimaler wordt naarmate langer wordt doorgezocht. Een nog verdere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat het genereren van mogelijke ordeningen wordt 20 gestaakt als het buffergeheugen althans nagenoeg leeg is en dat een meest optimale ordening uit de dan beschikbare ordeningen wordt geselecteerd.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand 25 van de volgende figuren, waarbij:

Fig. 1 schematisch een vierplaats phased array antenne-systeem weergeeft;

Fig. 2 schematisch een stuureenheid voor een vierplaats phased array antennesysteem weergeeft; 30 Fig. 3 schematisch een alternatieve stuureenheid voor een vierplaats phased array antennesysteem weergeeft.

Fig. 1 toont schematisch een phased array antennesysteem met vier antenneplaten 1, 2, 3, 4 dat bijvoorbeeld op een 35 schip kunnen worden gemonteerd en dat een 360 graden 1 0 06 9 80 6 coverage in azimuth verzorgt. Antenneplaten 1, 2, 3, 4 ontvangen elk inputsignalen en stuursignalen van een stuureenheid 5 en geven elk ontvangen echosignalen voor verdere verwerking door aan een ontvangeenheid 6.

5

Antenneplaten 1, 2, 3, 4 kunnen actief of passief zijn. Actieve antenneplaten worden gevormd door een array van actieve T/R modules, elk voorzien van een RF power amplifier voor de zendfunctie, een LNTA voor de 10 ontvangfunctie en een instelbare fase-shifter. Passieve antenneplaten worden gevormd door een array van passieve T/R modules, die doorgaans uitsluitend van een instelbare fase-shifter voorzien zijn.

15 Stuureenheid 5 geeft ook stuursignalen af aan ontvangeenheid 6, zodanig dat ontvangeenheid 6 steeds weet wanneer een antenneplaat met een bepaald type uitzending aanvangt.

Fig. 2 geeft schematisch een stuureenheid 5 van een vier-20 plaats phased array antennesysteem weer. Stuureenheid 5 omvat vier antenneplaatsturingen 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, die elk één antenneplaat 1, 2, 3, 4 aansturen. De aansturing zelf omvat een eerste verbinding via welke een richting in azimuth en elevatie voor de desbetreffende antenneplaat 25 wordt doorgegeven en een tweede verbinding via welke een enkele RF puls of een burst van RF pulsen wordt doorgegeven. Stuurcommando's voor de antenneplaatsturingen 7.i worden opeenvolgend uit een buffergeheugen 8 gehaald, steeds als alle antenneplaatsturingen klaar zijn met een 30 voorgaande uitzending.

Volgens de uitvinding wordt door alle antenneplaatsturingen steeds dezelfde PRF gehanteerd. Dit betekent feitelijk dat de stuurcommando's geordend in buffergeheugen 8 aanwezig 35 dienen te zijn, zodanig dat de vier stuurcommando's die 1 0 0 6 9 80 7 gelijktijdig voor de vier antenneplaten uit buffergeheugen 8 worden gehaald inderdaad eenzelfde PRF hebben. De antenneplaatsturingen zijn verder zo ingericht dat de eindpunten van de per antenneplaat uitgezonden RF pulsen 5 steeds samenvallen, bijvoorbeeld door dit gemeenschappelijke eindpunt als referentiepunt te nemen en vervolgens uit te zenden pulsen vanaf dit eindpunt te timen. Het voordeel is dat steeds voor elke antenneplaat de volledige luistertijd beschikbaar is.

10

De in buffergeheugen 8 opgeslagen naar PRF geordende stuurcommando's worden op die wijze sequentieel door de antenneplaatsturingen 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 verwerkt. Het vullen van buffergeheugen 8 gebeurt daarentegen 15 groepsgewijze vanuit een sorteergeheugen 9, waarin de uitzendingen worden gesorteerd naar PRF, of meer precies, naar overeenkomstige PRF realisaties. Sorteergeheugen 9 op zijn beurt wordt gevuld vanuit een inputgeheugen 10, waarin de gebruiker van het phased array antennesysteem door hem 20 gewenste radaruitzendingen schrijft.

Volgens de uitvinding wordt een gewenste radaruitzending gekarakteriseerd door een prioriteit, een expiratietijd waarvóór de uitzending moet plaatsvinden, een richting in 25 azimuth en elevatie, een type uitzending en tenminste één antenneplaat die de uitzending kan realiseren. Het type uitzending definieert op zijn beurt tenminste één PRF range waarbinnen de PRF dient te worden gerealiseerd, een bijbehorende RF range, een pulslengte en een aantal uit te 30 zenden pulsen. Om het sorteerprobleem te vereenvoudigen is er een keuze mogelijk uit een aantal standaarduitzendingen, bijvoorbeeld: - 1 puls, 3, 10 of 100 microseconden - 3 pulsen, 3, 10 of 100 microseconden, PRF 1.8-2.2 Khz 35 - 16 pulsen, 3, 10 of 100 microseconden, PRF 4.5-5.5 Khz 1006980 8 - 32 pulsen, 3, 10 of 100 microseconden, PRF 9-11 Khz.

Naast de PRF wordt door de gebruiker per uitzending een RF gespecificeerd op een op zich bekende wijze, om blinde 5 snelheden te vermijden of meer in het algemeen om een goede Doppler processing mogelijk te maken. De RF speelt bij het sorteerproces geen rol; wel is het zo dat als eenmaal een bepaalde PRF realisatie is gekozen, de RF aan de hand van die keuze wordt bepaald.

10

Bij de start van het sorteerproces wordt een groep gewenste uitzendingen uit het inputgeheugen 10 geselecteerd en in het sorteergeheugen 9 geschreven, bij voorkeur per antenneplaat een vergelijkbaar aantal. De groep wordt 15 geselecteerd op basis van de prioriteit van de gewenste uitzendingen en op hun expiratietijd. Er wordt naar gestreefd om uitzendingen vanaf een bepaalde prioriteit in elk geval tijdig te verwerken. Vanaf welke prioriteit dit het geval is wordt bepaald aan de hand van de momentane 20 drukte. De gewenste uitzendingen kunnen al per antenneplaat gerangschikt in inputgeheugen 10 aanwezig zijn of ze kunnen tijdens het transport van inputgeheugen 10 naar sorteergeheugen 9 per antenneplaat worden gerangschikt. Het resultaat is dat aan het begin van het sorteerproces de 25 groep in de vorm van vier subgroepen, één per antenneplaat in geheugens 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 beschikbaar is.

Bij het sorteerproces wordt uitgegaan van een bepaalde, bijvoorbeeld willekeurig gekozen ordening in bijvoorbeeld 30 geheugen 9.1 en worden op een op zich voor de hand liggende wijze de gewenste uitzendingen in de overige geheugens 9.i daarbij gezocht, waarbij steeds wordt geprobeerd PRF realisaties te vinden zodanig dat de vier antenneplaten met dezelfde PRF uitzenden of desnoods niet uitzenden. Er wordt 35 natuurlijk naar gestreefd een situatie te bereiken waarin 10 06980 9 vrijwel op elk moment alle antenneplaten actief kunnen zijn. Op het eind van het sorteerproces is er sprake van een bepaalde ordening in sorteergeheugen 9. Er kan dan eenvoudig worden bepaald wat de benuttingsgraad is van alle 5 antenneplaten.

Vervolgens worden, als de tijd het toelaat, de gewenste uitzendingen in geheugen 9.1 onderling verwisseld, bijvoorbeeld op een willekeurige manier, en wordt het 10 sorteerproces opnieuw uitgevoerd. Dit kan resulteren in een meer optimale ordening met een grotere benuttingsgraad. Dit proces kan een aantal malen worden herhaald, waarbij steeds de meest optimale ordening wordt onthouden.

15 Sommige gewenste uitzendingen kunnen via meer dan één antenneplaat worden gerealiseerd. Het kan dan voordelig zijn een dergelijke uitzending van bijvoorbeeld geheugen 9.i naar geheugen 9.j te verplaatsen en het sorteerproces opnieuw een aantal malen op de boven beschreven wijze uit 20 te voeren. Dit kan resulteren in een meer optimale ordening.

Door steeds de meest optimale ordening te onthouden is er op het moment dat buffergeheugen 8 leeg dreigt te raken 25 steeds een optimale ordening van realisaties van gewenste uitzendingen voorhanden. Deze realisaties vormen de nieuwe set stuurcommando's waarmee buffergeheugen 8 wordt aangevuld. Sorteergeheugen 9 wordt gevuld met een nieuwe groep gewenste uitzendingen en het sorteerproces kan worden 30 hervat.

Ten behoeve van Doppler processing is er soms sprake van een gewenste radaruitzending die bestaat uit een aantal pulsbursts die elk een enigszins verschillende, kleine PRF 35 range hebben. Bovendien moeten de bursts elkaar direct 1006980 10 opvolgen. Het hierboven beschreven sorteerproces blijft in dat geval onverkort toepasbaar, waarbij wel de bij elkaar behorende bursts bij het veranderen van een ordening onderling gekoppeld moeten blijven.

5

Fig. 3 geeft schematisch een alternatieve stuureenheid 5 van een phased array antennesysteem weer. Stuureenheid 5 omvat weer een inputgeheugen 10, waarin de gebruiker van het phased array antennesysteem per antenneplaat de door 10 hem gewenste radaruitzendingen schrijft. Elke radaruit-zending wordt gekarakteriseerd door een prioriteit, een richting in azimuth en elevatie en een type uitzending. Het type uitzending definieert op zijn beurt één PRF, één RF, een pulslengte en een aantal uit te zenden pulsen. Verder 15 kan een timegate worden gedefinieerd, een interval in de tijd, gemeten vanaf het einde van een bijbehorende radarzendpuls, waarin een radarecho wordt verwacht. Dit is vooral van belang bij een radaruitzending horende bij een trackproces waarvan het globaal bekend is waar een doel 20 zich bevindt.

Stuureenheid 5 is verder voorzien van een buffergeheugen 8, dat vanuit inputgeheugen 10 wordt gevuld op basis van de prioriteit van gewenste uitzendingen. Buffergeheugen 8 is 25 verdeeld in de subbuffers 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 welke ieder één antenneplaatsturing 7.i sturen. Volgens de uitvinding is subbuffer 8.1 tevens voorzien van een vergelijk-schakeling 11.1, die, althans voor radaruitzendingen waarvoor een timegate is gespecificeerd, de prioriteit van 30 de radaruitzending vergelijkt met de prioriteiten van de radaruitzendingen op de aangrenzende antenneplaten. Als de prioriteit van de radaruitzending groter is dan de prioriteit van een radaruitzending van een aangrenzende antenneplaat, dan wordt de radaruitzending van die 1 0 0 6 9 8 0 11 aangrenzende antenneplaat geblankt gedurende de timegate met behulp van blankingsignalen 12.1 en 13.1.

Geheel analoog zijn subbuffers 8.2, 8.3, 8.4 eveneens voorzien van vergelijkschakelingen 11.2, 11.3, 11.4, die op 5 hun beurt radaruitzendingen bij hun buren kunnen blanken.

De hier beschreven uitvoeringsvorm is vooral nuttig als het phased array antennesysteem zowel lange pulsen als ook korte pulsen uitzendt, waarbij dan de lange pulsen 10 doorgaans voor zoekuitzendingen worden gebruikt en de korte pulsen voor trackuitzendingen. Door een trackuitzending een hogere prioriteit te geven dan een zoekuitzending kan men dan bewerkstelligen dat echo's horende bij een trackuitzending overspraakvrij worden ontvangen, terwijl een korte 15 onderbreking van een lange zoekuitzending nauwelijks een negatief effect heeft.

1 0 06 9 80

Claims (10)

1. Werkwijze voor het plannen van radaruitzendingen voor een phased array antennesysteem voorzien van tenminste twee 5 antenneplaten, waarbij elke antenneplaat na een radar-uitzending bij die radaruitzending behorende echo's van mogelijke doelen ontvangt en waarbij uitgaande van een lijst van gewenste radaruitzendingen voor althans in hoofdzaak elke gewenste radaruitzending een antenneplaat en 10 een startmoment voor die radaruitzending wordt bepaald, met het kenmerk, dat het plannen zodanig plaatsvindt dat de antenneplaten althans in hoofdzaak gelijktijdig worden gebruikt en dat wordt voorkomen dat een antenneplaat uitzendt op een moment dat een andere antenneplaat echo's 15 van mogelijke doelen wenst te ontvangen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een antenneplaat tijdens een radaruitzending met een hoge prioriteit een radaruitzending met een lagere prioriteit 20 van een naburige antenneplaat kan onderbreken op een moment dat echo's van mogelijke doelen worden verwacht.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat radaruitzendingen voor de verschillende antenneplaten 25 althans in hoofdzaak onderling gesynchroniseerd plaats vinden.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat radaruitzendingen voor verschillende antenneplaten zodanig 30 worden gepland dat de radaruitzendingen althans in hoofdzaak gelijktijdig eindigen.

5. Werkwijze volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat elke gewenste radaruitzending wordt gerepresenteerd 35 door een realisatieruimte die althans in hoofdzaak alle acceptabele realisaties van die uitzending omvat. 1 0 0 6 9 80 ï

6. Werkwijze volgens conclusie 5, roet het kenmerk, dat per antenneplaat uit de lijst met gewenste radaruitzendingen een groep voor die antenneplaat bestemde gewenste radar-uitzending op basis van hun prioriteit wordt gekozen en dat 5 per groep de realisaties van de gewenste radaruitzendingen dusdanig in de tijd worden geordend dat althans in hoofdzaak op elk moment voor alle antenneplaten de gewenste radaruitzendingen kunnen worden gerealiseerd met een overeenkomstige PRF. 10

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat als een groep een radaruitzending bevat die eveneens door een andere antenneplaat kan worden gerealiseerd, deze radaruitzending naar de bij die andere antenneplaat behorende 15 groep wordt verplaatst en weer per groep de realisaties van de gewenste radaruitzendingen dusdanig in de tijd worden geordend dat althans in hoofdzaak op elk moment voor alle antenneplaten de gewenste radaruitzendingen kunnen worden gerealiseerd met een overeenkomstige PRF. 20

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat bij verschillende mogelijke ordeningen steeds de ordening met een meest optimale benutting van alle antenneplaten wordt geselecteerd. 25

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de geordende groepen in een daarvoor bestemd buffergeheugen worden geschreven voor verdere verwerking.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het genereren van mogelijke ordeningen wordt gestaakt als het buffergeheugen althans nagenoeg leeg is en dat een meest optimale ordening uit de dan beschikbare ordeningen wordt geselecteerd. 1 0 0 6 9 80