DE2749675C1 - Elektronische Gegenmaßnahmeeinrichtung in von Orthogonalpolarisationsstörern störbaren Zielverfolgungsradaranordnungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Gegenmaßnahme­ einrichtung in Zielverfolgungsradaranordnungen (ECCM) gegen Störer, von denen aus zum Zielverfolgungsradar hin elektromagne­ tische Felder ausgesandt werden, deren Polarisation orthogonal zur Polarisation des von der Radaranordnung ausgesandten Feldes orientiert ist.

Die Zielverfolgung durch eine Radaranordnung wird im Winkel er­ heblich gestört, wenn das Ziel einen Orthogonal-Polarisations­ störer aufweist. Ein solcher Störer sendet Störfelder ab, deren Polarisation orthogonal zu der Polarisation der Antenne des Ziel­ folgeradars orientiert ist. Die Störung wird gewöhnlich beim Ziel­ folgeradar erst dann erkannt, wenn ein Zielverlust bereits er­ folgt ist. Dies bedeutet beispielsweise, daß ein frühzeitiges Umschalten von dem gestörten Zielfolgeradar auf einen eventuell, vorhandenen redundanten und ungestörten Sensor nicht rechtzeitig durchgeführt werden kann.

Ein Kreuzpolarisationsstörer, welcher als ein Sonderfall eines Orthogonalpolarisationsstörers anzusehen ist, ist z. B. aus der US-PS 3 171 125 bekannt.

Zielverfolgungsradaranordnungen arbeiten gewöhnlich entweder nach dem Monopulsprinzip oder nach dem Prinzip der konischen Abtastung (conical scan). Beide angeführten Zielverfolgungsradarsysteme sind durch Orthogonalpolarisationsstörer im Winkel störbar, da in beiden Fällen die Strahlungsdiagramme der Antennen sehr stark verzerrt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzeinrichtung für ein Zielfolgeradar anzugeben, durch welche eine frühzeitige Warnung erfolgt, wenn eine Störung durch einen Orthogonalpolarisations­ störer vorliegt. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Empfangssignal einer Antenne, deren Peilachse mit einer bestimmten Frequenz entlang eines Kegelmantels rotiert, einer Schaltung zugeführt wird, in der eine Spektralanalyse der empfangenen Spannung durchgeführt wird, derart, daß die spektra­ len Anteile der Grundfrequenz der Antennendrehung und einer ausgewählten Vielfachen dieser Grundfrequenz amplitudenmäßig in einer Vergleichseinrichtung untersucht werden und daß dann ein sogenanntes Orthogonalpolarisationsalarmsignal von der Ver­ gleichseinrichtung abgegeben wird, wenn die Amplitude der Span­ nung mit der Vielfachen der Grundfrequenz die Amplitude der Spannung der Grundfrequenz eindeutig übersteigt. Mittels der vorstehend angegebenen Einrichtung läßt sich das Strahlungs­ diagramm der Antenne laufend und ohne Beeinflussung des Radar­ betriebs überwachen.

In vorteilhafter Weise wird die durch Zielfluktuationen oder Sendeleistungsänderungen hervorgerufene zusätzliche Amplituden­ modulation mittels einer automatischen Verstärkungsregelung von einem nicht strahlschwenkenden Empfangszweig kompensiert. Es läßt sich dann das Antennendiagramm entlang der Bahnen der Strahlschwenkbewegungen exakt abtasten.

Mit Hilfe der Einrichtung nach der Erfindung kann das Ortho­ gonalpolarisationsalarmsignal bereits einige hundertstel Se­ kunden nach Störbeginn abgegeben werden. Dieser Alarm wird dann in zweckmäßiger Weise dazu benutzt, eventuell vorhandene Schutz­ schaltungen auszulösen. Es läßt sich dann z. B. die Antenne durch Extrapolation von Flugspurdaten bewegen oder aber auch eine Um­ schaltung auf einen Fernseh- oder Infrarot-Tracker vornehmen. Als Auswegmaßnahme im Störungsfall bleibt auch die Zielver­ folgung über ein Periskop durch den Operator. Das Zielfolgeradar selbst mißt dann nur die Entfernung ("range only").

Im folgenden werden anhand von vier Figuren die Erfindung und Ausführungsbeispiele davon näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm, welches die Störerkennbarkeit mittels der Spektralanalyse der Empfangsspannung einer Antenne mit konischer Strahlschwenkung verdeutlicht,

Fig. 2 die Schaltung einer nach dem Monopulsprinzip arbei­ tenden Zielverfolgungsradaranordnung mit einer Diagrammanalyse-Einrichtung zur Auslösung eines Orthogonalpolarisationsalarms,

Fig. 3 eine Anordnung zur Erzeugung eines rotierenden Differenzdiagramms einer Monopulsantenne durch einen Mikrowellenresolver, und

Fig. 4 ein Diagramm, welches die Erzeugung eines aus der Hauptpeilrichtung herausgerückten Antennendiagramms durch Überlagerung eines Summen- und eines Differenz­ diagramms verdeutlicht.

Die Erkennung der Winkelstörung einer Monopulsantenne durch einen Orthogonal-Polarisationsstörer erfolgt durch konisches Abtasten des Strahlungsdiagramms. Dabei wird die Strahlrichtung im Summenkanal entlang eines Kegelmantels mit einer Drehfre­ quenz f bewegt. Die entsprechend dem Antennendiagramm modu­ lierte Störenergie im Radarempfänger wird nach der Modulations­ frequenz durch eine Spektralanalyse ausgewertet. Dominiert beispielsweise die vierte Harmonische (4 . f) über der Grundwelle, so liegt eine Störung vor. Ähnliches gilt für die zweite, dritte, fünfte usw. Harmonische im Vergleich zur Grundfrequenz. In Fig. 1 ist auf der Abszisse das Verhältnis der Störleistung J zur Nutzleistung S im logarithmischen Maßstab 10 log J/S und auf der Ordinate das Verhältnis der Amplitude A₁ der Grundwelle zur Amplitude A₄ der vierten Harmonischen im logarithmischen Maßstab 20 log A₁/A₄ dargestellt. Ein Pegelabstand der Spannungs­ amplituden von Grundwelle und vierter Harmonischer von weniger als 25 dB ist bereits ein deutliches Kriterium dafür, daß eine Störung vorliegt. Oberhalb dieses Pegels, der durch eine aus Punkten und Strichen bestehende Linie gekennzeichnet ist, wird auf störfreien Betrieb erkannt.

Die Ausführungen der elektronischen Schutzmaßnahmeeinrichtung nach der Erfindung unterscheiden sich je nach dem, ob sie in einem nach dem Prinzip der konischen Abtastung oder dem Mono­ pulsprinzip arbeitenden Zielfolgeradar eingesetzt werden.

Zielverfolgungsradaranordnungen mit konischer Abtastung (conical scan) tasten von sich aus das Ziel bereits mit einer konisch be­ wegten Antenne ab. Dabei bewegt sich die Peilachse der Antenne entlang eines Kegelmantels. Das Fehlersignal für die Winkelver­ folgung wird hierbei durch eine geeignete Schaltung auf seine spektralen Anteile in der Grundfrequenz der conical scan-Drehung und in der vierten Harmonischen dieser Grundfrequenz hin unter­ sucht. Durch einen Vergleich der zu diesen Frequenzen zugehö­ rigen Amplituden läßt sich die Aktivität eines Orthogonalpolari­ sationsstörers erkennen.

Die spektrale Untersuchung der Radarvideospannung kann dabei z. B. mittels einer Fourieranalyse durch einen digitalen Algorithmus mit einem Kleinrechner, mittels eines digitalen Filters mit an­ schließendem Pegelvergleich oder auch mittels analoger Filter mit nachfolgendem Pegelvergleich durchgeführt werden.

Bei Monopuls-Zielverfolgunsradaranordnungen werden die Zieldaten im allgemeinen nicht durch die Anwendung einer Strahlschwenkung abgeleitet, sondern durch die Auswertung von drei feststehenden, aber verschiedenartigen Antennendiagrammen in einem Dreikanal­ empfänger.

Eine Schaltung zur zusätzlichen konischen Strahlschwenkung der Antenne mit einer Summe-Differenz-Monopulsempfangsauswerte­ schaltung zeigt Fig. 2. Die zusätzliche Schaltung zur Erkennung einer Orthogonalpolarisationsstörung beeinflußt den Radarbe­ trieb nicht. Der Empfang des nach dem Monopulsprinzip mit einem Summendiagramm und zwei Differenzdiagrammen arbeitenden Ziel­ verfolgungsradar erfolgt in bekannter Weise über vier Strah­ ler 1 bis 4, die über eine Einrichtung 5 zur Erzeugung eines Summensignals Σ, eines Azimut-Differenzsignals Δ_Az und eines Elevations-Differenzsignals Δ_El verkoppelt sind. Die Aussen­ dung des Signals von einem Sender 6 erfolgt über den Summenkanal unter Zwischenschaltung eines nicht eigens dargestellten Sende- Empfangsschalters. In den beiden Differenzkanälen und im Summen­ kanal erfolgt in den Mischstufen 7 bis 9 eine Frequenzumsetzung in die Zwischenfrequenzebene mit Hilfe der Ausgangsspannung eines Lokaloszillators 10. Im Summenkanal und in den beiden Differenzkanälen liegt außerdem in der Zwischenfrequenzebene jeweils ein Verstärker 11, 12 bzw. 13, deren Verstärkungen in Abhängigkeit vom Signal des Summenkanals über einen Detektor 14 und eine automatische Verstärkungsregeleinheit 15 (AGC) gere­ gelt werden. Die Umformung der den Zwischenfrequenzverstärkern 11 bis 13 entnommenen Signale in ein Azimut-Fehlersignal e_Az und ein Elevations-Fehlersignal e_El erfolgt mittels zweier Phasen­ detektoren 16 und 17. Über Richtkoppler 18, 19 und 20 erfolgt in der Hochfrequenzebene eine Abzweigung der beiden Differenz­ signale Δ_Az sowie Δ_El und des Summensignals Σ. Die beiden ab­ gezweigten Differenzsignale Δ_Az und Δ_El werden dabei einem von einem Motor 21 angetriebenen Mikrowellen-Resolver 22 zuge­ führt, dessen Aufbau und Funktion im Zusammenhang mit der Be­ schreibung der Fig. 3 noch im einzelnen erläutert werden. Ent­ nommen wird dem Mikrowellen-Resolver 22 ein einem rotierenden Differenzdiagramm zugeordnetes Gesamtdifferenzsignal Δ, wel­ ches dem einen Eingang eines 90°-Hybrids 23 eingegeben wird, an dessen zweitem Eingang das im Summenkanal in der Hochfre­ quenzebene mittels des Richtkopplers 20 abgezweigte Signal Σ ansteht. In diesem, mit einem Abschlußwiderstand 24 abgeschlos­ senen 90°-Hybrid 23 erfolgt somit eine Addition des Gesamt­ differenzsignals Δ und des Summensignals Σ. Das überlagerte Ausgangssignal des 90°-Hybrids 23 wird einer Mischstufe 25 zu­ geführt, in der eine Umsetzung in die Zwischenfrequenzebene erfolgt. Zur Umsetzung dient der Lokaloszillator 10, welcher auch die Frequenzumsetzung mittels der Mischstufen 8 und 9 im Monopulsempfänger bewirkt. Das Zwischenfrequenz-Ausgangs­ signal der Mischstufe 25 wird einem über die AGC-Regelschal­ tung 15 geregelten Verstärker 26 eingegeben und dann in einer Detektorschaltung 27 gleichgerichtet. Das gleichgerichtete Signal des Detektors 27 wird jeweils einem Eingang zweier Tracking-Filter 28 und 29 zugeführt. Von dem den Mikrowellen- Resolver 22 antreibenden Motor 21 wird eine für die jeweilige Frequenz f charakteristische Signalspannung abgeleitet, welche unmittelbar dem zweiten Eingang des Tracking-Filters 28 und über einen 4 : 1-Vervielfacher 40 dem zweiten Eingang des Tracking- Filters 29 eingegeben wird. Mit Hilfe der letztgenannten Signal­ spannung erfolgt eine Einstellung der Tracking-Filter 28 und 29 auf die Frequenz f bzw. 4f. Die Ausgangssignale der beiden Tracking-Filter 28 und 29 mit den Frequenzen f bzw. 4 . f werden zwei logarithmischen Verstärkern 30 bzw. 31 zugeführt und dann den beiden Eingängen einer Komparatorschaltung 32 eingespeist. Am Ausgang 33 wird, wenn das vom Verstärker 31 kommende Signal am Komparator 32 dominiert, ein Orthogonalpolariationsalarm ausgelöst. Zur Feststellung der Dominanz dieses Signals dient ein Schwellwertschalter 32a, welcher von einem Schwellenpegel­ signal 33a eingestellt wird.

Eine Zweikanal-Monopulsauswerteschaltung unter Verwendung eines Mikrowellen-Resolvers ist an sich bekannt aus dem Radar-Handbook von Skolnik, 1970, Mc Graw Hill, S. 21-29 und 21-30.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Erzeugung der zusätzlichen, konisch strahlschwenkenden Antennenkeule mittels eines motor­ angetriebenen Mikrowellen-Resolvers, welcher in Fig. 2 an die Stelle der Blocks 22 und 21 einzusetzen ist. Die abgezweigten Signalspannungen Δ_Az und Δ_El der beiden Differenzkanäle werden in den Mikrowellen-Resolver 22 mittels zweier senkrecht aufein­ anderstehender koaxialer Sonden 34 und 35 eingekoppelt. Das Feld in dem Rundhohlleiter des Mikrowellen-Resolvers 22 wird über eine drehbar gelagerte, schleifenförmig ausgebildete Sonde 36 abgetastet. Dazu besteht der runde Hohlleiter aus einem feststehenden Teil 37 mit den beiden koaxialen Eingangs­ sonden 34 und 35 sowie aus einem drehenden Teil 38 mit der Abtastsonde 36. Der drehende Teil 38 wird über einen Motor 21 mit einer Drehfrequenz f angetrieben, welche der Scanfrequenz der zusätzlichen Antennenkeule entspricht. Das von der Abtast­ sonde 36 gemessene Feld ist die vektorielle Summe aus den bei­ den eingespeisten Feldern. Ist die Sonde 36 beispielsweise um den Winkel α gegenüber der Einspeisesonde 34 für das Azimut- Differenzsignal Δ_Az verdreht, so beträgt die Gesamtdifferenz­ signalspannung Δ am koaxialen Ausgang der Abtastsonde 36

Δ = Δ_Az . cos α + Δ_El . cos (α + 90°).

Die auf diese Weise entstandene Gesamtdifferenzsignalspannung Δ entspricht einem um den Winkel α gegenüber der Azimutrichtung verdrehten Differenzdiagramm.

Fig. 4 zeigt, wie sich durch Addition der Gesamtdifferenzsignal­ spannung Δ mit der Summensignalspannung Σ das drehende Diffe­ renzdiagramm mit dem Summendiagramm überlagert. Die Hauptkeule des überlagerten Diagramms (Δ + Σ) zeigt eine Ablage von der Peilachse P, d. h. sie schielt. Die Winkelablage β von der Peilachse P ist auf der Abszisse und die Feldstärke E auf der Ordinate des Diagramms in Fig. 4 dargestellt.

Durch ein Verändern des Winkels α der Abtastsonde 36 in Fig. 3 bewegt sich die Hauptkeule auf einem Kegelmantel um die Peil­ achse, wobei die Drehfrequenz der Abtastsonde 36 der Scanfre­ quenz dieser Hauptkeule entspricht. Da es sich bei der Auswer­ tung des zusätzlichen Kanals in der im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 4 beschriebenen Monopuls-Zielverfolgungsradaran­ ordnung um eine Conical Scan-Analyse handelt, kann die Aus­ wertung wiederum durch Spektralanalyse erfolgen.

Claims (9)

1. Elektronische Gegenmaßnahmeeinrichtung in Zielverfolgungs­ radaranordnungen (ECCM) gegen Störer, von denen aus zum Ziel­ verfolgungsradar hin elektromagnetische Felder ausgesandt wer­ den, deren Polarisation orthogonal zur Polarisation des von der Radaranordnung ausgesandten Feldes orientiert ist, da­ durch gekennzeichnet, daß das Empfangs­ signal einer Antenne, deren Peilachse mit einer bestimmten Frequenz entlang eines Kegelmantels rotiert, einer Schaltung zugeführt wird, in der eine Spektralanalyse der empfangenen Spannung durchgeführt wird, derart, daß die spektralen Anteile der Grundfrequenz der Antennendrehung und einer ausgewählten Vielfachen dieser Grundfrequenz amplitudenmäßig in einer Ver­ gleichseinrichtung untersucht werden und daß dann ein soge­ nanntes Orthogonalpolarisationsalarmsignal von der Vergleichs­ einrichtung abgegeben wird, wenn die Amplitude der Spannung mit der Vielfachen der Grundfrequenz die Amplitude der Spannung der Grundfrequenz eindeutig übersteigt.

2. Elektronische Gegenmaßnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die durch Zielfluktuationen oder Sende­ leistungsänderungen hervorgerufene zusätzliche Amplitudenmodu­ lation mittels einer automatischen Verstärkungsregelung von einem nicht strahlschwenkenden Empfangszweig kompensiert wird.

3. Elektronische Gegenmaßnahmeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zielverfolgungsradaranordnung nach dem Prinzip der konischen Abtastung arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangssignal der sich konisch bewegenden Zielverfolgungsradar­ antenne auch der die Spektralanalyse durchführenden Schal­ tung eingegeben wird.

4. Elektronische Gegenmaßnahmeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zielverfolgungsradaranordnung nach dem räumlichen Monopulsprinzip mit einem Summendiagramm und zwei Differenz­ diagrammen arbeitet, gekennzeichnet durch eine zusätzliche, konische und vom Monopuls-Zielverfolgungsradarbetrieb unab­ hängige Strahlschwenkung der Antennenkeule.

5. Elektronische Gegenmaßnahmeeinichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der zusätzlichen konisch strahlschwenkenden Antennenkeule die beiden empfangenen Differenzsignalspannungen (Δ_Az, Δ_El) in einen Rundhohlleiter- Mikrowellenresolver (22) senkrecht zueinander eingekoppelt sind, daß eine motorisch angetriebene Drehsonde (36) zur Abtastung des Feldes im Rundhohlleiter des Mikrowellenresolvers (22) vorgesehen ist und daß eine Addition der an der Drehsonde (36) abgenomme­ nen Gesamtdifferenzsignalspannung (Δ) und der empfangenen Sum­ mensignalspannung (Σ) vorgenommen wird, so daß sich aus dem drehenen Gesamtdifferenzdiagramm (Δ) und dem Summendiagramm (Σ) ein Überlagerungsdiagramm (Δ + Σ) ergibt, welches die konisch strahlschwenkende Antennenkeule bildet.

6. Elektronische Gegenmaßnahmeeinrichtung nach einem der An­ sprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektralana­ lyse aufgrund der Fourieranalyse des gleichgerichteten Radar­ signals (Radarvideosignal) durch einen digitalen Algorithmus mit einem Kleinrechner vorgenommen wird.

7. Elektronische Gegenmaßnahmeeinrichtung nach einem der An­ sprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektralana­ lyse des gleichgerichteten Radarsignals (Radarvideosignal) mittels eines digitalen Filters mit anschließendem Pegelver­ gleich vorgenommen wird.

8. Elektronische Gegenmaßnahmeeinrichtung nach einem der An­ sprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektral­ analyse des gleichgerichteten Radarsignals (Radarvideosignal) mittels analoger Filter mit anschließendem Pegelvergleich vor­ genommen wird.

9. Elektronische Gegenmaßnahmeeinrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ab­ gabe des Orthogonalpolarisationsalarmsignals eine eventuell vorhandene Schutzschaltung, z. B. eine Fernseh- oder Infrarot- Zielverfolgungsschaltung (Tracker), eingeschaltet wird.