Transportable Radaranlage

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine transportable Radaranlage insbesondere für da Ka-Band. Dabei sind mindestens zwei Antennen bezüglich der Azimut-Achse übereinander angeordnet und gemeinsam um diese drehbar. Eine solche Antennenanordnung ermöglicht sehr unterschiedliche Betriebsarten, insbesondere zur Überwachung eines Gebietes und zur Verfolgung eines Zieles.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht aus von einer transportablen Radaranlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] In vielen Anwendungsfällen des zivilen und militärischen Bereiches sind transportable Radaranlagen erforderlich, die schnell einsetzbar sind.

[0003] Im zivilen Bereich sind beispielsweise Flughäfen vorhanden, die lediglich gelegentlich und/oder unterschiedlicher Intensität genutzt werden. Dieses sind beispielsweise Regional- oder Sportflugplätze, bei denen lediglich anläßlich bestimmter Zeiten, z.B. an Wochendenden, bei Veranstaltungen sowie bei der Entlastung eines benachbarten Flughafens, ein intensiver Flugverkehr vorhanden ist, welcher mittels einer Radaranlage überwacht werden muß. Ähnliche Verhältnisse treten beispielsweise im Schiffsverkehr auf, z.B. bei der Überwachung von Schiffahrtswegen und/oder Hafenanlagen sowie bei der Überwachung erdgebundener Verkehrsmittel, beispielsweise bei der Überwachung des sogenannten rollenden Verkehrs auf dem Vorfeld eines Großflughafens.

[0004] Bei derartigen Anwendungsfällen ist insbesondere beim Ausfall einer an sich vorhandenen Radar-Überwachungsanlage eine schnell einsetzbare und zuverlässige Ersatz-Radaranlage erforderlich.

[0005] Im militärischen Bereich sind ähnlich gelagerte Überwachungsaufgaben vorhanden. Zusätzlich dazu ist es erforderlich, einzelne hochwertige Objekte, z.B. eine Fahrzeugkolonne oder einen einzelnen Panzer zu schützen, insbesondere vor Angriffen aus dem Luftraum.

[0006] Für derartige zivile sowie militärische Überwachungsaufgaben sind Radaranlagen geeignet, welche eine phasengesteuerte Antenne besitzen. Letztere ist aus mehreren Sende- und/oder Empfangsstrahlerelementen aufgebaut. Diese können mit Hilfe von Phasenstellgliedern so angesteuert werden, daß unterschiedliche Keulenformen (Richtdiagramme) der Sende- und/oder Empfangskeulen einstellbar sind, und daß letztere in einem vorgebbaren räumlichen Bereich schnell geschwenkt werden können.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Radaranlage anzugeben, die räumlich klein ist, die mechanisch robust herstellbar ist und die in mehreren Betriebsarten betreibbar ist, so daß eine Vielzahl von Überwachungs und/oder Steuerungsaufgaben ermöglicht werden.

[0008] Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.

[0009] Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Antennenanordnung verwendet wird, die ein sogenanntes aktives Frontend besitzt und die beispielsweise auf dem Dach eines Personenkraftwagens, vorzugsweise einem geländegängigen Wagen, befestigt werden kann.

[0010] Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß die für das Frontend erforderlichen Steuer- sowie Auswerteschaltungen räumlich so klein herstellbar sind, daß diese insgesamt beispielsweise in einem derzeit üblichen 19-Zoll-Gehäuseeinschub angeordnet werden können.

[0011] Ein dritter Vorteil besteht darin, daß lediglich eine Energieversorgung mit einer geringen (Dauer-) Leistung erforderlich ist, so daß beispielsweise die in einem Kraftfahrzeug vorhandene Batterie-Lichtmaschinen-Anlage ausreichend ist.

[0012] Ein vierter Vorteil besteht darin, daß die Sende-/Empfangskeulen mechanisch und/oder elektrisch geschwenkt werden können, so daß die Radaranlage zumindest in den Betriebsarten: Suchen im OLPI-Modus, Suchen im Pulsdoppler-Modus sowie den Track-Modus verwendbar ist.

[0013] Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

[0014] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf eine schematisch dargestellte Figur näher erläutert.

[0015] Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Radaranlage, die insbesondere auf einem geländegängigen Personenkraftwagen oder einem gepanzerten militärischen Fahrzeug betrieben werden kann, und die zur Überwachung des Luftraumes geeignet ist. Es ist eine maximale Reichweite von ungefähr .....km vorhanden, und es wird das Ka-Band (35 GHz) als Sende-/Empfangsfrequenz verwendet. Das gesamte Frontend (Antennenanordnung), das nachfolgend noch näher erläutert wird, kann beispielsweise in einem kreiszylinderförmigen Radom mit einem Innendurchmesser von ungefähr 200 mm und einer Innenhöhe von ungefähr 400 mm angeordnet werden. Die Längsachse (Zylinderachse) dieses Radoms wird im folgenden auch Azimut-Achse genannt, um welche eine mechanische sowie eine elektrische (Azimut-) Schwenkbewegung der Richtdiagramme (Keulen) möglich ist. Eine die Zylinderachse (Drehachse) enthaltende Ebene wird auch Elevationsebene genannt.

[0016] Die Figur zeigt eine perspektivische schematische Darstellung einer Radarantenne RA, die innerhalb des Radoms um dessen Zylinderachse Z mechanisch drehbar angeordnet ist. Diese mechanische Drehbewegung erfolgt beispielsweise mit einem ebenfalls in dem Radom angeordneten Drehtisch, der in der Figur lediglich als Blockbild dargestellt ist. Bei der Radarantenne RA besitzen deren Keulen bezüglich der Azimutebene eine Haupt-Azimutrichtung, die als Pfeil P dargestellt ist. Die Radarantenne RA enthält eine Kombination von zwei im wesentlichen gleich aufgebauten Antennenanordnungen ST1, S1, R1 sowie ST2, S2, R2, die zwar mechanisch fest gekoppelt sind, und dieselbe durch den Pfeil P dargestellte Hauptazimutrichtung besitzen, aber ansonsten elektrisch unabhängig voneinander steuerbar sind. Bei dem vorliegenden Beispiel ist die obere Anordnung ST1, S1, R1 als Sende-/Empfangsantenne ausgebildet, während die untere Anordnung ST2, S2, R2 lediglich eine Empfangsantenne ist. Die zu jeder Antennenanordnung gehörenden Strahlerelemente ST1 beziehungsweise ST2 sind jeweils zeilenförmig (linienförmig) angeordnet. Dabei gehören zu jeder Antennenanordnung beispielsweise 32 Strahlerelemente, die einen Abstand von λ besitzen, wobei λ die zu der Sende-/Empfangsfrequenz gehörende Wellenlänge ist. Jedes Strahlerelement ist unmittelbar an einem zugehörigen Sende-/Empfangsmodul (T/R-Modul) gekoppelt. Alle T/R-Module sind in einem gemeinsamen Gehäuse G angeordnet. Zwischen den sich ergebenden zwei Zeilen der Strahlerelemente ST1, ST ist ein elektrisch leitendes Trennelement TR angeordnet, an welchem Hilfsreflektoren S1, S2 befestigt sind. Die Antennenanordnungen sind als Cassegrain-Anordnungen aufgebaut, bestehend aus Strahlerelementen ST1, ST2, Hilfsreflektoren S1, S2 sowie Hauptreflektoren R1, R2. Diese sind zylinderförmig, wobei die beiden zugehörigen Zylinderachsen parallel zueinander und senkrecht zu der Drehachse Z angeordnet sind.

[0017] Die an einer Längsseite des Gehäuses G in zwei Zeilen (2 x 32 Strahlerelemente) angeordneten 64 Strahlerelemente sind alle horizontal polarisiert, das heißt, die elektrische Polarisationsrichtung ist parallel zu der durch das Trennelement TR definierten Ebene. In dem Gehäuse G ist hinter jedem Strahlerelement ein zugehöriger Modul angeordnet, das heißt Sende-/Empfangsmodule (T/R-Module) für die obere Antennenanordnung ST1, S1, R1 und Empfangsmodul (R-Module) für die untere Antennenanordnung ST2, S2, R2. Jeder Modul enthält in integrierter Technik die in der Radartechnik üblichen Bauelemente.

[0018] Jeder T/R-Modul enthält daher eine dem Strahlerelement unmittelbar folgende Sende-/Empfangsweiche (Zirkulator) sowie daran angeschlossene Sende- und Empfangszweige. Die enthalten einen regelbaren Phasenschieber, eine Sende-Verstärkerkette (Reihenschaltung meherer Verstärker), einen rauscharmen (Empfangs-) Verstärker (LNA = Low Noise Amplifier) und entsprechende Sende-/Empfangsumschalter (SPDT-Schalter). Mit den T/R-Modulen gekoppelt ist noch ein sogenannter T/R-Modulkontroller, mit dem insbesondere die Phasenschieber eingestellt werden sowie die Sende/Empfangsumschalter. Die Funktion des T/R-Modulkontrollers wird nachfolgend noch näher erläutert.

[0019] Jeder Empfangsmodul enthält lediglich einen Empfangszweig, bestehend aus einem LNA, einem regelbaren Phasenschieber, einem Mischer und einem diesem nachgeschalteten Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler). Alle Empfangsmodule werden ebenfalls von einem Modulkontroller gesteuert, der insbesondere die Phasenschieber einstellt.

[0020] Einem Radarfachmann ist geläufig, daß einer derartigen Radarantenne RA, die auch als aktives Frontend bezeichnet wird, lediglich wenige zusätzliche Signalleitungen, die teilweise von den gewünschten Betriebsarten abhängen, zugeleitet werden müssen. Die Signalleitungen sind in der Figur mit LO (Lokaler Oszillator) und STE (bidirektonale Steuerleitungen) bezeichnet.

[0021] Mit der beschriebenen Radarantenne sind folgende Betriebsarten möglich.

1. OLPI-Modus (Omnidirectional Low Probability of Intercept).

[0022] Dieses ist ein Rundsuch-Verfahren mit einer sich mechanisch um die Drechachse Z drehenden Radarantenne. Es wird mit einem CW (Continous Wave) - oder FMCW (Frequency Modulated Continous Wave) - oder FMICW (Frequency Modulated Interrupted Continous Wave) - Sendesignal gearbeitet sowie mit einem Azimut-Emfpangsdiagramm, das keine Elevationsauswertung ermöglicht. Da eine niedrige Sendeleistung, z.B. 25 W und ein im Azimut breites Sende(Richt-) Diagramm, z.B. mit einem Winkelsektor von 100 °, verwendet werden kann, arbeitet das Radar mit einer niedrigen Strahlungsleistung (ERP = Effective Radiated Power), so daß einerseits von dem Radar keine Störung ausgeht, beispielsweise für andere empfindliche elektronische Systeme, das heißt, es ist eine gute elektromagnetische Verträglichkeit vorhanden. Das Radar ist aber andererseits schlecht detektierbar, beispielsweise von einem Radar-Warnempfänger. Das Azimut-Emfpangsdiagramm besitzt eine Vielzahl von Empfangskeulen (Multibeam), beispielsweise 32 Keulen mit einer Azimutbreite von 3 °. Diese werden für die untere Antennananordnung ST2, S2, R2 mittels einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) beispielsweise in Form einer digitalen Buttler Matrix im digitalen Bereich erzeugt.

[0023] In diesem Modus wird eine reine Dopplerauswertung (Auswertung der Geschwindigkeitsanteile) oder eine Dopplerauswertung mit zusätzlicher grober Entfernungsauflösung, z.B. mit einer Genauigkeit von ± 20 m, durchgeführt. In beiden Fällen ist aufgrund der Multibeam-Struktur der Empfangsantenne eine azimutale Zielwinkelbestimmung möglich. In diesem Modus ist beispielsweise eine Hubschraubererkennung möglich, aufgrund des diese kennzeichnenden Rotorkopf- und/oder Rotorblatt-Dopplerspektrums.

2. Pulsdoppler-Modus.

[0024] Dieses ist ebenfalls ein Rundsuch-Verfahren mit einer sich mechanisch um die Drehachse Z drehenden Radarantenne. Es wird mit im Azimut beweglichen Sende- sowie Empfangskeulen gearbeitet. Empfangen wird mit zwei in der Elevationsrichtung unterschiedlichen Empfangs-Antennenkeulen, damit der Elevationswinkel (Zielhöhe) eines Radar-Zieles bestimmt werden kann. Dabei wird in Elevationsrichtung beispielsweise eine Genauigkeit von ± 0,2 ° erreicht. Wird ein Mopuls-Verfahren angewandt, so kann der Azimutwinkel eines Radarzieles genau bestimmt werden, beispielsweise mit einer Genauigkeit von ± 0,1 °. In diesem Modus ist eine Entfernungsmessung möglich, mittels in der Radartechnik an sich bekannter Methoden. In diesem Modus ist ebenfalls eine Auswertung von Dopplerspektren, beispielsweise Rotorkopfspektren von Hubschraubern, möglich.

3. Track-Modus (Spurverfolgung, Verfolgung des Flugweges).

[0025] Dieser Modus ist lediglich während des Pulsdopplerbetriebes möglich, allerdings bei mechanisch unbewegter Radarantenne. In diesem Modus werden die für die Verfolgung eines Radarzieles nötigen Winkelbewegungen der Sende-/Empfangsrichtdiagramme vollelektronisch gesteuert durch Änderung der Phasenbeziehungen der Sende- sowie Empfangs-Strahlerelemente. Es ist beispielsweise möglich, innerhalb eines (Azimut-) Winkelsektors von 120 ° mehrere Radarziele gleichzeitig zu verfolgen und zu vermessen. Dieses erfolgt mit einer hohen Datenrate, so daß beispielsweise Geschosse detektier- und verfolgbar sind. Dabei erfolgt die Bestimmung des Azimutwinkels durch das an sich bekannte Monopulsverfahren. Die Bestimmung des Elevationswinkels erfolgt mittels eines Amplituden- und Phasenvergleichs der Signale aus den Empfangskeulen der beiden Antennenanordnungen ST1, S1, R1 sowie ST2, S2, R2. In diesem Modus sind so hohe Meßgenauigkeiten für die Entfernung, z.B. ± 20 m, den Azimutwinkel, z.B. ± 0,1 °, und den Elevationswinkel, z.B. ± 0,2 °, erreichbar, daß das Radar Steuerungsignale abgeben kann, beispielsweise für die Steuerung eines Geschützes.

[0026] Es ist ersichtlich, daß die für eine derartige Radaranlage erforderliche Steuer- und Regeleinrichtung SRE von den vorstehend erwähnten Betriebsarten abhängt. In der Figur ist daher lediglich ein Blockbild dargestellt. Dabei bezeichnet LO einen lokalen Oszillator für die Sende-/Empfangsbetriebsarten; Antrieb/Stabilisierung ist eine Antrieb/Stabilisierung ist eine Antriebs- und/oder Stabilisierungsschaltung zum Betrieb des elektromechanisch gesteuerten Drehtisches. Der Block Signalverarbeitung beinhaltet die in der Radartechnik übliche Signalverarbeitung für die angegebenen Betriebsarten. Der Block DV/Kontroller enthält die entsprechende digitale Signalverarbeitung. Der Block ZF bezeichnet die Signalverarbeitung im ZF-Bereich (Zwischenfrequenz-Bereich). Der Block Stromv. enthält die erforderliche Strom- sowie Spannungsversorgungseinrichtungen.

[0027] Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar. Beispielsweise ist es möglich, die Radaranlage als eine Art Not- und/oder Ersatzradaranlage zu verwenden, beispielsweise zum schnellen Ersatz einer defekten stationären Radaranlage.

[0028] Weiterhin ist es möglich, die Antennenanordnungen zu ändern, beispielsweise dadurch, daß die Hilfsreflektoren S1, S2 weggelassen werden und statt dessen dort das Gehäuse G angeordnet wird. Dabei werden die zeilenförmig angeordneten Strahlerelemente ST1, ST2 den Reflektoren R1, R2 zugewandt. Außerdem ist es möglich, statt der zeilenförmig angeordneten Strahlerelemente ST1, ST2 eine matrixförmige Anordnung zu wählen. Damit ist vorteilhafterweise eine schnelle Überwachung sowohl in Aziumut- als auch in Elevationsrichtung möglich.

Ansprüche

1. Transportable Radaranlage zur Überwachung eines Gebietes, wobei die Radaranlage eine aktive phasengesteuerte Sende-/Empfangsantenne besitzt, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine Kombination aus mindestens zwei mechanisch gekoppelten Antennenanordnungen (ST1, S1, R1; ST2, S2, R2) vorhanden ist,

- daß die Kombination um eine Drehachse drehbar (Z) angeordnet ist,

- daß jede Antennenanordnung zumindest einen Reflektor (R1, R2) sowie eine zugehörige Strahlerzeile (ST1, ST2) besitzt,

- daß jede Strahlerzeile (ST1, ST2) aus einzelnen Strahlerelementen mit angekoppelten Steuermodulen besteht,

- daß die Strahlerzeilen (ST1, ST2) in einem gemeinsamen Gehäuse (G) angeordnet sind,

- daß die Strahlerzeilen (ST1, ST2) zueinander parallel und senkrecht zu der Drehachse (Z) angeordnet sind,

- daß zumindest eine Antennenanordnung (ST1, S1, R1) als Sende-/Empfangsantenne ausgebildet ist, und

- daß eine Steuer- sowie Regeleinrichtung (SRE) zum Betreiben der Antennenanordnungen vorhanden ist.

2. Radaranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Antennenanordnung (ST1, S1, R1) als Cassegrain-Anordnung ausgebildet ist, bestehend aus einer Strahlerzeile (ST1), einem Hilfsreflektor (S1) sowie dem Reflektor (R1).

3. Radaranlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Antennenanordnungen (ST2, S2, R2) als reine Emfpangsantenne ausgebildet ist.

4. Radaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Antennenanordnungen aus einer Sende-/Empfangsantenne und einer Empfangsantenne besteht, wobei die Empfangsantenne unterhalb der Sende-/Empfangsantenne angeordnet ist, und wobei beide Antennenanordnungen dieselbe Haupt-Azimutrichtung besitzen.

5. Radaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Reflektor (R1, R2) hohlzylinderförmig ausgebildet ist.

6. Radaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnungen innerhalb eines Radoms angeordnet sind.

7. Radaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung im Ka-Band.

8. Radaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung in einem militärischen Fahrzeug zur Überwachung eines vorgebbaren Luftraumes.

9. Radaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung im OLPI-Modus, im Pulsdoppler-Modus und/oder im Track-Modus.

Zeichnung