www.radartutorial.eu Grundlagen der Radartechnik

Radar Waveform

Radar Waveforms
Phasenmodulation
Frequenzmodulation
Festfrequenz   (keyed on/off)
Puls-zu-Puls Modulation
Frequenzagilität
Biphasenmodulation
Polyphasenmodulation
  • Welti-Code
  • Frank-Code
lineare FM ( • Sägezahn)
nichtlineare FM
• dreieckförmige
• pseudo-random
• rauschmoduliert
• Treppenfrequenz
• sinusförmige
Mehrfrequenz CW-Radar
unmoduliertes CW-Radar
Radar Waveforms
Phasenmodulation
Frequenzmodulation
Festfrequenz   (keyed on/off)
Puls-zu-Puls Modulation
Frequenzagilität
Biphasenmodulation
Polyphasenmodulation
  • Welti-Code
  • Frank-Code
lineare FM ( • Sägezahn)
nichtlineare FM
• dreieckförmige
• pseudo-random
• rauschmoduliert
• Treppenfrequenz
• sinusförmige
Mehrfrequenz CW-Radar
unmoduliertes CW-Radar

Radar Waveform

Die innere Struktur des gesendeten Signals wird meist englisch mit the Radars Waveform bezeichnet. Das kann einmal nur eine durch die Hüllkurve eines Rechteckimpulses begrenzte Schwingung sein (sogenannte “Keyed ON/OFF”- Modulation) oder aber (bei Anwendung einer Intrapulsmodulation) ein auf kompliziertem Wege erzeugter nichtlinear modulierter ZF-Impuls sein.

Generell können alle im Dauerstrichradar (CW-Radar) verwendeten Modulationen auch innerhalb des Sendeimpulses eines Impulsradars angewendet werden. Der Übergang zwischen Impulsradar mit langem, intrapulsmoduliertem Sendeimpuls zu einem frequenzmodulierten Dauerstrichradar ist gerade im Nahbereich bei Low Probability of Intercept (LPI) Radargeräten eher fließend. Die technischen (vor allem mathematischen) Möglichkeiten eines frequenzmodulierten Dauerstrichradars können durch moderne Computer auch für Echosignale eines Impulsradars verwendet werden.

Waveform-Generator

Ein Waveformgenerator erzeugt in einem Radar das komplexe Sendesignal auf der Zwischenfrequenz. SAW- Filter stellten in den 80er Jahren die Hauptstütze der Pulskompression dar. Invers als Expander genutzt waren sie damals auch der Hauptmechanismus für die Erzeugung des intrapulsmodulierten Sendesignals. Da dieser Impuls auch die Referenz für das Empfangssignal ist, werden an die zeitliche und an die Frequenzkonstanz höchste Anforderungen gestellt.

Adresszähler
Speicher
D/A Wandler
Mischer
set
reset
carry
FF
11-bit
Zähler
sine
PROM
cosine
PROM
D
A
D
A
HY
Waveform
(auf ZF-Ebene)

Bild 2: Blockschaltbild eines digitalen Waveformgenerators für einen nichtlinear modulierten Impuls 1)

Adresszähler
Speicher
D/A Wandler
Mischer
Takt 25 MHz
Waveform Start
set
reset
carry
FF
11-bit
Zähler
sine
PROM
cosine
PROM
ZF
Waveform
(auf ZF)
D
A
D
A
HY

Bild 2: Blockschaltbild eines digitalen Waveformgenerators für einen nichtlinear modulierten Impuls

Adresszähler
Speicher
D/A Wandler
Mischer
set
reset
carry
FF
11-bit
Zähler
sine
PROM
cosine
PROM
D
A
D
A
HY
Waveform
(auf ZF-Ebene)

Bild 2: Blockschaltbild eines digitalen Waveformgenerators für einen nichtlinear modulierten Impuls 1) (interaktives Bild)

Digitaler Waveformgenerator

Ein digitaler Waveformgenerator (DWG) ist ein auf einen Speicher basierender Signalgenerator mit frei wählbarerer Signalform Der gewünschte Signalverlauf kann durch eine mathematische Funktion beschrieben und jeder diskrete Wert der Funktion als digitales Wort gespeichert werden. Der Speicher wird mit dem Systemtakt durchgezählt und stellt die Werte kontinuierlich am Ausgang zur Verfügung. Dort werden sie in eine analoge Spannung umgewandelt. Die einzelnen Werte zeitlich hintereinander ergeben die synthetisierte Signalform.

Der gesamte Modulationsverlauf des Sendeimpulses wird hier zum Beispiel aus 2048 einzelnen Spannungsschritten von je 40 Nanosekunden Länge zusammengesetzt, deren Spannungs- und Phasenwinkelwerte in programmierbaren Speicherbausteinen (PROMs) gespeichert sind. Eine Änderung des Modulationsverlauf ist hier nur möglich durch das Auswechseln der PROM durch den Hersteller.

In dem vom Radartutorial selbst entwickelten Didactical Multifunction Radar werden statt PROM zwei schnelle statische RAM mit je 64 kByte mal 16 Bit mit einer Zugriffszeit von 12 Nanosekunden verwendet. Ein ATMEL-Prozessor kann diese Speicher mit den von einem Laptop über USB bereitgestellten Werten laden. Damit ist es möglich, jeden beliebigen Signalverlauf, angefangen von extrem kurzen Impulsen für klassisches Impulsradar über intrapulse Modulation (mit nachfolgender Pulskompression) bis hin zu allen Modulationsformen des Frequenzmodulierten Dauerstrichradars (FMCW Radar) zu erzeugen.

Praktisch wird hier der Vorgang, der in einem I & Q- Phasendetektor abläuft, rückwärts betrieben. Diese Form des Waveform-Generators hat den Vorteil, dass der Inhalt der Speicherbausteine auch dem Auswerteprogramm bekannt ist, welches so über eine tabellarische Beschreibung des Sendeimpulses verfügt. Somit kann die Pulskompression auf dem Empfangsweg auch vom Radarsignalprozessor vorgenommen werden.

1) Um die Oszillogramme an den Testpunkten anschaulicher zu gestalten, wurde hier eine für Radargeräte unübliche extrem niedrige Zwischenfrequenz von 470 kHz gewählt.

Beschreibung der Baugruppen im Blockschaltbild