DE3132268C1 - Pulse Doppler radar device - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Puls-Doppler-Radargerät mit einer Festzeichenunterdrückungsschaltung und mit einer veränderbaren Pulsfolgefrequenz (PRF). The invention relates to a pulse Doppler radar device with a fixed-character suppression circuit and with a variable pulse repetition frequency (PRF).
In dem Bestreben, die Antennen von Radargeräten möglichst klein machen zu können, wird die Frequenz des Radar-Senders möglichst hoch angesetzt, soweit dies die zu erwartenden athmosphärischen Verhältnisse und die Technologie zulassen. Das Bedürfnis, mit möglichst hohen Sendefrequenzen zu arbeiten, ist bei höhenfindenden Radargeräten wegen der ohnehin größeren Antenne noch stärker. Diesem Wunsch sind bereits dort Grenzen gesetzt, wo Radargeräte nicht nur im Nahbereich, sondern auch für mittlere Reichweiten z.B. 100 lan eingesetzt werden sollen. Es steht hier der Vergrößerung der Reichweite, verbunden mit Verringerung der Pulsfolgefrequenz (PRF) die Veschlechterung der Unterdrückung von Dopplerfrequenzen der unerwünschten Signale von sich langsam bewegenden Zielen infolge der Verringerung der unteren Grenzgeschwindigkeit nachteilig entgegen. Mit der Verringerung der Pulsfolgefrequenz ergibt sich nämlich bei gleicher relativer Polbreite der Festzeichenunterdrükkungsschaltung auch eine Verringerung der absoluten unteren Grenzfrequenz, die für die untere Grenzgeschwindigkeit maßgebend ist. Andererseits steht einer Erhöhung der unteren Grenzfrequenz, die eine Verringerung der Durchlaßbreite des Filters zur Festzeichenunterdrückung zur Folge hat, eine unzulässige Verschlechterung des Blindgeschwindigkeitsverhaltens gegenüber. In an effort to make the antennas of radar devices as small as possible, the frequency of the radar transmitter is set as high as possible, as far as the expected atmospheric conditions and the technology allow. The need to work with the highest possible transmission frequencies is even stronger with altitude-finding radar devices because of the larger antenna. There are already limits to this desire where radar devices are to be used not only in the short range but also for medium ranges, e.g. 100 lan. The increase in the range, combined with a reduction in the pulse repetition rate (PRF), the deterioration in the suppression of Doppler frequencies of the undesired signals from slowly moving targets as a result of the reduction in the lower limit speed are disadvantageous here. With the reduction in the pulse repetition frequency, given the same relative pole width of the fixed-character suppression circuit, there is also a reduction in the absolute lower limit frequency, which is decisive for the lower limit speed. On the other hand, an increase in the lower limit frequency, which results in a reduction in the pass width of the filter for fixed-character suppression, is offset by an inadmissible deterioration in the blind speed behavior.
Die hier entgegenstehenden Forderungen nach Vergrößerung der Reichweite des Radargerätes und Verbesserung der Unterdrückung der Signale von sich langsam bewegenden Zielen können durch einen Kompromiß nicht mehr erfüllt werden.The opposing demands for enlargement the range of the radar device and improve the suppression of signals from yourself slowly moving goals can no longer be met by a compromise.
Es ist jedoch ein Puls-Doppler-Radar denkbar, bei dem zur Entdeckung nahe liegender Ziele mit einer hohen Sendefrequenz und einer ebenfalls hohen Pulsfolgefrequenz und zur Erfassung entfernter Ziele mit einer niedrigen Sendefrequenz und einer ebenfalls niedrigen Pulsfolgefrequenz gearbeitet wird. Die Arbeitsergebnisse mit einem solchen Radargerät sind zwar gut, der technische Aufwand dafür ist jedoch hoch.However, a pulse Doppler radar is conceivable for the one to discover nearby targets with a high transmission frequency and an equally high pulse repetition rate and for detecting distant targets with a low transmit frequency and a low one as well Pulse repetition rate is worked. The work results with such a radar device are good, the however, the technical effort involved is high.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Puls-Doppler-Radargerät der eingangs genannten Art einen Weg aufzuzeigen, mit vertretbarem Aufwand auch bei Radargeräten, die mit einer hohen Sendefrequenz arbeiten und die für eine mittlere Reichweite ausgelegt sind, eine gute Unterdrückung von Zielen, die sich mit einer kleinen Geschwindigkeit bewegen, zu erreichen, ohne daß das Auftreten von Rest-Clutter erhöht und das Auftreten von Überreichweiten-Signalen begünstigt wird. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Unterdrückung langsamer Ziele eine Reichweiten-Verschachtelung durch periodischen Wechsel der Pulsfolgefrequenz innerhalb jeder Zielüberstreichzeit vorgenommen wird, derart, daß unter Verwendung mehrerer gemeinsamer Systemkompo-The invention is based on the object for a pulse Doppler radar device of the type mentioned to show a way, with reasonable effort, even with radar devices with a high transmission frequency work and that are designed for a medium range, good suppression of targets that move at a slow speed without increasing the incidence of residual clutter and the occurrence of overreach signals is favored. This object is achieved according to the invention solved in that to suppress slow targets a range interleaving by periodic Change of the pulse repetition frequency is made within each target sweep time, such that under Use of several common system components
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nenten (Sender, Antenne usw.) des Radargerätes eine Fi g. 3 das Prinzipschaltbild des Empfangsteiles einescomponents (transmitter, antenna, etc.) of the radar device a Fi g. 3 the basic circuit diagram of the receiving part of a
entspechend dem PRF-Wechsel in einen Nahbereich Radargerätes,according to the PRF change to a close range radar device,
und einen Fernbereich unterteilte Signalverarbeitung Fig. 4 ein Impulsdiagramm, das eine Möglichkeit derand a long-range segmented signal processing Fig. 4 is a timing diagram showing one possibility of
erfolgt, indem während der Aussendung von Radar- Verschachtelung der beiden Pulsfolgefrequenzen auf-takes place by interleaving the two pulse repetition frequencies during the transmission of radar
signalen hoher Impulsfolgefrequenz bei einer hohen un- 5 zeigtsignals of high pulse repetition frequency at a high un- 5 shows
teren Grenzfrequenz der Festzeichenfilter nur der Nah- Der mit einem Radargerät erfaßbare und auf einerLower cut-off frequency of the fixed-character filter only the near- The detectable with a radar device and on one
bereich und während der Aussendung von Radarsigna- Anzeigevorrichtung in F i g. 1 dargestellte gesamte Ent-area and during the transmission of radar signal display device in FIG. 1 shown entire development
len mit einer niedrigen Impulsfolgefrequenz ausschließ- fernungsbereich ist durch zwei konzentrierte Kreise an-len with a low pulse repetition frequency exclusion range is indicated by two concentrated circles
lich der Fernbereich ausgewertet wird. gedeutet, die einen Nahbereich B mit der maximalenLich the far range is evaluated. interpreted that a close range B with the maximum
Der Unterteilung des Radar-Erfassungsbereiches in 10 Entfernung R 2 und einen Fernbereich A mit der maxieinen Nah- und einen Fernbereich liegt eine Verschach- malen Reichweite R1 gegeneinander abgegrenzt sind, telung der Pulse mit zwei wesentlich voneinander ab- Die Erfassung von Zielen im Nahbereich B erfolgt mit weichenden Pulsfolgefrequenzen zugrunde, wobei von der höheren Pulsfolgefrequenz PRFi und im Fernbeeiner gemeinsamen Sendefrequenz ausgegangen wird. reich A mit der kleineren Pulsfolgefrequenz PRF2. Das Die hohe Pulsfolgefrequenz ist dabei vorteilhafterweise 15 Verhältnis PRF'21PRFl der Pulsfolgefrequenz verhält wenigstens etwa doppelt so groß wie die niedere Puls- sich wenigstens wie etwa 1:2 und ist damit wesentlich folgefrequenz. Die hohe Pulsfolgefrequenz kann auch größer als die üblicherweise zur Unterdrückung von B ein größeres ganzzahliges Vielfaches der niederen Puls- Blindgeschwindigkeitsbereichen angewendete Pulsfolfolgefrequenz betragen. Infolge der Verwendung einer gefrequenzänderung. Infolge der Aufteilung in zwei hohen Pulsfolgefrequenz, durch die die Reichweite des 20 Entfernungsbereiche kann im Entfernungsbereich mit Radargerätes auf einen Nahbereich beschränkt ist, liegt einer Verstärkungsabsenkung geringerer Dynamik gedie untere Grenzfrequenz der Festzeichenfilter im Ent- genüber einer STC für den Gesamtbereich gearbeitet deckungsbereich so hoch, daß langsam bewegte Ziele werden. Die Darstellung von Zielen, die vom Fernbeunterdrückt werden. Dabei kann unterstellt werden, daß reich A in den Nahbereich B oder umgekehrt wechseln, langsame Bewegungen am Boden in der Entfernung au- 25 ist auf dem Bildschirm des Radargerätes nicht gestört ßerhalb des Nahbereiches hinter Abschattungen ver- Im Sendeteil des Radargerätes (F i g. 2) erzeugt ein schwinden. Damit erübrigen sich im Fernbereich zusatz^ Hochfrequenzgenerator 4 eine Sendefrequenz, die über liehe Maßnahmen zu deren Unterdrückung. Eine ausrei- die Taststufen 5 und 6, einen elektronischen Schalter 3, chend hohe Grenzfrequenz der Festzeichenfilter wird eine Leistungsstufe 2 (Senderendstufe) an die Radarandurch Verwendung von Doppel-Cancellern erzielt 30 tenne 1 gelangt. Die Sendefrequenz weist einen von derThe subdivision of the radar detection area into 10 distance R 2 and a far area A with the maximum near and one far area is a nested range R 1 are delimited from each other, the pulses with two substantially different from each other. The detection of targets in the near area B is based on varying pulse repetition frequencies, assuming the higher pulse repetition frequency PRFi and, in the remote area, a common transmission frequency. rich A with the lower pulse repetition rate PRF2. The high pulse repetition frequency is advantageously 15 ratio PRF'21PRFl of the pulse repetition frequency is at least about twice as large as the low pulse repetition rate is at least about 1: 2 and is therefore essentially repetition frequency. The high pulse repetition frequency can also be greater than the pulse repetition frequency usually used to suppress B, a larger integer multiple of the lower pulse / blind speed ranges. As a result of using a frequency change. As a result of the division into two high pulse repetition frequencies, through which the range of the distance range can be limited to a close range in the distance range with radar equipment, the lower limit frequency of the fixed-character filters is so high compared to an STC for the entire range, if the gain is lower than the dynamic range, that slowly moving targets become. The representation of targets that are suppressed by the remote. It can be assumed that A change to close range B or vice versa, slow movements on the ground at a distance are not disturbed on the screen of the radar device outside of the close range behind shadows. 2) creates a shrinkage. This eliminates the need in the long range additional ^ high frequency generator 4, a transmission frequency that borrowed measures to suppress it. A sufficient key stage 5 and 6, an electronic switch 3, a high cut-off frequency of the fixed-character filter, a power stage 2 (transmitter output stage) reaches the radar edge by using double cancellers. The transmission frequency has one of the
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin- Tastung unabhängigen Wert auf. Während jeder Zieldung wird während einer Zielüberstreichzeit (TOT) we- Überstreichzeit, die von der Umdrehungszahl der Annigstens eine Gruppe nicht expandierter Pulse der ho- tenne und vom Öffnungswinkel der Antennenkeule abhen Pulsfolgefrequenz zeitlich in die expandierten Pulse hängig ist, wird die Sendefrequenz in den beiden Tastder niedrigen Pulsfolgefrequenz verschachtelt. Die Brei- 35 stufen 5 und 6 abwechselnd mit der Pulsfolgefrequenz te der Radarimpulse mit hoher Pulsfolgefrequenz ohne PRF2 und PRF1 getastet Der elektronische Schalter 3 Pulskompression und die der Radarimpulse mit der verbindet die Senderendstufe 2 und die Radarantenne 1 niedrigeren Pulsfolgefrequenz mit Pulskompression jeweils mit der entsprechenden Taststufe 5 oder 6. Die werden gleich groß gehalten. Im Verarbeitungszweig Tastfrequenz FTi zur Erzeugung einer Pulsfolgefredes Radarempfängers für die Pulse mit niedriger Puls- 40 quenz PRFi wird direkt in einem Generator 7 erzeugt folgefrequenz ist eine entsprechende Pulskompression Über eine Frequenzteilerstufe 8 wird eine zweite Tasterforderlich, frequenz FT2 gewonnen, mit der in der Taststufe 6 dieAccording to an advantageous further development of the invention, sampling has an independent value. During each target, during a target sweep time (TOT), which is dependent on the number of revolutions of the antenna at least one group of unexpanded pulses and the opening angle of the antenna lobe, the pulse repetition frequency is temporally dependent in the expanded pulses, the transmission frequency in both Tactile of the low pulse repetition rate interleaved. The Brei- 35 levels 5 and 6 alternately with the pulse rate te of the radar pulses with high pulse rate without PRF2 and PRF 1 keyed The electronic switch 3 pulse compression and that of the radar pulses with the connects the transmitter output stage 2 and the radar antenna 1 lower pulse rate with pulse compression each with the corresponding key level 5 or 6. They are kept the same size. In processing branch sampling frequency FTi for generating a pulse sequence Fredes radar receiver for the pulses with low pulse 40 frequency PRFI is is repetition frequency generated directly in a generator 7, a corresponding pulse compression via a frequency divider stage 8 is a second button Ford Erlich frequency obtained FT2, with the Taststufe 6 the
Die zeitliche Verschachtelung der beiden Pulsfolgen Sendefrequenz zur Erzeugung der kleineren Pulsfolgemit unterschiedlicher Pulsfolgefrequenz kann auf ver- frequenz PRF2 moduliert wird. Eine Steuerschaltung, schiedene Weise erfolgen. Es kann z. B. wenigstens ein 45 bestehend aus einem Frequenzteiler 9 und einer Schal-Puls der niedrigeren Pulsfolgefrequenz durch eine tung 10 zur Bestimmung des Tastverhältnisses bestimmt Gruppe von Pulsen mit der höheren Pulsfolgefrequenz die Schaltfunktion des elektronischen Schalters 3 und ersetzt werden oder alle Zwischenräume der Pulse der damit den Zeitpunkt und die Dauer der jeweils an die niedrigen Pulsfolgefrequenz mit je einer Gruppe von Antenne 1 zu schaltenden Pulsfolge. Der Frequenzteiler Pulsen mit der hohen Pulsfolgefrequenz oder auch ein 50 9 bezieht eine Impulsfolge, die der Impulsfolgefrequenz Teil der Zwischenräume in periodischer Folge mit Pul- PRF2 entspricht, von der der Frequenzteilerstufe 8 für sen der hohen Pulsfolgefrequenz belegt werden. Eine die Tastfrequenz. Das Tastverhältnis der Schaltfunktion weitere Möglichkeit besteht darin, eine oder beide Im- des elektronischen Schalters 3 kann, in der Stufe 10 fest pulsfolgen gegebenenfalls unterschiedlich zu codieren. eingestellt werden.The temporal interleaving of the two pulse trains transmission frequency to generate the smaller pulse train with different pulse train frequencies can be modulated to verfrequenz PRF2 . A control circuit can be made in different ways. It can e.g. B. at least one 45 consisting of a frequency divider 9 and a switching pulse of the lower pulse repetition frequency through a device 10 to determine the duty cycle, group of pulses with the higher pulse repetition frequency determines the switching function of the electronic switch 3 and replaced or all the spaces between the pulses of the with it the point in time and the duration of the pulse train to be switched to the respective low pulse train frequency with one group of antenna 1 each. The frequency divider pulses with the high pulse repetition frequency or a 50 9 receives a pulse train which corresponds to the pulse repetition frequency part of the interstices in a periodic sequence with pulses PRF2 , from which the frequency divider stage 8 is occupied for sen of the high pulse repetition frequency. One the key frequency. The pulse duty factor of the switching function, another possibility, is that one or both of the electronic switches 3 can be coded in fixed pulse sequences, if necessary differently, in stage 10. can be set.
Die im Signalfluß der Pulsfolge mit der niedrigen Puls- 55 Anhand des in F i g. 4 dargestellten Impulsdiagramms folgefrequenz duch Einfügen von Pulsen und der hohen wird die Verschachtelung der Pulsfolgefrequenzen in Pulsfolgefrequenz hervorgerufenen Unstetigkeiten Verbindung mit der Funktion des elektronischen Schalkönnen mit bekannten Maßnahmen zur Einzelpulsun- ters 3 in vereinfachter Funktion dargestellt. In Zeile a terdrückung eliminiert werden. der F i g. 4 ist eine Pulsfolge mit der niedrigen Pulsfolge-The in the signal flow of the pulse train with the low pulse 55 using the in F i g. 4 illustrated pulse diagram repetition frequency by inserting pulses and the high, the interleaving of the pulse repetition frequencies in pulse repetition frequency caused discontinuities connection with the function of the electronic Schalkönnen with known measures for the individual pulse sub 3 is shown in a simplified function. In line a, suppression can be eliminated. the F i g. 4 is a pulse train with the low pulse train
Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfin- 60 frequenz PRF2 für den Fernbereich und in Zeile b dieThe invention and further details of the invention 60 frequency PRF2 for the long range and in line b the
dung werden anhand eines Ausführungsbeispiels in den Pulsfolge für die höhere Pulsfolgefrequenz PRFl fürApplication are based on an exemplary embodiment in the pulse train for the higher pulse train frequency PRFl for
Figuren näher erläutert den Nahbereich des Radargerätes wiedergegeben. FürFigures explained in more detail reproduced the close range of the radar device. For
Es zeigt eine Betriebsart des Radargerätes, bei der während ei-It shows an operating mode of the radar device in which during a
Fig. 1 die schematische Aufteilung des gesamten ner Zielüberstreichzeit ein Puls der PulsfolgefrequenzFig. 1 shows the schematic division of the entire target crossing time a pulse of the pulse repetition frequency
Entfernungsbereiches eines Radargerätes durch eine 65 PRF2 durch eine Folge von Impulsen der Pulsfolgefre- Range of a radar device through a 65 PRF2 through a series of pulses of the pulse repetition rate
Reichweitenverschachtelung, quenz PRFl ersetzt wird, muß durch einen in Zeile cRange nesting, sequence PRFl is replaced by one in line c
F i g. 2 das Prinzipschaltbild des Sendeteiles eines Ra- dargestellten Freigabeimpuls ein Puls der Pulsfohjefre-F i g. 2 the basic circuit diagram of the transmitting part of a Ra release pulse shown a pulse of the Pulsfohjefre-
dargerätes, quenz PRF2 ausgetastet werden, wie es die Zeile a mitdargerätes, sequence PRF2 are blanked , as is the line a with
der im Abstand der Zielüberstreichzeit lückenden Pulsfolgefrequenz PRF2 andeutet. Gleichzeitig muß durch einen in Zeile c dargestellten zweiten Freigabeimpuls für die Zeit einer Periode der Pulsfolgefrequenz PRF2 eine Folge von Impulsen der höheren Pulsfolgefrequenz PRFi, wie in Zeile Έ dargestellt, freigegeben werden. Der elektronische Schalter 3 befindet sich während dieser Zeit in der Stellung 35 (F i g. 2). In der letzten Zeile a+Έ der Fig.4 ist die von der Antenne 1 abgestrahlte verschachtelte Pulsfolge dargestellt the pulse repetition frequency PRF2, which is discontinuous at the interval between the target crossing time. At the same time, a sequence of pulses of the higher pulse repetition frequency PRFi, as shown in line Έ , must be released by a second release pulse shown in line c for the time of one period of the pulse repetition frequency PRF2. During this time, the electronic switch 3 is in position 35 (FIG. 2). In the last line a + Έ of FIG. 4, the nested pulse train emitted by the antenna 1 is shown
Synchron mit dem elektronischen Schalter 3 in F i g. 2 muß ein entsprechender Schalter 13 im Radarempfänger gesteuert werden. Im Prinzipschaltbild des Radarempfängers nach F i g. 3 ist die für den Sende- und Empfangsteil gemeinsam benutzte Antenne mit 1 bezeichnet. Die über die Antenne 1 erhaltenen Echosignale werden nach Verstärkung, Umsetzung und Gleichrichtung im Empfangsteil 12 als Videosignale an eine Signalauswerteschaltung weitergeleitet und schließlich mittels einer Anzeigevorrichtung 14 zur Darstellung gebracht, zo Die Signalauswerteeinrichtung ist unterteilt in einen Zweig 16 für die Verarbeitung der Echosignale aus dem Nachbereich PRFi und in den Verarbeitungszweig 15 für den Fernbereich mit der PRF2. Der elektronische Schalter 13 schaltet die Videosignale vom Ausgang des Empfangsteils 12 abwechselnd an den Verarbeitungszweig 15 mit der Auswerteschaltung für die niedrige Pulsfrequenzfrequenz PRF2 und einer nachfolgenden Gleichrichtung oder an den zweiten Auswertezweig 16 für die Echosignale aus dem Fernbereich geschaltet ist. Zur Darstellung der Zielechosignale ist jeweils der Ausgang eines Auswertezweiges 15 oder 16 über ein ODER-Gatter 17 mit einer Anzeigeeinrichtung 14 verbunden. Synchronously with the electronic switch 3 in FIG. 2 a corresponding switch 13 must be controlled in the radar receiver. In the basic circuit diagram of the radar receiver according to FIG. 3, the antenna used jointly for the transmitting and receiving part is denoted by 1. After amplification, conversion and rectification in the receiving section 12, the echo signals received via the antenna 1 are passed on as video signals to a signal evaluation circuit and finally displayed using a display device 14, zo The signal evaluation device is divided into a branch 16 for processing the echo signals from the post-range PRFi and in the processing branch 15 for the long range with the PRF2. The electronic switch 13 switches the video signals from the output of the receiving part 12 alternately to the processing branch 15 with the evaluation circuit for the low pulse frequency PRF2 and a subsequent rectification or to the second evaluation branch 16 for the echo signals from the far range. To display the target echo signals, the output of an evaluation branch 15 or 16 is connected to a display device 14 via an OR gate 17.
Bei der beschriebenen Ausgestaltung des Sende- und Empfangsteiles kann ein wesentlicher Anteil des Radargerätes gemeinsam genutzt werden. Eine getrennte Signalverarbeitung für die beiden Entfernungsbereiche ist nur in den beiden Auswertezweigen 15 und 16 des Radarempfängers erforderlich, während Antenne, Sender, Empfangsteil, abgesehen von Pulskompression bzw. Optimalfilter und Zieldarstellung keine Trennung erfordern. In the described configuration of the transmitting and receiving part, a substantial part of the radar device can shared. There is a separate signal processing for the two distance ranges only required in the two evaluation branches 15 and 16 of the radar receiver, while antenna, transmitter, Receiving part, apart from pulse compression or optimal filter and target display, do not require any separation.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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