CH681661A5

CH681661A5 -

Info

Publication number: CH681661A5
Application number: CH1374/92A
Authority: CH
Inventors: Adrian George Garrod
Original assignee: Roke Manor Research
Priority date: 1990-09-18
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1993-04-30
Also published as: GB2254747A; NL9201115A; FR2681140A1; LU88100A1; DE4143326A1; GB9020389D0

Description

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

CH 681 661 A5 CH 681 661 A5

Beschreibung description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Radar-Zielidentifikationssystem und insbesondere bezieht sie sich auf ein für die Erkennung eines selbständigen Zieles geeignetes automatisiertes System. This invention relates to a radar target identification system and, more particularly, it relates to an automated system suitable for the detection of a self-contained target.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Radar-Zielidentifikationssystem vorgesehen, mit einem Radarsender für die Aussendung von aufeinanderfolgenden, rechtwinklige Polarisationscharakteristik aufweisenden Radarsignalen und einem Radarempfänger, ansprechend auf von einem zu identifizierenden Ziel zurückgestrahlte Echosignale, welcher Empfänger eine Polarisations-Trennvorrichtung umfasst, die die Trennung empfangener, zurückgestrahlter Echosignale in zwei Signale mit rechtwinkliger Polarisationscharakteristik bewirkt, ferner mit Messmitteln für die Messung der Amplitude und relativen Phase der beiden Signale, Rechnermitteln, um aus der Amplitude und relativen Phase der beiden Signale für jedes von zwei aufeinanderfolgenden, zurückgestrahlten Radar-Echosignalen mit rechtwinkliger Charakteristik kopolare Nullstellen zu berechnen, zugehörig zu Radarziel-Speichermitteln, in welchen zu kopolaren Nullstellen für ausgewählte Ziele gehörige Daten gespeichert sind, und mit Vergleichsmitteln für in den Speichermitteln gespeicherte Daten und für die berechneten kopolaren Nullstellen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, kennzeichnend für die Zielidentität, wenn Übereinstimmung zwischen einer gespeicherten und einer berechneten kopolaren Nullstelle vorliegt. According to the present invention, a radar target identification system is provided, with a radar transmitter for the transmission of successive, orthogonal polarization characteristics having radar signals and a radar receiver, in response to echo signals reflected back from a target to be identified, which receiver comprises a polarization separating device which receives the separation , reflected echo signals into two signals with a right-angled polarization characteristic, furthermore with measuring means for measuring the amplitude and relative phase of the two signals, computing means for deriving from the amplitude and relative phase of the two signals for each of two successive, back-radar echo signals with a right angle Calculate characteristic of copolar zeros, associated with radar target storage means in which data associated with copolar zeros for selected targets are stored, and with Ve equalizing means for data stored in the storage means and for the calculated copolar zeros in order to generate an output signal which is characteristic of the target identity if there is a match between a stored and a calculated copolar zero.

Die kopolaren Nullstellen von aufeinanderfolgenden Paaren von rechtwinklig bezogenen Radar-Sendeimpulsen können gemessen und gesammelt werden, wodurch eine durchschnittliche kopolare Nullstellenidentität für das Ziel erzeugt wird, um in den genannten Vergleichsmitteln mit den gespeicherten Daten verglichen zu werden. The copolar zeros of successive pairs of right-angle radar transmit pulses can be measured and collected, thereby generating an average copolar zero identity for the target to be compared with the stored data in said comparison means.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand eines Beispieles mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen: An embodiment of the invention will now be described by way of example with reference to the drawings in which:

Fig. 1 ein allgemeines schematisches Blockdiagramm eines Radarsystemes für Zielidentifikation ist, 1 is a general schematic block diagram of a radar system for target identification,

Fig. 2 ein Diagramm einer Polarisationsellipse ist, und Figure 2 is a diagram of a polarization ellipse, and

Fig. 3 ein Diagramm einer Poincare-Kugelfläche ist. Figure 3 is a diagram of a Poincare spherical surface.

Bezugnehmend auf Fig. 1 besitzt ein Radarsystem für Zielerkennung, das Polarisationsmittel verwendet, einen Sender 1, welcher einen Polarisationsschalter 2, der an eine Antenne 3 angeschlossen ist, versorgt. Referring to Fig. 1, a radar system for target detection using polarization means has a transmitter 1 which powers a polarization switch 2 which is connected to an antenna 3.

Beim Betrieb des Systemes wird der Polarisationsschalter 2 aktiviert, sodass die Radarpulse mit relativer rechtwinkliger Charakteristik von der Antenne 3 ausgesendet werden. Von einem zu identifizierenden Ziel zurückgestrahlte Echosignale werden durch eine zweite Antenne 4 empfangen und einer Poiari-sationstrennvorrichtung 5 zugeführt, welche getrennte Ausgangssignale mit relativer rechtwinkliger Polarisation auf den zwei Leitungen 6 und 7 erzeugt. Die Signale auf diesen Leitungen 6 und 7 werden einer Messeinrichtung 8 zugeführt, welche dazu dient, die Amplitude und relative Phase der auf den Leitungen empfangenen Signale zu messen. Folglich werden für jedes zurückgestrahlte Echosignal Daten bezüglich der Amplitude und relativen Phase von rechtwinklig zueinanderstehenden Komponenten der zurückgestrahlten Echosignale erzeugt. Solche Daten von zwei aufeinanderfolgenden zurückgestrahlten Echosignalen, welche von rechtwinklig bezogenen Sendeimpulsen herrühren, werden von der Messeinrichtung 8 einem Computer 9 zugeführt, welcher die Streumatrix benutzt, um die kopolaren Nullstellen von aufeinanderfolgenden rechtwinkligen Polarisationsübertragungen zu berechnen. Die den berechneten kopolaren Nullstellen für ein bestimmtes Ziel zugehörigen Daten werden einem Vergleicher (Comparator) und Speicher 10 zugeführt, worin die einem Ziel zugehörigen empfangenen Daten mit einer Anzahl von verschiedenen Zielen zugehörigen gespeicherten Referenzdaten verglichen werden. Wenn zwischen den gespeicherten Daten und den gemessenen Daten Übereinstimmung auftritt, wird ein Ausgangssignal auf einer Leitung 11 erzeugt, um ein Ergebnis zu liefern, welches auf einer optischen Anzeige 12 angezeigt wird. When the system is operating, the polarization switch 2 is activated, so that the radar pulses with relative rectangular characteristics are emitted by the antenna 3. Echo signals reflected back from a target to be identified are received by a second antenna 4 and fed to a polarization separation device 5, which generates separate output signals with relative rectangular polarization on the two lines 6 and 7. The signals on these lines 6 and 7 are fed to a measuring device 8 which serves to measure the amplitude and relative phase of the signals received on the lines. Consequently, data relating to the amplitude and relative phase of components of the reflected echo signals which are at right angles to one another are generated for each returned echo signal. Such data from two successive retroreflected echo signals, which originate from transmission pulses related at right angles, are fed by the measuring device 8 to a computer 9 which uses the scattering matrix to calculate the copolar zeros of successive right-angled polarization transmissions. The data associated with the computed copolar zeros for a particular target are fed to a comparator and memory 10, wherein the received data associated with a target is compared with a number of stored reference data associated with different targets. If a match occurs between the stored data and the measured data, an output signal is generated on line 11 to provide a result which is displayed on a visual display 12.

Es ist einzusehen, dass Echosignale von aufeinanderfolgenden Paaren von rechtwinklig bezogenen Übermittlungspulsen gesammelt werden können, um eine durchschnittliche Streumatrix zu bilden, von welcher ein durchschnittliches Paar von kopolaren Nuilstellen berechnet werden kann und daher ein Vergleich im Vergleicher (Comparator) und Speicher 10 zwischen einem durchschnittlichen kopolaren Nullsignal und den gespeicherten Daten zu Zielidentifikationszwecken durchgeführt werden kann. It will be appreciated that echo signals can be collected from successive pairs of right-angle related transmission pulses to form an average scatter matrix from which an average pair of copolar nuils can be calculated and therefore a comparison in the comparator and memory 10 between an average copolar zero signal and the stored data can be carried out for target identification purposes.

Das vorgängig beschriebene System zur Zielidentifikation ist geeignet für Anwendungen bei Radargeräten, welche die Möglichkeit zur Messung der Zielstreumatrix besitzen. Es ist einzusehen, dass die kopolaren Nullstellen die Polarisationen sind, welche in einer empfangenen Polarisation resultieren, die rechtwinklig zur ausgesandten Polarisation ist, das heisst, die Verwendung einer der kopolaren Nullstellenpolarisationen eines Zieles für das Senden und Empfangen führt zu einem Null-Ausgangssignal. Es sind zwei kopolare Nullstellenpolarisationen vorhanden, welche im allgemeinen verschieden sind. Die kopolaren Nullstellen können leicht aus der Streumatrix berechnet werden, was der Fachmann einsehen wird, und sie enthalten dieselben Informationen, abgesehen vom Gesamt-Amplitudenfaktor. The system for target identification described above is suitable for applications in radar devices which have the possibility of measuring the target scatter matrix. It will be appreciated that the copolar zeros are the polarizations that result in a received polarization that is perpendicular to the transmitted polarization, that is, using one of a destination's copolar zero polarizations for transmission and reception results in a zero output signal. There are two copolar zero polarizations, which are generally different. The copolar zeros can be easily calculated from the scattering matrix, as will be appreciated by those skilled in the art, and contain the same information except for the total amplitude factor.

Der Vergleich von Zielen erfolgt tatsächlich dadurch, dass der Abstand zwischen kopolaren Nullstellen auf der nachstehend beschriebenen Poincare-Kugelfläche benutzt wird. Das herkömmliche Verfahren für die Beschreibung der Polarisation erfolgt mittels der elektrischen Darstellung, wie in Fig. 2 ge2 The comparison of targets is actually done by using the distance between copolar zeros on the Poincare sphere described below. The conventional method for describing the polarization is carried out by means of the electrical representation, as in FIG. 2 ge2

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

CH 681 661 A5 CH 681 661 A5

zeigt, worin in einer Polarisationsellipse die vertikale Achse vertikale Polarisation und die horizontale Achse horizontale Polarisation darstellen. Diese Ellipse wird in der Tat durch die Spitze eines in die Ausbreitungsrichtung weisenden elektrischen Feldvektors beschrieben. Der Polarisationszustand kann damit durch Verwendung des Richtungswinkels ® und des Abplattungswinkels t beschrieben werden. Per definitionem stellen positive x rechtsgängige Polarisation dar. Alternative Darstellungen benutzen Kolonnenvektoren von rechtwinkligen, typischerweise horizontalen und vertikalen Komponenten, d.h., shows in which in a polarization ellipse the vertical axis represents vertical polarization and the horizontal axis represents horizontal polarization. This ellipse is actually described by the tip of an electric field vector pointing in the direction of propagation. The state of polarization can thus be described by using the direction angle ® and the flattening angle t. By definition, positive x represents right-hand polarization. Alternative representations use column vectors of right-angled, typically horizontal and vertical components, i.e.

S S

Die Streumatrix stellt die Auswirkung eines Zieles auf die ausgesendete Polarisation dar The scatter matrix shows the effect of a target on the transmitted polarization

Wenn das gesendete Signal T von der Form (1 ) ist, dann ist das empfangene Signal R von der Form (1 ) durch die Formel If the transmitted signal T is in the form (1), then the received signal R is in the form (1) by the formula

R = ST R = ST

gegeben. given.

Die Komponenten Shv und Svh von S sind identisch, weil sie reziprok sind. Eine Berechnung von S kann durch Messung von R für zwei rechtwinklige T-Signale und der Auflösung der Gleichungssysteme erfolgen, um die Komponenten von S zu finden. The components Shv and Svh of S are identical because they are reciprocal. S can be calculated by measuring R for two right-angled T signals and solving the systems of equations to find the components of S.

Kopolare Nullstellen sind Polarisationen, für welche R rechtwinklig zu T ist. Wenn S einmal bekannt ist, können die kopolaren Nullstellen leicht berechnet werden. Copolar zeros are polarizations for which R is perpendicular to T. Once S is known, the copolar zeros can be easily calculated.

Fig. 3 zeigt, wie der Polarisationszustand eines Signales durch den Punkt P auf der Poincare-Kugelfläche durch Verwendung der Winkel o und x dargestellt werden kann. 3 shows how the polarization state of a signal can be represented by the point P on the Poincare spherical surface by using the angles o and x.

Es wird nun Fig. 3 mit den folgenden verschiedenen Arten von Beispielszielen betrachtet: 3 is now considered with the following different types of example targets:

Kugelfläche S = (10) Spherical surface S = (10)

kopolare Nullstellen links und copolar zeros on the left and

(01) (01)

rechtsdrehend clockwise

(1) $ = 0 t = +45 (1) $ = 0 t = +45

(i) (i)

(j) <£ = 0 t = -45 (j) <£ = 0 t = -45

(1) (1)

v-flächige horizontale Eck-Nahtkante v-shaped horizontal corner seam edge

S = S =

■ (10) ■ (10)

kopolare Nullstellen ± 45 linear Copolar zeros ± 45 linear

(0-1) (0-1)

(1) O = 45 x = 0 (1) O = 45 x = 0

(1) (1)

(1)<I> = -45 x = 0 (1) <I> = -45 x = 0

H) H)

Q Q

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

CH 681 661 A5 CH 681 661 A5

Vertikaler Draht S = (00) (01) Vertical wire S = (00) (01)

kopolare Nullstellen sind übereinstimmend horizontale Polarisation copolar zeros are correspondingly horizontal polarization

(1)4> = 0 x = 0 (1) 4> = 0 x = 0

(0) (0)

Die Referenzen werden als vier Werte 4> und t für die zwei kopolaren Nullstellen gespeichert. The references are stored as four values 4> and t for the two copolar zeros.

Wenn das Ziel eine Kugelfläche ist und die Sendung in der Form von alternierend horizontaler und vertikaler Polarisation erfolgt, mit dem Empfänger in der Form horizontaler und vertikaler Polarisation, ergeben sich die folgenden Beziehungen: If the target is a spherical surface and the transmission is in the form of alternating horizontal and vertical polarization, with the receiver in the form of horizontal and vertical polarization, the following relationships result:

Für eine horizontale Aussendung ist der horizontale Empfang = 1 und der vertikale = 0 (mit vernachlässigten Amplitudeneffekten). Für eine vertikale Aussendung ist der horizontale Empfang = 0 und der vertikale = 1. Diese vier Messungen erlauben, eine Streumatrix zu berechnen und daraus die kopolaren Nullstellen. Kopolare Nullstellen werden danach unter Verwendung von Winkeldistanzen zwischen Punkten auf der Poincare-Kugelfläche verglichen mittels einfacher sphärischer Geometrieberechnungen. Die Distanz zwischen gemessenen Nullstellen und Kugelflächennullstellen ist gleich 0° + 0°. Die Distanz zwischen gemessenen und zweiflächigen Nullstellen ist gleich 90° + 90°. Die Distanz zwischen gemessenen und Draht-Nullstellen ist gleich 90° + 90°. Die beste Übereinstimmung ist demzufolge eine Kugelfläche. For a horizontal transmission, the horizontal reception = 1 and the vertical = 0 (with neglected amplitude effects). For a vertical transmission, the horizontal reception = 0 and the vertical = 1. These four measurements make it possible to calculate a scattering matrix and from this the copolar zeros. Copolar zeros are then compared using angular distances between points on the Poincare spherical surface using simple spherical geometry calculations. The distance between measured zeros and spherical surface zeros is 0 ° + 0 °. The distance between measured and two-surface zeros is equal to 90 ° + 90 °. The distance between measured and wire zeros is equal to 90 ° + 90 °. The best match is therefore a spherical surface.

Verschiedene Modifikationen können an der gezeigten Anordnung durchgeführt werden, ohne aus dem Bereich der Erfindung herauszutreten, und es kann beispielsweise die am besten geeignete Art von Messungs-, Berechnungs- oder Polarisationsgeräten verwendet werden, wie es für den Fachmann auf diesem Gebiet naheliegend ist. Various modifications can be made to the arrangement shown without departing from the scope of the invention and, for example, the most suitable type of measurement, calculation or polarization device can be used, as would be obvious to those skilled in the art.

Claims

1. A radar target identification system, comprising a radar transmitter for the transmission of successive, right-angled polarization characteristics having radar signals and a radar receiver, in response to echo signals reflected back from a target to be identified, which receiver comprises a polarization separating device, which separates received returned echo signals into two signals with right-angled polarization characteristics, furthermore with measuring means for measuring the amplitude and relative phase of the two signals, computing means for calculating from the amplitude and relative phase of the two signals for each of two successive, reflected radar echo signals with right-angled characteristics, copolar zeros, belonging to radar target storage means in which data associated with copolar zeros for selected targets are stored, and with comparison means for D stored in the storage means data and for the calculated copolar zeros in order to produce an output signal which is characteristic of the target identity if there is a match between a stored and a calculated copolar zero.

2. Radar target identification system according to claim 1, with means with which the copolar zeros of successive pairs of perpendicular radar transmission pulses are measured and collected such that an average copolar zero identity for the target is generated, which in said comparison means with the stored data is compared.

3. Radar target identification system according to claim 1 or 2, with a display unit for optical display of the target identification output signal.

4th