DE1294502B

DE1294502B - Method to improve the distance to interferers in a pulse doppler radar device

Info

Publication number: DE1294502B
Application number: DE1966S0107303
Authority: DE
Inventors: Pieverling; Dr Klaus Von
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-12-07
Filing date: 1966-12-07
Publication date: 1969-05-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung des Störabstandes bei einem mit auf dem Erdboden auftreffender Strahlungskeule arbeitenden Pulsdopplerradargerät für Zielverfolgung, bei dem die Impulsfolgefrequenz nach Feststellung der ungefähren Lage des Zieles in Abhängigkeit von der Entfernung des Zieles ausgewählt und bei weiterer Verfolgung des Zieles entsprechend verändert wird und Entfernungsblindzonen auftreten. The invention relates to a method for improving the Signal-to-noise ratio in a working with a radiation lobe hitting the ground Pulse Doppler radar device for target tracking in which the pulse repetition rate is determined the approximate location of the target is selected depending on the distance from the target and if the target is pursued further, the blind zones are changed accordingly appear.

Es ist bekannt, daß bei Pulsdopplerradargeräten sogenannte » Entfemungsblindzonen « entstehen, d. h., Ziele in bestimmten Abständen vom Radargerät können nicht erfaßt werden. Derartige Schwierigkeiten können auftreten, sobald die Laufzeit eines Radarechoimpulses die Zeit zwischen zwei Sendeimpulsen übersteigt und im Radargerät ein Echoimpuls dann eintrifft, wenn gerade ein Sendeimpuls abgestrahlt wird. Diese Schwierigkeiten lassen sich zwar dadurch in gewissem Umfang verringern, daß das Radargerät wechselweise mit zwei meist nur wenig verschiedenen Impulsfolgefrequenzen betrieben wird. Die erste Entfernungsblindzone tritt in diesem Fall erst dann auf, wenn eine Entfernungsblindzone der ersten Impulsfolgefrequenz mit einer Entfernungsblindzone der zweiten Impulsfolgefrequenz zusammenfällt. It is known that in pulse Doppler radar devices so-called »distance blind zones «Arise, d. That is, targets at certain distances from the radar cannot be detected will. Such difficulties can arise once the transit time of a radar echo pulse the time between two transmission pulses exceeds and an echo pulse in the radar device then occurs when a transmission pulse is being emitted. These difficulties can indeed be reduced to a certain extent that the radar device alternately is operated with two mostly only slightly different pulse repetition frequencies. the In this case, the first distance blind zone only occurs when a distance blind zone of the first pulse repetition rate with a range blind zone of the second pulse repetition rate coincides.

Es ist bekannt (USA.-Patentschrift 3 258 769), bei einem Radargerät die Pulsfrequenz bei Annäherung eines erfaßten Bewegtzieles an eine Entfernungsblindzone umzuschalten. Die dabei auftretende Informationslücke kann dadurch vermieden werden, daß die unterschiedlichen Pulsfrequenzen durch Frequenzteilung aus einem gemeinsamen Oszillator hergeleitet werden. Die Lage des Zieles zwischen zwei Entfemungsblindzonen ist nach der Umschaltung der Pulsfrequenz von den Zufälligkeiten der gewählten neuen Pulsfrequenz abhängig. It is known (U.S. Patent 3,258,769) in a radar device the pulse rate when a detected moving target approaches a distance blind zone to switch. The resulting information gap can be avoided by that the different pulse frequencies by frequency division from a common Oscillator can be derived. The location of the target between two distance blind zones is after switching the pulse frequency from the randomness of the selected new one Pulse rate dependent.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung des Verhältnisses von Nutzenergie zu Störenergie bei einem Pulsdopplerradargerät für Zielverfolgung zu erreichen. Gemäß der Erfindung, welche sich auf ein Verfahren zur Verbesserung des Störabstandes der eingangs genannten Art bezieht, wird dies dadurch erreicht, daß die Auswahl und Veränderung der Impulsfolgefrequenz derart vorgenommen wird, daß das Ziel von der Seite des Radargeräts aus gesehen kurz vor einer Entfernungsblindzone liegt. In contrast, the invention is based on the object of an improvement the ratio of useful energy to interference energy in a pulse Doppler radar device for goal tracking to achieve. According to the invention, which relates to a method to improve the signal-to-noise ratio of the type mentioned above, this is achieved in that the selection and change of the pulse repetition frequency such it is made that the target as seen from the side of the radar unit is just ahead a distance blind zone.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie dessen Vorteile und Weiterbildungen ist im folgenden auf Zeichnungen Bezug genommen. To explain the method according to the invention and its advantages and further developments, reference is made below to drawings.

In F i g. 1 a ist in Seitenansicht die Strahlungskeule eines z. B. auf einem Fahrzeug angebrachten Radargeräts 1 dargestellt, deren Längsachse so flach verläuft, daß sie über einen größeren Bereich streifend auf dem Erdboden auftrifft. In Fig. lb ist die Strahlungskeule des Radargeräts 1 in Draufsicht gezeichnet. Für eine bestimmte Impulsfolgefrequenz ergibt sich eine Reihe von mit EB bezeichneten Entfernungsblindzonen, die jeweils gleichen Abstand voneinander haben. Liegen in diesen schraffiert gezeichneten Entfernungsblindzonen Ziele, so können sie nicht erfaßt werden, weil die Laufzeit der Echoimpulse so groß ist, daß diese zu einem Zeitpunkt an der Antenne I eintreffen, wenn von dieser gerade ein Sendeimpuls ausgestrahlt wird und dabei der Empfängereingang blockiert ist. Der von einem Entfernungstor erfaßte Bereich, d. h. das maximale Auflösungsvermögen, ist mit e bezeichnet, wobei zu beachten ist, daß die Entfernungsanzeige vieldeutig ist, weil alle Ziele, die z. B. in einem der Bereiche R I bis R 6 liegen, in ein und demselben Entfernungskanal angezeigt werden. In Fig. 1 a is a side view of the radiation lobe of a z. B. Shown on a vehicle mounted radar device 1, whose longitudinal axis is so flat runs that it strikes over a larger area grazing on the ground. In Fig. Lb the radiation lobe of the radar device 1 is drawn in plan view. For a certain pulse repetition frequency results in a series of designated EB Distance blind zones that are equidistant from each other. Lie in targets these shaded distance blind zones, so they cannot be detected because the transit time of the echo pulses is so large that this becomes a Time to arrive at the antenna I when a transmission pulse is currently being transmitted from it and the receiver input is blocked. The one from a distance gate detected area, d. H. the maximum resolving power is denoted by e, where to note that the distance display is ambiguous, because all targets that z. B. lie in one of the areas R I to R 6, in one and the same distance channel are displayed.

In F i g. 2 ist für zwei Impulsfolgefrequenzen das Verhältnis von Störenergie zu Zielenergie S/Z in db in Abhängigkeit von der auf der Abszisse aufgetragenen ZieIentfernung R (km) dargestellt. Dabei sind im einzelnen folgende Radarparameter zugrunde gelegt : Impulsfolgefrequenz I... 30 kHz Impulsfolgefrequenz II...... 25 kHz Entfemungstorbreite e......... 50 m Antennendiagrammbreite. 3° Zielquerschnitt.. 1 m2 Bodenreflexionsfaktor..........-15db Die ausgezogenen Kurven gelten dabei für die Impulsfolgefrequenz I von 30 kHz, die gestrichelten Kurven für die Impulsfolgefrequenz II von 25 kHz. In Fig. For two pulse repetition rates, 2 is the ratio of Interference energy to target energy S / Z in db as a function of the one plotted on the abscissa Target distance R (km) shown. The individual radar parameters are as follows based on: Pulse repetition frequency I ... 30 kHz Pulse repetition frequency II ...... 25 kHz distance gate width e ......... 50 m antenna diagram width. 3 ° target cross-section. 1 m2 floor reflection factor ..........- 15db The solid curves apply to the pulse repetition frequency I of 30 kHz, the dashed curves for the pulse repetition frequency II of 25 kHz.

Die für die Impulsfolgefrequenz I auftretenden Entfernungsblindzonen sind auf der Abszisse dargestellt und mit EB 1 bezeichnet. Sie folgen jeweils periodisch im Abstand von 5 km aufeinander. Ihre Breite liegt in der Größenordnung der Entfernungstorbreite e.The range blind zones occurring for the pulse repetition frequency I. are shown on the abscissa and designated EB 1. They each follow periodically at a distance of 5 km on each other. Their width is in the order of magnitude of the distance gate width e.

Für die Impulsfolgefrequenz II von 25 kHz sind die Entfernungsblindzonen mit EB 2 bezeichnet ; sie folgen im Abstand von 6 km aufeinander. Betrachtet man die das Verhältnis von Störenergie zu Zielenergie angebenden Kurven, so zeigt sich, daß Ziele, welche von dem Radargerät aus gesehen kurz vor einer Entfernungsblindzone liegen, ein kleineres Verhältnis von Störenergie zu Zielenergie ergeben als solche Ziele, welche von dem Radargerät aus gesehen kurz hinter einer Entfernungsblindzone liegen.For the pulse repetition frequency II of 25 kHz, the distance blind zones are denoted by EB 2; they follow one another at a distance of 6 km. If you look at the curves indicating the ratio of interfering energy to target energy, it can be seen that that targets which are seen by the radar shortly before a range blind zone result in a smaller ratio of interfering energy to target energy than such Targets which, as seen from the radar device, are just beyond a range blind zone lie.

Betreibt man ein Pulsdopplerradargerät bei der Verfolgung eines Zieles durch Änderung der Impulsfolgefrequenz so, daß dieses jeweils von der Seite des Radargeräts aus gesehen möglichst nahe vor einer Entfernungsblindzone liegt, so lassen sich die günstigsten Werte für den Störabstand der Echosignale, d. h. das kleinste Verhältnis von Störenergie zu Zielenergie S/Z, erreichen.Operating a pulse Doppler radar device while tracking a target by changing the pulse repetition frequency so that this is in each case from the side of the Radar device is as close as possible to a range blind zone, so the most favorable values for the signal-to-noise ratio of the echo signals, d. H. the achieve the smallest ratio of interference energy to target energy S / Z.

Eine einfache Lösung für die Veränderung der Impulsfolgefrequenz besteht darin, dal3 diese umgeschaltet wird, sobald ein Ziel sich zu weit von einer Entfernungsblindzone in Richtung auf das Radargerät hin entfernt hat, und zwar so, daß es dann für die neue Impulsfolgefrequenz gerade wieder kurz vor einer Entfernungsblindzone liegt. Der Verlauf des Verhältnisses von Störenergie zu Zielenergie ist für einen solchen Fall für die Impulsfolgefrequenzen von 25 und 30 kHz in F i g. 2 durch die stark ausgezogen bzw. stark gestrichelt dargestellten Teile der Kurven angedeutet. Liegt z. B. ein sich näherndes Ziel bei einer Impulsfolgefrequenz von 30 kHz vor der Entfernungsblindzone EB 1 in 20 km Entfernung, so steigt bei Annäherung des Zieles das Verhältnis von SlZ nach der Kurve 2 an, und zwar so lange, bis das Ziel sich auf eine Entfernung von etwas weniger als 18 km genähert hat, worauf eine Umschaltung der Impulsfolgefrequenz auf den Wert 25 kHz vorgenommen wird. Das Ziel liegt nunmehr kurz vor der Entfernungsblindzone EB 2 bei 18km, und das Verhältnis von Störenergie zu Zielenergie ist nach Kurve 3 gegenüber der vorhergehenden Kurve 2 wieder günstiger geworden. Sobald das Ziel sich auf etwas weniger als 15 km genähert hat und dadurch das Verhältnis von Störenergie zu Zielenergie wieder angestiegen ist, wird erneut eine Umschaltung der Impulsfolgefrequenz vorgenommen, und zwar für dieses Beispiel wieder auf den vorhergehenden Wert von 30 kHz, so daß jetzt das Verhältnis von Störenergie zu Zielenergie durch die Kurve 4 gegeben ist. A simple solution to changing the pulse repetition rate consists in that this is switched as soon as a target is too far from one Has removed the range blind zone in the direction of the radar device in such a way that that it is then just before a distance blind zone for the new pulse repetition rate lies. The course of the ratio of interfering energy to target energy is for you such a case for the pulse repetition frequencies of 25 and 30 kHz in FIG. 2 through the strongly drawn or strongly dashed parts of the curves indicated. Is z. B. an approaching target at a pulse repetition rate of 30 kHz the distance blind zone EB 1 at a distance of 20 km, then increases as the Target the ratio of SIZ after curve 2, until the target has approached to a distance of a little less than 18 km, whereupon a switchover the pulse repetition frequency is set to a value of 25 kHz. The goal is now shortly before the distance blind zone EB 2 at 18km, and the ratio of interfering energy to target energy is again more favorable according to curve 3 compared to the previous curve 2 become. As soon as the target has approached to a little less than 15 km and thus the ratio has risen again from interfering energy to target energy, there is another switchover made of the pulse repetition frequency, for this example again to the previous value of 30 kHz, so that now the ratio of interfering energy to target energy is given by curve 4.

Auf diese Weise verläuft das Verhältnis von Störenergie zu Nutzenergie bei Annäherung des Zieles nach den jeweils dick ausgezogenen Teilen der Kurven 2 bis 6. Die Kurve 7 ist f³r beide Impulsfolgefrequenzen gemeinsam, wobei lediglich zu bemerken ist, daß für die Impulsfolgefrequenz von 25 kHz sich die Kurve 7 (gestrichelter Teil) bis zur ersten, bei einer Entfernung von 6 km liegenden Entfernungsblindzone EB 2 fortsetzt, während sie für eine Impulsfolgefrequenz von 30 kHz bereits bei einer Entfernung von 5 km bei der Entfernungsblindzone EB 1 endet (ausgezogener Teil).This is how the ratio of interfering energy to useful energy runs when approaching the target according to the thick drawn out parts of the curves 2 to 6. The curve 7 is common for both pulse repetition frequencies, with only It should be noted that for the pulse repetition frequency of 25 kHz curve 7 (dashed line Part) up to the first blind zone located at a distance of 6 km EB 2 continues while it is already at for a pulse repetition rate of 30 kHz a distance of 5 km at the distance blind zone EB 1 ends (solid Part).

Vorausgesetzt ist dabei, dal3 bei der ersten Wahl der Impulsfolgefrequenz die Entfernung des zu verfolgenden Zieles jeweils ungefähr bekannt ist. The prerequisite is that the first choice of the pulse repetition frequency the distance to the target to be tracked is roughly known.

Diese Grobortung ist normalerweise bei Zielverfolgungsgeräten auf Grund eines Such-und Einweisvorganges bekannt. MitHilfe einer einfachenRechenoperation läßt sich unter dieser Voraussetzung die für den Beginn der Zielverfolgung günstigste Impulsfolgefrequenz fT aus folgenden Gleichungen ermitteln : r n-150 (kH) (1) R + a /T./m<m.(2) Dabei ist fT (kHz) = Impulsfolgefrequenz, R (km) = Zielentfernung, a (km) = Sicherheitsabstand von der nachfolgenden Entfernungsblindzone, n = kleinste ganze Zahl, so daß die Impulsfolgefrequenz fT einen notwendigen Mindestwert fmZz nicht unterschreitet. Dieser Mindestwert hängt mit der Forderung nach Blindgeschwindigkeitsfreiheit zusammen, und zwar so, daß die höchste zu erfassende Geschwindigkeit eines anfliegenden Zieles unter dem kleinsten noch zulässigen Wert der Impulsfolgefrequenz liegen soll.This coarse location is usually based on target tracking devices The reason for a search and instruction process is known. With the help of a simple arithmetic operation under this prerequisite, the most favorable for starting the pursuit of the target can be found Determine the pulse repetition frequency fT from the following equations: r n-150 (kH) (1) R + a /T./m<m.(2) where fT (kHz) = pulse repetition frequency, R (km) = target distance, a (km) = safety distance from the following blind zone, n = smallest integer, so that the pulse repetition frequency fT has a necessary minimum value fmZz does not fall below. This minimum value depends on the requirement that there is no blind speed together, in such a way that the highest speed to be recorded of an approaching The aim should be below the smallest permissible value of the pulse repetition frequency.

Während bei dem bisher beschriebenen Verfahren im Verlauf des Verfolgungsvorganges die Impulsfolgefrequenz in Stufen zwischen zwei Werten variiert wurde, läßt sich bei einer stetigen Variation eine erhebliche Verbesserung erzielen. Diese hat zunächst den Vorteil, daß, da die Ziele stets nur um den Sicherheitsabstand a vor der Entfernungsblindzone liegen, die günstigsten Werte für das Verhältnis von Störenergie zu Zielenergie während des ganzen Verfolgungsvorganges erzielt werden können. Außerdem sind die Festzielunterdrückung beeinträchtigende Sprünge der Impulsfolgefrequenz nicht oder nur in sehr geringem Umfang notwendig. While in the method described so far in the course of the tracking process the pulse repetition frequency was varied in steps between two values, can be achieve a significant improvement with a steady variation. This has initially the advantage that, since the targets are always only the safety distance a in front of the distance blind zone are the most favorable values for the ratio of interfering energy to target energy can be achieved throughout the tracking process. Besides, they are Jumps in the pulse repetition rate that do not affect fixed target suppression or only necessary to a very limited extent.

Eine sprungweise Anderung der Impulsfolgefrequenz kann auch bei ansonsten stetiger Variation zur Verbesserung des Störabstandes dann von Vorteil sein, wenn sich die Zielentfernung R so weit verkleinert hat, dal3 die Gleichung (2) auch für (n-1) erfüllt ist. Die Impulsfolgefrequenz kann dann nach vorheriger stetiger Anderung plötzlich auf einen anderen Wert umgeschaltet werden. Dies wird an Hand von F i g. 3 erläutert, so in Abhängigkeit von der Zielentfernung R der Verlauf der Impulsfolgefrequenz fT dargestellt ist. Für dieses Beispiel ist f³r die im Zusammenhang mit F i g. 2 erläuterten Radarparameter von folgenden Zahlenwerten ausgegangen : Rzl = 16 0, 4 km : Zielentfernung zu Beginn der Zielverfolgung (Punkt A in F i g. 3). a = 0, 5 km : Sicherheitsabstand von der nachfolgenden Entfernungsblindzone. fT min-25'Z : Niedrigste zulässige Impulsfolgefrequenz. A sudden change in the pulse repetition frequency can also occur with otherwise constant variation to improve the signal-to-noise ratio be advantageous if the target distance R has decreased so much that equation (2) also applies to (n-1) is satisfied. The pulse repetition frequency can then after a previous constant change suddenly switched to another value. This is based on F i G. 3 explains the course of the pulse repetition frequency as a function of the target distance R. fT is shown. For this example, for that in connection with FIG. 2 The radar parameters explained are based on the following numerical values: Rzl = 16 0, 4 km: target distance at the beginning of target tracking (point A in Fig. 3). a = 0, 5 km: Safety distance from the following blind distance zone. fT min-25'Z : Lowest permissible pulse repetition rate.

Aus Gleichung (1) ergibt sich für Rzl (mit n = 3) eine Impulsfolgefrequenz von etwa 27 kHz. Diese wird bei Annäherung des Zieles bis zur Entfernung Rz2 auf etwa 38 kHz erhöht. Jetzt ist die Gleichung (1) auch für n = 2 bei einer untersten Impulsfolgefrequenz mio== 25 kHz erfüllt, und zwar ergibt sich bei diesem Sprung in der Impulsfolgefrequenz eine erhebliche Verbesserung des Störabstandes. Dies zeigt F i g. 4, wo in Abhängigkeit von der Zielentfernung R in km das Verhältnis von St~renergie zu Zielenergie S/Z in db für das in F i g. 3 dargestellte Beispiel dargestellt ist. Innerhalb eines Bereichs, für den n konstant ist, bleibt das Verhältnis von Störenergie zu Nutzenergie etwa konstant, während es bei konstant gehaltener Impulsfolgefrequenz, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, ansteigen würde. Gegenüber dem im Zusammenhang mit F i g. 2 erläuterten Beispiel läßt sich also bei dem zuletzt beschriebenen Beispiel sowohl der St~rabstand verbessern als auch die Zahl der Sprünge in der Impulsfolgefrequenz verringern. Bei weniger großen Ansprüchen lassen sich auch die stufenweise Änderung der Impulsfolgefrequenz nach F i g. 2 und das zuletzt beschriebene Verfahren, d. h. die Impulsfrequenzvariation unter Anderung von n in Gleichung (1), kombinieren. Equation (1) results in a pulse repetition frequency for Rzl (with n = 3) of about 27 kHz. This is when the target approaches up to the distance Rz2 increased about 38 kHz. Now equation (1) is also for n = 2 at a lowest one Pulse repetition frequency mio == 25 kHz is met, namely with this jump in the pulse repetition frequency a considerable improvement in the signal-to-noise ratio. this shows Fig. 4, where depending on the target distance R in km the ratio from disturbance energy to target energy S / Z in db for the in FIG. 3 example shown is shown. The ratio remains within a range for which n is constant from interfering energy to useful energy roughly constant, while it is held constant Pulse repetition rate, as shown in FIG. 2 it can be seen would increase. Opposite to the in connection with F i g. 2 can be used with the last The described example improves both the distance and the number of jumps decrease in the pulse repetition rate. If the requirements are not so great, also the step-by-step change in the pulse repetition frequency according to F i g. 2 and that last procedures described, d. H. the pulse frequency variation with changing n in Equation (1), combine.

Wird die Zielentfernung kleiner als die eindeutige Radarreichweite (etwa bei Rz3), so wird die Impulsfolgefrequenz zweckmäßig unverändert, vorzugsweise auf dem niedrigst möglichen Wert, beibehalten. Bei sich entfernenden Zielen werden die Kurven statt von rechts nach links von links nach rechts durchlaufen. Dabei werden die Werte von n erhöht und die Impulsfolgefrequenz in Stufen erhöht. If the target distance becomes smaller than the clear radar range (e.g. at Rz3), the pulse repetition frequency is expediently unchanged, preferably at the lowest possible value. With distant targets become traverse the curves from left to right instead of right to left. Included the values of n are increased and the pulse repetition frequency is increased in steps.

Claims

Claims: 1. Method for improving the spacing in the case of a pulse Doppler radar device operating with a radiation beam striking the ground for target tracking where the pulse repetition rate after determining the approximate Location of the target depending on the distance from the target and selected at further Pursuit of the target is changed accordingly and distance blind zones occur, characterized in that the selection and modification of the pulse repetition frequency is made so that the target is seen from the radar side is in front of a distance blind zone.

2. The method according to claim 1, characterized in that the change the pulse repetition frequency is made in steps between a few fixed predetermined values will.

3. The method according to claim 1, characterized in that the change the pulse repetition frequency is made continuously.

4. The method according to any one of the preceding claims, in particular according to claim 3, characterized in that when the target is approaching the possible chosen low and initially steadily moving towards larger values changed pulse repetition rate fT (kHz) is then changed suddenly as soon as the equation n.150 fTmin # fT = R + a also f³r (n-1) is still fulfilled, where fTmin (kHz) by the necessary blind speed-free Range is given, R (km) the target distance, a (km) the safety distance from the subsequent distance blind spot and n is an integer.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the pulse repetition frequency is constant within the clear range of the radar held and preferably with regard to the blind speed freedom the lowest possible value is set.