DE19533379A1 - Verfahren zur Steuerung der Empfindlichkeit eines Radargerätes und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Empfindlichkeit eines Radargerätes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf ein Radar­ gerät, das dem FM-CW-Prinzip ("Frequency Modulated Con­ tinuous Wave") mit einer frequenzschwenkenden Antenne ar­ beitet.

Entsprechend Fig. 1a besteht ein solches Radargerät aus einer Sende-/Empfangsanordnung SE, die mit einer frequenz­ schwenkenden Antenne A gekoppelt ist. Diese besteht bei­ spielsweise aus einem Hohlleiter, der durch einen Hohl­ leiterabschluß HA abgeschlossen ist. An den Hohlleiter sind in vorgebbaren Abständen mehrere Sende-/Empfangs­ strahler gekoppelt, beispielsweise durch eine sogenannte Serienspeisung. Wird eine solche Antenne A in einem vor­ gebbaren Frequenzbereich, beispielsweise im Bereich von ungefähr 90 GHz, mit einem frequenzmodulierten Sendesignal angesteuert, beispielsweise entsprechend einer Sägezahn­ funktion, so entsteht entsprechend Fig. 1b ein Sendericht­ diagramm (Strahlenkeule S), das in Abhängigkeit von dem Modulationssignal räumlich geschwenkt wird. Dieses ist in Fig. 1b durch einen Doppelpfeil dargestellt.

Eine solche Antenne A hat eine (Sende-/Empfangs-)Haupt­ richtung, die räumlich in der Mitte der sogenannten (Sende-/Empfangs-)Hauptkeule liegt. Seitlich neben dieser sind im allgemeinen störende Nebenkeulen (Nebenzipfel) vorhanden.

Es sollen lediglich diejenigen (Radar-)Ziele detektiert werden, die von der Hauptkeule erfaßt werden. Elektrische Signale, die auf einer Detektion durch die Nebenzipfel be­ ruhen, werden als sogenannte Falschziele bezeichnet.

Bei dem (Sende-/Empfangs-)Richtdiagramm der Antenne A kann man einen sogenannten Nebenzipfelabstand (Nebenzipfeldämp­ fung) definieren, welcher den Dynamikbereich der Antenne charakterisiert, das heißt der Bereich, in dem durch Schwellenbildung Nutzsignale (zu detektierende Ziele) von Störsignalen (Falschzielen, Clutter) unterscheidbar sind.

In der Sende-/Empfangsanordnung SE hat der dort vorhandene Empfangspfad, insbesondere bei kostengünstig herstellbaren Radargeräten, einen Empfänger, dessen elektrischer Dyna­ mikbereich (Aussteuerbereich) kleiner ist als derjenige der Antenne A.

Entsprechend Fig. 2a ist nun naheliegend, den Dynamikbe­ reich D des Empfängers so zu legen, daß dieser die Anten­ nensignale mit dem größtmöglichen Pegel noch ohne Über­ steuerung verarbeiten kann. In Fig. 2a ist ein zu einem (Echt-)Ziel Z gehörendes Antennensignal A(Z) dargestellt, dessen Maximum die Obergrenze DO des Dynamikbereichs D nicht erreicht. Eine solche Einstellung ist zweckmäßig, damit noch eine geringe Aussteuerungsreserve AR vorhanden ist, beispielsweise zur zuverlässigen Auswertung von Zie­ len mit einem noch größeren Antennensignal als A(Z). Der zu dem Ziel Z am Antennenausgang AG (Fig. 1a) meßbare Ne­ benzipfelabstand ist in Fig. 2a mit N(Z) bezeichnet. Da, wie erwähnt, die Antenne A einen größeren Dynamikbereich besitzt als der Empfänger, liegt also dessen Dynamikunter­ grenze DU oberhalb der Nebenzipfelobergrenze NO. Bei einer solchen Anordnung ist ein kleines Ziel Z1, das heißt ein Ziel, dessen am Antennenausgang AG gemessener Pegel noch über der Nebenzipfelobergrenze NO aber unterhalb der Dyna­ mikuntergrenze DU liegt, in nachteiliger Weise von dem Empfänger nicht detektierbar.

Zur Beseitigung dieses Nachteils ist es naheliegend, den Dynamikbereich D des Empfängers dadurch zu vergrößern, daß zwischen Antennenausgang AG und Empfängereingang EE (Fig. 1a) ein Kompressionsverstärker eingefügt wird. Entspre­ chend Fig. 2b ist zwar mit einer solchen Maßnahme der re­ sultierende Dynamikbereich DL wesentlich vergrößerbar. Er kann letztendlich größer gleich dem maximalen Dynamikab­ stand (maximaler Nebenzipfelabstand) der Antenne A sein. Eine solche Maßnahme bewirkt aber in nachteiliger Weise, daß die den Nebenzipfeln entsprechenden Signale nun in den vergrößerten Dynamikbereich DL fallen und damit letztend­ lich ebenfalls als (Falsch-)Ziele F ausgewertet werden (Fig. 2b).

Eine Unterscheidung zwischen Falsch- und Echt-Zielen ist zwar in der Radartechnologie bekannt, beispielsweise das "Sidelobe Blanking", mittels einer Hilfskanal-Auswertung. Derartige Verfahren sind aber in nachteiliger Weise aufwendig und werden daher lediglich in großen Radaranlagen verwendet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gat­ tungsgemäßes Verfahren anzugeben, mit welchem in kosten­ günstiger und zuverlässiger Weise sowohl große Zielechos (Echosignale von gut reflektierenden Radar-Zielen), als auch kleine Zielechos (Echosignale von schlecht reflektie­ renden Radar-Zielen) und/oder ein nahezu gleichzeitiges (benachbartes) Auftreten von beiden erfaßt und ausgewertet werden.

Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 5 angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert unter Bezugnahme auf weitere sche­ matisch dargestellte Figuren.

Es zeigen

Fig. 3, Fig. 4 schematisch dargestellte Diagramme zur Er­ läuterung der Erfindung.

Die Erfindung beruht auf einer zeitabhängigen Empfindlich­ keitssteuerung eines Empfängers, der unmittelbar an den Antennenausgang AG (Fig. 1a) gekoppelt ist. Bei dieser Empfindlichkeitssteuerung wird ausgenutzt, daß die zu der verwendeten Antenne A (Fig. 1a) gehörenden elektrischen Eigenschaften bekannt sind, insbesondere die Sende- und Empfangs-Richtdiagramme. Diese sind durch die Bauart der Antenne bedingt und beispielsweise durch Messungen fest­ stellbar. Dabei sind beispielsweise der Verlauf der (Sen­ de-/Empfangs-)Hauptkeulen sowie der Verlauf der zuge­ hörigen Nebenzipfel meßbar. Daraus ist auch der maximal erreichbare Nebenzipfelabstand bestimmbar. Dieser tritt bei einem sehr großen Zielecho auf, das heißt, bei einem sehr gut reflektierenden (Radar-)Ziel, das von der (Sen­ de-/Empfangs-)Hauptkeule der Antenne in optimaler Weise erfaßt wird. Aus dieser Messung sind außerdem die soge­ nannten Breiten (3dB-Breiten) der Sende- und Empfangs-Hauptkeulen bestimmbar.

Weiterhin ist aus der Bauart des Radargerätes und/oder durch Messung bekannt, in welchem Winkelbereich die Sen­ de-/Empfangs-Hauptkeulen geschwenkt werden und mit welcher Funktion der Winkelgeschwindigkeit diese Schwenkung er­ folgt. So ist es beispielsweise zweckmäßig, einen vorgeb­ baren Winkelbereich zeitlich periodisch abzutasten, also entsprechend einer sogenannten Sägezahnfunktion. Mit die­ ser wird das Sendesignal moduliert, so daß die Sendekeule entsprechend geschwenkt wird (Fig. 1b). Entsprechendes gilt für eine möglicherweise geschwenkte Empfangskeule. Aus der Amplitude (Frequenzhub) der Sägezahnfunktion ist der Winkelbereich bestimmbar und aus der Periodendauer (Modulationsfrequenz) die Winkelgeschwindigkeit.

Aus der Bauart und/oder Messungen sind weiterhin die elek­ trischen Eigenschaften des Empfängers bekannt, insbeson­ dere dessen Dynamikbereich D.

Mit diesen Angaben ist eine zeitabhängige Empfindlich­ keitssteuerung, vorzugsweise eine Verstärkungssteuerung des Empfängers, herstellbar, deren Eigenschaften anhand der Fig. 3a erläutert werden.

In Fig. 3a ist auf der Abszisse die Zeit t in willkürli­ chen Einheiten aufgetragen. Dabei entspricht der darge­ stellte Zeitabschnitt einem von der Winkelgeschwindigkeit abhängigen Winkelabschnitt aus dem abzutastenden Winkelbe­ reich (Fig. 1b). Es wird nun angenommen, daß in dem darge­ stellten Zeitabschnitt (Winkelabschnitt), entsprechend Fig. 2a, ein sehr großes Zielecho Z, dessen Maximum zu dem Zeitpunkt t(Z) auftritt, und ein sehr kleines Zielecho Z1, dessen Maximum zu dem Zeitpunkt t(Z1) auftritt, vorhanden sind. Dabei entspricht das große Zielecho Z einem zu detektierenden sehr gut reflektierenden (Radar-)Ziel und das kleine Zielecho Z1. einem zu detektierenden schlecht reflektierenden (Radar-) Ziel.

Auf der Ordinate der Fig. 3a ist der am Ausgang des Emp­ fängers meßbare Empfangspegel EP in Dezibel (dB) aufgetra­ gen. Dabei entspricht beispielsweise die obere Dynamik­ grenze DO (des Empfängers) dem vorgebbaren Empfangspegel 0dB, während der unteren Dynamikgrenze DU (des Empfängers) der Empfangspegel -D zugeordnet ist.

Bei der Erfindung wird nun zum Zeitpunkt t(Z) die Empfind­ lichkeit des Empfängers soweit verringert, das heißt um den maximalen Dämpfungswert A, daß das Maximum M(Z) unter­ halb der oberen Dynamikgrenze DO liegt, also ungefähr an der Stelle M′(Z). Mit dieser Dämpfungseinstellung wird das große Ziel Z in üblicher Weise ausgewertet, beispielsweise mittels eines Radar-Prozessors. Dieser maximale Dämpfungs­ wert A wird während des Zeitabschnitts b/2 aufrechterhal­ ten, das heißt bis zu dem Zeitpunkt t(b2) (Fig. 3b). Dabei entspricht der Zeitabschnitt b der bekannten Schwenkzeit über den Bereich der Breite der Hauptkeule. Zu dem Zeit­ punkt t(b2) erfolgt nun eine zeitabhängige Verringerung des Dämpfungswertes bis zu einem vorgebbaren minimalen Dämpfungswert B. Diese zeitabhängige Verringerung er­ folgt mit einer Zeitfunktion E(N), welche der bekannten Einhüllenden der Nebenzipfel entspricht. Während dieser zeitabhängigen Verringerung der Dämpfung werden vor­ teilhafterweise die Nebenzipfel immer unter der unteren Dämpfungsgrenze DU gehalten und können dadurch nicht de­ tektiert werden. Der minimale Dämpfungswert B ist so ge­ wählt, daß die Obergrenze NO (Fig. 2a) der Nebenzipfel immer unterhalb der unteren Dynamikgrenze DU liegt. Der Dämpfungsverlauf wurde lediglich aus Gründen der Klarheit erst ab dem Zeitpunkt t(Z) beginnend beschrieben. Aus Fig. 3b ist ersichtlich, daß schon vor dem Zeitpunkt t(Z) ein zeitabhängiger Dämpfungsverlauf vorhanden ist, nur in der umgekehrten zeitlichen Folge. Es entsteht also der in Fig. 3b dargestellte zeitabhängige Dämpfungsverlauf, der symme­ trisch ist bezüglich des Zeitpunktes t(Z). Damit ist si­ chergestellt, daß auch ein Ziel mit kleinem Radarecho entsprechend Z1. allein oder in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Ziel mit einem großen Radarecho entsprechend Z fehlerfrei und zuverlässig detektiert wird, ohne daß von den Nebenzipfeln herrührende Falschziele erfaßt werden.

Eine solche zeitabhängige Einstellung der Dämpfung ent­ sprechend Fig. 3b ist beispielsweise möglich mit einer An­ ordnung gemäß Fig. 4. Diese zeigt die frequenzschwenkende Antenne A mit Hohlleiterabschluß HA sowie Antennenausgang AG. Diese ist im Empfangspfad der Sende-/Empfangsanordnung an den Eingang eines regelbaren Vorverstärkers RV ange­ schlossen, dessen Verstärkung zumindest regelbar ist über einen Bereich entsprechend dem maximalen Dämpfungswert A. Der regelbare Vorverstärker RV ist Bestandteil des Radar-Empfängers E, der in üblicher Weise an den Radar-Signal­ prozessor SP gekoppelt ist. Von diesem wird einerseits ein Signal für den nachgeschalteten Radar-Prozessor DP erzeugt und andererseits ein Signal für einen Regelprozessor RP, welcher die Verstärkung des Vorverstärkers RV steuert, entsprechend Fig. 3b.

Mit einer solchen Anordnung, wobei zumindest die Prozesso­ ren SP, RP in digitaler Technologie aufgebaut sind, ist es beispielsweise möglich, innerhalb eines empfangenen Radar-Szenarios zunächst während einer vorgebbaren Anzahl von Schwenkungen der Hauptkeule das Maximum M(Z) des Ziels mit dem größten Radarecho zu bestimmen und dann davon aus­ gehend den Dämpfungsverlauf entsprechend Fig. 3b einzu­ stellen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar, bei­ spielsweise auf eine frequenzschwenkende Gruppenantenne, bei der eine Vielzahl von Sende-/Empfangsstrahlern matrix­ förmig angeordnet sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung der Empfindlichkeit eines Ra­ dargerätes mit einer frequenzschwenkenden Antenne, wobei

• - die Antenne einen größeren Dynamikbereich besitzt als ein nachgeschalteter Radar-Empfänger und
• - an dem Empfänger eine von dem zu detektierenden Ziel abhängige Einstellung der Empfindlichkeit durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der empfangenen Amplitude des Echosignals derart gesteuert wird,
• - daß bei einem großen Echosignal (Z), ein maximaler Dämpfungswert (A) eingestellt wird, so daß das Maximum (M(Z)) des großen Echosignals unterhalb der Dynamik-Obergrenze (DO) des Empfängers liegt,
• - daß der maximale Dämpfungswert (A) während der Schwenkzeit (b) der Hauptkeule über das dem großen Echosignal entsprechende große Ziel aufrechterhalten wird,
• - daß nach dem Abtasten des großen Zieles durch die Hauptkeule der Dämpfungswert zeitabhängig verringert wird auf einen minimalen Dämpfungswert (B),
• - daß der minimale Dämpfungswert (B) so gewählt ist, daß die Nebenzipfelobergrenze (NO) unterhalb der Dyna­ mikuntergrenze (DU) des Empfängers liegt, und
• - daß die zeitabhängige Änderung des Dämpfungswertes entsprechend der zeitabhängigen Änderung der Einhül­ lenden (E(N)) der Nebenzipfel erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Dämpfungswerte ein regelbarer Vorver­ stärker (RV) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einzustellenden Dämpfungswerte in einem (Radar-)Signalprozessor mit nachgeschaltetem Regel­ prozessor (RP) ermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als frequenzschwenkende Antenne (A) ein Wellenleiter mit seriengespeisten Sende-/Empfangs­ strahlern verwendet wird.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß an den Ausgang (AG) der Antenne (A) ein regelbarer Vorverstärker (RV) angeschlossen ist,
• - daß bei dem Vorverstärker (RV) die Verstärkung mittels eines Regelkreises (RV, SP, RP) in Abhängigkeit von der Amplitude des Echosignals geregelt wird,
• - daß der Regelkreis (RV, SP, RP) einen Regelprozessor (RP) enthält, in welchem die elektrischen Eigenschaf­ ten der Antenne (A) gespeichert sind, und
• - daß die Verstärkung zusätzlich in Abhängigkeit von den elektrischen Eigenschaften der Antenne erfolgt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Regelkreis (RV, SP, RP) ein digital arbeitender Prozessor vorhanden ist zur Ermittlung der einzustellenden Dämpfung.