DE19637010C2 - Verfahren zur Radarsignalverarbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Radarsignalverar­ beitung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Radarsignalverarbeitung wird üblicherweise der Meß­ vorgang in mehrere zeitlich aufeinander folgende Meßin­ tervalle und innerhalb der einzelnen Meßintervalle in Zel­ len unterteilt. Die einzelnen Zellen sind dabei durch Pa­ rameter definiert, die die dort zu detektierenden Radarsi­ gnale charakterisieren. Beim kohärenten Puls-Dopplerradar beispielsweise werden Entfernungs- bzw. Abstandszellen (auch Entfernungs- bzw. Abstandstore genannt) sowie Dopp­ lerzellen definiert. Die Entfernungszellen enthalten dabei Informationen über die Entfernung des Objekts, an dem die ausgesendeten Radarpulse reflektiert worden sind, während die Dopplerzellen Informationen über die Relativgeschwin­ digkeit (Differenzgeschwindigkeit) dieses Objekts zum Ra­ dargerät enthalten. Die Meßwerte in den einzelnen Zellen enthalten jedoch nicht nur Informationen über das reflek­ tierte Radarsignal (Nutzsignal), sondern sind auch mit Störsignalen, wie z. B. Rausch- oder Offsetsignalen, behaf­ tet. Um vor allem schwache Radarsignale, die sich wegen ihres geringen Signal/Rauschverhältnisses kaum vom Rau­ schen selbst abheben, detektieren bzw. sinnvoll verarbei­ ten zu können, wird üblicherweise die mittlere von den Störsignalen allein herrührende Leistung, die sogenannte mittlere Störleistung bestimmt und bei der weiteren Si­ gnalverarbeitung der Radarsignale berücksichtigt.

Allgemein werden in der Radarsignalverarbeitung Verfahren benutzt, mit denen die mittlere Störleistung lokal und adaptiv geschätzt wird, und die dadurch außerdem für eine konstante und im allgemeinen sehr geringe Falschalarmrate sorgen (Constant-False-Alarm-Rate: CFAR).

Das Cell-Averaging(CA)-CFAR-Verfahren beispielsweise ist ein Verfahren mit den zuvor genannten Eigenschaften (vgl. hierzu z. B.: H. Rohling "Analyse neuer Methoden zur stör­ adaptiven Zielerkennung in einem Radarsignalprozessor mit konstanter Falschalarmwahrscheinlichkeit (CFAR)", ntz Ar­ chiv, Bd. 5 (1983) H. 4, S. 101-111). Falls aber z. B. bei einem Puls-Dopplerradar die Echos von zwei in Entfer­ nungsrichtung oder Dopplerrichtung benachbarten Zielen vorliegen, kann es bei Anwendung dieses Schätzverfahrens passieren, daß beide Zielmeldungen aufgrund der aus der Umgebung der diese Zielinformationen enthaltenden Zellen abgeleiteten Information ausgeblendet werden. Dieser stö­ rende Effekt wird bei dem Ordered-Statistics-(OS)-CFAR- Verfahren vermieden, das ebenfalls in dem zuvor genannten Artikel von H. Rohling abgehandelt wird. Bei diesem Ver­ fahren werden die in der Umgebung zur Zelle unter Test vorliegenden Meßwerte zunächst der Größe nach sortiert und dann ein einziger Wert aus dieser Folge als Schätzwert für die mittlere Störleistung herausgegriffen. Dieses Sortie­ ren erfordert jedoch einen enormen Rechenaufwand.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Radarsignalverarbeitung anzugeben, mit dem mit weniger Aufwand, aber mit möglichst der gleichen Zuverlässigkeit und Genauigkeit wie beim OS-CFAR-Verfahren die mittlere Störleistung für die einzelnen Zellen unter Test bestimmt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit einem gegenüber dem reinen OS-CFAR-Verfahren erheblich geringeren Aufwand die mittlere Störleistung für die ein­ zelnen Zellen unter Test mit einer Zuverlässigkeit und Ge­ nauigkeit bestimmt werden kann, die in ihrem Grad ver­ gleichbar ist mit dem OS-CFAR-Verfahren.

Ein zweiter Vorteil ist darin zu sehen, daß bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren die beim CA-CFAR-Verfahren häufig zu beobachtenden Probleme mit der Überdeckung von benach­ barten Zielen keine Rolle spielen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläu­ tert.

Das Verfahren geht von der Annahme aus, daß sich die Stör­ leistung von Meßintervall zu Meßintervall nicht merklich ändert, daß also bei der Messung bzw. Detektion der Radar­ signale lediglich das normale Rauschen und ggf. ein Offset zu beachten ist. Unter dieser Voraussetzung kann dann wäh­ rend der Meßphase im Meßintervall (i + 1) (i = 1, 2, 3 . . .) für die jeweilige Zelle unter Test der dieser Zelle zugeord­ nete mittlere Störleistungswert des vorhergehenden Meßin­ tervalls i als Schätzwert für die mittlere Störleistung im Meßintervall (i + 1) gewählt werden.

Nach der Meßphase im Meßintervall (i + 1) wird dann der Mit­ telwert der in dieser Meßphase gewonnenen aktuellen Meß­ werte in den benachbarten Zellen in der näheren Umgebung von der jeweiligen Zelle unter Test unter Ausschluß der detektierten Zellen bestimmt und abgespeichert.

Als mittlerer Störleistungswert für das Meßintervall (i + 1) wird dann für diese Zelle unter Test dieser Mittelwert der aktuellen Meßwerte festgelegt.

Alternativ hierzu kann als mittlerer Störleistungswert aber auch ein über die Mittelwerte der (n + 2) Meßintervalle (i + 1), i, (i - 1), (i - 2), . . ., (i - n), (n = 0, 1, 2, . . ., i - 1) gemittelter Gesamtmittelwert festgelegt werden.

Bei Beginn des Meßvorgangs werden Startwerte für die der einzelnen Zellen zugeordneten mittleren Störleistung be­ stimmt. Die Bestimmung der mittleren Störleistung kann in diesem Stadium vorteilhaft mittels eines OS-CFAR-Verfah­ rens vorgenommen werden.

Das Verfahren kann z. B. für die Radarsignalverarbeitung in einem Kfz-Abstandsradar eingesetzt werden. Bei einem sol­ chen kohärenten Puls-Dopplerradar erfolgt die Detektion z. B. über 32 Entfernungstore mit z. B. je 256 Dopplerzel­ len. Die Detektion der Radarsignale erfolgt zweckmäßiger­ weise getrennt für den offsetbehafteten und den offset­ freien Bereich. Im offsetbehafteten Bereich kann die De­ tektion - wie allgemein gebräuchlich - durch Ermittlung der Störleistung in Entfernungsrichtung durchgeführt wer­ den. Im offsetfreien Bereich (Detektion vor allem gegen­ über dem Rauschen der analogen Bauteile) kann die Bestim­ mung der Störleistung dagegen, wegen der sich nun merklich auswirkenden STC (Sensitive-Time-Control), nur in Doppler­ richtung erfolgen. Unter STC versteht man den Ausgleich der Dämpfung von weiter entfernten Zielen entsprechend der an sich bekannten R⁴-Beziehung. Bei Meßintervallen von z. B. 50 msec werden bei Messungen im ersten Intervall nur die Startwerte für die Störleistungen bestimmt (z. B. über OS-CFAR). In den folgenden Intervallen können dann Schwellwertvergleiche mit den Störleistungen aus dem vor­ herigen Intervall durchgeführt werden und die Störleistun­ gen durch gewichtete Summation der alten Störleistungen mit dem aktuellen Mittelwert (ohne die detektierten Zellen und ihre Umgebung) aktualisiert werden. Wegen der einfa­ chen und wenig aufwendigen Störleistungsbestimmung ist es im obigen Beispiel möglich, neben der Detektion noch die Gruppenbildung und die Parameterextraktion in einem digi­ talen Signalprozessor durchzuführen.

Das Verfahren liefert ähnlich gute Detektionsergebnisse wie ein reines OS-CFAR-Verfahren, aber es benötigt eine weit geringere Rechenleistung.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die darge­ stellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr sinngemäß auf weitere übertragbar ist.

So ist es z. B. denkbar, als mittlere Störleistung ein über die Mittelwerte von (n + 2) zeitlich aufeinander folgende Meßintervalle zu wählen, bei dem n in Abhängigkeit von den Schwankungen in der festgestellten mittleren Störleistung der einzelnen Meßintervalle variiert werden kann. Ändert sich der Wert für mittlere Störleistung nicht oder nur we­ nig, kann n, d. h. die Zahl der bei der Bildung des Gesamt­ mittelwerts zu berücksichtigenden Meßintervalle ausrei­ chend groß (z. B. n = 10 oder n = 100) gewählt werden. Sind dagegen merkliche Schwankungen in der mittleren Störlei­ stung zu beobachten (z. B. infolge von Temperatureffekten in den Bauteilen des Radars), kann n = o gesetzt werden mit der Folge, daß der Gesamtmittelwert nur aus den Mit­ telwerten der Meßintervalle (i + 1) und i gebildet wird.

Claims (4)

1. Verfahren zur Radarsignalverarbeitung, bei dem der Meßvorgang in mehrere zeitlich aufeinander folgende Meß­ intervalle und innerhalb der einzelnen Meßintervalle in Zellen unterteilt ist, wobei die einzelnen Zellen durch die dort zu detektierenden Radarsignale charakterisierende Parameter definiert werden, und bei dem aus den detektier­ ten Meßwerten in den einzelnen Zellen Werte für eine mitt­ lere Störleistung abgeleitet werden, welche Störleistungs­ werte für die jeweilige Zelle unter Test in den einzelnen Meßintervallen lokal und adaptiv geschätzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die einzelnen Zellen unter Test im Meßintervall (i + 1) (i = 1, 2, 3 . . .) jeweils:

• a) während der Meßphase der dieser Zelle zugeordnete mittlere Störleistungswert des vorhergehenden Meßintervalls i als Schätzwert für die mittlere Störlei­ stung im Meßintervall (i + 1) vorgegeben wird,
• b) nach der Meßphase der Mittelwert der aktuellen Meß­ werte des Meßintervalls (i + 1) in den benachbarten Zellen in der näheren Umgebung von der Zelle unter Test unter Ausschluß der detektierten Zellen bestimmt und abgespeichert wird,
• c) als mittlerer Störleistungswert für das Meßintervall (i + 1) der Mittelwert der aktuellen Meßwerte des Meß­ intervalls (i + 1) oder ein über die Mittelwerte von (n + 2) Meßintervallen (i + 1), 1, (i - 1), (i - 2), . . ., (i - n) gemittelter Gesamtmittelwert festgelegt wird mit n = 0, 1, 2, . . ., i - 1.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beginn des Meßvorgangs Startwerte für die den ein­ zelnen Zellen zugeordneten mittleren Störleistung mit­ tels eines Ordered-Statistics-Verfahrens bestimmt wer­ den.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des jeweiligen Gesamtmittelwerts eine gewichtete Summation der Mit­ telwerte der einzelnen Meßintervalle (i + 1), i, (i - 1), (i - 2), . . ., (i - n) durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche in der Anwendung eines kohärenten Puls-Dopplerradars, bei dem Entfernungszellen und Doppelzellen definiert sind und die zu verarbeitenden Signale einen offsetbehafteten Bereich und einen offsetfreien Bereich aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Störleistung im off­ setbehafteten Bereich in Entfernungsrichtung und im offsetfreien Bereich in Dopplerrichtung ermittelt wird.