DE19906149A1

DE19906149A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steigerung der Bewegtziel-Entdeckungs-Leistung eines bewegten Phased-Array-Radars mit mehreren Empfangskanälen

Info

Publication number: DE19906149A1
Application number: DE1999106149
Authority: DE
Inventors: Joachim Ender
Original assignee: FORSCHUNGSGESELLSCHAFT fur AN
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1999-02-13
Filing date: 1999-02-13
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2019-02-14
Also published as: DE19906149B4

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Einrichtung für ein multiples Radar angegeben, welche für die Benutzung mit phasengesteuerten Gruppenantennen vorgesehen sind. Für die Empfangspahse ist dazu ein Empfängerarray vorgesehen, bei dem die Anzahl seiner Empfangskanäle der Summe der Sendekeulen entspricht. Die Empfangskanäle sind so eingerichtet, daß sie die empfangenen Daten digital aufbereiten und speichern, nachfolgend einer Fouriertransformation längs der Entfernungsachse unterziehen, eine Pulskompression durch Multiplikation mit der jeweiligen Referenzfunktion, die auf die entsprechenden Frequenzbänder konzentriert ist, vornehmen und einer inversen FFT unterziehen. Die erhaltenen entfernungskomprimierten Daten werden über mehrere Pulse hinweg gesammelt, separat einer Raum-Zeit-Verarbeitung zugeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung für ein multiples Radar gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4.

Radar-Aufklärungssysteme, vornehmlich gilt dies für luft- und raumgetragene Systeme, setzen einen MIT-Modus (MIT = moving target indication) zur Entdeckung, Ortung und Verfolgung bewegter Ziele am Boden und in der Luft ein, der auf der Auswertung des Doppler-Effekts beruht.

Die Bewegtzielerkennung erfolgt dabei durch die Aussendung eines Pulszuges mit einer bestimmten Puls-Wiederholfrequenz PRF (pulse repetition frequency) und einer Auswer tung der Echos hinsichtlich der sich durch den Dopplereffekt ergebenden Phasendrehung von Puls zu Puls.

Das Verfahren wird erheblich durch die konkurrierenden Festzielechos vom Boden ("Clutter"), die infolge der Plattformbewegung ebenfalls Dopplerverschiebungen aufwei sen, behindert. Die Trennung solcher Clutter-Echos von Bewegtzielechos kann mit Hilfe der adaptiven Raum-Zeit-Verarbeitung (STAP = space-time adaptive processing) vollzo gen werden, wenn empfangsseitig mehrere Sensoren oder Subaperturen mit parallelen Empfangskanälen vorhanden sind [1].

Aus der EP 0 132 378 B1 ist ein multibeames Radar bekannt, welches sich aufgrund fol genden Sachverhaltes von der Erfindung unterscheidet: Es arbeitet nicht mit dem STAP- Verfahren zur Entdeckung bewegter Ziele, so dass langsam bewegte und schwach reflek tierende Ziele nur mit geringer Wahrscheinlichkeit zu entdecken sind.

Es ist in der neuen Erfindung von einem STAP-Radar mit den bekannten Vorteilen ausge gangen worden. Die vorgeschlagene Konfiguration verbindet gerade die Ausgangssituation von STAP, nämlich der Verfügbarkeit mehrerer Subaperturen im Empfangsfall, mit einer Multifrequenz-Multibeam Strategie zur Erniedrigung der Suchzeit und stellt damit ein vom EP 0 132 378 B1 wohl unterschiedenes Verfahren dar.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die multiple Radartechnik so zu verbessern, daß sie zukünftig auch im Bereich der Radare mit synthetischer Apertur angewendet werden kann.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Einrichtung, deren Merkmale im Anspruch 4 angegeben sind und die nach dem Verfahren nach Anspruch 1 funktioniert. Die Ansprüche 2 und 3 bilden den Erfindungsgegenstand vorteilhaft weiter aus.

Das erfinderische Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß K direkt nacheinander gebil dete Sendekeulen bei K verschiedenen Frequenzen in K Richtungen derart verschachtelt werden, daß ohne Verlust an Signal-zu-Rausch-Verhältnis die Zeit zur Abdeckung eines abzusuchenden Gebietes erheblich reduziert wird, so daß der Einsatz starrer Phased-Array- Antennen möglich wird.

Erreicht wird die Anwendbarkeit dadurch, daß nach dem Aussenden von K Sendekeulen das Radar auf Empfang geschaltet wird und die Echos in den K Kanälen abgetastet wer den. Der Vorgang wird für einen gesamten Pulszug N mal wiederholt. Durch eine erfin dungsspezifische Signalverarbeitung können die Frequenzen und Richtungen wieder ent flochten werden.

Ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen schematisierten Suchbereich für ein MIT-Radar

Fig. 2 den Sendevorgang für K Keulen bei K Frequenzbändern

Fig. 3 die Keulenbildung während des Empfangs

Fig. 4 eine zeitliche Abfolge des Sendebetriebes

Fig. 5 den ersten Schritt der Verarbeitung der empfangenen Signale

Fig. 6 die STAP-Verarbeitung eines Entfernungsringes für eine Keule

Wie die Fig. 1 zeigt, besteht ein Suchbereich aus einem Kreissektor, der im Azimutwin kel durch die Werte ϕ_min und ϕ_max begrenzt wird, in der Entfernung durch R_min und R_max. Die ser Bereich ist vom Radar abzusuchen.

Die Phasenschieber werden dazu für eine erste Richtung ϕ₁ eingestellt, es folgt die Aus sendung eines Pulses der Länge Δt und der Bandbreite Δf bei einer Mittenfrequenz f₁. Der Sendepuls kann z. B. ein linear frequenzmoduliertes Signal ("Chirp") sein. Direkt an schließend werden die Phasenschieber zur Aussendung eines nächsten Pulses mit der Län ge Δt, der Bandbreite Δf und mit der Mittenfrequenz f₂ in die Richtung ϕ₂ eingestellt. Der Sendevorgang wird entsprechend bis zur K-ten Richtung fortgesetzt.

Die benötigten Frequenzbänder dürfen sich dabei nicht überschneiden (dies ist aus der Fig. 2 erkennbar). Für den Sendevorgang muß der Sender in der Zeitspanne KΔt einge schaltet sein, das insgesamt benötigte Frequenzband beträgt KΔf, der abgedeckte Winkel bereich KΔϕ.

Nach der Sendephase wird die Empfangsphase dadurch eingeleitet, daß die Gruppenanten ne auf den Mittelwert der Senderichtungen fokussiert wird. Danach werden die Empfänger eingeschaltet und der Empfangsbereich (Gewinnung digitaler Signale) geöffnet. Die Emp fangsbandbreite muß mindestens KΔf betragen, ebenso die Abtastrate. Empfangen wird in allen K Kanälen, angeschlossen an die K aneinandergrenzenden Subaperturen. Die Keu lenbreite jeder Subapertur beträgt KΔϕ, so daß alle Echos, wie in der Fig. 3 und 4 darge stellt, der einzelnen Sendekeulen empfangen werden können.

Es folgt eine Speicherung der digitalen Daten. Nachfolgend werden sie einer Fouriertrans formation längs der Entfernungsachse unterzogen. Die Echos der einzelnen Sendeimpulse sind nun in nicht überlappenden Frequenzbändern gesammelt und lassen sich damit tren nen. Dies geschieht während einer Pulskompression durch Multiplikation mit der jeweili gen Referenzfunktion, die auf die entsprechenden Frequenzbänder konzentriert sind, und, wie in der Fig. 5 ersichtlich, durch das Anwenden der inversen FFT.

Über mehrere Pulse hinweg, werden die so erhaltenen entfernungskomprimierten Daten gesammelt und separat einer STAP-Verarbeitung unterzogen. Der Vorgang ist in der Fig. 6 zur Verdeutlichung dargestellt. Die Referenzsignale sind dabei an die jeweiligen Keulen richtungen und an eine Anzahl vorgegebener Dopplerfrequenzen angepaßt.

Weil sich bei einem Keulenvielfach ohne Umschalten der Frequenz die Dopplerbandbreite der Clusterechos erhöht und so die Zieldeckung mit dem STAP-Verfahren erschwert ist, empfiehlt es sich das erfinderische Verfahren zu modifizieren. Gemäß des Merkmals der Ansprüche 2 und 3, werden die Sendekeulen nicht direkt hintereinander, sondern in einer wechselnden Reihenfolge oder verschachtelt gesendet.

Durch die Änderung der Reihenfolge der ausgesendeten Keulen von Radarperiode zu Ra darperiode läßt sich eine nicht-äquidistante Puls-zu-Puls Abtastung herbeiführen, womit sich die Doppler-Mehrdeutigkeit auflösen läßt.

Als weiterer Vorteil stellt sich für die Sende-Empfangs-Module eine Erholungszeit nach dem Senden eines Pulses ein.

Angabe zur Literatur

[1] Klemm, R.: Space-time adaptive processing - principles and applications. IEE Radar, Sonnar, Navigation and Avionics Series 9, 1998, ISBN 0 85296 946 5

Claims

1. Verfahren für ein multiples RADAR, bei dem in direkter Abfolge K Sendekeulen mit ver schiedenen Mittenfrequenzen in verschiedene Richtungen abgestrahlt werden, deren E chos in einer nachfolgenden Empfangsphase mit K Subaperturen empfangen und für jede Subapertur in zugeordneten Empfangskanälen aufbereitet und ausgewertet wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

a) die Auswahl einer ersten Sendekeulenrichtung ϕ₁ und das Festlegen der Sendeparameter,
b) Aussenden eines Pulses bestimmter Länge Δt und der Bandbreite Δf, bei einer Mittenfre quenz f₁.
c) Einstellen einer nächsten Sendekeulenrichtung ϕ₂ = ϕ₁ + Δϕ und weiterer Sendekeulen richtungen,
d) Aussenden des nächsten Pulses und weiterer Pulse bis zur K-ten Richtung, mit den jeweils Verfahrensschritt b) entsprechenden Parametern,
e) Fokussierung der Antennenelemente auf den Mittelwert der Senderichtungen,
f) Einschalten eines Empfängerarrays mit K-Empfangselementen, dessen Empfangsband breite und Abtastrate mindestens KΔf aufweist, wobei die Empfangskeulenbreite jeder Subapertur KΔϕ beträgt,
g) digitale Aufbereitung und Speicherung der empfangenen Daten,
h) die nachfolgend einer Fouriertransformation längs der Entfernungsachse unterzogen wer den, so daß die Echos der einzelnen Sendepulse in nicht überlappenden Frequenzbändern gesammelt, während einer Pulskompression durch Multiplikation mit der jeweiligen Refe renzfunktion, die auf die entsprechenden Frequenzbänder konzentriert sind, und der An wendung einer inversen FFT, voneinander trennbar vorliegen,
i) die so erhaltenen entfernungskomprimierten Daten über mehrere Pulse hinweg gesam melt, separat einer Raum-Zeit-Verarbeitung unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der ausgesendeten Sendekeulen so wechselt, daß für jedes einzelne Richtung-Frequenzpaar die Pulswiederholintervalle nicht mehr äquidistant sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendekeulen verschachtelt gesendet werden und die entstehenden Lücken im Emp fangsbereich durch Aussendung weiterer Pulszüge mit anderen Pulswiederholfrequenzen geschlossen werden.

4. Einrichtung für das Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Generator für mehrere unter schiedliche, in Folge erzeugte Hochfrequenzsignale, eine Sendeantenne mit mehreren An schlüssen und Empfangseinrichtungen mit einer angeschlossenen Signalverarbeitung, gekennzeichnet durch eine phasengesteuerte Gruppenantenne, die Sende-Empfangs-Module aufweist, die in der Lage sind, K-Sendepulse der Länge Δt unmittelbar hintereinander bei verschiedenen Mit tenfrequenzen an die Strahlerelemente abzugeben und zwischen den Pulsen die Sende richtung umzuschalten, wobei die Antenne mit K parallelen Empfangskanälen ausgerüstet ist, die an K aneinanderstoßende Subaperturen angeschlossen sind und die zur Signalverar beitung entsprechend des Verfahrens nach Anspruch 1 eingerichtet sind.