DE2141589C3

DE2141589C3 - Radarsystem mit Festzeichenunterdrückung unter rauschechogesteuerter Phasenkorrektur der kohärenten Bezugsschwingung

Info

Publication number: DE2141589C3
Application number: DE2141589A
Authority: DE
Inventors: Nathan West Newton Mass. Freedman (V.St.A.)
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1970-08-24
Filing date: 1971-08-19
Publication date: 1974-01-31
Also published as: FR2103466A1; SE364370B; US3742500A; DE2141589A1; GB1303554A; JPS567189B1; FR2103466B1; NL7111617A; DE2141589B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radarsystem niit Festzeichenunterdrückung im Empfänger, bei welchem die von Zielobjekten reflektierten Echosignale mindestens zweier aufeinanderfolgender Abtastintervalle bezüglich ihres jeweiligen Dopplerfrequenzgehaltes zur Unterscheidung der einzelnen Zielobjekte miteinander verglichen werden und welches einen Bezugsschwingungsoszillator, der während jedes Abtastintervalls eine Bezugsschwingung erzeugt, die mit derjenigen des zugehörigen Sendesignals phasenkohärent ist, weiter einen Phasenschieber, welcher an den Ausgang des Bezugsschwingungsoszillators angeschlossen ist und die Phasen-

jo lage der Bezugsschwingung in Abhängigkeit von einem dem Phasenschieber zugeführten Korrektursignal verändert, sowie eine rauschechogesteuerte Festzeichen-Löschschallung aufweist, die durch die Bezugsschwingung gesteuerte, mit 90° unterschied-

lichem Phasenwinkel arbeitende Phascndetektoreinrichtung enthalt, wobei das Phasenschieber-Korrektursignal vom Ausgang der Löschschaltung während jeweils eines solchen ausgewählten Teiles jedes Ab-

lastmicivalis NUimnit. in welchem Rausehccliiisignale auftreten. Radarsysteme dieser Ait sind aus d--rVeriiifenihchunc «Radar Handbook vun Skolnik. Mc(iraw-Hill ΙΊ7ΙΙ. Seite 17-3.1. Fig. 30. lu-kanni.

Hie Löschschaltung des Radarsystems nach dem Stand der Technik enthalt in zwei /¹UeIiKiHdCr parallelen Zweigen einmal einen PluiseniLiektor. i.i weichem ein Phasenvergleich aufeinanderfulüentier Echosignale erfolgt und zum anderen einen Phasendeickmr, in welchem der Verg!eic!i eines Echosimials mit einem vorausgegangenen Echosignal erfolgt, dem CHiL' zusätzliche ¹J(I -Plvtsenverschiehiiiü: eneili worden ist. Durch diesen Schaltungsaufbau so!! >.ermietlcii werden, daß das Radarsystem ueiienüher denjenigen Zielohjekten blind ist. weiche eine Radial f.viiponente der Geschwindigkeit haben, die eine ! vpplerverschiebung entsprechend einer halben i'-,.-!'.)dc der Bezugsschwingune ernib:.

Nachteilig ist bei dem bekannten System, daß die S.-Haltung nichtlineare Schaltungselemente enthält ι;:..! daher die Anwendung digitaler Schaltunustechl.ü.en und die Vereinfachung des Schaltungsaufbaus ^v..!iwierigkeiten bereiten.

Aus der deutschen Auslegeschnfi ! 2N5 578 ist es f.rner bekannt, ein Radar-Echosignal innerhalb eines M.ipfungsimervalls in eine Viel/ah! von Einzelii^pulsen aufzulösen, bezüglich der Amplituden der l.;:izelimpul.se eine Analog-Digital-Umsetzuna ■ or-,v.nehmen, die Digitalwerte zu speichern und" einen Vergleich einander entsprechender, aufeinanderfoltender Einzelimpulse unter Rückverwandlunsi in Analogsignale vorzunehmen, wobei die Anderun» der Amplitude der einander entsprechenden Ein/.elimpulse auf eine Dopplerverschiebung in dem zugehörigen Entfernungsbereich hindeutet Eine RauschVchounterdrückung in der eingangs kurz beschriebenen Art und Weise ist aber bei der zuletzt betrachteten, bekannten Schaltung nicht möglich

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei einem Radarsystem der eingangs beschrieberien Art unter Verwendung digitaler Schaltungstechnik das Rauschecho-Unterdrückungsmaximum der Löschschaltung auf den Mittelwert der Dopplerfrequenz auf Grund von Rauschecho innerhalb eines bestimmten Entfernungsabschnittes einstellen zu können, wobei die Löschung im wesentlichen unabhängig von der Dopplergeschwindigkeit der jeweiligen Echosignalquelle durchgeführt werden soll.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Phasenschieber digital Steuerbar ist. wobei die Phasendetektoreinrichtungen in an sich bekannter Weise eingangsseitig mit einem zum Echosignal während jedes Abtastintervalls analogen Signal und mit einer der vom Ausgang des Kohärenzoszillators stammenden, um 90 unterschiedlich phdscnvcrschobcncn Bczugsschwingungcn beaufschlagt sind, daß die Phasendetektoreinrichtungen so ausgebildet sind, daß sie ausgangsseitig zwei Gruppen von Videosignalen darbieten, deren eine dem jeweiligen Betrag und deren andere dem jeweiligen Vorzeichen des Phasenunterschiedes der eingangsseitig eingegebenen Signale entspricht, daß weiter vom Ausgang der Phasendetektoreinrichtungen die Videosignale der beiden genannten Gruppen jeweils getrennt digitalen SjJnalverarbeitungsschaltungen zugeführt sind, welche ausgangsseitig zum einen jeweils den Phasenunterschied zwischen einander entsprechenden Echosignalen aufeinanderfolgender Abtasiinierwille angehende digitale Fehlcrsieiialc uiul /um andeun das \'oi/eichen dieses Phasenunterschiedes angebende digitale Eehiersignalc an unc Muliiplikationsschaltunt! abgeben, in welcher e:nander entsprechende digitale Echlersignale der erstgenannten Art und der /weiten Art miteinander multipliziert werden, so daß am Ausgang der Multi pükaiions-chaltung digitale Signale abnehmbar sind, die sowohl Größe als auch Vor/eichen des Phasen-Unterschiedes /wischen einander entsprechenden Echosignalen aufeinanderfolgender Ahtastintervalli: angeben, daß diese digitalen Signale digitalen Inteuratorschaltungen zuueführt sind, die während des jeweils ausgewählten Teiles jedes Abtastintervalls, in

welchem die Rausehechositinj'.e auftreten, einschahhar sind und das digitale Korrektursisnal entsprechend dem Mittelwert de· Ausgangssignale tier Muitiplikationssciialtung wäll ad des ausgewählten Teiles des Abtastintervalls biid-n. das wiederum

jo digitalen Speichercinrichtunuen vom Ausgang, der Integratorschaltungen derart zugeführt ist. daß die gespeicherten Signale während des nachfolgenden Ab:astinterva!ls dem digital steuerbaren Phasenschieber zuleitbar sind.

Zweckmäßige Ausgestaltungen eines derartigen Rudarsystems bilden Gegenstand der Patentansprüche 2 und 3.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in welcher ein Blockdiagramm eines Radarsyslems mit Festzeichenunterdrückung gezeigt ist.

Zunächst sei bemerkt, daß zur Erläuterung der Einfachheit halber ein teilweise kohärent arbeitendes Impuls-Doppier-Radarsystem ausgewählt wurde.

um die Arbeitsweise der ernndungsgemiißen Schaltung aufzuzeigen. Das gezeigte Radarsystem enthält also einen Zeitimpulsgenerator 11. einer, Auslöseimpulsgenerator 13 für das gesamte System, einen Sender 15, einen Duplexer 17 und eine Antenne 19.

Diese Bauteile können bekannter Konstruktion sein und eine bekannte Wirkungswelse besitzen. Jedenfalls wird periodisch ein gebündelter Strahl elektromagnetischer Energie (nicht dargestellt) ausgesandt, um ebenfalls nicht dargestellte Zielobjekte, welche in den Strahlengang gelangen, abzutasten. Echosignale, welche ebenfalls nicht eingezeichnet sind und welche von. einigen oder sämtlichen Zielobjekten herrühren, werden von der Antenne 19 aufgenommen und erfahrer., nachdem sie den Duplexer 17 durchlaufen haben, eine Hcterodynverstärkung in einem Mischer 21 unter Verwendung eines Bezugssignals von einem stabilen Oszillator 23. Die in solcher Weise erzeugten zwischenfrcquenten Schwingungen durchlaufen einen Zwischenfrequenzverstärker 25. welcner in üblicher Weise diese Signale auch begrenzen kann. Ein Teil der elektromagnetischen Energie am Ausgang des Senders 15 wird mittels eines Richtungskoppler 27 abgezweigt und in einem Mischer 29 ebenfalls mit dem Bezugssignal des stabilcn Oszillator 23 heterodyn überlagert. Das so erzeugte Signal wird nach entsprechender Tastung und Filterung in einer hier nicht wiedergegebenen Weise einem Kohärenzoszillator 31 zugeführt. Das Ausgangssignal des Kühä'renzoszillators ist dann in bekannter Weise zu den Sendeimpulsen phasenkohärent.

Der Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers 25 wird in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise

aufgeteilt und dann den nicht näher bezeichneten durchlaufen dann Entfernungsbereichsschalter 49,51

Eingängen eines Echosigiuil-Phasendctcktors 33 und welche vorzugsweise während unterschiedlicher Ab

eines Dopplerveisehiebungs-Riehtungsdctektors 35 schnitte im Lüufe jedes Abtastintervalls vermittch

iiufuepräm. Auch das zuletzt genannte Bauteil ist ein eines verzögerten Auslöseimpulses auf Durchlaß gc

i'hasendelektör. Die jeweils anderen Eingänge der 5 schaltet vvcrdui, der jeweils von einer Schaltung ver

Phasendelckioren 33 und 35 empfangen das phasen- änderbarer Verzögerungszeit 53 bzw. 55 bezoger

kohärente Signal vom Ausgang ties Kohärenzoszilla- wird, um die Signale in den gewünschten Enlfer

toi'. 31 nach Durclilcitung dieses Ausgangssignals liungsbereichsabschnitten oder -zellen zu tasten. Si

durch einen digitalen Phasenschieber 37. wobei im kann beispielsweise der Schalter 49 derart auf Durch

Falle der Zuführung dieses Signals zu dem Phasen- io laß geschaltet werden, daß er Bodenrausehecho

detektor 33 ein ')(> -Phasenschieber 39 vorgeschal- signale (geringe Entfernung) zu dem digitalen InIe

let ist. grator 57 durchläßt, während der Schalter 51 so er-

Die Ausgangssignale von dem Phaseiidetekloi 33. regt werden kann, daß er Rauschcchosignale aul

welche die Form bipolarer Videosignale haben, ge- (irund von Niederschlägen (große Entfernung) zi

langen zu einem .Analog-Digital-Umsetzer 41 bei- 15 dem digitalen Integrator 57/1 durchläßt. Hintei

spielsweise bekannter Bauart. Der in dem Umsetzer jedem Entfernungsbereichsschalter ist das Digital-

41 /11 !reibende technische Aufwand hängt von der signal am Ausgang des jeweiligen Integrators ein

Anzahl von Stellen ab. die an den zu verarbeitenden Maß für die in dem jeweiligen Entfcrnungsabschnitl

digitalen Zahlen interessieren, d. h. von dem ge- gemessene mittlere Phasendifferenz zwischen der Be-

vvün.chten Auflösungsvermögen. Die jetzt in digitaler 20 zugsschwingung von dem Kohärcnzoszillator 31 und

Form vorliegenden Signale werden, wie aus der dem entsprechenden Echosignal in dem zugehörigen,

Zeichnung zu ersehen ist. in eine digitale Löschschal- ausgewählten Entfemungsabschnitt. Das digitale

lung 43 eingespeist. Die Ausgangssignale des letzt- Ausgangssignal des digitalen Integrators 57 wird in

genannten Schaltungsleiles sind in bekannter Weise einen Integraliotisspeicher 59 eingegeben, welcher

Signale entsprechend der Differenz zwischen den 25 einfach ein Schieberegister sein kann. Am Ende

Echosignalen aufeinanderfolgender Abtastintervalle. jedes Abtastintervalls, d. h. nach jedem Zcitinter-

Es sei hier aber bemerkt, daß in Abwesenheit einer vall. in welchem der Integrationsspcichcr 59 wieder

Korrektur des Ausgangssignals des Kohärenzoszilla- neu gefüllt wird, werden Jic Übcrgabe-Torsclialtcr

UMs 31 nur eine Löschung von Echosignalen ent- 61 mittels eines UND-Schaltgliedcs 63 erregt, vvcl-

spiecheiid feststehenden Zielobjekten erfolgt. Weiter 30 dies hierzu durch komplementäre Ausgangssignale

sei festgestellt, daß bei der Schaltung, so weit sie von den Entfernungsbercichsschaltern 49 und 51 be-

bisher beschrieben ist. die Richtung der Doppler- aufschlagt werden muß. um den Inhalt des Intenra-

\ ei Schiebung auf Ciiund eines bewegten Zielobjektes tionsspcicliers 59 auf das Steuerregister 65 zu über-

unbekanni ist. tragen. Das Ausgangssignal des letzteren wird in den

Diese beiden zuletzt beschriebenen Schwierigkeiten 35 digitalen Phasenschieber 37 eingegeben, so daß die-

werden durch die nun zn erläuternde Korrektur- scr Phasenschieber die Phasenlage der Bezugsschwin-

schaltuiig beseitigt. Der Ausgang des Dopplerver- gung des Kohärenzoszillators 31 in eine Richtung

scliiebungs-RiehtungsdetektorsSS wird einem Analog- verschiebt, welche zu einer Verminderung der Frc-

Digital-Umsetzer 45 zugeführt. Dieser Umsetzer be- quenzdifferenz zwischen der Bezugsschwingune und

sitzt eine einzige Stelle und erzeugt entweder eine 40 den Echosignalen führt, die während eines Abtast-

EINS oder eine NULL abhängig von der Phasenlage Intervalls empfangen werden. Nach mehreren Ab-

zvvischen dem jeweiligen Signal am Ausgang des tastungen, deren Zahl von den gewählten Parametern

Zwischenfrequenzverstärkcrs 25 und dem Signal an¹ innerhalb der soeben beschriebenen Korrekturschal-

Ausgang des Kohärenzoszillators 31 nach Durchlauf Hing abhängig ist, wird der Frequenzunterschied mit

durch den digitalen Phasenschieber 37. 45 Bezug auf diejenigen Zielobjekte zu NULL, deren

Man erkennt sogleich, daß wegen der Einschaltung Geschwindigkeit der mittleren Dopplergeschwindig-

des 90"-Phasenschiebers 39 in die Zuleitung zu dem keit der Zielobjekte in dem betreffend!..1 Entfer-

Phasendetcktor 33 beispielsweise eine EINS am Aus- nungsabschnitt entspricht.

gang des Analog-Digital-Umsetzers 45 eine innerhalb Zur Vervollständigung des gezeigten Radardes Phasendetektors festgestellte Phasendifferenz der 50 systems ist der Ausgang der digitalen Löschschaltunc Signale zwischen 0 und 180" anzeigt, während eine 43 noch über einen Digital-Analog-Umsetzer 67 mit NULL eine Phasendifferenz der Signale zwischen einem Auswertgerät 64 verbunden. Letzteres kann 180 und 360^r signalisiert. Mit anderen Worten, eine beispielsweise ein gebräuchliches Anzeigegerät sein, EINS oder NULL am Ausgang des Analog-Digital- das nicht gelöschte Signale, d. h. Signale von beUmsetzers 45 gibt den jeweiligen Richtungssinn der 55 wegten Zielobjekten, zur Anzeige bringt. Steigung der Signalkurve am Ausgang des Phasen- Während die Erfindung am Beispiel eines teildetektors 33 an. weise kohärent arbeitenden Impuls-Radarsystems Die digitalen Richtungs- oder Vorzeichensignale mit einer Löschschaltung für zwei Impulse erläutert vom Ausgang des Umsetzers 45 und die Differenz- worden ist. kann die Erfindung beispielsweise auch signale vom Ausgang der digitalen Löschschaltung 43 60 in Radarsystemen verwendet werden, die kohärent werden zusammen einer digitalen Multiplikatior.s- strahlen. Man erkennt, daß der digitale Phasenschaltung 47 aufgeprägt. Die Multiplikationsschal- schieber in gleicher Weise in Reihe mit dem Betung 47 arbeitet als Polaritätsumschalter in Abhän- zugsschwingungsoszillator eines solchen Radargigkeit von dem Zustand am Ausgang des Analog- systems gelegt werden kann, um genauso wie bei Digital-Umsctzers 45 und beseitigt dadurch die Zwei- 65 dem oben beschriebenen System eine schrittweise deutigkeit des Differenzsignals am Ausgang der digi- Korrektur des Ausgangssignals zu erreichen. Auch lalen Löschschaltung 43. Die Digitalsignale vom können die Merkmale der .Erfindung in Systemen Ausgang der digitalen Multiplikationsschaltung 47 mit einer Mehrimpuls-Löschschaltung eingesetzt

rden. Nachdem außerdem hier vorgeschlagen ist, Signal entsprechend dem Richtungssinn des Aus-

lgssignals des Phasendetektors abzuleiten, kann solches Signal unter Verwendung üblicher Schal-

igstechnik so weiterverarbeitet werden, das fest-

gestellt,werden kann, ob dem jeweils erfaßten Objel eine Dopplergeschwindigkeit entsprechend einer Fn quenzerhöhung oder einer Frequenzerniedrigung d( Schwingungen zugeordnet ist, wenn eine solche Fes stellung erwünscht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. RudursystL'm mit Festzeichenunterdrückung im Empfänger, hei welchem die von Zielobjekten reflektierten Echosignale mindestens zweier aufeinanderfolgender Abtastinlervalle bezüglich ihres jeweiligen Dopplerfrequenzgehaltes zur Unterscheidung der einzelnen Zielobjekte miteinander verglichen werden und welches einen Bezugsschwingungsoszillator, der während jedes Abtastinter\aIIs eine Bezugsschwingung erzeugt, die mit derjenigen des zugehörigen Sendesignals phasenkohärent ist, weiter einen Phasenschieber, welcher an den Ausgang des Bezugsschwingungsosziliators angeschlossen ist und die Phasenlage der Bezugs^Jiwingung in Abhängigkeit von einem dem Phasenschieber zugeführten Korrektursignal verändert, sowie eine rauschechogesteuerte Fcstzeichen-Löschsehaltung aufweist, die durch die Bezugsschwingung gesteuerte, mit 90 unterschiedlichem Phasenwinkel arbeitende Phasendetektoreinrichtung enthält, wobei das Phasenschieber-Korrektursignal vom Ausgang der Löschschaltung während jeweils eines solchen ausgewählten Teiles jedes Abtastintervalls stammt, in "elchem Rauschechosignale auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (37) digr.al ste arbar ist, wobei die Phasendetektoreinrichfingen (33. 35) in an sich bekannter Weise eingangsseuig mit einem zum Echosignal während jedes Abtastinten alls analogen Signal und mit einer der vom Ausgang des Kohärenzoszillators (31) stammenden, um 90
unterschiedlich (39) phasenverschobenen (37) Bezugsschwingungen beaufschlagt sind, daß die Phasendetektoreinrichtungen so ausgebildet sind, daß sie ausgangsseitig zwei Gruppen von Videosignalen darbieten, deren eine dem jeweiligen Betrag und deren andere dem jeweiligen Vorzeichen des Phasenunterschiedes der eingangsseitig eingegebenen Signale entspricht, daß weiter vom Ausgang der Phasendetektoreinrichtungen die Videosignale der beiden genannten Gruppen jeweils getrennt digitalen Signalverarbeitungsschaltungen (41, 43: 45) zugeführt sind, welche ausgangsseitig zum einen jeweils den Phasenunterschied zwischen einander entsprechenden Echosignalen aufeinanderfolgender Abtastintervallc angebende digitale Fehlersignale und zum anderen das Vorzeichen dieses Phasenunterschiedes angebende digitale Fehlersignale an eine Multiplikationsschaltung (47) abgeben, in welcher einander entsprechende digitale Fehlersignale der erstgenannten Art und der zweiten Art miteinander multipliziert werden, so daß am Ausgang der Multiplikationsschaltung digitale Signale abnehmbar sind, die sowohl Größe als auch Vorzeichen des Phasenunterschiedes zwischen einander entsprechenden Echosignalen aufeinanderfolgender Abtastintervalle angeben, daß diese digitalen Signale Integratorschaltungen (57. 57A) zugeführt sind, die während des jeweils ausgewählten Teiles jedes Abtastintervalls, in welchem die Rauschechosignale auftreten, einschaltbar (49, 51) sind und das digitale Korrektursignal entsprechend dem Mittelwert der Ausgangssignale der Multiplikationsschaltung während des aus-

gewühlten Teiles des Abtastintervalls bilden, das wiederum digitalen Speichereinrichiuri^ün (59. 59A) vom Ausgang der Integrator^chaltungen derart zugeführt ist, daß die gespeicherten Signale während des nachfolgenden Abtastintervalls dem digital steuerbaren Phasenschieber (37* zuleitbar sind.

2. Radarsystem nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die mit 90 unterschiedlichem Phasenwinkel arbeitenden Phasendetektoreinrichtungen (33, 35) zwei Phasendetektoren mit je zwei Eingängen und einen an den Ausgang des digital steuerbaren Phasenschiebers (37) angeschlossenen 90 -Phasenschieber (39) enthalten, wobei die zu den jeweiligen Echosignalen analogen Signale je einem der Eingänge der Phasendetektoren zugeleitet sind, während die jeweils zu dem betreffenden Zeitpunkt vorhandenen, vom Ausgang des Kohärenzoszillators stammenden, um 90· unterschiedlich phasenverschobenen Bezugsschwingungen vom Ausgang des digitalen Phasenschiebers (37) bzw. vom Ausgang des 90 Phasenschiebers den noch freien Eingängen der Phasendetektoren geführt sind.

3. Radarsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die digitaler. Signalverarbeitungsschaltungen(41.43; 45) einen ersten Analog-Digital-Umsetzer (41), der nacheinander auf die Videosignale der ersten Gruppe anspricht und Digitalzahlen entsprechend diesen Videosignalen darbietet, ferner eine digitale Löschschaltung (43). die aufeinanderfolgend auf die Digitalzahlen während aufeinanderfolgender Abtastintervalle anspricht und das erstgenannte digitale Fehlersignal erzeugt, und schließlich einen zweiten Anolag-Digital-Umsetzer (45) enthält, der jeweils auf die Videosignale der zweiten Gruppe anspricht und Digitalzahlen erzeugt, welche den zweitgenannten digitalen Fehlersignalen entsprechen.