DE2147091B2 - Puls-Doppler-Radarempfänger mit Analog-Digital-Wandler und digitalem Bewegtzeichenfilter - Google Patents

Description

gierend wirkenden digitalen Bewegweichenfilters (Pesteeichenumerdrückungsfllters), wobei durch Ober-Steuerung Störungen auftreten können und eine Begrenzung vorgenommen wird.

Aus der Zeitschrift »Frequenz« 24 (1970) 8 (August), S, 234 bis 233. ist es bekannt, daß aktive Filter die Signalform nur bis zu einer bestimmten Amplitude einwandfrei verarbeiten. Wenn dieser Grenzwert fflr die SägaslsmpUtude überschritten wird, treten im gesamten

bei Eingangssignalen, deren Größe eine Obersteue- io Filter starke nichtüneare Verzerrungen auf.
tang des ABatog-DtgjtaJ-Wandlers (8) zur Folge bat. Bei Ewpßngern. die mit Analog-Digital- Wandlern zur Vermeidung störender Begrenzungseffekte und nachgeschalteten differenzierenden Eiuiichtungen beim Empfangssignal eine dem differenzierenden versehen sind, kann eine durch die Obersteuerung des digitalen Bewegtzeichenfilter (9) nachgeschaltete Anaiog-DigitaJ-Wandlers hervorgerufene Begrenzung Korrekturschaltung (10) in Tätigkeit gesetzt wird. 15 zu Feiuersigimlen fuhren, die unerwünscht sind. Beidie während der Begrenzung an ihrem Ausgang spielsweise besitzt das von einem Festziel reflektierte einen Ersatzsignalwert Befert welcher etwa die Signsi in einem Radarempfänger ein nahe bei der Fest-Hohe des vor der Begrenzung erreichten Ausgangs- zetcbcnfrequenz liegendes Spektrum, das im folgenden signals des Bewegtzeichenfilters (9) aufweist als Nahspektrum bezeichnet wird Dieses Nahspektrum

2. Pub-Doppler-Radarempfanger nach Anspruch 20 rührt vor allem aus der Modulation mit der Antennen-I, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der Be- funktion und aus dem nichddealen Wriuken der Fregrenzung noch auftretenden verbleibenden Signal- quenzaufbereitungssysteme her. Durch eine hart einsetzende Begrenzung im Radarempfänger bestellt die Gefahr, daß das Nahspektrum derart verbreitert wird, daß 25 eine ausreichende Unterdrückung der in die Begrenzung gegangenen Festzielsignale nicht mehr gewährlei

stet ist. Deshalb wird bei den bekannten Geräten normalerweise eine relativ weich einsetzende Begrenzung vorgenommen.

Bei Radargeräten mit digitaler Festzeichenunterdrückung, bei welcher die in die Videolage umgesetzten Echosignale eines Zieles quantisiert. digitalisiert und über ein Laufzeit-Festzeichenunterdrückungsfilter geführt werden, wobei ein dem Kehrwert der Pulsfolge

wertes wieder an den Übertragungsweg angeschaltet ist
5. Puls-Doppler-Radarempfänger nach einem der

anteile des Bewegtzeichenfilters (9) invertiert und an das Ersatzsignal angehängt werden.

3. Puls-Doppler-Radarempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung (10) einen Umlaufspeicher (10a) aufweist, welcher den beim Einsetzen der Begrenzung vorhandenen Signalwert am Ausgang der Korrekturschaltung so lange abgibt, bis die Begrenzung beendet ist

4. Puls-Dopnler-Radarempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß während der Ehspeisu-g des Ersatzsignals

der Ausgang des Beweptzeichf.nfilters (9) abge- 35 frequenz proportionaler, zeitlich verzögerter und ein trennt und nach Unterschreite], eines Schwellen- unverzögerter Signalanteil gegeneinander geschaltet

werden, ergibt sich die Schwierigkeit, einen ausreichend großen Dynamikbereich bereitszustellen. Einerseits soll das durch die Auswerteeinrichtung (Anavorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- 40 log-Digital-Wandler + Laufzeit-Fcstzeichenunterdrüknet daß eine Steuereinheit (17) vorgesehen ist wel- kungsfilter) zusätzlich erzeugte Rauschen vernachläsche von einer dem Analog-Digital-Wandler (8) vor- sigbar klein gegenüber dem Empfängerrauschen sein, geschalteten Überwachungseinrichtung angesteuert andererseits muß das laut »SCV«-Difinition (»SCV« ist und die Einspeisung des Ersatzsignals steuert = »sub-clutter-visibility«) stärkste Festzieisignal noch

6. Puls-Doppler-Raderempfänger nach Anspruch 45 linear verarbeitet werden.

5, dadurch gekennzeichnet daß die Steuereinheit Der in der Auswerteeinrichtung enthaltene Analog-

Digital-Wandler hat die Eigenschaft Signale, die über den Aussteuerbereich hinausgehen, hart zu begrenzen. Die Auswerteeinrichtung müßte also so ausgelegt werden, daß derjenige Festzielpegel, der laut SCV-Forderung noch linear verarbeitet werden muß, gerade noch unter der Aussteuergrenze des Analog-Digital-Wandlers liegt Erfahrungsgemäß tritt immer eine Anzahl von Festzielsignalen auf, die diesen Wert überschreiten

•m Ausgang der Korrekturschaltung (10) ein weite- 53 und somit trotzdem noch hart begrenzt werden. Durch rer Teil des Festzeichenunterdrückungsfilters (11), die dadurch entstehende, eingangs erwähnte Verbreite-

~'~ "'-=-·--'-·-- ■ ·-- rung des Signalspektrums werden diese Festzielsignale

nicht ausreichend unterdrückt und gelangen, sofern nicht besondere Maßnahmen ergriffen werden, fälschte lieh als Bewegtziele zur Anzeige.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, auf dem es möglich ist, die durch die harte Begrenzung beim Analog-Digital-Wandler hervorgerufenen Fehlersignale möglichst weitgehend zu beseitigen. Bei einem ⁶S Empfänger der eingangs genannten Art wird dies da* durch erreicht, daß bei Eingangssignalen, deren Größe eitle Übersteuerung des Anailog-Digital-Wandlers zur Folge hat, zur Vermeidung störender Begrenzungsef-

(17) die Abtrennung des Ausgangs des Bewegtzeichenfilters (9), die Einschaltung des Ersatzsignals sowie die Betätigung des Umlaufspeichers (10a) steuert

7. Puls-Doppler-Radarempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beweglzeichenfilter (9) als ein Laufzeit-Festzeichenunterdrückungsfilter ausgebildet ist und

«ine Gleichrichteranordnung (13) sowie eine Nachintegrationseinrichtung (14) vorgesehen sind und ■ur Signale zur Anzeige bzw. Auswertung zugelaswn sind, die einen Schwellenwert überschreiten.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Puls-Doppler-Radarempfänger unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers und einem nachgeschalteten differen-

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tekic beim EM^fenpeigna! eine dem differenzierenden digitalen Bewegtzeichenfilter nachgeschaltete Korrekturschaltung in Tätigkeit gesetzt wird, die wahrend der Begrenzung an ihrem Ausgang einen Ersatzsignalwert liefert welcher etwa die Höhe des vor der Begrenzung S erreichten Ausgangssignais des Bewegtzeichenfilters aufweist Es hissen sieb auf diese Weise die durch die Begrenzung hervorgerufenen Fehlersignale weitgebend beseitigen und etwaige hierdurch bedingte Fehler vermeiden. Bei einem Radarempfanger hat dies z. B. » zur Folge, daß auch extrem starke Festzeichensignale unterdrückt werden, ohne daß es zu einer fälschlichen Anzeige eines Bewegtzieles kommt

Ausführungsbeispiele sowie Weiterbildungen der Erfindung sind an Hand von Zeichnungen näher erläutert »s Es zeigt

F i g. 1 das Bkxascbattbüd eines Puls-Doppler-Radargerätes nach der Erfindung,

F i g- 2 und 3 den Signalveriauf in Abhängigkeit von der Zeit für ein Festzielsignal vor and nach der Festzei- » chenunterdrückung,

F i g. 4 und 5 den Signalverlauf in Abhängigkeit von der Zeit für ein Festzielsignal vor und nach der Festzeichenunterdrückung bei Übersteuerung des Analog-Digital-Wandlers, *5

F i g- 6 den Signalverlauf in Abhängigkeit von der Zeit nach der Korrektur,

F ι g. 7 Einzelheiten der Korrektureinrichtung. In F i g. 1 ist die Antenne eines Pulsradargerätes mit 1, der Sende-Empfangs-Schalter mit 2, der Taktgeber mit 3 und der Sendeoszillator mit 4 bezeichnet Die Empfangssignale werden im Phasendetektor (Mischer) 5 in die Videolage umgesetzt wobei der zu£ehörige Überlagerungsoszillator mit 6 bezeichnet ist Die Empfangssignale gelangen zu einer Additionsstufe 7, in weleher eine entsprechende Vorspannung für den Analog-Digital-Wandler 8 erzeugt wird. Durch Hinzufügen eines Gleichstromanteils von 0,5 Am« (Am« = maximal auftretende Amplitude) wird ein unipolares Signal erzeugt wie es für die Verarbeitung im Analog-Digital-Wanuler 8 benötigt wird. Im Laufzeit-Festzeichenunterdrückungsfilter 9 (Löschstufe) werden zwei Signalanteile gebildet die mit einer durch die Verzögerungseinrichtung 9a bewirkten zeitlichen Verzögerung von T = 4- (fp = Pulsfolgefrequenz des Radargerätes) sr

in der Subtraktionsstufe 9b gegeneinandergeschaltet und somit voneinander subtrahiert werden. Am Ausgang dieser Stufe erscheint nur dann ein Signal, wenn eine Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden so Echosignalen vorliegt was bei Bewegtziel-Echosignalen der Fall, bei Ftstziet-Echosignalen nicht der Fall ist. Das Laufzeit-Festzeichenunterdrückungsfilter differenziert also praktisch die Empfangssignale, und zwai so, daß am Ausgang Echosignale von Bewegtzielen kaum, Echosignale von Festzielen dagegen stark geschwächt erscheinen. Ein gegebenenfalls vorhandenes weiteres Laufzeit-Festzeichenunterdrückungsfilter 11 verstärkt diese Tendenz derart, daß im Zusammenwirken mit dem Laufzeit-Festzeichenunterdrückungsfilter 9 das gewünschte übertragungsverhalten entsteht Zwischen diesen beiden Teilsystemen 9 und 11 wird das im wetteren näher beschriebene Korrektur-System 10 eingefügt Die aus den Teilsystemen 9,10 und 11 gebildete öesatntan<?t dnung ist mit 12 bezeichnet 6s

An die vollständige Festzeichenunterdrückungsschaltung 12 sehließt sieh ein Gleichrichter 13, eine Nachinteßfatioiisstufe 14 in Form eines Tiefpasses zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhaluwsses und eine Schwellenwertstufe IS en, ehe das Signal auf einem Bildschirm 16 zur Anzeige gelangt

Bei Verwendung von Radargeräten mit Entfernungskanalen ist fur jeden Entfernungskanal zweckmäßig entweder je eine Schaltung mit den Elementen 9 bis 14 vorgesehen, oder diese Elemente sind nur einmal vorhanden und werden im Zeitmultiplex nacheinander den verschiedenen Entfernungskanälen zugeordnet

Nachfolgend wird zur weiteren Erläuterung der Verhältnisse auf die Diagramme nach den F i g. 2 ins S Bezug genommen.

Die F i g. 2 zeigt die Signalspannung Ue eines Festziel-Echos (d. h. in einem EntfermmgskanalX das noch zu keiner Obersteuerung des Analog-Digital-Wandlers 8 führt am Eingang des Laufzeit-FestzeichenunterdrOkkungsfüters 9. Mit Ua ist diejenige Spannung bezeichnet bei welcher der Analog-Digital-Wandler 8 gerade noch nicht übersteuert wird. Aus F i g. 3, das die Ausgangsspannung Uc des Laufzeit-Festzeichenunterdröckungsfilters 9 zeigt ist zu erkennen, daß das Signal Uc dem Differentialquotienten des Signals Ue am Eingang entspricht da keine Übersteuerung und damit keine scharfen Ecken des Emg»igssignals Ue vorliegen, ί zeigt auch das Signal Uc am Ausgang einen stetigen Verlauf. Die durch die Quantisierung gegebenen Sprünge können in der Praxis vernachlässigt werden. Je Sendeimpuls ist ein bestimmter fester Amplitudenwert für

die Dauer T = γ vorgesehen.

In F i g. 4 ist ein Eingangssignal Ue eines Festzielechos dargestellt dessen gestrichelter Teil eine Übersteuerung des Analog-Digital-Wandlers 8 verursacht In der Zeit von rl bis Q. tritt eine Begrenzung auf den Wert Ua auf. Aus F i g. 5 ist zu erkennen, daß das Signal Uc am Ausgang des Laufzeit-Festzeichenunterdrükkungsfilters 9 zunächst dem Anstieg des Eingangssignals Ue entspricht An derjenigen Stelle, an der die Begrenzung eintritt (bei M), fällt das Signal Uc am Ausgang des Laufzeit-Festzeichenunterdrückungsfilters 9 jedoch auf den Wert Null ab und behält diesen Wert für die Dauer der Begrenzung, d. h. bis C bei. Nach Beendigung der Begrenzung (ab Q) erscheint am Ausgang ein Wert, der — bei symmetrischer Antennenfunktion (d.h. zur Hauptachse symmetrischer Strahlungskeule der Antenne 1) — dem leUten Wert vor Beginn der Begrenzung entspricht, nur mit umgekehrten Vorzeichen. Der restliche Verlauf entspricht — abgesehen vom Vorzeichen — ebenfalls dem differenzierten Verlauf des Eingangssignals Ue. Die am Ausgang des La;<fzeit-Festzeichenunterdrückungsfilters 9 auftretenden großen Unstetigkeiten im Signalverlauf zu den Zeitpunkten (1 und Q. (»Übersteuerungsspitzen«) werden durch die nachfolgende Filterstufe 11 noch verstärkt und machen sich am Ausgang als Störspitzen bemerkbar, die auch durch die anschließende Nachintegration nur unbefriedigend abgeschwächt werden können und fälschlich zu einer Anzeige eines Bewegtzieles führen, obwoh' in Wirklichkeit nur ein Festziel vorhanden war. Wie aus dem bisher Geschilderten hervorgeht ist zur Vermeidung von Übersteuerungsspitzen am Ausgang des Laufzeit-Festzeichenunterdrüekungsfilters 9 ein weicher Signalverlauf anzustreben. Hierzu sind zwei Maßnahmen vorgesehen:

a) FQr die Dauer der Übersteuerung ist in etwa einer der letzten Ausgangswerte, z. B. Ua oder Ua in F i g. 5 vor Beginn der Übersteuerung für die Dauer der Übersteuerung aufrechtzuerhalten.

b) Anschließend ist der Rest des Ausgangssignals ab Λ in F i g. 5 mit umgekehrter Polarität anzuhängen. Der so erzielte korrigierte Signalverlauf am Ausgang der korrekturschaltung 10 ist mit Uk bezeichnet und in F i g. 6 dargestellt. Der maximale Amplitudenwert beträgt Ua.
Zur Ausführung der notwendigen Korrektur sind demnach im wesentlichen drei Signalformen zur Verfügung zu stellen:

a) Der unveränderte Ausgangswert,

b) der Ausgangswef t aus einer der vorherigen Empfangsperioden und

e) der Ausgangiwert mit entgegengesetztem Vorzeichen (Subtraktion des Ausgangswertes von Null).

Der Ablauf des Korrekturvorganges wird an Hand von Fi g. 7 im einzelnen erläutert, wo der Aufbau der Korrektureinrichtung iö nach Fig.! im einzelnen dar gestellt ist Der Korrekturvorgang wird durch ein Signal Us ausgelöst, das der Analog-Digital-Wandler 8 im Falle der Übersteuerung liefert Dieses Signal Us wird dann abgegeben, d.h. for ein und dasselbe Ziel, der Analog-Digital-Wandler 8 in mindestens zwei aufeinanderfolgenden ßmpfangsperioden sämtliche Bit-Stellen des Digitalwertes entweder völlig oder gar nicht besetzt Letzteres ist der Fall, wenn die Videosignale gegenüber dem bei der Additionsstufe 7 zugeführten Wert von 03 Am** negativ sind und so der resultierende Wert Null wird. Die Signale Uc ( - Ausgangssignal des Laufzeit-Festzeichenunterdrückungsfilters) und Us werden einer Steuereinheit 1? zugeführt welche die Steuerung der nachfolgenden Schalter 51, 52 und S3 vornimmt Vor Beginn der Obersteuerung ist der Ausgang des Laufzeit-Festzeichenunterdrflckungsfilters 9 direkt zum Ausgang der Korrektureinheit durchge-

schaltet d. h. der Schalter 51 ist — wie dargestellt — nach oben geführt, der Schalter 52 ist geschlossen und der Schalter 53 geöffnet.

Bei Einsetzen der Obersteuerung (angezeigt durch Us) wird durch die Steuereinheit 17 der Schalter 53 geöffnet und der Schalter 53 geschlossen. Der Ausgang des Laufzeit-Festzeichenunterdrückungsfilters 9 ist damit für die Signalübertragung abgetrennt, und die Verzögerungseinrichtung 1Oe mit der Signallaufzeit T =« jwird tu einem Umlaufspeicher zusammengeschart. Der letzte Wert Ut\ vor der Übersteuerung, welcher in der Verzögerungseinrichtung 1Oe enthalten war, läuft für die Dauer der Übersteuerung in dem Laufspeicher

is mit der Periode T um und erseheint am Ausgang der Korrektureinheit als Ausgangssignal Uk.

Am Ende des durch einen entsprechenden Wert von 175 signalisierten Obersteuerungszustandes wird das Ausgangssignal des Laufzeit-Festzeichefiunterdrükkungsfilters 9 auf eine Umkehrstufe 18 geschattet, und die Verbindung für den Umlaufspeicher 1Oe wird rückgängig gemacht Der Schalter 51 geht nach unten, der Schalter Sl wird geschlossen und der Schalter 53 geöffnet Damit erscheint am Ausgang dnr Korrekturschaltung der rechte Teil der abfallenden Treppenkurve nach F i g. 6.

Sirtkt der Absolutwert des Ausgangssignals des Laufzeit-Fest2eicheminterdröekungsfilters 9 unter einen Schwellenwert so tritt wieder der Normalfall ein, d. h.

der Ausgang des Laufzeit-Festziichenunterdrückungsfilters 9 ist wieder direkt (ohne Vorzeichenumkehr) zum Ausgang der Korrektureinheit durchgeschaltet. Der Schalter 51 liegt oben, der Schalter 52 ist geschlossen und der Schalter 53 geöffnet

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Petemansprüche:

   I. Puls-Doppler-Radarempfänger nut einem Ana· j-Olgftal-Wsndler und einem nachgeschalteten, rerenzierend wiiicenden digitalen Bewegtzei* cbenfiltbr, wobei durch Übersteuerung Störungen tof treten können und eine Begrenzung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, da»

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