DE2164241A1

DE2164241A1 - Verfahren zur genauen Ermittlung einer Zielkoordinate für Radargeräte

Info

Publication number: DE2164241A1
Application number: DE19712164241
Authority: DE
Inventors: Bernard Alphonse Jacques Paris Ziegler
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1970-12-29
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1972-07-13
Also published as: US3768097A; DE2164241B2; FR2119850A1; DE2164241C3; FR2119850B1; GB1364110A

Description

Patentanwalt
7 Stuttgart.30
Kurze Straße 8

B.A.J. Ziegler -i

IHTEEFATIOHAL S024HDAED SLEGTEIO 0OEPOEATIOIT, HEW Γ0ΕΚ

Verfahren zur genauen Ermittlung
einer Zielkoordinate für Eadargeräte

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur genauen Ermittlung einer Zielkoordinate für Eadargeräte mit bewegter Antenne, "bei denen je Entfernungs"bereich die Echosignale mehrerer · Sendeimpulse integriert werden_o

Kohärente Impulsdopplerradargeräte, "bei denen die Signale analog und digital verarbeitet werden, sind bekannt. In
dem Buch von Merill I. Skolnic "Eadar-Handbook", McGraw Hill, I970, insbesondere Kapitel 17 über MTI-Eadar, ist der allgemeine Stand der Technik beschrieben.

Bei Impulsdopplerradarger-äten wird die Entfernung aus der Signallaufzeit vom Gerät zum Ziel und zurück bei mehreren Sendeimpulsen ermittelt. Man teilt dabei häufig den Erfassungsbereich des Radargerätes mittels sogenannter Ent-

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fernungstorschaltungen, die nur eine bestimmte Zeit nach jedem Sendeimpuls geöffnet sind, in Entfernungsbereiche ein_o Die Zeit, während der die Entfernungstorschaltung geöffnet ist, hängt von der Tiefe dieses Bereiches ab. Die aneinander anschließenden Entfernungsbereiche werden durch aufeinanderfolgendes Öffnen der Entfernungstorschaltungen angeschaltet. Dieses Anschalten erfolgt einmal in jeder Impulsperiode. Auf diese Weise kann man die Bewegung der Ziele in den Entfernungsbereichen verfolgen und zu jeder Zeit die Entfernung des Zieles vom Radargerät bestimmen.

Bei kohärenten Impulsdopplerradargeräten wird das Ausgangssignal des Phasendetektors auf solche Entfernungstorschaltungen gegeben und jeder Entfernungstorschaltung folgt eine Schaltung zur Unterdrückung von Festzielashos. Die Schaltung zur Eliminierung der IPestzielechos und die Entfernungstorschaltung zusammen, werden im folgenden als Bereichswähler bezeichnet. Dazu gehört eine sogenannte Boxcar-Abtastschaltung (siehe z.B. Electronic Engineering, April Ί97Ί5 Seite 36,37)* ein Dopplerfilter, das nur Frequenzen zwischen einigen Herz und F/2 durchläßt, wobei F die Sendeimpulsfrequenz ist, eine Gleichrichterschaltung, eine Indikationsschaltung, z.B. einen Tiefpaß, und eine Schwellwertschaltung. Das Tiefpaßfilter läßt nur die durch die Antennenbewegung entstandene Amplitudenmodulation durchs Die Dauer dieses Signals ist gleich der Zielerfassungsdauer.

Es ist Aufgabe dei Erfindung, aus diesem Signal die genaue Zielkoordinate zu ermitteln. Diese Aufgabe wird

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erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß je Entfernungsbereich, der während einer Antennenbewegung bei der ersten Erfassung des Ziels vorhandene Winkelwert der Antenne festgestellt und gespeichert wird, daß der bei der letzten Erfassung des Ziels vorhandene Winkelwert der Antenne festgestellt wird, und daß die beiden Winkelwerte addiert und die Summe halbiert wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, die Fehler zu eliminieren, die bei einer derartigen Ermittlung einer Zielkoordinate entstehen.

Diese Aufgabe wird gemäß einer Weiterbildung dadurch, gelost, daß zusätzlich die Differenz der Winkelwerte gebildet wird und daß aufgrund dieser Differenz ein vorbestimmter Korrekturwert für den Koordinatenwert ■ ermittelt wird.

Eine derartige Korrektur kann erforderlich sein, da sich der Mittelpunkt des Signals, d.h. die genaue Zielkoordinate, manchmal nicht genau bestimmen läßt. Dies kann von der "Boxcar"-Abtastschaltung herrühren, oder von der Asymmetrie, die vom Antennenstrahlungsdiagramm und von der Entfernung abhängt, da das MTI-FiIter verschliffene Impulsflanken liefert.

Diese Asymmetrie^Lst der Zielerfassungsdauer, d.h. der Zielbreite, direkt proportional. Bei der Erfindung ist der notwendige Korrekturwert zuzüglich eines kleinen konstanten Betrages für die Verzögerung in den Recheneinrichtungen in einem Festwertspeicher abgespeichert, der aufgrund der ermittelten Zielbreite adressiert wird.

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Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. ia -

*1g die in den Zeichnungen verwendeten Schaltzeichen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild,

Fig. 3 ein Schaltbild einer der

Schaltungen C nach Fig. 1 und

Figo 4- ein Signaldiagramm für Fig. 3·

Fig. *1a zeigt eine UM)-Schaltung, Fig. 1b eine ODER-Schaltung und Fig. *lc eine Mehrfach-IMD-Schaltung, die in der Figur aus M- UND-Schaltungen besteht, von denen jede einen ersten Eingang hat, der mit einer Leitung 9*1 a verbunden ist und einen zweiten Eingang, der mit der gemeinsamen Leitung 9*1"b verbunden ist. Diese UND-Schaltung wird als "vorbereitet" bezeichnet, wenn ein Signal an diesem Eingang liegt und "geöffnet", wenn alle Eingänge gleichzeitig ein Signal haben.

Fig. 1d zeigt einen Flip-Flop, auf den ein Steuersignal an einen seiner Eingänge 92-1 bzw. 92-0 gelangt, damit er in den 1-Zustand bzw. in den 0—Zustand schaltet, Eine Spannung mit der gleichen Polarität wie das Steuersignal tritt dann am Ausgang 93-Ί bzw. 93-0 auf. Ist der Flip-Flop mit B1 bezeichnet, dann bedeutet dies, daß er sich im 1-Zustand befindet, ist er dagegen mit ©T bezeichnet, dann bedeutet dies, daß er sich im O-Zustand befindet.

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Fig. *1e zeigt ein Leitungsbündel. Im Beispiel bestellt es aus 5 Leitungen.

Jig. if zeigt einen Codeumsetzer, der im Beispiel einen ^-Bit-Binärcode auf dem Bündel 94-a geschlossen in (1 aus *16)-Code umsetzt. I¹Ur jede Kombination der Signale auf den vier Eingangsleitungen tritt somit nur an einem Ausgang ein Signal auf.

*1g zeigt einen vierstelligen Binärzähler mit Ί6 möglichen Stellungen. Der Zähler wird durch Impulse auf der Leitung 94-c gesteuert.

In der Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der Erfindung gezeigt. Es sind Έ Bereichswähler S1 bis SE" vorgesehen, auf die die Ausgangssignale vom Phasendetektor eines kohärenten Impulsdopplerradargerätes 1 gelangen. Zu diesen gehören, wie gezeigt, Ή Verstärkerbegrenzer A*1 bis AF und ΪΓ Vergleicher 0Ί bis OT, die in Verbindung mit der Abtastschaltung 2 die Zeitpunkte der Vorder- und Eückflanke der Echos in einem gegebenen Entfernungsbereich ermitteln. Weiter sind vorgesehen: Ein Binärzähler 3 für die Antennenstellung, ein erster Speicher ΜΊ mit Zugriffsschaltungen 5, S und 7 zum Speichern von Έ Codewörtern für die'Koordinate, eine Eechenschaltung A zur Berechnung des Koordinatencodes aus dem Echoanfangs- und Echoendcode ,eine Mehrfach-TMD-Schaltung 26 zur 'übertragung der Information zwischen den verschiedenen Registern, eine Taktschaltung CU, ein Flip-ΕΙορ B und Steuerschaltungen D und F für die verschiedenen Torschaltungen und Register 38 bzw. 39» in denen der Koordinatencode und der Bereichscode des Echos gespeichert werden.

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Die Bereichswähler S1 bis SE" wurden in der Einleitung beschrieben und sind zudem bekannt, so daß eine aus- ' führliche Beschreibung nicht mehr erforderlich ist.

Die Begrenzerverstärker Al bis AN" sind ebenfalls bekannt. Sie dienen dazu, das amplitudenmodulierte Echosignal in ein Rechtecksignal umzuwandeln, dessen Vorder- und Rückflanke den Echoanfang und das Echoendedefiniert. Fig. 4a zeigt ein solches Rechtecksignal.

Die Abtastschaltung 2 enthält einen Binärzähler 28 und eine Dekodieinrichtung 29, mit IT Ausgangsleitungen 29/] bis 29jt i die jeweils mit einem der Vergleicher C*1 bis CU verbunden sind. Zur Vereinfachung wird angenommen,"" daß der Zähler 28 η Stufen hat, so daß 2. = Ή ist und daß der Zähler 28 durch jeden Impuls der Taktschaltung CU, der über die UND-Schaltung 22 eintrifft, um einen Schritt weitergeschaltet wird.

Der Antennenstellungszähler 3 besteht aus einem m-stelligen Binärzähler 3o (der gnchron mit der Antennendrehung weitergeschaltet wird und zwar mittels der Impulse a, die von der Antenne kommen, wenn sie sich dreht), und aus einem Register 31, in dem nacheinander die Antennenstellungscodes, die vom Zähler 3o ^Liefert werden, gespeichert werden. Die Übertragung vom Zähler zum Register erfolgt über die Mehrfach-UKD-Schaltung 24·, die von einem Signal auf der Leitung b gesteuert wird. Auf der Leitung b ist eine Impulsfolge vorhanden, deren Frequenz doppelt so hoch ist wie die Frequenz der Fortschalteimpulse

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für den Zähler 3o, und die zwischen diesen Impulsen liegen. Ist das Signal D1 oder die Signalkombination fT.fILF^' vorhanden, dann kann die Übertragng zwischen 3o und 31 nur erfolgen, wenn das Register 3*1 nicht gerade gelesen wird.

Pig. 3 zeigt einen der Vergleicher C1 bis GK" nach Fig.1«, der Vergleicher dient dazu, in jedem Entfernungsbereich den Echoanfang und das Echoende zu bestimmen. Die Schaltung nach Fig.3 enthält zwei UND-Schaltungen 4o und 41, einen Inverter 42 und einen Flip-Flop 43. Auf jede UND-Schaltung gelangen drei Signale, d.h. das Ausgangssignal des Verstärkerbegrenzers (Fig.4a) gelangt direkt auf die UND-Schaltung 4o und sein Komplement (Fig. 4d) auf die UND-Schaltung 41; Impulse vom entsprechenden Ausgang der Abtasteinrichtung 2 (Fig. 4b) gelangen auf beide UND-Schaltungen. Das O-Ausgangssignal des Flip-Flops 43 gelangt auf die UND-Schaltung 4o und das 1 -Ausgang.ssignal auf die UND-Schaltung 41·

Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung arbeitet wie folgt: Wenn das Radargerät 1 eingeschaltet wird, gelangt ein Impuls über die Leitung 44 der ODER-Schaltung 45 und stellt den Flip-Flop 43 in den O-Zustand. Der erste Impuls des Prüfsignals, das mit dem Ausgangssignal des Bereichswählers zusammenfällt, gelangt über die UND-Schaltung 4o und ergibt den Echoanfangsimpuls (Fig.4c). Dieser Impuls gelangt auf den Flip-Flop 43 und bringt ihn in den 1-Zustand (Fig.4f).Dieses Umschalten erfolgt nur mit der Vorderflanke des Impulses.

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Der erste Prüf impuls, der nach, der Rückflanke des Ausgangssignals des Bereichswählers auftritt, gelangt über, die UND-Schaltung 41 und bestimmt das Echoende (Fig.4e). Dieser Impuls dient dazu, den Flip-Flop 43 in den O-Zustand zurückzustellen (Fig. 4f). Fig. 4f zeigt, das Signal am 1-Ausgang -des Flip-Flops 43 und Fig. 4g das Komplement, das am O-Ausgang austritt.

Der Speicher M1 dient zum Speichern von U.m-stelligen Binärwörtern, wobei jedes Binärwort einem Antennenstellungscode entspricht, d.h. wie später beschrieben wird der Antennenstellung bei Echobeginn. Der Speicher M ist beispielsweise ein wortorganisierter !Kernspeicher mit Ή Zeilen mit m Kernen. Die Zugriffsschaltungen 5₅ 6 und 7 sind aus der Kernspeichertechnik bekannt.

Die Eecheneinrichtung 8 enthält einen ersten Addierer 32, der die Modulo 2^m-Summe der beiden Antennenstellungscode bildet. Ein Subtrahierer 35 bildet die Modulo 2^m-Differenz der beiden Antennenstellungscode. Ein Festwertspeicher M2, beispielsweise eine Diodenmatrix, mit Zugriffsschaltungen 36 und 37? speichert die Korrekturwerte, die zur halben Summe der Antennenstellungscode addiert werden, um das Maximum des Echos zu erhalten. Die UND-Schaltungen 16 und 19 bewirken die hierzu erforderlichen Informationsübertragungen.

Die Korrekturwerte, die im Festwertspeicher M2 gespeichert sind, berücksichtigen die sich aufgrund der Signalverarbeitung ergebende Verzögerung und die Asymmetrie des Ausgangssignals des Bereichswählers.

Wenn das Ausgangssignal des Bereichswählers symmetrisch

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wäre, wäre eine Korrektur entsprechend der Signalverarbeitungszeit ausreicnend. Das Signal ist jedoch nicht symmetrisch, da die Vorderflanke des Impulses verlängert ist. Je größer die Signalamplitude ist, desto größer ist diese Verzerrung der Impulsvorderflanke. Aus diesem Grunde wäre eine Zielkoordinate, die aus der halten Summe errechnet würde, größer sein als der tatsächliche Koordinatenwert. Der Korrekturwert, der zum Ausgleich der Asymmetrie erforderlich ist, muß negativ sein. Da die Korrektur wegen der Signalverarbeitungszeit ebenfalls negativ ist, ist der gesamte Korrekturwert negativ.

Die Steuergeneratoren D und F liefern die Signale D"1 bis DJ und F1 "bis F7, und deren Komplemente, wenn sie mit einem Echoanfangssignal (Schaltung D) oder mit einem Echosignal (Schaltung F) von den Vergleichern angesteuert werden. Diese Steuersignale sind sehr kurze Impulse und die Schaltungen D und F können daher ge aus einem Zähler mit nachgeschalteter Dekodiereinrichtung bestehen, wobei der Zähler von jedem Impuls der Taktschaltung GU weitergeschaltet wird.

Es wird nun die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 2 beschrieben. Es wird dazu angenommen, daß ein Echo in dem Bereich auftritt, der durch den Bereichswähler S1 bestimmt ist. Die Schaltung CM liefert dann einen Impuls, der den Echoanfang bestimmt. Dieser Impuls gelangt über die Schaltung Dund zur ODER-Schaltung "Ii und über die ODER-Schaltung 9« Der Flip-Flop B, der beim Einschalten des Radargerätes mittels eines Impulses auf der Leitung 44 in den Ί-Zustand geschaltet wurde, schaltet in den

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λα

O-Zustand. Hierdurch wird die UND-Schaltung 22 gesperrt und verhindert, daß weitere Impulse von der Taktschaltung CU zum Zähler 28 gelangen. Unmittelbar nach der Aufnahme des Echoanfangsimpulses liefert die Schaltung D nacheinander die Signale DL, D2 und DJ. Das Signal D1 gelangt über die ODER-Schaltung 13 zur Mehrfach-UND-Schaltung 14- und gibt die Übertragung eines Entfernungsbereichscodes vom Zähler 28 zur Adressierschaltung des Speichers M1 frei. Das Signal D1 gibt außerdem die Übertragung eines Antennenstellungscodes vom Register 31 über die Mehrfach-UED-Schaltung 23 zum Schreibregister 5 des Speichers M1 frei. Das Signal D2, das auf die Schaltungen 5 und 6 giangt, bewirkt die Speicherung des Antennenstellungscodes in einer Zeile des Speichers M1, beispielsweise in der ersten Zeile. Die zreLte Zeile sei dem zweiten Entfernungsbereich zugeordnet usw. Über die ODER-Schaltung 12 stellt das Signal D3 den Flip-Flop B in den 1-Zustand zurück, wodurch die UND-Schaltung 22 wieder freigegeben wird, so daß der Zähler 28 weiterzählen kann und die nächsten Impulse nacheinander auf die Schaltungen G2 bis GH gelangen.

Ist in keinem anderen Entfernungsbereich ein Echo nach mehreren ununterbrochenen Abtastzyklen der Schaltungen C1 bis ClT vorhanden, dann erkennt die Schaltung C1 das Echoende und liefert einen Impuls, der über die ODER-Schaltung 1o den Zähler 28 auf dieselbe Weise anhält, wi^e es der Echoanfangsimpuls tat, und steuert die Schaltung F an, die nacheinander die Impulse F1

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bis 1*7 abgibt. Diese Impulse dienen dazu, die Ausgabe des Entfernungsbereichscodes und des Koordinatencodes des Echomaximums zu steuern.

Der Impuls E1, der auf die UND-Schaltung 14- gelangt, steuert die Übertragung des Entfernungsbereichscodes in die Adressierschaltung 6.

Der Impuls F2, der auf die Schaltungen 6 und 7 gelangt, bewirkt das Lesen des Antennenstellungscodes in der erstgi Zeile des Speichers M1. Dieser Code entspricht der Koordinate des Echoanfangs.

Der Impuls I?3, der auf die Mehrfach-UND-Schaltungen 15 iind 26 gelangt, bewirkt die Übertragung des Echoanfangs-und des Echoendcodes in den Addierer 32 und in den Subtrahierer 35·

Der Impuls F4-, der auf die Mehrfach-ÜND-Schaltung gelangt, bewirkt die Übertragung des Binärwortes, das das Ergebnis der Modulo 2^m-Summierung ist. in das Register 33· Bei dieser Übertragung erfolgt eine Verschiebung um eine Stelle, so daß die halbe Summe entsprechend einer Division durch 2 übernommen wird. Der Impuls F4- gelangt außerdem auf die Mehrfach-IMD-Schaltung 17 und bewirkt die Adress-ierung des Speichers M2 durch das Binärwort, das der Echobreite entspricht. Danach liefert der Speicher M2 ein Binärwort entsprechend der durchzuführenden Koordinatenkorrektur. Der Impuls F5, der auf die Mehrfach-TMD-Sehaltungen 18 und 19 gelangt, bewirkt die übertragung der Binärworte für die Koordinaten-Halb summe und für den Koordinatenkorrekturwert in den Addierer

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Der Impuls F6, der auf die Mehrfach-UIHX-Schaltungen 2o und 21 gelangt, "bewirkt die Übertragung des Entfernungsbereichscodes und des Koordiantencodes vom Zähler 28 und vom,Addierer 3^ in die Register 38 und 39, die die Ausgänge der Schaltung darstellen.

Der Impuls F7, der auf die ODER-Schaltung 12 gelangt, setzt den Flip-Plop B in den 1-Zustand zurück, so daß der Zähler 28 weiterzahlen kann.

W Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Prüfimpulse (Fig. 4b) nicht dauernd auftreten, da der Zähler am Echoanfang und am Echoende angehalten wird. Daher muß die Taktfrequenz vom Taktgenerator CII hoch genug sein, damit kein Koordinatenfehler durch diese Unterbrechung entsteht.

Wenn die Angaben über Entfernungsbereich und Koordinate an einen digitalen Rechner zur Weiterverarbeitung gegeben werden (beispielsweise Umwandlung der aufgenommenen Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten), können die Speicher M1 ,und M2 ein Teil des Speichers des Rechners sein. Alle Additionen, Subtraktionen und Übertragungen können programmgesteuert vom Rechner durchgeführt werden. In diesem Fall würde der Rechner die Aufgaben all der Schaltelemente übernehmen, die sich rechts der gestrichelten Linie in Fig. 2 befinden. Der Rechner würde dann als Eingangsdaten den Echoanfang, das Echoende und die Entfernungs- und Koordinatencodesignale erhalten. Andrerseits müßte der Rechner dann auch die Signale ST, Ff. F2 . F3, D3 und F7 liefern, deren Aufgaben erläutert wurden.

2 Patentansprüche

3 Bl. Zeichnungen -13-

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur genauen Ermittlung einer Zielkoordinate für Radargeräte mit "bewegter Antenne, "bei denen je Entfernungsbereich die Echosignale mehrerer Sendeimpulse integriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß je" Entfernungsbe:Bsi.ch der Wert einer Antennenbewegung als der "bei der ersten Erfassung des Ziels •vorhandene Winkelwert der Antenne festgestellt und gespeichert wird, daß der "bei'der letzten Erfassung des Ziels vorhandene Winkelwert der Antenne festgestellt wird und daß die "beiden. Winkelwerte addiert und die Summe halbiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch i , dadurch ^kennzeichnet, daß zusätzlich die Differenz der Winkelwerte gebildet wird und daß aufgrund dieser Differenzein vorher bestimmter Korrekturwert für den Koordinatenwert ermittelt und im Ergebnis berücksichtigt wird.

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