DE2262703C1

DE2262703C1 - Impulskompressions-Radargerät mit zwei Teil-Codewörtern zur Nebenmaximaauslöschung

Info

Publication number: DE2262703C1
Application number: DE19722262703
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Albersdoerfer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1972-12-21
Publication date: 1983-05-05
Also published as: FR2488999A1; IT1064088B; GB1605130A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radargerät, bei dem aus Codeelementen bestehende impulsförmige Codeworte ausgesandt werden, wobei jedes Codewort aus zwei so gewählten Teil-Codeworten zusammengesetzt ist, daß nach der Impulskompression die Autokorrelationsfunktionen der beiden Teil-Codeworte amplituden- und vorzeichenmäßig gleiche Hauptmaxima und zumindest teilweise amplitudenmäßig gleiche, jedoch vorzeichenmäßig entgegengesetzte Nebenmaxima liefern.

Aus der deutschen Auslegeschrift 12 61 907 ist es bekannt, zur Verbesserung der Entfernungsauflösung einer Radaranlage von der Impulskompression Gebrauch zu machen. Dabei werden nacheinander jeweils zwei Impulsfolgen in Form von Codewörtern ausgesandt, bei denen die Verteilung der Einzelelemente in einer bestimmten Weise aufeinander abgestimmt ist. Diese Verteilung ist so vorgesehen, daß bei fortlaufender Numerierung der Codewörter die geradzahligen Codewörter eine von den ungeradzahligen Codewörtern unterschiedliche, hinsichtlich des Hauptmaximums gegenphasige Autokorrelationsfunktion ergeben. Jede zweite der beim Empfang gebildeten Autokorrelationsfunktionen erfährt zusätzlich eine Phasenumkehr, worauf eine Summation der beiden Autokorrelationsfunktionen erfolgt. Dabei wird erreicht, daß sich die Hauptmaxima gleichphasig überlagern. Die Zuordnung der geradzahligen zu den ungeradzahligen Codewörtern ist so getroffen, daß sich die bei der Impulskompression bildenden Nebenmaxima gegenseitig auslösehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, durch den der nachteilige Einfluß der Nebenmaxima bei der Auswertung der Echosignale bei Radargeräten mit Entfernungskanälen verringert werden kann. Gemäß der Erfindung, welche sich auf ein Radargerät der eingangs genannten Art bezieht, wird dies dadurch erreicht, daß als Radargerät in an sich bekannter Weise ein solches mit Entfernungskanälen verwendet ist, bei dem die Impulskompression vor den Entfernungstoren vorgenommen ist, wobei die Anschaltdauer eines Entfernungskanals an dem Empfangsteil etwa gleich der zeitlichen Dauer des bei der Impulskompression erreichten Hauptmaximums gewählt ist, und daß in an sich bekannter Weise in jedem Entfernungskanal ein Tiefpaßfilter vorgesehen ist, das die durch die Nebenmaxima hervorgerufenen Signalanteile in nicht durch Ziele belegten Entfernungskanälen auf Grund ihrer unterschiedlichen Vorzeichen zumindest teilweise unterdrückt.

Da die Nebenmaxima zumindest teilweise abwechselnd mit positiven und negativen Vorzeichen in die nicht durch das Hauptmaximum belegten Entfernungskanäle fallen und in ihrer Amplitude zumindest teilweise ähnlich groß sind, schwächen sie sich durch den Einfluß des Tiefpaßfilters. Von besonderem Vorteil ist in diesem Zusammenhang, daß der für die Erfindung notwendige Aufwand vernachlässigbar klein ist, weil ein Tiefpaßfilter (Tiefpaßintegrationsfilter) an den Entfernungstoren meist schon vorhanden ist bzw. mit geringem Aufwand angebracht werden kann. Zusätzlich notwendig sind somit praktisch nur die Einrichtungen zur Erzeugung der codierten Impulse und die Impulskompressionseinrichtung.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Zusammensetzung der Teil-Codeworte so ausgewählt ist, daß die Nebenmaxima in den nicht durch Ziele belegten Entfernungskanälen sich gegenseitig vollständig auslöschen. In diesem Fall tritt nicht nur eine statistisch verteilte Schwächung bei den Nebenmaxima auf, sondern eine völlige Auslöschung. Durch Nebenmaxima kann es somit zu keiner falschen Zielanzeige in einem Entfernungskanal kommen.
Die Erfindung sowie Weiterbildungen der Erfindung

werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Autokorrelationsfunktionen zweier Teil-Codeworte,

Fig.2 die Zusammensetzung eines Sendeimpulses und eines demodulierten Echosignals,

F i g. 3 das Blockschaltbild eines Radargeräts nach der Erfindung,

Fig.4 die Belegung verschiedener Entfernungskanäle bei verschiedenen Radarperioden,

Fig.5 den Signalverlauf in einem durch ein Hauptmaximum belegten Entfernungskanal,

F i g. 6 den Signalverlauf in einem durch Nebenmaxima belegten Entfernungskanal.

In F i g. 1 ist ein Teil-Codewort A mit der Verteilung

dargestellt. Die Codierung der Einzelelemente » + « und »-« dieses Teil-Codewortes A kann in bekannter Weise durch Frequenz- oder Phasensprungmodulation erfolgen. Die Autokorrelationsfunktion (AKF)A des Teil-Codewortes A ist in Abhängigkeit von der Zeit rechts dargestellt und zeigt ein ausgeprägtes Hauptmaximum und eine Reihe von Nebenmaxima unterschiedlicher Vorzeichen.

Das Teil-Codewort B nach Zeile b hat die Zusammensetzung

und ergibt eine Autokorrelationsfunktion (AKF)B, welche ebenfalls ein ausgeprägtes Maximum und eine Reihe von Nebenmaxima unterschiedlicher Vorzeichen aufweist.

Die Aufeinanderfolge der Codeelemente » + « und » —« der beiden Teil-Codeworte A und B wird vorteilhaft so ausgewählt, daß, wie in den Zeilen a und b dargestellt, die Hauptmaxima nach Betrag und Vorzeichen gleich sind, während die Nebenmaxima entgegengesetzte Vorzeichen und gleiche Amplitudenwerte aufweisen. Sollten die Vorzeichen bei den Hauptmaxima verschieden und bei den Nebenmaxima gleich sein, kann durch Invertierung bei einer der beiden AKF ebenfalls Auslöschung erzielt werden. Die Existenz und der Aufbau derartiger Teil-Codeworte A und B ist in der Literatur beschrieben, wie z. B. aus IRE Transaction on Information Theory, 1961, S. 82—87, hervorgeht.

Wenn die Teil-Codeworte nicht genau so aufgebaut sind, daß eine völlige Löschung eintritt, ergibt sich trotzdem noch eine Verbesserung, weil dann zumindest ein Teil der Nebenmaxima sich kompensiert.

In F i g. 2 ist in Zeile a für das Teil-Codewort A als Beispiel eine Frequenzsprungmodulation dargestellt, wobei dem Wert» — « die Frequenz /0, dem Wert» + « die Frequenz /1 zugeordnet ist. Wenn auf diese Weise der Sendeimpuls eines Radargeräts aus den Codeelementen nach Zeile a zusammengesetzt wird, so hat dieser die Dauer TJ nach Zeile b; die Dauer eines Codeelements beträgt

_r = JZ.
m

bei m Codeelementen.

Bei der Demodulation eines reflektierten Echosignals nach Zeile b im Radarempfänger muß in bekannter Weise den Frequenzen /0 und /1 wieder der Wert» -« bzw. »+« zugeordnet werden, damit das in Zeile c gezeigte demodulierte Echosignal entsteht. Die Verteilung der Elemente dieses Signals entspricht der Folge der » + « und »—« nach Zeile a.

In F i g. 3 ist ein Radargerät dargestellt, welches mit einer Frequenzcodierung entsprechend F i g. 2 arbeitet.

Es enthält eine bevorzugt als Rundsuchantenne ausgebildete Radaratenne RA mit einem nachgeschalteten Sende-Empfangs-Schalter SE. Die Sendeseite ist hier sehr stark vereinfacht dargestellt, wobei alle nicht für das Verständnis der Erfindung notwendigen Teile

ίο weggelassen sind. Sie enthält einen Codemodulator CM, dem die Frequenzen zweier Oszillatoren GO (70) und Gl (71) zugeführt sind. Von einer Codespeicher- und Steuereinrichtung CSS wird der Schalter des Codemodulators CM wahlweise an den Oszillator G 0 oder an den Oszillator Gl angeschaltet. Dadurch können Frequenzfolgen der in Zeile b von F i g. 2 dargestellten Art erzeugt werden. Im Codespeicher CSS sind die Teil-Codeworte A und B nach F i g. 1 enthalten sowie gegebenenfalls weitere Paare von Teil-Codeworten, welche die im Zusammenhang mit F i g. 1 erläuterten Eigenschaften bezüglich der Haupt- und Nebenmaxima aufweisen.

Das so erzeugte Sendesignal gelangt nach der Reflexion an einem Objekt über den Sende-Empfangs-Schalter S£zum Empfangsteil, der zwei parallelgeschaltete Übertragungswege aufweist. Der Empfangsteil ist stark vereinfacht, und es sind alle Teile weggelassen, die nicht zum Verständnis der Erfindung notwendig sind, u. a. die Bildung der Zwischenfrequenz usw. Im oberen

Übertragungsweg werden Echosignale (meist in der ZF-Lage) verarbeitet, die mit der Frequenz /0 einfallen (etwaige Doppelverschiebungen müssen durch eine entsprechende Bandbreite berücksichtigt werden). Hierzu ist ein Bandfilter BFO vorgesehen, das nur den Bereich um die Frequenz /0 durchläßt. Ein nachgeschalteter Gleichrichter GRO sorgt für die Bildung unipolarer negativer Impulse. Im unteren Übertragungsweg werden nur die Frequenzen um die Frequenz f\ durchgelassen, wozu das Bandfilter BFi dient. Ein nachgeschalteter Gleichrichter GR1 sorgt für die Bildung unipolarer positiver Impulse. Beide Signalwege werden in einer Zusammenschalteinrichtung ZS vereinigt, und zwar so, daß die Frequenzen /0 das Vorzeichen » — « und /1 das Vorzeichen » + « erhalten.

Anstelle entgegengesetzt gepolter Gleichrichter GRO und GR 1 kann gegebenenfalls auch eine Invertierungsstufe vorgesehen sein. Die so gewonnenen Signale entsprechen somit dem Signal nach Zeile c von F i g. 2. Die demodulierten Signale gelangen zu einer

so Kompressionseinrichtung PK, deren Referenzcode aus der Codespeicher- und Steuereinrichtung CSS entnommen wird. Soll ein Impuls entsprechend dem Teil-Codewort A komprimiert werden, so wird als Referenzcode ebenfalls das Teil-Codewort A benutzt. Analog verhält es sich, wenn ein Teil-Codewort B komprimiert werden soll. Bei digitalen Kompressionseinrichtungen lassen sich normalerweise im Rahmen des Radartaktes die Referenzcodes entsprechend umschalten. Sollte dies zu Schwierigkeiten führen, so können auch zwei getrennte, parallelgeschaltete Impulskompressionseinrichtungen PK vorgesehen werden, von denen eine nur für das erste Teil-Codewort A, die zweite für das zweite Teil-Codewort B komprimierend wirkt, also die Autokorrelationsfunktion bildet.

Die am Ausgang der Impulskompressionseinrichtung PK erhaltenen Signale haben die zeitliche Verteilung nach den Zeilen a und b der F i g. 1. Sie werden deshalb nacheinander auf Entfernungskanäle K1 bis Kn verteilt,

' und zwar in Abhängigkeit von der Anschaltdauer und der Zahl dieser Entfernungskanäle. Die Entfernungskanäle werden durch eine Schalteinrichtung ES mittels Schaltern ES 1 bis ESn nacheinander an den Empfangsteil angeschaltet. Die einzelnen Entfernungskanäle sind untereinander gleich aufgebaut und enthalten in bekannter Weise verschiedene Bauelemente, z.B. Doppelfilter, Verstärker usw., die durch den Block DN angedeutet sind. Außerdem ist ein Tiefpaßfilter TP und eine Schwellenstufe SWvorgesehen. Ausgangsseitig ist eine Schaltsteuerung AS vorgesehen, durch die die Ausgänge der Kanäle K1 bis Kn mittels Schaltern AS 1 bis ASn an eine Auswerte- oder Anzeigeeinrichtung BS, z.B. einen Bildschirm, nacheinander angeschlossen werden. Die Steuerung der Schalteinrichtungen ES und AS sowie der Anzeige- oder Auswerteschaltung ÄS und auch des Sende-Empfangs-Schalters erfolgt von der Codespeicher- und Steuereinrichtung CSS, welche praktisch gleichzeitig den Taktgeber des Radargeräts bildet bzw., falls dieser zusätzlich vorhanden ist, von diesem synchronisiert wird.

Für den Fall, daß von Zeit zu Zeit eine Änderung der Teil-Codeworte A und B, z. B. in andere Teil-Codeworte C und D oder E und F, vorgenommen werden soll, kann ein Zeitgeber (Uhr) U vorgesehen sein, der diese Umschaltung veranlaßt. Dabei sind velbstverständlich sowohl bei der Modulation (Modulationsstufe CM) als auch beim Referenzcode gleichzeitig dieselben Änderungen vorzunehmen.

In F i g. 4 ist für ein Beispiel von 20 Entfernungskanälen Ki bis K 20 die Signalverteilung dargestellt, wenn abwechselnd mit gleichbleibender Taktfrequenz einmal das Teil-Codewort A nach Zeile a von F i g. 1 und dann das Teil-Codewort B nach Zeile b von F i g. 1 ausgesandt werden. In Zeile a von F i g. 4 ist die erste Radarperiode dargestellt, und zwar die Autokorrelationsfunktion des als Echosignal empfangenen Teil-Codewortes A. Sie weist ein ausgeprägtes Maximum auf, welches entsprechend der Zielentfernung und der Dauer der Anschaltung praktisch vollständig in den Entfernungskanal 10 fällt. Außerdem treten eine Reihe von Nebenmaxima auf, die in verschiedene andere Entfernungskanäle fallen. Beispielsweise sind die Kanäle Kl und K13 durch relativ starke (negative) Nebenmaxima belegt.

Bei der zweiten Radarperiode wird als Echoimpuls die Autokorrelationsfunktion des Teil-Codewortes B erhalten. Sie liefert im das eigentliche Ziel erfassenden Entfernungskanal KiO ein ausgeprägtes Maximum, während in den Entfernungskanälen Kl und K13 starke (positive) Nebenmaxima auftreten.

Bei der dritten Radarperiode nach Zeile c ergibt sich wieder die gleiche Verteilung wie bei Zeile a. Bei der vierten Radarperiode nach Zeile d tritt gleiche Verteilung wie in Zeile b auf.

Beim Vergleich der Zeilen a und b zeigt sich, daß die Hauptmaxima der Autokorrelationsfunktionen (AKF)A und (AKF)B im Kanal 10 gleiche Vorzeichen haben und dort eine Zielanzeige mit einem hohen Signalpegel ergeben. Die Nebenmaxima, welche in die übrigen Entfernungskanäle fallen, zeigen zwar gleiche Amplitudenwerte, aber entgegengesetzte Vorzeichen, und es besteht die Möglichkeit, daß durch geeignete Schaltmittel diese Nebenmaxima sich gegenseitig kompensieren. Wenn die Zusammensetzung der Teil-Codeworte nicht zu einer vollständigen Kompensation führt, ergibt sich zumindest eine teilweise Auslöschung.

Zur Erläuterung dieser Zusammenhänge wird auf F i g. 5 und F i g. 6 Bezug genommen. In F i g. 5 ist ein Amplitudenverteilung für den Entfernungskanal KiQ bei einer Zielüberstreichung dargestellt. Die Form der Umhüllenden der Einzelimpulse hängt ab von der Breite der Antennenkeule und der Drehgeschwindigkeit der Radarantenne RA nach Fig.3. Innerhalb jeder Impulsperiodendauer T des Radargeräts tritt ein Echoimpuls auf (abwechselnd von Teil-Codewort A und B), dessen Dauer etwa τ beträgt. Erreicht wird dies dadurch, daß die Anschaltdauer der Entfernungskanäle etwa in der Größenordnung von τ gewählt ist. Dies ist zweckmäßig, weil bei der Autokorrelation die Dauer des Hauptmaximums ebenfalls bei τ liegt (τ=Dauer eines Codeelements). Wie anhand der Darstellung von Fig.4 ersichtlich, haben alle auf das Hauptmaximum der Autokorrelationsfunktionen (AKF)A und (AKF)S zurückgehenden Einzelimpulse im Entfernungskanal K10 das gleiche Vorzeichen. Das Tiefpaßfilter TP im Entfernungskanal Kid liefert somit bei Einstellung einer entsprechenden Zeitkonstante (Grenzfrequenz) die Umhüllende der aufeinanderfolgenden Maxima von (AKF)A und (AKF)B. Dieses Signal wird als Echosignal zu der Anzeige- oder Auswerteschaltung BS weitergegeben, da es unter allen Umständen den Schwellenwert der Schwellenstufe SWuberschreitet.

In Fig.6 ist die Amplitudenverteilung für einen anderen Entfernungskanal außerhalb von K10 dargestellt. Nimmt man an, daß es sich um den Entfernungskanal Kl handelt, so erkennt man, daß bei der Zielüberstreichung abwechselnd negative und positive Impulse auftreten, und zwar abwechselnd einmal von (AKF)A, dann von (AKF)B, deren Größe bis zu einem

Maximum zunimmt und dann wieder abnimmt. Durch die unterschiedlichen Vorzeichen heben sich durch den Einfluß des Tiefpaßfilter TP nach Fig.3 in dem jeweiligen Entfernungskanal die einzelnen Signalanteile gegenseitig auf, und der Schwellenwert der Schwellen-

stufe SW wird hier nicht überschritten (Mittelwert= Null). Somit erhält man in dem durch ein echtes Bewegtziel belegten Entfernungskanal eine Anzeige mit einem sehr großen Nutzpegel, während Nebenmaxima in anderen Entfernungskanälen zu keiner Anzeige führen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Radargerät, bei dem aus Codeelementen bestehende impulsförmige Codeworte ausgesandt werden, wobei jedes Codewort aus zwei so gewählten Teil-Codeworten zusammengesetzt ist, daß nach der Impulskompression die Autokorrelationsfunktionen der beiden Teil-Codeworte amplituden- und vorzeichenmäßig gleiche Hauptmaxima und zumindest teilweise amplitudenmäßig gleiche, jedoch vorzeichenmäßig entgegengesetzte Nebenmaxima liefern, dadurch gekennzeichnet, daß als Radargerät in an sich bekannter Weise ein solches mit Entfernungskanälen (KX bis Kn) verwendet ist, bei dem die Impulskompression (PK) vor den Entfernungstoren (ES) vorgenommen ist, wobei die Anschaltdauer eines Entfernungskanals an dem Empfangsteil etwa gleich der zeitlichen Dauer des bei der Impulskompression erreichten Hauptmaximums gewählt ist, und daß in an sich bekannter Weise in jedem Entfernungskanal ein Tiefpaßfilter (TP) vorgesehen ist, das die durch die Nebenmaxima hervorgerufenen Signalteile in nicht durch Ziele belegten Entfernungskanälen (z. B. K 7) auf Grund ihrer unterschiedlichen Vorzeichen zumindest teilweise unterdrückt.

2. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschaltdauer eines Entfernungskanals gleich der Dauer (v) eines Codeelementes gewählt ist.

3. Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Teil-Codeworte so ausgewählt ist, daß die Nebenmaxima in den nicht durch Ziele belegten Entfernungskanälen sich gegenseitig vollständig auslöschen.

4. Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusammengehörende Teil-Codeworte jeweils mittels zweier verschiedener Frequenzen (fO, /1) übertragen werden und sendeseitig nach Ausfilterung nacheinander komprimiert und nach der Zusammenschaltung auf eine gemeinsame Leitung von dieser aus den Entfernungskanälen (K 1 bis Kn) zugeführt sind.

5. Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitgeber (U) vorgesehen ist, der in bestimmten Zeiträumen eine Änderung der auszusendenden Teil-Codeworte und eine gleichzeitige Änderung der Referenzcodes beim Impulskompressionsnetzwerk (PK) bewirkt.

6. Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur sendeseitigen Codierung und zur empfangsseitigen Decodierung und Impulskompression eine Codespeicherund Steuereinrichtung (CSS) vorgesehen ist.