DE2312066A1 - SYSTEM FOR FILTERING RADAR DATA - Google Patents
SYSTEM FOR FILTERING RADAR DATAInfo
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Description
Dipl-Ing. WERNER COHAUSZ · Dipl-Ing. WILHELM FLORACK. DipL-Ing. RUDOLF KNAUF Dipl-Ing. WERNER COHAUSZ Dipl-Ing. WILHELM FLORACK. DipL-Ing. RUDOLF KNAUF
Dr.-Ing. Arnold GerberDr.-Ing. Arnold Gerber
4 Düsseldorf, Schumannstraße 974 Düsseldorf, Schumannstrasse 97
SEIxENIA INDUSTRIE 9- März 1975SEIxENIA INDUSTRIE 9- March 1975
ELETTRONICHE ASS(XJIATE S.p.A.ELETTRONICHE ASS (XJIATE S.p.A.
No. 40, Via Medina
Neapel / ItalienNo. 40, Via Medina
Naples / Italy
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Filtern von Radar-Daten, das sich insbesondere zum gleichzeitigen Aufspüren und Verfolgen von Zielen eignet.The present invention relates to a system for Filtering of radar data, which is particularly suitable for the simultaneous detection and tracking of targets.
Speziell bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System zum Filtern von Daten, die mit Hilfe eines Radarsystems erhalten werden, und gibt eine spezielle Anwendung der Systemeinheiten zur Durchführung einer Zielsuche in einem weiten Bereich bei gleichzeitiger Verfolgung mehrerer Ziele an.More particularly, the present invention relates to a system for filtering data obtained using a radar system and gives a special application of the system units for performing a target search in a wide area simultaneous pursuit of multiple targets.
Bei Anzeige- und Überwachungssystemen, in denen ein Radar-Gerät verwendet wird, sind bereits bestimmte Verfahren zur Filterung der Daten angewandt worden. Hauptsächlich und speziell werden diese Verfahren bei sogenannten "track-while-scan"-Systemen benutzt, d.h. bei Systemen, die den Beobachtungsraum gleichförmig absuchen und gleichzeitig eine Anzahl von Zielen beobachten müssen, die sieh in der Luft oder auf dem Wasser befinden können.In display and monitoring systems in which a radar device is used, certain methods of filtering are already in place of the data has been applied. These methods are mainly and specifically used in so-called "track-while-scan" systems used, i.e. in systems that use the observation space must search uniformly and at the same time observe a number of targets that are seen in the air or on the water can be located.
Ausgehend von den Radar-Echos, die die Positionen darstellen,Based on the radar echoes that represent the positions
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Ge/BeGe / Be
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die von dem Ziel in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten eingenommen werden, ermöglicht das Filtern eine Information über die Bahn des betrachteten Ziels zu erhalten, und zwar mittels Extrapolation die Lage eines für einen Zeitpunkt nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls vorhergesagten Punktes. Ein typischer Anwendungsfall einer solchen Voraussage ist ein an Bord von Schiffen benutztes Anzeige- und Alarmsystem zur Vorhersage und Vermeidung möglicher zukünftiger Zusammenstöße.which are taken by the target at successive points in time, the filtering enables information about to get the trajectory of the target under consideration by means of Extrapolate the location of one for a point in time after expiration predicted point of a certain time interval. A typical use case of such a prediction is an Prediction and alarm system used on board ships and avoiding possible future collisions.
Es ist zweckmäßig, beim Filtervorgang von rekursiven Verfahren Gebrauch zu machen, die eine Verringerung der Anzahl der Daten erlauben, die notwendigerweise für jedes Ziel in einem Speicher gesammelt werden müssen. Auf diesem Gebiet sind rekursive Gleichungen verschiedenster Arten studiert, analysiert und gelöst worden. Unter anderem sei auf die Kaiman-Filter4", die ν. und (i -rekursive ++ und die festen ^L und β +++ hingewiesen. Die Auswahl der Verfahren stellt sich immer als ein Kompromiß zwischen den Möglichkeiten und den Kosten dar, jedoeh gibt es einen Aspekt, der allen Verfahren gemeinsam ist. Die Auswahl der Konstanten, die den Algorithmus kennzeichnen, der praktisch einem Filterband entspricht, verursacht eine wesentliche Einschränkung des Verhaltens des Systems. Tatsächlich müßte dieses Band zwei sich widersprechende Erfordernisse erfüllen. Einerseits ist es notwendig, daß das Band schmal ist, d.h. daß das System eine hohe Zeitkonstante hat, so daß ein gutes Filtern der Eingangsdaten und damit eine hohe Genauigkeit der Bahn erreicht wird.It is useful to use recursive methods in the filtering process which allow a reduction in the amount of data that must necessarily be collected in a memory for each destination. Various types of recursive equations have been studied, analyzed, and solved in this area. Among other things, reference should be made to the Kalman filters 4 ", the ν. And (i -recursive ++ and the fixed ^ L and β +++ . The selection of the method is always a compromise between the possibilities and the costs However, there is one aspect that is common to all methods. The selection of the constants which characterize the algorithm, which practically corresponds to a filter band, causes a substantial limitation of the behavior of the system. In fact, this band would have to meet two contradicting requirements it is necessary that the band is narrow, ie that the system has a high time constant, so that good filtering of the input data and thus high accuracy of the path is achieved.
Auf der anderen Seite macht ein schmales Band das System "starr", d.h. das System kann dem Verlauf des Ziels nur schwer folgen.On the other hand, a narrow band makes the system "rigid", i.e. it is difficult for the system to follow the course of the target follow.
Es sei daran erinnert, daß mit allen genannten Verfahren prak-It should be remembered that all of the above procedures are
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tisch ein geradliniger Kurs mit einer konstanten Geschwindigkeit erhalten wird, der besser zu den einzelnen, durch das Radargerät ermittelten Positionen paßt. Wenn sich das Ziel längs nicht geradlinigen und gleichförmigen Bahnen bewegt, paßt sich das System der Bahn mit einem systematischen Fehler an, der um so größer ist, je höher die Beschleunigung des Ziels und je schmaler das Filterband ist.table a straight line course at a constant speed is obtained, which is better suited to the individual, through the Positions determined by the radar device. If the target is moving along non-linear and uniform trajectories, the system adapts to the path with a systematic error which is greater, the higher the acceleration of the Target and the narrower the filter band is.
Es ist leicht einzusehen, daß die Voraussage von Beschleunigungen des Ziels notwendigerweise zu einer Beschränkung der Filtereharakteristiken des Systems führt. Diese Beschränkung hat eine geringe Genauigkeit der errechneten Bahn zur Folge.It is easy to see that predicting target accelerations necessarily limits the Filter characteristics of the system leads. This restriction results in a poor accuracy of the calculated path.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtersystem der genannten Art für Radar-Daten zu schaffen, bei dem die obengenannte Beschränkung überwunden wird und bei dem sowohl eine hohe Genauigkeit der verarbeiteten Daten als auch eine hohe Geschwindigkeit bei gleichzeitig kleinem Fehler bei der Verfolgung der Bewegungen des beobachteten Ziels erreichbar sind.The present invention is based on the object of creating a filter system of the type mentioned for radar data, in which the above limitation is overcome and in which both high accuracy of the processed data and A high speed can also be achieved while at the same time making a small error in tracking the movements of the observed target are.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, mit dem gleichzeitig sowohl die genaue Arbeitsweise einer Filterung mit einem schmalen Band - so lange sich das Ziel gleichförmig geradlinig bewegt als auch das typische schnelle Folgeverhalten einer Filterung mit einem breiten Band bei der Verfolgung der Bewegungen des beobachteten Ziels erreicht werden kann, wenn letzteres Manöver ausführt.The present invention is particularly based on the object of creating a system with which both the exact workings of a narrow band filtering - as long as the target is moving uniformly in a straight line than also the typical fast follow-up behavior of a filtering with a wide band when tracking the movements of the observed target can be achieved when the latter performs maneuvers.
Dies soll ohne Schaltvorgänge infolge Intervention durch eine Bedienungsperson oder eines geeigneten Manöver-Sensors erreicht werden, so daß Fehler und Verzögerungen vermieden werden, die auf dem Übergang beruhen.This should be achieved without switching operations as a result of intervention by an operator or a suitable maneuver sensor so that errors and delays due to the transition are avoided.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein System zum Filtern von Radar-Daten, insbesondere für die Zielaufspürung und -Verfolgung gelöst, das gekennzeichnet ist durch ein Radar-System; einen auf einem breiten Band arbeitenden ersten und einen auf einem schmalen Band- arbeitenden zweiten Kanal zum Verarbeiten der Radar-Daten, wobei der erste und der zweite Kanal zur Abgabe von Positions- bzw. Geschwindigkeitsdaten eingerichtet sind und der Ausgang des ersten Kanals mit den Positionsdaten mit einer Wiedergabeeinheit für die Positionsund Geschwindigkeitsdaten der Ziele verbunden ist, an die auch der Ausgang des zweiten Kanals mit den Geschwindigkeitsdaten angeschlossen ist, und wobei weiterhin der Ausgang des ersten Kanals mit einer Steuereinheit, der Beobachtungsfenster für das Radarsystem und mit dem zweiten Kanal verbunden ist, die Ausgänge mit den Positions- und den Geschwindigkeitsdaten des zweiten Kanals mit einer Positionsvergleichseinheit bzw. einer Geschwindigkeitsvergleichseinheit verbunden sind, um die vorausbestimmten Daten mit den tatsächlichen Daten zu vergleichen, so daß es möglich ist, die wiedergegebenen Daten im Hinblick auf das Ziel periodisch auf den neuesten Stand zu bringen.According to the invention, this object is achieved by a system for Filtering of radar data, especially for target detection and tracking, which is indicated by a Radar system; a first channel operating on a wide band and a second channel operating on a narrow band for processing the radar data, the first and the second channel for outputting position and speed data are set up and the output of the first channel with the position data with a playback unit for the position and Speed data of the targets is connected to which also the output of the second channel with the speed data is connected, and wherein the output of the first channel with a control unit, the observation window for the Radar system and is connected to the second channel, the outputs with the position and speed data of the second channel with a position comparison unit or a speed comparison unit are connected to the predetermined To compare data with actual data so that it is possible to view the reproduced data on the goal to periodically update.
Ein System gemäß der Erfindung ist daher insbesondere für Arbeitsgegebenheiten nützlich, bei denen eine Positionsvoraussage des beobachteten Ziels für einen langen Zeitraum erforderlich ist.A system according to the invention is therefore particularly suitable for Useful in working conditions where it is necessary to predict the position of the observed target for a long period of time is.
Die vorliegende Erfindung ist besonders unter solchen Gegebenheiten anwendbar, wo für den zukünftigen Punkt ein langer Voraussagezeitraum gefordert wird. Unter solchen Gegebenheiten verursacht auch ein sehr kleiner Fehler bei der Geschwindigkeitsbestimmung große Fehler in dem vorhergesagten Punkt.The present invention is particular under such circumstances applicable where a long forecast period is required for the future point. Under such circumstances even a very small error in the speed determination causes large errors in the predicted point.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der gleichzeitigen Ver-The present invention is based on the simultaneous
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wendung von zwei Filterkanälen für die Daten. Ein Kanal, der im folgenden als "bereiter Kanal" bezeichnet wird, ist durch ein Band gekennzeichnet, welches genügend breit ist, daß den vom Ziel ausführbaren Bewegungen gefolgt werden kann. Parallel dazu ist ein weiterer Kanal angeordnet, der im folgenden als "starrer Kanal" bezeichnet wird und durch ein Band gekennzeichnet ist, das so schmal ist, daß eine Geschwindigkeitsinformation von einer solchen Genauigkeit geliefert werden kann, daß die Extrapolation zu einem bemerkenswert genauen zukünftigen Punkt führt.use of two filter channels for the data. A channel that hereinafter referred to as the "ready channel" is characterized by a band which is sufficiently wide that the movements executable by the target can be followed. In parallel, another channel is arranged, which is referred to below as "rigid channel" and is characterized by a band which is so narrow that a speed information can be supplied with such accuracy, that the extrapolation leads to a remarkably accurate future point.
Um den Nachteilen abzuhelfen, die auf dem Verhalten eines Filtersystems mit einem schmalen Band beruhen, wenn diesem durch Radar erhaltene Punkte zugeführt werden, und die darin bestehen, daß der statistische Fehler bei den ersten Impulsen stark ansteigt, und daß die Zeit bis zum Erreichen des gleichförmigen Arbeitszustandes sehr lang ist, wird bei Aufnahme der Zielverfolgung nur der "bereite" Kanal benutzt. Nach Erhalt einer Anzahl von Impulsen N1, die eine erste Filterung der Daten erlaubt, werden die durch den 'bereiten" Kanal erhaltenen Positions- und Geschwindigkeitsinformationen für die"parallele Inbetriebsetzung des "starren" und genauen Kanals benutzt.In order to remedy the disadvantages which are due to the behavior of a filter system with a narrow band when it is supplied with points obtained by radar, and which are that the statistical error increases sharply on the first pulses and that the time to reach the uniform working condition is very long, only the "ready" channel is used when starting target tracking. After a number of pulses N 1 have been received which allow the data to be filtered for the first time, the position and speed information obtained through the 'ready' channel is used for the 'parallel start-up of the' rigid 'and precise channel.
Die durch den "bereiten" Kanal durchgeführte Filterung der Daten erlaubt es dem "starren" Kanal, eine weitere Filterung auszuführen, so daß eine kontinuierliche Verbesserung in der Vorhersage der berechneten Daten erhalten wird. Von diesem Moment an ist es möglich, die Daten des "starren" Kanals zu verwerten, die immer genauer werden, bis sie nach einer Impulsanzahl Np den stabilen Arbeitszustand erreicht haben und damit auch das Maximum an Genauigkeit, das aufgrund der benutzten Filterkonstanten erreichbar ist.The filtering performed by the "ready" channel of the Data allows the "rigid" channel to perform further filtering so that there is a continuous improvement in the Prediction of the calculated data is obtained. From this moment on it is possible to view the data of the "rigid" channel evaluate, which become more and more precise until they have reached the stable working state after a number of pulses Np and thus also the maximum accuracy that can be achieved due to the filter constants used.
Bei einem parallelen Filterbetrieb mit einem schmalen BandWith a parallel filter operation with a narrow band
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und einem breiten Band ist eine sohneile Anpassung an die Bewegungen des Ziels durch den "bereiten" Kanal erreichbar, während gleichzeitig mit dem "starren" Kanal eine hohe Genauigkeit für den Vektor erreicht werden kann, der aus diesem Kanal gewonnen wird und für die Wiedergabe und die Errechnung des zukünftigen Punktes verwendet werden kann.and a broad band is a child's rapid adaptation to the movements of the target can be reached through the "ready" channel while at the same time having a high accuracy with the "rigid" channel can be achieved for the vector that is obtained from this channel and for the reproduction and calculation of the future point can be used.
Um dem Radar-Gerät die Ermittlung des folgenden Punktes zu ermöglichen, ist es erforderlich, im Bereich des vorherzusagenden Punktes ein Fenster zu öffnen, welches die Ermittlung eines tatsächlich durch das Ziel erreichten Punktes ermöglicht und diesen Punkt sicher an die relative Bahn zu koppeln. Beim Gegenstand der Erfindung wird die Festlegung des Fensters durch den "bereiten" Kanal ausgeführt, der in der Lage ist, den Beschleunigungen des Ziels zu folgen, wodurch die Sicherheit, das Ziel dauernd unter Beobachtung zu halten, erhöht wird.To enable the radar device to determine the following point, it is necessary to open a window in the area of the point to be predicted, which allows the determination of a actually made possible by the point reached and to couple this point securely to the relative path. When the subject of the invention is the definition of the window by running the "ready" channel, which is able to handle the accelerations to follow the target, thereby increasing the certainty of constantly keeping the target under observation.
Das erfindungsgemäße System ermöglicht auch die Anpassung seines Verhaltens an Manöver des Ziels durch eine selbstanpassende Vorrichtung, die keine externe Intervention bzw. keinen Manöver-Sensor benötigt. Dies wird, Impuls für Impuls, durch Vergleich der Position des mit Hilfe des "starren" Kanals vorhergesagten Punktes mit der vom Radar-Gerät gelieferten Position erreicht.The system according to the invention also allows his Behavior on maneuvers of the target by a self-adapting device that has no external intervention or no maneuver sensor needed. This is done, pulse by pulse, by comparing the position of that predicted using the "rigid" channel Point reached with the position provided by the radar device.
Dieser Vergleich wird durch Vergleich der Differenzen zwischen den Winkel- und den Entfernungs-Koordinaten des Ziels durchgeführt. Wenn mindestens eine der beiden Differenzen einen vorher festgelegten Wert dreimal hintereinander überschreitet, werden die in dem "starren" Kanal gespeicherten Positionsund Geschwindigkeitsinformationen durch die Informationen ersetzt, die in dem "bereiten" Kanal gespeichert sind. Der "starre" Kanal beginnt wieder die Zielverfolgung mit Hilfe der von dem "bereiten" Kanal erhaltenen Daten und dementsprechendThis comparison is made by comparing the differences between the angular and distance coordinates of the target. If at least one of the two differences exceeds a predetermined value three times in a row, the position and speed information stored in the "rigid" channel is replaced by the information which are stored in the "ready" channel. The "rigid" channel starts tracking again with the help of the data obtained from the "ready" channel and accordingly
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mit einer niedrigen statistischen Genauigkeit und mit einem niedrigen systematischen Fehler. Wenn ein Manöver während des Impulslaufs noch andauert, erscheint bei Absinken des statistischen Fehlers wieder ein ansteigender systematischer Fehler, wodurch der Schwellenwert der Differenz zwischen dem vorhergesagten Punkt und dem von dem Radar-Gerät gelieferten Punkt wieder dreimal überschritten wird.with a low statistical accuracy and with a low systematic error. If a maneuver occurs during the Pulse run continues, a rising systematic error appears again when the statistical error drops, whereby the threshold value of the difference between the predicted point and the point provided by the radar device is exceeded again three times.
Daher werden die Daten des "starren" Kanals wieder durch die des "bereiten" Kanals ersetzt.Therefore the data of the "rigid" channel are again replaced by that of the "ready" channel.
Diese Situation wiederholt sich mehrere Male, solange das Manöver andauert. Wenn das Ziel sein Manöver beendet, kann sich das System automatisch schnell an die neue Situation anpassen, indem es in kurzer Zeit eine extrem genaue Geschwindigkeitsinformation liefert, die frei vom systematischen Fehler ist. In Fig. 1 ist die geometrische Situation in einem Diagramm dargestellt, die während eines Manövers auftritt.This situation repeats itself several times as long as the maneuver lasts. When the target finishes its maneuver, it can the system automatically and quickly adjusts to the new situation by providing extremely precise speed information in a short time that is free from systematic error. In Fig. 1 the geometrical situation is in one Diagram shown that occurs during a maneuver.
Abgesehen von dem oben beschriebenen 3etrieb muß noch ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung dargelegt werden. Es besteht darin, daß die von dem "starren" Kanal gelieferten Geschwindigkeitsinformationen periodisch mit Bezugswerten verglichen werden. Infolgedessen werden die Ziele in Geschwindigkeitsklassen unterteilt, wodurch für ,Jede Geschwindigkeitsklasse verschiedene Filterbänder benutzt werden können. Auf diese Weise werden im Hinblick auf die verschiedenen Geschwindigkeiten Genauigkeiten erzielt, die sich entsprechend den Geschwindigkeiten selbst im Absolutwert unterscheiden. Dadurch läßt sich eine annähernd konstante prozentuale Genauigkeit erzielen. Im Anfangsstadium und während des Manövers, wo die Geschwindigkeitsinformation des "bereiten" Kanals mit wesentlichen Fehlern behaftet sein kann, ist es zweckmäßig, denApart from the operation described above, there is another one Feature of the present invention will be set forth. It consists in that provided by the "rigid" channel Speed information is periodically compared with reference values. As a result, the goals are in speed classes divided, whereby different filter bands can be used for each speed class. on in this way, with regard to the various speeds, accuracies are achieved which vary according to the Differentiate between speeds even in absolute values. This allows an approximately constant percentage accuracy achieve. At the initial stage and during the maneuver, where the speed information of the "ready" channel is essential Can be flawed, it is appropriate to use the
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Filtervorgang unter Benutzung des breitesten unter den vorgesehenen Bändern des "starren" Kanals zu beginnen. Begin filtering using the widest of the "rigid" channel bands provided.
In Fig. 2 ist das Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems dargestellt.In Fig. 2 is the block diagram of the system according to the invention shown.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, gibt ein Radar-Gerät RR die Radar-Daten an den Breitband- bzw. "bereiten" Kanal CP ab, von dem die die Position des Ziels enthaltenden Daten am Ausgang pb abgenommen werden können. Die zu dem beobachteten Ziel gehörenden Positionssignale werden in bekannter Weise von den Beobachtungsfenstern CW über deren Steuerkreise ausgewählt.As can be seen from Fig. 2, a radar device RR outputs the radar data to the broadband or "prepare" channel CP from which the data containing the position of the target can be picked up at the output pb. Those belonging to the observed target Position signals are selected in a known manner from the observation windows CW via their control circuits.
Der "bereite" Kanal CP gibt die Signale der vorhergesagten Position pb und der vorhergesagten Geschwindigkeit vb ab, die einem Gatter CA zugeführt werden, von wo aus sie an die Eingänge pbT und vb des "starren" Kanals CR weitergegeben werden. Über ein Gatter CB werden in den "starren" Kanal CR außerdem noch die Radar-Daten des Radargerätes RR eingegeben.The "ready" channel CP emits the signals of the predicted position pb and the predicted speed vb, which are fed to a gate CA, from where they are passed on to the inputs pb T and vb of the "rigid" channel CR. The radar data of the radar device RR are also entered into the "rigid" channel CR via a gate CB.
Die Gatter CA und CB werden durch einen Zähler CN und durch die Positionsvergleichseinheit CPS wie folgt freigegeben.The gates CA and CB are enabled by a counter CN and the position comparison unit CPS as follows.
Der Zähler CN führt die Zählung der Abtastimpulse des Radar-Gerätes RR aus und erzeugt nach einer gewissen Zahl N, von Abtastsignalen nach Betriebsbeginn ein Freigabesignal für die Gatter CA und CB, wodurch der Durchgang der Signale pb und vb sowie der Radar-Signale in den "starren" Kanal CR freigegeben wird. Nach dieser Informationsübergabe wird die Freigabeleitung IaI gesperrt. Dagegen bleibt das Gatter CB weiter freigegeben, auch wenn die Leitung IaI gesperrt ist, um eine kontinuierliche Eingabe der Radar-Daten in den "starren" Kanal CR zu ermöglichen.The counter CN counts the scanning pulses of the radar device RR from and after a certain number N, of scanning signals after the start of operation, an enable signal for the Gate CA and CB, which enables the passage of the signals pb and vb as well as the radar signals into the "rigid" channel CR will. After this information transfer, the release line IaI is blocked. In contrast, the gate CB remains released, even if the line IaI is blocked to a to enable continuous input of the radar data into the "rigid" channel CR.
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Die Freigabe des Gatters CA wird auch durch eine Leitung Ia2 gesteuert, die von der Positionsvergleichseinheit CPS kommt, die immer dann eingreift, wenn das Positionssignal sp bezüglich des Radar-Signals eine Differenz aufweist, die mehrmals hintereinander größer als ein vorbestimmter Wert ist.The release of the gate CA is also through a line Ia2 controlled, which comes from the position comparison unit CPS, which intervenes whenever the position signal sp related of the radar signal has a difference which is several times in a row greater than a predetermined value.
Der "starre" Kanal CR erzeugt auch ein Signal sv, das die augenblickliche Geschwindigkeit des Ziels darstellt und einer Geschwindigkeitsvergleichseinheit CV zugeführt wird, die das Geschwindigkeitssignal sv mit zwei Geschwindigkeitswerten vergleicht, die in ihr fest eingestellt sind.The "rigid" channel CR also generates a signal sv which is the instantaneous Represents the speed of the target and is fed to a speed comparison unit CV, which the Compares speed signal sv with two speed values that are permanently set in it.
Die Geschwindigkeitsvergleichseinheit CV wird in festgelegten Intervallen betrieben, wobei die Wiederholungsfrequenz durch den Zähler CN gesteuert wird, um die Geschwindigkeitsklasse festzulegen, zu der das Ziel gehört, und damit die Dämpfungskonstanten auszuwählen, die in dem "starren" Kanal CR auftreten müssen.The speed comparison unit CV is operated at fixed intervals, the repetition frequency being through the counter CN is controlled to determine the speed class to which the target belongs and thus the damping constants that must occur in the "rigid" channel CR.
Das Geschwindigkeitssignal sv und das Positionssignal pb werden in eine Wiedergabeeinheit bekannter Bauart eingegeben, welche gleichzeitig die Position und die Geschwindigkeit des beobachteten Ziels durch einen entsprechenden Vektor anzeigt.The speed signal sv and the position signal pb are input to a reproducing unit of known type, which simultaneously indicates the position and the speed of the observed target by means of a corresponding vector.
Wenn beispielsweise für die Filterung das Verfahren mit festemIf, for example, the method with fixed
°C und β benutzt wird, haben die Kanäle CP und CR den in Fig. 3 im Blocksehaltbild dargestellten Aufbau.° C and β is used, the channels CP and CR have the structure shown in Fig. 3 in the block diagram.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung enthält ein erstes Register Rl, das den vorhergesagten Positionswert x. (Signal pb) speichert. Dieses Signal wird zusammen mit dem Radar-Wert X1 einer Schaltung S1 zugeführt, die die Operation X1 - ±± ausführt. Das Ausgangssignal von S1 wird in einen MultiplikatorThe circuit shown in Fig. 3 contains a first register Rl, which the predicted position value x. (Signal pb) stores. This signal, together with the radar value X 1, is fed to a circuit S 1 which carries out the operation X 1 - ± ±. The output of S 1 is used in a multiplier
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Ml eingegeben, der das Produkt aus dem Wert X1 - ^1 mit der Konstante K, bildet, die in einem Speicher MEl gespeichert ist. Das Ausgangssignal «<■ (X1 - X1) des Multiplikators Ml wird in einen Addierer Sp eingegeben, wo es zu dem Ausgangssignal des Registers Rl addiert wird, so daß sich <=c (x. - X1) + &.« ergibt. Die letztere Größe wird in einen Addierer S^, eingegeben, der das Signal x. hinzuaddiert und damit die Vorhersage der Position &.«,·, liefert, die wiederum in den Eingang von Rl eingegeben wird.Ml entered, which forms the product of the value X 1 - ^ 1 with the constant K, which is stored in a memory MEl. The output signal «<■ (X 1 - X 1 ) of the multiplier Ml is input to an adder Sp, where it is added to the output signal of the register Rl so that <= c (x. - X 1 ) + &.« results. The latter quantity is input to an adder S ^, which the signal x. added and thus the prediction of the position &. «, ·, delivers, which in turn is entered into the input of Rl.
Das in den Addierer S, eingegebene Signal x. wird durch die Schaltung folgendermaßen erzeugt.The signal x input to the adder S i. is through the Circuit generated as follows.
Das Register R2 speichert den Geschwindigkeitswert x. ,, und sein Ausgang wird mit einer Schaltung. Sj, verbunden, die zu diesem Wert die Größe ß> (x± - X1) addiert, die durch einen Multiplikator M2 geliefert wird, an dessen Eingänge die in einem Speicher ME2 gespeicherte Konstante Λ und die am Ausgang des Addierers S, verfügbare Größe X1 - X1 eingegeben werden.The register R2 stores the speed value x. ,, and its output will be with a circuit. Sj, which adds to this value the quantity ß> (x ± - X 1 ), which is supplied by a multiplier M2, at the inputs of which the constant Λ stored in a memory ME2 and the quantity available at the output of the adder S i X 1 - X 1 can be entered.
Das Ausgangssignal von S2^ ist das Geschwindigkeitssignal X welches auch in den Eingang von R2 wieder eingegeben wird.The output signal from S 2 ^ is the speed signal X which is also entered again into the input of R2.
Zum besseren Verständnis des oben Offenbarten sei folgende Beschreibung hinzugefügt.For a better understanding of what has been disclosed above, the following description is added.
Das Radargerät RR liefert die Meßwerte ^ ± und €£ ±. Durch Umrechnung der Koordinaten werden die entsprechenden Größen x. und y. erhalten, die von dem "bereiten" Kanal CP z.B. mit Hilfe des Verfahrens mit festem t^ und /2> entsprechend den folgenden Rekursivgleichungen verarbeitet werdentThe radar device RR delivers the measured values ^ ± and € £ ± . By converting the coordinates, the corresponding quantities x. and y. which are processed by the "ready" channel CP, for example with the aid of the method with fixed t ^ and / 2>, in accordance with the following recursive equations
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- ι- ι
Darin bedeutenIn it mean
χ. die im Zeitpunkt i gemessene Positionχ. the position measured at time i
+ 1 die für den Zeitpunkt i + 1 vorhergesagte Position+ 1 the predicted position for the time i + 1
x. den vorhergesagten Streckenzuwachs zwischen den Zeitpunkten i und i + 1x. the predicted increase in distance between the Times i and i + 1
oL, A Dämpfungskonstanten (z.B. öl* 0,54, /> == 0,2) Das Paar < , A ist singular.oL, A damping constants (e.g. oil * 0.54, /> == 0,2) The pair <, A is singular.
Ähnliche Gleichungen gelten auch für die Koordinate y.Similar equations also apply to the y coordinate.
Aus den Voraussagen in kartesischen Koordinaten läßt sich der vorhergesagte Punkt in Polarkoordinaten ^ , & ermitteln. Dieser Punkt wird für die Anzeige auf dem Leuchtschirm und für die Festlegung des Beobachtungsfensters für den Empfang des folgenden Radar-Wertes benutzt.The predicted point in polar coordinates ^, & can be determined from the predictions in Cartesian coordinates. This point is used for the display on the luminescent screen and for defining the observation window for receiving the following radar value.
Nach N.-Impulsen (z.B. N- = 8) wird die kinetische Information des "bereiten" Kanals CPAfter N. impulses (e.g. N- = 8) the kinetic information becomes of the "ready" channel CP
in den "starren Kanal CR übertragen. Von diesem Zeitpunkt an verarbeitet der Kanal CR in eigenständiger Weise die Radar-Daten nach dem gleichen Verfahren mit einem Paar von Dämpfungskonstanten oL χ und p> 1 (z.B. <<-χ = 0,18 und ^1 » 0,0178). Für CR sind drei Wertpaare für r^ und A verfügbar. Am Anfangin the "rigid channel CR. From this point on, the channel CR independently processes the radar data according to the same procedure with a pair of attenuation constants oL χ and p> 1 (eg << - χ = 0.18 and ^ 1 »0.0178) For CR there are three value pairs available for r ^ and A. At the beginning
- 12 309839/0891 - 12 309839/0891
in das ausgewählte Paar dasjenige, bei dem die Werte der Dämpfungskonstanten am größten sind (breitestes Band).in the selected pair the one for which the values of the Attenuation constants are greatest (widest band).
Sobald CR freigegeben worden ist,. wird seine Geschwindigkeits information unmittelbar auf dem Bildschirm wiedergegeben.Once CR has been released. becomes its speed information is displayed immediately on the screen.
Die durch CR vorausgesagte und in Polarkoordinaten, angegebene Positionsinformation wird zusammen mit den Radar-Daten einer Schaltung zugeführt, die den Betrag der Abweichung zwischen den beiden Werten ermittelt.The one predicted by CR and given in polar coordinates Position information is fed to a circuit together with the radar data, which determines the amount of deviation between determined from the two values.
Diese Schaltung ermittelt die beiden DifferenzenThis circuit determines the two differences
und vergleicht die Abweichungen Δ ^ und Δ (5? mit zwei Schwellenwerten Sr> und S© . Wenn, wie vorher festgelegt, mehrmals hintereinander mindestens eine der beiden Abweichungen den jeweiligen Schwellenwert überschreitet, wird das Manöver-Verfahren gestartet. Genau gesagt, die in CR enthaltene Position und Geschwindigkeit werden gelöscht, und die in CP enthaltenen homologen Werte werden übertragen und für CP wird das Paar ^1, A1 ausgewählt.and compares the deviations Δ ^ and Δ (5? with two threshold values Sr> and S ©. If, as previously determined, at least one of the two deviations exceeds the respective threshold value several times in a row, the maneuvering process is started Position and velocity contained in CR are deleted and the homologous values contained in CP are transmitted and the pair ^ 1 , A 1 is selected for CP.
Von diesem Zeitpunkt an verarbeitet CR wieder eigenständig die Radar-Daten, bis ein weiteres Überschreiten eines Schwellenwertes festgestellt wird.From this point on, CR processes the radar data again independently until a threshold value is exceeded again is detected.
Wenn der Zähler eine Anzahl von Impulsen abgegeben hat, die Np (z.B. 20) oder ein Vielfaches davon beträgt, wird ein Vergleich zwischen dem von CR gelieferten Wert der Geschwindigkeit VR und drei Klassen von vorher festgesetzten GeschwindigkeitenWhen the counter has emitted a number of pulses which is Np (for example 20) or a multiple thereof, a comparison is made between the value of the speed V R provided by CR and three classes of predetermined speeds
- 13 309839/0891 - 13 309839/0891
durchgeführt. Diese Überprüfung ermöglicht CR die Auswahl eines abweichenden Paares ^ , A in Abhängigkeit von der Größe der Geschwindigkeit des Ziels.carried out. This check allows CR to choose one differing pair ^, A depending on the size of the speed of the target.
Zum Beispiel: V1 = 5 Knoten
V2 = 15 KnotenFor example: V 1 = 5 knots
V 2 = 15 knots
£ V V1 ^ V C V2 V ^ £ VV 1 ^ VCV 2 V ^
= 0,18 <*2 = 0,11 ^3 = 0,07= 0.18 <* 2 = 0.11 ^ 3 = 0.07
= 0,0178 ^2 « 0,0065 p3 - 0,0025= 0.0178 ^ 2 «0.0065 p 3 - 0.0025
Durch diese Vorrichtung ist die prozentuale Genauigkeit der Geschwindigkeit im gesamten interessierenden Bereich annähernd konstant.With this device, the percentage accuracy of the speed is approximate over the entire area of interest constant.
+R. Singer: Estimating optimal tracking filter performances for manned manoeuvering targets; IEEE Trans, on AES, Juli 1970 + R. Singer: Estimating optimal tracking filter performances for manned maneuvering targets; IEEE Trans, on AES, July 1970
++N. Levine: A new technique for increasing the flexibility of recursive least squares data smoothing. The Bell System Technical Journal, Mai 1967 ++ N. Levine: A new technique for increasing the flexibility of recursive least squares data smoothing. The Bell System Technical Journal, May 1967
+++Benedict-Bordner: Synthesis of an ofomal set of radar trackwhile- scan- smoothing equations. IRE Trans on A.C., Juli I962 +++ Benedict-Bordner: Synthesis of an ofomal set of radar trackwhile-scan-smoothing equations. IRE Trans on AC, July I962
309839/0891309839/0891
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Family Applications (1)
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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