DE2438837B2 - Vorrichtung zum unterdruecken von echosignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Unterdrücken der zwischen den vom Empfänger einer Drehantenne empfangenen Echosignalen liegenden Echosignale von solchen Zielobjekten, deren Geschwindigkeit unter einem Minimalwert liegt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist dann von besonderem Vorteil, wenn die empfangenen Echosignale direkt an ein Sichtgerät gesendet werden. Hierbei zeigen sich feste Ziele, wie beispielsweise Berge, Hügel, Wälder usw. oder sich langsam bewegende Ziele, wie Wolken, atmosphärische Störungen, dichter Nebel u.a. in Form von sehr hellen Flecken, die sich über die Rundsichtschirme ausbreiten und durch welche der Kontrast der Ziele geschwächt bzw. gedämpft und folglich deren Sichtbarkeit verringert wird.

Diese Flecken sind für die Bedienungsperson am Bildschirm störend.

Würde sich die Ausbreitung der Radarsignale niemals ändern und wären die Echosignale, welche zu Zielen gehören, die als nichtbeweglich betrachtet werden, tatsächlich feste Ziele, würde es genügen, eine Karte der festen Echos aufzunehmen und mit dieser den Bildschirm abzudecken. Praktisch ändert sich jedoch die Ausbreitung der Radarsignale im Lauf der Zeit in Abhängigkeit von den atmosphärischen Bedingungen, und die Lage der Echosignale, die von tatsächlichen festen Zielen stammen, schwankt. Außerdem bewegen sich zahlreiche Echos, die zu einem bestimmten Zeitpunkt als fest betrachtet werden können, in Wirklichkeit langsam.

Durch die US-PS 36 80 095 ist ein Radarsystem bekanntgeworden, bei welchem die aus den Echosignalen abgeleiteten Daten mit entsprechenden Daten aus der vorhergehenden Umdrehung der Antenne verglichen werden, wobei die kreisförmige von der Antenne übernrichene Zone derart in Sektoren und diese wiederum in Abschnitte unterteilt ist, daß ein sich mit einer festgelegten von der Wahl der Sektoren abhängigen minimalen Geschwindigkeit bewegendes Objekt Zeit hat, mehr als ein solches Element vor der nächsten Abtastung zu durchlaufen. Die Auswertung der Echosignale zum Erzeugen der Videosignale auf dem Bildschirm geschieht unter Verwendung eines Analog-Digital-Kodierers.

Durch den Vergleich der Echosignale aus einem Umlauf der Antenne mit den Echosignalen des vorhergehenden Umlaufes können dann die von festen Zidobjekten stammenden Echosignale, also die Echosignale, die aus dem gleichen Sektor bzw. Abschnitt des vorhergehenden Umlaufes stammen, für eine Auswertung unterdrückt werden, so daß die Bedienungsperson auf dem Bildschirm Signale nur von solchen Zielobjekten erhält, welche seit dem letzten Umlauf der Antenne einen vorgegebenen Mindestweg durchlaufen haben. Auf diese Weise werden die Echosignale von festen Zielobjekten unterdrückt, ohne daß die restliche Radarinformation verschlechtert oder irgendwie nachteilig beeinflußt wird.

Bei dem vorbekannten System werden die empfangenen Echosignale kodiert und korrelliert, um Anzeigenwerte zu bilden. Dabei wird der Ablauf der Ermittlung dieser Anzeigenwerte für jeden einzelnen Abschnitt durch Ermittlung der Anwesenheit oder Abwesenheit von Anzeigewerten im Rhythmus der eingestellten Zyklen jede Minute zum Aufzeigen der Daten durchgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Anwendung des Grundprinzipes einer derartigen Auswertung der Echosignale eine Vorrichtung anzugeben, welche unabhängig von dem gewählten Rhythmus des Anten-

en imlaufes mit einem geringen Schaltungsaufwand ;ine einwandfreie Unterdrückung selbst kräftiger Echosignale ermöglicht.

Dies wird mit einer Vorrichtung gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 erreicht

Mit dieser Vorrichtung wird das empfangene Radarsignal kodiert, und für jeden Abschnitt wird deempfangene Maxirnumwert in einem Register ohne Durchführung irgendeiner Korrelation gespeichert Erst anschließend wird das Signal verarbeitet, um die Veränderung hinsichtlich jedes Abschnittes im Zuge des Umlaufes der Radarantenne zu ermitteln. Die Verarbeitungsfolge entspricht hierbei dem Antennenumlauf, erfolgt also in wenigen Sekunden. Durch den Vergleich in einem bestimmten Augenblick des für einen bestimmten Abschnitt gespeicherten Signals und seines Ablaufes mit dem Wert des empfangenen Si(jnals wird bei der Vorrichtung nach der Erfindung ermittelt, ob ein bestimmter Abschnitt mit einem zu einem festen Ziel gehörenden Echosignal belegt ist oder im Durchgang von einem beweglichen Ziel unter Anwendung einer einfachen Differenzbildung auf das Radarsignal. Dieses wird dann »veredelt« an ein Anzeige- oder ein beliebiges anderes Auswertesystem übertragen.

Auf diese V/eise werden selbst kräftige Signale ohne zeitliche Änderungen, d. h. also Echos von festen Zielen, unterdrückt.

Nachfolgend wird das Prinzip der Erfindung und eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.3 ein Blockschaltbild des Sektorenanalysators und

Fig.4 ein Blockschaltbild des Korrelationsanalysators.

In den Figuren sind gleich Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In F i g. 1 ist ein Teil einer kreisförmigen, von einer Radarantenne überdeckten Zone dargestellt. Diese Zone ist in Sektoren mit einem öffnungswinkel ε unterteilt, welcher jeweils selbst wieder in Elemente C unterteilt sind, deren Abmessung d dadurch bestimmt und festgelegt sind, daß ein Körper oder Gegenstand, welcher sich mit einer geringeren als einer bestimmten, minimalen Geschwindigkeit bewegt, keine Zeit hat, mehr als ein Element während einer Antennenumdrehung zu durchlaufen.

Angenommen eine Antennenumdrehung dauere 10 s, und die minimale Geschwindigkeit (tangential oder radial) sei 100 m/s, dann ist die Entfernung d, welche in radialer oder tangentialer Richtung von einem sich mit dieser Geschwindigkeit bewegenden Körper oder Gegenstand während einer Antennenumdrehung durchlaufen wird, 1000 m, d. h. 1 km. In diesem Fall dürfen die Abmessungen in radialer und tangentialer Richtung eines Elements nicht größer als 1 km sein. Beträgt die Reichweite der Antenne 150 km, dann muß jeder Sektor N= 150 Elemente aufweisen. Wenn andererseits der Abstand d = 1 km für die maximale Reichweite der Antenne, d. h. für P= 150 km eingehalten werden soll, dann ist der öffnungswinkel ε jedes Sektors durch

2.7 P

1
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d. h. durch ε = 0,382° festgelegt. Die Gesamtzahl der Sektoren beträgt dann

ς — " "L

d '

d. h. 942. Die von der Antenne überdeckte Zone weist dann N: S = 141 300 Elemente auf.

Bei dieser Unterteilung durchläuft jeder Körper oder Gegenstand, welcher sich mit einer tangentialen oder

ίο radialen Geschwindigkeit von mehr als 100 m/s bewegt, zwangsläufig ein Element nach dem anderen im Laufe einer Antennenumdrehung. Andererseits erscheint ein Körper oder Gegenstand, welcher sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die unter 100 m/s liegt, oder ein Festziel während mehrerer aufeinanderfolgender Umdrehungen der Antenne in demselben Element. In F i g. 1 ist mit dem Pfeil die Drehrichtung der Antenne angezeigt.

Gemäß der Erfindung werden die während einer Umdrehung der Antenne empfangenen Signale für jedes oben festgelegte Element gespeichert Bei der Umdrehung wird der Wert der von jedem Element empfangenen Signale mit dem Wert verglichen, der für dasselbe Element bei der vorhergehenden Umdrehung gespeichert worden ist. Wenn die verglichenen Werte sich nennenswert unterscheiden, bedeutet dies, daß die empfangenen Signale nicht von einem Festziel stammen und daß sie zu der Anzeigeeinrichtung oder zu der automatischen Verarbeitungseinrichtung geleitet werden müssen. Wenn sich dagegen die miteinander verglichenen Werte nicht nennenswert unterscheiden, d. h., wenn der Unterschied in den Absolutwerten unter einem vorgegebenen, vorbestimmten Wert liegt bedeutet dies, daß die empfangenen Signale einem festen oder einem sich langsam bewegenden Ziel entsprechen und nicht zu der Anzeigeeinrichtung oder automatischen Verarbeitungseinrichtung weitergeleitet werden dürfen.

Bei einem Umlauf der Antenne wird ein Radarwellen-

impuls während der Abtastung eines Sektors n-mal ausgesendet. Jede Wellenausbreitung in radialer Richtung wird als Radarfolge bzw. Radardurchlauf bezeichnet. Ein Elementarsektor weist η Radarfolgen bzw. -durchlaufe aus. Dies ist in F i g. 1 durch die radialen Schraffierungslinien des Elements C angezeigt Die Bestimmung der Echosignale in einem vorgegebenen Element erfolgt durch eine Entnahme von ρ Proben für jede Radarfolge bzw. jeden Radardurchlauf des Elements. Diese Probenentnahmen entsprechen einem Schnittpunkt der Schraffierungslinien des Elements C in Fig. 1.

Die erfindungsgemäße Auswertevorrichtung ist in Form eines Blockschaltbildes in Fig.2 dargestellt. In dieser Figur ist ein Analog-Digital-Kodierer 1, ein Sektoren-Analysator 2, ein Korrelationsanalysator 3, ein Speicher 4 sowie eine in Echtzeit arbeitende Verarbeitungseinrichtung 5 dargestellt

Der Analog-Digital-Kodierer 1 dient zum Abgreifen des Wertes des empfangenen Radarsignals R mit einer Frequenz, welche der Entfernung des Elementes angepaßt ist. Mittels des Kodierers 1 werden ρ Entnahmen für jede Radarfolge in einem Element durchgeführt.

Mittels des Sektoren-Analysators 2, welcher in F i g. 3 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt ist können die Echosignale gewonnen werden, welche jedem der N Elemente eines betrachteten Sektors entsprechen. Die Analyse der Echosignale in einem betrachteten Sektor wird dann nacheinander für jede der Radarfolgen bzw.

-durchlaufe des betrachteten Sektors durchgeführt. Der Analysator 2 kann in zwei Einrichtungen aufgegliedert werden, nämlich einen Folge- bzw. Durchlaufanalysator mit einer logischen Schaltung Λ 1 und einem Register T2 sowie einen Elementenanalysator mit einer logisehen Schaltung A 2, einem Register R 1 und einem Register R 2. Die logische Schaltung A 1 bestimmt den Wert für das empfangene Echosignal in jeder Elementarzelle bzw. jedem Element durch Vergleich der Werte der ρ Entnahmen bei einem Durchlauf bzw. ι ο bei einer Folge. Der erhaltene Wert / entspricht dem maximalen Echosignal während der Folge bzw. des Durchlaufs und wird in dem Register T2 gespeichert, welches als vorübergehender oder Zwischenspeicher dient. Bei der ersten Radarfolge bzw. dem ersten Radardurchlauf eines analysierten Elementarsektors werden die in dem Register 72 gespeicherten Werte über eine Torschaltung 6, die logische Schaltung A 2 und eine weitere Torschaltung 7 an das Register R 1 mit N Speicherplätzen übertragen (wobei N die Anzahl der Elemente oder Zellen des betrachteten Sektors ist). Am Ende der Folge bzw. des Durchlaufs enthält dieses Register R 1 die für jede der Zellen bzw. jedes der Elemente empfangenen maximalen Echosignale.

Beim folgenden Durchlauf desselben Sektors arbeitet das Register R1 zusammen mit der logischen Schaltung Λ 2 im Umlauf, wodurch das Auffinden des Werts für ein betrachtetes Element dadurch ermöglicht wird, daß der Maximalwert des Echosignals, welcher während des vorhergehenden Durchlaufs für das betrachtete EIement gespeichert worden ist, und der Maximalwert /des augenblicklichen Durchlaufs verglichen werden, welcher über die Torschaltung zugeführt wird. Der erhaltene Wert wird dann an der entsprechenden Stelle des Registers R 1 gespeichert. Diese Betriebsweise wird bei jedem Durchlauf des betrachteten Sektors, beispielsweise n-mal wiederholt. Bei dem η-ten Durchlauf des betrachteten Sektors und für jedes Elementarelement wird dann das durch die Schaltung A 2 eingegebene Ergebnis über eine zwischengeschaltetc Torschaltung 8 an ein N Speicherplätze aufweisendes Register R 2 übertragen. Die Verzweigung der Werte zu den Registern R 1 und R 2 wird mittels der Torschaltungcn 7,8 durchgeführt, an deren Eingang das Ausgangssignal der logischen Schaltung A 2 anliegt. An dem zweiten Eingang der Torschaltung 7 liegt ein Signal t\\ „ i) an, welches am Ende aller Durchlaufe des Sektors ausgenommen dem letzten erhalten wird. Folglich werden die (n — 1)-ten Werte, welche für jedes Element eines Sektors aufgenommen sind, an das Register R1 übertragen.

Andererseils erhält die Torschaltung 8 das Echosignal u welches dem letzten Durchlauf des Sektors entspricht. Folglich erhält das Register R 2 die Werte, welcher am Ende der η Durchläufe für jedes Element des Sektors erhalten worden sind. Das Register /?2 enthält somit ein Bild der für diesen Sektor empfangenen Echosignale.

Die in dem Register R 2 gespeicherten Werte werden dann von dem Korrelationsanulysator für jeden Umlauf (>o während der folgenden Drehung der Antenne verwendet. Dieser Analysator für jeden Umlauf, welcher in Fig.4 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt ist, weist eine logische Analysiereinrichtung 9, welche mit dem Speicher 4 zusammenarbeitet, und ein Register R 3 mit N Stufen auf. Die logische Analysiereinrichtung 9 kann eine fest installierte, verdrahtete Schaltung oder eine mikroprogrammierte Verarbeitungseinrichtung sein. Die logische Analysiereinrichtung erhält einerseits die Maximumwerte / von dem Register R 2, welcher dem Bild der empfangenen Echosignale für den entsprechenden bzw. den durchlaufenden Sektor entspricht, und andererseits einen Wert Mm von dem Speicher 4 über das Register R 3, welcher den empfangenen Maximumwert in dem Sektor während der vorhergehenden Umdrehung der Antenne entspricht. Für jeden betrachteten Sektor wird Element für Element der Vergleich der Werte / und Mm durchgeführt, welche jeweils in den verschiedenen Stufen der Register R 2 und R 3 gespeichert sind.

Ein Wert / wird nur in Betracht gezogen, wenn er einen Schwellenwert 5b, beispielsweise den Rauschschwellenwert überschreitet. Dieser Schwellenwert kann von verschiedenen Faktoren, nämlich der Entfernung, dem Azimut usw. abhängen.

Ein Wert /welcher größer als dieser Schwellenwert ist, wird als identisch mit dem gespeicherten Wert Mm angesehen, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen diesen beiden Werten unter einem Wert Δ liegt, welcher als Schwankungswert bezeichnet werden soll. Auch dieser ist von verschiedenen Faktoren (der Entfernung, dem Azimut, dem Wert von Mm ..) abhängig. Der Wert /wird als von einem bewegten Ziel kommend betrachtet, wenn erder Beziehung \1-Μ\>Δ genügt.

Nur wenn diese Beziehung gegeben ist, wird ein bewegliches Ziel vermutet, während, wenn ihr nicht genügt ist, ein festes oder ein als solches betrachtetes Ziel vermutet wird. Die Analyse dieser Schwankung durch die logische Analysierschaltung 9 ermöglicht es, neue Werte Mizu bestimmen und festzulegen, bevor sie eingespeichert werden, um als Vergleichsbasis während der folgenden Drehung der Antenne zu dienen. In dem Fall, wo diese Beziehung nicht genügt ist, überträgt die logische Analysierschaltung ein Sperrsignal inh an den Eingang einer Torschaltung tO, an welcher andererseits das empfangene Videosignal R von dem Radarcmpfünger anliegt, das Sperrsignal sperrt die Torschaltung 10 und unterbindet die Übertragung der Videosignale, welche festen oder als solche angenommenen Zielen entsprechen, zu der nachgeschaltctcn Anzeigeeinrichtung oder der Vcrarbeiiungscinrichtung. Folglich stellen die Ausgangssignale /?, der Torschaltung 10 die von dem Radarempfänger empfangenen Rudarsignale dar, die von Festzielen entsprechenden Echosignale befreit sind.

Der Speicher 4 wird durch die logische Analysierschaltung 9 gesteuert. Dieser Speicher ist ein schneller, in einzelne, Umlaufbereiche organischer Speicher, wobei jeder Bereich einem Sektor entspricht, welcher dem gerade verarbeiteten vorausgeht. Der eingespeicherte Bereich entspricht dem, welcher zu verarbeiten ist und unmittelbar in der vorhergehenden Folge eingeschrieben ist. Dieses System erlaubt eine besonders flexible Speicherbelegung, welche an die sich ändernden Erthn«! von festen oder sich Inngsam bewegenden Zielen anpuöbar ist.

Mit der Vorrichtung können somit von einem Radarempfänger erhaltene, noch nicht verarbeitete Signale dargestellt werden, wobei die festen oder sich langsam bewegenden Zeilen entsprechenden Signale bereits beseitigt und eliminiert sind.

Die Vorrichtung weist dabei den Vorteil auf, daß sie keine sog. Blindgeschwindigkeit hut und daß sie robust ist, da sie, abgesehen von der Torschaltung, welche nicht eingestellt zu werden braucht, nur aus digitalen

Schaltkreisen gebildet ist. Schließlich weist die Hinrichtung gemäß der Erfindung nur einen verhältnismäßig geringen Raumbedarf auf, und es ergeben sich keine Schwierigkeiten im Hinblick auf ihren Aufbau, da sie mit Hilfe von auf diesem Gebiet bekannten Elementen aufgebaut ist.

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Unterdrücken der zwischen den vom Empfänger einer Drehantenne empfangenen Echosignalen liegenden Echosignale von solchen Zielobjekten, deren Geschwindigkeit unter einem Minimalwert liegt, die aus den Echosignalen abgeleitete Daten mit entsprechenden Daten aus der vorhergehenden Umdrehung der Antenne vergleicht, wobei die kreisförmige von der Antenne überstrichene Zone derart in Sektoren und diese wiederum in Abschnitte unterteilt sind, daß ein sich mit der Minimalgeschwindigkeit bewegendes Objekt Zeit hat mehr als ein solches Element vor der nächsten Abtastung zu durchlaufen, mit einem Analog-Digital-Kodierer für die empfangenen Echosignale, gekennzeichnet durch einenSektorenanalysator (2), welcher den Maximumwert der empfangenen Echosignale für jedes Element bestimmt und speichert, und einen Korrelationsanalysator (3), der aufgrund des Vergleiches für ein Element bestimmten maximalen Echosignals mit dem für das gleiche Element gespeicherten entsprechenden Signal solche Echosignale von Zielobjekten unterdrückt, deren Bewegungsgeschwindigkeit einen gewissen Schwellenwert nicht übersteigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungswinkel jedes Sektors π Sende- und Empfangsfolgen von Radarsignalen entspricht und daß aus jedem Abschnitt ρ Proben für jede Folge ausgewählt werden und daß der Sektorenanalysator einen Folgeanalysator, der in einer logischen Schaltung (A 1) den Maximumwert / aus den ρ Proben für jede Folge in jedem Abschnitt bestimmt und dabei diesen Wert in einem Register (T2) rekursiv speichert, und einen Eiementenanalysator aufweist, mit einer logischen Schaltung (A 2) zur Bestimmung des Maximumwertes für jeden Abschnitt eines Sektors, mit einem Register (R 1) zur rekursiven Aufnahme dieses Wertes für jeden Abschnitt innerhalb einer Folge und einem weiteren Register (R 2) zur Aufnahme des Maximumwertes J für jeden Abschnitt eines Sektors am Ende von η Folgen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsanalysator eine logische Analysiereinrichtung (9) aufweist, welche für jedes Element den in Übereinstimmung mit der laufenden Antennenumdrehung ermittelten Maximalwert /mit dem gespeicherten, entsprechenden Maximalwert (Mm) aus der vorhergehenden Antennenumdrehung vergleicht, um eine Differenzgröße (I-Mm) zu bilden, welche mit dem Schwellenwert Δ für die genannte Bewegungsgeschwindigkeit verglichen wird, wobei im Fall (I-Mm) größer als Δ die entsprechenden Echosignale als von einem bewegten Ziel stammend betrachtet und einer Anzeigeoder Verarbeitungsvorrichtung zugeführt werden und der Wert /gespeichert wird, um als Vergleichs;-grundlage (nunmehr als Mm-Wert für die folgende Umdrehung zu dienen, während im Fall (I — Mm) kleiner Δ die Echosignale unterdrückt werden.