DE2510185A1

DE2510185A1 - Kohaerentes pulsdopplerradargeraet mit einer einrichtung zur elimination von clutter-echos

Info

Publication number: DE2510185A1
Application number: DE19752510185
Authority: DE
Inventors: Michel Rene Joseph Dalbera
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1974-03-14
Filing date: 1975-03-08
Publication date: 1975-09-18
Also published as: FR2264291A1; FR2264291B1

Description

Patentanwalt
7 Stuttgart 30
Kurze Straße 8

M.R.J.Dalbera-11

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Kohärentes Pulsdopplerradargerät mit einer Einrichtung zur Elimination von Clutter-

Echos.

Die Erfindung betrifft ein kohärentes Pulsdopplerradargerät mit einer Einrichtung zur Elimination von Clutter-Echos wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.

Bei einem Radarsystem sind Clutter-Echos definiert als Bereiche innerhalb des Erfassungsgebiets, in denen eine große Echodichte vorhanden ist. Diese Echos sind unerwünschte Echos, die von großen Zielen verursacht werden. Werden kohärente Pulsdöpplerradargeräte mit bekannten Schaltungen zur Elimination von Pestzielen verwendet, dann

Sm/Scho
5.3.1975

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werden Echos, die von Festzielen beliebiger Größe herrühren, eliminiert. Ein solches Radargerät beseitigt jedoch keine Echos, die z.B. von der See, von Wäldern, deren Bäume sich im Winde wiegen, von Wolken oder von atmosphärischem Niederschlag verursacht werden. Diese unerwünschten Echos, deren Amplituden meist sehr groß sind,. Lassen Echos, die diesen unerwünschten Echos überlagert sind und die von Bewegtzielen herrühren, nur schlecht erkennen.

Bei einer digitalen Signalverarbeitung wurde nachfolgende Lösung zur Beseitigung der großen Clutter-Echos vorgeschlagen. Die Signale werden Entfernungsbereich um Entfernungsbereich auf eine Filterbank gegeben, deren Frequenzbereich die zu ermittelnden Dopplerfrequenzen umfaßt. Es wird unter Verwendung.logischer Schaltungen mit einem Schieberegister ermittelt, ob Zonen mit Echos, deren Dichte einen vorbestimmten Wert überschreitet, vorhanden sind. In diesem Fall v/erden die Signale, die von der Filterbank in einem bestimmten Dopplerfrequenzbereich abgegeben werden und von denen angenommen wird, daß sie dem Frequenzbereich der schwankenden Echos entsprechen .unterdrückt.

Bei einem solchen Gerät geht jedoch Information verloren, da Echos von Bewegtzielen, deren Frequenzen dem oder den unterdrückten Frequenzband/Frequenzbändern entsprechen, ebenfalls beseitigt werden. Außerdem kann dieses Verfahren bei Radargeräten, bei denen keine Geschwindigkeitsmessung erfolgt, nicht angewandt werden.

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Für Radargeräte mit verschiedenen Entfernungsbereichen ist eine weitere Lösung bekannt. Das Signal, das in einem Entfernungsbereich, der nicht mit dem zu überwachenden Bereich übereinstimmt und in dem theoretisch keine Bewegtziele vorhanden sein dürften, ermittelt und in einer Schaltung mit einer großen Zeitkonstanten integriert wird, wird dazu verwendet, die Schwellwertschaltung für ein bewegtes Objekt für die anderen Entfernungsbereiche zu steuern. Diese Lösung ist jedoch nicht für Fälle geeignet, bei denen es z.B. in den zu überwachenden Entfernungsbereichen regnet,in dem oben beschriebenen Entfernungsbereich jedoch nicht regnet. Auch eine zirkulär polarisierte Antenne kann die Regenechos nicht beseitigen.

Es ist Aufgabe der erfindungsgemäßen Einrichtung diese Nachteile zu vermeiden und die von den Clutter-Echos verursachten Störungen in einem kohärenten Pulsdöpplerradargerät, bei dem bei der Signalverarbeitung verschiedene Entfernungsbereiche verwendet werden, nahezu vollkommen zu beseitigen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den in den Ansprüchen angegebenen Mitteln.

Weil jeder Entfernungsbereichwähler seine eigene Schwellwertsteuerschaltung hat, ist es nicht mehr notwendig,

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alle Entfernungsbereichwähler auf denselben Schwellwert einzustellen.

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

Fig.1 ein Blockschaltbild eines bekannten Entfernungsbereichwählers ;

Fig.2 ein Blockschaltbild mit der erfindungsgemäßen Erweiterung;

Fig.3 verschiedene Diagramme.

Die Erfindung wird beispielsweise für ein kohärentes Pulsdopplerradargerät, bei dem das Videosignal mit Hilfe mehrerer bekannter Entfernungsbereichwähler verarbeitet wird, beschrieben.

Fig.1 zeigt das Blockschaltbild eines solchen Entfernungsbereichwählers. Eine Entfernungsbereichschaltung empfängt das Videosignal S vom Radargerät. Bei einem kohärenten Pulsdopplerradargerät steht dieses Signal am Ausgang eines Phasendiskriminators zur Verfügung. Dieser Phasendiskriminator gibt zu jedem Augenblick ein Signal ab, dessen Amplitude proportional ist zu der Phasenbeziehung zwischen dem vom Radargerät empfangenen Signal zu dem abgestrahlten Impuls.

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Die Entfernungsbereichschaltung 1 ist jeweils für eine sehr kurze Zeit durchlässig. Diese Zeit ist durch einen Impuls It 1 bestimmt und entspricht einem bestimmten
Entfernungsbereich, Das Signal S gelangt auch zu den
Eingängen der anderen Entfernungsbereichwähler, durch die die anderen Entfernungsbereiche getrennt werden.
Auf die Entfernungsbereichschaltung 1 folgt eine Schaltung 2, die im wesentlichen aus einem Kondensator besteht. Der Kondensator wird während der Zeit, während der die Entfernungsbereichschaltung durchlässig ist, aufgeladen und speichert seine Ladung von einem Puls zum nächsten;
die Schaltungen 1 und 2 bilden zusammen eine als "box-einschaltung bekannte Abtasteinrichtung. Das Ausgangssignal der Schaltung 2 gelangt zu einem Tiefpaßfilter 3, der so dimensioniert ist, daß er von dem abgetasteten Signal nur die Komponenten durchläßt, die Bewegtzielen ent-

F sprechen. Sein Durchlaßbereich liegt zwischen f und x, wobei F die Radarpuls-Wiederholrate ist und f so ge— wählt wird, daß Komponenten von Festzielen eliminiert werden. Das ausgefilterte Signal gelangt zu einer Detektorschaltung 4 und von dort zu einem integrierenden Tiefpaßfilter 5 mit einer Zeitkonstanten τ, die der
Einhüllenden des empfangenen Signals angepaßt ist. Diesem Filter 5 folgt eine Schwellwertschaltung 6, die,wesn das vom Filter 5 kommende Signal einen einstellbaren Wert überschreitet, ein Signal abgibt, das angibt, daß ein Bewegtziel vorhanden ist. Der einstellbare Wert ist
eine Funktion des Rauschpegels des Radargeräts; Diese

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Steuerung erfolgt über den Steuereingang R der Schaltung 6, auf den ein Signal, das charakteristisch für den Rauschpegel ist, gegeben wird. Dieses Signal erhält man z.B., wie oben beschrieben, durch einen Entfernungsbereichwähler, der auf eine Entfernung eingestellt ist, die einem gegenüber dem überwachten Bereich entfernten Entfernungsbereich entspricht. Alle Entfernungsbereichwähler müssen dann sorgfältig auf den gleichen Wert eingestellt werden.

In Fig.2 ist die für jeden Entfernungsbereichwähler vorgesehene erfindungsgemäße Abwandlung der bekannten Einrichtung gezeigt. Es sind außerdem, wie in Fig. 17 " -; - " -■ die Detektorschaltung 4, der Tiefpaßfilter 5 mit der Zeitkonstanten T₁ und eine Schwellwertschaltung 6', die der Schwellwertschaltung 6 der Fig.1 ähnlich ist, dargestellt.

Die neue Einrichtung unterscheidet sich von der bekannten Einrichtung durch einen Verstärker 7 und einen integrierenden Tiefpaßfilter 8 mit einer Zeitkonstanten τ₂ . und ist an den Ausgang des Tiefpaßfilters 5 angeschlossen. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 8 wird zur Steuerung des Schwellwertes benutzt und wird hierzu auf die Schwellwert-

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schaltung 6¹ gegeben. Die Zeitkonstante τ- ist gegenüber der Zeitkonstanten T₁ wesentlich verlängert. Die Zeitkonstante τ- ist entsprechend der Einhüllenden des zu empfangenden Signals gewählt". Wenn ein Radargerät mit feststehender Antenne verwendet wird entspricht diese Zeit beispielsweise der Mindestzeit, die das Bewegtziel benötigt _f um den entsprechenden Entfernungsbereich zu passieren. Bei einem Radargerät mit schwenkbarer Antenne entspricht diese Zeit der Zeit, während der das Strahlungsdiagramm das Ziel überstreicht. Da die Zeitkonstante T₃ wesentlich langer als die Zeitkonstante τ., ist, spricht das Filter 8, das die Energie des empfangenen Signals integriert, nicht auf vorübergehende Echos an. Das Filter 8 liefert eine Gleichspannung, die zu dem im Entfernungsbereich vorhandenen Rauschsignal (z.B. Regenechos) proportional ist. Die Schaltung 6¹ liefert dadurch nur dann ein Ausgangssignal, wenn die Summe von Nutzsignal und Rauschsignal, die vom Filter 5 geliefert wird, größer als ein zum Rauschsignal proportionaler Wert ist. Dieser Wert wird durch die vom Verstärker 7 erzeugte Verstärkung bestimmt. Die Verstärkung wird so gewählt, daß sie einer gewählten Zielfeststellwahrscheinlichkeit entspricht.

In Fig.3 sind Diagramme dargestellt, mit deren Hilfe die Funktionsweise der oben beschriebenen Einrichtung erläutert wird. Es wird vorausgesetzt, daß ein Radargerät mit feststehender Antenne (z.B. ein Radargerät zur Flughafenüberwachung) verwendet wird. Im Diagramm (a) sind die Signale S5

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und S8 dargestellt, die an den Ausgängen der Filter 5 bzw. 8 vorhanden sind. Es wird angenommen, daß die Verstärkung des Verstärkers 7 ungefähr eins ist, sodaß im Gegensatz zu den Zeitpunkten, während denen die Energie der empfangenen Signale schwankt, die Kurven S5 und S8 praktisch koinzident sind. Es wird angenommen, daß es zur Zeit ti zu regnen beginnt. Dann erscheint ein vom Regen verursachtes Echo und die Energie des in dem betreffenden Entfernungsbereich empfangenen Signals nimmt zu. Wegen den unterschiedlichen Zeitkonstanten T₁ und τ« liefert die Schwellwertschaltung 6' zwischen den Zeiten ti und t2 ein Signal A. (Diagramm (b) in Fig.3), da das Signal S5 größer als das Signal S8 ist. Von der Zeit t2 an ist am Ausgang der Schaltung 6' solange kein Signal vorhanden als kein von einem Bewegtziel verursachtes Echo vorhanden ist, obwohl in dem betreffenden Entfernungsbereich das vom Regen verursachte Echo vorhanden ist. Sobald ein von einem Bewegtziel verursachtes Echo erscheint, z.B. zur Zeit t3, liefert die Schaltung 6¹ wieder ein Signal (Signal B). Dem Diagramm ist zu entnehmen, daß von der Zeit t2 an trotz des Regens Echos von Bewegtzielen festgestellt werden können, wenn die Amplituden dieser Echos größer sind als die Amplituden der vom Regen verursachten Echos. Die einzige Zeit, während der das Echo von einem Bewegtziel verdeckt ist, ist die Zeit, während der das Signal A vorhanden ist (wenn es zu regnen beginnt) im Gegensatz zum normalen Fall, bei dem der Schwellwert über einen Kanal, der einem fernen Entfernungsbereich entspricht,

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eingestellt wird. In diesem Falle würde, wenn es in dem fernen Entfernungsbereich nicht regnete, die Schaltung 6', die einen niedrigen Schwellwert besitzt, ständig durch Rechenechos aktiviert, was zur Folge hätte, daß ein Echo von einem Bewegtziel nicht bemerkt würde.

Das Verhältnis von τ1 zu τ2 wird so gewählt, daß das Signal (beispielsweise B), das dem Echo von einem Bewegtziel entspricht, so lang ist, daß es aufgenommen und verarbeitet werden kann.

Wird ein Radargerät mit einer schwenkbaren Antenne verwendet, bei dem die schwankenden Echos (Regendauer, Wolken usw.) nicht im gesamten von dem Strahlungsdiagramm erfaßten Bereich vorkommen, werden die Zeitkonstanten τ1 und τ2 durch eine Funktion der Strahlschwenkgeschwindigkeit bestimmt. Dadurch wird es möglich, das periodisch erscheinende Echo A auf einen Minimalwert zu reduzieren. Dies wiederum ermöglicht es, daß Bewegtziele im Rest des Bereichs ermittelt werden können.

Die beschriebene Einrichtung kann auch bei einem Gerät, bei dem digitale Filter verwendet werden, angewandt werden.

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Claims

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Patentansprüche

Kohärentes Pulsdopplerradargerät mit einer Einrichtung zur Elimination von Clutter-Echos. und mehreren Entfernungsbereichen, wobei für jeden Entfernungsbereich ein Detektor, ein erstes integrierendes Tiefpaßfilter mit einer ersten Zeitkonstanten und eine steuerbare Schwellwertschaltung, die einen Eingang für das Ausgangssignal des Tiefpasses und einen Eingang für ein Steuersignal hat, vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das erste Tiefpaßfilter (5) und den Steuereingang (R) der Schwellwertschaltung (6¹) ein integrierendes Tiefpaßfilter (8) mit einer zweiten Zeitkonstanten, wobei die zweite Zeitkonstante größer als die erste Zeitkonstante ist, eingefügt ist.
2. Kohärentes Pulsdopplerradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Tiefpaßfiltern (5,8) ein Verstärker (7) vorhanden ist.
3. Kohärentes Pulsdopplerradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des zweiten Tiefpaßfilters (8) eine Funktion der Strahlschwenkgeschwindigkeit ist.

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