DE2548229B2

DE2548229B2 - Puls-doppler-radargeraet mit einem digitalen nachintegrationsfilter

Info

Publication number: DE2548229B2
Application number: DE19752548229
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing 8133 Feldafing Köthmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1975-10-28
Publication date: 1977-08-25
Also published as: DE2548229A1; DE2548229C3

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Puls-Doppler-Radargerät mit einem Bewegt2.eichenfilter und einem nachgeschalteten, vor einer Schwelle liegenden Nachintegrationsfilter, wobei zumindest Jas Nachintegrationsfilter als Digitalfilter mit beschränktem Darstellbereich ausgebildet ist, das eingangsseitig eine Multiplikationsstufe aufweist, bei der ein bestimmter Normierungsfak- tor eingestellt ist.

Aus der DT-PS 21 64 156 ist ein Puls-Radar-Empfänger bekannt, welcher ein in der Videolage arbeitendes Bewegtzeichenfilter mit einem nachgeschalteten Tiefpaß aufweist. Dieser, auch als »Videointegrator« oder »Nachintegrationsfilter« bezeichnete Schaltungsteil hat die Aufgabe, den Störabstand zu verbessern und die Erfassungsmöglichkeit für Zieiechosignale an der Rauschgrenze zu erhöhen. Normalerweise ist dieser Tiefpaß so ausgelegt, daß er für die Umhüllende der Zielüberstreichung ein Optimalfilter darstellt. Bei dem bekannten Stand der Technik ist das Nachintegrationsfilter als Digitalfilter ausgeführt und kann in seiner Grenzfrequenz verändert werden. Am Eingang des Nachintegrationsfilters ist jeweils ein bestimmter Normierungsfaktor eingestellt, der durch eine Multiplikationsstufe realisiert wird. Der zugehörige Nenn-Normierungsfaktor ergibt sich aus der Dimensionierung des jeweiligen Tiefpaßfilters unter Berücksichtigung der gewünschten Grenzfrequenz. Dabei stehen die verschiedenen Koeffizienten des Tiefpaßfilters in einem bestimmten, durch die Berechnungsmethode für das jeweilige Rechnerfilter festgelegten Zusammenhang. Bei einer Änderung der Grenzfrequenz ändern sich entsprechend auch sämtliche Koeffizienten des jeweiligen Tiefpaßfilters.

Es wurde festgestellt, daß die Auslegung des Nachintegrationsfilters mit dem Nenn-Normierungsfaktor den Nachteil ergibt, daß sehr schwache Bewegtziel-Echosignale unterhalb der Signalwertauflösung liegen und nicht irehr aufintegriert werden können. Damit bleiben schwache Echosignale unentdeckt. Der Erfindung, welche sich auf ein Puls-Doppler-Radargerät der eingangs genannten Art bezieht, liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit des Nachintegrationsfilters auch gegenüber sehr kleinen Echosignalen zu erhöhen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der eingestellte Normierungsfaktor derart größer gewählt ist als der sich aus der Dimensionierungsvorschrift für das Digitalfilter ergebende Nenn-Normierungsfaktor, daß im Nachintegrationsfilter für das kleinste noch zu erfassende Bewegtziel-Echosignal der Darstellbereich für die Signalwerte nicht unterschritten wird.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß auch sehr schwache Bewegtziel-Echosignale noch innerhalb des Darstellungsbereiches des Nachintegrationsfilters bleiben und damit ausgewertet werden können. Bei der Auslegung mit den Nenn-Normierungsfaktor ergäbe sich der Nachteil, daß diese schwachen Bewegtziel-Echosignale am Eingang des Nachintegrationsfilters zu stark geschwächt worden wären und somit für die Auswertung nicht mehr zur Verfügung gestanden hätten, weil sie wegen der beschränkten Stellenzahl im Filter unter die Auflösungsgrenze geraten.

Die Erfindung sowie deren Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Blockschaltbild den Aufbau eines Radargerätes nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Diagramm für die Einstellung veränderbarer Normierungsfaktoren in Abhängigkeit von der Signalamplitude,

F i g. 3 den Aufbau eines Tiefpaß-Nachintegrationsfilters.

Bei dem Radargerät nach Fig. 1 ist die Antenne mit AN, der Sendeteil mit ST und der Empfänger (Hochfrequenz- und Zwischenfrequenzteil) mit EM bezeichnet. Die wahlweise Anschaltung des Sende- und des Empfangsteils wird durch den Sende-Empfangs-Schalter 5'Egcsteuert. Der Referenzoszülator ist mit CO

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bezeichnet. Der Taktgeber für die Steuerung der einzelnen Vorgänge des Radargerätes trägt das Bezugszeichen TG.

Die Empfangssignale werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiei digital verarbeitet. Dementsprechend ist dem Empfänger EM ein \nalog-Digital-Wandler AD nachgeschaltet, auf den ein Bewegtzeichenfilter BZF folgt. Bei analoger Signalverarbeitung kann dieser A/D-Wandler entfallen. Nach der Ausfilterung von Festzeichen wird eine Absolutwertbildung in ι ο der Stufe ASW durchgeführt. Damit brauchen die Vorzeichen nicht mehr berücksichtigt zu werden.

Es folgen eine Multiplikationsstufe MS mit dem Normierungsfaktor a</ als Bestandteil eines Nachintegrationsfilters NIF. Die Ausgangssignale dieses Nachin- i.s tegrationsfilters NIF werden, soweit sie eine Schwelle SWüberschreiten, auf einem Bildschirm BS dargestellt oder anderweitig weiterverarbeitet.

Die Auslegung des Normierungsfaktors ao' erfolgt ausgehend von dem Wert eines Nenn-Normierungsfak- tors. Dieser Nenn-Normierungsfaktor wird in üblicher Weise dadurch bestimmt, daß für das Nachintegrationsfilter /vYFdie Berechnung der verschiedenen Filterkoeffizienten aufgrund der gewünschten Gienzfrequenz und Filtereigenschaften durchgeführt wird. Der so erhaltene Wert (Nenn-Normierungsfaktor) wird im folgenden mit tin bezeichnet.

Nachfolgend werden die verschiedenen Pegelwerte an den einzelnen Stellen der Schaltung betrachtet. Der Punkt A bezeichnet den Pegel am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers AD, der Punkt B den Pegel am Ausgang des Bewegtzeichenfilters BZF, der Punkt C den Pegel am Ausgang der Multiplikationsstufe A/Sund der Punkt D den Pegel am Ausgang des Nachintegrationsfilters NIE Die nachfolgende Tabelle zeigt die Zusammenstellung der verschiedenen Pegelwerte, wobei in der mit ao bezeichneten Zeile jeweils die Pegelwerte bei Anwendung des Nenn-Normierungsfaktors und in der Zeile mit ao' die Pegelwerte bei Anwendung des gemäß der Erfindung korrigierten Normierungsfaktors ao' dargestellt sind. Dabei bedeutet:

GFZ größtes Festzielecho,
GBZ größtes Bewegtzielecho,
KBZ kleinstes Bewegtzielecho,
RAS Rauschen,
uA unter Auflösungsgrenze,
iA im Auflösungsbereich

der Wert 0 dB bei A entspricht der Vollaussteuerung des A/D-Wandlers AD.

Pegel an:

	OdB	<-60 dB	<-95 dB
«Ό	OdB	<-60 dB	<-78dB
GBZ:
«ο	-2OdB	- 0 dB	.-35 dB
«Ό	-2OdB	- 0 dB	-18 dB
KBZ:
«η	-55 dB	—35 dB	-7OdB
«Ό	-55 dB	—35 dB	-53 dB
RAS:
ao	-6OdB	—44 dB	-79 dB
	-6OdB	—44 dB	-62 dB

UiA) Oi A)

0 dB + 17 dB

(u A)

-18 dB (iA)

Auflösungsgrenze bei 11 Bitstelle a + Vorzeichen: -66 dB (Spitzenwert!)

Es zeigt sich, daß bei Verwendung des Nenn-Normierungsfaktors ao sehr kleine Bewegtziel- Echosignale und auch das Rauschen unter der Auflösungsgrenze (unter dem Darstellbereich) des Nachintegrationsfilters NlF bleiben. Diese Informationen über sehr kleine Bewegtziele gehen somit verloren; die Schwelle SWwird nicht _S5 überschritten und eine Darstellung auf dem Bildschirm BS unterbleibt. Bei Anwendung des entsprechend erhöhten Normierungsfaktors ao' bleiben dagegen die Signalwerte des kleinsten Bewegtüieles noch im Auflösungsbereich und führen zu einer Überschreitung der Schwelle SW und zu einer Anzeige auf dem Bildschirm BS. Es ist zweckmäßig, den eingestellten Normierungsfaktor ao' so zu wählen, daß neben dem kleinsten noch zu erfassenden Bewegtziel auch Rauschen noch im Auflösungsbereich des Tiefpaßfilters MF liegt. Dies ist in dem vorliegenden Beispiel, wie aus der letzten Zeile der Tabelle ersichtlich, ebenfalls vorausgesetzt. Dies hat den Vorteil, daß bei Verwendung von (iA)

gesteuerten Schwellen, d. h. bei Verwendung von Schwellwerten, die signalabhängig verändert werden, die Rauschspannungswerte mit eingehen und somit die Schwelle stets gerade noch oberhalb des Rauschens gelegt werden kann. Wird dagegen das Rauschen unterdrückt, d. h. der Normierungsfaktor ad etwas kleiner gemacht (aber noch größer als ao), dann wird eine gesteuerte Schwelle ihren Schwellspannungswert nicht mehr in Abhängigkeit von der Rauschspannung verändern, weil diese am Ausgang des Nachintegrationsfilters NIF praktisch überhaupt nicht mehr vorhanden ist. Dies kann zu einer Empfindlichkeitseinbuße führen.

Bei der Verarbeitung des größten Bewegtzieles ergibt sich am Ausgang des Nachintegrationsfilters NlF (bei D) eventuell ein zu hoher Pegelwert (im vorliegenden Beispiel +17 dB). Dies kann dazu führen, daß eine Übersteuerung auftritt. Diesem Nachteil kann in einfacher Weise dadurch abgeholfen werden, daß, wie gestrichelt dargestellt, vor dem Nachintegrationsfilter NIF ein Begrenzer BG eingeschaltet wird. Dieser

Begrenzer sorgt dafür, daß vor dem Nachintegrationsfilter NIF nur Pe§elwerte solcher Größe auftreten können, daß keine Übersteuerung auftritt. Nimmt man an, daß ζ. B. eine Übersteuerung des Nachintegrationsfilters NIF ab Ausgangspegeln von > 15 dB vorliegt, so müßte der Begrenzer im gewählten Beispiel die angegebenen Signalwerte von 17 dB für das größte Bewegtziel um mindestens 2 dB bedampfen. Ein Nachteil für die Empfindlichkeit oder die Signalauflösung besteht hier nicht, weil derart starke Bewegtecho- ι ο signale ohnehin gut und sicher erkannt und aufgelöst sowie verarbeitet werden können.

Die Multiplikationsstufe MS, in welcher der Normierungsfaktor ad mit dem jeweiligen Signalwert multipliziert wird, kann an sich an einer beliebigen Stelle vor dem Nachintegrationsfilter und nach dem Bewegtzeichenfilter fiZFeingeschaltet sein. Es ist zweckmäßig, die Multiplikationsstufe MS nach dem Absolutwertbildner ASW einzuschalten, weil dann nur noch unipolare Signalwerte, also solche mit nur einem Vorzeichen, verarbeitet werden müssen.

Andererseits ist es zweckmäßig, den Begrenzer BG stets so anzuordnen, daß er im Signalweg hinter der Multiplikationsstufe MS liegt.

Zur Vermeidung der Übersteuerung durch die größten Bewegtzielsignale besteht unabhängig zum Begrenzer BG oder auch in Kombination mit einem Begrenzer BG eine weitere Möglichkeit. Diese ist angedeutet durch die Vergleichsstufe VS, welch« vor der Multiplikationsstufe MS abgezweigt ist. Diese Vergleichsstufe VS stellt fest, wie groß der jeweilige Signalwert ist, welcher der Multiplikationsstufe MS zugeführt wird. Hierzu wird dieser Vergleichsstufe mindestens ein Vergleichswert Uv zugeführt. In Abhängigkeit von dem Wert der am Eingang der Multiplikationsstufe anliegenden Signalwerte Ua wird der Normierungsfaktor ad in mindestens einer Stufi verändert.

Einzelheiten hierzu sind anhand von F i g. 2 erläutert Dort ist die Eingangsspannung Ua auf der Ordinate un< die Ausgangsspannung Ue am Ausgang der Multiplika tionsstufe MS auf der Abszisse aufgetragen. Di« Steigung der eingezeichneten Kurve entspricht den Normierungsfaktor, der jeweils in der Multiplikations stufe MS eingestellt wird. Bei kleinen Signalwerten U, ist der Normierungsfaktor aoi' relativ groß, be zunehmenden Signalwerten wird er jeweils bereichs weise fortlaufend kleiner (Werte am', a«', 804' und aos'} Im Endeffekt ergibt sich praktisch im letzten Teil de Kurve bei ans' die Wirkung eines Begrenzers. Auf dies« Weise läßt sich eine Übersteuerung des Nachintegrator filters NIFmit Sicherheit vermeiden.

In Fig.3 ist ein Beispiel für den Aufbau eine: N achintegra torf liters MF nach Fig. 2 dargestellt. Ei enthält die Multiplikationsstufen AfS (Koeffizient ad und MSb (Koeffizient bo), die Additionsstufen AS 1 unc AS 2 sowie eine Verzögerungseinrichtung VZ, derer

Verzögerungszeit T = -γ- ist, wobei (a die Abtastfre

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quenz darstellt. Für eine bestimmte Grenzfrequens ergeben sich folgende Nenn-Normierungsfaktoren:

f_A = 3 kHz: O₀ = 0,017588, b₀ = 0.96482, f_A = 2,134 kHz: O₀ = 0,024560, b₀ = 0,95088.

Anstelle des Nenn-Normierungsfaktors ao wird irr Rahmen der Erfindung ein größerer Wert gewählt vorteilhaft ad =■ 0,125. Dieser kann zweckmäßig unabhängig von der Abtastfrequenz f_A beibehalter werden. Die Werte von bo werden, wie oben angegeben für das jeweilige /λ nicht beibehalten und im Gegensat? zu ad verändert.

Hicr/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Puls-Doppler-Radargerät mit einem Bewegtzeichenfilter und einem nachgeschalteten, vor einer Schwelle liegenden Nachintegrationsfilter, wobei zumindest das Nachintegrationsfilter als Digitalfilter mit beschränktem Darstellbereich ausgebildet ist, das eingangsseitig eine Multiplikationsstufe aufweist, bei der ein bestimmter Normierungsfaktor eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der eingestellte Normierungsfaktor (ad) derart größer gewählt ist als der sich aus der Dimensionierungsvorschrift für das Digitalfilter ergebende Nenn-Normierungsfaktor (ao), daß im Nachintegrationsfilter (NIF) für das kleinste noch zu erfassende Bewegtziel-Echosignal der Darstellbereicii für die Signalwerte nicht unterschritten wird.

2. Puls-Doppler-Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingestellte Normierungsfaktor (ad) so gewählt ist, daß neben dem kleinsten noch zu erfassenden Bewegtziel auch Rauschen, insbesondere der Rausch-Mittelwert, noch im Darstellbereich des Nachintegrationsfilters (NlF) liegt.

3. Puls-Doppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Normierungsfaktor (ad) derart nichtlinear ausgelegt ist, daß für steigende Signalamplituden am Eingang der Multiplikationsstufe der jeweilige Normierungsfaktor so verringert wird, daß eine Übersteuerung des Nachintegrationsfilters auch bei starken Echosignalen noch vermieden ist.

4. Puls-Doppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Begrenzer (BG) vorgesehen ist, welcher eine Übersteuerung de« Nachintegrationsfilters (NIF) zumindest zum Teil verhindert.

5. Puls-Doppler-Radargerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (BG) nach der Multiplikationsstufe (MS) angeordnet ist.

6. Puls-Doppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikationsstufe (MS) zwischen dem Ausgang des Bewegtzeichenfilters (BZF) und dem Nachintegrationsfilter (NIF)\\egt.

7. Puls-Doppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wechsel der Abtastfrequenz (Ia) des Nachintegrationsfilters (NlF) der Wert des Normierungsfaktors (ad) konstant gehalten und nur der Wert des/der weiteren Koeffizienten (z. B. bo in Fig.3) im Nachintegrationsfilter (NIF) verändert wird/werden.

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