DE2729436A1

DE2729436A1 - Pulsradargeraet mit im signalauswerteteil angeordneten, getakteten speichereinrichtungen

Info

Publication number: DE2729436A1
Application number: DE19772729436
Authority: DE
Inventors: German Dipl Ing Gstoettner; Wolfgang Dr Ing Koethmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1977-06-29
Publication date: 1979-01-04
Also published as: IT7824996A0; DE2729436C3; LU79880A1; BE868584A; NL7806931A; IT1097123B; DE2729436B2; GB1590867A; CH628150A5; FR2396312A1; US4197535A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München —3~ 77 P 6 6 5 3 BRD

Pulsradargerät mit im Signalauswerteteil angeordneten, getakteten Speichereinrichtungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pulsradargerät mit im Signalauswerteteil vorgesehenen,getakteten Speichereinrichtungen, insbes. Schieberegistern, deren Steuertakt aus einer Bezügsfrequenz hergeleitet ist, und bei dem innerhalb der

Radar-Periodendauer zwei Zeitbereiche definiert sind, von denen im ersten als eigentlichen Auswertebereich mit der durch die geforderte Entfernungsauflösung vorgegebenen Taktfrequenz die Signalverarbeitung durchgeführt wird und im zweiten Zeitbereich (Totbereich) eine hiervon abweichende Taktfrequenz gewählt ist.

Aus der DT-OS 18 15 660 ist ein Pulsradargerät bekannt, bei dem entsprechend Fig. 2 die Zeit zwischen zwei Sendeimpulsen in zwei Zeitbereiche aufgeteilt ist. In dem ersten Zeitbereich wird ein mit der Aussendung eines Sendeimpulses gestarteter Zähler betätigt, welcher für eine bestimmte Zeit die Taktimpulse zu den Schieberegistern des Radargerätes freigibt. Am Ende dieser Zeit, aber noch vor der Aussendung des nächsten Sendeimpulses, wird die Weiterleitung der Taktimpulse unterbrochen und damit die Betriebsweise der Schieberegister des Radarempfängers geändert.

In der DT-OS 25 40 584 ist das Problem behandelt, welches auftritt, wenn Radargeräte mit variabler Pulsfrequenz arbeiten. Die Betriebsweise der beim Radargerät für die digitale Signalverarbeitung benötigten Schieberegister erfolgt dort u.a. so, daß die

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Signalwerte in einem ersten Zeitbereich der Empfangsperiode unabhängig von der Jeweiligen Impulsfolgefrequenz mit derjenigen Taktfrequenz verarbeitet werden, welche für die kürzeste Periodendauer bei der höchsten Impulsfolgefrequenz vorgesehen ist. Bei Betrieb mit niedrigerer Impulsfolgefrequenz wird für die durch die vergrößerte Periodendauer bedingte restliche Zeit die Zuführung von Eingangssignalen und/oder die Weiterverarbeitung der Echosignale gesperrt.

Eine weitere in der DT-OS 25 AO 584 beschriebene Lösung des bei der Änderung der Impulsfolgefrequenz des Radargerätes auftretenden Problems besteht darin, daß beim Umschalten auf eine jeweils niedrigere Impulsfolgefrequenz die Taktfrequenz für das Schieberegister im gleichen Verhältnis mit umgeschaltet wird, so daß stets mit der gleichen Zahl von Registerstellen bei dem Schieberegister gearbeitet wird, während die Taktfrequenz eine entsprechende Änderung erfährt. Die Herleitung der Taktfrequenz für die Tastung des Senders, für den Sendeempfangsumschalter sowie für die Takte bei den Schieberegistern erfolgt aus einem gemeinsamen Taktgenerator, wobei ent£prechend der Zahl der gewünschten Entfernungskanäle innerhalb der Periodendauer entsprechend viele Schiebetakte für die Steuerung der Register erzeugt werden müssen.

Bei der Verwendung von Registern mit bestimmter Registerlänge, die üblicherweise größer ist als die für die Verarbeitung der Signale benötigte spezielle Registerlänge, ergeben sich vielfach Schwierigkeiten. Beispielsweise kann die Forderung bestehen, daß für die Entfernungsauflö'ung 110 Kanäle (Entfernungskanäle) notwendig sind, während bei den Registern 128 Speicherplätze vur Verfügung stehen. Aus der DT-OS 25 AO 584 ist es bekannt, daß die Schiebetakte für die Erzeugung der jeweiligen Entfernungskanäle ganzzahlige Vielfache der Pulsfrequenz sein können. Eine derartige Auslegung der Schiebetaktfrequenz als ein ganzzahliges Vielfaches der Impulsfolgefrequenz hat den Vorteil, daß Spektralanteile als Störungen zwar auftreten, jedoch durch die Sperrbereiche der Bewegtzeichenfilter unterdrückt werden, da sie in ihrer spektralen Verteilung in etwa der eines sogenannten Festzieles entsprechen.

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a zweiten Zeitbereich, d.h. in demjenigen Bereich innerhalb der apfangsperiode, welcher bei niedrigerer Impulsfolgefrequenz als »stzeit auftritt, kann gemäß der DT-OS 25 40 584 mit einem stark »rlangsamten Schiebetakt gearbeitet werden. Bis zum Beginn der ichsten Empfangsperiode müssen aber alle Werte durch das gesamte shieberegister hindurchgeschoben sein. Da der erste Zeitbereich, •h. der eigentliche Empfangsbereich, vorgegeben ist, und auch die npulsfolgefrequenz und damit die Periodendauer festliegt, ist der weite Zeitbereich innerhalb der Periodendauer nicht mehr frei ählbar. Andererseits ist die am Ende des Empfangsbereiches noch orhandene restliche Registerzahl der Schieberegister ebenfalls est vorgegeben, so daß sich für die Verarbeitung erhebliche chwierigkeiten ergeben können, weil zu viele Parameter festlieen. Beispielsweise wird in den meisten Fällen bei der bekannten ösung die Schiebetaktfrequenz für den zweiten Zeitbereich nicht η einem einfachen ganzzahligen Verhältnis zur Frequenz des ersten eilbereiches gewählt werden können. Dies hat zur Folge, däß für Ie Erzeugung der Taktfrequenz ein vergrößerter Aufwand an Steuerinrichtungen (besonderer zusätzlicher Taktgeber o. dgl.) nötig rird.

)er vorliegenden Erfindung liegt OXe Aufgabe zugrunde, diesen !chwierigkeiten zu begegnen und einen Weg aufzuzeigen, welcher !s mit einfachen Mitteln und ohne besondere zusätzliche Taktgeber !öglich macht, die Steuerung der Register auch im zveiten Zeitjereich technisch einwandfrei durchzuführen. Gemäß der Erfindung /ird dies dadurch erreicht, daß der zweite Zeitbereich zeitlich Ln mindestens zwei Unterbereiche aufgeteilt ist, von denen im srsten mit einer ganzzahlig aus der Bezugsfrequenz herge-Leiteten Taktfrequenz gearbeitet wird, die so hoch gewählt ist, laß der Register-Durcblauf der Information in der Speichereinrichtung beendet wird und daß in dor verbleibenden Restzeit biß ευτη Ende der Radar-Fßriodendauer die gesamte Anlage - zumindest hinsichtlich des Steuertaktes - abgeschaltet wird und keine Verschiebung von Information erfolgt»

Der geringfügige Mehraufwand, vfnlcher dadurch entsteht, daß der zweite Zeitbereich in zwei Unterbereiche aufg'vte.i.lt wird, steht in keinem Verhältnis zu dem ponst notwendigen zusätzlichem Auf-

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wand, wenn ein besonderer Taktgeber bereitgestellt werden müßte, welcher für die vorgegebenen und deshalb in ihrer Zahl nicht frei wählbaren restlichen Registerstellen die Zähltakte für den zweiten Zeitbereich bereitstellen müßte. Zugleich ist die Forderung erfüllt, daß die Reihenfolge der gespeicherten Informationen erhalten bleibt und diese in der nächsten Periode wieder im richtigen Zeitpunkt zur Verfügung stehen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung genügt für die Erzeugung der Zeitbereiche ein auf entsprechende Zählwerte

eingestellter Mitlaufzähler, dem die Bezugsfrequenz als Zähltakt zugeführt wird und der nach Erreichen der jeweiligen Zählwerte die Umschaltung der Taktfrequenz bzw. deren Abschaltung veranlaßt.
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Die Erfindung sowie deren Weiterbildung werden nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Blockschaltbild eines Pulsradargerätes mit einer entsprechenden Taktversorgungseinrichtung, Fig. 2 die Ausgestaltung der Steuerschaltung für die Erzeugung

zweier zeitlicher Unterbereiche innerhalb des zweiten Zeitbereiches gemäß der Erfindung,
Fig. 3 ein Impuls-Zeitdiagramm,

Fig. 4 ein digitales Bewegtzeichenfilter als Ausführungsbeispiel einer Schaltung mit getakteten Speichereinrichtungen.

Bei dem Blockschaltbild nach Fig. 1 ist die Radarantenne mit RA der Sender mit SE, der Sende-Empfangsschalter mit SES und der Empfänger mit EM bezeichnet. Die Sendesignale werden aus einem zentralen Oszillator ZO hergeleitet, dessen Frequenz mit fo bezeichnet ist. Bei kohärenter Mischung wird aus dem Oszillator ZO auch die Uberlagerungsfrequenz für den (hier nicht näher dargestellten) Empfangsmischer im Empfänger EM hergeleitet. Nach dem Empfänger EM folgt zur weiteren Signalverarbeitung eine Abtast- und Halteschaltung SH, ein Analog-Digitalwandler AD, ein Bewegtzeichenfilter (Dopplerfilter) BZ, ein Videogleichrichter GR sowie ein Nachintegrationsfilter NI.

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Bei einer zeitquantisierten Verarbeitung der Information der Echosignale, also beispielsweise bei einer Verarbeitung mit Digitalfiltern oder getakteten Analogfiltern» müssen die verschiedenen Bausteine, welche nach dem Radarempfänger EM, also im eigentliehen Signalauswerteteil vorgesehen sind, mit einem bestimmten Arbeitstakt versorgt werden. Dieser Arbeitstakt ft wird von einem Taktgeber STG geliefert, welcher von dem zentralen Oszillator ZO ebenfalls mit der -rlquenz fo versorgt wird. Die Arbeitstakte ft sind ganzzahlige Vielfache der Impulsfolgefrequenz fp des Radargerätes, so daß die Beziehung gilt fp · m =s ft, wobei m eine ganze Zahl ist. Auch die Impulsfolgefrequenz fp wird zweckmäßig im Taktgeber STG erzeugt und von dort aus z.B. dem Sende-Empfangsschalter SES zugeführt.

Zur Erläuterung der Erfindung soll nachfolgend von einem Zahlen-Beispiel ausgegangen werden, für das folgende Festlegungen gelten sollen:

Bezugsfrequenz fo = 2000 kHz
Registerstellen der Speichereinrichtung: 128 Impulsfolgefrequenz fρ = 2 kHz
Periodendauer T = 500 yus
Zahl der Entfernungskanäle e = 110
Öffnungszeit je Entfernungskanal te = 4 ais erster Zeitbereich (d.h. zu erfassende Echolaufzeit T1 = 440 us

Unter der Voraussetzung, daß T1 unmittelbar nach der Ausstrahlung des Sendeimpulses beginnt, beträgt der zweite Zeitbereich (Totzeit) T2 des Radargerätes 500 us - 440 us = 60yus. Da für einen Entfernungskanal die Zeit te = 4/us zur Verfügung steht, muß die Taktfrequenz ft1 so gewählt werden, daß sie eine Periodendauer von 4yus hat. Das bedeutet im vorliegenden Beispiel eine Taktfrequenz ft1 von 250 kHz. Dabei ist vorausgesetzt, daß Je Entfernungskanal Jeweils eine Abtastprobe verarbeitet wird. Zwischen der Bezugsfrequenz fo und ft1 besteht die Beziehung ft1 = fo : n, wobei η eine ganze Zahl ist und im vorliegenden Fall zu 8 zu wählen ist.

Entsprechend dem Impuls-Zeitdiagramm nach Fig. 3 folgen somit beginnend mit dem Sendetriggerimpuls SI zunächst 110 Taktimpulse

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der Frequenz ft1 (= 250 kHz), welche mit dem Teiler η mit der Bezugsfrequenz fo verknüpft sind. In dieser Zeit werden die 110 Registerstellen entsprechend den 110 Entfernungskanälen in bekannter Weise in den Schieberegistern der einzelnen Stufen der Auswerteschaltung nach Fig. 1 verschoben. Am Ende dieses ersten Zeitbereiches T1 erfolgt entsprechend Fig. 3 eine Änderung der Taktfrequenz nach der Gleichung ft2 = fo : k. Im vorliegenden Beispiel ist k - 5 gewählt, so daß ft2 = 400 kHz ist und die zugehörige Periodendauer für die ft2 - Takte 2,5 jus beträgt. Für die restlichen Registerstellen, d.h. ab dem Register Nr. 111 bis zum Register 128 sind insgesamt noch 18 Takte mit der Taktfrequenz ft2 erforderlich, bis der letzte Registerplatz (128) erreicht ist. Hierfür wird eine Zeit von 18 · 2,5 = 45 Ais benötigt (= erster Unterbereich T21 des zweiten Zeitbereiches T2 in Fig. 3).

Insgesamt sind somit seit Beginn des Sendeimpulses SI 440 us + 45/us = T1 + T21 vergangen. Der Registerinhalt ist damit vollständig durchgeschoben, weil insgesamt 128 Schiebetakte zugeführt worden sind. Somit kann Jetzt die Auswerteschaltung des Radargerätes stillgesetzt werden und es erfolgt auf einen entsprechenden Steuerbefehl hin die Unterdrückung der Taktfrequenzen ft2 aus dem Taktgeber STG nach Fig. 1. Die Elemente SH bis NI nach Fig. 1 erhalten keine Arbeitstakte mehr und zwar solange, bis durch den nächsten Sendeimpuls SI wieder die Freigabe erfolgt und zwar erneut beginnend mit ft1. Die Dauer des zweiten Unterbereiches T22 beträgt 500 us - 485yus * 15/US oder allgemein ausgedruckt T22 .= T - T1 - T21. Diese Art der Registersteuerung mit den zwei Unterbereichen T21 und T22 hat den Vorteil, daß die Taktfrequenz ft2 für den ersten Unterbereich T21 frei gewählt werden kann. Damit ist es möglich, diese Taktfrequenz ft2 ebenso wie die Taktfrequenz ft1 aus einer gemeinsamen Bezugsfrequenz herzuleiten und ein zusätzlicher Taktgenerator ist nicht erforderlich. Würde man für den zweiten Zeitbereich in bekannter Weise die Taktfrequenz so wählen, daß die ganze Zeit T2 gleichmäßig mit Takten belegt wäre, so müßten diese eine Taktfrequenz von ftx = 300 kHz aufweisen. Da die Bezugsfrequenz fo = 2000 kHz beträgt, ist der Wert von ftx = 300 kHz daraus mit einem ganzzahligen Teilerverhältnis nicht herleitbar. Man müßte also einen Taktgenerator zu-

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sätzlich vorsehen, der (hochgenau) eine Taktfrequenz von 300 kHz bereitstellt. Eine weitere Schwierigkeit Del Verwendung eines zusätzlichen Taktgenerators besteht darin, daß zwischen der ersten Taktfrequenz ft1 und der zweiten Taktfrequenz ftx eine beliebige Phasenbeziehung auftritt, sich also Phasenfehler bei der Umschaltung ergeben. Dagegen sind bei der Herleitung aus der gemeinsamen Bezugsfrequenz fo mit lediglich einer Änderung des Teilungsfaktors von η auf k die Phasenbeziehungen auch bei der Umstellung weiterhin starr verknüpft.

Bei dem Blockschaltbild nach Fig. 2, welches Einzelheiten des Taktgebers STG nach Fig. 1 darstellt, wird die Impulsfolgefrequenz fρ = 2 kHz durch einen Frequenzteiler FD3 mit dem Teilerverhältnis m : 1 (im vorliegenden Beispiel 1000 : 1) gewonnen, über den Frequenzteller FD1 mit dem Teilerverhältnis η : 1 (im vorliegenden Beispiel 8:1) wird die Taktfrequenz ft1 (im vorliegenden Beispiel 250 kHz) erzeugt und für-die Zeit T1 an die getakteten Speichereinrichtungen geliefert. Hierzu ist der Umschalter US für die Zeit T1 auf die Klemme 1 am Ausgang des Frequenzteilers FD1 gelegt. Der Hitlaufzähler MLZ beginnt mit dem ZählVorgang mit der Aussendung des Sende-Triggerimpulses SI nach Fig. 3 und zählt bis zum Ende des ersten Zeitbereiches T1. Die den Zeitdauern T1, T1 + T21, und T entsprechenden Zählwerte sind in MLZ gespeichert, wobei als Zählimpulse die Schwingungen der Bezugsfrequenz fo dienen. Nach dem Ende von T1 erfolgt die Umschaltung auf den Frequenzteiler FD2, dessen Teilerverhältnis k : 1 (im vorliegenden Beispiel 5:1) ist und zwar durch Umlegen des Umschalters US auf die Klemme 2 am Ausgang von FD2 auf einen Steuerbefehl von MLZ hin. Der Mitlaufzähler MLZ zählt weiter, bis der der Zeit T1 + T21 entsprechende Zählwert erreicht ist. Daraufhin wird durch einen Steuerbefehl der Umschalter US auf die auf Masse liegende Klemme 3 gelegt und es treten für die Zeit T22 keine Taktimpulse mehr auf. Am Ende der Periodendauer T wird ein dritter Zählwert im Mitlaufzähler MLZ erreicht, der Umschalter US wird auf die Klemme 1 gelegt und der Vorgang beginnt mit ft1 von neuem.

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In Fig. 4 ist zur Verdeutlichung der Aufbau eines bekannten Be-

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wegtzeichenfilters (Dopplerfilters) dargestellt, wie z.B. in dem mit BZ bezeichneten Teil der Fig. 1 verwendet werden kann. Es enthält eingangsseitig und ausgangsseitig Je eine Addierstufe AD1 bzw. AD2, sowie zwei aufeinanderfolgende Schieberegister SRG1 und SRG2, deren Verzögerungszeit jeweils T, d.h. gleich der Radar-Periodendauer ist. Die Schiebetaktfrequenz ist ft, d.h. abwechselnd ft1, ft2 und Null. Außerdem sind Multiplizierer ΜΙΊ bis MP3 vorgesehen, welche den digitalisierten Amplitudenwert jedes Entfernungskanals mit einem bestimmten Faktor multiplizieren.

Nach einer Zeit 2T, d.h. im "eingeschwungenen" Zustand nach zwei Radarperioden (2T), kommt die neu eintreffende erste Abtastprobe der Abtastperiode 3T an der Eingangsklemme a aus dem ersten Entferaungskanal an und gelangt u.a. zur Aadierstufe AD2. Aus dem Schieberegister SRG2 wird mit dem ersten Takt (mit ft1) der Radarperiode 3T ebenfalls die dort gespeicherte Abtastprobe (aus der Radarperiode 1T) des ersten Entfernungskanals ausgelesen- und an die Addierstufe AD2 weitergegeben. Dies ist dadurch möglich, weil diese Abtastprobe aus dem ersten Entfernungskanal der Radarperiode 1 T bereits nach der Zeit T + T1 + T21 innerhalb der zweiten Radarperiode 2T am Ende des Schieberegisters SRG2 angekommen war und in der Zeit von T + T1 + T21 bis T + T1 + T21 + T22 nicht mehr weiterverschoben wurde (Abschaltung der Taktfrequenz für eine Zeitdauer T22).In analoger Weise ist am Schluß der Radarperiode 2T die Abtastprobe des ersten Entfernungskanals aus der Radarperiode 2T am Ende des Schieberegisters SRG1 angekommen und wird mit dem ersten Takt (mit ft1) der Radarperiode 3T ausgelesen und u.a. an die Addierstufe AD2 weitergeleitet. Damit treffen

2Q jeweils in der Addierstufe AD2 und ebenso z.B. in AD1 nur Signalanteile aus gleichen Entfernungskanälen zusammen und das Bewegtzeichenfilter arbeitet in der gewünschten Weise.

Anstelle digitaler Schieberegister können auch getaktete analoge ,_ Speichereinrichtungen z.B. in Form kapazitiver Ladungsspeicher treten (z.B. sogenannte CCD-Speicher. Weiterhin ist es möglich auch mehr als einen Takt in der Zeit T2 vorzusehen, was z.B.

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durch einen weiteren Frequenzteiler in Fig. 2 verwirklicht werden kann. Nach der Taktfolge ft2 würde z.B. eine weitere Taktfolge ft3 folgen und erst dann die Umschaltung auf die auf Masse liegende Klemme erfolgen.

4 Patentansprüche 4 Figuren

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Claims

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Patentansp rüche

Pulsradargerät mit im Signalauswerteteil vorgesehenen,getakteten Speichereinrichtungen, insbes. Schieberegistern, deren Steuertakt aus einer Bezugsfrequenz hergeleitet ist, und bei dem innerhalb der Radar-Periodendauer zwei Zeitbereiche definiert sind, von denen im ersten als eigentlichen Auswertebereich mit der durch die ■geforderte Entfernungsauflösung vorgegebenen Taktfrequenz die Signalverarbeitung durchgeführt wird und im zweiten Zeitbereich (Totbereich) eine hiervon abweichende Taktfrequenz gewählt ist, -dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zeitbereich (T2) zeitlich in mindestens zwei Unterbereiche (T21, T22) aufgeteilt ist, von denen im ersten (T21) mit einer ganzzahlig aus der Bezugsfrequenz hergeleiteten Taktfrequenz (ft2) gearbeitet wird, die so hoch gewählt ist, daß der Register-Durchlauf der Information in der Speichereinrichtung (z.B. SRG1, SRG2 in Fig. 4) beendet wird und daß in der verbleibenden Restzeit (T22) bis zum Ende der Radar-Periodendauer (T) die gesamte Anlage - zumindest hinsichtlich des Steuertaktes (ft) - abgeschaltet wird und keine Verschiebung von Information erfolgt.
2. Pulsradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn- . zeichnet , daß für die Erzeugung der ^versß^hjf^d^^nen _hj|^"^t~ bereiche ein auf entsprechende Zählwerte eingestellter/(MLZ) vorgesehen ist, dem die Bezugsfrequenz (fo) als Zähltakt zugeführt wird und der nach Erreichen der jeweiligen Zählwerte die Umschaltung der Taktfrequenz (ft1, ft2) bzw. deren Abschaltung veranlaßt.
3. Pulsradargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallelgeschaltete Frequenzteiler (FD1, FD2) vorgesehen sind, deren Eingänge mit der Bezugsfrequenz (fo) versorgt werden,und deren Ausgänge über einen Umschalter (US) wahlweise mit dem die Taktsignale übertragenden Ausgang verbunden sind.

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4. Pulsradargerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschaltung der Anlage der Umschalter (US) auf einen auf Masse liegenden Anschluß gelegt ist.

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