DE2729436B2

DE2729436B2 - Pulsradargerat mit im Totbereich abweichend getakteten Schieberegistern im Signalauswerteteil

Info

Publication number: DE2729436B2
Application number: DE2729436A
Authority: DE
Inventors: German Dipl.- Ing. 8000 Muenchen Gstoettner; Wolfgang Dr.-Ing. 8133 Feldafing Koethmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1977-06-29
Publication date: 1980-02-14
Also published as: DE2729436A1; IT1097123B; DE2729436C3; US4197535A; NL7806931A; BE868584A; IT7824996A0; LU79880A1; GB1590867A; CH628150A5; FR2396312A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pulsradargerät mit im Signalauswerteteil vorgesehenen, getakteten 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.

Aus der DE-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 erste 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 DE-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 benöiigten Schieberegister erfolgt dort u.a. so, daß die Signalwerte in einem ersten Zeitbereich der Empfangsperiode unabhängig von der jeweiligen Impulsfolgefre- quenz 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 DE-OS 25 40 584 beschriebene Lösung des bei der Änderung der Impulsfolgefrequenz des Radargerätes auftretenden Problems besteht darin, daß beim Umschalten auf eine jeweils niedrigere fmpulsfolgefrequenz 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 entsprechend 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 bestimmte! Registerlange, 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 Entfernungsauflösung 110 Kanäle (Entfernungskanäle) notwendig sind, während bei den Registern 128

■to Speicherplätze zur Verfügung stehen. Aus der DF.-OS 25 40 584 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 Bewegtzeichenfiiter unterdrückt werden, da sie in ihrer spektralen Verteilung ir etwa der eines sogenannten Festzieles entsprechen.

Im zweiten Zeitbereich, d. ii in demjenigen Bereich innerhalb der Empfangsperioae. welcher bei niedrigerer Impulsfolgefrequenz als Restzeit auftritt, kann gemäß der DE-OS 25 40 584 mit einem stark verlangsamten Schiebetakt gearbeitet werden Bis zum Beginn der nächsten Empfangsperiode müssen aber alle Werte durch das gesamte Schieberegister hindurchgeschober, sein. Da der erste Zeitbereich, d. h. der eigentliche Empfangsbereich, vorgegeben ist, und auch die Impulsfolgefrequenz und damit die Periodcidauer festliegt, ist der zweite Zeitbereich innerhalb der Periodendauer nicht mehr frei wählbar. Andererseits ist die am Ende des Empfangsbereiches noch vorhandene restliche Registerzahl der Schieberegister ebenfalls fest vorgege-

ti5 ben. so daß sich für die Verarbeitung erhebliche Schwierigkeiten ergeben können, weil zu viele Parameter festliegen. Beispielsweise wird in den meisten Fällen bei der bekannten Lösung die Schiebetaktfrequenz für

den zweiten Zeitbereich nicht in einem einfachen ganzzahligen Verhältnis zur Frequenz des ersten Teilbereiches gewählt werden können. Dies hat zur Folge, daß für die Erzeugung der Taktfrequenz ein vergrößerter Autwand an Steuereiriricht jngen (besonderer zusätzlicher Taktgeber o. dgl.) nötig wird.

Der vorliegenden Erfindung l'egt di«: Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, welcher es mit einfachen Mitteln und ohne besondere zusätzliche Taktgeber möglich macht, die Steuerung der Register auch im Tweiten Zeitbereich technisch einwandfrei durchzuführen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der zweite Zeitbereich zeitlich in mindestens zwei Un'erbereiche aufgeteilt ist, von denen im ersten mit einer ganzzahlig aus der Bezugsfrequenz hergeleiteten Taktfrequenz gearbeitet wird, die so hoch gewählt ist. daß der Register-Durchlauf der Information in der Speichereinrichtung beendet wird, und daß in der verbleibenden Restzeit bis zum Ende der Radar-Periodendauer die gesamte Anlage — zumindest hinsichtlich des Steuertaktes — abgeschaltet wird und keine Verschiebung von Information erfolgt.

Der geringfügige Mehraufwand welcheir dadurch entsteht, daß der zweite Zeitbereich in zwei Unterbereiche aufgeteilt wird, steht in keinem Verhältnis zu dem sonst notwendigen zusätzlichen Auiwand, wenn ein besonderer Taktgeber bereitgestelh werck·- müßte, welcher für die vorgegebenen und deshalb in "er Zahl nicht frei wählbaren restlichen Registers;* .:en die Zahlkarte für den zweiten Zeitbereich bereitstellen mußte. Zugleich ist die Forderung erfüll:, daß die Reihenfolge der gespeicherten information·?!-, erhalten bieibt und diese in der nächsten Periode wiedei im ncntigen Zeitpunkt zur Verfügung stehen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung: der trimdung genüg! für die Erzeugung der Zeitbereiche ein auf entsprechende Zählwerte eingesteiiier iviiuaui/.ähle:, dem die Bezugsfrequenz als Zahltakt zugefuhr; wird und der nach Erreichen der jeweiligen Zäiiiwerte die Umschaltung eier Taktfrequenz bzw. eieren Abschaltung veranlaßt.

Die Erfindung sowie deren Weiterbildung werden nachfolgend an Hand von Zeichnungen nähe erläutert. Es zeigt.

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Pulsradargerätes mn 4s einer entsprechenden Taktversorgungseinriennjng,

Fi g. 2 die Ausgestaltung der Steuerschaltung für die Erzeugung zweier zeitlicher Unterbereiche innerhalb des zweiten Ze.tbereichs gemäß der Erfindrng.

F i g. 3 ein impuls-Zeitdiagramm,

F i g. 4 ein digitales Bewegtzeichenfilter als Ausiünrungsbeispiel einer Schaltung mit geiakteten Speiche;-einrichtungen.

Bei dem Blockschaltbild nach Fig.! ist die Radarantenne mit RA der Sender mit St, der Sende Empfangs-Schalter mit SES und der Empfänger mit EKi 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 Überlagertingsirequenz für &o den (hier nicht näher dargestellten) Empiangsmischer im Empfänger EM hergeleitet. Nach dem Empfänger EM folgt zur weiteren Signalverarbeitung eine Abtasi- und Halteschaluing SH, ein Anaiog-Digita'-Wandie .4D, ein Bewegtzeichenfilter (Dopplerfilter¹. BZ. eiu Videogleichrichter GR sowie ein Nai:hintegraiionsfiiier Ni.

Bei einer zeitquantisierte/i Verarbeitung der Inlormation der Echosignale, also bei: pielsweise bei einer Verarbeitung mit Digitalfiltern oder getakteten Analogfiltern, müssen die verschiedenen Bausteine welche nach dem Radarempfänger EM, also im eigentlichen Signalauswerteteil vorgesehen sind, mit einem bestimmten Arbeitstakt versorgt werden. Dieser Arbeitstakt /: wird von einem Taktgeber STG geliefert, welcher von dem zentralen Oszillator ZO ebenfalls mit der Bezugsfrequenz fo versorgt wird. Dir Arbeitstakte h sind ganzzahlige Vielfache der Impulsfolgefrequenz ip des Radargeräts, so daß die Beziehung gilt

fp ■ m= 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 kH
Registerstellen
der Speichereinrichtung	= 128
Impulsfolgefrequenz fp	= 2 kHz
Periodendauer T	= 500 με
Zahl der
Er.tfernunjskanäle e	= 110
Öffnungszeit je
Entfernungskanal te	= 4 με
erster Zeitbereicn (d. h. zu
erfassende Echolaufzeit) T\	= 440 με

Unter der Voraussetzung, daß Tl unmittelbar nach der Ausstrahlung des Sendeimpulses beginnt, beträgt der zweite Zeitbereich (Totzeit) T2 des Radargerätes 500 μ$- 440 με = 60 us. Da für einen Entfernungskana! die Zeii (ί = 4μ5 zur Verfügung steht, muß die Taktfrequenz ft i so gewählt werden, daß sie eine Periodendauer von 4 με hat. Das bedeutet im vorliegenden Beispiel eine Taktfrequenz ft 1 vn 250 kHz. Dabei ist vorausgesetzt, daß je Entfernungskar.al jeweils eine Abtastprobe verarbeitet wird. Zwischen der Bezugsfrequenz /bund f: 1 besteht die Beziehung

fi\- ίο= :η.

wobei η eine ganze Zahl ist und im vorliegenden Fall v.v 8 zu wählen ist.

Entsprechend dem Impuls-Zeitdiagramm nach F i _έ_. 1 folgen somit beginnend mit den Sendetriggerimpuis i^f zunächst IiO Taktimpulse der Frequenz /V ( = 250 kHz;, welche mit dem Teiler η mit ue-Bezugsfrequenz fo verknüpft sind. In dieser Zeit werde! die 110 Registerstellen entsprechend den UO Ernte;-nungskanälen in bekannter Weise in d':n Schieberegistern der einzelnen Stufen der Auswerteschaltung nact. F i g. 1 verschoben. Am Ende dieses ersten Zeitbere ches Ti erfolgt entsprechend F i g. 3 eine Änderung ac-Taktfrequenz nach der Gleichung

ft2 = fo:k.

Im vorliegenden Beispiel ist k = 5 gewählt, so da;. ft 2 = 400 kHz ist und die zugehörige Periodendauer fü^; die ff2--Takte 2,5 μβ beträgt. Für die restlicher Registerstellen, d.h. ab dem Register Nr. 111 bis zur.· Register 128 sind insgesamt noch 18 Takte mit de· Taktfrequenz ft 2 erforderlich, bis der letzte Regist;-platz (128) erreicht ist. Hierfür wird eine Zeit vor 18 ■ 2,5 = 45 με benötigt ( = erster Unterbereich T21 de-

^.weiten Zeitbereiches T2 in F i g. 3).

Insgesamt sind somit seit Beginn des Sendeimpulses 5/ 440 μβ + 45 μβ = TX + T2X 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 ft 2 aus dem Taktgeber STG nach F i g. 1 Die Elemente SH bis W nach F i g. 1 erhalten keine Arbeitstakte mehr und zwar so lange, bis durch den nächsten Sendeimpuls SI wieder die Freigabe erfolgt, und zwar erneut beginnend mit ft 1. Die Dauer des zweiten Unterbereiches T22 beträgt 500 μβ — 485 μβ = 15 μϊ oder allgemein ausgedrückt Γ22=Γ— TX- T2\. Diese Art der Registersteuerung mit den zwei Unterbereichen T2\ und T22 hat den Vorteil, daß die Taktfrequenz ft 2 für den ersten Unterbereich 721 frei gewählt werden kann. Damit ist es möglich, diese Taktfrequenz ft 2 ebenso wie die Taktfrequenz ft X 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 /hr=300kHz aufweisen. Da die Bezugsfrequenz /b = 2000kHz beträgt, ist der Wert von /f;v=300kHz daraus mit einem ganzzahligen Teilerverhältnis nicht herleitbar. Man müßte also einen Taktgenerator zusätzlich vorsehen, der (hochgenau) eine Taktfrequenz von 300 kHz bereitstellt. Eine weitere Schwierigkeit bei Verwendung eines zusätzlichen Taktgenerators besteht darin, daß zwischen der ersten Taktfrequenz ft 1 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 Phasenbeziehung auch bei der Umstellung weiterhin starr verknüpft.

Bei dem Blockschaltbild nach F i g. 2, welches Einzelheiten des Taktgebers STG nach F i g. 1 darstellt, wird die Impulsfolgefrequenz fp=2 kHz durch einen Frequenzteiler FD 3 mit dem Teilerverhältnis m : 1 (im vorliegenden Beispiel 1000:1) gewonnen. Über den Frequenzteiler FD1 mit dem Teilerverhältnis π : 1 (im vorliegenden Beispiel 8:1) wird die Taktfrequenz ft I (im vorliegenden Beispiel 250 kHz) erzeugt und für die Zeit Ti an die getakteten Speichereinrichtungen geliefert. Hierzu ist der Umschalter US für die Zeit Ti auf die Klemme 1 am Ausgang des Frequenzteilers FD X gelegt Der Mitlaufzähler MLZ beginnt mit dem Zählvorg;:ns mit der Aussendung des Sende-Triggerimpulses SI nach F i g. 3 und zählt bis zum Ende des ersten Zeitbereiches Ti. Die den Zeitdauern Ti, 7Ί + Γ21 und T entsprechenden Zählwerte sind in MLZ gespeichert, wobei als Zählimpule die Schwingungen der Bezugsfrequenz fo dienen. Nach dem Ende von TX erfolgt die Umschaltung auf den Frequenzteiler FD 2, dessen Teilerverhältnis k:\ (im vorliegenden Beispiel 5 :1) ist, und zwar durch Umlegen des Umschalters US auf die Klemme 2 am Ausgang von FD 2 auf einen Steuerbefehl von MLZ hin. Der Mitlaufzähler MLZ zählt weiter, bis der der Zeit 7"l-t-T21 entsprechende Zähiwert erreicht ist. Daraufhin wird durch einen ί Steuerbefehl der Umschalter US auf die auf Masse liegende Klemme 3 gelegt, und es treten für die Zeit Γ22 keine Taktimpulse mehr auf. Am Ende der Periodendauer T wird ein dritter Zählwert im Mitlaufzähler MLZ erreicht, der Umschalter US wird

ίο auf die Klemme 1 gelegt und der Vorgang beginnt mit ft I von neuem.

In F i g. 4 ist zur Verdeutlichung der Aufbau eines bekannten Bewegtzeichenfilters (Doppelfilters) dargestellt, wie es z. B. in dem rnii BZ bezeichneten Teil der Fig. 1 verwendet werden kann. Es enthält eingangsseitig und ausgangsseitig je eine Addierstufe ADX bzw. AD2 sowie zwei aufeinanderfolgende Schieberegister SRGX und SRG 2, deren Verzögerungszeit jeweils T. d. h. gleich der Radar-Periodendauer ist. Die Schiebetaktfrequenz ist ft, d. h. abwechselnd ft X, ft 2 und Null. Außerdem sind Multiplizierer MPX bis MPi vorgesehen, welche den digitalisierten Amplitudenwert jedes Entfernungskanals mit einem bestimmten Faktor multiplizieren.

Nach einer Zeit 2Γ, d.h. im »eingeschwungenen« Zustand nach zwei Radarperioden (27), kommt die neu eintreffende erste Abtastprobe der Abtastperiode 3 7"an der Eingangsklemme a aus dem ersten Entfernungskanal an und gelangt u. a. über ADX zur Addierstufe AD2.

Aus dem Schieberegister SRG 2 wird mit dem erster, Takt (mit ft X) der Radarperiode 37" ebenfalls die dort gespeicherte Abtastprobe (aus der Radarperiode ! T) des ersten Entfernungskanals ausgelesen und an die Addierstufe AD2 weitergegeben. Dies ist dadurch möglich, weil diese Abtastprobe aus dem ersten Entfernungskanal der Radarperiode 1 Tbereits nach der Zeit T+ TX + T2X innerhalb der zweiten Radarperiode 2 Γ am Ende des Schieberegisters SRG 2 angekommen war und in der Zeit von T+ TX+ TX + Γ21 bis T+ TX + T2X + T22 nicht mehr weiterverschoben wurde (Abschaltung der Taktfrequenz für eine Zeitdauer Γ22). In analoger Weise ist am Schluß der Radarperiode 27"die Abtastprobe des ersten Entfernungskanals aus der Radarperiode 2 Γ am Ende des Schieberegisters SRG X angekommen und wird mit dem erste Takt (mit ft X) der Radarperiode 3 Γ ausgelesen und u.a. an die Addierstufe AD2 weitergeleitet. Damit treffen jeweils in der Addierstufe AD2 und ebenso z. B. in ADX 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. durch einen weiteren Frequenzteiler in Fig.2 verwirklicht werden kann. Nach der Taktfolge ft 2 würde z. B. eine weitere Taktfolge ft 3 folgen und erst dann die Umschaltung auf die auf Masse liegende Klemme erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pulsradargerät mit im Signalaaswerteteil vorgesehenen, getakteten 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 (T2\, T22) aufgeteilt ist, von denen im ersten (T2\) mit einer ganzzahlig aus der Bezugsfrequenz (fo) hergeleiteten Taktfrequenz (ft 2) gearbeitet wird, die so hoch gewählt ist, daß der Register-Durchlauf der Information in der Speichereinrichtung (z. B. SRC 1, SRG 2 in F i g. 4) beendet wird, und daß in der verbleibenden Restzeit (T22) bis zum Ende der Rädar-Periodendauer (T) die gesamte Anlage — zumindest hinsichtlich des Steuertaktes (ft) — abgeschaltet wird und keine Verschiebung von Information erfolgt.

2. Pulsradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung der verschiedenen Zeitbereiche ein auf entsprechende Zählwerte eingestellter Mitlaufzählcr (MLZ) vorgesehen ist, dem die Bezugsfrequenz (fo) als Zähltakt zugeführt wird und der nach Erreichen der jeweiligen Zählwerte die Umschaltung der Taktfrequenz (ft I, ft 2) bzw. deren Abschaltung veranlaßt.

3. Pulsradargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallelgeschaltete Frequenzteiler (FD 1, FD 2) vorgesehen sind, dci cn Eingänge mit der Bezugsfrequenz (fo) versorgt werden, und deren Ausgänge über einen Umschalter (HS) wahlweise mit dem die Taktsignale übertragenden Ausgang verbunden sind.

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