DE2928907A1 - Verfahren zur klassifizierung bewegter ziele - Google Patents

Verfahren zur klassifizierung bewegter ziele

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DE2928907A1 DE19792928907 DE2928907A DE2928907A1 DE 2928907 A1 DE2928907 A1 DE 2928907A1 DE 19792928907 DE19792928907 DE 19792928907 DE 2928907 A DE2928907 A DE 2928907A DE 2928907 A1 DE2928907 A1 DE 2928907A1
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 7<j P g g,t 4 BRD
Verfahren zur Klassifizierung bewegter Ziele
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Klassifizierung bewegter Ziele unter Verwendung eines Doppier-Radargerätes mit Festzeichenunterdrückung.
Zur Identifizierung von Zielen mittels Radargeräten ist es bei verschiedenen, z. B. militärischen Anwendungen erforderlich, zwischen verschiedenen Zielklassen zu unterscheiden. Mit den zur Zeit im Einsatz befindlichen Gefechtsfeld-Radargeräten ist es für einen Radarbeobachter im allgemeinen möglich, durch akustische Dopplerausertung zwischen Rad-, Kettenfahrzeugen und Personen zu unterscheiden. Feinere Unterscheidungen innerhalb dieser Zielklassen gelingen gelegentlich nur besonders gut ausgebildeten Radarbeobachtern. Aufgrund der sehr komplexen Dopplergeräusche ist eine weitergehendere Klassifizierung jedoch mit erheblicher Unsicherheit behaftet.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Radarechos außer der Hauptdopplerlinie für die momentane Geschwindigkeit der Hauptreflexionszentren eines Fahrzeuges in der Frequenzfeinstruktur zusätzlich Infor-16.7.1979 / Ha 1 Ath
1 3 0 0 2 5 / 0 0 G
Λ-
-χ- VPA 79P 66Η BRD
mationsbestandteile enthalten, die auf beondere Eigentümlichkeiten der reflektierenden Ziele zurückgeführt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Verbindung mit einem Doppler-Radargerät der eingangs genannten Art eine Einrichtung anzugeben, mit der eine sichere Klassifizierung möglicher Ziele durch eine gezielte Sprektralanalyse der Radar-Dopplerechos durchführbar ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Echosignale bewegter Ziele durch Spektralanalyse auf periodische Nebenlinien des Doppler-Frequenzspektrums untersucht werden, die durch periodische Änderung des Reflexionsverhaltens des Zieles oder von Teilen des Zieles erzeugt werden und daß die für die Klassifizierung des Zieles charakteristischen Nebenlinien eleminiert und ausgewertet werden.
Auf diese Weise ist eine Untersuchung der Spektralanteile der Doppler-Echosignale auf eine für bestimmte Ziele typische Modulation der Doppler-Echosignale möglich. Die Modulation der Doppler-Echosignale kann dadurch verursacht werden, daß unterschiedlich stark reflektierende Teile des Zieles Bewegungen relativ zum Hauptteil des Zielkörpers ausführen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können z. B. zur Klassiifizierung von Kettenfahrzeugen die von den Kettengliedern in Abhängigkeit von deren Größe und Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das Fahrzeug verursachten spektralen Nebenlinienperioden ausgewählt und analysiert werden.
Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
130025/0001
- / - VPA 79 P 6 6 M BRD
Es zeigen:
Fig. 1 das Frequenzspektrum eines Bewegtzieles, Fig. 2 das Prinzip einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens als Blockschaltbild, Fig. 3 die schematische Darstellung eines Kettenfahrzeuges für ein Klassifizierungsbeispiel.
Das in Fig. 1 dargestellte Doppler-Frequenzspektrum eines Bewegtzieles zeigt neben einer Haptdopplerlinie H bei der Frequenz fDM und einer Anzahl periodischer Nebenlinien N in einem Frequenzabstand f , die durch periodische Änderungen des Reflexionsvermögens z. B. durch rotierende Teile am Fahrzeug erzeugt werden.
Fig. 2 zeigt eine Einrichtung zur Durchführung einer Zielklassifizierung mittels Dopplerradar bei einem Flugobjekt F. Die Einrichtung besteht im einzelnen aus einem Doppler-Radargerät DR, an das eine Einrichtung MTI zur Unterdrückung von Festzeichen angeschlossen ist. Die am Ausgang dieser Einrichtung erhaltenen Echosignale von Bewegtzielen werden in einem Fast-Fourier-Prozessor FFP einer Spektralanalyse unterzogen und die digitalen Ausgangssignale in einem Digitalprozessor DP klassifiziert und in einer nachfolgenden Anzeige A dargestellt.
Die Klassifizierung der Bewegtziele im Digital-Frozessor DP erfolgt dabei in mehreren Schritten. Zunächst wird eine qualitative Beurteilung des Spektrums zum Zweck der Ausscheidung unbrauchbarer Spektralanteile, die gestört, verrauscht, einen ungeeigneten Darstellungsmaßstab aufweisen oder verwackelt sind, durchgeführt. Daran schließt sich eine Grobklassifikation bestimmter Zielklassen, wie Luftfahrzeuge, Landfahrzeuge, Wasserfahrzeuge und Geschosse an. Es folgt eine Bestimmung
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- 6- - / - VPA 79 P 6 6 H BRD
und Messung der wichtigsten Größendes zu untersuchenden Spektrums: Frequenz und Intensität der Hauptdopplerlinie (fßjj,)» Frequenzabstand der wichtigsten Nebenlinien (fc)· Mit diesen Werten wird eine Berechnung des oder der Bestimmungsmerkmale (z. B. die Kettenlänge bei Panzern) für die Identifizierung des einzelnen Zieltyps innerhalb der jeweiligen Grobklassifiaktion durchgeführt. Durch Vergleich der Bestimmungsmerkmale mit den gespeicherten charakteristischen Werten vorher bekannter Ziele erfolgt die bestimmte Zuordnung (Klassifizierung), und das Ergebnis wird zur Anzeige gebracht. Für den Fall, daß eine Zuordnung noch nicht möglich ist, kann das neue Ziel in einen Zielkatalog mit aufgenommen werden (lernender Automat) und dem Bedienungspersonal der Einrichtung ein entsprechender Hinweis gegeben werden.
In Fig. 3 ist in Seitenansicht ein Kettenfahrzeug dargestellt, das sich mit einer mittleren Geschwindigkeit Vm bewegt und dessen Kettenglieder eine Länge von e aufweisen. Dazu ist das vereinfachte Frequenzspektrum eines entsprechenden Doppler-Echosignals wiedergegeben.
Bei Kettenfahrzeugen sind die sich relativ zum Körper des Fahrzeuges bewegenden radarreflektierenden Teile besonders günstig ausgeprägt. Anhand eines solchen Kettenfahrzeuges wird nachfolgend aufgezeigt, daß es meßtechnisch möglich ist, Feinunterscheidungen innerhalb der Klasse der Kettenfahrzeuge mit Hilfe der meßbaren Doppler-Frequenzspektren zu gewinnen, die darauf beruhen, daß charakteristische Abmessungen der Kettenelemente erkennbar sind.
Unter der Annahme, daß jedes Glied der Kette mindestens einen ausgzeichneten Reflexionspunkt aufweist, der vom nächsten Kettenglied um den Abstand e entfernt ist, und sich im Laufe der Bewegung des Reflexionsquerschnit-
130025/0001
tes des einzelnen Gliedes ändert, weist das Dopplerspektrum des Kettenfahrzeuges mehrere charakteristische harmonische Nebenlinien mit dem Abstand f im Frequenz-
spektrum auf. Dabei besteht zwischen dem Frequenzabstand f der harmonischen Nebenlinien und der mittleren Geschwindigkeit Vm folgende Beziehung:
f — πι
Bei der Analyse der Dopplerspektren von Kettenfahrzeugen ist es daher möglich, den Abstand e der einzelnen Kettenglieder zu bestimmen und somit verschiedene Kettenfahrzeuge zu unterscheiden, sofern sie unterschiedliche Größen der Kettenglieder aufweisen.
In Abhängigkeit vom Bahnvektor des Kettenfahrzeuges in bezug auf das Radargerät ändert sich die Radialgeschwindigkeit gemäß einer Cosinus-Funktion. Der momentane Aspekt ist durch Auswertung einiger Bahnpunkte bei aufeinanderfolgenden Beobachtungen oder mittels optischer Beobachtung abschätzbar. Im taktischen Einsatz dürfte er für besonders bedrohliche Ziele, z. B. Panzer, in der Nähe von Null Grad liegen. Mittels eines Doppier-Radars und einer zugehörigen Auswerteeinrichtung kann somit die Länge des Kettengliedes e eines Kettenfahrzeuges auf folgende Weise bestimmt werden:
1. Aus dem Dopplerspektrum wird der Frequenzabstand fc · der harmonischen Nebenlinien und die Frequenz fj-jm bestimmt.
2. Die mittlere Fahrzeugeeschwindigkeit Vm läßt sich aus der Frequenz fD = —~ errechnen:
fD Co
35
ν — _ _
vm-2-T7
Darin bedeutet f die Sendefrequenz des Radargerätes, Co ist die Lichtgeschwindigkeit.
130025/000'-
- / - VPA 79 P 6 6 H BRD
3. Die Länge des einzelnen Kettengliedes errechnet sich damit:
xDm
e = -F
2 f
es
Darin bedeutet Λ. den Winkel zwischen Bahnvektor des Fahrzeuges und der Verbindungslinie Radar/Fahrzeug.
Es folgt ein Zahlenbeispiel:
10
Bei einem Frequenzabstand f der harmonischen Nebenlinien ergibt sich
1 e m
Es werden der Berechnung folgende Werte zugrundegelegt:
fs = 9,5 GHz; fDm = 328 Hz; fQ = 29,5 Hz
Co fnm fnm
2Oe = = 3,16 cm -f^ = 17,5 cm
SC C
Die Länge eines Kettengliedes beträgt somit e = 17,5 cm.
Für die Spektralanalyse ist der Einsatz eines Fast-Fourier-Analysators sinnvoll. Dabei fallen die Signale in digitaler Form an. Es ist daher zweckmäßig, die Klassifizierung eventuell automatisch mit einem besonderen Digitalprozessor durchzuführen.
7 Patentansprüche
3 Figuren

Claims (7)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Klassifizierung bewegter Ziele unter Verwendung eines Doppler-Radargerätes mit Festzeichenunterdrückung, dadurch gekennzeichnet , daß die Echosignale bewegter Ziele durch Spektralanalyse auf periodische Nebenlinien des Doppler-Frequenzspektrums untersucht werden, die durch periodische Änderung des Reflexionsverhaltens des Zieles oder von Teilen des Zieles erzeugt werden und daß die für die Klassifizierung des Zieles charakteristischen Nebenlinien eleminiert und ausgewertet werden.
2. Verfahren zur Klassifizierung bewegter Ziele nach Anspruch 1, dadurch geke.nnzeichn e t , daß die charakteristischen Nebenlinien durch Vergleich der Nebenlinien-Periode mit vorgegebenen Frequenz-Sollwerten und/oder Frequenzverhältnissen in Verbindung mit der Bestimmung des Bahnvektors des Zieles einer Grobauswertung zur Unterscheidung verschiedener Zielarten z. B. bei Luftfahrzeugen Düsen-, Propellermaschinen, Hubschrauber und in einer nachfolgenden Feinauswertung einer Einordnung in ein Typenschema jeder Zielart unterzogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die aus dem Produkt aus Drehzahl des Antriebsaggregates eines bewegten Zieles und der Anzahl der das Radarsignal reflektierenden Schaufein resultierenden Nebenlinien des Doppler-Frequenzspektrums für die Klasszifizierung ausgewertet werden»
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Klassifizierung von Kettenfahrzeugen die von den Kettengliedern in Abhängigkeit von deren Größe und Relativge-
130025/0001
ORIGINAL INSPECTED
schwindigkeit in "bezug auf das Fahrzeug verursachten spektralen Nebenlinienperioden ausgewählt und analysiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß durch die Spektralanalyse der Abstand der Kettenglieder und/oder die Größe der Kettenglieder bestimmt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektralanalyse in einem Fast-Fourier-Prozessor durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klassifizierung (Grob- und Feinauswertung) der digitalen Ausgangssignale des Fast-Fourier-Prozessors in einem Digital-Prozessor erfolgt.
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