DE2928907A1 - Verfahren zur klassifizierung bewegter ziele - Google Patents
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 7<j P g g,t 4 BRD
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
130025/0001
- 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
35
ν — _ _
vm-2-T7
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
e = -F
2 f
es
es
Darin bedeutet Λ. den Winkel zwischen Bahnvektor des
Fahrzeuges und der Verbindungslinie Radar/Fahrzeug.
Es folgt ein Zahlenbeispiel:
10
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
3 Figuren
Claims (7)
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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