DE2930937C3

DE2930937C3 - Verfahren zur Störzeichen (Clutter)- Unterdrückung bei Doppler-Lidar-Geräten

Info

Publication number: DE2930937C3
Application number: DE19792930937
Authority: DE
Inventors: Gunthard Dipl.-Phys. Dr. 8021 Taufkirchen Born
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1979-07-31
Filing date: 1979-07-31
Publication date: 1982-01-28
Also published as: DE2930937B2; DE2930937A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Störzeichen-iClutterJ-Unterdriickung bei Doppler-Lidar-Geräten.

Durch die DE-AS 22 30 823 ist beispielsweise ein Pulsdoppler-Radargerät mit Festzeichenunterdrückung bekannt geworden, das mit einem zu einem 1. Empfangszweig parallelen 2. Empfangszweig operiert, in dem eine Mischung des Bewegtzielsignals mit dem jeweiligen Festzeichensignal vorgenommen wird und die demodulierten Empfangssignale beider Empfangszweige zusammengefaßt und einer gemeinsamen Auswerteinheit zugeführt werden, wobei der 2. Empfangszweig nur dann in Tätigkeit gesetzt wird, wenn im 1. Empfangszweig eine Begrenzung der Empfangssignale vorgenommen ist. Hier handelt es sich um ein Verfahren, bei dem aufgrund des Signalpegels eine Festzeichenunterdrückung rein elektronisch vorgenommen wird. Dieses Verfahren ist nur für den Spezialfall ausgelegt, daß der Signalpegel elektronisch begrenzt wird, daher auch nur für diese Spezialfälle verwendbar.

Durch die DE-AS 24 40 742 ist eine Einrichtung zur Festzeichenunterdrückung bekannt geworden, bei der der zu überwachende Bereich in Ringsektoren unterteilt ist, die wiederum in eine Vielzahl von Zonen unterteilt werden, wobei jedem Ringsektor die Anzahl der Zonen aufsummiert sind, in denen ein Signal festgestellt wird und bei der zur Erkennung von Clutter das Ergebnis der Summierung mit benachbarten Bereichen korreliert wird. Hier muß also der Festzeichenpegel in einem Raumelement, das kein Ziel enthält, festgestellt werden. Dieser Pegel muß dann von Signalen, die man erhält, wenn man in Richtung des Zieles strahlt, abgezogen werden. Diese Methode ist aber sehr ungenau und zwar besonders in den Fällen, wo das Signal vom Ziel weit unter dem Festzeichenpegel liegt, wie dies bei dem vorliegenden Radarsystem aber meistens der Fall ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine einwandfreie Unterscheidung zwischen den Signalen die vom Ziel kommen, denen des Hintergrundes erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen in einfacher und zuverlässiger Weise gelöst. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Beschreibung abgehandelt und in den Figuren der Zeichnung grafisch dargestellt. Es zeigt

Fig. I eine schematische Darstellung einer Zielaus-

leuchtung mit periodisch wechselndem Strahlöffnungswinkel,

Fig.2 ein Diagramm zu den in Fig.! vorliegenden Verhältnissen.

Das Laser-Doppler-Lidargerät 10 wird an seinem optischen Ausgang mit einer Variooptik beispielsweise mit einem Zoomobjektiv versehen, welches den Öffnungsquerschnitt des Laserstrahls periodisch moduliert, wobei der Öffnungswinkel λ abwechselnd größer und kleiner wird. Dies ist in der F i g. 1 durch die Winkel «ι undajdargestelh.

Trifft dieser variabel modulierte Laserstrahl mit seinen sogenannten Strahlkeulen 11 und 12 ein in Zielrichtung B bewegliches Ziel 13, so variiert die Intensität des getroffenen Flächenelementes je nach dem Öffnungswinkel λ mit 1/α².

Da der Zielquerschnitt während der Bestrahlung praktisch fest bleibt, variiert damit das vom Ziel reflektierte Signal ebenfalls mit IAx² und zwar im zeitlichen Rhythmus der Modulation.

Da der Reflexionsgrad des Hintergrundes annähernd konstant ist, bleibt das von diesem Hintergrund reflektierte Signal dagegen annähernd konstant, unabhängig davon, wie der Winkel λ moduliert wird bzw. ist.

in der Fig. 2 sind die vorliegenden Verhältnisse in einem Diagramm veranschaulicht. Hierbei ist die Signalleistung /des reflektierten Signals pro Frequenzintervail f, also ///"dargestellt, wobei die Zwischenfrequenz f gleich der Frequenz des rückgestrahlten Laserlichts minus der Frequenz des Lokaloszillators ist. Diese Zwischenfrequenz /ist proportional zur Annäherungsgeschwindigkeit des Zieles in Richtung zum Laser (Doppler-Effekt).

Die Frequenz aller ruhenden Objekte — also auch des ruhenden Hintergrundes 14 - ist mit f„ bezeichnet. Hierzu ist zu erläutern, daß alle Frequenzen von sich nähernden Objekten größer als f sind und alle Frequenzen von sich entfernenden Objekten kleiner als

Der Frequenzunterschied zwischen den Signalen vom Ziel 13, von f und (_o ist mit Af bezeichnet. Dieser Frequenzunterschied Λ/" ist proportional zur Radialgeschwindigkeit V_n des Zieles gegenüber dem Hintergrund. Aufgrund von statischen Bewegungen im Hintergrund, beispielsweise von bewegten Blättern, Regentropfen, Schnee etc. ist das Signal 514, das vom Hintergrund kommt, über einen bestimmten Spektralbereich verteilt.

Der Empfänger im Laser-Doppler-Lidargerät 10 teilt das vom Ziel 13 und Hintergrund 14 zurückkommende Signal mit Hilfe einer Filterbank in eine Vielzahl von Kanälen auf, die jeweils in einem kleinen Spektralbereich empfindlich sind. In den Frequenzkanälen, die nur Festzeichensignale 514 enthalten, tritt bei der vorgenannten Modulation praktisch keine Schwankung im Signalpegel auf. Dagegen unterscheidet sich der Frequenzkanal, in dem das Zielsignal 511 und Si2 enthalten ist, dadurch, daß hier der Signalpegel im Rhythmus der Strahlaufweitung moduliert wird. Das heißt, das Signal 511, das bei einem öffnungswinkel <x, erhalten wird, zeigt einen größeren Pegel pro Frequenzintervall (I/f)ah das Signal 512, das bei einer Signalkeule 12 mit dem öffnungswinkel λ 2 resultiert.

Daraus läßt sich nun mit Hilfe bekannter Verfahren wie z. B. lock-on erkennen, daß ein Ziel 13 mit einer Radialgeschwindigkeit v_r, die der Frequenz des betreffenden Kanals entspricht, im Strahlkegel des Lasergerätes erfaßt wurde. Voraussetzung ist hierzu, daß der Strahldurchmesser der Sendekeulen 11 und 12

am Ziel größer ist als der Zieldurchmesser selbst.

Durch dieses vorbeschriebene Verfahren ist in einfachster Weise eine Störzeichenüberdrückung zur leichteren Detektierung von bewegten Zielen geschaffen worden und damit gleichzeitig eine wesentliche Reduzierung des bisherigen technischen wie auch verfahrensmäßigen Aufwandes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Störzeichen-(dutter)-Unterdrükkung bei Doppier-Lidar-Geräten, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel des Laserstrahlkegels zeitlich variiert wird, wobei der Strahldurchmesser am Ziel größer als der Zieldurclimesser sein muß, und daß die dabei auftretende Amplitudenmodulation des Zielechos zur Unterscheidung des Zieles vom — in der Amplitude konstant bleibenden — Störecho verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungswinkel des Laserstrahls mittels einer Zoomoptik am Senderausgang periodisch moduliert wird.