DE3002708C2 - Puls-Doppler-Radar mit einer Einrichtung zur Festzeichenunterdrückung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pulsdopplerradar mit einer Einrichtung zur Festzeichenunterdrückung, die aus einer Verzögerungsstufe und einer Subtrahiersaufe besteht (MTI-Filter) und mit einer Nachintegralionsschaltung.

Eine derartige Anordnung in der digitalen Ausführung ist aus dem Buch M. L Skolnik, »Radar Handbook, Mc Graw-Hiil 1970. Seiten 35-10 bis 35-15« bekannt

Die eindeutige Reichweite von Radargeräten ist von der Pulsfolgefrequenz des Radarsenders abhängig. Radargeräte mit kurzer eindeutiger Reichweite erlauben hohe Pubfolgefrequenzen. Für die Entdeckung langsam bewegter Objekte, z. B. im Gefechtsfeld, wirkt sich eine hohe Pulsfolgefrequenz jedoch nachteilig auf die Entdeckungseigenschaften des Radargerätes aus, da bei einer Verwendung von MTI-Filtern zur Festzeichenunterdrückung z.B. in Gefechtsfeldradargeräten das Problem besteht, daß die auftretenden Dopplerfrequenzen extrem klein gegenüber der Mittenfrequenz des MTI-Filters sind und damit im Bereich der stark ansteigenden Filterdämpfung liegen. Daraus folgt, daß ein großer Teil der zu entdeckenden Objekte vom MTI-Filter unterdrückt wird. Bei bekannten Gefechtsfeld-Radargeräten wird daher im allgemeinen die Pulsfolgefrequenz wesentlich niedriger gewählt

Bei Radargeräten mit stark begrenzter Spitzenleistung, z.B. bei Halbleiter-Sendern im mm—Wellenbereich, bedeutet eine Verringerung der Pulsfolgefrequenz eine Verringerung der mittleren Sendeleistung und damit eine Verschlechterung des Entdeckungsverhaltens, solange die Pulslänge des Einzelimpulses nicht verlängert wird. Bei einer Forderung nach einer hohen Entfernungsauflösung, wie sie z. B. bei Gefechtsfeldradargeräten gegeben ist, kann die Pulslänge aber nur verlängert werden, wenn durch Anwendung von Pulskompression das Auflösungsvermögen erhalten bleibt Pulskompression, insbesondere mit unterschiedlichen Pulskompressionsfaktoren, führt jedoch zu einem hohen Empfängeraufwand und ist deshalb für hochmobile, leichte Radargeräte wie z. B. Gefechtsfeldradargeräte ungünstig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Puls-Doppler-Radargerät der eingangs genannten Art die Entdeckungseigenschaften einfacher und leicht transportierbarer Geräte zu optimieren und gleichzeitig den Empfängeraufwand zu vermindern. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die MTI-Filter-Mittenfrequenz durch die Ausbildung der Verzögerungsstufe als analoger oder digitaler Zwischenspeicher mit einem Speichervermögen für die Echosignale von 2 η Radarsendeimpulsen, dessen Verzögerungszeit ein ganzzahliges Vielfaches η ■ Γ mit π > 1 der Periodendauer T des Radarsenders beträgt und durch Subtraktion der mit dem /7-fachen Sendeimpulsabstand im Zwischenspeicher vorliegenden Echosignale in der nachgeschalteten Subtrahierstufe auf den η-ten Teil der der tatsächlichen Sendeimpulsfolge entsprechenden Filtermittenfrequenz reduziert ist

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung vermindert sich die wirksame Pulsfolgefrequenz für das MTI-Filter auf einen Wert \l(n · T), wobei Tdie Periode der Radar-Sende-Pulsfolgefrequenz darstellt Diese Reduktion der MTI-Filter-Mittenfrequenz führt zu einer

Verschiebung des zu betrachtenden Objekt-Dopplerfrequenzbereiches zur Mitte der MTI-Filter-Durchlaßkurve und bewirkt damit eine Erhöhung der Entdeckungswahrscheinlichkeit.

Bei fester Sendepulsfolgefrequenz können also durch Änderung der effektiven MTI-Filter-Mittenfrequenz wahlweise bestimmte Zielgeschwindigkeitsbereiche in die MTI-Filtermitte geschoben werden, um damit optimale Entdeckungsbedingungen herzustellen.

Die erfmdungsgemäße Anordnung erlaubt also auch bei sehr kurzen eindeutigen Reichweiten den Betrieb des Radars mit den diesen Reichweiten entsprechenden hohen Sendepulsfolgefrequenzen, ohne daß die genannten Nachteile eintreten.

Umgekehrt kann die erfindungsgemäße Anordnung auch dazu benutzt werden, um die MTI-Filtermittenfrequenz bei einem durch eine Änderung des eindeutigen Entfernungsbereiches bedingten Wechsel der Sendepulsfolgefrequenz konstant zu halten.

Nachdem die Verarbeitung im MTI-Filter Signale nur im zeitlichen Abstand von π · /"erfordert, kann die hohe Sendepulsfolgefrequenz gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zur Nachintegration und damit zu einer weiteren Erhöhung der Entdeckungswahrscheinlichkeit genutzt werden. 2s

Wählt man unterschiedliche Sendefrequenzen für die einzelnen zur MTI-Filterung verwendeten Pulspaare, so erhöht sich wegen der veränderten Zielfluktuation die Entdeckungswahrscheinlichkeit noch weiter.

Für niedrige Pulszahlen ist die erfindungsgemäße Anordnung mit inkohärenter Nachintegration einem Verfahren mit niedriger Pulsfolgefrequenz und kohärenter Signalintegration durch Pulskompression bei gleicher mittlerer Sendeleistung und Ziel-Beleuchtungsdauer im Hinblick auf die Entdeckungswahrscheinlichkeit überlegen.

Natürlich kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung ebenso wie bei konventionellen Radargeräten die Anzahl der nachintegrierten Impulse noch erhöht werden, wenn die Antennenverweilzeit erhöht wird.

Bei Radargeräten mit extrem hoher Entfernungsauflösung, die Zielechos aus dem gesamten Entfernungsbereich verarbeiten sollen, z. B. im Suchbetrieb, erfordert die Verarbeitung aller Entfernungstore für jeden Sendeimpuls eine sehr hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit und damit einen hohen Empfängeraufwand. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit kann dadurch gesenkt werden, daß mit jedem Sendeimpuls nur eine begrenzte Anzahl von Entfernungstoren abgearbeitet wird. Dadurch erhöht sich zwar die erforderliche so Antennenverweilzeit; die verringerte Datenerneue-, rungsrate kann jedoch bei Radargeräten zur Ortung langsam bewegter Objekte wie z. B. Gefechtsfeldradargeräte in Kauf genommen werden. Diese Signalaufbereitung führt zu einer sequentiellen Verarbeitung von Entfernungstorblöcken, die aus mehreren Entfernungstoren gebildet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die sequentielle Entfernungstorblock-Verarbeitung und die hohe Sendepulsfolgefrequenz hier dafür genutzt werden, um zwischen den für eine Gewinnung der für eine MTI-Filterung mit n-fach niedrigerer effektiver Pulsfolgefrequenz erforderlichen zwei Echosignalen eines Entfernungstorblockes, die Echosignale (Ti-I) anderer Entfernungstorblöcke zu verarbeiten.

Gegenüber einem konventionellen Radargerät mit reduzierter Sendepulsfolgefrequenz verringert sich damit die erforderliche Antennenverweilzeit bzw. erhöht sich die Datenerneuerungsrate um einen Faktor

Die hohe Sendepulsfolgefrequenz kann aber mit der erfindungsgemäßen Anordnung auch hier, wie bereits beschrieben, anstatt zur Verringerung der Antennenverweilzeit zur Nachintegration und damit zur Erhöhung der Entdeckungswahrscheinlichkeit eingesetzt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es darüber hinaus möglich, die durch die Anordnung gegenüber konventionellen Radaren ermöglichte 77-fach höhere Anzahl der Sendeimpulse pro Zeiteinheit zu einer Ar-fachen Verringerung der Antennenverweilzeit und zu einer Nachintegration über m Pulse zu verwenden, wobei nur k und m ganzzahlig und größer gleich 1 und das Produkt von kund m gleich π sein muß.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den F i g. 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 gesamtes Blockschaltbild eines 35 GHz PuIs-Doppler-Radargerätes,

Fig.2 Teilbiockschaltbild des Signalverarbeitungsteils,

F i g. 3 die Reduzierung der Filtermittenfrequenz um einen Faktor /1,

F i g. 4 die schematische Darstellung eines Raumspaltenteiles Rs,

Fig.5 die Blockgruppenbildung für verschiedene Pulsfolgefrequenzen,

F i g. 6 die schematische Darstellung der Organisation eines MTI-Filterspeichers.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf den Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Gefechtsfeldradar, bei dem die Entfernungstore in jeder Antennenrichtung sequentiell in Entfernungstorblöcken abgearbeitet werden und bei dem die erfindungsgemäße Anordnung dazu benutzt wird, um

1. die gewünschte MTI-Filter-Mittenfrequenz einzustellen,

2. bei Veränderung der Sendepulsfolgefrequenz die MTI-Filter-Mittenfrequenz konstant zu halten,

3. wahlweise — abhängig von Verhältnis Sendepulsfolgefrequenz zur MTI-Filter-Mittenfrequenz — eine gewünschte Kombination zwischen Nachintegration und Reduktion der Antennenverweilzeit einzustellen.

Speziell wird beschrieben, wie die MTI-Filtermittenfrequenz bei Veränderung der Sendepulsfolgefrequenz konstant gehalten wird, wobei wegen gegebener Antennenverweilzeit eine Nachintegration über m größer η MTI-gefilterte Echosignale durchgeführt wird.

Aus dem Gesamtblockschaltbild (Fig. 1) eines PuIs-Doppler-Radargerätes ist die Zuordnung von Antenne 1, Drehstand 2 und Hochfrequer.zteil 3 zum Gesamtsystem ersichtlich.

An den Hochfrequenzteil wird vom Signalverarbeitungssystem in einem durch die eingestellte Pulsfolgefrec'ienz bestimmten zeitlichen Abstand von z. B. 16 us = 62,5 kHz ein Triggerpuls geliefert Von diesem Puls getriggert wird dort ein Sendepuls von ca. 30 ns Dauer erzeugt. Empfangene Echosignale werden phasenrichtig in eine Zwischenfrequenzlage umgesetzt. Von jedem Echosignal dieses kohärenten Radars wird

- dann ein bipolarer sin- und cos-Videopuls an den Signalverarbeitungsteil 4 gegeben. Außerdem wird vom Antennendrehstand 2 die jeweilige Positionsadresse der Antenne 1 an den Signalverarbeitungsteil 4 geliefert

Der für die Erfindung wesentliche Ausschnitt aus dem s Signalverarbeitungsteil wird in Fig.2 als Blockschaltbild dargestellt. Der Signalfluß durch dieses Blockschaltbild wird im folgenden kurz beschrieben.

Während die Antenne 1 in eine Positionsrichtung (Antennenverweilzeit U) sieht, werden vom Hochfrc- to quenzteil 3 (Fig. 1) laufend die Videosignale der empfangenen Echowerte geliefert Am Eingang des Signalverarbeitungsteils (F i g. 2) befinden sich »Sample and Hold«-Bausteine 21, die von jedem Radar-Sendepuls z. B. 8 hintereinanderliegende Echowerte (Entferungstore) im zeitlichen Abstand von 30 ns analog speichern. Jedes der 8 analog gespeicherten Signale wird linear verstärkt und in ein Digitalwort z. B. 8 Bit Länge umgesetzt Die parallel an den Digitalwandlerausgängen anliegenden Signale werden durch einen Multiplexer MUX 23 zur weiteren Verarbeitung wortweise sequentiell an ein MTI-Filter 24 angelegt

Das MTI-Filter enthält einen Speicher 24a mit wahlfreiem Zugriff. In den Speicher (F i g. 6) werden die digitalisierten Echowerte von 8 η Sendepulsen eingeschrieben. Die von jedem Sendepuls abgespeicherten 8 Echowerte (Entfernungstore) werden als Entfernungsblock (F i g. A) bezeichnet Mehrere Blöcke werden im MTI-Filterspeicher als Blockgruppe abgespeichert Die Anzahl der Blöcke, die zu einer Blockgruppe zusammengefaßt werden, wird entsprechend der eingestellten Pulsfolgefrequenz und der gewünschten MTI-Filtermittenfrequenz gewählt (Fig. 5).

Für z. B. eine Pulsfolgefrequenz von 62,5 kHz und einer gewünschten MTI-Filtermittenfrequenz von 15,625 kHz werden 4 Blöcke zu einer Blockgruppe zusammengefaßt (Fig.4 und 5). Dabei werden nach Abspeicherung einer Blockgruppe, d. h. nach der Zeit π · T, wieder die Echowerte aus den gleichen Entfernungstoren (2. Durchlauf, Fig.6) wie bei Beginn der Abspeicherung dieser Blockgruppe empfangenen, in einem zweiten Teil B des MTI-Filterspeicher (F i g. 6) abgespeichert und von den aus einem Teil A des Speichers ausgelesenen Entfernungstoren abgezogen (MTI-Filter 24ftin F ig. 2).

In Fig.6 ist die Organisation eines MTI-Speichers (24a,J schematisch dargestellt Der Speicher besteht aus zwei Teilen A und B mit z. B. Speicherplätze für je 8 Entfernungsblöcke, von denen jeder Block 8 Entfernungstore als Echowerte von jedem Sendeimpuls aufnehmen kann. Bei einer Reduzierung der MTI-Filtermittenfrequenz, z. B. um den Faktor 4, werden nach der Abspeicherung des 4. Entfernungstorblockes die Echowerte (Entferungstore) des 5. Sendeimpulses, die aus dem gleichen Raumelement bzw. Entfernungstor kommen, wie die vom 1. Sendeimpuls in den Teil 5 des Speichers 24a eingegeben.

Zum MTI-Filter 24 gehört außerdem noch ein Betragsbildner 24c; der von negativen Zahlenwerten den Betrag bildet

Entsprechend der einstellbaren Integrationszahl werden in einem nachfolgenden Integrator 25 mehrere Signale (m) aufaddiert bevor auf die nächste Blockgruppe geschaltet wird. Dabei ist die Anzahl m durch die Zahl der zu verarbeitenden Entfernungstore einer Raumrichtung (Rs), der Antennenverweilzeit U in dieser Raumrichtung und durch die Sendepulsfolgefrequenz begrenzt.

Dazu sind im Integrator Speicher mit wahlfreiem Zugriff, in dem die Signale jeweils zwischen den Integrationsschritten gespeichert werden, vorhanden. Nach der Integration folgt eine Mittelwertbildung in einem Mittelwertbildner 26, der die aufaddierten Signale durch die eingestellte Integrationszahl dividiert Damit steht der MTI-gefilterte und gegebenenfalls nachintegrierte und gemittelte Wert zur weiteren konventionellen Verarbeitung zur Verfugung.

Die zu einer Verschiebung des zu betrachtenden Dopplerfrequenzbereiches führende Reduktion der MTI-Filter-Mittenfrequenz ist in F i g. 3 dargestellt Die Signalamplitude eines bewegten Objektes wird danach statt eines Wertes A den höheren, zur Mitte der MTI-Filter-Durchlaß-Kurve verschobenen Wert B am Ausgang des MTI-Filters besitzen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Pulsdopplcrradar mit einer Einrichtung zur Festzeichenunterdrückung, die aus einer Verzögerungsstufe und einer Subtrahierstufe besteht (MTI-Filter) und mit einer Nachintegrationsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die MTI-FiI-ter-Mittenfrequenz durch die Ausbildung der Verzögerungsstufe als analoger oder digitaler Zwi- to Seitenspeicher (24*,) mit einem Speichervermögen für die Echosignale von 2ji Radarsendeimpulsen, dessen Verzögerungszeit ein ganzzahiiges Vielfaches a · T mit π > 1 der Periodendauer T des Radarsenders beträgt und durch Subtraktion der mit dem η-fachen Sendeimpulsabstand im Zwischenspeicher (24eJ vorliegenden Echosignale in der nachgeschalteten Subtrahierstufe (24b) auf den η-ten Teil der der tatsächlichen Sendeimpulsfolge entsprechenden Filtermittenfrequenz reduziert ist

2. Pulsdopplerradar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit des Zwischenspeichers (24«; und damit die MTI-Filter-Mittenfrequenz veränderbar ist (wahlweiser Zugriff).

3. Pulsdopplerradar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von einer Änderung der Pulsfolgefrequenz des Radarsenders die MTI-Filter-Mittenfrequenz beibehalten wird.

4. Pulsdopplerradar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von den durch Subtraktion der Echowerte, die einen zeitlichen Abstand gleich dem η-fachen des Sendeimpulsabstandes aufweisen, gewonnenen Anzahl

η MTI-gefilterten Echosignale der Mittelwert gebildet wird.

5. Pulsdopplerradar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ,gekennzeichnet, daß bei einer sequentiellen Verarbeitung von Entfernungstorblöcken einer Antennenrichtung zwischen den für die Gewinnung der für eine MTI-Filterung mit η-fach niedrigerer Pulsfolgefrequenz erforderlichen zwei Echosignalen eines Entfernungstorblocks die Echosignale von (n— \) anderen Entfernungstorblöcken verarbeitet werden.

6. Pulsdopplerradar nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer sequentiellen Verarbeitung von Entfernungstorblöcken einer Antennenrichtung zwischen der Gewinnung der für eine MTI-Filterung mit η-fach niedrigerer effektiver Pulsfolgefrequenz erfprderlichen zwei Echosignale eines Entfernungstorblocks (n — 1) Echosignale desselben Entfernungstorblocks gewonnen werden und nach MTI-Filterung der Mittelwert über alle η Werte gebildet wird.

7. Pulsdopplerradar nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer sequentiellen Verarbeitung von Entfernungstorblöcken einer Antenneneinrichtung zwisehen der Gewinnung der für eine MTI-Filterung mit η-fach niedrigerer effektiver Pulsfolgefrequenz erforderlichen zwei Echosignale eines Entfernungstorblocks (m — 1) weitere Echosignale des gleichen Entfernungstorblocks und m Echosignale von (k — \) anderen Entfernungstorblöcken gewonnen werden, wobei das Produkt von k und m gleich η ist, und daß jeweils über die m MTI-gefilterten Werte der * Entfernungstorblöcke der Mittelwert gebildet wird.