DE3041459A1

DE3041459A1 - Mti-filter in a tracking radar receiver

Info

Publication number: DE3041459A1
Application number: DE803041459A
Authority: DE
Inventors: L Josefsson; K Oderland; J Winnberg
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1979-04-25
Filing date: 1980-04-23
Publication date: 1982-02-18
Also published as: IT1148797B; NL189625C; IT8021627A0; US4385298A; FR2455289B1; JPS56500427A; NL189625B; WO1980002327A1; JPH0131154B2; SE7903654L; GB2072989A; FR2455289A1; GB2072989B; NL8020159A; DE3041459C2; CH651937A5; SE417138B

Description

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MTI-FILTER IN EINEM VERFOLGUNGSRADAREMPFÄNGER

GEGENSTAND DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein MTI-Filter, enthalten in dem Empfänger eines Verfolgungsradars, gemäß der Einleitung bzw^ dem Oberbegriff des Anspruches 1 zur Unterdrückung von Störflecken, wenn Echoimpulse von einem Ziel, das absichtlich durch das Radar verfolgt wird, empfangen werden.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

In der schwedischen Patentanmeldung 7903653-9 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung bei einem Verfolgungsradar beschrieben zum Aussenden vom Radarimpulsen, deren Trägerfrequenz von einem gesendeten Impuls zum nächstfolgenden variiert, wobei eine Anzahl M solcher Impulse eine Folge von Impulsen bildet mit einer Zeitdauer 1/f^^^, wobei f_ünT, mit Bezug auf den Ziel-

r Kr r Kr

abstand R eine gewählte Größe ist. Die Impulsfolgen werden eine nach der anderen gesendet, die Anzahl M der Trägerfrequenzen und die Ordnung derselben sind gleich von einer Folge zur nächstfolgenden, was vorsieht, daß der Zielabstand nicht einen gewissen Wert Rk, d.h. R-Rk, übersteigt. Wenn der Zielabstand R größer wird als Rk, wird ein neuer (und kleinerer) Wert der Frequenz f_pRP ausgewählt, so daß man kontinuierlich eine eindeutige Anzeige des Zielabstandes erhält.

Es ist bereits bei einem Puls-Doppler-Radar bekannt, Störflecke, d.h. Störechos von beispielsweise Boden, Meer oder Niederschlag, durch das Vorsehen sogenannter MTI-Filter (Bewegungszielanzeige) zu unterdrücken, wie beispielsweise der US-Patent-

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schrift 3 786 509 entnommen werden kann. Solch ein Filter besteht aus einem oder mehreren Verzögerungsgliedern, jedes mit einer Verzögerung 1/f_pRT?, wobei fp_Rp ^^e Impulsfolgefrequenz des Radars ist, die Signale der Verzögerungsglieder werden abgegriffen und addiert zur Bildung eines Ausgangssignals, welches das gefilterte Eingangssignal bildet. Solche Filter zeigen eine periodische Filtercharakteristik mit einem Durchlaßbereich zwischen den sogenannten Blindgeschwindigkeiten, d.h. für die Geschwindigkeiten, für die man eine gewisse Unterdrükkung erhält neben der gewünschten Unterdrückung der Störflecke. Die Blindgeschwindigkeiten koinzidieren dann mit den Geschwindigkeiten, deren resultierende Vielfache der Dopplerfrequenz die Impulsfolgefrequenz f_pRF bilden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Hauptanliegen eines Verfolgungsradars, in der Lage zu sein, das MTI-Filtern und die Frequenzänderung von Impuls zu Impuls zu kombinieren gemäß dem Verfahren, das in der oben erwähnten schwedischen Patentanmeldungsschrift beschrieben ist. Durch ein Filter gemäß der vorliegenden Erfindung, angewendet in einem Suchradar der in der Einleitung erwähnten Art, kann die Kombination einer MTI-Funktion mit solch einer Frequenzänderung erreicht werden. Weiterhin kann die Filterantwort, d.h. die Filterverstärkung als eine Funktion der Dopplerfrequenz der empfangenen Zielechos, angepaßt werden an die Geschwindigkeit des verfolgten Zieles, dadurch, daß die Filterantwort periodisch wird mit einer Periode, die korrespondiert zu der Frequenzfolgefrequenz fptvp der gesendeten Folge von Radarimpulsen und nicht zu der Impulsfolgefrequenz f_pRF des Radars.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine MTI-Funktion für ein Verfolgungsradar zu schaffen, in der die Trägerfrequenz der gesendeten Radarimpulse sich von einem Impuls zum anderen ändert, aber in der die gleiche Trägerfrequenz von einer Impulsfolge zur anderen zurückkehrt; ein Filtern der ankommenden

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Störechos wird zur gleichen Zeit erreicht wie die Ansprechempfindlichkeit, wenn das Empfangen des Zielechos optimiert wird. Die Erfindung ist dann dadurch gekennzeichnet, wie es sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ergibt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird näher beschrieben mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnen, in denen

Figur 1 ein Blockdiagramm des Sender-Empfängerteiles eines Verfolgungsradars zeigt;

Figur 2 ein Blockdiagramm eines im Empfängerteil enthaltenen MTI-Filters gemäß Figur 1 zeigt;

Figur 3 eine Darstellung der Filtercharakteristik gemäß der Erfindung zeigt,

Figur 4 genau die Anordnung gewisser Blocks in dem Diagramm gemäß Figur 1 zeigt.

BEVORZUGTE AÜSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Sender-Empfängereinheiten eines Verfolgungsradars, die das in der Einleitung erwähnte Verfahren benutzen, sind in Figur 1 dargestellt. An die Radarantenne A ist ein Duplexer SM angeschlossen zum abwechselnden Aussenden von Radarimpulsen der Sendereinheit S mit der Frequenz m . f \? + f_M-p/ wobei m . f V die Trägerfrequenz der Radarimpulse bezeichnet mit ( v> = const., m = 1, 2, .. M) und f_Mp ist eine ausgewählte Zwischenfrequenz. Eine Steuereinheit SE ist an die Sendereinheit S angeschlossen, um Informationen zu geben über die ausgewählte Anzahl von Trägerfrequenzen M in einer Folge von Impulsen m . f*. Die Empfängerseite weist einen an den Ausgang des Duplexers SM angeschlossenen Mischer BL auf, ein Phasendetektor FD ist an den Ausgang des Mischers angeschlossen, ein Analog-Digital-Wandler AD ist an den Ausgang des Phasendetektors FD angeschlossen, und ein MTI-Filter F gemäß der Erfindung ist an den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers angeschlossen. Außerdem gibt

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es eine an den Ausgang des Filters F angeschlossene Signalverarbeitungseinheit SB, die aus den ankommenden und gefilterten Zielechoimpulsen den Zielabstand R und die Zielgeschwindigkeit ν = dR/dt errechnet. Der Mischer BL ist an die Sendereinheit S angeschlossen, um Signale mit der Frequenz k . fν zu empfangen, mit k = 1, 2, .., M, d.h. Signale mit der gleichen Trägerfrequenz wie die Sendesignale, aber in der Ordnung, die zu der Trägerfrequenz der empfangenen und von dem Duplexer gelieferten Echoimpulse korrespondiert. Index m und k unterscheiden sich dann um einen Faktor m - k = k , der zu einem gewissen Zielabstand R korrespondiert. Die Frequenzen m . f v> + f_MF werden von der Sendereinheit S mit einer Impulsfolgefrequenz f_pRF gesendet, die gleich ist der Radar PRF und während eines gewissen Impul-s interval les T, während die Frequenzen k . fv> zu dem Mischer BL während eines Zeitintervalles zwischen zwei Sendeimpulsen gesendet wird, dem sogenannten Abhörintervall. Das empfangene Echosignal von dem Ausgang des Mischers besitzt die Frequenz f_Mp + fd, wobei fd den Dopplerschift anzeigt. Der Phasendetektor liefert eine Phasenerfassung bzw. ein Referenzsignal f»^/ ein bipolares Videosignal, bestimmt durch den Dopplerschift fd, wird über dem Ausgang des Phasendetektors empfangen. Nach der Analog-Digital-Umwandlung im Wandler AD wird ein Filtern in dem Filter F ausgeführt zur Eliminierung der Störflecke und in der Einheit SB wird eine Berechnung von Zielabstand und Geschwindigkeit durchgeführt, wobei die zu diesen Größen korrespondierenden Signale an die Steuereinheit SE geliefert werden.

Das MTI-Filter gemäß der Erfindung wird nun mit Bezug auf Figur 2 ausführlicher beschrieben. Das Filter weist eine Anzahl N von Verzögerungsgliedern DL1, ..., DLN, beispielsweise Digitalschieberegister, die kaskadenförmig verbunden sind, auf. Jedes Schieberegister weist einen getakteten Eingang auf, der mit einem gemeinsamen Taktgeber CL, welcher Taktsignale in Form kurzer Impulse mit der Folgefrequenz f_pRF liefert, verbunden ist. Die Taktimpulse sind zusätzlich in bekannter Weise mit den Sendeimpulsen der Sendeeinheit S synchronisiert. Ein Differenzier-

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t-

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gerät SK ist mit einem Eingang (-) an den Eingang des ersten Registers DL1 und mit seinem zweiten Eingang (+) an den Ausgang einer steuerbaren Schaltvorrichtung VX , einem sogenannten Datenaustausch, angeschlossen. Die Schaltvorrichtung VX weist N Eingänge auf, die mit den Ausgängen aller Register verbunden sind und hat die Aufgabe, den Ausgang eines bestimmten Registers DLM an den Eingang (+) des Differenziergerätes SK in Abhängigkeit von der gewählten Anzahl der Trägerfrequenzen M anzuschliessen. Die Schaltvorrichtung wird daher von der Steuereinheit SE gesteuert, die ein Informationssignal liefert, welches den gewählten Wert von M anzeigt. Wenn beispielsweise 10 verschiedene Trägerfrequenzen M = 10 ausgewählt worden sind, sollte, der Ausgang 'des zehnten Verzögerungsgliedes (Schieberegister Nr. 10) über die Schaltvorrichtung VX an den zweiten Eingang (+) des Differenziergerätes angeschlossen sein. Das MTI-Filter gemäß Figur 2 besteht daher aus einem einfachen vorwärtsgeschalteten Digitalfilter mit einer Verzögerung in einer Signalrichtung, die gleich ist 1/f_FRF.

Figur 3 asigt ein Diagramm der Filterverstärkung als eine Funktion der Dopplerfrequenz fd der ankommenden Zielechosignale. Da der Dopplerschift fd von der Trägerfrequenz m . fy der gesendeten Impulse abhängt und da die Frequenz m . f P sich von einem Impuls zum andern ändert, beginnt man mit der Bestimmung einer geeigneten Frequenzfolgefrequenz f_FRF von einem Mittelwert m . fp der Trägerfrequenz für eine bestimmte gesendete Impulsfolge, d.h.

m . fi> =1 (fo + 2 fi> + ... + Mf i>) , wobei f t> , 2 f J , ..., Mf ν Trägerfrequenzen der wirklich gesendeten Impulsfolgen sind.

Das MTI-Filter gemäß Figur 2 weist ein Verstärkungsmaximum auf

^C'^fFRF

bei den Geschwindigkeiten ν = ·- ξ—- (η + 1/2), η = 0, 1, 2,

η /m . ι ι>

wobei m . fv die ausgewählte mittlere Frequenz (bekannt) ist. Die Frequenz f_FRF sollte daher ausgewählt werden gemäß

f = 2m . ft) ^Vm/ * ( ) bei einer gewissen radialen

ο c ¹¹^y₁VZOOU

Zielgeschwindigkeit ν und einer mittleren Trägerfrequenz m . fν. Um die größtmögliche Sperrbandbreite zu erreichen, muß der höchstmögliche Wert von f-c-n-n ausgewählt werden. In der Darstellung

r Kr

gemäß Figur 3 zeigt die voll ausgezogene Linie die Charakteristik des MTI-Filters für einen gewissen bestimmten Wert der Zielgeschwindigkeit ν und der Frequenzfolgefrequenz f _R . Die Filtercharakteristik kann in bekannter Weise verändert werden durch die kaskadenförmige Verbindung einiger Filter, von denen jedes eine Anordnung aufweist, wie in Figur 2 dargestellt, wobei man einen steileren übergang zwischen dem Durchlaß- und Sperrbereich erhalten kann.

Die Signalverarbeitung im Empfängerteil und im MTI-Filter setzt den kohärenten Nachweis der ankommenden Echosignale voraus, d.h. Phasengleichheit zwischen den Trägerfrequenzsignalen der Sendeimpulse und den im Empfangsteil erzeugten Signalen. Dies kann ausgeführt werden wie es sich zeigt im Blockdiagramm gemäß Figur 4, die den Senderteil S genauer darstellt. Ein Kristall CR erzeugt ein gewisses ausgewähltes hochfrequentes Signal mit der Frequenz fy, z.B..100 MHz. Der Kristall CR ist an einen steuerbaren kohärenten Frequenzvervielfacher FM angeschlossen, beispielsweise an einen VCO (spannungsgesteuerter Oszillator) zur Erzeugung der M gepulsten Signale mit den Trägerfrequenzen rn . fi> (m = 1 , 2, ...,M) zu einem Mischer B2 und die M Signale mit den Trägerfrequenzen k . fv , die während jedes Abhörintervalles zu dem Mischer B1 gesendet werden. Der Frequenzvervielfacher wird so von der Steuereinheit SE gesteuert, daß die Frequenz des von dem Kristall CR erhaltenen Signales multipliziert wird mit ausgewählten Faktoren 1, 2, ..., M. Der Vervielfacher weist außerdem eine Phasenregelschleife auf, die die Steuerung der Phasenbeziehung eines Signals mit der Frequenz m . fv so ausführt, daß die Lage die gleiche sein wird, immer dann wenn der Vervielfacher an diese Frequenz gekoppelt ist.

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Gemäß Figur 1 errechnet die Signalverarbeitungseinheit den Zielabstand R und die Zielgeschwindigkeit ν beispielsweise durch Bildung der Differenz zweier aufeinanderfolgender Zielabstandswerte. Die korrespondierenden Signale werden zu der Steuereinheit SE geliefert, welche einen Wert der Frequenzfolgefrequenz ^fFRF ^errechnet gemäß der Relation f_pRF = 2f*> /_c . ^_m/_n+^/₂ ^und

für ein gewisses η (z.B. η = 1). Der errechnete Wert für .£__„

c Kr

sollte gleichzeitig die in der Einleitung erwähnten Beziehungen (1), (2) und (3) der schwedischen Patentanmeldungsschrift 7903653-9 erfüllen. Falls diese Bedingungen dann nicht erfüllt werden können, so wird der nächstniedrigere Wert von f_FRF ausgewählt (d.h. für η = 2, 3 usw. gemäß dem Beispiel), bis die Bedingungen erfüllt sind. Als ein Ergebnis erhält man einen gewissen Wert für die Anzahl M der Trägerfrequenzen m . f\>, k . fy> und die Steuereinheit liefert Signale mit M Spannungspegeln gleichzeitig mit der gewählten Impulsfolgefrequenz f_pRF· Die M Spannungspegel werden durch den steuerbaren kohärenten Frequenzvervielfacher FM empfangen, und eine grobe Abstimmung zu den gewählten Frequenzen M wird ausgeführt. Danach wird eine Feineinstellung der Frequenz der vervielfältigten Signale durchgeführt zur Erlangung der Phasengleichheit von einem vervielfältigten Signal zu dem nächstfolgenden usw., wie oben beschrieben.

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Claims

Patentanspruch:

Ein MTI-Filter, enthalten in der Empfänger-Einheit eines Verfolgungsradars, dessen Sende-Einheit Impulse mit einer gewissen Impulsfolgefrequenz fp-n-p. ^un<^ ^m^ gegenseitig unterschiedlicher Trägerfrequenz in fortlaufender Weise sendet, wobei jede Folge M gegenseitig unterschiedliche Trägerfrequenzen enthält und wobei jede Folge von Impulsen periodisch wiederholt wird mit einer gewissen Frequenzfolgefrequenz f-p-p-p -*-ⁿ Abhängigkeit von dem Abstand R des Zieles, welches absichtlich durch das Radar verfolgt wird; einem Mischer (B) und einen Empfangsoszillator (LO), die vorgesehen sind zum Empfangen der von dem Ziel reflektierten Echoimpulse und zum kohärenten Nachweis zu jedem Zeitpunkt der empfangenen Frequenz der Echoimpulse,

gekennzeichnet durch wenigstens ein Digitalfilter, das sogenannte MTI-Filter (F), das über einen Analog-Digital-Wandler (AD) an den Mischer (B) angeschlossen ist, das aus einer Anzahl von in Reihe geschalteten Verzögerungsgliedern (DL1-DLN) besteht, von denen jedes eine Verzögerung 1/f _ aufweist und beim Senden zu einer Anzahl (N)

rKr

verfügbarer Trägerfrequenzen (f₁, f_?, ..., fN) korrespondiert, wobei der Eingang des Filters direkt an eine steuerbare Schaltungsvorrichtung (VX) angeschlossen ist zur Verbindung des Ausganges des Verzögerungsgliedes M (DLM) mit dem zweiten Ausgang des Differenziergerätes in Abhängigkeit von der ausgewählten Anzahl (M) der Frequenzen in einer Impulsfolge.

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