DE3127065A1

DE3127065A1 - Verfahren zur unterdrueckung von stoerechos bei radaranlagen und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3127065A1
Application number: DE19813127065
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl.-Ing. 7900 Ulm Heun; Albert 7907 Niederstotzingen Schondelmaier; Reinhard Ing.(grad.) 7914 Pfaffenhofen Schätzthauer; Siegfried Dipl.-Ing. 7913 Senden Vogel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-07-09
Filing date: 1981-07-09
Publication date: 1983-01-27
Also published as: DE3127065C2

Description

Verfahren zur Unterdrückung von Störechos bei Radar-
anlagen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von Störechos bei Radaranlagen. Während Störechos von Festzielen im Uberwachungsbereich eines Radars durch selektive Unterdrückung dieser Echos, deren zeitliches Eintreffen im voraus bekannt ist, zuverlEssig unterdrückt werden können, erfordert die Unterdrückung von statistisch verteilten Störechos, wie sie insbesondere bei der Radarüberwachung von Wasseroberflächen, wie z. B. Seegebieten auftreten, Maßnahmen, welche die statistische Natur dieser Störechos berücksichtigen bzw.
ausnutzen. Hierbei sind vor allem die Schwellwertsetzungt Mittelwertbildung und die Korrelation der Echos aus mehreren Umläufen von Bedeutung.
Bei der Überwachung von Wasseroberflächen kommt als besonderes Problem hinzu, daß in verschiedenen Entfernungsbereichen des Radars die Störechos unterschiedliche Erscheinungsformen zeigen.
Im Nahbereich kann weitgehend homogener Clutter angenommen werden. Der Clutter unterliegt einer bestimmten Amplitudenverteilung mit einer entsprechenden Standardabweichung. Durch eine rekursive Umlaufintegration werden die einzelnen Clutteramplituden stark nivelliert, d. h.
die Standardabweichung vom Mittelwert der Amplitudenverteilung wird geringer. Damit ist zwangsläufig eine Abnahme der Anzahl der Amplituden verbunden, die eine Schwelle überschreiten würden, welche aufgrund der Amplitudenverteilung vor der Umlaufintegration generiert worden ist.
Im Weitbereich ist dagegen der Seeclutter weniger homogen. Die Verteilung der Clutteramplituden ist dadurch charakterisiert, daß sehr viele mit kleinen Werten und weniger Echos in der Größenordnung von Echtzielen (Spiky Clutter) auftreten. Das bedeutet, daß ein kleiner Mittelwert der Clutteramplituden entsteht und damit eine zu niedrige Schwelle für den Spiky Clutter erzeugt wird, was Falschalarme zur Folge hätte.
Zur Unterdrückung der Störechos im Nahbergzch hat sich eine Glättung der Echoamplituden durch rekursive Integration aufeinanderfolgender Umläufe bewährt, die jedoch die amplitudenstarken Störechos aus dem Fernbereich nicht befriedigend unterdrückt. Besser geeignet ist im Fernbereich ein konjunktiver Vergleich aufeinanderfolgender Umläufe, d. h. eine Zielerkennung nur, wenn beispielsweise in zwei aufeinanderfolgenden Umläufen die Erkennungsschwelle überschritten wird. Diese konjunktive Verknüpfung ist wiederum zur Echounterdrückung im Nahbereich wenig geeignet, da aufgrund des zahlreichen Auftretens von Störechos im Nahbereich hierbei die Falschalarmrate unerträglich ansteigt und die nachfolgenden Auswerteeinrichtungen zu stark belastet.
Eine Umschaltung zwischen den beiden Unterdrückungsmaßnahmen beim uebergang vom Nahbereich in den Fernberiich bringt Probleme im Grenzbereich. Ein Parallelbetrieb beider Methoden ist mit erheblichem Aufwand verbunden und führt zudem zu Entscheidungskonflikten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Unterdrückung von Störechos der beschriebenen Art anzugeben, welches eine befriedigende Störechounterdrückung über alle Entfernungsbereiche des Uberwachungs gebietes bei vertretbarem Aufwand ermöglicht, sowie eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Anspruch 2 beinhaltet eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Speicherung der Amplitudenwerte zu den einzelnen Radarzellen des Uberwachungsgebiets ermöglicht die Verknüpfung neu eintreffender Daten mit Daten aus fruheren Umläufen. Wenn ein neuer Amplitudenwert An zu einer bestimmten Radarzelle von der Empfangseinrichtung festgestellt ist, wird der zu dieser Radarzelle aus dem letzten Antennenumlauf gespeicherte Amplitudenwert ANi mit dem neuen Amplitudenwert gemittelt nach der allgemein bekannten Formel n X a cm . + (1-a) ist der aus dieser Mittelwertbildung entstehende gemittelte Amplitudenwert, die Wichtungsfaktoren a bzw.
(1-a) mit a<1 können den Erfordernissen der Radarsituation und der Auswertemethode angepaßt werden. Die Kriterien hierfür sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Gleichzeitig wird der gespeicherte Amplitudenwert A AN-1 mit einem dieser Radarzelle zugeordneten Schwellwert verglichen. Die Einstellung dieses Schwellwerts ist ebenfalls bekannt und so gewählt, daß Störechos kleiner Amplitude unterdrückt werden, während Störechos mittlerer und großer Amplitude sowie Echtzielechos durchaus die Schwelle überschreiten. Beim Uberschreiten der Schwelle wird in diesem Fall auf Zielecho(im vergangenen Umlauf) erkannt. Der aus dem letzten Antennenumlauf gespeicherte Amplitudenwert X 1 wird im Speicher durch den neuen gemittelten Amplitudenwert AN überschrieben. Falls der Schwellwertvergieich zur positiven Ziel echoent scheidung geführt hat, wird der gemittelte Amplitudenwert AN zudem als Echoamplitude an nachfolgende Einrichtungen zur Weit erverarbeitung abgegeben.
Durch die gewichtete Mittelwertbildung wird erreicht, daß im Nahbereich die Störechos ~ , welche die Erkennungsschwelle nur wenig überschreiten, durch Korrelation mit Echos aus den vergangenen Umläufen, welche aufgrund der statistischen Natur mit hoher Wahrscheinlichkeit unter der Schwelle lagen, als gemittelter Amplitudenwert AN die Erkennungsschwelle nicht mehr überschreiten.
Starke Echos können allein durch diese Maßnahme jedoch nicht zufriedenstellend unterdrückt werden, weshalb zusätzlich noch überprüft wird, ob der aus dem letzten Umlauf gespeicherte Amplitudenwert AN-1 die ihm zugeordnete Erkennungsschwelle überschritten hat oder nicht.
Im letzteren Fall wird der neue Amplitudenwert unabhängig von seiner Amplitude als Störecho eingestuft und nicht zur weiteren Verarbeitung abgegeben. Für den Fall, daß der gespeicherte Amplitudenwert die Schwelle überschritten hat, wird der neue gemittelte Wert AN zur weiteren Verarbeitung abgegeben und seinerseits dahingehend überprüft, ob er eine (unter Umständen an die Cluttersituation im neuen Umlauf angepaßte) Erkennungsschwelle überschreitet.
Zur Vberprüfung, ob der gespeicherte Amplitudenwert die ihm zugeordnete Schwelle überschreitet, ist es vorteilhaft, die Schwellwerte unter eindeutiger Zuordnung der Radarzellen in einem Speicher abzulegen und bei jedem neuen Umlauf durch Anpassung an die neue Echosituation zu aktualisieren.
Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist im Patentanspruch 3 beschrieben. Der Patentanspruch 4 beschreibt eine Weiterbildung dieser Anordnung. Die erfindungsgemäße Anordnung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildung noch im einzelnen erläutert und veranschaulicht.
Der von der Radarempfangseinrichtung festgestellte neue Amplitudenwert AN wird an die erfindungsgemäße Anordnung abgegeben. In einem Umlaufspeicher USP sind die zuletzt ermittelten Amplitudenwerte für die einzelnen Radarzellen aus dem Uberwachungsgebiet gespeichert. Beim Eintreffen des neuen Amplitudenwertes AN wird aus dem Umlaufspeicher USP der zur selben Radarzelle gehörige gespeicherte Wert AN-1 (aus dem letzten Antennenm1auf) auf den Leseausgang R des Umlaufspeichers gegeben. Der gespeicherte und abgerufene Wert AN-1 liegt dadurch am einen Eingang M1 eines Mittelwertbildners M an, an dessen anderem Eingang der neue Amplitudenwert M2 anliegt.
Der Mittelwertbildner verknüpft die beiden Eingangswerte M1 und M2 gegebenenfalls unter verschiedener Gewichtung, wie beschrieben, zu einem gemittelten Amplitudenwert 1N' der am Ausgang g des Mittelwertbildners abgenommen werden kann. Der gespeicherte und abgerufene Amplitudenwert AN-1 liegt des weiteren am einen Eingang K1 eines Komparators K, an dessen anderem Eingang K2 der diesem Amplitudenwert bzw. der entsprechenden Radarzelle zugeordnete Schwellwert BN 1 anliegt. Der Komparator vergleicht die an seinen Eingängen Ki bzw. K2 anliegenden Werte A bzw. B und gibt für den Fall, daß A 7 B ein Signal zur Öffnung einer Torschaltung T ab.
Der am Ausgang Mg des Mittelwertbildners M zur Verfügung stehende gemittelte Amplitudenwert AN wird zum einen auf den Schreibeingang W des Umlaufspeichers USP geführt und an der Stelle des bislang gespeicherten Wertes " eingeschrieben. Zum anderen wird der gemittelte Amplitudenwert AN auf die Torschaltung X geführt und beim Anliegen eines Toröffnungssignals vom Komparator E (falls A> B) an Einrichtungen EX zur Weiterverarbeitung abgegeben.
Die Zuordnung eines Schwellwerts zur jeweils bearbeiteten Radarzelle für den Vergleich im Komparator K sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung einen Schwellwertspeicher SS vor, den der jeweiligen Radarzelle zugeordneten Schwellwert ausliest und an den Komparator K weiterleitet. Die Speicherung der Schwellwerte kann in diesem Falle vorteilhafterweise auch zur Aktualisierung der Schwellwerte durch rekursive Integration herangezogen werden.
Eventuelle Positionsverfälschungen durch die beschriebenen Integrationsverfahren können in einem nachgeschalteten Trackrechner aus der Vergangenheitsposition korrigiert werden.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Unterdrückung von Störechos bei Radaranlagen, insbesondere zur Uberwachung von Seegebieten, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Radarzelle des Vberwachungsgebietes ein Amplitudenwert gespeichert ist, der beim Eintreffen eines neuen Amplftudenwerts zu dieser Radarzelle zum einen durch gewichtete Mittelwertbildung mit dem neuen Amplitudenwert zu einem gemittelten Amplitudenwert verarbeitet wird und zum andern mit einem dieser Radarzelle zugeordneten Schwellwert verglichen wird, daß beim Überschreiten des Schwellwerts auf ein Ziel echo erkannt wird, daß der gespeicherte Amplitudenwert durch den gemittelten Amplitudenwert ersetzt wird, und daß nur bei Erkennen auf ein Ziel echo der gemittelte Amplitudenwert an Einrichtungen zur Weiterverarbeitung abgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Radarzellen zugeordneten Schwellwerte bei jedem neuen Umlauf aktualisiert und gespeichert werden.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 mit einem Umlaufspeicher (USP) zur Speicherung der für die einzelnen Radarzellen des überwachungsgebiets ermittelten Amplituden, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: der Umlaufspeicher (USP) gibt beim Eintreffen eines neuen Amplitudenwertes aus einer Radarzelle ( ) den zu dieser Radarzelle gespeicherten Wert ( 1) auf seinen Ausgang (R), der Ausgang (R) des Umlaufspeichers ist zum einen mit einem Eingang (M1) eines Mittelwertbildners (M) und zum andern mit einem Eingang (E1) eines Schwellwertkomparators (K) verbunden, am zweiten Eingang (M2) des Mittelwertbildners liegt der neue Amplitudenwert (AN) an, während an seinem Ausgang (Mg) der gemittelte Amplitudenwert (ÃN) abgenommen werden kann, der Schwellwertkomparator (K) vergleicht den an seinem einen Eingang (K1) anliegenden Amplitudenwert (AN 1) mit einem an seinem zweiten Eingang (K2) anliegenden, der Radarzelle zugeordneten Schwellwert (BN-1) und öffnet beim Uberschreiten des Schwellwerts eine Torschaltung (T), der gemittelte Amplitudenwert ( ) wird in den Umlaufspeicher (USP) eingeschrieben und bei geöffneter Torschaltung an Einrichtungen (EX) zur weiteren Verarbeitung abgegeben.
4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Schwellwertspeicher (SS), der den der jeweiligen Radarzelle zugeordneten Schwellwert ausliest und auf den zweiten Eingang (in2) des Komparators (K) gibt.