DE3127065C2

DE3127065C2 -

Info

Publication number: DE3127065C2
Application number: DE19813127065
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl.-Ing. 7900 Ulm De Heun; Albert 7907 Niederstotzingen De Schondelmaier; Reinhard Ing.(Grad.) 7914 Pfaffenhofen De Schaetzthauer; Siegfried Dipl.-Ing. 7913 Senden De Vogel
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-07-09
Filing date: 1981-07-09
Publication date: 1991-05-02
Also published as: DE3127065A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Unterdrückung von Seeclutter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einer Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Zur Unterdrückung von Festzielechos bei Radarsystemen ist in der DE 28 50 508 A1 unter anderem angegeben, daß für durch vorgegebene Azimut- und Entfernungsschritte begrenzte Radarzellen jeweils ein Amplitudenmittelwert gebildet und von Umlauf zu Umlauf durch rekursive Integration aktualisiert wird. Festzielclutter in einer Zelle führt zu einem hohen Wert für den rekursiv integrierten Mittelwert, so daß durch Vergleich mit einer Amplitudenschwelle bei Schwellwertüberschreitung auf Vorliegen eines Festziels entschieden werden kann. Über den rekursiv integrierten Mittelwert kann auch eine radarzellenweise Einstellung des Verstärkungsgrads im Empfänger automatisch vorgenommen werden. Ein solches Verfahren kann auch zur Unterdrückung von Seeclutter, der als Festzielechos betrachtet werden kann, verwendet werden.

Aus der DE 24 29 024 B2 ist ebenfalls eine Anordnung zur Verminderung der von Festzielen reflektierten Echos ("Clutter") bekannt, bei welcher ebenfalls die zu einer Radarzelle gehörenden Amplitudenwerte der reflektierten Signale abgespeichert und mit zugehörigen Schwellwerten zur Erkennung von Zielechos verglichen werden.

Aus der DE-AS 20 09 071 ist weiterhin ein Quantisierungsverfahren bekannt, welches zur automatischen Schwellwert-Regelung bei einem Radar-Videosignal und unter anderem auch zur Störzeichenunterdrückung verwendet wird.

Während Störechos von Festzielen im Überwachungsbereich eines Radars durch selektive Unterdrückung dieser Echos, deren zeitliches Eintreffen im voraus bekannt ist, zuverlässig 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 Schwellwertsetzung, 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 Amplitude 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 Nahbereich 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 Übergang vom Nahbereich in den Fernbereich 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 Überwachungsgebietes bei vertretbarem Aufwand ermöglicht, sowie eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine Anordnung mit den im Patentanspruch 3 angegebenen Merkmalen. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen.

Die Speicherung der Amplitudenwerte zu den einzelnen Radarzellen des Überwachungsgebiets ermöglicht die Verknüpfung neu eintreffender Daten mit Daten aus früheren Umläufen. Wenn ein neuer Amplitudenwert A_N zu einer bestimmten Radarzelle von der Empfangseinrichtung festgestellt ist, wird der zu dieser Radarzelle aus dem letzten Antennenumlauf gespeicherte Amplitudenwert _N-1 mit dem neuen Amplitudenwert gemittelt nach der allgemein bekannten Formel _N=α · A_N+(1-α) · _N-1.

_N ist der aus dieser Mittelwertbildung entstehende gemittelte Amplitudenwert, die Wichtungsfaktoren α bzw. (1-α) mit α<1 können den Erfordernissen der Radarsituationen und der Auswertemethode angepaßt werden. Die Kriterien hierfür sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Gleichzeitig wird der gespeicherte Amplitudenwert _N-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 Überschreiten der Schwelle wird in diesem Fall auf Zielecho (im vergangenen Umlauf) erkannt. Der aus dem letzten Antennenumlauf gespeicherte Amplitudenwert _N-1 wird im Speicher durch den neuen gemittelten Amplitudenwert _N überschrieben. Falls der Schwellwertvergleich zur positiven Zielechoentscheidung geführt hat, wird der gemittelte Amplitudenwert _N zudem als Echoamplitude an nachfolgende Einrichtungen zur Weiterverarbeitung abgegeben.

Durch die gewichtete Mittelwertbildung wird erreicht, daß im Nahbereich die Störechos A_N, 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 _N 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 _N-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 _N zur weiteren Verarbeitung abgegeben und seinerseits dahingehend überprüft, ob er eine (unter Umständen an die Cluttersituation im neuen Umlauf angepaßte) Erkennungsschwelle überschreitet.

Zur Überprüfung, 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 Figur der Zeichnung noch im einzelnen erläutert und veranschaulicht.

Der von der Radarempfangseinrichtung festgestellte neue Amplitudenwert A_N wird an die erfindungsgemäße Anordnung abgegeben. In einem Umlaufspeicher USP sind die zuletzt ermittelten Amplitudenwerte für die einzelnen Radarzellen aus dem Überwachungsgebiet gespeichert. Beim Eintreffen des neuen Amplitudenwertes A_N wird aus dem Umlaufspeicher USP der zur selben Radarzelle gehörige gespeicherte Wert _N-1 (aus dem letzten Antennenumlauf) auf den Leseausgang R des Umlaufspeichers gegeben. Der gespeicherte und abgerufene Wert _N-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 _N, der am Ausgang M₀ des Mittelwertbildners abgenommen werden kann. Der gespeicherte und abgerufene Amplitudenwert _N-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 B_N-1 anliegt. Der Komparator vergleicht die an seinen Eingängen K1 bzw. K2 anliegenden Werte A bzw. B und gibt für den Fall, daß A<B ein Signal zur Öffnung einer Torschaltung T ab.

Der am Ausgang M₀ des Mittelwertbildners M zur Verfügung stehende gemittelte Amplitudenwert _N wird zum einen auf den Schreibeingang W des Umlaufspeichers USP geführt und an der Stelle des bislang gespeicherten Wertes _N-1 eingeschrieben. Zum anderen wird der gemittelte Amplitudenwert _N auf die Torschaltung T geführt und beim Anliegen eines Toröffnungssignals vom Komparator K (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 Intergrationsverfahren können in einem nachgeschalteten Trackrechner aus der Vergangenheitsposition korrigiert werden.

Claims

1. Verfahren zur Unterdrückung von Seeclutter bei Radaranlagen zur Überwachung von Seegebieten, bei welchem

- das Überwachungsgebiet in mehrere Radarzellen, denen jeweils bestimmte Azimut- und Entfernungsbereiche zugeordnet werden, aufgeteilt wird,
- während mehrerer Umläufe einer Radarantenne aus den zu einer Radarzelle gehörenden empfangenen elektrischen Signalen ein Mittelwert der empfangenen Amplitudenwerte gebildet wird,
- der Mittelwert gespeichert und nach weiteren Umläufen der Radarantenne gegebenenfalls korrigiert wird,
- der Mittelwert einen Schwellwert bildet, mit welchem die Amplitudenwerte aller empfangenen Signale, die zu der Radarzelle gehören, verglichen werden und
- lediglich die Amplitudenwerte, die größer als der Schwellwert sind, einem in der Radarzelle vorhandenen zu detektierendem Zielecho zugeordnet werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein zu einer Radarzelle und dem vorliegenden Antennenumlauf gehörender neuer Mittelwert _N gebildet wird gemäß der Rekursivformel: _N = α · A_N + (1 - α) · _N-1,wobei
_N einen zu einer Radarzelle und dem vorliegenden Antennenumlauf gehörenden neuen Amplitudenwert,
_N-1 einen zu dieser Radarzelle und dem vorhergehenden Antennenumlauf gehörenden gespeicherten alten Mittelwert und
α einen einstellbaren Gewichtsfaktor mit α kleiner 1 bedeuten
daß sowohl der neue Mittelwert _N als auch der gespeicherte alte Mittelwert _N-1 mit einem zugehörigen Schwellwert (B) verglichen werden,
daß nur dann auf ein Zielecho erkannt wird, wenn sowohl der neue Mittelwert _N als auch der gespeicherte Mittelwert _N-1 jeweils größer als der Schwellwert (B) sind und daß lediglich dann der neue Mittelwert _N an Einrichtungen (EX) zur Weiterverarbeitung abgegeben wird und
daß anschließend der gespeicherte alte Mittelwert _N-1 durch den neuen Mittelwert _N ersetzt 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 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 (A_N) aus einer Radarzelle den zu dieser Radarzelle gespeicherten Wert (_N-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 (K1) eines Schwellwertkomparators (K) verbunden,
am zweiten Eingang (M2) des Mittelwertbildners liegt der neue Amplitudenwert (A_N) an, während an seinem Ausgang (M₀) der gemittelte Amplitudenwert (_N) abgenommen werden kann,
der Schwellwertkomparator (K) vergleicht den am seinem einen Eingang (K1) anliegenden Amplitudenwert (_N-1) mit einem an seinem zweiten Eingang (K2) anliegenden, der Radarzelle zugeordneten Schwellwert (B_N-1) und öffnet beim Überschreiten des Schwellwerts eine Torschaltung (T),
der gemittelte Amplitudenwert (_N) wird in den Umlaufspeicher (USP) eingeschrieben und bei geöffneter Torschaltung an Einrichtung (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 (K2) des Komparators (K) gibt.