DE3152403A1

DE3152403A1 - Radar signal processor

Info

Publication number: DE3152403A1
Application number: DE813152403A
Authority: DE
Inventors: G Bosi; T Cantwell; R Hack; R Wilmot
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1980-10-02
Filing date: 1981-10-01
Publication date: 1982-11-18
Also published as: CA1163700A; US4355312A; WO1982001254A1; DE3152403C2; ES505928A0; JPH0353585B2; JPS57501648A; AU539748B2; ES8304319A1; AU7723281A

Description

2. Beschreibung des Standes der Technik .

Bei Radarsystemen, deren vordringliche Aufgabe ■ in der Abbildung besteht, steht nur ein begrenzter Umfang der Hardware für Filterfunktionen zur Ver-

-

fiigung. Dies beschränkt die Video-Filter, die in Abbildungseinrichtungen verwendet werden, auf Ausfiihrungsformen wie Video-Integratoren mit einfacher Schleife. Ein Video-Integrator mit einfächer Schleife verarbeitet das ankommende Videosignal mit Hilfe einer Integriertechnik, die das Signal/Rausch-Verhältnis des Systems beträchtlich verbessert. Da jedoch das Ausgangssignal dieses Integrators dem Eingangssignal leider mit einiger Verzögerung folgt, bewirkt diese Technik einen Verzögerungsfehler (Azimut-Vorspannungs-Fehler, azimuth bias error), der zur Folge hat, daß das Bild in einer unrichtigen Azimut-Lage abgebildet wird. Dieser Azimut-Vorspannungs^ Fehler ändert sich mit der Intensität des Video-Signals, so daß eine Kompensation der Vorspannunga-W. Verzögerung schwierig wenn nicht unmöglich ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Signal-Verarbeitungsanlage der vorliegenden Erfindung verarbeitet Video- und Azimut-Signale eines Radarsystems, das eine abtastende Antenne aufweist, um das Signal/Rausch-Verhältnis des Videosignals zu verbessern, wobei der Azimut-Vorspannungsfehler im wesentlichen konstant gehalten wird, so

* · «
β β
β β · β

daß er mit einfachen Mitteln korrigiert werden kann»

Die Radar-SignalVerarbeitungsanlage gemäß der vor- ' liegenden Erfindung umfaßt einen Schaltkreis, der · einen Zählerstand bildet und speichert, der die Vorgeschichte der Amplitude des Videosignals innerhalb einer jeden einer Vielzahl von Bereichszonen darstellt.
■

Weiterhin ist ein zweiter Schaltkreis vorgesehen, der ein Flag Bit (Merkersignal) erzeugt, wenn ein Schwellwert des Zählerstandes überschritten ist. Für Jede Bereichszone wird das Flag Bit zusammen mit dem Zählerstand gespeichert. Das Vorhandensein des Flag Bits zeigt an, daß die Vorderflanke eines Zielobjektes in der Azimutkoordinate entdeckt wurde.

Schließlich ist eine Logik vorgesehen, die das Radar-Video-Signal dann durch die Verarbeitungsaniage an einen Ausgangsanschluß schaltet, wenn das Flag Bit vorhanden ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. Λ ist eine Darstellung eines Blockschaltbildes einer Radar-Signalverarbeitungsanlage nach der vorliegenden Erfindung; , .

Fig. 2 ist ein Diagramm, in dem die Fähigkeit, Signale zu entdecken, bei der vorliegenden Erfindung

mit der bei einem Integrator mit einfacher Schleife verglichen wird; und

Fig. 3 ist ein Diagramm, in dem der Azimut-Vorspannungsvergleich der vorliegenden Erfindung mit dem eines typischen Integrators mit einfacher Schleife verglichen wird.

Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der Verarbeitungsanlage der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es umfaßt einen Digitalspeicher 12, einen Abbildungsbereichs-Zähler 14·, eine Adresssteuerung 16 für den Videointegrator, einen Video-Schwellwertkomparator 18,. Flipflops 20 und 22, eine Zähler-Aktualisierungslogik 24 und ein Schieberegister 26 zum Bilden und Speichern eines Zählerstandes, der die Vorgeschichte des Videosignals für eine jede einer Vielzahl von Bereichszonen darstellt.

. ■ Der Digitalspeicher 12 weist eine Adresse für eine jede Abbildungsbereichszone auf. In jede Adresse kann der Speicher ein Sechsbitwort speichern, das dazu verwendet wird, um eine Videointegration der Bereichszone vorzusehen, die jener Adresse entspricht. Fünf der Speicherbits, die in jederAdresse vorgesehen sind, werden dazu verwendet, um einen laufenden Zählerstand eines Digitalwertes der

Video-Vorgeschichte zu speichern. Der Digitalwert der Video-Vorgeschichte ist eine Aufzeichnung der Anzahl der Durchläufe, während derer das empfangene Videosignal einen Abbildungsschwellwert überschritten hat, der vom Bedienpersonal vorwählbar ist. Die Auswahl des Videoabbildungsschwellwertes wird an einem Bedien- und Steuerfeld 19 vorgenommen.

Das sechste Bit wird als !Mag Bit verwendet, um anzuzeigen, ob der Schwellwert des Zählerstandes Tür einen speziellen Bereich erreicht wurde. Wenn das Flag Bit beispielsweise "falsch" oder auf einem logischen Pegel "Null" ist, zeigt dies an, daß der Schwellwert des Zählerstandes nicht erreicht wurde und entsprechend zeigt ein Plag Bit, das "wahr" oder auf einem logischen Pegel "Eins" ist, an, daß der Schwellwert des Zählerstandes erreicht wurde.

Der Speicher 12 wird vom Bereichszähler 14· und der Adresssteuerung 16 für den Videointegrator adressiert. Der Bereichszähler 14 wird mit dem Radarbereich über ein Steuer-Trägersipoial synchronisiert, das vom Radarsender 15 kommt.

Das Video-Radarsignal des Radar-Empfängers 17 wird mit dem vom Bedienpersonal vorgewählten Video-Ab- · bildungs-Schwellwert. im Komparator 18 verglichen. Der Komparator 18 liefert "Eingangssignale für die Flipflops 20 und 22. Die Fliüflops 20 und 22 liefern Daten an die Zähler-Aktualisierungslogik, in

der festgelegt wird, in welchem Umfang sich der Zählerstand ändern soll.

Der jeweils vorhergehende Zählerstand für eine bestimmte Bereichszonenadresse wird vom Speicher 12 an die Zähler-Aktualisierlogik 24 weitergegeben. Me Zähler-Aktualisierlogik 24 inkrementiert oder dekrementiert den Zählerstand in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Flipflops 20 und 22 und speichert den neuen Zählerstand im Register 26. In der bevorzugten Ausführungsform wird dann, wenn der Schwellwert überschritten wird und das Flag "falsch" ist, der Zählerstand durch das Flipflop 20 und die Zähler.-Aktualisierlogig 24 um den Wert 2 inkrementiert. Wenn der Schwellwert überschritten wird und das Flag "wahr" ist, wird der Zählerstand durch das Flipflop 20 und die Logig 24 um den Wert 1 dekrementiert. Wenn der Schwellwert nicht überschritten wird und das Flag "falsch" ist, wird der Zählerstand durch das Flipflop 22 und die Logig 24 um den Wert 1 dekrementiert. Wenn der Schwellwert nicht überschritten wird und das Flag "wahr" ist, wird der Zählerstand durch das Flipflop 22 und die Logik 24 um den Wert 2 inkrementiert. Der Zählerstand wird ■ nicht unter den Wert 0 dekrementiert. Die Zähler-Aktualisierlogik 24 umfaßt ein Schieberegister, einen Summierer oder Addierer und eine Rücksetz logik, (nicht, abgebildet). Es versteht sich jedoch, daß andere Bauteile oder Schaltkreise verwendet, werden können, um die Funktion der Zähler-Aktualisierlogik auszuführen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann durch

einen Mikroprozessor eine besonders bevorzugte Alternative dargestellt werden.

Der Zählerstand, der im Register 26 abgespeichert ist, stellt das Eingangssignal für den Integratorspeicher 12 dar, wo es den vorhergehenden Zählerstand der selben Bereichszonenadresse ersetzt. Der jeweilige Zählerstand bildet ferner das Eingangs- ■ signal für einen Komparator 28, wo er mit dem Schwellwert für den Integrator-Zählerstand verglichen wird, der vom Register 30 geliefert wird.

Ein Zählerstandskomparator 28 und ein Schwellwert-Auswahlkreis 30 für den Integratorzöhlerstand sind vorgesehen, um ein Plag Bit zu addieren oder zu entfernen, das die Anstiegs- oder Abfallflanke eines Zählobjektes- in der Azimut-Koordinate darstellt, wenn der gespeicherte Zählerstand in einer vorgegebenen Bereichszone den vorbestimmten Schwellwert des Integrator-Zählerstandes überschreitet.

Der Komparator 28 liefert ein Ausgangssignal mit einem logischen Pegel "1", wenn der Schwellwert des Integrator-Zählerstandes überschritten wird und einen logischen Pegel "0", .wenn der Schwellwert des Integrator-Zählerstandes nicht überschritten wird. Das Flag Bit stellt ein Eingangssignal für den Speicher 12 an der selben Bereichsadresse wie der zugehörige Integrator-Zählerstand dar.

Wenn das Flag "wahr" ist, wird das digitalisierte Videosignal vom Radarempfänger 17 zu einem Videospeicher 33 mittels eines Gatters 32 weitergeschal-. tet.

In weiterer Ausgestaltung kann für das digitale Videosignal ein minimaler unterscheidbarer Pegel, vorgesehen werden, wenn das Korrelations-Flag "wahr" ist, so daß die digitale Video-Abbildung nicht O ist, wenn das Flag Bit "wahr" ist. Auf diese Weise kann die Azimutbreite des digitalen Videosignales so groß gemacht werden wie die des .analogen Videosignales.

Wenn der Schwellwert des Zählerstandes überschritten ist, wenn nämlich die Anstiegsflanke eines Zielobjektes entdeckt wurde, ist das Flag "wahr"., der Zählerstand wird auf O zurückgesetzt und die Zählerlogik wird umgekehrt, so daß eine Videosignalamplitude, die den Abbildungs-Schwellwert überschreitet, den Zähler um den Wert 1 dekrementiert und eine Amplitude, die den Abbildungs-Schwellwert nicht überschreitet, den Zähler um den Wert 2 inkrementiert. Dies zeigt an, daß die Verarbeitungsanlage 10 nun in einer Betriebsweise arbeitet, in der sie die Rückflanke des Videosignales sucht. Der Schwellwert der Rückflanke ist typischerweise so groß wie der Schwellwert der Vorderflanke. Wenn er erreicht ist, wird das Flag Bit von der Logik 24 entfernt

und die Zählerlogik wird wieder umgekehrt und da;; Videoeingangssignal für den Vidoo3peicher wird f-'ir diesen Bereichswert auf O gesetzt. Das nächste Β.ϊ-reichs-Taktsignal vorn Abbildungsbereichs-Zähler 14 inkrementiert den Abbildungsbereichs-Zähler 14 der dann die nächste Bereichszone im Videospeicher 12 adressiert, um einen neuen Korrelationsvorgang zu starten.

Da die Verarbeitungsanlage 10 ein binärer Akkumulator ist, liefert es nicht unmittelbar eine Anzeige der Signalamplitude für die Abbildung. Anstatt das Ausgangssignal des Integrators direkt abzubilden, wie dies bei Integration mit einfacher Schleife gemäß dem Stand der Technik üblich ist, gibt die vorliegende Erfindung das digitalisierte Videosignal zum Speichern und/oder Abbilden dann weiter, wenn ein vorher bestimmter Zählerstand erreicht ist.

Da das Zielobjekt erwartungsgemäß ein bestimmtes Azimutprofil aufweist, d.h. sinx/x, kann die zu erwartende Azimutverzögerung für die Angabe der Vor- und Rückflanke des Zielobjektes genau vorhergesagt werden. Sie ist nahezu konstant für jeden Schwellwert des Integrator-Zählerstandes, unabhängig von der Video-Signalaraplitude. Dadurch wird eine Kompensation der Vorspannungs-Verzögerung durch den Mikroprozessor 34· möglich.

Der Videospeicher 33 schließt die spezielle Mög-

- -ίο -

lichkeit ein, Radar-Videosignale für eine Azimutkompensation zu speichern. Das Radar-Videosignal wird als eine Folge von Bereichswerten auf standardisierten Radar-Durchlaufslinien empfangen. Jeder Bereichswert wird in drei oder vier Video-Bits digitalisiert. Das Ausgangs-Videosignal besitzt die Form von horizontalen Rasterlinien für ein zusammengesetztes Video-Format zur Abbildung. Der Mikroprozessor 24 schickt Daten an den Videospeicher 33, der den Startpunkt des Anfangsbereiches definiert sowie den Azimutwinkel (korrigiert um die Vorspannung verzögerung) einer Durchlauflinie und auch eine Regelung, die die Einspeicherung einer Durchlauflinie initiert. Die alte Videoinformation wird aus dem Speicher 33 ausgelesen während die neue Videoinformation in den Speicher 33 eingeschrieben wird. Für jede Zelle wird eine Spitzenwert-Nachweisschaltung (nicht dargestellt) verwendet, um das alte Videosignal mit dem neuen Videosignal für die Zelle zu verbinden.

Die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung, wie sie durch Computersimulationen erhalten wurde, ist iη don Fig. 2 und 3 dargestellt. Fig. 2 vergleicht' die Signalnachweisbarkeit der vorliegenden Erfindung 40 mit derjenigen eines typischen Integrators 42 mit einfacher Schleife bei einem Radar mit dreizehn Durchläufen pro Azimutstrahlbreite. Die Ergebnisse zeigen, daß die Signalnachweisfähigkeit der zwei

Integratoren im wesentlichen gleich ist und daß kein Verlust an Nachweisfälligkeit dadurch eintritt, daß eine Signalverarbeitungsanlage entsprechend der .vorliegenden Erfindung verwendet wird.

l^pig. ? vergleicht die Azimut-üchwerpunkt(strahlenteilung)-Vorspannung der vorliegenden Erfindung 44-mit der eines typischen Integrators 4-6 mit einfacher Schleife. Bemerkenswert ist, daß die Azimutvorspannung eines Integrators mit einfacher Schleife von vier bis zu zehn Durchläufen variiert wenn das Signal/ Rausch-Verhältnis bei einer Azimut-Veränderung um 2^0$ schwankt. Im Gegensatz dazu bleibt die Azimut-Vorspannung der vorliegenden Erfindung praktisch konstant. Dies gestattet eine sehr einfache und hochgenaue' Korrektur der Azimutvorspannung für eine Radarsignal-Verarbeitungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung.

Insgesamt liefert die Signalverarbeitungsanlage 10 der vorliegenden Erfindung damit ungefähr die selbe Hachweisbarkeit wie ein Integrator mit einfacher Schleife, eine genau vorhersagbare Verzögerung der Vor- und Rückflanke und eine wesentlich verbesserte Azimutgenauigkeit, verglichen mit Integratoren mit einfacher Schleife.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend mit Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform beschrieben wurde, versteht eich, daß die h'rrindung darauf nicht,

beschränkt ist. Ein Durchschnittsfachmann, auf den sich diese Erfindung bezieht, wird erkennen, daß viele Schaltkreise und Untersysteme verwendet werden können, um eine Vielzahl von Wirkungsweisen, die vorstehend beschrieben wurden, darzustellen. Die anpefiifcten Ansprüche werden pleichwohl so anresehon, daß sie ,jegliche und alle derartigen Möglichkeiten im Rahmen der Lehre der vorliegenden Erfindung abdecken.

Claims

Ansprüche

Es wird beansprucht:

Verarbeitungsanlage für Video- und Azimutsignale eines Radarsystems mit einer Antenne, die in Azimutrichtung abtastet, wobei das Signal/Rausch-Verhältnis der Videosignale, die verarbeitet werden, verbessert wird und ferner die Verzögerung im Nachweis der Anstiegsflanke des Zielobjektes in Azimutrichtung im wesentlichen konstant ist, wobei die Verarbeitungsanlage umfaßt:

Erste Mittel zum Darstellen und Speichern eines Zählerstandes, der die Vorgeschichte des Videosignales für eine jede einer Vielzahl von Bereichszonen darstellt;

Zweite Mittel um ein Flag-Signal zu erzeugen, das eine Anstiegsflanke eines Zielobjektes in Azimutrichtung darstellt, wenn der gespeicherte Zählerstand, der zu einer vorgegebenen Bereichszone gehört, einen vorgegebenen Betrag überschreitet und um dieses Flag-Signal bei Auftritt der Rückflanke des Zielobjektes zu entfernen und

ein Gatter, um die Radar-Videosignale einer vorgegebenen Zone an einen Ausgangsanschluß zu schalten solange das Flag-Signal, das zu der vorgegebenen Zone gehört, vorhanden ist«,
2. Anlage nach Anspruch 1, wobei die ersten Mittel weitere Mittel zum Speichern eines Video-Schwellwerts umfassen und die Radar-Videosignale mit dem Video-Schwellwert vergleichen.
3. Anlage nach Anspruch 2, wobei die ersten Mittel weitere Mittel umfassen, die den Zählerstand um einen ersten vorgegebenen Betrag für ,jede zügehörige Bereichszone-während jedes Antennendurchlaufs inkrementieren, wenn das Radar-Videosignal für die vorgegebene Bereichszone den ersten Schwellwert überschreitet und um den Zählerstand um einen zweiten vorgegebenen Betrag während jedes Antennendurchlaufes dann zu dekrementieren^ wenn das Radar-Videosignal der vorgegebenen Bereichszone den ersten Schwellwert nicht überschreitet.
4. Anlage nach Anspruch 3, wobei die ersten Mittel ferner weitere Mittel umfassen, die den Zählerstand um den ersten vorgegebenen Betrag für jede zugehörige Bereichszone während jedes Antennendurchlau fs dann inkrementieren, wenn das Fl ag-S:ignal. vorhanden ist und das Radar-Videosignal für die vorgegebene Bereichszone den Video-Schwellwert nicht überschreitet und um den Zählerstand um den zweiten vorgegebenen Betrag während jedes Antennendurchlaufes dann zu dekrementieren, wenn das Elag-Signal vorhanden ist und das Radar-Videosignal für die vorgegebene Bereichszone den Video-Schwellwert überschreitet.

• - if r.
5. Anlage nach Anspruch 1, wobei die zweiten Mittel weitere Mittel umfassen, um einen ersten Schwellwert eines Zählerstandes zu speichern.
6. Anlage nach Anspruch 5, wobei die zweiten Mittel weitere Mittel umfassen, um. den jeweiligen Zählerstand mit dem ersten Schwellwert des Zählerstandes zu vergleichen und ein Flag-Signal zu erzeugen, wenn der jeweilige Zählerstand den ersten Schwellwert des Zählerstandes erreicht.
7. Anlage nach Anspruch 6, wobei.die zweiten Mittel weitere Mittel umfassen, die den Zähler zurücksetzen, wenn der Zählerstand einen Zähler-Schwellwert erreicht.
8. Anlage nach Anspruch 7, wobei die zweiten Mittel weitere Mittel umfassen, die das Flag-Signal dann entfernen, wenn der Zählerstand einen zweiten · Zählerstands-Schwellwert erreicht.
9. Verarbeitungsanlage für Video- und Azimutsignale eines¹Radarsystems mit einer Antenne, die in Azimutrichtung abtastet, wobei das Signal/Rausch-Verhältnis des verarbeiteten Video-Signals erhöht wird, während die Verzögerung im Nachweis der Anstiegsflanke des Zielobjektes in Azimutrichtung im wesentlichen konstant ist, wobei die Verarbeitungsanlage umfaßt:

1 5 2 /, Ο 3

Erste Mittel zum Darstellen und Speichern eines Zählerstandes, der die Vorgeschichte des Videosignals für eine jede einer Vielzahl von Bereichszonen darstellt, wobei die ersten Mittel weitere Mittel umfassen, die einen Video-Schwellwert speichern, ferner Mittel zum Vergleichen des Videosignals mit dem Schwellwert, Mittel zum Inkrementieren des Zählerstandes um einen ersten vorgegebenen Betrag für eine jede der genannten Bereichszonen während jedes Antennendurchlaufs, wenn das Radar-Videosignal für die vorgegebene Bereichszone den Video-Schwellwert überschreitet und um den Zählerstand um einen zweiten vorgegebenen Betrag während jedes Antennendurchlaufes zu dekrementieren, wenn das Radar-Videosignal für die vorgegebene Bereichszone den Video-Schwellwert nicht überschreitet und. Mittel, um den Zählerstand um den ersten vorgegebenen Betrag für eine jede der vorgegebenen Bereichszonen während jedes Antennendurchlaufs zu inkrementieren, wenn das Flag-Signal vorhanden ist und das Radar-Videosignal für die vorgegebene Bereichszone den Video-Schwellwert nicht überschreitet und um den Zählerstand um den zweiten vorgegebenen Betrag während jedes Antennendurchlaufes dann zu dekrementieren,. wenn das Flag-Signal vorhanden ist und das Radar-Videosignal für die vorgegebene Bereichszone den Video-Schwellwert überschreitet;

zweite Mittel, um ein !''lag-Signal vorzusehen, das die Anstiegsflanke eines Zielobjektes in Azimutrichtung anzeigt, wenn der gespeicherte Zählerstand, der zu einer vorgegebenen Bereichszone gehört, einen vorbestimmten Betrag überschreitet und um das Flag-Signal mit der Rückflanke des Zielobgektes zu entfernen, wenn der gespeicherte Zählerstand, der zu einer gegebenen Bereichszone gehört, einen, vorgegebenen Betrag überschreitet; und

Schaltmittel um das Radar-Videosignal einer vor-. gegebenen Zone an einen Ausgangsanschluß während des Vorhandenseins des Flag-Signals, das zu der vorgegebenen Zone gehört, weiterzuleiten.
10. Anlage nach Anspruch 9, wobei die zweiten Mittel weitere Mittel umfassen, die den Zählerstand zurücksetzen, wenn der Zählerstand die vorgewählten Werte erreicht.