DE3152403C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verarbeitungsanlage für Video- und Azimutsignale eines Radarsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf Verbesserungen bei Radar-Verarbeitungsanlagen, die zu einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis des Videosignales führen.

Eine Anlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist beispielsweise aus MARCOZ, F., GALATI, G., "A Suboptimal Detection Technique: The Accumulator Detector", Alta Frequenza, Vol. XLI-N.2-Febr. 1972, S. 77-89, bekannt. Bei diesem Detektor vom Akkumulatortyp weist die zugrundeliegende Entscheidungslogik drei Zustände auf, wobei der Ausgang eines Zählers und der Ausgang der Entscheidungslogik jeweils abhängig sind vom Eingang des Zählers, Anfang und Ende des Ziel-Azimutwertes, und dem Betrag des Zähleranstieges- und Abfalles. Bei einem ersten Zustand wird der Ausgang des Zählers bei Überschreiten des Video-Schwellwertes inkrementiert, wodurch ein neuer Zählerstand von +1 und ein Flag-Signal von 1 vorgesehen wird. Bei einem zweiten Zustand wird der Zählerstand weder inkrementiert noch dekrementiert, wodurch angezeigt wird, daß der Video-Schwellwert nicht überschritten ist, der neue Zählerstand unverändert ist und das Flag-Signal 1 ist. Bei einem dritten Zustand wird der Ausgang des Zählers dekrementiert, womit angezeigt wird, daß der Video-Schwellwert nicht überschritten ist, der neue Zählerstand -1 ist, und das Flag-Signal 0 ist.

Ein weiterer Detektor-Typ ist beispielsweise in EBERT, Heinz, "Automatische Erkennung von Flugzielen durch Digitale Radarzielextraktion", Wiss. Ber. AEG-TELEFUNKEN 42 (1969) 1, S. 39-48, dargestellt. Bei diesem Typ der Flugzielerkennung wird ein sogenannter Wanderfenster-Detektor verwendet, bei dem ein erfaßter Echoimpuls in eine erste Stelle eines Registers geschrieben wird, und der gesamte Inhalt des Registers anschließend um eine Stelle weitergeschoben wird, wodurch der Inhalt der letzten Stelle abgeworfen wird, und die erste Stelle wieder frei wird. Falls während eines Antennendurchgangs eine bestimmte Anzahl von Treffern überschritten wird, so wird der Anfang des Zieles erklärt. Unterschreitet die Summe der im Register gespeicherten Zielechos einen weiteren Schwellwert beim Weiterdrehen der Antenne, so wird Zielende erklärt.

Ferner steht bei denjenigen Radarsystemen, die hauptsächlich Abbildungsfunktionen aufweisen, lediglich ein begrenzter Umfang der Hardware für Filterfunktionen zur Verfügung. Daher sind die in Abbildungseinrichtungen verwendeten Video-Filter typischerweise auf die Anwendung als sogenannte Einzelschleifen-Videointegratoren beschränkt. Ein Video-Integrator mit Einzelschleife verarbeitet das ankommende Videosignal mit Hilfe einer Integriertechnik, die im wesentlichen das Signal-Rausch-Verhältnis des Systems verbessert. Da jedoch das Antwortsignal des Integrators dem Eingangssignal mit einiger Verzögerung folgt, bewirkt diese Technik einen Verzögerungsfehler (Azimut-Vorspannungsfehler), welcher wiederum zur Folge hat, daß das Bild in einer unrichtigen Azimut-Lage abgebildet wird. Dieser Azimut-Vorspannungsfehler variiert mit der Intensität des Videosignales, so daß eine Kompensation der Vorspannungsverzögerung schwierig, wenn nicht unmöglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verarbeitungsanlage der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, welche ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis des Videosignales ermöglicht, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, daß der Azimut-Vorspannungsfehler im wesentlichen konstant gehalten wird, so daß er mit einfachen Mitteln korrigiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Verarbeitungsanlage gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 gelöst, welche die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 aufweist.

Die Radar-Signalverarbeitungsanlage gemäß der vorliegenden 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 Verarbeitungsanlage an einen Ausgangsanschluß schaltet, wenn das Flag Bit vorhanden ist.

Fig. 1 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.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der Verarbeitungsanlage der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es umfaßt einen Digitalspeicher 12, einen Abbildungs­ bereichs-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 jeder Adresse 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 Flag Bit verwendet, um anzuzeigen, ob der Schwellwert des Zählerstandes für 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 Flag 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-Trägersignal synchronisiert, das vom Radarsender 15 kommt.

Das Video-Radarsignal des Radar-Empfängers 17 wird mit dem vom Bedienpersonal vorgewählten Video-Abbildungs-Schwellwert im Komparator 18 verglichen. Der Komparator 18 liefert Eingangssignale für die Flipflops 20 und 22. Die Flipflops 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. Die 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-Aktualisierlogik 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 Logik 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 Logik 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 Rücksetzlogik, (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 dargestellte werden.

Der Zählerstand, der im Register 26 abgespeichert ist, stellt das Eingangssignal für den Integratorspeicher 12 dar, wo es den vorhergehenden Zählerstand derselben Bereichszonenadresse ersetzt. Der jeweilige Zählerstand bildet ferner das Eingangssignal 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 Integratorzählerstand sind vorgesehen, um ein Flag 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 derselben 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 weitergeschaltet.

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 0 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 0 zurückgeetzt 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 Schwell­ wert 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 das Videoeingangssignal für den Videospeicher wird für diesen Bereichswert auf 0 gesetzt. Das nächste Bereichs-Taktsignal vom 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-Signalamplitude. Dadurch wird eine Kompensation der Vorspannungs-Verzögerung durch den Mikroprozessor 34 möglich.

Der Videospeicher 33 schließt die spezielle Möglichkeit 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 Vorspannungsverzögerung) einer Durchlauflinie und auch eine Regelung, die die Einspeicherung einer Durchlauflinie initiiert. 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 in den 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 Integration im wesentlichen gleich ist und daß kein Verlust an Nachweisfähigkeit dadurch eintritt, daß eine Signalverarbeitungsanlage entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 3 vergleicht die Azimut-Schwerpunkt(Strahlenteilung)-Vorspannung der vorliegenden Erfindung 44 mit der eines typischen Integrators 46 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 250% 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 Nachweisbarkeit 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 sich, daß die Erfindung 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.

Claims (5)

1. Verarbeitungsanlage für Video- und Azimutsignale eines Radarsystems mit einer Antenne, die in Azimutrichtung abtastet, wobei die Verarbeitungsanlage aufweist:

• a) eine Vorrichtung (19) zum Speichern eines Video-Schwellwerts,
• b) eine Vorrichtung (18) zum Vergleichen der Videosignale mit dem Video-Schwellwert,
• c) eine Vorrichtung (12) zum Speichern eines Zählerstandes für jede der Vielzahl von Bereichszonen, wobei der Zählerstand die Anzahl der Videosignale darstellt, welche den Video-Schwellwert überschreiten,
• d) eine Vorrichtung (28) zum Vorsehen eines Flag-Signales, das eine Anstiegsflanke eines Zielobjektes in Azimutrichtung darstellt, wenn der einer bestimmten Bereichszone zugehörige Zählerstand einen vorgegebenen ersten Wert überschreitet, und zum Entfernen des Flag-Signales beim Auftreten einer Rückflanke des Zielobjektes, wenn der zu einer bestimmten Bereichszone gehörige Zählerstand einen vorgegebenen zweiten Wert überschreitet,
• e) eine Vorrichtung (20, 22, 24) zum Inkrementieren des Zählerstandes um einen vorgegebenen ersten Betrag für jede jeweilige Bereichszone während jeder Antennenabtastung, wenn das Radar-Videosignal für die vorgegebene Bereichszone den Video-Schwellwert überschreitet, und zum Dekrementieren des Zählerstandes um einen vorgegebenen zweiten Betrag während jeder Antennenabtastung, wenn das Radar-Videosignal für die vorgegebene Bereichszone den Video-Schwellwert nicht überschreitet,

gekennzeichnet durch

• f) eine Vorrichtung (20, 22, 24) zum Inkrementieren des Zählerstandes um den vorgegebenen ersten Betrag für jede jeweilige Bereichszone während jeder Antennenabtastung, wenn das Flag-Signal vorhanden ist und das Radar-Videosignal für die vorgegebene Bereichszone den Video-Schwellwert nicht überschreitet, und zum Dekrementieren des Zählerstandes um den vorgegebenen zweiten Betrag während jeder Antennenabtastung, wenn das Flag-Signal vorhanden ist und das Radar-Video-Signal für die vorgegebenene Bereichszone den Video-Schwellwert überschreitet,
• g) eine Vorrichtung (20, 22, 24) zum Inkrementieren des Zählerstandes um den vorgegebenen ersten Betrag für jede jeweilige Bereichszone während jeder Antennenabtastung, wenn das Flag-Signal nicht vorhanden ist und das Radar-Video-Signal für die vorgegebene Bereichszone den Video-Schwellwert überschreitet, und zum Dekrementieren des Zählerstandes um den vorgegebenen zweiten Betrag während jeder Antennenabtastung, wenn das Flag-Signal nicht vorhanden ist und das Radar-Videosignal für die vorgegebene Bereichszone den Video-Schwellwert nicht überschreitet,
• h) eine Gattervorrichtung (32) zum Weiterleiten der Radar-Videosignale einer vorgegebenen Bereichszone an einen Ausgangsanschluß beim Vorhandensein des zur vorgegebenen Bereichszone gehörigen Flag-Signales.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (12, 28) zum Vorsehen eines Flag-Signales eine Vorrichtung zum Zurücksetzen des Zählerstandes aufweist, wenn der Zählerstand die vorgegebenen Schwellwerte erreicht.

3. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene erste Betrag 2 darstellt.

4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene zweite Betrag 1 darstellt.