DE3210400C2 - Radargerät, von dem impulsförmige Signale abgestrahlt werden - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Radargerät wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Ein derartiges Radargerät ist in der Druckschrift IEEE Publication 77 CH 1255-9 EASCON (EASCON-77 Record) auf der Seite 16-6F-EASCON 77 beschrieben.

Dieses Radargerät ist ein Experimentierradargerät, mit dem zahlreiche unterschiedliche Messungen durchgeführt werden können. Je nach durchzuführender Messung werden von den verschiedenen Meß- und Auswertemöglichkeiten, die dieses Experimentierradargerät bietet, jeweils nur einige ausgenützt.

In dieser Literaturstelle ist erwähnt, daß man durch Auswertung der Amplituden- und Phaseninformation der zueinander orthogonal polarisierten Komponenten des empfangenen Signals Nutzziele von Clutter unterscheiden kann. Wie die hierzu notwendige Auswertung erfolgen soll ist jedoch nicht angegeben.

Aus der DE 26 46 537 A1 ist es für ein Radargerät bekannt, polarisierte Signalimpulse abzustrahlen und die zueinander orthogonal polarisierten Komponenten der Empfangssignale in getrennten Empfangskanälen weiterzuverarbeiten, um die auf Regenechos zurückzuführenden Signalanteile nach Phase und Amplitude kompensieren zu können. Da die ausgesendeten Impulse jeweils dieselbe Frequenz besitzen, kann eine vorhandene Frequenzabhängigkeit der Depolarisation der von festen Zielen zurückgestreuten Signalkomponenten nicht zur Verbesserung der Erkennbarkeit solcher Ziele genutzt werden.

Aus der US-37 25 926 ist schließlich im Pulsradar-System bekannt, das unpolarisierte Impulse unterschiedlicher Frequenz benutzt, um bewegliche Ziele zu erkennen. Festziele werden bei der Auswertung unterdrückt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung anzugeben, mit der es möglich ist, Ziele, insbesondere auch nicht bewegte Ziele, von Clutter zu trennen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit dem neuen Radargerät kann nicht nur besonders gut Clutter von Nutzzielen unterschieden werden, sondern es ist auch möglich, den Abstand und das Polarisationsverhalten einzelner Reflexionsstellen eines Ziels zu ermitteln.

Abhängig von den Informationen (z. B. Abstand der Einzelreflektoren, Polarisationsverhalten), die über ein bestimmtes Ziel vorhanden sind, ist aus den ermittelten Daten eine Klassifizierung oder Identifizierung des Ziels möglich.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Radargeräts, und

Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des Radargeräts.

Das Radargerät ist ein nichtkohärentes Radargerät. Ein Impulsmodulator 1, ein Sender 2 und eine Frequenzaufbe­ reitungseinrichtung 3 erzeugen die impulsförmigen Radarsig­ nale, deren Trägerfrequenzen sich von Impuls zu Impuls ändern. Der Impulsmodulator 1 wird von einem Taktgenerator 11 aus über einen Teiler 10 gesteuert. Die Taktfrequenz des Taktgenerators ist 10 MHz. Der Teiler 10 teilt durch 1000. Dies ist an sich bekannt und wird daher nicht nä­ her erläutert. Das Sendesignal gelangt über einen Zirkula­ tor 4 und ein Hohlleiterstück 31, zu einem Orthomodewand­ ler 7. Nach dem Durchlaufen des Hohlleiterstücks 31 ist das Sendesignal linear polarisiert. Den Orthomodewandler 7 passiert es unverändert und anschließend wird es zu einem Polarisator 6 geleitet. Der Polarisator 6 erzeugt auf be­ kannte Weise ein zirkular polarisiertes Signal, das von einer Antenne 5 abgestrahlt wird.

Das von der Antenne 5 empfangene Signal gelangt über den Polarisator 6 zu dem Orthomodewandler 7, der zwei Ausgänge aufweist. Die Signale an den Ausgängen des Ortho­ modewandlers sind zueinander orthogonal polarisiert. Das Signal am einen Ausgang ist ein Maß für Phase und Ampli­ tude eines empfangenen rechtszirkular polarisierten Signals und das Signal am anderen Ausgang ist ein Maß für Phase und Amplitude eines empfangenen linkszirkular polarisier­ ten Signals. Als Orthomodewandler kann der "Orthomode Transducer 3%" verwendet werden. (Katalog "TRG Millimeter Microwave Products and Capabilities" der Firma Kontron, München, Oskar-von-Miller-Str. 1, 1974, Seite 46. Die im Ausführungsbeispiel gewählte Anordnung entspricht der "Application D" auf Seite 47 des genannten Katalogs).

Das eine Ausgangssignal des Orthomodewandlers wird über den Zirkulator 4 zu einem ersten Mischer 9 und das andere Ausgangssignal des Orthomodewandlers wird über einen Zir­ kulator 8 zu einem zweiten Mischer 13 geleitet.

Das Mischsignal für die beiden Mischer liefert die Fre­ quenzaufbereitungseinrichtung 3. Die Frequenz des Misch­ signals unterscheidet sich um die Zwischenfrequenz von 500 MHz von der jeweiligen Frequenz des Sendesignals. Da­ durch erreicht man, daß die heruntergemischten Ausgangs­ signale der Mischer 9, 13 stets dieselbe Zwischenfrequenz aufweisen. Die zwischenfrequenten Signale werden in linearen Verstärkern 12 bzw. 14 verstärkt.

Den Verstärkern 12, 14 nachgeschaltet sind jeweils ein Amplitudendetektor 15, 17, ein Analog/Digital-Wandler 18, 20, ein Speicher 22, 24 und ein Rechner zur Durchführung der schnellen Fouriertransformation (nachfolgend FFT- Prozessor genannt) 25, 27. Die Ausgangswerte der FFT-Pro­ zessoren werden zu einer Auswerteeinrichtung 28 geleitet.

Der Taktgenerator 11, der über den Teiler 10 den Impuls­ modulator 1 steuert, steuert auch die A/D-Wandler 18, 20. Der Takt des Taktgenerators ist so gewählt, daß für jeden Entfernungsbereich gerade ein analoger Ausgangswert der Amplitudendetektoren in einen digitalen Wert umgewandelt wird, d.h. man erhält jeweils einen Amplitudenwert pro Entfernungsbereich. Die digitalen Amplitudenwerte werden in den Speichern 22, 24 gespeichert.

Für die nachfolgend beschriebene Auswertung müssen die Amplituden der von einem Ziel in einem bestimmten Entfer­ nungsbereich reflektierten N Impulse einer Impulsgruppe bekannt sein. Eine Steuereinrichtung 21 bewirkt, daß von den für alle Entfernungsbereiche gespeicherten N Amplitu­ denwerten einer Impulsgruppe nur jeweils diejenigen, die einem bestimmten Entfernungsbereich zugeordnet sind, aus­ gelesen und zu dem jeweiligen FFT-Prozessor 25, 27 weiter­ geleitet werden. Die Ausgangswerte der FFT-Prozessoren werden in der Auswerteeinrichtung 28 ausgewertet.

Anhand der Fig. 2 wird nachfolgend beschrieben, wie die Auswertung durchgeführt wird.

Von dem Radargerät werden Impulse abgestrahlt, die in Grup­ pen mit jeweils N Impulsen eingeteilt sind. Die Frequenzen f1, f2, f3, ....., f_N (Fig. 2a) der Trägerschwingungen sind für jeden Impuls unterschiedlich. Die Frequenzen neh­ men von Impuls zu Impuls, ausgehend von f1 = 94 GHz, um Δ B=1/2τ=5MHz (τ=100 ns, Länge eines Impulses) zu.

Der (N+1)te Impuls hat bei dem Ausführungsbeispiel wieder die Frequenz f1 (Fig. 2b). Der Impulsabstand T_P ist 0,1 ms.

Ein Ziel besteht im Normalfall nicht aus einem einzigen Reflektor, sondern aus mehreren Einzelreflektoren, die ge­ danklich zu vielen Reflektorpaaren zusammengefaßt werden können. Das von einem Ziel reflektierte Signal setzt sich aus den an den Einzelreflektorpaaren reflektierten Signalen zusammen. Die Amplitude des von einem Einzelreflektorpaar reflektierten Signals wiederum hängt ab vom Abstand der Einzelreflektoren und von der Signalfrequenz. Folglich hat das von einem Ziel reflektierte Signal meistens eine von der Frequenz abhängige Amplitude, da es sich ja aus den an den Einzelreflektorpaaren reflektierten Signalen zusammensetzt. In der Fig. 2c) ist ein Beispiel für die unterschiedlichen Signalamplituden A1, A 2, ......., AN und die Einhüllende der Signalamplituden dargestellt.

Ermittelt man nun die Frequenzen der Schwingungen, deren Summe die Einhüllende bildet, dann erhält man eine In­ formation über die Anzahl der Einzelreflektorpaare und ihre Reflexionsstärke.

Auf vorteilhafte Weise ermittelt man die Einzelschwingungen durch eine Fouriertransformation. Diese wird durch einen FFT-Prozessor realisiert. Der FFT-Prozessor erhält als Eingangswerte die N Amplituden A1, A 2, ....., AN und gibt N/₂ Ausgangswerte ab. Den Ausgangswerten (dies sind Zahlen) kann man entsprechend der Theorie der Fouriertransforma­ tion Frequenzen zuordnen oder aber auch Abstände zwischen Einzelreflektoren der Einzelreflektorpaare. Hierbei muß beachtet werden, daß man keinen kontinuierlichen Verlauf, sondern nur diskrete Werte erhält. Um, falls erwünscht, den Abstand der Einzelreflektoren eines Einzelreflektoren­ paares genauer zu ermitteln, kann es notwendig sein, eine Interpolation durchzuführen.

Zur Zielklassifizierung oder Zielidentifizierung reicht es aus, die Zahlenwerte der N/₂ Ausgangswerte des FFT-Prozes­ sors mit den für ein bestimmtes Ziel entsprechenden und be­ kannten Zahlenwerten zu vergleichen. Es ist jedoch notwen­ dig, daß die entsprechenden Werte für ein zu klassifie­ zierendes Ziel im voraus bekannt und in der Auswerteein­ richtung gespeichert sind. In der Auswerteeinrichtung wird dann durch Vergleich der erhaltenen Werte mit für Zielklassen gespeicherten Werten ermittelt, zu welcher Klasse von Zielen das betroffene Ziel gehört.

Besonders gut lassen sich hierdurch Nutzziele (für die man Werte wie in Fig. 2d angegeben erhält) von Clutter (Fig. 2e) unterscheiden. Ist das Ziel Clutter, dann er­ hält man an allen N/₂ Ausgängen ähnliche Werte.

Eine verbesserte Zielklassifizierung erhält man, wenn man zusätzlich die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssig­ nalen der Verstärker 12, 14 mißt. Hierzu werden diese Aus­ gangssignale (Fig. 1) einem Phasendetektor 16 zugeführt. Diesem sind ein A/D-Wandler 19, ein Speicher 23 und ein FFT-Prozessor 26, dessen Ausgangswerte ebenfalls der Aus­ werteeinrichtung 28 zugeführt werden, nachgeschaltet. Die Verarbeitung der gemessenen Phasendifferenzen ent­ spricht der Verarbeitung der in den Amplitudendetektoren 15, 17 gemessenen Amplitudenwerte. In der Auswerteeinrich­ tung erfolgt zusätzlich zu dem Vergleich der ermittelten mit den gespeicherten Amplitudenwerte ein entsprechender Vergleich für die Phasenwerte.

Außer den beschriebenen Kriterien hängt das von einem Ziel reflektierte Signal auch noch von dem Einfluß eines Einzelreflektors auf die Polarisation des Radarsignals ab. Ist das Radarsignal zirkular polarisiert, kann es mög­ lich sein, daß das reflektierte Signal rechts- und links­ zirkular polarisierte Anteile, nur rechtszirkular polari­ sierte Anteile oder nur linkszirkular polarisierte Anteile enthält. Im Gegensatz zu den von einem Nutzziel reflek­ tierten Signalen sind im reflektierten Signal des Clutters annähernd gleichstarke links- und rechtszirkular polarisierte Anteile enthalten. Welche Anteile vorhanden sind erkennt man mit der Einrichtung nach Fig. 1 daran, ob am Ausgang der Verstärker 12 und 14 (und somit auch an den Ausgängen der FFT-Prozessoren) Signale vorhanden sind.

Hat man zusätzlich zu dem Amplitudenverhalten auch die entsprechenden Angaben für die Phasendifferenzen und den Polarisationseinfluß für ein bestimmtes Ziel gespeichert, dann läßt sich die Sicherheit der Zielklassifizierung bzw. der Zielidentifizierung weiter verbessern.

Claims (4)

1. Radargerät, das impulsförmige, orthogonal polarisierte Signale unterschiedlicher Trägerfrequenzen abstrahlt, mit je einem Empfangskanal für die orthogonal polarisierten Komponenten der empfangenen Signale (12, 15, 18, 22, 25; 14, 17, 20, 24, 27) und mit Mitteln (15, 17) zur Messung der Amplituden dieser Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse in Gruppen von jeweils N aufeinanderfolgenden Impulsen eingeteilt sind, deren Trägerfrequenz sich von Impuls zu Impuls um den gleichen Betrag in der gleichen Richtung ändert, daß weiterhin Speichermittel (22, 24) vorgesehen sind, die in jedem Empfangskanal die für einen bestimmten Entfernungsbereich gemessenen N Amplitudenwerte speichern, und daß Rechenmittel (25, 26, 27) vorgesehen sind, die die N Amplitudenwerte einer Fourier-Transformation (FFT = schnelle Fourier-Transformation) unterziehen, und daß eine Auswerteeinrichtung (28) durch die Fourier-Transformation gewonnene Spektralwerte mit abgespeicherten vorgegebenen Wertemustern für Clutter und Nutzziele vergleicht und auf diese Weise erkennt, ob empfangene Signale als Clutter oder als von einem Nutzziel reflektiert anzusehen sind.

2. Radargerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Phasendetektor (16), der für N Impulse einer Gruppe die zwischen den orthogonalen Komponenten in den beiden Empfangskanälen bestehenden Phasendifferenzen mißt, durch eine Speichereinrichtung (23), die die Phasendifferenzen speichert, und durch Rechenmittel, die die Phasendifferenzen einer Fourier-Transformation unterwerfen.

3. Radargerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Antenne (5) des Radargeräts abgestrahlten Signale zirkular polarisiert sind, daß in den beiden Empfangskanälen nur Signalkomponenten, die einem linkszirkular oder rechtszirkular polarisierten empfangenen Signal zugeordnet sind, verarbeitet werden, daß ermittelt wird, in welchem der beiden Empfangskanäle Signale vorhanden sind, und daß diese Information zusätzlich zur Zielklassifizierung verwendet wird.

4. Radargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der Trägerfrequenzen für die in einer Gruppe aufeinander­ folgenden Impulse gleich der Hälfte des Kehrwerts der Impulslänge ist.