DE3213430A1

DE3213430A1 - Verfahren und anordnung zur zielerkennung und stoersignalunterdrueckung in radargeraeten

Info

Publication number: DE3213430A1
Application number: DE19823213430
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Minker; Hermann Dipl.-Math. 7900 Ulm Rohling
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-04-10
Filing date: 1982-04-10
Publication date: 1983-10-20
Also published as: DE3213430C2

Description

Verfahren und Anordnung zur Zielerkennung und Störsignal-
unterdrückung in Radargeräten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Störsignalunterdrückung in Radargeräten sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Das Überwachungsgebiet von Radaranlagen ist im allgemeinen in Azimut und Entfernung in eine Mehrzahl von Radarzellen unterteilt. Für jede Radarzelle liegt ein Echosignal vor, das durch Abtastung des von der Antenne empfangenen Echos gewonnen wird. Für die Entscheidung auf Ziel oder Störung werden bei der Radarsignalverarbeitung Verfahren benutzt, mit denen die mittlere Störleistung lokal und adaptiv geschätzt wird und mit denen dadurch eine konstante und sehr geringe Falschalarmrate (constant-false-alarm-rate, CFAR) eingestellt werden kann. Ein häufig angewendetes Verfahren berechnet aus den Amplitudenwerten in der jeweiligen Umgebung zur Zelle unter Test den arithmetischen Mittelwert und leitet daraus eine Entscheidungsschwelle ab. Wenn der Amplitudenwert in der Zelle unter Test diesen Schwellwert überschreitet wird auf Ziel, andernfalls auf Störung erkannt. Hinter diesem Verfahren steht die implizite Annahme, daß in der jeweiligen Umgebung ein statistisch einheitlicher Störprozeß existiert.
Falls Echos von zwei nahe beieinanderliegenden Zielen in dem Radarrasterbild vorliegen, kann es bei Anwendung dieser Schätzmethode passieren, daß durch die Zielechos der arithmetische Mittelwert in der betrachteten Umgebung stark ansteigt und beide Zielmeldungen aufgrund des aus der Umgebung abgeleiteten Schwellwerts ausgeblendet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anordnung zur Störsignalunterdrückung anzugeben, welche die Verteilung der Echoamplituden in der Umgebung der jeweils untersuchten Zelle berücksichtigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Patentanspruch 1, die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens im Patentanspruch 7 beschrieben. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht Gebrauch von sogenannten geordneten Statistiken. Einzelne starke Störungen oder Ziele in der Umgebung der untersuchten Zelle wirken sich bei der erfindungsgemäßen Auswertung praktisch nicht auf den Schätzwert für die Störleistung aus, aus dem der Schwellwert für die Zielentscheidung abgeleitet wird.
Gemäß der Erfindung wird nur ein Amplitudenwert aus der Umgebung zur Ableitung der Entscheidungsschwelle herangezogen. Die Amplitudenwerte aus der untersuchten Umgebung werden der Größe nach geordnet und der zur Ableitung des Schwellwerts ausgewählte Wert wird einem bestimmten, vorteilhafterweise ungefähr in der Mitte der Wertefolge gelegenen Platz entnommen. Ein starkes Störecho oder ein nahegelegenes Ziel verändern dann im wesentlichen nur die Amplitudenwerte am Ende der Folge (größere Amplitudenwerte), während der Erwartungswert am Platz des ausgewählten Werts und damit der aus diesem Wert abgeleitete Schwellwert weitgehend unbeeinflußt bleibt.
Bei einer Störumgebung mit einem Sprung im Störleistungsverlauf, wie er z. B. am Rand einer ausgedehnten Wetterstörung auftreten kann, zeigen CFAR-Schätzverfahren mit arithmetischer Mittelwertbildung im Übergangsgebiet vom Gebiet geringer Störleistung zum Gebiet hoher Störleistung eine geringere Zielentdeckungswahrscheinlichkeit und/oder eine höhere Falschalarmrate.
Das erfindungsgemäße Störsignalunterdrückungsverfahren wird vorteilhafterweise unterstützt durch eine Unterscheidung zwischen Festzielen und bewegten Zielen bzw.
Störern. Hierzu ist vorgesehen, die Echosignale vor der erfindungsgemäßen Auswertung einer Dopplerfilterung zu unterziehen. Dabei werden die Echos beim Durchlaufen einer Dopplerfilterbank je nach ermittelter Radialgeschwindigkeit einem von mehreren Geschwindigkeitsbereichen zugeordnet. Für die Auswertung der Echosignale des einem dieser Geschwindigkeitsbereiche zugeordneten Radarzellenrasters liegt damit bereits eine vereinfachte Echosituation vor. Da ein Ziel häufig in mehr als einem Geschwindigkeitsbereich auftaucht, sieht eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, Echosignale aus mehreren benachbarten Geschwindigkeitsbereichen zu ordnen und zu vergleichen.
Echosignale von einem Ziel treten aufgrund der räumlichen Ausdehnung des Ziels und des begrenzten Auflösungsvermögens in Azimut und Entfernung gewöhnlich in mehreren aneinandergrenzenden Radarzellen auf. Um die Selbstausblendung eines Ziels, d. h. die Beeinflussung des Schwellwerts durch die Zielechos selbst zu vermeiden, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, die der jeweils betrachteten Zelle (Zelle unter Test) unmittelbar benachbarten Zellen nicht in die zur Ermittlung des Schwellwerts berücksichtigte Umgebung mit einzubeziehen.
Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nur die Echosignale aus radial benachbarten Zellen zur Ermittlung des Schwellwerts herangezogen. Durch diese Maßnahme ist nur ein geringer Speicheraufwand erforderlich.
Günstigerweise wird der zur Ableitung des Schwellwertes ausgewählte Amplitudenwert einfach mit einem konstanten Faktor multipliziert, um den Schwellwert zu ergeben. Für eine Variation der gewünschten Falschalarmwahrscheinlichkeit ist dieser konstante Faktor vorteilhafterweise durch das Bedienungspersonal einstellbar.
Der ausgewählte Amplitudenwert liegt für die optimale Ausnutzung der Vorteile der Erfindung günstigerweise ungefähr in der Mitte der Folge der geordneten Amplitudenwerte. Zur Sicherung eines für eine geringe Falschalarmrate ausreichend hohen Schätzwertes an Störgebietsgrenzen ist die Lage des ausgewählten Amplitudenwerts aus der Mitte der Folge in Richtung größerer Amplitudenwerte versetzt. Zur gezielten Veränderung der gewünschten Falschalarmwahrscheinlichkeit bzw. der Zielentdeckungswahrscheinlichkeit ist die Lage des ausgewählten Amplitudenwerts innerhalb der Folge vorteilhafterweise einstellbar.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Abbildung an einem Ausführungsbeispiel noch weiter veranschaulicht.
Dabei zeigt FIG. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung FIG. 2 Amplituden- und Schwellwertverlauf für den Fall zweier eng benachbarter Ziele FIG. 3 Amplituden- und Schwellwertverlauf für den Fall einer Störgebietsgrenze.
Bei der in FIG. 1 skizzierten Anordnung durchlaufen die Echosignale zu in Entfernung aufeinanderfolgenden Radarzellen in stetiger Folge ein festgelegtes Umgebungsfenster U. Das Umgebungsfenster legt die Grenzen für die Umgebung der Zelle unter Test fest. Der Amplitudenwert der Zelle unter Test ist mit Y angegeben, die Amplitudenwerte der Radarzellen der Umgebung sind mit X bezeichnet. Die jeweils betrachtete Zelle ist mit dem Schwellwert-Komparator 6 verbunden. Die der betrachteten Zelle unmittelbar benachbarten Radarzellen bleiben für die Ermittlung des Schwellwerts außer Betracht. Die übrigen N Werte X aus den Umgebungszellen werden über Anzapfstellen der Einrichtung 1 zum Amplitudenvergleich und Ordnen zugeführt. Die der Größe nach geordneten Amplitudenwerte werden durch die Einrichtung 1 im Speicher 2 abgelegt. Der Speicher ist eindimensional organisiert mit Speicheradressen von 1 bis N. Die gespeicherten Werte nehmen von X1 nach XN stetig zu, X1 K X2 < ... L XN. Ein bestimmter Speicherplatz, im gezeigten Beispiel mit der Adresse k, ist mit der Leseeinrichtung 7 verbunden, die den dort gespeicherten Amplitudenwert Xk zur Schwellwertermittlung ausliest. Die Ableitung des Schwellwerts aus dem ausgelesenen Amplitudenwert Xk erfolgt über einen Multiplizierer 4, der den ausgelesenen Wert mit einem im Speicher 3 abgelegten konstanten Faktor multipliziert. Der Ausgang des Multiplizierers 4 ist mit einer Einrichtung 5 zur Schwellwertaufbereitung verbunden, die dem Schwellwertkomparator 6 den Schwellwert für die Zielentscheidung vorgibt.
Im einfachsten Fall kann die Einrichtung 5 auch entfallen und der Ausgang des Multiplizierers 4 direkt mit dem Komparator 6 verbunden sein. Wenn der Amplitudenwert Y den Schwellwert überschreitet wird auf ZIEL, andernfalls auf STÖRUNG erkannt. Beim Durchlaufen der Echosignale durch das Umgebungsfenster U werden die Werte im Speicher 2 jeweils neu geordnet und damit ein neuer Schwellwert festgesetzt.
Für den Fall zweier eng benachbarter Ziele (I, II) zeigt die FIG. 2 einen Vergleich des Verlaufs der Schwellwerte über der Entferung bei arithmetischer Mittelwertbildung (unterbrochene Linie) einerseits und dem erfindungsgemäßen Verfahren (punktiert) andererseits. Während durch starkes Ansteigen des aus dem arithmetischen Mittelwert abgeleiteten Schwellwerts die Ziele sich gegenseitig ausblenden, bleibt der Schwellwert bei dem erfindungsgemäßen Verfahren praktisch unbeeinflußt und beide Ziele werden getrennt registriert.
FIG. 3 zeigt den entsprechenden Vergleich für die Situation an einer Störgebietsgrenze mit einem Gebiet geringen Störpegels (A) und einem abrupt beginnenden Gebiet hohen Störpegels (B). Der aus arithmetischer Mittelwertbildung abgeleitete Schwellwert gibt im Bereich des Übergangs Anlaß zu Zielentdeckungsverlusten und erhöhter Falschalarmrate, während der Schwellwertverlauf bei der Auswertung nach der Erfindung dem stufenförmigen Verlauf der Störung sehr gut folgt. Um Falschalarme an der Gebietsgrenze zu vermeiden, ist der Platz des ausgewählten Amplitudenwerts aus der genauen Mitte (k = N) der geordneten Folge in Richtung größerer Amplitudenwerte versetzt (k>7N). Für k = N fiele die Stufe im Schwellwertverlauf mit der Stufe im Amplitudenverlauf zusammen.
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Claims

Patentansprüche Verfahren zur Störsignalunterdrückung in Radargeräten mit Unterteilung des Überwachungsgebiets in Azimut und Entfernung in eine Mehrzahl von Radarzellen, bei dem das Echosignal jeder Radarzelle mit einem Amplituden-Schwellwert verglichen wird, der aus den Echosignalen der Radarzellen, die in vorgegebener radialer und/oder azimutaler Nachbarschaft der betrachteten Zelle liegen, abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenwerte der Echosignale aus den benachbarten Zellen gespeichert und der Größe nach geordnet werden und daß der auf einem bestimmten Platz (k) dieser Wertefolge (X1 , ..., XN) stehende Wert (Xk) zur Ableitung des Schwellwerts ausgewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Echosignale zuvor einer Dopplerfilterung unterzogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Echosignale aus nur jeweils einem Geschwindigkeitsbereich geordnet und verglichen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Echosignale aus mehreren benachbarten Geschwindigkeitsbereichen geordnet und verglichen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der betrachteten Zelle unmittelbar benachbarten Zellen bei der Ermittlung des Schwellwerts nicht berücksichtigt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur Echosignale aus radial benachbarten Zellen geordnet und verglichen werden.
7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen eindimensional organisierten Speicher, in welchem die Amplitudenwerte der Echosignale aus den benachbarten Radarzellen der Größe nach geordnet abgelegt sind, und durch eine Einrichtung (L), die zur Schwellwertfestsetzung aus einem bestimmten Speicherplatz (k) den dort gespeicherten Amplitudenwert (Xk) ausliest.
8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Multiplizierer zur Multiplikation des ausgelesenen Amplitudenwerts (Xk) mit einem konstanten Faktor.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Faktor nach Maßgabe einer gewünschten Falschalarmwahrscheinlichkeit einstellbar ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Speicherplatz etwa in der Mitte des Speichers liegt (k « ).
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Speicherplatz aus der Mitte des Speichers in Richtung größerer Amplitudenwerte versetzt liegt (k)N/2).
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Speicherplatz einstellbar ist.