DE3243825A1

DE3243825A1 - Verfahren zur radarsignalverarbeitung

Info

Publication number: DE3243825A1
Application number: DE19823243825
Authority: DE
Inventors: Hans-Hermann Dipl.-Ing. 7913 Senden Toedter
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-11-26
Filing date: 1982-11-26
Publication date: 1984-05-30

Description

Verfahren zur Radarsignalverarbeitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Radarsignalverarbeitung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Dauerstrich (CW)-Radarverfahren mit Frequenzmodulation (F11) sind bekannt aus t'Skolnik, Introduktion to Radar Systems". Das Sendesignal eines CW-Radars wird mit einem periodisch wiederholten Impuls in z. B. Sägezahn- oder Dreieck-Form frequenzmoduliert. Das zurückkommende Echosignal wird mit einem zum Sendesignal kohärenten Referenzsignal gemischt. Die Signalkomponente mit der Differenzfrequenz wird zur Auswertung herangezogen. Bei dreiecksförmiger Frequenzmodulation ist es bekannt, das Ergebnis der Flanke mit steigender Frequenz und das Ergebnis der Flanke mit fallender Frequenz zu vergleichen. Aus der Addition der beiden Ergebnisse ergibt sich ein Dopplerspektrum ohne Entfernungszuordnung. Gibt man die beiden Ergebnisse auf je eine FFT-Filtergruppe, so erhält man ein Spektrum mit Doppellinien, deren Abstand das zweifache der Dopplerfrequenz und deren Schwerpunkt die der Entfernung zugeordnete Frequenz ist. Dieses Verfahren ist nur bei gut trennbaren Einzelzielen anwendbar, nicht jedoch zur Abspaltung von Clutter geeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Radarsignalverarbeitung bei einem FM-CW-Radar anzugeben, mit welchem Echos von Zielen mit unterschiedlicher Radialgeschwindigkeit besser getrennt und insbesondere Störechos von Festzielen (Clutter) abgetrennt werden können.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel noch veranschaulicht.
Die Trägerfrequenz T eines CW-Radars werde sägezahnförmig frequenzmoduliert. Die Sägezahnmodulation wiederhole sich periodisch mit einer Wiederholfrequenz f von beispielsm weise 2 kHz, die der Pulswiederholfrequenz PRF bei einem Puls-Radar entspricht. Innerhalb eines Sägezahnintervalls verändere sich die Trägerfrequenz f zeitlinear von einer Ausgangsfrequenz fT aus mit einer Frequenzänderungsrate f(=df/dt = konstant) gemäß f=fT+f (t = Zeit). Ein zum Sendesignal kohärentes Referenzsignal wird dem Empfangssignal in einem Mischer überlagert. Aus dem Ausgangssignal des Mischers wird die Signalkomponente mit der Differenzfrequenz zwischen Sendesignal und Empfangssignal ausgefiltert. Dieses demodulierte Signal wird mit einer Taktfrequenz von beispielsweise 10 MHz abgetastet. Die Abtastwerte werden digitalisiert und mit Hilfe einer phasenregistrierenden Filterbank (z. B. I/Q geteilte FFT-Schaltung oder anderer Algorithmus) einer ersten Fouriertransformation unterworfen, wobei an den Ausgängen der Filterbank komplexe Ergebnisse (In-Phase- und Quadratursignale) entstehen. Die verschiedenen Ausgänge der Filterbank entsprechen verschiedenen Zielentfernungsabschnitten, wobei allerdings noch bei Bewegtzielen der Einfluß der Radialgeschwindigkeit überlagert ist. Die Filternummer eines Einzelfilters der Filterbank, in dem ein Ziel erscheint, erlaubt damit eine grobe Entfernungsbestimmung. Die Entfernungsauflösung ist dabei vom Frequenzhub Af=f/f , der betrachtbare Entfernungsbereieh (von der Empfindlichkeit abgesehen) von der Anzahl der Abtastungen pro Sägezahn abhängig.
Die komplexen Ergebnisse der ersten Fouriertransformation werden pro Filter der Filterbank einer Dopplerfilterung unterzogen. Hierzu werden mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Ergebnisse desselben Einzelfilters (entsprechend aufeinanderfolgenden Sägezähnen) kohärent verarbeitet.
Die zweimalige Transformation liefert dopplersortierte Signalamplituden, deren Entfernung aufgrund der Filternummer des Einzelfilters der Filterbank bestimmt werden kann. Durch die Dopplerfilterung kann zum einen der Clutter gut abgetrennt werden, zum anderen können die durch den Einfluß einer Radialgeschwindigkeitskomponente eines Bewegtziels noch verfälschten Entfernungsinfomationen am Ausgang der Filterbank mit Hilfe der aus der Dopplerfilterung gewonnenen Zielgeschwindigkeit rechnerisch korrigiert werden.
Die Dopplerfilterung kann beispielsweise eine weitere fourierähnliche Transformation umfassen, bei der die Skalierung der transformierenden Frequenz, d. h. die Phasendrehung von Addition zu Addition noch von der Filternummer des jeweiligen Einzelfilters der ersten Filterbank abhängt. In die Phasendrehung gehen darüber hinaus auch die untersuchte Zielgeschwindigkeit, die Wiederholfrequenz f und die Trägerfrequenz fT ein. Die m Ergebnisse werden mit Faktoren, die Sinus und Cosinus der Phasendrehung entsprechen, multipliziert und in einem Speicher über mehrere Sägezähne aufsummiert. Die Speicherinhalte werden mit einer Schwelle verglichen. Bei Überschreiten der Schwelle wird auf ein Ziel im jeweiligen Entfernungsbereich und mit der untersuchten Dopplergeschwindigkeit erkannt. Der Betrag der Phasendrehung von Addition zu Addition der aufeinanderfolgenden Ergebnisse der ersten Fouriertransformation bei der weiteren Fouriertransformation hängt in folgender Weise von den Parametern der Anlage einschließlich der Filter ab: mit = Phasendrehung im Bogenmaß v/c = Radialgeschwindigkeit des Ziels relativ zur Lichtgeschwindigkeit f = Wiederholfrequenz der Sägezahnmodulation m = = Trägerfrequenz fR = Frequenz des betreffenden Filters der ersten Transformation df/dt = Frequenzänderung der FM des Sendesignals über der Zeit.
Die verschiedenen Vorzeichen bei (fT(+)fR) gelten für fallende (-) oder steigende (+) Frequenz bei der Sägezahnmodulation.
Bei einem Suchradar oder während der Akquisition als Folgeradar erfolgt die weitere Fouriertransformation zweckmäßigerweise über eine FFT, die die Integration für verschiedene Dopplerfrequenzen vornimmt. Die Mitte der weiteren Filterbank wird den Frequenzen des jeweiligen Einzelfilters der ersten Filterbank entsprechend verschoben.
Zur Zielverfolgung wird günstigerweise eine digitale Fourier-Transformation (DFT) verwandt, mit der es möglich ist, auch den nichtlinearen Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit bzw. der Wiederholfrequenz und dem Phasenwinkel , der sich bei Annäherung eines Ziels infolge der Entfernungsänderung ergibt, zu berücksichtigen. Hierbei wird dann von Additionsschritt zu Additionsschritt eine geringfügige Änderung der Phasendrehung eingeführt. Um Blindzonen (entsprechend den Blindgeschwindigkeiten beim Puls-Doppler-Radar) zu vermeiden, die sich aus der Periodizität der Sägezahnmodulation ergeben, kann die Wiederholfrequenz umgeschaltet werden.

Claims

Fatentansprüche 1. Verfahren zur Radarsignalverarbeitung bei einem CW-Radar mit periodisch sägezahnförmig frequenzmcduliertem Sendesignal und zu dem Sendesignal koharenter Demcdulatior des Empfangssignals, dadurch gekennzeichnet, daß das demodulierte Empfangssignal mit einer gegen die Wiederholfrequenz der Sägezahnmcdulation hohen Frequenz abgetastet wird, daß die Abtastwerte aus einem Sägezahnintervall in einer phasenregistrierenden Filterbank einer ersten Fouriertransforma.tion unterzogen werden,und daß die komplexen Ergebnisse eines Ausgangs der Filterbank aus aufeinanderfolgenden Sägezahnintervallen einer Dopplerfilterung unterworfen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Resultat der Copplerfilterung die aus der ersten Fouriertransformation gewonnene Zielentfernung korrigiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dopplerfilterung durch eine weitere Fouriertransformation erfolgt, und daß die Phasendrehung der Transformation zur Dopplerfilterung neben der Dopplergeschwindigkeit von dem jeweiligen Filter bzw. der Filternummer der ersten Transformation abhängt, dessen Werte der Dopplerfilterung unterworfen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Phasendrehung von Addition zu Addition der Ergebnisse der ersten Fouriertransformation bei der weiteren Transformation entsprechend Fourier sich aus folgendem Zusammenhang ergibt: mit = Phasendrehung im Bogenmaß v/c = Radialgeschwindigkeit des Ziels relativ zur Lichtgeschwindigkeit f = Wiederholfrequenz der Sägezahnmodulation m fT = Trägerfrequenz fR = Frequenz des betreffenden Filters der ersten Transformation (+) = für Modulation mit steigender Frequenz df/dt = Frequenzänderung der FM des Sendesignals über der Zeit.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendrehung von Addition zu Addition um die sich bei Annäherung eines Ziels ergebende Nichtlinearität infolge der Entfernungsänderung verändert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgenannten Maßnahmen parallel oder mit Zwischenspeicherung seriell auf den Summen- und die Differenzeingänge eines Monopuls-Radars angewendet werden, um aus den gewonnenen Ergebnissen die Winkelablagen der Ziele zu bestimmen.