DE3326116C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Puls-Doppler-Radar­ gerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es aus der DE 25 37 137 A1 bekannt ist.

Der eindeutig erfaßbare Entfernungsbereich eines Radarge­ rätes ist, abgesehen von der Sendeleistung von der Puls­ folgefrequenz (PRF) des Radarsenders abhängig. Für Radar­ geräte, die mit Filtern zur Unterdrückung von Festzei­ chenechos arbeiten, ergibt sich der Nachteil, daß sich infolge von Dämpfungspolen dieser Filter sogenannte Blind­ geschwindigkeitsbereiche ergeben, in denen auch die Echo­ signale von Bewegtzielen unterdrückt werden. Die Lage die­ ser Blindgeschwindigkeiten ist unter anderem von der Puls­ folgefrequenz abhängig. Bei großen Entdeckungsbereichen eines Radargerätes, die eine entsprechend niedrige Puls­ folgefrequenz erfordern, können die Blindgeschwindigkeits­ bereiche Werte annehmen, die mit häufig vorkommenden Flug­ geschwindigkeiten zusammenfallen. Es ist bekannt, diese Geschwindigkeitsabhängigkeit dadurch zu reduzieren, daß der Radarsender mit zwei oder mehr verschiedenen Impuls­ folgefrequenzen arbeitet, so daß sich durch Überlagerung eine Geschwindigkeitscharakteristik bildet, die in einem großen Geschwindigkeitsbereich keine ausgeprägten Null­ stellen mehr aufweist. Schwankungen der Geschwindigkeits­ charakteristik, die eine Empfindlichkeitseinbuße zur Folge haben, können auf diesem Wege jedoch nicht vermieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Puls-Doppler-Radargerät der eingangs genannten Art auch bei größeren Entdeckungsbereichen eine weitere Verbesse­ rung der Geschwindigkeitscharakteristik der Festzeichen­ filter zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird diese Auf­ gabe durch im Patentanspruch 1 angegebene Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Unteranspruch angegeben.

Bei der Blockstaggerung ist jedes Überreichweitenziel auf mehrere Entfernungstore verteilt, wobei das Ver­ teilungsmuster je nach Umschaltzeitpunkt der Pulsfolge­ frequenz und Überreichweite verschieden sein kann. Durch die Lösung gemäß der Erfindung wird durch eine wesentli­ che Vereinfachung bei der Erkennung von Überreichweiten ein aufwendiges Verfahren zur Mustererkennung vermieden. Alle möglichen Muster von Echosignalen werden auf ein einziges Muster mit dem Aussehen eines Zieles der ein­ deutigen Reichweite zurückgeführt. Die Unterscheidung von Zielen aus dem Originalbereich und aus Überreich­ weiten kann dann durch Vergleich ihrer azimutalen Signalbreite erfolgen, da die auf mehrere Entfernungs­ tore zerteilten Überreichweitensignale grundsätzlich eine geringere azimutale Breite aufweisen.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis 8 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Charakteristik eines Festzeichenfilters mit mehreren Polstellen,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Signalverarbeitungs­ teiles gemäß der Erfindung,

Fig. 3 die Darstellung der Echosignale aus dem eindeu­ tigen Entfernungsbereich und einem ersten Überreichweitenbereich am Ausgang der Video­ schwelle,

Fig. 4 eine Darstellung der Echosignale am Ausgang des Schaltungszweiges für die Überreichweitener­ kennung aus dem Überreichweitenbereich,

Fig. 5 ein Schaltungsbeispiel für den azimutalen Signal- Breitenvergleich,

Fig. 6 ein Impulsdiagramm für beide Schaltungszweige zur Überreichweitenerkennung,

Fig. 7 und 8 ein praktisches Beispiel einer Luftlage mit zwei Zielen erläutert an den Impulsdiagram­ men der Überreichweitenerkennungsschaltungen in den beiden Schaltungszweigen.

Zur Erläuterung der Blindgeschwindigkeit sei in einem Zahlenbeispiel von einem Puls-Doppler-Radargerät für einen eindeutigen Entfernungsbereich von 100 km ausgegangen. Die für die eindeutige Erfassung dieses Bereiches erforderliche Pulsfolgeperiode der Radarsendeimpulse beträgt 666 µs, das entspricht einer Pulsfolgefrequenz von 1,5 kHz. Die in Fig. 1 dargestellte Filtercharakte­ ristik eines Festzeichenfilters zeigt dementsprechend bei den ganzzahligen Vielfachen von 1,5 kHz, also z. B. den Frequenzwerten 1,5, 3,0, 4,5 kHz je einen Dämpfungspol. Im Frequenzbereich dieser Dämpfungspole ist die Empfindlichkeit des Radarempfängers stark ver­ mindert, so daß auch die Echosignale von Flugobjekten wie Festzeichenechos unterdrückt werden. Nach der Formel

lassen sich die diesen Dämpfungspolen entsprechenden Blindgeschwindigkeitsbereiche errechnen. In der ge­ nannten Gleichung ist n eine beliebig ganze Zahl. Die Pulsfolgefrequenz des Radarsenders ist mit PRF und die Sendefrequenz mit f _s bezeichnet. Mit einer Pulsfolge­ frequenz von 1,5 kHz und einer Sendefrequenz F _s=1,3 GHz ergibt sich eine erste Blindgeschwindigkeit von ungefähr 600 km/h. Dem zweiten Dämpfungspol bei 3 kHz entspricht folglich eine zweite Blindgeschwindigkeit von etwa 1200 km/h. Echosignale von Flugobjekten dieser Geschwin­ digkeit werden demgemäß im Festzeichenfilter unterdrückt und gelangen nicht zur Anzeige. Eine Radarbilddarstel­ lung, die entsprechend dem gewählten Beispiel einem eindeutigen Entfernungsbereich von 100 km zugrundegelegt ist, enthält zwar keine Festzeichenechos mehr, es fehlen aber außerdem Flugobjekte, deren Geschwindigkeit mit der ersten oder einem Vielfachen dieser Blindgeschwindigkeit übereinstimmt.

Wird jedoch gemäß der Erfindung bei unveränderter Leistung des Radarsenders die Pulsfolgefrequenz des Radarsenders vervielfacht, z. B. verdoppelt, dann umfaßt eine entsprechende Bildschirmdarstellung einen eindeu­ tigen Entfernungsbereich, der sich über Entfernungen von 1 bis 50 km erstreckt und außerdem die Signale einer ersten Überreichweite aus dem Entfernungsbereich 50 bis 100 km. Da vorausgesetzt ist, daß die Pulsfolgefrequenz während der Zielbeleuchtung (TOT) wenigstens einmal geringfügig geändert wird (Staggerung) erscheinen die Echosignale jedes Flugzieles zerteilt in verschiedenen Entfernungstoren, so daß deren Auswertung ohne weitere Maßnahmen nicht mehr möglich ist.

In Fig. 2 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Signalverarbeitung in der Videolage mit verbesserter Geschwindigkeitscharakteristik der Festzeichenfilter dargestellt. Diesem Ausführungsbeispiel liegt eine Verdopplung der Pulsfolgefrequenz PRF und somit eine Halbierung des Bereiches der angestrebten Reichweite des Radargerätes zugrunde. Es entstehen auf diese Weise für die Signalverarbeitung ein Originalbereich für eine eindeutige Reichweite und ein weiterer Bereich, der der ersten Überreichweite entspricht. Die aufgrund dieser Maßnahmen entstehenden Überreichweitensignale im angestrebten Entdeckungsbereich werden nach einer Videoschwelle (VS) einer besonderen Signalverarbeitung unterzogen. Bis zu dieser Stelle erfolgt die Verarbeitung der Videosignale in herkömmlicher Weise. Aus einem nicht dargestellten Teil des Radarempfängers gelangen die Videosignale an das Festzeichenfilter MTI und danach an eine Nachintegrationsschaltung NI. Die aufintegrierten Signale werden der Videoschwelle VS zugeführt, an deren Ausgang sich die Zielechosignale auf zwei getrennte Schaltungen verzweigen. Der erste obere Schaltungszweig enthält eine als Vergleichsschaltung wirksame Überreichweitenerkennung ÜR 1, mittels der alle Überreichweitensignale unterdrückt werden. Der zweite Schaltungszweig enthält einen Speicher SP und ebenfalls eine Überreichweitenerkennungsschaltung ÜR 2. Die Ausgänge beider Schaltungszweige führen z. B. an eine Bildschirmanzeige BS, die alle Zielechos aus dem eindeutigen Bereich und aus dem Überreichweitenbereich darstellt. Der Auslesetakt des Speichers SP im zweiten Schaltungszweig ist so ges­ teuert, daß die Echosignale entfernungstorrichtig an die Bildschirmanzeige BS weitergegeben werden.

Zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der erfindungsge­ mäßen Anordnung sind in Fig. 3 die Echosignale von Bewegtzielen dargestellt, wie sie auf einem Bildschirm am Ausgang der Videoschwelle VS zur Anzeige gelangen würden. Unter der Annahme, daß der gesamte Erfassungs­ bereich des Radargerätes 100 km beträgt, würden bei Verdopplung der Pulsfolgefrequenz in Fig. 3 für den Entfernungsbereich 0 bis 50 km (Originalbereich) die Echosignale von Bewegtzielen aus dem Originalbereich durch ungeteilte Zielanzeigen A, B, C, D dargestellt, während Echosignale aus der ersten Überreichweite 50 bis 100 km in Entfernung und Azimut zerteilt E, F, G zur Anzeige kämen. Im oberen Schaltungszweig werden jedoch die Überreichweiten-Echosignale E, F, G durch die Überreichweitenerkennungsschaltung ÜR 1 erkannt und unterdrückt. Aus diesem Schaltungszweig werden daher ausschließlich die Echosignale A, B, C, D des eindeuti­ gen Entfernungsbereiches auf dem Bildschirm BS darge­ stellt werden.

Die Zielinformationen der Überreichweiten gelangen gleichzeitig entfernungstorweise an den Eingang des Speichers SP im zweiten Schaltungszweig. Der Auslese­ takt des Speichers ist so gesteuert, so daß dieser vor einem Pulsfolgefrequenzwechsel synchron zu den Sende­ pulsen und nach einem Wechsel der Pulsfolgefrequenz PRF während jeder Zielüberstreichzeit zu den Sendepulsen so versetzt ist, daß die Ziele aus der ersten Überreichweite entfernungstorrichtig zusammengesetzt werden und die Ziele der eindeutigen Reichweite zerteilt werden. In der sich anschließenden Überreichweiten-Unterdrückungsschal­ tung ÜR 2 werden die zerteilten Ziele der eindeutigen Reich­ weite aufgrund ihrer geringeren azimutalen Breite unter­ drückt und die Zielechos der ersten Überreichweite auf dem Bildschirm BS zur Darstellung gebracht. Die beiden Auslesetakte für den Speicher SP arbeiten ferner zeitlich nacheinander so versetzt, daß die Ziele aus dem ersten Schaltungszweig für den Originalbereich am Bild­ schirm im Bereich 0 bis 50 km und die Ziele aus dem Speicher im zweiten Schaltungszweig für die erste Überreichweite im Bereich 50 bis 100 km angezeigt werden (Fig. 4).

Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Ver­ gleichsschaltung zur Überreichweitenerkennung mit einer zugehörigen Wahrheitstabelle. Die Vergleichsschaltung besteht aus einer Reihenschaltung von zwei Monoflop­ stufen MF 1, MF 2, deren Ausgang an einen Eingang eines UND-Gatter AND geführt ist. Ein zweiter Eingang A des UND-Gatters AND ist mit dem Eingang des ersten Monoflops MF 1, dem die unzerteilten und zerteilten Zielechosignale zugeführt werden, verbunden. Jedes der beiden Monoflops MF 1 bzw. MF 2 wird von einem Zeitglied ZG 1 bzw. ZG 2 gesteuert, von denen das Zeitglied ZG 1 für den Monoflop MF 1 auf die maximale Zieldauer und das Zeitglied ZG 2 für den Monoflop MF 2 auf eine minimale Zieldauer abgestimmt ist.

In dieser Vergleichsschaltung liefert das Monoflop MF 2 einen Vergleichswert, der der azimutalen Mindestdauer eines Zieles entspricht an den Eingang des UND-Gat­ ters. Das Monoflop MF 1 verhindert, daß das Monoflop MF 2 vom Ziel neu gestartet wird. Es wird nur das invertierte Ausgangssignal des Monoflops MF 2 ausgewertet. Wird das Monoflop MF 2 durch ein Echosignal gestartet, das zeit­ lich kürzer als die azimutale Mindestdauer eines Echo­ zieles ist, dann liegt der Fall eines Überreichweiten­ zieles vor, so daß an den Ausgang T des UND-Gatters AND kein Ausgangssignal erscheint. Das Überreichweitenecho wird somit unterdrückt.

Wenn das Monoflop MF 2 durch ein Echosignal gestartet wird, das eine größere azimutale Dauer aufweist als das Vergleichsignal, das durch das Zeitglied ZG 2 vorgegeben wird und das der Ziel-Mindestdauer entspricht, erhalten der - und der A-Eingang gleichzeitig ein Signal, so daß auch am Ausgang T des UND-Gatters ein Signal entsteht, und dadurch das Vorliegen eines Zieles anzeigt.

Anhand der Impulsdiagramme in Fig. 6 wird die Wirkungs­ weise der Anordnung gemäß der Erfindung näher erläutert. Für die beiden Verarbeitungswege in der Schaltung nach Fig. 2 sind eigene Impulsdiagramme a, b übereinander dargestellt, die jeweils in der oberen Reihe die Sendeimpulse PRF vor und nach dem PRF-Wechsel und in der unteren Reihe den zugeordneten Auslesetakt für den Speicher SP enthalten.

Das Radargerät liefert beiden Verarbeitungszweigen die gleichen Echosignale, die auf eine während der Ziel­ überstreichzeit TOT gestaggerte Pulsfolgefrequenz PRF 1/PRF 2 zurückgehen.

Im zweiten Schaltungszweig erfährt der Startimpuls für den Auslesetakt eine von der Änderung der Pulsfolge­ frequenz (Staggerung) abängige Verschiebung, wie in der unteren Zeile des Impulsdiagramms nach dem vierten Sendeimpuls angedeutet. Der Auslesetakt ist nach der PRF-Änderung um eine Zeitdauer versetzt, die der Differenz der Pulswiederholdauer zwischen PRT 1 und PRT 2 entspricht. Beim Wechsel zu einer kürzeren Pulsfolge­ dauer bedeutet dies eine Verzögerung. Durch diese Verschiebung des Auslesetaktes wird erreicht, daß die an sich durch Staggerung zerteilten Echoimpulse der ersten Überreichweite als ein ungeteiltes Echosignal immer im gleichen Entfernungstor erscheinen. Gleichzeitig werden jedoch die ungeteilten Echosignale A, B, C, D des eindeutigen Entfernungsbereiches (Originalbereich) im zweiten Schaltungszweig infolge der Auslesetaktverschie­ bung zerteilt. Daraus ergibt sich, daß die beiden parallelen Schaltungszweige zusammen die Bewegtziel- Echosignale des angestrebten Entfernungsbereiches von 100 km liefern. Die jedoch gleichzeitig entstandenen zerteilten Echosignale und alle anderen Echosignale aus weiteren Überreichweiten werden durch die Überreich­ weitenerkennung ÜR 1 und ÜR 2 unterdrückt.

Ein praktisches Zahlenbeispiel soll die vorstehend beschriebene Wirkungsweise verdeutlichen. In Fig. 7 ist das in Fig. 6 unter a angegebene Impulsdiagramm nochmals aufgezeichnet. Es ist dem ersten Schaltungszweig für den Entfernungsbereich 1 bis 50 km zugeordnet. Es wird unterstellt, daß eingangsseitig ein Echosignal für ein Ziel in 40 km Entfernung und ein zweites Echosignal für ein anderes Ziel in 90 km Entfernung, d. h. aus der ersten Überreichweite vorliegen. Das Ziel in 90 km Entfernung ist ein Überreichweitenziel und wird wegen geringerer azimutaler Breite in der Vergleichsschaltung ÜR 1 unterdrückt.

In Fig. 8 ist das Impulsdiagramm b der Fig. 6 des zwei­ ten Schaltungszweiges nochmals dargestellt. Dieser Schaltung liegt die beschriebene gesteuerte Verschiebung für die Auslesetakte zugrunde. Die Echosignale des Zieles in 40 km Entfernung sind wieder durch waagerechte Schraffur erkenntlich. Bis zum Zeitpunkt des Wechsels der Pulsfolgefrequenz erfolgt eine Anzeige wie bisher im vierten Entfernungstor. Danach erscheint die Anzeige jedoch infolge der Start-Pulsverschiebung im Entfer­ nungstor 3. Infolge der entfernungstormäßigen Teilung des Zielechos entsteht eine azimutale Verkürzung des Zielechos, die zur Unterdrückung in der Vergleichs­ schaltung ÜR 2 führt.

Die Anzeige des Zieles in der Entfernung 90 km (senk­ rechte Schraffur) erscheint dagegen vor und nach der Staggerung ausschließlich unzerteilt und besitzt eine für die Zielanzeige ausreichende azimutale Breite. Nachdem auch hier die zerteilten Echosignale unterdrückt werden, gelangen aus dem ersten Schaltungszweig das Ziel (40 km Entfernung) aus dem Originalbereich und aus dem zweiten Schaltungszweig das Ziel in 90 km Entfernung des ersten Überreichweitenbereiches an den Bildschirm BS. Die zusätzliche Steuerung des Auslesetaktes des Speichers SP sorgt dafür, daß alle Ziele in der richtigen Entfernung auf dem Bildschirm BS zur Anzeige kommen.

Claims (2)

1. Puls-Doppler-Radargerät für einen in Entfer­ nungstore eingeteilten Entfernungsbereich
mit einer während der Zielüberstreichzeit (TOT) veränderbaren Pulsfolgefrequenz (PRF) zur Erkennung von Überreichweiten, und
mit einer Anordnung zur Festzeichenunterdrückung (MTI), einer Nachintegrationsschaltung (NI), einer nachgeschalteten Schwel­ lenschaltung (VS) und einer Anzeigeeinrichtung (BS),
dadurch gekennzeichnet, daß
der vorgegebene Entfernungsbereich in einen durch die Pulsfolgefrequenz bestimmten Ent­ fernungsbereich und mindestens einen vorgegebenen Überreichweitenbereich aufgeteilt ist,
daß zwischen der Schwellenschaltung (VS) und der Anzeigeinrichtung (BS) mindestens zwei parallele Signalverarbeitungswege geschal­ tet sind,
daß der erste Signalverarbeitungsweg eine erste Überreichweitener­ kennungsschaltung (ÜR 1) zur Erkennung von Überreichweiten im durch die Pulsfolgefrequenz bestimmten Entfernungsbereich aufweist,
daß die weiteren Signalverarbeitungswege jeweils einen Speicher (SP) und eine nachgeschaltete zweite Überreichweitenerkennungs­ schaltung (ÜR 2) aufweisen,
daß der Auslesetakt für den Speicher (SP) derart gesteuert ist, so daß dieser vor dem Wechsel der Pulsfolgefrequenz (PRF) zeitgleich zu den Sendepulsen, und nach dem Wechsel zu den Sendepulsen um eine Zeitdauer versetzt ist und
daß diese Zeitdauer der Differenz der Pulswiederholdauern (PRT 1, 2) entspricht, wodurch die Zielechos aus den vorgegebenen Überreich­ weitenbereichen entfernungstorrichtig zusammengesetzt sind.

2. Puls-Doppler-Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Überreichweitenerkennungsschaltung (ÜR 1, 2) eine mono­ stabile Kippstufe (MF 2) mit einer der minimalen Zieldauer ent­ sprechenden Verweilzeit aufweist,
daß der Kippstufe (MF 2) eine weitere monostabile Kippstufe (MF 1) mit einer der maximalen Zieldauer entsprechenden Verweil­ zeit vorgeschaltet ist, und
daß das Zielechosignal einmal direkt und einmal über die Kippstufe (MF 2) an einem Verknüpfungsglied (AND) anliegt, wodurch nicht der minimalen Zieldauer entsprechende Zielechosignale ausge­ blendet werden.