DE3327381A1 - Pulsed radar having an analog matched filter - Google Patents
Pulsed radar having an analog matched filterInfo
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Abstract
Description
Pulsradarserät mit OptimalfilterPulse radar device with optimal filter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Pulsradargerät mit Optimalfilter zur Verbesserung der Entdeckungswahrscheinlichkeit und mit digitaler Signalverarbeitung.The invention relates to a pulse radar device with an optimal filter to improve the probability of detection and with digital signal processing.
Um die Empfindlichkeit von Radarempfängern zu verbessern, ist es bekannt, Optimalfilter einzusetzen, die jedoch infolge ihrer integrierenden Eigenschaft auch eine unerwünschte Impulsverbreiterung zur Folge haben.To improve the sensitivity of radar receivers, it is known to Use optimal filters, but also because of their integrating property result in undesired pulse broadening.
Dieser Umstand führt zu einer schlechten Trennbarkeit benachbarter Ziele, d.h. daß die erzielbare Auflösung ungünstiger wird. Diesem Nachteil kann zwar durch Verkürzung der Sendeimpulse begegnet werden. Bei gleichbleibender Spitzenleistung des Senders ergibt sich dann jedoch eine Verringerung der Pulsenergie und damit eine Abnahme der Empfindlichkeit.This fact leads to poor separability of neighboring ones Objectives, i.e. that the achievable resolution becomes less favorable. This disadvantage can can be countered by shortening the transmission pulses. With the same top performance of the transmitter, however, there is then a reduction in the pulse energy and thus a decrease in sensitivity.
Die Anwendung der Pulskompression zur Verbesserung der Auflösung erfordert ein aufwendiges Modulations- und Decodierungsverfahren. Darüber hinaus wird die Unterdrückung von.Festzeichen wesentlich verschlechtert.The use of pulse compression to improve resolution requires a complex modulation and decoding process. In addition, the Suppression of fixed characters significantly worsened.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Auflösung bei Pulsradargeräten der eingangs genannten Art unter Vermeidung der Nachteile bekannter --Verfahren mit einer einfachen Anordnung zu verbessern.The invention is based on the problem of the resolution in pulse radar devices of the type mentioned at the beginning, avoiding the disadvantages of known methods to improve with a simple arrangement.
Gemäß der Erfin.dung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Echosignalimpulse von entfernungsmäßig oder azimutal benachbarten Zielobjekten durch eine Maximumsbestimmung von einer Summe von Differenzwerten verschieden hoher Ordnung, die von den digitalen Abtastwerten der Echosignale abgeleitet werden in Verbindung mit einer Schwellenentscheidung über die einem Maximum zugehörige Echosignalamplitude in Einzelziele aufgelöst werden.According to the invention, this object is achieved in that echo signal pulses of target objects that are adjacent in terms of distance or azimuthality by determining the maximum of a sum of difference values of different high order that of the digital Samples of the echo signals are derived in connection with a threshold decision are resolved into individual targets via the echo signal amplitude associated with a maximum.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Auswahl und Wertung der zur Summenbildung verwendeten Differrenzwerte verschieden hoher Ordnung durch eine Wichtung der Differenzwerte.According to an advantageous embodiment of the invention, the Selection and evaluation of the differential values used for the summation different high order by weighting the difference values.
Diese Anordnung ermöglicht es, die Grenze Ges Abstandes benachbarter Ziele, bis zu der sie voneinander noch trennbar sind, auch bei Anwendung von Optimalfiltern und Anwendung einer digitalen Signalverarbeitung weiter anzunähern.This arrangement makes it possible to limit the distance Ges spacing neighboring Goals up to which they can still be separated from each other, even when using optimal filters and use of digital signal processing.
Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.The invention and further details of the invention will become apparent with reference to Figures 1 to 4 explained in more detail.
Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Radargerätes mit Optimalfilter und digitaler Signalverarbeitung, Fig. 2 das Prinzip dedr Impulsverbreiterung durch das Optimalfilter, Fig. 3 das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Mehrfachzielerkennung, Fig. 4 das Amplituden/Entfernungsdiagramm für ein simuliertes aus drei Zielen bestehendes Mehrfachziel, Fig. 5 die Darstellung einer Auswertung der Ergebnisse aus der Anordnung zur Mehrfachzielerkennung.1 shows a basic circuit diagram of a radar device with an optimal filter and digital signal processing, Fig. 2 shows the principle of pulse broadening the optimal filter, FIG. 3 the block diagram of a circuit arrangement for multiple target recognition, Figure 4 shows the amplitude / range diagram for a simulated three target Multiple objective, FIG. 5 shows the representation of an evaluation of the results from the arrangement for multiple target detection.
t Bei dem in Fig. 1 dargestellten Pulsradargerät mit digitaler Signalverarbeitung werden die vom Radarsender S erzeugten und von einem Ziel reflektierten Sendeimpulse über die Antenne A und den Sende/Empfangsschalter SE dem Empfangszweig zugeführt. Die in einem Verstärker V verstärkten Signale werden mittels des Oszillators LO und der Modulationsstufe M in eine Zwischenfrequenzlage umgesetzt und einem besonderen Optimalfilter OF zugeführt. Das Optimalfilter ist der verwendeten Impulsform so angepaßt, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt das Verhältnis von Signalspannung zu effektiver Rauschspannung ein Maximum erreicht. t In the case of the pulse radar device with digital signal processing shown in FIG. 1 are the transmission pulses generated by the radar transmitter S and reflected by a target The receiving branch is supplied via the antenna A and the transmitting / receiving switch SE. The signals amplified in an amplifier V are by means of the oscillator LO and the modulation stage M converted into an intermediate frequency position and a special one Optimal filter OF supplied. The optimal filter is the same as the pulse shape used adapted that at a given point in time the ratio of signal voltage to effective noise voltage reaches a maximum.
Diese Art der Signalverarbeitung optimiert zwar die Entdeckungswahrscheinlichkeit eines Einzelzieles, vermindert jedoch gleichzeitig die Auflösung, da durch die Filterwirkung der empfangene Impuls verbreitert wird.This type of signal processing optimizes the probability of detection a single target, but at the same time reduces the resolution because of the filter effect the received pulse is broadened.
An den Ausgang des Optimalfilters OF schließt sich ein Analog-Digital-Wandler AD an, der den Übergang in die digitale Signalverarbeitung einleitet. Nach der Festzeichenunterdrückung in einem Festzeichenfilter MTI erfolgt in einer weiteren Stufe Q die Bildung der Beträge aus den Quadraturkomponenten. Die sich anschließende Nachintegration erfolgt getrennt-für jeden Entfernungskanal über mehrere Abtastwerte in azimutaler Richtung. Danach stehen in jedem azimutalen Sektor Abtastwerte der Zielamplitude längs der Entfernungskanäle zur Verfügung.An analog-digital converter is connected to the output of the optimal filter OF AD, which initiates the transition to digital signal processing. After fixed character suppression In a fixed-character filter MTI, the formation of the takes place in a further stage Q Amounts from the quadrature components. The subsequent post-integration takes place separately - for each range channel over several samples in the azimuthal direction. After that, in each azimuthal sector there are sample values of the target amplitude along the Distance channels available.
Das Maß der Impulsverbreiterung durch das Optimalfilter OF ist von der Form des Sendeimpulses selbst abhängig.The amount of pulse broadening by the optimal filter OF is from the form of the transmission pulse itself depends.
Der häufig verwendete rechteckförmige Sendeimpuls der Dauer T wird durch das Optimalfilter zu einem dreieckförmigen Impuls der Basisbreite 2 t verbreitert.The frequently used square-wave transmission pulse of duration T is broadened by the optimal filter to a triangular pulse with a base width of 2 t.
Stammen Radarechosignale von zwei benachbarten Zielen derart, daß sich die ungefilterten Impulse gerade noch nicht überlappen, so findet man am Ausgang des Optimalfilters einen trapezförmigen Impuls der Basisbreite 31C . Während die ungefilterten Radarechosignale mit Hilfe eines Schwellwertschalters noch als zu getrennten Zielen zugehörig erkennbar sind, ist diese einfache Unterscheidungsmöglichkeit nach einem Optimalfilter nicht mehr möglich. Die Amplitude des gefilterten Impulses kehrt zwischen den Zielen erst dann zur Nullinie zurück, wenn der Zielabstand größer wird als 21 . Damit hat sich die Auflösung des Radargerätes durch die Wirkung des verwendeten Optimalfilters OF um den Faktor 2 verschlechtert.Are radar echo signals from two neighboring targets such that the unfiltered impulses do not yet overlap, one finds at the exit of the optimal filter a trapezoidal pulse of the base width 31C. While the unfiltered radar echo signals with the help of a threshold switch can be identified as belonging to separate goals, this is a simple way of distinguishing between them no longer possible after an optimal filter. The amplitude of the filtered pulse does not return to the zero line between the targets until the target distance increases will be as 21. The resolution of the radar device has thus increased through the effect of the used optimal filter OF deteriorated by a factor of 2.
In Fig. 2 sind die Abtastwerte der Echosignale für ein Einzelziel und ein Doppelziel, die auf einen rechteckförmigen Sendeimpuls der Pulslänge H zurückgehen, vor und nach Durchlaufen eines Optimalfilters OF dargestellt. Wie bereits beschrieben, verbreitert sich der gefilterte Impuls bei Vorliegen eines Einzelzieles auf und bei Vorliegen eines Doppelzieles. auf 3 A Eine weitere Verschlechterung der Auflösung folgt aus der Tatsache, daß die in Fig. 2 dargestellten Funktionsverläufe tatsächlich nur in Form von diskreten Abtastwerten in codierter Form zur Verfügung stehen.In Fig. 2 are the samples of the echo signals for a single target and a double target, which go back to a rectangular transmission pulse of pulse length H, shown before and after passing through an optimal filter OF. As already described, If a single target is present, the filtered impulse widens to and if there is a double objective. to 3 A Another deterioration in resolution follows from the fact that the function curves shown in Fig. 2 are actually are only available in the form of discrete samples in coded form.
Diese liegen darüber hinaus nicht synchron zum Ziel, d.h. nicht notwendigerweise in den Eckpunkten der dargestellten Impulsformen. Da die Zahl dieser Abtastwerte maßgeblich den Aufwand der digitalen Signalverarbeitung bestimmt, wird man sie möglichst gering halten. Bei existierenden Systemen wird über zwei Abtastwerte pro Sendeimpulsbreite selten hinausgegangen (Doppelab- tastung). Die Trennbarkeit benachbarter Ziele aufgrund von Formkriterien des Amplitudenverlaufs ist daher sehr schwierig.In addition, these are not in sync with the target, i.e. not necessarily in the corner points of the pulse shapes shown. Because the number of these samples significantly determines the effort of digital signal processing, one will use it as much as possible keep it low. Existing systems have two samples per transmission pulse width rarely went out (double palpation). The separability of neighboring Aiming based on shape criteria of the amplitude curve is therefore very difficult.
Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung, die nach den geschilderten Voraussetzungen durch Verbesserung der Auflösung eine Mehrfachzielerkennung erermöglicht, wird anhand der Fig. 3 näher erläutert. Dem Eingang der Schaltungsanordnung zur Mehrfachzielerkennung werden die am Ausgang der Nachintegrationsschaltung erhaltenen Abtastsignale A. der Radarechoimpulse zugeführt. Die erste Ebene der Schaltungsanordnung besteht aus einer Kette von Stufen a 1, a 2 ... h n zur Differenzbildung. Von den Abtastwerten der Zielamplituden werden über die Entfernungskanäle hinweg fortlaufend die einfachen und höheren Differenzen #¹, #² ... #n gebildet. Alle Differenzwerte werden zur Bildung der nächst höheren Differenz der nachfolgenden Differenzstufe und zur Bildung eines Summenwertes über je einen Multiplizierer M1, M2, ... Mn zur Aufsummierung einer Additionsschaltung SU zugeführt. Die Differenzwerte #¹, #², ... #n, werden in den Multiplikationsschaltungen mit den Faktoren m1, m2 ... mn gewichtet. Am Ausgang der Additionsschaltung SO wird ein Summensignal A£erhalten, das in einer nachfolgenden Pegelvergleichsschaltung PV fortlaufend auf das Vorhandensein lokaler Maxima untersucht wird, indem der jeweils vorliegende Wert mit seinen Nachbarwerten verglichen wird. Ist z.B. an der Stelle j ein solches Maximum erkennbar, so wird geprüft, ob der zu diesem Entfernungskanal j gehörige Abtastwert A. der Zielamplitude in üblicher Weise eine Zielent-J deckungsschwelle überschreitet. Zur Herbeiführung dieser Schwellenentscheidung wird für den Entfernungskanal j aus einem Speicher SP in den alle Abtastwerte Aj der Zielechoamplituden eingelesen werden, die Amplitude des Abtastwertes Aj abgerufen. In einer Vergleichsschaltung VS wird die Amplitude des Abtastwertes A. an einem aus J einer Schwellenwerterzeugung SW vorgegebenen Schwellenwert gemessen. Zeigt dieser Vergleich, daß das im Entfernungstor jl.ermittelte Maximum einem Abtastwert A.An embodiment of a circuit arrangement, which according to the described Requirements enabling multiple target detection by improving the resolution, is explained in more detail with reference to FIG. 3. The input of the circuit arrangement to Recognition of multiple targets is obtained at the output of the post-integration circuit Sampling signals A. supplied to the radar echo pulses. The first level of circuitry consists of a chain of levels a 1, a 2 ... h n to form the difference. Of the Sample values of the target amplitudes are continuous across the range channels the simple and higher differences # ¹, # ² ... #n are formed. All difference values are used to form the next higher difference of the following differential level and to form a total value via a multiplier M1, M2, ... Mn for each Summing fed to an addition circuit SU. The difference values # ¹, # ², ... #n, are used in the multiplication circuits with the factors m1, m2 ... mn weighted. A sum signal A £ is obtained at the output of the addition circuit SO, that in a subsequent level comparison circuit PV continuously for the presence local maxima is examined by dividing the respective existing value with its neighboring values is compared. If, for example, such a maximum is recognizable at point j, then becomes checked whether the sample value A. belonging to this distance channel j is the target amplitude normally exceeds a target discovery threshold. To induce this Threshold decision is made for range channel j a memory SP into which all samples Aj of the target echo amplitudes are read, the amplitude of the sample Aj is retrieved. In a comparison circuit VS is the amplitude of the sample A. at one of J a threshold value generation SW predetermined threshold measured. This comparison shows that this is in the distance gate jl determined maximum of a sample A.
J einer Zielechoamplitude zugeordnet ist, die über dem vorgegebenen Schwellenwert liegt, dann wird die Mitte des Entfernungskanals j als Rohziellage bestimmt. Die zweifache Amplitudenverarbeitung in Form einer Maximumbildung und einer Zielschwellenentscheidung ermöglicht trotz der Anwendung von Optimalfiltern und der Durchführung einer digitalen Signalverarbeitung die Mehrfachzielerkennung auch bei nah benachbarten Zielobjekten. Je nach gewünschter Zielmeßgenauigkeit kann z.B. durch ein Quotientenverfahren eine Zielschärfung der Rohziellage durchgeführt werden. J is assigned to a target echo amplitude that is above the predetermined Threshold value, then the center of the distance channel j is used as the raw target position certainly. The double amplitude processing in the form of a maximum formation and a target threshold decision despite the use of optimal filters and performing digital signal processing, multiple target recognition even with nearby target objects. Depending on the desired target measurement accuracy For example, a target sharpening of the raw target position is carried out using a quotient method will.
Durch Hinzunahme immer höherer Differenzwerte können immer geringere Rauhigkeiten im Signalverlauf zur Mehrfachzielerkennung ausgenutzt werden. Dabei steigt jedoch auch die Wahrscheinlichkeit, daß aufgrund von thermischem Rauschen, Signalfluktationen und ähnlichen Effekten verursachten Rauhigkeiten vorhandene Einzelziele fälschlich als Doppelziele ausgegeben werden.By adding higher and higher differential values, lower and lower Roughness in the signal curve can be used to identify multiple targets. Included however, it also increases the likelihood that, due to thermal noise, Signal fluctuations and similar effects caused roughness of existing single targets are incorrectly reported as dual destinations.
Durch geeignete von der speziellen Pulsform abhängige Wahl der Wichtungsfaktoren in den Multiplikatoren M1 ... Mn läßt sich ein angemessener Kompromiß zwischen Doppelzielerkennung und Doppelziel-Falschalarmwahrscheinlichkeit finden.Through a suitable choice of weighting factors depending on the specific pulse shape in the multipliers M1... Mn an appropriate compromise can be found between double target recognition and find dual target false alarms probability.
In Fig. 4 ist einem das Zusammenwirken von Maximumbe- Maximumbestimmung und Zielschwellenentscheidung in einem Diagramm dargestellt. Unter der Annahme von drei Zielen mit einem Zielabstand vom 1,2-fachen der Pulslänge sind im oberen Teil des Diagramms unter a die durch Differenzwertbildung ermittelten Werte für die Maximumsbestimmung und unter b die Abtastwerte der Zielechoamplituden zusammen mit der vorgegebenen Zielentscheidungsschwelle über der Entfernung dargestellt.In Fig. 4 one can see the interaction of maximum Determination of the maximum and target threshold decision shown in a diagram. Assuming three targets with a target distance of 1.2 times the pulse length are in the upper part of the diagram under a, the values determined by forming the difference for the maximum determination and under b the sample values of the target echo amplitudes together with the specified Target decision threshold shown as a function of distance.
Außerdem sind die ermittelte Rohziellage Z1, Z2, Z3 der Zielobjekte eine z.B. durch ein Quotientenverfahren ermittelte Feinziellage sowie die wahre Ziellage angegeben.In addition, the determined raw target position Z1, Z2, Z3 of the target objects a fine target position determined e.g. by a quotient method as well as the true one Target position specified.
Die Fig. 5 zeigt als Beispiel mehrere simulierte Ergebnisse für drei gleich starke Ziele, deren Abstand gleich der 1,2-fachen Sendeimpulslänge ist, wobei der Sendeimpuls rechteckförmig angenommen wurde. Es werden die Ergebnisse einer Mehrfachzielerkennung gegenübergestellt, die nach der neuen Maximumermittlung bzw. nach der bekannten Methode der Schwellwertüberschreitung ermittelt wurden. Zur Mehrfachzielerkennung nach der Erfindung wird in diesem Beispiel lediglich die erste Differenzbildung A 1 ausgenützt, d.h. daß der Wichtungsfaktor m1 = 1 und alle höheren Wichtungsfaktoren m. = 0 gesetzt sind. Es ist ferner die Doppelabtastung bei der Analogdigitalumwandlung vorausgesetzt. Der Signal-Geräusch-Abstand ist für dieses Beispiel so angesetzt, daß sich eine Zielentdeckungswahrscheinlichkeit von nahe 100 % einstellt, wodurch der Mechanismus der Mehrfachzielerkennung besonders deutlich wird.5 shows several simulated results for three as an example equally strong targets whose distance is equal to 1.2 times the transmission pulse length, where the transmission pulse was assumed to be square. It will be the results of a Multiple target detection compared, which after the new maximum determination or were determined using the known method of exceeding the threshold. For multiple target detection according to the invention, in this example only the first difference is formed A 1 is used, i.e. the weighting factor m1 = 1 and all higher weighting factors m. = 0 are set. It is also double sampling in analog to digital conversion provided. The signal-to-noise ratio for this example is set as follows: that a target discovery probability of close to 100% occurs, whereby the mechanism of multiple target detection becomes particularly clear.
Die durch Differenzbildung ermittelten Amplituden (= o 1-Werte) sind gestrichelt im oberen Teil der Figuren aufgetragen. Lokale Maxima sind, sofern gleichzeitig die Zielentdeckungsschwelle überschritten ist, als Rohziellage durch Kreise gekennzeichnet. Das verwendete Simulationsprogramm enthält einen Algorithmus zur Zielschärfung, der ausgehend von den Rohziellagen eine extrahierte Feinziellage berechnet.The amplitudes (= o 1 values) determined by forming the difference are plotted in dashed lines in the upper part of the figures. Local maxima are provided simultaneously the target discovery threshold has been exceeded, indicated by circles as the raw target location. The simulation program used contains an algorithm for target sharpening, which calculates an extracted fine target location based on the raw target locations.
Diese Ergebnisse sind als senkrechte Linien ebenfalls im oberen Teil der Figuren aufgetragen.These results are also shown as vertical lines in the upper part of the figures applied.
Die dargestellten Einzelbeispiele zeigen in allen Fällen, daß die Amplitudenauwertung durch Differenzbildung bei dem gewählten Zielabstand eine Zieltrennung ermöglicht, während das alleinige Kriterium der Schwellenwertüberschreitung die Dreiergruppe der Zielobjekte nur als Einzelziel detektieren würde.The individual examples shown show in all cases that the Amplitude evaluation by forming the difference with the selected target distance a target separation allows, while the sole criterion of exceeding the threshold is the Group of three of the target objects would only detect as a single target.
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| DE19833327381 DE3327381A1 (en) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | Pulsed radar having an analog matched filter |
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| DE19833327381 DE3327381A1 (en) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | Pulsed radar having an analog matched filter |
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| DE3327381C2 DE3327381C2 (en) | 1987-01-22 |
Family
ID=6205230
Family Applications (1)
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|---|---|
| DE3327381C2 (en) | 1987-01-22 |
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