-
-
Schaltungsanordnung zur Entdeckung bewegter Ziele in
-
Radarempfänqern Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
zur Entdeckung bewegter Ziele in Radarempfängern mit kohärenter Integration und
nachfolyender Betragsbildung in allen Dopplerkanälen und mit je einer CFAR-Schaltung
für jeden Dopplerkanal, wobei aus den Zielmeldungen der einzelnen CFAR-Schaltungen
in einer Auswahl schaltung eine zur Zielanzeige gelangende Zielmeldung bestimmt
wird.
-
Die Entdeckung bewegter Radarziele durch ein rundsuchendes Radargerät
bei gleichzeitig vorhandenen Störsignalen in Form von Rauschen und Clutterechos
kann aufgrund der Dopplerfrequenzverschiebung der Zielsignale erfolqen.
-
Bei Anwendung der kohärenten Integration in der Radar-Signalverarbeitung
bei Verwendung einer Filterbank oder eines Fast-Fourier-Transformers läßt sich aus
dem Echosignal neben Amplitude, Seiten- bzw. Höhenwinkel und der Entfernung die
Dopplerfrequenzverschiebung als eine weitere Information gewinnen. Solange das Radargerät
geschwindigkeitseindeutig arbeitet, lassen sich hieraus unmittelbar die radialen
Komponenten der Zielgeschwindigkeit und der Geschwindigkeitsrichtung ableiten. Die
Radialgeschwindigkeit des Zieles ist von vornherein unbekannt und kann wegen des
überlagerten Rauschens und Clutters erst nach einer kohärenten Integration für alle
möglichen Phasensprünge benachbarter Echoimpulse über eine vorgegebene Anzahl von
Echoimpulsen ermittelt
werden. Um den Aufwand in Grenzen zu halten,
wird der kontinuierliche Vorrat an möglichen Phasensprüngen in Inkremente unterteilt.
Die kohärente Integration liefert zu jedem Inkrement ein Ergebnis in Form einer
komplexen Summe. Es fällt somit eine Anzahl n komplexer Werte an, die meist der
Anzahl der zu integrierenden Pulse entspricht.
-
Die n komplexen Werte sind jeweils Überlagerungen von Rausch- und
Signalvektoren. Das Signal-Rausch-Verhältnis dieser Ergebnisse ist abhängig vom
Signal-Rausch-Verhältnis des einzelnen Echoimpulses und von der Anzahl der integrierten
Impulse. Es sind bereits Schaltungen bekannt, die aus den Integrationsergebnissen
dasjenige selektieren, das zu einer zuverlässigen Zielaussage führt. In der Literaturstelle
NTZ 1968, Heft 4, Seite 195 bis 198 ist ein Verfahren zur Entdeckung von Radarsignalen
mit unbekannter Dopplerfrequenz beschrieben, das auf einen Radarempfänger mit einer
Filterbank und nachfolgender Betragsbildung in den einzelnen Dopplerkanälen zurückgeht.
Nach der Betragsbildung wird das Teilfilter mit der größen Amplitude durchgeschaltet
und einer Schwelle (CFAR) zugeführt, die fest oder variabel sein kann. Bei dieser
Anordnung ist es möglich, daß starke schmalbandige Störsignale bei der Filterbankauswertung
zur Ziel entscheidung (Largest Of) durchgeschaltet und in der CFAR-Schaltung unterdrückt
werden. Ein Ziel echo mit anderer Dopplerfrequenz und geringerer Amplitude wird
dabei maskiert.
-
Eine andere bekannte Ausführung eines Radarempfängers mit einer Dopplerfilterbank,
bei der die Gefahr der Maskierung eines Ziel echos durch ein starkes schmalbandiges
Interferenz-Signal mit anderer Dopplerfrequenz
und einer größeren
Amplitude vermieden wird, ist aus der US-Patentsc hr i ft 4.1n/. r) ^. t . Sz r
d i wird an den Ausgang jedes Teilfilters der Doppierfilterbank eine Schwelle in
Form einer CFAR-Schaltung vorgesehen. Schwellenüberschreitungen in den CFAR-Schaltungen
stellen Zielmeldungen der einzelnen Dopplerbereiche in demselben Entfernungs- und
Winkeltor dar. Diese Zielmeldungen weden in einer Oder-Schaltung verknüpft und gelangen
zur Zielanzeige.
-
Nach der Betragsbildung liegen die Amplitudenwerte aus den einzelnen
Dopplerkanälen analog entweder als proportionale elektrische Größe oder als binäres
Wort vor. Soll bei einer Zielmeldung der Analogwert z.B. zur Zielschärfung, Plottgenerierung
oder zur Zielverfolgung weiterverarbeitet werden, so muß sichergestellt sein, daß
derjenige Analogwert durchgeschaltet wird, der zu dieser Zielmeldung geführt hat.
Bei den erwähnten bekannten Anordnungen kann hier ein erheblicher Empfindlichekeitsverlust
entstehen, da das jeweils durchgeschaltete Teilfilter nicht zwingend die für eine
Weiterverarbeitung günstigste Zielmeldung liefert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verarbeitungsverluste nach
der kohärenten Integration soweit wie möglich zu vermeiden und der Weiterverarbeitung
optimale Zieldaten anzubieten. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß die Auswahlschaltung so ausgebildet ist, daß sie die Zielmeldung mit dem besten
Signal-Rausch-Verhältnis bestimmt und diese zusammen mit der entsprechenden Dopplerkanalkennung
als Steuersignal für einen steuerbaren Schalter bereitstellt, der durch die Betragsbildung
erhaltene Zielamplitude des Dopplerkanals mit dem besten Signal-Rausch-Verhältnis
zur weiteren Signalverarbeitung durchschaltet.
-
Ein Maß für die Größe des Signal-Rausch-Verhältnisses stellt die Höhe
der Schwellüberschreitung in der CFAR-Schaltung dar. In der den CFAR-Schaltungen
folgenden Auswahlschaltung wird derjenige Dopplerkanal selektiert, bei dem die Differenz
von Amplitudenwert und Schwellenwert am größten ist.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht eine andere
Möglichkeit, das Auswahlkriterium nach dem größten Signal-Rausch-Verhältnis auszurichten
darin, daß nach dem größten normierten Signal-Rausch-Signalverhältnis selektiert
wird, indem der Quotient von der Differenz Amplitudenwert minus Schwellenwert und
dem Schwellenwert gebildet wird.
-
Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand
der Figuren näher erläutert.
-
Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise einer CFAR-Schaltung.
-
In der Fig. 1 ist nur ein Teil des Signalverarbeitungsweges eines
Radarempfängers, beginnend mit der Filterbank FB zur Frequenzanalyse und zur kohärenten
Integration der Dopplerfrequenzsignale in den einzelnen Dopplerkanälen dargestellt.
Die an den Ausgängen der 1 bis n Dopplerkanäle der Filterbank erhaltenen Integrationsvektoren
werden in einer nachfolgenden Schaltung BB der Betragsbildung unterzogen. Als Ergebnis
werden die Amplituden der Signale in den Teil bändern der Dopplerkanäle 1 bis n
erhalten und je einer CFAR-Schaltung CSl bis CSn
zugeführt. Zur
Bildung des maßgeblichen Schwellenwertes für die CFAR-Schaltungen wird in jeder
CFAR eine Rausch-Mittelwertbildung über einen vorgegebenen Entfernungs-und/oder
Winkelbereich durchgeführt. Erfolgt die Rauschmittelung in beiden Bereichen, so
kann auch eine Mittelwertbildung über beide Werte durchgeführt werden. Alle die
auf diese Weise gebildete Schwelle überschreitenden Amplituden der einzelnen Dopplerkanäle
erscheinen als Zielmeldungen am Ausgang der CFAR-Schaltungen. Anschließend wird
in einer als Auswahl schaltung dienenden Funktionseinheit FE aus allen im selben
Entfernungs- und Winkel bereich vorliegenden Zielmeldungen der Dopplerkanale 1 bis
n der Amplitudenwert (Analogwert), dessen Signal-Rausch-Verhältnis am größten ist,
selektiert.
-
Dieser Bestwert (Best Of) ist der Maximalwert, der sich aus den zu
den jeweiligen Dopplerkanälen gehörenden Differenz von Amplituden- und Schwellenwerten
der CFAR ergibt. Die Schwellenüberschreitung wird zur Zielanzeige an ein Sichtgerät
geführt. Die zum Bestwert gehörige Dopplerkanalkennung gelangt als Steuergröße an
einen steuerbaren Schalter S, mit dem der Amplitudenwert des Dopplerkanals mit dem
besten Signal-Rausch-Verhältnis abgegriffen und zur weiteren Signalverarbeitung
durchgeschaltet wird.
-
Das Auswahl kriterium für die eindutigst Schwellenüberschreitung in
der Auswahl schaltung kann dahin geändert werden, daß die Auswahl vom besten normierten
Signal-Rausch-Verhältnis abhängig gemacht wird. Die Selektionsvorschrift lautet
dann Amplitudenwert - Schwellenwert Schwellenwert.
-
Dieser Ausdruck gibt das momentan bestimmbare Signal-Rausch-Verhältnis
exakter wieder, da der
| Amplitudenwert = f Signal2 + Rauschen |
und der Schwellenwert ungefähr-gleich dem Rauschen ist.
-
In Fig. 2 ist zur Erläuterung der Wirkungsweise der CFAR-Schwelle
die Amplitude der Signalspannungen in Abhängigkeit von der Dopplerfrequenzverschiebung
(Dopplerkanäle) und von der Entfernung dargestellt. Der sich durch Mittelung des
Rauschens über die Entfernung ergebende Schwellenwert ist in der Figur gestrichelt
dargestellt und mit SW bis Swn bezeichnet. Obwohl der Dopplerkanal 1 eine größere
Signalamplitude aufzuweisen hat, wird der Dopplerkanal 4 mit der geringeren Signalamplitude
wegen des geringeren Rauchmittelwertes durchgeschaltet.
-
2 Patentansprüche 2 Figuren
- L e e r s e i t e -