DE3434326A1 - Method for deriving a clutter-dependent target recognition threshold in a radar system - Google Patents

Method for deriving a clutter-dependent target recognition threshold in a radar system

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DE3434326A1 DE19843434326 DE3434326A DE3434326A1 DE 3434326 A1 DE3434326 A1 DE 3434326A1 DE 19843434326 DE19843434326 DE 19843434326 DE 3434326 A DE3434326 A DE 3434326A DE 3434326 A1 DE3434326 A1 DE 3434326A1
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Abstract

The derivation of a target detection threshold as determined by the mean value and variance of measured values using a stored correlation rule is faulty when the amplitude values are previously quantised because mean value and variance are falsified mainly by the lower quantising threshold of the quantiser. According to the methods proposed, either the same error effects are simulated for setting up the stored correlation rule, and a correlation rule already falsified and compensating for the errors in the measured values is stored, or a correction rule taking into consideration the quantisation errors is additionally stored for the measured values of mean value and variance, by means of which corrected values for the mean value and variance are obtained, in accordance with the determination of which a target detection threshold is derived from the correlation rule.

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/We/reLicentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL / We / re

Theodor-Stern-Kai 1 UL 84/95Theodor-Stern-Kai 1 UL 84/95

D-6000 Frankfurt 70D-6000 Frankfurt 70

Verfahren zur Ableitung einer clutterabhängigen Zielerkennungsschwelle in einer RadaranlageMethod for deriving a clutter-dependent target recognition threshold in a radar system

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ableitung einer clutterabhängigen Zielerkennungsschwelle in einer Radaranlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for deriving a clutter-dependent target recognition threshold in a radar system according to the preamble of claim 1.

Zur Unterscheidung zwischen Störsignalen (Clutter) und Zielechos in den Empfangssignalen einer Radaranlage wird in einem Zielprozessor eine Zielerkennungsschwelle eingestellt, bei deren Überschreiten durch gegebenenfalls vorverarbeitete Echosignale auf das Vorhandensein eines Ziels erkannt wird. Da die Amplituden der Störsignale nicht nur einer statistischen Verteilung gehorchend variieren, sondern sich auch die mittleren Amplitudenwerte zeitlich und innerhalb des Überwachungsgebiets verändern, beispielsweise durch Regen oder bei der Küstenüberwachung durch unterschiedlichen Seegang, ist die Zielerkennungsschwelle zweckmäßigerweise an die jeweiligeTo differentiate between interference signals (clutter) and target echoes in the received signals of a radar system a target recognition threshold is set in a target processor; preprocessed echo signals for the presence of a target is detected. As the amplitudes of the interfering signals not only vary according to a statistical distribution, but also the mean amplitude values change over time and within the surveillance area, for example due to rain or during coastal surveillance due to different swell, the target recognition threshold is expediently to the respective

- k - UL 84/95- k - UL 84/95

Cluttersituation um jede Radarzelle oder zumindest innerhalb eines begrenzten Teilgebiets anpaßbar. Als die jewei lige Cluttersituation kennzeichnend werden die Verteilungsparameter Mittelwert und Varianz einer Mehrzahl von gemessenen Signalamplituden aus der Umgebung der gerade betrachteten Radar- oder Gebietszelle angesehen. Die Verteilung der Amplituden der Störechos läßt sich gewöhnlich sehr gut durch eine einfache statistische Verteilungsfunktion wie beispielsweise eine Rayleigh-Verteilung oder eine logarithmische Normalverteilung für Seeclutter annähern. Unter Zugrundelegung einer solchen Verteilungsfunktion läßt sich anhand gemessener Werte für Mittelwert und Varianz der Amplituden die Zielerkennungsschwelle so ei ils toll, on , diifJ gewünschte (iron/.worto Ciir maximale l^i alarmwahrscheinlichkeit (z. B. 10 ) und Zielentdeckungswahrscheinlichkeit (z. B. 90 %) eingehalten werden.Clutter situation around each radar cell or at least adaptable within a limited sub-area. The distribution parameters mean value and variance of a plurality of measured signal amplitudes from the surroundings of the radar or area cell currently under consideration are regarded as characterizing the respective clutter situation. The distribution of the amplitudes of the false echoes can usually be approximated very well by a simple statistical distribution function such as, for example, a Rayleigh distribution or a logarithmic normal distribution for sea clutter. On the basis of such a distribution function, the target recognition threshold can be calculated using measured values for the mean value and variance of the amplitudes as ei ils great, on, diifJ desired (iron / .worto Ciir maximum l ^ i alarm probability (e.g. 10) and target detection probability (e.g. B. 90 %) are adhered to.

Zur digitalen Signalverarbeitung werden die durch Abtastung gewonnenen Amplitudenwerte einem Quantisierer zugeführt, der aufgrund seines begrenzten Auflösungsbereichs eine untere Quantisierungsschwelle aufweist und die Amplitudenwerte in korrespondierende diskrete Impulshöhenwerte umwandelt. Alle unterhalb der Quantisierungsschwelle liegenden Amplitudenwerte werden bis zu der Quantisierungsschwelle angehoben. Aus dem Quantisierungsprozeß resultiert dadurch ein Fehler in den gemessenen Werten von Mittelwert und Varianz gegenüber der tatsächlichen Verteilung, was insbesondere in Cluttersituationen mit kleinem Mittelwert und/oder großer Varianz der Störsignalamplituden zu einem merklichen Fehler bei der Einstellung der Zielerkennungsschwelle führen kann.For digital signal processing, the amplitude values obtained by sampling are sent to a quantizer supplied, which has a lower quantization threshold due to its limited resolution range and converts the amplitude values into corresponding discrete pulse height values. All amplitude values below the quantization threshold are up to the Quantization threshold raised. This results in an error in the measured values from the quantization process Values of mean and variance compared to the actual distribution, which is particularly important in cluttering situations with a small mean value and / or large variance of the interference signal amplitudes result in a noticeable error in the setting the target recognition threshold.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art anzugeben, welches diese Fehler bei derThe present invention is based on the object Method of the type specified in the preamble of claim 1 to indicate which these errors in the

- 5 - UL 84/95- 5 - UL 84/95

Ableitung der Zielerkennungsschwelle vermeidet.Avoids derivation of the target recognition threshold.

Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den Patentansprüchen 1 und 3 beschrieben.Solutions according to the invention to this problem are in the Claims 1 and 3 described.

Gemäß einer ersten Alternative der Erfindung wird für die Störechos eine statistische Verteilungsfunktion V., wie z. B. eine logarithmische Normalverteilungsfunktion für Seeclutter angenommen. Bei bestimmten Werten der Parameter Mittelwert M,, und Varianz S,, ergibt sich für geforderte Grenzwerte für Falschalariiiwahrscheinlichkeit und Zielerkennungswahrschexnlxchkext in eindeutiger Weise eine Zielerkennungsschwelle Z = Z(M,,, S). Diese angenommene Vortoilungsfunktion wird nun demselben Quuntisiorungsproz.oß mit unterer Quantisierungsschwelle unterzogen wie die gemessenen Echoamplituden. Die dadurch entstehende neue Verteilung VQ unterscheidet sich von der ursprünglich angenommenen Verteilung V,, vor allem dadurch, daß die unterhalb der unteren Quantisierungsschwelle gelegenen Anteile auf die unterste Quantisierungsstufe Q angehoben sind. Die Durchführung des Quantisierungsprozesses mit unterer Quantisierungsschwelle kann für die angenommene Verteilung V,, im Prinzip rein mathematisch durchgeführt werden, was aber zu umfangreichen numerischen Integralen führt. Bevorzugterweise werden zur Darstellung der angenommenen Verteilung V, daher eine größere Anzahl von Zufallszahlen, welche in ihrer Gesamtheit der angenommenen Verteilung mit Mittelwert M,, und Varianz S,, folgen, erzeugt und demselben Prozeß wie die Echosignalamplituden unterzogen. Für die so gewonnene neue Verteilung VQ werden ein weiterer Mittelwert MQ und eine weitere Varianz S ermittelt, die bei unveränderter unterer Quantisierungsschwelle in eindeutiger Weise von den ersten Parametern According to a first alternative of the invention, a statistical distribution function V. such. B. assumed a logarithmic normal distribution function for sea clutter. With certain values of the parameters mean value M ,, and variance S ,, a target identification threshold Z = Z (M ,,, S) results in a clear manner for required limit values for false alarm probability and target recognition probability. This assumed prediction function is now subjected to the same quantization process with a lower quantization threshold as the measured echo amplitudes. The resulting new distribution V Q differs from the originally assumed distribution V 1 above all in that the components below the lower quantization threshold are raised to the lowest quantization level Q. The implementation of the quantization process with the lower quantization threshold can in principle be carried out purely mathematically for the assumed distribution V ,, but this leads to extensive numerical integrals. Preferably, to represent the assumed distribution V, therefore, a larger number of random numbers which in their entirety follow the assumed distribution with mean value M 1 and variance S 1 are generated and subjected to the same process as the echo signal amplitudes. For the new distribution V Q obtained in this way, a further mean value M Q and a further variance S are determined which, with the lower quantization threshold unchanged, unambiguously depend on the first parameters

M4, und S4, abhängen.
tn thM 4 , and S 4 , depend.
tn th

- 6 - UL 8^/95- 6 - UL 8 ^ / 95

MQ = MQ(Mth' Sth>' SQ = SQ(Mth' Sth> oder umgekehrt M Q = M Q (M th ' S th>' S Q = S Q (M th ' S th> or vice versa

Mth = Mth(MQ' SQ>« Sth = Sth(V SQK M th = M th (M Q ' S Q> « S th = S th ( V S Q K

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird mm die für die angenommene Verteilung V , (mit M,, und S,. als Parametern) ermittelte Zielerkennungsschwelle Z = Z(M,, , S) dem weiteren Parameterpaar MQ, SQ zugeordnet und als Zuordnungsvorschrift Z - Z(MQ, SQ) abgespeichert. Durch Variation der Parameter M,, und S,, derAccording to a further feature of the invention, the target recognition threshold Z = Z (M 1, S) determined for the assumed distribution V 1 (with M 1 and S 1 as parameters) is assigned to the further parameter pair M Q , S Q and as Allocation rule Z - Z (M Q , S Q ) saved. By varying the parameters M ,, and S ,, the

th tn angenommenen Verteilungsfunktion V+, ergibt sich eineth tn assumed distribution function V + results in a

tiltil

zweipar'ametr'ige Wertemenge für die Zielerkennungsschwelle Ztwo-parameter set of values for the target recognition threshold Z

Z = Z(Mth' Sth>' Z = Z (M th ' S th>'

die durch die Durchführung des Quantisierungsprozesses übergeführt wird in die Zuordnungsvorschriftwhich is converted into the assignment rule when the quantization process is carried out

Z = Z(SQ, MQ)Z = Z (S Q , M Q )

mit Sn, M_ als weiteren Parametern. Diese Zuordnungsvorschrift wird abgespeichert. Bei der Echosignalverarbeitung werden die aus den gemessenen Amplituden durch Quantisierung und Signalverarbeitung gewonnenen Werte M« und SG für Mittelwert und Varianz in der momentanen Cluttersituation als Adressen für die Festlegung eines Werts für die Zielerkennungsschwelle aus der gespeicherten Zuordnungsvorschrift Z = Z(MQ, S) herangezogen, so daß sich als einzustellende Zielerkennungsschwelle Z„ ergibtwith S n , M_ as further parameters. This assignment rule is saved. In the case of echo signal processing, the values M «and S G obtained from the measured amplitudes by quantization and signal processing for mean value and variance in the current clutter situation are used as addresses for determining a value for the target recognition threshold from the stored assignment rule Z = Z (M Q , S ) are used, so that the target recognition threshold to be set Z "results

ZG = Z(MQ = MG' SQ = V· Z G = Z (M Q = M G ' S Q = V

- 7 - UL 84/95- 7 - UL 84/95

Gemäß einer anderen erfinderischen Lösung der genannten Aufgabe wird von einer gespeicherten Zuordnung der Parameter M und S zu zugehörigen Einstellwerten in bekannter Form ausgegangen, wonach die Zuordnung direkt aus der angenommenen Verteilung V,, mit den Parametern M. und S gewonnen und als solche ohne Berücksichtigung des durch die untere Quantisierungsschwelle entstehenden Fehlers gespeichert wird. Zur Ableitung einer momentanen cluttorabhängigen Zielerkennungsschwelle werden aber nicht die aus den Impulshöhenwerten, die durch den Quantisierungsprozeß aus den Echosignalamplituden erzeugt werden, ermittelten Werte für Mittelwert M_ und Varianz S„ direktAccording to another inventive solution to the aforesaid The task is known from a stored assignment of the parameters M and S to the associated setting values Assumed form, according to which the assignment directly from the assumed distribution V ,, with the parameters M. and S obtained and as such without taking into account the error resulting from the lower quantization threshold is saved. To derive a momentary clutter-dependent However, the target recognition thresholds are not those determined from the pulse height values that are generated from the echo signal amplitudes by the quantization process Values for mean M_ and variance S "direct

u bu b

verwandt. Vielmehr werden diese ermittelten Werte anhand einer gespeicherten Korrekturvorschrift in neue Werte für Mittelwert M„ und Varianz S„ korrigiert, die der tatsächlichen Verteilung der Echosignalamplituden vor dem Quantisierungsprozeß entspricht. Die Korrekturvorschrift der Formrelated. Rather, these determined values are converted into new values for using a stored correction rule Mean value M "and variance S" corrected for the actual Distribution of the echo signal amplitudes before the quantization process corresponds. The correction rule of the shape

MK = MK(MG' SG> Und SK = VMG' SG) M K = M K (M G ' S G> And S K = V M G' S G )

kann als mathematische Funktion oder als diskrete Zuordnung einzelner Werte vorliegen. Sie entspricht der weiter oben bereits beschriebenen Umkehrabhängigkeitcan be available as a mathematical function or as a discrete assignment of individual values. It corresponds to the Inverse dependency already described above

Mth = Mth(V V' sth = WV V M th = M th ( VV ' s th = WV V

und kann auf die gleiche Weise wie diese gewonnen werden Die korrigierten Werte MR und S„ werden zur Ableitung einer clutterabhängigen Zielerkennungsschwelle aus der gespeicherten Zuordnungsvorschriftand can be obtained in the same way as this. The corrected values M R and S n are used to derive a clutter-dependent target recognition threshold from the stored assignment rule

Z = Z(Mth' Sth) Z = Z (M th ' S th )

- 8 - UL 84/95- 8 - UL 84/95

herangezogen in der Art, daß sich die eiazusteilende momentane Zielerkennungsschwelle Z„ zudrawn in in such a way that the eia to be divided current target recognition threshold Z “closed

Z„ = Z(M, = M S + . = S„) G th K th KZ "= Z (M, = MS + . = S") G th K th K

ergibt.results.

Die erfindungsgemäßen Verfahren sind selbstverständlich nicht auf das gewählte Beispiel einer logarithniischen Normalverteilung beschränkt, sondern gelten für beliebige statistische Verteilungsfunktionen, die durch Parameter charakterisierbar sind. Insbesondere können auch die angeführten Parameter Mittelwert und Varianz wie beispielsweise bei einer Rayleigh-Verte i lungs l'unktion voneinander abhängen, so daß zur Beschreibung einer bestimmten Verteilung die Angabe des Mittelwertes oder der Varianz genügt.The methods according to the invention are self-evident not restricted to the chosen example of a logarithmic normal distribution, but apply to any statistical distribution functions given by parameters are characterizable. In particular, the cited parameters mean value and variance, such as, for example, can also be used in the case of a Rayleigh distribution function from one another depend, so that to describe a certain distribution, the specification of the mean value or the Variance is enough.

Claims (2)

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/We/re Theodor-Stern-Kai 1 UL 84/95 D-6000 Frankfurt 70 PatentansprücheLicentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL / We / re Theodor-Stern-Kai 1 UL 84/95 D-6000 Frankfurt 70 patent claims 1. Verfahren zur clutterabhängigen Ableitung einer Zielerkennungsschwelle in einer Radaranlage, wobei aus einer Mehrzahl von Empfangssignalamplituden mittels eines Quantisierers mit unterer Quantisierungsschwelle digitale Impulshöhenwerte erzeugt werden, nach Maßgabe deren Mittelwert und/oder Varianz gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer Signalverarbeitungsschritte aus einer gespeicherten Zuordnungsvorschrift der Wert für die Zielerkennungsschwelle ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für angenommene statistische Verteilungen von Signalamplituden mit erstem Mittelwert und/oder erster Varianz als Parameter Zielerkennungs-Schwellwerte in an sich bekannter Weise abgeleitet werden, daß für diese angenommenen Amplitudenverteilungen unter Einbeziehung der auch auf die empfangenen Echosignale angewandten Quantisierung jeweils ein weiterer Mittelwert und eine weitere Varianz gebildet werden, daß der weitere Mittelwert und1. A method for the clutter-dependent derivation of a target recognition threshold in a radar system, whereby digital pulse height values are generated from a plurality of received signal amplitudes by means of a quantizer with a lower quantization threshold, according to their mean value and / or variance, optionally with the interposition of further signal processing steps from a stored assignment rule, the value for the Target recognition threshold is determined, characterized in that, for assumed statistical distributions of signal amplitudes with a first mean value and / or first variance, target recognition threshold values are derived as parameters in a manner known per se, that for these assumed amplitude distributions taking into account the quantization also applied to the received echo signals in each case a further mean value and a further variance are formed that the further mean value and - 2 - UL 84/95- 2 - UL 84/95 die weitere Varianz dem aus der angenommenen Verteilung abgeleiteten Schwellwert als neue Parameter zugeordnet werden, und daß durch Vergleich dieser Zuordnung mit dem aus den gemessenen Amplituden bzw. Inipulshöhenwerten erzeugten gemessenen Mittelwert und/oder der Varianz die Zielerkennungsschwelle clutterabhängig festgelegt wird.the further variance is assigned to the threshold value derived from the assumed distribution as a new parameter and that by comparing this assignment with that from the measured amplitudes or pulse height values generated measured mean value and / or the variance, the target recognition threshold is determined as a function of the clutter. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung eines weiteren Mittelwerts und/oder einer weiteren Varianz für eine angenommene Verteilung Zufallszahlen mit gegebenem Mittelwert, Varianz und zugehöriger Zielerkennungsschwelle erzeugt werden, daß diese Zufallzahlen der Quantisierung mit unterer Quantisierungsschwelle unterworfen werden und danach der weitere Mittelwert und/oder die weitere Varianz gebildet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that to obtain a further mean value and / or one further variance for an assumed distribution random numbers with a given mean, variance and associated Target recognition threshold are generated so that these random numbers are subjected to the quantization with the lower quantization threshold and then the further mean value and / or the further variance can be formed. 3· Verfahren zur clutterabhängigen Ableitung einer Zielerkennungsschwelle in einer Radaranlage, wobei aus einer Mehrzahl von Enipfarigssignalaniplituden mittels eines Quantisierers mit unterer Quantisierungsschwelle digitale lnipulshöheiiwerte erzeugt werden, nach Maligabe deren Mittelwert und/oder Varianz gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer Signalverarbeitungsschritte aus einer gespeicherten Zuordnungsvorschrift der Wert für die Zielerkennungsschwelle ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Impulshöhenwerten erzeugten Werte für Mittelwert und/oder Varianz mittels einer gespeicherten Korrekturfunktion in neue, der tatsächlichen Verteilung der Amplituden entsprechende Werte für Mittelwert und Varianz korrigiert werden und daß die Ableitung der Zielerkennungsschwelle aus der gespeicherten Zuordnungsvorschrift nach Maßgabe der korrigierten Werte erfolgt.3 · Method for the clutter-dependent derivation of a target recognition threshold in a radar system, with a plurality of single signal amplitudes by means of a Quantizer with lower quantization threshold digital input pulse height values are generated, after their Maligabe Mean value and / or variance, if necessary with interposition further signal processing steps from a stored assignment rule, the value for the target recognition threshold is determined, characterized in that the values generated from the pulse height values for Mean value and / or variance by means of a stored correction function in new, the actual distribution values for mean and variance corresponding to the amplitudes are corrected and that the derivation of the target recognition threshold takes place from the stored assignment rule in accordance with the corrected values.
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