DE3524764C2 - Verfahren zur Verbesserung der azimutalen Zielortung einer Radaranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verbesserung der azimutalen Zielortung einer Radaranlage nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE-OS 24 12 024 bekannt.

Vor allem bei der Überwachung von Wasserstraßen ist eine hohe azimutale Zielauflösung unbedingt erforderlich. Der Verbesserung des azimutalen Auflösungsvermögens einer Radaranlage durch Verringerung der Keulenbreite sind durch die damit verbundene Verbreiterung der Antenne mechanische Grenzen gesetzt. Aus diesem Grund werden in zunehmenden Maße Signalverarbeitungsverfahren zur ver­ besserten Zielmittenbestimmung angewandt. Hierbei sind vor allem die Techniken des Wanderfensterdetektors und des Signalmaximumdetektors zu nennen.

Der Wanderfensterdetektor liefert eine Zielanfangsmeldung und eine Zielendemeldung, aus denen die Zielmitte er­ rechnet wird. Eine weitere Verbesserung bringt der zum Beispiel in der genannten DE-OS 24 12 024 beschriebene Signalmaximumdetektor (Simad), bei welchem das azimutale Signalmaximum eines aus einer Mehrzahl von azimutal auf­ einanderfolgenden Einzelechos bestehenden Zielechos innerhalb eines Azimutsektors durch Amplitudenvergleich der in der Sektormitte liegenden Radarzelle mit allen anderen von dem Sektor eingeschlossenen Radarzellen be­ stimmt wird. Wenn die Zelle in der Sektormitte die höchste Amplitude innerhalb des gesamten Sektors aufweist, wird sie mit einer entsprechenden Signalmaximumkennung versehen und weiterverarbeitet. Der azimutale Sektor wird in ähnlicher Weise wie beim Wanderfensterdetektor von Radar­ periode zu Radarperiode azmutal weiterverschoben. Bei diesem bekannten Signalmaximumdetektor können aber auch vereinzelt auftretende Störamplituden eine Signalmaximum­ kennung auslösen. Ferner kann sich zum Beispiel bei Schiffen durch verschieden stark reflektierende Schiffs­ aufbauten eine Zielaufspaltung ergeben.

Aus der DE 22 44 997 A1 ist weiterhin ein Puls-Radargerät mit Ziel­ mittenbestimmung bekannt. Dabei wird zu jedem empfangenen Echoimpuls ein zugehöriger verzögerter Echoimpuls gebildet. Der unverzögerte und der zugehörige verzögerte Echoimpuls werden einer Vergleichs­ schaltung zugeleitet, die ein der Zielmitte entsprechendes Ausgangs­ signal erzeugt. Die Verzögerungszeit für die Echoimpulse ist so ge­ wählt, daß sich die fallenden sowie die steigenden Flanken von den unverzögerten beziehungsweise den verzögerten Echoimpulsen schnei­ den. Dieser zeitliche Schnittpunkt liefert das der Zielmitte ent­ sprechende Ausgangssignal.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, daß ein Auslösen einer Signal­ maximumkennung durch Störamplituden vermieden wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine hohe azimu­ tale Zielauflösung mit geringer Störanfälligkeit verbun­ den. Durch die Beschränkung auf einen einzigen Amplituden­ vergleich wird zudem der Aufwand erheblich verringert. Darüber hinaus können die zur Bestimmung des Signalmaximums gebildeten Mittelwerte gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung auch zur amplitudenabhängigen Verstärkungs­ regelung (oder Schwellwertregelung) eingesetzt werden, indem der größere der beiden Mittelwerte ausgewählt und nach dessen Maßgabe die Verstärkung automatisch einge­ stellt wird.

Durch die automatische Verstärkungs- (bzw. Dämpfungs-) Regelung können stark reflektierende Ziele, die durch die Auflösung der Antenne azimutal mehr verbreitert werden, so gedämpft werden, daß die resultierende Zielfläche kleiner erscheint, und dadurch die Ortungsgenauigkeit erhöht werden kann.

Die Sektorlänge ist bis zu einem Maximalwert einstellbar und kann an die jeweilige Antennenhalbwertsbreite angepaßt werden.

Der Aufwand für die Mittelwertbildung kann noch weiter verringert werden, wenn der jeweils für die voreilende Sektorhälfte gebildete Mittelwert gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt als ein Mittelwert für den nacheilenden Sektor wieder ausgelesen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Figuren der Zeichnung noch veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 Signalverhältnisse für verschiedene Lagen des Sektors

Fig. 2 die prinzipielle Verarbeitung der Signale

Der Sektor S wandert in azimutaler Richtung über das Videosignal eines Ziels hinweg. In I hat die voreilende Sektorhälfte A das Videosignal bereits erreicht, die nacheilende Sektorhälfte hingegen noch nicht. Der Mittel­ wert MB der nacheilenden Sektorhälfte ist daher noch gleich Null, so daß mit MA < MB die Bedingung für die Erkennung eines Signalmaximums nicht erfüllt ist. Dement­ sprechend wird ein für die Kennzeichnung des Signalmaxi­ mums bereitgehaltenes Bit SMK auf Null gesetzt.

Wenn die Sektormitte unmittelbar vor dem Signalmaximum steht, ergibt sich die in Fig. 1, II skizzierte Situation. Der Mittelwert MB der nacheilenden Sektorhälfte B ist nur noch wenig kleiner als der Mittelwert MA der voreilenden Sektorhälfte A, die Bedingung für die Erkennung auf Sig­ nalmaximum ist auch hier nicht erfüllt und demzufolge SMK = 0.

Im nächsten azimutalen Schritt rückt die Sektormitte über das Signalmaximum (Fig. 1, III), MB überschreitet MA, und SMK wird auf Eins gesetzt. Das Azimutinkrement, das bei diesem Schritt von der voreilenden in die nacheilende Sektorhälfte gewechselt hat, wird entsprechend weiterver­ arbeitet. Für den Fall, daß MB = MA wird, wird gleichfalls SMK = 1 gesetzt.

Nach dem nächsten Azimutschritt (Fig. 1, IV) gilt zwar auch MB < MA. Die Überschreitung, also der Schritt vom Zustand MA < MB nach MB < MA liegt aber bereits weiter zurück, so daß in diesem Fall nicht auf Signalmaximum erkannt, also SMK = 0 gesetzt wird. Dies kann durch die Zusatzbedingung erreicht werden, daß auf einer Sektorlänge nur einmal SMK = 1 gesetzt werden darf, oder bevorzugter­ weise daß nach erstmaligen Erfüllen der Bedingung MB < MA (führt zu SMK = 1) erst wieder der umgekehrte Fall MA < MB auftreten muß, bevor das Auftauchen eines neuen Signal­ maximums geprüft wird.

Falls das Videosignal bei großen und nahen Zielen in Begrenzung geht, d. h. daß in mehreren aufeinanderfolgenden Azimutschritten der Fall MB = MA eintritt, würde das Signalmaximum auf den Anfang der Begrenzung gesetzt.

Wenn die nachfolgende Verarbeitung der Signalmaxima diese länger als die Begrenzung verzögern oder speichern kann, kann sie aus dem Azimuten des Beginns bzw. des Endes der Begrenzung die Mitte berechnen und die Position des Sig­ nalmaximums vor Auswertung entsprechend korrigieren.

Der Ablauf der Signalverarbeitung ergibt sich anschaulich aus der Fig. 2, die den prinzipiellen Aufbau einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeigneten Anordnung zeigt.

Eingänge der Anordnung sind vorgesehen für Triggerimpulse Tr, die jeweils den Beginn einer neuen Radarperiode (sweep) signalisieren und einen Entfernungszähler EZ rücksetzen, für ein Taktsignal T, dessen Frequenz der Aufteilung der Entfernung in Entfernungsinkremente ent­ spricht, und für das als mit der Folgefrequenz des Takt­ signals aufeinanderfolgende Digitalwerte ankommende Videosignal V.

Ein Sektorspeicher SSp enthält eine der Anzahl der Azi­ mutschritte einer Sektorlänge entsprechende Anzahl von Speicherzellen RAM, die wiederum für jedes Entfernungs­ inkrement je einen Speicherplatz aufweisen. Der Ent­ fernungszähler adressiert alle Speicherzellen gleich­ zeitig. Er wird durch den Triggerimpuls Tr auf einen Anfangswert gesetzt und zählt dann im Takt des Taktsig­ nals T aufwärts bis zu einem Maximalwert, wo er solange stehen bleibt, bis er vom nächsten Triggerimpuls wieder zurückgesetzt wird. Von Sweep zu Sweep wird der Inhalt der Speicherzellen vollständig um je eine Speicherzelle weitergeschoben, wodurch in die erste Speicherzelle die jeweils jüngsten Videosignale ein- und aus der letzten Speicherzelle die ältesten Videosignale des Sektors ausgelesen werden. Anstelle des Umspeicherns von einer Speicherzelle in die nächste kann auch eine zyklische Umadressierung der Speicher erfolgen, wodurch die meisten der Register R entfallen können. Das Funktionsprinzip ergibt sich aber anschaulicher anhand des Aufbaus des Sektorspeichers SSp nach Art eines Schieberegisters. Da innerhalb eines Taktschrittes der Speicherwert eines Speicherplatzes sowohl ausgelesen als auch durch einen neuen Wert überschrieben werden muß, ist das Taktsignal unterteilt in einen Lesezyklus t1 und einen Schreibzyklus t2.

Der Sektorspeicher läßt sich unterteilen in die Blöcke SA und SB entsprechend der voreilenden Sektorhälfte A und der nacheilenden Sektorhälfte B.

Aus den in den Speicherzellen des Blocks SA gespeicherten Videosignale wird entfernungsringweise die Summe A ge­ bildet, indem das aktuelle Eingangsvideo EV zu einer für den jeweiligen Entfernungsring gespeicherten Summe A′ aus dem vorhergehenden Azimutschritt addiert und das älteste Videosignal des Blocks SA, das aus dem Block SA als Aus­ gangsvideo AV ausgelesen wird, von der Summe A′ sub­ trahiert wird. Die neu gebildete Summe A wird in den (entfernungsabhängigen) Speicherplatz der vorigen Summe A′ eines Summenspeichers Sp eingeschrieben. Das Aus­ gangsvideosignal AV, das aus dem Block SA ausgelesen wird, wird gleichzeitig als das aus der Sektormitte stammende Videosignal auf die Auswerteschaltung AW gegeben.

In einem Dividierer D wird aus der gebildeten Summe A der Mittelwert MA errechnet und auf die Auswerteschaltung AW zum Vergleich der Mittelwerte MA und MB gegeben. Um eine zweite Addier-/Subtrahier-Schaltung samt Dividierer zur Bildung des Mittelwerts MB für den Block SB einzu­ sparen, werden vorteilhafterweise statt der Videosignale aus Block SA die für Block SA gebildeten Mittelwerte MA in den Block SB übernommen und nach Verzögerung um eine halbe Sektorlänge als Mittelwerte MB wieder ausgelesen und der Auswerteschaltung AW zugeführt.

Die Auswerteschaltung vergleicht die beiden Mittelwerte zum einen zur Entscheidung über das Vorliegen eines Sig­ nalmaximums für die Sektormitte und setzt SMK = 0 oder SMK = 1 und zum andern zur Einstellung der amplitudenabhäng­ igen Signalverstärkung nach Maßgabe des größeren Mittel­ werts.

Die weitere Verarbeitung kann nach bekannten Verfahren, zum Beispiel wie in der bereits genannten DE-OS 24 12 024 beschrieben, erfolgen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verbesserung der azimutalen Zielortung einer Ra­ daranlage durch Ermittlung und Kennzeichnung des Amplitudenmaximums eines Signals, das aus einer Mehrzahl von Einzelechos aus innerhalb eines Sektors vorgegebener Breite aufeinanderfolgenden Radarzellen besteht, wobei der Sektor schrittweise verschoben und für jeden neuen Schritt für jeden Entfernungsring ein Amplitudenvergleich durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Sektor (S) in eine voreilende Sektorhälfte (A) und eine nacheilende Sektorhälfte (B) unterteilt wird,
• - daß für jede Sektorhälfte (A, B) ein Amplitudenmittelwert (MA, MB) gebildet wird,
• - daß dann, wenn der Amplitudenmittelwert (MB) des nacheilenden Sektors (B) den Amplitudenmittelwert (MA) des voreilenden Sek­ tors (A) erstmals erreicht oder erstmals überschreitet, eine Signalmaximumkennung (SMK) abgegeben wird und
• - daß eine erneute Signalmaximumkennung eines weiteren Signalma­ ximums erst dann ermöglicht wird, wenn der Amplitudenmittelwert (MB) des nacheilenden Sektors (B) kleiner als der Amplituden­ mittelwert (MA) des voreilenden Sektors (A) gewesen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die azimutale Breite des Sektors einstellbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der größere der beiden Mittelwerte ausge­ wählt und die Verstärkung der Empfangssignale automatisch nach Maßgabe des ausgewählten Mittelwerts eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur für die voreilende Sektorhälfte ein Mittelwert gebildet und dieser gespeichert wird und daß als Mittelwert der nacheilenden Sektorhälfte der zu einem eine halbe Sektorbreite zurückliegenden Sektor ge­ speicherte Wert zugeordnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der für die voreilende Sektorhälfte gebildete Mittelwert in einem Schieberegister, dessen Verzögerung einer halben Sektorbreite entspricht, gespeichert wird.