DE3528533A1

DE3528533A1 - RADAR RECEIVER

Info

Publication number: DE3528533A1
Application number: DE19853528533
Authority: DE
Inventors: John Bravin; Janos Bodonyi
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1985-08-08
Publication date: 1993-06-09
Also published as: GB8419114D0; GB2257862B; AU632988B1; FR2689646A1; GB2257862A

Description

Die Erfindung betrifft einen Radarempfänger und ist insbeson dere bei solchen Empfängern verwendbar, bei denen die Radar echos atmosphärische Störungen bzw. atmosphärisches Rauschen enthalten können. Dies kann besonders bei sehr empfindlichen, für große Entfernungen bestimmten Radargeräten auftreten, die im HF-Band arbeiten. Von entfernten Gewittern herrühren des atmosphärisches Rauschen kann zur Folge haben, daß hohe Energiepegelspitzen relativ niedrigpegeligen Radarechosi gnalen überlagert werden, was im allgemeinen zur Folge haben kann, daß dieses Echosignal nicht verarbeitet werden kann und ausgeschieden wird. Dies ist bei solchen Umständen ein ernsthaftes Problem, bei denen schwache Echosignale über eine Zeitperiode verarbeitet werden, um ein Echosignal auf zubauen, das groß genug ist, um in nützlicher Weise verwen det werden zu können.The invention relates to a radar receiver and is in particular which can be used with such receivers where the radar echoes atmospheric disturbances or atmospheric noise can contain. This can be particularly the case with very sensitive radar devices intended for long distances occur who work in the HF band. From distant thunderstorms of atmospheric noise can result in high Energy level peaks of relatively low level radar echoes signals are superimposed, which generally result can that this echo signal can not be processed and is eliminated. This is one in such circumstances serious problem where weak echo signals over a time period are processed to produce an echo signal build that is big enough to use in a useful way to be able to be det.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten, die vorstehend erwähnten Nachteile nicht mehr aufweisenden Radarempfänger zu schaffen.The object of the invention is therefore to provide an improved no longer have the disadvantages mentioned above To create radar receivers.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein HF-Radarempfänger Einrichtun gen zur Verzögerung eines empfangenen Echosignalelements, wobei bestimmt wird, ob dieses Signal eine atmosphärische Rauschkomponente enthält, Einrichtungen zum Ausscheiden dieses Elementes im Falle der Ermittlung einer Rauschkompo nente, sowie Einrichtungen, die anstelle dieses Elementes ein unmittelbar vorher empfangenes Echosignal setzen, so daß eine Kontinuität in der dominanten Frequenzkomponente aufrechterhalten wird, die mit einem Bragg-Antwortsignal verbunden ist. According to the invention, an RF radar receiver comprises devices conditions for delaying a received echo signal element, determining whether this signal is an atmospheric Noise component contains, facilities for elimination this element in the case of the determination of a noise compo nente, as well as facilities that replace this element set an echo signal received immediately before, so that there is continuity in the dominant frequency component is maintained with a Bragg response signal connected is.

Bei einem HF-Radargerät, das typischerweise mit einer aus gesandten kontinuierlichen Wellenfrequenz im Bereich von 3 bis 30 MHz arbeitet, enthält das Radarecho eine im Nieder frequenzband liegende Doppler-Komponente, die vermutlich von Reflexionen durch Meereswellen herrührt und die als Bragg-Antwort bezeichnet wird. Die Bragg-Antworten haben einen Wert im Bereich von ± 0,5 Hz und bestehen aus einer Anzahl von diskreten Frequenzkomponenten, welche einem brei ten Kontinuum überlagert sind. Die dominante Frequenzkompo nente ist mit der Radarfrequenz durch folgende Beziehung verbunden:In an RF radar device that typically uses one sent continuous wave frequency in the range of 3 to 30 MHz works, the radar echo contains one in the low frequency band lying Doppler component, which presumably from reflections from ocean waves and which as Bragg answer is called. Have the Bragg answers a value in the range of ± 0.5 Hz and consist of a Number of discrete frequency components that a broad th continuum are superimposed. The dominant frequency compo is with the radar frequency by the following relationship connected:

wobei f_d die erste Ordnung (dominant) der Bragg-Antwort in Hz, und
f_r die ausgesandte Radarfrequenz in MHz ist und mit c die Lichtgeschwindigkeit in Meter/Sekunden angegeben ist.where f _{d is} the first order (dominant) of the Bragg response in Hz, and
f _r the transmitted radar frequency in MHz, and the speed of light in meters / seconds is indicated by c.

Vorzugsweise wird das unmittelbar vorher empfangene Echo signalelement zeitweise in einem Verzögerungsgerät zurück gehalten, das eine Verzögerungscharakteristik besitzt, die durch die erwartete dominante Bragg-Antwortfrequenz bestimmt ist.Preferably, the echo received immediately before signal element temporarily back in a delay device held, which has a delay characteristic that determined by the expected dominant Bragg response frequency is.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in der Zeichnung zeigt:The invention is described below using an example Explained with reference to the drawing; in the drawing shows:

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung von Wellenformen, die in Verbindung stehen mit den HF-Radarantworten, und Fig. 1 is a diagram for explaining waveforms related to the RF radar responses, and

Fig. 2 eine Ausführungsform der Erfindung in Form eines Blockdiagramms. Fig. 2 shows an embodiment of the invention in the form of a block diagram.

Es wurde festgestellt, daß atmosphärische Stör- oder Rausch spitzen beim HF-Radarempfang ein gravierendes Problem bil den können. Die Spitzen werden verursacht durch lokale Ge witter und ionosphärische elektrische Aktivitäten, und sie äußern sich als aperiodische Burstsignale von pseudoweißem Rauschen. Dieses Rauschen kann in solchen HF-Radarsystemen zu einem besonders ernsthaften Problem werden, bei denen es notwendig sein kann, Radarantwortsignale kohärent über Intervalle zu verarbeiten, die beispielsweise 100 Sekunden betragen.It has been found that atmospheric noise posed a serious problem with RF radar reception that can. The peaks are caused by local ge weather and ionospheric electrical activities, and them are expressed as aperiodic burst signals of pseudo-white Noise. This noise can occur in such RF radar systems become a particularly serious problem where it may be necessary to have coherent radar response signals Process intervals, for example 100 seconds be.

Die Radarantwort, die das Echosignal darstellt, besteht hauptsächlich aus den drei in Fig. 1 gezeigten Komponenten. Die oberste Zeile der Fig. 1 zeigt eine dominante Nieder frequenz-Doppler-Komponente, die von der sogenannten Bragg- Antwort herrührt. Diese Niederfrequenz liegt in der Größen ordnung von weniger als ± 0,5 Hz und besteht aus einer An zahl diskreter Frequenzkomponenten, die - wie bereits er läutert - einem breiten Kontinuum überlagert sind.The radar response, which represents the echo signal, consists mainly of the three components shown in FIG. 1. The top line of FIG. 1 shows a dominant low frequency Doppler component, which results from the so-called Bragg response. This low frequency is of the order of less than ± 0.5 Hz and consists of a number of discrete frequency components which - as already explained - are superimposed on a broad continuum.

Zusätzlich ist eine hochfrequente Doppler-Antwort von Schif fen oder Flugzeugen mit einer niedrigen Amplitude vorhanden. Diese Hochfrequenz besitzt typischerweise einen Wert im Bereich von ± 75 Hz, und im HF-Radarsystem stellt diese Signalkomponente das gewünschte Signal dar.In addition, a high-frequency Doppler response from Schif or low amplitude aircraft. This high frequency typically has a value in Range of ± 75 Hz, and in the RF radar system this represents Signal component represents the desired signal.

In der dritten Zeile der Fig. 1 sind atmosphärische Rausch spitzen dargestellt. Sie können als Bursts von weißem Rauschen mit hoher Amplitude betrachtet werden, welche etwa 2 µs bis 200 Millisekunden dauern. Ihre Überlagerung auf einem gewünschten HF-Signal stellt eine Diskontinuität dar, die im allgemeinen bewirkt hat, daß die Radarantwort verschwindet bzw. verkümmert, wodurch die kohärente Integration der Radar antwortsignale beendet und die Feststellung gewünschter Ziele verzögert wurde. Da ein HF-Radargerät einen extrem weiten Erfassungsbereich besitzt, besteht unglücklicherweise eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Radarantwort signale durch atmosphärische Rauschspitzen verschlechtert werden, wodurch das Radargerät für einen ziemlich langen Zeitanteil inoperativ gemacht werden kann.In the third line of FIG. 1, atmospheric noise peaks are shown. They can be viewed as bursts of white, high amplitude noise that last from about 2 µs to 200 milliseconds. Superimposing them on a desired RF signal represents a discontinuity that has generally caused the radar response to disappear or atrophy, thereby ending the coherent integration of the radar response signals and delaying the detection of desired targets. Unfortunately, since an RF radar has an extremely wide detection range, there is a high likelihood that the radar response signals will be degraded by atmospheric noise spikes, which can render the radar inoperative for a fairly long period of time.

Die drei Komponenten werden zu dem zusammengesetzten Antwort signal zusammengefaßt, das in der unteren Zeile der Fig. 1 dargestellt ist und das das tatsächliche Signal am Radar empfänger repräsentiert. Darauf hinzuweisen ist, daß das Radar-Trägerfrequenzsignal (nicht gezeigt) durch den Empfän ger beseitigt wird.The three components are combined to form the composite response signal, which is shown in the lower line of FIG. 1 and which represents the actual signal on the radar receiver. It should be noted that the radar carrier frequency signal (not shown) is eliminated by the receiver.

Jene Teile des Radarempfängers, die für die vorliegende Erfindung von Bedeutung sind, werden schematisch in Fig. 2 gezeigt. Es ist zu berücksichtigen, daß in der Praxis das Radarantwortsignal auf einem relativ hochfrequenten Träger signal im Bereich von 3 bis 30 MHz ausgebildet ist. Dieser Träger wird in der Eingangsstufe des Radarempfängers besei tigt. Die verbleibende Modulation, die durch das zusammen gesetzte, in der unteren Zeile der Fig. 1 gezeigte Signal repräsentiert wird, gelangt an die Eingangsklemme 1, von der es über einen Analog/Digital-Wandler 2 einem digitalen Schwellwertdetektor 3 zugeführt wird. Der Wandler 2 formt die ankommenden analogen Wellensignale in eine Reihe von aufeinanderfolgenden Digitalwerten um. Der nachfolgende digitale Schwellwertdetektor 3 ist so eingestellt, daß er das Vorhandensein einer atmosphärischen Rauschspitze erken nen kann, welche das Radarantwortsignal herabsetzen würde. Es kann sich dabei einfach um einen Amplituden-Schwellwert detektor handeln, aber es kann dabei auch eine Amplituden detektion mit einer Energiedetektion kombiniert werden, d. h. der Detektor kann die Dauer einer Rauschspitze berück sichtigen, die einen vorgegebenen Wert überschreitet. Auf jeden Fall ist sichergestellt, daß eine Rauschspitze, die eine signifikant größere Amplitude und Energie als jedes erwünschte Antwortsignal besitzt, mit Sicherheit erkannt wird.Those parts of the radar receiver which are important for the present invention are shown schematically in FIG. 2. It should be noted that in practice the radar response signal is formed on a relatively high-frequency carrier signal in the range from 3 to 30 MHz. This carrier is eliminated in the entrance stage of the radar receiver. The remaining modulation, which is represented by the composite signal shown in the lower line of FIG. 1, reaches the input terminal 1 , from which it is fed via an analog / digital converter 2 to a digital threshold value detector 3 . The converter 2 converts the incoming analog wave signals into a series of successive digital values. The subsequent digital threshold detector 3 is set so that it can detect the presence of an atmospheric noise spike which would degrade the radar response signal. It can simply be an amplitude threshold value detector, but an amplitude detection can also be combined with an energy detection, ie the detector can take into account the duration of a noise peak that exceeds a predetermined value. In any case, it is ensured that a noise spike, which has a significantly greater amplitude and energy than any desired response signal, is reliably detected.

Wenn eine Rauschspitze festgestellt wird, wird das Ausgangs signal des digitalen Schwellwertdetektors 3 dazu benutzt, einen Schalter 4 zu betätigen, der die Klemme 5 von einem Kohärtent-Prozessor 8 trennt, welcher die Doppler-Komponenten extrahiert. Der Prozessor 8 wird durch den Schalter dabei an die Klemme 6 gelegt. Wird keine Rauschspitze ermittelt, so wird das gewünschte Signal vom Wandler 2 über ein Schiebe register 7, das als Verzögerungseinheit wirkt, sowie den Kontakt 5 dem Integrator 8 zugeführt, wo es in der erforder lichen Weise verwendet wird. Das Schieberegister besitzt eine Verzögerung in der Größenordnung von 20 µs bis 200 Millisekunden, und zwar in Abhängigkeit von den Charakteristiken des Radars und dem Maximalmaß der Verzögerung, die toleriert werden kann ohne eine zufriedenstellende Arbeitsweise des nachfolgenden Integrationsprozesses zu stören.If a noise spike is detected, the output signal of the digital threshold detector 3 is used to actuate a switch 4 , which separates the terminal 5 from a coherent processor 8 , which extracts the Doppler components. The processor 8 is connected to the terminal 6 by the switch. If no noise peak is determined, the desired signal from the converter 2 via a shift register 7 , which acts as a delay unit, and the contact 5 are fed to the integrator 8 , where it is used in the manner required. The shift register has a delay of the order of 20 microseconds to 200 milliseconds, depending on the characteristics of the radar and the maximum amount of delay that can be tolerated without interfering with the satisfactory operation of the subsequent integration process.

Zusätzlich wird das Ausgangssignal des Schieberegisters 7 über eine Schleife 9 zu dem Eingang eines weiteren Schiebe registers 10 zurückgeführt, das eine effektive Verzögerung besitzt, die durch die Frequenz eines Oszillators 11 bestimmt ist, der ein Taktsignal an das Schieberegister 10 liefert. Die Frequenz f_ck des Oszillators 11 ist gegeben durch In addition, the output signal of the shift register 7 is fed back via a loop 9 to the input of a further shift register 10 which has an effective delay which is determined by the frequency of an oscillator 11 which supplies a clock signal to the shift register 10 . The frequency f _{ck of} the oscillator 11 is given by

Wenn dafür Sorge getragen wird, daß die von dem Schiebe register 10 bewirkte Verzögerung exakt gleich einem Bragg- Zyklus ist, wie dieser in der obersten Zeile der Fig. 1 dar gestellt ist, dann kann eine Rauschspitze effektiv beseitigt werden, ohne die kohärente Verarbeitung im Radar zu unter brechen.If care is taken that the delay caused by the shift register 10 is exactly equal to a Bragg cycle, as shown in the top line of FIG. 1, then a noise spike can be effectively eliminated without the coherent processing in the Interrupt radar.

Wenn somit der digitale Schwellwertdetektor 3 eine Rausch spitze ermittelt, die zur Folge hat, daß der Schalter 4 auf den Kontakt 6 umgeschaltet wird, so wird dieser für exakt eine Bragg-Zyklusperiode oder einem Vielfachen davon in dieser Position gehalten. Während dieser Periode wird ein vorhergehender Zyklus des zusammengesetzten Signals dem Kohärent-Prozessor 8 zugeführt, und der momentane Anteil des Antwortsignals, das vom Schieberegister 7 ausgegeben wird, wird ausgeblendet. In der Praxis beträgt die Dauer einer atmosphärischen Rauschspitze signifikant weniger als die Dauer eines Bragg-Zyklus. Wenn jedoch eine Anzahl von Rauschspitzen in rascher Folge auftritt, kann der Schalter 4 mit der Klemme 6 für eine Mehrzahl von Bragg-Zyklusperioden mit der Klemme 6 verbunden werden, und zwar bis zu einem Maximum, das durch die Gesamtverzögerung bestimmt ist, welche durch das Schieberegister 7 bewirkt wird.Thus, if the digital threshold detector 3 determines a noise peak, which has the result that the switch 4 is switched to the contact 6 , then this is held in this position for exactly one Bragg cycle period or a multiple thereof. During this period, a previous cycle of the composite signal is supplied to the coherent processor 8 , and the instantaneous portion of the response signal output from the shift register 7 is hidden. In practice, the duration of an atmospheric noise spike is significantly less than the duration of a Bragg cycle. If, however, a number of noise spikes occurring in rapid succession, of the switch 4 can be connected to the terminal 6 for a plurality of Bragg-cycle periods with the terminal 6, and up to a maximum which is determined by the total delay, which is obtained by Shift register 7 is effected.

Indem sichergestellt wird, daß keine Phasendiskontinuität in dem niederfrequenten Bragg-Signal vorhanden ist, kann die kohärente Verarbeitung ohne Unterbrechung fortgeführt werden, obwohl dabei zu berücksichtigen ist, daß eine Phasen diskontinuität im Hochfrequenz-Signal vorhanden sein wird, das das Doppler-Antwortsignal erwünschter Ziele darstellt. By ensuring that there is no phase discontinuity is present in the low-frequency Bragg signal coherent processing continued without interruption although it has to be taken into account that a phase there will be discontinuity in the radio frequency signal, which represents the Doppler response signal of desired targets.

Diese Phasendiskontinuität kann jedoch innerhalb des Systems akkommodiert werden.However, this phase discontinuity can occur within the system be accommodated.

Fig. 2 zeigt auch eine alternative Ausführungsform eines Schwellwertdetektors, wobei die Alternative strichliert dargestellt ist. Anstelle der Verwendung eines digitalen Schwellwertdetektors 3 kann ein analoger Schwellwertdetektor 14 direkt mit dem Eingang 1 verbunden werden, während sein Ausgangssignal in Analogform verwendet wird, um den Betrieb des Schalters 4 zu steuern. FIG. 2 also shows an alternative embodiment of a threshold value detector, the alternative being shown in broken lines. Instead of using a digital threshold detector 3 , an analog threshold detector 14 can be connected directly to input 1 , while its output signal in analog form is used to control the operation of switch 4 .

Ob der Schwellwertdetektor in analoger oder digitaler Form ausgebildet wird, hängt von der Wirtschaftlichkeit der jewei ligen Ausgestaltung sowie davon ab, wie die am meisten zu friedenstellende Erfassung einer Rauschspitze für ein spe zielles Radargerät erreicht werden kann.Whether the threshold detector in analog or digital form trained depends on the economics of each design as well as how the most too satisfactory detection of a noise spike for a spe target radar can be achieved.

Claims

1. Radar receiver, characterized by means for delaying a received echo signal element in order to determine whether this signal contains an atmospheric noise component, means for masking out this element when a noise component is determined, and means for replacing this hidden element with an immediately preceding one Echo signal element so that continuity is maintained in the dominant frequency component associated with a Bragg response signal.

2. Radar receiver according to claim 1, characterized in that that the echo information received from sequentially Echo signal elements are obtained coherently over a Time period to be processed, this processing involves replacing an element in the case that an unusable element is determined.

3. Radar receiver according to claim 1, characterized in that the echo signal element received immediately before temporarily held in a delay device whose delay characteristic is due to the expected dominant Bragg response frequency is determined.

4. Radar receiver according to claim 3, characterized in that the delay device with facilities for change its delay period is equipped.

5. Radar receiver according to claim 4, characterized in that the device comprises a clock signal source, the Frequency in relation to the frequency of the Bragg answeri stands.