DE3621661A1 - Verfahren zur erkennung eines ziels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Ziels, wobei der Versuch unternommen wird, in empfangenen Radarsignalen Charakteristiken zu erkennen, die eine vernünftige Beurteilung bezüglich Identität oder Art des Zieles ermöglichen.

Bisher hat man sich in diesem Zusammenhang generell auf Größen wie Polarisation, Stärke und Dopplergehalt des empfangenen Signals verlassen. Durch diese Maßnahmen kann man nur eine grobe Angabe über die Art des Zieles machen und beispielsweise zwischen einem kleinen Flugzeug und einem großen Schiff unterscheiden. Eine Unterscheidung oder Identifizierung spezieller Typen von Schiffen oder Flugzeugen ist nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, verschiedene Arten ähnlicher Ziele zu identifizieren, wie unterschiedliche Klassen von Schif­ fen.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Erkennung eines Zieles, wobei eine Datenbasis geschaffen wird, die eine Aufzeichnung von Informationen darstellt, welche von Radar-Rückkehrsignalen abgeleitet sind, welche auf­ einanderfolgende Entfernungsabtastungen über ein Objekt bekannter Art, gesehen von verschiedenen Winkeln, repräsen­ tieren, worauf Informationen von wenigstens einer Entfer­ nungsabtastung über ein nicht identifiziertes Objekt mit ähnlichen, in der Datenbasis aufgezeichneten Informa­ tionen verglichen werden, um herauszufinden, ob das nicht identifizierte Objekt der bekannten Art entspricht.

Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Erkennung eines Ziels und besteht aus einer Datenbasis, die Aufzeich­ nungen für jedes der verschiedenen bekannten Typen von Objekten enthält, wobei jede dieser Aufzeichnungen Informa­ tionen repräsentiert, die von aufeinanderfolgenden Entfer­ nungsabtastungen über das Objekt unter verschiedenen Winkeln abgeleitet sind, einem Impulsradar zur Erzeugung von Signalen, welche Entfernungsabtastungen über ein nicht identifiziertes Objekt darstellen, sowie einer Komparatoreinrichtung zum Vergleich von Informationen von wenigstens einer Entfernungsabtastung, die von einem nicht identifizierten Objekt erhalten wurde, mit ähnlichen aufgezeichneten Informationen für jeden Objekttyp in der Datenbasis, um festzustellen, ob das nicht identifi­ zierte Objekt zu einer der bekannten Arten gehört.

Da das Grundprinzip der Erfindung darin besteht, daß die Entfernungsverteilung verschiedener Reflexionspunkte an dem zu identifizierenden Objekt betrachtet wird, wird eine effektive Unabhängigkeit von der absoluten Entfernung des Objekts erhalten, und die Auflösung wird nicht mit einer Zunahme der absoluten Entfernung verringert, wie dies der Fall sein würde mit einem System, das auf einer Winkelauflösung beruht.

Das Verfahren nach der Erfindung umfaßt vorzugsweise den Schritt des Identifizierens von Kontinuitätslinien in Amplitudenspitzen, die sich über aufeinanderfolgende Entfernungsabtastungen erstrecken, wobei diese Kontinui­ tätslinien in den Rückkehrsignalen auftreten, die zur Schaffung der Datenbasis verwendet werden. Es kann angenom­ men werden, daß jede solche Linie den Ort bedeutsamer Reflexionspunkte auf dem Objekt darstellt und vorzugsweise werden alleine diese Linien in der Datenbasis aufgezeichnet bzw. gespeichert.

Die Form der Linien und ihre Beziehung zueinander definie­ ren die relativen Positionen der Reflexionspunkte, und dem­ gemäß würde eine weitere Möglichkeit darin bestehen, in der Datenbasis nicht die Linien, sondern eine Angabe der erwähnten Relativpositionen zu speichern.

Wenn Signale von einem beobachteten Objekt über einen genügend weiten Winkelbereich empfangen werden, kann während eines Identifikationsprozesses ein ähnliches Verfahren durchgeführt werden wie während der Vorbereitung der Datenbasis, was zu der Identifizierung ähnlicher Kontinuitätslinien und/oder einer Deduktion bzw. Ableitung der relativen Positionen von Reflexionspunkten führt. Es ist dann möglich, zu erkennen, ob das betrachtete Objekt von der in der Datenbasis gespeicherten Art ist, und zwar durch Vergleich der zwei Gruppen von Linien oder der zwei Gruppen von Relativpositionen.

Wenn ein Reflexionspunkt derart ist, daß verschiedene Reflexionseigenschaften für den Fall des Betrachtens unter verschiedenen Winkeln vorliegen, wird die Stärke des empfangenen Signals sich längs einer der identifizier­ ten Linien ändern. Ferner wird sich die Länge der identi­ fizierbaren Linie mit den Charakteristiken des Merkmals verändern, das Ursache für die Reflexion ist. Die Art der Variationen kann dazu benutzt werden, zwischen verschiedenen Typen von Reflexionspunkten zu unterscheiden.

Wenn Signale von einem zu identifizierenden Objekt nur unter einem bestimmten Betrachtungswinkel erhalten werden können, so ist es nicht möglich, die erwähnten Linien in dem empfangenen Signal zu identifizieren. In solchen Fällen kann das von dem einzigen Betrachtungswinkel empfan­ gene Signal mit den aufgezeichneten Daten in der Datenbasis bei jeder der aufeinanderfolgenden Entfernungsabtastungen bei allen möglichen Betrachtungswinkeln verglichen werden. Die Entfernungsabtastung entspricht empfangenen Daten, welche Merkmale betreffen, die bezüglich des Radars radial gelegen sind.

Wenn der Blickwinkel oder eine Näherung davon bekannt ist, z. B. durch die Bewegungsrichtung eines Zieles, wie eines Schiffes, von dem angenommen werden kann, daß es sich vorwärtsbewegt, kann der Vergleichsvorgang vorteilhafter­ weise auf einem bestimmten Teil der Datenbasis beschränkt werden. Im Falle eines Schiffes kann die Datenbasis eine Aufzeichnung von Rückkehrsignalen unter verschiedenen Win­ keln enthalten, von denen alle in der horizontalen Ebene liegen. Zusätzlich oder alternativ können sie von verschiede­ nen Winkeln in einer vertikalen Ebene oder einer beliebigen anderen nichthorizontalen Ebene oder entsprechenden Ebenen herrühren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens zur Aufzeichnung von Daten bezüglich eines Schiffs zur Verwendung in einer Datenbasis;

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Verwendung zum Aufzeichnen bzw. Speichern und zur nachfolgenden Verwertung der Daten zum Zweck der Identifizierung eines unbekannten Ziels,

Fig. 3 eine Darstellung von Radarrückkehrsignalen, die während der anhand der Fig. 1 erläuterten Operation erhalten wurden, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der durch die in Fig. 2 gezeigten Linien gegebenen Informationen überlagert den Außenkonturen eines Schiffs.

Nach den Fig. 1 und 2 ist ein Radargerät 1 auf einem Schiff 2 angeordnet (alternativ könnte ein Luftfahrzeug verwendet werden), das ein anderes Schiff 3 umkreist und dabei die Seitensichtlinie des Radars ständig in Richtung des Schiffes 3 ausrichtet. Dieser Vorgang wird für Schiffe 3 von verschiedener Art wiederholt, und zwar für solche Schiffe, die bei nachfolgenden Gelegenheiten erkannt werden sollen. Nach einer alternativen Methode würde es möglich sein, das Schiff 3 entsprechend seiner Achse zu drehen, wobei dann das Radargerät 1 stationär bleiben würde. Eine andere Möglichkeit bestünde darin, ein Drehen des Schiffes 3 auf einem sehr kleinen Kreis vorzunehmen.

Die Ausgangssignale des Radargeräts 1 werden einem Speicher 4 (Fig. 2) zugeführt, wo die vertikalen Spalten verschiedene Entfernungszellen und die horizontalen Reihen Entfernungs­ abtastungen darstellen, die unter verschiedenen Blickwin­ keln erhalten werden. Die Anzahl von Entfernungszellen bzw. Entfernungsbereichen und Entfernungsabtastungen ist stark reduziert in Fig. 2 gezeigt, und in der Praxis könnte der Inhalt des Speichers 4, wie in Fig. 3 gezeigt, aussehen, wo die horizontale Koordinate den Sichtwinkel entsprechend den in Fig. 1 gezeigten Winkel darstellt. Die vertikale Koordinate entspricht der Entfernung. Jeder Punkt stellt eine Spitze im Rückkehrsignal dar, dessen Amplitude durch die Größe des Punktes repräsentiert wird. Der Speicher 4 kann ein Teil eines Random-Excess-Digital­ speichers oder eine Platte darstellen, die in einem konven­ tionellen Computer vorgesehen ist, wie in einem 68 K Mikrocomputer, z. B. einem Herolet Packard 9836. Kontinuitäts­ linien, die sich in horizontaler Richtung erstrecken, d.h. über aufeinanderfolgende Entfernungsabtastungen, werden nun durch einen Prozeßmechanismus 5 identifiziert, der durch ein geeignetes Programm im bereits erwähnten Computer realisiert ist. Ein solches Programm kann entsprechend den Prinzipien aufgebaut sein, wie sie gewöhnlich bei Bilderkennungssystemen verwendet werden.

Die Kontinuitätslinien können alternativ dazu auch durch visuelle Betrachtung eines Anzeigegeräts für den Inhalt des Speichers 4 identifiziert werden. Die diese in Fig. 3 gezeigten Linien definierenden Informationen sind in einem Bereich 6 A eines Speichers 6 gespeichert, und zwar entweder automatisch wie in dem dargestellten System, bei dem die Kontinuitätslinien automatisch identifiziert werden, oder manuell, wozu ein Digitiser mit einem Licht­ griffel oder einem ähnlichen Gerät verwendet wird, wenn die Kontinuitätslinien durch visuelle Inspektion identifi­ ziert sind. Der Speicher 5 kann ein anderes Teil des bereits erwähnten Hauptspeichers darstellen. Verschiedene Bereiche 6 A des Speichers 6 sind dazu benutzt, Daten zu speichern, die Schiffen verschiedener Art entsprechen, so daß der Speicher 6 eine Datenbasis bildet, welche die Charakteristiken all jener Schiffe definiert, die in Betracht kommen können.

Bisher wurde nur das Verfahren der Bildung der Datenbasis beschrieben. Wenn es anschließend erforderlich ist, ein potentielles Ziel zu identifizieren, wird exakt der gleiche Vorgang bei 4 und 5 durchgeführt, natürlich mit der Aus­ nahme, daß es nicht möglich ist, das potentielle Ziel 3 unter mehr als einer stark begrenzten Anzahl von Betrach­ tungswinkeln R anzupeilen. Demgemäß steht bei 5 aus dem empfangenen Signal nur ein Linienmuster entsprechend dem in Fig. 2 gezeigten Muster für einen begrenzten Bereich von Betrachtungswinkeln zur Verfügung. Jedes solche Linien­ muster wird durch einen Verarbeitungsmechanismus 7 mit Daten (für alle Betrachtungswinkel-Bereiche vergleichbarer Breite) in der Datenbasis 6 verglichen. Wenn eine Überein­ stimmung in irgendeinem der Speicherabschnitte 6 A aufgefun­ den wird, gibt die Identität dieses Speicherteils den betrachteten Schiffstyp an. Diese Information wird bei 8 angezeigt. Der Verarbeitungsmechanismus 7 kann auch durch ein anderes Programm, das den erwähnten Computer steuert, gebildet sein. Ein solches Programm kann entsprechend herkömmlicher Prinzipien aufgebaut sein. Unter manchen Umständen kann es möglich sein, Einrichtungen 2 vorzusehen, die es ermöglichen, den Betrachtungswinkel des beobachteten Schiffes entweder exakt oder ungefähr kenntlich zu machen. Im erläuterten und dargestellten System ist ein Mechanismus 9 vorgesehen, der von den Radarrückkehrsignalen die Bewegungs­ richtung des betrachteten Schiffes und damit einen Winkelbereich, z. B. von 0° bis 90° ableitet, innerhalb dessen sich das Schiff befinden müßte. Der Mechanismus 9 wird realisiert durch ein anderes Programm oder Unter­ programm, das den Computer steuert und auf die Ausgangs­ größe des Radarsystems in konventioneller Weise einwirkt. Die Ausgangsgröße des Mechanismus 9 steuert den Zugang des Komparators 7 zur Datenbasis, so daß die Vergleichs­ prozesse auf jene Teile jedes Speicherabschnitts 6 A be­ grenzt, die zu den erwähnten Betrachtungswinkeln passen.

Wenn der Bereich von Höhenwinkelwerten des betrachteten Ziels nicht bekannt ist, müssen die Daten von dem empfange­ nen Signal innerhalb dieses unbekannten Bereichs korre­ liert werden mit allen Bereichen entsprechender bzw. ähnlicher Bereiche in den gespeicherten Informationen zum Zwecke der Auffindung einer Übereinstimmung. Wenn das Ziel nur unter einem einzigen Höhenwinkel beobachtet werden kann, wird die Korrelation zwischen den Linien nach Fig. 2, in der Datenbasis, und Punkten, für einen einzigen --Wert, vom empfangenen Signal liegen. In einem alternativen System kann ein programmierter Computer benutzt werden, um für jeden Winkel (d. h. jede Entfernungs­ abtastung) die Entfernungsdifferenz zu berechnen zwischen einem Paar von Linien, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, wobei die Linien des Paars in dem Sinne überlappend sind, daß sie einen gemeinsamen Bereich von Betrachtungswinkeln einnehmen. Die Variation dieser Differenz von Betrachtungs­ winkeln ist eine Sinuswelle, da ein Punkt sich um den anderen bewegt. Die Amplitude (welche die Entfernungsdif­ ferenz repräsentiert) und die Phase der Sinuswelle geben die Position der zwei Punkte auf einem Schiff relativ zueinander an. Der Computer bestimmt daraus die Relativ­ positionen für jedes Punktepaar, und aus dieser Information berechnet er die absoluten Positionen der Reflexionspunkte auf dem Schiff.

Die Ausgangsgröße des Computersystems ist in Fig. 3 gezeigt, wo die Position eines jeden Reflexionspunktes - zu Zwecken der Erläuterung - auf einem Plan des Schiffes durch ein Kreuz dargestellt ist. Für jeden solchen Punkt ist die Variation des Reflexionsvermögens bezüglich des Betrachtungs­ winkels in Form eines Polardiagramms dargestellt. Die Variation des Reflexionsvermögens bezüglich des Betrachtungs­ winkels entspricht der Variation der Intensität des empfange­ nen Signals längs der entsprechenden Linie in Fig. 2.

In diesem alternativen System wird die Information, ent­ sprechend der in Fig. 3 gezeigten Information, in einer Datenbasis gespeichert, wie sie bei 6 gezeigt ist, und zwar für alle interessierenden Schiffstypen, und sie wird mit ähnlichen Informationen verglichen, die während des Versuchs der Identifizierung eines unbekannten Schiffes aufgefunden werden.

Bei der Bildung der Datenbasis wird berücksichtigt, daß die absolute Entfernung des Schiffes 3 oder andere aufzuzeich­ nende Kennzeichen sich ändern können. Dies kann eine Folge davon sein, daß es für das Beobachtungsschiff 2 nicht mög­ lich ist, um das Schiff 3 einen perfekten Kreis zu fahren. Es kann auch eine Folge davon sein, daß sich das Schiff 3 bewegt. Zu diesem Zweck sollte der Komparator 7 die relativen Entfernungen der verschiedenen Reflexionspunkte auf dem Schiff vergleichen und nicht ihre absoluten Entfernungen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Erkennung eines Zieles, gekennzeichnet durch die Schaffung einer Datenbasis, welche eine Aufzeichnung von Informationen darstellt, die von Radar­ rückkehrsignalen abgeleitet sind, welche aufeinanderfol­ gende Entfernungsabtastungen über ein Objekt bekannter Art unter verschiedenen Betrachtungswinkeln repräsentie­ ren, sowie einen Vergleich von Informationen von wenig­ stens einer Entfernungsabtastung über ein nicht identi­ fiziertes Objekt mit ähnlichen, in der Datenbasis gespeicherten Informationen, um festzustellen, ob das nicht identifizierte Objekt von bekannter Art ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des in den zur Schaffung der Datenbasis verwen­ deten Rückkehrsignalen erfolgenden Identifizierens von Kontinuitätslinien in Amplitudenspitzen, die sich über aufeinanderfolgende Entfernungsabtastungen er­ strecken.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die identifizierten Linien definierenden Daten in der Datenbasis gespeichert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Relativpositionen der Linien definierenden Daten in der Datenbasis gespeichert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Informationen von den Entfernungsabtastungen erhalten werden, wenn das nicht identifizierte Objekt unter unterschiedlichen Betrach­ tungswinkeln angepeilt bzw. betrachtet wird, und daß in den Rückkehrsignalen von diesen Entfernungsabtastungen Kontinuitätslinien in Spitzenamplituden identifiziert werden, welche sich über aufeinanderfolgende Entfernungs­ abtastungen erstrecken.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrachtungswinkel des nicht identifizierten Objektes festgestellt und die von dem nicht identifizierten Objekt empfangenen Informationen mit nur einem Teil der Informationen in der Datenbasis verglichen werden, welcher Teil für den jeweiligen Betrachtungswinkel geeignet ist.

7. Vorrichtung zur Erkennung eines Ziels, gekennzeichnet durch eine Datenbasis, die Aufzeichnungen für jeden Typ von verschiedenen bekannten Objekttypen enthält, wobei jede Aufzeichnung Informationen umfaßt, die von aufeinanderfolgenden Entfernungsabtastungen über das Objekt unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln herrühren, ein Impulsradargerät zur Erzeugung von Signa­ len, welche Entfernungsabtastungen über ein nicht identifiziertes Objekt entsprechen, sowie Vergleichs­ einrichtungen zum Vergleich von Informationen von wenigstens einer Entfernungsabtastung, die von einem nicht identifizierten Objekt erhalten wird, mit ähn­ licher Information, die für jede Art von Objekten in der Datenbasis gespeichert ist, um auf diese Weise festzustellen, ob das nicht identifizierte Objekt zu einer der bekannten Arten gehört.