DE3639500A1 - Radar receiver for mobile radar apparatuses having an antenna array with clutter suppression which acts in a two-dimensional manner - Google Patents

Radar receiver for mobile radar apparatuses having an antenna array with clutter suppression which acts in a two-dimensional manner

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DE3639500A1 DE19863639500 DE3639500A DE3639500A1 DE 3639500 A1 DE3639500 A1 DE 3639500A1 DE 19863639500 DE19863639500 DE 19863639500 DE 3639500 A DE3639500 A DE 3639500A DE 3639500 A1 DE3639500 A1 DE 3639500A1
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    • G01S13/524Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTI
    • G01S13/5242Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTI with means for platform motion or scan motion compensation, e.g. airborne MTI

Abstract

The invention describes a method for two-dimensional suppression of clutter signals of all types in the case of a radar receiver for a coherent radar which moves on a platform and has an active antenna array for detecting moving targets with an adaptive processor, in the case of which the favourable properties of the optimal processor are maintained but (as a result of a pretransformation operation using characteristic vectors of the characteristic values of the clutter covariance matrix as auxiliary channels for interference suppression) the complexity of computation operations and the computation time are reduced to such an extent that practical implementation becomes possible. The invention can be used in aircraft on-board radars. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zweidimensional, dh in Raum und Zeit wirksamen Unterdrückung von Cluttersignalen aller Art, insbesondere Bodenclutter in Echo signalen zum Auffinden bewegter Zielgegenstände durch Abtasten des durch Aussenden von M Sendeimpulsen erzeugten rückgestreuten Echosignalfeldes mit einem Radarempfänger für ein bewegtes kohärentes Radargerät mit einer, insbesondere phasengesteuerten Gruppenantenne mit N Sensoren, bei dem die von den Sensoren empfangenen Echosignale in Empfangskanälen zu komplexen Eingangs signalen verstärkt, heruntergemischt, digitalisiert, geordnet und dann aus den Eingangssignalen durch signalangepaßtes Filtern und Unterdrücken von Clutter ein Zielsignal erhalten wird. The invention relates to a process for two-dimensionally, that is, signals in space and time effective suppression of Cluttersignalen all kinds, especially ground clutter in echo for locating moving target objects by sampling the back scattered echo signal field generated by transmitting M transmit pulses with a radar receiver for a moving coherent radar with a particular phased array antenna with N sensors, wherein the signals received from the sensors echo signals in receiving channels to complex input signals amplified, downconverted, digitized, organized, and then from the input signals a target signal is obtained by signal-matched filtering and suppressing clutter. Die Erfindung befaßt sich des weiteren mit der Ausgestaltung eines Radarempfängers zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. The invention is concerned with the further embodiment of a radar receiver for performing the method according to the preamble of claim 1.

Das Auffinden von Bewegtzielen in Bodennähe, wie Tiefflieger, Fahrzeuge, kann durch einen erhöhten Standpunkt, z. Finding moving targets close to the ground as low-flying aircraft, vehicles, by a raised position for. B. eine fliegende Plattform mit der das Radargerät bewegt wird, z. B. a flying platform with which the radar device is moved, z. B. das Bordradar eines Flugzeuges, erheblich gesteigert werden, da Einflüsse wie Abschattungen in welligem Gelände und Auf zipfelungen der Radarkeule in Bodennähe vermindert werden. For example, the onboard radar of an aircraft, be considerably increased, since factors such as shadowing in rolling terrain and on zipfelungen the radar lobe near the ground are reduced. Das gesuchte Zielsignal des Bewegtzieles muß jedoch aus dem gesamten, auch alle Störsignale (Clutter) enthaltenden Echo feld durch Unterdrückung von Clutter aller Art mittels eines Clutterfilters gewonnen werden. However, the searched target signal of the moving target has to be recovered from the entire, all noise (clutter) containing echo frame through suppression of clutter of all kinds by means of a Clutterfilters.

Bezüglich der Clutterechos ergeben sich bei z. Concerning Clutterechos result at z. B. fliegend be wegten Radargeräten einige Nachteile, von denen die folgenden beiden von besonderer Tragweite für die Entwicklung eines Clutterfilters sind: B. overhung be wegten radars some drawbacks, the following two of which are of particular importance for the development of Clutterfilters:

  • a) Die verschiedenen Clutterelemente befinden sich unter unter schiedlichen Azimut- und Elevationswinkeln relativ zur Flug achse des Radars. a) The various Clutterelemente are under difference handy azimuth and elevation angles relative to the flight axis of the radar. Die Radialkomponente der Relativgeschwindigkeit zwischen Clutterelement und Flugachse des Radars ist also proportional zum Kosinus des Winkels zwischen Orts vektor des Clutterelements (vom Radar aus gesehen) und der Flugachse. The radial component of the relative velocity between the radar axis Clutterelement and air is proportional to the cosine of the angle between the local vector Clutterelements (seen from the radar off) and the flight axis. Da die relative Radialgeschwindigkeit zwischen Clutterelement und Radar die Dopplerfrequenz der Radarechos bestimmt, sind solche Bewegtclutterechos, insbesondere von homogenem Hintergrund, dopplerfarbig, dh die empfangenen Cluttersignale weisen alle möglichen Dopplerfrequenzen zwischen v max (Fluggeschwindigkeit) und - v max auf. Since the relative radial velocity between Clutterelement and radar determines the Doppler frequency of the radar echoes are those Bewegtclutterechos, in particular of a homogeneous background, doppler colored, ie the received Cluttersignale have all possible Doppler frequencies between v max (airspeed), and - v max on. Bei Horizontalflug bilden Kurven konstanter Dopplerfrequenz eine Schar von Hyperbeln, die sich in Flugrichtung (bzw. dagegen) öffnen. In level flight curves of constant Doppler frequency constitute a family of hyperbolas in flight direction (or against) open. Wandert man auf einem Entfernungsring ent lang, so durchläuft man das gesamte Clutterdopplerspektrum von v max bis - v max . If you walk on a range ring ent long, so you can step through the entire Clutterdopplerspektrum of v max to - v max.
  • b) Beim Oberfliegen unterschiedlicher Geländeformationen be gegnet das Radargerät Zonen mit unterschiedlichen Rück streuverhalten, dh der Clutterhintergrund ist zeitlich und räumlich variabel. b) When the upper fly different terrain formations, the radar apparatus be countered zones with different back scattering behavior, ie the Clutterhintergrund is variable in time and space. Hieraus folgt, daß das Clutter unterdrückungssystem störadaptiv sein sollte, dh es muß die Fähigkeit besitzen, sich an wechselde Störverhältnisse anzupassen. It follows that the clutter should be störadaptiv suppression system, ie it must have the ability to adapt to wechselde noise ratios.

Aus a) folgt, daß Cluttersignale von mehreren Parametern, nämlich Azimut, Elevation, Entfernung und Dopplerfrequenz ab hängen. follows from a) that Cluttersignale on several parameters, namely the azimuth, elevation, range and doppler frequency dependent. Allerdings besteht ein fester Zusammenhang zwischen den Ortskoordinaten eines jeden Clutterelements und seiner Dopplerfrequenz. However, there is a fixed relationship between the spatial coordinates of each Clutterelements and its Doppler frequency.

In der Fig. 1 ist ein solches Entfernungs-Azimut-Dopplernetz dargestellt. In Fig. 1 such a range-azimuth-doppler network is illustrated. Mit ϕ ist hierin der Azimutwinkel, mit v die Clutterradialgeschwindigkeit, mit r/h das Entfernungs/Flug höhen-Verhältnis und mit HNr die Nummer der jeweiligen Hyperbel bezeichnet. With the azimuth angle φ, with the v Clutterradialgeschwindigkeit, with r / h, the removal / altitude ratio and with HNr the number of the respective hyperbola is referred to herein.

Beschränkt man sich auf einen Entfernungsring, so erkennt man, daß die Clutterleistung eine Funktion zweier Parameter: Azimut ϕ , Dopplerfrequenz fD bzw. Clutterradialgeschwindigkeit v , ist und für einen Radarzielbereich durch ein zweidimensionales Leistungsspektrum dargestellt werden kann. Is limited to a distance ring, it can be seen that the Clutterleistung a function of two parameters: the azimuth φ, Doppler frequency fD or Clutterradialgeschwindigkeit is v, and can be represented for a radar target area by a two-dimensional power spectrum. In der Fig. 2 ist hierfür ein Beispiel eines Bewegtclutterspektrums für die Blickrichtung der Sendekeule ϕ B =0°, dh in Flugrichtung, dar gestellt. In FIG. 2 this is an example of a Bewegtclutterspektrums for the viewing direction of the transmission lobe φ B = 0 °, that is provided in the flight direction, is. Es existiert ein Maximum - Hauptkeulenclutter bei ϕ =0° und der zugehörigen Clutterfrequenz v = v max . There is a maximum - Hauptkeulenclutter at φ = 0 ° and the associated Clutterfrequenz v = v max. Etwaige zu entdeckende Flugziele befinden sich in der Sendekeulenrichtung ϕ =0° und bei allen möglichen Geschwindigkeiten - v max . Any undiscovered destinations are located in the transmission lobe direction φ = 0 ° and at all possible speeds - v max. . , . , + v max , also längs der linken oberen Kante in Fig. 2. Längs der Diagonalen sieht man den Nebenkeulenclutter über alle Dopplergeschwindigkeiten verteilt. + V max, that is along the left top edge in Fig. 2 along the diagonal can be seen the Nebenkeulenclutter distributed across all Doppler velocities. CNR bedeutet das Clutter- Rauschverhältnis, M die Anzahl der Echoimpulse, N die Anzahl der Sensoren. CNR means the clutter to noise ratio, M the number of echo pulses, N is the number of sensors.

Betrachtet man also einen bestimmten Entfernungsring, so bleibt eine Abhängigkeit der Clutterleistung von zwei Para metern: Azimut ϕ und Dopplerfrequenz f D (bzw. Relativge schwindigkeit v) . Thus, observing a certain distance ring, there remains a dependence of the meters Clutterleistung of two Para: azimuth φ and Doppler frequency f D (or Relativge speed v). Ein Filter zur Unterdrückung solcher Störsignale muß folglich in zwei Dimensionen, dh in ϕ und v (bzw. in Raum und Zeit) wirksam sein. Hence a filter for suppression of such interfering signals must be effective ie in two dimensions, in φ and v (or in space and time).

Daraus folgt, daß das rückgesteuerte Echofeld in zwei Dimen sionen, und zwar räumlich und zeitlich erfaßt werden muß. It follows that the back-controlled echo field emissions in two dimen, and must be detected while spatially and temporally. Diese Voraussetzungen werden von einem kohärenten Pulsdoppler radar mit phasengesteuerter Gruppenantenne erfüllt, wobei die Sensoren als räumliche Abtastung und die Echoimpuilse (kohärente Echofolgen) als zeitliche Abtastung angesehen werden. These requirements are fulfilled by a coherent pulse Doppler radar phased array antenna, wherein the sensors are considered to be spatial sampling and the Echoimpuilse (coherent echo sequences) as a temporal sampling. Als Cluttermodell wird aus den Clutterechoabtastwerten eine Raum- Zeit-Kovarianzmatrix gebildet. As Cluttermodell a space-time covariance matrix is ​​formed from the Clutterechoabtastwerten.

Die meisten der bisher bekannten Verfahren zur Unterdrückung in bewegten Radars beruhen auf einer Modifizierung des bekannten 2-Puls-Clutter-Cancellers. Most of the previously known methods for suppressing in moving radar is based on a modification of the known 2-pulse clutter canceller.

Zum einen gibt es Verfahren, die nach der Methode des "clutter locking" arbeiten. First, there are processes which operate according to the method of "clutter locking". Bei diesen Verfahren wird das Maximum des Clutterspektrums in den Sperrbereich des 2-Puls-Cancellers ge schoben, so daß eine gewisse Auslöschung des Hauptkeulen clutters erfolgt. In these methods, the maximum of the Clutterspektrums is pushed ge in the stop band of the canceller 2-pulse, so that a certain extinction of the main lobes is carried clutters. Anwendung hat dieses Prinzip in dem TACCAR System gefunden (MI Skolnik "Radar Handbook" McGraw Hill, 1970) S. 17-32/. Application has this principle found in the TACCAR System (MI Skolnik "Radar Handbook" McGraw Hill, 1970) pp 17-32 /. Nachteilig an TACCAR und verwandten Verfahren ist, daß keine Bewegungskompensation stattfindet, so daß das von der Hauptkeule erfaßte Clutterspektrum eine relativ hohe Dopplerbandbreite hat, die von dem 2-Plus-Canceller nur teil weise unterdrückt werden kann. A disadvantage of TACCAR and related method, that no motion compensation takes place, so that the signal detected by the main lobe Clutterspektrum has a relatively high Doppler bandwidth, only part of the 2-Plus canceller can be suppressed. Nebenzipfelclutter hat vom Hauptkeulenclutter verschiedene Dopplerfrequenzen und wird über haupt nicht unterdrückt. Nebenzipfelclutter has not suppressed by Hauptkeulenclutter different Doppler frequencies and is at all.

Auf der anderen Seite gibt es die sog. DPCA-Technik (displaced phase center antenna). On the other hand, there are the so-called. DPCA technique (displaced phase center antenna). Hier wird die Bewegung der Plattform des Radars dadurch kompensiert, daß zwischen je zwei Impulsen von einem Empfangsarray auf ein zweites, in Flugrichtung dahinter angebrachtes Array derart umgeschaltet wird, daß die Plattform geschwindigkeit zwischen zwei Impulsen gerade aufgehoben wird. Here, the movement of the platform of the radar is compensated by switching between two pulses from a receive array to a second, installed in direction of flight behind the array such that the platform is just lifted speed between two pulses. Das Verfahren hat den Nachteil, daß bei vergleichbarem Auf wand rund 6 dB an Sendeenergie für die Clutterunterdrückung verloren geht. The method has the disadvantage that at a comparable wall to approximately 6 dB of transmit power for clutter suppression is lost.

Eine Vorstufe zur adaptiven 2-dimensionalen Clutterunterdrückung für bewegte Radars ist in Andrews "Radar Antenna Pattern Design for Platform Motion Compensation" IEEE Trans, AP, Vol. Ap-26, No. A precursor to the adaptive 2-dimensional clutter suppression radar is for moving in Andrews "Radar Antenna Pattern Design for Platform Motion Compensation", IEEE Trans, AP, Vol. Ap-26, No. 4, July 1978, S. 566-571 beschrieben. 4, July 1978, pp 566-571 described. Hier werden die Ge wichte zweier Bewertungssätze eines Sensorarrays derart opti miert, daß die Differenz ihrer Clutterantworten minimal wird. Here, the weights of two Ge review sentences of a sensor array are such opti mized that the difference of their Clutterantworten is minimal. Eine adaptive Realisierung wird nicht behandelt. An adaptive implementation is not treated. Allen diesen bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß nur zwei aufeinander folgende Echos zur Clutterunterdrückung benutzt werden. All such known methods have in common that only two successive echoes are used for clutter suppression.

In der Veröffentlichung von Brennan, LE, Mallett, ID, Reed, IS: "Adaptive Array in Airborne MTI-Radar", IEEE AP-24, No 5, Sept 1976, Seiten 607-615 wird darauf hingewiesen, daß das Bewegtclutterproblem (wie auch andere Arten von Störunter drückung) prinzipiell durch den optimalen Detektor (Likelihood- Ratio-Test=LR-Test) gelöst werden kann. The publication by Brennan, LE, Mallett, ID, Reed, IS: "Adaptive Array in Airborne MTI radar," IEEE AP-24, No. 5, Sept 1976, pages 607-615 it is pointed out that the Bewegtclutterproblem (such other types of Störunter suppression) principally due to the optimal detector (likelihood ratio test = LR test) can be solved.

Der optimale Detektor ist bekanntlich durch den Likelihood- Ratio-Test (LR-Test Wahrscheinlichkeitstest) gegeben: The optimum detector is known to be given by the likelihood ratio test (LR-test probability test):

mit With

x x Vektor der Empfangssignale Vector of the received signals R R Clutterkovarianzmatrix der räumlich-zeitlichen Abtastwerte Clutterkovarianzmatrix the spatio-temporal samples s s Vektor der Zielsignale Vector of the target signals n n Vektor von Clutter- und Rauschwerten Vector of clutter and noise values

gegeben. given.

Übersteigt der Ausdruck auf der linken Seite eine Schwelle so gilt die Entscheidung "Ziel vorhanden", andernfalls nicht. Where the expression on the left side of the threshold the decision "target present" does not apply otherwise. Die Gleichung (1) ist eine sehr allgemeine Vorschrift, welche für beliebige Entscheidungsprobleme Anwendung finden kann. The equation (1) is a very general rule which can be found for any decision problems application. Im Falle der Entdeckung von Flugzielen in Bewegtclutter hat R die Dimension ( MN) × (MN) , die Vektoren x , n und s die Dimension MN . In the case of discovery of destinations in Bewegtclutter R has the dimension (MN) x (MN), the vectors x, n and s the dimension MN.

Der optimale Empfänger besteht bekanntlich aus einem zwei stufigen Filter, einem Störunterdrückungsanteil und einem ziel signalangepaßten Filter (pre-whiten and match). The optimal receiver is known to consist of a two-stage filter, a Störunterdrückungsanteil and a target matched filters (pre-whiten and match). Der erste Teil besteht aus der inversen Kovarianzmatrix der Cluttersignale. The first part consists of the inverse covariance matrix of the Cluttersignale. Im Falle 2-dimensionaler Signalabtastung kann die Ordnung einer solchen Matrix Dimensionen annehmen, die sich für realzeitliche Anwendung nicht mehr eignen. In the case of two-dimensional signal sampling the order of such a matrix can have dimensions that are no longer suitable for real time application. Ein Beispiel: Eine kleine Antenne habe N =32 Sensoren, die kohärente Signalverarbeitung arbeite mit M =32 kohärenten Impulsen. For example, a small antenna have N = 32 sensors, which work coherent signal processing with coherent pulses M = 32. Die Ordnung der Matrix ist N × M =2¹⁰=1024. The order of the matrix is M × N = 2¹⁰ = 1024th Die Matrix enthält (N · M) ²=1.048.576 Elemente, zu ihrer Inversion benötigt man (N · M) ³=2³⁰≈10⁹ Rechenoperationen. The matrix contains (N * M) ² = 1,048,576 elements to their inversion is required (N * M) ³ = 2³⁰≈10⁹ arithmetic operations. Diese Dimensionen sind durch heutige Rechen kapazität nicht zu beherrschen und werden es in Zukunft auch kaum sein. These dimensions are not capacity to rule by today's computing and it will hardly be in the future.

Grundsätzlich ergeben sich durch die 2-dimensionale Signalver arbeitung keine besonderen Probleme; Basically result from the two-dimensional Signalver processing any particular problems; die Begrenzung des Gewinns ist durch das Empfängerrauschen (wie auch im 1-dimensionalen Fall) gegeben. the limitation of the gain is due to the receiver noise (as in the 1-dimensional case) was added. Der zur Realisierung des optimalen Detektors zu treibende Aufwand ist jedoch so hoch, daß er zur Zeit mit den verfügbaren Geräten weder kostenmäßig noch rechenzeitmäßig zu bewältigen ist. However, to be driven to realize the optimum detector cost is so high that he has to deal with at the time with the available equipment, neither in terms of cost yet computationally default.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen adaptiven Empfänger für ein kohärentes Radar mit einer aktiven Gruppenantenne zu schaffen mit einer Arbeitsweise, die die günstigen Eigenschaften des optimalen Detektors erhält, jedoch im zu betreibenden Rechenaufwand soweit verringert ist, daß er realisiert werden kann. The object of the invention is to provide an adaptive receiver for a coherent radar with an active group antenna with an operation of receiving the favorable properties of the optimal detector, however, is so far reduced to be operated computational complexity that it can be realized.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit dem durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichneten Verfahren sowie mit einem Radarempfänger gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 11. The invention solves the problem with which is characterized by the features of claim 1 and method with a radar receiver according to the characterizing features of claim. 11

Die Erfindung arbeitet nach dem Prinzip des match and post-whiten für die zweidimensionale Clutterunterdrückung, wobei ein oder mehrere Suchkanäle durch Keulenbildung und Dopplerfilterung der empfangenen Signale gebildet werden, die noch mit allen Störanteilen nach Richtung und Betrag behaftet sind, anschließend erfolgt die Clutterunterdrückung. The invention works on the principle of the match and post-whiten for the two-dimensional clutter suppression, wherein one or more search channels are formed by beamforming and Doppler filtering of the received signals, which are still subject to all the interference components on the direction and amount followed by clutter suppression. Statt den bekannten Wahrscheinlichkeitsverhältnistest gemäß Gleichung (1) bei vollem Rang N · M durchzuführen, wird gemäß der Erfindung der LR-Test im transformierten Bereich angewendet. Instead of performing the well-known likelihood ratio test in accordance with equation (1) at full rank N · M, is applied according to the invention, the LR-test in the transformed domain. Hierfür werden die empfangenen Signale einer linearen Transformation unter Benutzung der Eigenvektoren der Clutterkovarianz unterzogen, so daß der resultierende Vektor raum (oder: die Anzahl der pro Zeiteinheit auszuwertenden Signalwerte) erheblich reduziert wird. For this purpose, the received signals of a linear transformation using the eigenvectors of the Clutterkovarianz be subjected, so that the resulting vector space (or the number of signal values ​​per unit time to be evaluated) is significantly reduced. Hierdurch wird der Auf wand der nachfolgenden Signalverarbeitung, Störunterdrückung, räumlich-zeitlich signalangepaßte Filterung auf ein wirtschaftlich realisierbares Maß verringert. In this way, the wall is reduced the subsequent signal processing, noise suppression, spatio-temporal signal-matched filtering to an economically viable level. Eine erfindungsgemäße Weiterbildung des Verfahrens ist den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 entnehmbar. A further development of the method according to the invention can be seen from the characterizing features of claim. 5

Damit ermöglicht die Erfindung das Erstellen und Betreiben eines clutteradaptiven Filters zur Unterdrückung von Clutter aller Art, insbesondere Bodenclutter, und zwar in Radargeräten, welche sich auf relativ zur Erde bewegten Plattformen be finden. Thus, the invention enables creating and operating a clutteradaptiven filter for suppression of clutter all kinds, especially ground clutter, in radar devices, which are found on moving relative to the earth platforms be. Ein solches Clutterfilter ermöglicht die Entdeckung von bewegten Zielen wie Flugzeuge und Fahrzeuge von Bord einer fliegenden Radarplattform, sofern sich die Ziele in ihrer Dopplerfrequenz von derjenigen des störenden Hintergrundes unterscheiden. Such Clutterfilter allows the detection of moving targets such as aircraft and vehicles on board an airborne radar platform, provided that the targets in its Doppler frequency different from that of the interfering background.

Theoretische Voruntersuchungen in den Veröffentlichungen von Klemm, R.: "Suboptimum Clutter Suppression for Airborne Phased Array Radars", PROC RADAR 82, London, UK, Oktober 1982 und Klemm, R.: "Adaptive Clutter Suppression for Airborne Phased Array Radars", IEE Proc. Theoretical preliminary examinations in the publications by Klemm, R .: "sub-optimum Clutter Suppression for Airborne Phased Array Radars", RADAR PROC 82, London, UK, in October 1982 and Klemm, R .: "Adaptive Clutter Suppression for Airborne Phased Array Radars", IEE Proc. Pts. Pts. F and H, Vol. 130 No. F and H, 130 No. Vol. 1, February 1983, Seiten 125-132 haben eine wichtige Eigenschaft der Kovarianzmatrix der räumlichen und zeitlichen Abtastwerte der Clutterechos enthüllt. 1, February 1983, pages 125-132 have revealed an important characteristic of the covariance matrix of the spatial and temporal samples of Clutterechos. Beträgt die Anzahl der Sensoren N und die der Echowerte M , so erhält man eine (N × M) (N × M) -Kova rianzmatrix; If the number of sensors N, and we obtain a (N × M) (N × M) -Kova rianzmatrix the echo values M; die Anzahl der Cluttereigenwerte beträgt jedoch maximal N + M . However, the number of Cluttereigenwerte is a maximum of N + M. Hieraus folgt einerseits, daß die Anzahl der Eigenwerte insbesondere für große Werte von N und M klein gegen die Anzahl der Abtastwerte bzw. die Ordnung der Kovarianzmatrix ist. It follows that on the one hand the number of eigenvalues is small, especially for large values of N and M to the number of samples and the order of the covariance matrix. Ferner folgt, daß die minimale Anzahl an Cluttereigenwerten bei gegebener Gesamtzahl von Abtastungen für N = M erreicht wird, dh wenn die Anzahl der Echoimpulse gleich der Anzahl der Sensoren ist. Also that the minimum number is achieved at Cluttereigenwerten for a given total number of samples for N = M, that is, when the number of echo pulses is equal to the number of the sensors follows. Diese Erkenntnis wird erfindungsgemäß umge setzt, indem die den Cluttereigenwerten zugehörigen Eigenvektoren der Raum-Zeit-Kovarianzmatrix der Clutterabtastechowerte als Hilfskanäle für die Störunterdrückung benutzt werden. This realization is inventively reacted by the Cluttereigenwerten the corresponding eigenvectors of the space-time covariance matrix of Clutterabtastechowerte be used as auxiliary channels for interference suppression. Damit gelingt es, auf der Basis des optimalen Detektors einen Prozessor zur Auffindung von bewegten Zielen vor bewegtem Clutterhintergrund derart abzuleiten, daß die günstigen Eigenschaften des optimalen Prozessors erhalten bleiben, jedoch aufgrund der geeigneten Transformation der empfangenen Signale der Aufwand an Rechenoperationen und Rechenzeit der nachfolgenden Signalverarbeitung soweit verringert wird, daß eine praktische Realisierung möglich ist. This makes it possible to deduce on the basis of the optimal detector a processor for detection of moving targets before moving Clutterhintergrund such that the favorable properties of the optimum processor are maintained, however, due to the appropriate transformation of the received signals involves the use of arithmetic operations and calculation time of the subsequent signal processing is reduced to the extent that a practical realization is possible.

Zur Durchführung der Erfindung muß im Prinzip die Kovarianz matrix R der räumlich-zeitlichen Abtastwerte bestimmt werden, hierzu wird jedoch in erfindungsgemäßer Vereinfachung unter Ver wendung der Eigenvektoren der Kovarianzmatrix eine lineare Transformation der Empfangsdaten durchgeführt, mit der dann die Bewertung der empfangenen Signale, dh Clutterunterdrückung, vorgenommen wird. To carry out the invention, the covariance matrix R is to be determined the spatio-temporal sampling in principle, but this is in accordance with the invention simplify under Ver the eigenvectors of the covariance matrix application carried out a linear transformation of the received data, with the then the evaluation of the received signals, that clutter suppression is made.

Die Erfindung wird in der Weise durchgeführt, daß anstelle den LR-Test gemäß (1) bei vollem Rang N · M durchzuführen, nur ein transformierter reduzierter Test gemäß Gleichung (2) durchgeführt wird: The invention is carried out in such a way that instead of performing the LR test according to (1) · in full rank N M, only a transformed reduced test according to equation (2) is carried out:

Es sind die transformierten Größen wie folgt definiert: It is the transformed variables defined as follows:

x T = T * x (2a) x T = T * x (2a)
s T = T * s s T = T * s
n T = T * n n T = T * n
R T = T * R T R T = T * R T

Da das Zielsignal s und damit auch s T zunächst unbekannt ist, tritt an seine Stelle der Steuervektor b ( ϕ , v ): Since the target signal s and thus s T is initially unknown, shall instead of the control vector b (φ, v):

Da die Matrix I die Signalintegration (Keulenbildung, Doppler filterung) vorwegnimmt, und die Nebenzipfelbeiträge zum Ziel signal gegenüber dem Hauptkeulenbeitrag vernachlässigt werden können, ist: Since the matrix I anticipate the signal integration (beamforming, Doppler filtering), and the side lobe posts can become the target signal neglected compared to the main lobe contribution is:

mit e als Einheitsvektor, wobei R T -1 e die erste Spalte von R T -1 darstellt und (2) vereinfacht sich zu with e as a unit vector, wherein R e T -1 represents the first column of R T -1 and (2) simplifies to

T ist eine NM × L -Matrix (L N + M) . T is a NM × L matrix (L N + M). Sie wird gemäß der Erfindung so gewählt, daß It is selected in accordance with the invention so that

  • a) keine Signalenergie verloren geht a) no signal energy is lost
  • b) die Clutterechos mit hohem CNR empfangen werden b) the Clutterechos be received with a high CNR
  • c) L « MN , damit die erwünschte Einsparung an Rechenzeit, Rechenoperationen und Hardwareaufwand erzielt wird c) L "MN, so that the desired savings in computer time, computer operations and hardware complexity is achieved
  • d) L nicht kleiner als die Anzahl der Cluttereigenwerte (N + M) ist. d) L is not smaller than the number of Cluttereigenwerte (N + M).

Werden diese Bedingungen erfüllt, so kann das gleiche Verhalten von (3) wie vom optimalen Detektor bei Gleichung (1) erwartet werden. If these conditions are met, the same behavior of (3) as from the optimum detector in equation (1) can be expected.

Die Struktur der Transformationsmatrix stellt den Kern der hier beschriebenen Erfindung dar. Um die aufgestellten Bedingungen zu befriedigen, muß die Matrix I , die eine Rechteckmatrix mit N · M Spalten und L Zeilen ist, aus zwei Teilen be stehen: The structure of the transform matrix represents the essence of the invention described herein in order to satisfy the conditions set, should the matrix I which is a square matrix of N x M columns and L rows, be in two parts are provided.:

  • 1) 1 Hauptkanal, bestehend aus Keulenbildung (räumlich) und Dopplerfilter (zeitlich, ein zu entstörender Doppler kanal) für die Signalanpassung 1) 1 main channel, consisting (from beamforming spatial) and Doppler filters (temporal, an anti-jamming to Doppler channel) for signal adaptation
  • 2) L - 1 Hilfskanälen aus räumlichen + zeitlichen Abtastwerten, die der Messung der Störungen dienen und den Clutterunter raum von R möglichst gut aufspannen, damit die Clutterechos mit möglichst hohem CNR (Clutter/Rauschverhältnis) empfangen werden. 2) L - 1 span auxiliary channels of spatial temporal samples +, which are used to measure the disturbance and the Clutterunter space of R as well as possible, so that the Clutterechos having a very high CNR (clutter / noise ratio) are received. Hierfür werden erfindungsgemäß die zu den Clutter eigenwerten zugehörigen Eigenvektoren einer Clutterkovarianz matrix verwendet. For this, the intrinsic values ​​of the clutter associated eigenvectors of a matrix Clutterkovarianz be used according to the invention.

Die Signalanpassung gemäß Punkt 1) wird durch eine zielsignal angepaßte Gewichtung berücksichtigt, dh die Elemente einer Spalte der Matrix müssen den räumlich-zeitlichen Abtastwerten eines erwarteten Zielsignales entsprechen. The signal adaptation according to item 1) is taken into account by a target signal adapted weighting, that the elements of a column of the matrix must meet the spatio-temporal samples of an expected target signal. Die Signalanpassung ist ein Vektor mit den von einem bestimmten Zielsignal erwarteten Teilsignalen The signal conditioning is a vector with the expected from a particular target signal component signals

s n,m ( ϕ , ν ) ∼ exp j β n exp j ω D t m (4) s n, m (φ, ν) ~ exp j β n exp j ω D t m (4)

wobei in which

n n = Sensorindex = Sensor Index m m = Impulsindex = Pulse index τ m τ m = Verzögerung des m -ten Echos = Delay of the m th echoes ω D ω D = Dopplerfrequenz infolge der Relativgeschwindig keit zwischen Radar und Ziel = Doppler frequency due to the Relativgeschwindig ness between radar and target b n b n = auf das Phasenzentrum bezogene Phase am n -ten Sensor infolge der Einfallsrichtung = Related to the phase center phase at the n -th sensor due to the incidence direction of

Für eine regelmäßige rechteckige Sensoranordnung parallel zum Erdboden wird For a regular rectangular sensor array is parallel to the ground

wobei x n , y n die Sensorkoordinaten und ⊖ die Elevation dar stellen. where x n, y n, the sensor coordinates, and ⊖ elevation illustrate.

Die erste Spalte der Transformation T sieht also folgender maßen aus: The first column of the transformation T does so following implications:

wobei in which

eine Keulenbildung ist und die Koeffizienten a beamforming coefficient, and the

c m ( v ₀) = exp j ω D (v ₀) τ m (8) c m (v ₀) = exp j ω D (v ₀) τ m (8)

die Koeffizienten eines Dopplerfilters darstellen. represent the coefficients of a Doppler filter. Somit stellt das Skalarprodukt Thus, the dot product

y = x * t y = x * t

eine Keulenbildung mit einem Dopplerfilter in Kaskade dar. So ein "Suchkanal" ist an ein Ziel in einer bestimmten Richtung ϕ ₀ und mit einer bestimmten Radialgeschwindigkeit, welche von der Zielgeschwindigkeit, der Plattformgeschwindigkeit und der Flug richtung des Ziels abhängt, angepaßt. a beamforming with a doppler filter in cascade. Thus, a "search channel" is adjusted to a target in a specific direction φ ₀ and having a certain radial velocity, which depends on the target speed of the platform speed and the flight direction of the destination.

Die übrigen L -1 Spalten von T dienen der Schätzung der Clutterstörungen und sollten so ausgelegt sein, daß diese mit möglichst hohem Clutter/Rauschverhältnis empfangen werden. The other L -1 columns of T are used to estimate the Clutterstörungen and should be designed so that it is received with the highest possible Clutter / noise ratio.

Für die Erfindung spielt die Belegung der L -1 Cluttervektoren in T eine zentrale Rolle. For the invention, the assignment of the L plays -1 Cluttervektoren T in a central role. Zunächst wird eine Vorbetrachtung angestellt. First, a preview is turned on.

Empfangene Cluttersignale werden durch eine Raum-Zeit-Kovarianz matrix R , wie bereits vorher eingeführt, statistisch be schrieben. Received Cluttersignale are already being deployed by a space-time covariance matrix R, as before, statistically be described. Diese Matrix kann bekanntlich auch auf folgende Weise dargestellt werden: This matrix can be represented in the following manner well known:

wobei λ i die Eigenwerte, e i die Eigenvektoren von R bedeuten. where λ i are the eigenvalues, e i denote the eigenvectors of R. Ordnet man die Eigenwerte der Größe nach, so erhält man eine Reihe von mehrfachen Eigenwerten, die das Kanalrauschen repräsentieren und im Regelfall N + M Eigenwerte, die zum Clutter gehören. If one arranges the eigenvalues according to size, one obtains a set of multiple eigenvalues that represent the channel noise and normally N + M eigenvalues belonging to the clutter. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 3 zu sehen für eine lineare Antenne mit N x Sensoren und M Sendeimpulsen. An example of this can be seen in Fig. 3 is a linear antenna having N x M sensors and transmission pulses. Man erkennt als Gesetzmäßigkeit, daß unter Vernachlässigung von Clutterfluktuationen die Anzahl der Cluttereigenwerte kleiner oder gleich der Summe der Anzahl an Sensoren und Echoimpulsen: L N + M ist. It can be seen as a law that, neglecting Clutterfluktuationen the number of Cluttereigenwerte less than or equal to the sum of the number of sensors and echo pulses: L is N + M. Die minimale Anzahl ergibt sich für N = M , dh L 2 N . The minimum number is obtained for N = M, that is L 2 N. Voraussetzung ist hierbei, daß die Pulsfolgefrequenz nicht kleiner als die Nyquistfrequenz der Clutterechos ist. Prerequisite here is that the pulse repetition frequency is not less than the Nyquist frequency of the Clutterechos.

Da die Cluttereigenwerte sich üblicherweise deutlich vom Rauschen abheben, kann man R in einen Clutter- und einen Rauschanteil aufteilen: Since the Cluttereigenwerte usually clearly distinguishable from noise, can be divided into a clutter R and a noise component:

Die beiden Matrixanteile sind zueinander unitär, so daß der linke Anteil den Vektorteilraum des Clutters, der rechte den jenigen des Rauschens darstellt. The two matrix portions are unitary with each other, so that the left portion is the vector subspace of the clutter, the right the person you of the noise. Die Erfindung beruht nun darauf, daß die verbleibenden L -1 Spalten von T mit den L -1 Eigenvektoren e i c aufgefüllt werden, welche zu den Cluttereigenwerten, dh den L -1 größten Eigenwerten gehören. The invention is based thereon that the remaining L i c are filled -1 columns of T with L -1 eigenvectors e, which means the L among the Cluttereigenwerten, -1 largest eigenvalues. Die so gebildeten Hilfskanäle spannen gerade den Cluttervektor raum auf, so daß prinzipiell aller Clutter erfaßt wird, die Matrix T jedoch eine erhebliche Reduktion der Ordnung der nachfolgenden Signalverarbeitung bewirkt. The auxiliary passages thus formed just span the Cluttervektor space, so that in principle all clutter is detected, however, the matrix T effects a significant reduction in the order of the subsequent signal processing. Mit dieser Trans formationsmatrix T und den Gleichungen (2a) und (3) ist das Prinzip des adaptiven Prozessors zur Unterdrückung von Bewegtclutter gegeben. This trans formation matrix T and the equations (2a) and (3) is the principle of the adaptive processor for suppressing Bewegtclutter added. Nun ist es allerdings noch erforderlich, die Inversion der Matrizen R T (m) durchzuführen, die die Clutterunterdrückung bewirken und nicht bekannt sind. Now it is still necessary, however, to carry out the inversion of the matrices R T (m) that cause clutter suppression and are not known. Sie sollte den sich ständig ändernden Clutterverhältnissen laufend angepaßt werden. It should be adapted to the ever-changing Clutterverhältnissen continuously.

Üblicherweise fragt man alle möglichen Zieldopplerfrequenzen bei einmal eingestellter Richtung gleichzeitig ab, so daß für die Rechenvorschrift (3) Typically, one asks all possible target Doppler frequencies at once set at the same direction, so that for the calculation rule (3)

steht, wobei m eine bestimmte Zieldopplerfrequenz bezeichnet. , where m denotes a specific target Doppler frequency. Das bedeutet auch, daß M Matrizen der Form This also means that M matrices of the form

T * m R T m (m = 1 . . . M) T * T m R m (m = 1... M)

invertiert werden müssen. must be inverted. T m ist diejenige Transformation, die das m -te Dopplerfilter enthält. T m is the one transformation, containing the m th Doppler filter.

Die Inversion der Matrizen R T (m) kann sehr effektiv durchge führt werden, wenn man berücksichtigt, daß alle L × L -Matrizen R T (m) eine gemeinsame (L -1)× (L -1)-Untermatrix besitzen, nämlich die Kovarianzmatrix der Hilfssignale. The inversion of the matrix R T (m) can be very effective Runaway leads when it is considered that all of the L × L matrices T R (m) have a common (L -1) x (L -1) submatrix, namely the covariance matrix of the auxiliary signals. Die Matrizen haben also die Form So the matrices have the form

mit With

a a Clutterleistung im Suchsignal Clutterleistung in search signal b b Vektor der Kreuzkorrelationswerte zwischen Such- und Hilfssignalen Vector of the cross-correlation values ​​between search and auxiliary signals D D Kovarianzmatrix der Hilfssignale Covariance matrix of the auxiliary signals

Nur a und b hängen auch von der Frequenz m ab. Only a and b also depend on the frequency m.

Wir nehmen an, daß D -1 bekannt sei. We assume that D is known -1. Dann kann man die inverse Matrix wie folgt angegeben: Then you can see the inverse matrix specified as follows:

wobei in which

Δ = D - 1/ a b b *. Δ = D - 1 / a b b *. Ist D bekannt, so erhält man Δ -1 wie folgt D is known, we obtain Δ -1 as follows

Der Algorithmus umfaßt also folgende Schritte: So the algorithm comprises the following steps:

a) Schätze D , ferner a und b für alle Zieldopplerfrequenzen m =1 . a) Estimate D, further a and b for all target Doppler frequencies m =. 1 . , . , M M
b) Berechne D -1 b) Compute D -1
c) Berechne Δ m -1 für alle m =1 . c) Calculate Δ m -1 for all m =. 1 . , . , M (Gl.13). M (Gl.13).
d) Berechne R -1 für alle m =1 . d) Calculate R = -1 for all m. 1 . , . , M (Gl.12). M (Gl.12).

Schritt b erfordert (L -1)³ Multiplikationen Step b requires (L -1) ³ multiplications
Schritt c erfordert ca. L ² M Multiplikationen Step c requires approximately L ² M multiplications
Schritt d erfordert ca. L ² M Multiplikationen. Step d requires approximately L ² M multiplications.

Insgesamt ergeben sich etwas über (L -1)³ + 2 L ² M Multiplikationen. Overall, slightly arise over (L -1) ³ + 2 L ² M multiplications.
Dieser Aufwand kann jedoch durch Anwendung der Erfindung - Eigenvektoren einer Clutterkovarianzmatrix als Hilfskanäle für die Störbefreiung - wieder erheblich verringert werden. However, this effort can by applying the invention - are again reduced considerably - eigenvectors of a Clutterkovarianzmatrix as auxiliary channels for the elimination of interference. Die Verwendung von Cluttereigenvektoren in der Matrix R hat nun den Vorteil, daß jeder einzelne der Eigenvektoren mit der durch den zugehörigen Eigenwert gegebenen Gewichtung eingeht, in anderen Worten, es gibt "wichtige" und "wenig wichtige" Cluttereigenvektoren. The use of Cluttereigenvektoren in the matrix R now has the advantage that each of the eigenvectors is received with the given by the corresponding eigenvalue weighting, in other words, there are "important" and "least important" Cluttereigenvektoren. Das Cluttereigenspektrum wiederum hängt von der Beschaffenheit des reflektierenden Hintergrundes ab. The Cluttereigenspektrum in turn depends on the nature of the reflective background. Mit zunehmender Direktivität nimmt die Anzahl der großen Eigen werte ab. With increasing directivity, the number of large self-worth from. Man kann daher zu einem weniger aufwendigen (Rechen zeit, hardware-Aufwand) Verfahren kommen, in dem man einige der zu kleineren Eigenwerten gehörigen Eigenvektoren einspart. One can, therefore, (time-Rake, hardware complexity) to a less complex come method in which it saves some of the corresponding smaller eigenvalues. Das Invertieren der Matrizen R T (m) kostet einige N ³ Opera tionen, so daß z. Inverting the matrix R T (m) costs, some N ³ Opera tions, so that, for. B. eine Halbierung der Dimension (L /2× L /2 statt L × L) eine Rechenersparnis um den Faktor 8 bringt. B. a halving of the dimension (L / 2 × L / 2 instead of L × L) a computational savings of a factor of 8 brings. Er findungsgemäß wird hiervon Gebrauch gemacht. It is made use of this inventively. Bei einem Radar empfänger, der mit Hilfskanälen mit Eigenvektoren arbeitet, wird eine Matrix der L -1 ersten, dh der zu den größten Eigenwerten gehörigen Eigenwerten benutzt, wie den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 5 und 6 entnehmbar ist. In a radar receiver operating with auxiliary channels with eigenvectors of the matrix L -1 is first, that the associated with the largest eigenvalues eigenvalues used as the characterizing features of the claims can be removed. 5 and 6 Es hat sich herausgestellt, daß eine Reduktion der Hilfskanäle bei der Belegung mit Eigenvektoren, dh der Reduktion der Anzahl der Freiheitsgrade L gegenüber N + M bis auf die Hälfte oder bis auf ein Drittel noch zu sehr guten Ergebnissen, dh noch nicht spürbaren Einbußen an Gewinn führen. It has been found that a reduction of the auxiliary channels in occupancy with eigenvectors, ie the reduction in the number of degrees of freedom L to N + M to half or up to one-third still very good results, that is not noticeable slump in profits to lead. Dies rührt daher, daß bei dem zur Eigenwertzerlegung verwendeten Jacobi- Algorithmus die Eigenwerte der Größe nach sortiert vorliegen und beim Beschneiden des durch die Cluttereigenvektoren auf gespannten Vektorraumes automatisch die kleinen Eigenwerte betroffen sind. This is because that when the material used to eigenvalue decomposition Jacobi algorithm, the eigenvalues ​​of the size be sorted and the small eigenvalues ​​automatically affected when cropping by the Cluttereigenvektoren tensioned on vector space. In der Fig. 4 ist die Abhängigkeit des Gewinns an SCR (Signal/Clutterverhältnis) von der Anzahl der Clutterfilterfreiheitsgrade L bei konstantem N und M darge stellt. In FIG. 4 shows the dependence of the gain of SCR (signal / Clutterverhältnis) of the number of Clutterfilterfreiheitsgrade L at constant N and M is Darge provides.

Aufgetragen ist der Gewinn an Signal/Clutterverhältnis über der auf den eindeutigen Geschwindigkeitsbereich normierten Zielgeschwindigkeit. Plotted is the gain in signal / Clutterverhältnis over the normalized to the unique speed range target speed. An der Stelle der Clutteran passung wird das zugehörige Clutterelement als Ziel interpre tiert (hier bei v / v max =0,4). Adaptation to the site of the associated Clutteran Clutterelement is interpre as a target out (here at v / v max = 0.4). Das Clutterspektrum stellt eine Projektion einer räumlichen Clutterverteilung in den Dopplerfrequenzbereich dar. Diese Verteilung wurde mit dem ELRA-System gemessen und hier verwendet, um möglichst realistische Verhältnisse zu erhalten. The Clutterspektrum represents a projection of a spatial Clutterverteilung in the Doppler frequency range. This distribution was measured by the ELRA system and used here to obtain realistic conditions. Wie man erkennt, tritt bei einer Reduktion der Anzahl der Freiheitsgrade von L = N + M =24 auf 12 noch kein Gewinnverlust ein. As can be seen, occurs, no gain loss at a reduction in the number of degrees of freedom of L = N + M = 24 12th

In den nachfolgenden Tabellen 1 bis 3 wird ein Aufwands vergleich der erforderlichen Rechenoperationen zwischen optimalem Detektorverfahren, Hilfskanalverfahren mit L = N + M Freiheitsgraden und auf halbe Dimension L /2 reduziertem Hilfskanalverfahren mit Eigenvektoren ange stellt. In the following Tables 1 to 3, an effort is compared to the required arithmetic operations between optimum detection method, auxiliary channel procedure with L = M + N represents degrees of freedom and reduced to half the dimension L / 2 auxiliary channel procedure with eigenvectors attached. Die Hilfskanalverfahren werden dabei als suboptimale Verfahren bezeichnet. The auxiliary channel processes are referred to as sub-optimal procedures.

Der Aufwand für Keulenbildung und Dopplerfilterung ist in allen Fällen etwa gleich. The expense for beamforming and Doppler filtering is about the same in all cases. Im suboptimalen Fall werden diese Operationen vor der Clutterunterdrückung durchgeführt, im optimalen Fall nachher. In sub-optimal case, these operations are performed before the clutter suppression, in the best case afterwards. Die Kosten für das Schätzen von R t sind zwar weit geringer als für die große Matrix R ; Although the cost for estimating R t are far lower than for the large matrix R; dieser Punkt wird außer acht gelassen. this point is ignored. Der Aufwand zur Filterberechnung, dh die erforderlichen komplexen Multiplikationen für die Hilfskanalverfahren und beim optimalen Verfahren werden verglichen. The expenditure for the filter calculation, that is, the required complex multiplications are for the auxiliary channel method and the optimal method compared. Es ist zugrunde gelegt, daß N = M und damit L =2 N . It is based on that N = M and L = 2 N. Dann ergeben sich die in Tabelle 1 aufgelisteten Anzahlen an Multiplikationen für verschiedene Werte von N für das optimale Verfahren. Then those listed in Table 1 numbers of multiplications for different values of N for the optimal process result. Für das erfindungsgemäße Verfahren mit L -1 Hilfskanälen aus den Eigenvektoren ergeben sich bereits die in Tabelle 2 aufgeführten wesentlich geringere Anzahl von Rechenoperationen. Already obtained for the novel process with L -1 auxiliary channels from the eigenvectors of the products listed in Table 2 much smaller number of arithmetic operations. Diese verringerte Anzahl von Rechen operationen lassen überhaupt erst die Realisierung der zwei dimensionalen Clutterunterdrückung zu. This reduced number of computing operations can be the first place to the realization of the two-dimensional clutter suppression. Eine weitere erhebliche Reduzierung der Rechenoperationen um den Faktor ist erfindungs gemäß möglich, indem das Hilfskanalverfahren mit einer Reduzierung der Freiheitsgrade auf die Hälfte betrieben wird, wie aus dem analogen Rechenbeispiel gemäß Tabelle 3 hervor geht. Another significant reduction in computational operations by a factor is fiction, as possible by the auxiliary channel process with a reduction of degrees of freedom is operated by half, as is clear from the analog sample calculation in accordance with Table 3. Benötigt man zur Matrixinversion für L =32 62 559 Rechen operationen beim einfachen Hilfskanalverfahren, so reduziert sich der Aufwand bei Reduzierung der Freiheitsgrade um die Hälfte auf 7 471 Rechenoperationen. You need to matrix inversion for L = 32 62559 raking operations with the simple auxiliary channel method, then the effort is reduced when reducing the degrees of freedom by half to 7471 calculations.

Tabelle 1 Table 1

optimaler Detektor optimum detector

Tabelle 2 table 2

suboptimaler Detektor mit L -1 Hilfskanälen bei L = M + N sub-optimal detector with L -1 auxiliary channels with L = M + N

Tabelle 3 table 3

suboptimaler Detektor mit L -1 Hilfskanälen bei Eigenvektoren und Reduzierung der Frei heitsgrade auf sub-optimal detector with L -1 auxiliary channels at eigenvectors and reducing the free degrees of freedom on

Das Eigenvektorverfahren erfordert im Prinzip, daß zur Er mittlung der Hilfskanäle in der Matrix T die Eigenvektor zerlegung von R realzeitlich durchgeführt werden müßte. The eigenvector method requires in principle that for the He averaging of the sub-channels in the matrix T, the eigenvector decomposition should be carried out in real time from R. Damit wird das Verfahren jedoch wieder aufwendiger. However, for the proceedings will be complicated. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß die Eigenvektorzerlegung einer Matrix off-line vorgenommen wird und die so er haltenen Eigenvektoren in den Signalprozessor als Clutter hilfskanäle eingeführt werden. According to the invention it is therefore proposed that the eigenvector decomposition of a matrix is ​​carried out off-line and so he preserved eigenvectors in the signal processor as clutter are introduced auxiliary passages. Diese Modellmatrix kann z. This model matrix z can. B. durch längere Mittelung in einer bestimmten in Azimut und Elevation ausgedehnten Gegend gewonnen und von Zeit zu Zeit auf den neuesten Stand gebracht werden. B. obtained by longer averaging in a particular extended in azimuth and elevation area and taken from time to time up to date. Eine weitere erfindungsgemäß vorgeschlagene Möglichkeit besteht darin, eine solche Modellmatrix rechnerisch zu ermitteln. Another proposed inventions possibility is to establish such a model matrix calculation. Erfindungsgemäß wird hier der Fall eines omni direktionalen Hintergrunds vorgesehen, dieser enthält alle möglichen Azimut- und Dopplerfrequenzanteile in gleicher Weise und deckt damit alle möglichen inhomogenen Fälle ab. According to the case of an omni directional background is provided herein, this includes all possible azimuth and Doppler frequency components in the same way and thus covers all possible inhomogeneous cases.

Die Matrizen R T (m) von Gleichung (3) können durch Mittelung über ein in Azimut und Entfernung ausgedehntes Cluttergebiet geschätzt werden. The matrices R T (m) of equation (3) can be estimated by averaging over an extended in azimuth and range Cluttergebiet. Ein Prozessor nach (3) ist also störadaptiv. A processor according to (3) is therefore störadaptiv. Entsprechende Ausgestaltungen der Erfindung sind den Merkmalen der Ansprüche 5, 7 bis 9 und 11 entnehmbar. Corresponding embodiments of the invention are the features of claims 5, 7 to 9 and 11 can be removed.

Einen noch einfacheren nichtadaptiven Empfänger erhält man erfindungsgemäß, indem man für R T (m) in Gleichung (3) die gemäß (2) transformierte Matrix für omnidirektionalen Clutter fest an setzt. An even simpler non-adaptive receiver according to the invention is obtained by reacting, in equation (3) in (2) transformed for R T (m) matrix for omnidirectional Clutter firmly sets. Das Verfahren ist etwas weniger leistungsfähig als das zuvor beschriebene adaptive Verfahren, da auch bei stark direktiver Cluttersituation stets der gesamte Clutterbereich in Azimut und Dopplerfrequenz ausgeblendet wird. The procedure is slightly less powerful than the adaptive process described above, as always, the entire Clutterbereich disappears in azimuth and Doppler frequency even with highly direktiver Cluttersituation. Ferner werden unabwägbare Einflüsse wie Sensorverkopplung und Mehrwegeaus breitung nicht mitberücksichtigt wie bei einem adaptiven System. Further, influences such as imponderable Sensorverkopplung and Mehrwegeaus be spread not taken into account as an adaptive system. Nichtsdestoweniger ist das nichtadaptive Verfahren wegen seiner Einfachheit für die Praxis von Interesse. Nonetheless, the non-adaptive method because of its simplicity for the practice of interest.

In Fig. 5 ist ein Beispiel für dieselbe Clutterverteilung wie in Fig. 4 zu sehen. In Fig. 5 an example of the same Clutterverteilung as shown in FIG. 4 can be seen. Wie man erkennt, ergeben sich für L =12 und gar L =18 wiederum optimale Gewinnkurven, die sogar günstiger als für L =24 verlaufen. As can be seen, there are for L = 12 and L = 18 even turn optimum yield curves that run even more favorable than for L = 24th Dies kann damit erklärt werden, daß durch eine zu große Anzahl an Clutterkanälen bereits der Zielsignalvektorraum durch das Clutterfilter beschnitten wird. This can be explained that the target signal vector space is cut by the Clutterfilter by an excessive number of Clutterkanälen already. Als Modell zur Berechnung der Eigenvektoren wurde hierbei eine Kovarianzmatrix für omnidirektionalen Clutter angesetzt. As a model for calculating the eigenvectors a covariance matrix for omnidirectional Clutter is hereby recognized.

Fig. 6 zeigt den Vergleich mit konventionellen Verfahren, dh Antennenkeulenbildung und zeitliches Clutterfilter in Serie. Fig. 6 shows the comparison with the conventional method, ie antenna lobe formation and temporal Clutterfilter in series. Man erkennt große Verluste über nahezu den halben Dopplerfre quenzbereich. It can be seen big losses over nearly half Dopplerfre frequency range.

Soweit in den erläuternden Fig. 1-6 Meßkurven dargestellt sind, sind die den Messungen zugrundeliegenden Daten und Parameter wie nachfolgend bemessen: . As far as in the illustrative Fig 1-6 measured curves are shown, which the measurements underlying data and parameters are calculated as follows:

CNR Clutter-Rauschverhältnis am einzelnen Sensor CNR Clutter-noise ratio at each sensor 20 dB 20 dB f ₀ Sendefrequenz f ₀ transmission frequency 3 GHz 3 GHz v ₀ Radarplattformgeschwindigkeit v ₀ radar platform velocity 200 km/h 200 km / h T Abtastintervall (Sendeintervall) T sampling interval (transmission interval) 1/2 f max (maximale Doppler frequenz) 1/2 f max (maximum Doppler frequency)

Art der Empfangsantenne Kind of the receiving antenna lineare Gruppe in Flugrichtung linear array in the direction of flight N Anzahl der Sensoren N number of sensors 16 16 M Anzahl der Sendeimpulse M number of transmit pulses 8 8th L Ordnung des reduzierten Systems L order of the reduced system 24 24 h Flughöhe h altitude 500 m 500 m r Entfernung r Distance 1000 m 1000 m d Sensorabstand d distance sensor λ /2 λ / 2

Art der Sendeantenne Type of transmitting antenna linear in Flugrichtung linearly in the direction of flight A s Sendeapertur A s transmit aperture (N -1) d (N -1) d ϕ B Blickwinkel φ B of view 60° 60 ° B r relative Clutterbandbreite B r relative Clutterbandbreite 0 0

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments.

Fig. 7 zeigt eine Übersicht über die zwei Verfahren zur Bewegtclutterunterdrückung, die vorangehend erläutert wurden. Fig. 7 shows an overview of the two methods for Bewegtclutterunterdrückung which have been explained above.

Fig. 7a zeigt die Struktur wie sie unmittelbar vom LR -Test abzuleiten ist (pre-whiten and match) und als optimaler Detektor bekannt ist. Fig. 7a shows the structure as it is derived directly from the LR test (pre-whiten and match) and is known as the optimum detector. Die empfangenen Daten werden im Raum-Zeitbe reich (x, y, t) vom Clutter befreit. The received data are rich in space-Zeitbe (x, y, t) freed from the clutter. Anschließend erfolgt eine Suchkanalbildung (Keule in Richtung ϕ s , Dopplerfilter für Geschwindigkeit v s ). Subsequently, a search channel formation (lobe in the direction φ s, Doppler filter for velocity v s).

Fig. 7b zeigt ein Blockschaltbild des Hilfskanalverfahrens (match and post-whiten). Fig. 7b shows a block diagram of the auxiliary channel method (match and post-whiten). Die Empfangsdaten werden einem Such kanal ( d s , v s ) und mehreren Clutterkanälen (eventuell mehrere Sätze ϕ c , v c ) zugeführt. The reception data is a search channel (D s, v s) and a plurality Clutterkanälen (possibly several sets φ c, v c) is supplied. Anschließend erfolgt eine Befreiung des Suchsignals vom Clutter. This is followed by liberation of the search signal from the clutter.

Das Prinzip des neuen Radarempfängers ist aus Fig. 8 ersichtlich. The principle of the new radar receiver is shown in Fig. 8. Die Ausgangssignale der N Sensoren passieren die üblichen ko härenten Empfangskanäle (Verstärker, Mischer, AD-Wandler) und werden dann nach Sensor, Entfernung und Verzögerung ge ordnet im Echospeicher abgelegt. The outputs of the N sensors pass the usual ko ent receiving channels (amplifier, mixer, AD) converter and then on the sensor, distance and delay ge assigns stored in the echo storage. Durch Bildung einer gewichteten Summe über die komplexen Eingangssignale (b ₁, b ₂ . . . b N ,) wird eine Suchkeule mit einem keulenbildenden Netzwerk für alle Echoverzögerungen (und Entfernungselemente) gebildet. By forming a weighted sum of the complex input signals (b.. ₁, b ₂. B N,) is formed a search leg with a lobe-forming network for all echo delays (and distance elements). Die Echo werte der Suchkeule werden mit Hilfe einer Dopplerfilterbank DFB in den Dopplerfrequenzbereich transformiert. The echo values of the search lobe of a Doppler filter bank DFB in the Doppler frequency range are transformed using. Die Doppler filterbank (gewichtete Summen über die Echoverzögerungen) führt eine Spektralanalyse der empfangenen Signale durch, dh die M-Werte der Suchkeule werden jeweils zusammen nach den einzelnen Dopplerfrequenzen, dh Geschwindigkeiten untersucht. The Doppler filter bank (weighted sums over the echo delays) performs a spectral analysis of the received signals, that is, the M-values ​​of the search are each lobe together after the individual Doppler frequencies, ie, velocities studied. Zusammen mit der Suchkeule stellen die Ausgänge der Doppler filterbank M Suchkanäle dar. Keulenbildung und Dopplerfilter bank sind in der Radartechnik bekannte Einrichtungen und Vor gänge. Along with the search mace represent the outputs of the Doppler filter bank M search channels. Beamforming and Doppler filter bank are in radar technology known facilities and on transitions.

Die Ausgangssignale der Empfangskanäle werden außerdem den Hilfskanälen aus einer Matrix der L -1 zu den größten Eigenwerten gehörenden Eigenvektoren, zugeführt. The output signals of the reception channels are also the auxiliary channels from an array of L -1 to the largest eigenvalues associated with eigenvectors, respectively. Diese haben jeweils die Dimension NM und wirken daher sowohl in der Sensor - wie auch in der Echopulsdimension. These each have the dimension NM and therefore have both the sensor - as in the echo pulse dimension. Die L -1 Aus gänge der Hilfskanäle werden mit je einem Ausgang der Doppler filterbank verknüpft und bilden zusammen den reduzierten Signalvektorraum, in dem die nachfolgende Signalverarbeitung und Bewertung in einer L × M Matrix stattfindet. The L -1 from transitions of the auxiliary channels are associated with each filter bank to an output of Doppler and together form the reduced signal vector space in which the subsequent signal processing and evaluation in a L x M matrix takes place. Der Signal vektor x wird mit der ersten Spalte von R T -1 (m) multipliziert (Clutterunterdrückung). The signal vector x is the first column of R T -1 (m) multiplied (clutter suppression). Dies geschieht für jede der M Frequenzen separat. This is done separately for each of the frequencies M. Von den M Signalen der verbleibenden Frequenzkanäle wird das betragsgrößte ausgewählt und zur Schwellenentscheidung und zur Anzeige gebracht. Of the M signals of the remaining frequency channels, the largest magnitude is selected and brought to the threshold decision and for display.

Insbesondere werden Kovarianzmatrizen R T (m) der Dimension L × L zwischen einem jeden Ausgang von DFB und allen Hilfskanälen ge schätzt (Kovarianzschätzung KS) . Specifically, covariance matrices R T (m) are of dimension L × L ge between each output of DFB and all sub-channels estimates (covariance KS). Dabei braucht die (L -1)× (L -1)- Kovarianz-Untermatrix der Hilfskanäle nur einmal geschätzt werden; The (L-1) × (L-1) needs - covariance matrix of the lower auxiliary channels are only estimated once; weitere M Vektoren der Dimension L enthalten die Kreuzkorrelationswerte zwischen den M Suchkanälen und den L -1 Hilfskanälen und die Leistungen der Suchkanäle. more M vectors of dimension L contain the cross-correlation values between the channels and the search M L -1 auxiliary channels and the performance of the search channels. Die Schätzung hat aus in Azimut und Entfernung ausgedehnten Clutter gebieten zu erfolgen, um Einflüsse einzelner Zielechos zu ver meiden. The estimate has areas of extensive in azimuth and range clutter to be done to avoid influences of individual target returns to ver.

In einem Spezialprozessor (FB-Filterberechnung) werden die M Matrizen invertiert. In a special-purpose processor (FB-filter computing) the M matrices are inverted. Die ersten Spalten R t -1 (m) e stellen die gesuchten M Bewertungen dar, dh das Clutterfilter. The first column R t -1 (m) e represent the sought M reviews, ie the Clutterfilter.

Das Maximum der Betragsquadrate der gefilterten Daten wird mit einer Schwelle verglichen und bei Überschreiten zur Aus wertung (Anzeige, Feinortung, Tracklogik etc.) weitergegeben. The maximum of the squared magnitudes of the filtered data is compared with a threshold and upon exceeding the Off (, display pinpointing Track logic, etc.) Rating passed.

Der Filterungs- bzw. Bewertungsteil BN arbeitet in der Weise, daß jeder Suchkanal 1 . The filtering or evaluation part BN operates in such a way that each search channel. 1 . , . , M (dh die M Ausgänge der Doppler filterbank DFB in Fig. 8) über Filterkoeffizienten an ein Summierglied geführt wird. M (that is, the M outputs of the Doppler filter bank DFB in Fig. 8) is passed over the filter coefficients to a summer. Die Summierglieder sind an anderen Eingängen außerdem mit allen L -1 Hilfskanälen über weitere Filterkoeffizienten verbunden. The summing elements are also connected to other inputs of all L -1 auxiliary channels over more filter coefficients. Die Filterkoeffizienten bewirken, daß mit den Hilfskanälen das Cluttersignal im jeweiligen Suchkanal geschätzt und von dem aktuellen Suchkanalsignal ab gezogen wird. The filter coefficients cause estimated with the auxiliary channels, the Cluttersignal in the respective search channel and drawn by the current search channel signal. An den Ausgängen erscheinen, nach Dopplerfrequenzen geordnet, die vom Clutter befreiten Echosignale. appear on the outputs, according Doppler frequencies freed from the clutter echo signals. Das Bewertungsnetzwerk führt die Rechenvorschrift x T R T -1 (m) e in Gleichung (3a) aus. The evaluation network performs the calculation rule x T R T -1 (m) e of Equation (3a).

Von den Ausgangssignalen des Bewertungsnetzwerkes BN werden, wie Fig. 8 zeigt, mittels Quadriereinheiten die Betragsquadrate gebildet. Of the output signals of the evaluation network BN, as Fig. 8 shows formed by squaring the magnitude squares. Mit Hilfe einer Vergleichsschaltung MAX wird das Maximum der M Signale gesucht, einem Schwellwertdetektor und schließlich der Anzeige zugeführt. With the aid of a comparison circuit MAX, the maximum of M is wanted signals supplied to a threshold detector and finally the display.

In einem Kovarianzschätzer werden aus den Ausgangssignalen 1 . In a covariance estimator are from the outputs of the first . , . , M der Dopplerfilterbank DFB und der L -1 Hilfskanäle die Kovarianzmatrix D der Hilfskanäle entsprechend der Glei chung (11) und die Kreuzkorrelationsvektoren b und die a für alle M Zieldopplerfrequenzen (m =1 . . . M) berechnet. M of the Doppler filter bank DFB and L -1 auxiliary channels calculates the covariance matrix D of the auxiliary channels in accordance with the sliding monitoring (11) and the cross-correlation vectors b and a for all M target Doppler frequencies (m = 1... M). Die Korre lationsschätzwerte können sowohl durch zeitliche als auch durch räumliche Mittelung über mehrere Entfernungselemente errechnet werden. The Korre lationsschätzwerte can be calculated both by time and by spatial averaging over several distance elements.

Die im Kovarianzschätzer ermittelten Korrelationswerte werden einer Schaltung zur Filterberechnung FB zugeführt. The correlation values calculated in the covariance estimator are supplied to a circuit for calculating filter FB. In der Schaltung werden nach den durch die Gleichungen (12) und (13) gegebenen Algorithmen die Filterkoeffizienten, dh die ersten Spalten von R T -1 (m) , berechnet. In the circuit given algorithms by the by the equations (12) and (13) the filter coefficients, ie, the first column of R T -1 (m) is calculated. Diese werden dem Bewertungs netzwerk zugeführt. These are fed to the evaluation network. Die Adaptionsgeschwindigkeit, dh die Ge schwindigkeit, mit der die Filterkoeffizienten neu berechnet werden, kann unabhängig vom eigentlichen Filtervorgang, dh der durch das Bewertungsnetzwerk ausgeführten Operation, sein. The adaptation rate, ie the Ge speed at which the filter coefficients are recalculated may be independent from the actual filtering process, ie the executed by the weighting network operation. Sie hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der sich die Clutter charakteristika infolge der Plattformbewegung ändern. It depends on the speed at which the clutter characteristics change due to the platform motion.

Im Falle des nichtadaptiven Verfahrens werden die Blöcke "Kovarianzschätzung" und "Matrixinversion" eingespart. In the case of non-adaptive method, the blocks "covariance" and "matrix inversion" can be saved. Dagegen werden in dem Block "Filterung" die Koeffizienten der ersten Spalten der vorberechneten inversen Matrizen R T -1 (m) für omnidirektionalen Clutter gespeichert. In contrast, the coefficients of the first column of the pre-inverse matrices R T -1 (m) are stored for omnidirectional clutter in the block "filtering".

Von der geschätzten Kovarianzmatrix R T (m) kann parallel zum Adaptions- und Filtervorgang eine Eigenvektorzerlegung durch geführt werden, welche die Hilfskanäle in größeren Zeiträumen auf den neuesten Stand bringt. Of the estimated covariance matrix R T (m) can be passed through in parallel with the adaptation and filtering an eigenvector decomposition which brings the auxiliary passages in longer periods of time up to date. Ersatzweise können auch völlig off-line berechnete Eigenvektoren, z. Alternatively, can also completely off-line calculated eigenvectors z. B. solche einer Matrix für omnidirektionalen Clutter, in einem Speicher bereitgehalten werden und als Hilfskanäle Verwendung finden. B. find such a matrix for omnidirectional clutter, are kept ready in a memory and as an auxiliary channels use.

Der Empfänger enthält also drei Anteile, die in unterschiedlicher Geschwindigkeit ablaufen: The receiver thus contains three components that run at different speeds:

  • - Die Bewertung der Daten mit Such- und Hilfskanalkoeffizienten und die Filterung müssen streng in Realzeit ablaufen. - The evaluation of the data with search and auxiliary channel coefficients and the filtering must strictly take place in real time.
  • - Die Adaption des Filters (Kovarianzschätzung, Matrixinver sion) muß Veränderungen der Clutterumgebung folgen können, kann aber im allgemeinen langsamer erfolgen als die Daten filterung. - The adaptation of the filter (covariance, Matrixinver sion) must be able to follow changes in Clutterumgebung, but may be generally slower than filtering the data.
  • - Die Hilfskanäle werden entweder durch externe Daten fest eingestellt oder ebenfalls an die sich wandelnde Umgebung angepaßt. - The auxiliary channels are either fixed by external data or also adapted to the changing environment. Diese Anpassung kann noch langsamer als die Adaption ablaufen. This adjustment can run even slower than the adaptation.

Ein nach der Erfindung realisierter Radarempfänger entdeckt bewegte Radarziele (Flugzeuge, Fahr zeuge) vor Clutterhintergrund von einer bewegten Plattform aus. A discovered according to the invention realized radar receiver moving radar targets (aircraft, driving vehicles) before Clutterhintergrund from a moving platform. Der Empfänger übt dabei im Prinzip folgende Funktionen aus: The receiver exerts in principle the following functions:

  • - räumliche und zeitliche Zielsignalintegration (Keulen bildung, Dopplerfilterbank) - spatial and temporal integration target signal (formation lobes Doppler filter bank)
  • - Schätzung der Cluttereigenschaften - Estimate of Cluttereigenschaften
  • - Berechnung eines Clutterfilters - calculating a Clutterfilters
  • - Clutterunterdrückung - clutter suppression
  • - Entdeckung und Anzeige. - discovery and display.

Der Empfänger ist adaptiv, dh er kann sich an unterschied liche Clutterverhältnisse, z. The receiver is adaptive, ie it can at different Liche Clutterverhältnisse such. B. beim Überfliegen verschiedener Landschaftsformen automatisch anpassen. automatically adjust as when flying over various landforms.

Als Folge des adaptiven Verfahrens wirkt die Störunterdrückung ebenso, wenn das Radar unbewegt ist, und zwar gegen bewegte (Wolken) und unbewegte Störechos (Boden). As a result of the adaptive process, the noise suppression effect as when the radar is stationary, against moving (clouds) and motionless clutter (ground). Der Empfänger ist dem optimalen LR -Detektor ebenbürtig (Gewinn an Signal- Clutter-Verhältnis). The receiver is the optimal LR detector equal (gain in signal-to clutter ratio). Im Vergleich mit dem optimalen Detektor stellt ein Empfänger nach der Erfindung eine Vereinfachung und Verringerung des Aufwandes um Größenordnungen dar. Eine Realisierung wird infolgedessen überhaupt möglich. In comparison with the optimum detector is a receiver according to the invention, a simplification and reduction of outlay by orders of magnitude. One implementation is consequently at all possible.

Da der Empfänger eine Modifikation des Optimaldetektors dar stellt, schließt er das Prinzip der Bewegungskompensation implizit mit ein. Since the receiver is a modification of the optimum detector is, it includes the principle of motion compensation implicitly one.

Bei Seitensichtbetrieb mit omnidirektionalem Sender, linearer Empfangsgruppe und vor homogener Clutterverteilung werden die Clutterechos rechts-links-symmetrisch. In side view operation with omnidirectional transmitter, linear reception group and before the homogeneous Clutterverteilung Clutterechos be right-left symmetrical. Damit werden die Cluttersignale, die Filterberechnung und die Filterung reell. Thus the Cluttersignale, the filter calculation and filtering are real. Das resultiert in einer Rechnerersparnis um den Faktor 4. Dies gilt auch bei reinem Querabbetrieb mit direktiver Sendeantenne. This results in a computer savings by a factor of 4. This also applies to pure Querabbetrieb with direktiver transmitting antenna.

Der erfindungsgemäße Radarempfänger für bewegte Radargeräte hat folgende Eigenschaften: The radar receiver according to the invention for moving radars has the following features:

  • - Adaptivität - adaptivity
  • - optimale Bewegungskompensation - optimal motion compensation
  • - optimale Clutterunterdrückung bei reduziertem Aufwand - optimal clutter suppression with reduced effort
  • - beliebige Anzahl M von Echopulsen können zur Clutterfilterung verwendet werden. - any number M of echo pulses can be used to clutter filtering.

Mit der hier beschriebenen Erfindung kann der Rechenaufwand für Adaption und Filterung erheblich reduziert werden, so daß eine Realisierung für nicht allzugroße Antennen mit heutiger Technologie und unter Verwendung moderner Algorithmen (systolische Arrays) ermöglicht ist. With the invention described herein, the computational effort for adapting and filtering can be greatly reduced, so that a realization for not too large antennas with today's technology and using modern algorithms (systolic array) is provided.

Abkürzungen und Bezeichnungen Abbreviations and terms

β n β n räumliche Phasenlage spatial phase e e Einheitsvektor unit vector ϕ φ Azimutwinkel azimuth angle ϕ B φ B Blickrichtung line of sight L L Ordnung des transformierten Systems Order of the transformed system λ , η λ, η Entdeckungsschwellen discovery thresholds m m zeitlicher Index temporal index M M Anzahl der Echoimpulse Number of echo pulses n n Vektor der Clutterechos Vector of Clutterechos n T n T transformierter Cluttervektor transformed Cluttervektor n n Sensorindex sensor Index N N Anzahl der Sensoren Number of sensors R R Clutterkovarianzmatrix Clutterkovarianzmatrix R T R T T * R T T * R T R T R T Schätzwert von R T Estimated value of R T S S Vektor der komplexen Zielsignalkomponenten Vector of the target complex signal components S T S T transformierter Zielsignalvektor transformed target signal vector T T Transformationsmatrix zur Reduktion der Ordnung des Systems Transformation matrix to reduce the order of the system Elevation elevation m m Verzögerung des m -ten Echoimpulses Delaying the m-th echo pulse v v relative Radialgeschwindigkeit zwischen Clutter und Radar relative radial velocity between clutter and radar v max v max Plattenformgeschwindigkeit Plate shape speed x x Vektor der komplexen Empfangssignale Vector of complex reception signals x T x T transformierter Empfangssignalvektor transformed received signal vector x n x n Sensorkoordinate sensor coordinate y n y n Sensorkoordinate sensor coordinate CNR CNR Clutter/Rauschverhältnis Clutter / noise ratio SNR SNR Signal/Rauschverhältnis Signal / noise ratio a a Clutterleistung im Suchkanal Clutterleistung in search channel b b Vektor der Kreuzkorrelationswerte zwischen Such- und Hilfskanälen Vector of the cross-correlation values ​​between search and auxiliary channels D D Kovarianzmatrix der Hilfskanäle Covariance matrix of the auxiliary channels f D f D Dopplerfrequenz Doppler frequency L L Anzahl der als Hilfskanäle benutzten Eigenvektoren Number of eigenvectors used as auxiliary channels

Claims (11)

1. Verfahren zur zweidimensional, dh in Raum und Zeit, wirk samen Unterdrückung von Cluttersignalen aller Art, insbe sondere Bodenclutter in Echosignalen zum Auffinden beweg ter Zielgegenstände durch Abtasten des durch Aussenden von M Sendeimpulsen erzeugten rückgestreuten Echosignalfeldes mit einem Radarempfänger für ein bewegtes Radargerät mit einer, insbesondere phasengesteuerten Gruppenantenne mit N Sensoren, bei dem die von den Sensoren empfangenen M Echosignale in Empfangskanälen zu komplexen Eingangssignalen verstärkt, heruntergemischt, digitalisiert, geordnet und dann aus den Eingangssignalen durch signalangepaßtes Filtern und Unterdrücken von Clutter ein Zielsignal erhalten wird, dadurch gekennzeichnet , daß aus den Eingangssignalen in bekannter Weise durch Keulenbildung und Dopplerfilterung in den M Frequenzen, M Suchkanäle mit M Ausgängen, die M komplexe Suchsignale liefern, gebildet werden sowie parallel hierzu aus den Eingangssignalen L -1 bei L N + M Hilfskan 1. A method for two-dimensionally, that is, in space and time, more seeds suppression of Cluttersignalen of all kinds, in particular sondere ground clutter in echo signals for finding Move ter target objects by sampling the back scattered echo signal field generated by transmitting M transmit pulses with a radar receiver for a moving radar device with a , in particular phased array antenna with N sensors, wherein the signals received from the sensors M echo signals in receiving channels for complex input signals amplified, downconverted, digitized, organized and is then received a target signal from the input signals by signal-matched filtering and suppressing clutter, characterized in that are formed from the input signals in a known way by beamforming and filtering Doppler frequencies in the M, M search channels having M outputs, supply the M complex search signals, and parallel thereto from the input signals L -1 at L N + M Hilfskan äle für die Störbefreiung mittels Eigenvektoren einer Kovarianzmatrix aus räumlichen und zeit lichen Clutterechoabtastwerten gebildet werden, und dann das Unterdrücken von Clutter durch Verknüpfen des Ausganges eines jeden Suchkanals mit jeweils allen Hilfskanälen in einem Be wertungsnetzwerk erfolgt. AELE for the elimination of interference by means of eigenvectors of a covariance matrix formed from spatial and time Clutterechoabtastwerten union, and then the suppression of clutter by linking the output of each channel, each search all sub-channels in a network Be evaluation is carried out.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfs kanäle rechnerisch oder durch Messung ermittelte Eigenvektoren einer Kovarianzmatrix verwendet werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that are used as auxiliary channels calculated or determined by measurement of eigenvectors of a covariance matrix used.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine für omnidirektionalen Clutter vorberechnete Kovarianzmatrix ver wendet wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that a pre-calculated for omnidirectional clutter covariance matrix is ​​aimed ver.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kovarianzmatrix während des Radarbetriebes geschätzt wird. 4. The method of claim 1 or 2, characterized in that the covariance matrix is ​​estimated during the radar operation.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that
  • a) zunächst für eine räumliche und zeitliche Zielsignal integration aus den N Eingangssignalen der N Sensoren eine Suchkeule durch Bilden einer gewichteten Summe gebildet wird und nachfolgend M Echowerte der Suchkeule in einer Dopplerfilterbank in M Dopplerfrequenzen trans formiert werden und die M Ausgänge der Dopplerfilterbank M Suchkanäle, die die komplexen M Suchsignale liefern, bilden und a) initially for a spatial and temporal target signal integration a search lobe is of the N input signals of the N sensors formed by forming a weighted sum and hereinafter M echo values of the search lobe in a Doppler filter bank in M Doppler frequencies trans be formed and the M outputs of the Doppler filter bank M search channels, providing the complex M search signals, form and
  • b) daß für eine Befreiung von Störanteilen (Clutter) nach Richtung und Frequenz alle Eingangssignale des weiteren einem Netzwerk mit einer Dimension (L -1) (N · M) , wobei jede einen Hilfskanal bildende Spalte von einem Eigen vektor der Kovarianzmatrix gebildet wird, zugeführt werden, das L -1 transformierte komplexe Hilfssignale liefert, b) that for a liberation of interference components (clutter) on the direction and frequency of any input signals, further comprising a network (with a dimension L -1) (N · M), each one auxiliary channel forming column is formed by an eigenvector of the covariance matrix, are supplied to the L transformed -1 supplies complex auxiliary signals,
  • c) die L -1 Hilfssignale zusammen mit je einem Suchsignal einen reduzierten Signalvektorraum bilden und jeweils ein Suchsignal mit jeweils allen L -1 Hilfssignalen in einer Spalte einer L × M -Bewertungsmatrix, die der Rechenvorschrift x T * · R T -1 (m) e genügt, zusammengefaßt werden, und c) L -1 auxiliary signals together with one search signal form a reduced signal vector space and in each case a search signal with respectively all L -1 auxiliary signals in a column of an L x M -Bewertungsmatrix that the computing rule x T * · R T -1 (m ) e enough are grouped together, and
  • d) ggf. die Bewertungsmatrix adaptiv durch Schätzung von Kovarianzmatrizen R T (m) zwischen je einem Suchsignal und allen L -1 Hilfssignalen ermittelt wird und aus den ersten Spalten R T -1 (m) e der invertierten M Matrizen die gesuchten Bewertungen zur Clutterunterdrückung gebildet werden, und aus den erhaltenen gefilterten Signalen das betragsgrößte ausgewählt und zur Schwellenentscheidung (Ziel, kein Ziel) und Anzeige gebracht wird. d) if appropriate, the scoring matrix adaptively (by estimation of covariance matrices R T m) between each search signal and all L -1 auxiliary signals is determined, and (of the first column R t -1 m) e of the inverted M matrices, the ratings are for clutter suppression are formed, and the selected largest amount from the obtained filtered signals and to the threshold decision (target, no target) and display is made.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der L × L Kovarianzmatrizen R T (m) von Hilfssignalen und Suchsignal die allen L × L Kovarianzmatrizen R T (m) gemeinsam (L -1)× (L -1) - Untermatrix der Kovarianz matrix der Hilfssignale, das ist die Matrix der L -1 zu den größten Eigenwerten zugehörigen Eigenvektoren nur einmal ermittelt, z. 6. The method according to claim 5, characterized in that when determining the covariance matrices L × L R T (m) of auxiliary signals and search signal to all the covariance matrices L × L R T (m) together (L -1) x (L -1 ) - sub-matrix of the covariance matrix of the auxiliary signals, that is the matrix of L -1 to the largest eigenvalues corresponding eigenvectors determined only once, for example. B. geschätzt wird und für alle Suchsignale benutzt wird. As is appreciated and will be used for all search signals.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kovarianzmatrix der Hilfskanäle und eines Suchkanals während des Radarbetriebes aus empfangenen Echodaten geschätzt und die erste Spalte ihrer Inversen zur Clutterunterdrückung in dem Suchkanal benutzt wird. 7. A method according to claim 5, characterized in that the covariance matrix of the auxiliary channels and a search channel during radar operation from received echo data estimated and the first column of its inverses for clutter suppression in the search channel is used.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzung der Kovarianzmatrix R T (m) , ihrer Inversion und die Clutterunterdrückung für alle durch eine Dopplerfilter bank gegebenen Suchsignale gleichzeitig durchgeführt werden. 8. A method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the estimate of the covariance matrix R T (m), their inversion and clutter suppression for all bank given by a Doppler filter search signals are performed simultaneously.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch Mittelung über ein in Azimut und Entfernung ausgedehntes Gebiet geschätzte Kovarianzmatrix verwendet wird. 9. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that an estimated by averaging over an extended in azimuth and range field covariance matrix is ​​used.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spalte der Inversen von für omnidirektionalen Clutter vor berechneten Kovarianzmatrizen R T (m) der Hilfs- und Suchsignale zur Clutterunterdrückung in dem zugehörigen Suchsignal verwendet wird. 10. The method according to any one of claims 5 or 6, characterized in that the first column of the inverse of covariance matrices calculated for omnidirectional clutter before R T (m) of the auxiliary and search signals for clutter suppression is used in the associated search signal.
11. Radarempfänger zur Ausübung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer Einrichtung für eine zweidimen sional wirksame Clutterunterdrückung für bewegte kohärente Radargeräte mit einer insbesondere phasengesteuerten Gruppen antenne mit N Sensoren, die an N Empfangskanäle kohärenter Empfänger mit Echosignalspeicher angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein keulenbildendes Netzwerk mit Dopplerfilterbank vorgesehen ist, dem die M komplexen Eingangssignale von N Empfangskanälen mit Echosignalspeicher zur Keulenbildung und Transformation in den Dopplerfrequenzbereich zugeführt sind und das mit einer der Anzahl M der Sendeimpulse des Radars ent sprechenden Anzahl von M Ausgängen für die transformierten komplexen Suchsignale ausgerüstet ist; 11. radar receiver for performing the method according to any one of claims 1 to 10 with a device for a zweidimen dimensional effective clutter suppression for moving coherent radar equipment with a particular phased array antenna with N sensors that are connected to said N receive channels coherent receiver with echo signal memory, characterized that a lobe-forming network is provided with a doppler filter bank, which the M complex input signals from N receive channels with the echo signal memory for beamforming and transformation in the Doppler frequency range are fed and with one of the number M of the transmission pulses of the radar ent speaking M number of outputs for the transformed complex search signals is provided; daß ein Netzwerk mit L -1 bei L N + M Hilfskanälen aus Eigenvektoren einer räumlich-zeitlichen Kovarianzmatrix der Clutterechoabtast werte mit Eingängen für alle komplexen Eingangssignale aus den Echosignalspeichern und L -1 Ausgängen für die kom plexen Hilfssignale vorgesehen ist; is that a network with L-1 at L N + M auxiliary channels of eigenvectors of a spatial-temporal covariance matrix of the Clutterechoabtast values with inputs for all of the complex input signals from the echo signal and storing L -1 outputs for the com plex auxiliary signals is provided; daß jeder einzelne Aus gang der Dopplerfilterbank mit allen L -1 Hilfskanalaus gängen über ein L · M -Bewertungsnetzwerk, das die Rechenvorschrift x T · R T -1 (m) e ausgeführt, wobei x T transformierte aktuelle Eingangssignalvektoren, R T (m) transformierte Kovarianzmatrix aller L -1 Hilfssignale mit jeweils einem Suchsignal, m eine bestimmte Zieldopplerfrequenz und e einen Einheitsvektor darstellen, und eine Kovarianzschätz einrichtung, die mit Eingängen für die von der Dopplerfilterbank kommenden Suchsignale und die von dem Netzwerk der Eigenvektoren kommenden Hilfssignale ausgerüstet ist und deren Ausgang zur Übermittlung der Daten mit einer Filter berechnungseinrichtung, in der mit Hilfe ausgewählter Algorithmen die Bewertungsfaktoren für das Bewertungsnetzwerk berechenbar sind, verbunden ist, und der Ausgang der Filter berechnungsanlage mit dem Bewertungsnetzwerk verbunden ist. that each individual off gear of the Doppler filter bank with all L -1 Hilfskanalaus outputs through an L · M -Bewertungsnetzwerk, the x T · R T -1 (m) e executed the computing rule wherein x T transformed current input signal vectors R T (m) transformed covariance matrix of all L -1 auxiliary signals, each having a search signal, m is a specific target Doppler frequency, and e represents a unit vector and a Kovarianzschätz device which is equipped with inputs for the coming of the Doppler filter bank search signals and coming from the network of the eigenvectors auxiliary signals and their starting to transmit the data with a filter computing means in which the weighting factors for the weighting network are calculable with the aid of selected algorithms, is connected, and the output of the filter computing equipment with the weighting network is connected.
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