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 mannerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zweidimensional, d. h. 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. Die Erfindung befaßt sich des weiteren mit der Ausgestaltung eines Radarempfängers zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a method for the two-dimensional, ie in space and time effective suppression of clutter signals of all kinds, in particular ground clutter in echo signals for locating moving target objects by scanning the backscattered echo signal field generated by transmitting M transmission pulses with a radar receiver for a moving coherent radar device with a, in particular phase-controlled, group antenna with N sensors, in which the echo signals received by the sensors are amplified, mixed down, digitized, ordered in reception channels into complex input signals, and then a target signal is obtained from the input signals by signal-adapted filtering and suppression of clutter. The invention further relates to the design 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. B. eine fliegende Plattform mit der das Radargerät bewegt wird, 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. 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.Finding moving targets near the ground, such as low-flying aircraft, Vehicles can by an elevated point of view, for. Legs flying platform with which the radar device is moved, e.g. B. the on-board radar of an aircraft can be significantly increased, as influences such as shadows in undulating terrain and on The radar lobe pitching near the ground can be reduced. The searched target signal of the moving target must however from the entire echo, including all interference signals (clutter) field by suppressing clutter of all kinds by means of a Clutter filter can be obtained.
Bezüglich der Clutterechos ergeben sich bei z. B. fliegend be wegten Radargeräten einige Nachteile, von denen die folgenden beiden von besonderer Tragweite für die Entwicklung eines Clutterfilters sind:Regarding the clutter echoes arise with z. B. flying be radar devices have some disadvantages, the following of which both of particular importance for the development of one Clutter filters are:
- a) Die verschiedenen Clutterelemente befinden sich unter unter schiedlichen Azimut- und Elevationswinkeln relativ zur Flug achse des Radars. 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. Da die relative Radialgeschwindigkeit zwischen Clutterelement und Radar die Dopplerfrequenz der Radarechos bestimmt, sind solche Bewegtclutterechos, insbesondere von homogenem Hintergrund, dopplerfarbig, d. h. die empfangenen Cluttersignale weisen alle möglichen Dopplerfrequenzen zwischen v max (Fluggeschwindigkeit) und -v max auf. Bei Horizontalflug bilden Kurven konstanter Dopplerfrequenz eine Schar von Hyperbeln, die sich in Flugrichtung (bzw. dagegen) öffnen. Wandert man auf einem Entfernungsring ent lang, so durchläuft man das gesamte Clutterdopplerspektrum von v max bis -v max .a) The different clutter elements are located under different azimuth and elevation angles relative to the flight axis of the radar. The radial component of the relative speed between the clutter element and the flight axis of the radar is therefore proportional to the cosine of the angle between the location vector of the clutter element (seen from the radar) and the flight axis. Since the relative radial speed between the clutter element and the radar determines the Doppler frequency of the radar echoes, such moving clutter echoes, in particular from a homogeneous background, are Doppler-colored, i.e. the received clutter signals have all possible Doppler frequencies between v max (airspeed) and - v max . In horizontal flight, curves of constant Doppler frequency form a family of hyperbolas that open in the direction of flight (or against). If one walks along a distance ring, one runs through the entire clutter Doppler spectrum from v max to - v max .
- b) Beim Oberfliegen unterschiedlicher Geländeformationen be gegnet das Radargerät Zonen mit unterschiedlichen Rück streuverhalten, d. h. der Clutterhintergrund ist zeitlich und räumlich variabel. Hieraus folgt, daß das Clutter unterdrückungssystem störadaptiv sein sollte, d. h. es muß die Fähigkeit besitzen, sich an wechselde Störverhältnisse anzupassen.b) When flying over different terrain formations the radar device counts zones with different rear spreading behavior, d. H. the clutter background is temporal and spatially variable. It follows that the clutter suppression system should be adaptive to interference, d. H. it must have the ability to cope with changing disturbance conditions adapt.
Aus a) folgt, daß Cluttersignale von mehreren Parametern, nämlich Azimut, Elevation, Entfernung und Dopplerfrequenz ab hängen. Allerdings besteht ein fester Zusammenhang zwischen den Ortskoordinaten eines jeden Clutterelements und seiner Dopplerfrequenz.From a) it follows that clutter signals of several parameters, namely azimuth, elevation, distance and Doppler frequency hang. However, there is a fixed link between the location coordinates of each clutter element and its Doppler frequency.
In der Fig. 1 ist ein solches Entfernungs-Azimut-Dopplernetz dargestellt. 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.Such a range azimuth Doppler network is shown in FIG . With ϕ the azimuth angle, with v the clutter radial speed, with r / h the distance / flight altitude ratio and with HNr the number of the respective hyperbola.
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. In der Fig. 2 ist hierfür ein Beispiel eines Bewegtclutterspektrums für die Blickrichtung der Sendekeule ϕ B =0°, d. h. in Flugrichtung, dar gestellt. Es existiert ein Maximum - Hauptkeulenclutter bei ϕ=0° und der zugehörigen Clutterfrequenz v=v max . Etwaige zu entdeckende Flugziele befinden sich in der Sendekeulenrichtung ϕ=0° und bei allen möglichen Geschwindigkeiten -v max . . . +v max , also längs der linken oberen Kante in Fig. 2. Längs der Diagonalen sieht man den Nebenkeulenclutter über alle Dopplergeschwindigkeiten verteilt. CNR bedeutet das Clutter- Rauschverhältnis, M die Anzahl der Echoimpulse, N die Anzahl der Sensoren.If you restrict yourself to a range ring, you can see that the clutter power is a function of two parameters: azimuth ϕ , Doppler frequency fD and clutter radial speed v , and can be represented for a radar target range by a two-dimensional power spectrum. In FIG. 2 this is an example of a Bewegtclutterspektrums for the viewing direction of the transmission lobe φ B = 0 °, ie in the direction of flight, provided. There is a maximum main lobe clutter at ϕ = 0 ° and the associated clutter frequency v = v max . Any flight destinations to be discovered are in the direction of the beam ϕ = 0 ° and at all possible speeds - v max . . . + v max , that is, along the upper left edge in FIG. 2. Along the diagonals, one sees the side lobe clutter distributed over all Doppler speeds. CNR means the clutter-to-noise ratio, M the number of echo pulses, N 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 schwindigkeitv). Ein Filter zur Unterdrückung solcher Störsignale muß folglich in zwei Dimensionen, d. h. in ϕ und v (bzw. in Raum und Zeit) wirksam sein.So if you consider a certain distance ring, there remains a dependency of the clutter performance on two parameters: azimuth ϕ and Doppler frequency f D (or relative speed v) . A filter to suppress such interference signals must therefore be effective in two dimensions, ie 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. 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. Als Cluttermodell wird aus den Clutterechoabtastwerten eine Raum- Zeit-Kovarianzmatrix gebildet.It follows that the re-controlled echo field in two dimensions sions, and that must be recorded spatially and temporally. These requirements are met by a coherent pulse Doppler radar with phased array antenna, the Sensors as spatial scanning and the echo pulse (coherent Echo sequences) can be viewed as a time sample. As Clutter model is converted from the clutter echo samples to a spatial Time-covariance matrix formed.
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 of suppression in moving radars are based on a modification of the known one 2-pulse clutter cancellers.
Zum einen gibt es Verfahren, die nach der Methode des "clutter locking" arbeiten. 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. Anwendung hat dieses Prinzip in dem TACCAR System gefunden (M.I. Skolnik "Radar Handbook" McGraw Hill, 1970) S. 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. Nebenzipfelclutter hat vom Hauptkeulenclutter verschiedene Dopplerfrequenzen und wird über haupt nicht unterdrückt.On the one hand, there are processes that use the "clutter" method locking ". With these methods the maximum of the Clutter spectrum in the restricted area of the 2-pulse canceller pushed so that a certain obliteration of the main clubs clutters is done. This principle is used in the TACCAR System found (M.I. Skolnik "Radar Handbook" McGraw Hill, 1970) pp. 17-32 /. A disadvantage of TACCAR and related processes is that there is no motion compensation, so that clutter spectrum covered by the main lobe is relatively high Doppler bandwidth has only that of the 2-Plus Canceller can be suppressed wisely. Nebenzipfelclutter has from Main lobe clutter different Doppler frequencies and is about not suppressed at all.
Auf der anderen Seite gibt es die sog. DPCA-Technik (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. Das Verfahren hat den Nachteil, daß bei vergleichbarem Auf wand rund 6 dB an Sendeenergie für die Clutterunterdrückung verloren geht.On the other hand, there is the so-called DPCA technology (displaced phase center antenna). Here the movement of the platform of the Radars compensated by the fact that between two pulses of a reception array to a second one, in the direction of flight behind it attached array is switched so that the platform speed between two pulses is just canceled. The method has the disadvantage that with a comparable up used around 6 dB of transmission energy for clutter suppression get 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. 4, July 1978, S. 566-571 beschrieben. Hier werden die Ge wichte zweier Bewertungssätze eines Sensorarrays derart opti miert, daß die Differenz ihrer Clutterantworten minimal wird. Eine adaptive Realisierung wird nicht behandelt. Allen diesen bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß nur zwei aufeinander folgende Echos zur Clutterunterdrückung benutzt werden.A preliminary stage for adaptive 2-dimensional clutter suppression for moving radars is in Andrews "Radar Antenna Pattern Design for Platform Motion Compensation "IEEE Trans, AP, Vol. Ap-26, No. 4, July 1978, pp. 566-571. Here the Ge Weights of two evaluation sets of a sensor array such opti that the difference between their clutter responses becomes minimal. Adaptive implementation is not covered. All of these known method is common that only two on top of each other following echoes are used for clutter suppression.
In der Veröffentlichung von Brennan, L. E., Mallett, I.D., Reed, I.S.: "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.In the publication by Brennan, L.E., Mallett, I.D., Reed, I.S .: "Adaptive Array in Airborne MTI Radar", IEEE AP-24, No 5, Sept 1976, pages 607-615 it is noted that the moving clutter problem (like other types of interference sub pressure) in principle by 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 optimal detector is known for the likelihood Ratio test (LR test probability test) given:
mitWith
x Vektor der Empfangssignale R Clutterkovarianzmatrix der räumlich-zeitlichen Abtastwerte s Vektor der Zielsignale n Vektor von Clutter- und Rauschwerten x vector of the received signals R clutter covariance matrix of the spatio-temporal samples s vector of the target signals n 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. Die Gleichung (1) ist eine sehr allgemeine Vorschrift, welche für beliebige Entscheidungsprobleme Anwendung finden kann. Im Falle der Entdeckung von Flugzielen in Bewegtclutter hat R die Dimension (MN)×(MN), die Vektoren x , n und s die Dimension MN.If the print on the left exceeds a threshold, the decision "target available" applies, otherwise not. Equation (1) is a very general rule that can be used for any decision problem. In the case of the discovery of flight destinations in moving clutter, R has the dimension ( MN) × (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). Der erste Teil besteht aus der inversen Kovarianzmatrix der Cluttersignale. Im Falle 2-dimensionaler Signalabtastung kann die Ordnung einer solchen Matrix Dimensionen annehmen, die sich für realzeitliche Anwendung nicht mehr eignen. Ein Beispiel: Eine kleine Antenne habe N=32 Sensoren, die kohärente Signalverarbeitung arbeite mit M=32 kohärenten Impulsen. Die Ordnung der Matrix ist N×M=2¹⁰=1024. Die Matrix enthält (N · M)²=1.048.576 Elemente, zu ihrer Inversion benötigt man (N · M)³=2³⁰≈10⁹ Rechenoperationen. Diese Dimensionen sind durch heutige Rechen kapazität nicht zu beherrschen und werden es in Zukunft auch kaum sein.As is well known, the optimal receiver consists of a two-stage filter, a noise suppression component and a target-adapted filter (pre-whiten and match). The first part consists of the inverse covariance matrix of the clutter signals. In the case of 2-dimensional signal sampling, the order of such a matrix can assume dimensions that are no longer suitable for real-time use. An example: A small antenna has N = 32 sensors, the coherent signal processing works with M = 32 coherent pulses. The order of the matrix is N × M = 2¹⁰ = 1024. The matrix contains (N · M) ² = 1,048,576 elements, for their inversion you need (N · M) ³ = 2³⁰≈10⁹ arithmetic operations. These dimensions cannot be mastered by today's computing capacity and will hardly be in the future.
Grundsätzlich ergeben sich durch die 2-dimensionale Signalver arbeitung keine besonderen Probleme; die Begrenzung des Gewinns ist durch das Empfängerrauschen (wie auch im 1-dimensionalen Fall) gegeben. 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.Basically, the 2-dimensional signal ver work no particular problems; the limitation of profit is due to the receiver noise (as in 1-dimensional Case). To realize the optimal detector too driving effort is so high that he is currently with the available devices neither in terms of costs nor in terms of computing time to cope with.
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 array antenna create with a way of working that has the favorable properties of the optimal detector, but in the one to be operated Computational effort is reduced so far that it can be realized can.
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 that by Features of claim 1 characterized method and with a radar receiver according to the characterizing features of the 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. Statt den bekannten Wahrscheinlichkeitsverhältnistest gemäß Gleichung (1) bei vollem Rang N · M durchzuführen, wird gemäß der Erfindung der LR-Test im transformierten Bereich angewendet. 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. Hierdurch wird der Auf wand der nachfolgenden Signalverarbeitung, Störunterdrückung, räumlich-zeitlich signalangepaßte Filterung auf ein wirtschaftlich realisierbares Maß verringert. Eine erfindungsgemäße Weiterbildung des Verfahrens ist den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 entnehmbar.The invention works on the principle of match and post-whitening for two-dimensional clutter suppression, one or more search channels being formed by lobe formation and Doppler filtering of the received signals, which are still subject to all interference components in terms of direction and amount, followed by clutter suppression. Instead of carrying out the known probability ratio test according to equation (1) at full rank N · M , the LR test is used in the transformed area according to the invention. For this purpose, the received signals are subjected to a linear transformation using the eigenvectors of the clutter covariance, so that the resulting vector space (or: the number of signal values to be evaluated per unit time) is considerably reduced. As a result, the outlay on subsequent signal processing, interference suppression, spatial-temporal signal-adapted filtering is reduced to an economically feasible level. A further development of the method according to the invention can be gathered 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. 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.The invention thus enables the creation and operation of a clutter-adaptive filter to suppress clutter of all kinds, especially ground clutter, in radar devices, which are on platforms moving relative to the earth Find. Such a clutter filter enables the discovery of moving targets such as planes and vehicles aboard one flying radar platform provided the targets are in their Doppler frequency from that of the disturbing background differentiate.
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. Pts. F and H, Vol. 130 No. 1, February 1983, Seiten 125-132 haben eine wichtige Eigenschaft der Kovarianzmatrix der räumlichen und zeitlichen Abtastwerte der Clutterechos enthüllt. Beträgt die Anzahl der Sensoren N und die der Echowerte M, so erhält man eine (N×M) (N×M)-Kova rianzmatrix; die Anzahl der Cluttereigenwerte beträgt jedoch maximal 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. Ferner folgt, daß die minimale Anzahl an Cluttereigenwerten bei gegebener Gesamtzahl von Abtastungen für N=M erreicht wird, d. h. wenn die Anzahl der Echoimpulse gleich der Anzahl der Sensoren ist. 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. 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.Theoretical preliminary investigations in the publications by Klemm, R .: "Suboptimum Clutter Suppression for Airborne Phased Array Radars", PROC RADAR 82, London, UK, October 1982 and Klemm, R .: "Adaptive Clutter Suppression for Airborne Phased Array Radars", IEE Proc. Pts. F and H, Vol. 130 No. 1, February 1983, pages 125-132 have revealed an important property of the covariance matrix of the spatial and temporal samples of the clutter echoes. If the number of sensors is N and the number of echo values is M , one obtains an (N × M) (N × M) cova riance matrix; however, the number of cluster inherent values is a maximum of N + M. From this it follows on the one hand that the number of eigenvalues, especially for large values of N and M, is small compared to the number of samples or the order of the covariance matrix. It also follows that the minimum number of clutter intrinsic values is reached for a given total number of samples for N = M , ie if the number of echo pulses is equal to the number of sensors. This finding is implemented according to the invention by using the eigenvectors of the space-time covariance matrix of the clutter sample values associated with the clutter eigenvalues as auxiliary channels for interference suppression. It is thus possible to derive a processor on the basis of the optimal detector in order to find moving targets in front of a moving clutter background in such a way that the favorable properties of the optimal processor are retained, but due to the suitable transformation of the received signals, the effort in arithmetic operations and computing time of the subsequent signal processing is retained is reduced so far that a practical implementation 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, d. h. Clutterunterdrückung, vorgenommen wird.To carry out the invention, the covariance matrix R of the spatio-temporal samples must be determined in principle, but for this purpose, in a simplification according to the invention, using the eigenvectors of the covariance matrix, a linear transformation of the received data is carried out, with which the received signals, ie clutter suppression, are then evaluated , 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 carrying out the LR test according to (1) at full rank N · M , only a transformed reduced test is carried out according to equation (2):
Es sind die transformierten Größen wie folgt definiert:The transformed quantities are defined as follows:
x T = T * x (2a)
s T = T * s
n T = T * n
R T = T * R T x T = T * x (2a)
s T = T * s
n T = T * n
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 also s T is initially unknown, the control vector b ( ϕ , v ) takes its place:
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 anticipates the signal integration (lobe formation, Doppler filtering) and the sidelong contributions to the target signal can be neglected compared to the main lobe contribution, the following is:
mit e als Einheitsvektor, wobei R T -1 e die erste Spalte von R T -1 darstellt und (2) vereinfacht sich zuwith e as the unit vector, where R T -1 e represents the first column of R T -1 and (2) simplifies to
T ist eine NM×L-Matrix (L N+M). Sie wird gemäß der Erfindung so gewählt, daß T is an NM × L matrix (L N + M) . It is chosen according to the invention so that
- a) keine Signalenergie verloren gehta) no signal energy is lost
- b) die Clutterechos mit hohem CNR empfangen werdenb) the clutter echoes with high CNR are received
- c) L«MN, damit die erwünschte Einsparung an Rechenzeit, Rechenoperationen und Hardwareaufwand erzielt wirdc) L « MN , so that the desired saving in computing time, arithmetic operations and hardware expenditure is achieved
- d) L nicht kleiner als die Anzahl der Cluttereigenwerte (N+M) ist.d) L is not less than the number of clutter eigenvalues (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 can occur of (3) as expected from the optimal detector in equation (1) will.
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 transformation matrix represents the core of the invention described here. In order to satisfy the conditions set out, the matrix I , which is a rectangular matrix with N · M columns and L rows, must consist of two parts:
- 1) 1 Hauptkanal, bestehend aus Keulenbildung (räumlich) und Dopplerfilter (zeitlich, ein zu entstörender Doppler kanal) für die Signalanpassung 1) 1 main channel, consisting of lobe formation (spatial) and Doppler filter (temporally, a Doppler to be suppressed 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. Hierfür werden erfindungsgemäß die zu den Clutter eigenwerten zugehörigen Eigenvektoren einer Clutterkovarianz matrix verwendet.2) L - 1 auxiliary channels from spatial + temporal samples, which serve to measure the interference and span the clutter subspace of R as well as possible so that the clutter echoes are received with the highest possible CNR (clutter / noise ratio). For this, according to the invention, the eigenvectors of a clutter covariance matrix that are intrinsic to the clutter are used.
Die Signalanpassung gemäß Punkt 1) wird durch eine zielsignal angepaßte Gewichtung berücksichtigt, d. h. die Elemente einer Spalte der Matrix müssen den räumlich-zeitlichen Abtastwerten eines erwarteten Zielsignales entsprechen. Die Signalanpassung ist ein Vektor mit den von einem bestimmten Zielsignal erwarteten TeilsignalenThe signal adaptation according to point 1) is a target signal adjusted weighting taken into account, d. H. the elements of a Columns of the matrix must have the spatial-temporal samples correspond to an expected target signal. The signal adaptation is a vector with that of a particular target signal expected partial 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)
wobeiin which
n = Sensorindex m = Impulsindex τ m = Verzögerung des m-ten Echos ω D = Dopplerfrequenz infolge der Relativgeschwindig keit zwischen Radar und Ziel b n = auf das Phasenzentrum bezogene Phase am n-ten Sensor infolge der Einfallsrichtung n = sensor index m = pulse index τ m = delay of the m th echo ω D = Doppler frequency due to the relative speed between the radar and the target b n = phase related to the phase center at the n th sensor due to the direction of incidence
Für eine regelmäßige rechteckige Sensoranordnung parallel zum Erdboden wirdFor a regular rectangular sensor arrangement parallel to the Earth will
wobei x n , y n die Sensorkoordinaten und ⊖ die Elevation dar stellen. where x n , y n represent the sensor coordinates and ⊖ the elevation.
Die erste Spalte der Transformation T sieht also folgender maßen aus:The first column of the transformation T thus looks as follows:
wobeiin which
eine Keulenbildung ist und die Koeffizientenis clubbing and the coefficients
c m (v₀) = exp j ω D (v₀) τ m (8) c m ( v ₀) = exp j ω D (v ₀) τ m (8)
die Koeffizienten eines Dopplerfilters darstellen. Somit stellt das Skalarproduktrepresent the coefficients of a Doppler filter. Thus poses the dot product
y = x * t ₁ y = x * t ₁
eine Keulenbildung mit einem Dopplerfilter in Kaskade dar. So ein "Suchkanal" ist an ein Ziel in einer bestimmten Richtung ϕ₀ und mit einer bestimmten Radialgeschwindigkeit, welche von der Zielgeschwindigkeit, der Plattformgeschwindigkeit und der Flug richtung des Ziels abhängt, angepaßt.a club formation with a Doppler filter in cascade. Such a "search channel" is adapted to a target in a specific direction ϕ ₀ and with a specific radial speed, which depends on the target speed, the platform speed and the direction of flight of the target.
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 remaining L -1 columns of T are used to estimate the clutter interference and should be designed so that they are received with the highest possible clutter / noise ratio.
Für die Erfindung spielt die Belegung der L-1 Cluttervektoren in T eine zentrale Rolle. Zunächst wird eine Vorbetrachtung angestellt.The assignment of the L -1 clutter vectors in T plays a central role for the invention. First, a preview is made.
Empfangene Cluttersignale werden durch eine Raum-Zeit-Kovarianz matrix R , wie bereits vorher eingeführt, statistisch be schrieben. Diese Matrix kann bekanntlich auch auf folgende Weise dargestellt werden:Received clutter signals are statistically described by a space-time covariance matrix R , as previously introduced. As is known, this matrix can also be represented in the following way:
wobei λ i die Eigenwerte, e i die Eigenvektoren von R bedeuten. 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. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 3 zu sehen für eine lineare Antenne mit N x Sensoren und M Sendeimpulsen. 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. Die minimale Anzahl ergibt sich für N=M, d. h. L2N. Voraussetzung ist hierbei, daß die Pulsfolgefrequenz nicht kleiner als die Nyquistfrequenz der Clutterechos ist.where λ i is the eigenvalues, e i are the eigenvectors of R. If you rank the eigenvalues according to size, you get a series of multiple eigenvalues that represent the channel noise and, as a rule, N + M eigenvalues that belong to the clutter. An example of this can be seen in FIG. 3 for a linear antenna with N x sensors and M transmission pulses. It can be seen as a law that neglecting clutter fluctuations means that the number of intrinsic clutter values is less than or equal to the sum of the number of sensors and echo pulses: L N + M. The minimum number results for N = M , ie L 2 N. The prerequisite here is that the pulse repetition frequency is not less than the Nyquist frequency of the clutter echoes.
Da die Cluttereigenwerte sich üblicherweise deutlich vom Rauschen abheben, kann man R in einen Clutter- und einen Rauschanteil aufteilen:Since the clutter intrinsic values usually stand out clearly from the noise, R can be divided into a clutter 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. 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, d. h. den L-1 größten Eigenwerten gehören. 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. Mit dieser Trans formationsmatrix T und den Gleichungen (2a) und (3) ist das Prinzip des adaptiven Prozessors zur Unterdrückung von Bewegtclutter gegeben. Nun ist es allerdings noch erforderlich, die Inversion der Matrizen R T (m) durchzuführen, die die Clutterunterdrückung bewirken und nicht bekannt sind. Sie sollte den sich ständig ändernden Clutterverhältnissen laufend angepaßt werden.The two matrix components are unitary to one another, so that the left component represents the vector subspace of the clutter, the right component that of noise. The invention is based on the fact that the remaining L -1 columns of T are filled with the L -1 eigenvectors e i c , which belong to the clutter eigenvalues, ie the L -1 largest eigenvalues. The auxiliary channels formed in this way just span the clutter vector space, so that in principle all clutter is detected, but the matrix T brings about a considerable reduction in the order of the subsequent signal processing. With this transformation matrix T and equations (2a) and (3), the principle of the adaptive processor for suppressing moving clutter is given. Now, however, it is still necessary to carry out the inversion of the matrices R T (m) which cause clutter suppression and are not known. It should be continuously adapted to the constantly changing clutter conditions.
Üblicherweise fragt man alle möglichen Zieldopplerfrequenzen bei einmal eingestellter Richtung gleichzeitig ab, so daß für die Rechenvorschrift (3)Usually you ask all possible target Doppler frequencies when the direction is set at the same time, so that for the calculation rule (3)
steht, wobei m eine bestimmte Zieldopplerfrequenz bezeichnet. Das bedeutet auch, daß M Matrizen der Formstands, where m denotes a certain target Doppler frequency. This also means that M form matrices
T * m R T m (m = 1 . . . M) T * m R T m (m = 1 ... M)
invertiert werden müssen. T m ist diejenige Transformation, die das m-te Dopplerfilter enthält.have to be inverted. T m is the transformation that contains 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. Die Matrizen haben also die FormThe inversion of the matrices R T (m) can be carried out very effectively if one takes into account that all L × L matrices R T (m) have a common (L -1) × (L -1) submatrix, namely the covariance matrix of the auxiliary signals. So the matrices have the shape
mitWith
a Clutterleistung im Suchsignal b Vektor der Kreuzkorrelationswerte zwischen Such- und Hilfssignalen D Kovarianzmatrix der Hilfssignale a Clutter performance in the search signal b vector of the cross-correlation values between search and auxiliary signals D 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. Dann kann man die inverse Matrix wie folgt angegeben:We assume that D -1 is known. Then the inverse matrix can be given as follows:
wobeiin which
Δ = D - 1/ a b b *. Ist D bekannt, so erhält man Δ -1 wie folgt Δ = D - 1 / a b b *. If D is known, then Δ -1 is obtained as follows
Der Algorithmus umfaßt also folgende Schritte:The algorithm therefore comprises the following steps:
a) Schätze D , ferner a und b für alle Zieldopplerfrequenzen
m=1 . . . M
b) Berechne D -1
c) Berechne Δ m -1 für alle m=1 . . . M (Gl.13).
d) Berechne R -1 für alle m=1 . . . M (Gl.12).a) Estimate D , a and b for all target Doppler frequencies m = 1. . . M
b) Calculate D -1
c) Calculate Δ m -1 for all m = 1. . . M (Eq. 13).
d) Calculate R -1 for all m = 1. . . M (Eq. 12).
Schritt b erfordert (L-1)³ Multiplikationen
Schritt c erfordert ca. L²M Multiplikationen
Schritt d erfordert ca. L²M Multiplikationen.Step b requires (L -1) ³ multiplications
Step c requires approximately L ² M multiplications
Step d requires approximately L ² M multiplications.
Insgesamt ergeben sich etwas über (L-1)³ + 2 L²M Multiplikationen.
Dieser Aufwand kann jedoch durch Anwendung der Erfindung -
Eigenvektoren einer Clutterkovarianzmatrix als Hilfskanäle
für die Störbefreiung - wieder erheblich verringert werden.
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. Das Cluttereigenspektrum wiederum hängt
von der Beschaffenheit des reflektierenden Hintergrundes ab.
Mit zunehmender Direktivität nimmt die Anzahl der großen Eigen
werte ab. Man kann daher zu einem weniger aufwendigen (Rechen
zeit, hardware-Aufwand) Verfahren kommen, in dem man einige
der zu kleineren Eigenwerten gehörigen Eigenvektoren einspart.
Das Invertieren der Matrizen R T (m) kostet einige N³ Opera
tionen, so daß z. B. eine Halbierung der Dimension (L/2×L/2
statt L×L) eine Rechenersparnis um den Faktor 8 bringt. Er
findungsgemäß wird hiervon Gebrauch gemacht. Bei einem Radar
empfänger, der mit Hilfskanälen mit Eigenvektoren arbeitet,
wird eine Matrix der L-1 ersten, d. h. der zu den größten
Eigenwerten gehörigen Eigenwerten benutzt, wie den kennzeichnenden
Merkmalen der Ansprüche 5 und 6 entnehmbar ist.
Es hat sich herausgestellt, daß eine Reduktion der Hilfskanäle
bei der Belegung mit Eigenvektoren, d. h. der Reduktion der
Anzahl der Freiheitsgrade L gegenüber N+M bis auf die Hälfte
oder bis auf ein Drittel noch zu sehr guten Ergebnissen, d. h.
noch nicht spürbaren Einbußen an Gewinn führen. 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. 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.
Overall, there are somewhat over (L -1) ³ + 2 L ² M multiplications.
However, this effort can again be considerably reduced by applying the invention - eigenvectors of a clutter covariance matrix as auxiliary channels for interference suppression. The use of clutter eigenvectors in the matrix R now has the advantage that each one of the eigenvectors comes in with the weight given by the associated eigenvalue, in other words, there are "important" and "less important" clutter eigenvectors. The spectrum of the clutter in turn depends on the nature of the reflective background. With increasing directivity, the number of large eigenvalues decreases. One can therefore come to a less complex (computing time, hardware effort) method by saving some of the eigenvectors belonging to smaller eigenvalues. Inverting the matrices R T (m) costs a few N ³ operations, so that, for. B. halving the dimension (L / 2 × L / 2 instead of L × L) saves computing time by a factor of 8. He is used according to the invention. In the case of a radar receiver which works with auxiliary channels with eigenvectors, a matrix of the L -1 first, ie the eigenvalues belonging to the largest eigenvalues, is used, as can be seen from the characterizing features of claims 5 and 6. It has been found that a reduction of the auxiliary channels in the assignment with eigenvectors, ie the reduction in the number of degrees of freedom L compared to N + M by up to half or up to a third, still leads to very good results, ie not yet noticeable losses in profit to lead. This is due to the fact that in the Jacobi algorithm used for the eigenvalue decomposition the eigenvalues are sorted by size and when the vector space spanned by the clutter eigenvectors is clipped, the small eigenvalues are automatically affected. In FIG. 4, the dependence of the gain of SCR (signal / Clutterverhältnis) of the number of Clutterfilterfreiheitsgrade L at constant N and M represents Darge.
Aufgetragen ist der Gewinn an Signal/Clutterverhältnis über der auf den eindeutigen Geschwindigkeitsbereich normierten Zielgeschwindigkeit. An der Stelle der Clutteran passung wird das zugehörige Clutterelement als Ziel interpre tiert (hier bei 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. Wie man erkennt, tritt bei einer Reduktion der Anzahl der Freiheitsgrade von L=N+M=24 auf 12 noch kein Gewinnverlust ein.The gain in signal / clutter ratio is plotted above the target speed normalized to the unique speed range. At the point of the clutter adjustment, the associated clutter element is interpreted as the target (here at v / v max = 0.4). The clutter spectrum represents a projection of a spatial clutter distribution in the Doppler frequency range. This distribution was measured with the ELRA system and used here to obtain the most realistic conditions possible. As you can see, a reduction in the number of degrees of freedom from L = N + M = 24 to 12 does not result in a loss of profit.
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. Die Hilfskanalverfahren werden dabei als suboptimale Verfahren bezeichnet.In the following tables 1 to 3 an effort comparison of the required arithmetic operations between optimal detector method, auxiliary channel method with L = N + M degrees of freedom and half-dimension L / 2 reduced auxiliary channel method with eigenvectors is made. The auxiliary channel methods are referred to as sub-optimal methods.
Der Aufwand für Keulenbildung und Dopplerfilterung ist in allen Fällen etwa gleich. Im suboptimalen Fall werden diese Operationen vor der Clutterunterdrückung durchgeführt, im optimalen Fall nachher. Die Kosten für das Schätzen von R t sind zwar weit geringer als für die große Matrix R ; dieser Punkt wird außer acht gelassen. Der Aufwand zur Filterberechnung, d. h. die erforderlichen komplexen Multiplikationen für die Hilfskanalverfahren und beim optimalen Verfahren werden verglichen. Es ist zugrunde gelegt, daß N=M und damit L=2N. Dann ergeben sich die in Tabelle 1 aufgelisteten Anzahlen an Multiplikationen für verschiedene Werte von N für das optimale Verfahren. Für das erfindungsgemäße Verfahren mit L-1 Hilfskanälen aus den Eigenvektoren ergeben sich bereits die in Tabelle 2 aufgeführten wesentlich geringere Anzahl von Rechenoperationen. Diese verringerte Anzahl von Rechen operationen lassen überhaupt erst die Realisierung der zwei dimensionalen Clutterunterdrückung zu. 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. 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.The effort for club formation and Doppler filtering is approximately the same in all cases. In the suboptimal case, these operations are carried out before the clutter suppression, in the optimal case afterwards. The cost of estimating R t is much lower than for the large matrix R ; this point is ignored. The effort for filter calculation, ie the required complex multiplications for the auxiliary channel methods and the optimal method are compared. It is assumed that N = M and thus L = 2 N. Then the numbers of multiplications for different values of N listed in Table 1 result for the optimal method. For the method according to the invention with L -1 auxiliary channels from the eigenvectors, the significantly smaller number of arithmetic operations already listed in Table 2 already result. This reduced number of arithmetic operations allows the two-dimensional clutter suppression to be realized in the first place. A further significant reduction in arithmetic operations by the factor is possible according to the invention by operating the auxiliary channel method with a reduction in the degrees of freedom by half, as can be seen from the analog arithmetic example in Table 3. If you need matrix inversion for L = 32 62 559 arithmetic operations with the simple auxiliary channel method, the effort is reduced by half the degrees of freedom to 7 471 arithmetic operations.
Das Eigenvektorverfahren erfordert im Prinzip, daß zur Er mittlung der Hilfskanäle in der Matrix T die Eigenvektor zerlegung von R realzeitlich durchgeführt werden müßte. Damit wird das Verfahren jedoch wieder aufwendiger. 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. Diese Modellmatrix kann z. 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. Eine weitere erfindungsgemäß vorgeschlagene Möglichkeit besteht darin, eine solche Modellmatrix rechnerisch zu ermitteln. 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.The eigenvector method in principle requires that the eigenvector decomposition of R would have to be carried out in real time to determine the auxiliary channels in the matrix T. However, this again makes the process more complex. According to the invention it is therefore proposed that the eigenvector decomposition of a matrix is carried out off-line and the eigenvectors thus obtained are introduced into the signal processor as auxiliary channels. This model matrix can e.g. B. obtained by longer averaging in a specific area extended in azimuth and elevation and updated from time to time. Another possibility proposed according to the invention is to determine such a model matrix by calculation. According to the invention, the case of an omni-directional background is provided here, which contains 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. Ein Prozessor nach (3) ist also störadaptiv. Entsprechende Ausgestaltungen der Erfindung sind den Merkmalen der Ansprüche 5, 7 bis 9 und 11 entnehmbar. The matrices R T (m) of equation (3) can be estimated by averaging over a clutter area extended in azimuth and distance. A processor according to (3) is therefore adaptive to interference. Corresponding embodiments of the invention can be found in the features of claims 5, 7 to 9 and 11.
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. 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. Ferner werden unabwägbare Einflüsse wie Sensorverkopplung und Mehrwegeaus breitung nicht mitberücksichtigt wie bei einem adaptiven System. Nichtsdestoweniger ist das nichtadaptive Verfahren wegen seiner Einfachheit für die Praxis von Interesse.An even simpler non-adaptive receiver is obtained according to the invention by using the matrix for omnidirectional clutter transformed according to (2) for R T (m) in equation (3). The method is somewhat less powerful than the adaptive method described above, since even in the case of a highly directive clutter situation, the entire clutter range is always masked out in azimuth and Doppler frequency. Furthermore, unpredictable influences such as sensor coupling and multipath propagation are not taken into account, as is the case with an adaptive system. Nonetheless, the non-adaptive method is of practical interest because of its simplicity.
In Fig. 5 ist ein Beispiel für dieselbe Clutterverteilung wie in Fig. 4 zu sehen. Wie man erkennt, ergeben sich für L=12 und gar L=18 wiederum optimale Gewinnkurven, die sogar günstiger als für L=24 verlaufen. Dies kann damit erklärt werden, daß durch eine zu große Anzahl an Clutterkanälen bereits der Zielsignalvektorraum durch das Clutterfilter beschnitten wird. Als Modell zur Berechnung der Eigenvektoren wurde hierbei eine Kovarianzmatrix für omnidirektionalen Clutter angesetzt.An example of the same clutter distribution as in FIG. 4 can be seen in FIG. 5. As you can see, there are optimal profit curves for L = 12 and even L = 18, which are even cheaper than for L = 24. This can be explained by the fact that the target signal vector space is already clipped by the clutter filter due to an excessive number of clutter channels. A covariance matrix for omnidirectional clutter was used as a model for calculating the eigenvectors.
Fig. 6 zeigt den Vergleich mit konventionellen Verfahren, d. h. Antennenkeulenbildung und zeitliches Clutterfilter in Serie. Man erkennt große Verluste über nahezu den halben Dopplerfre quenzbereich. Fig. 6 shows the comparison with conventional methods, ie antenna lobe formation and temporal clutter filter in series. Large losses can be seen over almost half the Doppler frequency range.
Soweit in den erläuternden Fig. 1-6 Meßkurven dargestellt sind, sind die den Messungen zugrundeliegenden Daten und Parameter wie nachfolgend bemessen:Insofar as measurement curves are shown in the explanatory FIGS . 1-6, the data and parameters on which the measurements are based are dimensioned as follows:
CNR Clutter-Rauschverhältnis am einzelnen Sensor20 dB f₀ Sendefrequenz3 GHz v₀ Radarplattformgeschwindigkeit200 km/h T Abtastintervall (Sendeintervall)1/2 f max (maximale Doppler frequenz) CNR Clutter-noise ratio at each Sensor20 dB f ₀ Sendefrequenz3 GHz v ₀ Radarplattformgeschwindigkeit200 km / h T sampling interval (transmission interval) 1/2 f max (maximum Doppler frequency)
Art der Empfangsantennelineare Gruppe in FlugrichtungN Anzahl der Sensoren16 M Anzahl der Sendeimpulse8 L Ordnung des reduzierten Systems24 h Flughöhe500 m r Entfernung1000 m d Sensorabstandλ/2Type of receiving antenna linear group in flight direction N number of sensors 16 M number of transmission pulses 8 L order of the reduced system 24 h flight altitude 500 m r distance 1000 m d sensor distance λ / 2
Art der Sendeantennelinear in Flugrichtung A s Sendeapertur(N-1)d ϕ B Blickwinkel60° B r relative Clutterbandbreite0Type of transmit antenna linear in flight direction A s transmit aperture (N -1) d ϕ B viewing angle 60 ° B r relative clutter bandwidth 0
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described below using exemplary embodiments explained in more detail.
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. Die empfangenen Daten werden im Raum-Zeitbe reich (x, y, t) vom Clutter befreit. Anschließend erfolgt eine Suchkanalbildung (Keule in Richtung ϕ s , Dopplerfilter für Geschwindigkeit v s ). Fig. 7a shows the structure as it is derived directly from the LR test is known (pre-whiten and match), and as the optimum detector. The received data are freed from the clutter in the space-time range (x, y, t) . Then a search channel is formed (lobe in direction ϕ s , Doppler filter for speed v s ).
Fig. 7b zeigt ein Blockschaltbild des Hilfskanalverfahrens (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. Anschließend erfolgt eine Befreiung des Suchsignals vom Clutter. Fig. 7b shows a block diagram of the auxiliary channel method (match and post-whiten). The received data are fed to a search channel ( d s , v s ) and several clutter channels (possibly several sets ϕ c , v c ). The search signal is then released from the clutter.
Das Prinzip des neuen Radarempfängers ist aus Fig. 8 ersichtlich. Die Ausgangssignale der N Sensoren passieren die üblichen ko härenten Empfangskanäle (Verstärker, Mischer, A-D-Wandler) und werden dann nach Sensor, Entfernung und Verzögerung ge ordnet im Echospeicher abgelegt. Durch Bildung einer gewichteten Summe über die komplexen Eingangssignale (b₁, b₂ . . . b N ,) wird eine Suchkeule mit einem keulenbildenden Netzwerk für alle Echoverzögerungen (und Entfernungselemente) gebildet. Die Echo werte der Suchkeule werden mit Hilfe einer Dopplerfilterbank DFB in den Dopplerfrequenzbereich transformiert. Die Doppler filterbank (gewichtete Summen über die Echoverzögerungen) führt eine Spektralanalyse der empfangenen Signale durch, d. h. die M-Werte der Suchkeule werden jeweils zusammen nach den einzelnen Dopplerfrequenzen, d. h. Geschwindigkeiten untersucht. 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.The principle of the new radar receiver can be seen in FIG. 8. The output signals of the N sensors pass through the usual coherent reception channels (amplifier, mixer, AD converter) and are then stored in the echo memory according to the sensor, distance and delay. By forming a weighted sum over the complex input signals (b ₁, b ₂... B N ,), a search lobe with a lobe-forming network for all echo delays (and distance elements) is formed. The echo values of the search lobe are transformed into the Doppler frequency range using a DFB filter bank. The Doppler filter bank (weighted sums over the echo delays) carries out a spectral analysis of the received signals, ie the M values of the search lobe are examined together according to the individual Doppler frequencies, ie speeds. Together with the search lobe, the outputs of the Doppler filter bank represent M search channels. Lobe formation and Doppler filter bank are known devices and processes in radar technology.
Die Ausgangssignale der Empfangskanäle werden außerdem den Hilfskanälen aus einer Matrix der L-1 zu den größten Eigenwerten gehörenden Eigenvektoren, zugeführt. Diese haben jeweils die Dimension NM und wirken daher sowohl in der Sensor - wie auch in der Echopulsdimension. 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. Der Signal vektor x wird mit der ersten Spalte von R T -1 (m) multipliziert (Clutterunterdrückung). Dies geschieht für jede der M Frequenzen separat. Von den M Signalen der verbleibenden Frequenzkanäle wird das betragsgrößte ausgewählt und zur Schwellenentscheidung und zur Anzeige gebracht.The output signals of the receive channels are also fed to the auxiliary channels from a matrix of L -1 eigenvectors belonging to the largest eigenvalues. These each have the dimension NM and therefore act both in the sensor and in the echo pulse dimension. The L -1 outputs of the auxiliary channels are linked to one output of the Doppler filter bank and together form the reduced signal vector space in which the subsequent signal processing and evaluation takes place in an L × M matrix. The signal vector x is multiplied by the first column of R T -1 (m) (clutter suppression). This is done separately for each of the M frequencies. The largest of the M signals of the remaining frequency channels is selected and brought to the threshold decision and displayed.
Insbesondere werden Kovarianzmatrizen R T (m) der Dimension L×L zwischen einem jeden Ausgang von DFB und allen Hilfskanälen ge schätzt (Kovarianzschätzung KS). Dabei braucht die (L-1)×(L-1)- Kovarianz-Untermatrix der Hilfskanäle nur einmal geschätzt werden; weitere M Vektoren der Dimension L enthalten die Kreuzkorrelationswerte zwischen den M Suchkanälen und den L-1 Hilfskanälen und die Leistungen der Suchkanäle. Die Schätzung hat aus in Azimut und Entfernung ausgedehnten Clutter gebieten zu erfolgen, um Einflüsse einzelner Zielechos zu ver meiden.In particular, covariance matrices R T (m) of dimension L × L between each output of DFB and all auxiliary channels are estimated (covariance estimate KS) . The (L -1) × (L -1) covariance sub-matrix of the auxiliary channels only needs to be estimated once; further M vectors of dimension L contain the cross-correlation values between the M search channels and the L -1 auxiliary channels and the performance of the search channels. The estimate must be made from clutter areas that are extensive in azimuth and distance in order to avoid influences from individual target echoes.
In einem Spezialprozessor (FB-Filterberechnung) werden die M Matrizen invertiert. Die ersten Spalten R t -1 (m) e stellen die gesuchten M Bewertungen dar, d. h. das Clutterfilter.The M matrices are inverted in a special processor (FB filter calculation). The first columns R t -1 (m) e represent the M evaluations sought, ie the clutter filter.
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 squares of the amounts of the filtered data is compared with a threshold and when exceeded to the end evaluation (display, fine location, track logic, etc.) passed on.
Der Filterungs- bzw. Bewertungsteil BN arbeitet in der Weise, daß jeder Suchkanal 1 . . . M (d. h. die M Ausgänge der Doppler filterbank DFB in Fig. 8) über Filterkoeffizienten an ein Summierglied geführt wird. Die Summierglieder sind an anderen Eingängen außerdem mit allen L-1 Hilfskanälen über weitere Filterkoeffizienten verbunden. Die Filterkoeffizienten bewirken, daß mit den Hilfskanälen das Cluttersignal im jeweiligen Suchkanal geschätzt und von dem aktuellen Suchkanalsignal ab gezogen wird. An den Ausgängen erscheinen, nach Dopplerfrequenzen geordnet, die vom Clutter befreiten Echosignale. Das Bewertungsnetzwerk führt die Rechenvorschrift x T R T -1 (m) e in Gleichung (3a) aus.The filtering or evaluation part BN works in such a way that each search channel 1. . . M (ie the M outputs of the Doppler filter bank DFB in FIG. 8) is passed to a summing element via filter coefficients. The summation elements are also connected to all L -1 auxiliary channels at other inputs via additional filter coefficients. The filter coefficients cause the auxiliary channels to estimate the clutter signal in the respective search channel and to subtract it from the current search channel signal. The clutter-free echo signals appear at the outputs, sorted by Doppler frequencies. The evaluation network carries out the calculation rule x T R T -1 (m) e in equation (3a).
Von den Ausgangssignalen des Bewertungsnetzwerkes BN werden, wie Fig. 8 zeigt, mittels Quadriereinheiten die Betragsquadrate gebildet. Mit Hilfe einer Vergleichsschaltung MAX wird das Maximum der M Signale gesucht, einem Schwellwertdetektor und schließlich der Anzeige zugeführt.As shown in FIG. 8, the amount squares are formed from the output signals of the evaluation network BN by means of squaring units. With the aid of a comparison circuit MAX , the maximum of the M signals is sought, fed to a threshold value detector and finally to the display.
In einem Kovarianzschätzer werden aus den Ausgangssignalen 1 . . . 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. Die Korre lationsschätzwerte können sowohl durch zeitliche als auch durch räumliche Mittelung über mehrere Entfernungselemente errechnet werden.In a covariance estimator, the output signals 1. . . M of the Doppler filter bank DFB and the L -1 auxiliary channels, the covariance matrix D of the auxiliary channels according to the equation (11) and the cross-correlation vectors b and the a for all M target Doppler frequencies (m = 1... M) calculated. The correlation estimates can be calculated by averaging over a distance and over time.
Die im Kovarianzschätzer ermittelten Korrelationswerte werden einer Schaltung zur Filterberechnung FB zugeführt. In der Schaltung werden nach den durch die Gleichungen (12) und (13) gegebenen Algorithmen die Filterkoeffizienten, d. h. die ersten Spalten von R T -1 (m), berechnet. Diese werden dem Bewertungs netzwerk zugeführt. Die Adaptionsgeschwindigkeit, d. h. die Ge schwindigkeit, mit der die Filterkoeffizienten neu berechnet werden, kann unabhängig vom eigentlichen Filtervorgang, d. h. der durch das Bewertungsnetzwerk ausgeführten Operation, sein. Sie hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der sich die Clutter charakteristika infolge der Plattformbewegung ändern.The correlation values determined in the covariance estimator are fed to a circuit for filter calculation FB . The filter coefficients, ie the first columns of R T -1 (m) , are calculated in the circuit according to the algorithms given by equations (12) and (13). These are fed into the evaluation network. The adaptation speed, ie the speed at which the filter coefficients are recalculated, can be independent of the actual filtering process, ie the operation carried out by the evaluation network. It depends on the speed with which the clutter characteristics change as a result of the platform movement.
Im Falle des nichtadaptiven Verfahrens werden die Blöcke "Kovarianzschätzung" und "Matrixinversion" eingespart. Dagegen werden in dem Block "Filterung" die Koeffizienten der ersten Spalten der vorberechneten inversen Matrizen R T -1 (m) für omnidirektionalen Clutter gespeichert.In the case of the non-adaptive method, the blocks "covariance estimation" and "matrix inversion" are saved. In contrast, the coefficients of the first columns of the precalculated inverse matrices R T -1 (m) for omnidirectional clutter are stored in the "filtering" block.
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. Ersatzweise können auch völlig off-line berechnete Eigenvektoren, z. B. solche einer Matrix für omnidirektionalen Clutter, in einem Speicher bereitgehalten werden und als Hilfskanäle Verwendung finden.From the estimated covariance matrix R T (m) , an eigenvector decomposition can be carried out in parallel with the adaptation and filtering process, which brings the auxiliary channels up to date in larger periods. Alternatively, eigenvectors calculated completely off-line, e.g. B. those of a matrix for omnidirectional clutter, are kept in a memory and are used as auxiliary channels.
Der Empfänger enthält also drei Anteile, die in unterschiedlicher Geschwindigkeit ablaufen:So the receiver contains three parts, in different Speed down:
- - 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 be strictly 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 estimate, matrix inv sion) must be able to follow changes in the clutter environment, can generally be slower than the data filtering.
- - Die Hilfskanäle werden entweder durch externe Daten fest eingestellt oder ebenfalls an die sich wandelnde Umgebung angepaßt. Diese Anpassung kann noch langsamer als die Adaption ablaufen.- The auxiliary channels are either fixed by external data adjusted or also to the changing environment customized. This adjustment can be slower than that Adaptation run.
Ein nach der Erfindung realisierter Radarempfänger entdeckt bewegte Radarziele (Flugzeuge, Fahr zeuge) vor Clutterhintergrund von einer bewegten Plattform aus. Der Empfänger übt dabei im Prinzip folgende Funktionen aus: A radar receiver realized according to the invention detects moving radar targets (aircraft, driving witness) against a clutter background from a moving platform out. The receiver basically performs the following functions out:
- - räumliche und zeitliche Zielsignalintegration (Keulen bildung, Dopplerfilterbank)- spatial and temporal integration of target signals (clubs education, Doppler filter bank)
- - Schätzung der Cluttereigenschaften- Estimation of the clutter properties
- - Berechnung eines Clutterfilters- Calculation of a clutter filter
- - Clutterunterdrückung- Clutter suppression
- - Entdeckung und Anzeige.- Discovery and notification.
Der Empfänger ist adaptiv, d. h. er kann sich an unterschied liche Clutterverhältnisse, z. B. beim Überfliegen verschiedener Landschaftsformen automatisch anpassen.The receiver is adaptive, i. H. he can differ Liche clutter ratios, e.g. B. when flying over various Adjust landscape shapes automatically.
Als Folge des adaptiven Verfahrens wirkt die Störunterdrückung ebenso, wenn das Radar unbewegt ist, und zwar gegen bewegte (Wolken) und unbewegte Störechos (Boden). Der Empfänger ist dem optimalen LR-Detektor ebenbürtig (Gewinn an Signal- Clutter-Verhältnis). 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.As a result of the adaptive method, the interference suppression also works when the radar is stationary, namely against moving (clouds) and unmoving interference echoes (ground). The receiver is on par with the optimal LR detector (gain in signal-clutter ratio). In comparison with the optimal detector, a receiver according to the invention represents a simplification and reduction of the effort by orders of magnitude. As a result, implementation is possible at all.
Da der Empfänger eine Modifikation des Optimaldetektors dar stellt, schließt er das Prinzip der Bewegungskompensation implizit mit ein.Because the receiver is a modification of the optimal detector he closes the principle of motion compensation implicitly with a.
Bei Seitensichtbetrieb mit omnidirektionalem Sender, linearer Empfangsgruppe und vor homogener Clutterverteilung werden die Clutterechos rechts-links-symmetrisch. Damit werden die Cluttersignale, die Filterberechnung und die Filterung reell. Das resultiert in einer Rechnerersparnis um den Faktor 4. Dies gilt auch bei reinem Querabbetrieb mit direktiver Sendeantenne.In side view operation with omnidirectional transmitter, linear The receiving group and before homogeneous clutter distribution are the Clutter echoes right-left-symmetrical. With that, the Clutter signals, the filter calculation and the filtering real. This results in a computer saving by a factor of 4. This also applies to pure transverse operation with directive transmitter antenna.
Der erfindungsgemäße Radarempfänger für bewegte Radargeräte hat folgende Eigenschaften:The radar receiver according to the invention for moving radar devices has the following characteristics:
- - 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 for 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 here, the computing effort for adaptation and filtering can be significantly reduced, so that a realization for not very large antennas with today's Technology and using modern algorithms (systolic arrays) is made possible.
Abkürzungen und BezeichnungenAbbreviations and names
β n räumliche Phasenlage e EinheitsvektorϕAzimutwinkelϕ B BlickrichtungLOrdnung des transformierten Systemsλ, ηEntdeckungsschwellenmzeitlicher IndexMAnzahl der Echoimpulse n Vektor der Clutterechos n T transformierter CluttervektornSensorindexNAnzahl der Sensoren R Clutterkovarianzmatrix R T T * R T R T Schätzwert von R T S Vektor der komplexen Zielsignalkomponenten S T transformierter Zielsignalvektor T Transformationsmatrix zur Reduktion der Ordnung des Systems ⊖Elevation mVerzögerung des m-ten Echoimpulses vrelative Radialgeschwindigkeit zwischen Clutter und Radar v max Plattenformgeschwindigkeit x Vektor der komplexen Empfangssignale x T transformierter Empfangssignalvektor x n Sensorkoordinate y n Sensorkoordinate CNRClutter/Rauschverhältnis SNRSignal/Rauschverhältnis aClutterleistung im Suchkanal b Vektor der Kreuzkorrelationswerte zwischen Such- und Hilfskanälen D Kovarianzmatrix der Hilfskanäle f D Dopplerfrequenz LAnzahl der als Hilfskanäle benutzten Eigenvektoren β n spatial phase position e unit vector φ azimuthal angle φ B λ of sight L order of the transformed system η discovery thresholds m temporal index M number of echo pulses n vector of Clutterechos n T transformed Cluttervektor n sensor index N number of sensors R Clutterkovarianzmatrix R T T * R T R T estimate of R T S vector of the complex target signal components S T transformed target signal vector T transformation matrix to reduce the order of the system leevolution m delay of the m th echo pulse v relative radial speed between clutter and radar v max plate shape speed x vector of the complex received signals x T transformed received signal vector x n Sensor coordinate y n Sensor coordinate CNR clutter / noise ratio SNR signal / noise ratio a Clutter power in the search channel b Vector of the cross-correlation values between search and auxiliary channels D Covariance matrix of the auxiliary channels f D Doppler frequency L Number of properties used as auxiliary channels vectors
Claims (11)
- 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
- 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,
- 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
- 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.
- a) for a spatial and temporal target signal integration, a search lobe is formed from the N input signals of the N sensors by forming a weighted sum and subsequently M echo values of the search lobe are transformed into M Doppler frequencies in a Doppler filter bank and the M outputs of the Doppler filter bank M search channels, which deliver, form and form the complex M search signals
- b) that for the elimination of interference components (clutter) according to direction and frequency, all input signals further a network with a dimension (L -1) (N · M) , each column forming an auxiliary channel being formed by an intrinsic vector of the covariance matrix, which supplies L -1 transformed complex auxiliary signals,
- c) the L -1 auxiliary signals together with a search signal each form a reduced signal vector space and a search signal with all L -1 auxiliary signals in each case in a column of an L × M evaluation matrix that meets the calculation rule x T * · R T -1 (m ) e is sufficient, be summarized, and
- d) if necessary, the evaluation matrix is determined adaptively by estimating covariance matrices R T (m) between each search signal and all L -1 auxiliary signals and from the first columns R T -1 (m) e of the inverted M matrices the evaluations sought for clutter suppression are formed, and from the filtered signals obtained the largest amount is selected and brought to the threshold decision (target, no target) and display.
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