DE3639500C2 - - Google Patents

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DE3639500C2
DE3639500C2 DE19863639500 DE3639500A DE3639500C2 DE 3639500 C2 DE3639500 C2 DE 3639500C2 DE 19863639500 DE19863639500 DE 19863639500 DE 3639500 A DE3639500 A DE 3639500A DE 3639500 C2 DE3639500 C2 DE 3639500C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zweidimensional, d. h. in Raum und Zeit wirksamen Unterdrückung von Clutterechos in Echosignalen zum Entdecken bewegter Ziele mit einem Radarempfänger eines bewegten Radargerätes, mit einer phasengesteuerten Gruppenantenne, über die M Sendeimpulse ausgesendet und M Echosignale über N Antennenelemente der Gruppenantenne empfangen werden, und von dem Radarempfänger die von jedem der N Antennenelemente empfangenen Echosignale in Empfangskanälen zu N · M Eingangssignalen, die aus N-Signalfolgen der Länge M bestehen, verstärkt, heruntergemischt und digitalisiert werden, und danach aus den N Signalfolgen unter Vorgabe bestimmter Gewichtsfaktoren (b₁ . . .b N) eine Keulenbildung erfolgt, durch die aus den N Signalfolgen eine einzige Signalfolge der Länge M erzeugt wird, die einer Dopplerfilterbank zugeführt wird, welche an ihren Ausgängen je ein Suchsignal liefert. 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 effective in space and time suppression of clutter echoes in echo signals for detecting moving targets with a radar receiver of a moving radar, with a phased array antenna, sent over the M transmit pulses and M echo signals over N antenna elements of the array antenna and receive from the radar receiver the echo signals received from each of the N antenna elements in receive channels to N * M input signals consisting of N signal sequences of length M , amplified, down-converted and digitized, and then from the N signal trains given predetermined weighting factors (b ₁ ... b N ) a lobe formation takes place, by which a single signal sequence of length M is generated from the N signal sequences, which signal is fed to a Doppler filter bank which delivers a search signal at its outputs. The invention further relates to the embodiment of a radar receiver for carrying out 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.Locating moving targets near the ground, such as Tiefflieger, Vehicles, by an elevated position, for. Legs flying platform with which the radar device is moved, z. B. the on-board radar of an aircraft can be significantly increased there influences such as shadowing in undulating terrain and on jams of the radar lobe near the ground can be reduced. The desired target signal of the moving target, however, must from the entire, including all interfering signals (clutter) containing echo field by suppression of clutter of all kinds by means of a Clutterfilters be won.

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 at z. B. be flying radars have some disadvantages, of which the following two of particular importance for the development of a Clutterfilters 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 various clutter elements are under different azimuth and elevation angles relative to the flight axis of the radar. The radial component of the relative velocity between the clutter element and the axis of flight of the radar is thus proportional to the cosine of the angle between the locus vector of the clutter element (seen from the radar) and the axis of flight. 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. In horizontal flight, curves of constant Doppler frequency form a flock of hyperbolas that open in the direction of flight (or against it). 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, 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 wechselnde Störverhältnisse anzupassen.b) When flying over different terrain formations be the radar device encounters zones with different returns scattering behavior, d. H. the clutter background is temporal and spatially variable. It follows that the clutter suppression system should be stoopaptic, d. H. it must have the ability to adapt to changing disturbances 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 relationship 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. FIG. 1 shows such a distance-azimuth Doppler network. Here, φ is the azimuth angle, v is the clutter radial velocity, r / h is the range / flight altitude ratio, and HNr is 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 f D 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 d=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 one limits oneself to a distance ring, then one recognizes that the Clutterleistung is a function of two parameters: Azimut φ , Doppler frequency f D and Clutterradialgeschwindigkeit v , and can be represented for a Radarzielbereich by a two-dimensional power spectrum. In FIG. 2, this is an example of a Bewegtclutterspektrums for the line of sight of the transmitting lobe φ B = 0 °, ie in the flight direction, is provided. There is a maximum - main lobe clutter at d = 0 ° and the associated clutter frequency v = v max . Any destinations to be detected are located in the transmission lobe direction φ = 0 ° and at all possible speeds - v max . , , + v max , that is along the left upper edge in Fig. 2. Along the diagonal one sees the side lobe clutter distributed over all Doppler velocities. CNR means the clutter 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.Considering a certain distance ring, a dependence of the clutter power of two parameters remains: azimuth φ and Doppler frequency f D (or relative velocity v) . A filter for suppressing such spurious signals must therefore be effective in two dimensions, ie in φ and v (or in space and time).

Daraus folgt, daß das rückgestreute 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 Echoimpulse (kohärente Echofolgen) als zeitliche Abtastung angesehen werden. Als Cluttermodell wird aus den Clutterechoabtastwerten eine Raum- Zeit-Kovarianzmatrix gebildet. It follows that the backscattered echo field in two dimensions tions, and must be recorded spatially and temporally. These assumptions are made by a coherent pulse Doppler Radar met with phased array antenna, the Sensors as spatial sampling and the echo pulses (coherent Echofolgen) are regarded as temporal sampling. When Clutter model becomes a cluster of the clutter echo samples. 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 hitherto known methods of suppression in moving radars are based on a modification of the known 2 pulse clutter canceller.

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-Puls-Canceller nur teil­ weise unterdrückt werden kann. Nebenzipfelclutter hat vom Hauptkeulenclutter verschiedene Dopplerfrequenzen und wird über­ haupt nicht unterdrückt.For one thing, there are methods that use the method of "clutter In this procedure, the maximum of the Clutterspektrums in the restricted area of the 2-Puls-Canceller ge pushed, so that some extinction of the main lobe Clutters done. Application has this principle in the TACCAR System found (M.I. Skolnik "Radar Handbook" McGraw Hill, 1970) p. 17-32). A disadvantage of TACCAR and related methods is that no motion compensation takes place, so that the from the main lobe detected clutter spectrum a relatively high Doppler bandwidth has only part of the 2-pulse canceller can be suppressed. Sidelobe Clutter has from Main lobe clutter different Doppler frequencies and is over 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 technique (displaced phase center antenna). Here is the movement of the platform of the Radar compensated by that between every two pulses of a receiving array on a second, in flight direction behind it mounted array is switched such that the platform speed between two pulses is just canceled. The method has the disadvantage that at comparable Auf wand around 6 dB of transmission energy for clutter suppression get lost.

Eine Vorstufe zur adaptiven 2dimensionalen 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 precursor to 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, pages 566-571. Here are the Ge weights of two evaluation sets of a sensor array opti that the difference of their clutter responses is minimal. An adaptive realization is not treated. All of these known method is common that only two consecutive the 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, LE, Mallett, ID, Reed, IS: "Adaptive Array in Airborne MTI Radar", IEEE AP-24, No 5, Sept. 1976, pages 607-615, it is noted that the moving clutter problem (such as other types of interference suppression) can in principle be solved by the optimal detector (likelihood ratio test = LR test).

Der optimale Detektor ist bekanntlich durch den Likelihood- Ratio-Test (LR-Test Wahrscheinlichkeitstest) gegeben:The optimal detector is known to be given by the Likelihood Ratio Test ( LR Test Probability Test):

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

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 expression on the left exceeds a threshold, then the decision "target exists", otherwise not. Equation (1) is a very general rule which can be applied to arbitrary decision problems. In case of detection of flying targets in moving clutter, R has the dimension ( MN) × (MN) , the vectors x , n and s have 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 2dimensionaler 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.The optimal receiver is known to consist of a two-stage filter, a noise suppression component and a target matched 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 may take on 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 one needs (N · M) ³ = 2³⁰≈10⁹ arithmetic operations. These dimensions can not be mastered by today's computing capacity and will hardly be so 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, resulting from the 2-dimensional Signalver work no particular problems; the limitation of profit is due to the receiver noise (as well as in the 1-dimensional Case). The to the realization of the optimal detector too However, driving effort is so high that he is currently with the Available devices neither in terms of cost nor computing time to cope with.

In der nicht vorveröffentlichten DE-OS 35 43 577 wird bereits ein suboptimaler adaptiver Radarempfänger mit einer aktiven Gruppenantenne zur zweidimensionalen Unterdrückung von Clutterechos in empfangenen Echosignalen eines bewegten Radargerätes beschrieben, bei dem anstelle des LR-Tests mit einer geeigneten Vortransformation zur Verringerung des Rechenaufwandes gearbeitet wird und sämtliche empfangenen Signale der Transformation unterworfen werden. Zur Vortransformation werden einem in Azimut und Dopplerfrequenz wirkenden Zielsuchkanal (Suchkeule und Dopplerfilter) an den Clutter angepaßte Raum-Dopplerkanäle als Clutterhilfskanäle zugeordnet und am Ausgang dieses Kanalvielfaches wird die räumlich-zeitliche Korrelationsmatrix geschätzt, invertiert und als adaptiertes Filter benutzt.In the unpublished DE-OS 35 43 577 a suboptimal adaptive radar receiver with an active array antenna for two-dimensional suppression of clutter echoes in received echo signals of a moving radar is already described, is used in which instead of the LR test with a suitable Vortransformation to reduce the computational effort and subjecting all received signals to transformation. For pre-transformation, a space search channel (search lobe and Doppler filter) in the azimuth and Doppler frequency is assigned to the clutter adapted space Doppler channels as Clutterhilfskanäle and at the output of this channel multiple, the spatio-temporal correlation matrix is estimated, inverted and used as an adapted filter.

Die Erfindung geht ebenfalls von der dem adaptiven Radarempfänger der DE-OS 35 43 577 zugrundegelegten Überlegung aus, ein suboptimales Verfahren zu dem LR-Test durch geeignete Vortransformation sämtlicher empfangenen Signale zu schaffen, wobei die Reihenfolge von Störunterdrückung und signalangepaßter Filterung - pre-whiten and match - vertauscht ist.The invention is also based on the adaptive radar receiver of DE-OS 35 43 577 underlying consideration of creating a sub-optimal method to the LR test by suitable pre-transformation of all received signals, the order of interference suppression and matched filtering - pre-whiten and match - is reversed.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und einen dafür geeigneten Radarempfänger zur adaptiven, d. h. zweidimensional - in Raum und Zeit - wirksamen Unterdrückung von Bewegtclutter zu schaffen mit einer Arbeitsweise, die die günstigen Eigenschaften des optimalen Detektors erhält, jedoch im zu betreibenden Rechenaufwand soweit verringert ist, daß eine Realisierung möglich ist.The object of the invention is to provide a method and a suitable radar receiver for adaptive, d. H. two-dimensional - in space and time - effective oppression of moving clutter to create a working method that the favorable characteristics of the optimal detector, however is reduced so far in the computing effort to be operated that a realization is possible.

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 5.The invention solves the task with the by the Features of claim 1 characterized method and with a radar receiver according to the characterizing features of Claim 5.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments are specified in the subclaims.

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.The invention operates on the principle of match and post whiten for the two-dimensional clutter suppression, wherein one or more search channels are formed by lobe formation and Doppler filtering of the received signals, which are still affected by all noise components in direction and magnitude, then the clutter suppression occurs. Instead of performing the known probability ratio test according to equation (1) at full rank N × M , according to the invention, the LR test is applied in the transformed range. For this purpose, the received signals of a linear transformation using the eigenvectors of the clutter covariance are subjected, so that the resulting vector space (or: the number of signal values to be evaluated per unit time) is significantly reduced. As a result, the on wall of the subsequent signal processing, interference suppression, spatially-temporally matched filter is reduced to an economically feasible level.

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.Thus, the invention enables the creation and operation a clutter-adaptive filter to suppress clutter of all kinds, in particular ground clutters, in radars, which are on relatively moving to the earth platforms be Find. Such a clutter filter allows the discovery of moving targets such as aircraft and vehicles aboard one flying radar platform, provided the goals in their Doppler frequency of that of background disturbing differ.

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 Examinations in the Publications of 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. 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 N and those of the echo values M , then one obtains an (N × M) (N × M) -Kovian matrix; however, the number of parent values is a maximum of N + M. It follows, on the one hand, that the number of eigenvalues, in particular for large values of N and M, is small compared with the number of samples or the order of the covariance matrix. It also follows that for a given total number of samples for N = M , the minimum number of clutch eigenvalues is reached, ie when the number of echo pulses equals the number of sensors. According to the invention, this finding is reversed by using the eigenvectors of the space-time covariance matrix of the clutter sampling values associated with the cluster eigenvalues as auxiliary channels for interference suppression. This makes it possible to derive on the basis of the optimal detector a processor for locating moving targets against moving clutter background in such a way that the favorable properties of the optimal processor are retained, but due to the appropriate transformation of the received signals, the amount of arithmetic operations and processing time of subsequent signal processing is reduced so far 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, d. h. Clutterunterdrückung, vorgenommen wird.For carrying out the invention, the covariance matrix R of the spatio-temporal samples must be determined in principle in this invention, however, a linear transformation of the received data is performed in simplification according to the invention using the eigenvectors of the covariance matrix, with the then the evaluation of the received signals, ie Clutterunterdrückung , 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 manner that instead of carrying out the LR test according to (1) at full rank N × M , only one transformed reduced test according to equation (2) is carried out:

Es sind die transformierten Größen wie folgt definiert:The transformed variables 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, it is replaced by the control vector b ( φ , v ):

b r (ϕ,ν) = T * b (ϕ,ν) (2b) b r ( φ, ν ) = T * b ( φ, ν ) (2b)

Da die Matrix T die Signalintegration (Keulenbildung, Doppler­ filterung) vorwegnimmt, und die Nebenzipfelbeiträge zum Ziel­ signal gegenüber dem Hauptkeulenbeitrag vernachlässigt werden können, ist:Since the matrix T anticipates the signal integration (lobe formation, Doppler filtering), and the sidelobe contributions to the target signal can be neglected over 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 zuwith e as the unit vector, where R T -1 e represents the first column of R T -1 and (2) simplifies

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

  • a) keine Signalenergie verloren geht a) no signal energy is lost  
  • b) die Clutterechos mit hohem CNR empfangen werdenb) receive the clause echoes with high CNR
  • c) L«MN, damit die erwünschte Einsparung an Rechenzeit, Rechenoperationen und Hardwareaufwand erzielt wirdc) L « MN , so that the desired savings in computation time, arithmetic operations and hardware costs are achieved
  • d) L nicht kleiner als die Anzahl der Cluttereigenwerte (N+M) ist.d) L is not less than the number of parent values (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 fulfilled, the same behavior can occur of (3) as expected from the optimal detector in equation (1) become.

Die Struktur der Transformationsmatrix stellt den Kern der hier beschriebenen Erfindung dar. Um die aufgestellten Bedingungen zu befriedigen, muß die Matrix T , die eine Rechteckmatrix mit N · M Spalten und L Zeilen ist, aus zwei Teilen be­ stehen:The structure of the transformation matrix forms the core of the invention described herein. In order to satisfy the established conditions, the matrix T , which is a rectangular matrix with N × M columns and L rows, must be composed of two parts:

  • 1) 1 Hauptkanal, bestehend aus Keulenbildung (räumlich) und Dopplerfilter (zeitlich, ein zu entstörender Doppler­ kanal) für die Signalanpassung1) 1 main channel, consisting of lobe formation (spatial) and Doppler filters (temporally, a Doppler to be suppressed channel) for the 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 of spatial + temporal samples, which serve to measure the disturbances 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 purpose, according to the invention, the eigenvectors belonging to 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 determined by a target signal adjusted weighting, d. H. the elements of a Columns of the matrix must match the spatio-temporal samples correspond to an expected target signal. The signal adaptation is a vector with those of a specific target signal expected partial signals

s n,m (ϕ, n) ∼ exp j β n exp j ω D τ m (4) s n, m ( φ , n ) ~ exp j β n exp j ω D τ 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
β n = auf das Phasenzentrum bezogene Phase am n-ten Sensor infolge der Einfallsrichtung
n = sensor index
m = impulse index
τ m = m th delay of the echo
ω D = Doppler frequency due to the relative speed between radar and target
β n = phase center related phase at the n th sensor due to the direction of incidence

Für eine regelmäßige rechteckige Sensoranordnung parallel zum Erdboden wirdFor a regular rectangular sensor array parallel to Earth becomes

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

Die erste Spalte der Transformation T sieht also folgender­ maßen aus:The first column of the transformation T looks like this:

wobeiin which

eine Keulenbildung ist und die Koeffizientenis a club formation 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 presents the scalar 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 ϕ₀ und mit einer bestimmten Radialgeschwindigkeit, welche von der Zielgeschwindigkeit, der Plattformgeschwindigkeit und der Flug­ richtung des Ziels abhängt, angepaßt.Such a "search channel" is adapted to a destination in a particular direction φ ₀ and at a certain radial velocity 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 noise and should be designed to receive them 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.For the invention, the occupancy of the L -1 clutter vectors in T plays a central role. 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 you know, 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 the eigenvectors of R. By ordering the eigenvalues by size, one obtains 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 is shown in Fig. 3 for a linear antenna with N x sensors and M transmit pulses. It can be seen as a law that, neglecting clutter fluctuations, the number of cluster eigenvalues 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 smaller 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 Clackereigenwerte usually stand out clearly from the noise, you can divide R 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 parts of the matrix are unitary to one another, so that the left part represents the vector part space of the clutter, the right one the one of the 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 cluster eigenvalues, ie the L -1 largest eigenvalues. The auxiliary channels thus formed just stretch the clutter vector space, so that in principle all clutter is detected, the matrix T, however, causes a significant reduction in the order of the subsequent signal processing. With this transformation matrix T and the equations (2a) and (3), the principle of the adaptive processor for suppressing moving clutter is given. However, it is still necessary to perform the inversion of the matrices R T (m) , which cause the clutter suppression and are not known. It should be constantly 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 at once set direction simultaneously, so that for the calculation rule (3)

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

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.must be inverted. 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. Die Matrizen haben also die FormThe inversion of the matrices R T (m) can be performed very effectively taking into account that all the L x L matrices R T (m) have a common (L -1) x (L -1) sub-matrix, viz 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 cluttering power 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 you can specify the inverse matrix 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, Δ -1 is obtained as follows

Der Algorithmus umfaßt also folgende Schritte:The algorithm thus 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) Treasures D , furthermore a and b for all target Doppler frequencies m = 1. , , M
b) Calculate D -1
c) Compute Δ m -1 for all m = 1. , , M (E.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 approx. L ² M multiplications
Step d requires approximately L ² M multiplications.

Insgesamt ergeben sich etwas über (L-1)³ + 2 L²M Multiplikationen.Overall, there is something about (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. 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 reduzierte Kovarianzmatrix aufbauend auf den L-1 ersten, d. h. der zu den größten Eigenwerten gehörigen Eigenvektoren benutzt. 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.However, this effort can be significantly reduced again by applying the invention - eigenvectors of a clutter covariance matrix as auxiliary channels for the interference liberation. The use of cluster eigenvectors in the matrix R now has the advantage that each one of the eigenvectors enters with the weight given by the associated eigenvalue, in other words, there are "important" and "less important" cluster eigenvectors. In turn, the cluster's own spectrum depends on the nature of the reflective background. With increasing directivity, the number of large own values decreases. One can therefore come to a less expensive (calculating time, hardware effort) method in which one saves some of the eigenvalues belonging to smaller eigenvalues. Inverting the matrices R T (m) costs several N ³ operations, so that e.g. As a halving of the dimension (L / 2 × L / 2 instead of L × L) brings a computational savings by a factor of 8. He according to the invention this is made use of. In a radar receiver operating with auxiliary channels with eigenvectors, a reduced covariance matrix based on the L -1 first, ie the eigenvectors belonging to the largest eigenvalues, is used. It has been found that a reduction of the auxiliary channels in the occupation with eigenvectors ie the reduction of the number of degrees of freedom L compared to N + M up to half or up to a third still lead to very good results, ie not noticeable loss of profit , This is due to the fact that in the Jacobian algorithm used for the eigenvalue decomposition, the eigenvalues are sorted by size and, when trimming the vector space stretched by the cluster eigenvectors, the small eigenvalues are automatically affected. FIG. 4 shows the dependence of the gain on SCR (signal / clutter ratio) on the number of clutter filter degrees of freedom L at constant N and M.

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.Plotted is the gain in signal / clutter ratio over the target speed normalized to the unique speed range. At the place of the clutter adjustment, the corresponding clutter element is interpreted as a target (here at v / v max = 0.4). The clutter spectrum represents a projection of a spatial clutter distribution into the Doppler frequency range. This distribution was measured with the ELRA system and used here to obtain the most realistic possible ratios. As can be seen, with a reduction in the number of degrees of freedom from L = N + M = 24 to 12, there is no 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 is a cost 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 provided. 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 cost of lobe formation and Doppler filtering is about the same in all cases. In suboptimal cases, these operations are performed before clutter suppression, in the best case afterwards. The cost of estimating R t is much lower than for the large matrix R ; this point is disregarded. The effort for filter calculation, ie the required complex multiplies for the auxiliary channel method and the optimal method are compared. It is based on that N = M and thus L = 2 N. Then the numbers of multiplications listed in Table 1 result for different values of N for the optimal method. For the method according to the invention with L -1 auxiliary channels from the eigenvectors, the considerably smaller number of arithmetic operations listed in Table 2 already result. This reduced number of arithmetic operations permits the realization of the two-dimensional clutter suppression in the first place. A further significant reduction of the arithmetic operations by the factor is fiction, according to possible by the auxiliary channel method is operated with a reduction in the degrees of freedom in half, as is apparent from the analogous calculation example according to Table 3. If one needs the matrix inversion for L = 32 62 559 arithmetic operations in the simple auxiliary channel method, the effort for reducing the degrees of freedom is reduced by half to 7 471 arithmetic operations.

Tabelle 1 Table 1

optimaler Detektor optimal detector

Tabelle 2 Table 2

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

Tabelle 3 Table 3

suboptimaler Detektor mit L-1 Hilfskanälen bei Eigenvektoren und Reduzierung der Frei­ heitsgrade auf suboptimal detector with L -1 auxiliary channels for eigenvectors and reduction of degrees of freedom

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 requires, in principle, that in order to determine the auxiliary channels in the matrix T, the eigenvector decomposition of R would have to be performed real-time. This, however, makes the process more complicated again. According to the invention it is therefore proposed that the eigenvector decomposition of a matrix is made off-line and so he held eigenvectors in the signal processor as clutter Hilfskanäle be introduced. This model matrix can, for. B. obtained by prolonged averaging in a particular azimuth and elevation expanded area and brought up to date from time to time. Another possibility proposed according to the invention consists in calculating such a model matrix by calculation. According to the invention, the case of an omni-directional background is provided here, this contains all possible azimuth and Doppler frequency components in the same way and thus covers all possible inhomogeneous cases.

Die reduzierten Kovarianzmatrizen 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 3 und 4 entnehmbar.The reduced covariance matrices R T (m) of equation (3) can be estimated by averaging over an azimuth and distance extended clutter area. A processor according to (3) is therefore stoop-adaptive. Corresponding embodiments of the invention are the features of claims 3 and 4 can be removed.

Einen noch einfacheren nur einmal adaptierten Empfänger erhält man, indem man für R T(m) in Gleichung (3) die gemäß (2) transformierte Matrix für omnidirektionalen Clutter fest ansetzt. Das Verfahren ist etwas weniger leistungsfähig als das zuvor beschriebene während des Radarbetriebes 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 während des Radarbetriebes nichtadaptive Verfahren wegen seiner Einfachheit für die Praxis von Interesse.An even simpler receiver adapted only once can be obtained by fixing the matrix for omnidirectional clutter transformed according to (2) for R T (m) in equation (3). The method is slightly less powerful than the previously described during the radar operation adaptive method, since even with highly directive clutter situation always the entire clutter range is hidden in azimuth and Doppler frequency. Furthermore, unbalanced influences such as sensor coupling and multipath propagation are not taken into account as in an adaptive system. Nonetheless, the non-adaptive method during radar operation is of interest in practice 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. FIG. 5 shows an example of the same clutter distribution as in FIG. 4. As can be seen, for L = 12 and even L = 18 there are again optimal profit curves, which are even more favorable than for L = 24. This can be explained by the fact that a too large number of clutter channels already the target signal vector space is clipped by the clutter filter. As a model for calculating the eigenvectors, a covariance matrix for omnidirectional clutter was used.

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. One recognizes large losses over almost half the Doppler frequency range.

Soweit in den erläuternden Fig. 1-6 Kurven dargestellt sind, liegen diesen die nachfolgenden Daten und Parameter zugrunde:Insofar as curves are shown in the illustrative FIGS. 1-6, these are based on the following data and parameters:

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be described below with reference to 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 moving-clutter suppression, which were 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 (pre-whiten and match) and is known as the optimal detector. The received data are freed from the clutter in the space-time domain (x, y, t) . This is followed by a search channel formation (lobe in the 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 (ϕ 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 whitening). The receive data is a search channel ( φ s , v s ) and several clutter channels (possibly several sets φ c , v c ) supplied. This is followed by a release of the search signal 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 is shown in FIG. 8. The output signals of the N sensors pass through the usual coherent receiving channels (amplifiers, mixers, AD converters) and are then stored in the echo memory according to sensor, distance and delay. By forming a weighted sum over the complex input signals (b ₁, b ₂, ..., b N ,), a search lobe is formed with a lobe-forming network for all echo delays (and range elements). The echo values of the search lobe are transformed by means of a Doppler filter bank DFB into the Doppler frequency range. The Doppler filterbank (weighted sums on the echo delays) performs a spectral analysis of the received signals, ie, the M values of the search lobe are each examined together for the individual Doppler frequencies, ie velocities. Together with the search lobe, the outputs of the Doppler filter bank M are search channels. Lobe formation and Doppler filter bank are well-known in radar equipment and Vor gangs.

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 supplied to the sub-channels from a matrix of L -1 to eigenvectors belonging to the largest eigenvalues. These each have the dimension NM and therefore have an effect both in the sensor and in the echo pulse dimension. The L -1 outputs of the auxiliary channels are each 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 happens separately for each of the M frequencies. Of the M signals of the remaining frequency channels, the largest in terms of size is selected and brought to threshold decision and display.

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) . In this case, the (L -1) × (L -1) covariance sub-matrix of the auxiliary channels need only be estimated once; further M vectors of dimension L contain the cross-correlation values between the M search channels and the L -1 sub-channels and the services of the search channels. The estimation has to be done in azimuth and distance extended clutter areas, in order to avoid influences of 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. In a special processor (FB filter calculation), the M matrices are inverted. The first columns R t -1 (m) e represent the searched M ratings, 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 filtered data becomes compared with a threshold and when exceeded to off evaluation (display, fine location, tracklogic etc.).

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 section BN operates such that each search channel 1. , , M (ie, the M outputs of the Doppler filter bank DFB in Fig. 8) is guided via filter coefficients to a summing element. The summers are also connected at other inputs to all L -1 subchannels via further filter coefficients. The effect of the filter coefficients is that the auxiliary channels are used to estimate the clutter signal in the respective search channel and to subtract it from the current search channel signal. At the outputs, sorted by Doppler frequencies, the echo signals released by the clutter appear. The evaluation network implements 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.Of the output signals of the evaluation network BN , as shown in FIG. 8, the squares of squares are formed by means of squaring units. With the aid of a comparison circuit MAX , the maximum of the M signals is searched for, fed to a threshold 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 calculates 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) . The correlation estimates can be calculated by temporal as well as by spatial averaging over several distance elements.

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 . In the circuit, according to the algorithms given by Equations (12) and (13), the filter coefficients, ie the first columns of R T -1 (m) , are calculated. These are fed to the rating network. The adaptation speed, ie the speed with which the filter coefficients are recalculated, can be independent of the actual filtering process, ie the operation performed by the evaluation network. It depends on the speed with which the clutter characteristics change as a result of 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. On the other hand, in the block "Filtering", the coefficients of the first columns of the precomputed inverse matrices R T -1 (m) for omnidirectional clutter are stored.

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 performed parallel to the adaptation and filtering process, which updates the auxiliary channels in longer time periods. Alternatively, completely off-line computed eigenvectors, eg. As such a matrix for omnidirectional clutter, are kept in a memory and used as auxiliary channels.

Der Empfänger enthält also drei Anteile, die in unterschiedlicher Geschwindigkeit ablaufen:The receiver thus contains three parts that are in different Run off speed:

  • - 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 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 estimation, matrixinver sion) must be able to follow changes in the clutter environment, but 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 determined either by external data adjusted or also to the changing environment customized. This adjustment can be even slower than that To proceed with adaptation.

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 realized according to the invention radar receiver discovered moving radar targets (aircraft, driving witness) from clutter background from a moving platform out. The receiver exercises the following functions in principle out:

  • - räumliche und zeitliche Zielsignalintegration (Keulen­ bildung, Dopplerfilterbank)- spatial and temporal target signal integration (clubs education, Doppler filter bank)
  • - Schätzung der Cluttereigenschaften- estimate of the clumping properties
  • - Berechnung eines Clutterfilters- Calculation of a clutter filter
  • - Clutterunterdrückung- Clutter suppression
  • - Entdeckung und Anzeige.- Discovery and advertisement.

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, d. H. he can differ Liche Clutterverhältnisse, z. B. when flying over various Automatically adjust landscape shapes.

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, interference suppression also works when the radar is stationary, against moving (clouds) and stationary mischievous (ground) clutter. The receiver is equal to the optimal LR detector (gain in signal-to-clutter ratio). In comparison with the optimal detector, a receiver according to the invention simplifies and reduces the complexity by orders of magnitude. As a result, a realization becomes possible at all.

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 optimal detector he concludes the principle of motion compensation implicitly with one.

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.For side viewing with omnidirectional transmitter, linear Receiving group and before homogeneous Clutterverteilung be the Clutterechos right-left-symmetrical. This will be the Clutter signals, filter calculation and filtering are real. This results in a computer saving 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 characteristics:

  • - Adaptivität- Adaptivity
  • - optimale Bewegungskompensation- optimal motion compensation
  • - optimale Clutterunterdrückung bei reduziertem Aufwand - optimal Clutterunterdrückung 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 computational effort be significantly reduced for adaptation and filtering, so that a realization for not too big antennas with today's Technology and using modern algorithms (systolic arrays) is possible.

Abkürzungen und BezeichnungenAbbreviations and terms

Abkürzungen und BezeichnungenAbbreviations and terms ββ nn räumliche Phasenlagespatial phase position ee Einheitsvektorunit vector ϕφ Azimutwinkelazimuth angle ϕφ BB Blickrichtungline of sight LL Ordnung des transformierten SystemsOrder of the transformed system λ, η λ , η Entdeckungsschwellendiscovery thresholds mm zeitlicher Indextemporal index MM Anzahl der EchoimpulseNumber of echo pulses nn Vektor der ClutterechosVector of the clutter echoes nn TT transformierter Cluttervektortransformed clutter vector nn Sensorindexsensor Index NN Anzahl der SensorenNumber of sensors RR ClutterkovarianzmatrixClutterkovarianzmatrix RR TT T * R T T * R T RR TT Schätzwert von R T Estimated value of R T SS Vektor der komplexen ZielsignalkomponentenVector of complex target signal components SS TT transformierter Zielsignalvektortransformed target signal vector TT Transformationsmatrix zur Reduktion der Ordnung des SystemsTransformation matrix to reduce the order of the system RR Elevationelevation mm Verzögerung des m-ten EchoimpulsesDelaying the m-th echo pulse vv relative Radialgeschwindigkeit zwischen Clutter und Radarrelative radial velocity between clutter and radar vv maxMax PlattenformgeschwindigkeitPlate shape speed xx Vektor der komplexen EmpfangssignaleVector of the complex received signals xx TT transformierter Empfangssignalvektortransformed received signal vector xx nn Sensorkoordinatesensor coordinate yy nn Sensorkoordinatesensor coordinate CNRCNR Clutter/RauschverhältnisClutter / noise ratio SNRSNR Signal/RauschverhältnisSignal / noise ratio aa Clutterleistung im SuchkanalClutter performance in the search channel bb Vektor der Kreuzkorrelationswerte zwischen Such- und HilfskanälenVector of cross-correlation values between search and auxiliary channels DD Kovarianzmatrix der HilfskanäleCovariance matrix of the auxiliary channels ff DD DopplerfrequenzDoppler frequency LL Anzahl der als Hilfskanäle benutzten EigenvektorenNumber of eigenvectors used as auxiliary channels

Claims (5)

1. Verfahren zur zweidimensional, d. h. in Raum und Zeit, wirk­ samen Unterdrückung von Clutterechos in Echosignalen zum Entdecken bewegter Ziele mit einem Radarempfänger eines bewegten Radargerätes, mit einer phasengesteuerten Gruppenantenne, über die M Sendeimpulse ausgesendet und M Echosignale über N Antennenelemente der Gruppenantenne empfangen werden, und von dem Radarempfänger die von jedem der N Antennenelemente empfangenen Echosignale in Empfangskanälen zu N · M Eingangssignalen, die aus N-Signalfolgen der Länge M bestehen, verstärkt, heruntergemischt und digitalisiert werden, und danach aus den N Signalfolgen unter Vorgabe bestimmter Gewichtsfaktoren (b₁ . . .b N) eine Keulenbildung erfolgt, durch die aus den N Signalfolgen eine einzige Signalfolge der Länge M erzeugt wird, die einer Doppelfilterbank zugeführt wird, welche an ihren Ausgängen je ein Suchsignal liefert, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß L-1 Hilfssignale durch skalares Multiplizieren des die N · M Eingangssignale repräsentierenden Vektors mit denjenigen L-1 Eigenvektoren der (N · M) × (N · M)-Kovarianzmatrix, welche den größten L-1 Eigenwerten zugehörig sind, gebildet werden, wobei als (N · M) × (N · M)-Kovarianzmatrix entweder eine vorberechnete oder eine aus den N · M Eingangssignalen ermittelte verwendet wird,
  • b) daß aus einem m-ten Suchsignal und aus den L-1 Hilfssignalen eine reduzierte Kovarianzmatrix R T(m) der Dimension L gebildet und deren Inverse R T -1 (m) berechnet wird,
  • c) daß der das m-te Suchsignal und die L-1 Hilfssignale repräsentierende Vektor x T mit der ersten Spalte der inversen reduzierten Kovarianzmatrix R T -1 (m) skalar multipliziert wird,
  • d) daß die Verfahrensschritte b und c für jedes Suchsignal durchgeführt werden, so daß ein Satz von Ausgangssignalen entsteht, deren Anzahl gleich der Anzahl der Suchsignale ist,
  • e) daß von dem Satz von Ausgangssignalen das größte Betragsquadrat ausgewählt und mit einer Entdeckungsschwelle verglichen und bei deren Überschreiten angezeigt wird.
1. A method for two-dimensional, ie in space and time, effective seed suppression of clutter echoes in echo signals to detect moving targets with a radar receiver of a moving radar, with a phased array antenna, sent over the M transmit pulses and M echo signals over N antenna elements of the array antenna and from the radar receiver amplifying, down-mixing and digitizing the echo signals received from each of the N antenna elements in receive channels to N * M input signals consisting of N signal sequences of length M , and subsequently from the N signal sequences under specification of certain weighting factors (b ₁. ... b N ) a lobe formation takes place, by which a single signal sequence of length M is generated from the N signal sequences, which signal is fed to a double filter bank, which supplies a search signal at its outputs, characterized
  • a) that L -1 auxiliary signals by scalar multiplying the vector representing the N · M input signals with those L -1 eigenvectors of the (N · M) × (N · M) covariance matrix, which are the largest L -1 eigenvalues associated formed using as a (N × M) × (N × M) covariance matrix either a precomputed or one of the N × M input signals,
  • b) from an m-th search signal and from the L -1 auxiliary signals a reduced covariance matrix R T (m) of dimension L is formed and its inverse T -1 R (m) is calculated,
  • c) that the vector x T representing the m th search signal and the L -1 auxiliary signals is scalar multiplied by the first column of the inverse reduced covariance matrix R T -1 (m) ,
  • d) that the method steps b and c are performed for each search signal, so that a set of output signals whose number is equal to the number of search signals,
  • e) that of the set of output signals, the largest absolute square is selected and compared with a detection threshold and displayed when they are exceeded.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der reduzierten Kovarianzmatrizen R T(m) aus den L-1 Hilfssignalen und einem der m-ten Suchsignale die allen reduzierten L × L Kovarianzmatrizen R T(m) gemeinsame (L-1) × (L-1) - Unterkovarianzmatrix der Hilfssignale nur einmal ermittelt, z. B. geschätzt, und für alle M Suchsignale verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that in the determination of the reduced covariance matrices R T (m) from the L -1 auxiliary signals and one of the m- th search signals the all reduced L × L covariance matrices R T (m) common (L -1) × (L -1) - Subcovariance matrix of the auxiliary signals determined only once, z. B. estimated, and is used for all M search signals. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Adaption an wechselnde Clutterverhältnisse die reduzierten Kovarianzmatrizen R T(m) aus den L-1 Hilfssignalen und je einen der m-ten Suchsignale während des Radarbetriebes aus empfangenen Echosignalen geschätzt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for the purpose of adaptation to changing Clutterverhältnisse the reduced Kovarizmatrizen R T (m) from the L -1 auxiliary signals and one of the m- th search signals during the radar operation of received echo signals are estimated. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Adaption an wechselnde Clutterverhältnisse die reduzierten Kovarianzmatrizen R T (m) aus den L-1 Hilfssignalen und je einem der m-ten Suchsignale aus Echosignalen geschätzt werden, die aus einem in Azimut und Entfernung ausgedehnten Gebiet empfangen werden. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that for the purpose of adaptation to changing Clutterverhältnisse the reduced covariance matrices R T (m) from the L -1 auxiliary signals and one of the m- th search signals are estimated from echo signals from a be received in azimuth and distance extensive area. 5. Radarempfänger mit adaptiver zweidimensional wirksamer Unterdrückung von Clutterechos in Echosignalen eines bewegten kohärenten Radargerätes zum Entdecken bewegter Ziele mit einer phasengesteuerten Gruppenantenne mit N Antennenelementen zum Empfangen der M Echosignale von M ausgesendeten Sendeimpulsen, mit an die N Antennenelemente angeschlossenen N Empfangskanälen kohärenter Empfänger mit Echosignalspeichern, in denen die empfangenen Echosignale zu N · M Eingangssignalen, die aus N-Signalfolgen der Länge M bestehen, verstärkt, heruntergemischt und digitalisiert werden, daß die N Empfangskanäle einem Keulen bildenden mit einer Dopplerfilterbank in Serie geschalteten Netzwerk zugeführt sind, in dem aus den N Signalfolgen unter Vorgabe bestimmter Gewichtsfaktoren (b₁ . . .b N) eine Keulenbildung erfolgt, durch die aus den N Signalfolgen eine einzige Signalfolge der Länge M erzeugt wird, die der Dopplerfilterbank zugeführt wird, welche an ihren M Ausgängen je ein Suchsignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß L-1 bei L N + M Hilfskanäle vorgesehen sind, deren Eingängen die N · M Eingangssignale und L-1 Eigenvektoren der (N · M) × (N · M)-Kovarianzmatrix, welche den größten L-1 Eigenwerten zugehörig sind, zugeführt sind, und ausgangsseitig L-1 Hilfssignale durch skalares Multiplizieren der Vektoren der N × M Eingangssignale und der L-1 größten Eigenwerte erhalten werden; daß die M Ausgänge der Dopplerfilterbank und die L-1 Ausgänge der Hilfskanäle einem Bewertungsnetzwerk zugeführt sind, das die Rechenvorschrift x* T R T -1 (m)e ausführt, wobei x T die transformierten Vektoren der Eingangssignale R T(m) die m-te reduzierte Kovarianzmatrix, gebildet aus den L-1 Hilfssignalen und aus jeweils einem m-ten Suchsignal, m eine bestimmte Zieldopplerfrequenz und e einen Einheitsvektor darstellen; daß eine Einrichtung zum Schätzen der reduzierten Kovarianzmatrix R T(m) vorgesehen ist, der eingangsseitig die L-1 Hilfssignale und die m-ten Suchsignale zugeführt werden und deren Ausgänge einer Filterberechnungseinrichtung zur Ermittlung der inversen reduzierten Kovarianzmatrix R T -1 (m) der zuvor durch Schätzung ermittelten R T(m) zugeführt sind und die Ausgänge der Filterberechnungseinrichtung dem Bewertungsnetzwerk zugeführt sind, in der gemäß der Rechenvorschrift der das m-te Suchsignal und die L-1 Hilfssignale repräsentierende Vektor x T mit der ersten Spalte der inversen reduzierten Kovarianzmatrix R T -1 (m) skalar multipliziert wird, und dem Bewertungsnetzwerk ein Schwellwertdetektor zur Auswertung der von dem Bewertungsnetzwerk gelieferten gefilterten Daten bzw. das Maximum deren Betragsquadrate nachgeschaltet ist.5. Radar receiver with adaptive two-dimensional suppression of clutter echoes in echo signals of a moving coherent radar to detect moving targets with a phased array with N antenna elements to receive the M echo signals of transmitted M pulses, with N receiving channels connected to the N antenna elements coherent receivers with echo latches, in which the received echo signals are amplified, down-converted and digitized into N × M input signals consisting of N signal sequences of length M such that the N receive channels are fed to a lobe-forming network connected in series with a Doppler filter bank, in which the N Signal sequences under specification of certain weighting factors (b 1 .. b N ) a lobe formation takes place, is generated by the N signal sequences a single signal sequence of length M, which is fed to the Doppler filter bank, which at their M outputs each one Search signal, characterized in that L -1 are provided at L N + M auxiliary channels whose inputs are the N × M input signals and L -1 eigenvectors of the (N × M) × (N × M) covariance matrix having the largest L -1 eigenvalues, are supplied, and on the output side L -1 auxiliary signals are obtained by scalar multiplying the vectors of the N × M input signals and the L -1 largest eigenvalues; that the M outputs of the Doppler filter bank and the L -1 outputs of the auxiliary channels are fed to a rating network which executes the computation instruction x * T R T -1 (m) e , where x T is the transformed vectors of the input signals R T (m) the m th reduced covariance matrix formed from the L -1 auxiliary signals and from a respective m-th search signal, m is a specific target Doppler frequency, and e represents a unit vector; in that a device for estimating the reduced covariance matrix R T (m) is provided, to which the L -1 auxiliary signals and the m th search signals are supplied on the input side and whose outputs are fed to a filter calculation device for determining the inverse reduced covariance matrix R T -1 (m) previously obtained by estimation R T (m) are fed and the outputs of the filter calculation means are supplied to the evaluation network, in accordance with the calculation rule of the m -th search signal and the L -1 auxiliary signals representing vector x T with the first column of the inverse reduced covariance matrix R T -1 (m) is scalar multiplied, and the evaluation network is followed by a threshold detector for evaluating the filtered data supplied by the evaluation network or the maximum whose squares are squares.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4323077A1 (en) * 1993-07-10 1995-01-12 Daimler Benz Ag Radar signal processing method

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG115557A1 (en) * 2003-08-28 2005-10-28 Sony Corp Auto-focusing method and system
WO2008066949A2 (en) * 2006-05-10 2008-06-05 Research Foundation Of The City University Of New York Total covariance signal processor using sample matrix inversion and side lobe cancellation
CN103728594B (en) * 2013-12-31 2016-03-30 北京理工大学 Based on the external illuminators-based radar sea clutter disturbance restraining method of hyperchannel NLMS
RU2579996C2 (en) * 2014-01-16 2016-04-10 Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ Multifunctional adaptive antenna array
US10101445B2 (en) 2014-04-29 2018-10-16 Research Foundation Of The City University Of New York Power centroid radar
CN105223557B (en) * 2015-10-29 2017-11-21 西安电子科技大学 Airborne early warning radar clutter suppression method based on accessory channel
CN109490859B (en) * 2018-11-20 2023-04-28 中国人民解放军空军预警学院 Robust detector for orientation and Doppler disturbances in a partially homogeneous environment
CN112415469B (en) * 2020-11-01 2023-06-20 西安电子工程研究所 Rapid interference direction finding method for two-dimensional digital array radar
CN114185007B (en) * 2021-12-02 2024-06-07 西安电子科技大学 Space-time joint dimension reduction self-adaptive clutter suppression method based on multi-core DSP
CN114355328B (en) * 2021-12-29 2024-04-09 加特兰微电子科技(上海)有限公司 Radar signal processing method, radio signal processing method and application device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2752338C2 (en) * 1977-11-23 1983-11-17 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Radar receiver
IT1170587B (en) * 1983-12-13 1987-06-03 Selenia Ind Elettroniche ADAPTIVE PROCESSOR OF RADAR SIGNALS FOR THE DETECTION OF THE ECO AND THE CANCELLATION OF THE CLUTTER
IT1199170B (en) * 1984-07-27 1988-12-30 Selenia Ind Elettroniche DIGITAL RADAR SIGNAL PROCESSOR ABLE TO PERFORM THE ADAPTIVE CANCELLATION OF THE CLUTTER BY PARAMETRIC ESTIMATOR
DE3543577A1 (en) * 1985-12-10 1987-06-11 Siemens Ag Radar receiver with adaptive suppression of moving clutter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4323077A1 (en) * 1993-07-10 1995-01-12 Daimler Benz Ag Radar signal processing method
DE4323077C2 (en) * 1993-07-10 2002-02-21 Daimler Chrysler Ag Radar signal processing methods

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