DE3786057T2

DE3786057T2 - Digitale Signalverarbeitungsschaltung für Überwachungsradarsysteme mit Anzeige von bewegten Zielen.

Info

Publication number: DE3786057T2
Application number: DE87103676T
Authority: DE
Inventors: Berardino Alessandro Di; Paolo Piermattei
Original assignee: Contraves Italiana SpA
Current assignee: Contraves Italiana SpA
Priority date: 1986-10-21
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2007-03-14
Also published as: EP0264525A2; EP0264525B1; PT84331A; IT8622067A0; EP0264525A3; IT1213362B; DE3786057D1; ES2040706T3; DK120987A; DK120987D0

Description

Diese Erfindung betrifft einen Digitalsignal-Prozessor für Suchradar-Systeme und findet spezielle Anwendung bei der Videosignal-Verarbeitung in Impuls-Doppler-Such- und Entdeckungsradar-Systemen, die einen kohärenten Empfänger und einen Detektor zur Anzeige bewegter Ziele (MTI) aufweisen. Solche Einrichtungen sind der Fachwelt wohlbekannt.
Ein modernes Radar-System der oben genannten Art erfordert ein ausgeklügeltes Verarbeitungssystem, das in der Lage ist, äußerst zuverlässige Ausgangsdaten mit hohem Informationsgehalt zu liefern. Mit anderen Worten: Der Anteil von Fehlalarmen infolge thermischen Rauschens und unerwünschter Echos (stationäre parasitäre Echos) soll sehr gering sein, so daß der Bediener nicht unangebracht alarmiert wird und die automatische Einrichtung, die die Radar-Ausgangsdaten verarbeitet und als Antwort auf sie automatisch Aktivitäten auslöst, nicht in Fehler einbezogen wird. Darüberhinaus wird von einem modernen Radar-Verarbeitungssystem gefordert, daß es aus den Videosignalen zusätzlich zu den Koordinaten, die, wie der Fachwelt wohlbekannt ist, Azimuth, Entfernung und möglicherweise Elevation enthalten, weitere Informationen über das Ziel gewinnen kann. Solche zusätzlichen Informationen können beispielsweise sein: die Radialgeschwindigkeit und die Art des Ziels, ob es starre oder Schwenkflügel hat oder sogar eine noch detailliertere Klassifikation unterteilt in Klassen und Unterklassen basierend auf statistischen Daten der Ziele selbst, die zuvor im Signalprozessor gespeichert wurden. Vor dieser Erfindung konnte der Stand der Technik eine solche Leistungsfähigkeit nur durch massiven Einsatz von Signalverarbeitungstechniken, wie die diskrete Fourier-Transformation (oder schnelle Fourier-Transformation) und mitlaufende Korrelation erreichen.
Die Anwendung solcher Verfahren auf größere Datenmengen, d. h. auf alle Radar-Auflösungs-Elemente, die typischerweise Zehntausende oder sogar Hunderttausende pro Antennendrehung umfassen, führt zu einer starken Zunahme des Aufwandes für die benötigte Hardware. Obwohl diese Zunahme des Hardwareaufwandes durch die gleichzeitige Entwicklung immer höher integrierter Einrichtungen teilweise ausgeglichen wurde, sind jedenfalls die Kosten von Radar-Signal-Prozessoren immer weiter gewachsen.
Nach G. Mück "Die neue L-Band-Radaranlage zur Streckenkontrolle in der Flugsicherung" in Elektrotechnik und Maschinenbau, Band 97, Nr. 1 vom Januar 1980, Seiten 24-27, ist es auch bekannt, einen Prozessor zu verwenden, der zwei parallel geschaltete Digital-Verarbeitungsketten aufweist:
a) eine MTI-Kette, welche alle Radar-Elemente verarbeitet und ein eingebautes MTI-Filter, gefolgt von einem Detektor, enthält;
b) eine Normal-Log-Kette mit einer CFAR-Schaltung (constant false alarm rate = konstante Falschmelderrate), welche nur einige auswählbare Elemente, namentlich solche, wo wetterbedingte Störechos auftreten, verarbeitet.
Es ist Ziel dieser Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, einen Digitalsignal- Prozessor für Radar-Systeme der oben genannten Art zu schaffen, bei dem der Aufwand der gesamten Signalverarbeitung vermindert ist, während dennoch die von einem modernen Such- und Entdeckungsradar geforderte Leistungsfähigkeit, wie oben beschrieben, erreicht wird.
Dieses Ziel wird bei der vorliegenden Erfindung durch einen Digitalsignal-Prozessor für Radar-Systeme der oben genannten Art erreicht, in welchem zwei parallele digitale Verarbeitungsketten vorgesehen sind, nämlich:
a) eine erste Kette, die mitlaufend oder direkt (on-line) alle Radar-Auflösungs-Elemente verarbeitet und in Kaskade geschaltet ein MTI-Filter und einen Detektor aufweist, und
b) eine zweite Kette, die unabhängig oder indirekt (off-line) nur einige auswählbare Elemente verarbeitet und einen Speicherabschnitt zum Speichern aller Proben des am Eingang des Signalprozessors erscheinenden Radar-Videosignals und einen mit dem Speicherabschnitt in Kaskade geschalteten Rechnerabschnitt zur speziellen Verarbeitung derjenigen Daten im Speicherabschnitt, die ausgewählt wurden, aufweist.
Die Vorteile dieses Prozessor-Systems gegenüber konventionellen Systemen, in denen alle Radar-Elemente in ähnlicher Weise verarbeitet werden, bestehen in Beschränkungen bei der Hardware auf Abmessungen und Kosten, die mit Radar-Prozessoren herkömmlicher Leistungsfähigkeit vergleichbar sind, während gleichzeitig eine Leistungsfähigkeit erzielt wird, die derjenigen entspricht, die bisher für höchst komplizierte Radar-Prozessoren typisch ist.
Das oben erwähnte und andere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus dem Studium der folgenden Beschreibung, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, deutlich werden. Dabei stellen dar:
Fig. 1 ein allgemeines Blockschaltbild eines Radar-Systems mit einem erfindungsgemäßen Signal-Prozessor, und
Fig. 2 ein detaillierteres Blockschaltbild des Signal-Prozessors von Fig. 1.
Eine Spezialverarbeitungskette enthält unter Bezugnahme auf Fig. 1 einen Speicherabschnitt 8 und einen Rechnerabschnitt 9 und ist parallel zu einer herkömmlichen MTI-Verarbeitungskette geschaltet, die ein MTI-Filter 5 und einen Detektor 9 enthält.
Während die MTI-Kette eine herkömmliche Kette ist, die leicht mit modernen elektronischen Einrichtungen zu implementieren ist und die Echos aller Radar-Auflösungs-Elemente verarbeitet (typischerweise Zehntausende oder Hunderttausende pro Antennenumdrehung), verarbeitet der Rechnerabschnitt 9 der Spezialverarbeitungskette nur die Echos von Radar-Elementen, bei denen die MTI-Verarbeitung die Existenz eines Zieles festgestellt hat. Daher ist die Verarbeitung im Rechnerabschnitt auf einige wenige Radar-Elemente begrenzt (typischerweise einige einzelne oder einige zehn pro Antennendrehung), für die es wegen der verminderten Zahl an zu verarbeitenden Daten (typischerweise eintausend Daten am Eingang des Signal-Prozessors) möglich ist, mit einem sehr begrenzten Hardware-Aufwand sogar eine hochkomplizierte Legik zu erstellen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun mehr im Detail beschrieben werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 1 werden Radar-Videosignale, die phasengleiche und um 90 Grad phasenverschobene, kohärente Signale sind, von einer Sende- und Empfangs- Einheit 2 an den Signal-Prozessor 3 abgegeben. Sie werden in der A/D-Wandler-Einheit 4 von der analogen Form in die digitale umgewandelt, und die digitalen Signale werden dann zur Unterdrückung unerwünschter Echos an das MTI-Filter 5 angelegt. Die digitalen Signale gelangen auch zum Speicherabschnitt 8, der sie speichert und für die weitere Verarbeitung verfügbar hält. Die Ausgangssignale des MTI-Filters 5 werden von einem Detektor 6 verarbeitet, um die Existenz eines Zieles festzustellen und die Information an eine Verwertungseinrichtung 7 weiterzugeben, bei der es sich um eine Rechen- und Speichereinheit handelt. Wie unten noch detaillierter ausgeführt wird, fordert die Verwertungseinrichtung 7 automatisch für jedes Ziel von Interesse zur weiteren, verfeinerten Verarbeitung die entsprechenden Video-Proben vom Speicherabschnitt 8 an, wo sie zuvor gespeichert wurden, und zwar über einen Zweirichtungs-Kanal 10, der zum Austausch von digitalen Informationen zwischen verschiedenen Untereinheiten innerhalb des Signal- Prozessors 3 benutzt wird. Vom Speicherabschnitt 8 werden die digitalen Video-Proben, die den festgestellten Zielen entsprechen, über den Kanal 10 zum Rechnerabschnitt 9 übertragen, wo die verfeinerte logische Verarbeitung zu verschiedenen Zwecken und unter Anwendung von Mitteln, die der Fachwelt auf dem Gebiet der Radarsignalverarbeitung wohlbekannt sind, durchgeführt wird. Schließlich gehen die aus den Radarechos extrahierten zusätzlichen Informationen vom Rechnerabschnitt 9 über den Kanal 10 zur Verwertungseinrichtung 7, wo sie mit den Basisinformationen über die entdeckten Ziele, darunter ihren Positionskoordinaten, verknüpft werden.
Die Fig. 2 zeigt mehr im Detail bestimmte Bereiche der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Da das Ausgangs-Videosignal eines modernen Radargerätes ein kohärentes Zwei-Kanal-Signal mit zwei Komponenten ist, einer gleichphasigen 51 und einer um 90 Grad phasenverschobenen 52, ist ein Paar von A/D-Wandlern 11 und 12 zur Umformung des Signals vom analogen in den digitalen Zustand erforderlich, und auch das MTI-Filter 5 ist zweikanalig ausgebildet.
Das MTI-Filter 5 kann jegliche aus der Literatur bekannte Ausführung haben, ohne die Substanz der Erfindung zu berühren.
Die beiden gleichphasigen und um 90 Grad phasenverschobenen Komponenten I und Q werden in einem Detektor 6 zusammengefaßt, der, ohne die Substanz der Erfindung zu berühren, linear oder quadratisch sein kann, und das Ergebnis dieser Zusammenfassung wird mit wohlbekannten technischen Mitteln (nicht dargestellt) über eine vorgegebene Anzahl von Proben integriert und, ebenfalls mit bekannten Mitteln, mit einem Schwellwert verglichen, der vorgegeben ist oder im Detektor selbst adaptiv berechnet wird.
Die Ausgaben des Detektors 6 sind die Panoramaanzeige (PPI) 57 und die Zielfeststellungsinformation 58. Die letztgenannte wird in der Verwertungseinrichtung 7 sowohl von der Zielkoordinatenberechnungslogik 14, welche in an sich bekannter Weise die Daten benachbarter Radar-Elemente korreliert und die Zielkoordinaten berechnet, als auch von der Abfragelogik 13 verarbeitet, welche mit bekannten Mitteln und in einem geeignetem Format die Anforderungen an den Speicherabschnitt 8 für eine weitere Verarbeitung der Radar-Video-Proben vorbereitet. Diese Anforderungen werden zu einem Speicher 16 mit wahlfreiem Zugriff über eine Kanal-Schnittstelle 15, den Kanal 10 und schließlich eine Kanal-Schnittstelle 17 übertragen, die die Anforderungen dekodiert und dem Speicher mit wahlfreiem Zugriff 16 die Adressen 60 derjenigen Daten unter den gespeicherten Informationen zuführt, die für die Radar-Video-Proben von Interesse sind. In der Praxis führt der Speicherabschnitt 8 zusammen mit der Abfragelogik 13 zu einer Verzögerung und zur Auswahl von Video-Daten von denjenigen Radar-Elementen, wo sich Ziele befinden. Die auf diese Weise ausgewählten Daten 61 werden vom Speicherabschnitt 8 über die Kanal- Schnittstelle 17, den Kanal 10 und eine Kanal-Schnittstelle 19 in den Speicher- und Rechnerabschnitt 18 des Rechnerabschnitts 9 übertragen, wo sie in bekannter Weise einer speziellen Verarbeitung zur Gewinnung weiterer Informationen über das Ziel unterworfen werden.
Eine solche verfeinerte Verarbeitung kann von verschiedener Art sein (Fourier-Transformation, Korrelation, statistische Berechnungen) und ist in der programmierten Logik der Speicher- und Rechnermittel im Speicher- und Rechnerabschnitt 18 resident. Diese Verarbeitung berührt nicht die Substanz der Erfindung. Jegliche weitere das Ziel betreffende Informationen, wie sie durch eine solche Verarbeitung erzeugt werden, gelangen über die Kanal-Schnittstelle 19, den Kanal 10 und die Kanal-Schnittstelle 15 zur Verwertungseinrichtung.
In der Verwertungseinrichtung 7 wird eine Spezialinformation 62 zusammen mit den Zielkoordinaten 59 für Zwecke genutzt, die den Fachleuten wohlbekannt sind.

Claims

1. Elektronischer Digitalsignal-Prozessor für ein Impuls-Doppler-Suchradar-System mit zwei parallel geschalteten Verarbeitungsketten, nämlich

a) einer ersten Kette, die mitlaufend alle Radar-Auflösungs-Elemente verarbeitet und in Kaskade geschaltet ein MTI-Filter (5) und einen Detektor (6) aufweist, und

b) einer zweiten Kette, die unabhängig nur einige auswählbare Elemente verarbeitet und einen Speicherabschnitt (8) zum Speichern aller Proben des am Eingang des Signalprozessors erscheinenden Radar-Videosignals und einen mit dem Speicherabschnitt in Kaskade geschalteten Rechnerabschnitt (9) zur speziellen Verarbeitung derjenigen Daten im Speicherabschnitt, die ausgewählt wurden, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der beiden Verarbeitungsketten (5, 6; 8, 9) an eine Verwertungseinrichtung (7) angeschlossen sind, die Rechner- und Speichereinrichtungen zur Kombination der aus der ersten Verarbeitungskette kommenden Information mit der aus der zweiten Verarbeitungskette kommenden Information aufweist, und daß die von der zweiten Verarbeitungskette verarbeiteten Radar-Elemente unter der Steuerung von Logik-Einrichtungen (13) der Rechner- und Speicher-Einrichtungen der Verwertungseinrichtung und auf der Grundlage der von der ersten Verarbeitungskette gelieferten Ziel- Anzeige adaptiv auswählbar sind.