DE3887748T2

DE3887748T2 - Anzeigegerät für bewegte Ziele.

Info

Publication number: DE3887748T2
Application number: DE3887748T
Authority: DE
Inventors: Jan Bergman; Willem Andries Hol
Original assignee: Thales Nederland BV
Current assignee: Thales Nederland BV
Priority date: 1988-01-04
Filing date: 1988-12-14
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2008-12-15
Also published as: NL8800002A; NO173299B; NO173299C; JP2554152B2; AU2696988A; NO885627L; EP0323662A1; EP0323662B1; DE3887748D1; US5049889A; NO885627D0; JPH026780A; AU614102B2; CA1320752C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Anzeigegerät für bewegte Ziele, versehen mit einer Doppler-Filterbank mit n Ausgangskanälen Ai, i = 0, . . . , n-1, mit n damit verbundenen Schwellenschaltkreisen, und Ermittlungs- und Aufzeichnungsmitteln zur Einstellung der Schwellenschaltkreise, verbunden mit jedem Ausgangskanal pro Azimutzelle auf Basis von empfangenen Echosignalen von den Ausgangskanälen der Doppler-Filterbank.
Ein solches System ist von FR-A 2.410.286 her bekannt. In diesem bekannten System werden die Schwellenwerte berechnet, indem die Echosignale eines Ausgabekanals mit den Echosignalen von zumindest einem anderen Ausgabekanal verglichen werden, zur Ermittlung von Störkomponenten und Unterdrückung der Störkomponenten im Output-Kanal, sowie zur Durchführung einer Näherungskorrelation, mittels Formung von Submatrizen symmetrisch zur Hauptdiagonale der Leistungsspektrummatrize in einem suboptimalen Detektionsverfahren, für Echtzeitbetrieb eingerichtet.
Dieses System hat den Nachteil, daß eine beachtliche Computerleistung verlangt wird. Das System gemäß der vorliegenden Erfindung hat diesen Nachteil nicht und ist dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Ermittlungs- und Aufzeichnungsmittel Speichermittel umfassen, welche Speichermittel zur Speicherung von k Clutter-Karten eingerichtet sind, wobei 2 ≤ k ≤ n, für die Aufzeichnung pro Azimutzelle von k clutter-repräsentierenden Parametern, und die Ermittlungsmittel zur kombinierten Verarbeitung der erwähnten k Parameter eingerichtet sind, zum Erhalt von n Schwellenwerten.
Die Anwendung einer Clutter-Karte wird in dem Buch "Introduction to Radar Systems, 2nd Edition, Merill I. Skollnik, Mc Graw-Hill, 1981" auf den Seiten 127 bis 129 beschrieben. In diesem beschriebenen System wird das Ausgangssignal des Filterkanals 0, d.i. der Filterkanal mit Doppler-Geschwindigkeiten annähernd 0 Hz, benutzt, zur Auswertung eines Parameters für die in einer Azimutzelle vorhandene Menge an Clutter. Dieser Wert wird anschließend in einem Speicher abgespeichert. Zum Erhalt eines Parameters für die Menge an Clutter in den übrigen Filterkanälen wird eine feste, funktionelle Relation zwischen der Menge an Clutter im Ausgangskanal 0 einerseits und der Menge an Clutter in den übrigen Kanälen andererseits angenommen. Mit anderen Worten: es wird eine Verteilung von Clutter über die verschiedenen Kanäle vorausgesetzt. Dies bedeutet, daß die Menge an Clutter in den Filterkanälen Ai (i = 1, 2, . . . , n-1) geschätzt wird. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß die Clutter-Unterdrückung nicht immer effektiv ist. Der Erfinder hat herausgefunden, daß sich dies auf die Tatsache zurückführen läßt, daß die Verteilung von Clutter über die verschiedenen Ausgangskanäle Ai von der Art von vorhandenem Clutter abhängig ist. Wenn das Radar unterschiedliche Gebiete bedeckt, treten im besonderen bei Rundsuchradars unterschiedliche Arten von Clutter auf, beispielsweise Land- und Seeclutter. Ebenfalls treten infolge wechselnder Wetterbedingungen unterschiedliche Arten von Clutter auf (Anaprop).
Da gemäß der Erfindung für k Filterkanäle Ai wobei k ≥ 2, die Menge an Clutter bestimmt wird, kann ein besseres Bild über die wechselnden, funktionellen Zusammenhänge bezüglich der Clutter-Mengenverteilung über die verschiedenen Ausgangskanäle erhalten werden. Zur Bestimmung der k Parameter bi, gehörend zu den betreffenden k Filterkanälen Ai kann eine Parallelschaltung von k an sich bekannten Clutter- Analyseeinheiten benutzt werden.
Eine spezielle Ausführungsform eines Anzeigegerätes für bewegte Ziele ist dadurch gekennzeichnet, daß k = n.
Da für jeden Filterkanal die Menge an Clutter pro Azimutzelle festgestellt wird, kann der zum Filterkanal gehörende Schwellenschaltkreis optimal eingestellt werden, ohne daß ein funktioneller Zusammenhang, mit dem die Clutter- Verteilung über die verschiedenen Filterkanäle angegeben wird, angenommen zu werden braucht.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Anzeigegerätes für bewegte Ziele gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel zur Ermittlung und Aufzeichnung der Parameter bi und bi+2 anhand der Ausgangssignale Ui und Ui+2 der Ausgangskanäle Ai und Ai+2 zur Ermittlung der Schwellenwerte Bi und Bi+2 anhand der zuletzt erwähnten Parameter bi und bi+2 sowie zur Ermittlung des Schwellenwertes Bi+1 anhand der Parameter bi und bi+2 mit Hilfe von Interpolation eingerichtet sind.
Mittels einer Interpolation kann die Speicherkapazität des Anzeigegerätes für bewegte Ziele begrenzt gehalten werden, so daß das Anzeigegerät für bewegte Ziele kostengünstig konstruiert werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß die Leistung bei einer sorgfältig gewählten Form der Interpolation nur geringfügig abnimmt.
Ein besonders effektives Anzeigegerät für bewegte Ziele kann in einem mit p unterschiedlichen PRFs arbeitenden Radargerät angewendet werden, wobei die erwähnten Mittel zur Ermittlung und Aufzeichnung der erwähnten Parameter pro Azimutzelle und pro PRF, und zur Einstellung der erwähnten Schwellenschaltkreise pro jeweilige Azimutzelle und PRF eingerichtet sind.
Mit Hilfe der vorstehend erwähnten Interpolationsmethoden kann jedoch die Anzahl Clutter-Karten reduziert werden. Die Kombination von "Staggering" einerseits und Interpolation andererseits ergibt ein kombiniertes Resultat zur besonders effektiven Clutter-Unterdrückung, während multiple-timearound-Echos unterdrückt werden können.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher ausgeführt, von denen
Fig. 1 eine erste mögliche Ausführungsform eines Anzeigegerätes für bewegte Ziele darstellt;
Fig. 2 eine Verteilung der Reichweite eines Radargerätes in Azimutzellen darstellt;
Fig. 3 eine erste Ausführungsform der Clutter-Analyseeinheit aus Fig. 1 darstellt;
Fig. 4 eine auf Basis von time-sharing arbeitende Ausführungsform der Logmodulus-Einheit und die Clutter-Analyseinheit aus Fig. 1 darstellt;
Fig. 5 eine wirtschaftlich vorteilhafte Ausführungsform eines Anzeigegerätes für bewegte Ziele gemäß der Erfindung darstellt.
In Fig. 1 ist unter Verweisungsziffer 1 eine Doppler- Filterbank mit sechzehn Ausgangskanälen Ai (i = 0, 1, . . . , 15) dargestellt (n = 16). Die Ausgangssignale der Filterbank 1 bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus Echosignalen eines Pulsdoppler-Rundsuchradars. Diese Echosignale wurden nach Empfang in eine ZF-Frequenz umgewandelt. Die Dopplerfrequenzen der in die ZF-Frequenz umgewandelten Echosignale werden mit Hilfe der Doppler- Filterbank 1 in Frequenz analysiert. In der Praxis ist es möglich, daß die Echosignale vor der Zuführung zum Doppler- Filter mit Hilfe eines A/D-Umsetzers digitalisiert werden, so daß für die Doppler-Filterbank eine 16-Punkte-FFT angewendet werden kann. Dies schließt jedoch die Anwendung eines analogen 16-Punkte-Doppler-Filters jedoch nicht aus. Filterkanal A&sub0; verkörpert ein Zero-Velocity-Filter. Die sechzehn Ausgangssignale Ui (i = 0, 1, . . . , 15) der Doppler- Filterbank werden über Leitungen 2.i (i = 0, 1, . . . , 15) den Logmodulus-Einheiten 3.i (i = 0, 1, . . . , 15) zugeführt. Ebenfalls können Einheiten 3.i implementiert werden, welche den Quadratmodulus oder den Modulus des Eingangssignals generieren. Fig. 2 stellt das vom Radar bedeckte Gebiet dar. Das Gebiet wurde in eine Anzahl Azimutzellen aufgeteilt; eine dieser Azimutzellen ist mit der Verweisungsziffer 4 gekennzeichnet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß die Impulswiederholungsfrequenz des Rundsuchradargerätes, in dem das Anzeigegerät für bewegte Ziele implementiert wurde, 400 Hz beträgt, während in 6 Sekunden eine ganze Umdrehung erfolgt. Das Radargerät generiert somit in einer Umdrehung 2400 Sendeimpulse. Die 16-Punkte- FFT-Sweeps werden mit gegenseitiger Überlappung von zwölf Radarsweeps ausgeführt, das heißt: zwei aufeinanderfolgende FFT-Sweeps bedecken einen Azimutwinkel, der mit dem von vier Sendeimpulsen bedeckten Azimutwinkel übereinstimmt. Eine Azimutzelle bedeckt jedoch 1,40 (eine Umdrehung erfaßt 256 Azimutzellen), so daß eine Azimutzelle zwei oder drei FFT-Sweeps umfaßt.
Für jede Azimutzelle wird mit Hilfe der Doppler-Filterbank 1 das Frequenzspektrum bestimmt. Die Ausgangssignale Ui' (i = 0, 1, . . . , 15) der der zu einer Azimutzelle gehörenden Logmodulus-Einheiten 3.i. (i = 0, . . . , 15) werden über die Leitungen 5.i und 6.i (i = 0, . . . , 15) einer Clutter- Analyseeinheit 7 zugeführt. Die Clutter-Analyseeinheit 7 bestimmt pro Zelle für jeden Ausgangskanal Ai einen Parameter bi =(i = 0, 1, . . . , 15), der die maximale Menge an Clutter repräsentiert.
Fig. 3 illustriert eine mögliche Ausführungsform einer Clutter-Analyseeinheit 7. Die Clutter-Analyseeinheit besteht aus sechzehn parallel-geschalteten und identischen Maximumdetektoren 8.i (i = 0, . . . , 15). Ein Maximumdetektor 8.i ist mit einem Komparator 9.i und einem Register 10.i versehen. Das Register 10.i wird am Anfang jeder Azimutzelle auf Null zurückgestellt. Das zu einer Azimutzelle gehörende Signal Ui' wird dem Komparator 9.i über die Leitung 6.i zugeführt. Dem Komparator 9.i wird ebenfalls über die Leitung 11.i der bereits im Register 10.i abgespeicherte Parameter bi zugeführt. Wenn Ui' ≥ bi schaltet der Komparator eine Schalteinheit 12.i in den Stand I, so daß bi mit dem Wert von Ui' überschrieben wird. Wenn Ui' < bi schaltet der Komparator 9.i die Schalteinheit 12.i in den Stand II, so daß der ursprüngliche Wert von bi aufs neue in das Register 10.i geschrieben wird. Auf vorstehend beschriebene Weise wird aus den aufeinanderfolgenden Signalen Ui, zu den aufeinanderfolgenden FFT-Sweeps einer Azimutzelle gehörend, den maximalen Wert von U'imax = bi selektiert. Die sechzehn Parameter bi werden für jede Azimutzelle über die Leitungen 13.i (i = 0, . . . , 15) einer Filtereinheit 14 zugeführt. Für die Filtereinheit können Medianwert-, Durchschnittswert, oder auch Maximalwert- (Modulus)-Filter angewendet werden. Als Durchschnittswert-- Filter kommen Linearfilter, wie Tiefpaßfilter, FIR-Filter oder Rekursivfilter in Betracht. Ein Maximalwertfilter bestimmt den Maximalwert einer Frequenzverteilung. In diesem Fall wird die Anwendung eines Tiefpaßfilters näher beschrieben. Die Tiefpaßeinheit 14 ist in dieser Konfiguration mit sechzehn parallel-geschalteten und identischen Tiefpaßfiltern 15.i (i = 0, . . . , 15) versehen. Die sechzehn Ausgangssignale der Tiefpaßeinheit 14 werden über die Leitungen 17.i (i = 0, . . ., 15) von Speicher 18 aufgenommen. Der Tiefpaßeinheit 14 wird über die Leitungen 16.i (i = 0, . . , 15) ebenfalls die bereits im Speicher 18 abgespeicherte Parameter bi einer Azimutzelle zugeführt. Der Transfer eines Tiefpaßfilters 15.i läßt sich folgendermaßen zum Ausdruck bringen:
biN = bio + γ (bi - bio), wobei 0 < γ < 1.
In dieser Formel ist bio der alte, während einer vorigen Umdrehung erhaltene und im Speicher abgespeicherte, über die Leitung 16.i zugeführte Parameter bi, wobei bi ein von der Clutter-Analyseeinheit 7 bestimmter und über die Leitung 13.i zugeführter Parameter einer Azimutzelle ist, und biN der über die Leitung 17.i zugeführte Parameter ist, mit dem der Parameter bio im Speicher überschrieben wird.
Es wird deutlich sein, daß auf Basis von Time-sharing die Clutter-Analyseeinheit und die Logmodulus-Einheit 3.i durch einen Komparator 9.i, Register 10.i und eine Logmodulus- Einheit 3.i ersetzt werden kann (siehe Fig. 4). Hierzu werden zwei Schaltmittel 20 und 21 implementiert, welche dafür sorgen, daß die Signale bi (0, . . . , 15) verarbeitet und abgegeben werden, indem sie nacheinander die Positionen bis 15 annehmen. Auf diese Weise wird für alle Zellen die Menge an Clutter aufgezeichnet. Gleichsam werden sechzehn Clutter-Karten der vom Radar bedeckten Umgebung aufgezeichnet: für jeden einzelnen Ausgangskanal des Doppler-Filters eine Clutter-Karte. Wenn das Rundsuchradar eine Azimutzelle der Umgebung bedeckt, werden die zugehörigen Parameter bio (im nachfolgenden mit bi angegeben) aus dem Speicher ausgelesen und über die Leitungen 22.i (i = 0, . . . , 15) einer Schwellenwerteinheit 23 zugeführt. Die Schwellenwerteinheit 23 generiert anhand eines jeden Parameters bi ein zugehöriges Signal Bi (i = 0, . . . , 15), mit dem das Schwellenniveau von sechzehn Schwellenschaltkreise 24.i (i = 0, . . , 15) über die Leitungen 25.i (i = 0, . . . , 15) eingestellt werden. Die Ausgangssignale Ui' der Logmodulus- Einheiten 3.i werden über die Leitungen 5.i (i = 0, . . . , 15) den Schwellenschaltkreisen 24.i zugeführt. Wenn die Ausgangssignale Ai einer Logmodulus-Einheit 3.i den zugehörigen Schwellen B übersteigen, wird dieses Signal über die zugehörigen Schwellenschaltkreise 24.i auf den Leitungen 26.i (i = 0, . . . , 15) zur weiteren Verarbeitung angeboten. Weil für jedes Ausgangssignal die betreffende Clutter-Karte im Speicher abgespeichert wird, wird eine optimale Clutter-Unterdrückung realisiert.
Eine in wirtschaftlicher Hinsicht besonders vorteilhaften Ausführungsform zeigt Fig. 5. Hierbei werden nur die acht Ausgangssignale Ui' der Logmodulus-Einheiten 3.i (i = 0, 2, 4, . . . , 14) der Clutter-Analyseeinheit 7 zugeführt. Im Speicher werden somit acht Clutter-Karten aufgezeichnet, gehörend zu den Ausgangskanälen der Logmodulus-Einheiten 3.i (i = 0, 2, 4, . . . , 14). Wenn das Radargerät eine Azimutzelle von Fig. 2 bedeckt, werden die acht zugehörigen Parameter b (i = 0, 2, 4, . . . , 14) über die Leitungen 22.i (i = 0, 2, 4, . . . , 14) der Schwellenwerteinheit 23 zugeführt. Die Schwellenwerteinheit 23 generiert acht Schwellenwertsignale Bi (i = 0, 2, . . . , 14) aus den Parametern bi (i = 0, 2, . . . , 14).
Die Schwellenwerte Bi (i = 1, 3, . . . , 15) werden mittels Interpolation erhalten. Hierzu ist die Schwellenwerteinheit 23 mit Mitteln zur Durchführung der nachfolgenden Berechnung versehen:
wobei i = 0, 2, . . . , 14, und wobei b&sub1;&sub6; = b&sub0;. Aus den mittels Interpolation erhaltenen Werten bi (i = 1, 3, . . . , 15) generiert die Schwellenwerteinheit 23 die Schwellenwertsignale Bi (i = 1, 3, . . . , 15), welche über die Leitungen 25.i (i = 1, 3, . . . , 15) den Schwellenschaltkreisen 24.i (i = 1, 3, . . . , 15) zugeführt werden.
Zur Taktsteuerung ist das Anzeigegerät für bewegte Ziele ist mit einem Schrittaktgenerator 27 zur Generierung der Taktsignale S versehen.
Es wird deutlich sein, daß gemäß der Erfindung ebenfalls andere Interpolationsmethoden angewendet werden können. Außerdem kann die Anzahl an Clutter-Karten weiterhin reduziert werden. Es hat sich herausgestellt, daß lediglich die Zusammenstellung von Clutter-Karten für die Ausgangskanäle Ai (i = 0, 2, 4, 8, 12, 14) eine äußerst effektive Clutter-Unterdrückung erzielt wird. Für die Ausganskanäle Ai (i = 6, 7, 9, 10) verwendet die Schwellenwerteinheit die zum Ausgangskanal A&sub8; gehörende Clutter-Karte, während für die übrigen Kanälen Ai (i = 1, 3, 5, 11, 13, 15) die vorstehend beschriebene Interpolation zwischen benachbarten Ausgangskanälen angewendet wird.
Wenn das mit dem im vorstehend beschriebenen Anzeigegerät für bewegte Ziele ausgerüstete Radargerät mit einer versetzten Impulsfolgefrequenz arbeitet (zwei oder mehr "staggered" PRFs), ist es möglich für die PRFs einen Satz Clutter-Karten aufzuzeichnen, wie vorstehend beschrieben. Bei der Anwendung von zwei "staggered" PRFs wird sich die Anzahl Clutter-Karten verdoppeln. Die Anwendung dieser versetzten Impulsfolgefrequenzen ist von Bedeutung für die Unterdrückung von multiple-time-around-Echos, da sie für die unterschiedlichen PRFs unterschiedliche Positionen einnehmen. Werden für die "Staggering" p unterschiedliche PRFs benutzt, wird die Anzahl Clutter-Karten um den Faktor p zunehmen.
Mit Hilfe der- vorstehend beschriebenen Interpolationsmethoden, läßt sich jedoch die Anzahl Clutter-Karten wiederum reduzieren. Die Kombination von "Staggering" einerseits und Interpolation andererseits ergibt, während der Unterdrückung von multiple-time-around-Echos, ein kombiniertes Resultat für eine besonders effektive Clutter- Unterdrückung.

Claims

1. Anzeigegerät für bewegte Ziele, versehen mit einer Doppler-Filterbank (1) mit n Ausgangskanälen Ai, i = 0, n-1, mit n damit verbundenen Schwellenschaltkreisen (24.i), und Ermittlungs- und Aufzeichnungsmitteln (7, 14, 18, 23) zur Einstellung der Schwellenschaltkreise (24.i), verbunden mit jedem Ausgangskanal pro Azimutzelle auf Basis von empfangenen Echosignalen von den Ausgangskanälen der Doppler-Filterbank (1), dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Ermittlungs- und Aufzeichnungsmittel Speichermittel (18) umfassen, welche Speichermittel zur Speicherung von k Clutter-Karten eingerichtet sind, wobei 2 ≤ k ≤ n, für die Aufzeichnung pro Azimutzelle von k clutterrepräsentierenden Parametern (bi), und die Ermittlungsmittel (23) zur kombinierten Verarbeitung der erwähnten k Parameter eingerichtet sind, zum Erhalt von n Schwellenwerten (25.i).

2. Anzeigegerät für bewegte Ziele gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß k = n.

3. Anzeigegerät für bewegte Ziele gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Ermittlungsmittel (23) zur Durchführung einer Interpolation von k Parametern (bi) eingerichtet sind, zum Erhalt von n Schwellenwerten (25.i).

4. Anzeigegerät für bewegte Ziele gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Ermittlungs- und Aufzeichnungsmittel (7, 14, 18, 23) zur Ermittlung und Aufzeichnung der Parameter bi und bi+2 eingerichtet sind, welche Parameter auf den Ausgangssignalen Ui und Ui+2 der Ausgangskanäle Ai und Ai+2 basieren, zum Erhalt der Schwellenwerte Bi und Bi+2, welche Schwellenwerte auf den erwähnten Parametern bi und bi+2 basieren, und zum Erhalt der Schwellenwerte Bi+&sub1; aus den Parametern bi und bi+&sub2; mit Hilfe von Interpolation.

5. Anzeigegerät für bewegte Ziele gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Ermittlungsmittel (23) eingerichtet sind zur Berechnung bi+&sub1;&sub1; i = 0, 2, . . . , n-2 gemäß der Methode

6. Anzeigegerät für bewegte Ziele gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Ermittlungs- und Aufzeichnungsmittel (7, 14, 18, 23) mit einer Filtereinheit (14) versehen sind, zur kombinierten Verarbeitung eines bereits in einem der Clutter-Karten (18) gespeicherten Parameters bi und eines neu ermittelten Ausganssignals Ui, zum Erhalt eines neuen Parameters bi, mit dem der alte Parameter bi überschrieben wird.

7. Ein Radargerät mit p unterschiedlichen PRFs, das das Anzeigegerät für bewegte Ziele gemäß einem der vorangehenden Ansprüche umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Ermittlungs- und Aufzeichnungsmittel zur Ermittlung und Aufzeichnung der erwähnten Parameter pro Azimutzelle und pro PRF sowie zur Einstellung der erwähnten Schwellenschaltkreise (24.i) pro angewendete Azimutzelle und PRF eingerichtet sind.

8. Ein Radargerät gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß k = p.n.

9. Ein Radargerät gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß 2 ≤ k ≤ p.n.