DE3933437A1

DE3933437A1 - Radar installation range and orientation determination - uses processors to determine range and orientation in conjunction with data reduction equipment to simplify final processing

Info

Publication number: DE3933437A1
Application number: DE19893933437
Authority: DE
Inventors: Frank-Lutz Dittmann
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1991-04-18
Also published as: DE3933437C2

Abstract

A radar scanner (11), is connected to a signal processor (23) and decision-controller (25). A sensor (11) includes periodic transmitter (12) connected to transmitter/receiver antennae (13) via switch (14). Distance/range measuring circuit (17), evaluation circuit (31) and circuits (28, 32) are provided. In particular, a band of switches (28) receive range values (20) dependent upon the orientation angle (19) of the target. Preferably the ranges (20) are allocated to different range zones (30). A circuit (32) averages the range/angle data (27) when objects at equal range are detected in neighbouring angle zones. USE/ADVANTAGE - Radar installation reduces data handling requirement of signal processing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückstrahlortungsanlage der im Oberbe griff des Hauptanspruches angegebenen Art.The invention relates to a retroreflective system in the Oberbe handle of the main claim specified Art.

Eine solche Anlage dient der Vermessung von Objekten nach Entfernung und Richtung in bezug auf die Sende-Empfangs-Antenne für Schwingungs energie, die grundsätzlich einen beliebigen Frequenzbereich im elek tromagnetischen Strahlungsspektrum aufweisen kann, also beispielsweise durch Wasserschallenergie (EP-OS 02 47 375), durch Hochfrequenz energie (EP-OS 01 87 397) oder durch Strahlungsenergie in oder neben dem optisch sichtbaren Spektralband (GB-PS 20 29 664) gegeben ist. Zur Entfernungsmessung aufgrund der Echolaufzeit kann die abgesandte Energie im Dauerstrich-Betrieb frequenzmoduliert (PCT-WO 83/02 830) sein, oder es werden impulsförmige Schwingungspakete ausgesandt und empfangen (EP-OS 01 87 397). Die richtungsabhängige Entfernungs messung kann beispielsweise dazu dienen, den Verlauf einer Reflek tions-Front relativ zur Sende-Empfangsantenne bzw. die Verteilung von im Ortungsgebiet angeordneten reflektierenden Objekten (US-PS 46 11 772; GB-PS 12 70 729) zu detektieren, oder ein einmal auf gefaßtes Zielobjekt anzusteuern und zu verfolgen (US-PS 30 64 924); wobei die Orientierung der Antennen-Charakteristik nicht mit der Bewegungsebene der Ortungsanlage oder des damit aufzufassenden reflek tierenden Objektes übereinstimmen muß. Die Anlage kann aber auch stationär angeordnet sein, um die Kontur von an ihr (beispielsweise auf einem Fließband) vorbeigeführten Objekten zu erfassen und nach Maßgabe der Front-Geometrie beispielsweise Handhabungsautomaten zur Entnahme und lagerichtigen Übergabe der Objekte anzusteuern; bzw. um eine Klassifikation eines sich an eine Abwehrmine oder ein sonstiges Raumüberwachungssystem annähernden Objektes (GB-OS 21 74 482) durchzu führen.Such a system is used to measure objects by distance and direction with respect to the transceiver antenna for vibration energy that basically has any frequency range in the elec can have tromagnetic radiation spectrum, for example by water sound energy (EP-OS 02 47 375), by high frequency energy (EP-OS 01 87 397) or by radiation energy in or next to the optically visible spectral band (GB-PS 20 29 664) is given. For the distance measurement based on the echo runtime, the sent Frequency modulated energy in continuous wave mode (PCT-WO 83/02 830) be, or pulse-shaped vibration packets are sent out and receive (EP-OS 01 87 397). The directional distance Measurement can be used, for example, to determine the course of a reflect tion front relative to the transceiver antenna or the distribution reflective objects (US-PS 46 11 772; GB-PS 12 70 729) to detect, or one time to control and track the target object (US Pat. No. 3,064,924); the orientation of the antenna characteristics does not match the Plane of movement of the location system or the reflec to be understood with it ting object must match. The system can also be stationary be arranged around the contour of it (for example on a Conveyor belt) to capture objects passed and according to requirements the front geometry, for example, automatic handling machines for removal and to control the correct handover of the objects; or by one Classification of a defense mine or another Room surveillance system approximate object (GB-OS 21 74 482) to lead.

In sämtlichen Realisierungs- und Einsatzfällen einer solchen Rück strahlortungsanlage ist die Wiederholfrequenz der über die Antenne abgestrahlten Sendesignale der für die Ortungsaufgabe erforderlichen Winkelauflösung im größten Entfernungsbereich des Ortungsgebietes anzupassen, damit zum Beispiel ein in großer Entfernung erfaßtes Objekt hinreichend oft für die zur Konturenanalyse gewünschte Auf lösung abgetastet wird. Aufgrund der Strahlengeometrie wird ein Objekt in geringerem Abstand von der Antenne entsprechend häufiger abgetastet, und insbesondere auch häufiger, als für die erforderliche Auflösung notwendig wäre. Da die bei der Abtastung des Objektes anfallenden Ortungsinformationen (Entfernungsmeßwerte über dem Or tungswinkel) in einem Signalprozessor weiterverarbeitet werden, muß dieser desto häufiger Eingangsinformationen aufnehmen, je geringer die Entfernung zwischen der Antenne und dem rückstrahlenden Objekt ist. Die Arbeitsgeschwindigkeit eines Signalprozessors ist aber begrenzt und dessen Kapazität wird auch für andere signalverarbei tungstechnische Aufgaben (wie etwa Fourier- oder Korrelationsanaly sen) benötigt. Für solche anderen Aufgaben steht der Prozessor aber desto seltener zur Verfügung, je häufiger er Entfernungsinformationen übernehmen und verarbeiten muß, die (bei geringer Entfernung) dichter gestaffelt sind als für die angestrebte Objekt-Auflösung eigentlich erforderlich wäre.In all implementation and deployment cases of such a re Beam location system is the repetition frequency of the antenna radiated transmission signals of the necessary for the location task Angular resolution in the largest distance range of the location area to adapt, for example, to a long distance Object sufficiently often for the opening desired for the contour analysis solution is scanned. Because of the beam geometry, a Object closer to the antenna is correspondingly more common scanned, and in particular also more frequently than for the required Resolution would be necessary. Because that when scanning the object accruing location information (distance measurements above the Or angle) are further processed in a signal processor, the less frequently the latter has to take in input information the distance between the antenna and the retroreflective object is. However, the working speed of a signal processor is limited and its capacity is also used for other signal processing engineering tasks (such as Fourier or correlation analysis sen) needed. The processor stands for such other tasks the less available, the more frequent it is distance information must take over and process, which (at short distance) denser are actually staggered than for the desired object resolution would be required.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Ortungsanlage gattungsgemäßer Art die durch gewonnene Entfernungsinformationen bedingte Beanspruchung des Signal prozessors zu reduzieren.The invention is based on the knowledge of these circumstances the basis for a location system of the generic type Distance information obtained causes stress on the signal processor to reduce.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß in der Signalverarbeitungsschaltung einer Rückstrahl-Ortungsan lage gattungsgemäßer Art die Maßnahmen gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 getroffen werden.According to the invention, this object is essentially achieved by that in the signal processing circuit of a retroreflection locator position of the generic type, the measures according to the labeling part of claim 1 are taken.

Nach dieser Lösung werden bei geringeren Entfernungen zwischen der Ortungsanlage und dem reflektierenden Objekt weniger individuelle Empfangssignale an den Signalprozessor zur Weiterverarbeitung durch geschaltet als tatsächlich von der Antenne aufgenommen werden, womit die an sich mit sich verringernder Entfernung steigende Winkelauflö sung etwa konstant gehalten und vor allem die Beanspruchung des Signalprozessors in guter Näherung entfernungsunabhängig wird. Dabei können von der mit sich verringernder Entfernung größeren Anzahl anfallender Empfangssignale entsprechend mehr ausgetastet, also weniger zum Signalprozessor durchgelassen werden; zweckmäßigerweise erfolgt aber eine solche Datenreduktion ohne Informationsverlust dadurch, daß über eine Anzahl winkelmäßig gegeneinander versetzt auftretender Empfangssignale jeweils ein Mittelwert gebildet wird, so daß nur die geringere Anzahl gleichartiger Mittelungen über jeweils mehrere Entfernungsmeßwerte an den Signalprozessor zu übergeben ist.According to this solution, the distance between the Location system and the reflective object less individual Receive signals to the signal processor for further processing switched as actually picked up by the antenna, with what the angular resolution increasing with decreasing distance solution kept constant and above all the stress on the Signal processor becomes a good approximation independent of distance. Here can of the larger number with decreasing distance accruing received signals correspondingly more blanked out, ie be less let through to the signal processor; expediently however, such data reduction takes place without loss of information in that angularly offset from one another over a number received signals occurring are each averaged, so that only the smaller number of similar averages over each to transfer several distance measured values to the signal processor is.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfas sung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das wesentliche stark abstrahiert und nicht maß stabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im vereinfachten einpoligen Blockschaltbild eine Rückstrahl-Ortungs anlage mit entfernungsabhängig reduzierter Ausgabe von Abstandsinfor mationen.Additional alternatives and further training as well as further features and advantages of the invention result from the further claims and, also taking into account the explanations in the summary solution, from the description below one in the drawing below Restricted to the essential, highly abstract and not measured preferred implementation example for the solution according to the invention. The only figure in the drawing shows In the simplified single-pole block diagram, a retroreflection locator System with distance-dependent reduced output of distance information mations.

Eine Rückstrahlortungsanlage 11 weist im wesentlichen einen periodisch arbeitenden Sender 12, eine Sende- und Empfangsantenne 13 für Ab strahlung und Aufnahme von Ortungsenergie, eine Sende-Empfangs-Wei che 14, einen Empfänger 15 zur Verstärkung und Vorverarbeitung der Empfangssignale 16 und eine Entfernungs-Meßschaltung 17 auf. Letztere wird aus dem Sender 12 nach Maßgabe der Periodizität der Sendesignale 18 gesteuert, um über die Echolaufzeit der Sendesignale 18 (mittels einer Laufzeit- oder einer Frequenz-Auswertung) in der momentanen Ortungsrichtung 19 die Entfernung 20 zum reflektierenden Ziel-Objekt 21 zu bestimmen, die beispielsweise als Zahlenwert 20 (19) ausgegeben wird. Wenn das Objekt 21 sich relativ zur Rückstrahlor tungsanlage 11, also zu ihrer Antenne 13, mit einer tangentialen Bahnkomponente bewegt - weil das Objekt 21 beispielsweise auf einem Fließband (nicht gezeichnet) unter der Antenne 13 entlangbewegt wird; oder weil infolge einer Verschwenkbewegung der Antenne 13 die Ortungsrichtung 19 verändert wird -, dann liefert die Folge der Meßergebnisse über die Entfernung 20 (19) den Profil-Verlauf der der Antenne 13 zugewandten Objekt-Front 22 (wie in der Zeichnung symbolisch ausgangsseitig hinter der Meßschaltung 17 veranschau licht). Diese Meßwerte über die Entfernungen 20 (19) werden in ihrer periodischen Folge in einen Signalprozessor 23 übernommen, um dort weiterverarbeitet zu werden, insbesondere hinsichtlich einer näheren Analyse objektspezifischer Signalinhalte zur Zielidentifikation. A retroreflection system 11 essentially has a periodically operating transmitter 12 , a transmitting and receiving antenna 13 for radiation and recording of location energy, a transmitting-receiving Wei surface 14 , a receiver 15 for amplifying and preprocessing the received signals 16 and a distance measuring circuit 17 on. The latter is controlled from the transmitter 12 in accordance with the periodicity of the transmission signals 18 in order to determine the distance 20 to the reflecting target object 21 in the current location direction 19 via the echo running time of the transmission signals 18 (by means of a transit time or frequency evaluation). which is output for example as a numerical value 20 ( 19 ). If the object 21 moves relative to the Rückstrahlor processing system 11 , ie to its antenna 13 , with a tangential path component - because the object 21 is moved for example on a conveyor belt (not shown) under the antenna 13 ; or because the locating direction 19 is changed as a result of a pivoting movement of the antenna 13 - then the sequence of measurement results over the distance 20 ( 19 ) provides the profile profile of the object front 22 facing the antenna 13 (as symbolically in the drawing on the output side behind the Measuring circuit 17 illustrative light). These measured values over the distances 20 ( 19 ) are transferred in their periodic sequence to a signal processor 23 in order to be further processed there, in particular with regard to a closer analysis of object-specific signal contents for target identification.

Die so aufbereitete Detektionsinformation 24 speist schließlich eine Entscheidungs- oder Steuerschaltung 25, beispielsweise zur Auslösung eines Zündsignales für die militärische Bekämpfung des Objektes 21 oder zum Betrieb eines Manipulators für die Handhabung des Objektes 21.The detection information 24 thus prepared finally feeds a decision or control circuit 25 , for example for triggering an ignition signal for the military combat of the object 21 or for operating a manipulator for handling the object 21 .

Problematisch hinsichtlich der Auslegung der Arbeitsgeschwindigkeit des Signalprozessors 23 ist, daß eine reflektierendes Objekt 21 in geringerer Entfernung 20 in sehr viel höherfrequenter Folge Em pfangssignale 16 liefert, als in größerer Entfernung 20′. Denn wenn die richtungsmäßige Auflösung (also die Anzahl der individuellen Ortungsrichtungen 19, mit denen das entferntere Objekt 21 in seiner Tangentialausdehnung gerade noch erfaßt wird) für eine bestimmte Anzahl von Reflektionen längs seiner Front 22 ausgelegt wird, dann ergibt sich aus der Strahlengeometrie (wie aus der Zeichnung ersicht lich), daß das in geringerer Entfernung 20 stehende gleiche Objekt 21 sehr viel öfter erfaßt wird als für die geometrische Auflösung der Front 22 eigentlich erforderlich. Bei geringerer Entfernung 20 wird der Signalprozessor 23 also viel öfter für die Aufnahme und Verarbeitung von Entfernungsinformationen 20 (19) beansprucht, und dementsprechend steht weniger Rechenzeit für die Verarbeitung sonstiger Signale 26 (beispielsweise für Fourier- oder Korrelations analysen) zur Verfügung.The problem with regard to the design of the operating speed of the signal processor 23 is that a reflecting object 21 at a short distance 20 delivers signals in a much higher frequency sequence 16 than at a greater distance 20 '. Because if the directional resolution (i.e. the number of individual location directions 19 with which the distant object 21 is just still detected in its tangential extent) is designed for a certain number of reflections along its front 22 , then the radiation geometry (as from the drawing ersicht Lich) that the same object 21 standing at a shorter distance 20 is detected much more often than is actually necessary for the geometric resolution of the front 22 . At a shorter distance 20 , the signal processor 23 is thus used much more often for the recording and processing of distance information 20 ( 19 ), and accordingly less computing time is available for processing other signals 26 (for example for Fourier or correlation analyzes).

Um diese unnötig hohe Beanspruchung des Signalprozessors 23 bei geringen Entfernungen 20 möglichst zu vermeiden, ist nun vorgesehen, in Abhängigkeit von der Entfernung 20 eine Datenreduktion durchzu führen, aus der eine annähernd konstante Auflösung unabhängig von der momentanen Entfernung 20 resultiert. Hierfür wird die Anzahl der aus der Entfernungs-Meßschaltung 17 auf den Signalprozessor 23 durchgeschalteten Eingabeinformationen 27 - gesteuert aus der Meß schaltung 17 - mit sich verringernder Entfernung 20 reduziert. Das läßt sich im Prinzip einfach dadurch realisieren, daß eine periodisch geschlossene Schaltstrecke 28 desto weniger Durchlaßintervalle auf weist, je geringer die Entfernung 20 (19) ist. Daraus resultiert, daß aus geringerer Entfernung 20 ebensoviele Empfangssignale 16 als Eingangsinformationen 17 in den Signalprozessor 23 übergeben werden, wie aus größerer Reflektor-Entfernung 20′ resultierende Empfangssignale 16. Der Signalprozessor 23 ist dann also unabhängig von der Momentanentfernung der auszuwertenden Objekt-Front 22 stets gleichförmig (und optimal hinsichtlich der Auflösungs-Anforderungen) ausgelastet.In order to avoid this unnecessarily high stress on the signal processor 23 at short distances 20 as far as possible, provision is now made to carry out a data reduction depending on the distance 20 , from which an approximately constant resolution results regardless of the current distance 20 . For this purpose, the number of input information 27 switched through from the distance measuring circuit 17 to the signal processor 23 - controlled from the measuring circuit 17 - is reduced with a decreasing distance 20 . In principle, this can be achieved simply by the fact that a periodically closed switching path 28 has fewer pass intervals, the shorter the distance 20 ( 19 ). As a result, as many received signals 16 as input information 17 are transferred to the signal processor 23 from a shorter distance 20 than received signals 16 resulting from a greater reflector distance 20 . The signal processor 23 is then always uniform (and optimal with regard to the resolution requirements) regardless of the instantaneous distance of the object front 22 to be evaluated.

Schaltungstechnisch besonders einfach ist diese Maßnahme realisier bar, wenn keine kontinuierliche Steuerung des Durchlaß-Tastverhält nisses der Schaltstrecke 28 in Abhängigkeit von der Entfernung 20-20′ vorgenommen wird; sondern wenn das Ortungsgebiet 29 diesbezüglich diskontinuierlich durch Definition vorgegebener Entfernungsbereiche 30 definiert wird. Dann kann über eine Schwellenauswertung 31 eine individuelle Ansteuerung einzelner hinsichtlich ihres Tastverhal tens vorgegebener Schaltstrecken 28 durchgeführt werden, und in den einzelnen Entfernungsbereichen 30 tritt nur eine geringe Schwan kung der Ortsauslösung der reflektierenden Objekt-Front 22 auf.In terms of circuitry, this measure is particularly simple to implement if no continuous control of the forward duty cycle of the switching path 28 is made as a function of the distance 20-20 ' ; but if the location area 29 is defined discontinuously in this regard by defining predetermined distance ranges 30 . Then, a threshold control 31 can be used to individually control individual switching distances 28 that are predetermined with regard to their tactile behavior, and only a slight fluctuation in the local triggering of the reflecting object front 22 occurs in the individual distance ranges 30 .

Allerdings stellt es einen Informationsverlust dar, mittels der Rückstrahlortungsanlage 11 aufgenommene Echo-Empfangssignale 16 von der interessierenden Objekt-Front 22 im Interesse konstanter Auflösung und damit im Interesse einer Entlastung des Signalpro zessors 23 zu unterdrücken. Gemäß einer Weiterbildung der erfindungs gemäßen Lösung ist deshalb vorgesehen, den einzelnen Schaltstrecken 28 und damit den einzelnen Entfernungsbereichen 30 Mittelwertbildner 32 nachzuschalten. Diese liefern eine Eingangsinformation 27 an den Signalprozessor 23, welcher einen Mittelwert aus desto mehr aufeinan derfolgenden Informationen über die Entfernung 20 (19) darstellt, je geringer die Entfernung 20 ist. Infolge dieser Mittelung über mehrere Entfernungs-Meßwerte 20 (19) wird also die gesamte in den Empfangssignalen 16 ohnehin vorhandene Information verwertet, ohne die Periodizität der Eingabeinformation 27 mit der Verringerung der Objekt-Entfernung wesentlich ansteigen zu lassen.However, it represents a loss of information to suppress received echo received signals 16 from the object front 22 of interest in the interest of constant resolution and thus in the interest of relieving the signal processor 23 by means of the retroreflection system 11 . According to a development of the solution according to the invention, provision is therefore made for the averaging circuit 32 to be connected downstream of the individual switching paths 28 and thus the individual distance ranges 30 . These provide input information 27 to the signal processor 23 , which represents an average of the more information about the distance 20 ( 19 ) that follows one another, the smaller the distance 20 . As a result of this averaging over a plurality of distance measured values 20 ( 19 ), the entire information already present in the received signals 16 is used without causing the periodicity of the input information 27 to increase significantly with the reduction in the object distance.

Claims

1. retroreflection system ( 11 ) for determining the distance ( 20 ) to reflecting objects ( 21 ) with tangential movement component relative to the location system ( 11 ), characterized by we at least one switching path ( 28 ) for distance-dependent switching of the number of over a location angle ( Location directions 19 ) obtained distance values ( 20 ).

2. Location system according to claim 1, characterized by different union ranges ( 30 ) associated switching distances ( 28 ).

3. Location system according to claim 1 or 2, characterized by the switching paths ( 28 ) assigned to averager ( 32 ) for outputting distance information ( 27 ) which is averaged from the more angularly adjacent distance values ( 20 ), the smaller the object distance ( 20 ) is.