DE4143326A1

DE4143326A1 - RADAR TARGET IDENTIFICATION SYSTEM

Info

Publication number: DE4143326A1
Application number: DE4143326A
Authority: DE
Inventors: Adrian George Garrod
Original assignee: Roke Manor Research Ltd
Current assignee: Roke Manor Research Ltd
Priority date: 1990-09-18
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1993-03-18
Also published as: CH681661A5; LU88100A1; FR2681140A1; GB9020389D0; NL9201115A; GB2254747A

Abstract

Pulses are transmitted using orthogonal polarisations. In the receiver, there is provided a polarisation splitter operative to separate received echo signal returns into two signals having orthogonally related polarisation characteristics 6, 7. The amplitude and relative phase of the two signals are measured, computing means 9 responsive to the amplitude and relative phase of the two signals for each of two successive radar echo signal returns having orthogonally related characteristics being provided for computing co-polar nulls appertaining to a radar target. Storage means contain data appertaining to co-polar nulls for specified targets. Comparator means responsive to the stored data and to the computed co-polar nulls provide an output signal indicative of target identity when correspondence obtains between a stored and a computed co-polar null. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radar-Zielidentifizie rungssystem und insbesondere auf ein automatisch arbeitendes System zum Erkennen eines nicht kooperativen Zieles.The invention relates to radar target identification system and in particular to an automatic one System for recognizing a non-cooperative goal.

Nach der Erfindung ist ein Radar-Zielidentifizierungssystem mit einem Radarsender zum Aussenden aufeinanderfolgender Ra darsignale mit orthogonalen Polarisationseigenschaften und einem Radarempfänger, der auf von einem zu identifizierenden Ziel zurückkommende Echosignale reagiert, dadurch gekenn zeichnet, daß der Empfänger folgendes enthält: einen Polari sationsteiler, der zurückkommende Echosignale in zwei Signale mit orthogonalen Polarisationseigenschaften trennt, eine Meß vorrichtung zum Messen der Amplitude und der relativen Phase der zwei Signale, eine Recheneinrichtung, die abhängig von der Amplitude und der relativen Phase der zwei Signale für jedes von zwei aufeinanderfolgenden zurückkehrenden Radar echosignalen mit orthogonalen Polarisationseigenschaften co- polare Nullstellen berechnet, die zu einer Radar-Zielspei chereinheit gehören, in der Daten bezüglich co-polarer Null stellen für spezifizierte Ziele gespeichert sind, und eine Komparatoreinrichtung, die abhängig von den gespeicherten Daten in der Speichereinheit und von den berechneten co-pola ren Nullstellen ein Ausgangssignal liefert, das eine Ziel identität anzeigt, wenn eine gespeicherte co-polare Nullstel le einer berechneten co-polaren Nullstelle entspricht.According to the invention is a radar target identification system with a radar transmitter for transmitting consecutive Ra dar signals with orthogonal polarization properties and a radar receiver that is to be identified by one Echo signals returning from the target respond, identified indicates that the receiver contains: a polar station divider, the returning echo signals into two signals separates with orthogonal polarization properties, a measurement device for measuring the amplitude and the relative phase of the two signals, a computing device that depends on the amplitude and relative phase of the two signals for each of two successive returning radar echo signals with orthogonal polarization properties co- Polar zeros are calculated that lead to a radar target unit belong in the data regarding co-polar zero locations for specified destinations are saved, and a Comparator device depending on the stored Data in the storage unit and from the calculated co-pola ren zeros provides an output signal that a target Identity indicates when a saved co-polar zero le corresponds to a calculated co-polar zero.

Die co-polaren Nullstellen von aufeinanderfolgenden Paaren orthogonal miteinander in Beziehung stehender ausgesendeter Radarimpulse können gemessen und aufsummiert werden, wodurch eine mittlere co-polare Nullstellenidentität für das Ziel für den Vergleich in der Komparatoreinrichtung mit den gespei cherten Daten erzeugt wird.The co-polar zeros of successive pairs emitted orthogonally related Radar pulses can be measured and summed up a medium co-polar zero identity for the target for the comparison in the comparator device with the stored saved data is generated.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnah me auf die Zeichnung erläutert.An embodiment of the invention will now be referred to me explained on the drawing.

Fig. 1 ein allgemein schematisches Blockschaltbild eines Radarsystems zur Zielidentifizierung, Fig. 1 is a general schematic block diagram of a radar system for target identification,

Fig. 2 ein Diagramm einer Polarisationsellipse und Fig. 2 is a diagram of a polarization ellipse and

Fig. 3 ein Diagramm einer Poincare-Kugel. Fig. 3 is a diagram of a Poincare ball.

Das in Fig. 1 dargestellte Radarsystem zur Zielerkennung un ter Ausnutzung von Polarisationseigenschaften enthält einen Sender 1, der einen mit einer Antenne 3 gekoppelten Polarisa tionsschalter speist.The radar system shown in Fig. 1 for target detection un ter exploiting polarization properties contains a transmitter 1 , which feeds a polarization switch coupled to an antenna 3 .

Beim Betrieb des Systems wird der Polarisationsschalter so betätigt, daß Radarimpulse von der Antenne 3 ausgesendet wer den, die relativ zueinander orthogonal polarisiert sind. Von einem Ziel zurückkommende Echosignale, die identifiziert wer den sollen, werden von einer zweiten Antenne 4 empfangen und einem Polarisationsteiler 5 zugeführt, der an den zwei Lei tungen 6 und 7 voneinander getrennte Ausgangssignale mit or thogonal zueinander verlaufenden Charakteristiken erzeugt. Die Signale an den Leitungen 6 und 7 werden in eine Meßvor richtung 8 eingegeben, die dazu dient, die Amplitude und die relative Phase der an den Leitungen empfangenen Signale zu messen. Daten bezüglich der Amplitude und der Phase der or thogonal miteinander in Beziehung stehenden Komponenten des zurückkommenden Echosignals werden auf diese Weise für jedes zurückkehrende Echosignal erzeugt. Daten für zwei zurückkom mende Echosignale, die auf orthogonal miteinander in Bezie hung stehende gesendete Impulse zurückzuführen sind, werden von der Meßvorrichtung 8 in einen Computer 9 eingegeben, der die Streumatrix dazu benutzt, die co-polaren Nullstellen für aufeinanderfolgende, orthogonal polarisierte Aussendungen zu berechnen. Daten, die zu den berechneten co-polaren Nullstel len für ein bestimmtes Ziel gehören, werden in eine Kompara tor- und Speichereinheit 10 eingegeben, in der die empfange nen Daten, die zu einem Ziel gehören, mit gespeicherten Refe renzdaten verglichen werden, die zu einer Anzahl unterschied licher Ziele gehören. Wenn zwischen den gespeicherten Daten und den gemessenen Daten Korrespondenz erhalten wird, wird ein Ausgangssignal an einer Leitung 11 erzeugt, damit ein Ergebnis erhalten wird, das an einer Sichtanzeigeeinheit 12 wiedergegeben wird.When operating the system, the polarization switch is actuated so that radar pulses are emitted by the antenna 3 , which are polarized orthogonally relative to one another. Echo signals returning from a target, which are to be identified, are received by a second antenna 4 and fed to a polarization splitter 5 , which generates lines at the two lines 6 and 7 which are separate output signals with orthogonal characteristics. The signals on the lines 6 and 7 are entered in a Meßvor direction 8 , which serves to measure the amplitude and the relative phase of the signals received on the lines. Data regarding the amplitude and phase of the orthogonally related components of the returning echo signal is thus generated for each returning echo signal. Data for two returning echo signals, which can be attributed to transmitted pulses that are orthogonally related, are input by the measuring device 8 into a computer 9 which uses the scattering matrix to calculate the co-polar zeros for successive, orthogonally polarized transmissions . Data associated with the computed co-polar zeros for a particular destination are input to a comparator and storage unit 10 in which the received data associated with a destination are compared with stored reference data which are belong to a number of different goals. If correspondence is obtained between the stored data and the measured data, an output signal is generated on a line 11 in order to obtain a result which is displayed on a display unit 12 .

Es sei bemerkt, daß die Echosignale von aufeinanderfolgenden Paaren orthogonal miteinander in Beziehung stehender ausge sendeter Impulse zur Erzeugung einer gemittelten Streumatrix aufsummiert werden können, woraus dann ein gemitteltes Paar co-polarer Nullstellensignale berechnet werden kann und somit ein Vergleich in der Komparator- und Speichereinheit 10 zwi schen einem gemittelten co-polaren Nullstellensignal und den gespeicherten Daten für die Zwecke der Zielidentifizierung durchgeführt werden kann.It should be noted that the echo signals from successive pairs of orthogonally interrelated emitted pulses can be summed up to produce an averaged scatter matrix, from which an averaged pair of co-polar zero-point signals can then be calculated and thus a comparison in the comparator and memory unit 10 between a mean co-polar zero signal and the stored data can be performed for the purpose of target identification.

Das hier beschriebene System der Zielidentifizierung eignet sich für die Anwendung bei Radargeräten, die die Fähigkeit haben, die Ziel-Streumatrix zu messen. Es sei bemerkt, daß die co-polaren Nullstellen die Polarisationen sind, die zu einer empfangenen Polarisation führen, die orthogonal zur ausgesendeten Polarisation verläuft, d. h. daß die Verwendung einer der co-polaren Nullpolarisationen eines Ziels zum Sen den und zum Empfangen zu einem Null-Ausgangssignal führt. Es gibt zwei co-polare Nullpolarisationen, die allgemein ver schieden voneinander sind. Die co-polaren Nullstellen können in einfacher Weise aus der Streumatrix berechnet werden, wie es dem Fachmann bekannt ist, und sie enthalten neben dem Ge samtamplitudenfaktor die gleiche Information.The target identification system described here is suitable is for use with radars that have the ability have to measure the target scatter matrix. It should be noted that the co-polar zeros are the polarizations belonging to a received polarization that is orthogonal to the emitted polarization, d. H. that use one of the co-polar zero polarizations of a target to Sen which leads to a zero output signal for reception. It are two co-polar zero polarizations that ver are different from each other. The co-polar zeros can can be calculated in a simple manner from the scattering matrix, such as it is known to those skilled in the art, and they contain in addition to the Ge total amplitude factor the same information.

Der Vergleich der Ziele wird unter Verwendung des Abstandes zwischen co-polaren Nullstellen auf der Poincare-Kugel durch geführt, wie noch erläutert wird. Die übliche Methode zur Beschreibung der Polarisation ist die elektrische Darstellung gemäß Fig. 2, bei der in einer Polarisationsellipse die ver tikale Achse die vertikale Polarisation repräsentiert, wäh rend die horizontale Achse die horizontale Polarisation re präsentiert. Diese Ellipse wird von der Spitze eines elektri schen Feldvektors beschrieben, der in der Ausbreitungsrich tung verläuft. Der Polarisationszustand kann auf diese Weise unter Verwendung des Orientierungswinkels Φ und des Ellipti zitätswinkels T beschrieben werden. Vereinbarungsgemäß reprä sentiert ein positiver Wert von T eine rechts verlaufende Polarisation. Alternative Darstellungen machen von einem Spaltenvektor orthogonaler Komponenten, typischerweise hori zontal und vertikal Gebrauch, d. h.:The comparison of the targets is carried out using the distance between co-polar zeros on the Poincare sphere, as will be explained. The common method for describing the polarization is the electrical diagram of FIG. 2, represented in a polarization ellipse in the ver Tikale axis vertical polarization, currency rend the horizontal axis represents horizontal polarization re presented. This ellipse is described by the tip of an electric field vector's that runs in the direction of propagation. The state of polarization can be described in this way using the orientation angle Φ and the ellipticity angle T. By convention, a positive value of T represents a right-handed polarization. Alternative representations make use of a column vector of orthogonal components, typically horizontally and vertically, ie:

Die Streumatrix repräsentiert die Wirkung eines Ziels auf die ausgesendete Polarisation.The scatter matrix represents the effect of a target on the transmitted polarization.

Wenn das ausgesendete Signal T die Form (1) hat, dann ist das empfangene Signal R in der Form (1) gegeben durch If the transmitted signal T has the form ( 1 ), then the received signal R in the form ( 1 ) is given by

R = S TR = S T

Die S_HV- und S_VH-Komponenten von S sind wegen der Reziprozi tät gleich. Eine Berechnung von S kann durch Messen von R für zwei orthogonale T-Signale und durch Lösen der Gruppe von Gleichungen zum Auffinden von Komponenten von S durchgeführt werden.The S _HV and S _VH components of S are the same because of their reciprocity. A calculation of S can be done by measuring R for two orthogonal T signals and solving the set of equations to find components of S.

Co-polare Nullstellen sind Polarisationen, bei den R orthgo nal zu T liegt. Sobald S bekannt ist, können co-polare Null stellen sehr einfach berechnet werden.Co-polar zeros are polarizations, with the R orthgo nal to T. Once S is known, it can be co-polar zero make it very easy to calculate.

Fig. 3 zeigt wie der Polarisationszustand eines Signals durch einen Punkt P auf der Poincare-Kugel unter Verwendung der Winkel Φ und T dargestellt werden kann. Fig. 3 shows how the polarization state of a signal can be represented by a point P on the Poincare sphere using the angles Φ and T.

Es wird nun Fig. 3 mit den folgenden unterschiedlichen Typen von Zielbeispielen betrachtet.It is now Fig. 3 as viewed with the following different types of target examples.

Referenzwerte werden als vier Werte Φ und τ für die zwei co- polaren Nullstellen gespeichert. Wenn das Ziel eine Kugel ist und das Senden abwechselnd horizontal und vertikal erfolgt, wird horizontal und vertikal empfangen.Reference values are given as four values Φ and τ for the two co- polar zeros saved. If the target is a ball and the transmission takes place alternately horizontally and vertically, is received horizontally and vertically.

Für ein horizontales Senden ist das horizontale Empfangen =1 und vertikal =0 (bei ignorierten Amplitudeneffekten). Für ein vertikales Senden ist horizontales Empfangen =0 und ver tikal =1. Diese vier Messungen ermöglichen die Berechnung einer Streumatrix und somit der co-polaren Nullstellen. Co- polare Nullstellen werden unter Verwendung der Winkelabstände zwischen Punkten auf der Poincare-Kugel verglichen, was durch direkte sphärische geometrische Berechnungen erfolgt. Der Abstand zwischen gemessenen Nullstellen und Kugelnullstellen beträgt 0°+0°. Der gemessene Abstand und die Zweiflächen- Nullstellen betragen 90°+90°. Der gemessene Abstand und Draht-Nullstellen betragen 90°+90°. Die engste Übereinstim mung ist daher eine Kugel. For horizontal transmission, horizontal reception = 1 and vertical = 0 (with ignored amplitude effects). For vertical transmission is horizontal reception = 0 and ver tical = 1. These four measurements allow the calculation a scattering matrix and thus the co-polar zeros. Co- Polar zeros are calculated using the angular distances compared between points on the Poincare sphere, what by direct spherical geometric calculations are carried out. The Distance between measured zeros and spherical zeros is 0 ° + 0 °. The measured distance and the two-surface Zeros are 90 ° + 90 °. The measured distance and Wire zeros are 90 ° + 90 °. The closest match Mung is therefore a sphere.

Die oben beschriebene Anordnung kann in vielfältiger Weise innerhalb des Rahmens der Erfindung modifiziert werden. Für die Meß-, Rechen- oder Polarisierungsvorrichtungen können die zweckmäßigsten Typen verwendet werden, wie für den Fachmann offensichtlich ist.The arrangement described above can be done in many ways be modified within the scope of the invention. For the measuring, computing or polarizing devices can most appropriate types are used, as for the expert is obvious.

Claims

1. Radar target identification system with a radar transmitter for transmitting successive radar signals with orthogonal polarization properties and a radar receiver that responds to returning from a target to be identified Echosigna le, characterized in that the receiver contains the following: a polarization divider, the returning echo signals in two signals separates with orthogonal polarization properties, a measuring device for measuring the amplitude and the relative phase of the two signals, a computing device which, depending on the amplitude and the relative phase of the two signals for each of two successive radar echo signals with orthogonal polarization properties, co calculates polar zeros belonging to a radar target storage unit in which data relating to co-polar zeros for specified targets are stored, and a comparator device which is dependent on the stored ones th data in the memory unit and from the calculated co-polar zeros provides an output signal that indicates a target identity when a stored co-polar zero corresponds to a calculated co-polar zero.

2. Radar target identification system according to claim 1, characterized characterized in that facilities are provided with whose Help the co-polar zeros of consecutive pairs emitted orthogonally related Radar pulses are measured and summed so that a mean More co-polar zero identity for the target for the ver immediately with the stored data in the comparator tion is generated.

3. Radar target identification system according to claim 1 or 2, characterized by a display unit designed in this way is that it is a visible indication of the target identity off supply signals.