DE4235072C2

DE4235072C2 - Radar device with synthetic aperture based on rotating antennas

Info

Publication number: DE4235072C2
Application number: DE4235072A
Authority: DE
Inventors: Horst Prof Dipl In Kaltschmidt; Helmut Dipl Ing Dr Klausing
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1992-10-17
Filing date: 1992-10-17
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2012-10-18
Also published as: DE4235072A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Radargerät gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruches 1.The invention relates to a radar device according to the preamble of the patent saying 1.

Ein solches Radargerät mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen (ROSAR) ist aus der DE-PS 39 22 086 bekannt. Die Sende- und Empfangsantennen sind an den Enden eines rotierenden Armes, z. B. eines Hubschrauberrotors oder einem Drehkreuz oberhalb der Rotorachse angeordnet. Das Radarverfahren mit synthetischer Apertur beruht auf der Auswertung der Dopplerinformation für jeden einzelnen Punkt am Boden innerhalb der realen Antennenkeule und setzt daher eine Relativbewegung der Antenne und ein gepulstes kohärentes Radargerät voraus. Die Relativbewegung der Antenne wird bei einem ROSAR-Gerät durch die Rotationsbewegung der Antenne gegenüber dem zu detektierenden Objekt erzeugt. Das Empfangssignal wird Puls für Puls mit einem aus der Beleuchtungsgeometrie abgeleiteten Satz von Referenzfunktionen kreuzkorreliert, wobei für jedes Entfernungsintervall eine eigene Referenzfunktion erzeugt werden muß.Such a radar device with a synthetic aperture based on rotating antennas (ROSAR) is known from DE-PS 39 22 086. The transmit and receive antennas are at the ends of a rotating arm, e.g. B. a helicopter rotor or one The turnstile is located above the rotor axis. The radar method with synthetic Aperture is based on the evaluation of the Doppler information for each individual point on the ground inside the real antenna lobe and therefore sets a relative movement ahead of the antenna and a pulsed coherent radar. The relative movement of the In the case of a ROSAR device, the antenna is rotated by the antenna generated with respect to the object to be detected. The received signal becomes pulse for Pulse with a set of reference functions derived from the lighting geometry cross-correlated, with a separate reference function for each distance interval must be generated.

Bei diesen Referenzfunktionen wird zunächst angenommen, daß die Höhe der Antenne über Grund und die Drehgeschwindigkeit der Antenne während der relevanten Meßzeit konstant sind. Nun ist es jedoch eine Tatsache, daß Hubschrauberrotorblätter oder allgemein rotierende Arme, wie das Drehkreuz oberhalb der Rotorachse, durch ihre Flexibilität stets einen Höhenschlag aufweisen und durch Verformungen während der Umdrehung auch an den Blattspitzen keine konstante Drehgeschwindigkeit über eine volle Umdrehung herrscht. Aus diesem Grunde ist in der erwähnten DE-PS 39 22 086 vorgesehen, für die Antenne in deren Bereich einen Kinematiksensor zum Bestimmen der Höhen- und Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Tragarmes vorzusehen und aus den Ausgangssignalen dieses Kinematiksensors die Referenzfunktion entsprechend zu korrigieren, indem die in den Referenzfunktionen als Konstanten aufgenommenen Größen Höhe und Winkelgeschwindigkeit dann als Variable eingeführt werden. Als Kinematiksensoren werden Beschleunigungssensoren verwendet, wobei die Drehge schwindigkeitsschwankungen durch eine einfache Integration der Signale des Beschleunigungssensors dividiert durch die Rotorblattlänge erfaßt werden. Dabei wird die unkorrigierte Referenzfunktion aus einem weit entfernten Punktziel mit dem Winkel α = 0° berechnet.With these reference functions it is initially assumed that the height of the antenna about the ground and the rotational speed of the antenna during the relevant measurement time are constant. Now it is a fact that helicopter rotor blades or generally rotating arms, like the turnstile above the rotor axis, through their Flexibility always have a surge and due to deformation during the Rotation even at the blade tips no constant speed of rotation over a full rotation prevails. For this reason is in the mentioned DE-PS 39 22 086th provided for the antenna in its area to determine a kinematic sensor the height and rotational speed fluctuations of the support arm and the reference function accordingly from the output signals of this kinematics sensor to correct them by taking them as constants in the reference functions Sizes height and angular velocity can then be introduced as a variable. When Kinematic sensors, acceleration sensors are used, with the rotary speed fluctuations by simply integrating the signals of the Acceleration sensor divided by the rotor blade length can be detected. Doing so the uncorrected reference function from a distant point target with the angle α = 0 ° calculated.

Wird nun, wie in der DE-PS 39 22 086 beschrieben, das entsprechend bearbeitete Empfangssignal mit einer einzigen korrigierten Referenzfunktion S_Rk korreliert, so werden die korrelierten Ergebnisfunktionen für Punktziele außerhalb des Winkels α = 0° nicht mehr die volle Amplitude wie das Referenzsignal unter dem Drehwinkel α = 0° erreichen. Das Maximum der Ergebnisfunktionen wird zudem verschmiert oder kann gar aus dem Signalrauschen nicht mehr separiert werden. Damit wären aber Punktziele weit ab vom Drehwinkel α = 0° nicht mehr erfaßbar.If, as described in DE-PS 39 22 086, the correspondingly processed received signal is correlated with a single corrected reference function S _Rk , the correlated result functions for point targets outside the angle α = 0 ° are no longer the full amplitude as the reference signal below reach the angle of rotation α = 0 °. The maximum of the result functions is also smeared or can no longer be separated from the signal noise. But point targets far from the angle of rotation α = 0 ° would no longer be detectable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Radargerät der in Rede stehenden Art einen Weg aufzuzeigen, bei dem auch Ziele weit außerhalb eines Referenzzieles in der Drehlage α = 0° sicher erfaßt werden können.The invention has for its object in a radar device in question Way to show a way in which goals far outside of a reference goal in the rotational position α = 0 ° can be reliably detected.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Radargerät mit den Patentansprüchen 1 angegebenen Merkmale gelöst, Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a radar device with the Features specified claims solved, advantageous Further training is the subject of the subclaims.

Der Gedanke der Erfindung besteht nun darin, den Auffaßbereich des Radargerätes in einzelne Sektoren aufzuteilen und für jeden dieser Sektoren eine korrigierte Referenzfunktion festzulegen. Die Breite der Sektoren wird durch Vermessen von Punktzielen zunächst mit Hilfe einer einzigen, für den gesamten Auffaßbereich des Radargerätes gültigen korrigierten Referenzfunktion vorgenommen. Fällt die Maximalamplitude eines seitwärts von dem Referenzziel im Drehwinkel α = 0° gelegenen Punktzieles unter einen bestimmten Prozentsatz der Amplitude beim Referenzziel bzw. überschreitet die Signalbreite dieses Maximums einen bestimmten Prozentsatz der entsprechenden Breite des Referenzmaximums, so wird für einen weiteren Sektor eine neue Referenzfunktion ermittelt. Üblicherweise wird es bei einem ROSAR-Gerät mit an den Enden eines rotierenden Armes befestigten Antennen ausreichend sein, bei einem Auffaßbereich des Radargerätes von 180° sechs Sektoren mit einem Sektorwinkel von jeweils 30° vorzusehen.The idea of the invention now consists in the detection area of the radar device in split individual sectors and corrected for each of these sectors Define reference function. The width of the sectors is measured by Point aiming first with the help of a single, for the entire area of the Radar device corrected reference function made. Does that fall Maximum amplitude of a sideways from the reference target in the angle of rotation α = 0 ° point target below a certain percentage of the amplitude at Reference target or the signal width of this maximum exceeds a certain one Percentage of the corresponding width of the reference maximum, for one another sector determined a new reference function. Usually it is with one ROSAR device with antennas attached to the ends of a rotating arm be sufficient with a detection range of the radar device of 180 ° six sectors to be provided with a sector angle of 30 ° each.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:The invention is explained in more detail in an exemplary embodiment with reference to the drawing. In this represent:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines ROSAR-Gerätes gemäß der Erfindung; Figure 1 is a schematic block diagram of a ROSAR device according to the invention.

Fig. 2 eine Sektordarstellung des Auffaßbereiches des ROSAR-Gerätes zur Erläuterung der Korrektur der Referenzfunktionen. Fig. 2 is a sector representation of the detection area of the ROSAR device to explain the correction of the reference functions.

In Fig. 1 ist 1 eine Sendeantenne, 2 ein Schalter, 3 ein Senderoszillator mit Senderver stärkern und 4 ein Taktgeber. Die vom Sendeoszillator 3 generierten Sendeimpulse werden taktgesteuert durch Öffnen und Schließen des Schalters 2 über die Sendeantenne 1 abgestrahlt.In Fig. 1, 1 is a transmitting antenna, 2 is a switch, 3 is a transmitter oscillator with Senderver and 4 is a clock. The transmission pulses generated by the transmission oscillator 3 are emitted in a clock-controlled manner by opening and closing the switch 2 via the transmission antenna 1 .

Die Sendeimpulse werden an Objekten rückgestreut und von einer Sendeantenne 7 als Empfangssignale empfangen. Das Empfangssignal wird als Zwischenfrequenzsignal einem Quadraturdemodulator 8 zugeführt und durch Quadraturmischung verarbeitet. Die Komponenten dieses bearbeiteten Signales werden in einem Analog-Digital-Wandler 9 analog/digital gewandelt, in einem Speicher 10 abgelegt und einem Korrelator 11 zugeführt. In dem Korrelator werden Empfangssignale aus sämtlichen Entfernungsin tervallen mit Referenzfunktionen kreuzkorreliert, die in einem Speicher 12 abgelegt sind. Die Referenzfunktionen werden in einem Prozessor 13 für sämtliche Entfernungsinter valle bestimmt.The transmission pulses are backscattered on objects and received by a transmission antenna 7 as reception signals. The received signal is fed as an intermediate frequency signal to a quadrature demodulator 8 and processed by quadrature mixing. The components of this processed signal are converted to analog / digital in an analog-digital converter 9 , stored in a memory 10 and fed to a correlator 11 . In the correlator, received signals from all distance intervals are cross-correlated with reference functions which are stored in a memory 12 . The reference functions are determined in a processor 13 for all distance intervals.

In Fig. 1 ist ferner mit 14 ein Kinematiksensor, z. B. ein Beschleunigungssensor verwendet, mit dem Drehgeschwindigkeitsschwankungen, d. h. Abweichungen von der idealen Kreisfrequenz am Ort der Antenne, gemessen werden. Die Ausgangssignale dieses Sensors werden einer Korrekturberechnungsschaltung 15 zugeführt, die für einzelne Sektoren S_e1 bis S_e7 Korrekturterme berechnet, die dem Prozessor 13 für die Referenzfunktionen zugeführt werden. Wie diese Korrekturen ermittelt werden, wird anhand der Fig. 2 dargestellt.In Fig. 1, 14 is a kinematic sensor, for. B. uses an acceleration sensor with which fluctuations in rotational speed, ie deviations from the ideal angular frequency at the location of the antenna, are measured. The output signals of this sensor are fed to a correction calculation circuit 15 which calculates correction terms for individual sectors S _e1 to S _e7 which are fed to the processor 13 for the reference functions. How these corrections are determined is shown in FIG. 2.

Dort ist schematisch der gesamte Auffaßbereich eines durch einen kleinen Kreis im Zentrum angedeuteten ROSAR-Gerätes dargestellt, in diesem Falle ein Auffaßbereich von etwa 210°. Direkt in der mittleren Symmetrielinie des Auffaßbereiches ist ein Referenzpunktziel 21 gelegen, das, wie oben geschildert, vermessen wird, wobei zur Korrektur der Referenzfunktionen aufgrund variabler Drehgeschwindigkeit des Rotors lediglich ein Korrekturwert verwendet wird, der sich durch eine Integration über eine volle Umdrehung ergibt. Die mit dem Radargerät erfaßte Ergebnisfunktion E ist schematisch neben dem Referenzpunktziel 21 dargestellt. Diese Korrelationsfunktion weist ein prägnantes Maximum mit einer Referenzamplitude AR und einer relativ geringen Referenzbreite B_R auf. Anschließend wird dieses oder ein anderes Punktziel in eine andere Lage gebracht und ebenfalls mit dieser korrigierten Referenzfunktion vermessen. Sobald das Maximum der Amplitude der neuen Ergebnisfunktion unter einen bestimmten Prozentsatz, von z. B. 75% der Referenzamplitude fällt, bzw. wenn die Breite der neuen Amplitude einen bestimmten Prozentwert, z. B. 125% der Referenzbreite B_R überschreitet, so wird für den nachfolgenden Drehwinkelbereich eine neuerliche Korrektur der Referenzfunktionen vorgenommen. Diese Korrektur erfolgt so, daß ein Punktziel, z. B. ein weiteres in Fig. 2 mit 22 dargestelltes Punktziel in der Winkelhal bierenden eines Sektors, in diesem Falle des Sektors S_e6 bei der Vermessung zu einer ebenso scharfen Ergebnisfunktion wie die Referenzfunktion E führt. In diesem Falle ist der Auffaßbereich des Radargerätes in sieben Sektoren zu je 30° eingeteilt.The entire detection area of a ROSAR device, indicated by a small circle in the center, is shown schematically there, in this case a detection area of approximately 210 °. A reference point target 21 is located directly in the middle line of symmetry of the detection area, which, as described above, is measured, wherein only a correction value is used to correct the reference functions due to the variable speed of rotation of the rotor, which results from integration over a full revolution. The result function E detected with the radar device is shown schematically next to the reference point target 21 . This correlation function has a striking maximum with a reference amplitude AR and a relatively small reference width B _R. Then this or another point target is brought into a different position and also measured with this corrected reference function. Once the maximum of the amplitude of the new result function is below a certain percentage, e.g. B. 75% of the reference amplitude falls, or if the width of the new amplitude a certain percentage, z. B. exceeds 125% of the reference width B _R , a new correction of the reference functions is carried out for the subsequent angle range. This correction is made so that a point target, e.g. B. another point target shown in FIG. 2 with 22 in the Winkelhal-end of a sector, in this case the sector S _e6 during the measurement leads to an equally sharp result function as the reference function E. In this case, the detection area of the radar device is divided into seven sectors, each at 30 °.

Die am Radargerät eintreffenden Empfangssignale werden anschließend sektorweise mit den drehwinkelspezifischen Referenzfunktionen korreliert, so daß ebenfalls sektorspezifische Ergebnisfunktionen entstehen.The received signals arriving at the radar device are then included in sectors correlates the rotation angle-specific reference functions, so that also sector-specific result functions arise.

Claims

1. Radar device with a synthetic aperture, with at least one transmitting and receiving antenna (ROSAR) arranged on a rotating arm for transmitting successive transmission pulses and for receiving the backscattered transmission pulses as received signals, with devices for correlating the received signals with predetermined reference functions and with a kinematic sensor on rotating arm for determining the rotational speed fluctuations of the arm in the area of the antenna, the output signal of the kinematic sensor being used to correct the reference functions, characterized in that the detection area of the radar device is divided into individual sectors (Se1 to Se7) and a corrected reference function is established for each sector and the width of the sectors is carried out by measuring point targets ( 21 , 22 ) with the aid of a single corrected reference function valid for the entire detection range of the radar, the width of the sectors (Se1 b is Se7) from the measurement of several point targets ( 21 , 22 ) with the criterion that compared to a reference amplitude (AR) in the range of the maximum of a correlated reference result function (E) the amplitude of the correlated result function for a point target ( 22 ) Do not fall below the percent threshold or the width of the result function in the area of the maximum must not exceed a certain threshold.

2. Radar device according to claim 1, characterized in that then if the amplitude of the correlated result function for a point target below 75% of the reference amplitude drops, at this point the limit for one new sector is determined.

3. Radar device according to claim 1 or 2, characterized in that then if the width of the result function for a point target is 125% of Width of the reference function (E) exceeds in the range of the maximum, the limit for a new sector is set.