DE69105719T2 - Radargerät. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Radargeräte.
• Herkömmliche moderne Radaranzeigen verwenden im allgemeinen eine Kathodenstrahlröhre mit einem rechteckigen Abtastbereich, um Bilder der Radarsignale, Entfernungsmarkierungen und grafische Informationen darzustellen. Wenn eine hohe Auflösung erforderlich ist, wird mit einem 1000-Zeilen-Raster abgetastet. Benachbarte Bildpunkte entlang einer Zeile des rechteckigen Rasters haben über das gesamte Bildfeld den gleichen gegenseitigen Abstand, so daß die kartesische Auflösung überall die gleiche ist, die Winkelpeilungsauflösung wird jedoch zum Bereich des Radarursprungs (also dem das Radargerät tragenden Schiff) zunehmend geringer. In vielen Anwendungsfällen, beispielsweise beim Navigieren eines Schiffes in offenen Gewässern, ist dies in einiger Entfernung von dem Radarursprung zufrie-denstellend. Es gibt jedoch Fälle, bei denen eine größere Peilungsauflösung bei geringen Entfernungen -benötigt wird, beispielsweise beim Navigieren in Flüssen, Kanälen, Flußmündungen und beim Anlegen . Ein herkömmliches rechteckiges Raster-Radargerät kann die hier gewünschte Peilungsauflösung nicht bereitstellen.
• Es wurde, beispielsweise in der Druckschrift GB-A-877 436, vorgeschlagen, eine spiralförmig abgetastete Anzeige zu verwenden, mit dem Vorteil, daß die Trennung zwischen benachbarten Bildpunkten im Bereich der Anzeigenmitte, also im Nahbereich des die Radarvorrichtung tragenden Schiffes geringer ist als an den Rändern der Anzeige, weil diese alle den gleichen Winkel einschließen. Eine solche Anzeige sollte eine bessere Auflösung in dem wichtigsten Bereich aufweisen. In der Praxis wiesen jedoch diese spiralförmig abgetasteten Anzeigen nicht die gewünschte Auflösung auf, weil sehr hohe Prozessorgeschwindigkeiten notwendig sind, um die Daten zu verarbeiten. Beispielsweise benötigt man bei einer Linienrotationsfrequenz von 36 kHz bei 2048 Bit Bildschirmdaten während einer Rotation eine Speicherlesefrequenz von 73 MHz. Die Behandlung von Daten ist bei dieser Frequenz sehr schwierig und verhindert den Einsatz dieser Technik bei kommerziellen Anwendungen.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Radargerät mit einer spiral- oder ringförmig abgetasteten Anzeige bereitzustellen, bei welchem die Daten nicht mit derart hohen Geschwindigkeiten verarbeitet werden müssen.
• Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist deren Gegenstand ein Radargerät mit einer Anzeige, einem Speicher zur Speicherung von Information über Entfernung und Peilung aus Radarsignalen und einer Ablenkschaltung, welche die Anzeige winkelrotierend in aufeinanderfolgenden Abtastdurchgängen bei verschiedenen radialen Entfernungen abtastet, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät eine Lesevorrichtung zum Auslesen von Information bezüglich alternierender Bildpunkte aus dem Speicher aufweist und alternierenden Peilungsbildpunkten eines Abtastdurchgangs alternierende Bildpunkte des nächsten Durchgangs zwischengeschaltet werden.
• Auf diese Weise kann die für die Datenbehandlung notwendige Zeit, verglichen mit herkömmlichen Geräten, halbiert werden.
• Die Ablenkschaltung tastet die Anzeige vorzugsweise spiralförmig ab. Die Ablenkschaltung kann zwei Ablenkspulen umfassen sowie einen an jede Spule angeschlossenen Kondensator und eine Schaltung, welche zwei phasenquadrierte sinusförmige Signale den entsprechenden Spulen zuführt, wobei die Spulen in Resonanz sind. Das Gerät liest vorzugsweise Information in Form von aus mehreren Bit bestehenden Worten aus dem Speicher aus, wobei jedes Bit zwei Peilungsbildpunkten entspricht. Das Gerät kann eine Schaltung zur Auslöschung einer Hälfte jedes von dem Speicher ausgelesenen Bits aufweisen. Diese Schaltung kann einen Digital-Analog-Konverter aufweisen.
• Der Speicher ist vorzugsweise in zwei Hälften aufgeteilt und das Gerät gibt die Radarsignale bezüglich alternierender Bildpunkte zu den beiden verschiedenen Hälften des Speichers; die Vorrichtung liest den Inhalt einer Hälfte des Speichers während jedes Abtastdurchgangs und den Inhalt der anderen Hälfte während des nachfolgenden Abtastdurchgangs aus. Der Speicher kann nach Entfernung und Peilung angeordnete Speicherstellen aufweisen.
• Das Gerät kann eine Schaltung umfassen, welche Radarsignale zurückweist, die ein Radarziel in einem Bildpunkt indizieren, wenn in einem benachbarten Bildpunkt nicht ebenfalls die Anwesenheit eines Radarziels indiziert wird. Die Schaltung kann einen Komparator und eine Verzögerungsschaltung aufweisen, welche die Radarsignale mit einer einem Bildpunkt entsprechenden Verzögerung beaufschlagt, wobei der Komparator die Radarsignale direkt und über die Verzögerungsschaltung empfängt und diejenigen direkten Signale verwirft, welche nicht mit den verzögerten Signalen übereinstimmen. Die Schaltung, welche die Radarsignale verwirft, befindet sich vorzugsweise am Eingang des Speichers und nur Signale, welche nicht verworfen wurden, werden an den Speicher weitergeleitet.
• Das Gerät erhöht vorzugsweise die Helligkeit der Anzeige mit zunehmendem radialen Abstand vom Abtastzentrum, wodurch eine im wesentlichen gleiche Helligkeit der Radarziele über die gesamte Anzeige gewährleistet wird.
• Ein Radargerät gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben, welche zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung des Geräts;
• Fig. 2 eine Darstellung der Anzeige des Geräts;
• Fig. 3 das in dem Gerät verwendete Ablenksignal;
• Fig. 4 Signale zur Erzeugung der Anzeige;
• Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Teils des Geräts; und
• Fig. 6 die Übergabe von Grafikdaten auf den Bildschirm.
• Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß das Gerät eine geschlitzte, spannungsgespeiste Arrayantenne 1 aufweist, welche azimutal mit 30 Umdrehungen pro Minute rotiert. Die Anzeige der Radarsignale erfolgt auf dem Bildschirm 2 einer Kathodenstrahlröhre 3, welche spiralförmig mithilfe einer Ablenkschaltung 4 abgetastet wird, wie es in Figur 2 dargestellt ist.
• Die Ablenkschaltung 4 umfaßt eine Prozessorkontrolleinheit 5, welche Daten über die Umdrehungsgeschwindigkeit der Antenne 1 empfängt und ein Linienrotations- Synchronisationssignal in Form eines Rechtecksignals von 36 kHz erzeugt und auf die Leitung 6 gibt, welches mit der Antennenrotation synchronisiert ist. Dieses Signal wird einem Modulator 7 zugeführt, zusammen mit Signalen eines Rampengenerators 8, welcher ein Rahmensynchronisationssignal von der Kontrolleinheit 5 erhält. Die Rampe ist so geformt, daß die Linearität der Abtastung auf der Anzeige optimiert wird. In dem Modulator 7 wird das Rampensignal von dem Linienrotations- Synchronisationssignal abgehackt, was ein amplitudenmoduliertes Pulsfolgensignal mit einer linear ansteigenden Amplitude der in Figur 3 gezeigten Art ergibt. Die Periode FR jeder Gruppe aus modulierten Pulsen ist die Rahmendurchgangsperiode (typischerweise 17 ms) und die Trennung FL zwischen benachbarten Gruppen von Pulsen ist die Rücklauf-Periode. Das modulierte Signal wird einem Tiefpaßfilter 9 zugeführt, welcher die Harmonischen der rechteckförmigen Zerhackerfrequenz entfernt. Der Ausgang des Filters 9 wird über eine Schaltung 10 unmittelbar einem X-Ablenkverstärker 11 und einem Y-Ablenkverstärker 12 über einen 90º- Phasenschieber 13 zugeführt. Die Verstärker 11 und 12 erzeugen phasenquadrierte sinusförmige Signale, welche entsprechenden Resonanzkreisen zugeführt werden, die Kondensatoren 21 bzw. 22 und Y- bzw. X- Ablenkspulen 32 und 31 der Kathodenstrahlröhre 3 umfassen. Die Tatsache, daß die Spulen 31 und 32 in Resonanz sind, vermindert die benötigte Treiberspannung und führt zu einer verbesserten Filterung der Durchgangswellenform. An die Y-Ablenkspule 32 (vertikal) ist eine Konstantstromquelle 33 angeschlossen, welche in Serie mit einer Drossel 34 geschaltet ist, so daß sie bei der Leitungsrotationsfrequenz einen hohen Widerstand aufweist und den Ablenkverstärker 12 von der Konstantstromquelle isoliert. Die Quelle 33 wird zur Einstellung des Offset der Mitte C des Abtastdurchgangs auf dem Schirm 2 verwendet. Der Schirm 2 der Kathodenstrahlröhre 3 ist rechteckig, wobei seine längeren Seiten vertikal angeordnet sind, das heißt parallel zur Fahrtrichtung des Schiffes (Hochformat). Wenn das Schiff vorwärts fährt, ist die Mitte des Abtastdurchgangs C, welche der Position des Schiffes entspricht, vorzugsweise unterhalb der Mitte des Schirms angeordnet, um das nach vorn gerichtete Sichtfeld möglichst groß zu halten.
• Signale von der Antenne 1 werden über eine Signalverarbeitungsschaltung 40 der Kathodenstrahlröhre 3 zugeführt. Ein Transceiver 42 erzeugt die übertragenen Radarpulse für die Antenne und liefert elektrische Videosignale entsprechend den empfangenen Radarsignalen zu einem Videodigitalisierer 43. Der Digitalisierer 43 wird von einem variablen Frequenzgenerator 44 gesteuert und führt Ausgangssignale einem Sampler 45 zu. Der Sampler 45 gibt auf die Leitung 46 Ausgangssignale, welche Informationen bezüglich der Entfernung R und der azimutalen Peilung Φ sämtlicher Radarsignale oberhalb eines Grenzwertes enthalten. Die Signale auf der Leitung 46 sind 16-Bit-Worte, wobei diese Bits einzelne aus 2048 Azimutbits und 512 Entfernungsbits identifizieren und darüberhinaus identifizieren, ob diese bestimmte Entfernungs- und Azimutposition einem radarreflektierenden Objekt zugeordnet werden kann, ob also die entsprechende Position auf der Radaranzeige dargestellt werden soll oder nicht. Jedes der Worte auf der Leitung 46 entspricht daher 16 Bildpunkten der Anzeige.
• Die Signale auf der Leitung 46 werden dem Eingang eines Speichers 50 zugeführt, der in zwei Hälften 51 und 52 aufgeteilt ist. Worte auf der Leitung 46 mit alternierenden Azimutbits werden verschiedenen Hälften 51 bzw. 52 des Speichers zugeführt, und zwar wird das erste Wort der ersten Hälfte 51, das zweite Wort der zweiten Hälfte 52 zugeführt und das dritte Wort wiederum der ersten Hälfte 51 usw.. Die Speicherstellen in dem Speicher 50 sind nach Entfernung R und Azimutpeilung Φ angeordnet, so daß sie unmittelbar auf die Eingangsworte bezogen sind, wodurch die orthogonalen X-Y-Koordinaten nicht konvertiert werden müssen, wie es bei herkömmlichen rechteckigen Raster-Radaranordnungen der Fall ist. Jede Hälfte 51 und 52 des Speichers 50 enthält Information über alternierende Bildpunkte, um jeden der 512 Entfernungsdurchgänge.
• Die Ausgangssignale der beiden Hälften 51 und 52 des Speichers 50 werden einem Digital-Analog-Konverter 53 über eine Auswahleinheit 54 zugeführt, welche Informationen von einer oder der anderen Hälfte auswählt. Während des ersten kompletten Abtastdurchgangs des Schirms 2 verbindet die Auswahleinheit die obere Hälfte 51 mit dem D/A-Konverter 53 und während des zweiten Abtastdurchgangs ist die untere Hälfte 52 mit dem Konverter verbunden. Dieser Schaltvorgang wird weitergeführt, so daß während ungeradzahliger Durchgänge die obere Hälfte 51 mit dem Konverter 53 und während geradzahliger Durchgänge die untere Hälfte 52 mit dem Konverter verbunden ist. Der Ausgang jeder Hälfte des Speichers 50 umfaßt eine Serie aus 16-Bit-Worten, von denen jedes einer Periode von 32 Bildpunkten im Azimut entspricht. Jedes Bit dieser Worte entspricht alternierenden Bildpunkten, wobei die Worte aus einer Hälfte ungeradzahligen Bildpunkten und die Worte aus der anderen Hälfte geradzahligen Bildpunkten entsprechen. Dies ist aus Figur 4 ersichtlich, wobei Figur 4a das gesamte äquivalente Eingangssignal für den Speicher 50 darstellt, bevor es zwischen den beiden Hälften aufgeteilt wird und Figur 4b das entsprechende Ausgangssignal von der oberen Hälfte 51 des Speichers. Das erste Bit in Figur 4b ist gefüllt, weil der erste Bildpunkt hell ist, wogegen das zweite Bit ungefüllt ist, weil der dritte Bildpunkt nicht hell ist. Figur 4c stellt den entsprechenden Ausgang der unteren Hälfte 52 des Speichers 50 dar, welcher ein erstes ausgefülltes Bit aufweist, das einem hellen zweiten Bildpunkt entspricht und ein zweites ausgefülltes Bit, das einem hellen vierten Bildpunkt entspricht usw.. Jedes Bit der in den Figuren 4b und 4c dargestellten Ausgangssignale hat die doppelte Länge der Bits in dem in Figur 4a dargestellten Eingangssignal.
• Die beiden Sätze von Worten vom Ausgang des Speichers 50 sind der Löschung unterworfen, wobei eine Hälfte jedes Bits gelöscht wird. Wie dargestellt wird dies bequemerweise erreicht, indem ein 72 MHz-Rechtecksignal an die Öffnungsleitung 55 des D/A-Konverters 53 angelegt wird. Im einzelnen ist das in Figur 4b dargestellte und einem ungeradzahligen Durchlauf entsprechende Wort dem in Figur 4d dargestellten Löschsignal unterworfen, wobei die letzte Hälfte jedes Bits gelöscht wird. Hierdurch wird ein Ausgangssignal für den Bildschirm erzeugt, wie es in Figur 4e dargestellt ist. Geradzahlige Worte aus der unteren Hälfte 52 des Speichers sind dem in Figur 4f dargestellten Löschsignal unterworfen, wobei die erste Hälfte jedes Bits gelöscht wird. Dies führt zu einem Ausgangssignal für den Bildschirm 2 während geradzahliger Abtastdurchgänge, wie es in Figur 4g dargestellt ist. Die Wiederholrate der Abtastdurchgänge und die Löschzeit des Phosphors des Schirms 2 sind so gewählt, daß die ungeradzahligen und geradzahligen Durchgänge eine resultierende Bildschirmdarstellung ergeben, wie sie in Figur 4h dargestellt ist, welche dem in Figur 4a dargestellten Signal entspricht. Es ist ersichtlich, daß unter Verwendung dieser Technik eine Auflösung bei 36 kHz erreicht werden kann, die einer Auflösung entspricht, welche mit anderen Komponenten nur bei 72 MHz erreichbar ist.
• Im Randbereich des Schirms 2 ist die Lineargeschwindigkeit des Elektronenstrahls der Kathodenstrahlröhre größer als im Bereich des Zentrums C, weil die Zeit für eine Umdrehung für alle Punkte die gleiche ist. Die Helligkeit des Elektronenstrahls wird für größere Entfernungen also erhöht, so daß der Bildschirm in allen Bereichen eine konstante Helligkeit aufweist.
• Interferenzen können auf einfache, aber wirksame Weise unterdrückt werden, indem die in Figur 5 dargestellte Anordnung mit einem Verzögerer 60 und einem Komparator 61 eingesetzt wird. Die Anordnung befindet sich vorzugsweise vor dem Speicher 50, so daß Videoinformation bezüglich sämtlicher Bildpunkte dem Komparator 61 sowohl direkt als auch nach Durchgang durch den Verzögerer 60 zugeführt wird, wobei die Verzögerungszeit einem Bildpunkt entspricht. Der Komparator 61 löscht hierbei jedes helle Signal, falls der vorangehende Bildpunkt nicht ebenfalls hell war. Auf diese Weise wird jedes Radarsignal, welches nur eine azimutale Breite von einem Bildpunkt hat, durch die Interferenzunterdrückungsschaltung vollständig gelöscht. Ein häufiger Grund für Interferenzen liegt in der Übertragung von Radarsignalen aus anderen Radargeräten. Ohne jegliche Interferenzunterdrückung würden diese Signale zu einer eng begrenzten radialen Linie auf dem Bildschirm führen, welche nur die Breite eines Bildpunkts hat. Die Interferenzunterdrückungsschaltung entfernt sämtliche derartigen Interferenzerscheinungen. Sie vermindert auch das durch Regen und kleine Wellen erzeugte Rauschen. Die Wirkung der Interferenzunterdrückungsschaltung besteht ersichtlich darin, den ersten Bildpunkt sämtlicher Radarsignale zu entfernen. Hierdurch wird die Auflösung manchmal verbessert, beispielsweise wenn sich zwei radarreflektierende Objekte zueinander in nahem Abstand befinden, weil der Abstand zwischen den dargestellten Signalen um einen Bildpunkt erhöht wird.
• Anstelle eines spiralförmigen Durchgangsmusters kann die Erfindung auch mit jedem anderen Winkelrotationsdurchgang verwendet werden, beispielsweise mit getrennten konzentrischen Ringen. Die Ablenkschaltung wäre in diesem Falle selbstverständlich anzupassen, um eine Stufenfunktion für die Ringe verschiedener Durchmesser zu erzeugen. Die oben beschriebenen Ablenkspulen für den Resonanzbetrieb wären in einem derartigen System nicht geeignet.
• Wenn gewünscht, können grafische Daten auf den Bildschirm gegeben werden, wie es in Figur 6 dargestellt ist, indem ein transparenter Speicherzugang über einen Grafikprozessor und eine Grafikspeicherkontrolleinheit (beide nicht dargestellt) verwendet wird. Auf diese Weise werden die "Speicher-Bildschirm-Lesevorgänge" nie unterbrochen.
• Obwohl das Radargerät am häufigsten in Schiffen zum Einsatz kommen wird, kann es auch bei Flugzeugen und stationären Einrichtungen verwendet werden, beispielsweise bei der Küstenwache, Hafenmeistereien, Fluß- und Kanalbehörden, also überall, wo ein Radar hoher Auflösung bei geringem Abstand vorteilhaft ist.

Claims (12)

1. Radargerät mit einer Anzeige, einem Speicher zur Speicherung von Information über Entfernung und Peilung aus Radarsignalen und einer Ablenkschaltung, welche die Anzeige winkelrotierend in aufeinanderfolgenden Abtastdurchgängen bei verschiedenen radialen Entfernungen abtastet, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät eine Lesevorrichtung zum Auslesen von Information bezüglich alternierender Bildpunkte aus dem Speicher aufweist und alternierenden Peilungsbildpunkten eines Abtastdurchgangs alternierende Bildpunkte des nächsten Durchgangs zwischengeschaltet werden.

2. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkschaltung die Anzeige spiralförmig abtastet.

3. Radargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkschaltung zwei Ablenkspulen umfaßt sowie einen an jede Spule angeschlossenen Kondensator und eine Schaltung, welche zwei phasenquadrierte sinusförmige Signale den entsprechenden Spulen zuführt, wobei die Spulen in Resonanz sind.

4. Radargerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lesevorrichtung Information in Form von aus mehreren Bit bestehenden Worten aus dem Speicher ausliest, wobei jedes Bit zwei Peilungsbildpunkten entspricht.

5. Radargerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Schaltung zur Auslöscliung einer Hälfte jedes von dem Speicher ausgelesenen Bits aufweist.

6. Radargerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöschungs schaltung einen Digital-Analog-Konverter aufweist.

7. Radargerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher in zwei Hälften aufgeteilt ist, das Gerät Radarsignale bezüglich alternierender Bildpunkte zu verschiedenen der beiden Hälften des Speichers ausgibt und die Lesevorrichtung den Inhalt einer Hälfte des Speichers während jedes Abtastdurchgangs und den Inhalt der anderen Häfte während des nachfolgenden Abtastdurchgangs ausliest.

8. Radargerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher nach Entfernung und Peilung angeordnete Speicherstellen aufweist.

9. Radargerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Schaltung umfaßt, welche Radarsignale zurückweist, die ein Radarziel in einem Bildpunkt indizieren, wenn in einem benachbarten Bildpunkt nicht ebenfalls die Anwesenhelt eines Radarziels indiziert wird.

10. Radargerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Zurückweisung von Radarsignalen einen Komparator und eine Verzögerungsschaltung aufweist, welche die Radarsignale mit einer einem Bildpunkt entsprechenden Verzögerung beaufschlagt, wobei der Komparator die Radarsignale direkt und über die Verzögerungsschaltung empfängt und diejenigen direkten Signale verwirft, welche nicht mit den verzögerten Signalen übereinstimmen.

11. Radargerät nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Zurückweisung der Radarsignale sich am Eingang des Speichers befindet und nur Signale, welche nicht zurückgewiesen wurden, an den Speicher weitergeleitet werden.

12. Radargerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es die Helligkeit der Anzeige mit zunehmendem radialen Abstand vom Abtastzentrum erhöht, wodurch eine im wesentlichen gleiche Helligkeit der Radarziele über die gesamte Anzeige gewährleistet wird.