DE69619561T2

DE69619561T2 - Folgeradarsystem mit phasengesteuerter gruppenantenne

Info

Publication number: DE69619561T2
Application number: DE69619561T
Authority: DE
Inventors: Dan Stroemberg
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1995-05-09
Filing date: 1996-05-09
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2016-05-10
Also published as: AU5709796A; SE503641C2; AU715366B2; CA2220387A1; EP0886789B1; WO1996035962A1; DE69619561D1; EP0886789A1; ATE213842T1; US6064333A; SE9501718L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Folgeradarsystem mit phasengesteuerter Gruppenantenne. Für radartechnische Fachausdrücke in der folgenden Beschreibung wird ein grundlegendes Lehrbuch, wie z. B. S. Kingsley and s. Quegan, Understanding Radar Systems (Verstehen von Radarsystemen), McGraw Hill, 1992 empfohlen.
Der vorgeschlagene Radarentwurf ist zur Verfolgung von Flugzeugzielen gedacht. Das Radarsystem hat eine phasengesteuerte Gruppenantenne, das heißt, sie kann elektronisch gesteuert und ausgerichtet werden. Jedes entdeckte Flugzeugziel wird verfolgt und als eine Spur dargestellt. Die Spur ist ein Zustandsvektor mit Elementen für einen Satz von Parametern. Die hauptsächliche Arbeitsmethode für das Radar ist es, Impulse mit einer bestimmten Pulswiederholfrequenz und Trägerfrequenz in eine bestimmte Richtung auszusenden. Nach einer Reflexion durch ein Radarziel (im folgenden als "das Ziel" bezeichnet) können sie durch einen Empfänger gemessen werden. Die Zeitverzögerung von der Aussendung zum Empfang eines Impulses ist proportional zur Entfernung des Zieles.
Die Entfernung ist jedoch mehrdeutig, da der Wert der Impulsfrequenz so hoch ist, dass einzelne Impulse übertragen werden, bevor die Reflexion des ersten Impulses zurückkehrt. Diese Mehrdeutigkeit erzeugt ein Mehrdeutigkeitsproblem in der Berechnung der Entfernung: Jede gemessene Zeit zwischen Übertragung und Empfang eines Impulses entspricht verschiedenen möglichen Bereichen. Die Zwei-Wege Entfernung, die ein bestimmter Radarimpuls im Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen zurücklegen kann, wird Bereichseindeutigkeitsintervall genannt. Die Länge des Bereichseindeutigkeitsintervalls hängt von dem Wert der Impulswiederholfrequenz (Im folgenden PRF - puls repetition frequency - genannt). Für ein Radar dieses Typs beträgt die Anzahl der wählbaren PRF-Werte gewöhnlich einige Zehner. Eine Sequenz von Impulsen, die mit einer bestimmten PRF übertragen werden, wird Impulsfolge genannt. Zwischen jedem Paar von benachbarten Bereichseindeutigkeitsintervallen gibt es einen blinden Bereich, abhängig von der Tatsache, dass es eine bestimmte Zeit braucht, um den Impulse von der Antenne zu übertragen.
Vor jeder neuen Messung des Zieles, wird die Position des Zieles und die Unbestimmtheit der Position vorausgesagt. Eine übliche Technik für diese Voraussage ist das Kalman-Filtern. Die Unbestimmtheit der Position bildet ein Unbestimmtheitsvolumen (oder Unbestimmtheitsbereich), das grob quadratisch mit der Zeit seit der letzten Messung wächst. Um Beides, die Unbestimmtheit über die Zielposition und Eindeutigkeit des Radarzielbereichs zu beherrschen, ist es notwendig, dass die Ausdehnung des Unbestimmtheitsvolumens - entlang des Radius zwischen Ziel und Radar - vollständig in einem einzigen Bereichseindeutigkeitsintervall enthalten ist. Auf Grund der (vorhergesagten) Zielbewegung im Verhältnis zu einem möglicher Weise sich bewegenden Radar, wird diese Bedingung nur während einiger begrenzten Zeitintervalle erfüllt, nämlich für die Zeitintervalle, für die der Radarzielbereich und der Bereich der Positionsunbestimmtheit für das Ziel vollständig innerhalb der Grenzen eines einzigen Bereichseindeutigkeitsintervalls liegen, abhängig von dem ausgewählten PRF-Wert.
Wie dieser PRF-Wert, diese Zeitintervalle und der Zeitpunkt für die Messung errechnet werden, ist eines der Probleme, das in einer Planungsvorrichtung eines phasengesteuerten Gruppenradars gelöst werden muß. Verschiedene andere Faktoren müssen jedoch auch in dieser Berechnung berücksichtigt werden.
Ein Faktor ist mit einer Kombination von Dopplerfrequenzverschiebungen und Bodenecholöschung verbunden. Falls eine Bewegung eines Zieles zwischen zwei Impulsen in der Impulsfolge in radialer Richtung einer Zahl der halben Wellenlängen der Trägerwelle gleicht, scheint das Ziel still zu stehen. Für jedes PRF entsteht eine Zahl von (gleich großen) Intervallen der Geschwindigkeitseindeutigkeit, während dessen die Zielgeschwindigkeit eindeutig ist. Weiterhin müssen alle Echos von langsamen Zielen gelöscht wird (Bodenecholöschung). Die Kombination dieser beiden Effekte führt zu "blinden Flecken" im Geschwindigkeitsspektrum. Das Phänomen wird Doppler-Blindheit genannt.
Ein drittes Problem entsteht, da das Radar nur ein Ziel bei jeder Entfernung messen kann. Für jede Spur, die geplant wird, sind die Messzeitintervalle, die anderen Spuren zugeteilt sind, schon besetzt.
Ein viertes Problem wird durch sogenannte "Überschneidungen" verursacht. Falls die Positionsunbestimmtheiten von mehr als einem Ziel während einiger Zeitintervalle in Strahlensektoren liegen, die sich überlappen, kann dieses Zeitintervall unmöglich zur Messung benutzt werden.
Die gemeinsame Sache all dieser Probleme ist, dass sie von der Wahl des PRF-Wertes und des geplanten Zeitintervalls der Messung abhängen. Die Problemkomplexität könnte wachsen, da weitere Bedingungen zum Radar hinzugefügt werden müssten. Die Problemkomplexität ist neu, da phasengesteuertes Gruppenradar neu ist. Bekannte Ansätze um das Problem zu lösen, behandeln eine Spur zu einer Zeit, zuerst durch Zuordnung der nächsten freien Zeitperiode zu ihr, und dann durch Berechnung - falls möglich - des PRF-Wertes, der alle Anforderungen erfüllt. In einem anderem Ansatz wird geprüft, welche Spuren gemessen werden müssen, wenn das Radar "frei" ist, welche dieser Spuren am notwendigsten gemessen werden müssen, und dann wird ein PRF-Wert dieser Spur berechnet.
Der vorgeschlagene Planungsmechanismus löst die festgestellte Problemkomplexität in einer optimalen und einfachen Weise, die zusätzlich erlaubt weitere Beschränkungen hinzuzufügen. Dies wird durch die Innovation des Entwurf erreicht, der durch den folgenden unabhängigen Anspruch offensichtlich wird. Die anderen Ansprüche betreffen geeignete Ausführungen der Erfindung.
Im Folgenden, wird die Erfindung mit Referenzen auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, wobei
Fig. 1 die prinzipielle Struktur einer Ausführung der Innovation zeigt,
Fig. 2 die prinzipielle Struktur einer Ausführung der Planungseinheit 2 in der Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 die geometrischen Beziehungen für ein sich näherndes Ziel, wobei tik den Start der Zeitintervallszahl k bezeichnet, wenn i = 1, und das Ende derselben, falls i = 2,
Fig. 4 zeigt, wie der Strahl für das Ziel i mit dem Strahl für das Ziel j zusammenfällt und
Fig. 5 ein Bild des Bereicheindeutigkeitsintervalls bei drei verschiedenen PRF-Werten zeigt, wobei fette Linien blinde Teile der Bereichseindeutigkeit in jedem Intervall kennzeichnen, (a) eine Position bezeichnet, die bei nur einem der drei PRF-Werte blindfrei ist, und (b) und(c) Positionen kennzeichnen, die in zwei und drei der untersuchten PRF-Werte blindfrei sind.
Die Erfindung besteht aus einer Vorrichtung, die die Zeitpunkte und PRF-Werte zum Aktualisieren einer Anzahl von festgesetzten Zielflugbahnen berechnet, durch die Kalkulation einer Sequenz eines Zeitintervalls für jede einzelne einer Anzahl von geometrischen und anderen Bedingungen, die für das gemessenen Ziel in Relation zur Position und Geschwindigkeit des Radar selbst zurechtgestellt werden können. Von diesen Zeitintervallsequenzen wird dann eine Schnittmenge gebildet, wobei sie eine neue Sequenz des Zeitintervalls bilden, innerhalb dessen das optimale Meßzeitintervall gefunden werden kann.
Im Grunde enthält das Radarsystem gemäß der Erfindung eine Spureinleitungseinheit 6, eine Ziel-Modellberechnungseinheit 1, eine Planungseinheit 2, eine Spurauswahleinheit 3 und eine Sende/Empfangseinheit 4.
Die Spureinleitungseinheit 6 leitet neue Spuren ein. Sie ist mit der Zielberechnungseiheit 1 verbunden, die die erwartete Position des Zieles und die berechnete Positionsunbestimmtheit bei der nächsten Messung als eine Funktion der Zeit und zusätzlich die minimale, maximale und optimale Messzeitdifferenz voraussagt, die Spurvoraussageeinheit 1 ist mit der Planungseinheit 2 verbunden, die eine unabhängige Berechnung von einer Sequenz der möglichen Zeitintervalle zu der nächsten Messung für zwei Bedingungen durchführt, nämlich, das die Messzeitdifferenz einen Wert zwischen der minimalen und maximalen Zeitdifferenz hat, und dass Bereichseindeutigkeit die Oberhand gewinnen soll. Die Einheit bildet dann eine Schnittmenge von den zwei so berechneten Intervallsequenzen, um das optimale Zeitintervall zur nächsten Messung zu berechnen.
Die Planungseinheit 2 ist mit einer Spurauswahleinheit 3 verbunden, die die Spur auswählt, die das kürzeste verbleibende Zeitintervall, Kj, zur nächsten Messung besitzt und sie reduziert das Zeitintervall zur nächsten Messung für alle anderen Spuren mit Kj. Die Spurauswahleinheit 3 ist mit einer Sende/Empfangseinheit 4 verbunden, die die Wellenform erzeugt, den Strahl ausrichtet, entworfen ist, um die Rückstrahlung vom Ziel anzuzeigen und um in einer bekannten Weise Bereich, Geschwindigkeit, Winkel zu berechnen und die Genauigkeit in der Berechnung des Bereiches und der Geschwindigkeit und welche Parameter zur Spurvoraussageeinheit 1 zur Verwendung der weiteren Berechnungen in dieser Einheit gesendet werden.
In bestimmten Fällen ist die Planungseinheit 2 nicht in der Lage jede Zeit für die nächste Messung für jeden PRF-Wert zu berechnen. Um diese Fälle zu steuern, ist es für das Radarsystem passend eine Auflösungseinheit 5 zu enthalten, die mit der Planungseinheit verbunden ist und Auflösungsfrequenzen und mögliche Meßzeiten für die Auflösung berechnen kann.
Daten, die für die Berechnungen in den verschiedenen Einheiten notwendig sind und die Resultate aus den verschiedenen Einheiten müssen in irgendeiner Weise gespeichert werden. Es ist passend eine spezielle Speichereinheit 7 zu benutzen, die mit allen anderen Einheiten zu diesem Zweck verbunden ist. Es sind jedoch auch andere Lösungen für das Speichermanagement möglich.
Im Folgenden werden die verschiedenen Einheiten näher vorgestellt.
6. Die Einleitungseinheit 6 initiiert Spuren. Dies wird unter Verwendung jeder Methode der Spurenerkennung getan, was die Anfangswerte der Parameter ergibt, die zur Spurenvoraussage in der Einheit 1 benötigt werden.
1. Die Spurenvoraussageeinheit 1 berechnet oder wählt eine Anzahl von Parametern aus, die später von der Einheit 4 verwendet werden. Unter Verwendung der letzten Messungen, wird das Ziel einer Zielspurenhypothese zugeordnet. Diese kann eine Geradeausflughypothese oder eine Manöverhypothese sein. Die letztere könnte aus verschiedenen Typen bestehen, abhängig von den Umlenkkräften, die das Ziel beeinflussen. Eine Geradeausflughypothese ist durch ein kleines Wachstum der Positionsunbestimmtheit gekennzeichnet, und eine Manöverhypothese ist durch ein starkes Wachstum der Unbestimmtheit gekennzeichnet - je größer die hypothetische Umlenkkraft, um so stärker das Wachstum der Unbestimmtheit. Dieses Wachstum der Unbestimmtheit wird durch die Faktoren l(t) und u(t) in den Formeln a&sub1; und a&sub2; weiter unten ausgedrückt und wird durch die Breite der wie eine Trompete geformten Öffnung in Fig. 3 dargestellt. Je stärker das Wachstum der Unbestimmtheit, desto größer die Öffnung der Trompete. Für die Zuordnung einer Hypothese gibt es verschiedene bekannte statistische Methoden, von denen die meisten auf den Resultaten der letzten Messungen basieren und deren Position und Entfernung in Relation zu hypothetischen Geradeausflugspuren oder Umlenkkurven.
Basierend auf der Zielspurenhypothese ist es möglich, einige der Faktoren zu bestimmen, die später benötigt werden um die erwartete Position des Zieles bei der nächsten Messung abzuschätzen - z. B. in Form von Polarkoordinaten. Einige dieser Faktoren sind Position, Geschwindigkeit, Wenderate und Beschleunigung des Zieles bei der letzten Messung und Funktionen zur Abschätzung der entsprechenden Werte bei der nächsten Messung. Ein Parameter dieser Funktionen ist der bis jetzt unbekannte Wert der Zeitdifferenz zwischen der letzten und der nächsten Messung für die aktuelle Spur. Werte über Position, Wenderate und Beschleunigung der Spur werden in die entsprechenden Speicherzellen für die aktuelle Spur in Speichereinheit 7 geschrieben. Für die Geradeausflughypothese wird die Funktion für die Positionsentscheidung im rechten Teil der Formel a&sub1; angegeben.
Die Unbestimmtheit der Position hängt unter anderen Dingen von der Zeitdifferenz zwischen der letzten und nächsten Messung für die aktuelle Spur ab. Das Wachstum der Unbestimmtheit der Position kann auf verschiedene Weise erzielt werden, z. B. mit dem rechten Teil der Formeln a&sub1; und a&sub2; weiter unten, oder mit Kalman-Filtern. Notwendige Parameter - mit Ausnahme der Zeitdifferenz -, die in Funktionen benötigt werden, um die Unbestimmtheit der Position zu berechnen, werden in den entsprechenden Speicherzellen in der Speichereinheit 7 gespeichert.
Die gemessene Dopplerverschiebung kann - muß aber nicht - verwendet werden, um die radiale Geschwindigkeit zu berechnen und dabei die radiale Komponente der Zielgeschwindigkeit zu verifizieren.
Die geforderte Anzahl der Impulse kann auf verschieden Weise berechnet werden. Ein Weg basiert auf der bekannten Technik, die die Anforderungen an die Entdeckung, Bereichsgenauigkeit, Bereichsauflösung und Dopplerauflösung kombiniert.
Die maximale Zeitdifferenz zwischen der letzten und der nächsten Messung für die aktuelle Spur wird unter Berücksichtigung der Tatsache betrachtet, dass der Positionsunbestimmtheitsbereich des Zieles vollständig im dem Sektor enthalten sein muß, der von einem Monoimpuls gebildet wird. Der Positionsunbestimmtheitsbereich wächst gemäß des rechten Teils der Formeln a&sub1; und a&sub2;; siehe auch Fig. 3. Der gesuchte Zeitpunkt wird gemäß der Formeln a&sub1; und a&sub2; berechnet.
Die minimale Zeitdifferenz zwischen der letzten und der nächsten Messung für die aktuelle Spur wird unter Berücksichtigung der Arbeitslast und Bestrahlungsstrategie berechnet. Eine hohe Arbeitslast ist ein Grund, um einen bestimmten minimalen Teil der Zeit zwischen zwei Bestrahlungen der Ziele eines bestimmten Typs zu warten. Was die Bestrahlungsstrategie betrifft, sind Regeln für eingeschränkte Radarbestrahlung auf Ziele bestimmter Typen beabsichtigt.
Eine optimale Zeitdifferenz zwischen der letzten und nächsten Messung für die aktuelle Spur wird unter anderem als eine Funktion der minimalen und maximalen Zeitdifferenz berechnet. Die optimale Zeitdifferenz der Messung kann z. B. so gewählt werden, dass ein bestimmter Prozentsatz der Differenz zwischen der minimalen und maximalen Zeitdifferenz geringer ist als die optimale Zeitdifferenz.
2. Die Planungseinheit 2 wird aus den folgenden Teilen gebildet, die miteinander gemäß Fig. 2 verbunden werden können.
2. 1 Eine Berechnungseinheit 2.1, die aus einer gegebenen Anzahl von PRF-Werten den maximalen PRF-Wert auswählt.
2.2 Eine Berechnungseinheit 2.2, die, basierend auf diesem PRF-Wert, kein oder ein Zeitintervall zwischen den Zeitdifferenzgrenzen berechnet. Zu den Fakten über die Speicherung von Information über Zeitintervalle, siehe den Paragraph über die Speichereinheit 7.
2.3 Eine Berechnungseinheit 2.3, die unter Verwendung des PRF- Wertes der Einheit 2.1 kein, ein oder mehrere Zeitintervalle berechnet, während derer die Bereichseindeutigkeitsbedingung erfüllt ist. Diese Forderung bedeutet, dass die radiale Ausdehnung des Unbestimmtheitsbereiches der Zielposition vollständig in einem einzigen Bereichseindeutigkeitsintervall während der Meßzeit enthalten ist. Dies kann auf die folgende Weise berechnet werden, siehe Fig. 3.
Der Zeitpunkt, um das Ziel an die nächste Ecke des Unbestimmtheitsbereiches zu bewegen wird durch die Formel a&sub1; geliefert, und der Zeitpunkt, um das Ziel an die äußerste Ecke des Unbestimmtheitsbereiches zu bewegen wird durch die Formel a&sub2; geliefert, wobei n = 0, 1, 2, 3 ... ist. Die anderen Variablennamen werden weiter unten erklärt. Für ein sich näherndes Ziel (d. h. ein Ziel, das sich dem Radar nähert) bildet der erste Zeitpunkt, t in a&sub1;, die obere Grenze für ein Zeitintervall, und der zweite Zeitpunkt, t in a&sub2;, bildet die untere Grenze für ein Zeitintervall. Für ein sich entfernendes Ziel ist die Situation umgekehrt. Höchstens ein Zeitintervall kann für jeden Wert von n gebildet werden.
n·c/(2·prf) + tpulse < r&sub0; + t·vr - l(t) (a&sub1;)
r&sub0; + t·vr - u(t) < (n + 1)·c/(2·prf) + tpulse < (a&sub2;)
wobei
n = eine ganze Zahl größer oder gleich Null,
c = die Lichtgeschwindigkeit,
prf = Impulswiederholfrequenz,
tpulse = Länge des Messzeitintervalls,
r&sub0; = Ausdehnung bei der letzten Messung,
t - Zeitintervall zwischen der letzten und nächsten Messung,
vr = die radiale Geschwindigkeit des Zieles, nur dann positiv, wenn der Zielradarbereich anwächst,
l(t) = der Bereich zwischen dem Weg des Geradeausfluges und der nächsten Ecke des Unbestimmtheitsbereiches, der mit dem Kalmanfilter berechnet werden kann, jedoch auch an kl·t², kl > 0 angenähert werden kann.
u(t) = der Bereich zwischen dem Weg des Geradeausfluges und der äußersten Ecke des Unbestimmtheitsbereiches, der mit dem Kalmanfilter berechnet werden kann, jedoch auch an ku·t², ku > 0 angenähert werden kann.
2.4 ist eine Berechnungseinheit, die unter Verwendung des ausgewählten PRF-Wertes von Einheit 2.1 und der Information über die radiale Geschwindigkeit des Zieles berechnet, ob die Dopplerblindheit vorherrscht, siehe Formel (b). Wenn dies mit dem ausgewählten PRF-Wert der Fall ist, wird eine leere Zeitintervallsequenz erzeugt, d. h. eine Sequenz mit null Zeitintervallen. Andernfalls wird eine Sequenz mit einem Zeitintervall erzeugt, und diese hat die Grenzen von Null und der positiven Unendlichkeit.
Die folgende Formel für die Dopplerblindheit zeigt den blindfreien Teil jeder Bereichsrate des Eindeutigkeitsintervalls,
m· prF/2 + dmar < vr < (m + 1)··prf/2 - dmar(b)
wobei
m = eine ganze Zahl größer oder gleich Null
= die Trägerfrequenz
prf = die Impulswiederholfrequenz
dmar = blinde Rand in jedem Ende des Dopplerintervalls
vr = die radiale Geschwindigkeit des Zieles, nur dann positiv, wenn die Entfernung zwischen Ziel und Radar anwächst.
Ein Ziel, das eine Geschwindigkeit innerhalb eines blinden Fleckes hat, wird für das Radar unsichtbar gemacht. Da die Bereichsrate des Eindeutigkeitsintervalls von dem PRF-Wert abhängt, kann ein Ziel, das mit einem PRF-Wert unsichtbar gemacht wurde, mit einem andern PRF-Wert sichtbar werden.
2.5 Eine Berechnungseinheit 2.5, die unter Verwendung des ausgewählten PRF-Wertes von Einheit 2.1, null, ein oder mehrere Zeitintervalle berechnet, während derer Überschneidungen nicht auftreten. Diese Zeitintervalle bilden eine Sequenz von Zeitintervallen. Überschneidungen werden in Fig. 4 dargestellt. Eine Überschneidung ist ein Zustand, wenn der Unbestimmtheitsbereich für ein Ziel ganz oder teilweise durch den Unbestimmtheitsbereich für ein anderes Ziel verborgen ist. Die Geometrie für diesen Zustand ist abhängig von der Zeit. Vereinfachte Berechnungen von Überschneidungen können verwendet werden. Dies kann bei den Zeitpunkten erfolgreich sein, wenn zwei oder mehr Ziele dasselbe erwartete Verhalten haben, beigefügt mit solchen Zeitintervallen auf beiden Seiten dieses Zeitpunktes, die von der gegenseitigen Beziehung zwischen den Richtungen der Ziele abhängen. Falls die Ziele in etwa dieselbe Richtung steuern, dauert die Überschneidung länger.
2.6 Eine Berechnungseinheit 2.6, die unter Verwendung des ausgewählten PRF-Wertes von Einheit 2.1, null, ein oder mehrere Zeitintervalle berechnet, die noch nicht für eine Aktualisierungsmessung von anderen Zielen zugeordnet sind. Diese Zeitintervalle bilden eine Sequenz von Zeitintervallen.
Anmerkung: Information über Zeitintervalle für Aktualisierungsmessungen von anderen Zielen kann in Spurenspeicherzellen für "PRF" und "verbleibende Zeit bis zur Messung" gewonnen werden, siehe Paragraph für die Speichereinheit 7, oder kann in einer speziellen Sequenz von Zeitintervallen für besetzte Zeitintervalle verwaltet werden.
2.7.j Null, eine oder mehrere Berechnungseinheiten 2.7.j, wobei J = 1, 2, 3 ..., m, von denen jede unter Verwendung des ausgewählten PRF-Wertes von der Einheit 2.1 eine Sequenz von Zeitintervallen berechnet, währen derer eine Messung aus einigen anderen Gründen nicht ausgeführt werden kann. Ein solcher Grund ist, dass ein bestimmter Teil jeder Zeiteinheit für die Suche zugeordnet werden muß. Der Ergänzungssatz (siehe Definition unten) für so zugeordnete Zeitintervalle bildet eine Sequenz von erlaubten Zeitintervallen für jede Berechnungseinheit 2.7.j. Das Suchen ist eine Aktivität, die aus dem Suchen von neuen Zielen in festgelegten Bereichen besteht. Dies enthält ein Verfahren, das vor dem Planen der Aktualisierung von Spuren, einen speziellen Prozentsatz jedes ausgewählten zukünftigen Zeitintervalls für das Suchen zuordnet.
Der Ergänzungssatz zu einer Sequenz S von Zeitintervallen ist eine Sequenz T von Zeitintervallen, so dass genau diese Zeitpunkte, die nicht in irgendeinem Zeitintervall S enthalten sind, in einem Zeitintervall T enthalten sind.
2.8 Eine Berechnungseinheit 2.8, die eine Schnittmenge (siehe Definition unten) von all den Zeitintervallen oder Sequenzen bildet, die von den Berechnungseinheiten 2.2-2.7 erstellt wurden. Das Resultat ist eine Sequenz von Zeitintervallen.
Die Schnittmenge von zwei Zeitintervallsequenzen S und S2 ist eine Zeitintervallsequenz T, so dass genau die Punkte, die beide in einem Zeitintervall S1 und einem Zeitintervall S2 enthalten sind, in einem Zeitintervall T enthalten sind. Dies kann als T = Schnittmenge (S1, S2) geschrieben werden. Die Schnittmenge mehrerer Zeitintervallsequenzen S&sub1;, S&sub2;, ..., Sn, n > 2, ist dann Tn, das von einem rekursiven Prozeß Tn = Schnittmenge (Tn-1, S&sub2;) für alle n > 2 erstellt wird und wobei T&sub2; = T wie in dem vorhergehenden Paragraph beschrieben erreicht wird.
2.9 Eine Berechnungseinheit 2.9, die die Zeit zur Aktualisierungsmessung unter Verwendung der Sequenz, die in der Einheit 2.8 ermittelt wurde, berechnet.
2.9.1 Zuerst werden alle Intervalle gelöscht, deren Länge kleiner ist als die Länge der Meßzeit, die mit der folgenden Formel berechnet werden können
T = "*f·w/prf (c)
wobei
T = Länge des Meßintervalls,
f = eine positive ganze Zahl, deren Wert von dem benötigten Effekt abhängt, wie er von der Radargleichung berechnet wird,
w = ganze Zahl, die die Anzahl der Impulse angibt,
prf = Impulswiederholfrequenz.
2.9.2 Wenn zumindest dann ein Zeitintervall übrigbleibt, wird die Berechnung des Beginns eines Zeitintervalls gemacht, dessen Länge gleich der Länge der Meßzeit ist und dessen Mittelpunkt so nah wie möglich an der optimalen Zeit liegt, die in Einheit 1 berechnet wird und die eine optimale Zeitdifferenz zwischen dem Minimum und dem Maximum der Meßzeitdifferenz. Der Wert des Beginns des Meßzeitintervalls wird im Speicherplatz für "verbleibende Zeit zur nächsten Messung" in der Speichereinheit 7 gespeichert.
2.10 Eine Einheit 2.10, die den letzten PRF-Wert von dem Satz der PRF-Werte, die versucht werden sollen, löscht, falls kein Zeitintervall gemäß 2.9 übrigbleibt und es mehr PRF-Werte gibt, die versucht werden sollen.
Falls jedoch kein Zeitintervall gemäß 2.9 übrigbleibt und im Satz der PRF-Werte keine PRF-Werte übrigbleiben, dann wird die Lösung von der Berechnungseinheit 5 ausgeführt.
Die Berechnungseinheiten 2.2-2.7 sind voneinander unabhängig. Sie können parallel angeordnet werden, wie in Fig. 2 gezeigt, oder in einer Sequenz, in welchem Fall eine Schnittmenge bei jedem Schritt zwischen der Eingabezeit- Intervallsequenz und der Zeitintervallsequenz, während deren Zeiten die Bedingung wahr ist, durchgeführt wird. Falls diese Schritte sequentiell durchgeführt werden, verschwindet die Notwendigkeit für die Einheit 2.8 und die Zeitintervallsequenz von der Einheit 2.7 wird direkt zur Berechnungseinheit 2.9 übertragen.
Eine Alternative dazu, die mehr Zeit zur Ausführung benötigt, ist es, eine Anpassung durchzuführen unter Berücksichtigung der folgenden leicht erwünschten Anforderungen, nämlich,
- Minimierung der Länge der Meßzeit,
- Nähe zu dem optimalen Zeitpunkt und
- zentrieren des Dopplerintervalls, dessen Grenzen mit der Formel (b) berechnet werden.
Um in der Lage zu sein, diese erwünschten Anforderungen zu betrachten und die PRF-Werte zu finden, die die beste Kombination der erwünschten Anforderungen ergeben, können sie gewichtet werden. Dies wird durch die Einführung dreier Gewichtsfaktoren und durch das Speichern des Wertes der Summe von drei Produkten in einer Speicherzelle nach PRF-Wert - für alle PRF-Werte, die zumindest ein mögliches Zeitintervall gemäß Einheit 2.9 ergeben - durchgeführt. Die Produkte werden durch Multiplikation der inversen Meßlänge und dem Gewichtungsfaktor 1, Multiplikation der Entfernung zum optimalen Zeitpunkt und dem Gewichtungsfaktor 2 und der Multiplikation der Entfernung zum Zentrum des Dopplerintervalls und dem Gewichtungsfaktor 3 erlangt. Nach der Durchführung dieser Berechnungen für alle PRF-Werte, wird der PRF-Wert ausgewählt, der die kleinste Summe mit dem entsprechendem Meßzeitintervall ergibt. Dies Betrachtung unter den leicht erwünschten Anforderungen könnte wählbar sein, d. h. Zielsetzung für ein Ein/Ausschalten.
Die Zuordnung der Werte der Gewichtungsfaktoren kann statisch oder dynamisch sein. Falls statische Zuordnung benutzt wird, dann besitzen sie konstante Werte. Falls dynamische Zuordnung benutzt wird, dann könnten sie durch ein Kommando eines Operators geändert werden, oder durch den Sender/Empfänger gesteuert werden, indem man den Gewichtungsfaktor für das Zentrieren des Dopplerintervalls anwachsen läßt während das Signalrauschverhältnis abnimmt. Eine geeignete Zuordnung eines Anfangswertes für den Gewichtungsfaktor ist 10&supmin;¹, 1 und 1.
3. Die Spurauswahleinheit 3 identifiziert - durch Vergleich der Untersuchung aller Speicherzellen, die für verschiedene Spuren Information über die verbleibende Zeit zur nächsten Messung haben - die Spur i aller Spuren, die die kürzeste verbleibende Zeit zur nächsten Messung Ki besitzt, erniedrigt den Wert für die verbleibende Zeit zur nächsten Messung für alle anderen Spuren durch dieselbe Zahl Ki und überträgt die Zahl der aktuellen Spur, i, zur Sender/Empfängereinheit 4. Die Zahl Ki zeigt eine absoluten (zukünftigen) Zeitpunkt an, nämlich den Zeitpunkt Jetzt + Ki, wobei Jetzt der absolute Zeitpunkt für die letzte Messung des Radars ist.
4. Die Sender/Empfängereinheit 4 besteht aus Sender, Empfänger und Antenne für ein phasengesteuertes Radarsystem mit Gruppenantenne. Der Sender berechnet Entfernung und Winkel entsprechend den Funktionen, die früher durch die Spurvorhersageeinheit für die aktuelle Spur entschieden wurden. Die Anzahl der Impulse, die zur Messung erforderlich sind, wird durch die Betrachtung der erforderlichen Energie zur Bestrahlung des Zieles berechnet. Der PRF-Wert der berechnet wurde und im Zustandsvektor gespeichert ist, wird verwendet. Die Phasenverschiebung in den verschiedenen Elementen der Antenne wird berechnet, so dass eine zusammenhängender Impulsfolge in die gewünschte Richtung gerichtet wird. Die Einheit verbleibt in einem Verzögerungszustand, und zum Zeitpunkt Jetzt + Ki wird die Aussendung der Impulsfolge gestartet. Der Empfänger leitet die Entfernung zum Ziel aus der Berechnung des Zeitverzuges des empfangenen Impulses ab. Weiterhin werden Entfernung und die radiale Geschwindigkeit berechnet. Diese Daten werden im Zustandsvektor der Spur eingetragen. Der Wert des absoluten Zeitpunkts für die letzte Messung, Jetzt, wird durch Addition des Wertes für Ki aktualisiert.
Falls kein Zielecho entdeckt wird, wird sofort ein neuer Versuch eine Messung durchzuführen gemacht, was bedeutet, dass die Werte für die minimale Meßzeitdifferenz und optimale Zeitdifferenz auf Null gesetzt werden, und die Berechnungseinheit 2 aufs Neue gestartet wird solche erneuert Meßversuche nach einer verfehlten Entdeckung werden normalerweise wenige Male (0-2) wiederholt. Falls ein Zielecho immer noch nicht entdeckt wurde, wird die Spur gelöscht, was bedeutet, dass sie nicht mehr weiter durch diese oder andere Einheiten untersucht wird. In erneuerten Meßversuchen kann eine alternative Zielspurhypothese verwendet werden.
5. Die Auflösungseinheit 5 berechnet die Auflösungsfrequenzen und möglichen Zeitintervalle für die Auflösung. Auflösung bedeutet, dass das Ziel sequentiell mit einer kleinen Zahl (en) von Impulsfolgen mit unterschiedlichen PRF-Werten bestrahlt wird. Höchstens m von diesen (m < s) ist erlaubt überlappende Intervalle für eine Bereichsblindheit (das ist das Blindzeitintervall zwischen zwei benachbarten Bereichseindeutigkeitsintervallen) im Unbestimmtheitsbereich des Zieles zu besitzen. Die Berechnung in Einheit 5 wird nur dann durchgeführt, wenn Einheit 2 keine Meßzeitintervalle für einen einzigen PRF-Wert liefern konnte.
7. Die Speichereinheit 7 besteht aus einem Speicher mit den erforderlichen Speicherzellen, die in folgender Weise gruppiert werden können:
7.1 Eine Anzahl von Speicherzellen 7.1 zur Speicherung von allen auswählbaren PRF-Werten. Diese Werte sind konstant und werden von Einheit 2 verwendet.
7.2 Eine Speicherzelle 7.2 zum Speichern des absoluten Zeitpunkts Jetzt für die letzte Messung des Radar der Inhalt in dieser Zelle wird von der Sender/Empfängereinheit 4 benutzt und verändert.
7.3 Eine Anzahl von Gruppen von Speicherzellen, 7.3. in der jede Gruppe ein Zeitintervall repräsentiert. Jede solche Gruppe von Zellen enthält Information über den Start und das Ende des Zeitintervalls und eine Spurnummer und einen Zeiger auf eine andere Gruppe von Speicherzellen, die auch ein Zeitintervall repräsentiert - der Zeiger ist eine Zahl oder eine Adresse zur anderen Zellengruppe. Eine Gruppe dieses Typs ist ein Zeitintervallobjekt. Eine Kette von Zeitintervallobjekten, die miteinander verbunden sind, repräsentiert eine Zeitintervallsequenz. Zeitintervallobjekte werden durch die Berechnungseinheit 2 zugeordnet und verarbeitet. Zeitintervallsequenzen werden auch erzeugt und beibehalten.
7.4 Eine Gruppe von Speicherzellen 7.4 zum Speichern des Zustandsvektors jeder Spur. Dieser Vektor hat Elemente für:
- Spurnummer i wird bei der Spureinleitung durch Einheit 6 zugeordnet. Jede Spur hat eine einmalige Nummer.
- Entfernung bei der letzten Messung wird von Einheit 1 berechnet; benutzt von Einheit 4.
- Peilung bei der letzten Messung wird von Einheit 1 berechnet; benutzt von Einheit 4.
- Geschwindigkeit bei der letzten Messung wird von Einheit 1 berechnet; benutzt von Einheit 4.
- Kurs bei der letzten Messung wird von Einheit 1 berechnet; benutzt von Einheit 4.
- Wachstumsfaktoren kl, ku, für Positionsunbestimmtheit wird von Einheit 1 berechnet; benutzt von Einheit 4.
- Minimale (Meß)Zeitdifferenz könnte konstant sein, oder vom Zielvolumen abhängen; wird von Einheit 1 berechnet; benutzt von Einheit 2.
- Maximale (Meß)Zeitdifferenz wird von Einheit 1 berechnet; benutzt von Einheit 2.
- optimaler Zeitpunkt wird von Einheit 1 berechnet; benutzt von Einheit 2.
- Funktion zur Berechnung von in wieweit eine vorausgesagte Position von der Zeitdifferenz zwischen der vergangenen und nächsten Messung abhängt wird von Einheit 1 berechnet; benutzt von Einheit 4.
- Funktion zur Berechnung von in wieweit eine vorausgesagte Positionsunbestimmtheit von der Meßzeitdifferenz abhängt wird von Einheit 1 berechnet; benutzt von Einheit 2.
- Radarzielbereich wird von Einheit 4 berechnet; benutzt von Einheit 4.
- Geplanter PRF-Wert für die nächste Messung wird von Einheit 2 berechnet; benutzt von Einheit 4.
- Geplante Länge der Meßzeit für die nächste Messung wird von Einheit 2 berechnet; benutzt von Einheiten 2 und 3.
- Verbleibende Zeit zur nächsten Messung Kj die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt für den Start der nächsten Messung dieser Spur und dem Zeitpunkt für die letzte Messung, die in der Speicherzelle Jetzt gespeichert ist; Kj wird von der Einheit 2 berechnet; benutzt und geändert von Einheit 3.
- Zeitintervallsequenz N für eine mögliche Messung (siehe Punkt 7.3) wird berechnet und benutzt von den Einheiten 2 und 3.
Bemerkung: Es gibt eine Ausführungsversion, mit und ohne eine spezielle Zeitintervallsequenz für besetzte Zeitintervalle. Falls diese Sequenz vorhanden ist, werden Daten für die Zeitintervalle der nächsten Messung für jede Spur in ihr gespeichert. Falls die spezielle Zeitintervallsequenz für besetzte Zeitintervalle nicht vorhanden ist, könnten die Zeitdaten für die nächste Messung von jeder Spur dagegen nur in der Speicherzelle für verbleibende Zeit zur nächsten Messung' Kj gespeichert werden.
7.5 Eine Gruppe von Speicherzellen 7.5, die solche Daten über die Antenne und den Effekt speichern, die in der Radargleichung benötigt werden. Dies wird für die Berechnung der Impulszahl in der Sender/Empfängereinheit 4 verwendet.
Die Einheiten 3, 4, 1 und 2 (in dieser Reihenfolge) bilden eine Sequenz von Einheiten, die normaler Weise eine Zielspur pro Turnus verarbeiten. Ausnahme 1: Falls der PRF-Wert nicht in Einheit 2 berechnet werden kann, wird die Auflösung auch in der Einheit 5 durchgeführt. Ausnahme 2: Falls kein Echo vom Ziel in der Sende/Empfangseinheit 4 gewonnen wird, wird ein neuer Plan von der Einheit 2 ohne irgendeine Zwischenverarbeitung in Einheit 1 durchgeführt. Falls sogar nach wiederholten Meßversuchen kein Echo gewonnen wird, wird die Zielspur beendet.

Claims

1. Ein Phasenanordnungsradarsystem zur Zielverfolgung mit einer Sende/Empfangseinheit (4) gekennzeichnet durch die Tatsache, dass es eine Verfolgungsinitiierungseinheit (6) umfasst, die neue Nachverfolgungen initiiert, eine mit der Nachverfolgungsinitiierungseinheit verbundene Nachverfolgungsvorhersageeinheit (1), die die erwartete Position und die berechnete Positionsungenauigkeit des Ziels als eine Funktion der Zeit und weiter der minimalen, maximalen und optimalen Zeitdifferenz zur nächsten Messung vorhersagt, eine mit der Nachverfolgungsvorhersageeinheit (1) verbundene Planungseinheit (2), die eine unabhängige Berechnung einer Abfolge von möglichen Zeitintervallen zur nächsten Messung für jede von zwei Bedingungen durchführt, nämlich dass die Messungszeitdifferenz zwischen der berechneten minimalen und maximalen Zeitdifferenz angeordnet wird, und dass die Bereichseindeutigkeit vorherrschen wird, und dann einen Schnittmengenbildung mit den so berechneten Sequenzen von Zeitintervallen durchführt, mit dem Zwecke einer Berechnung des optimalen Zeitintervalls zur nächsten Messung, eine mit der Planungseinheit (2) verbundene Nachverfolgungseinheit (3), die eine Nachverfolgung auswählt, die das kürzeste verbleibende Zeitintervall, Ki, zur nächsten Messung aufweist, und die das Zeitintervall zur nächsten Messung für alle anderen Nachverfolgungen mit Ki vermindert, wobei die mit der Nachverfolgungsauswahleinheit (3) verbundene Sende/Empfangseinheit (4), die die Wellenform bildet, den Strahl ausrichtet, und dazu ausgebildet ist, das Echo von dem Ziel zu registrieren und auf bekannte Weise einen Abstand, Geschwindigkeit, Richtung und Ungenauigkeit in den Entfernungs- und Geschwindigkeitsberechnungen zu berechnen, wobei diese Werte zu der Nachverfolgungsvorhersageeinheit (1) für die weiteren Berechnungen in dieser Einheit übermittelt werden.

2. Radarsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass es weiter eine mit der Planungseinheit verbundene Auflösungseinheit (5) umfasst, die, falls die Planungseinheit nicht in der Lage ist, eine Pulswiederholungsfrequenz zu berechnen, die Auflösungsfrequenzen und mögliche Messungszeiten für eine Auflösung berechnet.

3. Radarsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass es weiter eine mit allen anderen Einheiten verbundene Speichereinheit (7) umfasst, die benötigte Fakten für die Berechnungen in den Einheiten und die Ergebnisse der Berechnungen speichert.

4. Radarsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Planungseinheit (2) dazu ausgebildet ist, die optimale Zeitdifferenz zur nächsten Messung zu berechnen durch, erstens (2.1) Auswählen des maximal möglichen PRF-Wertes aus einer Anzahl von vorgegebenen Werten, zweitens (2.2, 2.3) Berechnen der Sequenz von Zeitintervallen für jede Bedingung, die genau solche Zeitpunkte abdeckt, während der die Bedingungen erfüllt sind, drittens (2.8) Durchführen eines Schnittmengenbildung mit den so berechneten Sequenzen von Zeitintervallen, was eine Zeitintervallsequenz N (Fig. 3) erzeugt, viertens (2.9) Berechnen des Zeitintervalls, dessen Länge gleich der Messungslänge ist, vollständig innerhalb der Zeitintervallsequenz N angeordnet ist, und dessen zentraler Punkt nahe zum optimalen Zeitpunkt liegt, und fünftens, Speichern des Startzeitpunkts für dieses Messungszeitintervall in der Zelle der Speichereinheit (7), die die verbleibende Zeit zur Messung, Ki speichert, in dem Zustandsvektor der Nachverfolgung 1.

5. Radarsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Planungseinheit (2) dazu ausgebildet ist, den zuletzt ausgewählten PRF-Wert (2.10) zu eliminieren, falls kein Zeitintervall für eine Messung mit den Berechnungen in der Einheit erzielt wurde, wonach der Prozess in der Planungseinheit wiederholt wird.

6. Radarsystem nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Planungseinheit (2) dazu ausgebildet ist, ein Signal an die Auflösungseinheit (5) hinsichtlich einer Auflösung abzugeben, falls kein PRF- Wert in den vorgegebenen PRF-Werten verbleibt.

7. Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Speichereinheit (7) Speicherzellen enthält, die Werte für alle auswählbaren PRF-Werte (7.1) speichert, Daten hinsichtlich des absoluten Zeitpunkts, Now (Jetzt), für die letzte Messung des Radars (7.2), Daten hinsichtlich der Zeitintervallsequenzen (7.3), und Daten hinsichtlich des momentanen Zustands jeder Nachverfolgung (7.4), wobei letzteres eine Speicheradresse einer Zeitintervallsequenz umfasst, für mögliche Messzeitpunkte und Speicherzellen für ein minimales, maximales bzw. optimales Zeitintervall zur nächsten Messung, und eine verbleibende-Zeit-zur-Messung, Kj.

8. Radarsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Planungseinheit (2) dazu ausgelegt ist, eine Abfolge von Zeitintervallen für noch eine weitere Bedingung zu berechnen, und einen Schnittmengenbildung (2.8) mit dieser Zeitintervallsequenz und den Sequenzen, die mit vorhergehend erwähnten Bedingungen erhalten wurden, auszuführen, wobei die neue Bedingung mit einer Doppler-Blindheitsvermeidung in Beziehung steht.

9. Radarsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Planungseinheit (2) dazu ausgebildet ist, eine Sequenz von Zeitintervallen für noch eine weitere Bedingung zu berechnen, und einen Schnittmengenbildung (2.8) mit dieser Zeitintervallsequenz und den Zeitintervallsequenzen, die mit vorher erwähnten Bedingungen erreicht wurden, durchzuführen, wobei die neue Bedingung mit einer Überkreuzungsvermeidung in Beziehung steht.

10. Radarsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Planungseinheit (2) dazu ausgebildet ist, eine Sequenz von Zeitintervallen für noch eine weitere Bedingung zu berechnen, und einen Schnittmengenbildung (2.8) mit dieser Zeitintervallsequenz und den Sequenzen, die mit vorhergehend erwähnten Bedingungen erreicht wurden, durchzuführen, wobei die neue Bedingung einer Freiheit hinsichtlich einer Überlappung in Beziehung steht.

11. Radarsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Planungseinheit (2) dazu ausgebildet ist, eine Sequenz von Zeitintervallen für noch eine weitere Bedingung zu berechnen, und einen Schnittmengenbildung (2.8) mit dieser Zeitintervallsequenz und den Sequenzen, die mit vorhergehend erwähnten Bedingungen erreicht wurden, durchzuführen, wobei die neue Bedingung mit einer Suche in Verbindung steht.

12. Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Planungseinheit (2) dazu ausgebildet ist, um, für alle solche PRF-Werte, die Zeitintervallsequenzen mit mindestens einem Zeitintervall ausreichender Länge ergeben, erstens, die Länge des Messungszeitintervalls, des Minimumabstands zum optimalen Zeitpunkt und einen Abstand zum Doppler- Intervallmittelpunkt zu berechnen, zweitens, diese Werte miteinander zu verbinden, durch Multiplizieren der invertierten Messungszeitlänge mit einem ersten Gewichtungszeitfaktor, des Abstands zum optimalen Zeitpunkt mit einem zweiten Gewichtsfaktor und des Abstands zum Doppler-Intervallzentrum mit einem dritten Gewichtungsfaktor, und diese aufzusummieren, und drittens einen PRF-Wert auszuwählen, der die geringste der so berechneten Summen ergibt.

13. Radarsystem nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Planungseinheit (2) dazu ausgebildet ist, die Gewichtungsfaktoren 10&supmin;¹, 1 bzw. 1 zu verwenden.

14. Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Planungseinheit (2) dazu ausgebildet ist, eine neue Serie von Berechnungen mit stark verminderten Parameterwerten durchzuführen, für eine minimale, optimale und maximale Zeitdifferenz, falls die Sende/Empfangsdifferenz kein Echo von dem Ziel feststellen kann.

15. Radarsystem nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Nachvervolgungsvorhersageeinheit (1) dazu ausgebildet ist, die Nachverfolgungshypothese zu jeder neuen Messung zu ändern.