-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Radarsystem zur Bestimmung der
Entfernung eines Zielobjektes mit einer vorbestimmten Bereichszellenauflösung.
-
Wie
in der Technik bekannt erfordern vielerlei Systeme, beispielsweise
Radarsysteme in Anwendungen, bei denen Digitalsignalprozessoren
verwendet werden, um die Echosignale zu verarbeiten, eine Umwandlung
der analogen Echosignale in entsprechende Digitalsignale. Beispielsweise
werden Radarsignalprozessoren zur Bestimmung der Entfernung und/oder
der relativen Geschwindigkeit oder der relativen Geschwindigkeiten
verwendet, die einem Zielobjekt oder mehreren Zielobjekten zuzordnen
sind. Beispiele solcher Radarsysteme sind in den US-Patenten 4 783
660 und 5 389 931 beschrieben. Systeme, bei welchen Farbbild-Videosignale
in Form von analogen Leuchtkraftsignalen und Farbsignalen in Digitalsignale
für die
Verarbeitung oder Übertragung umgewandelt
werden, sind ebenfalls bekannt. So beschreibt beispielsweise die
EP 0 496 000 A verschiedene
Schaltungen, bei welchen ein solches Analogsignal anfänglich in
Digitalsignale durch einen Analog-/Digitalumformer umgewandelt wird,
der durch ein Taktsignal mit einer Taktfrequenz f
S betrieben wird,
und die resultierende Folge von digitalen Tastungen wird mit einer
niedrigeren Rate nachgetastet oder untergetastet, die durch Frequenzteilung
des Taktsignales erhalten wird, wobei die Teilung in den Beispielen,
welche angegeben sind, entweder eine Division durch 2 oder eine
Division durch 3 ist. In jedem Beispiel wirkt ein Flip-Flop als
Nachtastungsschaltung oder Untertastungsschaltung.
-
Im
Betrieb eines Pulsradarsystems werden Radarimpulse mit einer Rate übertragen,
die als Impulswiederholungsfrequenz (PRF) bezeichnet wird. Während einer
vorbestimmten Zeit nach Aussendung des Impulses, d.h., der erwarteten
Zeit, während
welcher Echosignale eintreffen, werden die Radarechosignale getastet.
Aus einer Beobachtung des Unterschiedes der Zeit zwischen dem Zeitpunkt
der Impulsaussendung und der Zeit, zu welcher die Tastung genommen
wird, erkennt man, dass jede der Tastungen einer Entfernung oder
einem Abstand zwischen der Antenne des Radarsystems und dem Objekt
entspricht, welches das getastete Echo erzeugt. Die Rate, mit welcher
die Tastungen nach jeder Impulsaussendung genommen werden, steht
in unmittelbarer Beziehung zu der gewünschten Entfernungsbereichszellenauflösung. Der
Prozess wird als Range Gating oder Entfernungstorschalten bezeichnet,
wobei jede der Zeiten, zu welcher eine Tastung genommen wird, eine
Entfernungsbereichszelle oder ein Entfernungstor des Echos repräsentiert,
das durch ein Objekt in einer Entfernung entsprechend der Zeit,
zu der die Tastung genommen wurde, erzeugt wird.
-
In
einigen Anwendungsfällen
ist notwendig, dass das Radarsystem über einen breiten Bereich von
Impulswiederholungsfrequenzen hin arbeitet. Weiter ist es in einigen
Anwendungsfällen
notwendig, dass die Tastungen mit vielen verschiedenen Tastungsraten
genommen werden, um einen breiten Bereich der Entfernungsauflösungen zu
erhalten. Ein System, welches verwendet wird, um die digitalisierten
Tastungen zu erzeugen, enthält
einen Analog-/Digitalumformer. Mit einem solchen Umformer wird eine Tastung
des Videosignals genommen und in eine entsprechende digitale Tastung
in Abhängigkeit
von einem Tastungssignal umgewandelt. Um die Änderungen in den Tastungsraten
und Umwandlungsraten zu berücksichtigen,
muss der Analog-/Digitalumformer in der Lage sein, über diesen
verhältnismäßig großen Bereich
von Tastungs-/LTmwandlungsraten hin zu arbeiten. Es besteht demgemäß ein Bedarf
an einem Radarsystem, in welchem digitale Tastungen eines Analogsignales über einen
weiten Bereich von wählbaren
Raten hin erzeugt werden können.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Radarsystem geschaffen, wie es in dem Anspruch
1 nachfolgend definiert ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung arbeitet der Analog-/Digitalumformer mit einer kontinuierlichen,
relativ hohen, konstanten Tastungsrate fS,
während
ein Verarbeitungsabschnitt jede N-te der digitalisierten Tastungen
verarbeitet, wobei N = fS/R und R die wählbare Tastungsrate
bedeuten. Somit kann eine breitere Auswahl von Analog-/Digitalumformern
einschließlich
verhältnismäßig billiger
Analog-/Digitalumformer im Vergleich zu den Analog-/Digitalumformern
verwendet werden, welche analoge Tastungen über den Bereich wählbarer
Raten R digitalisieren müssen.
-
Das
bevorzugte System enthält
einen
Zeittaktgenerator zur Erzeugung einer Folge von Tastungsimpulsen
mit einer vorbestimmten Tastungsrate fS;
einen
Analog-/Digitalumformer zur Erzeugung einer digitalisierten Tastung
des Analogsignales in Abhängigkeit
von einem der Tastungsimpulse;
einen Prozessor; und einen Wähler zum
Durchlassen jeder N-ten der digitalisierten Tastungen, welche durch
den Analog-/Digitalumformer erzeugt worden sind, zu dem Prozessor,
worin N = fS/R. Der Wähler enthält folgendes:
einen Impulsdezimierer,
der auf ein Signal N = fS/R, welches für das Verhältnis der
Tastungsrate fS zu der Gewinnungsrate R
für die
digitalisierten Signale repräsentativ
ist, zur Erzeugung von Impulsen mit der Rate R = fS/N;
und
ein Register zur Speicherung jeder N-ten der digitalisierten
Tastungen, welche durch den Analog-/Digitalumformer erzeugt worden
sind, wobei jede der genannten digialisierten Tastungen in Abhängigkeit
von einem entsprechenden der Impulse gespeichert wird, die durch
den Impulsdezimierer erzeugt worden sind. Die durch das Register
gespeicherten Tastungen werden dann zu dem Prozessor geführt.
-
In
einem bevorzugten Radarsystem, welches die Erfindung verkörpert, werden
Entfernungsbereichszellentastungen des Videosignals, das in Abhängigkeit
von Radarechoimpulsen erzeugt wird, mit einer wählbaren Rate R gewonnen, welche
zu der Entfernungsbereichszellenauflösung in Beziehung steht, die
durch das Radarsystem gewählt
wird. Ein Analog-/Digital-Umformersystem wird mit dem Videosignal
gespeist. Das Analog-/Digital-Umformersystem enthält folgendes:
einen
Zeittaktgenerator zur Erzeugung einer Folge von Tastungsimpulsen
mit einer vorbestimmten, kontinuierlichen, konstanten Tastungsrate
fS;
einen Analog-/Digitalumformer zur
Erzeugung einer digitalisierten Tastung des Analogsignales in Abhängigkeit
von jedem der Tastungsimpulse; und
einen Prozessorabschnitt
zur Verarbeitung jeder N-ten der digitalisierten Tastungen, welche
durch den Analog-/Digitalumformer auf jede Radarimpulsaussendung
folgend erzeugt werden, wobei N = fS/R,
und zur Bestimmung der Dopplerfrequenz der Energie in den Entfernungsbereichszellen
aus den verarbeiteten digitalisierten Tastungen. Jeder ausgesendete Impuls
wird in Abhängigkeit
von einem Radar-Sendetriggerimpuls erzeugt. Ein Torschaltfensterimpuls wird
eine vorbestimmte Zeit nach jedem Triggersignal erzeugt. Der Prozessorabschnitt
oder Verarbeitungsabschnitt verarbeitet jede N-te der digitalisierten
Tastungen, welche durch den Analog-/Digitalumformer während der
Zeitdauer des Torschaltfensters erzeugt werden, um die Dopplerfrequenz
der Energie in den Entfernungsbereichszellen aus den verarbeiteten
digitalisierten Tastungen zu bestimmen, die während der Zeitdauer des Torschaltfensters
erzeugt werden.
-
Die
Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben. In diesen stellen dar:
-
1 ein
Blockschaltbild eines Radarsystems gemäß der Erfindung;
-
2A bis 2G Zeitdiagramme,
welche für
das Verständnis
der Wirkungsweise des Radarsystems nach 1 nützlich sind;
und
-
3 ein
funktionelles Blockschaltbild eines Impulsdezimierers wie er in
dem Radarsystem von 1 Verwendung findet.
-
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Es
sei nun auf 1 Bezug genommen. Hier ist ein
kohärentes
Dopplerradarsystem 9 dargestellt. Der Radarsender- und
Radarempfänger-Abschnitt 10 des
Radarsystems 9 enthält
eine Antenne 11, die über
einen Zirkulator 12 mit einem Verstärker, vorliegend beispielsweise
einem Klystronverstärker 13,
einem Impulsmodulator 14 und einer Zeitgeber-und Steuereinheit 15 gekoppelt
ist, wobei die Teile in herkömmlicher
Weise angeordnet sind, derart, dass eine Folge von Impulsen von
Hochfrequenzenergie (RF) mit einer gewünschten Impulswiederholungsfrequenz
(PRF) ausgesendet wird. Vorliegend ist das Radarsystem 9 so
ausgebildet, dass es Sendeimpulse mit verschiedenen Impulswiederholungsfrequenzen
erzeugt. Jeder der Impulse in der Folge von ausgesendeten Impulsen
wird durch verschiedene Zielobjekte reflektiert, die verstreut in
verschiedenen Entfernungen von der Antenne 11 gelegen sind.
Ein Teil der reflektierten Energie, welche in Abhängigkeit
von jedem ausgesendeten Impuls entsteht, wird durch die Antenne 11 empfangen.
Die Zeit, zu welcher ein Teil dieser Energie relativ zu der Zeit
empfangen wird, zu welcher der zugehörige Sendeimpuls ausgesendet
worden ist, entspricht der Entfernung des Objektes, welches den
genannten Teil der empfangenen Energie verursacht hat. Die durch
die Antenne 11 empfangene Energie durchläuft den
Zirkulator 12. Das Signal am Ausgang des Zirkulators 12 wird
in dem Mischer 17 in herkömmlicher Weise mit der Schwingung
eines stabilen Lokaloszillators 18 (STALO) heterodyn überlagert.
Das durch den stabilen Lokaloszillator 18 erzeugte Signal
erfährt
eine Heterodynüberlagerung
mit einem Signal, das von einem kohärenten Lokaloszillator (COHO) 19 erzeugt
wird, in einem Mischer 20, um ein Signal hervorzubringen, das
in herkömmlicher
Weise durch den Klystronverstärker 13 verstärkt wird.
Das am Ausgang des Mischers 17 erzeugte Signal wird über den
Zwischenfrequenzverstärker 21 zu
einem herkömmlichen
Quadraturphasendetektor 22 geführt. Der Quadraturphasendetektor 22 spricht
in üblicher
Form auf die Signale, welche ihm vom Zwischenfrequenzverstärker 21 zugeführt werden,
sowie ein Bezugssignal an, das durch den kohärenten Lokaloszillator 19 geliefert
wird, um auf den Leitungen 25 und 27 ein Paar von Videosignalen
hervorzubringen, welche allgemein als das in Phase liegende Videosignal
bzw. das Quadratur-Videosignal bezeichnet werden. Das phasengerechte
Videosignal und das Quadraturvideosignal sind daher repräsentativ
für die
Phasenverschiebung der empfangenen Signale nach Heterodynüberlagerung
im Mischer 17 mit den Zwischenfrequenzsignalen (IF) und
dem Bezugssignal, das durch den kohärenten Lokaloszillator 19 erzeugt
wird. Die Änderungsgeschwindigkeit
der Pegel des phasengerechten Signales und des Quadratursignales
zu einer gewählten
Zeit nach Aussendung eines Impulses verändert sich von Impuls zu Impuls
mit einer Frequenz, die zu der Dopplerfrequenz des Zielobjektes in
Beziehung steht, das sich in einer Entfernung entsprechend der gewählten Zeit
befindet. Das phasengerechte Videosignal und das Quadraturvideosignal werden
digitalisiert und zu einem Verarbeitungsabschnitt 26 geführt, dessen
Einzelheiten zu beschreiben sind. Es genügt hier jedoch die Feststellung, dass
der Verarbeitungsabschnitt 26 unter anderem dazu dient,
die Dopplerfrequenz von verschiedenen Zielobjekten zu bestimmen,
welche durch das Radarsystem 9 angestrahlt werden, und
auch die Entfernung eines gewünschten
Zielobjektes, d.h., eines Zieles abzuschätzen. Ist einmal das gewünschte Ziel lokalisiert,
dann sagt die Zeitgeber- und Steuereinheit 15 aus Informationen,
die durch den Verarbeitungsabschnitt 26 festgestellt werden,
die erwartete Entfernung des Zieles für den nächsten ausgesendeten Impuls
vorher. Das bedeutet, es wird eine Vorhersage der erwarteten Entfernung
des Zieles und damit der annähernden
Rückkunftszeit
jedes Zielobjektechos gemacht. Die Zeitgeber- und Steuereinheit 15 erzeugt
dadurch eine Verweilzeit oder einen Torschaltfensterimpuls auf der
Leitung 29 nach jeder Impulsaussendung, d.h., nach jedem
Triggersignal XMT auf der Leitung 31, während welcher Verweilzeit oder
während
welchem Impuls Echos von dem Zielobjekt zu erwarten sind.
-
Der
Verarbeitungsabschnitt 26 enthält einen Wähler 30 und einen
Prozessor 32, welche in der dargestellten Weise angeordnet
sind. Kurzgesagt erzeugt ein Analog-/Digital-Umformerabschnitt 28 digitalisierte
Tastungen der Videosignale mit einer kontinuierlichen, relativ hohen,
konstanten Tastungsrate fS. Das bedeutet,
die Tastungsfrequenz bleibt konstant, unabhängig von der Entfernungsbereichs-Auflösungszelle.
Nur jede N-te der digitalen Tastungen wird durch den Prozessorabschnitt 26 verarbeitet, wobei
N = fS/R und R die Rate bedeutet, mit welcher die
Entfernungsbereichszellen der Videosignale zu verarbeiten sind;
d.h., R wird in Entsprechung mit der gewünschten Entfernungsbereichszellenauflösung gewählt. Somit
gelangt nur jede N-te der digitalisierten Tastungen zu dem Prozessorabschnitt 26,
um darin verarbeitet zu werden, wobei die verarbeiteten Tastungen
zu dem Prozessor mit der Rate R geführt werden, welche in Entsprechung
mit der von dem Radarsystem 9 gewünschten Entfernungsbereichszellenauflösung gewählt wird.
Der Wert von N und folglich die Entfernungsauflösungszelle wird in irgendeiner
herkömmlichen
Weise durch die Zeitgeber- und Steuereinheit 15 gewählt. Vorliegend
kann die Entfernungsauflösung
bei einer Rate R von fS bis fS/N
sein, worin N eine ganze Zahl ist. Das bedeutet, während eines
Zielerfassungsmodus kann die Entfernungsbereichszellenauflösung groß sein,
d.h., N ist eine große
ganze Zahl, während
dann, wenn das Ziel einmal erfasst ist und das Radarsystem in den
Zielverfolgungsmodus eintritt, eine feine Entfernungsauflösung gewünscht wird,
wobei in diesem Falle N = 1.
-
Genauer
gesagt, und hier sei auch auf die 2A bis 2F Bezug
genommen, wird jeder ausgesendete Radarimpuls in Abhängigkeit
von einem Radar-Sendetriggersignal XMT auf der Leitung 31 erzeugt,
welches in 2A dargestellt ist. Digitalisierte
Tastungen der Videosignale auf den Leitungen 25 und 27,
die durch den Phasenquadraturdetektor 22 erzeugt werden,
werden durch den Analog-/Digital-Umformerabschnitt 28 in
Abhängigkeit
von einer Folge von Tastungsimpulsen fS auf
der Leitung 35 hervorgebracht. Die Tastungsimpulse, d.h.,
hier beispielsweise die Anstiegsflanken der Impulse von dem Haupttakt
in der Zeitgeber- und Steuereinheit 15 werden als Impulse
dargestellt, welche in 2C gezeigt sind. Die Tastungsimpulse
werden auf der Leitung 35 dargeboten und haben eine Tastungsfrequenz
fS. Die Tastungsimpulse werden kontinuierlich mit
einer festen Tastungsfrequenz fS gebildet,
wobei diese Frequenz hoch genug ist, um die höchste erwartete Entfernungsbereichszellenauflösung vorzusehen,
welche durch das Radarsystem gewünscht wird.
Somit werden, anstatt eine Tastung nur in kurzen Schüben veränderlicher
Tastungsraten vorzusehen, die Tastungsimpulse zu dem Analog-/Digital-Umformerabschnitt
in der Zeit koninuierlich und mit einer konstanten Rate, vorliegend
fS, zugeführt. Ein Torschaltfensterimpuls
(2D) wird durch die Zeitgeber- und Steuereinheit 15 auf
der Leitung 29 zu einer vorbestimmten Zeit nach jedem Sendeimpuls-Trägersignal
auf der Leitung 31, nämlich
XMT bereitgestellt. Der digitale Verarbeitungsabschnitt 26 verarbeitet
jede N-te der digitalisierten Tastungen, welche durch den Analog-/Digital-Umformerabschnitt 28 erzeugt
werden, während
der Zeitdauer des Torschaltfensterimpulses auf der Leitung 29,
um die Dopplerfrequenz der Energie in den Entfernungsbereichszellen
aus den gewonnenen digitalisierten Tastungen während der Zeitdauer des Torschaltfensters zu
bestimmen. Weiter werden aufgrund des Torschaltfenstersignales auf
der Leitung 29 digitale Tastungen, die während Zeitabschnitten
außerhalb
des Torschaltfensters gewonnen wurden, von dem Verarbeitungsabschnitt 26 ausgeschieden
oder verworfen.
-
Im
Einzelnen enthält
der Wähler 30 einen Registerabschnitt 40 und
einen Dezimierer 42. Der Dezimierer 42 (Funktionsdiagramm
von 3) enthält
einen Zähler 50.
Der Zähler 50 zählt die
Signale, die zu seinem Takteingang über die Leitung 35 geführt werden,
d.h., die Tastungsimpulse auf der Leitung 35 mit der Tastungsrate
fS. Der Zähler 50 wird während der
Zeitdauer des Torschaltfensters auf der Leitung 29 eingeschaltet.
Der Dezimierer 42 enthält ein
Register 52 zur Speicherung der ganzen Zahl N, die durch
die Zeitgeber- und Steuereinheit 15 auf der Leitung 53 dargestellt
wird. Wie oben bemerkt steht die ganze Zahl N in Beziehung zu der
Entfernungsbereichsauflösung,
welche von dem Radarsystem 9 gewünscht wird. Die Zählung des
Zählers 50 wird
anfänglich
auf einen Zählerstand
Null zurückgestellt. Wenn
der Zähler 50 eingeschaltet
wird, dann nimmt der Zählerstand
des Zählers 50 in
Abhängigkeit
von jedem der Tastungsimpulse auf der Leitung 35 zu. Wenn
der Zählerstand
auf N angewachsen ist, dann erzeugt ein Vergleicher 54 einen
Ausgangsimpuls auf der Leitung 56 (2F) woraufhin
folgendes geschieht:
der Zählerstand
des Zählers 50 wird
auf Null zurückgestellt;
und
der Registerabschnitt 40 wird wirksam geschaltet, um
nach einer Zeitverzögerung Δ eine Speicherung (d.h.,
eine Ladung LD) der digitalisierten Tastung vorzunehmen, die am
Ausgang des Analog-/Digital-Umformerabschnittes 28 zur
Verfügung
steht (d.h., die digitalisierten Tastungen, die auf den Leitungen 58 und 60 verfügbar sind,
wie dies in den 2E und 2F gezeigt
ist). Somit werden Impulse R1, R2, .... (2F) von
dem Dezimierer 42 auf der Leitung 56 mit der gewählten Rate
R erzeugt, worin R = fS/N. Aufgrund des
Torschaltfenstersingales auf der Leitung 29 werden digitale
Tastungen, die während
Zeitabschnitten außerhalb
des Torschaltfensters gewonnen werden, durch den Verarbeitungsabschnitt 26 verworfen
oder beseitigt. Weiter sei bemerkt, dass die Verzögerung Δ am Ausgang
des Dezimierers 42 vorgesehen wird, um die Zeitverzögerung Δ in dem Analog-/Digital-Umformerabschnitt 28 bei
der Umwandlung der Tastungen auf der Leitung 25 bzw. 27 in
digitale Tastungen zu berücksichtigen.
Wenn also ein Impuls R1, R2,
.... (2F) durch den Dezimierer auf
der Leitung 56 erzeugt wird, dann wird ein Impuls R'1,
R'2,
.... (2G) auf der Leitung 29 nach
einer Zeitverzögerung Δ erzeugt.
Die Impulse auf der Leitung 59 dienen zur Einschaltung
des Registerabschnittes 40 zur Speicherung (d.h., zur Ladung
LD) der digitalisierten Tastungen, welche auf den Leitungen 58 und 60 verfügbar sind,
wie dies in den 2E, 2F und 2G gezeigt
ist. Der digitale Prozessor 32 erhält also nur jede N-te der digitalisierten
Tastungen, welche durch den Analog-/Digital-Umformerabschnitt 28 während der
Zeitdauer des Torschaltfensters erzeugt worden sind, um unter anderem
die Dopplerfrequenz der Energie in den Entfernungsbereichszellen
aus den verarbeiteten digitalisierten Tastungen zu ermitteln, welche
während
der Zeitdauer des Torschaltfensters gebildet worden sind.