NL1012373C2

NL1012373C2 - Radarapparaat.

Info

Publication number: NL1012373C2
Application number: NL1012373A
Authority: NL
Inventors: Gerrit Dedden
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2000-12-19
Also published as: DE60043844D1; JP2003502675A; JP4405701B2; EP1185882A1; CA2375270A1; KR100742144B1; US6720909B1; KR20020013571A; TR200103622T2; CA2375270C; AU5678400A; WO2000079299A1; ES2340660T3; EP1185882B1; ATE458205T1

Description

k

Radarapparaat

De uitvinding heeft betrekking op een radarapparaat voorzien van een zendinrichting voor het periodiek 5 uitzenden van onderling disjuncte groepen van N radarzendpulsen, met N=4,5,6,.., een ontvanginrichting voor het ontvangen van echo's van de radarzendpulsen en een videoprocessor voor het uit de ontvangen echo's detecteren van mogelijke objecten en het bepalen van parameters van 10 deze objecten.

Radarapparaten van dit type zijn in het vakgebied bekend. Het betreft dan radarapparaten waarbij steeds tussen twee radarzendpulsen een luistertijd wordt ingelast om echo's 15 van doelen te kunnen ontvangen. Het bezwaar van deze bekende radarapparaten is dat voor verafgelegen doelen de afstand tussen twee pulsen groot dient te worden gekozen, wat het weer onmogelijk maakt van een doel eenduidig de radiale snelheid te bepalen.

20

Het inventieve radarapparaat komt in belangrijke mate aan dit bezwaar tegemoet en heeft volgens een aspect van de uitvinding als kenmerk, dat de videoprocessor is ingericht voor het verwerken van echo's in een luistertijd tussen 25 twee groepen van radarzendpulsen. Hierbij worden dan voor één doel N echo's ontvangen, waaruit enerzijds een doelsafstand ondubbelzinnig is af te leiden en waaruit bovendien de radiale snelheid ondubbelzinnig is af te leiden.

30

Een gunstige uitvoeringsvorm van het radarapparaat volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de videoprocessor is * . ' voorzien van geheugenmiddelen voor het opslaan van een rij door de ontvanginrichting bepaalde complexe videosterkten. 35 In deze rij kan worden gezocht naar een patroon van N

ut ö 12 3 7 3 2 echosignalen dat overeenkomt met het uitgezonden patroon. Bovendien kan daarbij, door het fazeverloop van de N echosignalen te beschouwen, de Doppler frequentie en daarmee de radiale snelheid van het bij de echosignalen 5 behorende doel worden bepaald.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van het radarapparaat volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de videoprocessor is voorzien van een digitaal filter voor het 10 verwerken van een aaneengesloten subrij uit de rij van videosterkten. Het voordeel is dat de subrij aanzienlijk korter kan zijn dat de rij, waardoor een digitaal filter met een beperkt aantal ingangen kan worden toegepast. Meer nauwkeurig geldt dat de subrij zó lang moet zijn dat de N 15 echosignalen van een puntdoel gelijktijdig kunnen worden verwerkt. Het is dan voldoende het digitaal filter langs de rij complexe videosterkten te voeren om een nagenoeg optimale detectie te bereiken.

20 Een zeer gunstige uitvoeringsvorm volgens een verder aspect van de uitvinding heeft als kenmerk, dat het digitaal filter een Fourier transformator of een daarmee equivalente lineaire transformator omvat. Hierdoor is het niet alleen mogelijk een nagenoeg optimale detectie te bereiken, maar 25 kan uit het fazeverloop van de N echosignalen gelijktijdig de Doppler frequentie en daarmee de radiale snelheid van een doel worden bepaald.

Een verdere gunstige en eenvoudige uitvoeringsvorm van het 30 radarapparaat volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat binnen een groep de pulsen onderling fasecoherent zijn en een tijd tussen twee pulsen steeds een veelvoud is van een eenheidstijd.

*10 12 37 3 3

Een gunstige uitvoeringsvorm volgens een verder aspect van de uitvinding heeft als kenmerk, dat de zendinrichting is ingericht voor het zodanig in de tijd rangschikken van de pulsen in een groep dat voor een puntdoel de Fourier 5 transformator althans in hoofdzaak voor één subrij een uitgangssignaal levert.

Een gunstige uitvoeringsvorm volgens een verder aspect van de uitvinding heeft als kenmerk, dat van alle mogelijke 10 geschikte rangschikkingen een rangschikking wordt geselecteerd waarvoor de Fourier transformator voor een puntdoel een uitgangssignaal met minimale zijlussen afgeeft.

15 De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het bedrijven van een radarapparaat, waarbij periodiek groepen van N radarzendpulsen worden uitgezonden, met N=4,5,6,..

20 Volgens een aspect van de uitvinding heeft de inventieve werkwijze als kenmerk, dat in een luistertijd tussen twee groepen radarzendpulsen de ontvangen radarechosignalen worden toegevoerd aan een videoprocessor voor het bepalen van parameters van een mogelijk waargenomen doel.

25

Een gunstige realisatie van de inventieve werkwijze heeft als kenmerk, dat de ontvangen radarechosignalen worden gedigitaliseerd en sequentieel langs een digitaal filter met tenminste N ingangen worden gevoerd, waarmee de N 30 echosignalen afkomstig van een doel kunnen worden gecombineerd.

•1012373

Een gunstige realisatie van de werkwijze heeft volgens een verder aspect van de uitvinding als kenmerk, dat binnen een 35 groep de radarzendpulsen niet-equidistant in de tijd worden 4 uitgezonden, waarbij bij voorkeur de radarzendpulsen binnen een groep zó zijn gepositioneerd dat het digitaal filter althans voor een puntdoel althans in hoofdzaak één keer een uitgangssignaal afgeeft.

5

Een gunstige realisatie van de werkwijze volgens een verder aspect van de uitvinding heeft als kenmerk, dat de ontvangen radarechosignalen worden gedigitaliseerd en sequentieel langs een Fourier transformator met N ingangen 10 en M uitgangen worden gevoerd, waarbij M»N. Het is dan mogelijk tevens de snelheid van een doel te bepalen. Bij voorkeur zijn dan de radarzendpulsen binnen een groep zó gepositioneerd dat de Fourier transformator althans voor een puntdoel een uitgangssignaal met minimale zijlussen 15 afgeeft.

Een gunstige realisatie volgens een verder aspect van de uitvinding heeft als kenmerk, dat per uitgezonden groep en per subrij een predetectie wordt afgegeven voor althans het 20 grootste uitgangssignaal van de Fourier transformator of van een daarmee equivalente lineaire transformator. Een detectie wordt afgegeven als tenminste P nagenoeg identieke predetecties worden afgegeven voor dezelfde subrij uit Q opeenvolgend uitgezonden groepen, met P=l,2,.., Q=l,2,.. en 25 P<Q.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, waarbij:

Fig. 1 in de vorm van een blokschema een mogelijke 30 uitvoeringsvorm van het inventieve radarapparaat weergeeft;

Fig. 2A een mogelijke groep van radarzendpulsen volgens de uitvinding voorstelt;

Fig. 2B een autocorrelatiefunktie voor deze groep 35 voorstelt; ^1012373 5

Fig. 3A een mogelijke videoprocessor voor stilstaande doelen voorstelt;

Fig. 3B een mogelijke videoprocessor voor doelen met een bekende snelheid voorstelt; 5 Fig. 4 een mogelijke videoprocessor voor doelen met een willekeurige snelheid voorstelt;

Fig. 5 een mogelijk spectrum van een doel voorstelt.

Fig. 1 geeft in de vorm van een blokschema een mogelijke 10 uitvoeringsvorm van het inventieve radarapparaat weer. Hierbij wordt door een zendinrichting 1 groepen van radarzendpulsen gegenereerd, welke radarzendpulsen worden uitgezonden via een zendantenne 2. Radarechosignalen worden opgevangen door een ontvangantenne 3 en verwerkt tot een 15 complex digitaal videosignaal in ontvanginrichting 4. Het is doorgaans ook mogelijk gebruik te maken van één gemeenschappelijke zend/ontvangantenne, onder gebruikmaking van een in het vakgebied bekend T/R inrichting. Het van ontvanginrichting 4 afkomstige videosignaal wordt toege-20 voerd aan een videoprocessor 5, waar het voor verdere verwerking tijdelijk wordt opgeslagen in geheugenmiddelen 6. De inhoud van geheugenmiddelen 6 wordt gefilterd door een digitaal filter 7, aan een uitgang waarvan een drempelaar 8 is aangesloten. Bij overschrijding van een 25 vooraf bepaalde drempel levert drempelaar 8 een pre- detectie, welke mogelijke predetecties in een combinator 9 worden gecombineerd voor opeenvolgend uitgezonden groepen van radarzendpulsen, mogelijk tot een detectie die aan een uitgang 10 wordt afgegeven voor verdere verwerking.

30

Fig. 2A toont een mogelijke groep van radarzendpulsen volgens de uitvinding. De groep heeft een aantal bijzondere eigenschappen. Op de eerste plaats is de tijd tussen twee pulsen veel kleiner dan de luistertijd van het radar-35 apparaat, waarbij met de luistertijd de tijd wordt bedoeld tO123 7 3 6 die een puls nodig heeft om zich naar een doel en terug te verplaatsen. Op de tweede plaats is een puls korter dat de tijd tussen twee pulsen, hier Tl, T2, T3. Op de derde plaats is de groep zó gekozen dat de autocorrelatiefunktie 5 van de groep maar één piek vertoont. Volgens de uitvinding worden de tijden Tl, T2, T3 bij voorkeur allemaal verschillend gekozen.

Volgens de uitvinding wordt een groep uitgezonden en wordt 10 een echo van een doel voor de hele groep gelijktijdig verwerkt. Daarbij wordt de echo van een doel langs een autocorrelator gevoerd en wordt de plaats van het doel aangegeven door een piek in de autocorrelatiefunktie.

15 Fig. 2B toont een autocorrelatiefunktie voor de in Fig. 2A getoonde groep. De plaats van de pulsen is zorgvuldig gekozen, zodat er maar één piek is met een hoogte vier en de zijlussen allemaal een hoogte één hebben. Eenvoudig is in te zien dat er een groot aantal groepen met deze 20 eigenschap is, zeker als Tl, T2, T3 groot kunnen worden gekozen. De groep raag niet te lang worden, omdat daardoor de minimum range van het radarapparaat te groot zou worden. Het aantal pulsen in een groep kan niet te groot worden, omdat dan een maximale duty cycle van de zendinrichting kan 25 worden overschreden.

In een radarapparaat worden doorgaans geen vier maar een tiental pulsen uitgezonden. Het voordeel is dat dan de hoofdlus/zijlusverhouding van de autocorrelatiefunktie 30 verbetert, wat de detectiekans vergroot.

Fig. 3A toont meer in detail een mogelijk digitaal filter 7 voor stilstaande doelen, dat langs geheugenmiddelen 6 wordt gevoerd, opgedeeld in rangequanten waarin een rij complexe 35 videosterkten is opgeslagen, zoals die door de radar- '»10123 7 3 7 ontvanger zijn afgegeven. Is er sprake van één doel, dan bevatten vier geheugencellen 11a, 11b, llc, lid elk een doelssterkte die boven de ruis uitsteekt, afkomstig van de vier in een burst uitgezonden pulsen. Digitaal filter 7 is 5 hier uitgevoerd als een opteller, die steeds doelssterkten uit vier geheugencellen optelt volgens het uitgezonden patroon. Door de speciale eigenschap van de uitgezonden groep verschijnt er aan de uitgang van digitaal filter 7 maar één uitgangssignaal dat de afstand van het doel 10 weergeeft. Voor doelen met een snelheid hebben de vier doelssterkten een wisselende fase, wat detectieverlies oplevert.

Fig. 3B toont een mogelijk digitaal filter 7 voor doelen 15 met een bekende snelheid, waarbij digitaal filter 7 is voorzien van fazedraaiende netwerken 12a, 12b, 12c, 12d. De netwerken 12a, 12b, 12c, 12d zijn zo gekozen dat voor één bepaalde snelheid, uitgaande van de timing van de pulsen binnen een groep, de fazedraaiïng tengevolge van het 20 bewegen van het doel wordt gecompenseerd. Hierdoor wordt weer de oorspronkelijke autocorrelatiefunktie verkregen en is er niet langer sprake van detectieverlies.

Fig. 4 toont een mogelijke videoprocessor voor doelen met 25 een willekeurige snelheid. Digitaal filter 7 is hier uitgevoerd als een Fourier transformator, die langs geheugenmiddelen 6 wordt gevoerd. Omdat de in dit voorbeeld gebruikte groep een lengte heeft van 16 rangequanten wordt gebruik gemaakt van een 16 punts Fourier transformator.

30 Hiervan zijn alleen de ingangen 0, 5, 11 en 15 verbonden met de overeenkomstige rangequanten, waarmee een optimale sommatie van het ontvangen signaal kan worden verkregen. De overige ingangen zijn ongebruikt. Geheel analoog aan de bij Fig. 3A besproken correlator wordt voor stilstaande doelen 35 het correlatiesignaal voor een stilstaand doel afgegeven f012373 8 via uitgang O van de Fourier transformator. Echo's van bewegende doelen verschijnen nu aan de overige uitgangen van Fourier transformator 7, zodat de positie en de snelheid van het doel kan worden bepaald.

5

Volgens de uitvinding wordt het uitgangssignaal van Fourier transformator 7 naar een drempelaar 8 gevoerd. In drempelaar 8 kan op een op zich bekende wijze per rangequant een drempelwaarde worden bepaald uit de 16 10 ingangswaarden en kan worden nagegaan of één ingangswaarde significant boven de drempel uitsteekt, wat duidt op een doel in dit rangequant, waarna een predetectie kan worden afgegeven. Een detectiekans en een vals-alarmkans kan dan op een voor de vakman voor de hand liggende wijze worden 15 bepaald.

Het is ook mogelijk detecties te genereren zonder de introductie van een drempelwaarde. Daarbij gaat men er van uit dat bij de aanwezigheid van een doel er één maximum is 20 in het spectrum. Worden er onverhoopt twee identieke maxima gevonden, dan wordt arbitrair één van deze maxima aangewezen als hét maximum. Drempelaar 8 onthoudt nu per uitgezonden groep voor elke rangequant welke uitgang van Fourier transformator 7 de grootste waarde had. Er van 25 uitgaande dat er bij het ontbreken van een doel geen voorkeur bestaat voor een bepaalde uitgang, kan nu voor opeenvolgend uitgezonden groepen in combinator 9 per rangequant worden nagegaan of een bepaalde uitgang statistisch significant vaker het grootst is. Is dit het 30 geval, dan wordt een detectie afgegeven aan uitgang 10.

Fourier transformator 7 krijgt zijn ingangswaarden in feite ongewogen, wat aanleiding kan geven tot het ontstaan van zijlussen in het Doppler domein in het uitgangssignaal.

35 Daarom is het zinvol om voor het eindige aantal mogelijke MO 12373 9 groepen van pulsen na te gaan welke groep de kleinste zijlussen geeft en vervolgens deze groep te gebruiken.

Fig. 5 toont een mogelijk spectrum van een doel, zoals dit 5 aan de uitgang van Fourier transformator 7 verschijnt, in deze simulatie zijn 11 pulsen uitgezonden met een radar-frequentie van 1400 Mc/s en wordt een doel met een snelheid van 0 m/s gesimuleerd. De horizontale schaal is in m/s; zichtbaar is de zeer hoge vouwsnelheid van 16000 m/s.

*Ί 0 1237 3

Claims

1. Radarapparaat voorzien van een zendinrichting voor het periodiek uitzenden van onderling disjuncte groepen van N 5 radarzendpulsen, met N=4,5,6,.., een ontvanginrichting voor het ontvangen van echo's van de radarzendpulsen en een videoprocessor voor het uit de ontvangen echo's detecteren van mogelijke objecten en het bepalen van parameters van deze objecten, met het kenmerk, dat de videoprocessor is 10 ingericht voor het verwerken van echo's in een luistertijd tussen twee groepen van radarzendpulsen.

2. Radarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de videoprocessor is voorzien van geheugenmiddelen voor 15 het opslaan van een rij door de ontvanginrichting bepaalde complexe videosterkten.

3. Radarapparaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de videoprocessor is voorzien van een digitaal filter 20 voor het verwerken van een aaneengesloten subrij uit de rij van videosterkten.

4. Radarapparaat volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het digitaal filter een Fourier transformator of een 25 daarmee equivalente lineaire transformator omvat.

5. Radarapparaat volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat binnen een groep de pulsen onderling coherent zijn en dat een tijd tussen twee pulsen steeds een veelvoud is van 30 een eenheidstijd.

6. Radarapparaat volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de zendinrichting is ingericht voor het zodanig in de tijd rangschikken van de pulsen in een groep dat voor een *1012373 puntdoel de Fourier transformator althans in hoofdzaak voor één subrij een uitgangssignaal levert.

7. Radarapparaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, 5 dat van alle mogelijke geschikte rangschikkingen een rangschikking wordt geselecteerd waarvoor de Fourier transformator voor een puntdoel een uitgangssignaal met minimale zijlussen afgeeft.

8. Werkwijze voor het bedrijven van een radarapparaat, waarbij periodiek groepen van N radarzendpulsen worden uitgezonden, met N=4,5,6,.., met het kenmerk, dat in een luistertijd tussen twee groepen radarzendpulsen de ontvangen radarechosignalen worden toegevoerd aan een 15 videoprocessor, voor het bepalen van parameters van een mogelijk waargenomen doel.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de ontvangen radarechosignalen worden gedigitaliseerd en 20 sequentieel langs een digitaal filter met tenminste N ingangen worden gevoerd.

10 Fourier transformator.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat binnen een groep de radarzendpulsen niet-equidistant in de 25 tijd worden uitgezonden.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de radarzendpulsen binnen een groep zó zijn gepositioneerd dat het digitaal filter althans voor een puntdoel althans 30 in hoofdzaak één keer een uitgangssignaal afgeeft.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de ontvangen radarechosignalen worden gedigitaliseerd en sequentieel langs een Fourier transformator met M ingangen 35 worden gevoerd, waarbij M»N. *1012373

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de radarzendpulsen binnen een groep zó zijn gepositioneerd dat de Fourier transformator althans voor een puntdoel een uitgangssignaal met minimale zijlussen in het frequentie- 5 domein afgeeft.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat per uitgezonden groep en per subrij een predetectie wordt afgegeven voor althans het grootste uitgangssignaal van de

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat een detectie wordt afgegeven als tenminste P identieke predetecties worden afgegeven voor dezelfde subrij uit Q 15 opeenvolgend uitgezonden groepen, met P=l,2,.., Q=l,2,.. en P<Q. '.-»1 012 3 7 3