NL8101111A

NL8101111A - Impulsradarapparaat.

Info

Publication number: NL8101111A
Application number: NL8101111A
Authority: NL
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1981-03-09
Filing date: 1981-03-09
Publication date: 1982-10-01
Also published as: AU544472B2; EP0059998A1; JPH0158467B2; DE3267085D1; JPS57161570A; EP0059998B1; US4524358A; CA1178360A; AU8079582A

Description

* # * - ] -

Impulsradarapparaat

De uitvinding heeft betrekking op een impulsradarapparaat, voorzien van een zend- en ontvanginrichting, waarbij de ontvangen doelsecho's na detectie per rangequant bemonsterd en gedigitali-5 seerd worden, een n-punts FFT-verwerkingseenheid en een drempel-schakeling, waarin voor elk van de n frequentieuitgangskanalen van de FFT-verwerkingseenheid een drempelwaarde wordt vastgesteld, waarboven de desbetreffende uitgangssignalen van de FFT-verwerkingseenheid worden doorgelaten.

10 In de FFT-verwerkingseenheid wordt de per rangequant bemonsterde en gedigitaliseerde videoinformatie van n opeenvolgende radarscanslagen omgezet in n, in aangrenzende frequentiebanden gelegen frequentieuitgangssignalen. Een dergelijke omzetting zal in het hiernavolgende als FFT-scanslag worden aangeduid. Een ver-15 deling van het radarbereik in door, door n opeenvolgende azimuth-scanslagen bepaalde azimuthsectoren en rangequanta gevormde radar-cellen correspondeert alsdan met een verdeling in, door FFT-scan-slagen en rangequanta gevormde FFT-cellen. Voor de opeenvolgende FFT-scanslagen geldt dat de corresponderende azimuthsectoren elkaar 20 gedeeltelijk kunnen overlappen, in welk geval dus ook de radar-cellen van deze azimuthsectoren elkaar zullen overlappen. De uitgangssignalen van de FFT-verwerkingseenheid bepalen het spectrum van de per radarcel ontvangen en verwerkte doelsecho's. Dit spectrum zal uiteraard verschillend zijn bij vaste en bewegende doelen; 25 hierbij worden onder de vaste doelen tevens gerekend doelen met een geringe radiale snelheidscomponent. Beweegt de radarbundel over het doel, dan zullen de belangrijkste frequentiecomponenten uit het spectrum van de vaste doelsecho's, die vallen binnen opeenvolgende radarcellen in een rangebin, onderling verschillen en wel in die 30 zin, dat bij gebruik van een single-canceller in de ontvanginrichting van het impulsradarapparaat, de frequentiecomponenten de kleinste waarde zullen hebben op het moment dat de bundel midden op het doel is gericht en groter worden naarmate de bundel meer naast het doel is gericht. Dit effect is overigens bij het gebruik 35 van een dubbelcanceller veel minder. De spectra van de bewegende doelsecho's, die vallen binnen opeenvolgende radarcellen in een 8101111 « < - 2 - rangebin kunnen in die zin verschillen dat de frequentiecomponenten de hoogste waarden zullen hebben op het moment dat de bundel midden op het doel is gericht en kleiner worden naarmate de bundel meer naast het doel is gericht. Door deze effecten zal het mogelijk zijn 5 dat de beslissing, dat doelsecho's als afkomstig ofwel van dutter ofwel van doelen met een snelheid, die correspondeert met een frequentie in de orde k.prf (k = 0, 1, 2, ...) moeten worden aangemerkt, verschillend kan uitvallen, afhankelijk of de radarbundel meer of minder op het doel is gericht. Worden de rangequanta 10 kleiner gekozen dan de lengte van de ontvangen doelsecho's, dan zullen van dergelijke echo's meerdere opeenvolgende gedigitaliseerde monsters afkomstig zijn. Door de randomaanwezigheid van ruis zal in het algemeen ook voor de in range opeenvolgende cellen gelden dat het onderscheid tussen dutter en bewegende doelen in 15 deze cellen verschillend kan uitvallen.

Het doel van de uitvinding is het impulsradarapparaat, zoals dit in de aanhef is omschreven, zodanig uit te voeren dat, op grond van een in de FFT-verwerkingseenheid uitgevoerde spectrum-analyse, een juist onderscheid tussen vaste doelen, inclusief 20 dutter, en bewegende doelen kan worden gemaakt.

Overeenkomstig de uitvinding is hiertoe een op de drempelschakeling aangesloten celclassificatieeenheid aanwezig om uit het spectrum van de per cel ontvangen en verwerkte doelsecho's een celdassificatiesignaal (FQ) af te leiden, waarvan de waarde, 25 resp. de inverse waarde, aangeeft dat de binnen een dergelijke cel ontvangen doelsecho's in eerste opzet als van een bewegend doel, resp. als van een vast doel afkomstig kunnen worden aangemerkt, dat verder een microprocessor aanwezig is, welke middelen omvat om de cellen die tesamen één enkel doel bestrijken samen te voegen tot een 30 cluster, en om een, het door de cluster bestreken doel representerend signaal te bepalen, alsmede middelen om, met behulp van de celclassificatiesignalen van de tot de cluster behorende cellen, een clusterclassificatiesignaal (CLUC) af te leiden, waarvan de waarde, resp. de inverse waarde, aangeeft·, dat de binnen de cluster 35 ontvangen doelsecho's als van een bewegend doel, resp. als van een vast doel afkomstig kunnen worden aangemerkt, en middelen om 8101111 f » - 3 - met behulp van het clusterclassificatiesignaal te bewerkstelligen dat het genoemde, het door de cluster bestreken doel representerend signaal uit de microprocessor kan worden gelezen, voor zover dit althans is afgeleid uit doelsecho's die als van bewegende doelen 5 afkomstig zijn aangemerkt.

Uit het voor één cel bepaalde spectrum wordt derhalve een voorlopige indicatie vast-bewegend doel verkregen, terwijl uit de voorlopige indicaties, vastgesteld voor de cellen van een cluster, een uiteindelijke beslissing vast-bewegend doel kan worden 10 verkregen.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuren, waarvan:

Fig. 1 een blokschema van het impulsradarapparaat overeenkomstig de uitvinding toont, en 15 Fig. 2A en 2B diagrammen laat zien ter toelichting van de door de microprocessor te vervullen functies.

Het in fig. 1 afgebeelde impulsradarapparaat omvat een impulsradarzend- en ontvanginrichting 1 met een antenne 2, een FFT-verwerkingseenheid 3 en een drempelschakeling k. In de impuls-20 radarzend- en ontvanginrichting 1 worden de ontvangen doelsecho's na detectie per rangequant bemonsterd en gedigitaliseerd. De aldus verkregen gedigitaliseerde videosignalen worden, voordat zij worden toegevoerd aan de FFT-verwerkingseenheid 3, door een, deel van de impulsradarzend- en ontvanginrichting 1 uitmakende digitale MTI-25 canceller geleid om de, van vaste doelen afkomstige signalen in sterkte te reduceren. In de FFT-verwerkingseenheid 3 wordt de, van n opeenvolgende radarscanslagen afkomstige en in één rangebin gelegen videoinformatie omgezet in n uitgangssignalen, welke zijn gelegen in de n frequentieuitgangskanalen van de FFT-verwerkings-30 eenheid. Is de videoinformatie van de radarscanslagen 1, 2, ..., n voor alle in aanmerking komende rangequanta omgezet in frequentie-informatie, dan wordt de videoinformatie van de radarscanslagen n-k+1, n-k+2, ..., 2n-k voor alle in aanmerking komende rangequanta omgezet in frequentieinformatie. Hierbij zal k naar keuze 35 de waarden 0, 1, 2, ..., n-1 aannemen. De opeenvolgende FFT-scan-slagen corresponderen derhalve met naast elkaar gelegen of met 8101111

« V

- 4 - elkaar meer of minder overlappende azimuthsectoren. Per FFT-scanslag en per rangequant worden door de FFT-verwerkingseenheid n digitale woorden, te weten de amplituden van n frequentiewaarden uit het videospectrum, toegevoerd aan de drempelschakeling 4. Voor elk van 5 deze frequentiewaarden, dwz. voor elk der frequentieuitgangskanalen van de FFT-verwerkingseenheid, wordt hierin een drempelwaarde vastgesteld, waarboven de desbetreffende frequentiewaarden worden doorgelaten. In zijn algemeenheid zal de drempelwaarde voor de middelste frequentieuitgangskanalen hoger zijn, dan voor de uiterste 10 frequentiekanalen; dit is hoofdzakelijk het gevolg van de canceller-werking in de impulsradarzend- en ontvanginrichting 1.

De via de drempelschakeling 4 van de FFT-verwerkingseenheid afkomstige amplituden (i = 0, 1, 2, ..., n-1) worden toegevoerd aan een celclassificatieeenheid 5. Hierin wordt uit het 15 spectrum van de per radarcel ontvangen en verwerkte doelsecho's een celclassificatiesignaal FQ afgeleid, waarvan de waarde, resp. de inverse waarde aangeeft dat de binnen een dergelijke cel ontvangen doelsecho's in eerste opzet als van een bewegend doel, resp. als van een vast doel afkomstig kunnen worden aangemerkt. De celclassifi-20 catieschakeling 5 omvat hiertoe een schakeling 6 om uit de, per cel door de FFT-verwerkingseenheid afgegeven frequentieuitgangssignalen de signalen S~ . en Sn , af te leiden, waarvan de waarde, resp.

U, I ϋ,η-1 de inverse waarde aangeeft dat de amplitude van het, over het fre-quentieuitgangskanaal 0 afgegeven uitgangssignaal Ag groter, resp.

25 kleiner is dan de amplitude van het, over het frequentieuitgangs-kanaal 1 afgegeven uitgangssignaal A^ en groter, resp. kleiner is dan de amplitude van het, over het frequentieuitgangskanaal n-1 afgegeven uitgangssignaal An en een logische schakeling 7, welke, na toevoer van de. signalen S_ , en Sn , het celclassificatie-

Oyl O,n-1 30 signaal FQ = S_ , .Sn , bepaalt.

\}f 1 u,n-!

De schakeling 6 is opgebouwd uit een register 8, een comparator 9, een tweetal schakelaars 10 en 11, een tweetal registerelementen 12 en 13 en een kanaalteller 14. De kanaalteller 14, welke telkenmale het aantal frequentieuitgangskanalen van de 35 FFT-verwerkingseenheid aftelt, bewerkstelligt dat de amplitude van het, over het frequentieuitgangskanaal 0 afgegeven uitgangssignaal 8101111 - 5 -

Aq in het register 8 wordt vastgelegd. In de comparator 9 wordt dit uitgangssignaal Aq vergeleken met de achtereenvolgens verschijnende amplituden van het, over de frequentieuitgangskanalen 1, 2, n-1 afgegeven uitgangssignalen A^, AAn_j.

5 Echter alleen de resultaten van de vergelijking van Aq met A^ en van Aq met An ^ worden vastgelegd. Op de, door de kanaalteller vastgestelde momenten wordt het vergelijkingsresultaat van Aq met Α^ via de schakelaar 10 vastgelegd in het registerelement 12 en het vergelijkingsresultaat van Aq met An ^ via de schakelaar 11 10 in het registerelement 13. Het uitgangssignaal Sq ^ van het registerelement 12 is 1 als Aq > A^ en 0 als Aq < A^; het uitgangssignaal Sn . van het registerelement 13 is 1 als A_ > A , en Ο,η-ι 0 n-1 0 als An < A ..

0 n-1

De signalen Sq j en Sq n j worden vervolgens toegevoerd 15 aan de logische schakeling 7, welke het celclassificatiesignaal FQ = Sq ^ .Sq n_j bepaalt. FQ is 1 bij een voorlopige classificatie "vast doel" en 0 bij een voorlopige classificatie "bewegend doel". Op deze wijze is uit het spectrum van de per radarcel ontvangen doelsecho een voorlopige indicatie verkregen of de doelsecho als 20 van een bewegend doel of van een vast doel afkomstig moet worden beschouwd. Zoals in de beschrijvingsinleiding reeds is opgemerkt, wordt een definitieve indicatie hieromtrent verkregen uit de voorlopige indicaties vastgesteld voor de cellen van een cluster. Het in fig. 1 afgebeelde impulsradarapparaat omvat hiertoe een 25 microprocessor 15. Deze microprocessor omvat: - middelen om de cellen die tesamen één enkel doel bestrijken samen te voegen tot een cluster, en om een, het door de cluster bestreken doel representerend signaal te bepalen; - middelen om, met behulp van de celclassificatiesignalen van de 30 tot de cluster behorende cellen, een clusterclassificatiesignaal CLUC af te leiden, waarvan de waarde, resp. de inverse waarde aangeeft dat de binnen de cluster ontvangen doelsecho's als van een bewegend doel, resp. als van een vast doel afkomstig kunnen worden aangemerkt, en 35 - middelen om met behulp van het clusterclassificatiesignaal te bewerkstelligen, dat het genoemde, het door de cluster bestreken 8101111 - 6 - doel representerend signaal uit de microprocessor kan worden gelezen, voor zover dit althans is afgeleid uit doelsecho's die als van bewegende doelen afkomstig zijn aangemerkt.

Opdat de microprocessor de hier geschetste functies kan vervullen, 5 dienen nog de volgende signalen te worden afgeleid: - het signaal RG; dit signaal geeft de range van de radarcel aan, waarvan de videogegevens in de celclassificatieeenheid bewerkt worden; - het signaal AM; dit signaal geeft de grootste amplitude aan, 10 die per cel onder de via de drempelschakeling verkregen frequen-tieuitgangssignalen van de FFT-verwerkingseenheid is geconstateerd; - het signaal FN; dit signaal geeft het rangnummer van het frequen-tieuitgangskanaal waarin de grootste amplitude is vastgesteld.

15 De afleiding van deze signalen is in de hier beschreven uitvoeringsvorm ondergebracht in de celclassificatieenheid 5.

Deze omvat hiertoe een schakeling lé om van de, per cel door de FFT-verwerkingseenheid afgegeven en boven de voor de desbetreffende frequentieuitgangskanalen vastgelegde drempelwaarden uitkomende 20 frequentieuitgangssignalen de grootste amplitude AM te bepalen, de reeds genoemde kanaalteller 14·, een rangeteller 17 en een kanaalnummerregister 18.

De schakeling 16 is opgebouwd uit een register 19 en een comparator 20. In het register 19 wordt de amplitude A^ alleen 25 dan overgenomen, als door de comparator 20 is vastgesteld dat de waarde van A.. groter is dan de waarde van de reeds in het register 19 aanwezige amplitude. Door middel van de rangetelpuls RP wordt bewerkstelligd dat voor elke FFT-scanslag per rangequant de maximale amplitude AM in het register 19 wordt vastgesteld en 30 bewaard tot de maximum amplitudebepaling voor de volgende rangequant uit de FFT-scanslag plaats zal vinden. De kanaalteller 14· wordt gestart bij elke FFT-scanslag en telt telkenmale het aantal frequentieuitgangskanalen van de FFT-verwerkingseenheid af, waarna de rangetelpuls RP wordt afgegeven en de rangeteller 17 wordt 35 opgehoogd. De kanaalteller 14· bewerkstelligt tevens dat het nummer FN van de maximum amplitude, welke optreedt op het door de 8101111 - 7 - comparator 20 vastgestelde moment, in het kanaalnummerregister 18 wordt vastgelegd. De signalen FQ, RG, FN, AM worden via het microprocessoringangscircuit 21 toegevoerd aan de microprocessor 15.

In de microprocessor worden allereerst de cellen die 5 tesamen één enkel doel bestrijken samengevoegd tot een cluster en een, het door de cluster bestreken doel representerend signaal bepaald. Het hiervoor gevolgde rekenproces is aangegeven in het, in fig. 2A afgeheelde flowdiagram. Voor de toelichting van dit flowdiagram wordt gebruik gemaakt van het in fig. 2B afgeheelde 10 diagram. In fig. 2B zijn een aantal radarcellen B, C, D, N, P, Q en R afgeheeld voor een aantal opeenvolgende rangequanta (RG) en FFT-scanslagen (FFTSW). Hebben in onderling naburige cellen amplitudeoverschrijdingen in één of meer frequentiekanalen plaatsgevonden, dan worden deze cellen samengevoegd tot clusters. Als in 15 een FFT-scanslag geen cellen aan een cluster zijn toegevoegd of als de maximale omvang van een cluster is bereikt, dan wordt de cluster afgesloten, waarna de clusterclassificatie kan worden uitgevoerd.

Een cluster mag zich uitstrekken over een bepaald maximum aantal FFT-scanslagen, bijv. 7; indien na het bereiken van de maximale 20 breedte van een cluster nog naburige cellen met overschrijdingen worden geconstateerd, dan moeten deze worden opgenomen in een nieuwe cluster. Per cluster zal daarom de FFT-scanslagtellerstand worden bijgehouden. Ook mag de cluster zich slechts uitstrekken over een bepaald maximum aantal rangequanten, bijv. k. Hiertoe 25 wordt het aantal tijdens een FFT-scanslag toegevoegde cellen geteld en dit aantal van de vorige FFT-scanslag onthouden. Bij het opbouwen van een cluster wordt gebruik gemaakt van gegevens van de vorige en de huidige FFT-scanslag. Laat in cel P in fig. 2B een amplitudeoverschrijding in een der frequentiekanalen hebben plaats-30 gevonden. Behoorde nu cel B tot een cluster (B( CL), dan wordt cel P aan deze cluster toegevoerd (P-*-CL(B)). Behoorde cel B niet tot een cluster (B^CL), doch wel cel N (N(CL), dan kan cel P aan de cluster van N worden toegevoegd (P-»-CL(N)), als ten minste niet de cluster zijn maximum range heeft bereikt (MAX.CL). Is dit laatste 35 wel het geval of behoorde N niet tot een cluster (N^CL) en heeft in cel Q geen amplitudeoverschrijding plaatsgevonden (0V(Q)), dan 8101111 - 8 - wordt een nieuwe cluster gevormd, waartoe cel P als vast behoort (-» NCL (P)). Heeft in cel Q wel een amplitudeoverschrijding plaatsgevonden (0V(Q)) en was dit ook het geval in cel C, dan worden de cellen P en Q aan de cluster van C toegevoegd (P,Q·* CL(C)), als 5 ten minste niet de cluster zijn maximale range heeft bereikt (MAX.CL). Het, in het flowdiagram weergegeven proces gaat voort totdat hetzij cel P en mogelijkerwijze cel Q , R zijn toegevoegd aan een bestaande cluster (P->-CL(B.), P->CL(N), P,Q-*-CL(C) en P,Q,R·* CL(D)), hetzij nieuwe clusters zijn gegenereerd, waarvan P 10 en mogelijkerwijze Q, R deel van uitmaken (-»-NCL(P), ->NCL(P,Q) en + NCL(P,Q,R)).

De amplituden AM(i), met i = l, 2, ..., k, van de k cellen, die tot de aldus gevormde cluster behoren, worden in de microprocessor vergeleken; de grootste waarde geldt als amplitude voor 15 de cluster: AM(CL). Dit, het door de cluster bestreken doel representerend signaal kan door de microprocessor worden uitgelezen, voor zover het althans is afgeleid uit doelsecho's die als van bewegende doelen afkomstig zijn aangemerkt.

De waarde van het uitgangssignaal van het kanaalnummer-20 register 18, welke behoort bij de cel, waarvan de daarbinnen vast-gestelde amplitude als amplitude voor de cluster is aangemerkt, wordt nu als FN-waarde voor de cluster beschouwd en aangegeven als FN(CL). Evenzo geldt dat de waarde van het uitgangssignaal van de logische schakeling 7, welke behoort bij de cel uit de cluster 25 met de grootste AM-waarde, als de FQ-waarde voor de cluster wordt beschouwd en wordt aangegeven als FQ(CL).

Indien nu geldt dat FN(CL)=n-2, n-1, 0, 1 of 2 en tevens dat FQ(CL)=1, dan is het clusterclassificatiesignaal CLUC = 0 en zal het signaal AM(CL) als afkomstig van een vast doel 30 worden onderdrukt, dwz. niet door de microprocessor worden uitgelezen. In alle andere gevallen is CLUC=1 en zal het signaal AM (CL) als afkomstig van een bewegend doel door de microprocessor worden uitgelezen.

8101111

Claims

1. Impulsradarapparaat, voorzien van een zend- en opvang inrichting, waarbij de ontvangen doelsecho's na detectie per rangequant bemonsterd en gedigitaliseerd worden, een n-punts FFT-5 verwerkingseenheid en een drempelschakeling, waarin voor elk van de n frequentieuitgangskanalen van de FFT-verwerkingseenheid een drempelwaarde wordt vastgesteld, waarboven de desbetreffende uitgangssignalen van de FFT-verwerkingseenheid worden doorgelaten, met het kenmerk, dat een op de drempelschakeling aangesloten cel-10 classificatieeenheid aanwezig is om uit het spectrum van de per cel ontvangen en verwerkte doelsecho's een celclassificatiesignaal (FQ) af te leiden, waarvan de waarde, resp. de inverse waarde, aangeeft dat de binnen een dergelijke cel ontvangen doelsecho's in eerste opzet als van een bewegend doel, resp. als van een vast 15 doel afkomstig kunnen worden aangemerkt, dat verder een microprocessor aanwezig is, welke middelen omvat om de cellen die tesamen één enkel doel bestrijken samen te voegen tot een cluster, en om een, het door de cluster bestreken doel representerend signaal te bepalen, alsmede middelen om, met behulp van de celclassificatiesignalen van 20 de tot de cluster behorende cellen, een clusterclassificatiesignaal (CLUC) af te leiden, waarvan de waarde, resp. de inverse waarde, aangeeft, dat de binneh de cluster ontvangen doelsecho's als van een bewegend doel, resp. als van een vast doel afkomstig kunnen worden aangemerkt, en middelen om met behulp van het cluster-25 classificatiesignaal te bewerkstelligen dat het genoemde, het door de cluster bestreken doel representerend signaal uit de microprocessor kan worden gelezen, voor zover dit althans is afgeleid uit doelsecho's die als van bewegende doelen afkomstig zijn aangemerkt.

2. Impulsradarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, 30 dat de celclassificatieeenheid is voorzien van een schakeling om uit de, per cel door de FFT-verwerkingseenheid afgegeven frequentie uitgangssignalen de signalen j en Sg n ^ af te leiden, waarvan de waarde, resp. de inverse waarde aangeeft dat de amplitude van het, over het frequentieuitgangskanaal 0 afgegeven uitgangssignaal (Aq) 35 groter, resp. kleiner is dan de amplitude van het over het frequentie- 8101111