NL8202013A - Werkwijze voor het opheffen van de dubbelzinnigheid met betrekking tot de afstand bij een doppler radarpuls en inrichting voor het in werking stellen hiervan alsmede radar die een dergelijke inrichting bevat. - Google Patents

Description

' - 1 - i / ·

Werkwijze "foor het opheffen van de dubbelzinnigheid met betrekking tot de afstand bij een Doppler radarpuls en inrichting voor het in werking stellen hiervan alsmede radar die een dergelijke inrichting bevat.

5

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het opheffen van de dubbelzinnigheid met betrekking tot de afstand bij een Doppler radarpuls met een grote herhalingsfrequentie evenals op de inrichting die deze werkwijze in wer-10 king stelt en de radar die een dergelijke inrichting bevat.

Bij een Doppler radar die impulsen uitzendt met een herhalingsfrequentie waarbij het spektrum van het uit- n gezonden signaal bestaat uit een lijn met de draaggolffrequentie en zijlijnen gelegen aan weerszijde van de draaggolffrequentie 15 op intervallen die gelijk zijn aan de herhalingsfrequentie.

Het ontvangen signaal heeft ten opzichte van het uitgezonden signaal een vertraging ondergaan gelijk aan de tijd die hierdoor ingenomen wordt voor het doorlopen van de afstand radar-doel-radar en een frequentieverschuiving ten gevolge van 20 het Doppler effekt.

Men gebruikt dezelfde antenne bij het zenden en bij het ontvangen. De ontvanger is uitgeschakeld tijdens het zenden. Er doet zich dus een verduisteringsverschijnsel voor, dat wil zeggen het verlies van het deel van het signaal dat 25 ontvangen is gedurende het uitschakelen van de ontvanger. Dit verschijnsel is des te hinderlijker wanneer de vormfaktor 0,5 nadert.

De Doppler radars waarvan de herhalingsfrequentie groot is hebben geen dubbelzinnigheid wat betreft de snelheid 30 maar een dubbelzinnigheid wat betreft de afstand ten gevolge van het feit dat men slechts de vertraging kent van het ontvangen signaal ten opzichte van het uitgezonden signaal met een modulo gelijk aan de herhalingsperiode. Deze dubbelzinnigheid wat betreft de afstand kan opgeheven worden door de her- 8202013 v - 2 - halingsfrequentie op passende wijze te veranderen.

Om de afstand te meten bij het volgen bestaat een klassieke werkwijze in het gebruiken van een periodieke modulatie van de zendfrequentie van de radar. Het spektrum van het 5 ontvangen signaal bestaat dan behalve uit de hoofdlijn uit zijlijnen met harmonische frequenties van de modulatiefre-quentie. De amplitude van deze lijnen is een maat voor de afstand van het doel.

Bij dit type van meten is de breedte van de toege-10 paste filters bij de verschillende lijnen van het signaal konstant. Wanneer de signaal/ruisverhouding konstant is is de nauwkeurigheid van de meting konstant. Maar een slechte signaal/ ruisverhouding maakt het niet mogelijk een nauwkeurige meting te verkrijgen.

15 De uitvinding heeft tot doel om met een toenemende nauwkeurigheid, al naar gelang het volgen, de niet dubbelzinnige afstand te schatten van een doel tot een radar met een grote herhalingsfrequentie uit alle metingen van de dubbelzinnige afstand bewerkstelligd vanaf het begin van het volgen.

20 Een ander doel van de uitvinding is het schatten van de niet dubbelzinnige afstand van een doel tot een radar met een grote herhalingsfrequentie, met een grote nauwkeurigheid, zoals in het geval van een zeer kleine signaal tot rui s/erhouding.

25 Nog een doel van de uitvinding is het tot een minimum verminderen van de verliezen van het signaal ten gevolge van het verduisteringsverschijnsel dankzij een passende variatie van de herhalingsfrequentie.

Een ander doel van de uitvinding is het besturen 30 van de herhalingsfrequentie van het signaal uitgezonden door de radar door gebruik te maken van de gemeten dubbelzinnige afstand en de geschatte niet dubbelzinnige afstand om de dubbelzinnigheidsfaktor konstant te houden gedurende tenminste de tijd die nodig is voor het verkrijgen van een voldoende 35 goede schatting van de afstand.

82 0 2 0 1 3 % - 3 -

Een ander doel van de uitvinding is het verzekeren van het volgen van het doel met het tot een minimum beperken van de gevaren van het kwijtraken van het doel ten gevolge van het verduisteringsverschijnsel.

5 De werkwijze, die het doel van de uitvinding is, voor het opheffen van de dubbelzinnigheid met betrekking tot de afstand bij een volgradar van het Doppler pulssoort, waarvan de herhalingsfrequentie f (k) groot is en variabel en die een

R

meetinrichting bevat van de dubbelzinnige afstand op de ogen-10 blikken T = kdt, waarbij 41 de periode is voor het ver- krijgen van de informatie bij de radar, wordt gekenmerkt doordat hij bestaat uit de volgende achtereenvolgende stappen voor een meetcyclus: het meten van de dubbelzinnige afstand op het 15 ogenblik T ;

K

het schatten van de dubbelzinnigheidsfaktor van de afstand radar-doel en van de afstand-soort ςρ (k) van de fout overeenkomend met deze afstandsschatting; een berekening uit de gemeten dubbelzinnige afstand 20 van de geschatte dubbelzinnigheidsfaktor, van een nieuwe waarde van de herhalingsfrequentie f (k+1) die zodanig is dat bij de volgende cyclus van metingen die verwezenlijkt wordt met de nieuwe herhalingsfrequentie f (k+1), de dubbelzinnigheids-

R

faktor konstant blijft en de afstand-soort(k+1) van de 25 fout over de afstand radar-doel kleiner is dan die van de voorgaande cyclus ^(k).

De uitvinding zal aan de hand van de tekening worden toegelicht.

Figuur 1 is een overzichtsschema van de inrichting 30 voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

Figuur 2 is het overzichtsschema van een Doppler pulsradar ingericht met een meetinrichting van de dubbelzinnige afstand.

Figuur 3 geeft de bedieningsketen die het mogelijk 35 maakt om de herhalingsfrequentie te besturen weer.

8202013 t - h -

In een radar van het soort puls Doppler met grote herhalingsfrequentie bestaan dubbelzinnigheden met betrekking tot de afstand. Wanneer de vormfaktor 0,5 nadert doet zich een verduisteringsverschijnsel voor die de signaal/ruisverhouding 5 vermindert en een ontkoppeling van het volgen kan opwekken. Om het verduisteringsverschijnsel te elimineren bestaat een zeer goed bekende werkwijze in het veranderen van de herhalingsfrequentie voordat de verduistering optreedt.

De op te lossen vraagstukken zijn dus de volgende.

10 Men wenst de herhalingsfrequentie f zodanig te

R

besturen dat de dubbelzinnigheidsfaktor konstant gehouden wordt om de dubbelzinnigheid van de afstand op te heffen en de verduisteringsverliezen minimaal te maken.

Men wenst de niet dubbelzinnige afstand radar-doel 15 te schatten uit de meting van de dubbelzinnige afstand en dit met een zeer grote nauwkeurigheid.

Het besturen van de herhalingsfrequentie zal uitgevoerd worden uit de gemeten dubbelzinnige afstand en de schatting van de dubbelzinnigheidsfaktor.

20 Men herinnert eraan dat de dubbelzinnigheidsfaktor een geheel getal is terwijl zijn produkt met de maximale dub-belzinnigheidsafstand, vermeerderd met de dubbelzinnige afstand gelijk is aan de afstand radar-doel.

In het vervolg van de beschrijving zal men met 4t 25 de periode aangeven voor het verkrijgen van informaties in de radar (aangegeven met de verwijzing 2). Deze periode is in het algemeen gelijk aan de coherente filtertijd van het signaal. De gegevens of metingen zullen aangegeven worden op het ogenblik T =k.At met behulp van de volgende symbolen:

K

30 -ad(k): maximale dubbelzinnigheidsafstand. Dit gegeven is gekoppeld aan de herhalingsfrequentie f (k) van

R

de impulsen uitgezonden met de relatie ad(k)=c/2f (k) (l)

K

-da(k):dubbelzinnigheidsafstand.

35 da(k) ligt tus sen 0 en ad(k).

62 0 2 0 1 3 - 5 - -d(k): afstand doel-radar.

-y(k): gemeten dubbelzinnigheidsafstand.

-6" (k): variatie van de fout over de genormaliseerde dubbelzinnigheidsafstand da(k)/ad(k). Dit gegeven wordt 5 bekend verondersteld of min of meer geschat.

- £(k): fout over de meting y(k) van de dubbel-zinnigheidsafstand da(k).

Dus y(k)=da(k)+ £(k) (il) 10 Deze fout wordt Gauss-vormig verondersteld met 2 2 gemiddelde nul en met variatie (k)ad (k) -n(k): dubbelzinnigheidsfaktor; dit is een geheel getal zo dat: d(k)=n(k)ad(k)+da(k) (lil) 15 -d(k): schatting van de afstand d(k) van het doel tot de radar voor de meting y(k).

-S(k): schatting van de afstand d(k) na de meting y(k) -n(k): schatting van de dubbelzinnigheidsfaktor 20 n(k) voor de meting y(k) -h(k): schatting van de dubbelzinnigheidsfaktor n(k) na de meting y(k) -«V k): afstand-soort van de fout over de afstand d(k) 25 —dd(k): afstand doorlopen tussen de ogenblikken en \+1 : d(k+1)=d(k)-dd(k) (IV)

Het is mogelijk om a priori de prestaties van de inrichting volgens de uitvinding te waarderen door het schatten 30 van de waarde van de afstand-soort <5"^ van de fout over de afstand radar-doel na een meettijd T, dankzij de betrekking: - _ 6~. 1/3. e. do ' d’(kï),,5Vdt’fKo 35 82 0 2 0 1 3 - 6 - waart) i j -do de afstand radar-doel is aan het begin van de meting -f de waarde van de herhalingsfrequentie f aan 5 het begin van de meting - ó~ is de afstand-soort van de fout over de genormaliseerde dübbelzinnigheidsafstand da(k)/ad(k).

Wanneer de signaal/ruisverhouding konstant is en bekend is 6 konstant.

10 Wanneer de verhouding S/B niet bekend is maar geschat, zal <5*^ reeel in geringe mate groter zijn dan de waarde verkregen met de hierbovengegeven formule.

_^»die

De hierbovengegeven formulefde berekening a priori mogelijk maakt van de afstand-soort 6"^ over d, is onderworpen 15 aan de volgende voorwaarden: de variatie van de afstand gedurende de waarnemings-tijd is klein ten opzichte van de afstand zelf.

De naderingssnelheid is konstant en gelijk aan V .

n

Men kent geen enkele informatie a priori over de 20 afstand.

Deze kondities zijn niet nodig bij een goede werking van het stelsel voor het opheffen van de dubbelzinnigheid dat het doel is van de uitvinding en zijn slechts gesteld voor de kennis a priori van de afstand-soort d 25 Figuur 1 stelt het overzichtsschema voor van de inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze voor het opheffen van de dubbelzinnigheid volgens de uitvinding.

Opdat dit stelsel werkt is het nodig dat de radar een volgradar is. In dit geval wordt het signaal in feite be-30 waard in een Doppler filter dat voldoende smal is zo dat de signaal/ruisverhouding voldoende is.

De verwijzing 1 geeft een inrichting aan die het mogelijk maakt een lineaire filtering te verwezenlijken van de waarden y(k) van de gemeten dubbelzinnige afstand om er 35 de geschatte waarde ct(k) uit af te leiden van de afstand 8 2 0 t 0 t 3 - τ - radar-doel, de geschatte waarde n(k) van de dubbelzinnigheids- faktor evenals de waarde 0“,(k) van het afstand-soort van de d fout betrokken op de waarde van d(k).

De inrichting 1, die bij deze uitvoering beschreven 5 is is een Kalman filter. De lineaire filtering die verwezenlijkt is met de subinrichting 1 is een lineaire kombinatie van alle waarden y van de gemeten dubbelzinnige afstand vanaf het begin van het volgen. De geschatte waarden ct(k) van de niet dubbelzinnige afstand en h(d) van de dubbelzinnigheids-10 faktor worden verkregen dankzij de herhalingsformules. Als verschil met een klassiek lineair filter waaraan men een overdrachtsfunktie kan verbinden hebben de herhalingsbetrek-kingen niet konstante coëfficiënten. Dit Kalman filter 1 is niet het doel van de uitvinding. Op dezelfde wijze zullen de 15 gebruikte herhalingsformules voor de schattingen ct(k) en n(k) niet aangegeven worden daar zij een bekend resultaat vormen.

Zij zullen eenvoudigweg toegepast worden in het bijzondere geval van de inrichting voor het opheffen van de dubbelzinnigheid volgens de uitvinding .

20 Om te kunnen werken heeft het filter 1 zekere informaties nodig van de zijde van de Doppler radar en wel: de radiale snelheid V (k) van het doel ten opzichte van de radar. Het is ook af te leiden van de afstand radar- doel. Hij is bekend uit de Doppler frequentie van het doel 25 op het ogenblik T . De positie van het Doppler filter geeft K.

de waarde van de snelheid van het doel ten opzichte van de radar met een voldoende grote nauwkeurigheid voor het verzekeren van een zeer goede kompensatie van de variaties in de afstand waarvan de waarde geschat moet worden; vanuit het 30 oogpunt van het Kalman filter 1 kan de afstand radar-doel dus als konstant beschouwd worden.

De herhalingsfrequentie f (k) die gebruikt wordt n door de radar voor bewerkstelligen van alle noodzakelijke metingen op het ogenblik T . Deze frequentie f (k) is bekend

k R

35 en wordt als konstant beschouwd gedurende tenminste het tijd- 8202013 - 8 - interval /\ t gelegen tussen en Τ^+1.

Het totale vermogen P(k) van het signaal (nuttig signaal + thermische ruis) in het laatste behandelingsfilter van de radar. Dit vermogen dat een goede schatting vormt van 5 de signaal/ruisverhouding dient voor het afwegen van de gemeten waarden y(k) van de dubbelzinnige afstand.

De waarde y(k) van de gemeten dubbelzinnige afstand op het ogenblik T .

Deze waarden V (k), f (k), P(k), y(k) worden ge-K n 10 leverd door de Doppler radar aangegeven met het verwijzings-cijfer 2. Hij moet ingericht zijn met een meetinrichting van de dubbelzinnige afstand en met een rekeninrichting die toegang heeft tot zekere informaties en het onder andere mogelijk maakt de herhalingsfrequentie fD van de uitgezonden im- n 15 pulsen te besturen. Het Kalman filter 1 vormt een deel van de rekeninrichting van de radar 2.

De herhalingsfrequentie f (k) van de uitgezonden

K

impulsen door de radar 2 kan gewijzigd worden dankzij de bedieningsketen 3. Deze keten 3 verwezenlijkt een filtering 20 van de informatie y(k), die de gemeten dubbelzinnige afstand voorstelt door de radar 2 om er uit de maximale dubbelzinnig- heidsafstand ad(k), dus de herhalingsperiode van de radar 1/f (k) op het ogenblik T de waarde ad(k+l) uit af te leiden n k of de maximale dubbelzinnigheidsafstand op het ogenblik 25 + At, en bijgevolg de nieuwe waarde van de herhalingsfrequen tie f (k+1) waarmee hij verbonden is door de betrekking: f (k+1)=c/2ad(k+1) (ibis) n waarbij c de snelheid van het licht is.

De dubbelzinnigheidsfaktor n(k) evenals de afstand 30 doorlopen gedurende de tijd Λ t zijn in overweging genomen.

Deze informaties worden respektievelijk geleverd door Kalman filter 1 en de radar 2 zelf in de vorm van de radiale snelheid van het doel ten opzichte van radar.

Wat betreft het Kalman filter 1 kan men het ver-35 schijnsel beschrijven in matrixvorm met behulp van een toestands- 8202013 - 9 - vergelijking en een meetvergelijking.

De toestandsvergelijkingen zijn de volgende: d(k+l)=d(k)-dd(k) (IV) en 5 n(k+l)=n(k) (x)

Opdat de inrichting volgens de uitvinding op de juiste wijze werkt veronderstelt men in feite dat de dubbel- zinnigheidsfaktor konstant blijft en gelijk aan n. In de praktijk voordat de herhalingsfrequentie f (k) te hoge waarden 10 bereikt zal de schatter van de afstand voldoende goed geworden zijn zodat terugkomend op een kleine waarde van f (k) men weet

R

met hoeveel eenheden n(k) heeft gevarieerd.

d(k):

Zij X(k) de matrix v n(k); 15

Men heeft dus m matnxvorm d(k+l)I_ 1 θΊ Kki -dd(kf n(k+1) 01 n(k) 0

De matrixtoestandsvergelijking wordt dus gevormd door de volgende betrekking (Xl): 20 X(k+1)=AX(k)+V(k) _ (XI) 1 0 met A, identieke matrix van de orde 2, 0 1 -dd(k)l en V(k)= 0 25

De meetvergelijkingen worden gevormd door de twee volgende betrekkingen: y(k)=da(k)+ [' (k) (II) d(k)=n(k)ad(k)+da(k) (lil) 30

Door kombinaties van de vergelijkingen II en III

krijgen we de volgende betrekking: y(k)=d(k)-n(k)ad(k)+£*(k) (Xllbis)

De meetmatrixvergelijking wordt gevormd door de volgende betrekking (XII) 35 6202013 -10- -j fd(k)l ï(k)=[l -aa(k)J |n(loj+£>> zij Y(k)=C(k).X(k)+ £(k) (XII) waarbij £(k) een scalair is die de fout voorstelt over de 5 meting y(k) voorgesteld door de scalaire matrix Y(k) en waarbij C(k) = [j -ad(kM ; £ (k) u 2 2 als variatie heeft Γ (k)ad (k) waarbij (5T(k) het afstand- soort van de fout is over de genormaliseerde dubbelzinnige 10 afstand da(k) ad(k)

In dit Kalman filter zijn de diskrete oplossingen Λ X(k) van de vergelijkingen de volgende: X(k)=X(k)+K(k) [j(k)-C(k)x(k)l (XIII)

Λ. Λ J

15 met X(k)=A(k-1)x(k-1)+V(k-1 (XIII-1) F oi A(k)=l (XIII-2)

Lp 1 f-dd(k) 20 T(k,l 0 j (XIII-3)

Men heeft in deze oplossing (XIII): K(k)= £(k)CT(k)w“1(k) (XIV-1) ¥(k)= variatie van £ (k)= S*2(k)ad2(k) (XIV-2) 25 C(k)= 0 -ad(kj _ (XIV-3) £{k)=ï\ (k)- (k)CT(k)[c(k). A(k)CT(k) + W(kJ ~1C(k) λ (k) (XIV-U) X(k+1)=A(k) £ (k)AT(k) (Tl 1 (k) U2(k)l ,, 30 λ (k)= ^12(k) A22(k) variatie-matrix van X(k)

L

waarbij het symbool "T" de omgezette aangeeft en het symbool "-1" het omgekeerde van de matrix die zij beïnvloeden.

De vergelijking (XIIl) heeft voor oplossingen: 35 8202013 -11- ia(k+i)} X(k+1 )= jg(k+1 2j· die men kan uitleggen door de twee volgende vergelijkingen:

All(k+l)r- Kl2(k+l)ad(k+1) 5 a(k+i=d(k+i)+ 4 (k+i) ^ 2(k+1)ad2(k+1}

Kl2(k+1)- A.22(k+1) ad(k+1) fi(k+1^k+1)+ a (k+1) (Γ 2(k+i)ad2(k+1) met /3 (k+1)=y(k+1)-d(k+1)+n(k+1)ad(k+1) 10 d(k+1 )=ct(k)- dd(k) n(k+1)=n(k) λ 11(k+1)= Sl1(k)- * (k+l ) jlll(k)-ad(k+l) λ 12(kj 2 15 ^ 12(k+1 ) = λ 12(k)- ^(k+1) (llKk)-ad(k+l) ^12(k) .

j\l2(k)-ad(k+1) /(22(kJ

2Q . fl 22(k+1 ) = A 22(k)~ j^22(k)-ad(k+1) ?) 22(k)j 2 <*(k+l)= An(k)-2ad(k+l). r\ 12(k)+ad2(k+1) A22(k)+ 0~2(k+1)

Op het ogenblik Tk is de geschatte waarde van de 25 afstand ct(k) en het afstand-soort over deze meting is k)= νΤΓΓοΓΓ

De inleiding van het Kalman filter 1 kan plaatsvinden op twee verschillende manieren: wanneer men statistische elementen opstelt over 30 de afstand op het ogenblik waarop het volgen begint (onderzoe-kingsafstand) kan men a priori de beginwaarde vastleggen: 3(1),n(1), kl1(1)= variatie van 3(1), waarbij \22(1) = variatie van n(l) en/ll2= covariatie van n( 1) en van ct(l).

35 Wanneer geen enkele informatie a priori bekend is 82 0 2.0 1 5 - -·2- over de afstand moet men de twee eerste metingen y(0) eny(l) van de dubbelzinnige afstand op de ogenblikken TQ=0 en 1^ = /5 t afwachten.

De formules die dienen voor het initialiseren van 5 het filter 1 worden dus op de volgende wijze verkregen:

Na de betrekking (IX) heeft men: y(0)=da(0)+ £(θ) y(1)=da(1)+ £(1)

Na de betrekking (lil) is de afstand d(k) op het

10 ogenblik T =k./]t gelijk aan K

d(k)=n(k)ad(k)+da(k)=n ad(k)+da(k) daar n(k) konstant en gelijk is aan n.

Dus: d(0)=nad(0)+y(0)- £(0) (III-O) 15 d(1)=nad(1)+y(1 )-£ (1)=d(0)-dd(0) (III-1) na de betrekking (IV).

Door het elimineren van n tussen de twee voorgaande vergelijkingen (III-O) en (III-1) verkrijgt men: [y(0)~ £(o)-dd(o)l ad(1 )- [y(1)- [_ (1)] ad(0) 20 d(0= add) - ad(0) <Vbis)

Hetgeen leidt, wanneer d(1) de geschatte waarde is van d(Ί) &(0)-dd(0)i ad( 1 )-v( 1 )ad(Q) tot kiezen van 3(1)= ad(1)-ad(0) <V) ad(0) en ad( 1) zijn bekend daar op de ogenblikken en = Λ t, de herhalingsfrequentie bekend is en het mogelijk maakt de dubbelzinnige afstanden y(o) en y(l) te meten. De afstand ^ dd(o) doorlopen tussen de ogenblikken en is eveneens nauwkeurig bekend door het meten van de Doppler frequentie van het ontvangen signaal. Men beschouwt de fout over dd(0) als verwaarloosbaar.

De fout CT (1) over deze schatter van de afstand op het ogenblik en na de vergelijkingen (v) en (Vbis) gelijk aan 8202013 -13- Γ (0)ad( 1)- ¢(1 )ad(o) ί(,)=3(,)-4(,)= ad(l)-ad(0) (ïIbis)

Deze fout heeft als gemiddelde 0. Zijn kwadraat is gelijk aan 5 f> -t2 lf(0)ad(l) 2 f (1 )ad(p) 2 2 f (p) f (1 )ad(o)ad( 1) L |ad( 1 )-ad(0) + ad(l)-ad(o), (ad( 1 )-ad(0)j 2

Of zoals men reeds heeft vermeld is£(k) een fout die als

Gauss-vormig beschouwd wordt met gemiddelde nul en variatie 10 2 2 <5~ (k)ad (k). Na de teller en de noemer van het tweede lid van de voorgaande vergelijking ge-deeld te hebben door ad (l)ad (o) zal men de variatie verkrijgen van 3(1) door de volgende betrekking (Vl), daar £ (O) enC(l) onafhankelijke fouten zijn.

15 - w (^2(0)+0λ2(1) p v (adf f 1 1 2 =<rd(D (VI) [_ad(0) ad( 1 £

Na de betrekkingen (III-O) en (III-1) zoals voorafgaand be-schreven, is de dubbelzinnigheidsfaktor n(1) gelijk aan: y(0)~ £(o)-dd(p)- Cv( 1)- f( 1)7 n^ = ad(1)-ad(0)

Deze vergelijking leidt, wanneer n(l) de geschatte waarde is 25 van n(l) op het ogenblik T , na de meting y(l) van de dubbelzinnige afstand tot het kiezen van y(0)-dd(0)-y(1) β<’)= ad(1)-ad(o) (VII)

De fout in deze geschatte waarde van n(1) is gelijk aan:

Γ(ο)- <f(Q

E(l)-n(l)=ad(1) -ad(0) (VIIbis)

De fout in n(1), wanneer men niet gebruik maakt 35 82 0 2 0 1 5 -Ill- van het feit dat n een geheel getal is, is Ganss - vormig, met gemiddelde nul. Zijn kwadraat is gelijk aan r i„ -gg(0>g(1) £;(,)-„( o = jCd( 1 )-ad(0)J 2 waarbij £(θ) en ¢.(1) onafhankelijk fouten zijn, en de variatie van n(1) gegeven wordt door de volgende vergelijking (VIII) nadat de teller en de noemer gedeeld zijn door ad (l).ad (0).

10 o p

fr (o) cr(D

+ vrB(,n adVü-(,ηι) L I 1 .. 1 Ί [ad(o) ad(l) 15

Na de betrekkingen (VIbis) en Vllbis) is de covariatie van deze twee geschatte waarden S(1) en h(l) gelijk aan de volgende betrekking (IX) door de teller en de noemer te delen door ad (1). ad2(0): 20 o o cr (o) <r (1) + ad(1) ad(0)

Cov(1) = r 1 1 Ί 2 (IX) ad(0) ad(1)j 25

De formules die dienen voor het initialiseren van het Kalman filter, wanneer men over geen enkele informatie beschikt over de afstand, zullen bijgevolg de vergelijkingen V, YII, VI, VIII, IX zijn voor de respektievelijke waarden 30 van ct( 1 ) , n( 1 ) , Ni 1(1), ^22(1 ) , r)l2(l).

In een Doppler radar met grote herhalingsfrequen-tie en met kleine vormfaktor kan de dubbelzinnige afstand bekend zijn dankzij het getal van de draagafstand. Maar wanneer de vormfaktor 0,5 nadert kan de dubbelzinnige afstand bijvoor-35 beeld verkregen worden door het meten van het vermogen van het 82020 13 -15- ontvangen signaal lij twee draagafstanden met dezelfde grootte gelijk aan de helft van die van de ontvangen impuls en hierin afgesneden. Dit is aangegeven in figuur 2 die een uitvoeringsvorm voorstelt van een Doppler pulsradar ingericht met een 5 meetinrichting van de dubbelzinnige afstand.

In de radar waarvan het overzichtsschema voorgesteld is in figuur 2 zendt een zender 100 een hyperfrequent signaal uit met draaggolffrequentie f .

Dit signaal wordt onderbroken in impulsen door een 10 onderbreker 1021 bestuurd door de besturingsketen 102. De herhalingsfrequentie is f , de vormfaktor dichtbij 0,5· Een n cirkulator 103 richt het opgewekte signaal naar de antenne 101 die uitzendt in de richting van het gedetekteerde doel waarbij de radar werkt met de volgwerkwijze. Het signaal dat 15 teruggezonden wordt door het doel met draaggolffrequentie f + f , waarbij f de Doppler frequentie is, wordt ontvangen door dezelfde antenne die loopt door de cirkulator 103. Een onderbreker 1022, bestuurd door dezelfde besturingsketen 102 als de onderbreker 1021 maar in fase oppositie, legt het 20 ontvangen signaal aan aan de ingang van een menger 10U wanneer de onderbreker 1021 openstaat, dus wanneer er niet uitgezonden wordt en waarbij omgekeerd de onderbreker 1022 geopend is tijdens de duur van het uitzenden. De openings- en sluitings-frequentie van de twee onderbrekers 1021 en 1022 is bijgevolg 25 dezelfde, f , met een vormfaktor van 0,5.

ίλ

Een lokale oscillator 105 die coherent is met de zender 100 geeft een signaal af met de frequentie f + f. - fT,

o d I

waarbij f een tussenfrequentie is en f^ de Dopplerfrequentie verkregen door een bedieningsketen (niet voorgesteld) aan de 30 uitgang van het Doppler filter van de ontvanger wanneer men verondersteld heeft dat de radar een volgradar is. Dit signaal wordt aangelegd aan de tweede ingang van de menger 10U die een signaal aan een voorversterker 106 afgeeft met de tussenfrequentie f .

35 Het uitgangssignaal van de voorversterker 106 wordt 82 0 2 0 1 3 -16- dus aangelegd aan de ingang van de twee ontvangers gevormd door soortgelijke ketens, te weten in serie: een onderbreker 1071 , respektievelijk 1072 die in faseoppositie werken en bestuurd door de besturingsketen 107 5 met de herhalingsfrequentie f maar met een vormfaktor van 0,25.

Deze onderbrekers 1071 en 1072 maken het mogelijk om twee vensters in het ontvangen signaal uit te snijden, overgezet op de tussenfrequentie. Deze beide vensters hebben een breedte 10 die de helft is van de breedte van de uitgezonden impulsen en hun achterflank (voor de eerste) en een voorflank (voor de tweede) vallen samen met het midden van de ontvangen impuls. Ieder van de ontvangers zal dus werken op ieder van de twee uitgesneden meetvensters.

15 Een analoog afwijsfilter 108 respektievelijk 109, gecentreerd op de tussenfrequentie en waarvan de doorlaatband van de orde is van enkele kHz. Zijn zeer steile hel lingen maken het mogelijk om parasitaire signalen van hoog niveau te onderdrukken.

20 Dit filter wordt in het algemeen gevolgd door een omzetting op een tweede tussenfrequentie f' , met een versterking met automatische versterkingsregeling (niet voorgesteld) .

Het signaal bij de tussenfrequentie f'^ wordt ver-25 volgens aangelegd aan de ingang van twee mengers 110 en 111, respektievelijk 112 en 113, waar zij gedemoduleerd worden door de tussenfrequentie F1^. voor de mengers 110 en 113 en door de 90° in fase verschoven tussenfrequentie F' voor de mengers 111 en 112.

30 De signalen afgegeven door de mengers 110 en 111 respektievelijk 112 en 113 zijn'de 90° fase verschoven kompo-nenten van het videosignaal.

Iedere komponent van het videosignaal gemonsterd met behulp van de onderbrekers 11^ met de frequentie f , daar-35 n& gekodeerd (de kodeerketen is niet voorgesteld) en vervolgens 8202013 -17- aangelegd aan de ingang van een groep van respectievelijke digitale filters 115» 116.

De meetketen 120, respektievelijk 121, waarvan de ingang verbonden is met de uitgang van de groep filters 5 115, respektievelijk 116, maakt het mogelijk de sterkte van het nuttige signaal P^(k) te verkrijgen, respektievelijk P (k) in het laatste filter 115 respektievelijk 116 van de radar.

Een keten 118, gevoed met de waarden P (k) en P (k) aan de uitgang van de ketens 120 en 121 berekent de gemeten 10 waarde y(k) van de dubbelzinnige afstand met behulp van de volgende betrekking:

PgikJ-P^k) y(k)=P2(k)+P1(k) 15

De uitgang van het Doppler filter van de groep 115 en die van het Doppler filter van de groep 116, overeenkomend met het doel waarop gericht is wordt aangelegd aan de ingang van de keten 119 die de vectoriele som vormt van de 2q twee signalen, een som die zelf aangelegd wordt aan de ingang van de keten 117 waardoor het mogelijk is om de Doppler frequentie f te verkrijgen die gebruikt wordt voor de bediening van de lokale oscillator 105, en bijgevolg de radiale snelheid VR van het doel ten opzichte van de radar, evenals het totale 2^_ vermogen van het nuttige signaal, informaties die gebruikt worden door het Kalman filter 1 uit figuur 1.

Figuur 3 stelt in detail de bedieningsketen voor van de herhalingsfrequentie f waarvan het besturen het moge- n lijk maakt om enerzijds de konstantheid te verzekeren van de dubbelzinnigheidsfaktor om de afstand radar-doel te kunnen schatten uit de metingen y(k) van de dubbelzinnige afstand en anderzijds de verduisteringsverliezen zo klein mogelijk te maken.

De bedieningsketen van de frequentie f , of

K

nauwkeuriger op een faktor na van de maximale dubbelzinnigheids- 82 0 2 0 1 3 -18- faktor ad, zoals voorgesteld in figuur 3 is van de eerste orde. Ka de hierbovengenoemde betrekking (lil): d(k)=n(k)ad(k)+da(k) (lil)

In het stilstaande gebied, op het ogenblik T , 5 moet de dubbelzinnige afstand gelijk zijn aan 0,5 ad(k) om het verduisteringsverschijnsel te elimineren. d(k)= (n(k)+0r5j ad(k)

Op het ogenblik T

10 d(k+1)=d(k)-dd(k)=[n(k+1)+0,5( ad(k+l)

Bijgevolg daar n(k+1)=n(k)=n (x) dd(k) ad(k+1)=ad(k) - n + 0,5 ^ 5 Door het introduceren van de versterking G die het mogelijk maakt de stabiliteit van de keten te verzekeren bij aanwezigheid van ruis:

Gy(k)-dd(k) ad(k+1)=ad(k)+ n + 0,5 20 ’ voor een overdrachtsfunktie van de eerste orde. Men beschikt hier slechts over de schatting n(k) van het dubbelzinnigheids-getal n. Bovendien komt het laten tenderen van de dubbelzinnige ^ afstand naar 0,5 ad(k) om het stationaire gebied te bereiken neer op het opnieuw centreren van ingangsgegeven van de bedieningsketen ten opzichte van 0,5 ad(k), dus om als nieuw ingangsgegeven y(k)-0,5 ad(k) te nemen inplaats van y(k).

Men verkrijgt dus tenslotte de bedieningsketen 2Q van ad(k), zoals voorgesteld in figuur 3 waarin het ingangsgegeven y(k)-0,5ad(k) is en het uitgangsgegeven ad(k+l) en die voldoet aan de betrekking (XVbis) als volgt: G(y(k)-0,5ad(k)7 -dd(k) ad(k+1 )=c/2f (k+1 )=ad(k)+ w c R mkj+0,5 35 82026 1 3 * * -19- waarbij ad(k)=c/2f (k) en dd(k)= V (k).Zlt.

K R

In figuur 3 wordt ad(k), dat de waarde vormt van het uitgangsgegeven op een eerder ogenblik T^, voorgesteld door het uitgangsgegeven zelf waarop men, dankzij een keten 5 38 een vertraging aangelegd zou hebben waarmee de overdrachts- -1 funktie z overeenkomt.

De keten 2 uit figuur 1 levert aan de keten 3 de gemeten waarde y(k) van de dubbelzinnige afstand.

De waarde van de maximale dubbelzinnige afstand 10 ad(k), overeenkomend met de herhalingsfrequentie f^k) op het ogenblik T , wordt zelf aangelegd aan een door twee delende

K

keten 39 die het signaal 0,5 ad(k) voor het opnieuw centreren van de dubbelzinnige afstand levert een signaal dat in een keten 31 afgetrokken wordt van de gemeten waarde y(k), afgege-15 ven door keten 2. Deze keten 31 levert aan de uitgang het signaal y(k)-0,5ad(k) dat, versterkt door de keten 32 met de versterking G vervolgens aangelegd wordt aan de ingang van de optel/aftrekketen 33 waar men hem aftrekt dd(k) of de doorlopen afstand door het doel ten opzichte van de radar gedu- 20 rende een tijdinterval Λ t van T naar T, .. Deze anticipatie k k+1 * van de snelheid wordt geleverd door de radar 2 zelf uit figuur 1 in de vorm van de radiale snelheid 1/(k) van het doel

K

ten opzichte van de radar, waarbij deze snelheid eveneens de variatie, is van de afstand gedurende de eenheid van tijd. De 25 keten 3^ levert deze kompensatieterm dd(k) door de vermenigvuldiging van de radiale snelheid V (k) voor het interval

4 t=VrV

Het uitgangssignaal van de keten 33 is bijgevolg gelijk aan Gjjy(k)-0,5ad(k)] -dd(k).

30 Het wordt aangelegd aan de ingang van de keten 35 waar het vermenigvuldigd wordt door de versterking 1/[n(k) + 0,5)] geleverd door de keten 36 uit de geschatte waarde n(k) van het dubbelzinnigheidsgetal afgegeven door de keten 1 uit figuur 1.

35 De uitgang van de vermenigvuldigingsketen 35 wordt 8202013 -20- dus aangelegd aan de ingang van de optelketen 37 evenals de waarde ad(k) van de maximale dubbelzinnigheidsafstand op het ogenblik T , waarbij deze optelketen 37 dan aan de uitgang

K

de waarde ad(k+1) levert overeenkomend met de waarde van de 5 maximale dubbelzinnigheidsafstand op het ogenblik T ^, een waarde waarvan het omgekeerde gelijk is, op vermenigvuldigings-coefficient c/2 na, aan de nieuwe waarde van de herhalingsfrequentie f op het ogenblik : 10 fR(k+1>c/[2ad(k+lf) waarbij c de snelheid is van het licht.

Deze nieuwe waarde van de herhalingsfrequentie fD(k+l) wordt berekend in de keten 40 verbonden met de uitgang n 15 van de keten 37 en wordt aangelegd aan de respektievelijke ketens 102, 107 uit figuur 2 die de onderbrekers 1021 en 1022, respektievelijk 1071 en 1072 besturen.

Men heeft zo een Doppler pulsradar verwezenlijkt met een grote herhalingsfrequentie met een inrichting voor 20 het opheffen van de dubbelzinnigheid met betrekking tot de afstand dankzij een passende besturing van de herhalingsfrequentie die het mogelijk maakt om de konstantheid van het dubbelzinnigheidsgetal te verzekeren en om de verduisterings-verliezen minimaal te maken.

25 Men heeft in de voorgaande beschrijving van de bedieningsketen verondersteld dat de frequentie f willekeurig gekozen zou kunnen worden in een voldoende ruim gebied. Wanneer men slechts enkele diskrete waarden kan kiezen zou dit slechts tot gevolg hebben dat de globale prestaties van het stelsel 30 in geringe mate verminderd worden wanneer natuurlijk de diskrete waarde die de herhalingsfrequentie kan aannemen niet teveel uit elkaar liggen.

Een nadeel kan optreden bij de meting wanneer de afstand radar-doel d vermindert de waarde van de herhalings-35 frequentie onbepaald toeneemt daar de keten de konstantheid 8202013 » -21- verzekert van het dubhelzinnigheidsgetal n. Zoals men hierboven evenwel reeds vermeld heeft zal in de praktijk, voordat de herhalingsfrequentie f te grote waarden bereikt de schat-ter van de afstand 1 uit figuur 1 voldoende goed geworden zijn 5 zodat wanneer men terugkeert naar een kleinere waarde van de frequentie f men weet met hoeveel eenheden het dubbelzinnig-heidsgetal n gevarieerd heeft. Deze variatie zal tussenbeide moeten komen in de toestandsvergelijking.

Tenslotte wordt opgemerkt dat men niet van het 10 feit gebruik gemaakt heeft dat het dubhelzinnigheidsgetal n een geheel getal was. Wanneer de fout over de geschatte waarde van n(k), dus A 22(k), voldoende klein is, zodat n zeker bekend is wanneer men beschouwt dat n een geheel getal is dan vermindert de fout over de afstand tot de fout over de dubbel-15 zinnige afstand die zelf klein is dankzij het filteren dat toegepast wordt met de volgketen.

De uitvinding is bijvoorbeeld van toepassing op de geleiding van een projektiel, op de berekening van te beschieten gebieden, bij de inrichting van een nabijheidsont-20 steking, bij het meten van de spanwijdte van een doel, dat wil zeggen op ieder gebied waar men behoefte heeft om nauwkeurig de afstand van een doel te kennen.

25 8202013

Claims (7)

1. Werkwijze voor het opheffen van de dubbelzinnigheid met betrekking tot de afstand in een volgradar van het Doppler pulssoort waarvan de herhalingsfrequentie (f (k)) groot is en variabel en die een meetinrichting bevat van de 5 dubbelzinnige afstand op ogenblikken T^-kAt, waarbij /jt de periode is voor het verkrijgen van informaties in^radar, met het kenmerk, dat voor een meetcyclus hij bestaat uit de opeenvolgende stappen: het meten van de dubbelzinnigheids- afstand op het ogenblik T , het schatten van het dubbelzinnig- i£ 10 heidsgetal van de afstand radar tot het doel en van een afstand-soort G~^(k) van de fout overeenkomend met deze schatting van de afstand, de berekening uit de gemeten dubbelzinnige afstand en het geschatte dubbelzinnigheidsgetal van een nieuwe waarde van de herhalingsfrequentie f (k+1) die zodanig is dat 15 bij de volgende meetcyclus verwezenlijkt met de nieuwe herhalingsfrequentie f (k+1), het dubbelzinnigheidsgetal konstant n blijft en het afstand-soort CT^(k+l) van de fout over de afstand radar-doel kleiner is dan die van de voorgaande cyclus ^(k). 20 2.Inrichting voor het opheffen van de dubbelzinnig heid wat betreft de afstand voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, bij een Doppler pulsradar met variabele hoge herhalingsfrequentie die werkt als volgradar en een meetketen bevat van de dubbelzinnige afstand op de ogen-25 blikken T =k. ^t en een berekeningseenheid die het mogelijk maakt om het dubbelzinnigheidsgetal te schatten, de afstand radar-doel en het overeenkomstige afstand-soort van de fout over deze afstand en om eveneens deze herhalingsfrequentie te besturen die gebruikt moet worden voor een meetcyclus, 30 met het kenmerk, dat de inrichting voor het besturen van de herhalingsfrequentie een bedieningsketen bevat van de herha-lïngsperiode (k)=1/f (k), op een coefficient 2/c na waarbij c de lichtsnelheid voorstelt, waardoor het mogelijk is om 8202013 -23- 4 V de nieuwe herhalingsperiode te verkrijgen die gebruikt moet worden voor de volgende meetcyclus uit de gemeten dubbelzinnig-heidsafstand, van het geschatte dubbelzinnigheidsgetal en op de coefficient 2/c na van de herhalingsperiode die gebruikt 5 wordt voor het verkrijgen van de twee voorgaande informaties.

3. Inrichting voor het opheffen van de dubbelzinnigheid wat betreft de afstand volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de gemeten dubbelzinnige afstand, aangelegd aan de ingang van de bedieningsketen opnieuw gecentreerd wordt ten opzichte TO van een waarde cT (k)A, gelijk aan de helft van de maximale dubbelzinnigheidsafstand. 1+. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de bedieningsketen een snelheidsanticipatie bevat overeenkomend met met de afstand doorlopen door het doel ten opzichte 15 van de radar gedurende het tijdinterval /\t.

5. Inrichting volgens conclusie l+, met het kenmerk, dat de bedieningsketen waarvan de overdrachtsfunktie van de eerste orde is, bestaat uit de volgende in serie verbonden ketens, een optel/aftrekketen (31) waarin de helft van de 20 maximale dubbelzinnigheidsafstand cT (k)A afgetrokken wordt n van de gemeten dubbelzinnige afstand, een versterker (32) met versterking G, een optel/aftrekketen (32) waarin de afstand doorlopen gedurende de tijd Λ t verkregen wordt door middel van de keten 3^ die het produkt bewerkstelligt met 25 Δ t van de radiale snelheid van het doel ten opzichte van de radar geleverd door de groep van Doppler radarfilters, een vermenigvuldigingsketen (35)die het produkt bewerkstelligt van het signaal afgegeven door de keten(33)met de coefficient 1//fi(k)+0,5) , berekend door de keten (36) uit een schatting 30 n(k) op het ogenblik T , van het dubbelzinnigheidsgetal, een optelketen (37) die aan het signaal afgegeven door de vermenigvuldigingsketen (35) de maximale dubbelzinnigheids- afstand toevoegt gelijk aan cT k/2 en overeenkomend met de R herhalingsfrequentie gebruikt door de meetcyclus met T , en k 35 een keten Ao) die het mogelijk maakt om uit de maximale 8 ? 0 2 0 1 3 * -2b- dubbelzinnigheidsafstand cTR(k+l)/2 op het ogenblik Tk+-| = T +^T die verkregen wordt aan de uitgang van de optelketen j£ (37) de overeenkomstige herhalingsfrequentie f (k+l)=1/T (k+1) η n op het ogenblik + ét te berekenen om in de radar voor een 5 nieuwe meetcyclus te gebruiken.

6. Inrichting volgens een van de conclusies 1-5» met het kenmerk, dat de geschatte waarde van het dubbelen zinnigheidsgetal n(k) van de afstand radar-doel d(k)/van het overeenkomstige fout afstand-soort over de afstand radar-’ 10 doel geleverd wordt door de berekeningseenheid die ingericht is in de radar en in staat de vergelijkingen van het Kalman filter op te lossen uit gegeven informaties van de radar zoals de radiale snelheid van het doel ten opzichte van de radar, de sterkte van het signaal en de gebruikte herhalingsfrequen-15 tie voor het verkrijgen van de hiervoor aangehaalde informaties op het ogenblik = k/]t.

7- Doppler pul^radar met grote herhalingsfrequentie welke een meetinrichting bevat van een dubbelzinnige afstand en een berekeningsinrichting, met het kenmerk, dat de herha-20 lingsfrequentie variabel is waarbij zijn waarde bepaald wordt met behulp van de inrichting voor het opheffen van de dubbelzinnigheid met betrekking tot de afstand volgens een van de conclusies 2-6.

8. Werkwijze in hoofdzaak zoals beschreven in ' 25 de beschrijving en/of weergegeven in de tekening.

9. Inrichting in hoofdzaak zoals beschreven in de beschrijving en/of weergegeven in de tekening. 30 ¢202013