NL9000437A - Radarapparaat voor de detectie van helicopters. - Google Patents

Description

Radarapparaat voor de detectie van helicopters

De uitvinding heeft betrekking op een radarapparaat, voorzien van een antenne, zendeenheid, ontvangeenheid en detectie-eenheid, hetwelk bij de aanwezigheid van objecten waaraan zich snel bewegende delen bevinden, zoals helicopters, de posities van deze objecten bepaalt door middel van een aantal opeenvolgende metingen, waarbij de meetwaarden via een eerste range-azimuthgeheugen groepsgewijze worden toegevoerd aan de detectie-eenheid, welke per groep een detectie kan genereren, welke detecties worden toegevoerd aan een tweede range-azimuthgeheugen; verder voorzien van een clusteraar die van individuele detecties of clusters van detecties in het tweede range-azimuthgeheugen de posities bepaalt en deze voor verdere processing afgeeft.

Een inrichting van deze soort is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4,389,647. In genoemde inrichting zijn de radarparameters, zoals pulsherhalingsfrequentie en omwentelings-snelheid van de antenne, zodanig gekozen dat de blade-flashes zichtbaar worden. Deze blade-flashes zijn sterke radarecho's die ontstaan op het moment dat de rotorbladen loodrecht staan op de radarbundel en zodoende goede reflectors vormen.

Voor een traditionele rondzoekradar worden de radarparameters op geheel andere gronden gekozen. Het resultaat is dan ook dat zo'n rondzoekradar genoemde blade-flashes niet of onvoldoende te zien krijgt om een detectieprincipe op basis van deze blade-flashes mogelijk te maken. De detectiekans is klein.

De uitvinding beoogt een oplossing te zijn voor dit probleem. Als basis voor de uitvinding dient de observatie dat, wanneer met een aantal radarpulsen de sterkte van de reflectie van een doel wordt gemeten en van deze meetwaarden de spreiding wordt bepaald, deze spreiding onverwacht groot is als het doel een helicopter is.

Dit is ook waar als de metingen worden gedaan met een traditionele rondzoekradar. Wel dienen dan speciale maatregelen te worden genomen om het effect van de draaibeweging van de antenne te compenseren.

De uitvinding is een radarapparaat dat voorzien is van een detectie-eenheid die werkt op basis van bovengenoemde observatie.

De uitvinding is bijzonder geschikt om als rondzoekradar te worden toegepast, maar ook bij andere radartoepassingen, waarbij een doel slechts gedurende korte tijd in de bundel verblijft, kan ze met voordeel gebruikt worden.

De uitvinding heeft als kenmerk, dat de detectie-eenheid tevens is voorzien van: i. een trendschateenheid, die voor de meetwaarden in een groep het effect van de mogelijke beweging van de antenne schat en zo een best fitting trendlijn genereert; ii. een spreidingsberekeneenheid die voor de meetwaarden in een groep de spreiding van de meetwaarden rond de trendlijn van die groep berekent en zo een spreidingswaarde genereert; iii. een drempeleenheid die voor elke groep de spreidingswaarde vergelijkt met een drempelwaarde, die tenminste afhankelijk is van de gemiddelde ruissterkte in de ontvangeenheid en die bij overschrijding een detectie genereert.

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

Fig. 1 is een diagram van een range-azimuthveld waarin zich gearceerd een helicopter bevindt;

Fig. 2 is hetzelfde diagram waarin nu de groepen zichtbaar zijn gemaakt waarbinnen de spreiding wordt berekend;

Fig. 3 toont het effect van de antennebeweging op de doelssterkte; Fig. 4 is een blokschema van de detectie-eenheid.

In de toelichting is er van uitgegaan dat het hier een rondzoekradar betreft, waarbij de uitgang van de radar met een 2-dimensionaal geheugen wordt verbonden, het range-azimuthveld. Elke range-azimuth-cel bevat de radar-echosterkte voor de desbetreffende afstand en richting. Het range-azimuthveld wordt elke antenneomwenteling ververst. De detectie-eenheid is een signaalprocessor die in het range-azimuthveld zoekt naar snelle fluctuaties in de radar-echosterkte. Zulke fluctuaties zijn kenmerkend voor helicopters en andere objecten waaraan zich snel bewegende delen bevinden. Hiertoe wordt het range-azimuthveld in groepen verdeeld en wordt binnen zo'n groep de spreiding van de radar-echosterktes berekend. Voor een helicopter verwachten we een grote spreiding. Er zijn hierbij echter twee storende factoren, die een eenduidige conclusie bemoeilijken en die om aanvullende maatregelen vragen. De eerste storende factor is de thermische ruis die altijd in een radarsignaal aanwezig is. Deze ruis geeft een bijdrage in de spreiding. De tweede storende factor is de variantie van de radar-echosterkte ten gevolge van het draaien van de antenne. Ook deze variantie zal zonder maatregelen een bijdrage in de spreiding leveren die de extra spreiding van een helicopter kan maskeren.

In fig. 1 is in een deel van het range-azimuthveld de contour van een helicopter getekend, zoals de radar hem waarneemt. Bij elk gearceerd range-azimuthcel hoort een door de radar gemeten doelssterkte. Voordat de detectie-eenheid wordt toegepast op dit range-azimuthveld is het niet duidelijk of het hier gaat om een helicopter of om enig ander object.

In fig. 2 is zichtbaar gemaakt hoe het range-azimuthveld in groepen wordt verdeeld, binnen welke groepen de spreiding wordt berekend.

In dit voorbeeld heeft de groep de afmetingen 1x8; dit kan, afhankelijk van de radarparameters zoals pulsherhalingsfrequentie en omwentelingssnelheid ook anders worden gekozen. De berekende spreiding wordt vergeleken met een drempelwaarde die afhangt van de ruissterkte in de radarontvanger. Wordt de drempelwaarde overschreden, dan is de voorlopige conclusie dat het hier om een helicopter gaat en wordt een detectie gegenereerd voor deze groep.

In fig. 3 geeft curve 1 het theoretische effect aan van de antenne-beweging van een rondzoekradar op de gemeten doelssterkte U als functie van de azimuth voor een willekeurig object. Tevens zijn acht met de radar verkregen meetwaarden van de doelssterkte gegeven, samen een groep vormend. Het 2 is een volgens de kleinste kwadratenmethode verkregen rechte, de trendschatter gegeven. Door de spreiding van de meetwaarden ten opzichte van deze lijn te berekenen, wordt het effect van de antennebeweging op de spreiding nagenoeg geelimineerd.

In fig. 4 is het blokschema van de detectie-eenheid gegeven. Met verwijzingscijfer 3 is een eerste range-azimuthveld weergegeven waarin de radar de gemeten doelssterkte per range-azimuthcel schrijft. Zo'n veld is nodig omdat het vullen van dit veld gebeurt per radarsweep en dus in de range-richting, terwijl een trendschat-en spreidingsberekeneenheid 5 via selector 4 het veld groepsgewijze in de azimuthrichting leest. In de trendschat- en spreidingsberekeneenheid 5 zijn speciale maatregelen genomen om het effect van de draaibeweging van de antenne te compenseren.

Ten gevolge van die draaibeweging zullen opeenvolgende meetwaarden steeds veranderen. Deze veranderingen kunnen bijdragen in de spreiding, en zullen dan een maskerend effect hebben op de extra spreiding die voor een helicopter wordt verwacht. Daarom wordt door de meetwaarden, die binnen een groep aanwezig zijn, een trendlijn gefit, uitgaande van de bekende vorm van de antennebundel, en wordt de spreiding van de meetwaarden bepaald ten opzichte van deze berekende trendlijn. Een eenvoudige trendlijn is een rechte, verkregen uit de meetwaarden in de groep, geschat volgens de kleinste kwadratenmethode. Bij een radarapparaat waar de antenne niet beweegt gedurende het verzamelen van de meetwaarden die binnen een groep aanwezig zijn, is de trendlijn de nullijn.

De trendschat- en spreidingsberekeneenheid 5 geeft per groep de spreiding 6 van deze doelssterkten af. Hieraan wordt nog toegevoegd de gemiddelde ruissterkte 7, die in een radarontvanger standaard beschikbaar is, bijvoorbeeld omwille van de automatische versterkingsregeling. Genoemde meetwaarden worden toegevoegd aan een drempelcircuit 8. Het drempelcircuit kan een detectie genereren per groep, afhankelijk van de vraag of de berekende spreiding de drempelwaarde, gevormd door de gemiddelde ruissterkte in de radarontvanger maal een constante factor waarmee de vals-alarm kans wordt ingesteld, heeft overschreden. De detecties die door drempelcircuit 8 worden gegenereerd worden geschreven in een tweede range-azimuthveld 9. Via selector 10 leest de clusteraar 11 dit veld 9 en bepaalt wat de positie 12 behorende bij een detectie of een cluster van detecties is.

Claims (6)

1. Radarapparaat, voorzien van een antenne, zendeenheid, ontvangeenheid en detectie-eenheid, hetwelk bij de aanwezigheid van objecten waaraan zich snel bewegende delen bevinden, zoals helicopters, de posities van deze objecten bepaalt door middel van een aantal opeenvolgende metingen, waarbij de meetwaarden via een eerste range-azimuthgeheugen groepsgewijze worden toegevoerd aan de detectie-eenheid, welke per groep een detectie kan genereren, welke detecties worden toegevoerd aan een tweede range-azimuthgeheugen; verder voorzien van een clusteraar die van individuele detecties of clusters van detecties in het tweede range-azimuthgeheugen de posities bepaalt en deze voor verdere processing afgeeft, met het kenmerk, dat de detectie-eenheid tevens is voorzien van: i. een trendschateenheid, die voor de meetwaarden in een groep het effect van de mogelijke beweging van de antenne schat en zo een best fitting trendlijn genereert; ii. een spreidingsberekeneenheid die voor de meetwaarden in een groep de spreiding van de meetwaarden rond de trendlijn van die groep berekent en zo een spreidingswaarde genereert; iii. een drempeleenheid die voor elke groep de spreidingswaarde vergelijkt met een drempelwaarde, die tenminste afhankelijk is van de gemiddelde ruissterkte in de ontvangeenheid en die bij overschrijding een detectie genereert.

2. Radarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de trendlijn wordt geschat volgens de kleinste kwadratenmethode.

3. Radarapparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de groepen disjunct zijn.

4. Radarapparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de groepen elkaar gedeeltelijk overlappen.

5. Radarapparaat volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de groepen maar een rangecel lang zijn.

6 Detectie-eenheid, geschikt voor gebruik in een inrichting als omschreven in één der voorgaande conclusies.