SE466120B

SE466120B - SYNTHETIC APERTURRADAR

Info

Publication number: SE466120B
Application number: SE8602927A
Authority: SE
Inventors: D E Rice; T Hair
Original assignee: Gec Avionics
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1986-07-01
Publication date: 1991-12-16
Also published as: AU632280B2; DE3622186A1; IT1236504B; SE8602927D0; SE8602927L; FR2684767A1; IT8648198A0; NL8601631A; NO862630L; FR2684767B1

Description

35 466 120 ' ~ 2 detektering av mål, som rör sig med hastigheter inom respektive i förväg bestämda hastighetsområden, en extra signalbehand- lingsmöjlighet och anordning, som arbetar i beroende av en de- tektering i någon av de ovan nämnda kanalerna, för att få den extra signalbehandlingsmöjligheten att bilda ytterligare sig- nalbehandlingskanaler för syntetisk apertur hoppassade med frekvenser fördelade inom den kanal. där detekteringen ägde rum, för att med ökad noggrannhet bestämma det detekterade målets position och/eller hastighet. 466 120 '~ 2 detection of targets moving at speeds within respective predetermined speed ranges, an additional signal processing capability and device operating depending on a detection in any of the above mentioned channels, in order to obtain the additional signal processing capability to form additional signal processing channels for synthetic aperture matched with frequencies distributed within that channel. where the detection took place, in order to determine with increased accuracy the position and / or speed of the detected target.

En signalbehandlingskanal hoppassad med en Doppler-frekvens fp kommer att ge en detektering för varje mål, som har en Dopp- 'ler-frekvens mellan fpivpxê/X, där Vp år den transversella plattformshastigheten, 8 är bredden hos den reella strålen och X är våglängden. Kanaler anordnade i enlighet med uppfin- ningen och placerade på jämna avstånd med 2Vpx6/X över Doppler-bandet kommer sålunda att ge full täckning, vilket eli- minerar det först angivna problemet. Fig. 2 visar relationen mellan Doppler-frekvensen och tiden för tre mål på hålsiktet vid tiden to och med Doppler-frekvenserna fpl, fp2 och fp3.A signal processing channel paired with a Doppler frequency fp will provide a detection for each target, which has a Doppler frequency between fpivpxê / X, where Vp is the transverse platform velocity, 8 is the width of the real beam and X is the wavelength . Channels arranged in accordance with the invention and placed at even distances with 2Vpx6 / X over the Doppler band will thus provide full coverage, which eliminates the first stated problem. Fig. 2 shows the relationship between the Doppler frequency and the time of three targets on the hole sight at time to and with the Doppler frequencies fpl, fp2 and fp3.

Denna figur visar att signalbehandlingskanaler hoppassade till dessa frekvenser kommer att ge full täckning över det visade bandet.This figure shows that signal processing channels matched to these frequencies will provide full coverage over the band shown.

Det andra problemet, nämligen det med det felaktiga bredside- läget hos mål, vilkas Doppler-frekvens icke passar ihop med signalbehandlingen, uppträder för alla signalbehandlingskana- lerna. Osäkerheten hos bredsideläget är lika med den reella strålbredden i azimut. På samma sätt finns en osäkerhet i Dopp- ler-frekvensen pä ivpxê/X. Uppfinningen upplöser bredside- läget och Doppler-frekvensen hos ett detekterat mål mer nog- grant genom införandet av extra behandlingsmöjlighet. varje signalbehandlingskanal är ekvivalent beträffande komple- xitet till en ytterligare SAR-processor och för att täcka det troliga Doppler-området krävs ett antal kanaler, kanske ca 30.The second problem, namely that with the incorrect wide side position of targets, whose Doppler frequency does not match the signal processing, occurs for all signal processing channels. The uncertainty of the width side position is equal to the actual beam width in azimuth. In the same way, there is an uncertainty in the Doppler frequency of ivpxê / X. The invention resolves the wide-side mode and Doppler frequency of a detected target more accurately by introducing additional processing capability. each signal processing channel is equivalent in complexity to an additional SAR processor and to cover the probable Doppler range, a number of channels are required, perhaps about 30.

En 30-faldig ökning i signalbehandlingsmöjligheter torde vara oöverkomligt för en SAR med hög upplösning. Emellertid är upp- lösningen passande för detektering av mål, som rör sig och som 10 15 20 25 30 35 40 3 466 120 har en relativt hög radiell hastighet och därför icke är för- knippade med returer från stationära bakgrundsdetaljer, lägre än vad som krävs för konventionell SAR-signalbehandling. Fak- tiskt är en lägre upplösning väsentlig för dylika mål, som rör sig snabbare, eftersom dessa annars icke kommer att vara kvar inom SAR-upplösningscellen under integreringstiden för synte- tisk apertur. Man har därför föreslagit att de ovan nämnda må- len med högre radiell hastighet skall detekteras med hjälp av uppfinningen, såsom tidigare definierats, under användning av en grovupplösningsmod under upprätthållande av en konventionell högupplösningsmod för detekteringen av mål, vilka är antingen stationära eller har en liten radiell hàstighetskomponent. Hög upplösning är väsentlig för detekteríng av mål hörande till bakgrundsreturer för att maximera kontrasten mellan mål och bakgrund.A 30-fold increase in signal processing capabilities would be unaffordable for a high-resolution SAR. However, the resolution is suitable for detecting targets which are moving and which have a relatively high radial velocity and are therefore not associated with returns from stationary background details, lower than required. for conventional SAR signal processing. In fact, a lower resolution is essential for such faster moving targets, as these will otherwise not remain within the SAR resolution cell during the synthetic aperture integration time. It has therefore been proposed that the above-mentioned higher radial velocity targets be detected by the invention, as previously defined, using a coarse resolution mode while maintaining a conventional high resolution mode for the detection of targets which are either stationary or have a small radial velocity component. High resolution is essential for detecting targets belonging to background returns to maximize the contrast between target and background.

-Användningen av uppfinningen resulterar i ett antal detekte- ringar i respektive kanaler på avstånd från varandra under be- lysningstiden av målet med den reella strålen. osäkerheten i bredsideläge reduceras till halva tiden mellan detekteringar och osäkerheten i Doppler-frekvens reduceras till halva frek- vensseparationen mellan kanaler. Fig. 3 visar frekvensen och tiden för detekteringar, som uppträder vid tiderna tl, tz, tg och tå i de olika kanalerna anpassade till respektive i Doppler-frekvenser på fA. fB, fC och fD. Den bästa uppskatt- ningen av tiden när målet är bredsidigt är tMEAN. som är medelvärdet av tiderna tl, tz, ta och t4. I själva ver- ket är det enbart nödvändigt att använda tiderna för detekte- ringarna vid tl och t4 för att uppnå den optimala noggrann- heten för bredsideläget. På samma sätt är den bästa uppskatt- . som är genomsnittet mel- ningen av Doppler-frekvensen fMEAN 1 il v _ lan frekvenserna fA, fB, fc, fD hörande till de kanaler, ka detekteringar uppträder.The use of the invention results in a number of detections in respective channels at a distance from each other during the illumination time of the target with the real beam. the uncertainty in wide-side mode is reduced to half the time between detections and the uncertainty in Doppler frequency is reduced to half the frequency separation between channels. Fig. 3 shows the frequency and time of detections occurring at the times t1, tz, tg and toe in the different channels adapted to and in Doppler frequencies on fA, respectively. fB, fC and fD. The best estimate of the time when the target is broad is tMEAN. which is the mean of the times tl, tz, ta and t4. In fact, it is only necessary to use the times of the detections at t1 and t4 to achieve the optimum accuracy for the width side position. Similarly, the best estimate. which is the average mixture of the Doppler frequency fMEAN 1 il - between the frequencies fA, fB, fc, fD belonging to the channels, ka detections occur.

Inskränkningen av denna ytterligare signalbehandlingsmöjlighet till kanaler, inom vilka ett mål har detekterats, begränsar signalbehandlingskraven till ett flertal av antalet mål i stäl- _let för antalet upplösningsceller. Detta uppnås till kostnaden av lagring av radarsampel över hela den reella strålbredden i stället för den syntetiserade strålbredden. 10 15 20 25 30 35 466 120 4 Beräkning av signalbehandlingskraven för ett speciellt fall indikerar att förbättring av full täckning av mål under rörelse och noggrannhet kan uppnås till en kostnad på en 2- till 3-faldig ökning av signalbehandlingskravet utöver den hos en konventionell SAR, som är hoppassad enbart till sta- tionära mål.The restriction of this additional signal processing capability to channels within which a target has been detected limits the signal processing requirements to a plurality of the number of targets in place of the number of resolution cells. This is achieved at the cost of storing radar samples over the entire actual beam width instead of the synthesized beam width. Calculation of the signal processing requirements for a particular case indicates that improvement of full coverage of targets during movement and accuracy can be achieved at a cost of a 2- to 3-fold increase in the signal processing requirement in addition to that of a conventional SAR. , which is adapted only to stationary targets.

Lutningen hos tids-Doppler-särdragen är ett mått på målhastig- heten 1 bredsideriktningen. När den kombineras med den radiel- la hastigheten, som erhålles från den ovan angivna mätningen av Doppler-frekvensen, möjliggör detta att målets absoluta hastighet och spår kan utvinnas om så erfordras.The inclination of the time-Doppler features is a measure of the target velocity in the wide side direction. When combined with the radial velocity obtained from the above measurement of the Doppler frequency, this enables the absolute velocity and trace of the target to be recovered if required.

Ett sätt på vilket uppfinningen kan utföras kommer nu att beskrivas såsom exempel med hänvisning till fig. 4 i de bi- fogade ritningarna, vilken figur visar en radar utformad i enlighet med uppfinningen och monterad på en luftburen platt- form, som förflyttar sig relativt jordytan.A manner in which the invention may be practiced will now be described, by way of example, with reference to Fig. 4 of the accompanying drawings, which shows a radar formed in accordance with the invention and mounted on an airborne platform which moves relative to the earth's surface. .

I fig. 4 alstrar en sändare l korta och långa pulser svarande mot avståndsupplösningen till 3m respektive 36m. De korta och långa pulserna genereras omväxlande och tillräcklig tid lämnas efter varje puls för att returer från den marksträng, som inspekteras, skall mottas före sändningen av nästa puls.In Fig. 4, a transmitter 1 generates short and long pulses corresponding to the distance resolution to 3m and 36m, respectively. The short and long pulses are generated alternately and sufficient time is left after each pulse for returns from the ground string being inspected to be received before the transmission of the next pulse.

Pulserna sänds via en duplex-anordning 2 och en antenn 3 och mottas efter reflektion från den marksträng, som är under inspektion, 1 en mottagare 4, som är utformad att behandla de långa respektive korta pulserna och att generera två respek- tive utsignaler på linjerna 5 och 6.The pulses are transmitted via a duplex device 2 and an antenna 3 and are received after reflection from the ground string under inspection, 1 a receiver 4, which is designed to process the long and short pulses, respectively, and to generate two respective output signals on the lines. 5 and 6.

Digitaliserade sampel av den mottagna signalen på linjen 5 lagras 1 minnet 7 genom hela belysningstiden för en punkt på jordytan av den reella strålen. Detta är T 1 det i fig. l visade exemplet. En konventionell SAR-processor 8 alstrar av den lagrade signalen utsignaler med hög upplösning (i detta exempel 3mx3m). Dessa utsignaler matas till en tröskelvärdes- detektoranordning 9. som vid mottagning av en detektering vid 10 15 20 25 30 35 s 466 120 t.ex. tidpunkten to (fig. 1) får en utläsningsanordning 10 att från minnet 7 läsa de digitaliserade radarsignalerna, som mottagits under tidsintervallet T för den avståndsgrind, i vilken detekteringen har observerats (se fig. 1). Dessa sig- naler överförs till en processor ll, som är programmerad att utföra ett antal apertursyntetiseringsprocesser, såsom illustreras schematiskt vid llA, hoppassade till frekvenser, såsom visas vid fA, fB. fC och fD, såsom visas i fig. 3, över ett område med Doppler-frekvenser ¿Vpx6/X. En beräknings- möjlighet 12 beräknar från detekteringstiderna 1 de olika kanalerna llA, llB etc. värdena fMEAN. tMEAN och lutning, såsom tidigare beskrivits med hänvisning till fig. 3. Detta indikerar läget och hastigheten hos de detekterade målen, vilken information via linjen 13 presenteras på en indike- ringsanordning 14. På detta sätt detekteras mål, som eftersom de är stationära eller rör sig sakta mottas 1 samband med terrängreflektioner, med minskad otydlighet beträffande läge och hastighet jämfört med konventionella metoder.Digitized samples of the received signal on line 5 are stored in memory 7 throughout the illumination time of a point on the earth's surface by the real beam. This is T 1 the example shown in Fig. 1. A conventional SAR processor 8 generates from the stored signal high resolution output signals (in this example 3mx3m). These outputs are fed to a threshold detector device 9 which, upon receipt of a detection at s 466 120 e.g. at time to (Fig. 1), a reading device 10 causes the memory 7 to read the digitized radar signals received during the time interval T of the distance gate in which the detection has been observed (see Fig. 1). These signals are transmitted to a processor 11, which is programmed to perform a number of aperture synthesis processes, as schematically illustrated at 11A, matched to frequencies, as shown at fA, fB. fC and fD, as shown in Fig. 3, over a range of Doppler frequencies ¿Vpx6 / X. A calculation possibility 12 calculates from the detection times 1 the different channels 11A, 11B etc. the values fMEAN. tMEAN and slope, as previously described with reference to Fig. 3. This indicates the position and speed of the detected targets, which information is presented via the line 13 on an indicating device 14. In this way, targets are detected which, because they are stationary or tubes slowly received in connection with terrain reflections, with reduced ambiguity regarding position and speed compared to conventional methods.

Digitaliserade sampel på linjen 6 utvunna från de långa pul- serna lagras i minnet 14 och signalbehandlas i SAR-processorer 15, 16 etc. hoppassade med frekvenser fpl, fp2 etc. från mål med olika radiella hastigheter, såsom visas i fig. 2. Dessa processorer alstrar utsignaler med lägre upplösning (i detta exempel 36m). Dessa utsignaler matas till tröskelvärdesdetek- torer 17, 18 etc., där vilken som helst av dem vid mottagning av en detektering bringar en gränssnittsanordning 19 att instruera en utläsningsanordning 20 att från minnet 14 läsa de digitaliserade radarsignalerna. som mottogs under tidsinter- vallet T för den avståndsgrind, i vilken detekteringen obser- verades. Processorn 21 programmeras att utföra ett antal apertursyntetiseringsfunktioner 21A hoppassade till frekven- ser, såsom visas vid fA, fB, fC och fD (fig. 3) över ett område med Doppler-frekvenser fpiypxß/X. där fp är frek- vensen hos den kanal, i vilken en detektering görs, varvid denna frekvens uppträder på linjen 19A.Digitized samples on line 6 recovered from the long pulses are stored in the memory 14 and signal processed in SAR processors 15, 16 etc. matched with frequencies fp1, fp2 etc. from targets at different radial velocities, as shown in Fig. 2. processors generate lower resolution outputs (in this example 36m). These outputs are fed to threshold detectors 17, 18, etc., where any of them upon receipt of a detection causes an interface device 19 to instruct a readout device 20 to read from the memory 14 the digitized radar signals. which was received during the time interval T of the distance gate in which the detection was observed. The processor 21 is programmed to perform a number of aperture synthesis functions 21A matched to frequencies, as shown at fA, fB, fC and fD (Fig. 3) over a range of Doppler frequencies fpiypxß / X. where fp is the frequency of the channel in which a detection is made, this frequency appearing on line 19A.

I praktiken måste ett antal detekteringar behandlas samtidigt 10 15 20 25 30 466 120 e och sålunda måste komponenterna ll och 21 innefatta tillräck- liga beräkningsmöjligheter för detta syfte. Processorns 21 utsignal bearbetas vid 22 på identiskt samma sätt som den bearbetning som utföres vid 12 för att på linjen 23 för indi- keringsanordningen 14 presentera läget och hastigheten hos de detekterade målen. På detta sätt visas ändå mål på indike- ringsanordningen 14 även om de icke indikeras på linjen 13 eftersom de rör sig relativt snabbt i radiell riktning.In practice, a number of detections must be processed simultaneously, and thus components 11 and 21 must include sufficient calculation possibilities for this purpose. The output of the processor 21 is processed at 22 in an identical manner to the processing performed at 12 to present on line 23 of the indicating device 14 the position and speed of the detected targets. In this way, targets are still displayed on the indicating device 14 even if they are not indicated on the line 13 because they move relatively rapidly in the radial direction.

I denna speciella utföringsform av uppfinningen används en extra processor 24. Denna utför konventionell SAR-signalbe- handling men med en relativt låg upplösning på 36m för att åstadkomma en grov representation av bakgrunden. Denna repre- sentation korreleras vid 25 med data från ett minne 26 och speciellt med en del av detta minne. som innefattar en digital karta 26A med låg upplösning. Denna karta 26A representerar en relativt stor markarea. där luftfordonet kan antas vara belä- gen över en speciell del av denna. Korrelatorns 25 utsignal indikerar den aktuella positionen av luftfordonet, som bär radarn. och denna lägesinformation användes för att läsa ut den lämpliga delen av en detaljerad karta 26B av samma mark- area. Denna information visas vid 14, där den överlagras på de på linjerna 13 och 23 indikerade målen. Minnet 26 skulle kunna vara placerat på luftfordonet men är företrädesvis placerat på marken och länkat till luftfordonet medelst någon lämplig kommunikationskanal. I en annan utföringsform av uppfinningen kan kartan 26A med låg upplösning utelämnas. I ett dylikt arrangemang jämförs varje videoinformationsbild från kretsens 24 utgång i korrelatorn 25 successivt med olika delar av kartan 26B. Den del, som ger den bästa korrelationen, utläses till indikeringsanordningen 14.In this particular embodiment of the invention an additional processor 24 is used. This performs conventional SAR signal processing but with a relatively low resolution of 36m to provide a coarse representation of the background. This representation is correlated at 25 with data from a memory 26 and especially with a part of this memory. which includes a low resolution digital map 26A. This map 26A represents a relatively large land area. where the aircraft can be assumed to be located over a special part of it. The output signal of the correlator 25 indicates the current position of the air vehicle carrying the radar. and this location information was used to read out the appropriate portion of a detailed map 26B of the same land area. This information is displayed at 14, where it is superimposed on the targets indicated on lines 13 and 23. The memory 26 could be located on the aircraft but is preferably located on the ground and linked to the aircraft by means of a suitable communication channel. In another embodiment of the invention, the low resolution map 26A may be omitted. In such an arrangement, each video information image from the output of the circuit 24 in the correlator 25 is successively compared with different parts of the map 26B. The part which gives the best correlation is read out to the display device 14.

Claims

10 15 20 25 30 7 466 120 Patent claims

Synthetic aperture radar (SAR), characterized by a number of signal processing channels (15, 16, 24) for synthetic aperture matched with different target Doppler frequencies, in order to detect targets moving at speeds V within the range respectively, predetermined speed ranges, an additional signal processing option (21) and a device (19), which operate in dependence on a detection in one of the channels to have said possibility to form additional signal processing channels for synthetic aperture matched to frequencies at intervals from each other in the channel in which the detection took place, in order to determine with increased accuracy the position and / or speed of the detected target.

Radar according to claim 1 mounted on a platform, which moves at the speed vp. know that the channels (15, 16, 24) are matched with different frequencies at a distance of less than 2 vpxß / X. where vp is the transverse platform velocity, 6 is the width of the real beam and X is the wavelength of the radar signals.

Radar according to claim 1 or 2, characterized by a second signal processing channel (11) for synthetic aperture with a higher resolution than the first-mentioned channels and fitted with stationary targets and arranged to provide an output signal with higher spatial resolution in the direction of movement of the radar than that provided by any of the first mentioned lower resolution channels.

Radar according to claim 3, characterized by a transmitter (1), which transmits long and short pulses and in which the first-mentioned channels are arranged to respond to returns of the long pulses and the second channel with higher resolution is arranged to respond to returns of the short pulses. 10 466 120 8

Radar according to claim 1 or 2, characterized in that one of the channels (24) is matched with a Doppler frequency suitable for stationary targets and comprising a correlating device (25) coupled to correlate the output signal of this channel with the content of a memory device (26A), which defines a recording of the low resolution terrain to provide an output signal, which identifies the current position of the radar relative to the terrain; a further memory device (26B), which defines a recording of the high resolution terrain: and an indicating device (14) for displaying the part of the terrain thus identified from information in a further memory device together with targets, which are detected by radarn.