SE466975B - Radaranordning med modulerad baervaagssignal - Google Patents

Description

kf; 466 975 tar att få ett ekosvar från räckviddsgränsen vilket ökar radarns robusthet mot upptäckt och störning.

Inom luftvärn användes spaningsradar för invisning av ett sikte mot ett mål. En spaningsradar skall därvid kunna detektera små flygplan och robotar på låg höjd ovanför land eller sjö. På land kan radarreflexer mot enstaka föremål bli mycket stora, exempelvis ger berg, hus, master etc mycket kraftigare radarekon än små flygplan och robotar. Dock har flygplan och robotar en hög hastighet som ger radarekot en dopplerförskjutning av radarfrekvensen. Denna dopplerförskjutning kan användas för att skilja rörliga mål med olika hastighet åt, och framför allt att l skilja rörliga mål från fasta mål, så att små flygplan kan detekteras även i närheten av stora markreflexer.

I radaranordningen enligt patentansökan 89.02983-9 kan motta- garen samtidigt ta emot signalen från block på minst två skilda frekvenser vilket innebär att mottagaren kan dedicera vissa analysfunktioner till ett visst avståndsområde och delvis andra analysfunktioner till ett annat avståndsområde genom att välja ut motsvarande block som reflekterats från respektive avstånds- område och koppla dessa till respektive analysfunktioner i mot- tagaren. I beskrivningen i nämnda ansökan anges som exempel att ett avståndsområde kan analyseras med avseende på att rörligt måls dopplereffekt och ett annat avståndsområde kan analyseras med avseende på god avstándsupplösning mot mål.

Ett problem därvidlag är att vid användning av långa kodade block på samma frekvens i en sådan radar kan dopplerförskjut- ningen ge en fasändring under blockets längd som är större än 1800. Då kodningen av bärfrekvenssignalen sker medelst exempel- vis bifaskodning inses att detta försvårar detekteringen.

Ett ändamål med denna uppfinning är därför att vid en radaran- ordning av det ovan angivna slaget kunna utnyttja dopplerför- skjutningen för att skilja ut rörliga mål med olika hastigheter hå 466.975 från varandra. och framför allt att skilja rörliga mål från fasta, och där kodningen kan ske utan nämnda problem.

Det som huvudsakligen kan anses vara det nya och utmärkande för uppfinningen framgår av kännetecknande delen till patentkravet 1.

Genom att dela upp kodblock på samma frekvens i flera delenhe- ter där varje delenhet först korreleras för sig och därefter göra doppleranalys på blockets delenheter på det sätt som anges i patentkravets 1 kännetecknande del kan dopplerförskjutningen över ett block ses som en möjlighet istället för ett problem, d v s finns det en kraftig dopplerförskjutning under blockets längd så kan denna dopplerförskjutning användas för att skilja ut rörliga mål med olika hastigheter från varandra och framför allt skilja rörliga mål från fasta.

I en traditionell pulsdoppler - radar erhålls dopplerinforma- tionen genom att jämföra fasen mellan successiva pulssvar.

Dopplerinformation under pulsen erhålls ej. I den här aktuella radarn kan på motsvarande sätt dopplerinformationen erhållas genom jämförelse av ekosvar från block som repeteras på sama frekvens. Sammantaget kan då dopplerinformation erhållas såväl inom ett block som mellan block. Härvid kan dopplerbestäm- ningen förbättras också genom att dopplerns mångtydighet minskas. I en traditionell pulsdopplerradar bestämmer puls- repetitionsfrekvensen mångtydigheten i dopplern.

I den här aktuella radarn bidrar dopplerinformationen under blocken till en minskning av mångtydigheten. Det finns flera metoder att erhålla dopplerinformationen. Exempelvis kan en FFT-analys (Fast Fourier Transform) utföras på de olika del- blocken ingående i samma block och därefter en FFT-analys på resultaten från olika block. Man kan alternativt välja att börja med en FFT-analys på delblock 1 från olika block, delblock 2 från olika block osv, för att slutligen göra en FFT-analys på dessa resultat från respektive delblock över en total block- 466 975 4 längd. Några olika sätt att erhålla dopplerinformationen kommer att beskrivas närmare i det följande med hänvisning till bifoga- de ritningar där fig 1 schematiskt visar hur dopplerinformationen kan erhållas genom FFT-analys på olika delblock ingående i samma block fig 2 schematiskt visar ett alternativt sätt att erhålla dopplerinformationen fig 3 schematiskt visar ett alternativt analysförfarande som bygger på att ett mottaget "sample" efter A/D-omvand- ling distribueras till alla aktuella avstàndsfack parallellt enligt kodmönstret, och fig 4 en korrigeringsenhet för närbelägna mål.

Då radaranordningen beskrivs i det följande kommer endast de delar av radarn som har avseende på uppfinningen, d v s hur dopplerinformationen behandlas i mottagaren, att beröras närma- re. Radaranordningen för övrigt kan vara av det slag som beskrivs i den ovan nämnda svenska patentansökan 89.02983-9.

Således innefattar sändaren en bärvâgsgenerator som kontinuer- ligt utsänder en bärvågssignal, en modulator för modulering med en kodalstrande signal vars grundfrekvens, kodfrekvensen, är bestämmande för radarns avstàndsupplösning och en sändarantenn.

Den_kodalstrande signalen är så beskaffad att en bit i koden har en varaktighet som är flera gånger längre än bärvâgssigna- lens periodtal och där flera bitars kod bildar ett block varvid ett block karakteriseras av modulation av en bärvág med konstant frekvens. Bärvàgens frekvens ändras mellan blocken så att sända- ren sänder ett block med en bärvågsfrekvens som är skild från den f 466.975' eller de bärvágsfrekvenser som mottagaren är inställd att ta emot. Blocklängden kan göras avsevärt kortare än radarns korre- sponderande räckvidd innebärande att radarsändaren ofta byter frekvens under den tid det tar att få ett ekosvar från räck- viddsgränsen vilket försvårar upptäckt och störning av radarn.

Mottagaren innefattar antenn och olika signalbehandlingsorgan av i och för sig känt slag. Vid signalbehandlingen korreleras den mottagna signalen med den utsända koden. Korrelatorn kan ha olika längder för att passa aktuella kodlängder. Korrele- ringsresultaten behandlas sedan i en analysator.

I enlighet med uppfinningen delas ett block upp i flera delenheter (delblock) som behandlas med avseende på den doppler- förskjutning som ändrar fasen mellan de olika delenheterna i blocket. I figur 1 visas schematiskt en korrelator 1 som motsvarar ett utsänt block och som är uppdelat i 8 delblock.

Varje delblock, korreleras först för sig och därefter görs en doppleranalys på blockets delblock. Resultaten av denna analys ger Nl St olika doppleromráden. Därefter följer en dopplerana- lys av de successiva blocken på samma frekvens varvid varje doppleromráde delas upp i flera dopplerfack.

I figur 2 visas ett alternativt sätt att erhålla dopplerinfor- mationen. Även i detta fall delas kodblock på samma frekvens upp i ett antal (åtta) delenheter där varje delenhet först korre- leras för sig, men därefter görs doppleranalys på successiva blocks respektive delenhet så att delenhet 1 i ett block analy- seras tillsammans med övriga blocks delenhet 1 och samma process för blockens delenhet 2 osv, och först därefter användes resul- taten av denna analys för en doppleranalys över hela blocklängder. Figuren visar repetition av N2 st block 3 på samma frekvens och motsvarande filter 4 för varje delenhet (åtta stycken) vart och ett med N2 dopplerfack. Därefter görs en analys över de åtta delenheterna i blocket, varvid varje doppleromráde F f f f 1 ... FN tilldelas N2 styck dopplerfack, dvs.... f 11' 12'°°' 1N2' f21' 22"' Fznzï °sV' 466 975 5 Ytterligare ett sätt att åstadkomma en enkel dopplerfunktion för binärkodade block illustreras i följande exempel.

Radarn sänder exempelvis ut fyra stycken block om vardera 51,2 lpsek på var sin frekvens; Därefter sänder den ut fyra stycken nya block med samma bärfrekvenser osv över antennöversvepning av målet. Kodfrekvensen är exempelvis IOMHZ vilket ger en av- stàndsupplösning motsvarande en pulslängd på 0,1 psek. För att hantera ett block behövs då en korrelator på 512 element (= blocklängden). Korrelatorn är delad i åtta stycken delblock, där varje delblock kan summeras för sig. Åtta stycken doppler- områden kan dá bildas.

Doppleromráde 1 Här summeras alla delblocken till en totalsumma. Det innebär att för höga målhastigheter blir dopplerför- skjutningen över ett block så stor att målet under- trycks. T ex kommer ett màl som ger en fasförskjut- ning av 2 över kodblocket (51,2 ps) att ge summa = 0.

Fasförskjutningen-gíger en undertryckning av ldB och qf ger 4 dB målundertryckning.

Doppleromráde 2 Här byts tecken på de fyra sista delblocken innan hela blocket summeras. Det innebär att alla fasta och lång- samma màl i respektive huvudlober subtraheras bort. Mál med hastigheter som ger en fasförskjutning avf-'zr över blocket "undertrycks" i detta doppleromràde med 9dB.

Fasförskjutningen*h'radianer ger 4dB målundertryckning.

Fasförskjutningen 27f radianer ger också 4dB, varför doppleromràde 2 täcker området 4f till Zflf. ¥ 466. 975' Dopplerområde 3 och 4 Här delas blocket i fyra delar och man byter tecken på delblock 2 och 4, respektive 2 och 3, innan hela blocket summeras. Härvid erhålles en dopplertäckning z rr- mf. ' Dopplerområde 5, 6, 7 och 8 Här byts tecken successivt mellan delblocken så att en dopplertäckning erhålles motsvarande 477till 87? radianer.

De aktuella 8 st dopplerområdena ovan, kan täcka samtliga dopp- lerhastigheter från 0 m/s till 1100 m/s hos en X-bands radar, utan blinda hastigheter eller flertydighet i avstånd.

Ovanstående resultat gäller för ett kodblock på 5l,24ps. Detta kodblock kan t ex följas av 3 st andra kodblock på andra fre- kvenser. Därefter kan man åter sända ett kodblock på samma frekvens om koherent integration önskas. För att öka störhàll- fastheten kan alternativt annan kod användas. Integration över ett antennöversvep kan då ge dopplerområdena 2 t o m 8 mycket god undertryckning av fasta mål i huvudloben. Även tidssidlo- ber kan dopplerundertryckas om samma kod bibehålles över flera kodblock på samma frekvens.

I doppleromràde I, där de långsamma målen finns, kan en FFT ge en undertryckning på motsvarande sätt som en vanlig pulsdopp- lerradar med motsvarande prf. I LV-applikationer kan intresset för långsamma mål i dopplerområde I vara litet och eventuellt behöver dopplerområde I inte analyseras alls.

Korrelatorfunktionen Som beskrives i patentansökan 89 02983-9 så kan mål som finns på ett visst avstånd, i ett visst avståndsfack, ge upphov till signaleffekt inte bara i detta avståndsfack utan också till en mindre del i andra avståndsfack. Dessa felbidrag erhålles i A 66 975 *JA korrelatorn där den utsända koden jämföres med den mottagna.

Felbidragens eller s k tidssidlobernas storlek beror av kodens utseende och längd. Vid val av lämplig kod blir felbidragen mycket små t ex 100 till l0;000 gånger mindre än originalmålet. - Det innebär att endast mycket stora mål ger upphov till tidssid- lober med detekterbar storlek. Eftersom koden är känd så är det f också känt på förhand vilka tidssidlober ett mål i ett visst av- stàndsfack ger upphov till. Det är då möjligt att subtrahera bort ett detekterat måls felbidrag i andra avståndsfack. I allmänhet räcker det att utföra denna korrigering för ett fåtal stora mål över en viss nivå.

Korrelatorn kan redan från början konstrueras som en tvâ- eller flerstegsoperation, där reusltatet från den första korrelationen matas till en korrigeringsenhet som i ett eller flera steg korrigerar erhållen signal i de olika avståndsfacken med av- seende på den givna kodens kända felbidrag i olika avstånds- fack.

Denna korrelator kan t ex utföras enligt principen att ett kod- blocks mottagna "samples" successivt matas in i en korrelator som jämför med den utsända koden och när överensstämmelse erhål- les för ett givet màls returnerade radarsignal, så fås en hög signaleffekt som indikerar målet och dess avståndsfack. I nästa steg erhålles korrelation för eventuella mål i nästa av- ståndsfack osv.

I figur 3 beskrivs ett alternativt analysförfarande som bygger på att ett mottaget "sample" efter A/D omvandlaren (se figur 4 i svenska patentansökan 89 02983-9) distribueras till alla aktuella avståndsfack parallellt enligt kodmönstret.

Om t ex binärkodning används så ges det detekterade "samplet" också ett värde med ombytt tecken, och alla avståndsfack som i 'l detta tidsögonblick skall ha minustecken enligt koden, får "samplet" med ombytt tecken medan de övriga avståndsfacken matas med "samplet" utan teckenändring. I nästa tidssteg erhål- ff 466. 975' les ett nytt sample från A/D-omvandlaren och detta matas med och utan teckenändring till respektive avståndsfack enligt kodens mönster för respektive avstånd.

På detta sätt matas varje avståndsfack med inkomna "samples" med korrigerade tecken enligt den givna koden. Integrering av "samples" i respektive avståndsfack ger då successiv tillväxt av signal, om det finns ett detekterbart mål i avståndsfacket annars ger integrationen ett mått på mängden okorrelerat brus eller störning. Om målet i aktuellt avståndsfack är rörligt med stor dopplerförskjutning kan "integreringen" ske i form av FFT- analys eller någon annan av ovanstáende metoder för dopplerana- lys.

Sample Sn+l från A/D- omvandlaren 5 tilldelas tecknet + eller - i en teckenbildare 6. Varje avståndsfack 7 matas därefter via switchar 8 styrda av koden med samplevärdet med det tecken som enligt koden gäller för respektive avståndsfack. I avståndsfack 1 har därvid alla samples S1 t o m Sn getts tecken så att ett màl i avståndsfack 1 adderas med varje sample till en hög slutsumma. Motsvarande gäller för avståndsfack 2 osv. Ett mål som finns på ett avstånd som motsvaras av avståndsfack 2 kom- mer därmed ej att adderas upp i avståndsfack 1 eftersom inmatningen av sample till avståndsfack 1 ej sker med de tecken som motsvarar mål för rätt avståndsfack, i detta fall fack 2.

Det närmast ovan beskrivna analysförfarandet att successivt och parallellt bygga upp information om mål i olika avståndsfack kan vara fördelaktigt när man vill korrigera för màls tidssidlober i andra avståndsfack.

I en LV-applikation kan det vara intressant att följa mål tills de kommer mycket nära radarn för att kunna lämna information om málets läge till luftvärnet för bekämpning av målet även i denna situation. 466 975 /0 Mål som befinner sig nära radarn ger kraftiga ekon tillbaka till radarns mottagare jämfört med mål som befinner sig långt borta.

Radarekots effekt avtar med fjärde potensen på avståndet från radarn. Denna effekt kompenseras delvis i den aktuella radarn genom att närbelägna mál_inte reflekterar effekt tillbaka under så lång tid som de avlägsna. När ett kodblock sänds ut från radarn, så tar radarns mottagare emot radareko från tidigare utsända block och mottagaren öppnar inte för det aktuella blocket förrän detta hunnit ett lämpligt avstånd från radarn.

Det innebär att det allra närmaste området intill radarn redan har passerats av kodblocket när mottagaren öppnar för att ta emot radareko från detta block. Det innebär också att mål utan- för detta område har passerats av större delen av kodblocket och att det endast är en mindre del av det reflekterade kodblocket som når en öppen radarmottagare. Närbelägna mål ger alltså radareko med hög amplitud men under kort tid, vilket ger en ut- jämnande effekt.

De närbelägna målen ses endast en kort tid av radarns mottagare och kan därför inte nyttiggöra sig av en lång kod. Det innebär att dessa mål kan ge upphov till relativt stora tidssidlober och att det kan finnas ett särskilt behov att korrigera för dessa. Härvid kan det vara intressant att skapa avståndsfack för radarns närområde och använda ovan beskrivna metod med parallell matning av dessa avståndsfack med mottagna "samples". Man er- håller då en tidig information om stora närbelägna mål och kan utföra en sidlobskorrigering i de mera avlägsna avståndsfacken eller helt frankt avstå från att använda de "samples" som domineras av de stora närbelägna målen för detektering av mål i avlägsna avståndsfack.

Ett exempel på en sådan korrigering visas i figur 4. En korrige- ringsenhet 9 är lämpligen utrustad med en tröskel som känner av nivån på summavärdena :å.1':í2..:ïN3 från avståndsfacken 1-N3 och om en av summorna från respektive avståndsfack är större än ett visst värde så innebär detta att målet på detta avstånd är ll U 4se.9v5k så stort att det kan ge felbidrag i övriga avstàndsfack.

Felbidragets storlek i de olika facken är bestämd av koden var- för detta värde kan subtraheras bort från värdet som erhållits i respektive avstàndsfack. Det korrigerade värdet2ïl1 är således resultatet av en eventuell korrigering av värdetzfl, osv.

Claims (8)

466 975 /a - PATENTKRAV

1. Radaranordning av det slag som innefattar en sändare som i huvudsak kontinuerligt utsänder en modulerad bärvågssignal och en mottagare för mottagning av den mot ett föremål reflektera- de bärvàgssignalen (ekosignalen) och där bärvàgssignalen modu- leras med en kodalstrande signal där en bit i koden har en varaktighet som är flera gånger längre än bärvàgssignalens periodtid och där flera bitars kod bildar ett block som karak- teriseras av modulatíon av en bärvåg med konstant frekvens och varvid bärvàgens frekvens ändras mellan blocken så att sändaren sänder ett block med en bärvàgsfrekvens som är skild fràn den eller de bärvâgsfrekvenser som mottagaren är inställd att ta emot k ä n n e t e c k n a d a v organ för uppdelning av kodblock på samma frekvens i ett antal delenheter där varje delenhet först korreleras för sig och därefter görs doppler- analys pá blockets delenheter.

2. Radaranordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att resultaten av doppleranalysen på blockets delenheter an- vänds för en doppleranalys av de successiva blocken på samma frekvens.

3. Radaranordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att doppleranalys på successiva blocks respektive delenhet sker så att delenhet 1 i ett block analyseras tillsammans med övriga blocks delenhet 1 och samma process för blockens delenhet 2 osv varefter resultaten av denna analys används för en doppleranalys över hela blocklängden.

4. Radaranordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att binärkodade kodblock på samma bärfrekvens delas upp i flera delenheter där varje delenhet först korreleras för sig och R 466.975' därefter tilldelas varje delenhet + eller - tecken innan delenheterna summeras, exempelvis erhålles ett dopplerområde genom att första hälften av delenheterna åsätts +tecken, medan senare hälften àsätts -tecken, varvid vid summering rörliga mål framhävs som har en dopplerförskjutning av cirka'h'till 277 radianer över blocket medan fasta mål undertrycks genom att + och - bidragen tar ut varandra.

5. Radaranordning enligt patentkrav 4 k ä n n e t e c k n a d av att tilldelningen av + och -tecken alterneras till delenhe- terna med allt högre frekvens tills högsta doppleromrádet erhålles då teckenbyte sker för varje delenhet varvid mål med större dopplerförksjutning framhävs.

6. Radaranordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att en mottagen binärkodad signal efter A/D-omvandling kom- pletteras med ytterligare ett värde som är mätvärdet med om- bytt tecken varvid i varje tidssteg mätvärdet respektive mätvärdet med ombytt tecken matas till olika avståndsfack där avståndsfacken får en följd av mätvärden och där den givna utsända koden entydigt bestämmer, för varje tidssteg, till vil- ka avståndsfack mätvärdet respektive mätvärdet med ombytt tecken skall matas varvid integration av inmatade värden i ett avståndsfack ger information om eventuellt mål i detta avstånds- fack.

7. Radaranordning enligt patentkrav 6 k ä n n e t e c k n a d av att mottagaren endast tar emot en del av reflekterat kodblock från mål som befinner sig på nära avstånd från radarn så att av- ståndsfacken tar hand om mål på motsvarande avstånd, varvid mål i närområdet erhåller färre mätvärden i sina avståndsfack än mål som ligger längre bort och kan nyttiggöra sig hela kod- blocket.

8. Radaranordning enligt patentkrav 7 k ä n n e t e c k n a d av att en jämförelse göres av resultaten från avståndsfack i radarns närområde med givna nivåer och då dessa nivåer över- 466 975 14 skrids, motsvarande mätvärden från A/D-omvandlaren, som inne- håller dessa màlsignaler, är anordnade att ej bidra till resul- taten av màlanalysen på andra màlavstànd. .0 fa-