DE2432401C2 - Puls-Doppler-Radargerät mit digitalen Doppler-Filtern - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Puls-Doppler-Radargerät wie im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben. Ein solches Puä-Dopf ,er-Radargerät ist aus der DE-OS 24 32 401 bekanra

Die Verwendung von selbstsch ringenden Magnetrons für Radarsendex ist bekannt Geräte, in denen gepulste Magnetronsender verwendet werden, sind relativ billig, haben jedoch verschiedene Nachteile, z. B. hinsichtlich ihrer Phasenstabilität. Es ist bekannt, die Phase der abgestrahlten HF-Impulse zu speichern, um sie nachfolgend mil: dem empfangenen Echos zu vergleichen. Diese Radargeräte werden im allgemeinen als »empfangskohärent« bezeichnet

Eine Eigenschaft des Magetrons, die sogenannte »Fehlzündung«, wird hierdurch nicht korrigiert Diese Fehlzündungen sind !Zustände, in denen keine Schwingung erzeugt wird, obwohl von dem Modulator ein Impuls auf das Magnetron gegeben wird. Als Folge hiervon erscheint bei der Signalverarbeitung ein Restsignal, das von Elchos von Festzielen herrührt, und das nicht durch herkömmliche Signalverarbeitung eliminiert werden kann. Einige Teile dieses Systems sind bekannt. Geeignete Speicher sind beispielsweise in den DE-PS 12 85 578, 12 97 168 und 15 91 219 beschrieben.

Bei dem aus der DE-OS 24 32 401 bekannten Radargerät wird das Echo blockiert, bevor es innerhalb der Wiederholperio<le, die auf die »Fehlzündung« folgt, das Signalverarbeitungssystem erreicht

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile zu beseitigen, die auftraten, wenn während einer bestimmten Zeit kein Signal verarbeitet werden kann.

Die Lösung erlolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Es ist ein Vorteil der vorgeschlagenen Lösung, daß sie sich ohne großen A jfwand verwirklichen läßt Sie ist in digitaler Technik ausführbar.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert Es zeigt

Fig. t Amplituden von aufeinanderfolgenden Echoimpulsen, die von einem festen Ziel empfangen werden;

Fig.2 das Spektrum der Echos von Festzielen mit fehlenden Impulsen;

Fig.3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Radargeräts.

ίο Wenn ein schwenkbarer Radarstrahl e'n Ziel überstreicht, dann werden im Radargerät von diesem Ziel herrührende Echoimpulse empfangen. Die Amplituden dieser Echoimpulse sind in F i g. 1 auf der /t-Achse aufgetragen. Bei Radargeräten mit Magnetrons kann es vorkommen, daß, wie oben bereits beschrieben, verschiedene Impulse nicht ausgesandt werden, obwohl am Magnetron ein Impuls anliegt Deshalb tritt während der entsprechenden Radarwiederholperiode kein Echo auf. Diese fehlenden Impulse sind durch gestrichelte vertikale Linien 1 dargestellt Um die Auswirkung dieser fehlenden Impulse auf die Signalverarbeitung zu erklären, kann man annehmen, daß jeder fehlende Impuls 1 dargestellt werden kann als Summe des Impulses, der beim richtigen Funktionieren des Magnetrons empfangen worden wäre und eines Impulses 1' der gleichen Amplitude und entgegengesetzter Phase.

Es zeigt sich, daß (Fig.2) das Spektrum des tatsächlich empfangsnen Signals durch Überlagerung der Spektren 51 und 52 entsteht 51 ist das Spektrum des normalen Empfangs eines Echos von einem Festziel ohne fehlende Impulse. Dieses Spektrum setzt sich auf bekannte Weise aus Linien mit den Frequenzen Jt- fr(k ist eine positive oder negative ganze Zahl bzw. null) zusammen, wobei fr die Radar-Wiederholfrequenz ist. 5 2 ist ein beinahe kontinuierliches Spektrum, das den zu zufälligen Zeitpunkten auftretenden Impulsen Γ entspricht

Das Verhältnis der Maximalwerte der beiden Spektren ist gleich dem Quadrat des Verhältnisses

—zwischen der Zahl Λ/der gesende;in Impulse und der

Zahl η der während einer Periode, in der das Festziel beobachtet wird, fehlenden Impulse.

Es ist klar, daß die Schaltungen zur Auslöschung der Echos von Festzielen (z. B. Doppler-Filter) die verbleibende Energie, die durch die Integration des Spektrums 52 über einen Frequenzbereich, der etwas kleiner als die Wiederholfrequenz ist, entsteht, übertragen. Das Verhältnis dieser verbleibenden Energie zu der Gesamtenergie, die vom Festziel empfangen wird, liegt

zwischen — undf—Y Dies ist eine beträchtliche und

unerwünschte Begrenzung des Auslöschungsgrades von Festziel-Echos.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Geräts basiert auf der Tatsache, daß die aufeinanderfolgenden Impulse, die von einem Festziel empfangen werden, eine konstante (oder sich nur sehr langsam ändernde) Phase Φ und eine Amplitude A, moduliert durch das Antennenstrahlungsdiagramm, haben. Gemäß einer Eigenschaft der Erfindung hat die Einhüllende der empfangenen Impulse (Fig. 1) angenähert die Form einer geraden Linie über irgendwelche drei aufeinanderfolgende Impulse mit den Amplituden a, b und c.

Somit wird bei Fehlen des dritten Impulses seine Amplitude cdurch folgende Beziehung bestimmt:

und somit

c = 2 b-a (1)

Die Phase dieses Impulses ist gleich der der beiden vorhergehenden. Gemäß einer alternativen Eigenschaft der Erfindung, mit Hilfe derer man eine weniger genaue aber einfachere Korrektur erhält, wird die Amplitude c des als fehlend angenommenen Impulses einfach durch die Amplitude des vorhergehenden Impulses ersetzt

Anhand der F i g. 3 wird ein kohärentes Puls-Radargerät, das mit dem erfindungsgemäßen Gerät ausgestattet ist, beschrieben. Das Radargerät enthält eine Antenne 1, einen Zirkulator 2, der die abzustrahlenden Signale vom Sender 3 auf die Antenne und die von der Antenne empfangenen Signale zum Empfangskanal leitet, einen Sender (Magnetron) 3, getriggert durch einen Impulsmodulator 4, der durch Synchronisiersignale Sy synchronisiert wird und einer Synchronisierschaltung 5 zur Erzeugung der Synchronisiersignale für die Radar-Abstrahlung. Im Empfangskanal sind zwei Mischer 6 und 8 vorhanden, die irit einem stabilen Ortsosziiiator (STALO) 7 verbunden sind und die die empfangenen Mikrowellensignale bzw. einen Teil der abgestrahlten Leistung, die über einen Richtkoppler D. C. zugeführt wird, erhalten. Die Zwischenfrequenz-Impülssignale, die am Ausgang des Mischers 8 vorhanden sind, dienen dazu, zu Beginn jeder Wiederholperiode einen sogenannten Kohärenzoszillator 9 erneut zu triggern, der während der gesamten Wiederholperiode ein Bezugssignal der gleichen Frequenz mit einer festen Phasenbeziehung zur Zwischenfrequenz liefert, äquivalent zu dem zu Beginn der betreffenden Wiederholperiode gesendeten Impuls. Ein Phasendetektor 10 empfängt das Bezugssignal vom Oszillator 9 und das empfangene Signal in der Zwischenfrequenzlage und liefert einen Impuls mit einer Amplitude, die für jedes Echo proportional zu Asin Φ ist Das von dem Phasendetektor 10 gelieferte Signal wird zu einer Abtastschaltung 11 übertragen, der ein Kodierer 12 nachgeschaltet ist, der kodierte Signale liefert, die die Amplitude des empfangenen Signals für aufeinanderfolgende Entfernungsbereiche darstellen. Die oben erwähnten Schaltungen sind aus MTI-Radargeräten bekannt.

Wenn ein Magnetron verwendet wird, können, wie bereits erwähnt, verschiedene Mikrowellenimpulse fehlen. Durch eine Schaltung 14 können diese fehlenden Impulse ermittelt werden. Sie besteht aus einem Zwischenfrequenzverstärker 17, der die Impulse, die über den Richtkoppler aufgenommen wurden, und deren Frequenz im Mischer 8 in die Zwischenfrequenzlage gebracht wurde, verstärkt und einen Detektor 18, dessen Ausgang mit dem Eingang einer UND-Schaltung 16 verbunden ist. Außerdem werden die Synchronisierimpulse Sy auf die Schaltung 15 (Impulsverlängerer) gegeben, in der diese Impulse gedehnt werden (z. B. durch eine monostabile Schaltung) und deren Ausgang mit dem anderen Eingang der UND-Schaltung 16 verbunden ist. Der Ausgang dieser Schaltung 16 ist mit dem Eingang »1« eines Flip-Flops 19 verbunden, das durch die Impulse 5/ zurückgestellt wird. Diese Schaltung liefert, ^enn nach einem Impuls Sy im Detektor 18 kein Mikrowellen-Impuls festgestellt wurde, ein Signal (*lm Ausgang 0 des Flip-Flops). Die Koinzidenz wird ftrmktelt durch die Schaltung 16 zwischen dem verlängerten Impuls Sy (um eine kleine Phasenverschiebung Zwischen Sy und dem vom Magnetron gelieferten Impuls mit zu berücksichtigen) und dem ausgesendeten Impuls.

Durch das Ausgangssignal des Flip-Flops 19 wird die Auswahlschaltung 13, die Teil der Erfindung ist, Sn Betrieb gesetzt Ein Speicher 20, der die Amplituden zumindest der beiden vorhergehenden Wiederholperioden enthält und eine Rechner-Schaltung (21) sind ebenfalls in der erfindungsgemäßen Anordnung enthalten.

In der digitalen Signalverarbeitungsschaltung des Radargerätes wird ein Speichersystem 20 verwendet, wie es z.B. in den DE-PS 12 85 578, 12 97168 und 15 91219 beschrieben ist

Mit diesem Speichersystem, bei dem die Amplituden einer Wiederholperiode auf eine Speicherzeile geschrieben werden, ist eine Leseschaltung 23 verbunden, mit der es möglich ist, die während der beiden vergangenen Wiederholperioden aufgezeichneten Werte, verbunden mit einer erneuten Speicherung, während jeder Wiederholperiode auszulesen. Das Lesen erfolgt Spalte um Spalte, d. h. Entfernungsbereich um Entfernungsbereich. Zu jedem Augenblick de^; Abtastens durch Schaltung 11 liefert die Leseschaltun^ 23 die zwei Amplituden des entsprechenden Entfernungsbereichs, die während der zwei vorhergehenden Wiederholperioden empfangen wurden. Durch Schaltung 21 wird dann gemäß Jer Gleichung (1) der wahrscheinliche Wert der Amplitude berechnet, die normalerweise zu diesem Augenblick empfangen wird. Der berechnete Wert wird dann zu der Auswahlschaltung 13 übertragen, die zur gleichen Zeit die codierte Amplitude der Realzeit-Videosignale von Schaltung 12 empfängt In Abhängigkeit davon, ob der Mikrowellenimpuls tatsächlich ausgesandt wurde oder ob von Schaltung 14 festgestellt wurde, daß dieser Impuls fehlt, liefert die Auswahlschaltung 13, gesteuert von der Schaltung 14, dem Speicher 20 während der betreffenden Periode entweder diese Amplituden von 12 oder die berechneten Amplituden. Im Speicher 20 sind ferner die üblichen Leseschaltungen 24 enthalten, die die zu verarbeitenden Amplituden zu den digitalen Verarbeitungsschaltungen des Radargerätes übertragen. Ein Taktgenerator 22 liefert auf bekannte Weise die verschiedenen Taktsignale H, die zum synchronen Funktionieren der Anordnung notwendig sind.

Wenn, wie es oft der Fall ist, bei 10 zwei Phasendetektoren (J und Q) verwendet werden, dann können die verschiedenen Schaltungen verdoppelt werden. Bei Systemen dieser Art liefert der Kohärenzoszillator 9 auch ein um— phasenverschobenes Signal,

um die beiden orthogonalen Komponenten des empfangenen Signals, d. h. sin und cos (manchmal auch / und Q bezeichnet), zu erhalten. Außerdem kann ein besonders ausgelegter Speichel· dazu verwendet werden, die Amplituden der zwei vorhergehenden Perioden zu speichern, wobei die Amplituden für die Schaltungen für die digitale Signalverarbeitung am Ausgang der Auswahlschaltung 13 gesammelt werden und außerdem anschließend in einem Speicher, wie z. B. 20, aufzeichenbar sind. Mit dem erfindungsgemäßen Gerät ist es bei Festzielen möglich* die Echos, die zu fehlenden Impulsen gehören, zu rekonstruieren. Die Genauigkeit hierbei reicht aus, um die Abschwächung der Auslöschrate für Echos von Festzielen, herrührend von fehlenden Impulsen, auszugleichen. Das erfindungsgemäße Gerät funktioniert auch bei Echos von Bewegtzielen. Die Kompensation ist iedoch wenieer wirksam, da dip

Dopplerfrequenz höher ist und da die rekonstruierte Information über die Phase nicht genau ist. Diese Störung im Spektrum von Bewegtziel-Echos ist jedoch immer kleiner als die Störung, die von fehlenden Impulsen verursacht wird. ~<

Wenn eine weniger genaue, jedoch einfachere und direktere Korrektur gewünscht wird, dann genügt es. wie bereits erwähnt, die Amplituden für eine Periode, in der der Impuls fehlt, durch das Amplitudenpaar der vorhergehenden Periode zu ersetzen. Die Ausführung n dieser Lösung ist aus F i g. 3 zu entnehmen. In diesem Fall genügt es. wenn in der Schaltung 23 nur di Speicherzeile gelesen wird, die der vorhergehende Periode entspricht. Die Schaltung 21 kann entfern werden oder durch eine einfache Schaltung zui Übertragung der Amplituden zur Schaltung (3 ersetz werden. Das erfindungsgemäße Gerät ist gleicherma Ben bei Radargeräten mit konstanter Impulswiederhol frequenz als auch bei Radargeräten mit schwankende oder zufälligen Impulswieclerholfrequenzen verwend bar.

I lici/u 2 Hhill /.cK'hiuiiiLi^n

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Puls-Doppler-Radargerät mit digitalen Doppler-FiUern, und mit Schaltungen, die bei Fehlen eines Sende-Impulses ein Steuersignal erzeugen und beim NichtVorhandensein dieses Steuersignals den Echoimpuls durchlassen, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Schaltungen (13, 20, 21) vorhanden sind, die bei Vorhandensein dieses Steuersignals einen Impuls, dessen Amplitude aus den Amplituden von gespeicherten Echoimpulsen abgeleitet wird, erzeugen und durchlassen.

2. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher (20) zumindest die vorhergehenden zwei Empfängerausgangsimpulse in kodierter Form gespeichert sind und daß die Schaltung zur Abschätzung der Amplitude des Echos die Amplitude c dieses Echos nach der Gleichung c=2b— a bestimmt, wobei a und b die Amplitudes der letzten beiden im Speicher gespeicherten Empfängerausgangsimpulse sind.

3. Radargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kodierten Empfängerausgangsimpulse und der Impuls mit der abgeschätzten Amplitude jeweils Paare digitaler Zahlen entsprechend dem Sinus und Cosinus der Phase des Ausgangs des Empfängerphasendetektors sind.