PULSE DOPPLER RADAR WITH VARIABLE PULSE REPETITION FREQUENCY

Abstract: 1. A pulse Doppler radar device comprising a device for switching-over the pulse repetition frequency, having a moving target echo Doppler filter (BF) whose filter characteristic is independent of the pulse repetition frequency and a switch for blanking filtered video signals following each switch-over of the pulse repetition frequency, whereby this switch-over, and thus the blanking of the video-signals, takes place several times during the target illumination period, characterized in that the digital moving target echo Doppler filter (FB) consists of a plurality of filter stages, that the first filler stage is a double canceller, and that the switch is arranged directly following this double canceller.

Description: Puls-Doppler-Radarger t mit veränderbarer Pulsfolgefrequenz Die Erfindung bezieht sich auf ein Puls-Doppler-Radar- gerät mit veränderbarer Pulsfolgefrequenz zur Erkennung von Uberreichweiten-Echos und mit Digitalfiltern zur Unterdrückung von Festzielechosignalen (Bewegtzeichenfilter), wobei die Filtercharakteristik bei einer Ä:nde- rung der Pulsfolgefrequenz nicht verändert wird. Radargeräte mit fester Pulsfolgefrequenz verarbeiten neben den Bewegt-und Festzielen aus der eindeutigen Reichweite, die durch die Pulsfolgefrequenz bestimmt ist auch unerwünschte Zielechos aus den Uberreichweiten. Dabei können Je nach Systemdaten des Radargerätes Echos aus mehreren Uberreichweiten entdeckt werden. Zur Erkennung von Bewegtzielechos aus Uberreichweiten ist es bekannt, einen Wechsel der Pulsfolgefrequenz vorzunehmen (Skolnik "Introduction to Radar Systems" 1962, Seite 57). Danach kann die Umschaltung der Pulsfolgefrequenz nach jedem Antennenumlauf oder von Puls zu Puls erfolgen. Durch den Wechsel der Pulsfolgefrequenz treffen Bewegzielechos aus Uberreichweiten zu verschiedenen Zeiten am Radarempfänger ein und können auf dem Radarbildschir: als Uberreichweiten-Echos erkannt werden, da sie von Empfangsperiode zu Rmpfangsperiode mit stark verschiedenen Entfernungen angezeigt werden. ei Puls-Donpler Radargeräten mit Festzeichenunter- drückung (Clutterunterdrückung) durch ein Dopplerfilter hat die periodische Umschaltung der Pulsfolgefrequenz zuf Folge, dass die Unterdrückung von Festzeichenechos aus den Uberreichweiten verschlechtert ist. Während Festzielechos aus der eindeutigen Reichweite bei verschiedenen Puisfolgefrequenzen unverändert in das gleiche Entfernungselement treffen, fallen die Festziele aus den Uberreichweiten nach dem Umschaltzeitpunkt in andere Entfernungselemente, so dass sich in der Regel die Festzielamplitude in jedem Entfernungselement ändert. Während des Einschwingvorganges des Dopplerfilters nach einer Pulsfolgefrequenz-Anderung ist vorübergehend das Kriterium (konstante Amplitude) für die Unterdrückung von Festzeichen im Dopplerfilter entfallen. Das sich in der Amplitude ändernde Festzielsignal ist von einem Bewegtzielechosignal nicht mehr zu unterscheiden und wird vom Doppierfilter nur noch teilweise unterdrückt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Puls-Doppler-Radargerät der eingangs genannten Art eine Verschlechterung der Festzeichenunterdrückung bei Uberreichweitenempfang mit relativ geringem Aufwand zu verhindern. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Umschaltung der Pulsfolgefrequenz zwischen wenigstens zwei Freauenzwerten während der Zielbeleuchtungsdauer erfolgt und dass die Video signale mittels eines am Ausgang des Bewegtzeichenfilters (Canceler) angeordneten Schalters, beginnend mit dem Zeitpunkt der Umschaltung der Pulsfolgefrequenz für wenigstens eine Empfangsperiode ausgetastet werden. Gemäss einer vorteilhaften 'We terDilcug der Erfindung wird die Differenz der Frequenzwerte der Rsdarpulse so gewählt, dass das durch die Änderung der Pulsfolge frequenz zerteilte Echosignal eines Uberreichweiten Bewegtzieles gerade kein gemeinsames Entfernungselement belegt. Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild eines Puls Doppler-Radargerätes, Fig. 2 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild eines di gitalen Bewegtzeicheniilters, Fig. 3 die Amplituden von Festzeichenechos eines Ent fernungseiementes am Ein- und Ausgang des Doppel-Cancelers des Digitalfilters, Fig. 4 eine Darstellung des Frequenzwechsels zwischen zwei Pulsfolgefrequenzen während einer Zielbe leuchtungsdauer, Fig. 5 die Anzeige von Bewegtzielen aus Uberreichwei- ten auf einem Radarbildschirm. Das Radargerät nach Fig. 1 weist eine rotierende oder in einem Sektorbereich geschwenkte Antenne AN, einen Sende-Empfangs-Schalter SE, einen Sendeteil ST und einen Empfangsteil EM auf. Dem Sendeteil SE und dem Empfangsteil Es rist ein gemeinsamer Taktgeber TG zugeordnet, durch den wenigstens zwei umschaltbare Impulsfolgefrequenzen bestimmt werden. Der Empfangsteil EM enthält insbesondere Mischstufen und Verstärker. An den Empfänger EM schliesst sich ein Phasendetektor PD, ein Analog-Digitalwandler ADW und ein Bewegtzeichenfilter BF an. Das Bewegtzeichenfilter BF dient der Unter drückung von Festzielechosignalen und ist als ein aus Speicherelementen bestehendes Digitalfilter aufgebaut. Das Digitalfilter kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein und aus einem Canceler, einem Doppel-Canceler oder aus einem rekursiven Filter höherer Ordnung bestehen. Für die weitere Auswertung der Empfangssignale sind in bekannter Weise verschiedene Schaltungsteile, wie Gleichrichter, Nachintegrationsfilter und Schwellenschaltungen vorgesehen, die durch die Auswerteschaltung AW angedeutet sind. Die Darstellung oder Auswertung der Radarinformationen erfolgt beispielsweise mittels eines Schirmbildes BS. Die periodische Umschaltung der Pulsfolgefrequenz dient der Erkennung von Bewegtzielechos aus einer oder mehreren Uberreichweiten, um eine falsche Auswertung der Echo signale aus Uberreichweiten zu verhindern. Die Änderung der Pulsfolgefrequenz erfolgt durch nicht näher dargestellte Umschalteinrichtungen im Taktgeber TG. Jede Umschaltung der Pulsfolgefrequenz führt in den einzelnen Stufen des Bewegtzeichenfilters zur mehr oder weniger grossen Einschwingvorgängen, die Änderun- gen in der Amplitude von Festzielechos zur Folge haben. Während der Einschwingzeit der Filter ist daher die Festzeichenunterdrückung gestört. Zur Unterdrückung dieser Festzielechos ist daher gemäss der Erfindung im Bewegtzeichenfilter ein gesteuerter Schalter vorgesehen, der nach jedem Wechsel der Pulsfolgefrequenz das Ausgangssignal des Cancelers bzw. des Doppel Cancelers für eine bestimmte Anzahl von Enpfangsperio- den austastet. Während der Austastzeit stellen sich die entsprechenden Teile des Bewegtzsichenfilters auf die neue Pulsfolgefrequenz ein, so dass nach der Einschwingzeit die Festzielechos wieder unterdrückt werden. Die Anzahl der auszutastenden Etnpfangsperioden hängt von der Uberreichweitensituation, und von der Lage des Austastschalters ab. Werden nur die Echosignale der ersten überreichweite berücksichtigt, so ändert sich die Echoamplitude nach dem Umschaltzeitpunkt während einer Empfangsperiode. Sind noch-Echo- signale aus der zweiten Uberreichweite vorhanden, so ändert sich die Echoamplitude während zweier Empfangsperioden usw. Dementsprechend müssen nach einem Canceler eine bzw. zwei Empfangsperioden ausgetastet werden. Bei Austastung nach einem Doppel-Canceler ist für den Einschwingvorgang des Doppel-Cancelers selbst eine zusätzliche Empfangsperiode auszutasten. In Fig. 2 ist ein rekursives Filter dritter Ordnung in Mitra-Struktur dargestellt. Das Bewegtzeichenfilter besteht der Reihe nach aus einem Doppel-Canceler DC, einer einfach rekursiven Stufe ERS, einer doppelt rekursiven Stufe DRS und einem Einfach-Canceler EC. Ein gesteuerter Schalter S für die Austastung ist vorteilhafterweise am Ausgang des Doppel-Cancelers DC angeordnet. Werden Festzielechos nur aus der ersten Uberreichweite eines Radargerätes erwartet, so müssen zwei Empfangsperioden ausgetastet werden, für Festziele aus der ersten und zweiten Uberreichweite drei Empfangsperioden und für Festzielechos aus der ersten, zweiten und dritten Uberreichweite vier Empfangsperioden. Für viele Anwendungsfälle genügt jedoch die Austastung von drei Empfangsperioden. Der Einschwingvorgang des Doppel-Cancelers DC unter Berücksichtigung von Echos aus der ersten und zweiten Überreichweite des Radargerätes ist in Fig. 3 dargestellt. Im oberen Teil dieser Figur sind die Festzeichen-Echoamplituden eines Entfernungselementes am Eingang des Doppel-Cancelers in Abhänggkeit von der Zeit dargestellt. Vor der Änderung der Pulsfolgefrequenz zan Zeitpunkt TpRF und von einer bestimmten Zeit an nach der Umschaltung der Pulsfolgefrequenz weisen die Amplituden der Festzeichenechos konstante Werte auf. Die abweichenden Amplitudenwerte kennzeichnen den Einschwingvorgang. Im unteren Teil der Fig. 3 sind die den oben angegebenen Amplitudenwerten entsprechenden Signale am Ausgang des Doppel-Cancelers aufgetragen. Solange der Amplitudenwert der Festzeichenechos vor und nach dem Wechsel der Pulsfolgefrequenz konstant ist, fuhrt der Ausgang entsprechend der angestrebten Wirkung eines Bewegtzeichen- filters kein Signal. Die während des Einschwingvorganges auftretenden veränderten Amplitudenwerte der Festzeichenechos führen auch am Ausgang des Doppel Cancelers zu Signalwerten, die ein Bewegtziel vortäuschen. Durch dengesteuerten Schalter S am Ausgang des Doppel-Cancelers werden die in drei Empfangsperioden auftretenden Signale ausgetastet. Wie bereits dargelegt, wird der Wechsel der Pulsfolgefrequenz zur Erkennung von Bewegtzielen, die aus Uberreichweiten des Radargerätes stammen angewandt. Durch eine Änderung der Pulsfolgefrequenz erfolgt eine Verteilung der Echoenergie auf verschiedene Entfernungselemente. In Fig. 4 sind die Echoamplituden am Ausgang eines digitalen Filters gezeigt, wobei während einer Zielbeleuchtungsdauer zwei Pulsfolgefrequenzen mehrfach geschaltet werden. Im oberen Teil der Figur ist die Zielbeleuchtungsdauer eines Entfernungselementes bei der Pulsfolgefrequenz (PRF)1 und im unteren Teil die Zielbeleuchtungsdauer eines anderen Entfernungselementes bei der Pulsfolgefrequenz (PRF)2 dargestellt. Die Differenz der aufeinanderfolgend gesendeten Pulsfolgefrequenzen ist so gewahlt, dass das durch die Pulsfolgefrequenzänderung zerteilt Echosignal eines Bewegtzieles aus einer Uberreichweite gerade kein gemeinsames Entfernungselement belegt. Die Anzeige eines Bewegtzieles aus einer Uberreichweite auf einem Bildschirm ist in Fig. 5 angedeutet. Der Wechsel der Pulsfolgefrequenz während einer Zielbeleuchtungsdauer ist nicht auf zwei Frequenzen beschränkt. Die besonderen Vorteile der beschriebenen erfindungsgemässen Anordnung bestehen darin, dass sich die Austastung im Bewegtzeichenfilter durch den gesteuerten Schalter S auf eine nur geringe Anzahl von Empfangsperioden beschränkt. Die Verringerung der Entdeckungswahrscheinlichkeit von Bewegtzielen, die durch den möglichen Ausfall von Bewegtzielechos während der Austastzeit bedingt sein kann, ist daher in den meisten Fällen ohne Bedeutung. Die Abnahme der Entdeckungswahrscheinlichkeit ist ausserdem um so geringer, je höher die Anzahl der Hits pro Ziel und je kleiner die Anzahl der Frequenzwechsel der Pulsfolgefrequenz angesetzt sind. 6 Patentansprüche 5 Figuren

Claims: Patentanstrüche 1. Puls-Doppler-Radargerät mit veränderbarer Pulsfolgefrequenz zur Erkennung von Uberreichweiten-Echos und mit Filtern, insbesondere Digitalfiltern, zur Unterdrückung von Festzielechosignalen (Bewegtzeichenfilter), wobei die -Filtercharakteristik bei einer Änderung der Pulsfolgefrequenz nicht verändert wird, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , dass die Umschaltung der Pulsfolgefrequenz zwischen wenigstens zwei Frequenzwerten während der Zielbeleuchtungsdauer erfolgt und dass die Videosignale mittels eines am Ausgang des Bewegtzeichenfilters (Canceler) (BF) angeordneten Schalters (S), beginnend mit dem Zeitpunkt der Umschaltung der Pulsfolgefrequenz für wenigstens eine Empfangsperiode ausgetastet werden. 2. Puls-Doppler-Radargerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Umschaltung der Pulsfolgefrequenz während einer Zielbeleuchtungsdauer mehrfach erfolgt. 3. Puls-Doppler-Radargerät nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Differenz der Frequenzwerte der Radarimpulse so gewählt ist, dass das durch die Änderung der Pulsfolgefrequenz zerteilte Echosignal eines Uberreichxiten- Bewegtzieles gerade kein gemeinsames Entfernungselement belegt. 4. vuls-Doppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a c u r c h g e k e n n z e i c h n e w , da.ss bei Verendung mehrgliedriger Bewegtzeichenfilter(z.B.Doppel-Canceler DC, Rekursiv- filter ERS, DRS, Einfach-Canceler ED) (BF)der Schalter (S) für die Signalaustastung nach dem ersten oder zweiten Teilfilter angeordnet ist. 5. Puls-Doppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anzahl der auszutastenden Empfangsperioden nach der Anzahl der zu berücksichtigenden Uberreichweiten bemessen ist. 6. Puls-Doppler-Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als erstes Teilfilter ein Canceler oder Doppel-Canceler verwendet wird.

Inventors: GSTOTTNER, GERMAN, DIPL.-ING., Gstöttner, German, Dipl.-Ing.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1981
Main classification: G01S13
IPC codes: G01S13