APPARATUR FOR RANGE ACQUISITION IN A TRACKING RADAR

Abstract: 1. Device for generating a range acquisition signal (e) for a tracking radar (FR), which outputs a range error signal (vepsiln), comprising - a target data processing system (ZV) - an acquisition unit (DW) receiving the range error signal for determining the range correction signal, - a device (F1 ) for presetting an initial value (ee ) of the target range for the tracking radar characterised in that - the acquisition unit (DW) exhibits several digital function blocks (F2 - F5 ), each of which is constructed for determining the range correction signal in accordance with an in each case different functional dependence of the latter signal either on the range error signal alone or on the range error signal and a signal (e) supplied by the target data processing system and representing the radial velocity, - a digital control circuit (ZA) for activating the device (F1 ) or in each case one of the function blocks (F2 - F5 ) as determined by a logic signal supplied by the target data processing system.

Description: Verfahren und Anordnung zur Entfernungsnachführung in einem Folaeradar Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfer nungsnachführung in einem Folgeradar mit einer Entfernungswelle, die in aufeinanderfolgenden Betriebszuständen zur Bildung einer Steuergrösse für die Entfernungsnachführung von der ermittelten Radarfehlergrösse gesteuert wird. Für die Verfolgung von Flugzielen ist die automatische Nachführung des Folgeradars im Seiten- und Höhenwinkel und in der Entfernung erforderlich. Als einzige Signalquelle stehen dafür die vom Ziel reflektierten Echoimpulse zur Verfügung. Durch Flugzeugbewegungen und durch Wanderung des Reflektionspunktes auf der Flugzeugoberfläche werden schnelle und ausgeprägte Intensitätsschwankungen der Ziel echos verursacht, die Fehlinfor mationen über den tatsächlichen Ort des Flugzeuges bewIr- ken. Die Crtungsdaten eines Radargerätes stellen somit mehr oder weniger starke statistische Schwankungen um die wirkliche Zielbahn dar. Es ist bereits bekannt, eine Verbesserung dieser Ortungsdaten durch eine Vorhersage der wahrscheinlichen zukünftigen Bahn mittels Rechengeräten zu erzielen. Eine bekannte Anordnung zur Vorhersageermittlung der Entfernungswerte eines Zielobjektes besteht aus einer sogenannten mechanischen Entfernungswelle, die Bestandteil eines Analogrechners ist. In Analogrechnern können in grösserer Anzahl, z.B. zur 6 Ausfertigungen 4. Ausfertigung Nachbildung der Zielgeschwindigkeit oder zur Entfernungsnachführung mechanische Wellen zur Anwendung gelangen. Dazu ist jeder Welle ein Antrieb zuzuordnen, der von einer Steuerspannung gesteuert wird. Derartige Analogrechner beinhalten einen erheblichen Anteil an mechanisch bewegten Bauteilen, die nicht nur ein entsprechend grosses Volumen beanspruchen, sondern auch einer ständigen Wartung bedürfen. Ausserdem haben die mechanischen Wellen infolge ihrer Trägheit eine nicht vernachlässigbare Verzögerung bei der Signalverarbeitung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Enter- nungsnachführsystem der eingangs genannten Art in seiner Leistungsfähigkeit zu verbessern und so zu vereinfchen', dass auf mechanische Rechner ganz verzichtet werden kann. Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelost, dass die Entfernungsbestimaung eines erfassten Zieles in einer aus einem Zustandsautomaten und einer aus mehreren digitalen Entfernungswellen bestehenden Nachführei:helt in Verbindung mit einer Zieldatenverarbeitung derart erfolgt, dass nach einem ersten Betriebszustand "Aufschal- ten" nach der Zielerfassung eine von Zustandsautomaten selbsttätig gesteuerte Nachbildung der wirklichen Zielentfernung in mehreren aufeinanderfolgenden BetrIeszu- ständen °Verfolgenn mittels'einer der digitalen Entfernungswelle erfolgt, die in mehreren, durch Schaltbefehle des Zustandsautomaten anschaltbaren Funktionsblöcken von digitalen Reglern und Regelstrecken gebildet wird. Die in aufeinanderfolgenden Betriebszuständen nacheinander zur Anwendung gelangenden Regelfunktionen der jeweils wirksamen Regelschaltung bewirken in Verbindung mit der Regelstrecke eine schrittweise verbesserte Annäherung der Ent fernungsnachführgrösse an den tatsächlichen Wert. Gemäss einer anderen Lösung der Aufgabe kann die Entfernungsbestimmung eines Zieles aus der Radarfehlergrösse # unter Verwendung eines Zustandsautomaten und einer definiert umschaltbaren Verzweigung von aus rekursiven Digitalfiltern bestehenden Entfernungswellen in Verbindung mit einer Ziel datenverarbeitung derart erfolgen, dass von Schaltbefehlen des Zustandsautomaten gesteuert im ersten Betriebszustand die Aufschaltung der digitalen Entfernungswelle auf das Folgeradar durch ein erstes rekursives Digitalfilter erfolgt und dass zur Umschaltung der Verzweigung auf einen neuen Betriebszustand "Verfol- gen" ein weiteres mehrstufiges rekursives Digitalfilter mit je zwei oder mehreren Verzögerungsgliedern, Multiplizierern und Addierern zur Verfolgung des Zieles eingeschaltet wird und dass die Filterfaktoren (Wichtung) der Digitalfilter in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand durch die Schaltbefehle des .Zustandsautomaten verändert werden. Eine derartige Lösung ermöglicht in Verbindung mit mehreren Nachführalgorithmen die interne Nachbildung der Ziel dynamik und die Weitergabe polarer Ziel entfernungen digital an eine Ziel datenverarbeitung mittels einer digitalen Entfernungswelle bei gleichzeitiger Verbesserung der Nachführgüte und einer deutlichen Reduzierung der Einschwingzeit. Durch die digitale Entfernungswelle wird die Mechanik der bisherigen Entfernungswelle vollständig ersetzt. Die Störanfälligkeit der mechanischen Teile und auch die Nachteile ihrer Massenträgheit werden dadurch völlig beseitigt. Damit verbunden sind der Vorteil der kleineren Aufschaltzeiten und der Vorteil der jederzeit änderbaren Zeitkonstanten. Wegen des vergleichbar geringen Aufwandes für die digitale Entfernungswelle können in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand verschiedene digitale Wellentypen eingesetzt werden. Dabei werden die von einem Digitalrechner der Zieldatenverarbeitung gelieferten digitalen Logiksignale aus Eingangssignalen des Folgeradars und den Schaltbefehlen des Zustandsautomaten für die Einschaltung des jeweiligen Betriebszustandes bestimmt. Die Bestimmung der Zielentfernung im Betriebszustand der Zielverfolgung kann gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch verbessert werden, dass zusätzlich zur Radarfehlerspannung die Zielgeschwindigkeit in die Berechnung mit einbezogen wird, derart, dass Radarfehlerspannung und Zielgeschwindigkeit die Eingangssignale der digitalen Entfernungsnachführung darstellen. Die digitale Welle mit dem Zustandsautomaten ist schal tungsmässig zwischen dem Zielfolgeradar und einer Zieldatenverarbeitung angeordnet. Die Verbindung mit Gern Zielfolgeradar erfolgt über ein Interface als Koppelglied, in dem die Analog-Digitalwandlung der ontfernungs- fehlergrösse des Folgeradars, die Digitalanalogwandlung der Schnittstellensignale, die Glättung der EntPernungs- fehlerspannung und die entfernungsabhängige Aufbereitung eines 150 kHz-Referenzsignals für eine Entfernungseingabe. Die Einschaltung der digitalen Welle erfolgt in zeitlich aufeinanderfolgenden Betriebszuständen, von denen der erste die Aufschaltphase nach der Zielentdeckung darstellt. In dieser Phase folgt die Bestimmung der Zielentfernung aus der vom Folgeradar gelieferten Fehlerspannung. Durch ein Logiksignal ausgelöst beginnt die Verfoigungsphase mit der Entfernungsinformation, in der bis zum nächsten Schaltbefehl die Glättung der Radialgeschwindigkeit e durchgeführt wird. Wenn während der Phase "Verfolgen durch Bildung einer Steuerspannung aus der Entfernungsfehlerspannung die Glättung eingelaufen ist, kann es sich als zweckmässig erweisen, eine Zwischenphase einzuschalten, bevor sich eine weitere Phase 'Verfolgen mit Zielgeschwindigkeit anschliesst. In der Zwischenphase wird kurzzeitig die Verfolgung mit einer von der Entfernungsfehlerspannung und der geglätteten Zielgeschwindigkeit abgeleiteten Steuerspannung in zwei parallel geschalteten digitalen Entfernungswellen durchgeführt. Nach dieser Zwischenphase werden bei der Lösung unter Verwendung von Reglern die Fehlerspannung ± und die geglättete Radialgeschwindigkeit é über je einen eigenen Regler und ein gemeinsames Summationsglied an eine Regelstrecke geführt, dessen Zeitkonstante der Quadratwurzel aus der Zielentfernung proportional ist. Bei Realisierung der Lösung unter Verwendung von rekursiven Filtern wird die Fehlerspannung und die Zielgeschwindigkeit mit unterschiedlicher Wichtung über einen Addierer an ein rekursives Filter gegeben. Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis 13 näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Prinzip der Entfernungsnachführung mit einer digitalen Welle, Fig. 2 die innere Struktur der digitalen Entfernungs nachführung, Fig. 3 das Grundprinzip der durch eine Regelschaltung realisierten digitalen Welle, Fig. 4 bis 8 die Ausbildung der Regelschaltung im je weils vorliegenden Betriebszustand der digitalen Entfernungsnachführung, Fig. 9 bis 12 die Verwendung von rekursiven Filtern zur Realisierung der digitalen Entfernungswelle wäh rend der verschiedenen Betriebszustände, Fig.13 die Entfernungsnachführgrösse e in Abhängigkeit von den aufeinanderfolgenden Betriebszuständen. Die Fig. 1 zeigt eine über ein Interface F an ein Zielfolgeradar FR angekoppelte digitale Entfernungsnachführ- einrichtung DEN mit einer Zieldatenverarbeitung ZV. Die digitale Entfernungsnachführeinrichtung ist dabei unterteilt in eine digitale Entfernungswelle DW und in einen Zustandsautomaten ZA. Das zur Ankopplung an das Folgeradar FR zwischengeschaltete Interface F besteht aus einem Analog-Digitalwandler für die analogen Entfernungsfehlerspannungen ± des Folgeradars, einem Digital-Analogwandler für Schnittstellensignale zum Folgeradar und aus einem Phasenschieber für eine 150 kHz Rechteckspannung. Dabei wird im Analogteil die Fehlerspannung gefiltert und digitalisiert, sowie die digitale Grobentfernung analogisiert. Im Digitalteil findet die entfernungsabhängige Aufbereitung des 150 kHz Referenzsignals statt. Der Zustandsautomat ZA erhält eingangsseitig Logik-Signale von der Zieldatenverarbeitung ZV, von denen über einen Codierer C In einer als Kernspeicher ausgebildeten Matrix M und einem Decodierer eine Folge von Schaltbefehlen S1 bis S5 für die Umschaltung der einzelnen Betriebszustände der digitalen Welle abgeleitet werden. Die Entfernungsnachführeinrichtung DEN bildet intern die Ziel dynamik nach und gibt die exakte polare Zielentfernung digital an die Zieldatenverarbeitung ZV weiter. Die Zieldatenverarbeitung beinhaltet eine Koordinatentransformation und eine Filterung. Sie bildet die geglättete Radialgeschwindigkeit é für die digitale Entfernungswelle DW. Die Filteralgorithmen sowie die Nachbildung der mechanischen Entfernungswelle sind im digitalen Nachführrechner, der Teil der Zieldaten verarbeitungist, unter Berücksichtigung der verschiedenen Betriebsarten implementiert. Der funktionelle Ablauf der Entfernungsnachführung durch die digitale Entfernungswelle wird anhand der Fig. 2 erläutert. Zur Durchführung erhält die digitale Welle DW die digitalisierte Entfernungs-Fehlerspannung ± vom Folgeradar FR, die geglättete Radialgeschwindigkeit e und die Schaltbefehle des Zustandsautomaten ZA. Die digitale Welle DW enthält Funktionsblöcke "Einweisen't F1, "Aufschalten" F2, "Verfolgen Plil F3, "Verfolgen PI + e" F4 und Verfolgen e F4 und "Verfolgen e" F5, die über steuerbare Schalter S1 bis S5 fortlaufend mit Sl beginnend einschaltbar sind. Die Steuerung der Einschaltung der Funktionsblöcke, die den Betriebsarten der digitalen Entfernungswelle entsprechen, erfolgt mittels der Schaltbefehle des Zustandsautomaten ZA. Der Ausgang der digitalen Entf er- nungswelle liefert die Entfernung e. Die einzelnen Funktionsblöcke der digitalen Welle werden durch unterschiedlich geschaltete Regelkreise realisiert. In Abhängigkeit von der an die Entfernungsspannung e gestellten Genauigkeit kann die Nachbildung in der digitalen Welle in verschiedenen Phasen der Betriebsart "Verfolgen" abgebrochen werden. Bei der Einweisung eines Zieles wird der von einem Steuerknüppel oder einer Rollkugel eingelesene Entfernungswert in einem RC-Glied mit einer Zeitkonstante von z.B. 150 ms vorgeglättet und an das Folgeradar FR ausgegeben. Im Betriebszustand der Aufschaltung besteht der Funktionsblock, d.h. die digitale Welle, aus einem Proportionalregler und einer Regelstrecke, die von einem Integrator gebildet wird. Die Entfernungsfehlerspannung ± wird dem Proportionalregeler PR eingangsseitig zugeführt und der Ausgang des Integrators 1 liefert die Entfernung e. Der Verstärkungsfaktor des Proportionalreglers PR und die Steilheit des Integrators I sind gleich 1 gesetzt. Folglich wird in jedem Zeittakt die gesamte Fehlerspannung abgebaut. Das Blockschaltbild des Funktionsblockes "Aufschalten° ist in Fig. 4 dargestellt. Nach Abschluss der Aufschaltphase wird in einem weiteren Betriebszustand der durch Schliessen des Schalters S3 die Entfernungs e in der digitalen Welle mittels eines Proportionalreglers mit integrales Verhalten PIR und einer Regelstrecke gebildet. Die geglättete Radialgeschwindigkeit e ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht vorhanden. Die Regelstrecke setzt sich hier aus einem Integrator mit einer mittleren Integrationssteilheit und einem Filter zusammen, dessen Zeitkonstante proportional der Wurzel aus der Entfernung nach oben bzw. nach unten geändert wird. Liegt im nächsten Betriebszustand der, durch den Schalter S4 eingeschaltet wird, die geglättete vom Rechner der Zieldatenverarbeitung ZV gelieferte Radialgeschwindigkeit é vor, so werden in einer Übergangsphase von z.B. 10 Takten, zwei digitale Wellen parallel gefahren. Im ersten Takt dieser Übergangsphase entspricht die am Ausgang erhaltene Entfernungsspannung der Entfernungsspannung der digitalen Welle 1 die in ihrem Aufbau dem der digitalen Welle im vorhergehenden Betriebszustand entspricht. Der untere Schaltungszweig in Fig. 6, die dem Aufbau des vorliegenden Betriebszustandes entspricht, enthält die Schaltung der digitalen Welle 2, in der ein Ortsgeschwindigkeitsregeler OGR mit einer Regelstrecke in Reihe geschaltet ist, die der Regelstrecke der digitalen Welle 1 entspricht. Die Ausgänge der beiden digitalen Wellen DW1 und DW2 sind über einen zeitabhängigen Mischer zusammengeschaltet. Nach Beendigung der Übergangsphase erfolgt die Umschaltung auf den letzten Betriebszustand mittels des Schalters S5 (Fig. 2). Die jetzt wirksame digitale Welle entspricht in ihrem Aufbau der digitalen Welle DW2 im vorhergehenden Betriebszustand und besteht aus einem Orts-/ Geschwindigkeitsregeler OGR und einer Regelstrecke. Wie aus Fig. 7 für diese digitale Welle ersichtlich, besteht der Orts-/ Geschwindigkeitsregeler OGR aus zwei Proportionalreglern PR1 und PR2, denen eingangsseitig die Fehlerspannung ± und die Radialgeschwindigkeit é zugeführt wird. An einem an die beiden Regler ausgangsseitig angeschlossenenen Summationsglied S wird aus der'Fehlerspannung und der geglätteten Radialgeschwindigkeit eine Steuerspannung UST für die Entfernungsnachführung gebildet. Die Steuerspannung zur Entfernungsnachführung kann auch bereits in einem früheren Betriebszustand abgenommen werden. In verallgemeinerter Form bestehen die Funktionsblöcke nach Figt 2, die den jeweils eingeschalteten Betriebszustand symbolisieren, aus einer in Fig. 3 angedeuteten Grundschaltung der digitalen Entfernungswelle DW. Als wesentliche Bestandteile dieser Grundschaltung sind ein oder mehrere Regler R eine nachgeschaltete Regelstrecke RST, die einen Integrator und Filter mit veränderbarer Zeitkonstante enthalten kann, eine Zeitkonstantensteuerung TST und ein Summationsglied SG dargestellt. Die Verbindung zu einem Folgeradar FR, dessen Entfernungswerte nachgeführt werden sollen, erfolgt über ein bereits beschriebenes Interface F. Über das Interface F wird der digitalen Welle DG die Entfernungs-Fehlerspan- nung E zugeführt. Die Zeitkonstantensteuerung für die Regelstrecke RST erfolgt über Logiksignale, die in Abhängigkeit von einem Nachführalgorithmus im Digitalrechner gebildet werden. Nach Vorliegen der geglätteten Radialgeschwindigkeit in der Ziel datenverarbeitung ZV (Fig. 1) wird diese über das Sumzationsglied SG dem Regler R zugeführt. Die Erfindung lässt sich bei gleichzeitiger Vereinfa- chung der Schaltung auch dadurch realisieren, dass die Regelkreise des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels in geeigneter Weise durch rekursive Filter ersetzt werden. Das Grundkonzept der digitalen Entfernungsnachfüh- rung mit einer digitalen Welle und einer Zieldatenverarbeitung, die einen Nachführrechner enthält, bleibt dabei unverändert. Ein Ausführungsbeispiel zur Realisierung der digitalen Entfernungsnachführung unter Verwendung von rekursiven Digitalfiltern wird nachfolgend beschrieben. Die Erzeugung einer Enfernungsnachführgrösse aus der Fehlergrösse ± erfolgt wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel in mehreren aufeinanderfolgenden Betriebszuständen. Das Einweisen eines Zieles erfolgt in einem gegenüber dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel unveränderten Vorgang. Die Grundschaltung der digitalen Entfernungswelle beinhaltet in allen folgenden Betriebszuständen Multiplizierer, Addierer und Verzögerungsglieder, die durch digitale Logiksignale gesteuert werden. Die Grundfunktionen und die innere Struktur der Entfernungsnachführung, wie sie anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben wurden, bleiben im Prinzip unverändert. An die Stelle der Regelschaltungen in den Funktionsblöcken F1 bis F5, die den verschiedenen Betriebszuständen zugeordnet sind, treten in diesem Ausführungsbeispiel die rekursiven Digitalfilter. Der Vorgang "Einweisen" im ersten Betriebszustand ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel unverändert. Im folgenden Betriebszustand "Aufschalten" (Fig. 9) besteht die digitale Welle aus einer Additionsschaltung, in der einem Addierer A die in einem Multiplizierer M gewichtete Fehlergrösse ± und die vom Ausgang des Addierers A über ein Verzögerungsglied V zurückgeführte und um eine Taktperiode verzögerte Entfernungsfehlergrösse e zugeführt wird. Nach einer im Multiplizierer M durchgeführten Wichtung der Fehlergrösse ergibt sich mit dem Algorithmus e(k) = 1,04 ± (k) + e (k-1) (1) die vorläufige Fehlergrösse. Mit k ist der Zeittakt bezeichnet; (k-1) ist der um einen Takt verzögerte Takt. Im nächsten Betriebszustand "Verfolgen" wird die digi tale Welle aus einem mehrstufigen rekursiven Filter gebildet, das zwei parallele Eingänge mit je einem Multiplizierer M1, M2 und einer Additionsstufe A2 sowie drei Rückführungszweige aufweist. Der Ausgang des ersten Addierers Al ist über ein Verzögerungsglied V1 mit einem Eingang des zweiten Addierers A2 verbunden. Vom Ausgang des Addierers A2, der die Entfernungsnachführgrösse e führt, ist ein erster Rückführungszweig über einen Multiplizierer M3 mit einem zweiten Eingang des ersten Addierers A1 verbunden. Die zweite Rückführungsschleife ist über den Multiplizierer M4, einen Addierer A3 und ein weiteres Verzögerungsglied V2 an den dritten Eingang des Addierers Al geführt. Die dritte Rückführungsschleife schliesst sich über einen Multiplizierer N5 ein weiteres Verzögerungsglied V3 und einen weiteren Eingang des Addierers A3. Im Addierer A3 wird das Signal über die zweite Rückführung vom Signal über die dritte Rückführung subtrahiert. Alle Verzögerungsglieder bewirken eine Verzögerung um eine Taktperiode. In diesem Betriebszustand wird die Fehlergrösse e nach folgendem Nachführalgorithmus bestimmt: e(k).= B1 # #(k) + B2 # #(k-1) + B3 @ e(k-1)-B4 # e(k-2) + B5 e(k-3) (2) Die Parameter B1 bis 35 dieser Gleichung werden nach folgenden e-Funktionen in Abhängigkeit vom Zeittakt TO und mit T2 als Zeitkonstante bestImmt: EMI12.1 EMI13.1 B3 = 2+e-T0/T2 B4 = 1+2e-TO/T2 B5 = e-T0/T2 Der Zeittakt kann mit TO = 40 ms und die Zeitkonstante T2 = 150 ms angenommen werden. Im folgenden Betriebszustand werden vorübergehend zwei Entfernungsnachfuhrgrössen e1 und e2 in parallelen Entfernungswellen gebildet (Fig. 11). Eine dieser Schaltungen, die dem Betriebszustand "Verfolgen" mit der Fehlergrösse (Fig. 10 entspricht, ist in Fig. 11 mit DW3 bezeichnet. Die parallele Schaltung DW4 entspricht einer digitalen Welle, die einem weiteren späteren Be triebs zustand zugeordnet ist und die in der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 12 näher erläutert wird. Die Entfernungsnachfuhrgrössen e1 und e2 dieser beiden Schaltungen werden nach Wichtung mittels der Multiplizierer M6 und bU in einem Addierer A4 addiert. Die Wichtung in den Multiplizierern M6 und M7 erfolgt in Abhängigkeit von einer Steuerung ST. Die Nachführgrösse e2 entspricht dem Algorithmus nach Gleichung (2), die NachfUhrgrösse e1 der Gleichung (3). e1(k) = e(k) nach Gleichung (3) e2(k) = e(k) nach Gleichung (2) Unter Berücksichtigung der Wichtung mittels der Multiplizierer M6, M7 ergibt sich als zeitabhängige resultierende Nachführgrösse e(k) = e1(k) D(k) + e2(k) . (1 - D(k)) (4) Darin stellt D(k) eine linear ansteigende Funktion dar D(k) = 0, 0.1, ... 1.0 Am Ende der Übergangsphase ist ein Betriebszustand erreicht, der dem letzten etriebszustand "Verfolgen mit e" entspricht. Die in diesem Betriebszustand wirksame digitale Welle ist in Fig. 12 dargestellt. Das z stufige rekursive Filter, das in diesem Betriebszustand als digitale Welle wirksam ist, arbeitet eingangsseitig mit der Fehlergrösse ± E .4 mit der geglätteten Rasial- geschwindigkeit e. Beide Elngangsgrössen gelangen über je einen Multiplizierer M8 und M9 an je einen Eingang eines Addierers A5. Der Ausgang dieses Addierers liefert die Entfernungsnachführgrösse e. Eine zweifache Rückführung vom Ausgang des addierers erfolgt über die Multiplizierer M10 und M11 in Je einer eigenen Rück- fUhrung. In dieser letzten Phase bestimmt sich die Nachführgrösse aus dem Algorithmus e(k) = C1 ##(k) + C2#è(k-1) + C4#e(k-1) - C5 # e(k-2) (3) Für die Parameter C1 und C2 ergeben sich aus C1 = P1 . C3 und C2 = P2 . C3. Darin bedeutet EMI14.1 mit T1 = T2 Die Zeitkonstante T ist der Quadratwurzel aus der Entfernung e proportional.Mit den Werten der Parameter Pl = 8,5 und P2 = 7,4 T errechnen sich die Wichtungen in der Schaltung nach Fig. 12 EMI15.1 In Fig. 13 wird anhand eines Diagramms der zeitliche Ablauf der Erzeugung der Entfernungsnachführgrösse während der einzelnen Betriebszustände erläutert. Auf der Zeitachse t sind nacheinander mit t1 bis t4 der Zeitpunkt des Beginns des jeweils vorliegenden Betriebszustandes dargestellt. t1 = Beginn der Aufschaltphase t2 = Beginn der Phase "Verfolgen" PI t3 = Phase "Verfolgen" mit PI + é (Ubergangsphase) t4 = Beginn der letzten Phase "Verfolgen" mit è Dementsprechend sind die Abschnitte, die den Verlauf der Entfernunesnachführgrpsse e in Abhängigkeit von der Zeit t wiedergeben, nacheinander in der gleichen Reihenfolge mit a bis d bezeichnet. Im ersten Teil des Diagramms ist die Entfernungsnachführgrö.sse e in zwei Äste aufgespalten, von denen der eine Ast dem Entfernungswert e eines entdeckten Zieles entspricht und ein zweiter Ast die vom Zeitpunkt der Zielentdeckung während der Aufschaltphase von der digitalen Entfernungswelle gelieferte Entfernungsnachführgrösse ed, darstellt. Der Zeitpunkt der Zielentdeckung, der dem Beginn der Aufschaltphase a entspricht, ist mit t1 bezeichnet. Etwa zum Zeitpunkt t2 sind die beiden Werte e und edW zu einer Kurve zusammengelaufen. Dieser Zeitpunkt ist der Beginn des Betriebszustandes "Verfolgen" (b) nach Einschaltung des Funktionsblockes F3 ( Fig. 2) und der Start der Glättung der Radialgeschwindigkeit b. Der Zeitpunkt t3 kennzeichnet den Beginn der Uber- gangsphase c. Die Glättung ist jetzt eingelaufen. Zum Zeitpunkt t4 beginnt die letzte Phase d Verfolgen mit der geglätteten Radialgeschwindigkeit e. Wie aus diesem Diagramm ersichtlich, kann z.B. die Bildung der Entfernungsnachrührgrösse mittels einer digitalen Welle gegebenenfalls bereits zum Zeitpunkt t3 als ausreichend angesehen werden. 13 Figuren 17 Patentanspruche

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Entfernungsnachführung in einer Fclgeradar mit einer Entfernungswelle, die in aufeinanderfolgenden Betriebszuständen zur Bildung einer Steuergrösse für die Entfernungsnachführung von der ermittelten Radarfehlergrösse gesteuert wird, d a d u r c h. g e k e n n z e i c h n e t, dass die Entfernungsbestimmung eines erfassten Zieles in einer aus einem Zustandsautomaten (ZA) und einer aus mehreren digitalen Entfernungswellen (DW) bestehenden Nachführeinheit (DEN) in Verbindung mit einer Zieldatenverarbeitung (ZV) derart erfolgt, dass nach einem ersten Betriebszustand Aufschalten nach der Ziel erfassung eine vom Zustandsautomaten (ZA) selbsttätig gesteuerte Nachbildung der wirklichen Ziel entfernung in mehreren aufeinanderfolgenden Betriebszuständen "Verfolgen" mittels einer der digitalen Entfernungswelle (DW) erfolgt, die in mehreren, durch Schaltbefehle des Zustandsautomaten (ZA) anschaltbaren Funktionsblöcken (F1 bis F5) von digitalen Reglern (PIR) und Regel strecken (R5) gebildet wird (Fig. 2). 2. Verfahren zur Entfernungsnachführung in einem Folgeradar mit einer Entfernungswelle, die in aufeinanderfolgenden Betriebszuständen zur Bildung einer 'Steuer- grösse für die Entf von der ermittel- ten Radarfehlergrösse gesteuert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Entfernungsbestimmung eines erfassten Zieles aus der Radarfehlergrösse g unter Verwendung eines Zustandsautomaten (ZA) und einer definiert umschaltbaren Verzweigung von aus rekursiven Digitalfiltern bestehenden Entfernungswellen (DW) (Funktionsblöcke Fl bis F5) in Verbindung mit einer Zieldatenverarbeitung (ZV) derart erfolgt, dass von Schaltbefehlen des Zustandsautomaten (ZA) gesteuert im ersten Betriebszustand die Aufschaltung der digitalen Entfernungswelle (DW) auf das Folgeradar durch ein erstes rekursives Digitalfilter (A, M, V) erfolgt und dass durch Umschaltung der Verzweigung'auf einen neuen Betriebszustand "VerfoLgen" ein weiteres mehrstufiges rekursives Digitalfilter (A1..., Dz1..., V1...) mit je zwei oder mehreren Verzögerungsgliedern, Multiplizierern und Addierern zur Verfolgung des Zieles eingeschaltet wird und dass die Filterfaktoren (Wichtungen) der Digitalfilter (A, M, V) in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand durch die Schaltbefehle des Zustandsautomaten (ZA) verändert werden. 3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , dass der Zustandsautomat (ZA) aus einem Codierer (C), einer Zustandsmatrix (ZM) mit Rückkopplung und einem Decodierer (C), einer Zustandsmatrix (ZM) mit Rückkopplung und einem Decodierer (DC) besteht, dessen Codierer (C) eingangsseitig von Logiksignalen aus Radar und Zieldatenverarbeitung sowie vom Bediener des Radargerätes gesteuert ist und dessen Decodierer (DC) die Schaltbefehle für die Umschaltung der Betriebszustände und der digitalen Welle (DW) liefert. 4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , dass die digitale Entfernungswelle (DW) im Betriebszustand der Aufschaltung aus einem Regelkreis mit einem Proportionalregler (PR) und einem Integrator (RSI) besteht, der so bemessen ist, dass während jedes Zeittaktes der Nachführeinheit (DEN) die Fehlergrösse vollständig abgebaut wird. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass die digitale Entfernungswelle (DW) im Betriebszustand "Zielverfolgung" aus einem Proportionalregler (PIR) mit integrierendem Verhalten (PI-Regler) und aus einer Regelstrecke (RS) mit einem Integrator und einem Filter besteht (Fig. 5). 6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 5, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , dass nach Vorliegen einer geglätteten Radialgeschwindigkeit e die digitale Entfernungswelle (DW) in einer Zwischenphase aufeinanderfolgender Betriebszustände die Entfernungsnachführgrösse in einer Parallelschaltung von zwei digitalen Entfernungswellen (DW1, DW2) gebildet wird, derart, dass einer ersten digitalen Entfernungswelle (DW1), die der schaltung nach Anspruch 4 entspricht, eine zweite digitale Entfernungswelle (DW2) zugeordnet ist, die aus einem Orts Geschwindigkeitsregler (OGR) (P-Regler) mit je einem Eingang für die Fehlergrösse± und die geglättete Radialgeschwindigkeit é und aus einer Regelstrecke (RS2), die der Regelstrecke (RS1) in der parallel geschalteten digitalen Entfernungswelle (DW1) entspricht, besteht und dass durch Summenbildüng der Ausgangssignale der beiden Parallelzweige die Entfernungsn chführgröBe e gebildet wird (Fig. 6). 7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 und 6, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , dass das Filter der Regelstrecke (RSl, RS2) eine entfernungsabhängige Zeitkonstante aufweist. 8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass die Zeitkonstante des Filters der Regelstrecke (RS1, RS2) der Quadratwurzel aus der Entfernung proportional ist. 9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass die Addition der Signalwerte der beiden digitalen Entfernungswellen (DU?, DW2) zur Bildung einer Entfernungsnachführgrösse mit zeitabhängiger Wichtung erfolgt, derart, dass am Ende der Zwischenphase die Entfernungsnachführgrösse überwiegend von der zweiten digitalen Welle (DW2) bestimmt ist. 10. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass die digitale Entfernungswelle in einem auf die Zwischenphase folgenden Betriebszustand der Zielverfolgung mit der geglätteten Radialgeschwindigkeit e aus einem Orts-Geschwindigkeitsregler (OGR1) mit je einem Eingang für die Fehlergrösse und für die geglättete Radialgeschwindigkeit é und einer Regelstrecke (RS3) mit einem Integrator und einem Filter besteht (Fig. 7). 11. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6 und 10, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , dass der Orts-/Geschwindigkeitsregler (OGR) aus zwei ausgangsseitig auf ein Summationsglied (S) geschalteten Proportionalreglern (PR1, PR2) besteht, von denen einer eingangsseitig mit der Fehlergrösse 8 und der andere mit der geglätteten Radialgeschwindigkeit e beaufschlagt ist (Fig. 8). 12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass die Regelschaltung (PIR)'und die Regelstrecke (RS) der digitalen Nachführanordnung (DEN) als Regelkaskade ausgeführt sind. 13. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass die digitale Entfernungswelle (DW) im Betriebszustand des Aufschaltens aus einem rekursiven Digitalfilter besteht, das ein Summationsglied (A) und ein Verzögerungsglied (V) für einen Zeittakt aufweist und dass die Fehlergrösse ± nach Wichtung in einem Multiplizierer (M) einem Eingang des Summationsgliedes (A) zugeführt wird, wobei die Nachführgrösse durch folgenden Algorithmus e (k) = 1,04 # #(k) + e (k-1), k = Zeittakt (1) bestimmt ist (Fig. 9). 14. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass die digitale Entfernungswelle (DW) im Betriebszustand "Verfolgen" unter Vermeidung von Schleppfehlern aus einem mehrstufigen rekursiven Digitalfilter besteht, dass in die Rückführung jeder Stufe des rekursiven Digitalfilters je ein Multiplizierer (M3, Dl4, M5) eingefügt ist und dass die FehlergröBe # nach Wichtung in zwei weiteren Multiplizierern (M1, M2) an je einen Eingang verschiedener Summationsglieder (A11 A2) zugeführt ist und dass die Nachführgrösse e durch folgenden Nachführalgorithmus e(k) = B1 # #(k) + B2 # #(k-1) + B3 # <RTI ID=22.5> e(K-1) -B4 # e(K-2) + B5 . e(k-3) bestimmt ist, darin werden die Parameter B1 bis B5 nach folgenden e-Funktionen in Abhängigkeit vom Zeittakt TO und mit T2 der Zeitkonstante bestimmt: EMI22.1 B3 = 2 + e-T0/T2 B4 = 1 + 2e-T0/T2 B5 = e-TO/T2 (2) (Fig. 10). 15. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die digitale Entfernungsnachführung in einer Zwischenphase aufeinanderfolgender Betriebszustände aus zwei ausgangsseitig parallel geschalteten digitalen Entfernungswellen (DW3, DW4) besteht, von denen eine erste digitale Entfernungswelle (DW3) schal tungsmässig mit derjenigen im Betriebszustand "Verfolgen" verwendeten digitalen Entfernungswelle (Anspruch 14) übereinstimmt und dass die zweite digitale Entfernungswelle (DW4) aus einem zweistufigen rekursiven Digital filter (A5, M10, V4; A6, Mii, V5) besteht, dessen ausgangsseitiges Summationsglied (A5) an zwei getrennten Eingängen über je einen Multiplizierer (M8, M9) die Fehlergrösse ± und die geglättete Radialgeschwindigkeit è zugeführt sind und dass die Ausgangssignale der beiden digitalen Entfernungswellen Uber je einen Mul- tiplizierer (M6, M7) mit steuerbarer Wichtung in einem weiteren Summationsglied (A4) zusammengeschaltet sind, wobei die Nachführgrösse e durch einen Nachführalgorithmus e(k) = e1(k) D(k) + e2(k) (1-D(k)) bestimmt ist; mit der linear ansteigenden Funktion D(k) = 0; 0.1; ... 1.0; e1 ist durch Gleichung 3, e2 durch Gleichung 2 bestimmt 16. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass die steuerbare Wichtung der Multiplizie- rer (M6, M7) von einer Steuereinheit (MST) in Abhän- gigkeit von der Funktion D(k) = 0, 0.1, ... 1,0 bestimmt wird. 17. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die EntfernungsnachfUhrgrösse in einem weiteren Betriebszustand in Abhängigkeit von der Fler grösse ± und von der geglätteten Radialgeschwindig- keit è in einer digitalen Entfernungswelle gebildet wird, die aus einem zweistufigen rekursiven Digitalfil- ter (A5, M10, V4; A6, M11, V5) besteht, dessen ausgangsseitiges Summationsglied (A5) die Radarfehler- spannung und die geglättete Radialgeschwindigkeit über je einen Multiplizierer (M8, M9) an getrennten Einän- gen zugeführt wird und dass die Nachführgrösse durch den Nachführalgorithmus e(k) = C1 # #(k) + C2 # e (k-1) + C4 # e (k-1) - C5 e (k-2) bestimmt ist, darin ergibt sich für die Parameter Cl, C2, C4, C5 EMI24.1 C4 = 1 + e-T0/T1 ; C5 = e -T0/T1 mit der Zeitkonstante T1 und mit 7 # #e (e = Entfernung in km). (3)

Inventors: BUTTNER, WINFRIED, DR.-ING., HOFMANN, JOSEF, DIPL.-ING., Büttner, Winfried, Dr.-Ing.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: G01S13
IPC codes: G01S13