CIRCUIT FOR THE SUPPRESSION OF MULTIPLE TIME-AROUND ECHOES IN PULSE DOPPLER RADARS

Abstract: The method is provided for suppressing over-the-horizon echoes in pulsedoppler radar sets which exhibit a band-filter bank with at least three separate band filter channels, the frequency bands of which adjoin one another. In this arrangement, the absolute values of the spectral components of these frequency bands are evaluated in at least one comparator (K1, Ki), in such a manner that when all spectral components are at least approximately of the same magnitude and are above a predetermined threshold value, activation signals (Sz) are generated by means of which a detection of the range gate signal (Sx') corresponding to these spectral components can be suppressed.

Description: Verfahren und Schaltunasarlordnuna zur Unterdrückung von Uebenelchweitenechos bel Pulsdoppler-Raoargeräten Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Ueberreichweitenechos bel empfangskohärenten Pulsdoppler Radarger ten gemäss dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 5. Zur Auswertung des Dopplersignals und zur Unterdrückung unerwünschter Echosignale in Radargeräten wird oft das Doppiersignal über wenigstens drei getrennte, aneinander anschliessende Bandfilterkanäle mit Gleichrichtern und Schweliwertschaitem an eine Logikschaltung geleitet. So Ist beispielsweise aus der DE-AS 20 36 175 ein solches Radargerät bekannt, bei dem die Ausgangsspannung eines Doppler-Slgnal-Verstärkers mlttels einer Konstanthalteschaltung auf einen solchen konstanten Wert geregelt wird, dass die in Ihm enthaltene Rauschspannung ohne Doppiersignal in jedem Bandfilterkanal nahe unterhalb des Schaltschwellenwertes der betreffenden Schwellenwert-Schaltstufen liegt. Derartige Radargeräte sind zwar sehr gut geeignet, um den Einfluss von Festzeichenechos weitgehend auszuschalten, erweisen sich Jedoch als nachteilig im Hinblick auf die Unterdrückung von Ueberreichweitenechos, insbesondere wenn sie mit einer konstanten Falschmelderate oder nach sogenannten CFAR-Methoden (Constant false alarm rate) und mit Pulsfrequenz- oder sogenanten PRF-Sprüngen (Pulse-repetition frequency) arbeiten, weil dann die CFAR-Schwellen bei Ueberreichweitenechos (second time around echoes) oft nicht genug schnell und zuveflässig arbeiten können. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Radarsystem anzugeben, das fähig Ist, auch Ueberreichweitenechos zu unterdrücken, und zwar unabhängig von der Möglichkeit, andere unerwünschte Echos, wie Boden- und/oder Regen- und/oder Wasserspiegelechos (Meerwegechos) zu unterdrücken, und auch unabhängig davon, ob man mit zwei oder mehr Pulsfrequenzen, auch impuisfolgefrequenzen genannt, arbeitet. Die Lösung dleser Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 5 angegebenen Massnahmen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben. im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 das Blockschaltbild einer Doppierfilterbank und elnes nachgeschalteten Detektors für Ueberreichweitenechos nach der Erfindung, Flg. 2 ein Blockschaltblld zur Beschreibung elnes solchen nachgeschalteten Detektors. Die Dopplerfilterbank nach Fig. 1 wird mit dem Dopplersignal Sd des Radargerätes be aufschiagt, das über drei parallelgeschaltete Kanäle als Signale Sh, Sm, Sn den Eingängen zweier Detektoren DT und DTX zugeführt wird. Die drei Kanäle weisen le ein Bandpassfiiter FH, FM bzw. FL, eine Gleichrichterschaltung GH, GM bzw. GL und ein Tiefpassfilter TH, TM bzw. TL auf, die jeweils in Reihe geschaltet sind, wobei die Frequenzbänder der Bandpassfilter FH, FM und FL unmittelbar aneinander anschilessen und zusammen die Bandbreite des Dopplersignals Sd überdecken. Der Detektor DT kann belsplelsweise je einen Schmitt-Trigger pro Kanal und eine Loglkschaltung gemäss der deutschen Auslegeschrift Nr. 20 36 175 aufwelsen, wobei die Ausgangssignale des Detektors DT über den erflndungsgemässen Detektor DTX für Ueberreichweitenechos geführt werden. In Flg. 2 ist zur Vereinfachung ein Detektor DTX für ein Radargerät dargestellt, das mit nur q = 2 Impulsfrequenzen arbeitet, für die je ein Komparator K1 bzw. Ki vorgesehen ist. Im Komparator K1 werden die jeweils über einen Speicher H1, M1 bzw. L1 geführten Signale Sh, bzw. Sm bzw. Sn (Fig. 1) verglichen. Der Komparator Ki ist auch an drei weitere Speicher Hi, Mi und Ll angeschlossen, die eingangsseitig ebenfalls mit je einem der Signale Sh, Sm und Sn beaufschiagt sind, die von ihm verglichen werden. Die Speicher H1, M1, L1, HI, Mi und Li sowie die Komparatoren K1 und Kl, zwei Kom- paratorschaltungen KS1 und KSI sowie ein Treiber DR und ein welterer Speicher M sind von elnem Prozessor oder Computer MP gesteuert, der dafür sorgt, dass beispielsweise das Signal Sh nur in bestimmten, von einander verschiedenen Zeitpunkten über den Speicher H1 oder über den Speicher Hi zu den Komparatoren K1 oder Ki gelangen können. Desgleichen geschleht mit den Signalen Sm und Sn, die über die Speicher Ml, und Mi bzw. L1 und Li geführt werden, wobei die gesteuerten Speicher, Komparatoren, Komparatorschaitungen und der Treiber gegebenenfalls auch Qulttungssignale an den Prozessor liefern können. Die Komparatorschaltungen KS1 und KSi sind eingangsseltig je mit den Ausgangssignalen S1 bzw. Si der Komparatoren K1 und Ki beaufschlagt. Gegebenenfalls sind weitere, In der Flg. 2 nicht dargestellte Komparatoren vorhanden, die eine ähnliche Funktlon für andere Impulsfolgefrequenzen erfüllen. Die Ausgangssignale 5t1 und Stl der Komparatorschaltungen KS1 bzw. KSI werden entsprechenden Elngängen des Trelbers DR zugeführt, dessen Ausgangssignale Sz zur Steuerung einer Schaltstufe SW beispielsweise mit je einem Schalter pro Entfernungstor dlenen. Damit können die über die verschledenen Schalter der Schaltstufe SW geführten Ausgangssignale Sx des Speichers M ein oder ausgeschaltet und als Signale Sy der Auswerteschaltung des Radargerätes weitergeleitet werden. Dabel ist der Speicher M eingangs seltig mit den Ausgangssignalen Sx des Detektors DT beaufschiagt. Das Radargerät nach den Figuren 1 und 2 kann sowohl in analoger als auch in digitaler Technik realisiert werden. Dieses Radargerat funktioniert folgendermassen: Die drel Speicher H1, M1, L1 sind für die eine und die drel Speicher Hi, Mi, Ll für die andere Impulsfolgefrequenz vorgesehen. Entsprechendes gilt, wenn man mit q Impulsfolgefrequenzen arbeitet. Bei einer Anzahl r Distanzfenster müssen dlese Speicher Je r Signalwerte speichern und die Komparatoren K1 und Ki je r Vergleiche bezüglich der Slgnale Sh, Sm und Sn für die Distanzfenster durchführen können. Die Kom- paratoren K1 und Kl bestimmen jeweils den Absolutwert der Spektralanteiie der Signale Sh, Sm und Sn und bilden ihr relatives Verhältnis, woraus erkennbar ist, ob im betreffenden Distanzfenster ein Ueberrelchweltenecho vorhanden Ist oder nicht. Da bereits vor dem Empfang eines Ueberreichweitenechos der Sender mit Bestimmtheit neu gestartet und daher auch der Kohärenzosziliator mit der neuen Phase getriggert werden musste, weist das Echo ein Rauschspektrum auf. Das Echo hat dann keine Phasenbeziehung mit dem ausgesendeten Impuls mehr, weil die Magnetron-Anschwingphasen nach dem Zufailsgesetz erfolgen. Wenn für ein Distanzfenster der Absolutwert gegenüber dem zu erwartenden Empfänger-Rauschpegel oder dem minimal zu detektierenden Zielpegel erhöht ist, und wenn alle Spektralantelle die gleiche Grösse innerhalb elnem Toleranzband aufweisen, so wird dies als Zeichen dafür bewertet, dass ein Ueberreichweitenecho vorhanden ist. In diesem Fall wird das Sl- gnal Stl bzw. Stl aktiviert, wodurch die Schaltstufe SW sofort über den Trelber DR eine Unterbrechung des Leitungsweges für das betreffende Distanzfenster und die betreffende Impulsfolgefrequenz bewirkt. Dabei erfolgt dies getrennt für jede lmpuisfolgefrequenz. Da die Ueberreichwelten- echos bei PRF-Aenderungen nicht immer an derselben zeitlichen Lage erschelnen, Ist es somit möglich, ein echtes Zlel in der anderen bzw. In einer der anderen PRF-Perioden normal zu detektieren, für die dann keine Unterbrechung In der Schaltstufe SW erfolgt. In der Komparatorschaitung KS1 wird der Zustand des Slgnales 51(to > , der im Zeit- punkt to einer Störung in einem bestimmten Distanzfenster entspricht, mit dem Zustand des Signals 51(t1) im Zeltpunkt t1 verglichen, der dem nächsten Impuls derselben Impulsfolgefrequenz und desselben Distanzfensters entspricht. Ist 51(t1) = S1(to), so wird die Aktivierung des Signals Stl unterdrückt. Entsprechendes gilt für die anderen Impulsfolgefrequenzen, wenn beispielsweise Sl(ti' ) = Si(to') ist, worin tl der Zeitpunkt des nächsten Impulses nach demjenigen ist, der im Zeitpunkt to vorhanden war. Diese Aufhebung der Unterdrückung wird allerdings nur bei einigen wenigen nacheinanderfolgenden Impulsen, z.B. 2 bis 7, durchgeführt. Nachher kommt die Schaltung auf die ursprüngliche Lage zurück. Diese Massnahmen werden deshalb ergriffen, weil nach einer PRF-Periode die Schwellen des Detektors DT (Fig. 1) schon gut eingelaufen sind, so dass dann eine Unterdrückung In der Schaltstufe SW entfallen kann. Dles er möglicht, auch bei einem mit einer Störung behafteten Distanzfenster eine Detektion durchzuführen, jedoch erst bei der nachsten Periode und dies nur falls das Zlelecho aus der Störung heraus detektierbar Ist. Die Speicher Hi, Ml und Li sowie der Komparator Ki können entfallen, wenn die Speicher H1, M1 und L1 sowie der Komparator K1 deren Funktionen in einem Zeitmul tiplexbetrieb übernehmen, was durch den Einsatz des Prozessors MP ohne welteres möglich ist und zwar auch dann, wenn man mit mehr als zwei Pulsfrequenzen arbeitet. Speziell bel Anwendungen In Digltaltechnlk kann dies mit relativ wenig Aufwand reali siert werden. Unabhängig davon kann je eine Dopplerfilterbank und/oder je ein ihr vorgeschaltetes Dopplerfllter auch für jede Pulsfrequenz separat ausgeführt werden, was gegebenenfalls von Vortell sein kann, um zu vermeiden, dass die Signale der einzelnen PRF-lmpulse durch ihre Laufzeit in den Dopplerfiltem slch gegenseitig beeinflussen. Auf jeden Fall kann auch für jede Pulsfrequenz und jeden Kanal je ein separates, dem Tlefpassfilter (z.B. TH) parallelgeschaltetes weiteres Tlefpassfliter ein gefügt werden, das bei Störungen genügend rasch arbeitet, wodurch beim Vorhandensein von Ueberrelchweitenechos ein schnelles Einlaufen des Radargerätes möglich ist, ohne jedoch die Empfindlichkeit der Detektion der nicht aktivierten Pulsfrequenz-Bereichen zu beelnträchtigen. Die Tlefpassfllter können ungleiche Zeltkonstanten für die Anstiegs- bzw. Abfallzelten aufweisen, wodurch die Schwellen der Detektoren bel einer Störung rasch eInlaufen und dann infolge der längeren Abfallzeit für längere Zelt relativ hoch bleiben, so dass damit ein Schutz gegen die mit ähnlicher Störielstung ein treffenden Ueberreichweitenechos gewährleistet wird. Wenn die Schalterstufe SW eine Anzahl N = q r Schalter aufwelst, kann der Trelber DR entfallen. Falls sie mit n % q r Schalter arbeitet, muss der Treiber DR eine entsprechende Multiplexlerfunktion ausüben.

Claims: A circuit arrangement for suppressing second-time-around echoes in pulsed Doppler radar apparatus with a band filter bank having at least three separate band filter channels, the frequency bands of which follow each other, wherein an evaluation of the absolute values of the spectral portions of these frequency bands takes place, characterised in that if all spectral portions are of at least approximately the same magnitude and lie over a predetermined threshold value, activation signals (Sz) are produced by which detection of the unwanted distance signal (Sx') corresponding to these spectral portions is able to be suppressed, in that a detector (DT) connected to the band filter channels has connected after it a second-time-around detector (DTX), which detector (DTX) also acts on the input side with the band filter channel signals (Sh, Sm, Sn) which are guided by way of a memory (H1, M1, L1) to a comparator (K1), which comparator carries out the evaluation of the spectral portions relative to the predetermined threshold value, in that the output signals of the comparator (K1) control a switch stage (SW) through which the supply line path of the output signals (Sx) of the detector (DT) is able to be interrupted, and in that at least two different pulse frequencies are able to be selected, one of which is selected so that the target and second-time-around echoes do not overlap, so that target echoes are not deleted together with the second-time-around echoes to be removed. A circuit arrangement according to claim 1, characterised in that a memory (Hi, Mi, Li) and a comparator (Ki) are provided for each of the i pulse frequencies. A circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterised in that separate low-pass filters (TH, TM, TL) and/or filter banks are provided for various pulse frequencies. A circuit arrangement according to claim 1, characterised in that the memory (H1, M1, L1) and the comparator (K1) are able to be operated in multiplex operation for processing i pulse frequencies. A circuit arrangement according to claim 1 or 4, characterised in that the low pass filters (TH, TM, TL) and/or at least one filter bank are able to be operated in multiplex operation for i pulse frequencies. A circuit arrangement according to claim 5, characterised in that the low-pass filters (TH, TM, TL) have asymmetric rise and fall times. A circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterised in that a comparator (KS1, KSi), connected after the comparator (K1, Ki), compares successive signals (Si(to), Si(t1)) occurring within the same distance window with each other, and suppresses the activation signal (Sz) during a few successive pulses if, after the first signal (Si(to)), the following signal (Si(t1)) also indicates a disturbance.

Inventors: COLOMB, SERGE
Applicants: SIEMENS-ALBIS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: G01S13
IPC codes: G01S13