CH651937A5 - Verfolgungsradarempfaenger mit einem mti-filter. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH Verfolgungsradarempfänger mit einem MTI-Filter, enthaltend zumindest eine Sende-Einheit, die Impulse mit einer gewissen Impulsfolgefrequenz fPRF und mit gegenseitig unterschiedlicher Trägerfrequenz in fortlaufender Weise sendet, wobei jede Folge M gegenseitig unterschiedliche Trägerfrequenzen enthält und wobei jede Folge von Impulsen periodisch wiederholt wird mit einer gewissen Frequenzfolgefrequenz fFRF in Abhängigkeit von dem Abstand R des Zieles, welches absichtlich durch das Radar verfolgt wird; einen Mischer (B) und einen Empfangsoszillator (LO), die vorgesehen sind zum Empfangen der von dem Ziel reflektierten Echoimpulse und zum kohärenten Nachweis zu jedem Zeitpunkt der empfangenen Frequenz der Echoimpulse, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein MTI-Filter (F) über einen Ana-log-Digital-Wandler (AD) an den Mischer (B) angeschlossen ist, dass das MTI-Filter aus einer Anzahl von in Reihe geschalteten Verzögerungsgliedern (DL1-DLN) besteht, von denen jedes eine Verzögerung l/fPRF aufweist und zu einer Anzahl (N) verfügbarer Trägerfrequenzen (f],f2, ..fN) korrespondiert und dass beim Senden der Eingang des Filters direkt an eine steuerbare Schaltungsvorrichtung (VX) angeschlossen ist zur Verbindung des Ausganges des Verzögerungsgliedes M (DLM) mit dem zweiten Ausgang des Differenziergerätes in Abhängigkeit von der ausgewählten Anzahl (M) der Frequenzen in einer Impulsfolge.

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verfolgungsradarempfänger mit einem MTI-Filter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zur Unterdrückung von Störflecken, wenn Echoimpulse von einem Ziel, das absichtlich durch das Radar verfolgt wird, empfangen werden.

Stand der Technik

In der schwedischen Patentanmeldung 7 903 653-9 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung bei einem Verfolgungsradar beschrieben zum Aussenden vom Radarimpulsen, deren Trägerfrequenz von einem gesendeten Impuls zum nächstfolgenden variiert, wobei eine Anzahl M solcher Impulse eine Folge von Impulsen bildet mit einer Zeitdauer 1 /fFRF, wobei fFRF mit Bezug auf den Zielabstand R eine gewählte Grösse ist. Die Impulsfolgen werden eine nach der anderen gesendet, die Anzahl M der Trägerfrequenzen und die Ordnung derselben sind gleich von einer Folge zur nächstfolgenden, was vorsieht, dass der Zielabstand nicht einen gewissen Wert Rk, d.h. R^Rk, übersteigt. Wenn der Zielabstand R grösser wird als Rk, wird ein neuer (und kleinerer) Wert der Frequenz fFRF ausgewählt, so dass man kontinuierlich eine eindeutige Anzeige des Zielabstandes erhält.

Es ist bereits bei einem Puls-Doppler-Radar bekannt, Störflecke, d.h. Störechos von beispielsweise Boden, Meer oder Niederschlag, durch das Vorsehen sogenannter MTI-Filter (Bewegungszielanzeige) zu unterdrücken, wie beispielsweise der US-Patentschrift 3 786 509 entnommen werden kann. Solch ein Filter besteht aus einem oder mehreren Verzögerungsgliedern, jedes mit einer Verzögerung l/fpRF, wobei fpRF die Impulsfolgefrequenz des Radars ist, die Signale der Verzögerungsglieder werden abgegriffen und addiert zur Bildung eines Ausgangssignals, welches das gefilterte Eingangssignal bildet. Solche Filter zeigen eine periodische Filtercharakteristik mit einem Durchlassbereich zwischen den sogenannten Blindgeschwindigkeiten, d.h. für die Geschwindigkeiten, für die man eine gewisse Unterdrückung erhalt neben der gewünschten Unterdrückung der Störflecke. Die Blindgeschwindigkeiten koinzidieren dann mit den Geschwindigkeiten, deren resultierende Vielfache der Dopplerfrequenz die Impulsfolgefrequenz fPRF bilden.

Darstellung der Erfindung

Es ist ein Hauptanhegen eines Verfolgungsradars, in der Lage zu sein, das MTI-Filtern und die Frequenzänderung von Impuls zu Impuls zu kombinieren gemäss dem Verfahren, das in der oben erwähnten schwedischen Patentanmeldungsschrift beschrieben ist. In einem Empfänger gemäss der vorliegenden Erfindung kann die Kombination einer MTI-Funktion mit solch einer Frequenzänderung erreicht werden. Weiterhin kann die Filterantwort, d.h. die Filterverstärkung als eine Funktion der Dopplerfrequenz der empfangenen Zielechos, angepasst werden an die Geschwindigkeit des verfolgten Zieles, dadurch, dass die Filterantwort periodisch wird mit einer Periode, die korrespondiert zu der Frequenzfolgefrequenz fFRF der gesendeten Folge von Radarimpulsen und nicht zu der Impulsfolgefrequenz fPRF des Radars.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Verfolgungsradarempfänger mit einem MTI-Filter zu schaffen, in dem die Trägerfrequenz der gesendeten Radarimpulse sich von einem Impuls zum anderen ändert, aber in der die gleiche Trägerfrequenz von einer Impulsfolge zur anderen zurückkehrt; ein Filtern der ankommenden Störeehos wird zur gleichen Zeit erreicht wie die Ansprechempfindlichkeit, wenn das Empfangen des Zielechos optimiert wird. Die Erfindung ist dann dadurch gekennzeichnet, wie es sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ergibt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird näher beschrieben mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen, in denen

Figur 1 ein Blockdiagramm des Sender-Empfängerteiles eines Verfolgungsradars zeigt;

Figur 2 ein Blockdiagramm eines im Empfängerteil enthaltenen MTI-Filters gemäss Figur 1 zeigt;

Figur 3 eine Darstellung der Filtercharakteristik gemäss der Erfindung zeigt,

Figur 4 genau die Anordnung gewisser Blocks in dem Diagramm gemäss Figur 1 zeigt.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Sender-Empfängereinheiten eines Verfolgungsradars, die das in der Einleitung erwähnte Verfahren benutzen, sind in Figur 1 dargestellt. An die Radarantenne A ist ein Duplexer SM angeschlossen zum abwechselnden Aussenden von Radarimpulsen der Sendereinheit S mit der Frequenz m • fv+fMF, wobei m • fv die Trägerfrequenz der Radarimpulse bezeichnet mit (v=const., m=1,2, .., M) und fMF ist eine ausgewählte Zwischenfrequenz. Eine Steuereinheit SE ist an die Sendereinheit S angeschlossen, um Informationen zu geben über die ausgewählte Anzahl von Trägerfrequenzen M in einer Folge von Impulsen m • fv. Die Empfängerseite weist einen an den Ausgang des Duplexers SM angeschlossenen Mischer BL auf, ein Phasendetektor FD ist an den Ausgang des Mischers angeschlossen, ein Analog-Digital-Wandler AD ist an den Ausgang des Phasendetektors FD angeschlossen, und ein MTI-Filter F gemäss der Erfindung ist an den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers angeschlossen. Ausserdem gibt es eine an den Ausgang des Filters F angeschlossene Signalverarbeitungseinheit SB, die aus den ankommenden und gefilterten Zielechoimpulsen den Zielabstand R und die Zielgeschwindigkeit vm=dR/dt errechnet. Der Mischer BL ist an die Sendereinheit S angeschlossen, um Signale mit der Frequenz k • fv zu empfangen, mit k = 1,2, ..., M, d.h. Signale mit der gleichen Trägerfrequenz wie die Sendesignale, aber in der Ordnung, die zu der Trägerfrequenz der empfangenen und von dem Duplexer gelieferten Echoimpulse korrespon-

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diert. Index m und k unterscheiden sich dann um einen Faktor m - k = k0, der zu einem gewissen Zielabstand R korrespondiert. Die Frequenzen m • fv+fMF werden von der Sendereinheit S mit einer Impulsfolgefrequenz fPRF gesendet, die gleich ist der Radar PRF und während eines gewissen Impuls-intervalles i, während die Frequenzen k • fv zu dem Mischer BL während eines Zeitintervalles zwischen zwei Sendeimpulsen gesendet wird, dem sogenannten Abhörintervall. Das empfangene Echosignal von dem Ausgang des Mischers besitzt die Frequenz fMF+fd, wobei fd den Dopplerschift anzeigt. Der Phasendetektor liefert eine Phasenerfassung bzw. ein Referenzsignal fMF, ein bipolares Videosignal, bestimmt durch den Dopplerschift fd, wird über dem Ausgang des Phasendetektors empfangen. Nach der Analog-Digital-Umwand-lung im Wandler AD wird ein Filtern in dem Filter F ausgeführt zur Eliminierung der Störflecke und in der Einheit SB wird eine Berechnung von Zielabstand und Geschwindigkeit durchgeführt, wobei die zu diesen Grössen korrespondierenden Signale an die Steuereinheit SE geliefert werden.

Das MTI-Filter, wie es im Empfänger gemäss der Erfindung verwendet wird, wird nun mit Bezug auf Figur 2 ausführlicher beschrieben. Das Filter weist eine Anzahl N von Verzögerungsgliedern DL1, ..., DLN, beispielsweise Digitalschieberegister, die kaskadenförmig verbunden sind, auf. Jedes Schieberegister weist einen getakteten Eingang auf, der mit einem gemeinsamen Taktgeber CL, welcher Taktsignale in Form kurzer Impulse mit der Folgefrequenz fPRF liefert, verbunden ist. Die Taktimpulse sind zusätzlich in bekannter Weise mit den Sendeimpulsen der Sendeeinheit S synchronisiert. Ein Differenziergerät SK ist mit einem Eingang (-) an den Eingang des ersten Registers DL1 und mit seinem zweiten Eingang ( + ) an den Ausgang einer steuerbaren Schaltvorrichtung VX, einen sogenannten Datenaustausch, angeschlossen. Die Schaltvorrichtung VX weist N Eingänge auf, die mit den Ausgängen aller Register verbunden sind und hat die Aufgabe, den Ausgang eines bestimmten Registers DLM an den Eingang (+) des Differenziergerätes SK in Abhängigkeit von der gewählten Anzahl der Trägerfrequenzen M anzu-schliessen. Die Schaltvorrichtung wird daher von der Steuereinheit SE gesteuert, die ein Informationssignal liefert, welches den gewählten Wert von M anzeigt. Wenn beispielsweise 10 verschiedene Trägerfrequenzen M = 10 ausgewählt worden sind, sollte der Ausgang des zehnten Verzögerungsgliedes (Schieberegister Nr. 10) über die Schaltvorrichtung VX an den zweiten Eingang (+) des Differenziergerätes angeschlossen sein. Das MTI-Filter gemäss Figur 2 besteht daher aus einem einfachen vorwärtsgeschalteten Digitalfilter mit einer Verzögerung in einer Signalrichtung, die gleich ist l/fFRF.

Figur 3 zeigt ein Diagramm der Filterverstärkung als eine Funktion der Dopplerfrequenz fd der ankommenden Zielechosignale. Da der Dopplerschift fd von der Trägerfrequenz m • fv der gesendeten Impulse abhängt und da die Frequenz m • fv sich von einem Impuls zum andern ändert, beginnt man mit der Bestimmung einer geeigneten Frequenzfolgefrequenz fFRF von einem Mittelwert m0 • fv der Trägerfrequenz für eine

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ausgewählte mittlere Frequenz (bekannt) ist. Die Frequenz fFRF sollte daher ausgewählt werden gemäss fFRF =

2m0-fv vm/c • ( -

1

) bei einer gewissen radialen Zielbestimmte gesendete Impulsfolge, d.h. 1

m„ • fv =

M

(fv + 2 fv + ... + Mfv), wobei fv, 2 fv,

Mfv Trägerfrequenzen der wirklich gesendeten Impulsfolgen sind.

Das MTI-Filter gemäss Figur 2 weist ein Verstärkungsmaximum auf bei den Geschwindigkeiten v„ =

c ■ fi

FRF

2m0 • fv

(n+'/z), n=0,1,2, ... wobeim0 • fvdie n+ '/2

geschwindigkeit vm und einer mittleren Trägerfrequenz m0 ■ fv. Um die grösstmögliche Sperrbandbreite zu erreichen, muss der höchstmögliche Wert von fFRF ausgewählt werden. In der Darstellung gemäss Figur 3 zeigt die voll ausgezogene io Linie die Charakteristik des MTI-Filters für einen gewissen bestimmten Wert der Zielgeschwindigkeit vm und der Frequenzfolgefrequenz fFRF. Die Filtercharakteristik kann in bekannter Weise verändert werden durch die kaskadenförmige Verbindung einiger Filter, von denen jedes eine Anordnung 15 aufweist, wie in Figur 2 dargestellt, wobei man einen steileren Übergang zwischen dem Durchlass- und Sperrbereich erhalten kann.

Die Signalverarbeitung im Empfängerteil und im MTI-Filter setzt den kohärenten Nachweis der ankommenden 20 Echosignale voraus, d.h. Phasengleichheit zwischen den Trägerfrequenzsignalen der Sendeimpulse und den im Empfangsteil erzeugten Signalen. Dies kann ausgeführt werden, wie es sich zeigt im Blockdiagramm gemäss Figur 4, die den Senderteil S genauer darstellt. Ein Kristall CR erzeugt ein gewisses 25 ausgewähltes hochfrequentes Signal mit der Frequenz fv, z.B. 100 MHz. Der Kristall CR ist an einen steuerbaren kohärenten Frequenzvervielfacher FM angeschlossen, beispielsweise an einen VCO (spannungsgesteuerter Oszillator) zur Erzeugung der M gepulsten Signale mit den Trägerfrequenzen 30 m • fv (m = 1,2, ..., M) zu einem Mischer B2 und die M Signale mit den Trägerfrequenzen k • fv, die während jedes Ab-hörintervalles zu dem Mischer B1 gesendet werden. Der Frequenzvervielfacher wird so von der Steuereinheit SE gesteuert, dass die Frequenz des von dem Kristall CR erhaltenen Si-35 gnales multipliziert wird mit ausgewählten Faktoren 1,2, ..., M. Der Vervielfacher weist ausserdem eine Phasenregel-schleife auf, die die Steuerung der Phasenbeziehung eines Signals mit der Frequenz m • fv so ausführt, dass die Lage die gleiche sein wird, immer dann, wenn der Vervielfacher an die-■to se Frequenz gekoppelt ist.

Gemäss Figur 1 errechnet die Signalverarbeitungseinheit den Zielabstand R und die Zielgeschwindigkeit vm beispielsweise durch Bildung der Differenz zweier aufeinanderfolgender Zielabstandswerte. Die korrespondierenden Signale wer-45 den zu der Steuereinheit SE geliefert, welche einen Wert der Frequenzfolgefrequenz fFRF errechnet gemäss der Relation fFRF = 2fv/c • vm/n+1/2 und für ein gewisses n (z.B. n=l). Der errechnete Wert für fFRF sollte gleichzeitig die in der Einleitung erwähnten Beziehungen (1), (2) und (3) der schwedischen so Patentanmeldungsschrift 7 903 653-9 erfüllen. Falls diese Bedingungen dann nicht erfüllt werden können, so wird der nächstniedrigere Wert von fFRF ausgewählt (d.h. für n=2,3 usw. gemäss dem Beispiel), bis die Bedingungen erfüllt sind. Als ein Ergebnis erhält man einen gewissen Wert für die An-55 zahl M der Trägerfrequenzen m • fv, k • fv und die Steuereinheit liefert Signale mit M Spannungspegeln gleichzeitig mit der gewählten Impulsfolgefrequenz fPRF. Die M Spannungspegel werden durch den steuerbaren kohärenten Frequenzvervielfacher FM empfangen, und eine grobe Abstimmung zu so den gewählten Frequenzen M wird ausgeführt. Danach wird eine Feineinstellung der Frequenz der vervielfältigten Signale durchgeführt zur Erlangung der Phasengleichheit von einem vervielfältigten Signal zu dem nächstfolgenden usw., wie oben beschrieben.

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1 Blatt Zeichnungen