DE2425288B1

DE2425288B1 - Korrelationsverfahren fuer Impulsradargeraete mit zusaetzlichen Impulsen in der Referenzimpulsfolge

Info

Publication number: DE2425288B1
Application number: DE19742425288
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ruppel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-05-24
Filing date: 1974-05-24
Publication date: 1975-10-23
Also published as: DE2425288A1

Description

Für n = 3 mit dem Tastverhältnis 1: 3 sind in den folgenden Ausführungsbeispielen alle drei Betrlebszustände ungefähr gleich oft vertreten. Die jeweilige Zahlenfolge ist eine Ternärfolge und stimmt mit der Basisfolge überein, wenn die Ziffer 1 für einen Sende-und einen Referenzimpuls, die Ziffer 2 für einen Referenzimpuls umgekehrten Vorzeichens und die 0 für den Ruhezustand steht.
Im einfachsten Fall k = 2 hat das Beispiel
Basisfolge 1 1 2 0 2 2 1 0 Sendeimpulsfolge 1 1 - - - - 1 -Referenzimpulsfolge 1 1 2 - 2 2 1 -Empfangszeiten - - E E E E E mit N = 8 nur einen Eindeutigkeitsbereich vom 4fachen der Impulsdauer.
Die beiden beispielgebenden Ternärfolgen für k = 4 mit N = 80 und für k = 6 mit N = 728 bedecken dagegen lückenlos einen Entfernungsbereich vom 40fachen bzw. 364fachen der Impulsdauer.
Für n = 5 entsteht nach dem genannten Bildungsgesetz eine aus den fünf Zahlen 0, 1 2, 3 und 4 bestehende Zahlenfolge. Wenn hiervon den Zahlen 1 und 4 je ein aktiver Zustand und den Zahlen 0, 2 und 3 der inaktive Ruhezustand zugeordnet wird, resultiert ein Tastverhältnis von 1: 5. Für größere vorzugsweise ungerade Werte des Parameters n kann entsprechend verfahren werden, allerdings verliert das Korrelationsverfahren bei kleiner werdendem Tastverhältnis an Bedeutung.
Die Vorteile der Erfindung liegen besonders bei 71 = 3 darin, daß die Entfernungsmessung bei hoher Sendeeffektivität auch im Nahbereich nicht beschränkt ist und wegen der extrem niedrigen Nebenmaxima an keiner Stelle des Meßbereichs auf Mehrdeutigkeiten führen kann.
Die Sperrung des Empfängers während der Sendezeit führt bei hoher Sendeeffektivität auf eine Minderung des Empfangs und daher auf eine gewisse Einbuße an Reichweite. Diese Einbuße ist nur vermeidbar, wenn es gelingt, die Empfangsverluste auf den Nahbereich zu beschränken und vom Fern bereich auszuschließen. In allen Fällen, in denen eine maximale Reichweite wichtiger ist als die durch geringste Nebenmaxima bedingte Eindeutigkeit, sollten daher die Sendeimpulse in einem Teil der Periode verdichtet und in einem anderen Teil verdünnt oder ganz unterdrückt werden.
In Weiterbildung der Erfindung wird diese Verlagerung der Sendeaktivität dadurch erreicht, daß in einem ersten Teil des Betriebszyklus den beiden aktiven Elementen der Basisfolge in gleicher Weise sowohl Referenz- als auch Sendeimpulse verschiedenen Vorzeichens zugeordnet werden und daß nach jedem Betriebszyklus eine mindestens gleichlange, auch als Verdichtung des dritten Elements bezeichenbare Sendepause als Ruhezustand eingelegt wird. Die Wiederholungsperiode besteht jetzt erfindungsgemäß aus drei Teilbereichen. Im Verdichtungsbereich wird beiden aktiven Elementen je ein Sendeimpuls verschiedenen Vorzeichens zugeordnet. Im Restteil des Zyklus wird nur einem einzigen aktiven Element ein Sendeimpuls zugeordnet. Im dritten Teilbereich, der mindestens so lang ist wie der aus den beiden anderen Teilen gebildete Betriebszyklus, wird überhaupt nicht gesendet. Die Impulse der Referenzfolge haben immer beiderlei Vorzeichen und entsprechen im ganzen Zyklus den beiden aktiven Elementen der Basisfolge.
Empfangen wird in allen Zeitspannen, in denen nicht gesendet wird. Der Anteil des Verdichtungsbereichs am Betriebszyklus beeinflußt die Größe des Tastverhältnisses.

An dem folgenden Beispiel mit einem Tastverhältnis von 1: 4, einem Betriebszyklus von der 8fachen und einer Periode von der 16fachen Impulsdauer soll die Erfindung veranschaulicht werden.

Betriebszyklus

Basisfolge 11 2 0 22 1 O'0 0 0 0 0 0 0 0

Verdichtungsbereich 4->

Sendeimpulsfolge 112---1---------

Referenzimpulsfolge 112-221---------

Empfangszeiten --- E E E - E E E E E E E E E

Die nach der gleichen Vorschrift für k = 4 und k = 6 zu bildenden weiteren Beispiele besitzen bei gleichem Tastverhältnis von 1 :4 einen Betriebszyklus von 80 bzw. 728 und eine Wiederholungsperiode von 160 bzw. 1456 Impulsdauereinheiten.

Durch die Verdichtung der Sendeimpulse in einem Tell des Betriebszyklus und die Ausdehnung der Empfangszeit auch auf den Zeitraum nach dem Zyklus nimmt die störende Empfangsschwächung mit der Entfernung ab, was die Reichweiteneinbuße erheblich mindert.
Muß die Sendeeffektivität unter Vergrößerung des Tastverhältnisses weiter erhöht werden, so können in Weiterbildung der Erfindung die dem dritten Element der Basisfolge entsprechenden Ruhepausen, denen weder ein Referenz- noch ein Sendeimpuls zugeordnet wird, ganz aus dem Betriebszyklus entfernt werden.
Dabei wird aus der Ternärfolge eine aus zwei Aktivelementen bestehende Binärfolge, der eine mindestens gleichlange einer Anhäufung des dritten Elements entsprechenden Ruhepause folgt. Der binär gewordene Betriebszyklus bleibt jedoch erfindungsgemäß in zwei Teilbereiche aufgeteilt. Im ersten Teilbereich, dem Verdichtungsbereich, werden beiden Aktivelementen je ein Referenz- und ein Sendeimpuls verschiedenen Vorzeichens bzw. entgegengesetzter Phasenlage zugeordnet. Im zweiten Teilbereich wird nur einem Aktivelement ein Referenz- und ein Sendeimpuls zugeordnet, während dem anderen Element nur ein Referenzimpuls entspricht.
Die Echosignale werden sowohl in Teilen des zweiten Zyklusbereichs als auch in der Sendepause nach dem Zyklus empfangen und mit den verzögerten Referenzimpulsen kreuzkorreliert.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren mit einem im ganzen Betriebszyklus durchlaufenden Sendebetrieb ist die Entfernungsmessung erfindungsgemäß auch bei hohem Tastverhältnis durch die Aufteilung des Zyklus in zwei Teilbereiche nur in dem Teil des Entfernungsmeßbereichs erschwert, der als Nahbereich dem Verdichtungsbereich des Betriebszyklus entspricht.
Als Anwendungsbeispiel für diese Weiterbildu ng der Erfindung wird eine Basisreihe verwendet, die mit 72 = 2 und k = 3 aus dem allgemeinen Bildungsgesetz abzuleiten ist, wobei wegen 2 Omod2 die Ziffer O im Zyklus durch die Ziffer 2 zu ersetzen ist. In dem folgenden Beispiel sind die beiden Teilbereiche so gewählt, daß ein Tastverhältnis von 1: 3 entsteht.

Betriebszyklus

Basisfolge 1 1 1 2 1 2200000000

Verdichtungsbereich X

Sendeimpulsfolge 111 2 1 -

Referenzimpulsfolge 111 2 1 2 2

Empfangszeiten -----EEEEEEEEEE

Die nach der gleichen Vorschrift für größere Werte des Parameters k zu bildenden weiteren Beispiele zeigen bei etwa gleichhohem Tastverhältnis ein besseres Korrelationsverhalten mit geringeren ebenmaxima ohne jegliche Reichweiteneinbuße.

Claims

Patentansprüche: 1. Korrelationsverfahren für Impulsradargeräte mit vielen Sendeimpulsen konstanter Dauer und wechselnden Abstands und mit einer entsprechend einem großen Eindeutigkeitsbereich bemessenen Wiederholungsperiode der Impulsabstände, bei dem nach Anspruch 1 des Patents 9 78 025 zur Verringerung der Nebenmaxima der Korrelationsfunktion die zur Kreuzkorrelation mit den Echosignalen benutzte Referenzimpulsfolge zwischen den aus der Sendeimpulsfolge abgeleiteten Impulsen zusätzlich noch weitere Impulse gleicher Dauer, aber umgekehrten Vorzeichens bzw. entgegengesetzter Phasenlage enthält, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die beiden Impulsfolgen im Zeitablauf aus einer periodischen quasistochastischen ternären Basisfolge mit drei Elementen, von denen die beiden ersten einander in der Anzahl und Dauer gleichen, so abgeleitet werden, daß dem ersten Element ein Referenz- sowie ein Sendeimpuls, dem zweiten Element nur ein Referenzimpuls, jedoch umgekehrten Vorzeichens bzw. entgegengesetzter Phasenlage und dem dritten Element weder ein Sende- noch ein Referenzimpuls zugeordnet werden.
2. Korrelationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdichtung der Sendeimpulse in einen ersten Teilbereich des Betriebszyklus unter Angleichung der Sende- an die Referenzimpulsfolge zusätzlich auch dem zweiten Element der Basisfolge ein Sendeimpuls umgekehrten Vorzeichens bzw. entgegengesetzter Phasenlage zugeordnet wird und daß unter entsprechender Vergrößerung der Wiederholungsperiode nach jedem Betriebszyklus eine mindestens gleichlange, nur dem Signalempfang dienende Sendepause eingelegt wird.
3. Korrelationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur erhöhten Verdichtung der Sendeimpulse das dritte Element der Basisfolge aus beiden Teilbereichen des Betriebszyklus vollständig entfernt wird.

Im Hauptpatent ist für Impulsradargeräte ein Korrelationsverfahren beschrieben, das zur eindeutigen Entfernungsmessung auf eine Korrelationsfunktion ohne störende Nebenmaxima führt. Innerhalb einer Wiederholungsperiode, die größer als die maximal erwartbare Echolaufzeit sein soll, werden viele Einzelimpulse gleicher Dauer, aber variablen, nach einem Code wechselnden Abstands ausgesendet. Dabei beträgt jeder vorkommende Impulsabstand ein ganzzahliges Vielfaches eines gewissen Minimalabstands, der wiederum nicht kleiner als die Impulsdauer sein darf. In dem für die Anwendungen besonders wichtigen Grenzfall ist der Minimalabstand gerade gleich der Impulsdauer, so daß die effektive Sendezeit etwa die Hälfte der Gesamtzeit beträgt.

Das in allen Sendepausen zu empfangende Echosignal wird verfahrensgemäß mit einer verzögerten Referenzimpulsfolge kreuzkorreliert, die aus vielen Einzelimpulsen beiderlei Vorzeichens besteht, wobei unter dem Vorzeichen eines Impulses im Gleichstromstromfall die Polarität und im Hochfrequenzfall die Phasenlage verstanden wird. Die Referenz- und die Sendeimpulse haben die gleiche Impulsdauer. Im Zeitablauf richten sich beide Folgen nach einer quasistochastischen binären Basisfolge, wobei dem ersten Binärelement gleichzeitig ein Referenz- und ein Sendeimpuls zugeordnet wird, während dem anderen Element nur ein Referenzimpuls anderen Vorzeichens entspricht. Mithin gleicht die Referenzimpulsfolge der durch ungefähr gleichviel Impulse anderen Vorzeichens aufgefüllten Sendeimpulsfolge. Die Kreuzkorrelation des Echosignals mit den verzögerten Referenzimpulsen kann sequentiell durch angezapfte Laufzeitketten oder parallel in einem oder mehreren Korrelatoren erfolgen.

Durch die Sperrung des Empfängers während der Sendezeit kann nur ein Teil der ankommenden Echosignale empfangen werden, was zwar die Korrelation nicht stört, bei der Gleichheit von Empfangs- und Sendezeit aber einen Empfangsverlust von 3 dB und eine entsprechende Reichweiteneinbuße zur Folge hat.

Um diese im ganzen Entfernungsmeßbereich gleichmäßig auftretende Empfangsschwächung zu mindern, ohne auf die Forderung geringer Nebenmaxima der Korrelationsfunktion zu verzichten, werden gemäß dem Anspruch 1 die Referenz- und Sendeimpulse nicht von einer Binärfolge, sondern von einer auf zwei aktive und einen inaktiven Betriebszustand hinweisenden quasistochastischen periodischen ternären Basisfolgeqabgeleitet. Die beiden aktiven Elemente der ternären Basisfolge, die gleich lang und in gleicher Anzahl vorhanden sein müssen, bestimmen Form und Zeitablauf der Referenz- und Sendeimpulsfolge derart, daß dem ersten Aktivelement ein Referenz- sowie ein Sendeimpuls und dem zweiten Aktivelement nur ein Referenzimpuls,jedoch umgekehrten Vorzeichens, entspricht. Dem dritten Basiselement entspricht ein Ruhezustand, ihm darf also weder ein Referenz- noch ein Sendeimpuls zugeordnet werden.

Die für Lage und Höhe der Nebenmaxima maßgebende zeitliche Anordnung der drei Basiselemente ist durch eine periodische Folge von n Zahlen darstellbar, wenn zwei Zahlen für die Aktivzustände und alle übrigen Zahlen für den inaktiven Ruhezustand stehen.

In dem einfachen Bildungsgesetz einer solchen Zahlenfolge av 1 = 1 für 1 v vvk k av (avi$av-) mod n für v < k legen die Parameter n und k die Anzahl N aller Glieder einer Periode fest. Die Wiederholungsperiode des Vorgangs, auch als Zykluszeit bezeichenbar, muß als Produkt aus N und der Impulsdauer stets erheblich größer sein als der durch den Abstand zweier Hauptmaxima der Korrelationsfunktion definierte Eindeutigkeitsbereich. Das Tastverhältnis als Verhältnis der Sendezeit zur Gesamtzeit beträgt 1: n.