SE525699C2 - Anordning vid radar som arbetar med varierande pulsrepeteringsintervall - Google Patents

Description

l0 15 20 25 30 525 699 2 I enlighet med föreliggande uppfinning skall s.k. FRI-variation utnyttjas (PRI = Bulsßepeteringslntervall). Utnyttjandet av PRI-variation leder till att mångtydighetsekon, där sådana förekommer, uppträder på olika avstånd från puls till puls. Högpassfiltrering av sådan signal i avståndsfållor leder till att varje enstaka inkommande eko ges en längd som bestäms av impulsfunktionssvaret hos filtret. Detta betyder att antalet oberoende mätningar under en radarövennålning begränsas och därmed att möjligheterna att utnyttja varaktigheten hos en indikering som mått på förekomst snarare än amplitud enbart för- sämras. Genom att välja ett högpassfilter med kort impulsfunktionssvar i förhållande till mätperioden kan flera oberoende mätningar erhållas under derma mätperiod och den tidi- gare metodiken med M/N filter utnyttjas (M = primära detekteringar; N = antalet avståndsfållor). M/N detektorn som även benämnes en icke parametrisk detektor och kännetecknas av att ett eko måste uppträda under ett antal mätningar för att kunna ge upphov till en detektering oavsett den inkommande impulsens eller signalens amplitud.

För mottagarkoherenta radarstationer kommer andragångsekon inte att ha någon fasrela- tion från puls till puls. Såväl fasta som rörliga ekon kommer därför att kunna passera högpassfiltreringen hos en MTI oavsett om fast eller rörlig PRI utnyttjas. För en sändar- koherent radar med fast PRI kommer orörliga andragångsekon i princip att undertryckas, däremot inte rörliga. För en sändarkoherent radar med varierande PRI kommer successiva andragångsekon att falla i olika avståndsluckor och av radam att uppfattas som impulser, dvs. ej möjliga att undertrycka med normal högpassfiltrering. Radar som utnyttjar konstant PRI kommer att undertrycka såväl mål som uppvisar en fasvariation som är låg som sådana som uppvisar motsvarande variation med en frekvens som överensstämmer med den valda pulsrepeterfrekvensen. Detta kallas blinda hastigheter. För att eliminera sådana utnyttjar ofta sändarkoherenta radarstationer PRI växling mellan olika rotations- varv med radam, vilket ger än lägre datatakt. Genom att använda PRI växling från puls till puls erhålls visserligen en liten reducering av undertryckningsförmågan hos långsamt klotter, men vinsten med högre datatakt kan i många fall överväga. I miljöer där andra- gångsekon förekommer kan dock radams prestandaförsärnring härav ofta för stor, om inte föreliggande uppfmning utnyttjas. M/N detektorer används också för att undertrycka icke korrelerade interferenser, t ex från andra radarstationer. Genom val av kort impulsfunk- lO 15 20 25 30 525 699 tionssvar hos radam i kombination med M/N detektor kan även sådana stömingar elimi- IICIaS.

Radar av olika typer är förut kända och det kan hänvisas bl.a. till US 4 973 968, i vilket det föreslås att man skall utnyttja ett antal fasta pulsrepetitionsintervall (PRI) och utnyttja separat måldetektering för varje sådant pulsrepetitionsintervall. I anslutning härtill utnyttjas en kombinationslogik. Detta är en metodik som är svår att utnyttja för sändar- element, vars frekvensdrifisegenskaper är kraftigt beroende av sändarens aktuella arbets- faktor. För sådana stationer kan visserligen samtidigt med PRI variation en pulslängds- förändring införas för att bibehålla arbetsfaktom, men ett sådant förfarande kan sällan ekonomiskt motiveras för till exempel en magnetronradar. Det hänvisas även till GB 2 335 103 som föreslår användningen av kortare pulsrepetitionsintervall tillsammans med långa pulsrepetitionsintervall för att med detta kunna notera läget för andragångsekon.

Den uppmätta målarnplituden hos dessa ekon subtraheras därefter från de lägen de förväntas uppträda på ur de kortare pulsrepetitionsintervallema. Denna metod lider av samma problem med varierande arbetsfaktor som den tidigare. Dessutom kan känslig- heten för detektering av andragångsekon för de ”normala” pulstakterna genom integration göras större än motsvarande för de enstaka mätpulserna, vilket gör metoden otillförlitlig.

Genom PCT-sloifien WO 99/47944 är det förut känt att utnyttja en metod för att upplösa mätningar med en radar som är mångtydig i avstånd. Man noterar detekteringar i olika avståndsluckor och försöker associera dem till ett avstånd. Den här föreslagna metoden utnyttjas ofta hos radarstationer med så hög pulsrepeterfrekvens att entydighet inte kan uppnås inom önskat avståndsområde. Metoden fungerar väl för ett mål men redan vid två eller flera uppstår associeringssvårigheter.

Föreliggande uppfinning hänför sig bl.a. till en anordning för undertryckning av presen- tation av ekon på avstånd större än entydighetsavståndet. Avståndet till ett objekt skattas normalt inom den fördröjning inkommande eko uppvisar refererad till senast utsända puls. Om fördröjningen är så stor att en ny puls hunnit sändas ut innan signalen kommit in kommer ekoavståndet att skattas i förhållande till den senast utsända pulsen och ett för 10 15 20 25 30 699 kort avstånd kommer att anges. Sådana ekon, s.k. mångtydighetsekon, kan dels uppfattas som närliggande och därmed i många fall prioriterade mål, samt dels blockera upptäckt av mål på entydighetsavstånd och är nonnalt störande för presentationen. Detta problem kan elimineras genom att man byter radarfrekvens mellan varje puls. Sådant förfarande kräver dock en sändare som kan generera sådana pulser och denna metod är dessutom i vissa fall ej förenlig med faktiskt operativa krav. Frekvenshopp från puls till puls är ej heller förenligt med filtrering för att undertrycka orörliga ekon, vilket kräver fast frekvens.

Mångtydighetsekonas indikerade avstånd bestäms av det aktuella pulsrepetitionsinter- vallet. Genom att förändra detta kommer mångtydighetsekon att kunna uppträda vid flera indikerade avstånd i fonn av enstaka pulser/impulser. Om radam utnyttjar dopplerfiltre- ring genom att låta ekon i varje avståndsfålla passera ett filter med lämpliga frekvens- egenskaper kommer detta filters impulsfunktionssvar att sprida ut energin från varje puls i den aktuella fållan. Efier ett sådant filter kan förekomst av den ursprungliga impulsen därför ej enkelt upptäckas och därmed ej heller enkelt elimineras.

Anordningen enligt nämnda skrifi US 4 973 968 arbetar med krav på start av flera puls- repetitionsintervall vilket torde innebära problem med förstagångsmål som är i närheten av systemets blinda hastigheter. De övriga i ovanstående angivna patentskrifterna avhandlar i princip andra problem än de i ovanstående angivna.

Föreliggande uppfinning avser att lösa hela eller delar av den i ovanstående angivna pro- blematiken.

Det som huvudsakligen kan anses vara kännetecknande för en anordning som löser den i ovanstående angivna problematiken är bl.a. att radam arbetar med en i sig enligt ett stagg- (pRns att avståndsfållorna är anordnade inkopplingsbart till radarns mottagningsutrustning en i eller wobblingsmönster varierande pulsrepetitionsintervall taget medelst en första anslutningsenhet, att avståndsfållorna är försedda med var sitt dopplerfilter och detta tillhörande tröskelorgan, att respektive dopplerfilter utnyttjar 10 15 20 25 30 detektering av andra ordningen och icke parametriskt slag som för respektive mottagen impuls ger ett impulsfinrlctionssvar med längd si gnifikant kortare än ett förutbestämt antal perioder och därför för den mottagna impulsen åstadkommer ett antal utgående impulser, att vid uppträdande i radarn av en enkelimpuls representativ för ett från förstagångsekot skilt eko respektive berörda dopplerfilter mottar enkelimpulsen och avger i beroende av denna en utimpuls/utsignal som till sin varaktighet eller längd signifikant understiger varaktigheten eller förstagångseko, att signal- eller impulsbehandlingen i avståndsfâlloma, dopplerfiltren och längden för utgångsimpuls/-sigrial förorsakad av inmätt tröskelorganen alstrar, oberoende av amplitudema på enkelimpulserna, signifikant färre tröskelöverskridande för enkelimpulsema än för föstagångsimpulsema, och att en enhet är anordnad att via en andra anslutningsenhet motta av varandra oberoende utgångsimpulser som skiljer sig till antalet. Radam är på så vis anordnad att konstatera skillnaderna med hjälp av utgångspulsantalet och lägga dessa till grund för godkännandet eller undertryckningen.

I en föredragen utföringsform uppvisar det av radarn använda PRI-mönstret en sådan utformning, att det under en övermålningstid endast inkommer ett svar från ett andra- (tredje-, fiärde-, osv.)gångseko i varje berörd avståndsfålla medan normala förstagångs- ekon ger signal för varje mätpuls.

I vidareutvecklingar av uppfinningstanken åstadkommer respektive mångtydighetseko för varje fullbordat PRI mönster endast en impuls inom det förutbestämda antalet perioder.

Vidare är radarn anordnad att arbeta med det kravet att minst ett förutbestämt antal sam- pel/pulser, t.ex. sex av åtta sampel/pulser, måste överstiga en förutbestämd eller primär tröskel för emående av nämnda godkännande. Uppfinningen bygger således på insikten att använda ett antal olika pulsintervall, vilket för en MTI-radar innebär att den frekvens som radiellt rörliga mål uppvisar kommer att varieras med ett modulationsindex som är proportionellt mot den radiella målhastigheten. Denna teknik medger täckning även för radialhastigheter som ger upphov till frekvenser som sammanfaller med medelpuls- repeterfrekvensen, s.k. blinda hastigheter, vilket är känd teknik. För andragångsekon, som inte infaller i samma avståndsfålla vid de olika pulsrepeterintervallen, kommer sådana 10 15 20 25 30 525 699 ekon ge upphov till enstaka impulser i berörda avståndsfållor, vilket medför att långsamt- rörliga ekon inte heller kan undertryckas med hö gpassfiltrering ens för radarstationer med känd sändpulsfas. Genom uppfinningen kan undertryckning av blinda hastigheter möjlig- göra en högre inmätningstakt än alternativa metoder med frekvensväxling mellan succes- siva övermålningar, vilket innebär att PRF-variation är intressant även för koherenta radarstationer och föreliggande förslag till reduktion av risk för genomslag av mång- tydiga ekon eliminerar en känd nackdel vid PRF-variataionsanvändandet.

Genom att kombinera PRI-variationsanvändningen kan MTI tekniken även utnyttjas för att upptäcka och därmed även bortfiltrera fasta eller rörliga mångtydighetsekon som har lägre amplitud än reflekterade signaler från förekommande störreflexer typ mark eller regnklotter.

Det hänvisas även till efterföljande underkrav.

Genom det i ovanstående föreslagna kan den inledningsvis Omnämnda problematiken få en från teknisk synpunkt förhållandevis enkel lösning. S.k. icke parametrisk detektering kan utnyttjas. Kombinationen med koherent klotterundertryclming är ny och användbar- heten i kombination med helkoherent radar ger framträdande fördelar. Uppfinningen kan även eliminera nackdelar som kan uppkomma vid icke PRI-synkrona interferenser.

Dylika interferenser kan t.ex. uppträda vid användning av MIN-filter som utnyttjas för att understryka pulser som kan inkomma stokastiskt till radam från andra radarstationer.

Användningen av MTI-filter medför i sig att interfererande pulser förlängs, vilket tidigare försvårat användningen av M/N-filter för undertryckning.

En för närvarande föreslagen utföringsfonn av en anordning som uppvisar de för uppfin- ningen signifikativa kännetecknen skall beskrivas i nedanstående under samtidig hänvis- ning till bifogade ritning där i principschemaform visar en radar som utsänder pulser och mottar ekon från avkända föremål, och figurl 10 15 20 25 30 525 699 figur 2 principiellt visar radamas presentationsanordning. l figuren l visas en radar symboliskt med 1. Radarn är anordnad att i pulsrepetitionsinter- vall PRI utsända elektromagnetisk energi eller pulser 2 och ta emot reflexer eller ekon 3, 4 från föremål 5, 6 som reflekterar den elektromagnetiska energin. Radarn är anordnad med avståndfållor som är principiellt angivna med 7, 7', 7”. Respektive avståndslälla är försedd med eller samverkar med ett dopplerfilter eller högpassfilter 8. Radarn arbetar med en i sig enligt ett stagg- eller wobblingsmönster varierande frekvens. De med radam 1 åstadkomna funktionema symboliseras principiellt med 9. Radarn innefattar en antenn la som är anordnad vridbart med ett vridbord lb. En växel lc inkopplar vrid- bordet/antennen alternativt eller växelvis till en sändare Id och en mottagare le. Mottaga- ren le är ansluten till en analog-digital omvandlare lf. En klocka är angiven med lg och styr sändar- och mottagarkretsarna med frekvens relaterad till utsänd pulslängd. Klockan är ansluten till sändaren ld och omvandlaren lf. Till sändaren är även ansluten en sänd- pulstrigg lh medelst vilken stagg- eller wobblerfunktionen är alstringsbar. Analog-digi- tal-omvandlaren lf är efier varje utsänd puls successivt anslutbar till avståndsfällor 7a, 7b, 7c, 7d via en omkopplare li. Med arrangemanget kan impulser med varierande puls- repeteringsintervall utsändas och mottagas via antennen la.

Avståndsfälloma, t.ex. 7”, kan anslutas till efiertöljande högpassfilter/dopplerfilter 8, vilka är försedda med symboliskt angivna tröskelorgan ll, via vilka avståndsíällorna är anslutbam till en symboliskt angiven enhet 12 med syntetisk video. Avståndsfålloma 7' anslutes en och en till enheten 12 via en omkopplare 13. I enheten 12 uppträder av de inkommande ekona förorsakade reflexer 14, 15, 16 i olika antal beroende av det reflex- eller ekogivande målets eller omgivningens lägen i förhållande till den tidigare pulsens entydighetsavstånd. Avståndsfålloma 7” avser att illustrera impulsernas amplituder som funktion av tid, varvid avständsfållan 7e visar fallet med rörligt eko, avståndställan 7f fallet fast eko och avståndsfållan 7g fallet med varierande PRI-impulsrepeteringsintervall.

I fallet 7e varierar amplituden 7e° med tiden, i fallet 7f är amplituden 7f' konstant, och i fallet 7g föreligger uppträdandet av impulser 7g° med olika intervall. I enlighet med PRI- 10 15 20 25 30 variationen eller FRI-mönstret skall det inkomma endast ett svar från respektive andra- gångseko, tredjegångseko och/eller fiärdegångseko, osv. i varje berörda avståndsfålla.

Däremot skall förstagångseko ge signal/impuls för varje mätpuls.

Beroende på signal- eller impulsbehandlingen i avståndsfållorna 7', högpassfiltren 8 och tröskelorganen ll erhålles i enheten enligt ovanstående olika antal n, n' oberoende utgå- ende impulser. Radam eller arrangemanget till denna undertrycker eller medger, med hjälp av en enhet eller krets 17, presentation på radarns presentationsorgan av ifrågava- rande eko. Vid antalet n, som här representerar ett större antal, medges presentation, medan antalet n', som här representerar enstaka eller ett fåtal tröskelöverskridande som undertryckes i presentationen. Ekona eller reflexema 3, 4 kan delas upp i ekon 3 som ger impulser som når radarn innan nästa puls har sänts ut och ekon 4 som uppkommer från föremål 6 på avstånd så stort att ekot når mottagaren efter det att nästa impuls har sänts ut. Ekon som kommer in efter det att en ny puls har sänts ut kallas här mång- tydighetsekon. Som radarns entydighetsavstånd anges ofta det avstånd som svarar mot det kortaste utnyttjade PRI-intervallet. Mångtydighetsekot kan i princip utgöras av ett eko som skall kunna registreras av radarn eller ett eko som skall undertryckas eftersom det kan försämra eller störa presentationen i övrigt. Indikeringsavståndet hos pulsema varie- rar enligt ett stagg- eller wobblingsmönster på i och för sig känt sätt. Respektive avståndsfålla mottar endast en puls inom ett antal perioder, t.ex. åtta perioder. Respektive berörda Dopplerfilter 8 är anordnat att arbeta med ett impulsfunktionssvar som effektue- rar endast ett fåtal sampel/puls. Som exempel kan därvid anges tre sarnpel eller pulser.

Dopplerfiltret är även anordnat att statistiskt under nämnda förutbestämda antal perioder förorsaka ett antal oberoende sampel/pulser. I fallet då de oberoende samplema eller pulsema överstiger nämnda fåtal samplingar eller pulser avkärmes detta av enheten 17 som styr radam att ta upp ifrågavarande eko på sin presentationsanordning. I det fall antalet mätningar över en av radarns brus- eller störbakgrund bestämd nivå understiger ett givet värde, t ex vid mätning under 8 sampel ett värde 5 presenteras inte signalen medan så sker om antalet överstiger detta värde. 10 15 20 25 525 6ÉB9 I en utföringsfonn kan arrangemanget eller radam arbeta med ett krav som utgår från att ett förutbestämt antal sampel eller pulser måste överstiga en förutbestämd arnplitudtrös- kel för emående av nämnda godkärmande. Så Lex. måste sex av åtta sarnpel/pulser överstiga tröskeln för emåendet av godkännandet. Dopplerfiltret kan utgöras av en andra ordningens fördröjningsledning 17 som effektuerar det korta impulsfurxktionssvaret från filtret. Radarn kan bestå av en icke koherent MTI-radar där koherens mellan utsända signaler 2 ej föreligger. Radam kan alternativt bestå av en sändarkoherent eller en motta- garkoherent radar. I mottagningsarrangemanget ingår på i och för sig känt sätt anordnad och icke speciellt visad M/N-detektorfiirilction som möjliggör att samma eko uppträder under ett antal mätningar i syfte att kunna ge upphov till en detektering oavsett den inkommande pulsens eller signalens amplitud.

I ñguren 2 anges radarns presentationsenhet principiellt att denna utgörs av en planolär indikator där godkända signaler presenteras med ett avstånd, som är proportionellt mot ekots uppmätta fördröjning relativt senaste puls och ett vinkelläge, som avbildar anten- nens riktning vid mätningen. Vid radie Rl föreligger ett eko 18 från ett mål 5 innanför entydighetsavståndet (jämför figuren 1). Ett eko 19 på mångtydighetsavstånd R2+R före- ligger fiån ett mål som ger mångtydighetseko. Presentationsenhetens roteringsfunktion är angiven med 21. Presentationsenheten som sådan är symboliserad med 22.

De i ovanstående angivna komponenterna kan utgöras av i och för sig känt slag och skall därför inte beskrivas närmare här.

Uppfinningen är inte begränsad till den i ovanstående såsom exempel visade utförings- formen utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav och uppfinningstanken.

Claims (14)

10 15 20 25 30 64399 10 P.ans. 0301282-0 PATENTKRAV

1. Anordning vid radar (1) som dels utsänder i pulsrepeteringsintervall (PRI) elektromagnetiska impulser och mottar av reflektor(-er) (5, 6) reflekterade energipulser (3, 4) i därför avsedda avståndsfällor (7, 7 ', 7”) försedda med dopplerfilter (8), dels är anordnad att åstadkomma godkännande och undertryckning av mångtydighetseko som är önskvärt respektive ointressant eller störande i radams presentationsfttnktion (17), k ä n- n e t e c k n a d därav, att radarn arbetar med ett i sig enligt ett stagg- eller wobblings- mönster varierande pulsrepeterinsintervall (PRI), att avståndsfällorna (7, 7', 7”) är anordnade inkopplingsbart till radams mottagningsutrustriing (la-1 f) en i taget medelst en första anslutningsenhet (li), att avståndsfållorna är försedda med var sitt dopplerfilter (8) och detta tillhörande tröskelorgan (1 1), att respektive dopplerfilter utnyttjar detektering av andra ordningen och icke parametriskt slag som för respektive mottagen impuls ger ett impulsfunktionssvar med längd signifikant kortare än ett förutbestämt antal perioder och därför för den mottagna impulsen åstadkommer ett antal utgående impulser, att vid upp- trädande i radarn av en enkelirnpuls representativ för ett från förstagångsekot skilt eko respektive berörda dopplerfilter mottar enkelimpulsen och avger i beroende av denna en utimpuls/utsignal som till sin varaktighet eller längd signifikant understiger varaktigheten eller längden för utgångsimpuls/-sigiral förorsakad av inmätt förstagångseko, att signal- eller impulsbehandlingen i avståndsfålloma, dopplerfiltren (8) och tröskelorganen alstrar, oberoende av arnplituderna på enkelimpulsema, signifikant färre tröskelöverskridande för enkelimpulsema än för föstagångsimpulserna, och att en enhet (12) är anordnad att via en andra anslutningsenhet (13) motta av varandra oberoende utgångsimpulser (n, n') som skiljer sig till antalet, varvid radam är anordnad att konstatera skillnaderna med hjälp av utgångsimpulsantalet och lägga dessa till grund för godkännandet eller undertryckningen.

2.. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnt mönster för det varierande pulsrepeteringsintervallet uppvisar en utformning som förorsakar att det under en övermålningstid i radam inkommer endast ett svar från ett andra, tredje-, 10 15 20 25 30 525 699 r/ fiärde- (osv.)-gångseko i varje berörd avståndsfålla, medan respektive iörstagångseko ger impuls/signal för varje mätpuls.

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att respektive mång- tydighetseko är anordnat att i respektive avståndsfålla åstadkomma endast en impuls inom det förutbestämda antalet perioder.

4. Anordning enligt patentkravet l, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att radam är anordnad att arbeta med ett krav att minst ett íörutbestämt antal sampel/pulser, t. ex. sex av åtta sampel/pulser, måste överstiga en förutbestämd (primär) tröskel för emående av \ nämnda godkännande.

5. Anordning enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d därav, att radam (1) består av en mottagarkoherent radar där koherens mellan successivt utsända närliggande pulser ej föreligger.

6. Anordning enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d därav, att radarn (1) består av en sändarkoherent radar anordnad att utnyttja varierande pulsrepeti- tionsintervall under övermålning och därmed möjliggöra detektering av vid med samtliga förekommande hastigheter och därmed högre avspaningstakt i kombination med möjlig- het till undertryckning av andragångsekon, från såväl rörliga som fasta mål.

7. Anordning enligt patentkravet 6, ä n n e t e c k n ad därav, att radam är anord- nad att undertrycka mångtydighetsekon även med amplitud lägre än motsvarande hos aktuell klotterbakgrund.

8. Anordning enligt något av patentkraven l-7, k ä n n e t e c k n a d därav, att den arbetar med en till pulsrepetitionsintervallet (PRI) relaterad växlingsvis sekvens som spri- der ut flergângsekon maximalt över en given mättidsperiod. 10 15 20 25 525 699 /Jl

9. Anordning enligt något av patentkraven 1-8, k ä n n e t e c k n a d därav, att den arbetar med ett MTI-ñlter som ger flera oberoende sampel eller samordningar under varje mätperiod.

10. Anordning enligt något av patentkraven 1-9, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en M/N integrator anpassad till utsignalens korrelationsegeriskaper.

11. ll. Anordning enligt något av patentkraven 1-10, k ä n n e t e c k n a d därav, att i anslutning till MTI-radar är en frekvens som radiellt rörligt mål uppvisar varierbar med ett modulationsindex radiella mål- reflektorhastigheten. som är proportionellt mot den eller

12. Anordning enligt något av patentkraven l-ll, k ä n n e t e c k n a d därav, att i anslutning till koherent radar derma är anordnad att trots PRI variation reducera risk för otillbörlig presentation av mångtydighetsekon

13. Anordning enligt något av patentkraven 1-12, k ä n n e t e c k n a d därav, att i anslutning till MTI-radar PRI-variationen medverkar till att bortfiltrera fasta eller törliga mångtydighetsekon med lägre amplitud än reflekterad impuls/signal från förekommande störreflexer törorsakade t.ex. av mark, regnklotter, etc.

14. Anordning enligt något av patentkraven l-13, k ä n n e t e c k n a d därav, att FRI-variationen är anordnad att möjliggöra undertryckning i presentationen av osynkrona interferenser, härrörande från t. ex. andra radarstationer.