DE2223242A1 - Anordnung zur extraktion von wetterinformationen aus radarempfangssignalen - Google Patents

Description

• "Anordnung zur Extraktion von Wetterinformationen aus Radarempfangssignalen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Extraktion von solchen Radarempfangssignalen, die für die Iso-Echokonturen von Wettergebieten charakteristisch sind. Eine solche Anordnung ist kurz als Wetterextraktor bezeichenbar und steht dem Trend entgegen, wetterabhängige Anzeigen, die üblicherweise als Clutter die Signalauswertung störend behindern, bei der Auswertung von Radarempfangssignalen zu unterdrücken. Beispielsweise werden hierzu zirkular polarisierte Radarwellen, logarithmische Empfänger.
• und Anordnungen zur Festzielunterdrückung (MTI) ) weitverbreitet benutzt. Mit dem Aufkommen der digitalen Radardatenverarbeitung wurde der Grad der Clutterunterdrückung noch weiter erhöht, mit dem Ziel, die Falschalariirwahrscheinlichkeit möglichst gering zu halten und die Datenverarbeitungskapazität auf einem wirtschaftlich vertretbaren Ausmaß zu halten.
• Beim Einsatz von Radar-Überwachungsanlagen in der Flugsicherung mit einem hohen Grad von Clutterunterdrückung hat es sich jedoch als nachteilig herausgestellt, daß das Fehlen der Wetterinformationen besonders bei einem synthetischen Radarbild die Herumführung der Luftfahrzeuge um Schlechtwettergebiete und die Auswahl optimaler Flugrouten unmöglich macht, soweit die Radardaten zur Lösung dieser Flugsicherungsaufgabe herangezogen werden sollen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der einleitend genanten Art anzugeben, die bei Einsatz in der Flugsicherung die Lage und Grenzen sowie gegebenenvon Schlechtwettergebieten/ falls den Kerngeinschl1eßllch der Wettergradienten erkennbar macht und die optimale Beratung der Piloten der überwachten Luftfahrzeuge über ihren Kurs ermöglicht. Vorzugsweise soll diese Anordnung auf digitaler Basis arbeiten. Die von dieser Anordnung ermittelten Wettermeldungen sollen in eine synthetische Radarbilddarstellung einblend-' bar sein. In Entfernungsrichtung soll die Auflösung der 28 Anordnung beispielsweise 2 Zellen bei einer maximalen Reichweite von beispielsweise 150 NM sein, während die Auflösung in Azimutrichtung beispielsweise 10 betrage soll.
• Die Erfindung besteht bei einer Anordnung der einleitend genannten genannten Art darin, daß bei Aufteilung des Überwachungsgebietes in Flächenelemente, die durch Kreisringe und Kreissektoren mit dem Radarstandort als Mittelpunkt begrenzt sind, eine Schaltung zur Mittelwertbildung vorgesehen ist, die innerhalb jeden Flächenelementes eine MLttung der zugehörigen Ernpfangssignalamplituden in Entfernung und Azimut durchführt, daß eine Schwellenlogik an die Schaltung zur Mittelwertbildang angeschlossen ist, die die Mittelwerte mit vorgegebenen Schwellwerten vergleicht und bei Überschreiten des Schwellwertes ein vorgegebenes digitales Ausgangssignal abgibt, daß der Schwellenlogik eine Schaltung zur Konturauswertung folgt, die einerseits in jeder Auswerteperiode in Entfernungsrichtung die aufeinander folgenden Schwellüberschreitungen ermittelt und daraus unter Gattung in Entfernungsrichtung Anfang und Ende der Wettergebiete im augenblicklichen Azimutwert bestimmt und die andererseits diesen Anfängen und Enden entsprechende Signale in einen Konturspeicher einschreibt und dieso untor (littung im Azimut in Iso-Echokonturnioldungen umformt.
• Anhand der Abbildungen wird im folgenden ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben, das in den Abbildungen in Form von Blockschaltbildern gezeigt ist.
• Gemäß Fig. 1 besteht dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einer Einrichtung zur Trefferverarbeitung 1. Diese Einrichtung ist eingangsseitig beispielsweise über einen Normal-T?I-Schalter und gegebenenfalls eine Serienschaltung aus einem Optimalfilter und einem logarithmischem Verstärker an den Ausgang des zugehörigen Empfängers angeschlossen. Diese en Eingangsschaltung/der Einheit 1 sind in den Abbildungen nicht dargestellt, da sie an sich bekannt sind. Der Normal-MTI-Schalter kann von einem digitalen Zielextraktor oder von der gleichen Einheit gesteuert werden, die den digitalen Z.ielextralctor stettort, Tn der Einheit 1 wird gemäß datri Blockschaltbild der Fig. 2 mittels einer Regelschaltung 2 zunächst das Bingangssignal der Einheit i auf einen konstanten Raus chwert geregelt, um Verstärkungsschwankungen und ähnliche Langzeiteinflüsse von der weiteren Datenverarbeitung fernzuhalten. Eine ogenannte STC-Schaltung 3 eliminiert die Entfernungsabhängigkeit der Signalamplituden vom Radarstandort proportional einem vorgegebenen Wert, der zwischen R2 und R4 liegt (R = Zielentfernung). Nach dieser Vorverarbeitung werden die Signale einer Schaltung 4 zur Amplitudenquantisierung zugeführt, die beispielsweise eine 4-bit-Quantisierung durchführt; bei einer entfernungsmäßigen Aufteilung des Überwachungsgebietes in Flächenelemente entsprechend einer Signallaufzeit von 7,5 /usec sucht diese Schaltung 4 beispielsweise pro 2,5 /usec den jeweiligen größten Signalamplitudenwert und gibt diesen gefundenen Wert auf den Eingang einer Schaltung zur Mittelwertbildung'5.
• Die Flächenelemente entsprechen entfernungsmäßig beispielsweise einer Signallaufzeit. Die Schaltung zur Mittelwertbildung 5 ist bezüglich ihres inneren Aufbaus einem Teil der Fig. 3 entnehmbar. Die Schaltung 5 enthält eingangssei tig im Beispielsfall ein Schieberegister 6, in das die in 4-bit-digitalisierten Ampltudenspitzenwerte zunächst eingeschoben werden, und zwar jeweils drei zu aufeinander folgenden Entfernungsquanten (3 x 2,5 /usec) gehörige Spitzenwerte. Anschließend erfolgt in einer Einrichtung 7 zur arithmetischen Mittelung über jeweils drei zusammengehörige Entfernungsquanten eine arithmetische Mittelwertbildung, so daß die Information über einen 7,5 /usec langen Entfernungsquant am Ausgang der Einrichtung 7 zur Verfügung steht. Diese Mittelwerte gelangen zu einer Einrichtung 8, in der eine iterative Mittelung gemäß der Gleichung 5 a Si - 1 + (1 - a) A.
• 1 1 erfolgt, wobei S. = Aktuelle Summe i - 1 = Summe des vorhergehenden Rechenschrittes Ai = Aktueller Amplitudenwert nach der arithmetischen Mittelwertbildung a = einstellbarer Bewertungsfaktor bedeuten. Eine Einrichtung 9 dient hierbei der iterativen Wichtung bei der Einstellung des Bewertungsfaktors. Die von der Einrichtung 8 bestimmten Mittelwerte werden in einen Speicher 10 vorgeschrieben, der beispielsweise 256 Adressen enthält und über eine Ein- und Ausgabeeinheit 11 im Zeitmultiplex mit -der Einrichtung 8 zusammenarbeitet. Jede der 256 Speicheradressen des Speichers 10 hat beispiels weise 10 bit. Diese 10 bit werden zum Ablegen des etwa 8 bit umfassenden Mittelwertes und als Steuerbits für eine Schwellenlogik 12 verwendet. Der Schwellenlogik 12 ;(Fig.
• 1 und 3) sind Schwellwerte vorgebbar, mit denen in der Schwellenlogik die von der Einheit 5 abgegebenen Mittelwerte verglichen werden. Bei überschreiten des Schwellwertes gibt die Schwellenlogik 12 digitale Ausgangssignale ab. Zur Einstellung der Schwellwerte dienen im gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung Einstelleinrichtungen 13 und 14, die beispielsweise impulsbedienbar sind und die Schwellwerteinstellungen für die Grenzen von Wettergebieten und den Xern von Wettergebieten ermöglichen.
• Es können zusätzliche analog arbeitende Einrichtungen vorgesehen sein, mit denen andere oder zusätzliche Schwellwerte zur näheren Kennzeichnung der Wettergebiete einstellbar sind, beispielsweise zur Erzeugung von Scharen von Iso-Echokonturen. Der in der Einrichtung 5 erzeugte Mittelwert wird in Entfernungsschritten von im Beispielsfall von 7,5 µsec und in Azimutschritten von beispielsweise 1° der Schwellenlogik 12 zltefiihrt; diese etollt fest, ob ei.no der beiden Schwellen, die mit 13 und 14 eingestellt sind, überschritten werden oder nicht und gibt diese Information einer Schaltung zur Konturauswertung 15 weiter. Die Einrichtung, die die Iso-Echoschwellen enthält, ist mit 16 bezeichnet, ihr Ausgang für den Zonenrand mit 17 und der Ausgang für den Kern des Wettergebietes mit 18.
• Die Schaltung zur Konturausbildung 15 enthält ausgangsseitig getrennte Auswerteeinrichtungen für Impulsmuster für Zonenrand und Zonenkern. Diese getrennten Auswerteeinrichtungen sind mit 19 und 20 bezeichnet. Zu ihnen gehören Einstelleinrichtungen 21 bzw. 22, mit denen ihre Parameter veränderbar sind, so daß die Art der Überbrückung von Einbrüchen im Sinne einer Glättung sowohl in Entfernungsrichtung als auch in Azimutrichtung eingestellt werden kann. Der Impulsmusterauswerter arbeitet in der Weise, daß er pro Auswerteperiode (Auswertesweep) in Entfernungsrichtung die aufeinander folgenden Schwellüberschreitungen zählt und die Anfänge und die Enden von Gebieten durch Vergleich mit den vorgegebenen Parametern bestimmt und daß- er diesen Anfängen und Enden entsprechende Signale in Eonturspeicher einschreibt und diese unter Glättung im Azimut in Iso-Ecnokonturmeldungen umformt. Die Kontur speicher sind mit 23 und 24 bezeichnet und enthalten jeder im Beispielsfall drei 10-Sektoren bei 256 Adressen. Somit werden die Anfangs- und Endmeldungen von Störgebieten getrennt nach Zonenrand und Xern in je einen Ronturspeicher eingeschrieben, in jedem von diesen drei lo-Sektoren in Azimutrichtung agbelegt werden können. Eine Auswertelogik 25 sucht nacheinander diese drei Sektoren nach Anfangs- und Endmeldungen von Störgebieten ab und faßt diese zu Iso-Echokonturen zusammen, wodurch eine Glättung in Azimutrichtung vorgenommen wird.
• Die Iso-Echokonturmeldungen werden anschließend einer Übergabeeinheit 26 zugeleitet, die die Informationen in Feldern zusammenstellt.
• Zur Steuerung der Datenverarbeitung ist weiterhin eine in Fig. 1 angedeutete Taktzentrale 27 vorgesehen, die beispielsweise den Pre-Trigger der zugehörigen Radaranlage erhält und den jeweiligen Azimutwert mit Hilfe eines Uroszillators stellt diese Takt zentrale über eine Logikschaltung Arbeitstakte sowie korrigierte Entfernungs- und Azimutwerte zur Verfügung.
• Fig, 4 verdeutlicht skizzenhaft in falschem Maßstab die beim Ausführungsbeispiel der Erfindung vorausgesetzte Flächenaufteilung des Uberwachungsgebietes in Flächenelemente, die durch Kreisringe und Kreissektoren mit dem Radarstandort als Mittelpunkt begrenzt sind.

Claims (5)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e

   1=/Anordnung zur Extraktion von solchen Informationen aus Radarempfangssignalen, die für die Iso-Echokonturen von Wettergebieten charakteristisch sind, dadurch Eekennzeichnet, daß bei Aufteilung des Uberwachungsgebietes in Flächenelemente, die durch Kreisringe und Ereissektoren mit dem Radarstandort als Mittelpunkt begrenzt sind, eine Schaltung zur Mittelwertbildung vorgesehen ist, die innerhalb jeden Flächenelementes eine Mittelung der zugehörigen Empfangssignalamplituden in Entfernung und Azimut durchführt, daß eine Schwellenlogik an die Schaltung zur Mittelwertbildung angeschlossen ist, die die Mittelwerte mit vorgegebenen Schwellwerten vergleicht und bei Überschreiten des Schwellwertes ein vorgegebenes digitales Ausgangssignal abgibt, daß der Schwellenlogik eine Schaltung zur Eonturauswertung folgt, die einerseits in je'der Auswerteperiode in Entfernungsrichtung die aufeinander folgenden Schwel1-überschreitungen ermittelt und daraus -unter Glättung in Entfernungsrichtung Anfang und Ende der Wettergebiete im augenblicklichen Azimutwert bestimmt und die andererseits diesen Anfängen und Enden entsprechende Signale in einen Konturspeicher einschreibt und diese unter Glättung im Azimut in Iso-Echokonturmeldungen umformt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Mittelwertbildung sowohl eine Einrichtung zur arithmetischen als auch eine Einrichtung zur iterativen Yiitteilung enthält.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur iterativen Mittelung gemäß der Gleichung 5. = α . cc 5 + (1 - cc) A.
4. 1 i-1 1 arbeitet, wobei 5. = Aktuelle Summe i - 1 = Summe des vorhergehenden Rechenschrittes A. = Aktueller Amplitudenwert nach der arithmetischen Mittelwertbildung = = einstellbarer Bewertungsfaktor 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Konturauswertung zur Glättung der Anfangs- und Endmeldungen in Entfernungsrichtung eine Auswerteeinrichtung für Impulsmuster enthält, die zwischen Anfang- und Endmeldungen liegende weitere Anfang-und Endmeldungen nach vorgegebenen Gosetzmäßigkeiten unterdrückt.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Konturspeicher mit Auswertelogik vorgesehen ist, die azimutal benachbarte Anfangs- bzw. Endmeldungen zu einer Iso-Echokontur verbindet und hierbei azimutale Einbrüche unterdrückt.