DE2351511A1 - Schaltungsanordnung zur positionsschaetzung von radarzielen - Google Patents

Description

Patent-Verwaltungs-GmbH 6000 Prankfurt (Main) 70, Theodor-Stern-Kai 1

Ulm (Donau), 12. Oktober 1973

PT-UL/Schz/sa

UL 73/134

"Schaltungsanordnung zur Positionsschätzung von

Radarzielen"

Die Erfindung betrifft eine auf den Grundlagen der Zeichenerkennung "basierende Schaltungsanordnung zur Positionsschätzung der durch Pulsradargeräte, insbesondere 2 D-Schiffradaranlagen, abgetasteten, stark gestörten Ziele, um eine automatische Zielverfolgung mit möglichst weitgehend geglätteter Spurdarstellung zu ermöglichen. Diese Schaltungsanordnung ist im folgenden Zielkoordinatenestimator genannt.

Die Aufgabe von Radargeräten besteht bei der Zielortung neben der Zielerkennung in der möglichst genauen Ermittlung der Koordinaten eines entdeckten Zieles, wobei der Einfachheit halber meist mit Polarkoordinaten Φ und E gearbeitet wird (Fig. 2). Bei Pulsradargeräten bereitet wegen der relativ kurzen Sendeimpulse T* und der damit inhärent verbundenen hohen entfex*nungsmäßigen Auflösung Δ R (T'ssA R) im allgemeinen die Abschätzung des Betrages des Radiusvektors R₂ (» Entfernung Radarantenne-Ziel) bei bekannter Zielschwerlinie ( » wahrscheinlichste Trefferzeile eines ein Ziel darstellenden. Treffer-

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musters) geringere Schwierigkeiten als die des Azimutwinkels Wy₁. Durch, die Erfindung soll nun einerseits diese Zielschwerlinie (maximal korrelierte Trefferfolge eines Entfernungsringes Δ E) fixiert und andererseits die Winkelmeßfehler "bei der Bestimmung des Azimutwinkels als den Parameter einer stochastischen Verteilung - trotz der geringen azimutalen Auflösung der Radarantenne -' minimal gehalten werden. Dabei soll die Radarzielinformation, in Form nur "binär quantisierten Radarvideos zur Verfügung stehen dürfen (Quantisierungs-

. de

rauschen), das zur ClutteTEorrelation in einem nichtrekursiven Integrator "bewertet über mehrere Antennenumläufe aufsumaiert wurde, wo"bei die Radarimpulsfolgefrequenz aus der Frequenz der azimutalen Vinkelinkremente Δ φ abgeleitet ist, um ein räumlich starres Winkelraster zu erhalten. Wegen der statistischen Natur der Radardaten ist es allerdings unmöglich, die Zielposition innerhalb der Systemzeitkonstante mit jedem gewünschten Genauigkeitsgrad zu lokalisieren, da schon die reine Zielerkennung während dieser Zeitspanne wegen des Empfängerrauschens und der Zielscintillationen in vielen J?ällen gewisse Schwierigkeiten bereitet.

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Aus der Literatur und der Praxis sind viele Verfahren zur Entfernungsmessung und azimutalen Winkelbestiramung bekannt, allen voran die optimalen Schätzverfahren nach der Vorschrift dea^Maximum Likelihood EstinatorsVnd des "Binomial Detektors. Sie gehen - entsprechend der Optimalfiltertheorie im Videobereich; "Sendeimpulslänge Γ gleich Entfernungsinirenent λ/ϊ von der Annahme aus, ein Ziel räit unbekanntea Azimut ψ- sei in einem (U/ Entfernungsring der Breite ·δ£ in der Entfernung R₇. von der Radarantenne über die im Azimut korrelierte Trefferfolge mit den Azimutwinkeln

(f. ... ψ , als Folge von hintereinander abgestrahlten Sendesignalen, entdeckt. Bezeichnet man die Folge der Entdeckungen im Abstand R_-7. mit X = (X₁ ... X )-, so besteht das Basisproblern darin, ^{f mit minimalem Fehler aus der Folge der Entdeckungen X zu schätzen. Setzt man nun ein räumlich festes Vinkelraster voraus, so ist bei symmetrischer Ant.enncnfunktion und unter Vernachlässigung des Rauschens der Azimutwinkel des Zieles der Mittenwinkel der Echoimpulsgruppe X. Die Zielrichtung kann folglich dadurch bestimmt werden, daß die Impulsfolge X in azimutaler Richtung im entsprechenden Entfernungsring aufsummiert wird und auf Zielanfang ZA mit dem zugehörigen Azimutwinkel ^⁷ geschlossen wird, wenn diese Treffersumme eine vorgegebene Schwelle überschreitet bzw. Zielende ZE erklärt wird, wenn die Treffersumme diese Schwelle wieder unterschreitet, wobei der zugehörige Aziniutwinkel mit ψ„ festgelegt wird. Als Zielmittenwinkel könnte nun γ·> - ^^{7 4} ~£r fehlerfrei berechnet werden, gäbe «β kein Rauschen, keine Zielfluktuationen usw., d.h. gäbe es keine Schwankungen der Echoimpulse, die letztlich zu statistischen Fehlern bei der Azimutbestimmung führen. Bei diesen Betrachtungen werden systematische Winkelfehler, die z.B. vom Encoder oder Getriebe usw. herrühren, außer Acht gelassen-

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Kritik des Standes der Technik:

. 2 3 P I5 I I

Alle dieseYVerfahren und Betrachtungsweisen setzen aber mehrere Pakten nicht in Rechnung, die die Ergebnisse der Vinkelbestinusung stark beeinflussen bzw. eine automatische Zielverfolgung unmöglich machen, nämlich: Daß sich die Echoimpulse über mehrere (meist 3-5) Entfernungsringe erstrecken, daß auf Grund von Störungen keine geschlossenen Trefferbilder vorliegen, daß Ziele, die in starken Störungen eingebettet sind, nur nach einer Integration der Videosignale über mehrere Antennenumläufe entdeckt und ihre Position geschätzt werden kann und daß bei wiederholter Abtastung desselben Zieles dessen Schätzwert if ~ um ψ~ schwankt, ψ »Ε ί ψ )t wobei diese Schwankung durch die Streuung

G'*(%)*£$^ti~ %)^ZJ ausgedrückt werden

kann und diese Standardabweichung der AzimutSchätzung aber wiederum eine Funktion des Smpfängerrauschens, der Höhe der Quantisierungsschwelle, des Scintillationsspektrums, der Antenneneharakieristik, des Rückstrahlquerschnittes des Zieles, der Sendeimpulswiederholfrequenz und der Trefferzahlen ist, Komponenten, die selbst unter idealen Bedingungen eine exakte Azimutbestimmung verhindern.

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~5 -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, basierend auf den Grundlagen der Zeichenerkennung eine einfache, an vorhandene automatische Extraktionssysteme leicht nachrüstbare Schaltung anzugeben, die die wahrscheinliehe Zielschverlinie im Abstand R_ und den Schätzwert ψ des wahren Zielmittenwinkels Y₇ mit kleinst-Qoglichem Fehler bestiiErat. Als Vergleichswert wird dabei die Leistung■eines Radarbeobachters als optimaler Estimator herangezogen.

Eine sichere automat ischje Zielverfolgung selbst bei schwierigen Begegnungskriterien, verbunden mit - entsprechend der Systemzeitkonstante - maximaler Spurglättung bei der PPI-Darstellung, soll gewährleistet sein.

Wird der Zielkoordinatenest'iraator in einem automatischen Extraktionssystem nachgeriistet, so sollen aus Kostengründen die bekannten Funktionsgruppen:-

Kurzzeitsteuerung der 1. Schwelle Impulsmittenbestiramung
Peinentfernungsbestimmung
Regelung der 2. Schwelle
Korrelationsdetektor

ersatzlos eliminiert werden können. Weiterhin ist der

a ■ .

Einsatz von assoziativen Speichern zur Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit des gesamten Systems zu ermöglichen, wobei zur Verringerung des Speicherplatzbedarfes der gesamte Radarbedeckungsbereich nach einer Signalverarbeitung in eine begrenzte Anzahl von Zielerwartungsgebieten (Rahmen) für die Weiterverarbeitung aufgespalten werden kann.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch, gelöst,, daß zur Einsparung von digitalen Speicherplätzen bei der Clutterdekorrelation nach einer manuellen Signalvorverarbeitung nur das binär quantisierte Radarvideo jedes mit einem Zierlerwartungsgebiet belegten Zieles in. einem nichtrekursiven Integrator bei starrem Winkelraster über mehrere Antennenumläufe bewertet aufsummiert wird und daß nach dent Einschwingen dieses Tiefpaßfilters und nach Erfüllung bestimmter Trefferkriterien pro quantisierteia Flächenelement ( ^iR* ^\ip ~n:>r/ und pro Antenneaumlauf für jedes Zielerwartungsgebiet die zugehörigen gefilterten Treff er meldung en ausgegeben werden, die dann in Realzeit einerseits über einen fest zugeordneten oder im Zeitmultiplex betriebenen Wanderfensterdetektor verarbeitet werden, wobei die hieraus gewonnenen. Zielanfangs- und Zielendemeldungen (ZA, ZE) ±m nachfolgenden Zeilenesticator, der sich aus einem Analysator mit Extralctionslogik und Trefferbildspeicher und einem sich anschließenden Klassifikator mit Entscheidungslogik und Zielkoordinatenspeicher zusammensetzt, gemeinsam mit den Einzel- und Doppeltreffern eines Zieles nach Durchführung einiger arithmetischer und logischer Operationen zur Bestimmung der wahrscheinlichsten Zielschwerlinie im Abstand R_, herangezogen werden, andererseits nach einer disjunktiven Verknüpfung über zwei aufeinanderfolgende Entfernungsringe in einem Trefferzwischenspeicher abgelegt werden, dessen Bitzahl der Anzahl der quantieierten Flächenelemente eines Zielerwartungsgebietes entspricht und daß mit dem Eintreffen des Rahmenendeirapulsxeines Zielerwartungsgebietes über den Zeilenselektor des Zeilenestiraators nur die jeweils wahrscheinlichste Ziölschwerlinio aus dom Trefferzwischenspeicher in d&n gleichen VTanderfensteisdetektor eingespeist wird, der nun diese Trefferfolge ebenfalls auf

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ZA- und ZE-Kcldungen hin untersucht und ία ungestörten Betrieb die zugehörigen Winkelanrangs- bzw» Winkelendwerte *f , bzw. ψ„, bezogen auf den azimutalen Beginn eines Zielerwartungsgebietes, an den Zielrechner zur Berechnung des Zielmittenwinkels Ψ„ liefert. wohingegen im gestörten Betrieb diese beiden Winkelwerte vom ZeilenestiiuatoV modifiziert dem Zielrechner zur Verfugung gestellt worden und daß au.s zeitlichen Gründen die Zielkoordinatenabsehätsungen ^„, R_) in parallelen Prosressoren durchgeführt werden oder· aber assoziative Speicher Verwendung fladen»

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— O —

■ · ΐ

Weitere Ausgestaltung: 2351511

Um einen Zielkoordinatenestimator gemäß der Erfindung preislich besonders vorteilhaft zu gestalten, wird man nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung in vielen Fällen auf die mit parallelen Prozessoren erzielbaren Höchstgeschwindigkeiten verzichten und alle Schaltungseinheiten mit Ausnahme der Speicher im Multiplexbetrieb einsetzen. Neben einer merklichen Kostenreduzierung wird mit dieser Lösung auch eine Erhöhung der Schaltungszuverlässigkeit aufgrund der Reduzierung der Bauelementezahl erreicht« allerdings sinkt die Verarbeitungsgeschwindigkeit merklich ab. Einen gewissen Zeitgewinn erzielt man aber wiederum durch den Einsatz von assoziativen Speichern sowohl im Zielextraktor als auch im Zielkoordinatenestimator.

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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch den Zielkoordinatenestimator die azimutale ( V_z) und entfernungsmäßige (R_) Positionsbestimmung eines Zieles beträchtlich verfeinert und gleichzeitig durch den nun möglichen Einsatz eines Spitzendetektors statt des üblichen Flankendetektors die Zielentdeckungswahrscheinlichkcit um ca. 2,5 db gesteigert wird. Daneben lassen sich schaltungsmäßig beachtliche Einsparungen erzielen, da die Baugruppen Feinentfernung, Impulsmittenbesimmung, Korrelationsdetektor, Kurzzeitregelung der 1. Schwelle (binäre Quantisierung) und Regelung der 2. Schwelle entfallen. * -

Weiterhin wird die Separierbarkeit von zwei sich begegnenden Zielen und folglich die automatische Zielverfolgung in vorteilhafter und erheblicher Weise erhöht, da nun der Zielrechner nicht mehr die erste Trefferzeile, die über den Wanderfensterdetektor die ZA-Meldung liefert und erfahrungsgemäß meist aufgerauht ist und deshalb zu größeren Zielmittensprüngen Anlaß gibt, verarbeitet, sondern die wahrscheinlichste eines aus mehreren, entfernungsmäßig hintereinanderliegenden Trefferzeilen bestehenden Zieles, nämlich die sog. Zielschwerlinie. Desgleichen wird durch die disjunktive Verknüpfung der quantisierten Videos zweier Entfernungsringe Λ. R der Quantisierungseffekt und die .Impulsbreitenmodulationsauswirkungen der 1. Schwelle gemildert und es tritt eine gewisse Glättung an den Zielrändern in Azimutrichtung auf. Da die Entfernungsabschätzung., einer Zielposition gleichfalls nicht mohr wie bisher aus der im Azimut mehr oder weniger korrelierten Trefferfolge von differenzierten Einheitsimpulsen eines Zieles abgeleitet wird, sondern vielmehr über die Trefferhäufigkeitavertoilungen (Einzeltreffer f_T und Doppeltreffor fVj) ^der *ⁿ ihrer Impulslänge unveränderten

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Echotreffern, geht die Zielfeinstruktur loren, vas zu einem weiteren Informationsgewinn gegenüber bekannten Schaltungganordnungen führt und sich in. geringeren Streuungen der Winkel- und Entfornungsfehler niederschlägt; d.h. sämtliche Inforiaationsverluate durch den Verlust der Kenntnis der Trefferlänge einea Zielechos werden eliminiert und dadurch auch ein Gewinn bei der Trefferintegration über mehrere Antennenumläufe erzielt, im Gegensatz dazu, wenn die aufgerauhten Trefferbilder, die aus den differenzierten Einheitstreffern der Schaltung zur Bestimmung der lapuls· mitte resultieren, aufintegriert würden. Desweitei-en sei noch auf die Informationsverluste hingewiesen, die durch die sogenannten Abschattungseffekte der Kurzzextsteuerung· für die 1. Schwelle auftreten und zu großen Schwierigkeiten bei der automatischen Zielverfolgung führen.

Ein weiterer, nicht zu unterschätzender Vorteil dor Erfindung besteht letztlich darin, daß sie sich schaltungsmäßig leicht an schon vorhandene Zielextralctoren hachrüsten läßt.

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O O Γ -J C -Ι Λ

Ein. Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Blockschaltbild dargestellt und Wird im folgenden näher beschrieben.. ' .

Es zeigen: /

Fig. 1 Digitaler Zielkoordinatenestimator in einem automatischen Zielextraktor nachgerüstet«

Fig. 2 Zielerwartungsgebiet im Bedeckungsbereich einer Rundsichtradaranlage.

Fig. 3 Nichtrekursivor Integrator. . "· Fig. k Treffermuster in Zielerwartungsgebieten.

Fig. 5 Disjunktion der Trefferzeilen mit Trefferzwischenspeicher.

Fig. 6 Zeilenestimator eines Zielerwartungegebietos.

Fig. 7 Belegung von Trefferbild- und Zielkoordinatenspeicher.

Fig. 8 Bestimmung der Zielschwerlinio.

Fig. 9 Prinzipschaltbild des Zielkoordinatonestimators.

Zur automatischen Erfassung und Verarbeitung von Radarvideodaten werden in zunehmendem Maße automatische Zielextraktoren eingesetzt, die als Wahrscheinlichkeits-Verhältnis-Detektoren auf der Theorie von Neyman und Pearson beruhen. Trotz ihrer für Radaranwendungen vielfach optimalen Eigenschaften weisen sie auch Nachteile auf, da sie zur Ziclcxtraktion ein vorliegendes .Trefferbild (siehe Fig. 2) nur im Azimut zeilenweise auswerten, eine starre, vorbesticimte Anzahl von Abtastwerten

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benötigen und letztlich, die ihrer Konzeption zugrunde liegenden statistischen Verteilungen von Störungen
und Signalen (Echos) bekannt sein müssen, da Abweichungen von den bei ihrer lionzipierung einmal angenommenen Verteilungsfunktionen ebenfalls zu ernsthaften Abweichungen der erwarteten Wirkungsweise führen-

Vorteilhafterweise wird deshalb nachfolgend solch ein automatischer Detektor durch einen auf der Zeichenerkennung basierenden Zielkoordinat^/jestinator nebst Hilfseinrichtungen ergänzt, um bei der Zielerkennung, der Abschätzung der Zielposition und der automatischen
Zielverfolgung optimale Ergebnisse zu erzielen.
Anhand der Fig. 1 wird das Prinzip des Zielkoordinatenestimators iia Zusatnmenspiel mit den wesentlichen Schaltungsteilen eines Digitalen Zielextraktors (nach dem Prinzip des ¥anderfensterdetektors) aufgezeigt; dabei stellen die stark umrandeten Blöcke die wichtigsten Baugruppen des Zielkoordinatenestieators dar, die
schwach linierten Kästchen dagegen Teile -des als bekannt; vorausgesetzten Extraktions systems. Zur Vereinfachung wird weiterhin im nachfolgenden Text nur auf die Verarbeitung eines (1) Zielerwartungsgebietes mit 8 Entf ernungsringen (4. R) und 12ß Azimutschritten ( &γ )
eingegangen; es versteht sich aber fast von selbst«
daß das erfindungsgemäße Verfahren auch auf η solche Erwartungsgebiete und somit im Grenzfall« auf den gesamten Erfassungsgebiet einer Rundsichtradaranlage
(Fig. 2) anwendbar ist. Die einzelnen Bausteine gemäß Fig. 1 werden später ia Detail beschrieben, hier soll vorerst nur der rote Faden für das Verständnis des
gesamten, erweiterten Extraktions systems gezogen werden.

Das analoge Radarvideo wird in der Schaltung ¹¹I. Schwelle¹¹ binär und im Spitzendeteldtor (Peak detector^ zeitlich quantisicrt und zur C Iu 11 er dekor r elation über mehrere Antennenuialäufo auf integriert, wobei Verabr-edungsgeiriäß Jeweils nur ein einzelnes Zielerwartungsgebiet näher untersucht werden βο11-

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Nach Erfüllen bestimmter Trefferkriterien Integrator nun entsprechend der Zusammensetzung der Nutzzielechos flächenhaft verteilte 7refferfolgen, wobei zur automatischen Erfassung und Auswertung dieser, ein oder mehrere Ziele darstellenden Treffermuster, neben der Zielextraktion durch Binomial-Detektoren, die Methoden der Zeichenerkennung angewandt werden. Das quantisierte Radarvideo läuft daher, vom Integrator kommend, in Realzeit über den Schalter Sl in den Wanderfensterdetektor, der die Treffer- ' ·■■ folgen pro Entfernungsring auf ihre azimutale Korrelation hin untersucht und nach erfolgreicher Zielerkennung als ersten Schritt der Verarbeitung Zielanfangs- und Ziolendemeldungen (ZA, ZE) an den Zeilenestimator liefert. Die Fig. 6 und 9 zeigen dessen Aufbau, der im wesentlichen aus einem Analysator- und Klassifikator-■fceil nebst zugehörigen Speichern besteht.

Der Analysator untersucht die binär quantisierten Radarvideosignale auf bestimmte Merkmale, sogenannte Formelemente hin, während der Klassifikator dem jeweiligen Merknalvelctor des Analysators eine der möglichen Bedeutungen nach bestimmten Entscheidungsregeln zuordnet; aus der Art (geometrische Beschaffenheit) und der zeitlichen Reihenfolge der erkannten Formeleraente (Länge, Breite, Anzahl und Differenz der Einzel- und Doppeltreffer, Entfernung usw.) wird auf diese Weise eine Klassifizierung, erweitert durch den Vergleich mit der alten Trefferrausterbeschreibung im Zielkoordinatenspeicher, durchgeführt und die Nummer desjenigen Entfernungsi'inges im betreffenden Zielerwartungsgebiet an den Trofferzwiechenspeicher weitergegeben, die die wahrscheinlichste Zielschwerlinie darstellen dürfte, oder aber von der Möglichkeit der Rückweleung des Treffermusters Gebrauch macht« Bei positivem Ausgang ist die Entfernung eines Zieles - bei bekannter Position des Erwartungsgebietes - dann exakt de'finiert und der 2. Schritt der Aufgabe getan, indem der rahmenbezogene Entfernungswert R_z dem Zielrechner übergeben wird.

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Parallel zum Wandorfensterdetektor werden die Treffermeldunjen aus dem Integrator auch in der Zeilenveroderuns über je zwei aufeinanderfolgende Entfernungsringe (= Zeilen) disjunktiv verknüpft und ebenfalls in Realzeit in den Trefferzwischenspeicher eingelesen, der die gleiche Bitzahl wie ein Zielerwartungsgebiet besitzt. Kit dem Rahmenendeiinpuls - der Wanderfensterdetektor habe dann das Realzeitvideo eines Ervartungsgebietes abgearbeitet - schaltet der Schalter S auf die Position 2 und nun wird vom Wanderfensterdetektor in einem 2. Durchlauf das veroderto und verzögerte Radarvideo der wahrscheinlichen Trefferzeilen zur Bestimmung der azimutalen, rahmenbezogenen Zielanfangs- und Zielendewinkel ( f , ^ r«) verarbeitet. Die gefundenen Winkelwerte werden im ungestörten Fall über den Zeilensstimator direkt dem Zielrechner mitgeteilt, der dann über den Rahmenwinkel 7 _D dem Schätzwert des Ziölmittenvrinkels ^f_ berechnet.

Liegen dagegen Störungen vor (z.B. Begegnung mehrerer Ziele, Clutter usw.), so werden dem Zielrechner aus der Arithmetikeinheit des Zeilenestimators- entsprechend modifizierte Winkelwerte pro Ziel übertragen, so daß der Zielrechner auch dann noch Ziele im Azimut separieren kann, die bei gleicher Sende- und Empfangsantenne eine kleinere Winkeldifferenz als 0,75 O aufweisen, wenn θ die Halbwertsbreite der Antenne darstellt. Somit ist der 3· und letzte Schritt in der Abschätzung der Zielposition gemacht.

Zur Spurglättung werden die Zielkoofdinaten zum Schluß über einen störadaptiven Glättungstiefpaß ausgegeben.

In diesen Zusammenhang muß noch erwähnt werden, daß im Trefferbildspeicher alle Trefferzeilen, deren Winkel anfangswerte ψ sich um nicht mehr als */? "" Winkelinkremente (^ς? ) unterscheiden» mit der gleichen Zielnurcracr abgelegt werden, wobei pro Antennenumlauf der ersten einlaufenden ZA-Meldung willkürlich die

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Zielnummer 1 zugeordnet wird. Alle später" ankommenden ZA-Meldungen werden bezüglich ihres rahiaenbezogeaea Winkelanfangwertes ψ . rait allen schon abgespeicherten ψ -Werten verglichen, um alle zusammenhängenden Trefferzeilen eines Treffermusters auch mit der" gleichen Zielnutcmer belegen zu können (Einsatz eines assoziativen Speichers ist sehr vorteilhaft!)- Gleichzeitig mit den ψ -Werten werden auch alle Entfemungswerte R* der über die ZA-Meldungen erkannten Treffer— zeilen eines Zielerwartungsgebietes (= Rahmen) im Trefferbildspeicher abgelegt, sowie'die Summen der Einzeltreffer f., der Doppeltreffer f__ bzw. die Differenz beider Werte beim Eintreffen der ZE—Meldung jeder Trefferzeile gebildet und gespeichert. Auch die Art der Zielendemeldung wird im Speicher abgelegt. Weiterhin vrird durch die Zeilenüberschreibungsbits festgehalten, wie oft jeder Entfernungsring eines Zielerwartungsgebietes mit einer Trefferzeile belegt wurde und ein Vergleich der charakteristischen Größen einer Treff erzeilo ( ^. ι ' _Ei R¹) von Antennenumlauf zu Antennenumlauf durchgeführt (Treff erzeilenvalidierurig) Mit der Meldung "Rahmenende" wird dann der Inhalt, des -Trefferspeichers.im Analysator über die Extraktionslogik, der Inhalt des Koordinatenspeichers durch den Klassifikator über die Entscheidungslogik nach bestimmten Algorithmen weiterverarbeitet» Bei dieser Abarbeitung des Trefferbildspeichers sind folgende, wesentliche Schritte im Analysator durchzuführen:

1. Bestimme die Zielnummer ZN, die die meisten ZA-Meldungen aufweist. .

2. Bestimme den mittleren Entfernungsring: (Trefferzeile) eines Treffercmsters im Zielerwartungssebiet.

3. Suche die Trefferzeile mit der größten Einzel-

treffersumne ^. f_T .

max L

- .' ■ ■ - 16 -

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4. Vergleiche diese beiden Trefferzeilen und ordne als Zielverarbeitung ZV zu:

ZV = 00 £ Die beiden Entfernungsringe nach Pkt. und 3 sind nicht identisch und ihr Abstand ist größer als 2-xäR.

ZV = 0 TL, = Die mittlere Trefferzeile hat einen kleineren Entfernungswert R¹ .

ZV 3= L 0 "= Die mittlere Trefferzeile hat einen größeren Entfernungswert R¹ .

ZV ss L L ^ Die Abstände R* beider Entfernungsringe sind identisch.

5. Suche pro Zielnummer mindestens zwei Trefferzeilen mit Einzeltreffersummen (ETS), deren Differenz kleiner d istj d ist <^ /£ » aber sonst frei wählbar.

ETS a 0 's Keine 2 Trefferzeilen sind gemäß obiger Bedingung auffindbar.

ETS = L = Zwei oder mehr Trefferzeilen erfüllen diese Bedingung.

(Durch diesen Programmschritt wird automatisch auch die Untersuchung der Trefferzeilen auf annähernd identische ZE-Meldungen gelöst.)

6. Suche pro Zielnutamer mindestens 2 Trefferzeilen, bei denen die Trefferdifferenz TDS zweier Zeilen ( f_L - f_LL) kleiner als ^/V ist.

TDS =0 = Die Gleichung ist nicht erfüllt. TDS « L ^ Die Gleichung ist erfüllt.

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7· Bestimme die Differenz von Einzel- und Doppeltreff ersumoie einer Trefferzeile im Trefferkomparator TK.

= ° -■ *L- ^fLL >■

- ■ ^ZL ¹LL ^v

8. Bestimme die Zielendeerklärung ZEE.

ZEE » 000 £ Nicht belegt.

ZEE = 0OL = 2 aufeinanderfolgende Nullen im AZ

ZEE s OLO ύ 3 " « » n

ZEE = OLL-= ^^ " ·* ⁿ "

ZEE = LOO = Rahmenendebefehl liegt vor ZEE a LOL = Überlange Trefferzeile liegt vor ZEE = LLO = Keine ZE-M?/a'ung ist vom Wanderfenster·

detektor gemeldet
ZEE = LLL = ZE-Meldung ist vom Vanderfenster-

detektor gemeldet.

9. Starte das Programm des Klassifikatorc zur Abarbeitung des Zielkoordinatenspeichers.

Dieses Programm läuft in folgenden Schritten ab:

9Λ. Vergleiche die Positionswerte ψ _% VL, R¹ einer ausgewählten, wahrscheinlichsten Trefferzeile des Trefferbildspeichers vom Antennenumlauf U . mit den ±xa Zielkoordinatenspeicher abgelegten, veroderten Werten ψ ", 9^"» R"

A ' L·

aus dem Antennenumlauf U unter zur Hilfenahme

des Gleichungssystems.

/R" - R' / < LAR

■- 18 -509816/0618

Die zweifach gestrichenen Werte ψ ", 9V¹» ^R" stellen die rahmenbezogene/}, veroderte? Winkelanfangs-, Winkelende- und Entfernungswerte dar. Sind diese Gleichungen erfüllt und liegen keine Rahmen- bzw. Zielkollisionen vor, so können die Werte Ψ. ', C^₀ ¹, R' zur Ziel-

A ' Ej

positionsbestimmung an den Zielrechner weitergegeben werden.

Bei Zurückweisung ist die nächste Ziolnuramer abzurufen und das Analysatorprogramm erneut zu starten.

5.2· Liegt dagegen eine Rahmen- oder Zielkollision (RK bzw. ZK) vor - hier wird unter "Rahmenkollision" das flächenhafte Überlappen zweier Zielerwartungsgebiete verstanden und mit "Zielkollision" ±%tdas Ineinanderlaufen zweier, 2 Ziele charakterisierende Treffermuster gemeint so ist unter Beachtung einer eventuell vom Zielrechner initiierten Rahnenverschicbung (RV) folgendes Gleichungssystem zu berechnen:

- ^A(N)/ ^R⁺ SV(N₊I) ^N)_; ^R⁺ 5⁶E

R_R + R» = R_Z(N). R₁₁₊R^_n+1J - ^r _Z(_N+D

Dabei gilt:

RV =00 = Es liegt keine RahmenverSchiebung vor RV = O L j= Es liegt eine azimutale Rahraenver-

schiebung vor
RV ss L O = Es liegt eine Rahraenverschiebung in

der Entfernung vor RV s= L L = Es liegt eine azimutale und entfer-

nungsniäßige Rahmenverschiebung vor

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In diesen Kollisionsfällen muß nämlich statt mit den relativen, d.h. rahmenbezogenen Zielkoordinaten, nun mit den nordbezogenen d.h. absoluten Zielkoordinaten gerechnet werden, um eine Zielseparierung bzw. die Zuordnung von zusammengehörenden Zielen und Zielerwartuagsgebieten (Rahaon) einschließlich der Zielsymbole durchführen zu können. Die Ziel-

Icoordinaten ψ. , ψ' , R_ des neu erkannten A .15 L

Zieles werden rait (N+1) indiziert_s die Koordinaten aus dem vorhergegangenen Antennenumlauf U^ tragen den Index N. -

3. Vergleiche die Zielkoordinaten ^κ/w ju γp/vT ₁\i Ry/vj -ι-λ des neu entdeckten Zieles mit den. entsprechenden Koordinaten aller· im Antennenunlauf N entdeckten Ziele" die in Zielkoordinatenspeicher abgelegt sind. Wird bei diesem Vergleich für den in der Verarbeitung befindlichen Rahmen dann eine Koinzidenz innerhalb der Toleranzen von Azinmtwinkeln uia fy^' A'-p und von Entfernung um ΖΆ R festgestellt, so werden diese neu ermittelten Zielkoordinaten vom Ziellcoordinatenestimator unter Berücksichtigung der Zielqualität an den Zielrechner ausgegeben. Liegt dagegen keine Koordinatenüberoinstimmung in dem oben geforderten Sinne vor, bzw. wird eine Koinzidenz in einem anderen Zielerwartungsgebiet festgestellt, so wird diese Erkenntnis durch Setzen eines Zielqualitätsbits in diesem Rahmen festgehalten und bei der Ziolkoordinatenausgabe in diesem {anderen) Rahmen berücksichtigt. Gleichzeitig wird die nächste Ziclnummer, die die nächst größte Anzahl von ZA-Meldungen enthält, zur Verarbeitung angefordert, um doch noch zu einer Zielentdeckung bzw. Zielcrklärung in 'diesem oder einem weiteren Durchlauf - bis alle Zielnunmem abgearbeitet sind - zu gelangen.

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4» Die Zielqualität wird in einem 2 Bit Wort mit folgender Belegung festgehaltene

ZQ β G O = Keine Zielvalidierung ist in einem Rahmen möglich

ZQ = O L = Zielvalidierung ist im eigenen Rahmen möglich

ZQ = L O β Zielvali<iierung ist in anderen Rahmen möglich

ZQ = "L L = Zielvalidierung ist im eigenen und in anderen Rahmen möglich

5· Ini Falle einer Zurückweisung aller Zielmmaiern eines Zielerwartungsgebietes setze ein Zielüberbrüclcungsbit und gebe an den Zielrechner den Befehl "Zielausfall mit Zielüberbrückung".

6. Erreicht der Zielüberbrückungszähler eine vorgegebene Schwelle so melde dem Zielrechner "Zielausfall mit Alarm«.

Der Programmablauf des Zielkoordinatenestimators ist nun wiederum durch vier Unterprogramme fixiert:

1. Zuordnung von Ziel und Zielerwartungsgebiet von Hand oder automatisch.

2. Freie Zielbewegung.

3· Kollision von Zielerwartungsgebieten.

4. Ineinanderlaufen der die Ziele charakterisierenden Trefferauster (= Bitraustcr).

■wobei der Zielrechner diese Betriebszustände nicht erkennt. Er ruft lediglich am azimutalen Ende eines Zielerwartungsgebietes die Zielpositionswerte ⁴^', Lf-* und R' au>s dem Estimator

^{A E} ^

ab, um u.a. die polaren Zielkoordinaten <f~ und R₂ als Schätzwerte der Zielposition zu

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berechnen und gleichzeitig eine Zielvalidierung durchzuführen, um "Ausreißer" zu eliminieren. Zum besseren. Verständnis sollen, noch einige Erläuterungen im nachfolgenden Text gegeben werden, wobei alternativ die Worte Zielerwartungsgebiet und Rahmen *. . -.»w verwendet werden. ·

Zu 1. - .

Bei der Handeinstellung wird ein beliebiger Rahmen von Hand über; das zu verfolgende Ziel gelegt, d.h. Ziel und Zielerwartungsgebiet gekoppelt und anschließend die Automatiktaste gedruckt. Grundsätzlich darf während d&a Einstellvorganges - von Hand oder automatisch keine Berührung (Kollision) zweier Erwartungsgebiete '(= Rahmen) stattfinden, um alle Schwierigkeiten, die durch das Ansprechen mehrerer Wanderfensterdetektoren aufgrund leerer Trefferbild- und Zielkoordinatenspeichcr entstehen, zu vermeiden.. Das zu verfolgende Ziel sollte im Einstellstadium eindeutig in dem ihm zugeordneten Rahmen erkannt und mit dem entsprechenden Symbol belegt werden.

Eine freie Zielbewegung liegt vor, wenn sich keine Rahmen tangieren bzw. überlappen, d.h. eine Konjunktion zweier beliebiger Rahrcenflip-flops darf nicht geneidet sein. Ein solches Rahmenflip-flop wird jeweils solange gesetzt, als die Radarantenne das betreffende Zielerwartungsgebiet überstreicht. Liegt keine Rahmenbegegnung vor, so können auch keine zwei verfolgte Ziele . in einem Erwartungsgebiet auftreten und es wird nur eine - nämlich die wahrscheinlichste Trefferzeile (Fig. 8) - als Zielschwerlinie an den Trefferzwischen-. speicher ausgegeben, obgleich- aber auf Grund der Zielkriterien mehrere Ziele im Rahmen erkannt werden können, die aber alle eine kleinere Zielqualität C^ Bewertete Summe aller Zielkriterien) aufweisen.■

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Sind über die Rahmenflip-flops eine oder mehrere Konjunktionen erfüllt, so liegt eine Kollision der Zielerwartungsgebiete vor und es wird nicht mehr ■grundsätzlich von der Extraktionslogik des Analysators die wahrscheinlichste Trefferzeile an den Trefferzwischenspeicher gemeldet, da diese Trefferzeile ja -n&h zum Treffermuster eines im kollidierenden Rahmen eingebetteten Zieles gehören könnte. Jetzt wird vielmehr im Zielkoordinatenspeicher das Rahmenkollisionsbit mit der Wirkung gesetzt, daß vor Ausgabe der über den. Klassifikator ermittelten wahrscheinlichsten Zielkoordinaten diese mit den im Zielkoordinatenspeicher abgelegten . . aus dem vorigen Antennenumlauf resultierenden verglichen werden und bei entsprechender Übereinstimmung dann auch an den Zielrechner weitorgeleitet werden. Liegt dagegen keine Koordinatenkoinzidenz vor, so werden diese zuvoi ermittelten Koordinaten nit all den Koordinaten aller Zielkoordinatenspeicher verglichen, bei denen ein Rahmenkollisionsbit gesetzt ist und bei Antreffen einer Koinzidenz als Zielkoordinaten des betreffenden Zielerwartungsgebietos ausgegeben.

Anschließend wird die nächst wahrscheinliche Zielnurumer aus dem Zielkoordinatenspeicher abgerufen und der Programmablauf v/iederholt sich wie zuvor beschrieben. Kann nach Abarbeitung aller Zielnursraern ira Trefferbildspeicher keine wahrscheinliche Trefferzeile und somit

werden
kein Ziel erkannt" J KG' wird ira zugehörigen Zielkoordmatenspeicher ein Zielausfallbit gesetzt und dem Zielrechner die Polarkoordinat en ψ. ' = */*-, · = 0 übergeben,

A J-

eo daß er auf Zielüberbrückung entscheidet und die Zielkoordinaten vom vorangegangenen Rechenzyklus an den Glättungstiefpaß ausgibt.

Wird das folgende Gleichungssystcm nicht erfüllt, so kann auf eine TrefferbildverSchmelzung, also eine Zielkollision (Fis· 4) geschlossen wer*den:

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ZA , k = f-

^R'_A1 - ^RIA2.*^a*^R

^R1E1 - ^RIE2 ^ ^{2Δ R} ~>

mit f = Radarimpulsfolgefrequenz θ β. Antenneiihalbwertsbreite
U «= Antennenumdrehungen pro Minute

Es werden folglich in den den Zielervartungsgebieten fest zugeordneten Zielkoordinatenspeicher nur jeweils Zielkoordinaten abgelegt, die nicht schon im Zielkoordi-" natenspeicher eines anderen Rahmens gespeichert waren. Das heißt, in diesem Betriebszustand wird nicht mehr unbedingt die beste Trefferzeile im Zielerwai'tungsgebiet als zum eigenen Ziel gehörend verarbeitet, sondern diejenige j die am wahrscheinlichsten zum Rahtnenziel gehörende Zeile mit den besten Merkmalen.

Zu k, . · .

Ist das zuvor angeführte Gleichungssystem nicht mehr exakt erfüllt, so entscheidet der Klassifikator auf Zielkollision und in jedem an der Kollision beteiligten Erwartungsgebiet wird im Ziolkoordinatenspeicher das Zielkollisionsbit gesetzt. Zu beachten ist, daß das gleichzeitige Ansprechen mehrerer Wanderfensterdetektoren - jedem Zielerwartungsgebiet sei ja ein Wand«rfensterdetektor zugeordnet - nicht als Zielkollisionskriterium gewertet.werden darf.

Das gesetzte Ziolkollisionsbit hebt die Verodorung <ler Radarvideos in Entfernungsrichtung auf, aber nach wie vor werden in jedem Zielkoordinatenspeicher die Zielpositionswerte ^."l '/'β" ι R" - allerdings entsprechend den folgenden Gleichungen modifiziert ^- abgelegt.

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Liegt die Kollision zveier Rahmen RAl und RA2 vor, so gilt für den

Rahmen Ij Der Zielwinkelanfangswert V_A' » vom Wanderfensterdetektor gemeldet, wird mit dem Faktor 2 multipliziert und der Zielwinkelwert ψ_Ε ^% liull gesetzt.

Rahmen 2: £/>« -. 2 ^⁰

E
= 0

Das heißt, als scheinbarer Zieltaittenwinkel ^₇' wird -im ersten, in azimutaler Richtung entdeckten Ziel eines Zielerwartungsgebietes ^₁ , = 7 _zl und beim zweiten

Ziel φ ^ =£^_Z2 gesetzt.

Die entsprechende Zuordnung der Winkel anfangs- bzv. -endverte als Zielraittenwinkel wird durch den Vergleich der von den jeweiligen V/anderfcnsterdetcktorcii gelieferten Winkelwerte 7 . ' mit den in den zugeherigen Ziellcoordinatenspeichern abgelegten Werten erhalten,· weiterhin fehlt:in einer Trefferzeile die Zielendemeldung bzw. wird sie als falsch erkannt, so wird für dieses Ziel ψ\ Ξ ψ ' gesetzt, fehlt dagegen die ZA-Meldung bzw. ist sie verfälscht (wird durch Vergleich der Zielkoordinatenspeicherinhalte festgestellt), so wird ^g¹ = V_z gesetzt. Als letztes Kriterium wird im Trefferbildspeicher dor größte Winkelanfangswert ψ. bzw. der kleinste Winlcelend-

wert ^_ - für das eino Ziel ermittelt und für diesen Efflxn

Fall ψ* = ψ_z ^% gesetzt und für das andere. Ziel der kleinste Winkelanfangswert ψ , und. der größte Winkelendwert ψ ~ und dann für dieses Ziel VL¹ =Ψτ* gesetzt.

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Als Entfernungswert R' jedes der beiden Ziele wird jeweils der mittlere Entfernungsring aller mit unverfälschtem ψ : ' bzw. 7_, anfangenden bzw. endenden Trefferzeilen bestimmt (siehe Fig. 4). Bei Geradzahligkeit der Trefferzeilen eines Zieles wird die Anzahl der Trefferzeilen durch 2 dividiert und d/eses Ergebnis fixiert in Entfernungsrichtung de» auszugeben den Entfernungsring.

Liegt dagegen die Kollision dreier Rahmen vor, so gilt für das Ziel mit dem größten Winkelanfangswert

^Amax' Ψζ ^Ξ ?L '
für das Ziel mit dem größten Winkelendwert

und für das in der Mitte eingebettete Ziel, bei dem keiner der von seinem Wanderfensterdetektor übermittelten Winkelwerte V»-¹« V₁,¹ mit denen in seinem

A Γ»

Zielkoordinatenspeicher abgelegten Werten identisch ^ist: . tp! + <*' ·

(0* ■ ~t

Die EntfernungsbeStimmung wird wie zuvor geschildert durchgeführt, wobei für das mittlere Ziel - in Entfernungsrichtung - at$ R¹ die halbe Summe aller bewerteten Trefferzeilen herangezogen ' - Οίαίλ bei Geradzahligkeit wiederum die entfernungsmäßig letzte Trefferzeile der ersten Hälfte des Treffermusters ausgegeben wird.

Die nun folgende detailliertcrBeschreibung der einzelnen Funktionsgruppen bringt keine prinzipiell neuen Erkenntnisse, sondern dient lediglich dem besseren Verständnis der gesamten Schaltung (Fig.'I). Das analoge, aus Dynamikgründen meist hart begrenzte, gleichgerichtete Rädarvideo wird von der geregelten 1. Schwelle binär quantisiert, wobei allerdings streng darauf zu achten ist, daß durch diese Regelung über Abschattungseffekte keine Informationsverluste auftreten,

509816/0818 .

Auf diese Amplitudenquantisierung folgt die zeitliche Quantisierung der Radarechos, wobei hier wegen der um 2,5 db höheren Entdeckungswahrscheinlichkeit dem Spitzendetektor {Peak detector) vor dem Flankendetektor der Vorzug gegeben wirdj die Echofolge ist somit auf den Maschinentakt synchronisiert.

Um nun den für eine automatische Signalauswertung ausreichend großen Störabstand zwischen Nutz- und Störzielcchos zu bekommen, wird die digitale Echofolge zur Unterdrückung der statisiioi verteilten Störungen und zur Clutterdekorrelation über einen digitalen, nichtrekursiven Integrator (Fig. 3) weiterverarbeitet und die stark korrelierten Nutzsignale von den schwächer korrelierten Störsignalen getrennt. Bei dieser zeitlichen Dekorrelation ist vor allem die Dekorrelationszeit der Seegangechos zu beachten, die bis zu 100 ms beträgt. -

Eine Puls zu Puls Integration der innerhalb einer Antennenhalbvrertsbreite liegenden Radarspeicher; vergrößert den Störabstand nicht, da die Impulsfolgefrequenz zu hoch, d.h. der zeitliche Abstand aufeinanderfolgender Speicher* zu klein ist. Die Voraussetzung für die Integration über mehrere Antennenuralaufe (Bild zu Bild Integration) ist aber, daß sich das Ziel während der Integration in der gleichen Auflösungszelle befindet. Es soll deshalb mit einem räumlich festen Winkelraster und mit von der Folgefrequenz der azimutalen Winkelinkremente abgeleiteten Radarimpulsfolgefrequenz gearbeitet werden (Fig. 2). Die Nachführung der relativ kleinen Integratorspeicher r

8χ128^ bit} bei sich bewegenden Zielen bzw. ebenfalls wandernden Zielerwartungsgebieten (Fig. 4) erfolgt durch den Zielrechner, ebenso die entsprechend notwendige azimutale bzw. entfemungsnäßige Verschiebung der in diesen Speichern abgelegte Information. Aus Aufwandsgründen muß diese nichtkohäreivte.Integration im Vxdeobereich in Kauf genommen werden, wobei «11erdings im Wanderfensterdetektor die^Verlustelder kohärenten

509816/0618 _2?

Integration (collapsing losses) teilweise "kompensiert: wearden» ■ ·..-'-·■-■""-.·,·- - . . . -.-".. ■ ..-.<:

Trotz des größeren Speicheraufwandes gegenüber einem rekursiven Integrator ward hier einem Tiefpaßfilter mit einer symmetrischen Impulsantwort-ripi Ze/ib er eich wegen der kleineren Zielmittenwinkelfehler der Vorzug gegeben, wobei diese -Situation in Fig. 3 csit dem Zielerwartungsgebiet El*, das η-mal (n = 5) aufsufcuniert wird■, illustriert, ist. Jedes Zielenrartungsgebiet weist nun- F.". Flächenelemente auf Ci = 8, .j = 128), ' die mit den Echoimpulsen der Echbf.olge beim Überstrei-< chen des Zielerwartungsgebietes durch die' Radarantenne belegt werden. Ein Echoimpuls wird dann seuns Trefferimpuls erklärt, wenn er das jeweils eingestellte Trefferkriter,ium erfüllt, d.h. innerhalb- einer bestimmten Anzahl; von Antenne.nutnläufen U müssen pro . untersuchtem Flächenelement mindestens F Echoijapul;se. · gezählt worden sein. ¹^ .... -.- . I. ·. ·.- · · (Von D möglichen Echoimt/ulsen müssen. . . ita

cv-eiiigstens

betrachteten ZeitraUmTF v.orhanden sein.) In Integrator erfolgt, also die Umwandlung der Echoimpulsfolge (StÖT- und Nutzzielechos) in eine Trefferimpulsfolge (vorwiegend Nutzzielechos), wobei beim Umwandlungsprozeß durch verschiedene zeitliche Bewertungen der Echoimpulse eines Flächenclementes ein verschieden reagierendes, den jeweiligen Utaweltbedingungen gut adaptierbares System realisiert werden kann. ' Diese Trefferimpulsfolge eines Zielerwartungsgebietes (s. Fig. k) wird anschließend in Realzeit im Schaltungsteil "Zeilenveroderung" (s. Fig. 5) über jeweils zwei aufeinanderfolgende Entfernungsinkremente Δ R (£ Entfernungsringc ^ Zeile) disjunktiv verknüpft,, wobei über den Schalter S2 wahlweise ungefiltertes, bzw. gefiltertes quantiaiertes Video zur Verarbeitung angewählt werden kann. Ein weiterer Schalter S3 hebt diese Veroderung bei Bedarf wieder vor dem Gatter 01 auf, bevor das Realzeitvideo in den Trefferzwischenspeicher

509816/0618 - 28 -

eingelesen .wird. Dieser Speicher weist die gleiche Bitzahl wie ein Zielerwartungsgebiet auf (z.B. 8x128) und hat die Aufgabe, das veroderte, meist gefilterte Betriebsvideo während der Realzeit-Verarbeitung eines Zielerwartungsgebietes zu verzögern und nach dem Rahmenende dieses Videos selektiert nach wahrscheinlichsten Trefferzeilen in den Wanderfensterdetektor zur Bestimmung der rahmenbezogenen, also relativen Zielanfangs- und Zielendewinkel ^f.¹ bzw. ψ'' einzuspeisen. Durch diese disjunktive Verknüpfung der Radardaten über jeweils 2 Entfernungsinkreraente & R werden Quantisierungseffekte undlntcgrationsverluste eliminiert und die an den azimutalen Rändern aufgerissenen Treffermuster eines Zieles werden geglättet. Diese Veroderung darf aber nur in Entfernungs- nicht aber in azimutaler Richtung vorgenommen werden, da sie sonst gar nicht vorhandene Sendeimpulse vortäuschen würde. Die anschließend vom Wanderfensterdetektor ermittelten Winkelwerte Q*. '

und ψ* eines Zieles werden zu gegebener Zeit vom Estimator abgerufen, im Zielkoordina.tenspeicher (Fig.7) zwischengespeichert und dem Zielrechner bei ungestörtem Betrieb zur Berechnung des Zielmittenwinkels im Zielerwartungsgebiet übergeben. Weiterhin ermittelt der Zielrechner aus der ihm bekannten Position des Zielerwartungsgebietes die Koordinatenschätzwerte R„ und Ψ- des Zieles, die zur Spurglättung dann über einen störadaptiven Glättungstiefpaß zur Ausgabe gelangen.

Parallel dazu wird das unverzögerte, nicht veroderte Radarvideo aber noch in bekannter Weise ira Wanderfensterdetektor und erfindungsgemäß im Zeilenestinator verarbeitet. Werden im Wanderfonsterdetektor in den einzelnen Entfernungsringen über den Azimut korrclierte Trefferimpulsfolgen erkannt, so werden für jede Trefferfolge nach Erfüllung bestimmter Zielkriterien Zielanfangs- und Zielondemeldungcn (ZA, ZE) an den Estimator geliefert und die zugehörigen Winkel-

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werte V.¹ und 4^* zeitlich hintereinander im Treffer-

A L·

bildspeicher wortweise abgelegt (s. Fig. 7)» wobei pro Ziclerwartungsgebiet bis zu 16 ZA-ZE-Meldungen samt den zugehörigen Entfernungsinkrementea ^l R, die max. 3-^ Zielen entsprechen, gespeichert werden können. Weiterhin werden in diesem Speicher die vom Analysator über eine Extraktionslogik ermittelten Größen wie Zielnummer, Differenz der Anzahl der Einfachtreffer f. W-~äer der Doppeltreffer f _{T T} (zur De-Stimmung des Korrelationsgrades einer Trefferzeile), Art der Zielendeerzeugung (ZE, überlange Trefferzeile, geschlossene Folge von Nullen, Rahmenende), Zeilenvalidierungswerte und die Anzahl der Zeilenüberschreibungen abgelegt; d.h. alle die physikalischen Merkmale eines Treffermusters, das einem oder mehreren, .z.T. ineinandergelaufenen Zielen entspricht, werden als binäre Komponenten" eines Merkmalvektors vom Vanderfensterdetektor und dem Analysator für die Belegung dieses Trefferbildspeichers bereitgestellt. Jedes Treffermuster (Fig. k) ist somit durch einen Satz von Merkmalen beschrieben, mit deren Hilfe sich nachfolgend, zusammen mit den vorangegangenen Ereignissen, eine Klassifizierung durchführen läßt. Diese Ereignisse sind im sogenannten Zielkoordinatenspeicher (Fig. 7) als Zielqualität, veroderte Winkelanfangs- bzw. Winkelendwerte ( ^V'» ^r") « ^EntfernunS ^R" ^im Zieierwartungsgebiet, Anzahl der Zielüberbrückungen, Zielkollision, Rahmenkollision, Rahmenverschiebung und die Schätzwerte der Position der Zielerwartungsgebiete V_R, Rp aus dem vorausgegangenen Antennenumlauf abgelegt.

Im Klassifikator (s. Fig. 6) wird nachfolgend über eine Entscheidungslogik nach bestimmten Regeln aus dem Merkmalvektor mit seineu binären Komponenten, der Ergebnisvektor berechnet, wobei es allerdings zur beachten gilt, daß die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen, die die Klassenhäufigkeit der Merkraalsvektoron statistisch beschrieben, weder in ihrer analytischen Form

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noch in ihren statistischen Parametern bekannt sind, da die mathematische Formulierung vor allein der Seegangechos (Sea Clutter) zur Zeit noch nicht geglückt ist.

Zusammengefaßt gilt: Der Analysator untersucht mit der Extraktionslogik das Radarsignal hinsichtlich bestimmter Merkmale und fixiert die wahrscheinlichsten Trefferzeilen (s. Fig. 9) jedes im Zielerwartungsgebiet gefundenen Zieles, d.h. die Merkmale werden so bestimmt, daß der Unterschied zwischen den Radarsignalen verschiedener Nutzziele besonders hervortritt ι während der Klassifikator mit der Entscheidungslogik diesen Merkmalsvektoren die besonderen Bedeutungen wie bekanntes Ziel, Kollisionsgegner, Störungen, Ziele mit Koordinatentransformation, nicht identifizierbare Ziele, nicht separierbare Ziele usw. zuordnet, so daß durch den Zielkoordinatenestimator nach einer optimalen Entscheidungsregel ein Maximum an Erkennungssicherheit erzielt und die drei Fehlerarten: Nichterkennen, Verwechslung und überlagerung von Stör- bzw. Nutzzielen auf ein Minimum gedruckt wird.

Um den Hardware- und Softwareaufwand in vertretbaren Grenzen zu. halten, werden dabei nur Merkraalsvektoren mit wenigen, binär codierten Komponenten betrachtet, wobei im Prinzip jede Stelle dieser Binärzahlen als selbständiges Merkmal anzusehen ist. Im Gegensatz zur Zeichenerkennung liegt hier aber keine Zuweisung vor, sondern es gilt ein Standardzeichen (^ Treffernmster .eines Zieles S "Rechteck") zu erkennen und die Lage des erkannten Standardzeichens (das sich in seiner Geometrie inj begrenzten Umfang ändern, kann) , die bei der Zeichenerkennung im allgemeinen keine Rollo spielt, im Bildelementenraster des Zielerwarturigsgebietes als "Einsen-Schwerlinie" feststellen.

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Claims (10)

1. - 31 - in» 73/134-

   Patentansprüehe

   ( 1. !Schal tungs anordnung zur Positions Schätzung der durch ' Pulsradargeräte, insbesondere 2 D-Schiffradaranlagen, abgetasteten, stark gestörten Ziele, um eine automatische Zielverfolgung mit möglichst weitgehend geglätteter Spurdarstellung zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einsparung von digitalen Speicherplätzen bei der Clutterdekorrelation nach einer manuellen Signalvorverarbeitung nur das binär quantisierte Radarvideo jedes mit einem Ziel- " erwartungsgebiet belegten Zieles in einem nichtrekursiven Integrator bei starrem Winkelraster über mehrere Antennenumläufe bewertet aufsummiert wird und daß nach dem Einschwingen dieses Tiefpaßfilters und nach Erfüllung bestimmter Trefferkriterien pro quantisiertem Flächenelement (Δ E . Δ Ψ = Auflösungszelle) und pro Antennenumlauf für jedes Zielerwartungsgebiet die zugehörigen gefilterten Treffermeldungen ausgegeben werden, die dann in Realzeit einerseits über einen fest zugeordneten oder im Zeitmultiplex betriebenen Wanderfensterdetektor verarbeitet werden, wobei die hieraus gewonnenen Zielanfangs- und Zielendmeldungen (ZA, ZE) im nachfolgenden Zeilenestimator, der sich aus einem Analysator mit Sxtraktionslogik und Trefferbildspeicher und einem sich anschließenden Klassifikatör mit Entscheidungslogik und Zielkoordinatenspeicher zusammensetzt, gemeinsam mit den Einzel- und Doppeltreffern eines Zieles nach Durchführung einiger arithmetischer und logischer Operationen zur Bestimmung der wahrscheinlichsten Zielschwerlinie im Abstand IL. herangezogen werden, andererseits nach einer disjunktiven Verknüpfung über

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   - 32 - UL 73/134-

   zwei aufeinanderfolgende Entfernungsringe in einem Trefferzwischenspeicher abgelegt werden, dessen Bitzahl der Anzahl der quantisierten Flächenelemente eines Zielerwartungsgebietes entspricht und daß mit dem Eintreffen des Rahmenendeimpulses eines Zielerwartungsgebietes über den Zeilenselektor des Zeilenestimators nur die jeweils wahrscheinlichste Zielschwerlinie aus dem Trefferzwischenspeicher in den gleichen Wanderfensterdetektor eingespeist wird, der nun diese Trefferfolge ebenfalls auf ZA- und ZE-Meldungen hin untersucht und im ungestörten Betrieb die zugehörigen Winkelanfangs- bzw. Winkelendwerte Φ¹ <. bzw. Ψ'-ρ, bezogen auf den azimutalen Beginn eines Zielerwartungsgebietes, an den Zielrechner zur Berechnung des Zielmittenwinkels Ψ_ζ liefert, wohingegen im gestörten Betrieb diese beiden Winkelwerte vom Zeilenestiziator modifiziert dem Zielrechner zur Verfügung gestellt werden und daß aus zeitlichen Gründen die Zielkoordinatenabschätzongen 9^, 3*2 ^ⁿ parallelen Prozessoren durchgeführt werden oder aber assoziative Speicher Verwendung finden.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Azimut auch die Elevation eines Zieles nach den gleichen erfindungsgemäßen Prinzipien verarbeitet wird.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß statt des Einsatzes parallel arbeitender Estimatoren auch eine serielle Arbeitsweise erfolgt.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche Λ bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß zur besseren Zielseparierung bei Zielkollisionen der Zeilenestimator für das in azimutaler Sichtung zu erst erkannte Ziel nur den mit dem Paktor 2 multiplizierten Winkelanfangswert ( 2 . Φ»¹) und für das zu letzt

   - 33 -509816/0618

   - 33 - TOD 73/134-

   erkannte Ziel nur den mit dem gleichen Faktor multiplizierten Winkelendwert (2 . Ψ_Ε') - beide auf den Rahmenanfang bezogen - an den Zielrechner für die Ermittlung der Zielmittenwinkel Φ« ausgibt.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß zur Clutterdekorrelation ein bewertender, nichtrekursiver Integrator in einem räumlich festen Vinkelraster eingesetzt ist, dessen Speicher vorzugsweise als Holographischer Speicher ausgebildet ist.
6. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherplatzreduzierung der gesamte Erfassungsbereich in einzelne, entsprechend ausgelegte, Zielerwartungsgebiete aufgeteilt wird.
7. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Entdeckungswahrscheinlichkeit für die Zeitquantisierung ein Spitzendetektor eingesetzt ist, der mit einem Abtastraster, das einem Viertel der Sendeimpulslänge entspricht, abgefragt wird.
8. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt jedes Zielerwartungsgebietes über den gleichen Vanderfensterdetektor einmal in Realzeit und nach der Meldung "Rahmenende" nochmals, aber zeilenverodert, verarbeitet wird, wobei jeweils nur die wahrscheinlichste Trefferzeile zur Verarbeitung gelangt.
9. 9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Arbeitsgeschwin-

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   - 34- - UL 73/134-

   digkeiten des Zielextraktors und des Zielkoordinatenestimators deren Speicher als assoziative Speicher aufgebaut sind.
10. 10. · Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß jeweils für das quantisierte eindizie: sional VBroaerbe 70 -a.

    /video zweier Aui'iösungszellen ein zweidimensionales Katrixfenster mit kxk ( z. B. 3x3 ) Elementen tritt und daß dieses Penster ein neues Treffermuster zur Einspeicherung in den Trefferzwischenspeicher in der Weise "bildet, daß eine logische Eins ("L") in die der jeweiligen Matrixfensterstellung entsprechenden Auflösungszelle des Zielerwartungsgebietes nur dann eingeschrieben wird, wenn die Treffersurce des Fensters eine vorgegebene Schwelle überschreitet, wobei diese Matrix entsprechend der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendeimpulses und der Winkelgeschwindigkeit der Antenne über das Zielerwartungsgebiet geführt wird.

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