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Puls-Doppler-Radar mit einer Einrichtung zur Festzeichen-
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unterdrUcwng Die Erfindung bezieht sich auf ein Puls-Doppler-Radar
mit einer Einrichtung zur Festzeichenunterdrückung, die aus einer Verzögerungsstufe
und einer Subtrahierstufe besteht (MTI-Filter).
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Eine derartige Anordnung in der digitaler Ausführung ist aus dem Buch
M.I. Skolnik, 'tRadar Handbook, Mc Graw-Hill 1970, Seite 35-10 bis 35-15 bekannt.
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Die eindeutige Reichweite von Radargeräten ist von der Pulsfolgefrequenz
des Radarsenders abhängig. Radargeräte mit kurzer eindeutiger Reichweite erlauben
hohe Pulsfolgefrequenzen. Für die Entdeckung langsam bewegter ObJekte, z.B. im Gefechtsfeld,
wirkt sich eine hohe Pulsfolgefrequenz jedoch nachteilig auf die Entdeckungseigenschaften
des Radargerätes aus, da bei einer Verwendung von MTI-Filtern zur Festzeichenunterdrückung
z.B.
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in Gefechtsfeldradargeräten das Problem besteht, daß die auftretenden
Dopplerfrequenzen extrem klein gegenüber der Mittenfrequenz des MTI-Filters sind
und damit im Bereich der stark ansteigenden Filterdämpfung liegen. Daraus folgt,
das ein großer Teil der zu entdeckenden ObJekte vom MTI-Filter unterdrückt wird.
Bei bekannten Gefechtsfeld-Radargeräten wird daher im allgemeinen die Pulsfolgefrequenz
wesentlich niedriger gewählt.
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Bei Radargeräten mit stark begrenzter Spitzenleistung, z.B. bei Halbleiter-Sendern
im mm-Wellenbereich, bedeutet
eine Verringerung der Pulsfolgefrequenz
eine Verringerung der mittleren Sendeleistung und damit eine Verschlechterung des
Entdeckungsverhaltens, solange die Pulslänge des Einzelimpulses nicht verlängert
wird. Bei einer Forderung nach einer hohen Entfernungsauflösung, wie sie z.B.
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bei Gefechtsfeldradargeräten gegeben ist, kann die Pulslänge aber
nur verlängert werden, wenn durch Anwendung von Pulskompression das Auflösungsvermögen
erhalten bleibt. Pulskompression, insbesondere mit unterschiedlichen Pulskompressionsfaktoren,
führt jedoch zu einem hohen Empfängeraufwand und ist deshalb für hochmobile leichte
Radargeräte wie z.B. Gefechtsfeldradargeräte ungünstig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Puls Doppler-Radargerät
der eingangs genannten Art die Entdeckungseigenschaften einfacher und leicht transportierbarer
Geräte zu optimieren und gleichzeitig den Empfänger aufwand zu vermindern. Gemäß
der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die MTI-Filter-Mittenfrequenz
durch die Ausbildung der Verzögerungs.stufe als Zwischenspeicher mit wahlfreiem
Zugriff, dessen Verzögerungszeit ein ganzzahliges Vielfaches (n), mit n größer 1,
der Periodendauer T des Radarsenders beträgt, auf den n-ten Teil der der tatsächlichen
Sendepulsfolgefrequenz entsprechenden Filtermittenfrequenz reduziert ist.
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Auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung vermindert sich die wirksame
Pulsfolgefrequenz für das MTI-Filter auf einen Wert 1/(n.T), wobei T die Periode
der Radar-Sende-Pulsfolgefrequenz darstellt. Diese Reduktion der MTI-Filter-Mittenfrequenz
führt zu einer Verschiebung des zu betrachtenden Objekt-Dopplerfrequenzbereiches
zur Mitte der MTI-Filter-Durchlaßlnzrve und bewirkt damit eine Erhöhung der SatdeckungswahrscheinlicEleitQ
Bei
fester Sendepulsfolgefrequenz können also durch Änderung der effektiven TI-Filter-Mittenfrequenz
wahlweise bestimmte Zielgeschwindigkeitsbereiche in die MTI-Filtermitte geschoben
werden, um damit optimale Entde ckungsbedingungen herzustellen.
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Die erfindsgemäße Anordnung erlaubt also auch bei sehr kurzen eindeutigen
Reichweiten den Betrieb des Radars mit den diesen Reichweiten entsprechenden hohen
Sendepulsfolgefrequenzen, ohne daß die genannten Nachteile eintreten.
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Umgekehrt kann die erfindungsgemäße Anordnung auch dazu benutzt werden,
um die MTI-Filtermittenfrequenz bei einem durch eine Änderung des eindeutigen Entfernungsbereiches
bedingten Wechsel der Sendepulsfolgefrequenz konstant zu halten.
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Nachdem die Verarbeitung im MTI-Filter Signale nur im zeitlichen Abstand
von n.T erfordert, kann die hohe Sendepulsfolgefrequenz gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung zur Nachintegration und damit zu einer weiteren Erhöhung
der Entdeckungswahrscheinlichkeit genutzt werden.
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Wählt man unterschiedliche Sendefrequenzen für die einzelnen zur MTI-Filte
Elg verwendeten Pulspaare, so erhöht sich wegen der veränderten Zielfluktuation
die Entdeckungswahrscheinlichkeit noch weiter.
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Für niedrige Pulszahlen ist die erfindungsgemäße Anordnung mit inkohärenter
Nachintegration einem Verfahren mit niedriger Pulsfolgefrequenz und kohärenter Signalintegration
durch Pulskompression bei gleicher mittlerer Sendeleistung und Ziel-Beleuchtungsdauer
im Hinblick auf die Entdeckungswahrscheinlichkeit überlegen.
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Natürlich kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung eben so wie bei
Konventionellen Radargeräten die Anzahl der nachintegrierten Impulse noch erhöht
werden, wenn die Antennenverweilzeit erhöht wird.
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Bei Radargeräten mit extrem hoher Entfernungsauflösung, die Zielechos
aus dem gesamten Entfernungsbereich verarbeiten sollen, z03. im Suchbetrieb, erfordert
die Ver arbeitung aller Entfernungstore für jeden Sendeimpuls eine sehr hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit
und damit einen hohen Empfängeraufwand0 Die Verarbeitungsgeschwindigkeit kann dadurch
gesenkt werden, daß mit jedem Sendeimpuls nur eine begrenzte Anzahl von Entfernungstoren
abgearbeitet wird. Dadurch erhöht sich zwar die erforderliche Antennenverweilzeit,
die verringerte Datenerneuerungsrate kann jedoch bei Radargeräten zur Ortung langsam
bewegter ObJekte- wie z.B. Gefechtsfeldradargeräte in Kauf genommen werden. Diese
Signalaufbereitung führt zu einer sequentiellen Verarbeitung von Entfernungstorblöcken,die
aus mehreren Entfernungstoren gebildet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die sequentielle
Entfernungstorblock-Verarbeitung und die hohe Sendepulsfolgefrequenz hier dafür
genutzt werden, um zwischen den für eine Gewinnung der für eine MTl-Filterung mit
n-fach niedrigerer effektiver Pulsfolgefrequenz erforderlichen zwei Echo signalen
eines Entfernungstorblockes, die Echosignale (n-1) anderer Entfernungstorblöcke
zu verarbeiten.
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Gegenüber einem konventionellen Radargerät mit reduzierter Sendepulsfolgefrequenz
verringert sich damit die erforderliche Antennenverweilzeit bzw. erhöht sich die
Datenerneuerungsgerätum einen Faktor n.
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Die hohe Sendepulsfolgefrequenz kann aber mit der erfindungsgemäßen
Anordnung auch hier, wie bereits beschrieben, anstatt zur Verringerung der Antennenverweilzeit
zur Nachintegration und damit zur Erhöhung der Entdeckungswahrscheinlichkeit eingesetzt
werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist
es darüberhinaus möglich, die durch die Anordnung gegenüber konventionellen Radaren
ermöglichte n-fach höhere Anzahl der Sendeimpulse pro Zeiteinheit zu einer k-fachen
Verringerung der Antennenverweilzeit und zu einer Nachintegration über m Pulse zu
verwenden, wobei nur k und m ganzzahlig und größer gleich 1 und das Produkt von
k und m gleich n sein muß.
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Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand
eines in den Figuren 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 Gesamte Blockschaltbild eines 35-GHz- Puls-Doppler-Radargerätes,
Figur 2 Teilblockschaltbild des Signalverarbeitungs-' teils Figur 3 die Reduzierung
der Filtermittenfrequenz um einen Faktor n.
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Figur 4 die schematische Darstellung eines Raumspaltenteiles Rs Figur
5 die Blockgruppenbildung für verschiedene: Pulsfolgefrequenzen Figur 6 die schematische
Darstellung der Organisation eines MTI-Filterspeichers.
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Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf den Einsatz der erfindungsgemäßen
Anordnung in einem Gefechtsfeldradar, bei dem die Entfernungstore in jeder Antennen-
richtung
sequentiell in SntSernungstorblocken abgearbeitet werden und bei dem die erfindungsgemäße
Anordnung dazu benutzt wird, um 1. die gewünschte NTI-Filter-Mittenfrequenz einzustellen
2. bei Veränderung der Sendepulsfolgefrequehz die MTI-Filter-Mittenfrequenz konstant
zu halten 3. wahlweise - abhängig von Verhältnis Sendepulsfolgefrequenz zur MTI-Filter-Mittenfrequenz
- eine gewünschte Kombination zwischen Nachintegration und Reduktion der Antennenverweilzeit
einzustellen.
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Speziell wird beschrieben, wie die MTl-Filtermittenfrequenz bei Veränderung
der Sendepuisfolgefrequenz konstant gehalten wird, wobei wegen gegebener Antennenverweilzeit
eine Nachintegration über m größer n MTI-gefilterte Echo signale durchgeführt wird.
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Aus dem Gesamtblockschaltbild (Fig. 1) eines Puls-Doppler-Radargerätes
ist die Zuordnung von Antenne 1, Drehstand 2 und Hochfrequenzteil 3 zum Gesamtsystem
ersichtlich.
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An den Hochfrequenzteil wird vom Signalverarbeitungs system in einem
durch die eingestellte Ptalsfolgefrequenz bestimmten zeitlichen Abstand von z.B.
16 Us 88 62.5 kHz ein Triggerpuls geliefert. Von diesem Puls getriggert wird dort
ein Sendepuls von ca. 30 ns Dauer erzeugt.
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Empfangene Echosignale werden phasenrichtig in eine Zwischenfrequenzlage
umgesetzt. Von jedem Echosignal dieses kohärenten Radars wird dann ein bipolarer
sin-und cos-Videopuls an den Signalverarbeitungsteil 4 gegeben. Außerdem wird~vom
Antennendrehstand 2 die jeweilige Positionsadresse der Antenne 1 an den Signalverarbeitungsteil
4 geliefert0 Der für die Erfindung wesentliche Ausschnitt aus dem Signalverarbeitungsteil
wird in Fig0 2 als Blockschalt-
bild dargestellt. Der Signalfluß
durch dieses Blockschaltbild wird im folgenden kurz beschrieben.
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Während die Antenne 1 in eine Positionsrichtung(Antennen verweilzeit
tA)sieht, werden vom Hochfrequenzteil 3 (Fig. 1) laufend die Videosignale der empfangenen
Echowerte geliefert. Am Eingang des Signalverarbeitungsteils (Fig 2) befinden sich
"Sample" and Hold"-Bausteine 21, die von jedem Radar-Sendepuls z.B. 8 hintereinanderliegende
Echowerte (Entfernungstore) im zeitlichen Abstand von 30 ns analog speichern. Jedes
der 8 analog gespeicherten Signale wird linear verstärkt und in ein Digitalwert
z.B.
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8 Bit Länge umgesetzt. Die parallel an den Digitalwandlerausgängen
anliegenden Signale werden durch einen Multiplexer MUX 23 zur weiteren Verarbeitung
wortweise sequentiell an ein MTI-Filter 24 angelegt.
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Das MTl-Filter enthält einen Speicher 24a mit wahlfreiem Zugriff.
In den Speicher (Fig. 6) werden die digitalisierten Echowerte von 8n Sendepulsen
eingeschrieben.
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Die von jedem Sendepuls abgespeicherten 8 Echowerte (Entfernungstore)
werden als Entfernungsblock (Fig, 4) bezeichnet. Mehrere Blocke werden im MTI-Filterspeicher
als Blockgruppe abgespeichert. Die Anzahl der Blöcke, die zu einer Blockgruppe zusammengefaßt
werden, wird entsprechend der eingestellten Pulsfolgefrequenz und der gewünschten
MTI-Filtermittenfrequerl3 gewählt (Fig. 5).
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Für z.B. eine Pulsfolgefrequenz von 62,5 kHz und einer gewünschten
MTI-Filtermittenfrequenz von 15,625 kHz werden 4 Blöcke zu einer Blockgruppe zusammengefaßt
(Fig. 4 und 5).
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Dabei werden nach Abspeicherung einer Blockgruppe ,d.h.
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nach der Zeit n.T, wieder die Echowerte aus den gleichen Entfernungstoren
(2. Durchlauf, Fig. 6) wie bei Beginn der Abspeicherung dieser Blockgruppe empfangenen,
in einem
zweiten Teil B des MTI-Filterspeicher (Fig. 6) abgespeichert
und von den aus einem Teil A des Speichers ausgelesenen Entfernungstoren abgezogen
MTl-Filter 24b in Fig. 2).
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In Fig. 6 ist die Organisation eines MTI-Speichers (24a) Schematisch
dargestellt. Der Speicher besteht aus zwei Teilen A und B mit z.B. je 8 Entfernungsblöcken,
von denen jeder Block 8 Entfernungstore als Echowerte von jedem Sendeimpuls aufnehmen
kann. Bei einer Reduzierung der MTI-Filtermittenfrequenz, z.B. um den Faktor 4,werden
nach der Abspeicherung des 4. Entfernungstorblockes die Echowerte (Entfernungstore)
des 5. Sendeimimpulses, die aus dem gleiten Raumelement bzw. Entfernungstor kommen,
wie die vom 1. Sendeimpuls in den Teil B des Speichers 24a eingegeben.
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Zum MTI-Filter 24 gehört außerdem noch ein Betragsbildner 24c, der
von negativen Zahlenwerten den Betrag bildet.
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Entsprechend der einstellbaren lntegrationszahl werden in einem nachfolgenden
Integrator 25 mehrere Signale (m) aufaddiert, bevor auf die nächste Blockgruppe
geschaltet wird. Dabei ist die Anzahl m durch die Zahl der zu verarbeitenden Entfernungtore
einer Raumrichtung (Rs), der Antennenverweilzeit talin in dieser Raumrichtung und
durch die Sendepulsfolgefrequenz begrenzt.
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Dazu sind im Integrator Speicher mit wahlfreiem Zugriff, in dem die
Signale jeweils zwischen den Integrationsschritten gespeichert werden, vorhanden.
Nach der Integration folgt eine Mittelwertbildung in einem Mittelwertbildner 26,
der dieaufaddierten Signale durch die eingestellte Integrationszahl dividiert. Damit
steht der MTI-gefilterte und gegebenenfalls nachintegrierte und
gemittelte
Wert zur weiteren konventionellen Verarbeitung zur Verfügung.
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Die zu einer Verschiebung des zu betrachtenden Dopplerfrequenzbereiches
führende Reduktion der MTI-Filter-Mittenfrequenz ist in Fig. 3 dargestellt. Die
Signalamplitude eines bewegten Objektes wird danach statt eines Wertes-A den höheren,
zur Mitte der MTI-Filter-Durchlaß-Kurve verschobenen Wert B am Ausgang des MTI-Filters
besitzen.
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L e e r s e i t e