DE1801270C1 - Pulse-Doppler radar method and device with transmission frequency change for the clear determination of the speed of the object - Google Patents
Pulse-Doppler radar method and device with transmission frequency change for the clear determination of the speed of the objectInfo
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Description
derart, daß die Dopplerfrequenz keinen Sperrbereich überspringt, die sich für eine unverändert gedachte Sendefrequenz f0 ergebende eindeutige Dopplerfrequenz fi in an sich bekannter Weise zuin such a way that the Doppler frequency does not skip a blocking range, the unambiguous Doppler frequency fi resulting for an unchanged imaginary transmission frequency f 0 in a manner known per se
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur eindeutigen Geschwindigkeitsbestimmung bewegter Objekte durch ein Puls-Doppler-Radargerät, dem die Aussiebung der Dopplerfrequenzen mittels minde-Änderungsfaktor-ig(i) 20 stens eines Frequenz-Dopplerfilters erfolgt, dessenThe invention relates to a method for the unambiguous determination of the speed of moving vehicles Objects through a pulse Doppler radar device, to which the screening of the Doppler frequencies by means of a minde change factor ig (i) 20 at least one frequency Doppler filter takes place, whose
2525th
äläl
AqAq
bestimmt wird (Af: gemessene Änderung der Dopplerfrequenz je Zeiteinheit; Aq: Änderung
des Änderungsfaktors q(t) des festen Sendefrie»;
quenzwertes f0 je Zeiteinheit).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennih dß Ef i lidhiis determined (Af: measured change in the Doppler frequency per unit of time; Aq: change in the change factor q (t) of the fixed transmission frequency; frequency value f 0 per unit of time).
2. The method according to claim 1, characterized in that the Ef i lidhi
Durchlaßbereich kleiner als die Pulsfolgefrequenz ist und dessen Sperrbereich zu Blindgeschwindigkeiten führt, und bei dem durch Änderung der Sendefrequenz eine Änderung der Dopplerfrequenz herbeigeführt und daraus durch Verknüpfung mit der bei der vorhergehenden Sendefrequenz aufgetretenen Dopplerfrequenz die Geschwindigkeit des Objekts eindeutig bestimmt wird, sowie auf ein Puls-Doppler-Radargerät zur Durchführung dieses Verfahrens.Pass band is smaller than the pulse repetition frequency and its stop band to blind speeds leads, and in which a change in the transmission frequency brought about a change in the Doppler frequency and from this by linking it to the Doppler frequency that occurred at the previous transmission frequency the speed of the object is clearly determined, as well as on a pulse Doppler radar device to carry out this procedure.
Es ist bekannt, daß bei Pulsradargeräten infolge der Periodizität des Sendesignals die aus dem Echosignal gewonnenen Informationen mehrdeutig sind. Die Mehrdeutigkeit wird in bekannten Systemen in gewissem Umfang dadurch umgangen, daß man dieIt is known that in pulse radar devices as a result of the periodicity of the transmitted signal from the echo signal information obtained is ambiguous. The ambiguity is expressed in known systems in circumvented to a certain extent by the
zeichnet, daß zur Erfassung von im Blindgeschwin- 35 Parameter des Systems (Sendeleistung, Sendefrequenz digkeitsbereich liegenden Objekten die Sende- und Pulsfolgefrequenz) so wählt, daß nur ein Wert frequenz vor Erfassung eines Zieles im Such- unter vielen an sich möglichen Werten physikalischdraws that for the detection of the blind speed 35 parameters of the system (transmission power, transmission frequency digkeitsbereich lying objects the transmission and pulse repetition frequency) so that only one value frequency before a target is detected in the search - physical among many possible values
zustand mindestens so weit variiert wird, daß von den zu Blindgeschwindigkeiten führenden Freoder auf Grund der als bekannt vorausgesetzten Umweltbedingungen tatsächlich möglich ist. Die übrihk id i hlstate is varied at least so far that the Freoder is actually possible due to the assumed known environmental conditions. The rest id i hl
quenzen jede mindestens einmal in den Durchlaß- 40 gen »Mehrdeutigkeitswerte« sind damit ausgeschlos-sequences each at least once in the passages- 40 »ambiguity values« are thus excluded.
bereich der fest abgestimmten Dopplerfilter fällt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Radargerät die Laufzeiteffekte für die Echosignale kompensiert werden.range of the fixed Doppler filter falls. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the propagation time effects for the echo signals are compensated for in the radar device.
sen.sen.
Bei einem Puls-Radarsystem sind grundsätzlich Entfernung und Geschwindigkeit mehrdeutig; bei der Dimensionierung muß beachtet werden, daßIn a pulse radar system, distance and speed are basically ambiguous; at the dimensioning must be taken into account that
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden 45 Entfernungs- und Geschwindigkeitsbereiche vonein-4. Method according to one of the preceding 45 distance and speed ranges from one
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorzeichen von Δ q derart gewählt wird, daß bei anlaufender Steuerung der Sendefrequenz die Dopplerlinie im Durchlaßbereich des Dopplerfilters bleibt.Claims, characterized in that the sign of Δ q is chosen such that when the control of the transmission frequency starts, the Doppler line remains in the pass band of the Doppler filter.
g gg g
ander abhängig sind; man kann z.B. bei einem System mit fester Sendefrequenz nicht die Pulsfrequenz erniedrigen und somit, unter Erhöhung der Sendeleistung, den eindeutig erfaßbaren Entfernungsbih ß h ß i hidikiare dependent on others; For example, in a system with a fixed transmission frequency, you cannot set the pulse frequency decrease and thus, while increasing the transmission power, the clearly detectable distance bih ß h ß i hidiki
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden 50 bereich vergrößern, ohne daß die Geschwindigkeits-5. Increase the range according to one of the preceding 50 without the speed
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzänderung beendet wird, wenn die Dopplerlinie aus dem Bereich des Dopplerfilters läuft oder wenn die maximal zulässige Änderung der Sendefrequenz erreicht ist.Claims, characterized in that the frequency change is ended when the Doppler line runs out of the range of the Doppler filter or if the maximum permissible change in the transmission frequency is reached.
6. Puls-Doppler-Radargerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfangszweig dem Dopplerfilter (14a bis 14n) eine i i6. Pulse Doppler radar device for performing the method according to one of the preceding Claims, characterized in that the Doppler filter (14a to 14n) in the receiving branch i i
messung mehrdeutig wird.measurement becomes ambiguous.
Die heute erreichbaren Geschwindigkeiten sind so hoch und die gewünschten Reichweiten so groß, daß mit einer Messung bei den für die Radarbeobachtung günstigen Sendefrequenzen nur eine der beiden Größen eindeutig gemessen werden kann, üblicherweise werden die Betriebsparameter so ausgelegt, daß die Entfernungsinformation eindeutig ist; dabei muß die Mehrdeutigkeit der GeschwindigkeitsmessungThe speeds that can be achieved today are so high and the desired ranges so large that with a measurement at the transmission frequencies that are favorable for radar observation, only one of the two quantities can be clearly measured, usually the operating parameters are designed so that the distance information is unambiguous; must the ambiguity of the speed measurement
Frequenzmeßeinrichtung (16) zur Bestimmung der 60 nach Betrag und Vorzeichen (an- und abfliegende
Dopplerfrequenz nachgeschaltet ist, die mit einer Ziele) in Kauf genommen werden.
Logik (17) verbunden ist, von der aus die Frequenzänderung des Sendesignals erfolgt, und daß der
Logik (17) ein die gemessenen Frequenzen und
deren Änderungen auswertender Rechner (19) 65
nachgeschaltet ist, der die eindeutige Doppler-Frequency measuring device (16) for determining the amount and sign (Doppler frequency approaching and departing which are connected with a target) to be accepted.
Logic (17) is connected, from which the frequency change of the transmission signal takes place, and that the
Logic (17) on the measured frequencies and
computer evaluating changes thereof (19) 65
is downstream, which is the clear Doppler
pp frequenz und damit die eindeutige Geschwindigkeit bestimmt.pp frequency and thus the definite speed is determined.
) g) g
Aus der französischen Patentschrift 1502021 ist ein Puls-Doppler-Radargerät bekannt, bei dem zur Beseitigung von Mehrdeutigkeiten bei der Geschwindigkeitsbestimmung abwechselnd Sendeimpulse mit zwei verschiedenen Frequenzen ausgesandt werden. Dadurch läßt sich für einen technisch normalerweise ausreichend großen Eindeutigkeitsbereich die jewei-From the French patent specification 1502021 a pulse Doppler radar device is known in which to Elimination of ambiguities in determining the speed alternately with transmission pulses be sent out at two different frequencies. This allows for a technically normal sufficiently large uniqueness area the respective
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lige Dopplerfrequenz und daraus die Geschwindigkeit bestimmen. Die Auswertung bei Betrieb mit Umtastung zwischen zwei verschiedenen Frequenzwerten der Sendeimpulse bringt einen erheblichen Aufwand mit sich, weil zwei getrennte Empfangszweige vorgesehen werden müssen, die jeweils eine Mischstufe, einen Zwischenfrequenzverstärker und einen Demodulator enthalten. Nach einer zeitlichen Verschiebung der Empfangssignale in einem der beiden Empfangszweige werden beide, den verschiedenen Sendefrequenzen zugeordnete Empfangssignale miteinander verglichen. Außerdem müssen bei der Umtastung auf zwei verschiedene Sendefrequenzen auch senderseitig ein größerer Aufwand getrieben und beide Sendefrequenzen gleichzeitig bereitgestellt werden.Determine the required Doppler frequency and from this determine the speed. The evaluation when operating with shift keying between two different frequency values of the transmission pulses involves considerable effort with it, because two separate reception branches must be provided, each with a mixer, contain an intermediate frequency amplifier and a demodulator. After a time shift the received signals in one of the two receiving branches are both the different transmission frequencies assigned received signals compared with one another. In addition, must be on when keying two different transmission frequencies also driven a greater effort on the transmitter side and both transmission frequencies can be provided at the same time.
Aus der deutschen Auslegeschrift 12 62 376 ist es zur Entstörung 'gegenüber den unerwünschten Signalen von Dopplerverzerrer-Rückstrahlbaken bekannt, die ausgehend von mehreren verschiedenen Sendefrequenzen, empfangenen Dopplerfrequenzen untereinander zu vergleichen. Durch diesen Vergleich der erhaltenen Sätze von dopplerverschobenen Frequenzwerten mit den verwendeten Sätzen von Sendefrequenzwerten läßt sich feststellen, ob die Werte der Dopplerverschiebung bei den einzelnen Sätzen jeweils, proportional sind oder nicht. Bei Proportionalität können echte Dopplerverschiebungen, bei fehlender Proportionalität kann eine Verfälschung der Empfangssignale angenommen werden. Bei dem bekannten Radarsystem wird jedoch die Aufgabe, Geschwindigkeits-Mehrdeutigkeiten zu beseitigen, nicht behandelt.From the German Auslegeschrift 12 62 376 it is to suppress the unwanted signals known from Doppler distortion retroreflective beacons, which, based on several different transmission frequencies, to compare received Doppler frequencies with each other. By comparing the obtained sets of Doppler-shifted frequency values with the sets of transmission frequency values used it can be determined whether the values of the Doppler shift in the individual sentences respectively, proportional or not. In the case of proportionality, real Doppler shifts can be used, in the absence of Proportionality, a corruption of the received signals can be assumed. With the well-known However, the radar system will have the task of eliminating speed ambiguities, not treated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und mit einfachen Mitteln eine schnelle Bestimmung der wahren Dopplerfrequenz und damit der tatsächlichen Geschwindigkeit des zu erfassenden Objekts zu erreichen. Gemäß der Erfindung, welche sich auf ein Verfahren der eingangs genannten Art bezieht, wird dies dadurch erreicht, daß bei stetiger, vorzugsweise periodischer, Änderung der Sendefrequenz mit einem einen bestimmten festen Sendefrequenzwert f0 multiplizierenden Änderungsfaktor q{t) derart, daß die Dopplerfrequenz keinen Sperrbereich überspringt, die sich für eine unverändert gedachte Sendefrequenz fQ ergebende eindeutige Dopplerfrequenz f{ in an sich bekannter Weise zuThe invention is based on the object of eliminating these difficulties and of achieving a quick determination of the true Doppler frequency and thus the actual speed of the object to be detected using simple means. According to the invention, which relates to a method of the type mentioned at the beginning, this is achieved in that with a constant, preferably periodic, change in the transmission frequency with a certain fixed transmission frequency value f 0 multiplying change factor q {t) such that the Doppler frequency does not The blocking range skips over the unambiguous Doppler frequency f { resulting from an unchanged imaginary transmission frequency f Q in a manner known per se
h - Aq h - Aq
bestimmt wird (A f: gemessene Änderung der Dopplerfrequenz je Zeiteinheit; A q: Änderung des Änderungsfaktors q(t) des festen Sendefrequenzwertes/0 je Zeiteinheit). is determined (A f: measured change in the Doppler frequency per unit of time; A q : change in the change factor q (t) of the fixed transmission frequency value / 0 per unit of time).
Durch die fortlaufende Änderung der Sendefrequenz ist es im Rahmen der Erfindung nicht erforderlich, sendeseitig zwei getrennte Oszillatoren bereitzustellen, und es ist auch empfangsseitig nicht notwendig, getrennte Empfangszweige zu verwenden, sondern die Messung der gesuchten Dopplerfrequenz kann praktisch einkanalig erfolgen, wobei lediglich auf die Bestimmung von Frequenzänderungen abzustellen ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die sonst bei Frequenzumtastungen stets auftretenden komplizierten Einschwingvorgänge weitgehend vermieden werden können.Due to the continuous change in the transmission frequency, it is not necessary within the scope of the invention, to provide two separate oscillators on the transmit side, and it is also not necessary on the receive side to to use separate reception branches, but the measurement of the searched Doppler frequency can take place practically single-channel, whereby only the determination of frequency changes is to be taken into account. Another advantage is that the complex ones that otherwise always occur with frequency shift keying Settling processes can largely be avoided.
Die Erfindung ist anhand von Zeichnungen näher erläutert:The invention is explained in more detail with reference to drawings:
In Fig. 1 a ist ein Ausschnitt aus dem Amplitudenspektrum des Sendesignals einer bestimmten Frequenz /o dargestellt, in F i g. Ib das Echospektrum fe, herrührend von einem bewegten Flugkörper. Wie bekannt, ist das Echospektrum um die Dopplerfrequenz fdi gegenüber dem Sendespektrum verschoben. Die Dopplerverschiebung soll jeweils in einem definierten Frequenzbereich, beispielsweise bestimmt durch den Durchlaßbereich F eines Kammfilters,In FIG. 1 a, a section from the amplitude spectrum of the transmission signal of a certain frequency / o is shown, in FIG. Ib the echo spectrum f e , originating from a moving missile. As is known, the echo spectrum is shifted by the Doppler frequency fdi with respect to the transmission spectrum. The Doppler shift should be in a defined frequency range, for example determined by the pass band F of a comb filter,
ίο gemessen werden, dessen Sperrbereiche mit S bezeichnet sind.ίο are measured, whose restricted areas are denoted by S. are.
Fig. Ic zeigt das Echospektrum eines anderen, schneller anfliegenden Flugkörpers mit der Verschiebung/^· Die Größe der Verschiebung ist so groß, daß fd2 = fdi + fi ist (/: Pulsfolgefrequenz). Man erkennt, daß sich in diesem Falle die Spektren nicht unterscheiden und insbesondere in den Filtern dieselben Frequenzen gemessen werden. Aus dieser Betrachtung folgt, daß eine gemessene Dopplerfrequenz stets um ganzzahlige Werte von /· mehrdeutig sein kann: gemessen wird ein und dieselbe Frequenz, im folgenden kurz mit / bezeichnet, während der wahre Wert der Dopplerfrequenz, der der tatsächlichen Geschwindigkeit entspricht, /' sei. Dann istFig. Ic shows the echo spectrum of another, faster approaching missile with the displacement / ^ · The size of the displacement is so great that fd 2 = fdi + fi (/: pulse repetition frequency). It can be seen that in this case the spectra do not differ and, in particular, the same frequencies are measured in the filters. From this consideration it follows that a measured Doppler frequency can always be ambiguous by integer values of / ·: one and the same frequency is measured, hereinafter referred to as /, while the true value of the Doppler frequency, which corresponds to the actual speed, is / ' . Then
Die Mehrdeutigkeitszahl k ist stets ganz und bezeichnet den fe-ten Bereich, in dem die wahre Dopplerfrequenz liegt.The ambiguity number k is always whole and denotes the fe-th range in which the true Doppler frequency lies.
Für eine Sendefrequenz/0 wird auf Grund der bekannten DopplerbeziehungFor a transmission frequency / 0 , due to the known Doppler relationship
r, 2 ν fr, 2 ν f
/ = — /0/ = - / 0
υ: Objektgeschwindigkeit,
c: Lichtgeschwindigkeit. υ : object speed,
c: speed of light.
Wird diese Sendefrequenz mit einem Faktor q so variiert, daß eine Frequenz q ■ /0 ausgesandt wird, so wird auch der wahre Wert/' geändert und ebenfalls der gemessene Wert /.If this transmission frequency is varied with a factor q in such a way that a frequency q ■ / 0 is transmitted, the true value / 'is also changed, and so is the measured value /.
Die Zusammenhänge sind anhand von Fig. 2a und 2b anschaulich graphisch dargestellt:The relationships are graphically illustrated using FIGS. 2a and 2b:
In Fig. 2a ist das Empfangsspektrum über der Fluggeschwindigkeit υ dargestellt, und zwar für die Sendefrequenz/,. Für ν — 0 liegt das Empfangs-Spektrum frequenzgleich mit dem Sendespektrum; mit wachsendem ν verschiebt sich das Empfangsspektrum immer mehr gegen das Sendespektrum. Alle gezeichneten Geschwindigkeiten vh v}, vk... ergeben denselben Meßwert^ im definierten Filterbereich; die oben geschilderte Mehrdeutigkeit der Dopplerfrequenz entspricht also einer Mehrdeutigkeit der Fluggeschwindigkeit. In Fig. 2b sind zwei Darstellungen nach F i g. 2 a für zwei verschiedene Sendefrequenzen foi und f02 aufeinandergezeichnet. Bei der Sendefrequenz f01 wird eine Dopplerfrequenz ft gemessen, die einer Objektgeschwindigkeit V1 j oder V1 k usw. zugehörig sein kann; bei der Sendefrequenz f02 wird die Dopplerfrequenz J2 gemessen entsprechend den Objektgeschwindigkeiten V2 j oder V2 k usw. Im allgemeinen werden die aus Sendefrequenz und Dopplerfrequenz graphisch oder rechnerisch zu ermittelnden Geschwindigkeiten V1}, vlk...v2j, V2Ic--- alle verschieden sein bis auf zwei gleiche Werte. Nur dieseIn Fig. 2a the reception spectrum is shown over the airspeed υ, specifically for the transmission frequency /,. For ν - 0 the reception spectrum is at the same frequency as the transmission spectrum; with increasing ν , the reception spectrum shifts more and more against the transmission spectrum. All the velocities v h v } , v k ... shown result in the same measured value ^ in the defined filter range; the ambiguity of the Doppler frequency described above thus corresponds to an ambiguity of the airspeed. In Fig. 2b are two representations according to FIG. 2 a for two different transmission frequencies foi and f 02 drawn one on top of the other. At the transmission frequency f 01 , a Doppler frequency f t is measured, which can be associated with an object speed V 1 j or V 1 k , etc.; at the transmission frequency f 02 , the Doppler frequency J 2 is measured according to the object speeds V 2 j or V 2 k etc. In general, the speeds V 1} , v lk ... v 2j , V 2 Ic --- all be different except for two equal values. Only this
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sind dann gleich der wahren Geschwindigkeit. Im gezeichneten Beispiel fallen P1 ( und p2 ( zusammen.are then equal to the true speed. In the example shown, P 1 ( and p 2 ( coincide.
Aus der Darstellung nach F i g. 2 b läßt sich unmittelbar nicht ersehen, ob und unter welchen Bedingungen weitere Fluggeschwindigkeiten möglich sind, bei denen P1 und D2 zusammenfallen können; weiterhin kann auf Grund dieser Darstellung keine Aussage gemacht werden, wie die beiden Betriebsfrequenzen zweckmäßig zu wählen sind und mit welcher Genauigkeit die gemessenen Werte Si und Si zur Verfugung stehen müssen.From the representation according to FIG. 2 b it cannot be seen directly whether and under what conditions further flight speeds are possible at which P 1 and D 2 can coincide; Furthermore, on the basis of this representation, no statement can be made as to how the two operating frequencies should be appropriately selected and with what accuracy the measured values Si and Si must be available.
Es gelten folgende Beziehungen:
bei der Sendefrequenz /0:The following relationships apply:
at the transmission frequency / 0 :
und mit (2)and with (2)
bei der Sendefrequenz qf0 :at the transmission frequency qf 0 :
Weiter ist mitNext is with
Si = oSi
mit (3), (4), (5) Si = oSi
with (3), (4), (5)
f "f f " f
qf,qf,
(3)(3)
(4)(4)
(5)(5)
(6)(6)
Die Gleichung (6) enthält die beiden unbekannten Werte \ und Ic2; K und ^2 sind ganze Zahlen. Im allgemeinen erfüllen mehrere Lösungspaare Ic1, k2 die Gleichung, so daß Ic1, k2 wieder mehrdeutig sind. Die Lösungen können jedoch für beliebige hohe Werte It1, k2 durch zweckmäßige Wahl von q (z. B. irrational) eindeutig werden; dann müssen jedoch auch die Meßwerte Z1 und Si mit hoher Genauigkeit vorliegen. Bei vorgegebener begrenzter Meßgenauigkeit kann durch zweckmäßige Wahl von q der erstmals auftretende mehrdeutige Wert von Jc1 in der Praxis so hoch gelegt werden, daß im zu erwartenden Geschwindigkeitsbereich keine Mehrdeutigkeit auftreten kann.Equation (6) contains the two unknown values \ and Ic 2 ; K and d ^ 2 are whole numbers. In general, several pairs of solutions Ic 1 , k 2 satisfy the equation, so that Ic 1 , k 2 are again ambiguous. The solutions can, however, become unambiguous for any high values It 1 , k 2 through an appropriate choice of q (e.g. irrational); then, however, the measured values Z 1 and Si must also be available with a high degree of accuracy. With a given, limited measurement accuracy, by appropriately selecting q, the ambiguous value of Jc 1 that occurs for the first time can in practice be set so high that no ambiguity can occur in the speed range to be expected.
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird so vorgegangen, daß man die Sendefrequenz nicht zwischen zwei festen Werten umschaltet, sondern stetig, vorzugsweise periodisch, ändert. Dann werden q und /' Funktionen der Zeit.According to the method according to the invention, the procedure is such that the transmission frequency is not switched between two fixed values, but is changed continuously, preferably periodically. Then q and / 'become functions of time.
Es ist analog (2):It is analogous (2):
/'(t)=~
Zu ermitteln ist der Wert/ '(t) = ~
The value is to be determined
Γ - — · f
c °' Γ - - · f
c ° '
also bei q(t) = 1.i.e. at q (t) = 1.
Wird formal die Änderung der Dopplerfrequenz über der Änderung der Sendefrequenz betrachtet, so wirdIf the change in the Doppler frequency is considered formally over the change in the transmission frequency, then will
2p2p
J'' J ''
aqaq
Eine Korrekturmöglichkeit bietet die mit (3) und (7) gewonnene BeziehungThe relationship obtained with (3) and (7) offers a possibility of correction
SiSi
Es soll an dieser Stelle nochmals daraufhingewiesen werden, daß der Wert fx stets für den Zeitpunkt q(t) = 1, also bei Nenn-Sendefrequenz, gilt, währendIt should be pointed out again at this point that the value f x always applies to the point in time q (t) = 1, that is to say at the nominal transmission frequency, while
der Quotient -r- vom augenblicklichen Wert derthe quotient -r- of the current value of the
Sendefreqitfhz unabhängig ist.Sendefreqitfhz is independent.
Ist ein anderer Wert fx bei qx bekannt oder gemessen worden, so lautet die Beziehung für k: If another value f x is known or measured at q x , then the relation for k is:
_ λ rd/ Λ _ λ r d / Λ
-j\jq"qx~jx\·-j \ jq " qx ~ jx \ ·
Die Zusammenhänge sollen anhand von Fig. 3 graphisch veranschaulicht werden:The relationships are to be illustrated graphically with the aid of Fig. 3:
In Fi g. 3 ist die Dopplerfrequenz /d über der Sendefrequenz q ■ f0 bzw. über q für eine bestimmte Geschwindigkeit ρ aufgetragen. Mit wachsender Sendefrequenz wächst proportional die Dopplerfrequenz. Proportionalitätsfaktor ist die Geschwindigkeit.In Fi g. 3, the Doppler frequency / d is plotted over the transmission frequency q ■ f 0 or over q for a certain speed ρ. As the transmission frequency increases, the Doppler frequency increases proportionally. The proportionality factor is the speed.
Infolge der Periodizität des Sendesignals kann die meßbare Dopplerfrequenz höchstens den Wert/; annehmen; überschreitet die wahre Dopplerfrequenz den Wert fh so springt die meßbare Dopplerlinie auf den Ausgangswert zurück.As a result of the periodicity of the transmission signal, the measurable Doppler frequency can at most be the value /; accept; If the true Doppler frequency exceeds the value f h , the measurable Doppler line jumps back to the initial value.
Man erkennt unmittelbar aus Fig. 3, daß dieIt can be seen directly from Fig. 3 that the
Steigung ~r~ der Geschwindigkeitsgeraden ein eindeutiges Maß für die Geschwindigkeit des Flugkörpers ist; es ist naheliegend, daß der Quotient ~— auch einThe slope ~ r ~ of the speed line is a clear measure of the speed of the missile; it is obvious that the quotient ~ - is also a
Maß für die eindeutige, wahre Dopplerfrequenz sein muß. Tatsächlich erkennt man aus der Ähnlichkeit der Dreiecke sofortMust be a measure of the unambiguous, true Doppler frequency. In fact, you can tell from the similarity of triangles immediately
■1/■ 1 /
AqAq
JL
1 JL
1
Bei dem Betrieb eines Radargeräts nach dem erfindungsgemäßen Verfahren soll der QuotientWhen operating a radar device according to the method according to the invention, the quotient should
durch die Laufzeit des Echosignals möglichst wenig verfälscht werden. Bei einer periodischen Modulation (z. B. q = 1 + q0 sin cut) muß der Laufzeiteffekt durch geeignete Maßnahmen kompensiert werden. Bei linearer Frequenzmodulation z. B. q = 1 +are falsified as little as possible by the transit time of the echo signal. In the case of periodic modulation (e.g. q = 1 + q 0 sin cut), the runtime effect must be compensated for by suitable measures. With linear frequency modulation z. B. q = 1 +
spieltplays
dagegen die Laufzeit keine Rolle, wie man leicht anhand von Fig. 4a erkennt (1: Objekt anfliegend; 2: Objekt fest; 3: Objekt abfliegend).on the other hand, the transit time does not matter, as can easily be seen from FIG. 4a (1: object approaching; 2: object fixed; 3: object departing).
Eine Veränderung der Laufzeit tz hat lediglich zur Folge, daß sich die Dopplerfrequenz um einenA change in the transit time t z only has the consequence that the Doppler frequency by one
bleibtremain
1 f konstanten Betrag verschiebt; die Steigung 1-~- 1 f shifts constant amount; the slope 1 - ~ -
erhalten.obtain.
Man muß jedoch bei der Messung darauf achten, daß während der Meßzeit keine unstetigen Änderungen der Dopplerfrequenz auftreten. UnstetigkeitenDuring the measurement, however, care must be taken that there are no discontinuous changes during the measurement time the Doppler frequency occur. Discontinuities
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werden hervorgerufen beim übergang in einen anderen Bereich (Fig. 3), durch einen Sprung der Sendefrequenz (Fig. 4a) oder durch eine Überschneidung der Sendefrequenz mit der Empfangsfrequenz (Fig. 4b); in diesem Fall geht die Dopplerfrequenz durch Null und ändert das Vorzeichen (Spiegelung). Eine genauere Betrachtung zeigt, daß Überschneidungen nur bei sehr kleinen Laufzeiten auftreten können, die in der Größenordnung der Signallaufzeiten im Gerät selbst liegen. Bei sägezahnförmiger Frequenzmodulation darf die Messung der Dopplerfrequenz beginnen nach der Echolaufzeit, und sie muß vor dem Sprung der Sendefrequenz beendet sein.are caused by the transition to another area (Fig. 3), by a jump in the transmission frequency (Fig. 4a) or by an overlap the transmission frequency with the reception frequency (Fig. 4b); in this case the Doppler frequency goes by zero and changes the sign (reflection). A closer look shows that there is overlap can only occur with very short transit times, which are in the order of magnitude of the signal transit times lie in the device itself. With sawtooth-shaped frequency modulation, the measurement of the Doppler frequency is allowed begin after the echo propagation time, and it must end before the transmission frequency jump.
Eine überschlägige Betrachtung zeigt, daß bei angenommenem unendlichem Rauschabstand in der Theorie die Steigung -~ aus zwei Frequenzmessungen,A rough examination shows that, assuming an infinite signal-to-noise ratio in theory the slope - ~ from two frequency measurements,
von denen jede die Dauer einer Periode beansprucht, ermittelt werden kann; bei endlichem Rauschabstand muß die Meßzeit mehrere Perioden überdecken.each of which occupies the duration of a period can be determined; at finite signal-to-noise ratio the measuring time must cover several periods.
Wie schon angedeutet, muß q0 so gewählt werden, daß die zu messende Dopplerlinie in ein und demselben Bereich k bleibt, also muß sein Δ f < 0,5 /;.As already indicated, q 0 must be chosen so that the Doppler line to be measured remains in one and the same area k , so its Δ f < 0.5 / ; .
Die erforderliche Meßgenauigkeit des VerfahrensThe required measurement accuracy of the method
kann unmittelbar aus der Beziehung / = —;— abgeschätzt werden. Wenn man voraussetzt, daß bei der Ermittlung der Frequenzänderung ein konstanter Fehler des Meßgerätes entfällt, bleibt lediglich die Genauigkeitsanforderung an die Linearität der Sendefrequenz. Im allgemeinen wird jedoch die Dopplerlinie als mehr oder weniger schmales Band vorliegen; setzt man die Meßgenauigkeit der Bandmittel vergleichsweise mit dem vorher erläuterten Beispiel mit ± 0,024 fi an und ist q = 1,1, so wird der relative Fehler ±24%, während nach dem Umschaltverfahren der Fehler konstant und unabhängig von der Dopplerfrequenz bei 0,024/; bleibt.can be estimated directly from the relation / = -; -. If it is assumed that there is no constant error of the measuring device when determining the frequency change, then only the accuracy requirement for the linearity of the transmission frequency remains. In general, however, the Doppler line will be present as a more or less narrow band; If the measuring accuracy of the tape center is set to ± 0.024 fi in comparison with the example explained above and q = 1.1, the relative error is ± 24%, while after the switching method the error is constant and independent of the Doppler frequency at 0.024 /; remain.
In F i g. 5 ist das Blockschaltbild eines die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichenden Radargeräts dargestellt. Die von einer Antenne 10 aufgenommenen Echosignale werden einer Sender-Empfänger-Weiche 11 zugeführt und gelangen zu einem Kanalschalter 12, der — ebenso wie die Sender-Empfänger-Weiche 11 — von einer Taktversorgungseinrichtung 13 gesteuert wird. Die Ausgänge dieses Kanalschalters enthalten somit Signale, die bestimmten eng begrenzten Entfernungsbereichen zugeordnet sind (Entfernungskanäie 12a, Ub, 12c... 12 n). In die Entfernungskanäle sind Dopplerfilter 14a, 14b.. .14n eingeschaltet, über eine Abfrageeinrichtung 15 werden die einzelnen Entfernungskanäle nacheinander abgetastet, wobei angenommen ist, daß im Entfernungskanal 12 & ein Ziel liegt und der zugehörige Abfrageschalter gerade geschlossen ist. An den diesem Entfernungskanal entsprechenden Ausgang 15 b ist eine Filterbank 16 angeschlossen, die aus sehr engen Einzelbereichen besteht und eine genaue Frequenzmessung ermöglicht. Anstelle einer Filterbank können auch andere entsprechend genau arbeitende Frequenzmeßeinrichtungen verwendet werden. Eine Filterbank hat jedoch den Vorteil, daß die Auswertung der gemessenen Frequenz unmittelbar in digitaler Form vorgenommen werden kann. Auf Grund der gemessenen, in diesem Bereich vieldeutigen Dopplerfrequenz wird in einer Logik 17 der frequenzbestimmende Teil 18 für die Sendefrequenz des PuIs-Doppler-Radargeräts in der in den vorangegangenen Beispielen beschriebenen Art verändert. Diese Änderung wird zusammen mit der sich auf Grund der geänderten Sendefrequenz ergebenden neuen Dopplerfrequenz einem Rechner 19 eingegeben, der durch Verknüpfung der verschiedenen, auf unterschiedliche Sendefrequenzen zurückgehenden Dopplerfrequenzen die eindeutige Dopplerfrequenz bestimmt, die dann in einer Anzeigeeinrichtung 20 dargestellt wird. Außerdem wird im Rechner 19 die Änderung von ic ermitteltIn Fig. 5 shows the block diagram of a radar device which enables the method according to the invention to be carried out. The echo signals picked up by an antenna 10 are fed to a transmitter / receiver switch 11 and arrive at a channel switch 12, which - like the transmitter / receiver switch 11 - is controlled by a clock supply device 13. The outputs of this channel switch thus contain signals which are assigned to certain narrowly limited distance ranges (distance channels 12a, Ub, 12c ... 12 n). Doppler filters 14a, 14b ... 14n are switched on in the range channels, the individual range channels are scanned one after the other via an interrogator 15, it being assumed that there is a target in range channel 12 & and the associated interrogation switch is currently closed. At the output 15 b corresponding to this distance channel, a filter bank 16 is connected, which consists of very narrow individual areas and enables precise frequency measurement. Instead of a filter bank, other frequency measuring devices that work appropriately precisely can also be used. However, a filter bank has the advantage that the measured frequency can be evaluated directly in digital form. Due to the measured Doppler frequency, which is ambiguous in this area, the frequency-determining part 18 for the transmission frequency of the PuIs Doppler radar device is changed in a logic 17 in the manner described in the previous examples. This change, together with the new Doppler frequency resulting from the changed transmission frequency, is entered into a computer 19, which determines the unique Doppler frequency by combining the various Doppler frequencies that are based on different transmission frequencies, which is then displayed in a display device 20. In addition, the change in ic is determined in the computer 19
ίο und ausgewertet.ίο and evaluated.
Im folgenden ist angenommen, daß die Pulsfrequenz 3 kHz beträgt, die Blindgeschwindigkeit bei 1 Mach liegt und die Dopplerfilter so ausgelegt sind, daß Frequenzen im Abstand bis zu ± 300 Hz von der Festzeichenlinie noch unterdrückt werden. Infolge dieser Dimensionierung der Dopplerfilter, die den Zweck hat, nicht nur Festzeichen, sondern auch langsam bewegte Objekte zu unterdrücken, entsteht für die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens die einschränkende Bedingung, daß die Meßwerte /2 und /t nicht in den Sperrbereich der Dopplerfilter fallen dürfen. Damit sind von einem an sich nutzbaren Frequenzband von 3kHz Breite 600Hz (= 20%) nicht nutzbar.In the following it is assumed that the pulse frequency is 3 kHz, the blind speed is 1 Mach and the Doppler filters are designed so that frequencies at a distance of up to ± 300 Hz from the fixed line are still suppressed. As a result of this dimensioning of the Doppler filter, which has the purpose of suppressing not only fixed characters but also slowly moving objects, the restrictive condition arises for the applicability of the method according to the invention that the measured values / 2 and / t must not fall within the blocking range of the Doppler filter . This means that 600 Hz (= 20%) of a frequency band of 3 kHz width that can be used per se cannot be used.
Wenn ein Objekt beispielsweise mit der ersten Blindgeschwindigkeit Mach 1 in den Erfassungsbereich des Gerätes einfliegt, muß die Änderung der Sendefrequenz mindestens so groß sein, daß sich die Doppierlinie in den Durchlaßbereich des Dopplerfilters schiebt.If, for example, an object flies into the detection range of the device at the first blind speed of Mach 1, the change in the Transmission frequency must be at least large enough that the doubling line extends into the pass band of the doppler filter pushes.
Damit liegt die minimale Frequenzänderung fest. Auf Grund der Tatsache, daß 20% des theoretisch nutzbaren Gebietes nicht nutzbar sind, ist das Umschaltverfahren zwischen festen Sendefrequenzen unzweckmäßig, da die Wahrscheinlichkeit, daß eine Linie in den Sperrbereich fällt und damit das Verfahren versagt, zu groß wird. Es soll deshalb nicht mit fest eingestellter Änderung bzw. festem Hub der Sendefrequenz gearbeitet werden, sondern die Umschaltung nach Vorzeichen und Betrag abhängig von der Lage der Dopplerlinie gesteuert werden. Nachdem eine Steuerung der Sendefrequenz zwingend ist, soll gleichzeitig auch überprüft werden, ob die beobachtete Dopplerlinie in einen anderen Bereich springt, und demnach die Verfahren angewendet werden, die eine U1 = k2 = k fordern. Damit kann die wahre Dopplerfrequenz eindeutig berechnet werden.This defines the minimum frequency change. Due to the fact that 20% of the theoretically usable area cannot be used, the method of switching between fixed transmission frequencies is inexpedient, since the probability that a line will fall into the blocked area and thus the method will fail is too great. It is therefore not intended to work with a fixed change or a fixed range of the transmission frequency, but rather the changeover according to sign and amount should be controlled depending on the position of the Doppler line. After a control of the transmission frequency is mandatory, it should also be checked at the same time whether the observed Doppler line jumps into another area, and accordingly the methods are used which require U 1 = k 2 = k . This allows the true Doppler frequency to be calculated unambiguously.
Aus dem bisher Gesagten folgt, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht eignet, den Geschwindigkeitsbereich
eines speziellen Systems einfach dadurch zu erweitern, daß eine weitere Funktion (etwa
Frequenzmodulation der Sendefrequenz) in das System aufgenommen wird. Es ist jedoch möglich,
jeweils ein Objekt, d. h. jeweils einen Entfernungskanal, abzufragen, indem ein Geschwindigkeitsrechner an
diesen Kanal angeschlossen wird und die Sendefrequenz auf Grund der Steuerbefehle des Rechners
geändert wird.
Die Abfrage der besetzten Kanäle kann automatisch nacheinander erfolgen oder auch gesteuert dem Beobachter,
der sich für die Geschwindigkeit eines bestimmten Objekts interessiert.From what has been said so far, it follows that the method according to the invention is not suitable for simply expanding the speed range of a special system by including a further function (such as frequency modulation of the transmission frequency) in the system. However, it is possible to query one object at a time, ie one distance channel at a time, by connecting a speed computer to this channel and changing the transmission frequency on the basis of the control commands from the computer.
The occupied channels can be queried automatically one after the other or controlled by the observer who is interested in the speed of a certain object.
Für den Suchvorgang genügt eine einfache Frequenzumsteuerung, derart, daß Geschwindigkeiten, die bei einer Sendefrequenz f01 im Blindbereich liegen, bei f02 in den Durchlaßbereich fallen. Damit ist sichergestellt, daß alle Bewegtziele überhaupt erfaßt werden. Wird z.B. angenommen, daß ein ObjektA simple frequency reversal is sufficient for the search process, such that speeds which are in the blind range at a transmission frequency f 01 fall into the passband at f 02. This ensures that all moving targets are recorded at all. Assume, for example, that an object
709 637/75709 637/75
18 Ol 27018 Ol 270
mit etwa dreifacher Blindgeschwindigkeit in den Erfassungsbereich des Gerätes einfliegt, und erscheint die entsprechende Dopplerlinie beispielsweise im Entfernungskanal 12 b, so wird das schmalbandige Geschwindigkeitsfilter 16, die Logik 17 und der Rechner 19 auf Grund eines Befehls des Beobachters oder automatisch auf den besetzten Kanal geschaltet. Die Logik 17 ermittelt den Meßwert /, indem sie feststellt, in welchem Geschwindigkeitsfilter die Dopplerfrequenz erscheint, bestimmt dann das Vorzeichen von q derart, daß bei anlaufender Steuerung der Sendefrequenz die Dopplerlinie im Durchlaßbereich des Dopplerfilters bleibt, und schaltet die Frequenzsteuerung ab, wenn die Dopplerlinie aus dem Bereich des Dopplerfilters läuft oder wenn die maximal zulässige Änderung der Sendefrequenz erreicht ist. Der Rechner errechnet aus den Werten fu f2 und q\, q2 den Mehrdeutigkeitsbereich k. flies into the detection range of the device at about three times the blind speed, and the corresponding Doppler line appears, for example, in the distance channel 12 b, the narrow-band speed filter 16, the logic 17 and the computer 19 are switched to the occupied channel on the basis of a command from the observer or automatically. The logic 17 determines the measured value / by determining the speed filter in which the Doppler frequency appears, then determines the sign of q in such a way that when the control of the transmission frequency starts, the Doppler line remains in the pass band of the Doppler filter, and switches the frequency control off when the Doppler line runs out of the range of the Doppler filter or when the maximum permissible change in the transmission frequency has been reached. The computer calculates the ambiguity range k from the values f u f 2 and q \, q 2.
Erste Blindgeschwindigkeit desFirst blind speed of the
Gerätes 1200 km/hDevice 1200 km / h
Folgefrequenz Z, = 3,00OkHzRepetition frequency Z, = 3.00OkHz
Anfliegendes Objekt habe dieThe approaching object has the
Geschwindigkeit 3680 km/hSpeed 3680 km / h
mit der wahren Dopplerfrequenz /' = 9,200 kHz Diese Frequenz fällt in den Sperrbereich
des Dopplerfilters
Änderung der Sendefrequenz mit q = +1,1
Die wahre Dopplerfrequenz wird 10,120 kHz
und im Geschwindigkeitsfilter wird 1,12OkHz = /2
angezeigtwith the true Doppler frequency / '= 9.200 kHz This frequency falls within the blocking range of the Doppler filter
Change of the transmission frequency with q = +1.1
The true Doppler frequency becomes 10.120 kHz
and 1.12OkHz = / 2 is displayed in the speed filter
Die Logik steuert die Frequenzänderung nun derart, daß die angezeigte Dopplerfrequenz J1 sinkt, und gibt die Werte der angezeigten Dopplerfrequenz mit den zugehörigen Werten der Frequenzänderung an den Rechner. Es genügt die Eingabe von zwei Wertepaaren an den Rechner:The logic controls the frequency change in such a way that the displayed Doppler frequency J 1 drops, and sends the values of the displayed Doppler frequency with the associated values of the frequency change to the computer. It is sufficient to enter two pairs of values on the computer:
^1 = 1,1; /1 = 1,12OkHz
q2 =1,02; f2 = 0,384 kHz^ 1 = 1.1; / 1 = 1.12OkHz
q 2 = 1.02; f 2 = 0.384 kHz
der nach Gleichung (14) mit dem Programmaccording to equation (14) with the program
TiL«,-«. q2 TiL «, -«. q2
k = 3 ermittelt. k = 3 determined.
Damit ist der Mehrdeutigkeitsbereich bestimmt. Die direkte Berechnung ergibt:The ambiguity area is thus determined. The direct calculation gives:
/v _ /2 Jl _/ v _ / 2 Jl _
<h~ Ix<h ~ Ix
= 9,2 kHz. = 9.2 kHz.
Wenn angenommen wird, die Meßgenauigkeit von Z1 und/2 sei ± 50 Hz und die Fehler mögen sich addieren, ergibt sich folgendes Beispiel:If it is assumed that the measurement accuracy of Z 1 and / 2 is ± 50 Hz and the errors add up, the following example results:
fe= 1 Z2-Zi+0,1 kHz _Hz= 3,43
fi Q2-Qi 3,40 fe = 1 Z 2 -Zi + 0.1 kHz _ Hz = 3.43
fi Q 2 -Qi 3.40
Der Rechner korrigiert auf 3,0:
Die wahre Dopplerfrequenz hat den Fehler ± 50 Hz. Nach der direkten Berechnung ergibt sich dagegen
ein Fehler von 1,25 kHz.The calculator corrects to 3.0:
The true Doppler frequency has the error ± 50 Hz. According to the direct calculation, however, there is an error of 1.25 kHz.
Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19681801270 DE1801270C1 (en) | 1968-10-04 | 1968-10-04 | Pulse-Doppler radar method and device with transmission frequency change for the clear determination of the speed of the object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19681801270 DE1801270C1 (en) | 1968-10-04 | 1968-10-04 | Pulse-Doppler radar method and device with transmission frequency change for the clear determination of the speed of the object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1801270C1 true DE1801270C1 (en) | 1977-09-15 |
Family
ID=29591702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19681801270 Expired DE1801270C1 (en) | 1968-10-04 | 1968-10-04 | Pulse-Doppler radar method and device with transmission frequency change for the clear determination of the speed of the object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1801270C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0028182A1 (en) * | 1979-10-26 | 1981-05-06 | Thomson-Csf | Frequency modulated airborne radar and its use in a homing missile |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR1502021A (en) * | 1966-10-04 | 1967-11-18 | Csf | Improvement in electromagnetic detection systems for moving objects |
| DE1262376B (en) * | 1964-08-28 | 1968-03-07 | Thomson Houston Comp Francaise | Doppler radar system with a device for transmitting radio waves of a large number of different frequencies |
-
1968
- 1968-10-04 DE DE19681801270 patent/DE1801270C1/en not_active Expired
Patent Citations (2)
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| DE1262376B (en) * | 1964-08-28 | 1968-03-07 | Thomson Houston Comp Francaise | Doppler radar system with a device for transmitting radio waves of a large number of different frequencies |
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| FR2468920A1 (en) * | 1979-10-26 | 1981-05-08 | Thomson Csf | FREQUENCY MODULATED AIRPORT RADAR AND ITS APPLICATION TO A MISSILE SELF-DIRECTING |
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