DE2262703C1 - Impulskompressions-Radargerät mit zwei Teil-Codewörtern zur Nebenmaximaauslöschung - Google Patents
Impulskompressions-Radargerät mit zwei Teil-Codewörtern zur NebenmaximaauslöschungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Radargerät, bei dem aus Codeelementen bestehende impulsförmige
Codeworte ausgesandt werden, wobei jedes Codewort aus zwei so gewählten Teil-Codeworten zusammengesetzt
ist, daß nach der Impulskompression die Autokorrelationsfunktionen der beiden Teil-Codeworte
amplituden- und vorzeichenmäßig gleiche Hauptmaxima und zumindest teilweise amplitudenmäßig gleiche,
jedoch vorzeichenmäßig entgegengesetzte Nebenmaxima liefern.
Aus der deutschen Auslegeschrift 12 61 907 ist es bekannt, zur Verbesserung der Entfernungsauflösung
einer Radaranlage von der Impulskompression Gebrauch zu machen. Dabei werden nacheinander jeweils
zwei Impulsfolgen in Form von Codewörtern ausgesandt, bei denen die Verteilung der Einzelelemente in
einer bestimmten Weise aufeinander abgestimmt ist. Diese Verteilung ist so vorgesehen, daß bei fortlaufender
Numerierung der Codewörter die geradzahligen Codewörter eine von den ungeradzahligen Codewörtern
unterschiedliche, hinsichtlich des Hauptmaximums gegenphasige Autokorrelationsfunktion ergeben. Jede
zweite der beim Empfang gebildeten Autokorrelationsfunktionen erfährt zusätzlich eine Phasenumkehr,
worauf eine Summation der beiden Autokorrelationsfunktionen erfolgt. Dabei wird erreicht, daß sich die
Hauptmaxima gleichphasig überlagern. Die Zuordnung der geradzahligen zu den ungeradzahligen Codewörtern
ist so getroffen, daß sich die bei der Impulskompression bildenden Nebenmaxima gegenseitig auslösehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, durch den der nachteilige Einfluß der
Nebenmaxima bei der Auswertung der Echosignale bei Radargeräten mit Entfernungskanälen verringert werden
kann. Gemäß der Erfindung, welche sich auf ein Radargerät der eingangs genannten Art bezieht, wird
dies dadurch erreicht, daß als Radargerät in an sich bekannter Weise ein solches mit Entfernungskanälen
verwendet ist, bei dem die Impulskompression vor den Entfernungstoren vorgenommen ist, wobei die Anschaltdauer
eines Entfernungskanals an dem Empfangsteil etwa gleich der zeitlichen Dauer des bei der
Impulskompression erreichten Hauptmaximums gewählt ist, und daß in an sich bekannter Weise in jedem
Entfernungskanal ein Tiefpaßfilter vorgesehen ist, das die durch die Nebenmaxima hervorgerufenen Signalanteile
in nicht durch Ziele belegten Entfernungskanälen auf Grund ihrer unterschiedlichen Vorzeichen zumindest
teilweise unterdrückt.
Da die Nebenmaxima zumindest teilweise abwechselnd mit positiven und negativen Vorzeichen in die
nicht durch das Hauptmaximum belegten Entfernungskanäle fallen und in ihrer Amplitude zumindest teilweise
ähnlich groß sind, schwächen sie sich durch den Einfluß des Tiefpaßfilters. Von besonderem Vorteil ist in diesem
Zusammenhang, daß der für die Erfindung notwendige Aufwand vernachlässigbar klein ist, weil ein Tiefpaßfilter
(Tiefpaßintegrationsfilter) an den Entfernungstoren meist schon vorhanden ist bzw. mit geringem Aufwand
angebracht werden kann. Zusätzlich notwendig sind somit praktisch nur die Einrichtungen zur Erzeugung
der codierten Impulse und die Impulskompressionseinrichtung.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Zusammensetzung der Teil-Codeworte so ausgewählt ist, daß die Nebenmaxima in den nicht durch Ziele belegten Entfernungskanälen sich gegenseitig vollständig auslöschen. In diesem Fall tritt nicht nur eine statistisch verteilte Schwächung bei den Nebenmaxima auf, sondern eine völlige Auslöschung. Durch Nebenmaxima kann es somit zu keiner falschen Zielanzeige in einem Entfernungskanal kommen.
Die Erfindung sowie Weiterbildungen der Erfindung
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Zusammensetzung der Teil-Codeworte so ausgewählt ist, daß die Nebenmaxima in den nicht durch Ziele belegten Entfernungskanälen sich gegenseitig vollständig auslöschen. In diesem Fall tritt nicht nur eine statistisch verteilte Schwächung bei den Nebenmaxima auf, sondern eine völlige Auslöschung. Durch Nebenmaxima kann es somit zu keiner falschen Zielanzeige in einem Entfernungskanal kommen.
Die Erfindung sowie Weiterbildungen der Erfindung
werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die Autokorrelationsfunktionen zweier Teil-Codeworte,
Fig.2 die Zusammensetzung eines Sendeimpulses und eines demodulierten Echosignals,
F i g. 3 das Blockschaltbild eines Radargeräts nach der Erfindung,
Fig.4 die Belegung verschiedener Entfernungskanäle
bei verschiedenen Radarperioden,
Fig.5 den Signalverlauf in einem durch ein Hauptmaximum belegten Entfernungskanal,
F i g. 6 den Signalverlauf in einem durch Nebenmaxima
belegten Entfernungskanal.
In F i g. 1 ist ein Teil-Codewort A mit der Verteilung
dargestellt. Die Codierung der Einzelelemente » + « und »-« dieses Teil-Codewortes A kann in bekannter
Weise durch Frequenz- oder Phasensprungmodulation erfolgen. Die Autokorrelationsfunktion (AKF)A des
Teil-Codewortes A ist in Abhängigkeit von der Zeit rechts dargestellt und zeigt ein ausgeprägtes Hauptmaximum
und eine Reihe von Nebenmaxima unterschiedlicher Vorzeichen.
Das Teil-Codewort B nach Zeile b hat die Zusammensetzung
und ergibt eine Autokorrelationsfunktion (AKF)B, welche ebenfalls ein ausgeprägtes Maximum und eine
Reihe von Nebenmaxima unterschiedlicher Vorzeichen aufweist.
Die Aufeinanderfolge der Codeelemente » + « und » —« der beiden Teil-Codeworte A und B wird
vorteilhaft so ausgewählt, daß, wie in den Zeilen a und b dargestellt, die Hauptmaxima nach Betrag und Vorzeichen
gleich sind, während die Nebenmaxima entgegengesetzte Vorzeichen und gleiche Amplitudenwerte
aufweisen. Sollten die Vorzeichen bei den Hauptmaxima verschieden und bei den Nebenmaxima gleich sein, kann
durch Invertierung bei einer der beiden AKF ebenfalls Auslöschung erzielt werden. Die Existenz und der
Aufbau derartiger Teil-Codeworte A und B ist in der Literatur beschrieben, wie z. B. aus IRE Transaction on
Information Theory, 1961, S. 82—87, hervorgeht.
Wenn die Teil-Codeworte nicht genau so aufgebaut sind, daß eine völlige Löschung eintritt, ergibt sich
trotzdem noch eine Verbesserung, weil dann zumindest ein Teil der Nebenmaxima sich kompensiert.
In F i g. 2 ist in Zeile a für das Teil-Codewort A als
Beispiel eine Frequenzsprungmodulation dargestellt, wobei dem Wert» — « die Frequenz /0, dem Wert» + «
die Frequenz /1 zugeordnet ist. Wenn auf diese Weise der Sendeimpuls eines Radargeräts aus den Codeelementen
nach Zeile a zusammengesetzt wird, so hat dieser die Dauer TJ nach Zeile b; die Dauer eines
Codeelements beträgt
r = JZ.
m
m
bei m Codeelementen.
Bei der Demodulation eines reflektierten Echosignals nach Zeile b im Radarempfänger muß in bekannter
Weise den Frequenzen /0 und /1 wieder der Wert» -«
bzw. »+« zugeordnet werden, damit das in Zeile c gezeigte demodulierte Echosignal entsteht. Die Verteilung
der Elemente dieses Signals entspricht der Folge der » + « und »—« nach Zeile a.
In F i g. 3 ist ein Radargerät dargestellt, welches mit einer Frequenzcodierung entsprechend F i g. 2 arbeitet.
Es enthält eine bevorzugt als Rundsuchantenne ausgebildete Radaratenne RA mit einem nachgeschalteten
Sende-Empfangs-Schalter SE. Die Sendeseite ist hier sehr stark vereinfacht dargestellt, wobei alle nicht
für das Verständnis der Erfindung notwendigen Teile
ίο weggelassen sind. Sie enthält einen Codemodulator CM,
dem die Frequenzen zweier Oszillatoren GO (70) und Gl (71) zugeführt sind. Von einer Codespeicher- und
Steuereinrichtung CSS wird der Schalter des Codemodulators CM wahlweise an den Oszillator G 0 oder an
den Oszillator Gl angeschaltet. Dadurch können Frequenzfolgen der in Zeile b von F i g. 2 dargestellten
Art erzeugt werden. Im Codespeicher CSS sind die Teil-Codeworte A und B nach F i g. 1 enthalten sowie
gegebenenfalls weitere Paare von Teil-Codeworten, welche die im Zusammenhang mit F i g. 1 erläuterten
Eigenschaften bezüglich der Haupt- und Nebenmaxima aufweisen.
Das so erzeugte Sendesignal gelangt nach der Reflexion an einem Objekt über den Sende-Empfangs-Schalter
S£zum Empfangsteil, der zwei parallelgeschaltete Übertragungswege aufweist. Der Empfangsteil ist
stark vereinfacht, und es sind alle Teile weggelassen, die nicht zum Verständnis der Erfindung notwendig sind,
u. a. die Bildung der Zwischenfrequenz usw. Im oberen
Übertragungsweg werden Echosignale (meist in der ZF-Lage) verarbeitet, die mit der Frequenz /0 einfallen
(etwaige Doppelverschiebungen müssen durch eine entsprechende Bandbreite berücksichtigt werden).
Hierzu ist ein Bandfilter BFO vorgesehen, das nur den Bereich um die Frequenz /0 durchläßt. Ein nachgeschalteter
Gleichrichter GRO sorgt für die Bildung unipolarer negativer Impulse. Im unteren Übertragungsweg
werden nur die Frequenzen um die Frequenz f\ durchgelassen, wozu das Bandfilter BFi dient. Ein
nachgeschalteter Gleichrichter GR1 sorgt für die
Bildung unipolarer positiver Impulse. Beide Signalwege werden in einer Zusammenschalteinrichtung ZS vereinigt,
und zwar so, daß die Frequenzen /0 das Vorzeichen » — « und /1 das Vorzeichen » + « erhalten.
Anstelle entgegengesetzt gepolter Gleichrichter GRO und GR 1 kann gegebenenfalls auch eine Invertierungsstufe vorgesehen sein. Die so gewonnenen Signale
entsprechen somit dem Signal nach Zeile c von F i g. 2. Die demodulierten Signale gelangen zu einer
so Kompressionseinrichtung PK, deren Referenzcode aus
der Codespeicher- und Steuereinrichtung CSS entnommen wird. Soll ein Impuls entsprechend dem Teil-Codewort
A komprimiert werden, so wird als Referenzcode ebenfalls das Teil-Codewort A benutzt. Analog verhält
es sich, wenn ein Teil-Codewort B komprimiert werden soll. Bei digitalen Kompressionseinrichtungen lassen
sich normalerweise im Rahmen des Radartaktes die Referenzcodes entsprechend umschalten. Sollte dies zu
Schwierigkeiten führen, so können auch zwei getrennte, parallelgeschaltete Impulskompressionseinrichtungen
PK vorgesehen werden, von denen eine nur für das erste Teil-Codewort A, die zweite für das zweite Teil-Codewort
B komprimierend wirkt, also die Autokorrelationsfunktion bildet.
Die am Ausgang der Impulskompressionseinrichtung PK erhaltenen Signale haben die zeitliche Verteilung
nach den Zeilen a und b der F i g. 1. Sie werden deshalb nacheinander auf Entfernungskanäle K1 bis Kn verteilt,
' und zwar in Abhängigkeit von der Anschaltdauer und
der Zahl dieser Entfernungskanäle. Die Entfernungskanäle werden durch eine Schalteinrichtung ES mittels
Schaltern ES 1 bis ESn nacheinander an den Empfangsteil angeschaltet. Die einzelnen Entfernungskanäle sind
untereinander gleich aufgebaut und enthalten in bekannter Weise verschiedene Bauelemente, z.B.
Doppelfilter, Verstärker usw., die durch den Block DN angedeutet sind. Außerdem ist ein Tiefpaßfilter TP und
eine Schwellenstufe SWvorgesehen. Ausgangsseitig ist
eine Schaltsteuerung AS vorgesehen, durch die die Ausgänge der Kanäle K1 bis Kn mittels Schaltern AS 1
bis ASn an eine Auswerte- oder Anzeigeeinrichtung BS,
z.B. einen Bildschirm, nacheinander angeschlossen werden. Die Steuerung der Schalteinrichtungen ES und
AS sowie der Anzeige- oder Auswerteschaltung ÄS und
auch des Sende-Empfangs-Schalters erfolgt von der Codespeicher- und Steuereinrichtung CSS, welche
praktisch gleichzeitig den Taktgeber des Radargeräts bildet bzw., falls dieser zusätzlich vorhanden ist, von
diesem synchronisiert wird.
Für den Fall, daß von Zeit zu Zeit eine Änderung der Teil-Codeworte A und B, z. B. in andere Teil-Codeworte
C und D oder E und F, vorgenommen werden soll, kann ein Zeitgeber (Uhr) U vorgesehen sein, der diese
Umschaltung veranlaßt. Dabei sind velbstverständlich sowohl bei der Modulation (Modulationsstufe CM) als
auch beim Referenzcode gleichzeitig dieselben Änderungen vorzunehmen.
In F i g. 4 ist für ein Beispiel von 20 Entfernungskanälen Ki bis K 20 die Signalverteilung dargestellt, wenn
abwechselnd mit gleichbleibender Taktfrequenz einmal das Teil-Codewort A nach Zeile a von F i g. 1 und dann
das Teil-Codewort B nach Zeile b von F i g. 1 ausgesandt werden. In Zeile a von F i g. 4 ist die erste Radarperiode
dargestellt, und zwar die Autokorrelationsfunktion des als Echosignal empfangenen Teil-Codewortes A. Sie
weist ein ausgeprägtes Maximum auf, welches entsprechend der Zielentfernung und der Dauer der Anschaltung
praktisch vollständig in den Entfernungskanal 10 fällt. Außerdem treten eine Reihe von Nebenmaxima
auf, die in verschiedene andere Entfernungskanäle fallen. Beispielsweise sind die Kanäle Kl und K13
durch relativ starke (negative) Nebenmaxima belegt.
Bei der zweiten Radarperiode wird als Echoimpuls die Autokorrelationsfunktion des Teil-Codewortes B
erhalten. Sie liefert im das eigentliche Ziel erfassenden Entfernungskanal KiO ein ausgeprägtes Maximum,
während in den Entfernungskanälen Kl und K13
starke (positive) Nebenmaxima auftreten.
Bei der dritten Radarperiode nach Zeile c ergibt sich wieder die gleiche Verteilung wie bei Zeile a. Bei der
vierten Radarperiode nach Zeile d tritt gleiche
Verteilung wie in Zeile b auf.
Beim Vergleich der Zeilen a und b zeigt sich, daß die Hauptmaxima der Autokorrelationsfunktionen (AKF)A
und (AKF)B im Kanal 10 gleiche Vorzeichen haben und dort eine Zielanzeige mit einem hohen Signalpegel
ergeben. Die Nebenmaxima, welche in die übrigen Entfernungskanäle fallen, zeigen zwar gleiche Amplitudenwerte,
aber entgegengesetzte Vorzeichen, und es besteht die Möglichkeit, daß durch geeignete Schaltmittel
diese Nebenmaxima sich gegenseitig kompensieren. Wenn die Zusammensetzung der Teil-Codeworte nicht
zu einer vollständigen Kompensation führt, ergibt sich zumindest eine teilweise Auslöschung.
Zur Erläuterung dieser Zusammenhänge wird auf F i g. 5 und F i g. 6 Bezug genommen. In F i g. 5 ist ein
Amplitudenverteilung für den Entfernungskanal KiQ bei einer Zielüberstreichung dargestellt. Die Form der
Umhüllenden der Einzelimpulse hängt ab von der Breite der Antennenkeule und der Drehgeschwindigkeit der
Radarantenne RA nach Fig.3. Innerhalb jeder
Impulsperiodendauer T des Radargeräts tritt ein Echoimpuls auf (abwechselnd von Teil-Codewort A und
B), dessen Dauer etwa τ beträgt. Erreicht wird dies dadurch, daß die Anschaltdauer der Entfernungskanäle
etwa in der Größenordnung von τ gewählt ist. Dies ist zweckmäßig, weil bei der Autokorrelation die Dauer
des Hauptmaximums ebenfalls bei τ liegt (τ=Dauer eines Codeelements). Wie anhand der Darstellung von
Fig.4 ersichtlich, haben alle auf das Hauptmaximum der Autokorrelationsfunktionen (AKF)A und (AKF)S
zurückgehenden Einzelimpulse im Entfernungskanal K10 das gleiche Vorzeichen. Das Tiefpaßfilter TP im
Entfernungskanal Kid liefert somit bei Einstellung einer entsprechenden Zeitkonstante (Grenzfrequenz)
die Umhüllende der aufeinanderfolgenden Maxima von (AKF)A und (AKF)B. Dieses Signal wird als Echosignal
zu der Anzeige- oder Auswerteschaltung BS weitergegeben, da es unter allen Umständen den Schwellenwert
der Schwellenstufe SWuberschreitet.
In Fig.6 ist die Amplitudenverteilung für einen anderen Entfernungskanal außerhalb von K10 dargestellt.
Nimmt man an, daß es sich um den Entfernungskanal Kl handelt, so erkennt man, daß bei der
Zielüberstreichung abwechselnd negative und positive Impulse auftreten, und zwar abwechselnd einmal von
(AKF)A, dann von (AKF)B, deren Größe bis zu einem
Maximum zunimmt und dann wieder abnimmt. Durch die unterschiedlichen Vorzeichen heben sich durch den
Einfluß des Tiefpaßfilter TP nach Fig.3 in dem
jeweiligen Entfernungskanal die einzelnen Signalanteile gegenseitig auf, und der Schwellenwert der Schwellen-
stufe SW wird hier nicht überschritten (Mittelwert= Null). Somit erhält man in dem durch ein echtes
Bewegtziel belegten Entfernungskanal eine Anzeige mit einem sehr großen Nutzpegel, während Nebenmaxima
in anderen Entfernungskanälen zu keiner Anzeige führen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Radargerät, bei dem aus Codeelementen bestehende impulsförmige Codeworte ausgesandt
werden, wobei jedes Codewort aus zwei so gewählten Teil-Codeworten zusammengesetzt ist,
daß nach der Impulskompression die Autokorrelationsfunktionen der beiden Teil-Codeworte amplituden-
und vorzeichenmäßig gleiche Hauptmaxima und zumindest teilweise amplitudenmäßig gleiche,
jedoch vorzeichenmäßig entgegengesetzte Nebenmaxima liefern, dadurch gekennzeichnet,
daß als Radargerät in an sich bekannter Weise ein solches mit Entfernungskanälen (KX bis Kn)
verwendet ist, bei dem die Impulskompression (PK) vor den Entfernungstoren (ES) vorgenommen ist,
wobei die Anschaltdauer eines Entfernungskanals an dem Empfangsteil etwa gleich der zeitlichen Dauer
des bei der Impulskompression erreichten Hauptmaximums gewählt ist, und daß in an sich bekannter
Weise in jedem Entfernungskanal ein Tiefpaßfilter (TP) vorgesehen ist, das die durch die Nebenmaxima
hervorgerufenen Signalteile in nicht durch Ziele belegten Entfernungskanälen (z. B. K 7) auf Grund
ihrer unterschiedlichen Vorzeichen zumindest teilweise unterdrückt.
2. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschaltdauer eines Entfernungskanals gleich der Dauer (v) eines Codeelementes
gewählt ist.
3. Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung
der Teil-Codeworte so ausgewählt ist, daß die Nebenmaxima in den nicht durch Ziele
belegten Entfernungskanälen sich gegenseitig vollständig auslöschen.
4. Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusammengehörende
Teil-Codeworte jeweils mittels zweier verschiedener Frequenzen (fO, /1) übertragen
werden und sendeseitig nach Ausfilterung nacheinander komprimiert und nach der Zusammenschaltung
auf eine gemeinsame Leitung von dieser aus den Entfernungskanälen (K 1 bis Kn) zugeführt
sind.
5. Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitgeber
(U) vorgesehen ist, der in bestimmten Zeiträumen eine Änderung der auszusendenden Teil-Codeworte
und eine gleichzeitige Änderung der Referenzcodes beim Impulskompressionsnetzwerk (PK)
bewirkt.
6. Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur sendeseitigen
Codierung und zur empfangsseitigen Decodierung und Impulskompression eine Codespeicherund
Steuereinrichtung (CSS) vorgesehen ist.
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