DE3743078B3

DE3743078B3 - Frequenzmoduliertes CW-Radarsystem

Info

Publication number: DE3743078B3
Application number: DE19873743078
Authority: DE
Inventors: François Magne; Serge Paturel
Original assignee: Thomson TRT Defense
Current assignee: Thomson TRT Defense
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2007-12-19
Also published as: GB8726209D0; SE8705133D0; FR2892831A1

Abstract

Ortsfest angeordnetes, frequenzmoduliertes CW-Radarsystem zur Detektierung von Objekten, mit einem in Sägezähnen der Dauer T_e linear frequenzmodulierten Höchstfrequenzgenerator mit festem Frequenzhub ΔF, mit Sende- und Empfangsmitteln, mit Mitteln zur Entnahme eines ersten Signals als Bruchteil der gesendeten Welle und eines zweiten Signals als Bruchteil der als Echo empfangenen Welle und zur Übertragung der ersten und zweiten Signale an die Eingänge eines Mischers, der ein subtraktives Überlagerungssignal liefert und mit digitalen Verarbeitungsmitteln, die eine Zeit/Frequenz-Transformation durchführen, wobei dem Mischer (305) eine Signalverarbeitungsschaltung (308) nachgeschaltet ist, die Verstärkungs- und Filtermittel umfaßt, sowie Digitalisierungsmittel (315, 314), einen Abtastwertzwischenspeicher (320) und die digitalen Verarbeitungsmittel (316, 318) die mit einem Frequenzabtastwertspeicher (317) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Verarbeitungsmittel folgendes umfassen:
– erste Mittel zur auf eine erste, initiale Detektierung in einem Zeitpunkt τ₁ folgenden Erstellung einer ersten Karte der äquivalenten Radarfläche der Echos in Abhängigkeit von der Entfernung (SER_ref) und zur Speicherung...

Description

Die Erfindung betrifft ein ortsfest angeordnetes, frequenzmoduliertes CW-Radarsystem, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Radarsystem ist beispielsweise aus der US 3 967 283 bekannt.

Ein solches Radarsystem ahnelt ferner demjenigen eines FM-CW-Radarhöhenmessers mit zwei Antennen, von denen die eine als Sendeantenne und die andere als Empfangsantenne dient. Ein solcher Radarhöhenmesser ist beispielsweise in der FR-PS 1 557 670 beschrieben, dort allerdings mit einer einzigen Sende/Empfangs-Antenne, die eine kompaktere Bauweise des Radarhöhenmessers ermöglicht.

Die grundlegenden Gleichungen für die Funktion eines Radarhöhenmessers oder eines FM-CW-Radars lauten:

τ = 2Dc (2)

Hierin bedeuten:

f_b:: die subtraktive Überlagerungs- oder Schwebungsfrequenz zwischen der gesendeten und der als Echo (des Bodens oder eines Objektes) empfangenen Welle in dem Ausgangssignal des Mischers,
τ:: die Verzögerungszeit zwischen der gesendeten und der als Echo empfangenen Welle
ΔF:: den Frequenzhub des Sägezahns des Sendesignals, der auf einem festen Wert gehalten wird,
T_e:: die Dauer des Sägezahns des gesendeten Signals,
D:: den Abstand des Bodens oder eines Objektes,
c:: die Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in Luft.

Bei einem Radarhöhenmesser entscheidet man sich im allgemeinen dafür, die den Boden charakterisierende Schwebungsfrequenz f_b auf einem festen Wert f_b0 zu halten. Dies hat zur Folge, daß die Dauer T_e des Sägezahns des Sendesignals ein Maß für den gesuchten Abstand D darstellt, was sich leicht aus den Gleichungen (1) und (2) herleiten läßt, da sich durch Substitution eine Proportionalität von D und T_e ergibt. Des weiteren wird der Sägezahn in ständiger Wiederholung gesendet.
Demgegenüber wird bei einem Radarsystem der einleitend geschilderten Gattung neben dem Frequenzhub ΔF die Dauer T_e konstant gehalten, so daß es folglich die Schwebungsfrequenz f_b ist, die ein Maß für die Entfernung oder den Abstand D nach folgender Gleichung bildet:
Hierdurch vereinfacht sich das Radarsystem, weil dann zwischen dem Mischer und dem Höchstfrequenzsignalgenerator keine mit einem Frequenzdiskriminator ausgestattete Regelschleife mehr notwendig ist. In diesem Fall kann die Information über den Abstand D durch eine Analyse des Frequenzspektrums gewonnen werden, was einer typischen Radaranwendung besser entspricht, da man eine Information über alle vorhandenen Ziele gleichzeitig erhält. Ein Nachteil dieses Prinzips liegt darin, daß für den Empfänger eine große Bandbreite dann erforderlich ist, wenn Ziele in einem sehr breiten Abstands- oder Entfernungsfenster detektiert werden sollen. Für die Anwendungsfälle, für die das Radarsystem nach der Erfindung gedacht ist, liegen die gewünschten Entfernungsfenster jedoch zwischen einigen Metern und einigen hundert Metern, so daß der genannte Nachteil nicht allzu schwerwiegend ist. Außerdem soll meist nur das Erscheinen eines einzigen Objektes (oder eines einzigen Zieles) in diesem Entfernungsfenster detektiert werden, insbesondere dann, wenn das Radarsystem nach der Erfindung in ein komplexeres System zur Auslösung beispielsweise einer in horizontaler Richtung wirksamen Mine integriert ist. Andere mögliche Anwendungsfälle sind die Detektierung des Vorbeifahrens oder des Eindringens von Fahrzeugen auf einem (Schienen-)Weg, einer Straße oder einem Werksgelände, in welchem Fall das Radarsystem nach der Erfindung autark arbeiten kann, um einen Fahrzeugzähler oder einen Alarm auszulösen.
Es sind bereits Radarsysteme der vorstehend beschriebenen Art bekannt, die die Besonderheit haben, daß sie nicht notwendigerweise periodisch arbeiten müssen, d.h. also, daß für ihre Funktion das Senden eines einzigen Sägezahns in einem gegebenen Zeitpunkt genügen kann. Diese Systeme bezeichnet man daher als intermittierende oder unterbrochene FM-CW-Radarsysteme. Solche Radarsysteme werden beispielsweise zur Feststellung eines stark reflektierenden Objektes in einem Geländebereich benutzt, der aus einem Streifen besteht, der für ein gegebenes Azimut durch zu dem Horizontkreis konzentrische Kreisbögen begrenzt wird. Das Arbeitsprinzip besteht dann darin, den Mittelwert der nacheinander aus diesem Bereich empfangenen Echos zu bilden und diesen Mittelwert mit einem für die Abtastung des betreffenden Bereiches erwarteten Bezugspegel zu vergleichen. Bei Überschreiten einer voreingestellten Differenzschwelle zeigt das Radar die Gegenwarte eines Aufmerksamkeit verdienenden Objektes an. Der Bezugswert ist vorzugsweise der für den zuvor abgetasteten Bereich erhaltene Mittelwert und jedem abgetasteten Bereich entspricht das Senden mindestens eines Sägezahns des Höchstfrequenzsignals. Diese Arbeitsweise ist ungenau, da sie auf der Durchführung von Vergleichen zwischen Mittelwerten beruht und diese Vergleiche sich auf unterschiedliche, jedoch aneinandergrenzende Geländebereiche beziehen. Die Fehlalarmwahrscheinlichkeit ist deshalb hoch, was aber wiederum unvereinbar mit einer Zünd- oder Feuerbefehlsentscheidung ist, wenn das Objekt ein militärisches Ziel ist. Darüberhinaus benutzt der größte Teil der Detektierungsradargeräte den Dopplereffekt, wovon jedoch bei dem Radarsystem nach der Erfindung kein Gebrauch gemacht werden soll.
Die gattungsbildende US 3 967 283 beschreibt ein System, bei dem ein Vergleich zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Signalen vorgenommen wird, wobei ein Signalsatz einen Informationsgehalt von 256 bit umfaßt, was nur einen sehr geringen Informationsgehalt darstellt, der nur grobe Auswertungsmöglichkeiten zuläßt. Die Auswertung bei dem Vergleich der beiden Signale erfolgt bitweise, wobei die Abweichungen akkumuliert werden und ein Detektionssignal dann ausgegeben wird, wenn der Akkumulationswert einen Schwellwert überschreitet. Somit ist lediglich eine binäre Detektion im Sinne von Alarm/kein Alarm möglich.
Aus der US 4 398 466 ist eine Richtmine mit mehreren akustischen Sensoren zur Detektierung von Objekten bekannt, bei der mittels eines weiteren, optischen Sensors (Laser-Entfernungsmesser) die Umgebung der Richtlinie (Zielhintergrund) abgetastet wird und die einzelnen Bildpunkte in Form einer Umgebungskarte gespeichert werden. Bei Annäherung eines Ziels findet dann ein zweite Abtastung der Umgebung mit nachfolgender Speicherung des dabei ermittelten Bildes statt. Anschließend werden die beiden Bilder verglichen und durch Differenzbildung die Anwesenheit eines Ziels erkannt. Dabei ist es mit dieser bekannten Sensoranordnung möglich, die Entfernung sowie die Silhouette des Zielobjektes zu erkennen und für die weitere Ausrichtung der Richtmine auf das Ziel zu verwenden.
Diese gattungsfremde Anordnung ermöglicht noch neben einer Entfernungsbestimmung nur eine grobe Ermittlung einer Zielsilhouette und es können nicht mehrere separate Ziele erfaßt und hinsichtlich Größe und Entfernung getrennt ausgewertet werden. Darüber hinaus sind der Druckschrift keine näheren Angaben über die Entfernungsbestimmung bzw. die Ermittlung der Silhouette entnehmbar. Aufgrund des Zusammenwirkens von akustischen und optischen Sensoren ist ferner der nutzbare Entfernungsbereich eingeschränkt und hierdurch ist nicht die Auswertungsgüte von Radardetektoren erzielbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Radarsystem derart zu verbessern, daß mindestens ein er faßbares Zielobjekt hinsichtlich Größe und Entfernung genau erfaßt werden kann. Vorzugsweise sollen mehrere Zielobjekte in dieser Hinsicht erfaßbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Radargerät der einleitend angegebenen Gattung unter Vermeidung der dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Verstärker- und Filterschaltungen dienen zur Kalibrierung oder Normierung des Analogsignales vor seiner Umsetzung in digitale Form; die Schaltungen umfassen im wesentlichen neben einem Operationsverstärker ein Verstärkungs/Frequenz-Bandpassfilter, das die Aufgabe hat, das subtraktive Schwebungssignal umso stärker zu dämpfen, je geringer der Abstand des Objektes (des Zieles) ist. Außerdem umfassen die Schaltungen ein Tiefpassfilter zur Unterdrückung von Bandbegrenzungsfehlern des Spektrums. Dieses Tiefpassfilter gestattet es, die Detektierung an das gewählte Abstandsfenster anzupassen.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß der Zeitpunkt τ₁ unmittelbar nach der Aufstellung des Radarsystems an dem gewählten Ort liegt und daß der Zeitpunkt τ₂ durch den Empfang eines Auslösesignals bestimmt wird, das von einem dem System nicht angehörenden, externen Sensor kommt.

Dieser externe Sensor kann einen körperlichen Kontakt des Ziels mit dem Detektierungssystem umfassen, so etwa Reißdrahtvorrichtungen oder Druckfühler. Der externe Sensor kann auch auf der berührungslosen Detektierung einer Änderung der Umgebung beruhen, beispielsweise auf der Detektierung der Unterbrechung eines Schallstrahles oder eines IR-Strahles. Diese Ausführungsform eignet sich besonders gut zur Erzeugung eines automatischen Zündbefehls zur Auslösung einer Panzerbekämpfungsmine.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß der Zeitpunkt τ₁ unmittelbar nach der Aufstellung des Radarsystems an der gegebenen Stelle liegt und daß das System Mittel zur Steuerung der zweiten Detektierung zu mehreren Zeitpunkten τ₂ umfaßt, die während einer vorgegebenen Zeitdauer in regelmäßigen Abständen von einigen Sekunden aufeinanderfolgen, derart, daß das Radarsystem während dieser Zeitdauer autark ist.

Die dritte Karte, SER_m – SER_ref, kann folglich mit derselben Periodizität wie die zweite Karte SER_m erzeugt werden, was die ständige Detektierung des Eindringens von Fahrzeugen in den zu überwachenden Bereich ermöglicht.

Im einzelnen sind vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Radarsystems nach der Erfindung in den Unteransprüchen angegeben.

Das Radarsystem nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, die jedoch nur beispielhaft aufzufassen ist. Es zeigt:

1 ein Blockschaltbild des Gesamtsystems,

2a, 2b, 2c Zeitdiagramme einiger Signale des Systems nach 1 und

3a, 3b, 3c in schematischer Form die erste, die zweite und die dritte Karte der äquivalenten Radarfläche der Echos in Abhängigkeit von der Entfernung.

In 1 ist links die eigentliche Radarschaltung und der analoge Signalverarbeitungsteil dargestellt.
Der rechte Teil der Figur zeigt hingegen die digitale Verarbeitung. Das beispielhaft dargestellte Radargerät arbeitet mit einer einzigen Sende/Empfangs-Antenne 301. Es könnte sich jedoch auch um ein übliches Radargerät mit zwei Antennen handeln. Die Sende- und Empfangskeulen der Antenne 301 liegen fest; ihr azimutaler Öffnungswinkel und ihr Elevantionsöffnungswinkel liegen jeweils im Bereich von einigen zehn Grad.
Die benötigte Entfernungsauflösung liegt im Bereich von 5 Metern, was es ermöglicht, ein Radar mit einer einzigen Antenne zu verwenden, bei dem bekanntlich die Entfernungsauflösung unterhalb von etwa 3 Metern kritisch wird. Die Empfindlichkeit des Radars muß so bemessen sein, daß es Ziele zu erkennen vermag, deren äquivalente Radarfläche bei einigen Quadratmetern liegt, so daß das Radar sich zur Feststellung von eingedrungenen Objekten (oder Zielen) eignet, bei denen es sich eher um Fahrzeuge als um Personen handelt. Das Radar nach 1 umfaßt einen gesteuerten Spannungsgenerator 302, einen spannungsgesteuerten Oszillator 303 (sog. VCO) und einen Richtkoppler 304, dessen erster Ausgang mit der Antenne 301 und dessen zweiter Ausgang, an dem ein Bruchteil des empfangenen Echosignals erscheint, mit einem Mischer 305 verbunden ist. Ein Koppler 306 verbindet den Höchstfrequenz-Sendesignalausgang des Oszillators mit einem zweiten Eingang des Mischers 305, so daß dieser einen Bruchteil des Sendesignals erhält. Am Ausgang 307 des Mischers 305 steht ein Signal entsprechend der subtraktiven Überlagerung der Signale an den beiden Eingängen zur Verfügung. Die Frequenz.f_b dieses Schwebungs- oder Überlagerungssignals ergibt sich aus der vorstehend genannten Gleichung (3).
Die Arbeitsweise dieses Radars wird nachfolgend anhand der 2a und 2b erläutert.
Gesteuert von einem monostabilen oder bistabilen Rechtecksignal S31, 2b, erzeugt der Spannungsgenerator 302 eine positive Spannungsrampe S32 der konstanten Dauer T_e. Dieses veranlaßt den VCO 303 ein Höchstfrequenz-Sendesignal S33 zu erzeugen, dessen Frequenz F_e in 2a dargestellt ist. Es handelt sich um eine Frequenzrampe, die symmetrisch zu der festen Mittenfrequenz F_c liegt und den konstanten Hub ΔF hat. Die Sendeleistung P_e ist während der Dauer T_e konstant. Ein mit S34 bezeichneter Bruchteil des Signals S33, das dieselben Frequenzmerkmale hat, wird dem Mischer 305 zugeführt. Des weiteren wird ein Bruchteil S35I jedes reflektierten Signal für jede Entfernung DI, die aus einem Entfernungsdetektierungsfenster stammt, dem anderen Eingang des Mischers 305 zugeführt. Hieraus ergibt sich am Ausgang des Mischers ein sinusförmiges, elementares, subtraktives Schwebungssignal F_bI der Frequenz f_bI, das in 2a dargestellt ist. Die Summe aller dieser für alle Entfernungen DI des Entfernungsfensters erhaltener Echosignale F_bI bildet ein Signal 307 am Ausgang des Mischers 305. Die Leistung des Signals 307 ist proportional zu der äquivalenten Radarfläche der die verschiedenen Echos erzeugenden Objekte und umgekehrt proportional zu der Entfernung DI⁴.
Das Signal 307 wird zunächst in analoger Form durch Verstärker- und Filterschaltungen 308 verarbeitet, die einen Verstärker 309, ein Verstärkungs/Frequenz-Korrekturfilter 311, ein Filter 312 zur Dämpfung der Selbstblendungssignale und ein Filter 313 zur Spektrumsbegrenzung umfassen. Die Aufgabe des Verstärkers 309, vorzugsweise eines Operationsverstärkers besteht darin, den kleinsten Pegel des Überlagerungssignals 307 soweit zu verstärken, daß er mit der Dynamik des im rechten Teils der 1 dargestellten, digitalen Verarbeitungsteils vereinbar ist. Das Filter 311 ist ein Bandpassfilter, das die 1/D⁴ – Abhängigkeit (40 dB je Dekade) der von dem Radar empfangenen Signale kompensiert, was gleichbedeutend mit einer frequenzabhängigen Verstärkung des Signals 307 ist. Zufolge der vorstehend angegebenen Gleichung (3) ist die Frequenz f_b proportional zur Entfernung D. Diese Filterung hat den Vorteil, die für den nachgeschalteten A/D-Wandler 314 erforderliche Dynamik zu verringern. Die Aufgabe des Filters 313, eines Tiefpassfilters, besteht darin, Bandüberlappungsfehler bei der nachfolgenden Abtastung zu verhindern. Dieses Filter dämpft oder unterdrückt Signale, die aus einer Entfernung kommen, die größer als die maximale Analyseentfernung D_max. ist. Die vorstehend beschriebene Filterung des Signals 307 reicht für ein Radar mit zwei Antennen aus, also ein Radar mit einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne. Für das in 1 dargestellte Radar mit einer einzigen Antenne ist hingegen zusätzlich zu den Filtern 311 und 313 ein Hochpassfilter 312 erforderlich. Dieses Filter hat die Aufgabe die niederfrequenten Selbstblendungssignale des FM-CW-Radars zu dämpfen. Bei Radargeräten, bei denen gleichzeitig über dieselbe Antenne gesendet und empfangen wird, tritt nämlich eine störende Erscheinung auf:
Ein Teil der von dem VCO 303 kommenden Leistung, die den Richtkoppler 304 durchquert hat, wird nicht abgestrahlt sondern an der Antenne zufolge deren Reflexionsfaktors oder Stehwellenverhältnisses reflektiert und in dem Mischer wie ein Nahziel großer äquivalenter Radarfläche behandelt. Bei ein FM-CW-Radar erzeugt diese Erscheinung ein Störüberlagerungssignal F_bP, das einen erheblichen Pegel und eine niedrige Frequenz entsprechend einem Nahziel, typisch zwischen 500 und 1000 Hz hat. Man geht so vor, daß die diesem Störsignal zugeordnete Hauptlinie außerhalb des Nutzspektrums liegt. Man wählt also die Werte von F, T_e und D_min (D_min ist die minimale Beobachtungsentfernung des Radars und liegt im Bereich von 5 Metern) derart, daß der zugehörige Wert von
nach der Gleichung (3) sehr deutlich höher als 1000 Hz liegt.
Die von dem Meßfenster (der Breite T_e) erzeugten Nebenkeulen liegen jedoch im Nutzbereich des Spektrums. Um diese Nebenkeulen auf einen kleineren Pegel als denjenigen der kleinsten Nutzsignale zu bringen, genügen die beiden folgenden Maßnahmen:

– Absenkung der Amplitude der Hauptlinie des Selbstblendungssignals; dies ist die Aufgabe des Filters 312.
– Absenkung des Niveaus der Nebenkeulen durch Anwendung eines digitalen Bewertungsfensters, was nachfolgend beschrieben werden wird.

Die Filter 311, 312 und 313 wurden vorstehend getrennt beschrieben, um die zu realisierenden Filterfunktionen zu verdeutlichen. Die Zusammenfassung ihrer jeweiligen Filterkurven würde zu einer Gesamtfilterkurve mit Bandpasscharakter führen, nämlich einem einzigen Filter, das in der Praxis in bekannter Form durch Widerstände und Kondensatoren in Verbindung mit einem Operationsverstärker verwirklicht werden kann, so daß sich ein aktiver Versträrker ergibt, der die bei jeder Frequenz gewünschte Verstärkung (oder Dämpfung) ermöglicht.
Dem Filter 313 ist im rechten Teil der 1 ein System nachgeschaltet, das eine Abtast- und Hälteschaltung 315, den A/D-Wandler 314 (wobei diese beiden Schaltungen die Digitalisierungsmittel bilden), einen Abtastwert-Kurzzeitspeicher 320, digitale Verarbeitungsmittel 316 und einen Frequenzabtastwertespeicher 317 umfassen. Vorzugsweise bestehen die digitalen Verarbeitungsmittel 316 aus einem Mikroprozessor mit einem zugeordneten Progammspeicher 318. Es kann sich beispielsweise um eine elektronische Schaltung auf der Basis der Mikroprozessorfamilie TMS 320 der amerikanischen Firma Texas Instruments handeln.
Die Abtast- und Halteschaltung 315 hat die Aufgabe, einen Abtastwert des verstärkten und gefilterten subtraktiven Überlagerungssignales 307 mit einer Periode T_S zu entnehmen und zwar gesteuert von einem Taktsignal SA, das über eine Leitung 319 beispielsweise von dem Mikroprozessor 316 kommt, wobei die Periode T_S wie folgt festgelegt ist:
Der Nutzfrequenzbereich des Schwebungssignals liegt zwischen den Werten
und
Das Shannon'sche Abtasttheorem fordert:
Das Taktsignal für die Abtastperiode T_S wird auch dem A/D-Wandler 314 zugeführt, der die notwendigen Synchronisationen zwischen den Schaltungen 314 und 315 gewährleistet. Für einen von der Antenne 301 gesendeten Frequenzsägezahn beträgt die Gesamtanzahl NS der Signalabtastwerte:
Die Abtastimpulse werden wie in 2c dargestellt, während der Dauer T_e des Signals S31A (bzw. S31B, S31C) im Rhythmus 1/T_S geliefert und bilden das den Schaltungen 314 und 315 zugeführte Signal SA.
Der A/D-Wandler 314 hat die Aufgabe, jedem der entnommenen analogen Abtastwerte einen Digitalwert zuzuordnen. Die Kodierung erfolgt beispielsweise auf 12 Bit. Die NS digitalen Abtastwerte, die der A/D-Wandler 314 seriell liefert, werden in dem Speicher 320 eingeschrieben, von dem sie an den Prozessor 316 mittels einer unidirektionalen Busverbindung 327 übertragbar sind. Der Prozessor 316 enthält in seinem Programmspeicher 318 ein Programm, das für die im Speicher 320 gespeicherten Abtastwerte ein Fenster zur Unterdrückung von Randeffekten im Zusammenhang mit einer Zeit/Frequenz-Umsetzung beispielsweise einer schnellen Fouriertransformierten (SFT) erzeugt. Vorzugsweise ist das Fenster ist ein Dreieck- oder Hamming-Fenster. Der Prozessor führt den Algorithmus der SFT aus und überträgt die errechneten Frequenzabtastwerte über eine bidirektionalen Bus 321 an einen Abtastwertspeicher 317. Der Speicher 317 ist in drei Bereiche unterteilt, wobei jeder Bereich die Kapazitiät zur Speicherung der von dem Radar bei der Sendung eines Sägezahns während der Dauer T_e gelieferten Informationen hat. Der Speicher 317 hat also die dreifache Speicherkapazität wie der Speicher 320, wobei als Informationseinheit die für das Senden eines Sägezahns des Höchstfrequenzsignals erhaltene Information angenommen wird.
Das Programm des Programmspeichers 318 umfaßt eine Initialisierungsphase z.B. unmittelbar nach der Aufstellung des Radarsystems an einer gewählten Stelle zu einem Zeitpunkt τ₁, der zur Initialisierungsphase gehört und während dessen sich kein für die Detektierung in Betracht kommendes Objekt im Beobachtungsfeld des Radars befindet. In diesem Zeitpunkt τ₁ wird dann ein Nöchstfrequenzsignal mit sägezahnförmiger Änderung der Frequenz gesendet, uzw. ausgelöst durch ein Auslösesignal S31A, das beispielsweise von dem Prozessor 316 kommt und dem Eingang des Steuerspannungsgenerators (bei S31) zugeführt wird. Dann wird die im vorhergehenden Absatz beschriebene Rechnung durchgeführt und die Rechenergebnisse worden in einem ersten Bereich des Speichers 317 gespeichert. Dieser Bereich ist mit SER_ref bezeichnet wobei die Bezeichnung von dem französischen Ausdruck Surface Equivalent Radar de reference abgeleitet ist, also äquivalente Radarbezugsfläche bedeutet.
Zufolge der Programmierung des Programmspeichers 318 kann dieser erste Bereich des Speichers 317 anschließend nicht mehr gelöscht werden, es seie denn durch späteren Eingriff von außen. Die äquivalente Radarbezugsfläche SER_ref, deren Hüllkurve in Abhängigkeit von D in 3a dargestellt ist, stellt eine radioelektrische Bezugskarte der Umgebung des Radargerätes dar. Jedem Entfernungsabschnitt konstanten Wertes des Entfernungsfensters kann eine Adresse des Speichers 317 zugeordnet werden.
Nach der Initialisierungsphase kommt die sogenannte Detektierungsphase, für die nachfolgend zwei unterschiedliche Versionen beschrieben werden, die je nach dem genauen Zweck der mittels des Radarsystems durchgeführten Überwachung zur Anwendung gelangen.
Die erste Version arbeitet mit einem externen, in 1 mit 328 bezeichneten Sensor. Sobald der Sensor 328 ein neues Objekt im Detektierungsfeld feststellt, sendet er ein Auslösesignal S31B, das in einem Zeitpunkt τ₂ dem Eingang des Steuerspannungsgenerators 302 sowie dem Prozessor 316 zugeführt wird, woraufhin ein neues Signal S32 (2b) gesendet wird. Die zuvor genannten Berechnungen wiederholen sich und ihr Ergebnis wird in einem zweiten Bereich des Speichers 317 gespeichert. Dieser Bereich ist mit SER_m bezeichnet und die zugehörige äquivalente Radarfläche ist in 3b in Form ihrer Hüllkurve dargestellt. Vergleicht man die 3a und 3b, so stellt man fest, daß in 3b in der Entfernung DJ ein stärkeres Echo erscheint als in 3a.
Den Vergleich führt der Prozessor 316 durch, der die Differenzkarte der äquivalenten Radarfläche der Echos in Abhängigkeit von der Entfernung errechnet, also SER_m – SER_ref, uzw. Abtastwert für Abtastwert.
Die Ergebnisse speichert der Prozessor in einem dritten Bereich des Speichers. Dieser Bereich ist mit SER_m – SER_ref bezeichnet. Sobald die Differenz zwischen zwei homologen Abtastwerten, also solchen, die den selben Entfernungsabschnitt repräsentieren, einen bestimmten vorgegebenen Schwellwert überschreitet, bei dem es sich um den Quantifizierungsschritt der Abtastwerte oder um ein Vielfaches dessen handeln kann, wird die Differenz zwischen diesen beiden Abtastwerten berücksichtigt, wie in 3c dargestellt. Man erhält folglich eine genaue Anzeige der Entfernung und. der Größe mindestens eines in dem Detektierungsfeld knapp vor dem Zeitpunkt τ₂ aufgetauchten Objekts. Es kann der Fall eintreten, daß mehrere Objekte gleichzeitig in das Detektierungsfeld eintreten und auf diese Weise identifiziert werden.
Eine zweite Version des Radarsystems, die ohne den externen Sensor 328 auskommt, besteht darin, die Umgebung ständig nur mittels des Radarsystems nach der Erfindung zu überwachen, was dieses eigenständig oder autark macht. Hierzu wird ein Signal S31C in regelmäßigen Zeitintervallen IT in der Größenordnung von einigen Sekunden von dem Prozessor 316 an den Steuerspannungsgenerator 302 (S31) übertragen, der während der gleichen Dauer T_e beginnend im Zeitpunkt τ₂ das Senden des Signales S32 und die Abtastung des Analogsignales in 315 und 314 (Signal SA) auslöst. Während jedes Zeitintervalles IT wird eine neue radioelektrische Frequenzkarte SER_m erstellt und in dem zweiten Bereich des Speichers 317 gespeichert. Anschließend wird eine neue Frequenzdifferenzkarte errechnet und in dem dritten Bereich des Speichers 317 gespeichert.
Man erhält somit in jedem Zeitpunkt eine Angabe über die Umgebung, die die Aussage ermöglicht, ob diese sich durch Eindringen mindestens eines Objektes geändert hat, uzw. mit Angabe der Entfernung und der Größe dieses Objektes. In dieser zweiten Version erhält man auch eine Angabe über die Bewegung des Objektes in dem Detektierungsfeld, uzw. ohne daß hierzu der Dopplereffekt ausgenutzt werden muß. Die Programmierung des Prozessors 316, die zur Erzielung der Ergebnisse entsprechend der ersten und der zweiten Version des Radarsystems notwendig ist, ist dem einschlägigen Fachmann, hier dem Informatiker, bekannt.
Die in dem Speicher 317 enthaltene Information, hauptsächlich die in dem dritten Bereich dieses Speichers enthaltene Information, kann durch einen Führungsmikroprozessor 322 ausgewertet werden, dem ein Programmspeicher 323 zugeordnet ist, der mit dem Programmspeicher 318 verbunden ist. Der Mikroprozessor 322 erhält die notwendigen Informationen über einen Bus 324, der von dem Bus 321 abgezweigt sein kann. Der Mikroprozessor 322 ist beispielsweise ein Mikroprozessor 6809 oder 68000 der Firma MOTOROLA. Er kann über einen Ausgangsbus 325 die Angaben über den Zeitpunkt des Erscheinens, die Größe und die Entfernung eines oder mehrerer in dem Detektierungsfeld festgestellter Objekte liefern.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Insbesondere kann auch ein FM-CW-Radar mit zwei Antennen benutzt werden, wobei dann das Filter 312 überflüssig ist. Möglich ist auch die Benutzung eines Impulsradars, sofern geeignete Verstärkungs- und Filtermittel verwendet werden, die sich von den vorstehend beschriebenen unterscheiden. In diesem letzteren Fall besteht Proportionalität zwischen der Entfernung der in dem Detektierungsfeld be findlichen Objekte und der Verzögerungszeit τ der Echos, so daß eine Zeit/Frequenz-Transformation nicht durchgeführt zu werden braucht.

Claims

Ortsfest angeordnetes, frequenzmoduliertes CW-Radarsystem zur Detektierung von Objekten, mit einem in Sägezähnen der Dauer T_e linear frequenzmodulierten Höchstfrequenzgenerator mit festem Frequenzhub ΔF, mit Sende- und Empfangsmitteln, mit Mitteln zur Entnahme eines ersten Signals als Bruchteil der gesendeten Welle und eines zweiten Signals als Bruchteil der als Echo empfangenen Welle und zur Übertragung der ersten und zweiten Signale an die Eingänge eines Mischers, der ein subtraktives Überlagerungssignal liefert und mit digitalen Verarbeitungsmitteln, die eine Zeit/Frequenz-Transformation durchführen, wobei dem Mischer (305) eine Signalverarbeitungsschaltung (308) nachgeschaltet ist, die Verstärkungs- und Filtermittel umfaßt, sowie Digitalisierungsmittel (315, 314), einen Abtastwertzwischenspeicher (320) und die digitalen Verarbeitungsmittel (316, 318) die mit einem Frequenzabtastwertspeicher (317) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Verarbeitungsmittel folgendes umfassen: – erste Mittel zur auf eine erste, initiale Detektierung in einem Zeitpunkt τ₁ folgenden Erstellung einer ersten Karte der äquivalenten Radarfläche der Echos in Abhängigkeit von der Entfernung (SER_ref) und zur Speicherung dieser ersten Karte in Form von Abtastwerten in einem ersten Bereich (SER_ref) des Frequenzabtastwertspeichers (317) – zweite Mittel zur auf eine zweite Detektierung im Zeitpunkt τ₂ folgenden Erstellung einer zweiten Karte der äquivalenten Radarfläche (SER_m) und zur Speicherung dieser zweiten Karte in Form von Abtastwerten in einem zweiten Bereich (SER_m) des Frequenzabtastwertspeichers (317), und – dritte Mittel zur auf den Zeitpunkt τ₂ folgenden Erstellung einer dritten Karte der äquivalenten Radarfläche der Echos, die Abtastwertpaar für Abtastwertpaar nach der Beziehung SER_ref – SER_m errechnet und in einem dritten Bereich (SER_m – SER_ref) des Frequenzabtastwertspeichers (317) gespeichert ist und es ermöglicht die Entfernung und die Größe mindestens eines gegebenenfalls in dem Detektierungsfeld des Radars unmittelbar vor dem Zeitpunkt τ₂ erschienen Objektes anzugeben.
Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt τ₁ unmittelbar nach der Aufstellung des Radarsystems an dem vorgegebenen Ort liegt, und daß der Zeitpunkt τ₂ durch Empfang eines Auslösesignals festgelegt ist, das von einem externen, dem System nicht angehörenden Sensor (328) stammt.
Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt τ₁ unmittelbar nach der Aufstellung des Radarsystems an dem gegebenen Ort liegt und daß das System Mittel zur Steuerung der zweiten Detektierung zu mehreren Zeitpunkten τ₂ umfaßt, die in regelmäßigen Intervallen in der Größenordnung von einigen Sekunden während einer vorgegebenen Dauer aufeinanderfolgen, derart, daß das Radarsystem während dieser Dauer autark ist.
Radarsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs- und Filtermittel (308) aus einem Operationsverstärker (309) einem Bandpassfilter (311) zur Korrektur der frequenzabhängigen Verstärkung und einem Tiefpassfilter (313) zur Unterdrückung von Bandbegrenzungsfehlern des Spektrums besteht, und daß die Digitalisierungsmittel aus einer Abtast- und Halteschaltung (315) und einem A/D-Wandler (314) bestehen und daß die digitalen Verarbeitungsmittel aus einem Signalverarbeitungs-Mikroprozessor (316) bestehen.
Radarsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs- und Filtermittel (308) aus einem Operationsverstärker bestehen, der mit Widerständen und Kondensatoren beschaltet ist.
Radarsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsmittel aus einer einzigen Antenne (301) bestehen, daß die Abzweigungsmittel aus einem Richtkoppler (304) zur Gewinnung des zweiten Signals, das ein Bruchteil der empfangenen Echowelle ist, bestehen und daß die Verstärkungs- und Filtermittel (308) zusätzlich ein Hochpaßfilter (312) zur Dämpfung der Selbstblendungssignale umfassen.
Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren einen Führungsmikroprozessor (322) umfaßt, der die dritte Karte der äquivalenten Radarfläche der Echos (SER_m – SER_ref) auswertet.
Anwendung des Radarsystems nach Anspruch 7, zur Detektierung der Entfernung und der Größe von an einem gegebenen Ort erscheinenden Objekten.