DE69606094T2

DE69606094T2 - Radarverfahren und Vorrichtung, die Ziele in Clutterbereichen mittels der Intensität und der Winkellage der Ziele erfassen

Info

Publication number: DE69606094T2
Application number: DE69606094T
Authority: DE
Inventors: Michael B. Schober
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2016-05-23
Also published as: US5594450A; NO962366D0; KR0167430B1; EP0747723A3; KR970002381A; ES2140788T3; IL118567A; CA2176607A1; DE69606094D1; JPH0921864A; JP2889185B2; AU685024B2; CA2176607C; AU5228796A; EP0747723B1; IL118567A0; NO962366L; NO316244B1; EP0747723A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Radarsysteme und insbesondere ein Radarsystem, das für die Identifizierung von Zielen geeignet ist, die eng mit Hintergrundstörflecken verbunden sind.
In einem Radarsystem sendet ein Transceiver (Sender/Empfänger) ein Hochfrequenzsignal in den Raum. Wenn das gesendete Signal auf ein Objekt auftrifft, wird ein reflektiertes Signal erzeugt. Ein Teil des reflektierten Signals kehrt zu dem Transceiver zurück und wird detektiert.
Wenn nur ein einziges Echosignal vorhanden wäre, wäre die Analyse der Radarsignale einfach und unkompliziert. In der Praxis gibt es eine große Anzahl von Echosignalen, die gleichzeitig detektiert werden. Die Echos werden durch eine große Vielfalt von Gegebenheiten zusätzlich zu den interessierenden potentiellen Objekten, die als Ziele bezeichnet werden, erzeugt. Wenn der Radar-Transceiver eine niedrige Flugbahn anvisiert, um niedrig fliegende Flugzeugziele zu verfolgen, gibt es auch Echos mit kleiner Amplitude von natürlichen oder künstlichen Objekten auf dem Boden, wie Hügeln und Bäumen, Häusern, usw. Wenn der Radar-Transceiver eine höhere Flugbahn anvisiert, können Echos von natürlichen Objekten, wie Vögeln, und von natürlichen Erscheinungen, wie Feuchtigkeitströpfchen, Hagel, usw., herrühren. Solche zusätzlich zu Zielechos vorhandenen Echos werden hierin allgemein als "Störflecken" ("clutter") bezeichnet.
Zielechos können manchmal klar von Störflecken durch ihr Aussehen bei der visuellen Beobachtung des Radarbildschirms unterschieden werden, wenn das Zielecho eine viel größere Amplitude als die Störfleckenechos besitzt. In anderen Fällen kann diese visuelle Unterscheidung nicht ohne weiteres gemacht werden, oder es ist wünschenswert, die Fähigkeit zu besitzen, ein Ziel von Störflecken auf automatisierte Weise zu unterscheiden. In militärischen Anwendungen kann das Radar in einem unbemannten Flugkörper vorhanden sein, das Ziele ohne menschliche Unterstützung identifizieren muß. Bei nicht militärischen Anwendungen sind voll automatisierte Flugzeuglandesysteme und Flugsteuersysteme in Entwicklung, um zur Unterstützung der menschlichen Steuerung zu dienen. Bei derartigen Steuersystemen könnten automatisierte Radarsysteme zur Zielidentifizierung verwendet werden.
Ein derzeit verfügbarer Ansatz für die automatisierte Identifizierung von Zielen unter Störflecken ist ein Radarsystem, das CFAR- bzw. Konstante-Fehlalarm-Raten-Detektor- Analysetechniken verwendet. Bei diesem Ansatz wird die Amplitude eines Echosignals mit einem Schwellenwert verglichen, der ein Vielfaches eines Hintergrundamplitudenwertes ist, der dem Störflecken zugeordnet ist. Wenn das Echosignal größer ist als dieser Schwellenwert, wird das Echo als Ziel und nicht als Störflecken eingestuft. Während die herkömmliche CFAR-Technik funktionsfähig ist, so unterscheidet sie in vielen Fällen von praktischer Bedeutung nicht zuverlässig Ziele von Störflecken, wie im Fall eines Ziels, das mit einem Bodenstörflecken vermischt ist, wobei das Ziel und der Störflecken vergleichbare Radarechoamplituden besitzen. In einem weiteren Ansatz wird ein Ziel von Störflecken unter Verwendung einer Bereichsweitenaus tastungs- oder Doppler-Filterung getrennt. Wenn das Ziel nahe bei oder in dem Störflecken eingetaucht ist, ist die Bereichsweitenaustastungs-Technik nicht nützlich. Wenn sich das Ziel in einem etwa konstanten Abstand von dem Transceiver bewegt, ist die Doppler-basierte Technik bei der Identifizierung des Ziels erfolglos.
Radarsysteme nach dem Stand der Technik, die eine Eigenschaft eines Echosignals in Kombination mit der Winkellage des Echosignals verwenden, sind aus der US-A-5323161, US-A-4992795 und US-A-4489388 bekannt.
Es besteht ein Bedürfnis nach einem verbesserten Radarsystem, das Ziele von Störflecken zuverlässig unterscheidet. Die vorliegende Erfindung befriedigt dieses Bedürfnis, und schafft weitere damit in Beziehung stehende Vorteile.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Radarsystem und ein Verfahren zum Unterscheiden von Zielen von Störflecken für eine Vielfachheit von Begleitumständen bereit. Obwohl der Ansatz breit anwendbar ist, ist er besonders nützlich in Radarsystemen, die dazu verwendet werden, Ziele zu detektieren, die eng mit Störflecken verbunden sind, so wie solche Ziele, bei denen versucht wird, das Ziel unter Verwendung von Störflecken zu tarnen.
In Übereinstimmung mit der Erfindung weist ein Radarsystem einen Radarempfänger, der Mittel zum Bestimmen einer ersten Eigenschaft und der Winkellage einer Mehrzahl von Echosignalen umfaßt; und
Mittel zum Identifizieren von Zielen und Störflecken unter den Echosignalen auf, wobei die Mittel zum Identifizieren
Mittel zum Bilden einer Testfunktion der ersten Eigenschaft und Winkellagen der Echosignale und
Mittel zum Vergleichen der Testfunktion mit einem Schwellenwert umfassen,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eigenschaft die Amplitude der Echosignale ist und die Mittel zum Bilden einer Testfunktion Mittel zum Bilden einer Funktion umfassen, die im wesentlichen äquivalent zu der Funktion A/B ist, wobei
A = EXP - (θ - θ&sub1;/σ&sub1;)² · R/(R&sub0;² + RT²) · EXP - (R²/2(R&sub0;² + RT²)), und
B = EXP - (θ - θ&sub0;/σ&sub0;)² · R/R&sub0;² · EXP - (R²/2(R&sub0;²)),
wobei θ die Winkellage eines Testechosignals, θ&sub1; der erwartete Leistungsschwerpunkt von dem kombinierten Ziel- und Störfleckenecho, σ&sub1; die Standardabweichung von θ&sub1;, θ&sub0; der mittlere Winkel der Störflecken, σ&sub0; die Standardabweichung von θ&sub0;, R die Amplitude des Testechosignals, R&sub0;² die mittlere Leistung der Störflecken und RT² die erwartete Leistung des Ziels ist.
In einer damit in Beziehung stehenden Technik weist ein Verfahren zum Identifizieren von Zielechos in einem Radarsystem die Schritte auf: Erhalten der Amplitudenwerte und Winkellagenwerte einer Mehrzahl von Radarechosignalen, die zumindest ein potentielles Ziel und Störflecken umfassen;
Bestimmen eines Schwellenwertes;
Bilden einer Testfunktion von Amplituden und Winkellagen der Echosignale, wobei die Testfunktion im wesentlichen äquivalent zu der Funktion A/B ist, wobei
A = EXP - (θ - θ&sub1;/σ&sub1;)² · R/(R&sub0;² + RT²) · EXP - (R²/2(R&sub0;² + RT²)), und
B = EXP - (θ - θ&sub0;/σ&sub0;)² · R/R&sub0;² · EXP - (R²/2(R&sub0;²)).
wobei θ die Winkellage eines Testechosignals, θ&sub1; der erwartete Leistungsschwerpunkt von dem kombinierten Ziel- und Störfleckenecho, σ&sub1; die Standardabweichung von θ&sub1;, θ&sub0; der mittlere Winkel der Störflecken, σ&sub0; die Standardabweichung von θ&sub0;, R die Amplitude des Testechosignals, R&sub0;² die mittlere Leistung der Störflecken und RT² die erwartete Leistung des Ziels ist; und
Vergleichen der Testfunktion mit dem Schwellenwert.
Der vorliegende Ansatz unterscheidet sich von den Ansätzen nach dem Stand der Technik dadurch, daß er ein Radarsystem verwendet, das eine Testfunktion umfaßt, die sowohl eine Amplituden- und eine Winkellageninformation einschließt. In vielen Fällen sind Störflecken-Signale etwas traubenartig geballt, wie im Fall von Bodenechos nahe bei einem Flugzeug, das nahe am Horizont fliegt. Diese Beobachtung, die in den Ansatz durch die Winkellageninformation eingeht, hilft dabei, eine bessere Unterscheidung des Ziels von dem Störflecken zu erzielen.
Die Testfunktion wird bevorzugt dadurch gefunden, daß ein Wahrscheinlichkeitsverhältnistest unter Verwendung einer gemeinsamen Verteilung der Amplituden- und Winkellageninformation gebildet wird. Die Winkellageninformation wird relativ zu einer geeigneten Referenz definiert, wie zu einer Geradeausblickrich tung eines Flugkörpers, der einen vorwärts blickenden Radar- Transceiver aufweist.
Die Testfunktion wird bevorzugt mittels eines Computers berechnet, der dazu konfiguriert ist, die erforderlichen Berechnungen durchzuführen. Sobald die Testfunktion berechnet ist, wird sie mit einem Schwellenwert verglichen, der durch Abtasten der Echosignale und Vervielfachen mit einer Konstante bestimmt wird. Wenn die Testfunktion größer ist als der Schwellenwert, wird daraus geschlossen, daß das getestete Echo ein Ziel ist.
Die vorliegende Erfindung schafft einen genaueren Ansatz für die Bestimmung der Anwesenheit von Zielen in Störflecken als bislang möglich. Die Verbesserung ist besonders nützlich, wenn die Störflecken um eine Winkelbeziehung herum in Beziehung zu dem Transceiver traubenartig geballt sind, eine außergewöhnliche Situation. Der vorliegende Ansatz hängt weder von einer Bereichsweitenaustastung noch von einer Doppler-Filterung ab, und ist daher besser dazu geeignet, Ziele zu detektieren, die sich etwa im selben Abstand vom Transceiver wie die Störflecken befinden und sich weder auf den Transceiver zu noch von diesem weg bewegen. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden genaueren Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung hervor, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Radarsystems in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Kulisse mit traubenartig geballten Störflecken, wie sie auf einer Radar- Videoanzeige zu sehen sind, wobei die Polarität des Ziels bekannt ist;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Kulisse mit traubenartig geballten Störflecken, wie sie auf einer Radar- Vidoeanzeige zu sehen sind, wobei die Polarität des Ziels unbekannt ist;
Fig. 4 eine schematische Doppler/Bereichsweiten-Karte, die in der Radarsignalecho-Analyse verwendet wird;
Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen eines Ziels inmitten von Störflecken;
Fig. 6 ein Diagramm, das den Datenfluß für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des vorliegenden Ansatzes darstellt;
Fig. 7 einen Graphen eines Entscheidungsraumes gemäß dem vorliegenden Ansatz für ein erstes Ausführungsbeispiel der Testfunktion;
Fig. 8 einen Graphen eines Entscheidungsraumes gemäß der vorliegenden Erfindung, nachdem vereinfachende Annahmen gemacht wurden;
Fig. 9 einen demjenigen in Fig. 7 ähnlichen Graphen eines Entscheidungsraumes, der den Bereich anzeigt, wo ein Ziel detektiert würde, wenn der vorliegende Ansatz verwendet wird, jedoch nicht detektiert werden würde, wenn ein Ansatz nach dem Stand der Technik verwendet wird;
Fig. 10 einen Graphen von Testergebnissen unter Verwendung des vorliegenden Ansatzes im Vergleich zu einem Ansatz nach dem Stand der Technik; und
Fig. 11 einen Graphen eines Entscheidungsraumes für ein zweites Ausführungsbeispiel der Testfunktion.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt einen Flugkörper 18 mit einem Radarsystem 20, das einen Radar-Transceiver 22 umfaßt, der Radarsignale mit einer angedeuteten Antennen-Hauptkeulen-Strahlbreite (die einem Sichtfeld entspricht) sendet und Echosignale von Objekten 24 empfängt. Das Radarsystem arbeitet mit einem Bereichsweitenfenster, das eine Auswahl nur solcher Objekte 24 ermöglicht, die innerhalb eines ausgewählten Bereichsweitenbandes liegen, das erhalten wird, indem nur solche Objekte ausgewählt werden, die Echosignale erzeugen, die innerhalb eines vorgewählten Zeitintervalls nach der Radarsignalsendung liegen. Im Betrieb des Radarsystems 20 wird das Bereichsweitenfenster systematisch variiert, um das Sichtfeld zwischen kleinen und großen Bereichswei ten abzutasten. Die Objekte 24 können ein Ziel 26 und Störflekken 28 umfassen, die innerhalb des Bereichsweitenfensters liegen. In Fig. 1 ist das Ziel 26 von den Störflecken 28 aus Gründen der Klarheit deutlich getrennt, jedoch ist in vielen Fällen das Zielecho dem Störfleckenecho ziemlich nahe oder sogar mit diesem vermischt, bspw. wenn das Ziel nahe am Boden fliegt oder ein Bodenziel ist.
Die Echosignale werden einem Computer 30 zugeführt, wo sie digitalisiert werden, und optional einer Anzeige 32. In vielen Fällen umfaßt das Radarsystem 20 keine Anzeige, wenn das Radarsystem in einem unbemannten Fahrzeug verwendet wird. Fig. 1 stellt den möglichen Gebrauch einer Anzeige 32 an einer entfernten Bodenstation 34 als Basis für die Erörterung der nachfolgenden Figuren dar. Der Radar-Transceiver 22 in Fig. 1 ist so ausgerichtet dargestellt, daß die Strahlbreite der Hauptkeule der Antenne entlang einer Geradeausblickrichtung 36 des Flugkörpers gerichtet ist, eine imaginäre Richtung, die von dem Flugkörper 18 ausgehend nach vorn gerichtet ist und die einen Bezugsrahmen für Winkelmessungen schafft. Das Radarsystem 20 besitzt die Fähigkeit, die Amplitude eines Signalechos und seine Winkellage relativ zu irgendeiner Referenz zu bestimmen, die günstigerweise als die Geradeausblickrichtung gewählt wird.
Fig. 2 und 3 stellen zwei Kulissen der Art dar, die auf der Radaranzeige 32 in bestimmten Situationen gesehen werden. Ziele in diesen Kulissen werden in diesen Kulissen eher ohne weiteres detektiert, wenn das Radarsystem der Erfindung verwendet wird, als wenn Radarsysteme aus dem Stand der Technik verwendet werden. In Fig. 2 sind zwei potentielle Ziele 26a und 26b und ein Störflecken 28 jeweils unter Winkeln relativ zu der Geradeausblickrichtung 36 angeordnet, die als 0-Grad- Bezugswinkel ausgewählt ist (Fig. 2 und 3 stellen Elevationswinkel dar, jedoch ist dieselbe Analyse auf Azimuthalwinkel anwendbar.) Aus der die Beschaffenheit des Ziels betreffenden Information ist es bekannt, daß sich beide Ziele 26a oder 26b relativ zur Geradeausblickrichtung unter einem Winkel befinden müssen, der größer ist als der mittlere Winkel der Störflecken 28. Dies ist ein Beispiel für ein Ziel mit bekannter "Polarität", bei dem es bekannt ist, daß das Ziel eine bestimmte Winkelbeziehung zu dem Störflecken besitzt. In einem weiteren, in Fig. 3 dargestellten Fall kann das Ziel entweder oberhalb der Störflecken 28 (Ziel 26c) oder unterhalb der Störflecken (Ziel 26d) sein, und daher ist die Winkellage relativ zu den Störflecken nicht mit Sicherheit bekannt. Dies ist ein Beispiel für ein Ziel mit unbekannter Polarität.
Jedes der Radarechos für die in Fig. 2 und 3 angegebenen Ziele und Störflecken besitzen zugeordnete Werte einer Signalecho-Amplitude (d. h. der Stärke des Signals) und der Signalecho-Lage (d. h. der Winkellage des Echos relativ zur Geradeausblickrichtung). Es ist übliche Praxis, Radarechosignale in Form von ihren Doppler-Werten und ihrer Bereichsweite zu analysieren, wie schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Fig. 4 stellt Radarechos für ein potentielles Ziel 26 und viele Störflecken 28 verursachende Objekte dar. Obwohl die Bezeichnung in Fig. 4 anzeigt, daß eines der Echos das Ziel ist, ist die Identität desjenigen Echos, welches das Ziel ist, weder vor dem Start der Analyse bekannt, noch ob überhaupt ein Ziel vorhanden ist. Jedes der Echos in Fig. 4 weist eine zugeordnete Amplitude R und eine Winkellage θ auf.
In herkömmlichen CFAR-Ansätzen wird nur die Amplitude jedes Echosignals analysiert, um ein Ziel von Störflecken zu unterscheiden. In dem vorliegenden Ansatz werden sowohl die Amplitude und die Winkellage jedes Echosignals analysiert, um ein Ziel von Störflecken zu unterscheiden. Wie gezeigt werden wird, ermöglicht der vorliegende Ansatz die Detektierung von Zielen in einer zuverlässigeren Weise als dies der Ansatz nach dem Stand der Technik ermöglicht. Diese Fähigkeit wird noch bedeutsamer, wenn Technologiefortschritte es ermöglichen, das Ziel-Signalecho so klein werden zu lassen, daß es eine Amplitude aufweist, die vergleichbar mit der Amplitude oder sogar kleiner als die Amplitude der Störflecken ist.
Fig. 5 stellt ein Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dar. Für jedes Echosignal, das durch den Radar-Transceiver 22 empfangen wird, werden die Amplituden- und Winkellagenwerte des Echosignals durch den Computer bestimmt, Bezugszeichen 40. Die absoluten Werte dieser Information sind für die vorliegenden Zwecke nicht wichtig, nur die Werte relativ zu irgendeinem gemeinsamen Standardwert. Jedoch wird die Amplitude vorteilhafterweise relativ zur Amplitude null bestimmt, und der Winkellagenwert wird relativ zu einer Bezugsachse bestimmt, die bevorzugt die Geradeausblickrichtung 36 für das in Fig. 1 dargestellte Radarsystem ist.
Schwellenwerte werden für die Amplitude und Winkellage bestimmt, Bezugszeichen 42. Um die Schwellenwerte zu bestimmen, wird das Radarechosignal digitalisiert, und Abtastwerte von Echosignalen werden in ein zu analysierendes Feld gegeben. Die Amplituden der Abtastwerte werden gemittelt, und die mittlere Amplitude wird mit einem ersten konstanten Gewichtigungs faktor multipliziert, um den Amplitudenschwellenwert zu erhalten. In ähnlicher Weise werden die Winkellagen relativ zur Bezugsachse gemittelt, um einen Winkelmittelwert zu erhalten, der mit einem zweiten konstanten Gewichtungsfaktor multipliziert wird, um den Winkelschwellenwert zu erhalten. Somit werden Werte von R/R&sub0; und θ/θ&sub0; mit ihren jeweiligen Schwellenwerten in einer Ausführungsform des vorliegenden Ansatzes verglichen. In äquivalenter Weise wird eine gemeinsame R-θ-Schwelle aus diesen selben Beziehungen bestimmt. Die beiden Gewichtigungsfaktoren werden so ausgewählt, daß eine akzeptable Fehlalarmrate geschaffen wird. Dies sind Konstanten, deren Werte nach Wunsch variiert werden können, um die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms zu erhöhen oder zu vermindern, d. h., daß ein Echo als Ziel angezeigt wird, wenn es tatsächlich ein Störflecken ist.
Eine Testfunktion wird ebenso für jedes bestimmte Signalecho gebildet, das als potentielles Ziel getestet werden soll, Bezugszeichen 44. Die bevorzugte Testfunktion, die unter der Annahme entwickelt wurde, daß die Amplitudenverteilung eine Rayleigh-Verteilung und die Winkelverteilung eine Gauß'sche Verteilung ist, ist von der Form A/B, wobei
A = EXP - (θ - θ&sub1;/σ&sub1;)² · R/(R&sub0;² + RT²) · EXP - (R²/2(R&sub0;² + RT²)), und
B = EXP - (θ - θ&sub0;/σ&sub0;)² · R/R&sub0;² · EXP - (R²/2(R&sub0;²)),
wobei
θ die Winkellage eines Testechosignals, θ&sub1; der erwartete Leistungsschwerpunkt von dem kombinierten Ziel- und Störflecken- Echo, σ&sub1; die Standardabweichung von θ&sub1;, θ&sub0; der mittlere Winkel der Störflecken, σ&sub0; die Standardabweichung von θ&sub0;, R die Amplitude des Testechosignals, R&sub0;² die mittlere Leistung der Störflecken und RT² die erwartete Leistung des Ziels ist. In diesem Ausdruck ist A mit dem Fall verknüpft, daß ein Ziel vorhanden ist, und B ist mit dem Fall verknüpft, daß kein Ziel vorhanden ist. Die Testfunktion wird in dieser Form als "kombinierte Funktion" bezeichnet, weil sowohl Amplituden- als auch Winkelinformationen zusammen in einem einzigen Ausdruck verwendet werden. Dies ist von einem zweiten, jedoch weniger bevorzugten und hiernach zu erörternden Ausführungsbeispiel zu unterscheiden, das als "getrennte Funktion" bezeichnet wird, bei der sowohl Amplituden- als auch Winkelinformationen verwendet werden, jedoch in getrennten Ausdrücken.
Die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Verwendung dieser bestimmten Testfunktion beschränkt, und es kann jede verfügbare Testfunktion, die auf bestimmte Situationen anwendbar ist, verwendet werden. Im bevorzugten Fall ist die einzelne Testfunktion eine kombinierte bzw. gleichzeitige Funktion von Amplituden- und Winkelinformation. Weniger bevorzugt können zwei Testfunktionen verwendet werden, eine, die die Amplitudeninformation verwendet und eine, die die Winkelinformation verwendet, und die zusammen angewendet werden, um die Informationen zu analysieren. Der letztere Fall ist weniger bevorzugt, weil gezeigt wurde, daß sie weniger genau ist als der bevorzugte Fall, dennoch sorgt sogar diese für eine Verbesserung gegenüber dem CFAR-Ansatz nach dem Stand der Technik, der nur Amplitudeninformation verwendet.
Diese Testfunktion kann für praktische Anwendungen in Situationen wie der in Fig. 1 gezeigten vereinfacht werden, indem angenommen wird, (1) daß σ&sub1; näherungsweise gleich σ&sub0; ist, (2) daß RT²/(R&sub0;²+RT²) näherungsweise gleich 1 ist und (3) daß das Ziel sich nahe an der Geradeausblickrichtung befindet. Die Testfunktion vereinfacht sich dann zu der Form
(θ-θ&sub0;)²-(θ-θ&sub1;)²+R²/R&sub0;²-1 ≥ gemeinsame R, θ-Schwelle.
Der Computer 30 berechnet das gerade getestete Echosignal digital. Jedoch kann diese Relation für Interpretationszwecke graphisch dargestellt werden, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn die Werte von (θ-θ&sub0;) und (R²/R&sub0;²) für ein Echo, das gerade als Ziel ausgewertet wird, derart sind, daß das Echo auf oder oberhalb der Kurve in Fig. 7 liegt, wird die Entscheidung getroffen, daß das Ziel detektiert wurde. Wenn die Werte von (θ-θ&sub0;) und (R²/R&sub0;²) derart sind, daß das gerade ausgewertete Echo unterhalb der Kurve in Fig. 7 liegt, wird die Entscheidung getroffen, daß kein Ziel detektiert wurde. Anders ausgedrückt, wenn die Polarität unbekannt ist, wird (θ-θ&sub0;)²+ R²/R&sub0;²-1 ≥ gemeinsamer R,θ-Schwelle gewöhnlich für die Detektion eines Ziels in diesem allgemeinen Fall ausgewertet.
Das Konzept der Polarität der erwarteten Stelle eines Ziels relativ zu Störflecken wurde in bezug auf Fig. 2 - 3 erörtert. Diese Information kann verwendet werden, um das Testen der Echosignale auf das Vorliegen eines Ziels zu beschleunigen, und um den vorliegenden Ansatz mit dem Ansatz nach dem Stand der Technik zu vergleichen. Die vorstehende Relation kann somit reduziert werden auf den Test, daß, wenn R/R&sub0; ≥ der Amplitudenschwelle, eine Detektion andernfalls festgestellt wird als
(θ-θ&sub0;)*(R²/R&sub0;²-1) ≥ gemeinsame R,θ-Schwelle [wenn die Polarität bekannt ist]
θ-θ&sub0; *(R²/R&sub0;²-1) ≥ gemeinsame R,θ-Schwelle [wenn die Polarität unbekannt ist]
Dieser vereinfachte Ansatz ist graphisch in Fig. 8 und funktionstechnisch in Fig. 6 dargestellt. Die Amplituden- und Winkellagenabtastwerte der Radarechos werden genommen, Bezugszeichen 50. Die Werte werden unter der Annahme getestet, daß eines der Echos ein Ziel und der Rest der Echos Störflecken sind. Auf der Basis dieser Annahme werden die Werte von R und θ für das Ziel und die Werte von R&sub0; und θ&sub0; für die Störflecken bestimmt. Wenn R/R&sub0; gleich oder größer als die Amplituden- Schwelle ist, wird ein Ziel festgestellt, und es ist nicht notwendig, die Winkellageninformation zu verwenden, Bezugszeichen 52. Wenn andererseits R/R&sub0; kleiner ist als die Amplitudenschwelle, ermöglicht es der vorliegende Ansatz, ein Ziel unter Verwendung der Winkellageninformation in einigen Fällen zu detektieren, in denen der Ansatz nach dem Stand der Technik, der nur Amplitudeninformation verwendet, kein Ziel detektieren würde. Die von der Winkelorientierung abhängigen Berechnungen werden gemäß der vorstehenden Erläuterung und der Polaritätsinformation, wenn eine solche vorhanden ist, durchgeführt, Bezugszeichen 54. Ein Ziel wird festgestellt, Bezugszeichen 56, wenn entweder der reine Amplitudentest erfüllt ist, Bezugszeichen 52, oder wenn der Amplituden/Winkelorientierungs-Test erfüllt ist, Bezugszeichen 54.
Der Ansatz der vorliegenden Erfindung resultiert in einer verbesserten Ziel-Detektierung im Vergleich zu einem herkömmlichen Test, bei dem nur die Signalecho-Amplituden-Information verwendet wird. Fig. 9 zeigt den Bereich der verbesserten Ziel- Detektion in der graphischen Darstellungsform in Fig. 7 - 8. Ziele, deren Amplitudenverhältnis unter demjenigen liegt, das durch den herkömmlichen Test detektiert werden kann, die jedoch bezüglich des Winkels ausreichend von der Radarbezugsachse (wie der Geradeausblickrichtung) in θ-θ&sub0; beabstandet sind, können durch den vorliegenden Ansatz detektiert werden, jedoch nicht mit dem nur auf Amplituden beruhenden Ansatz nach dem Stand der Technik.
Diese Schlußfolgerung wurde durch eine Computersimulation bestätigt, in der simulierte Rayleigh-verteilte Amplituden und Gauß-verteilte Winkel verwendet wurden, um 100.000 Monte Carlo- Versuche bei verschiedenen Signal-Störflecken-Verhältnissen zu erzeugen. Bei einer konstant bei etwa 10&supmin;³ gehaltenen Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms wurden Ergebnisse für den herkömmlichen, nur auf Amplituden basierenden Ansatz und den vorliegenden Ansatz unter Einbeziehung des Falls der bekannten Polarität erhalten. Der vorliegende Ansatz wurde für zwei Winkelbeabstandungen des Ziels von dem Störflecken, 1º und 3º, ausgewertet, die beide ziemlich kleine Beabstandungen darstellen. Die Ergebnisse der Simulationen sind in Fig. 10 dargestellt. Wenn das Ziel-Störflecken-Amplitudenverhältnis zunimmt (horizontale Achse), werden beide Ansätze bei der Detektierung des Ziels (vertikale Achse) zunehmend leistungsfähiger. Der vorliegende Ansatz erzielt verbesserte Ergebnisse für alle Fälle, jedoch sind die Ergebnisse am signifikantesten für niedrige Ziel-Störflecken-Amplitudenverhältnisse und mäßige Winkellagenbeabstandungen des Ziels von dem Störflecken verbessert. Für ein Ziel-Störflecken-Verhältnis von 6dB und einer Ziel- Störflecken-Winkellagenbeabstandung von 3º beispielsweise ist die Wahrscheinlichkeit der Detektierung unter Verwendung des vorliegenden Ansatzes etwa 8-10 mal größer als diejenige, die unter Verwendung des herkömmlichen, nur auf Amplituden basierenden Ansatzes erzielt wird. Die Folge ist, daß es der vorliegende Ansatz ermöglicht, das Ziel, das bezüglich des Winkels geringfügig von dem Störflecken beabstandet ist, früher und mit größerer Sicherheit zu identifizieren, als dies zuvor möglich war.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden sowohl die Amplituden- als auch die Winkelinformationen verwendet, jedoch in einer getrennten Funktion anstelle in einer kombinierten Funktion. In einem bevorzugten Ansatz dieser Art bilden R/R&sub0; und (θ-θ&sub0;) zusammen genommen die Testfunktionen, von denen jede nur eine der Größen, Amplitude und Winkellage, einbezieht. Beide Testfunktionen können für ein festzustellendes Ziel erfüllt werden, gemäß den Relationen
R/R&sub0; ≥ Amplitudenschwelle, bzw.
θ-θ&sub0; ≥ Winkelschwelle.
Fig. 11 veranschaulicht die Anwendung dieser Technik. Der schattierte Bereich stellt wiederum den Bereich der Zieldetektierung dar, der mit traditionellen CFAR-Ansätzen nicht erreicht werden würde. Obwohl funktionsfähig, ist dieser Ansatz weniger bevorzugt, weil die Verwendung von separaten funktionalen Relationen von Amplitude und Winkellagen eine weniger genaue Ziel-Differenzierung ermöglicht als die Verwendung einer kombinierten funktionalen Relation von Amplitude und Winkellage.

Claims

1. Radarsystem (20), mit

einem Radarempfänger (22), der Mittel (40) zum Bestimmen einer ersten Eigenschaft und der Winkellage einer Mehrzahl von Echosignalen umfaßt; und

Mitteln zum Identifizieren von Zielen (26) und Störflecken (28) unter den Echosignalen, wobei die Mittel zum Identifizieren

Mittel (44) zum Bilden einer Testfunktion der ersten Eigenschaft und Winkellagen der Echosignale und

Mittel (46) zum Vergleichen der Testfunktion mit einem Schwellenwert umfassen,

dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eigenschaft die Amplitude der Echosignale ist, und die Mittel (44) zum Bilden einer Testfunktion Mittel zum Bilden einer Funktion umfassen, die im wesentlichen äquivalent zu der Funktion A/B ist, wobei

A = EXP - (θ - θ&sub1;/σ)² · R/(R&sub0;² + RT²) · EXP - (R²/2(R&sub0;² + RT²)), und

B = EXP - (θ - θ&sub0;/σ&sub0;)² · R/R&sub0;² · EXP - (R²/2(R&sub0;²))

wobei θ die Winkellage eines Testechosignals, θ&sub1; der erwartete Leistungsschwerpunkt von dem kombinierten Ziel (26)- und Störfleckenecho (28), σ&sub1; die Standardabweichung von θ&sub1;, θ&sub0; der mittlere Winkel der Störflecken (28), σ&sub0; die Standardabweichung von θ&sub0;, R die Amplitude des Testechosignals, R&sub0;² die mittlere Leistung der Störflecken (28) und RT² die erwartete Leistung des Ziels (26) ist.

2. Radarsystem nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Identifizieren einen Computer (30) aufweisen, der dazu konfiguriert ist, die Testfunktion zu bilden und die Testfunktion mit dem Schwellenwert zu vergleichen.

3. Radarsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Mittel (44) zum Bilden einer Testfunktion

Mittel zum Bestimmen eines Amplitudenmittelwertes für die Mehrzahl von Echosignalen, und

Mittel zum Bestimmen eines Winkellagenmittelwertes für die Mehrzahl von Echosignalen umfassen.

4. Radarsystem nach Anspruch 3, wobei die Mittel (44) zum Bilden einer Testfunktion weiterhin Mittel zum Bilden der Testfunktion für ein Testechosignal als Funktion der Amplitude und der Winkellage des Testechosignals und des Amplitudenmittelwertes und des Winkellagenmittelwertes umfassen.

5. Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel (44) zum Bilden einer Testfunktion Mittel zum Bestimmen einer Winkellage relativ zu einem vorgewählten Referenzwert umfassen.

6. Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel zum Identifizieren von Zielen (26) und Störflecken (28)

Mittel (50) zum Abtasten des Echosignals, um eine Mehrzahl von Leistungsabtastwerten zu erzeugen, und

Mittel (42) zum Bilden des Schwellenwertes aus der Mehrzahl von Leistungsabtastwerten umfassen.

7. Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel zum Identifizieren von Zielen (26) und Störflecken (28)

Mittel (50) zum Abtasten des Echosignals, um eine Mehrzahl von Winkellagenwerten, und

Mittel (42) zum Bilden des Schwellenwertes aus der Mehrzahl von Winkellagenwerten umfassen.

8. Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Radarsystem weiterhin einen Radarsender (22) aufweist.

9. Verfahren zum Identifizieren von Zielechos in einem Radarsystem (20), mit den Schritten

Erhalten der Amplitudenwerte und Winkellagenwerte einer Mehrzahl von Radarechosignalen, die zumindest ein potentielles Ziel (26) und Störflecken (28) umfassen;

Bestimmen (42) eines Schwellenwertes;

Bilden (44) einer Testfunktion von Amplituden und Winkellagen der Echosignale, wobei die Testfunktion im wesentlichen äquivalent zu der Funktion A/B ist, wobei

A = EXP - (θ - θ&sub1;/σ&sub1;)² · R/(R&sub0;² + RT²) · EXP - (R²/2(R&sub0;² + RT²)), und

B = EXP - (θ - θ&sub0;/σ&sub0;)² · R/R&sub0;² · EXP - (R²/2(R&sub0;²)),

wobei θ die Winkellage eines Testechosignals, θ&sub1; der erwartete Leistungsschwerpunkt von dem kombinierten Ziel (26)- und Störfleckenecho (28), σ&sub1; die Standardabweichung von θ&sub1;, θ&sub0; der mittlere Winkel der Störflecken (28), σ&sub0; die Standardabweichung von θ&sub0;, R die Amplitude des Testechosignals, R&sub0;² die mittlere Leistung der Störflecken (28) und RT² die erwartete Leistung des Ziels (26) ist; und

Vergleichen der Testfunktion mit dem Schwellenwert.