SE469495B - Foerfarande foer foeljning av radarmaal - Google Patents

Description

469É495 d) enligt punkt c ovan bestämd lutning jämförs med för nollgenomgångar i ett allmänt fall beräknade lutningar för bestämning av fack för aktuell nollgenomgång. e) elevationsvinkel eller målhöjd beräknas utgående från facktillhörighet och läge för målet inom facket.

Genom förfarandet uppnås tillfredställande följning vid mål som befinner sig på låg höjd i miljö med flervägsutbredning.

Med fördel studeras under punkt b teckenkombinationen för de beräknade värdena och lämpligen genomgår målets facktillhörighet och läge inom facket en filtrerande funktion före beräkningen av elevationsvinkel eller målhöjd.

Som ett mått på imaginärdelens lutning utnyttjas difierensen mellan värden belägna på var sin sida om en antagen nollgenomgång. Enligt en enkel variant utnyttjas endast ett värde på vardera sidan om den antagna nollgenomgången.

I en mer sofistikerad variant sammanvägs värdena för flera på vardera sidan om den antagna nollgenomgången tillgängliga värden.

Imaginärdelen av den komplexa elevationsfelsignalen Im [Del] definieras av och beräknas ur sambandet: 1m[Del] = SVDQ-SVDI, där Sš+Sá SI är summakanalens i-fas-komponent SQ är summakanalens kvadraturkomponent DI är i-fas-komponenten för skillnadskanalen i höjdled och Du är kvadraturkomponenten för skillnadssignalen i höjdled.

Signalkomponenterna SI, SQ, DI, Du är tillgängliga i kända radarmottagare. :469 495 Enligt ett föredraget förfarande undersöks imagninärdelen av den komplexa elevationsfelsignalen som funktion av en variabel n definierad som n = 2 hr . ht där I R hr = radarns höjd ht = målets höjd Ä = använd radarvåglängd R = avståndet mellan radar och mål.

Ett allmänt fall uppvisar därvid nollgenomgångar för n= 1,5, 2,5, 3,5 osv.

Följning grundad på den komplexa elevationsfelsignalen är lämpad för följning på låg höjd. Andra konventionella förfaranden kan ta över följningen under andra höjdförhållanden. Enligt ytterligare ett föredraget förfarande kännetecknas förfarandet därför av att följning grundad på den komplexa elevationsfelsignalen endast utnyttjas vid följning på låg höjd.

Vid fartygsmonterad radar varierar radarns höjd hr på grund av rullning, stampning och/eller hävning. Kompensation för denna variation uppnås enligt ett föredraget förfarande av att utsignalen från en vertikalavkännande accelerometer efter två integrationer används för att korrigera för variation i radams höjd.

Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar, där fig 1 schematiskt visar delar av en radarmottagare, utnyttjande s k monopulsteknik i ett utförande med tre parallella MF-kanaler, fig 2a visar realdelen av den komplexa elevationsfelsignalen för ett allmänt fall som funktion av en variabel n, fig 2b visar imaginärdelen av den komplexa elevationsfelsignalen för ett allmänt fall som funktion av variabeln n, fig 3 visar tvåvägsutbredning för en radarsignal i det fall att jordens yta vid radarföljningsområdet betraktas som plan, fig 4 visar tvåvägsutbredning för en l *r 469 §9s f radarsignal i det fall hänsyn tas till jordytans lcrölmirig inom radarföljningsområdet och fig 5 schematiskt i blockschemaform visar funktionen hos en i radarmottagaren ingående processor.

Den i figur 1 visade radarmottagaren innefattar en antenn 1, företrädesvis försedd med fyra matare i en kvadratisk konfiguration på känt sätt och ej visat.

En summa- och differensbildare 2 bildar en summasignal och skillnadssigrialer representerande felsignal i sidvinkel och elevation. En blandare 3 transformerar summasigrialen och skillnadsignalerna till mellanfrekvens för att förstärkas i mellanfrekvensförstärkare 4,5,6. De tre mellanfrekvenssignalerna, dvs en summasignal och två skillnadssignaler, jämförs var och en i en faskänslig detektor 7,8 resp 9 med en referenssigrial. De faskänsliga detektorerna avger var och en en i-fas- och en kvadraturkomponent, vilka analog/digitalomvandlas i A/D-omvandlare 10,11,12. På utgången av A/D- omvandlaren 10 firms summakanalens i-faskomponent SI och kvadraturkomponent SQ tillgängliga i digital fonn. På utgången av A/D- omvandlaren 12 firms på motsvarande sätt i-fas- och kvadraturkomponenten i höjdvinkelled DI resp Du. Motsvarande komponenter erhålls även på utgången av A/D-omvandlaren 11 för skillnadssignalen i sidled. Skillnadssigrialen i sidled är ej av närmare intresse här och kommer därför inte att behandlas närmare i det följande.

Utgående från signalinformation erhållen från A/D-omvandlama beräknar en signalprocessor 13 avstånd R och felsignal i höjdvinkelled Del och sidvinkelled Du .

Vid låghöjdsföljning bildar signalprocessorn 13 på digital väg den komplexa felsignalen Det i höjdvinkelled ur i-fas- och kvadraturkomponentema för summakanalen och slcillnadskanalen i höjdvinkelled enligt uttrycken: Re[Del] = SI . DI + SQ . Da S; + Så É469 495 hu..

Im med: S1 Do ' Sn D: ß z z S: + SQ där Re [Del] är den komplexa felsignalens realdel och lm [Det] är dess imaginärdel.

Figur 2a visar hur realdelen-för den komplexa felsignalen varierar som funktion av en variabel n och figur 2b visar imaginärdelens variation som funktion av samma variabel n. Variabeln n är definierad som n = in: . ht , där 2 R hr = radarns höjd ht = målets höjd 71 = använd radar-våglängd R = avstånd mellan radar och mål.

Av figur 3 och 4 framgår hur hr, ht och R definieras för det fall att jordytan förenklat betraktas som platt inom målföljningsområdet, figur 3, och del fall att jordytan uppvisar en krökning inom målföljningsområdet, figur 4. I det senare fallet gäller att: h,=f(h;,R,Re,h§)@ch ht = f(h§ , R, Re , h: ), där beteckningamas definition framgår av figur 4 och Re varierar med atmosfäriska förhållanden och i ett normalfall är av storleksordningen 4/3 av jordradien, dvs Re :28500 km. I figur 3 och 4 har målet betecknats med 14 och jordytan med 15. Spegelbilden av radarantennen och målet har i figur 3 betecknats med 1' resp 14' och uppkommer genom reflektion i ytan 15 vid punkten 16.

I» i) - f. 4e9ge4ss Vid studium av den i figur 2b visade variationer hos imaginärdelen av felsignalen i höjdvinkelled som funktion av n kan följande intressanta egenskaper hos imaginärdelen uppmärksammas. Härvid bör noteras, att om målet går på konstant, eller i huvudsak konstant höjd, så kommer variabeln n att öka med minskande avstånd mellan mål och radar, dvs minskande avstånd innebär förflyttning åt höger i figur 2b.

- Värdet av felsignalens imaginärdel går genom noll då signalen i summakanalen har ett maximum samtidigt som realdelen indikerar höjdvinkel = 0, dvs ett vinkelläge mitt emellan målet 14 och dess spegelbild 14”.

- Derivatan i nollgenomgångama ökar med ökande n, dvs ökande höjdvinkel.

- Värdena i nollgenomgångarnas närhet är i huvudsak oberoende av reflektionsfaktorn till skillnad från realdelen av felsignalen.

- Vid större höjdvinklar går imaginärdelen av felsignalen mot noll eftersom flervägsproblemet orsakat av reflekterad strålning som når mottagaren upphör. Detta höjdvinkelområde är ej visat i figur Zb.

Egenskaperna hos imaginärdelen av felsignalen i höjdled Im [Det] utnyttjas på följande sätt: - Det förutsätts här att radarn har förmåga att snabbt kunna byta fiekvens.

Denna förmåga används till att i snabb följd sända på t ex fyra kända frekvenser spridda över så stor bandbredd som möjligt. I figur 2b indikeras fem exempel I-V på värden som kan erhållas på imaginärdelen av felsignalen Im [D el] förde fyra frekvenserna. Det kan observeras att en viss frekvensvariation ger en större variation i n ju högre värdet på n är. Konstant procentuell variation föreligger. 'i till: i _T¿f469 495 De erhållna värdena på Im [Det] registreras och lagras, vilket kan ske i ett till sígnalprocessom 13 knutet minne 17. Innehållet i detta minne 17 bearbetas vidare i en speciell processor 18, vars funktionsblock visas schematiskt i figur 5. Processom innefattar en diskriminator 19, en fackbestämningskrets 20 och ytterligare kretsar, som beskrivs senare.

I diskriminatorn 19 avgörs var inom ett entydighetsintervall eller fack målet ligger i höjdvinkel. Detta kan, i ett första utförande, t ex åstadkommas genom att studera endast tecknet för den imaginära felsignalen. Om t ex kombinationen - - ++ erhålles, ligger målet 14 rnitt i ett intervall, t ex n = 3,5 enligt exempel IV, men kan också ligga vid n = 1,5, 2,5, 4,5 etc. Exempel I med teckenkombinationen - - - - indikerar målläge mellan 1,0 och 1,5, 2,0 och 2,5 osv. Exempel H med teckenkombinationen + + - - ger n = 1,2,3... Exempel III med teckenkombinationen + + + + indikerar att målet ligger mellan 1,5 och 2,0, 2,5 och 3,0 osv. Exempel V med teckenkombinationen - - - + anger att målet ligger inom intervallet 1,0 - 1,5, 2,0 - 2,5 etc och närmare den övre gränsen inom intervallet än den undre gränsen.

Vinkelfelsignalen Im [Det] förs även till fackbestämningskretsen 20, som arbetar då målet ligger i eller nära intill en nollgenomgång. Därvid utnyttjas värden på den imaginära felsignalen för att bestämma ett mått på derivatan eller lutningen i nollgenomgången. Skillnaden mellan det första och sista värdet i teckenkombinationen och/eller skillnaden mellan två mellanliggande värden i teckenkombinationen bestäms och utgör var för sig eller i kombination ett mått på derivatan. Sedan måttet på derivatan bestämts, kan fastställas i vilket fack eller vilken mångtydighet målet verkligen befinner sig och därmed värdet på n.

Det kan observeras, att vid stora värden på n, säg nz10, och en tillgänglig frekvensvariation av ca 10%, kan värdet på n direkt bestämmas.

Frekvensvariationen täcker då ett helt heltalsintervall i n och det ovan beskrivna tvåstegsförfarandet behöver ej tillgripas. Vidare kan det observeras, att inte enbart lutningen, dvs första derivatan, utan även andra I 4692495 derivatan av variationen hos Im[De¿] med frekvensen kan användas för fackbestämning. Det sistnämnda gäller emellertid endast för ett begränsat mellanvärdeområde för n.

- Bestämningen enligt ovan är p g a mätbrus m m behäftad med vissa osäkerheter. För att eliminera dessa förs de två mätvärdena, n(decimal) och n(heltal), till en filterkrets 21. I denna genereras en "modell" av målet, varvid även hänsyn kan tas till rimligheten i mätta n-värden genom att till kretsen föra avståndet R till målet och dess variation med tiden, radialhastighet Utsignalen från filtret 21 betecknas n ("h", “d") och består av en heltalsdel och en decimaldel. Decímaldelen n("d") varierar i huvudsak kontinuerligt och jämförs i en jämförare 22 med det decimalvärde som fås från diskriminatorn 19. Skillnaden, utsignalen fiån jämföraren, driver målmodellen som därmed utjämnar och filtrerar utsignalen från diskríminatom 19 och fackbestâmriingslcretsen 20.

- I det sista funktionsblocket 23, målhöjdsberäkriing, sker nu beräkning av målhöjden ht ur det ovan angivna sambandet. n= 2 hr . hr dvs TT' hr=n.)..R , 2 hr där radams höjd hr och våglängd är kända och avståndet R erhålls från signalprocessorn 13 i figur 1 på sedvanligt känt sätt.

I det fall att radam är monterad på ett fartyg kan höjden hr variera på grund av rullning, stampning och/eller hâvning. För att kompensera denna variation kan radarn vara försedd med en icke visad accelerometer, som kärmer av vertikala accelerationer. Efter två integrationer kan accelerometerns utsignal användas för dynamisk korrektion av hr.

Ovan har beskrivits exempel som utnyttjar fyra frekvenser Inget hindrar att ett större eller mindre antal frekvenser utnyttjas i enlighet med vad som befinns vara lämpligt i det aktuella fallet. 'i

Claims (1)

:469 495 Patentkrav

1. Förfarande för följning av radarmål och i synnerhet vid låghöjdsföljning, varvid imaginärdelen av den komplexa elevationsfelsignalen utnyttjas. kännetecknat avatt: a) b) d) värdet för imaginärdelen av den komplexa elevationsfelsignalen beräknas utgående från förekommande radarsígrialjnformation för ett flertal frekvenser i ett repeterbart förlopp, de beräknade värdena för imaginärdelen av den komplexa elevationsfelsigrtalen enligt punkt a för de olika frekvenserna utnyttjas för identifiering av läget av målet inom ett fack och därmed målets läge i förhållande till en inom facket befintlig nollgenomgång hos imaginärdelen av den komplexa elevationsfelsignalen, värden hos imaginärdelen av den komplexa elevationsfelsigrialen beräknade för lägen i närheten av nollgenomgången utnyttjas för bestämning av ett mått på imaginärdelens lutning vid nollgenomgången, enligt punkt c ovan bestämd lutning jämförs med för nollgenomgångar i ett allmänt fall beräknade lutningar för bestämning av fack för aktuell nollgenomgång, elevationsvinkel eller målhöjd beräknas utgående från facktillhörighet och läge för målet inom facket. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att teckenkombinationen för de beräknade värdena för imaginärdelen av den komplexa elevationsfelsignalen för de olika frekvenserna studeras för identifiering av målet inom ett fack. 469š4§s lv 3. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att målets facktillhörighet och läge inom facket, före beräkning av elevationsvinkel eller målhöjd, genomgår en filtrerande funktion. Förfarande enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att den filtrerande funktionen grundar sig på tidigare facktillhörighet, läge inom facket, avstånd till målet och avståndsvariation med tiden. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att difierensen mellan värden belägna på varsin sida om en antagen nollgenomgång utnyttjas som ett mått på imaginärdelens lutning. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att imaginärdelen av den komplexa elevationsfelsignalen Im [D el] beräknas ur sambandet: rm[r>el]=s,.nq-sa.n_, 2 2 sz+sa där S, är summakanalens i-fas-komponent SQ är summakanalens kvadraturkomponent DI är i-fas-komponenten för skillnadskanalen i höjdled och Du är kvadraturkomponenten för skillnadskanalen i höjdled Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att imaginärdelen av den komplexa elevationsfelsignalen undersöks som funktion av variabeln n definierad som: Mg: .li där Ä R *i 'lwt t). fl=469 495 'Ü h, = radams höjd ht = målets höjd 7- = använd radarvåglängd R = avståndet mellan radar och mål. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att följning grundad på den komplexa elevationsfelsigrxalen endast utnyttjas vid följníng på låg höjd. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att utsignalen från en vertikalavkännande accelerometer efter två integrationer används för att korrigera för variation i radams höjd.