DE2147091A1

DE2147091A1 - Empfaenger, insbesondere radarempfaenger, mit einem analog-digitalwandler

Info

Publication number: DE2147091A1
Application number: DE19712147091
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Koethmann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1971-09-21
Filing date: 1971-09-21
Publication date: 1973-07-19
Also published as: DE2147091B2; FR2153324A1; NL7208767A; GB1350177A; FR2153324B1; DE2147091C3; NL148162B

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den 2 -Ί. SER IC/ Berlin und München Wittelsbacherplatz 2

VPA 71/6662

Empfänger, insbesondere Radarempfänger, mit einem Analοg-Digitalwandler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Empfänger, insbesondere Radarempfänger, für elektrische Signale unter Verwendung eines Analog-Digitalwandlers und einer nachgeschalteten differenzierenden Einrichtung sowie einer Schaltungsanordnung zur weiteren Auswertung der empfangenen Signale.

Bei Empfängern, die mit Analog-Digitalwandlern und nachgeschalteten differenzierenden Einrichtungen versehen sind, kann eine durch die Übersteuerung des Analog-Digitalwandlers hervorgerufene Begrenzung zu Fehlersignalen führen, die unerwünscht sind. Beispielsweise besitzt das von einem Festziel reflektierte Signal in einem Radarempfänger ein nahe bei der Festzeichenfrequenz liegendes Spektrum, das im folgenden als Nahspektrura bezeichnet wird. Dieses Nahspektrum rührt vor allem aus der Modulation mit der Antennenfunktion und aus dem nichtidealen Verhalten der Frequenzaufbereitungssysteme her. Durch eine hart einsetzende Begrenzung im Radarempfänger besteht die Gefahr, daß das Nahspektrum derart verbreitert wird, daß eine ausreichende Unterdrückung der in die Begrenzung gegangenen Festzielsigiiale nicht mehr gewährleistet ist. Deshalb wird bei den bekannten Geräten normalerweise eine relativ weich einsetzende Begrenzung vorgenommen.

Bei Radargerät/mit digitaler FestZeichenunterdrückung, bei welcher die in die Videolage umgesetzten Echosignale eines Zieles quantisiert, digitalisiert und über ein Laufzeit-Festzeichenfilter geführt werden, wobei ein dem Kehrwert der Pulsfolgefrequenz proporitonaler, zeitlich verzögerter

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und ein unverzögerter Signalanteil gegeneinander geschaltet werden, ergibt sich die Schwierigkeit, einen ausreichend großen Dynamikbereich bereitzustellen. Einerseits soll das durch die Auswerteeinrichtung (Analog-Digitalwandler + Laufzeit-Festzeichenfilter) zusätzlich erzeugte Rauschen vernachlässigbar klein gegenüber dem Empfängerrauschen sein, andererseits muß das laut SCV-Definition (SCV = sub clutter visibility) stärkste Festzielsignal noch linear verarbeitet werden.

Der in der Auswerte einrichtung enthaltene Analog-Digitalwandler hat die Eigenschaft, Signale, die über den Aussteuerbereich hinausgehen, hart zu begrenzen. Die Auswerteeinrichtung müßte also so ausgelegt werden, daß derjenige Festzielpegel, der laut SCV-Forderung noch linear verarbeitet werden muß, gerade noch unter der Aussteuergrenze des Analog-Digitalwandlers liegt. Erfahrungsgemäß tritt immer eine Anzahl, von Festzielsignalen auf, die diesenWert überschreiten und somit trotzdem noch hart begrenzt werden. Durch die dadurch entstehende, eingangs erwähnte Verbreiterung des Signalspektrums werden diese Festzielsignale nicht ausreichend unterdrückt und gelangen, sofern nicht besondere Maßnahmen ergriffen werden, fälschlich als Bewegtziele zur Anzeige.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, auf dem es möglich ist, die durch die harte Begrenzung beim Analog-Digitalwandler hervorgerufenen Fehlersignale möglichst weitgehend zu beseitigen. Bei einem Empfänger der eingangs genannten Art wird dies dadurch erreicht, daß bei Eingangssignalen, deren Größe eine Übersteuerung des Analog-Digitalwandlers zur Folge hat, eine Begrenzung vorgenommen wird und daß zur Vermeidung störender Begrenzungseffekte beim Empfangssignale eine der differenzierenden Einrichtung nachgeschaltete Korrekturschaltung in Tätigkeit gesetzt wird, die während der Begrenzung an ihrem Ausgang einen Ersatz-

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signalv/ert liefert, welcher etwa die Höhe des vor der Begrenzung erreichten Ausgangssignals der differenzierenden Einrichtung aufweist. Es lassen sich auf diese Weise die durch die Begrenzung hervorgerufenen Fehlersignale weitgehend beseitigen und etwaige hierdurch bedingte Fehler vermeiden. Bei einem Radarempfänger hat dies z.B. zur Folge, daß auch extrem starke Festzeichensignale unterdrückt werden, ohne daß es zu einer fälschlichen Anzeige eines Bewegtzieles kommt.

Ausführungsbeispiele sowie Weiterbildungen der Erfindung sind anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Pulsdopplerradargerätes nach der Erfindung

Fig. 2 und 3 den Signalverlauf in Abhängigkeit von der Zeit

für ein Festzielsignal vor und nach der Festzeichenunterdrückung

Fig. 4 und5 den Signalverlauf in Abhängigkeit von der Zeit

für ein Festzielsignal vor und nach der Festzeichenunterdrückung bei Übersteuerung des Analog-Digitalwandlers

Fig. 6 den Signalverlauf in Abhängigkeit von der Zeit

nach der Korrektur

Fig. 7 Einzelheiten der Korrektureinrichtung.

In Fig. 1 ist die Antenne eines Pulsradargerätes mit 1, der Sende-Empfangsschalter mit 2, der Taktgeber mit 3 und der Sendeoszillator mit 4 bezeichnet. Die Empfangssignale werden im Phasendetektor (Mischer) 5 in die Videolage umgesetzt, wobei der zugehörige Überlagerungsoszillator mit 6 bezeichnet ist. Die Empfangssignale gelangen zu einer Additionsstufe 7,

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in welcher eine entsprechende Vorspannung für den Analog-Digitalwandler 8 erzeugt wird. Durch Hinzufügen eines Gleichstromanteils von 0,5 A_m„_v (A_m„_v = maximal auftretende Ampli-

MclX UIcLX.

tude) wird ein unipolares Signal erzeugt, wie es für die Verarbeitung im Analog-Digitalwandler 8 benötigt wird. Im Laufzeit-Festzeichenfilter 9 (Canceller) werden zwei Signalanteile gebildet, die mit einer durch die Verzögerungseinrichtung 9a bewirkten zeitlichen Verzögerung von T = -ψ— (fp = Pulsfolgefrequenz des Radargerätes) in der Subtraktionsstufe 9b gegeneinandergesehaltet und somit voneinander subtrahiert werden. Am Ausgang dieser Stufe erscheint nur dann ein

ψ Signal, wenn eine Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Echosignalen vorliegt, was bei Bewegtziel-Echosignalen der Fall, bei Festziel-Echosignalen nicht der Fall ist. Das Laufzeit-Festzeichenfilter differenziert also praktisch die Empfangssignale, und zwar so, daß am Ausgang, Echo signale von Bewegtzielen kaum, Echosignale von Festzielen dagegen stark geschwächt erscheinen. Ein gegebenenfalls vorhandenes weiteres Laufzeit-Festzeichenfilter 11 verstärkt diese Tendenz derart, daß im Zusammenwirken mit dem Laufzeit-Festzeichenfilter 9 das gewünschte Übertragungsverhalten entsteht. Zwischen diesen beiden Teilsystemen 9 und 11 wird das im weiteren näher beschriebene Korrektur-System 10 eingefügt. Die aus den Teilsystemen 9, 10 und 11 gebildete Gesamtanordnung ist mit 12 bezeichnet.

An die vollständige Festzeichenunterdrückungsschaltung 12 schließt sich ein Gleichrichter 13, eine Nachintegrationsstufe 14 in Form eines Tiefpasses zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses und eine Schwellwert stufe 15 an, ehe das Signal auf einem Bildschirm 16 zur Anzeige gelangt.

Bei Verwendung von Radargeräten mit Entfernungskanälen ist für. jedenEntfernungskanal zweckmäßig entweder je eine Schaltung mit den Elementen 9 bis 14 vorgesehen, oder diese EIe-

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mente sind nur einmal vorhanden und werden im Zeitmultiplex nacheinander den verschiedenen Entfernungskanälen zugeordnet.

Nachfolgend wird zur weiteren Erläuterung der Verhältnisse auf die Diagramme nach den Fig. 2 bis 5 Bezug genommen.

Die Fig. 2 zeigt die Signalspannung Ug eines Festziel-Echos (d.h. in einem Entfernungskanal), das noch zu keiner Übersteuerung des Analog-Digitalwandlers 8 führt, am Eingang des Laufzeit-Festzeichenfilters 9. Hit U. ist diejenige Spannung bezeichnet, bei welcher der Analog-Digitalwandler 8 gerade noch nicht übersteuert wird. Aus Fig. 3» das die Ausgangsspannung U_c des Laufzeit-Festzeichenfilters 9 zeigt, ist zu erkennen, daß das Signal U_c dem Differentialquotienten des Signals Ug am Eingang entspricht. Da keine Übersteuerung und damit keine scharfen Ecken des Eingangs signals Ug vorliegen, zeigt auch das Signal ü_c am Ausgang einen stetigen Verlauf. Die durch die Quantisierung gegebenen Sprünge können in der Praxis vernachlässigt werden. Je Sendeimpuls ist ein bestimmter fester Amplitudenwert für die Dauer T = rkr vorgesehen.

In Fig. 4 ist ein Eingangssignal Ug eines Festzielechos dargestellt, dessen gestrichelter Teil eine Übersteuerung des Analog-Digitalwandlers 8 verursacht. In der Zeit von ti bis t2 tritt eine Begrenzung auf den ¥ert U^ auf. Aus Fig. ist zu erkennen, daß das Signal U_c am Ausgang des Laufzeit-Festzeichenfilters 9 zunächst dem Anstieg des Eingangssignals Ug entspricht. An derjenigen Stelle, an der die Begrenzung eintritt (bei ti), fällt das Signal U„ am Ausgang des Laufzeit-Festzeichenfilters 9 jedoch auf den ¥ert Null ab und behält diesen Wert für die Dauer der Begrenzung, d.h. bis t2, bei. Nach Beendigung der Begrenzung (ab t2) erscheint am Ausgang ein Wert, der - bei symmetrischer Anteanenfunkt ion (d.h. zur Hauptachse symmetrischer Strahlungskeule der Antenne 1) - dem

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letzten Wert vor Beginn der Begrenzung entspricht, nur mit umgekehrten Vorzeichen, Der restliche Verlauf entspricht - abgesehen vom Vorzeichen - ebenfalls dem differenzierten Verlauf des Eingangssignals Ug. Die am Ausgang des Laufzeit-Festzeichenfilters 9 auftretenden großen Unste&gkeiten im Signalverlauf zu den Zeitpunkten ti und. t2 ("Übersteuerungsspitzen") werden durch die nachfolgende Filterstufe 11 noch . verstärkt und machen sich am Ausgang als Störspitzen bemerkbar, die auch durch die anschließende Nachintegration nur unbefriedigend abgeschwächt v/erden können und fälschlich zu einer Anzeige eines Bewegtzieles führen, obwohl in Wirklich-

keit. nur ein Festziel vorhanden war.

Wie aus dem bisher Geschilderten hervorgeht, ist zur Vermeidung von Übersteuerungsspitzen am Ausgang des Laufzeit-Festzeichenfilters 9 ein weicher Signalverlauf anzustreben. Hierzu sind zwei Maßnahmen vorgesehen:

a) Für die Dauer der Übersteuerung ist in etwa einer der letzten Ausgangswerte, z.B. Up,, oder U_Cq in Fig. 5 vor Beginn der Übersteuerung für die Dauer der Übersteuerung aufrechtzuerhalten.

F b) Anschließend ist der Rest des Ausgangssignals ab t2 in Fig. 5 mit umgekehrter Polarität anzuhängen. Der so erzielte korrigierte Signalverlauf am Ausgang der Korrekturschaltung 10 ist mit Uy- bezeichnet und in Fig. 6 dargestellt. Der maximale Amplitudenwert beträgt U^,..

Zur Ausführung der notwendigen Korrektur sind demnach im wesentlichen drei Signalformen zur Verfügung zu stellen:

a) Der unveränderte Ausgangswert,

b) der Ausgangswert aus einer der vorherigen Empfangsperioden und

c) der Ausgangswert mit entgegengesetztem Vorzeichen (Subtraktion des Ausgangswertes von Null).

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Der Ablauf des Korrekturvorganges wird anhand von Fig. 7 im einzelnen erläutert, wo der Aufbau der Korrektureinrichtung nach Fig. 1 im einzelnen dargestellt ist. Der Korrekturvorgang wird durch ein Signal Ug ausgelöst, das der Analog-Digital-Wandler 8 im Falle der Übersteuerung liefert. Dieses Signal U₀ wird dann abgegeben, wenn innerhalb des' gleichen Entfernungselementes, d.h. für ein und dasselbe Ziel, der Analog-Digital-Wandler 8 in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Empfangsperioden sämtliche Bit-Stellen des Digitalwertes entweder völlig oder gar nicht besetzt. Letzteres ist der Fall, wenn die Videosignale gegenüber dem bei der Additionsstufe 7 zugeführten Wert von 0,5 ^A _max negativ sind und so der resultierende Wert Nxill wird. Die Signale ü_Q (= Ausgangssignal des Laufzeit-Festzeichenfilters) und Ug werden einer Steuereinheit 17 zugeführt, welche die Steuerung der nachfolgenden Schalter S1, S2 und S3 vornimmt. Vor Beginn der Übersteuerung ist der Ausgang des Laufzeit-Festzeichenfilters 9 direkt zum Ausgang der Korrektureinheit durchgeschaltet, d.h. der Schalter S1 ist - wie dargestellt - nach oben geführt, der Schalter S2 ist geschlossen und der Schalter S3 geöffnet.

Bei Einsetzen der Übersteuerung (angezeigt durch Ug) wird durch die Steuereinheit 17 der Schalter S2 geöffnet und der Schalter S3 geschlossen. Der Ausgang des Laufzeit-Festzeichenfilters 9 ist damit für die Signalübertragung abgetrennt, und die Verzögerungseinrichtung 10a mit der Signallauf-

zeit T = γ- wird zu einem Umlaufspeicher zusammengeschaltet. Der letzte Wert Uq,, vor der Übersteuerung, welcher in der Verzögerungseinrichtung 10a enthalten war, läuft für die Dauer der Übersteuerung in dem Laufspeicher mit der Periode T um und erscheint am Ausgang der Korrektureinheit als Ausgangssignal Uj£.

Am Ende des durch einen entsprechenden Wert von U_g signalisierten Übersteuerungszustandes wird das Ausgangssignal des Laufzeit-Festzeichenfilters 9 auf eine Umkehrstufe 18

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geschaltet, und die Verbindung für den Umlaufspeicher 10a wird rückgängig gemacht. Der Schalter S1 geht nach unten, der Schalter S2 wird geschlossen und der Schalter S3 geöffnet« Damit erscheint am Ausgang der Korrekturschaltung der rechte Teil der abfallenden Treppenkurve nach Fig. 6.

Sinkt der Absolutwert des Ausgangssignals des Laufzeit-Festzeichenfilters 9 unter einen Schwellwert, so tritt wieder der Normalfall ein, d.h. der Ausgang des Laufzeit-Festzeichenfilters 9 ist wieder direkt (ohne Vorzeichenumkehr) zum Ausgang der Korrektureinheit durchgeschaltet. Der Schalter S1 liegt oben, der Schalter S2 ist geschlossen und der Schalter S3 geöffnet.

8 Figuren

7 Patentansprüche

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Claims

2U7091 Patentansprüche

1. Empfänger, insbesondere Radarempfänger, für elektrische Signale unter Verwendung eines Analog-Digitalwandlers und einer nachgeschalteten differenzierenden Einrichtung sowie einer Schaltungsanordnung zur weiteren Auswertung der empfangenen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß bei Eingangssignalen, deren Größe eine Übersteuerung des Analog-Digitalwandlers (8) zur ^FoI-ge hat, eine Begrenzung vorgenommen wird und daß zur Vermeidung störender Begrenzungseffekte beim Empfangssignal eine der differenzierenden Einrichtung (9) nachgeschaltete Korrekturschaltung in Tätigkeit gesetzt wird, die während der Begrenzung (10)an ihrem Ausgang einen Ersatz signalwert liefert, welcher etwa die Höhe des vor der Begrenzung erreichten Ausgangssignals der differenzierenden Einrichtung (9) aufweist.

2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der Begrenzung noch auftretenden verbleibenden Signalanteile der differenzieren-" den Einrichtung (9) invertiert und an das Ersatzsignal angehängt werden'.

3. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung (TO) einen Umlaufspeicher aufweist, welcher den beim Einsetzen der Begrenzung vorhandenen Signalwert am Ausgang der Korrekturschaltung solange abgibt, bis die Begrenzung beendet ist.

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4. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durch gekennzeich.net, daß während der Einspeisung des Ersatzsignals der Ausgang der differenzierenden Einrichtung (9) abgetrennt und nach Unterschreiten eines Schwellwertes wieder an den Übertragungsweg angeschaltet ist.

5. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (17) vorgesehen ist, welche von einer dem Analog-Digitalwandler (8) vorgeschalteten Überwachungseinrichtung angesteuert ist und die Einspeisung des Ersatzsignals steuert.

6. Empfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (17) die Abtrennung des Ausgangs der differenzierenden Einrichtung (9), die Einschaltung des Ersatzsignals sowie die Betätigung des Umlaufspeichers (10a) steuert.

7. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung beim Empfänger eines Pulsradargerätes, wobei die differenzierende Einrichtung (9) ein Laufzeit-Pestzeichenfilter ist und am Ausgang der Korrekturschaltung (10) ein weiterer Teil des Festzeichenfilters (11), eine Gleichrichteranordnung (13) sowie eine Nachintegrationseinrichtung (14) vorgesehen sind und nur Signale zur Anzeige bzw. Auswertung zugelassen sind, die einen Schwellwert überschreiten.

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