DE2409064C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verarbeitung der Signale, die von einem an Bord eines Flugzeuges angeordneten Radargerät mit einer seitwärts zum Flugzeug auf einen Bodenabschnitt gerichteten festen Antenne während jeweils einer Gruppe aufeinanderfolgender Entfernungsabtastungen empfangen werden, zu Bilddatensignalen, die für eine Karte hoher Auflösung eines ausgewählten Bereichs des Bodenabschnitts charakteristisch sind.

Bei der Aufnahme von Bodenkarten werden die von einem Radargerät empfangenen Signale, die aus bestimmten Entfernungselementen innerhalb des von der Strahlungskeule des Radargerätes getroffenen Abschnittes des Erdbodens stammen, periodisch abgetastet und ausgewertet, während die Antenne längs eines Flugweges bewegt wird. Diese Daten werden dann elektronisch fokussiert, um die scharfe Bündelung, also die geringe Keulenbreite im Azimut, einer Antenne zu simulieren, deren Länge etwa dem Abschnitt des Flugweges entspricht, während dem die periodisch auszuwertenden Entfernungsabtastungen erfolgt sind, der also zur Bildung eines synthetischen Strahlungsdiagramms benutzt wurde. Grundsätzlich erfordert die elektronische Fokussierung eine Gewichtung der Amplitude und eine Einstellung der Phase einer Folge von einer bestimmten Entfernung zugordneten Echosignalen, damit die Signale, die von einer bestimmten Stelle des Bodens reflektiert worden sind, hervorgehoben werden, wogegen die Signale, die von anderen, angrenzenden Stellen des Bodens stammen, gedämpft werden. Infolge der Bewegung des Flugzeuges während der Zeit, die zum Ansammeln der Daten benötigt wird, wird den von jedem Ziel reflektierten Signalen eine bestimmte Phasengeschichte aufgeprägt. Damit diese Signale mit gleicher Phase addiert werden können, ist es erforderlich, daß die aufgeprägte Phasenänderung kompensiert wird.

Eine Verfahrenstechnik, die manchmal auch als "Block"- Verfahren bezeichnet wird, macht von einer Phasenkorrektur Gebrauch, durch welche die Dopplerfrequenz im Zentrum der Kartenfläche ausgeglichen wird. Filterbänke, die auf die Dopplerfrequenz-Differenzen über der Zielfläche ansprechen, werden dann dazu benutzt, um Signale zu erzeugen, die für die Reflektionseigenschaften der aufgenommenen Fläche für Radarwellen charakteristisch sind.

Eine andere Verfahrenstechnik, die auch als "Zeilen"- Verfahren bezeichnet wird, bewirkt die erforderliche Phasenkorrektur, indem sie die richtige Einstellung der Phase bei einer Folge von entfernungsquantisierten Echosignalen vornimmt, so daß eine Fokussierung auf einen bestimmten Punkt des Bodenabschnittes stattfindet. Die Folge wird dann um ein Element der Entfernungsauflösung quer zur Bahn des Flugzeuges, also in Richtung der Entfernung, verschoben, und es werden erneut die richtigen Phaseneinstellungen vorgenommen. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis alle Entfernungselemente des ausgewählten Bereichs des Bodenabschnites verarbeitet worden sind. Danach beginnt die Folge erneut mit dem ersten Entfernungselement und schreitet in Flugrichtung, die dem Azimut entspricht, um ein Azimutelement fort. Bei manchen Vorrichtungen sind parallele Verarbeitungskanäle vorhanden, so daß die verschiedenen Azimutelemente für jedes Entfernungsintervall gleichzeitig verarbeitet werden können.

Ein erheblicher Vorteil des Block-Verfahrens besteht darin, daß es besonders gut für die digitale Verarbeitung geeignet ist. Mittels neuerer Methoden, wie beispielsweise der Technik der schnellen Fouriertransformation, die manchmal auch als "Cooley-Tukey Algorithmus" bezeichnet wird, kann die Anzahl der mathematischen Operationen, die benötigt wird, um einen Block von N Auflösungselementen im Azimut zu erzeugen, von N ² beim Zeilenverfahren auf 2N log ₂N für das Block-Verfahren reduziert werden. Nach dem Block- Verfahren arbeitende Vorrichtungen haben jedoch manche Nachteile, insbesondere bei der Anwendung für Aufklärungszwecke. Einer dieser Nachteile ergibt sich aus der Geometrie des Block-Verfahrens, weil bei vertretbarem Aufwand in einem Datenblock die Winkelauflösung und nicht die Auflösung im Azimut konstant ist. Aus diesem Grunde haben die Datenblöcke die Tendenz, die Form eines Keiles oder Schlußsteines anzunehmen, was es sehr schwierig macht, eine Karte durch Zusammensetzen getrennter Blöcke herzustellen. Die zusätzliche Verarbeitung, die infolgedessen zu Darstellungszwecken nötig ist, erhöht die Kompliziertheit von Vorrichtungen zur Durchführung des Block-Verfahrens.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die mit einer reduzierten Anzahl arithmetischer Operationen auskommt, um anhand von Radardaten eine Bodenkarte hoher Auflösung unter Bildung eines synthetischen Strahlungsdiagramms zu erzeugen. Dabei soll das erzielte Bildformat leicht für eine Darstellung geeignet sein. Auch sollen die Probleme reduziert werden, die bisher bei einem Ausrichten aneinander angrenzender Teilabschnitte einer Karte vorhanden waren.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art eine erste Einrichtung vorgesehen ist, welche die relative zeitliche Verzögerung und Phasenlage der Signale, die während jeder von mehreren Teilgruppen der aufeinanderfolgenden Entfernungsabtastungen empfangen werden, korrigiert und die resultierenden Signale, die jeweils einer gleichen Auflösungszelle des ausgewählten Bereichs des Bodenabschnittes zugeordnet sind, summiert, um Sätze von Bilddaten zu bilden, von denen jeder Satz zu der gleichen Gruppe im wesentlichen rechteckiger Auflösungszellen gehört, jedoch von den Signalen verschiedener Teilgruppen aufeinanderfolgender Entfernungsabtastungen abgeleitet sind, und daß eine zweite Einrichtung die Daten entsprechender Auflösungszellen aus den Sätzen der Bilddaten einer Filterung unterwirft, um für jede Auflösungszelle einen Teilsatz von Bilddatensignalen hoher Auflösung zu bilden, dessen Bilddatensignale einer Anzahl von Auflösungselementen jeder Auflösungszelle entsprechen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird demnach die Flexibilität des Zeilen-Verfahrens hinsichtlich der Darstellung mit der Vereinfachung der Ausrüstung kombiniert, die das Block-Verfahren ermöglicht. Diese Vorteile werden durch eine neuartige Technik realisiert, bei der Karten eines ausgewählten Bereiches mit geringer Azimutauflösung durch eine Zeilen-Verarbeitung der Daten gebildet werden, die während jeder von mehreren Teilgruppen der Entfernungsabtastungen empfangen werden. Dann werden die Signale aus einander entsprechenden Abschnitten der Karten mit geringer Azimutauflösung mit Hilfe einer weiteren digitalen Filtertechnik verarbeitet, um daraus eine Karte hoher Auflösung zu gewinnen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung führt zu einer erhöhten Flexibilität hinsichtlich der Kartenform, die das Ergebnis der annähernd rechteckigen Gestalt der Karten geringer Auflösung ist, die durch die Zeilenverarbeitung erzielt werden. Die Ungenauigkeiten, die sich aus der schlußsteinförmigen Abbildung beim Block-Verfahren ergeben, werden auf ein Minimum reduziert, weil sie nur innerhalb der relativ kleinen Auflösungsblöcke vorkommen, die durch die Zeilen-Verarbeitung erzielt werden, anstatt in der gesamten Karte. Ein guter Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung ergibt sich aus der Tatsache, daß die maximale Geschwindigkeit der arithmetischen Operationen im wesentlichen durch die Reduktion der Grobauflösung zur Feinauflösung gegeben ist. Gemäß der Erfindung kann bei diesem Schritt von den wirksameren Methoden der Spektralanalyse Gebrauch gemacht werden, wie beispielsweise von dem Algorithmus der schnellen Fourier-Transformation.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig. 1, 1a, 2 und 3 schematische Darstellungen, welche die Beziehung der erhaltenen und von einer Vorrichtung nach der Erfindung zu verarbeitenden Daten zum Flugweg eines mit einem Radargerät ausgestatteten Flugzeuges und des beleuchteten Bodenabschnittes veranschaulichen,

Fig. 4 das Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 5 das Blockschaltbild einer Teilsummeneinheit der Vorrichtung nach Fig. 4,

Fig. 6 das Blockschaltbild des Rechners zur Erzeugung des künstlichen Diagramms der Vorrichtung nach Fig. 4,

Fig. 7 ein detaillierteres Blockschaltbild eines Kanals des Rechners nach Fig. 6,

Fig. 8 ein Diagramm, das weitere Beziehungen zwischen Flugbild und Bodenabschnitt veranschaulicht und dazu dient, die Methode bei der Berechnung der Fokussierkoeffizienten durch die Anordnungen nach den Fig. 6 und 7 zu veranschaulichen, und

Fig. 9a, 9b und 9c Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach den Fig. 6 und 7.

Wie in Fig. 1 dargestellt, sei angenommen, daß ein Flugzeug 10 einen geradlinigen Flugweg 12 entlangfliegt und eine Antenne 14 einen Bodenabschnitt beleuchtet, der einen als Karte aufzunehmenden Bereich 16 enthält. Empfangene Signale, die von diskreten Streupunkten in der Strahlungskeule 18 der wahren Antenne reflektiert werden, werden periodisch in Entfernungsintervallen abgetastet, die dem Bereich 16 entsprechen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die zur Erzeugung eines synthetischen Strahlungsdiagramms dient, fokussiert elektronisch die empfangenen Radarsignale, um die Bündelung, also eine geringe Strahlbreite im Azimut, einer Antenne nachzubilden, deren Abmessung etwa der Länge des Flugweges entspricht, über dem das synthetische Diagramm gebildet wird.

Die Phasenkorrekturen, die an den das synthetische Diagramm bildenden Daten angebracht werden müssen, kompensieren die sich für den Hin- und Rückweg des Signals ergebenden Änderungen der Entfernung R, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind. Diese Entfernungsänderungen enthalten ein quadratisches Glied, das annähernd dem Zweifachen des Abstandes zwischen dem geradlinigen Flugweg 12 und einem theoretischen, kreisbogenförmigen Weg 19 konstanter Entfernung, der zu einem gegebenen Streupunkt 21 am Boden konzentrisch ist, gleich ist. Der in Fig. 2 dargestellte Abstand Δ veranschaulicht die sich für einen Weg ergebende Entfernungsänderung und wurde übertrieben dargestellt, um die Variation der Weglänge über die Länge der künstlichen Antenne zu veranschaulichen. Für einen gegebenen Punkt auf dem Flugweg ist die erforderliche Phasenkorrektur in Radiant, die sich durch die Änderung der Länge des Hin- und Rückweges ergibt, Φ=2π · 2Δ/λ=4π/λ, wenn λ die Wellenlänge des von der Antenne abgestrahlten Signals ist. Zum Zwecke der Erläuterung kann Δ als Δ=C ²/2R angenähert werden, wenn C die Strecke längs des Flugweges ist, die vom Mittelpunkt der synthetischen Antenne gemessen wird, und R der Abstand des Flugweges zu einem bestimmten Streupunkt. Einem anderen Streupunkt, der im Azimut versetzt ist, wie beispielsweise dem Streupunkt 23, ist ein anderer, nicht dargestellter Kreisboden konstanter Entfernung zugeordnet, der gegenüber dem Kreisbogen 19 des Streupunktes 21 verschoben ist. Infolgedessen wären die für diesen zweiten Streupunkt erforderlichen Phasenkorrekturen verschieden.

Oben wurden zwei verschiedene Techniken behandelt, mit denen die Phase der empfangenen Radarsignale korrigiert werden kann, nämlich das Zeilen- und das Block-Verfahren. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist die Art und Weise, auf welche die Vorteile dieser beiden Verfahren verwirklicht werden können, während ihre jeweiligen Begrenzungen auf ein Minimum reduziert werden können.

Um der Klarheit willen wurde ein relativ einfaches Beispiel für die Art der Bündelung, die durch die Erfindung erzielt wird, in den Fig. 1, 1a und 3 veranschaulicht. Der kartographisch aufzunehmende Bereich 16 (Fig. 1) bildet ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 900 m. Die Länge L des Abschnittes des Flugweges, der zur Bildung des synthetischen Diagramms ausgenutzt werden soll, ist in zwölf Teilabschnitte 24 der Länge L/12 unterteilt, denen Teilgruppen der Entfernungsabtastungen entsprechen, die auf dem Weg der Länge L von dem Radargerät ausgeführt und zur Bildung des synthetischen Diagramms ausgenutzt werden. Die in jeder Teilgruppe 24 gewonnenen Daten werden nach einer Zeilen-Technik behandelt, um für jede Teilgruppe eine Karte mit geringer Azimutauflösung zu bilden. Beispielsweise kann die Karte nach Fig. 1 48 Blöcke 26 bilden, von denen jeder Block eine Azimutauflösung von 18 m aufweist und in der Entfernungsrichtung 600 Auflösungszellen, wie die Zelle 31, aufweist. Eine solche Auflösungskarte wird für jede Teilgruppe gebildet, wie für die Teilgruppe 24 nach Fig. 3. Bei dem gewählten Beispiel werden zeitlich nacheinander zwölf Karten gebildet, die zwölf Ansichten der Zielfläche unter verschiedenen Winkeln bilden. Die resultierenden Daten einander entsprechender Punkte in jeder der Karten, also entsprechender Azimut- und Entfernungszellen, werden dann so verarbeitet, daß zwölf Azimut-Auflösungszellen von 1,5 m gebildet werden, wie beispielsweise die Zelle 28, und zwar in jedem der Blöcke.

Fig. 3 veranschaulicht drei Blöcke 26 a, 26 b und 26 c, die zu den 48 Blöcken geringer Azimutauflösung gehören und im folgenden auch manchmal als Spalten von Auflösungsblöcken bezeichnet werden, mehr im einzelnen. Jeder dieser Blöcke geringer Azimutauflösung ist in mehrere Teilblöcke in Richtung der Entfernung unterteilt. Die Bedeutung der Bildung von Teilgruppen in Richtung der Entfernung steht in Beziehung zu der Phasenänderung der empfangenen Signale als Funktion der Breite des aufgenommenen Bereiches quer zur Flugrichtung. Wenn eine hohe Auflösung erwünscht ist, muß die Phasenkorrektur in mehreren Entfernungsintervallen erfolgen, die durch die zulässige Defokussierung bestimmt ist, die durch diese Fehlerquelle verursacht wird. Solche Entfernungsintervalle werden manchmal als die "Schärfentiefe" des Systems bezeichnet, die beispielsweise 150 m betragen kann. Es kann gezeigt werden, daß eine angemessene Fokussierung noch in einem Abstand Z=2d ²/λ vom Ort der besten Fokussierung erzielt wird. Ist d=1,5 m=λ=0,03 m, so ist die Schärfentiefe 2Z=300 m. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Länge der Entfernungs-Teilblöcke so gewählt, daß sie etwa der Schärfentiefe des Systems gleich ist. Bei der in Fig. 1 dargestellten Situation der Kartenaufnahme würden sechs solcher Entfernungsteilblöcke von 150 m Länge in jedem Azimutauflösungsblock enthalten sein. In Fig. 3 sind nur drei solcher Entfernungsteilblöcke für jeden Azimutblock dargestellt, umd die Klarheit der Zeichnung zu erhalten.

Wie es später im einzelnen noch erläutert werden wird, werden die Phasenzentren 27 der Teilblöcke so eingestellt, daß sie auf parallelen Linien liegen, so daß die Gesamtfläche, die von den Teilblöcken bedeckt wird, angenähert die Form eines Quadrates und nicht eines keilförmigen Schlußsteines hat. Auch wird die Azimutausrichtung der einzelnen Teilblöcke als Funktion der Stellung des Flugzeuges längs des zur Bildung des künstlichen Strahlungsdiagramms verwendeten Abschnittes des Flugweges programmiert. Demgemäß können die Karten mit geringer Azimutauflösung derart gebildet werden, daß 48 Azimutblöcke mit je 6 Entfernungsteilblöcken ein Quadrat von 900 m Seitenlänge mit nur geringer Verzerrung bilden.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung führt eine Steuereinheit 50 Synchronisationsimpulse dem Sender 52 eines üblichen Koherenz-Radargerätes zu, der als Reaktion auf die Synchronisationsimpulse RF-Impulse 54 aussendet (siehe Kurve 59 der Fig. 9a). Synchronisations- und Steuereinrichtungen, die für die Steuereinheit 50 geeignet sind, sind in der Technik bekannt und können beispielsweise einen stabilen RF-Basis-Oszillator und zugeordnete, nicht näher dargestellte Schaltungsanordnungen zum Multiplizieren der Oszillatorfrequenz umfassen, um RF-Signale zu bilden, die von dem Sender 52 und einem Lokal-Oszillator 62 benötigt werden. Weiterhin kann die Steuereinheit 50 Schaltungsanordnungen zum Untersetzen der Frequenz des Basis-Oszillators auf die Impulsfolgefrequenz sowie zum Erzeugen von Entfernungstorimpulsen in Abhängigkeit von Steuersignalen enthalten, die von einem Mittelpunktrechner 34 zugeführt werden.

Die vom Sender 52 gelieferten RF-Impulse werden über eine Sende-Empfangs-Weiche 58 der Antenne 14 zugeführt, von der sie als Strahlungskeule 18 (Fig. 1) abgestrahlt werden. Die Antenne 14 wird von einer Antennensteuerung 36, die ihrerseits von dem Mittelpunktrechner 34 gesteuert wird, stets so ausgerichtet, daß die Strahlungskeule 18 auf den aufzunehmenden Bereich zentriert ist.

Die reflektierte Energie, die von innerhalb der Strahlungskeule 18 gelegenen Streupunkten empfangen wird, wird von der Antenne 14 über die Sende-Empfangs-Weiche 58 einem Mischer 60 zugeführt. Das RF-Bezugssignal, das dem Mischer 60 vom Lokaloszillator 62 zugeführt wird, variiert als Funktion der Stellung des Flugzeuges zum aufzunehmenden Bereich, so daß die relative Phase des Signals, das von dem Zentrum des aufzunehmenden Bereiches empfangen wird, konstant bleibt. Das bedeutet, daß die Dopplerfrequenz des Zentrums der Strahlungskeule durch "Nachziehen" kompensiert wird. Das Nachziehen der Phasenänderung des Zentrums der Strahlungskeule kann unter Anwendung verschiedener Techniken erfolgen, von denen eine in Fig. 4 veranschaulicht ist. Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung berechnet der Mittelpunkt- Rechner 34 die Dopplerfrequenz der Mitte der Strahlungskeule anhand der Fluggeometrie und der Antennenkoordinaten und steuert einen spannungsgesteuerten Oszillator 63 in solcher Weise, daß die Frequenz der aus der Mitte der Strahlungskeule stammenden Signale am Ausgang des Mischers 60 konstantgehalten wird. Der Lokal-Oszillator 62 kann beispielsweise einen nicht näher dargestellten Mischer enthalten, der ein Signal f _c -30 Mhz+f _t erzeugt, indem f _c -30 Mhz die von der Steuereinheit 50 zugeführte Frequenz ist, die gleich der Sendefrequenz abzüglich der Zwischenfrequenz ist, während f _t die Dopplerfrequenz in der Mitte der Strahlungskeule ist, die von dem spannungsgesteuerten Oszillator 63 zugeführt wird. Weiterhin berechnet der Mittelpunktrechner 34 die Minimal- und Maximal-Entfernungen für jede Entfernungsabtastung, welche die Grenzen des aufzunehmenden Bereiches bilden, d. h. die Entfernungsintervalle des Bereiches 16 nach Fig. 1. Die Minimal- und Maximal-Entfernungen werden der Steuereinheit 50 zugeführt, die ihrerseits Entfernungstor- Signale, nämlich Eingabe-Signale, auf einer Ausgangsleitung 74 und Ausgabe-Signale auf einer Ausgangsleitung 90 erzeugt. Die relative Lage der Eingabe- und Ausgabe-Signale für verschiedene Impulsfolgeperioden zeigen die Kurven 40 und 42 in Fig. 9a. Die Änderung der durch die Torsignale 44 definierten Entfernungen während aufeinanderfolgender Impulsfolgeperioden wurde übertrieben, um deutlich zu machen, daß die durch diese Signale bestimmten Entfernungen vom Mittelpunktrechner 34 so programmiert sind, daß die Daten von dem aufzunehmenden Bereich abgetastet werden, während das Flugzeug den zur Bildung des synthetischen Diagramms erforderlichen Abschnitt seines Weges durchfliegt.

Die Ausgangssignale des Mischers 60, die auf das Zentrum des synthetischen Diagramms phasenkombiniert sind, werden einem ZF-Verstärker 64 zugeführt, von diesem verstärkt und dann in einem Phasendetektor 68 mit der Phase eines ZF-Bezugssignals verglichen, das auf einer Leitung 66 zugeführt wird. Auch das ZF-Bezugssignal wird von der Steuereinheit 50 als Funktion der Basisfrequenz des Systems erzeugt. Wenn das Eingangssignal des Phasendetektors 68 durch einen Vektor der Amplitude A und der Phase B in bezug auf die Phase des Bezugssignals auf der Leitung 66, die willkürlich als phasennormal festgelegt wird, dann kann das Ausgangssignal durch die Größe A cos B dargestellt werden, die im folgenden manchmal auch als "I" für die in Phase befindliche Komponente des Video- Signals bezeichnet wird.

In gleicher Weise wird das Ausgangssignal des ZF-Verstärkers 64 einem zweiten Phasenschieber 70 zugeführt, dem das auf der Leitung 66 von der Steuereinheit 50 gelieferte Phasenbezugssignal über einen 90°-Phasenschieber 72 zugeführt wird. Infolgedessen ist das Ausgangssignal des zweiten Phasendetektors 70 gegenüber demjenigen des ersten Phasendetektors 68 um 90° verschoben und kann durch die Größe A sin B dargestellt werden, welche Größe im folgenden auch mit "Q" für das um 90° phasenverschobene (Quadratur) Videosignal bezeichnet wird.

Wie oben angegeben, ist das aufzunehmende Entfernungsintervall durch das Eingabesignal bestimmt, das auf der Leitung 74 von der Steuereinheit 50 erzeugt wird. Diese Impulse werden Analog-Digital- oder kurz A/D-Umsetzer 77 und 78 sowie Pufferspeichern 80 und 82 zugeführt, um deren Operation zu steuern. Die Minimal-Maximal-Entfernungstore können von einem nicht dargestellten Zähler erzeugt werden, der ein ebenfalls nicht dargestelltes Flip-Flop so steuert, daß das Flip-Flop gestellt wird, wenn der Zähler eine Anzahl von Impulsen des Basis-Oszillators gezählt hat, die von dem Mittelpunktrechner 34 bestimmt wird und dem Beginn des aufzunehmenden Bereiches entspricht. Das Flip-Flop wird zurückgestellt, wenn ein zweiter, ebenfalls von dem Mittelpunktrechner 34 bestimmter Stand erreicht worden ist, der dem Ende des aufzunehmenden Bereiches entspricht. Das Eingabe-Steuersignal kann dann gebildet werden, indem das Torsignal für die Minimal- und Maximal-Entfernung mit Abtast-Taktimpulsen kombiniert wird. Die Folgefrequenz der Taktimpulse wird durch die gewünschte Entfernungsauflösung bestimmt, d. h. die Länge der einzeln zu verarbeitenden Entfernungszonen, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 1,5 m beträgt. Bei Zufuhr der Eingabesignale tasten die A/D-Umsetzer 77 und 78 die von den Phasendetektoren 68 und 70 gelieferten I- und Q-Videosignale ab. Die A/D-Umsetzer 77 und 78 setzen die Video- Signale mit der gewünschten Präzision in digitale Wörter um, von denen beispielsweise jedes Wort acht Bits einschließlich eines Zeichenbits, umfassen kann.

Die digitalen Wörter, die für die Werte der I- und Q-Signale charakteristisch sind, werden von den A/D-Umsetzern über Kabel 79 und 81 Pufferspeichern 80 bzw. 82 zugeführt. In bezug auf Fig. 4 soll der Ausdruck "Kabel" bedeuten, daß für jedes Datenbit eine besondere Leitung verwendet wird, obwohl in der Zeichnung zur Vereinfachung nur eine Leitung pro Datenkanal dargestellt ist. Es versteht sich, daß auch bei den im folgenden noch zu behandelnden digitalen Schaltungsanordnungen Kabel verwendet werden, wo es angebracht ist. Es ist auch zu bemerken, daß durch eine geeignete Änderung des Datenformates anstelle eines parallelen Auslesens der Bit ein serielles Auslesen mit hoher Geschwindigkeit stattfinden könnte, so daß nur ein Draht benutzt zu werden braucht. Die Anwendung derart hoher Geschwindigkeiten wird jedoch bei Vorrichtungen hoher Auflösung kaum praktisch anwendbar sein.

Die binären I- und Q-Datenwörter werden aus den Pufferspeichern 80 und 92 ausgetaktet und über Kabel 88 und 91 Teilsummeneinheiten 84 und 86 zugeführt. Die Pufferspeicher und Teilsummeneinheiten werden von Ausgabesignalen gesteuert, die ihnen auf einer Leitung 90 von der Steuereinheit 50 zugeführt werden (siehe Kurve 42 in Fig. 9a).

Ein geeigneter Aufbau für die Teilsummeneinheiten 84 und 86 ist in Fig. 5 dargestellt und wird nunmehr bezüglich der Teilsummeneinheit 84 erläutert. Die digitalen Datenwörter werden von dem Pufferspeicher 80 über das Kabel 88 auf die Teilsummeneinheit 84 übertragen und einem ersten Eingang eines Summierers 94 zugeführt, dessen Ausgang mit einem Schalter 96 verbunden ist. Der Schalter 96 hat einen ersten Ausgang, der über eine Leitung 98 mit einem zweiten Puffer speicher 51 verbunden ist, und einen zweiten Ausgang, der mit einem Teilsummen-Register 102 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Teilsummen-Registers 102 wird dem zweiten Eingang des Summierers 94 zugefügt.

Die Wirkungsweise der Teilsummeneinheiten 84 und 86 kann anhand des Beispiels nach Fig. 3 und willkürlich gewählter Systemparameter erläutert werden. Bei einer Impulsfolgefrequenz von 800 Hz, einer Entfernungsauflösung von 1,5 m und einem Teilsummenverhältnis von 4 : 1 werden den Pufferspeichern 80 und 82 alle 1/800 s in 6,1 µs die Werte aus 600 Entfernungselementen zugeführt. Die Pufferspeicher 80 und 82 geben diese gespeicherten Werte während der Impulsfolgeperiode (1250-6, 1 µs) in Abhängigkeit von den Ausgabesignalen ab. Das Teilsummenverhältnis ist so gewählt, daß ungefähr eine Folge von 600 Ausgangsimpulsen in den Rechner 100 für das künstliche Diagramm nach jeweils d m des Flugweges eingegeben wird. Bei einer Azimutauflösung von d=1,5 m und einer Flugzeuggeschwindigkeit von 270 m/s ist ein Teilsummenverhältnis von etwa 4 : 1 angebracht. Bei diesem Teilsummenverhältnis verbindet der Schalter 96 (Fig. 5) den Ausgang des Summierers 94 mit dem 600 Wörter aufnehmenden Teilsummen-Register 102 während drei aufeinanderfolgenden Impulsfolgeperioden, während er den Ausgang des Summierers 94 während der vierten Impulsfolgeperiode mit dem Eingang des zweiten Pufferspeichers 51 verbindet. Diese Folge wird nach jeweils vier Impulsfolgeperioden wiederholt. Infolgedessen werden die Daten aus den Pufferspeichern 80 und 82 in die Pufferspeicher 51 bzw. 53 mit einer Frequenz eingelesen, die einem Viertel der Impulsfolgefrequenz gleich ist. Demnach besteht die Aufgabe der Teilsummeneinheiten darin, die empfangenen Daten so zu verarbeiten, daß die unfokussierte Summe eine Anzahl aufeinanderfolgender Signale gebildet wird, die jedem Entfernungsintervall zugeordnet sind, so daß die Arbeitsgeschwindigkeit des Rechners 100 vermindert werden kann.

Die Pufferspeicher 51 und 53 empfangen die aus jeweils 600 I- bzw. Q-Datenwörtern bestehenden Datenbündel während eines Intervalls von 1250 µs alle fünf µs und führen diese Daten auf Leitungen 104 I bzw. 104 Q den 48 Kanälen (Fig. 6) des Rechners 100 mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit in einem Intervall von 5 ms zu (siehe Fig. 9b). Die Pufferspeicher 51 und 53 werden durch Taktimpulse des Rechners gesteuert, die zu den übrigen Takt- und Steuerimpulsen der Vorrichtung nach Fig. 4 synchron sind und von der Steuereinheit 50 auf einer Leitung 71 zugeführt wird.

Fig. 6 zeigt in Form eines vereinfachten Blockschaltbildes eine bevorzugte Ausführungsform eines Rechners 100, der 48 parallele Verarbeitungskanäle aufweist. Jeder Kanal enthält eine Recheneinheit 110 und eine Filtereinheit 112. In Fig. 6 sind die Rechen- und Filtereinheiten, die dem Kanal 1 angehören, mit 110-1 bzw. 112-1 bezeichnet. An die Bezugsziffern der Einheiten der anderen Kanäle wurde entsprechend die Nummer des Kanals angehängt, denen sie angehören. Der Aufbau und die Wirkungsweise der einzelnen Kanäle ist identisch, und es liefert jeder Kanal Ausgangssignale an ein Sichtgerät 114. Die Ausgangssignale der Kanäle ergeben die hohe Azimutauflösung eines Azimut- Blockes 26 (Fig. 1). Beispielsweise werden dem Kanal 1 während jeder der 12 Teilgruppen oder Teilabschnitte des Flugweges (siehe Kurve 103 in Fig. 9c) 100 Teilsummen- Datenbündel von je 600 Wörtern (Entfernungszelle) mit einer Folgefrequenz von 200 Datenbündel pro Sekunde zugeführt, und zwar parallel zu den anderen 47 Verarbeitungskanälen. Es sei daran erinnert, daß die vorsummierten Video- Signale eine Entfernungs- und Phasenkorrektur hinsichtlich des Zentrums 38 des aufzunehmenden Bereiches 16 durch eine Verschiebung der Steuer- und Bezugssignale unter dem Einfluß des Mittelpunktrechners 34 (Fig. 4) erfahren haben. Die Recheneinheit 110 führt die notwendigen Entfernungskorrekturen durch, um zu bewirken, daß die Zentren der Teilblöcke, wie beispielsweise des Blockes 27 a in Fig. 3, auf geraden Linien anstatt auf der Sehne eines Kreises konstanter Entfernung liegen. Da eine Korrelation zwischen den Eingangsdaten und dem Zentrum des aufzunehmenden Bereiches besteht, braucht die Recheneinheit 110 in jedem Kanal für jeden Teilgruppenabschnitt nur eine Entfernungskorrektur vorzunehmen.

Die Recheneinheit 110 nimmt an jedem zugeführten Datumwort (Entfernungszelle) auch die notwendige Phasenkorrektur vor und sammelt die phasenkorrigierten Signale jeder Entfernungszellen während aufeinanderfolgender Datenbündel einer jeden Teilgruppe an, um die fokussierten Ausgangssignale für alle Entfernungszellen zu bilden, die im folgenden auch als Auflösungszellen bezeichnet werden. Diese Ausgangssignale sind für den Wert der Signale charakteristisch, die während der Dauer einer Teilgruppe aus jedem Entfernungsintervall empfangen wurde, das auf das Zentrum des entsprechenden Azimut-Auflösungsblockes von 18 m Breite (26 in Fig. 1) empfangen wurde. Demgemäß liefern bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel während der Dauer jeder Teilgruppe die Recheneinheiten 110 der 48 parallelen Verarbeitungskanäle fokussierte Ausgangssignale für 48 Spalten von Auflösungszellen in der Azimutdimension und für 600 Wörter der Auflösungszellen in der Entfernung. Wie oben anhand Fig. 3 erläutert wurde, sind diese Auflösungszellen im wesentlichen rechtwinklig angeordnet. Am Ende jeder Teilgruppenperiode werden von der Recheneinheit 110 jedes Verarbeitungskanals 600 Ausgangswörter, die gelegentlich im folgenden auch als Satz von Bilddaten bezeichnet werden, geliefert und der Filtereinheit 112 zugeführt. Jedes dieser Worte ist für Eigenschaften eines aufgenommenen Bereiches von 18 m Breite im Azimut bei einer Entfernungsauflösung von 1,5 m charakteristisch. Die Filtereinheit 112 verarbeitet und speichert die Ergebnisse der verarbeiteten Signale aus entsprechenden Auflösungszellen, also mit gleicher Anordnung im Azimut und in der Entfernung, aus jeder der Karten geringer Auflösung, die während der zwölf Teilgruppen nacheinander gebildet werden. Am Ende der gesamten Gruppe, also nach Verarbeitung der Teilgruppe Nr. 12, liefern die Filter 112 Ausgangssignale, welche die Karte hoher Auflösung bilden und für die Auflösungselemente 28 nach Fig. 1a charakteristisch sind. Jeder der 48 Verarbeitungskanäle liefert zwölf Ausgangssignale, die im folgenden gelegentlich auch als Teilgruppe von Bilddatensignalen hoher Auflösung bezeichnet werden, für jede der 600 Entfernungszellen.

Demgemäß werden 48×12×600 Ausgangssignale, die für die Karteneigenschaften des beleuchteten Bereiches des Erdbodens charakteristisch sind, dem Sichtgerät 114 zugeführt. Das Sichtgerät 114 liefert eine Darstellung des aufgenommenen Bereiches mit einer Auflösung von 1,5 m sowohl in der Entfernung als auch im Azimut und ohne eine merkliche keilförmige Verzerrung. Einer der Verarbeitungskanäle nach Fig. 6 ist in Fig. 7 mehr im einzelnen dargestellt. Wie ersichtlich, werden die Eingangsdaten für den Rechner 100, und zwar sowohl die I- wie auch die Q-Daten, auf einem Kabel 104 einem Interpolator 116 zugeführt, der im folgenden gelegentlich auch als "Verzögerungseinrichtung" bezeichnet wird und aus einem Schieberegister 118 und einem Schaltnetzwerk 120 besteht. Das Schieberegister kann beispielsweise eine Länge von acht Wörtern haben. Das Schaltnetzwerk 120 enthält die notwendigen Schalt- und Logikkreise, um einen ausgewählten Ausgang des Schieberegisers mit einem Eingang eines Multiplizierers 122 in Abhängigkeit von einem digitalen Code zu verbinden, der dem Schaltnetzwerk von einem Koeffizientenspeicher 124 zugeführt wird. Der Multiplizierer 122 ist in der Lage, komplexe Zahlen zu multiplizieren. Der Interpolator 116 bringt die notwendigen Entfernungskorrekturen an, die im folgenden auch manchmal als "relative Verzögerung" bezeichnet werden, um in jeder der zwölf Teilgruppen das Zentrum jedes Teilblockes (Fig. 3) auf eine gerade Linie statt auf einen Kreis konstanter Entfernung zu bringen. Demgemäß müssen in dem Koeffizientenspeicher 124 zwölf Werte von Entfernungskoeffizienten gespeichert werden. Diese Werte können von einem Rechner 126 anhand von Parametern der Fluggeometrie berechnet werden, die von nicht dargestellten Hüllsystemen beliefert und/oder von Hand in den Rechner 126 eingegeben werden. Es sei nochmals betont, daß von dem Rechner 100 sowohl die I- als auch die Q-Komponenten der Signale verarbeitet werden, obwohl in den Fig. 6 und 7 nur ein einziger Verarbeitungsweg gezeigt ist, um die Zeichnungen einfach zu halten. Es versteht sich ferner, daß alle digitalen Einheiten geeignete Komplexzahleneinrichtungen sind, um die angegebenen Operationen an den I- und Q-Signalkomponenten auszuführen. Wenn beispielsweise die Datenwörter, die über das Schaltnetzwerk 120 zugeführt werden, mit x, und die Koeffizienten, mit denen die Datenwörter multipliziert werden sollen, mit A bezeichnet werden, bringt die komplexe Multiplikation Ax die gewünschte Phasen- und Amplitudenkorrektur an den Eingangssignalen an, um die gewünschte Fokussierung und Nivellierung von "Nebenzipfeln" der synthetischen Teilgruppe zu erzielen. Die komplexe Multiplikation wird anschaulicher, wenn daran erinnert wird, daß das Produkt zweier komplexer Zahlen A _I +jA _Q und D _I +jD _Q ist (A _I D _I -A _Q D _-Q )+j (A _Q D _I +D _I A _Q ), wenn D _I und D _Q die I- und Q-Komponenten der Datenwörter und A _I und A _Q die I- und Q-Komponenten der komplexen Koeffizienten sind (A _I D _I -A _Q D _Q ) und (A _Q D _I +A _I D _Q ) sind die I- bzw. Q-Komponenten des komplexen Produktes dieser beiden komplexen Zahlen. Einrichtungen zur Bildung der obengenannten Produktkomponenten sind bekannt und brauchen hier nicht mehr erläutert zu werden.

Das Ausgangssignal des Multiplizierers 122 wird in einem Summierer 130 mit dem Ausgang eines Schieberegisters 128 kombiniert. Das resultierende Summensignal wird normalerweise über einen Schalter 132 dem Eingang des Schieberegisters 128 zugeführt. Das Schieberegister 128, das eine Länge von 600 Wörtern hat, dient zum Speichern der Teilsumme für jede der 600 Entfernungszellen, wenn jede Entfernungszelle für den dem Kanal zugeordneten Azimutblock während einer Teilgruppenperiode fokussiert wird. Bei jedem der Teilblöcke, wie beispielsweise dem Teilblock 29 in Fig. 3, wird der gleiche Fokussierkoeffizient auf jeden Eingangs-Datenblock angewendet. Bei den oben angegebenen Systemparametern beträgt die Gesamtzeit zum Durchfliegen von zwölf Teilgruppen 6 s, so daß die Zeitdauer einer einzelnen Teilgruppe T/12=0,5 s beträgt. Bei einer Frequenz der Eingangsdaten von 200 Datenbündeln pro s kommen auf jede Teilgruppe 100 Datenbündel mit jeweils 600 je einer Entfernungszelle zugeordneten Wörtern.

Nach einer Entfernungsinterpolation im Interpolator 116 werden die Daten einer Teilgruppe mit 100 Konstanten A als Funktion der Phasenfokussierung hinsichtlich des Azimuts multipliziert. Zur Berücksichtigung der Schärfentiefe sind die Koeffizienten A auch eine Funktion des Entfernungsteilblockes, der gerade verarbeitet wird. Infolgedessen werden die Koeffizienten mit A _b-f bezeichnet, wobei der erste Index die Nummer des Datenbündels und der zweite Index die Nummer des Entfernungs-Teilblockes angibt. Beispielsweise gibt es für die 100 Datenbündel, die einer speziellen Teilgruppe zugeordnet sind, 100 Koeffizienten, die den Anteilen der Datenbündel zugeordnet sind, die zu dem ersten Daten-Teilblock gehören. Ein weiterer Satz von 100 Koeffizienten ist dem zweiten Entfernungs-Teilblock zugeordnet, so daß eine Gesamtmenge von 600 Koeffizienten pro Teilgruppe vorhanden ist.

Die 600 Teilsummen für jeden der Azimutblöcke von 18 m Breite, also für jeden Verarbeitungskanal, werden in dem Schieberegister 128 gespeichert und durch den Summierer 130 während der Bildung einer Teilgruppe 100mal umgewälzt. Diese Signale entsprechen der Bedeckung von 900 m in der Entfernung bei einer Entfernungsauflösung von 1,5 m.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, ergibt sich für die Differenz δ R zwischen dem Abstand R₀ vom Zentrum der synthetischen Gruppe zum Zentrum des aufgenommenen Bereiches 16 und dem Abstand von Punkten vt längs der synthetischen Gruppe zu einem Punkt, der im Abstand x, y vom Zentrum des aufgenommenen Bereiches entfernt ist, wenn zwischen der Ausrichtung der synthetischen Gruppe, also dem Flugweg, und der Richtung vom Zentrum der synthetischen Gruppe zum Zentrum des Bereiches ein Winkel Φ besteht, unter Berücksichtigung von Gliedern bis zur dritten Ordnung die Beziehung

Die I- und Q-Glieder für die Koeffizienten A sind cos Φ bzw. sin Φ, wobei Φ gleich 4πδ R/λ ist. Diese Koeffizienten werden für jedes Werdepaar den Intervallen von 6 s für jedes Werdepaar R₀, Φ, berechnet, das dem Zentrum der synthetischen Gruppe entspricht, für jeden x-Wert, nämlich dem Zentrum jedes Azimutblockes (48 Werte) und für jeden y-Wert, nämlich jeden Teilblock in der Entfernung (6 Werte) für jedes vorsummierte Datenbündel (200 Bündel pro s und 600 Wörter pro Bündel). Das Programmieren des Rechners 126 für diesen Zweck kann ein schrittweises Erhöhen von x, y und t sowie ein doppeltes Erhöhen zum Erhalten der Werte x² und t ² umfassen, welche Technik bei der Rechnerprogrammierung bekannt ist.

Am Ende der ersten Teilgruppe sind die von dem Summierer 130 gelieferten Signale für die Karte geringer Azimutauflösung (Auflösung 18 m) für den Azimutblock charakteristisch, der dem speziellen Kanal zugeordnet ist. Die Mittel, die zur Verarbeitung dieser Daten und der während folgender Teilgruppen erzeugter Daten dienen, um die Karte hoher Auflösung (siehe Fig. 1a) zu bilden, sollen nun betrachtet werden. Hierzu wird wiederum auf Fig. 7 Bezug genommen. Am Ende der ersten Teilgruppe, also dem 100. Datenbündel bei den gewählten Systemparametern, führt der Schalter 132 die Ausgangsdaten des Summierers 130 über einen Schalter 134 einem Schieberegister 136 zu, anstatt sie in das Schieberegister 128 zurückzubringen. Zu dieser Zeit, also am Ende einer Teilgruppe, war die Karte geringer Auflösung durch die Operationen der Phasendrehung und Akkumulation erzeugt worden, die mittels des Multiplizierers 122, des Schieberegisters 128 und des Summierers 130 vorgenommen worden sind. Diese Daten werden weiterverarbeitet, gespeichert und mit Daten kombiniert, die von folgenden Teilgruppen stammen, um die Karte hoher Auflösung zu bilden.

Während der zweiten Teilgruppe, also der ersten Filterperiode P₁ nach Fig. 9c, werden die Daten geringer Azimutauflösung, die während der ersten Teilgruppe gebildet und in den 600 Stufen, nämlich eine für jedes Entfernungs- Auflösungselement, des Schieberegisters 136 gespeichert sind, zwölfmal umgewälzt. Während jedes Umlaufes wird der richtige Faktor B von einem Koeffizientenspeicher 138 einem Multiplizierer 140 für komplexe Zahlen zugeführt. Die Ausgangssignale des Multiplizierers 140 werden für eine digitale Frequenzsynthese der entsprechenden Teile der Karte mit hoher Azimutauflösung aus den zwölf nacheinander gebildeten Karten geringer Azimutauflösung benutzt. Während jedes der zwölf Umläufe des Schieberegisters 136 wird die richtige Phasendrehung und Amplitudengewichtung, also die Multiplikation mit der komplexen Zahl B, den Daten aufgeprägt, die dann über einen Summierer 142 einem Speicher 144 zugeführt werden.

Der Speicher 144 ist zweckmäßig ein Speicher mit wahlweisem Zugriff. Seine Adressierung ist derart programmiert, daß während der zweiten Teilgruppe, also der ersten Filterperiode P₁, zwölf phasenverschobene, nämlich mit verschiedenen B-Werten multiplizierte Werte für jede Entfernungszelle in dem Speicher abgeregt werden. Während der folgenden Teilgruppe, also der Filterperiode P₂, werden die zwölf gespeicherten Werte für jede der Entfernungszellen nacheinander dem Speicher entnommen und im Summierer 142 zu Daten addiert, die von entsprechenden Entfernungszellen und Umlaufzyklen stammen, um erste Restsignale zu bilden. Diese ersten Restsignale werden dann wieder im Speicher 144 abgelegt und während der folgenden Teilgruppe oder Filterperiode P₃ nacheinander abgerufen und mit Daten kombiniert, die von entsprechenden Entfernungszellen und Umlaufzyklen der dritten Teilgruppen stammen, um zweite Restsignale zu bilden. Der vorstehend beschriebene Vorgang bildet unter Verwendung einer Technik der Fouriertransformation das Äquivalent einer Bank aus benachbarten Digitalfiltern, die den gleichen Abstand haben und die Dopplerfrequenzen einschließen, welche die verschiedenen Zellen, wie beispielsweise die Zelle 28 in Fig. 1a, der Karte hoher Auflösung definieren.

Wird beispielsweise die erste Entfernungszelle eines Blockes geringer Azimutauflösung, wie des Dopplers 26 in Fig. 1, betrachtet, so ist, wenn X(k) mit k gleich 1, 2, 3, . . . N der Wert des Signals geringer Auflösung ist, das während jeder von N Teilgruppenperioden gebildet wird, der Wert des i-ten Ausgangssignals Y(i) des Filters, wenn i ebenfalls 1, 2, 3, . . . N ist

In dieser Gleichung ist g(k) e ^{j π ik/N} der oben behandelte Multiplikationskoeffizient B für den Multiplizierer 140. Das Glied g(k) ist eine Amplituden-Gewichtungsfunktion, die in jede der Multiplikationen einbezogen werden kann, um die gewünschte Form für die Ausgangssignale der Filterbank zu erhalten. Beispielsweise könnte g(k) eine abgestumpfte Gaußsche Kurve definieren, die zum Mittelpunkt der Teilgruppendaten zentriert ist.

Infolgedessen werden bei den letzten zwölf Umläufen der Daten im Schieberegister 136, die der Teilgruppe Nr. 12 folgen, also während der Filterperiode P₁₂, in dem Summierer 142 Ausgangssignale gebildet, die für die Zellen hoher Auflösung im Azimut, wie beispielsweise die Zelle 28 in Fig. 1a, charakteristisch sind. Diese Signale können in dem Speicher 144 gespeichert sowie auch über eine Ausgangsleitung 146 dem Sichtgerät 114 (Fig. 6) zugeführt werden. Bei den gewählten Parametern werden zwölf Ausgangssignale für jede der 600 Entfernungszellen in jedem der Verarbeitungskanäle vorhanden sein. Demgemäß werden Daten, die 600×48×12 einzelne Auflösungszellen von je 1,5×1,5 m² Größe definieren, in dem Speicher 140 gespeichert und/oder dem Sichtgerät 114 zugeführt. Die Multiplikations-Koeffizienten, die dem Multiplizierer 140 von dem Koeffizientenspeicher 138 zugeführt werden, können im voraus berechnet und manuell in den Koeffizientenspeicher 138 eingegeben oder vorzugsweise von dem Rechner 126 nach Gleichung (2) berechnet werden. Diese dem Multiplizierer 140 zugeführten Koeffizienten B haben 144 Werte, nämlich zwölf Umläufe in jeder von zwölf Teilgruppen, für jeden der sechs Entfernungs- Teilblöcke und sind allen 48 parallelen Verarbeitungskanälen gemeinsam.

Im Betrieb des Rechners nach Fig. 7 wird der Interpolator 116 von dem Rechner 126 (Koeffizienten τ) so gesteuert, daß die Zentren der Auflösungs-Teilblöcke (Fig. 3) auf eine gerade Linie anstatt auf einen Abschnitt eines Kreises konstanter Entfernung gelegt werden. Der zur Zeilen- Verarbeitung dienende Teil jedes Kanals, der die Einheiten 122, 130, 132 und 128 umfaßt, bildet eine Karte geringer Azimutauflösung für jede der 600 Entfernungszellen des zugeordneten Blockes mit geringer Azimutauflösung.

Der Teil des in Fig. 7 dargestellten Verarbeitungskanals, der zur digitalen Frequenzsynthese dient und die Einheiten 134, 136, 140, 142 und 144 umfaßt, spricht auf die Daten aus entsprechenden Teilen der Karte geringer Azimutauflösung an, die während jeder der Teilgruppen erzeugt werden, um eine Karte hoher Azimutauflösung zu bilden.

Nunmehr wird die Zeitfolge beim Betrieb des Rechners 100 erläutert, in dem die einzelnen Schritte bei der Bildung einer Karte hoher Auflösung angegeben werden. Die Multiplikations- Koeffizienten, die dem Multiplizierer 122 zugeführt werden, werden mit A _b-f bezeichnet, wobei der erste Index die Nummer des Datenbündels (1 bis 1200) und der zweite Index den Entfernungs-Teilblock (1 bis 6) angibt. Die vom Interpolator 116 empfangenen Daten sind mit x _b-r bezeichnet, wobei wiederum der erste Index die Nummer des Datenbündels und der zweite Index die Nummer der Entfernungszelle (1 bis 600) angibt. Die Datenimpulse des ersten Bündels, nämlich 600 entfernungsquantisierte Echosignale aus der ersten Entfernungsabtastung, werden im Multiplizierer 122 fokussiert und hinsichtlich der Amplitude gewichtet. Die Ausgangssignale des Multiplizierers 122 können in zeitlicher Folge als angegeben werden. Es sei bemerkt, daß nach jeweils 100 Entfernungsintervallen der Wert des Koeffizienten geändert wird, um die scharfen Tiefen-Effekte zu korrigieren, die oben behandelt worden sind. Diese Signalfolge wird vom Multiplizierer 122 mittels des Schalters 132 dem Schieberegister 128 zugeführt. Beim zweiten Datenbündel liefert der Multiplizierer 122 die Ausgangssignale

Diese Signale werden im Summierer 130 mit den Signalen kombiniert, die im Schieberegister 128 enthalten sind, und es wird deren Summe über den Schalter 132 wieder dem Schieberegister 128 zugeführt. Am Ende des zweiten Datenbündels sind im Schieberegister 128 die folgenden Daten gespeichert:

Beim 100. Datenbündel ist das Ausgangssignal des Multiplizierers 122 eine Folge von Signalen

Weiterhin ist das Ausgangssignal des Summierers 130 während des Datenbündels 100

In diesem Ausdruck bezeichnet der erste Index die Teilgruppe und der zweite Index die zugeordnete Entfernungszelle. Ferner bedeutet der Ausdruck

Beispielsweise ist das Ausgangssignal x _1-1 des Summierers 130 in der ersten Verarbeitungsperiode oder Entfernungszelle des 100sten Datenbündels

Beim 100sten Datenbündel, der das Ende der ersten Teilgruppe bildet, wird der Schalter 132 geöffnet, um zu bewirken, daß die Daten vom Summierer 130 in das Schieberegister 136 anstatt in das Schieberegister 128 eingegeben werden. Infolgedessen wird während des 100sten Datenbündels das Schieberegister 128 geleert.

In entsprechender Weise sind beim Datenbündel 101 die Ausgangssignale des Multipliziers 122

Wie es für die erste Teilgruppe beschrieben worden ist, wird die Teilsumme der fokussierten Daten für jede Entfernungszelle während der zweiten Teilgruppe angesammelt, so daß beim 200sten Datenbündel der Summierer 130 das folgende Ausgangssignal liefert:

Auch beim 200sten Datenbündel, der das Ende der zweiten Teilgruppe bildet, wird der Schalter 132 so betätigt, daß die Daten vom Ausgang des Summierers 130 dem Schieberegister 136 anstatt dem Schieberegister 128 zugeführt werden.

Die vorstehend beschriebene Operation wird für jede folgende Teilgruppe wiederholt, so daß bei dem Datenbündel 1200 der Summierer 130 die folgenden Signale liefert:

Die Weiterverarbeitung der Signale erfolgt in dem die Einheiten 134, 136, 138, 140, 142 und 144 umfassenden Teil zur digitalen Frequenzsynthese des in Fig. 7 dargestellten Verarbeitungskanals. Die folgende Beschreibung erläutert, wie für jedes der 600 Entfernungsintervalle effektiv zwölf Filter gebildet werden. Beim Datenbündel 100 werden die Signale X _1-r in das Schieberegister 136 eingegeben und während der Datenbündel 101 bis 199, die während der Filterperiode P₁ auftreten, werden diese Signale in der Schleife, die den Schalter 134 und das Schieberegister 136 umfaßt, zwölfmal umgewälzt. Die Signale, die in dem Schieberegister 136 gespeichert sind, repräsentieren die Werte der 600 Entfernungszellen für die Karte geringer Azimutauflösung, die während der unmittelbar vorausgegangenen Teilgruppe erzeugt worden ist. Während jedes Umlaufes werden die Daten im Multiplizierer mit einem anderen Koeffizienten B multipliziert, wie es durch die Gleichung (2) definiert worden ist. Wegen der Änderung der Dopplerfrequenz Differenzen über einen Block 26 geringer Azimutauflösung als Funktion der Entfernung kann es erwünscht sein, die Gewichtsfunktion g(k) so einzustellen, daß die Bedeckung jedes Entfernungs-Teilblockes durch die synthetisierte Filterbank optimiert wird. Demgemäß können die Koeffizienten B als Funktion des Entfernungs-Teilblockes geändert werden. Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird jedoch eine Änderung der Koeffizienten B als Funktion der Entfernung R bei der folgenden Analyse vernachlässigt: Beim ersten Umlauf der Daten werden die Glieder gebildet und im Speicher 144 abgelegt. Der erste Index der Koeffizienten B gibt die Nummer der Teilgruppe an, während der zweite Koeffizient die Filternummer, also den Umlaufzyklus, angibt. Beim zweiten Umlauf der Daten X₁, die während der ersen Teilgruppe gebildet worden sind, werden die Ausdrücke gebildet und im Speicher 144 abgelegt. Dieser Prozeß wird fortgesetzt, bis beim zwölften Umlauf die Glieder geformt und im Speicher 144 abgelegt werden.

Beim Datenbündel 200 öffnet der Schalter 134 die Rückführschleife 135 des Schieberegisters 136. Während des Datenbündels 200 werden die alten, von der ersten Teilgruppe stammenden Daten gelöscht und neue Daten X _2-1, X _2-2 . . . X _2-600, die von der zweiten Teilgruppe stammen, in das Schieberegister 136 über die Schalter 132 und 134 eingegeben. Während der Zeit, während der die Datenbündel 201 bis 299 verarbeitet werden, also während der Filterzeit P₂, werden die neuen, aus der Teilgruppe Nr. 2 stammenden Daten zwölfmal in der gleichen Weise umgewälzt, wie es vorstehend für die Daten der Teilgruppe 1 beschrieben worden ist. Jetzt werden jedoch die Daten, die jedem Filter (Umlaufzyklus) für jedes Entfernungsbit entsprechen und die während der vorangegangenen Filterperiode im Speicher 144 abgelegt worden waren, während der entsprechenden Zyklen aus dem Speicher 144 abgerufen, so daß die Teilsummen gebildet werden können, die erforderlich sind, um die Wirkung von zwölf Filtern zu erzeugen. Beispielsweise werden während des ersten Umlaufes der Filterperiode P₂ die Glieder gebildet und im Speicher 144 abgelegt. Wird das erste Glied des Ausdruckes (15) betrachtet, so ergibt sich, daß die Größe B _1-1 X _1-1 während der Filterperiode P₁ gebildet und aus dem Speicher abgerufen wurde, nachdem das Glied B _2-1 X _2-1 vom Multiplizierer 140 während des ersten Verfahrensschrittes des ersten Umlaufes der Filterperiode P₂ gebildet worden war. In gleicher Weise werden die Glieder für alle Entfernungszellen der Daten des ersten Umlaufes gebildet, wie es der Ausdruck (15) angibt, und es werden gleichartige Ausdrücke während der Umläufe 2 bis 12 gebildet. Während des Umlaufes 12 werden die folgenden Glieder im Speicher 144 abgelegt

In der oben beschriebenen Weise werden während jeder Filterperiode zwölf Teilsummen für alle 600 Entfernungszellen gebildet. Beispielsweise werden während der Zeitdauer der Datenbündel 1201 bis 1299, also während der Filterperiode P₁₂, beim ersten Umlauf des Registers 136 die Glieder im Speicher 1444 abgelegt. Das Glied Y _1-1 ist das vollständige Ausgangssignal des ersten Filters der ersten Entfernungszelle gemäß Gleichung (2) und gibt den Wert einer Zelle hoher Auflösung, nämlich 1,5 m in der Entfernung und im Azimut, der fertigen Karte wieder. Das Glied Y _1-2 würde den Wert angeben, der dem ersten Filter der zweiten Entfernungszelle zugeordnet ist, und so weiter für die übrigen Entfernungszellen, so daß das Glied Y _1-600 den Wert für die erste Azimutzelle hoher Auflösung und die Entfernungszelle 600 angeben würde. In gleicher Weise wird während der folgenden Umläufe die Karte hoher Auflösung Glied für Glied vervollständigt, wobei die Glieder die Karte vollenden würden. Das Glied Y _12-1 ist der Wert für das zwölfte Filter oder die zwölfte Azimut- Auflösungszelle der ersten Entfernungszelle.

Insgesamt wurde vorstehend eine neue und wirksame Methode sowie eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Radardaten zu Daten einer Karte oder einer synthetischen Antenne hoher Auflösung beschrieben, die auf einfache Weise eine Darstellung ermöglichen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Verarbeitung der Signale, die von einem an Bord eines Flugzeuges angeordneten Radargerät mit einer seitwärts zum Flugzeug auf einen Bodenabschnitt gerichteten festen Antenne während jeweils einer Gruppe aufeinanderfolgender Entfernungsabtastungen empfangen werden, zu Bilddatensignalen, die für eine Karte hoher Auflösung eines ausgewählten Bereichs des Bodenabschnittes charakteristisch sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Einrichtung (122, 130, 132, 128) vorgesehen ist, welche die relative zeitliche Verzögerung und Phasenlage der Signale, die während jeder von mehreren Teilgruppen der aufeinanderfolgenden Entfernungsabtastungen empfangen werden, korrigiert und die resultierenden Signale, die jeweils einer gleichen Auflösungszelle (31) des ausgewählten Bereichs (16) des Bodenabschnittes zugeordnet sind, summiert, um Sätze von Bilddaten zu bilden, von denen jeder Saz zu der gleichen Gruppe (26) im wesentlichen rechteckiger Auflösungszellen gehört, jedoch von den Signalen verschiedener Teilgruppen aufeinanderfolgender Entfernungsabtastungen abgeleitet sind, und daß eine zweite Einrichtung (134, 136, 140, 142, 144) die Daten eintsprechender Auflösungszellen (31) aus den Sätzen (26) der Bilddaten einer Filterung unterwirft, um für jede Auflösungszelle einen Teilsatz von Bilddatensignalen hoher Auflösung zu bilden, dessen Bilddatensignale eine Anzahl von Auflösungselementen (28) der Auflösungszelle (31) entsprechen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflösungszellen (31) einer ausgewählten Gruppe (26) in Spalten, die im wesentlichen zu einer ersten Achse parallel verlaufen, und den Zeilen, die zu einer zweiten, zur ersten Achse senkrechten Achse parallel verlaufen, angeordnet sind, und die erste Einrichtung erste parallele Verarbeitungskanäle umfaßt, deren Anzahl gleich der Anzahl der Spalten (26) ist und von denen jeder die Bilddaten für die Auflösungszellen (31) einer anderen Spalte bildet, daß jeder Kanal eine Verzögerungseinrichtung (116) zum Verzögern der empfangenen Signale als Funktion der Teilgruppe der Entfernungsabtastungen, während denen die Signale empfangen worden sind, und einen mit der Verzögerungseinrichtung (116) gekoppelten ersten Multiplizierer (122), um die Phase und Amplitude des Signals als Funktion der Bewegung der Antenne (14) längs des Flugweges (12) so zu korrigieren, daß die empfangenen Signale elektronisch im wesentlichen auf das Zentrum der zugeordneten Spalte (26) fokussiert werden, sowie eine Akkumulator-Umlauf-Anordnung (128, 130, 132) umfaßt, die nacheinander aus den Daten jeder Teilgruppe die Summe der phasen- und amplitudenkorrigierten Daten für jede Auflösungszelle (31) der zugeordneten Spalte (26) bildet, um die Bilddaten für die Auflösungszellen der Spalte zu liefern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine Anzahl paralleler zweiter Verarbeitungskanäle umfaßt, von denen jeder mit einem anderen der ersten Verarbeitungskanäle gekoppelt ist und einen zweiten Multiplizierer (140), der mit der Akkumulator-Umlauf-Anordnung (128, 130, 132) des zugeordneten ersten Kanals verbunden ist und die ihm zugeführten Bilddaten für die Auflösungszellen (31) der zugeordneten Spalte (26) mit einer Anzahl komplexer Koeffizienten multipliziert, um eine Anzahl von Produktsignalen zu bilden, und eine Anordnung (142, 144) zum Summieren bestimmter Gruppen der Produktsignale aller Teilgruppen umfaßt, um die Teilsätze von Bilddatensignalen hoher Auflösung für alle Auflösungselemente (28) zu bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Multiplizierer eine Anordnung (134, 13, 136) zugeordnet ist, welche die Bilddaten der Auflösungszellen (31) der zugeordneten Spalte (26) so oft im Kreislauf zurückführt, wie Teilgruppen aufeinanderfolgender Entfernungsabtastungen vorgesehen sind, und die Bilddaten bei jedem Umlauf mit einem anderen komplexen Koeffizienten multipliziert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (142, 144) zum Summieren der Produktsignale eine Anordnung zur Bildung und Speicherung von Teilsummensignalen während jedes Umlaufs und eine Anordnung zur Korrektur der gespeicherten Teilsummensignale als Funktion des zugeordneten Produktsignals für die gleiche Auflösungszelle, das während des nächsten Umlaufs gebildet wird, umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kompensationseinrichtung (60, 62, 63) vorgesehen ist, die die Frequenz der vom Radargerät empfangenen Signale so korrigiert, daß die Frequenz der aus dem mittleren Teil der Strahlungsquelle (18) der Antenne (14) empfangenen Signale im wesentlichen konstant bleibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Entfernungsabtastung eine Anzahl von Entfernungszonen zugeordnet ist, welche den Reihen der Auflösungszellen (31) entsprechen, daß ausgewählte Gruppen (29) benachbarter Reihen von Auflösungszellen Schärfentiefen-Teilgruppen bilden und daß der erste Multiplizierer (122) eine Anordnung (124, 126) für eine solche Steuerung der Multiplikationskoeffizienten umfaßt, daß die Phasen- und Amplitudenkorrekturen als Funktion der Entfernungsabtastung und der Schärfentiefen- Teilgruppe (29) so verändert werden, daß die Zentren (27 a) der Schärfentiefen-Teilgruppen (29) etwa linear längs der zweiten Achse angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Akkumulator-Umlauf-Anordnung (128, 130, 132) einen Summierer (130), von dessen beiden Eingängen der eine mit dem Ausgang des ersten Multiplizierers (122) gekoppelt ist, einen zwei Ausgänge aufweisenden ersten Schalter (132), dessen Eingang mit dem Ausgang des Summierers (130) gekoppelt ist, und ein erstes Register (128), dessen Eingang mit dem einen Ausgang des Schalters (132) und dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des Summierers (130) gekoppelt ist, umfaßt, und daß der zweite Ausgang des Schalters (132), zu dem sein Eingang immer dann durchgeschaltet ist, wenn die letzte Entfernungsabtastung einer Teilgruppe von Entfernungsabtastungen verarbeitet wird, mit der zweiten Einrichtung verbunden ist, so daß der Satz Bilddaten des zugeordneten Kanals für jede Teilgruppe von Entfernungsabtastungen in der den Summierer (130), den ersten Schalter (132) und das erste Register (128) umfassenden Schleife während aller Entfernungsabtastungen außer der letzten, während denen der Eingang des ersten Schalters (132) zu dessen ersten Ausgang durchgeschaltet ist, akkumuliert und dann über den zweiten Eingang des Schalters (132) der zweiten Einrichtung zugeführt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung einen zweiten Schalter (134), der ein mit dem zweiten Ausgang des ersten Schalters (132) verbundenen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist, und dessen Ausgang immer dann, wenn dem zweiten Ausgang des ersten Schalters (132) Daten zugeführt werden, mit dem ersten Eingang und sonst mit dem zweiten Eingang verbunden ist, ein zweites Register (136), dessen Eingang mit dem Ausgang des zweiten Schalters (134) und dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des zweiten Schalters (134) verbunden ist, eine Anordnung zum Steuern des zweiten Registers (136) in der Weise, daß die von dem ersten Schalter (132) zugeführten Daten durch das zweite Register (136) so oft umgewälzt werden, wie Teilgruppen der Entfernungsabtastung vorgesehen sind, und einen zweiten Multiplizierer (140), der das Ausgangssignal des zweiten Registers (136) bei jedem Umlauf mit einem anderen Koeffizienten multipliziert, einen zweiten Summierer (142), der einen mit dem Ausgang des zweiten Multiplizierers (140) verbundenen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist, und einen Speicher (144) umfaßt, der einen mit dem Ausgang des zweiten Summierers (142) verbundenen Eingang, einen mit dem zweiten Eingang des zweiten Summierers (142) verbundenen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang (146) aufweist, und der eine Vielzahl von Teilsummensignalen, die jeder Kombination von Auflösungszelle und komplexem Koeffizienten zugeordnet sind, während jedes Umlaufes speichert und dann als Funktion des Signals der entsprechenden Kombination berichtigt, die während des nächsten Umlaufs von dem zweiten Multiplizierer (142) geliefert wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Ausgang (146) des Speichers (144) ein Sichtgerät (114) gekoppelt ist.