NL9101459A

NL9101459A - Radarapparaat.

Info

Publication number: NL9101459A
Application number: NL9101459A
Authority: NL
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1991-08-29
Filing date: 1991-08-29
Publication date: 1993-03-16
Also published as: ES2089368T3; EP0529704A1; DE69212079T2; AR246805A1; BR9203273A; TR26164A; JPH05203723A; EP0529704B1; CA2075409A1; AU652845B2; AU2068292A; CA2075409C; US5442362A; DE69212079D1

Description

Radarapparaat

De uitvinding heeft betrekking op een radarapparaat voor het detecteren van doelen, voorzien van een signaalgenerator met daaraan gekoppelde zendermiddelen, ontvangermiddelen met een daaraan gekoppelde videoprocessor, met aan de zender- en ontvangermiddelen gekoppelde antennemiddelen, en een indicatiemiddel geschikt voor het in een eerste mode met een eerste afstandsresolutie afbeelden van een door de videoprocessor gegenereerd radarbeeld van doelen welke zich in een deel van de omgeving van het radarapparaat bevinden.

Bij een radarapparaat volgens de stand der techniek zijn de bandbreedte van het uitgezonden signaal, de bandbreedte van de ontvangermiddelen en de bandbreedte van de videoprocessor en het indicatiemiddel doorgaans in overeenstemming. Deze bandbreedte wordt bepaald door een voor dat radarapparaat gewenste afstandsresolutie. Zoals in het vakgebied welbekend, is de bandbreedte omgekeerd evenredig met de theoretisch haalbare afstandsresolutie.

Het uitgezonden signaal dient dan voorzien te zijn van een modulatie, die samen met een in de ontvangermiddelen opgenomen matched filter de gewenste afstandsresolutie realiseert.

Wil men volgens de stand der techniek een grotere afstandsresolutie realiseren dan dienen zendermiddelen, ontvangermiddelen, videoprocessor en het indicatiemiddel te worden aangepast. Bij het radarapparaat volgens de uitvinding kan de bandbreedte van de videoprocessor en het indicatiemiddel beduidend lager zijn dan de hierboven omschreven theoretisch noodzakelijke waarde voor het realiseren van een bepaalde afstandsresolutie. De prijs die men betaalt is dat niet het hele echosignaal van een zendsignaal wordt benut, maar slechts een in de tijd geselecteerd deel. Dit kan van nut zijn als men met een radarapparaat een doel waarneemt en bijvoorbeeld voor identificatiedoeleinden het doel en zijn directe omgeving wil onderzoeken met een grotere afstandsresolutie.

Het radarapparaat volgens de uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat het radarapparaat tevens is voorzien van middelen voor het selecteren van tenminste een doel en het vervolgens in een tweede mode genereren van een radarbeeld van de omgeving van dat doel met een tweede afstandsresolutie welke groter is dan de eerste afstandsresolutie.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, waarvan:

Fig. 1 een blokschema van een radarapparaat volgens de uitvinding weergeeft;

Fig. 2 een blokschema van een eerste uitvoeringsvorm van de selectie- en conversie-eenheid weergeeft;

Fig. 3 een blokschema van een tweede uitvoeringsvorm van de selectie- en conversie-eenheid weergeeft.

Fig. 1 toont een blokschema van een mogelijke uitvoeringsvorm van een radarapparaat volgens de uitvinding. Na inschakelen genereert een signaalgenerator 1 een stuursignaal voor zendermiddelen 2, welke aangesloten zijn op antennemiddelen 3. Deze antennemiddelen kunnen een antenne van het klassieke, ronddraaiende type zijn, maar ook een phased array antenne die een electronisch gestuurde zoekslag maakt. Door antennemiddelen 3 opgevangen echosignalen worden toegevoerd aan ontvangermiddelen 4 en daarna door een voorlopig niet actief veronderstelde selectie- en conversie-eenheid 5 doorgegeven aan een videoprocessor 6. Door videoprocessor 6 bewerkte echosignalen worden zichtbaar gemaakt op een indicatiemiddel 7, doorgaans een beeldscherm waarop de omgeving van het radarapparaat wordt afgeheeld.

In deze vorm werkt het radarapparaat geheel volgens de stand der techniek.

Bij het radarapparaat volgens de uitvinding is het mogelijk om een doel dat wordt waargenomen op het indicatiemiddel 7, met een grotere afstandsresolutie te observeren. Daartoe is het radarapparaat voorzien van een stuureenheid 8, waarmee een bepaald doel kan worden aangewezen. Stuureenheid 8 kan voorzien zijn van een rolling ball of een joystick waarmee op het indicatiemiddel een symbool in dekking kan worden gebracht met het doel, of van een toetsenbord waarop de coördinaten van het doel kunnen worden ingetoetst. Stuureenheid 8 ontvangt verder van antennemiddelen 3 de momentane azimuthrichting en van signaalgenerator 1 een synchronisatie-signaal als een stuursignaal voor de zendermiddelen wordt afgegeven.

Als nu de momentane azimuthrichting nagenoeg samenvalt met de richting van het doel, ontvangt signaalgenerator 1 een signaal van stuureenheid 8 en gaat stuursignalen voor de zendermiddelen genereren met een grotere bandbreedte. De stuursignalen dienen een dusdanige modulatie te bezitten dat de autocorrelatiefunctie de gewenste, grotere afstandsresolutie realiseert. Stuursignalen met een dergelijke modulatie zijn in het vakgebied welbekend en hebben bijvoorbeeld een pulsmodulatie, frequentiemodulatie, fasemodulatie of pseudoruismodulatie. Het stuursignaal met grotere bandbreedte kan bijvoorbeeld worden uitgezonden in een azimuthsector van 5 graden rond het te observeren doel. In deze azimuthsector worden dan echo's geproduceerd waarin althans potentieel de gewenste grotere afstandsresolutie aanwezig is.

De maatregelen die nodig zijn om deze potentieel grotere afstandsresolutie om te zetten in een radarbeeld met grotere resolutie op het indicatiemiddel, zijn weergegeven in Fig. 2.

Deze figuur toont een blokschema van een eerste uitvoeringsvorm van de selectie- en conversie-eenheid 5. Deze eenheid kent twee takken. Eén tak wordt gevormd door matched filter 9, geoptimaliseerd voor echo's van normale zendsignalen, detector 10 voor het genereren van analoog video en A/D omzetter 11 voor het omzetten van analoog video naar digitaal video. Detector 10 kan een.simpele omhullende detector zijn, of een quadratuur detector als het een radaraparaat betreft waarbij de videoprocessor MTI of MTD processing toepast.

A/D omzetter 11 is bij toepassing van een quadratuur detector gedupliceerd, één en ander geheel volgens de stand der techniek.

De uitvinding wordt feitelijk belichaamd in de andere tak. Hierin zijn opgenomen een matched filter 12, geoptimaliseerd voor echo's van breedbandige zendsignalen, detector 13 voor het genereren van analoog video, A/D omzetter 14 en data reductie-eenheid 15, die een geheugenschakeling omvat. Doordat in deze tak breedbandige signalen worden verwerkt, is het noodzakelijk de bemonstersnelheid van A/D omzetter 14 groter te kiezen dan de bemonstersnelheid van A/D omzetter 11. Dit betekent dat A/D omzetter 14 meer meetwaarden tussen twee uitgezonden signalen zal afgeven dan A/D omzetter 11. Maar videoprocessor 6 is ingericht voor de ontvangst van het aantal meetwaarden dat door A/D omzetter 11 wordt afgegeven. Volgens de uitvinding wordt daarom onder commando van stuureenheid 8 slechts een deel van de door A/D omzetter 14 afgegeven meetwaarden in de geheugenschakeling van de data reductie-eenheid 15 geschreven, en na een volgend uitgezonden signaal uitgelezen met een bemonstersnelheid die overeenkomt met de vaste bemonstersnelheid van videoprocessor 6 en met de bemonstersnelheid van A/D omzetter 11. De zo door de geheugenschakeling afgegeven meetwaarden kunnen door videoprocessor 6 worden verwerkt en geven op indicatiemiddel 7 het radarbeeld met de gewenste grotere resolutie.

Beide takken worden tenslotte gecombineerd door een eerste selectieorgaan 16, dat onder commando van stuureenheid 8 één van beide kanalen aansluit op videoprocessor 6.

In een speciale uitvoeringsvorm van de eerste uitvoeringsvorm genereert signaalgenerator 1 in de eerste mode pulsvormige stuursignalen met een lengte van 1 //sec en met een pulsherhalingstijd van 200 //sec. De afstandsresolutie.is dan bij benadering 150 m. Matched filter 9 wordt gevormd door een bandfilter met een bandbreedte van 1 MHz. A/D omzetter 11 bemonstert de uitgang van detector 10 met een frequentie van 2 MHz. Dit betekent dat in de eerste mode tussen twee zendpulsen 400 gedigitaliseerde meetwaarden worden toegevoerd aan videoprocessor 6. In de tweede mode genereert signaalgenerator 1 pulsvormige stuursignalen met een lengte van 0,1 /tsec en met een pulsherhalingstijd van 200 /xsec. De afstands-resolutie is nu bij benadering 15 m. Matched filter 12 wordt gevormd door een bandfilter met een bandbreedte van 10 MHz. A/D omzetter 14 bemonstert de uitgang van detector 13 met een frequentie van 20 MHz. Dit betekent dat in de tweede mode tussen twee zendpulsen 4000 gedigitaliseerde meetwaarden worden gegenereerd. Hiervan worden slechts 400 meetwaarden, aaneengesloten rond het doel, geselecteerd en in de geheugenschakeling van de data reductie-eenheid 15 geschreven. Na de eerstvolgende zendpuls worden deze 400 meetwaarden met een klokfrequentie van 2 MHz uit de geheugenschakeling gelezen en via het eerste selectieorgaan 16 aan de videoprocessor toegevoerd. Na bewerking door de videoprocessor worden de 400 rangequanten aan het indicatiemiddel, doorgaans een PPI, toegevoerd. Dit indicatiemiddel vertoont de 400 rangequanten die in de eerste mode een afstand van 30 km representeerden, die echter in de tweede mode een afstand van 3 km representeren.

Fig. 3 toont een blokschema van een tweede uitvoeringsvorm van de selectie- en conversie-eenheid 5, waarbij slechts een detector 13 en een A/D omzetter 14 wordt toegepast. Detector 13 wordt nu voorafgegaan door een tweede selectie-orgaan 19 waarmee de uitgang van één der matched filters 9, 12 aangesloten kan worden op detector 13 onder commando van stuureenheid 8. De bemonstersnelheid van A/D omzetter 14 is zo gekozen dat breed- bandige signalen, dus echo's van breedbandig uitgezonden signalen, bemonsterd kunnen worden zonder informatieverlies. Dit betekent dat als smalbandige signalen worden verwerkt, deze signalen door A/D omzetter 14 worden overbemonsterd. Daarom wordt in deze situatie een eerste data reductie-eenheid 20 tussen de A/D omzetter 14 en de videoprocessor geschakeld, die de bemonstersnelheid van A/D omzetter 14 terugbrengt naar de vaste bemonstersnelheid van videoprocessor 6.

Veronderstellen we dat de factor waarmee wordt overbemonsterd M bedraagt, dan zal data reductie-eenheid 20 in zijn eenvoudigste vorm slechts elke M-de meetwaarde doorgeven. Beter echter is het data reductie-eenheid 20 te voorzien van een digitaal laagdoorlaatfilter en daarna elke M-de meetwaarde door te laten. Deze in het vakgebied welbekende vorm van data reductie verbetert de signaal-ruisverhouding en het dynamisch bereik van het bewerkte signaal.

Voor breedbandige signalen is voorzien in een tweede data reductie-eenheid 15, die geheel volgens de bij Fig. 2 gegeven beschrijving werkt. De combinatie van de uitgangen van beide data reductie-eenheden 15, 20 vindt plaats door het eerste selectie-orgaan 16, dat onder commando van stuureenheid 8 één van beide kanalen aansluit op videoprocessor 6.

Ook voor deze uitvoeringsvorm geldt dat als het een radarapparaat betreft waarbij de videoprocessor MTI of MTD processing toepast, detector 13 een quadratuur detector dient te zijn, terwijl dan A/D omzetter 14 gedupliceerd aanwezig is. De beide data reductie-eenheden 15, 20 en het eerste selectie-orgaan zijn dan tweekanaals. Als alternatief hiervoor kan het enkelvoudig video, verkregen met één detector en één A/D omzetter, na het eerste selectie-orgaan worden gesplitst in quadratuur video met een in het vakgebied welbekend Hilbertfilter.

In een speciale uitvoeringsvorm van de tweede uitvoeringsvorm genereert signaalgenerator 1 in de eerste mode pulsvormige stuursignalen van 1 /zsec en met een pulsherhalingstijd van 200 /isec.

De afstandsresolutie is dan bij benadering 150 m. Matched filter 9 wordt gevormd door een bandfilter met een bandbreedte van 1 MHz.

In de tweede mode genereert signaalgenerator 1 eveneens pulsvormige stuursignalen van 1 /isec en met een pulsherhalingstijd van 200 /zsec, echter voorzien van een lineaire FM modulatie met een bandbreedte van 10 MHz. Matched filter 12 wordt gevormd door een pulscompressie-lijn die de 1 psec puls met een lineaire FM modulatie comprimeert tot een puls met een lengte van 0.1 /zsec. A/D omzetter 14 bemonstert de uitgang van detector 13 met een frequentie van 20 MHz. In de eerste mode worden tussen twee zendpulsen 4000 gedigitaliseerde meetwaarden gegenereerd, dat is 20 per 150 m, de afstandsresolutie in deze mode. De eerste data reductie-eenheid beperkt dit aantal tot 400 meetwaarden, dus tot 2 per 150 m. Ze bevat daartoe een digitaal low-pass filter met een grensfrequentie van 1 MHz, waarna elke tiende meetwaarde wordt doorgegeven aan het eerste selectieorgaan zodat de klokfrequentie wordt gereduceerd tot 2 MHz. In de tweede mode worden tussen twee zendpulsen eveneens 4000 gedigitaliseerde meetwaarden gegenereerd. De tweede data reductie-eenheid beperkt dit aantal tot 400 meetwaarden rond het doel. Deze meetwaarden worden in de geheugenschakeling van de tweede data reductie-eenheid 15 geschreven. Na de eerstvolgende zendpuls worden deze 400 meetwaarden met een klokfrequentie van 2 MHz uit de geheugenschakeling gelezen. In de eerste en in de tweede mode dient de videoprocessor geschikt te zijn voor het verwerken van 400 gedigitaliseerde meetwaarden die met een klokfrequentie van 2 MHz worden aangeboden.

Radarapparaten die gekoppeld zijn aan vuurleiding waarvoor een korte reactietijd is vereist, beschikken soms niet meer over een indicatiemiddel. In plaats daarvan is het radarapparaat dan uitgerust met een track-computer die in voorkomende gevallen zelfstandig wapens kan inzetten tegen doelen. Ook hierbij kan het van groot belang zijn een doel waar te nemen met vergrote afstandsresolutie, bijvoorbeeld ten behoeve van identificatie. Overeenkomstig de uitvindingsgedachte kan de track-computer dan, in plaats van een menselijke operator, een doel aanwijzen en hiervoor een vergrote afstandsresolutie vragen.

Claims

1. Radarapparaat voor het detecteren van doelen, voorzien van een signaalgenerator met daaraan gekoppelde zendermiddelen, ontvangermiddelen met een daaraan gekoppelde videoprocessor, met aan de zender- en ontvangermiddelen gekoppelde antennemiddelen, en een indicatiemiddel geschikt voor het in een eerste mode met een eerste afstandsresolutie afbeelden van een door de videoprocessor gegenereerd radarbeeld van doelen welke zich in een deel van de omgeving van het radarapparaat bevinden, met het kenmerk, dat het radarapparaat tevens is voorzien van middelen voor het selecteren van tenminste een doel en het vervolgens in een tweede mode genereren van een radarbeeld van de omgeving van dat doel met een tweede afstandsresolutie welke groter is dan de eerste afstandsresolutie.

2. Radarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de signaalgenerator in een eerste mode signalen genereert met een eerste bandbreedte die in overeenstemming is met de eerste afstandsresolutie en in een tweede mode signalen genereert met een tweede bandbreedte die in overeenstemming is met de tweede afstandsresolutie.

3. Radarapparaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de genoemde middelen zijn voorzien van een met de antennemiddelen gekoppelde stuureenheid welke de signaalgenerator van de eerste in de tweede mode brengt wanneer de azimuthrichting van de antennemiddelen en de azimuthrichting van een geselecteerd doel althans nagenoeg samenvallen.

4. Radarapparaat volgens conclusie 2 of 3, waarbij de videoprocessor is ingericht voor het met een vaste bemonstersnelheid verwerken van signalen met een bandbreedte die althans nagenoeg overeenstemt met de eerste bandbreedte, met het kenmerk, dat de middelen tevens zijn voorzien van een tussen de ontvangermiddelen en de videoprocessor geschakelde selectie- en conversie-eeriheid voor het selecteren van echosignalen van de uitgezonden signalen met de tweede bandbreedte van de omgeving van het geselecteerde doel en het converteren van deze echosignalen naar een signaal overeenkomstig de bemonstersnelheid en bandbreedte van de videoprocessor.

5. Radarapparaat volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de selectie- en conversie-eenheid omvat een eerste A/D omzetter, ingericht voor het bemonsteren en digitaliseren van signalen met de eerste bandbreedte, een tweede A/D omzetter ingericht voor het bemonsteren en digitaliseren van signalen met de tweede bandbreedte, gevolgd door een data reductie-eenheid voor het converteren van omgezette signalen van de omgeving van het doel naar een signaal overeenkomstig de bandbreedte van de videoprocessor, en een eerste selectie-orgaan voor het in de eerste mode selecteren van de uitgang van de eerste A/D omzetter en het in de tweede mode selecteren van de uitgang van de data reductie-eenheid.

6. Radarapparaat volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de data reductie-eenheid omvat een geheugenschakeling voor het opslaan van althans een deel van de door de tweede A/D omzetter gegenereerde signalen en het vervolgens afgeven van althans een deel van de opgeslagen signalen met een bemonstersnelheid overeenkomstig de bandbreedte van de videoprocessor.

7. Radarapparaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de eerste A/D omzetter wordt voorafgegaan door een matched filter voor signalen met de eerste bandbreedte en de tweede A/D omzetter wordt voorafgegaan door een matched filter voor signalen met de tweede bandbreedte.

8. Radarapparaat volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de selectie- en conversie-eenheid omvat een A/D omzetter, ingericht voor het bemonsteren en digitaliseren van signalen met de tweede bandbreedte, gevolgd door een eerste data reduetie-eenheid voor het converteren van gedigitaliseerde signalen met de eerste bandbreedte naar een signaal overeenkomstig de vaste bemonstersnelheid van de videoprocessor en een tweede data reductie-eenheid voor het converteren van gedigitaliseerde signalen met de tweede bandbreedte en afkomstig van de omgeving van het doel naar een signaal overeenkomstig de bandbreedte van de videoprocessor, en een eerste selectie-orgaan voor het onder commando van de stuureenheid selecteren van de eerste of de tweede data reductie-eenheid.

9. Radarapparaat volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de eerste data reductie-eenheid is voorzien van een digitaal laagdoorlaatfilter.

10. Radarapparaat volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de tweede data reductie-eenheid omvat een geheugenschakeling voor het opslaan van althans een deel van de door de A/D omzetter gegenereerde signalen en het vervolgens afgeven van althans een deel van de opgeslagen signalen met een bemonstersnelheid overeenkomstig de bandbreedte van de videoprocessor.

11. Radarapparaat volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de A/D omzetter wordt voorafgegaan door een eerste matched filter voor signalen met de eerste bandbreedte en een tweede matched filter voor signalen met de tweede bandbreedte, en een tweede selectie-orgaan voor het onder commando van de stuureenheid selecteren van het eerste of het tweede matched filter voor toevoer van signalen aan de A/D omzetter.