DE3744691A1

DE3744691A1 - Verfahren zur bewertung von radarzielimpulsen

Info

Publication number: DE3744691A1
Application number: DE19873744691
Authority: DE
Inventors: James Martin Gailer; Martin Robert Winstone
Original assignee: GEC Marconi Ltd; Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Integrated System Technologies Ltd
Priority date: 1986-08-29
Filing date: 1987-08-19
Publication date: 1993-07-15
Anticipated expiration: 2007-08-20
Also published as: FR2688893B1; DE3744691C2; FR2688893A1; US5323161A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bewertung empfangener Radarimpulse zwecks Unterscheidung eines besonderen Zielechos von den Echos anderer Ziele, gegenüber Rauschen, Störungen usw. Empfangene Impulse können bezüglich einer Anzahl von Eigenschaften bewertet werden, beispielsweise bezüglich der Empfangsrichtung (Zielabweichungswinkel), des Leistungspegels, der Impulsbreite, des Impulsfolgeintervalls (IFI) und auch bezüglich der Hochfrequenz, sofern eine absolute Fre quenzmessung zur Verfügung steht. Jede dieser Eigenschaf ten unterliegt, selbst in bezug auf ein besonderes Ziel, Änderungen infolge von Rauschen, Störungen usw., und bei der Bewertung jedes Impulses müssen signifikante Tole ranzen verwendet werden. Herkömmliche Signalverarbeitungs systeme vergleichen den Wert der besonderen Eigenschaft mit voreingestellten Grenzen und danach wird der Impuls akzeptiert oder zurückgewiesen.

Das derart festgelegte Toleranzband führt zu einer beachtlichen Wahrscheinlichkeit der Akzeptanz eines falschen Signals mit einem konsequenten Verlust der Möglichkeit, Ziele voneinander zu unterscheiden.

Ein Ziel der Erfindung ist es somit, die Fähigkeit eines Radarempfängers bezüglich der Bewertung und Iden tifizierung von Zielimpulsen zu verbessern.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird in einem Verfahren zur Bewertung empfangener Zielradarimpulse bezüglich einer Vielzahl von Impulseigenschaften für jede Eigenschaft der Wert dieser Eigenschaft für einen gerade oder derzeit empfangenen Impuls mit dem Mittel wert vorher empfangener Impulse verglichen, um ein der zeit gemessenes Inkrement vorzusehen, ferner wird das derzeit gemessene Inkrement einem Wahrscheinlichkeits prozeß unterzogen, um für den zugeordneten Impuls und die zugeordnete Eigenschaft einen Konfidenz- oder Ver trauenswert vorzusehen, und schließlich werden die Ver trauenswerte für die Vielzahl der Eigenschaften in bezug auf den zugeordneten Impuls miteinander vereinigt oder kombiniert, um einen Gesamtkonfidenz- oder Gesamt vertrauenswert für den zugeordneten Impuls vorzusehen.

Die Vielzahl der Impulseigenschaften enthält vor zugsweise wenigstens zwei der folgenden Eigenschaften: den Zielwinkel, den Impulsleistungspegel, die Impuls breite und das Impulsfolgeintervall.

Ist eine der Vielzahl der Impulseigenschaften der Zielwinkel, berücksichtigt der zugeordnete Wahrschein lichkeitsprozeß vorzugsweise die geschätzte Rauschkompo nente des gerade anfallenden oder derzeitigen Impulses bei der Bestimmung eines Winkelvertrauenswertes.

Die Schätzung für thermisches Rauschen wird vor zugsweise abgeleitet von dem mittleren Wert des Ziel winkels und des Leistungspegels des derzeitigen Impulses.

Der Zielwinkel des Empfangs kann abgeleitet werden von gemessenen Werten des Zielwinkels im Azimut und in der Elevation, wobei Azimut- und Elevationsinkremente entsprechend abgeleitet werden.

Der Vertrauenswert bezüglich wenigstens einer der Eigenschaften wird ansprechend auf die vorbestimmte Ungewißheit in den besonderen Eigenschaftswerten einem jeweiligen Gewichtungsfaktor unterzogen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Radarempfänger eine Impulsauswerte- oder Impuls bewertungsschaltung, die derart ausgelegt ist, daß sie ein Verfahren zur Impulsbewertung ausführt, wie es oben beschrieben ist.

Ein Verfahren zur Bewertung empfangener Radar impulse und ein Gerät zum Ausführen eines solchen Verfahrens werden im folgenden beispielshalber unter Bezugnahme auf eine beigefügte Zeichnung beschrieben, bei der es sich um ein Blockschaltbild des hier betrach teten Prozesses handelt.

Vier Eigenschaften eines Radarimpulssignals werden erfaßt: (a) der von der Antennenziellinie abweichende Winkel der Quelle, (b) der Leistungspegel der empfan genen Impulse, (c) die Impulsbreite des empfangenen Signals und (d) das Impulsfolgeintervall.

Der Quellenwinkel wird für einen besonderen derzeit gemessenen Impuls im Azimut und in der Elevation in herkömmlicher Weise gemessen. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird ein mittlerer Wert des Azimutwinkels für vorangegangene oder vorherige Impulse, die als von derselben Quelle stammend bestimmt worden sind, in einem Speicher 11 gespeichert und einem Verarbeitungs vorgang oder Prozeß 2 zugeführt. In ähnlicher Weise wird ein mittlerer Wert des Elevationswinkels, relativ zu der Richtung der Empfängerantenne, für vorangegangene oder vorherige Impulse über einen Speicher 13 einem Prozeß 2 zugeführt. Der Prozeß 2 erzeugt von diesen beiden Wer ten einen mittleren Wert des Zielabweichungswinkels in der Zielebene:

[(mittlerer Azimutwinkel)² + (mittlerer Elevationswinkel)²]^1/2,

wobei dann dieser zuletzt genannte Wert des Zielabwei chungswinkels einem Prozeß 3 zugeführt wird. Eine zweite Eingabe zum Prozeß 3 wird abgeleitet aus einer Leistungs messung des derzeit gemessenen Impulses, und zwar abge leitet in einem Verarbeitungsvorgang oder Prozeß 15.

Ein Winkelfehler wird in erster Linie verursacht durch thermische Rauscheffekte. Obgleich die Größe dieses thermischen Rauschens nicht voraussagbar ist, kann man den quadratischen Mittelwert des Winkelfehlers, d. h. den effektiven Winkelfehler, aufgrund des thermi schen Rauschens abschätzen, wobei eine Abhängigkeit von der Leistung und von dem Zielabweichungswinkel, d. h. dem Winkel zwischen der Ziellinie und der zum Ziel verlaufen den Visierlinie, auftritt. Der Prozeß 3, dem der erwartete (d. h. mittlere) Zielabweichungswinkel (berech net im Prozeß 2) und der Impulsleistungswert zugeführt wird, liefert eine Schätzung des thermischen Rauschpegels zur Anwendung in einem Verarbeitungsvorgang oder Prozeß 4, wobei die Zufuhr zum Prozeß 4 über einen Eingang oder eine Eingabe 21 erfolgt.

Werte der Azimut- und Elevationswinkelfehler werden Prozessen 17 und 19 zugeführt, wobei diese Werte als Differenzen zwischen den oben genannten mittleren Werten der Azimut- und Elevationswinkel einerseits und den Winkeln, die von dem derzeit gemessenen Impuls gewonnen werden, andererseits abgeleitet werden. Es sei bemerkt, daß diese sogenannten Fehlerwerte sich ergeben können aus positionsmäßigen Änderungen des Ziels und/oder einer Versetzung der Radarantenne, obgleich eine typische Impulsfolgegeschwindigkeit hinreichend hoch ist, so daß aufgrund dieser Effekte nur kleine Änderungen her vorgerufen werden. Der Prozeß 1 verarbeitet die Azimut- und Elevationsfehlerwinkel (d. h. die Winkeldifferenz zwischen der mittleren Zielpeilung gemessen über mehrere vorangegangene oder vorherige Impulse und der Ziel peilung gemessen für den einzigen derzeitigen bzw. gerade ausgewerteten Zielimpuls) und erzeugt einen Zielebene-Fehlerwinkel unter Anwendung der folgenden Funktion:

[(Azimutfehler)² + (Elevationsfehler)²]^1/2.

Dieser Zielebene-Fehlerwinkel wird über einen Eingang oder Eingabe 23 dem Prozeß 4 zugeführt.

Der Prozeß 4 bewertet die Wahrscheinlichkeit, daß der Zielwinkel, wie er vom Fehlereingang bei 23 angege ben wird, der wahre Zielwinkel im Hinblick auf den ge schätzten Pegel der thermischen Rauscheingabe bei 21 ist. Der Ausgang des Prozesses 4 liefert einen Wert, der den Konfidenz- oder Vertrauenspegel angibt, welcher dem Zielwinkel beigemessen werden kann, welcher von dem gerade empfangenen oder derzeitigen Impuls abgeleitet wird, und dieser Wert wird als ein eingangsseitiger Beitrag einem Verarbeitungsvorgang oder Prozeß 10 zugeführt.

In ähnlicher Weise wird ein Leistungsinkrement oder ein Leistungsfehler in einem Prozeß 5 abgeleitet, und zwar aus einer derzeit gemessenen Leistungsmessung bei einer Eingabe oder einem Eingang 15 und aus einem mittleren Leistungspegel in bezug auf 2ⁿ vorherige Im pulse, wobei 1n5, und wobei der mittlere Lei stungspegel in einem Speicher 25 gespeichert ist. Die für diese Ableitung benutzte Formel ist eine Integral funktion

wobei k eine Konstante,
a die derzeit gemessene Leistung und
y der mittlere Leistungspegel ist.

Das derzeit gemessene Leistungsinkrement wird einem Prozeß 6 zugeführt, in welchem eine statistische Schät zung der Wahrscheinlichkeit, daß das Leistungsinkrement ein wahrer Wert ist und demzufolge, daß die derzeit ge messene Impulsleistung ein wahrer Wert ist, vorgenommen wird. Der Ausgang oder die Ausgabe des Prozesses 6 liefert somit einen Leistungsvertrauenswert, und dieser wird als weiterer eingangsseitiger Beitrag dem Prozeß 10 zugeführt.

Die Radarsignalimpulsbreite ist ebenfalls eine Eigen schaft des Ziels, und der diesbezüglich gemessene Wert wird einem Prozeß 27 zugeführt, wohingegen der mittlere Wert von vorherigen Impulsbreiten in einem Speicher 29 gespeichert wird. Die diesbezügliche Differenz wird in einem Prozeß 7 gewonnen, und zwar unter Verwendung der Formel

(mittlere Impulsbreite) - (derzeit gemessene Impulsbreite),

wobei ein Impulsbreiteninkrement gewonnen wird, das eine Eingabe oder einen Eingang 31 zu einem Prozeß 8 bildet. Der gerade oder derzeit gemessene Impulsleistungspegel und das Impulsleistungsinkrement sind Faktoren, die die Impulsbreite betreffen, und diese Werte werden als Eingänge in einen Prozeß 8 eingespeist. Im Lichte der Leistungswerte schätzt dieser Prozeß dann die Wahrschein lichkeit, daß die gemessene Impulsbreite ein wahrer Wert ist, und zwar unter Verwendung der Formel

wobei σ die Standardabweichung der Impulsbreite ist. Der Prozeß 8 erzeugt dann einen entsprechenden Ausgang als eingangsmäßiger Beitrag zum Prozeß 10.

Schließlich wird der gemessene Wert des Impuls folgeintervalls (IFI) über einen Prozeß 33 einem Prozeß 9 zugeführt, und zwar zusammen mit einem in einem Speicher 35 gespeicherten mittleren Wert bezüg lich 2ⁿ+1 vorheriger Impulse, wobei 1n6. Die IFI-Gewichtungsfunktion identifiziert Eigenschaften der Wellenform dergestalt, ob sie feststeht, zittert oder gestaffelt ist. Der Prozeß 9 extrahiert die Differenz zwischen dem derzeitigen Wert und dem mitt leren Wert und schätzt die Wahrscheinlichkeit ab, ob das gegenwärtige oder derzeit gemessene Intervall der wahre Wert ist. Der Ausgang des Prozesses 9 ist der letzte eingangsseitige Beitrag zum Prozeß 10.

Jeder der Prozesse 4, 6, 8 und 9 unterliegt einem jeweiligen Gewichtungsfaktor von Prozessen 37, 39, 41 und 43 zwecks Berücksichtigung von korrigierenden oder übersteuernden Unsicherheitsfaktoren, die die Bedeutung der besonderen Eigenschaft einstellen sollen. Wenn somit der Impulsfolgezug IFI Zittervorgänge enthält, wird die Wichtigkeit eines IFI-Fehlers mittels des zugeord neten Gewichtungsfaktors herabgesetzt.

Der Kombinierprozeß 10 liefert einen zusammenge setzten oder kombinierten Vertrauenswert, der die einzelnen Werte mittelt, wenn sie dicht beieinander liegen, der es jedoch extrem niedrigen Einzelwerten gestattet, den Rest zu übersteuern.

Die Bewertung der Eingänge wird in drei Stufen ausgeführt. Zuerst wird die IFI-Wahrscheinlichkeit mit der Impulsbreitenwahrscheinlichkeit durch den folgenden Prozeß kombiniert:

wobei K eine Konstante und X eine Gewichtungsfunktion ist, welche eine Funktion der IFI-Gewichtung ist.

Als zweites werden die Wahrscheinlichkeiten für den Winkel und die Leistung unter Verwendung der fol genden Funktion kombiniert:

Wahrscheinlichkeit (Winkel) · Wahrscheinlichkeit (Leistung).

Als drittes werden die beiden Ausgänge oder Ausgaben kombiniert, um eine Gesamtwahrscheinlichkeit vorzusehen, und zwar unter Verwendung der folgenden Funktion:

[Wahrscheinlichkeit (Winkel/Leistung) · Wahrscheinlichkeit (Pulsbreite/IFI)]^1/2

Der kombinierte Vertrauenswert wird mit einem Referenzwert verglichen zwecks Bestimmung, ob der der zeit empfangene Impuls als von einem besonderen Ziel stammend akzeptiert wird oder nicht. Sind mehrere Ziele einbezogen, können die Impulse auf ausgewählte einzelne Bewertungsschaltungen aufgeteilt werden, und zwar in Ab hängigkeit von der Größe der verschiedenen Fehlerwerte, wobei jeder Impuls derjenigen Schaltung zugeordnet wird, bei der sich bei der größten Anzahl von Eigenschaften der kleinste Fehlerwert ergibt.

Obgleich bei dem obigen Beispiel vier Eigenschaften eines Impulsfolgezuges in Betracht gezogen worden sind, können auch weniger oder mehr Eigenschaften ausgewertet werden.

Claims

1. Verfahren zum Bewerten empfangener Zielradarimpulse bezüglich einer Vielzahl von Impulseigenschaften, bei welchem Verfahren für jede Eigenschaft der Wert dieser Eigenschaft für einen derzeit empfangenen Impuls mit dem mittleren Wert für vorher empfangene Impulse ver glichen wird zwecks Bereitstellung eines derzeit gemes senen Inkrements, das derzeit gemessene Inkrement einem Wahrscheinlichkeitsprozeß unterzogen wird zwecks Bereit stellung eines Vertrauenswerts für den zugeordneten Im puls und die zugeordnete Eigenschaft, und die Vertrauens werte für die Vielzahl der Eigenschaften bezüglich des zugeordneten Impulses kombiniert werden zwecks Bereit stellung eines Gesamtvertrauenswerts für den zugeordneten Impuls.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Vielzahl der Impulseigenschaften wenigstens zwei der folgenden Eigen schaften umfassen: den Zielwinkel, den Impulsleistungs pegel, die Impulsbreite und das Impulsfolgeintervall.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem eine der Vielzahl der Impulseigenschaften der Zielwinkel ist und der zugeordnete genannte Wahrscheinlichkeits prozeß eine geschätzte Rauschkomponente des derzeit empfangenen Impulses bei der Bestimmung eines Winkel vertrauenswertes berücksichtigt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Schätzung für das thermische Rauschen von dem mittleren Wert des Ziel winkels und des Leistungspegels des derzeit empfangenen Impulses abgeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem der Winkel zwischen einer Ziellinie am Empfänger und dem Ziel von gemessenen Werten des Zielwinkels im Azimut und in der Elevation abgeleitet wird und ein mittlerer Wert des Zielwinkels abgeleitet wird von den mittleren Werten der Azimut- und Elevationszielwinkel.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Vertrauenswert bezüglich wenigstens einer der Eigenschaften einem jeweiligen Gewichtungsfaktor unter zogen wird, der eine vorbestimmte Ungewißheit in den besonderen Eigenschaftswerten berücksichtigt.

7. Radarempfänger mit einer Impulsbewertungsschaltung ausgelegt zur Ausführung eines Verfahrens zur Impuls bewertung nach einem der vorstehenden Ansprüche.

8. Verfahren wie hierin vorstehend beschrieben und im wesentlichen wie dargestellt in dem beigefügten Diagramm.