DE68912955T2

DE68912955T2 - Radar-Videodetektor und Zielverfolgungsgerät.

Info

Publication number: DE68912955T2
Application number: DE89302666T
Authority: DE
Inventors: James D Corbett; Johnny A Cornett
Original assignee: Sperry Marine Inc
Current assignee: Litton Marine Systems Inc
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1989-03-17
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-03-18
Also published as: US4845500A; JP2599300B2; EP0334560A3; JPH01299484A; KR890015036A; DK141389A; DE68912955D1; DK141389D0; EP0334560A2; KR0131769B1; EP0334560B1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Technik der Verarbeitung von Radar-Videosignalen, und insbesondere auf die gleichzeitige Verarbeitung von Videosignalen von mehrfachen Zielechos unter Verwendung von adaptiven Schwellenwerteinstellungen.
Es wurden Erfassungs- oder Detektorsysteme zur Unterscheidung zwischen Zielen und Rauschen und Störungen vorgeschlagen, bei denen der Detektorschwellenwert entweder festgelegt ist oder automatisch entsprechend Änderungen im Hintergrundrauschen und Störungen eingestellt wird. Ein derartiges bekanntes System ist in der US-A-4 005 416 beschrieben. Das hierin vorgeschlagene Detektorsystem wird automatisch in Abhängigkeit von Änderungen hinsichtlich des Hintergrundrauschens und von Störungen eingestellt. Die Energiepegel von Videosignalen innerhalb von drei aufeinanderfolgenden Entfernungszellen werden einem Vergleicher zugeführt, in dem die in einer in der Mitte liegenden Entfernungszelle enthaltene Energie mit dem Energiegehalt in den beiden benachbarten Entfernungszellen verglichen wird. Eine Zielanzeige in einer Entfernungszelle wird geliefert, wenn die Verhältnisse der Energie in dieser Entfernungszelle zur Energie in jeder der beiden benachbarten Zellen beide größer als ein vorgegebener Wert sind. Rauschen und Störechos werden dadurch zu einem Minimum gemacht, daß die Ausgangssignale des Vergleichers über eine Anzahl von Entfernungsdurchläufen summiert werden. Eine Zielanzeige wird geliefert, wenn die Summe eine festgelegte Zahl erreicht, bevor eine vorgegebene Anzahl von Entfernungsdurchläufen vollendet wurde. Das Vorhandensein eines Ziels erfordert, daß beide Detektorkriterien erfüllt sind. Dieses System erfordert kontinuierliche Energievergleiche und eine redundante Verarbeitung, bevor ein vorhandenes Ziel angezeigt wird. Zusätzlich erzielt das System keine Rauschunterdrückung in dem Zielbereich. Ziele werden angezeigt, wenn die Energie in einer Entfernungszelle größer als die Energie in den beiden benachbarten Entfernungszellen ist. Damit gleitet der Detektorschwellenwert auf dem Hintergrundrauschen. Eine tatsächliche Rauschverringerung wird nicht erzielt. Weiterhin sieht dieses Detektorsystem keine Verarbeitung von mehr als einem Ziel innerhalb eines Peilsektors vor.
Bei einem bekannten Zielverfolgungssystem, das in der US-A-4 070 673 beschrieben ist, werden von einem Rechner erzeugte Digitalsignale, die die Vorder- und Hinterkanten von Entfernungs- und Azimutintervallen darstellen, die ein Zielverfolgungsfenster bilden, mit der momentanen Entfernungs- und Antennenposition verglichen, um Impulse zu liefern, die das Öffnen und Schließen eines Zielverfolgungsfensters darstellen. Diese Steuereinheit liefert Signale an eine Vielzahl von Zählschaltungen, in denen die Anzahl der Impulsaussendungen, der durchlaufenen Entfernungsabschnitte und der Radarzielechos in dem definierten Zielverfolgungsfenstern gezählt werden. Die Impulsaussendungs- und Entfernungsabschnitts-Zähler sind mit Akkumulatoren gekoppelt, die durch Impulse von einem Vergleicher freigegeben werden, die geliefert werden, wenn die Radar-Videoechos innerhalb des Zielverfolgungsfenster einen festen Signal-Schwellenwert überschreiten. Wenn der mit dem Impulsaussendungszähler verbundene Akkumulator freigegeben wird, wird die Impulsaussendungszählung, die dem freigebenden Radarecho entspricht, dem Gesamtwert in dem Akkumulator hinzuaddiert, um eine bewertete Summe von winkelmäßigen Echos zu erzielen. In einer ähnlichen Weise gibt ein Radarecho den Akkumulator frei, der mit dem Entfernungsabschnitt-Zähler verbunden ist, um die Entfernungsabschnitt- Zählung, die dem Radarecho zugeordnet ist, zum Gesamtwert in dem Entfernungsakkumulator hinzuzuaddieren. Diese bewerteten Summen und die Radarziel-Echo-Zählung werden dazu verwendet, die Entfernungs- und Winkel-Schwerpunkte eines Ziels zu bestimmen. Obwohl dieses System eine genaue Zielverfolgung eines festgestellten Ziels ergibt, arbeitet es bei einem festen Detektor-Schwellenwert, was eine M von N-Verarbeitung erfordert, um die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen zu verringern. Weiterhin hat das System nicht die Möglichkeit, mehrfache Ziele auf einer vorgegebenen Peilrichtung zu verarbeiten.
Andere bekannte Detektor- und Zielverfolgungssysteme verwenden entweder feste Schwellenwerte zur Unterscheidung zwischen Zielen und Rauschen, oder sie verwenden sequentielle Verfahren, die einen vorgegebenen Detektor- der Rausch-Schwellenwert ausbilden und dann den Schwellenwert in Abhängigkeit von den beobachteten Zielgrößen und den Rausch- und Störpegeln vergrößern oder verkleinern. Derartige Systeme ergeben keine optimalen Schwellenwerte bei einer einzigen Antennenablenkung oder sie erfordern eine Vielzahl von Durchläufen oder Ablenkvorgängen, um einen optimalen Schwellenwert zu erzielen. Weiterhin sind diese bekannten Systeme nicht in der Lage, mehrfache Ziele auf einer Peilrichtung zu verfolgen. Weil lediglich Daten für ein einziges Ziel auf einer Peilrichtung bei einer einzigen Ablenkung verarbeitet werden können, sind mehrfache Ablenkvorgänge erforderlich, um eine Zielinformation für mehrfache Ziele auf einer Peilrichtung auf den neuesten Wert zu bringen. Weiterhin tritt bei den bekannten Systemen ein Schalten von der Verfolgung eines Ziels auf die Verfolgung eines zweiten Ziels (Zielvertauschung) auf, wenn das zweite Ziel sich in der Nähe des ersten befindet und sein Radarecho das des ersten Ziels übersteigt.
In der EP-A-0 030 750 ist eine Schwellenwertschaltung für Radar-Videosignale beschrieben, bei der der Radarerfassungsbereich in Zonen unterteilt ist, die durch Azimutsektoren und Entfernungsringe gebildet sind, wobei die Zonen in Zellen unterteilt sind, die durch Radarabtastungen und Entfernungsquanten gebildet sind. Diese Schaltung verwendet keine Einrichtungen zur Handhabung von Rauschsignalen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, verarbeitet Radarvideosignale zur Verringerung von Rauscheinwirkungen, ergibt veränderliche Schwellenwerte in Abhängigkeit von Hintergrundrauschen und Störzielen, ermöglicht eine mehrfache Zielverfolgung und verhindert eine Zielvertauschung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Verbesserung der Radarvideosignale das Videosignal wiederholter Entfernungsabtastungen über kleine Sektoren gemittelt, um die Wirkung von Rauschen zu verringern und um die Signalamplitude zu verbessern. Ein adaptiver Detektorschwellenwert wird dadurch gebildet, daß das Hintergrundrauschen in der Nähe des Ziels gemessen und ein Mittelwert und eine mittlere Abweichung des Rauschens berechnet wird. Dieser Wert wird für jedes Ziel bei jeder Ablenkung berechnet, so daß der berechnete Schwellenwert präzise ist und sich dynamisch an sich ändernde Bedingungen anpaßt. Die Verfolgung mehrfacher Ziele auf einer vorgegebenen Peilrichtung wird dadurch durchgeführt, daß die Videodaten gespeichert werden, so daß die Daten nachfolgend genauso leicht verarbeitet werden können, wie Ziele auf unterschiedlichen Peilrichtungen. Weiterhin wird eine Zielvertauschung durch eine Kombination der Einstellung der Fenstergröße (eine Vielzahl von Sektoren) gemäß der Größe des verfolgten Ziels und durch Bewerten der Sektoren derart verringert, daß die Sektoren an den Rändern des Fensters Berechnungen der Zielposition nicht so stark beeinflussen, wie die in der Mitte liegenden Sektoren.
Radar-Videosignale von einem Ziel oder einem Störzeichen werden in kleinen Bereichen (Zellen) gemittelt und in einem Speicher zur Verarbeitung gespeichert. Diese Zellen sind Elemente in einer Matrix, die durch n-Azimutsektoren und m-Entfernungsabschnitte in einem Zielfenster gebildet sind, wobei das Fenster m X n-Zellen enthält. Gespeicherte Werte in den ersten und letzten Reihen der Zellen in dem Fenster werden verarbeitet, um den Mittelwert und den mittleren Abweichungswert für jede Reihe festzulegen. Die Mittelwerte und mittleren Abweichungswerte in der Reihe, die die kleineren Mittelwerte und mittleren Abweichungswerte aufweisen, werden für die weitere Verarbeitung ausgewählt. Eine lineare Kombination der gewählten Mittelwerte und mittleren Abweichungswerte wird von jedem gemittelten Signal subtrahiert, um eine neue gespeicherte Amplitude für jede Zelle mit beträchtlich verringertem Hintergrundrauschen und Störsignalen festzulegen.
Jedes Sektorelement wird dann mit seinen benachbarten Elementen verglichen und eine Detektion oder Erkennung wird in einer Zelle angezeigt, wenn zumindestens eines der beiden benachbarten Elemente positive resultierende Amplituden aufweist.
Die Anzahl der Detektionsvorgänge und ihre Position innerhalb des Fensters wird dann zur Einstellung der Fenstergröße verwendet. Eine Schwerpunktsberechnung wird dann durchgeführt, um das Ziel im Inneren des eingestellten Fensters zu zentrieren.
Die Zielposition wird aus aufeinanderfolgenden Antennenablenkvorgängen bestimmt. Aus den Positionsunterschieden und dem abgelaufenen Zeitintervall zwischen Ablenkvorgängen wird eine anffängliche Zielgeschwindigkeit und ein anfänglicher Zielkurs berechnet. Ein rekursives Filter empfängt die berechnete Geschwindigkeit und den Steuerkurs des Ziels als ein Anfangswert und berechnet eine neue geschätzte Position. Jede berechnete Position wird mit der geschätzten Position aus der vorhergehenden Ablenkung verglichen, um einen Abschätzfehler zu bestimmen, der dann dazu verwendet wird, die nächste geschätze Position festzulegen. Der Fehler wird sehr schnell zu einem Minimum gemacht und eine genaue Zielverfolgung wird erreicht.
Ein Radar-Videodetektor und Zielverfolgungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr ausführlicher in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Darstellung eines Zielfensters ist,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Zieldetektor- und Verarbeitungsschaltung der dargestellten Ausführungsform ist,
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Rauschverringerungseinheit nach Fig. 1 ist, und
Fig. 4 ein Blockschaltbild der Zielgrößen- und Zielpositionseinheit nach Fig. 1 ist.
Ein Zielfenster, innerhalb dessen ein Ziel verfolgt werden soll, ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Azimutgröße für dieses Fenster kann neun (9) Azimutsektoren umfassen, die bei einem Azimut As beginnen und bei einem Azimut At enden, wobei jeder Sektor 0,35 Grad umfassen kann, während eine Entfernungsgröße, die bei einem Entfernungsanfang Rs beginnt und an einem Entfernungsende Rt endet, sechzehn (16) gleiche Entfernungsabschnitte umfassen kann. Die Anzahl von Azimutsektoren und Entfernungsabschnitten kann entsprechend einer gewünschten Entfernungsgröße eingestellt werden. Die gezeigte Anordnung bildet eine Matrix von 9 x 16 Zellen, von denen jede einen Bereich überdeckt, der kleiner als die erwartete körperliche Größe des Ziels ist, so daß das Ziel in mehr als einer Zelle erfaßt wird. Obwohl eine Matrix von 9 Spalten x 16 Zeilen mit einem Azimutsektor von 0,35 Grad gezeigt ist, ist dies lediglich als Beispiel und in keiner Weise als beschränkend zu betrachten. Die tatsächliche Fenstergröße wird entsprechend der Größe des Ziels abgeändert, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
Eine Antennenablenkgeschwindigkeit für das System kann typischerweise 22 Umdrehungen pro Minute betragen, während die Impulswiederholfrequenz so gewählt werden kann, daß sie 640 Hz, 1600 Hz oder 3200 Hz ergibt. Somit kann sich für diese Werte die Anzahl der Impulse, die in jedem Azimutsektor ausgesandt werden, zwischen eins (1) und neun (9) ändern.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 bei fortgesetzter Betrachtung der Fig. 1 ist zu erkennen, daß Analog-Videosignale an einer Leitung 22, die Radarechos von einem Ziel darstellen, einen Digitalisierer 28 eines Zielverfolgungs-Videoprozessors 10 zugeführt werden. Radar-Triggerimpulse an einer Leitung 24, Antennenablenkimpulse an einer Leitung 26, die die Azimutdrehung einer nicht gezeigten Antenne darstellen, und Entfernungsstartimpulse an einer Leitung 36, die von einem Zielverfolgungsprozessor 12 geliefert werden, werden einer Mittelwertbildungsschaltung 30 in dem Zielverfolgungs-Videoprozessor 10 zugeführt. Der Zielverfolgungs-Prozessor 12 bestimmt die Größe des Ziels und stellt die Fenstergröße in Abhängigkeit hiervon ein. Eine Zielpositions-Abschätzeinrichtung 65 in dem Zielverfolgungs-Prozessor 12 berechnet die Entfernung und Peilrichtung des Ziels und liefert geschätzte Entfernungs- und Peilrichtungswerte zu einer gewünschten zukünftigen Zeit.
Die Videodaten werden mit einer Abtastrate, die von einem Abtastratensignal an einer mit den Zielverfolgungs-Prozessor 12 gekoppelten Leitung 38 festgelegt wird, in Digitalworte codiert, und die digitalisierten Videodaten, die jeder Zellenposition entsprechen, werden über die Anzahl von aufeinanderfolgenden Radarimpulsen in dem Azimutsektor gemittelt. Die Anzahl dieser Impulse ist eine Funktion der Impulswiederholfrequenz. Jeder Triggerimpuls bezeichnet den Anfang eines Video-Datenzyklus. Die Mittelwertbildungsschaltung 30 summiert die Signalamplituden in Digitalformat für jede Zelle und dividiert die akkumlierten Werte durch die Anzahl der Triggerimpulse innerhalb eines Azimutsektors auf der Leitung 24, um einen mittleren Videowert für jede Zelle festzulegen.
Gemittelte Videodaten für jede Zelle werden in einem Videospeicher 32 gespeichert, der zwei Speichereinheiten umfaßt, wobei jedes Speicherelement in jeder Einheit eine Zelle eines Fensters darstellt. Während die erste Speichereinheit gemittelte Daten über einen Satz von Entfernungsanfängen in einer Azimutgröße empfängt, überführt die zweite Speichereinheit die darin gespeicherten gemittelten Daten, die über die vorhergehende Azimutgröße gewonnen wurde, an den Zielverfolgungs-Prozessor 12 für eine weitere Verarbeitung und Zielverfolgung, wie dies noch zu beschreiben ist. Das System speichert und verarbeitet in der derzeitigen Konfiguration bis zu acht Ziele auf einer Peilrichtung und bis zu zwanzig Ziele für alle Peilrichtungen während einer Antennenablenkung oder Antennendrehung.
Wie dies aus Fig. 3 zu erkennen ist, werden zu dem Zielverfolgungs-Prozessor 12 überführte Daten in einem Speicher 41 in einem Rauschverringerungselement 40 gespeichert. Eine Mittelwert- und mittlere Abweichungswert-Einheit 43 liest diese Daten für jedes Fenster und beginnt die Rauschverringerungsverarbeitung durch Berechnen der Mittelwerte und mittleren Abweichungswerte für die in den ersten und letzten Reihen (Y&sub1;,Y&sub1;&sub6;) des Fensters gespeicherten Werte. Der Mittelwert wird durch Summieren der Werte in jeder Zelle und Dividieren des Ergebnisses durch die Anzahl der Zellen bestimmt. Die mittlere Abweichung wird dann dadurch bestimmt, daß der Mittelwert von dem Wert in jeder Zelle in der Reihe subtrahiert, die Absolutwerte der Differenzen summiert und durch die Anzahl der Zellen dividiert werden. Der Mittelwert plus ein Maßstabsfaktor multipliziert mit der mittleren Abweichung in der Reihe, die die kleineren Werte des Mittelwertes und der mittleren Abweichung bilden, werden dann von den Werten in allen Zellen des Fensters subtrahiert. Der Maßstabsfaktor-Multiplikator wird von dem Benutzer gemäß seiner Abschätzung des Ausmaßes von Hintergrundstörungen ausgewählt. Dies ergibt eine Störverringerung, die auf den tatsächlichen Hintergrundstörungen beruht.
Eine weitere Störverringerung wird durch einen 2-von-2- Korrelationsprozessor 45 innerhalb des Zielverfolgungs- Prozessors 12 erreicht, der die Amplitude in den Zellen rechts und links jeder Zelle prüft, die eine positive Amplitude nach der anfänglichen Rauschverringerung aufweisen. Wenn nicht zumindestens eine der Zellen, die an die in der Mitte liegende Zelle angrenzen, eine positive Amplitude aufweist, so wird die Amplitude der in der Mitte liegenden Zelle auf Null gesetzt. Damit müssen zumindestens zwei benachbarte Zellen mit positiven Werten vorliegen, um das Vorhandensein eines Ziels festzulegen. Weil jede Zelle einen Bereich überdeckt, der kleiner als die erwartete Zielgröße ist, muß eine Zielerfassung in zwei oder mehr aneinander angrenzenden Zellen auftreten. Entsprechend beruhen Erfassungen oder Detektionen in isolierten Zellen auf Rauschen oder Störungen. Dieser Korrelationsvorgang beseitigt alle gespeicherten Zellenwerte in dem Fenster, die in Azimutrichtung keine Korrelation mit einer ihrer benachbarten Zellen aufweisen. Es ist zu erkennen, daß eine ähnliche Korrelation entlang der Entfernungsachse durchgeführt werden kann.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 2 ist zu erkennen, daß nach dem Korrelationsvorgang das Fenster von einem Zielerfassungs- Prozessor 44 abgesucht wird, um das Vorhandensein eines Ziels zu bestimmen. Eine Zielerfassung wird in dem Zielerfassungs- Prozessor 44 bestätigt, wenn die Anzahl der korrelierten Echos in dem Fenster einen vorher festgelegten Wert übersteigt. Wenn ein Ziel in einer Zelle erfaßt oder erkannt wird, so werden die Zellendaten einem Zielgrößen- und Positions-Prozessor 46 zugeführt, um die Zielgröße und -position in dieser Zelle festzustellen. Gemäß Fig. 4 schließt ein Zielgrößen- und Positions- Prozessor 46 einen Zähler 47 für korrelierte Echos ein, der die Zielgröße dadurch bestimmt, daß die Anzahl von korrlierten Echos in dem Fenster gezählt wird. Weil jede Zelle bekannte Entfernungs- und Azimut-Abmessungen aufweist, ergibt diese Zählung die Größe des Ziels. Nachdem die Zielgröße bestimmt wurde, werden die Größendaten einem Fenstergrößen-Prozessor 49 zugeführt, der noch zu beschreiben ist.
Gemäß Fig. 4 werden die Entfernungs- und Azimut-Positionen eines Ziels in dem Fenster durch Summieren der Amplitude in allen Zellen einer Entfernungsreihe und durch Summieren der Amplituden aller Zellen in einer Azimutspalte, durch Bewerten der Entfernungsreihensummen mit der Entfernungsreihenposition und durch Summieren zur Erzielung einer bewerteten Entfernungsreihensumme, Bewerten der Azimut-Spaltensummen mit der Azimut- Spaltenposition zur Erzielung einer bewerteten Spaltensumme und durch Dividieren der bewerteten Entfernungsreihen- und Azimutspaltensummen durch die Summe der Amplituden in allen Zellen des Fensters bestimmt. Die bewertete Entfernungsreihensumme (my)f, die bewertete Azimutspaltensumme (mx)f und die Summe der Amplituden nf innerhalb des Fensters werden durch einen Prozessor 51 für eine bewertete Entfernungsamplitude, einen Prozessor 53 für eine bewertete Azimutamplitude bzw. einen Prozessor 45 für eine Fenster-Amplitudensumme berechnet. Der Summenausgang des Fenster-Amplitudensummen-Prozessors 55 wird Dividierern 57 und 59 zugeführt, während die Summenausgänge des Prozessors 51 für die bewertete Entfernungsamplitude und des Prozessors 53 für die bewertete Azimutamplitude jeweils den Dividierern 57 bzw. 59 zugeführt werden, von denen die Zielentfernungs-(my)f/nf- bzw. Azimut-(mx)f/nf-Positionen in der Zelle geliefert werden.
Alle die Summen nf, (my)f und (mx)f werden akkumuliert, indem der Wert für eine Zelle, Entfernungsreihe und Azimutspalte zu dem Wert addiert wird, der aus der Addition der Werte von vorhergehenden Zellen, Entfernungsreihen und Azimutspalten akkumuliert wurde. Wenn die akkumulierten Summen vor der k-ten Addition mit dem Index k-1 bezeichnet werden, so sind die Summen nach der k-ten Addition für die Summe der Amplituden in allen den Zellen n, für die bewertete Azimut-Spaltensumme mx und die bewertete Entfernungsreihensumme my wie folgt:
nk = nk-1 + ak
(my)k = (my)k-1 + Jk*aJk
(mx)k = (mx)k-1 + Ik*aIk
worin: ak die Amplitude in der k-ten addierten Zelle
Jk die k-te Reihenposition,
aJk die Summe der Amplituden in der Reihe Jk für die k-te Summe,
Ik die k-te Spaltenposition und
aIk die Summe der Amplituden in der Spalte Ik für die k-te Summe ist.
Die Zielposition (my)f/nf, (mx)f/nf wird einem Zielschwerpunkt-Prozessor 61 zugeführt, der die Entfernungs- und Azimutpositionen um eine Halbzellenbreite in beiden Abmessungen versetzt, um den Zielschwerpunkt auf den Mittelpunkt einer Zelle zu positionieren, und der die Ergebnisse dem Entfernungsanfang Rs und dem Azimutanfang As hinzuaddiert, um einen Entfernungsschwerpunkt Rcg und einen Azimut-Schwerpunkt Acg zu gewinnen, die durch die folgenden Gleichungen dargestellt sind:
Rcg = Rs + [(my)f/nf + 0,5]
Acg = As +[(mx)f/nf + 0,5]
Diese Zielposition in dem Fenster wird dem Fenstergrößen- Prozessor 49 zugeführt, dem außerdem die Zielgrößendaten zugeführt werden.
Nachdem die Zielgröße und der Schwerpunkt in dem Fenster bestimmt wurde, stellt der Fenstergrößen-Prozessor 49 das Fenster derart ein, daß das Ziel zwischen 25 und 75 Prozent des Fensters in der Entfernungsabmessung überdeckt und positioniert das Fenster entlang der Entfernungsachse derart, daß eine vorgegebene Anzahl von leeren Entfernungsabschnitten, die nicht kleiner als 4 sein können, zwischen dem Ziel und sowohl dem Entfernungsanfang als auch dem Entfernungsende liegen. Der Fenstergrößen-Prozessor 49 positioniert das Fenster auch in Azimutrichtung derart, daß nicht weniger als 2 Azimutsektoren auf jeder Seite des Ziels liegen.
Sobald das Ziel im wesentlichen zentriert ist, ordnet der Fenstergrößen-Prozessor 49 jeder Zelle in dem Fenster eine Wertigkeit zu, die auf die Amplitude einer Erfassung oder Detektion in der Zelle bei der nachfolgenden Abtastung für dieses Ziel anzuwenden ist. Die zugeordnete Bewertung beträgt Eins für Zellen in dem Zielbereich und ist ein Faktor von weniger als Eins für Zellen an und in der Nähe der Fenstergrenzen. Weil Detektionen in den Zellen in einer Entfernung von dem Ziel eine geringere Wertigkeit gegeben wird als Detektionen in dem Zielbereich, erscheint ein zweites, in das Fenster eintretendes Ziel weniger hervortretend als es tatsächlich ist, so daß eine beträchtliche Verringerung in der Wahrscheinlichkeit einer Zielvertauschung erzielt wird.
Wenn die Bestimmung des Ziel-Schwerpunktes abgeschlossen ist, werden die Zielpositionsdaten über eine Leitung 63 von dem Zielschwerpunkt-Prozessor 61 einem Geschwindigkeits- und Kurs- Prozessor 52 zugeführt, in dem die Zielgeschwindigkeit und der Zielkurs dadurch berechnet werden, daß die vorher berechnete Position von der derzeitigen berechneten Position subtrahiert und durch die Antennendrehgeschwindigkeit dividiert wird. Weil die Anfänge des Fensters vor der nächsten Ablenkung oder Drehung zur Gewinnung neuer Werte festgelegt werden müssen, liefert der Geschwindigkeits- und Kurs-Prozessor 52 die Geschwindigkeit und den Kurs darstellende Signale an eine Zielpositions- Abschätzeinrichtung 65. Die Zielpositions-Abschätzeinrichtung 65 umfaßt ein Alpha-Beta-Filter und verwendet diese Signale, um die Zielposition zu der Zeit für die Ablenkung für die nächste Werterneuerung vorherzusagen und liefert die vorhergesagte Position darstellende Signale an den Zielverfolgungs-Prozessor 12.
Polarkoordinatendaten der derzeitigen Zielposition, die von dem Geschwindigkeits- und Kurs-Prozessor 52 empfangen werden, werden in rechtwinklige Koordinaten umgewandelt und kanalförmig für eine getrennte X- und Y-Verarbeitung weitergeleitet. Der Geschwindigkeits- und Kursprozessor 52 subtrahiert die vorher gemessene Zielkoordinatenposition von der derzeit gemessenen Zielkoordinatenposition und dividiert durch die Antennenablenkzeit, um gemessene Koordinatengeschwindigkeiten vx und vy festzulegen. Die derzeit gemessenen Koordinatenpositionen, die derzeitigen Koordinatengeschwindigkeiten und die vorher vorausgesagte Koordinatenposition und die vorhergesagten Koordinatengeschwindigkeiten werden in dem Alpha-Beta-Filter in der Zielpositions-Abschätzeinrichtung 65 verwendet, um eine vorhergesagte Zielposition und eine vorhergesagte Zielgeschwindigkeit für die nächste Antennenablenkung in der folgenden Weise zu bestimmen:
vx2 = vx1 + β (x-x&sub1;)fc/ts
x&sub2; = x&sub1; + α (x-x&sub1;)fc+(vx1-v)ts
worin:
x = derzeitige Position (x ist repräsentativ sowohl für die x- als auch y-Koordinaten, weil die gleichen Gleichungen die vorhergesagte Position und Geschwindigkeit für beide Koordinaten bestimmen).
x&sub1; = letzte vorhergesagte Position
x&sub2; = derzeit vorhergesagte Position
vx1= letzte vorhergesagte Geschwindigkeit
vx2= derzeit vorausgesagte Geschwindigkeit
ts = Antennenablenkzeit
fc= ein Faktor ist, der eine Funktion der Anzahl der Antennenablenkvorgänge seit der letzten Messung ist (dieser Faktor ermöglicht eine Extrapolation der Zielposition aus der zuletzt gemessenen Geschwindigkeit):
β = 1/(fscfc)²
fsc = Filterablenkzählung
α = 2 β
Wenn die vorhergesagte Zielposition bei einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Ablenkungen zur Werterneuerung von der tatsächlichen Position abweicht, so werden die Filterzeitkonstanten geändert, um schnellere Werterneuerungen zu erzielen. Wenn die tatsächlichen Zielpositionen wieder mit einer vorgegebenen Toleranz der vorhergesagten Zielposition entsprechen, so werden die Filterzeitkonstanten auf ihre ursprünglichen Werte zurückgeführt.
Die Zielpositions-Abschätzeinrichtung 65 liefert die Positionen von verfolgten Ziele darstellende Signale. Diese Signale können eine Anzeigeeinheit zur Anzeige sowie anderen Systemen zur Weiterverarbeitung zugeführt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Erfassung von Radarecho-Videosignalen, mit:

Einrichtungen (28) zum Empfang der Videosignale innerhalb vorgegebener Entfernungsabschnitte und vorgegebener Winkelsektoren, die ein Zielfenster bestimmen, wobei jedes Fenster eine Vielzahl m von Entfernungsabschnitten einschließt und sich in Winkelrichtung über eine Mehrzahl n von Winkelsektoren erstreckt, um repräsentative Signale zu liefern, die die mittleren Amplituden einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Radarechos innerhalb jeder Zelle einer Matrix von Zellen darstellen, die durch die Entfernungsabschnitte und die Winkelsektoren gebildet ist, wobei jeder Entfernungsabschnitt eine Reihe in der Matrix bildet und jeder Winkelsektor eine Spalte bildet,

Einrichtungen (30) zur Mittelwertbildung und zum Speichern der repräsentativen Signale in den Zellen entsprechenden Speichereinheiten, wodurch gespeicherte gemittelte Signale ausgebildet werden, und

mit den Speichereinrichtungen gekoppelte Einrichtungen (40) zur Lieferung von Signalen mit verringertem Rauschen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rauschverringerungseinrichtung (40) folgende Teile einschließt:

auf die gespeicherten gemittelten Signale ansprechende Einrichtungen (43) zur Berechnung eines Mittelwertes und eines mittleren Abweichungswertes für die repräsentativen Signale in zumindestens einer Reihe der Matrix und zur Subtraktion einer Kombination des Mittelwertes und des mittleren Abweichungswertes von dem gespeicherten gemittelten Signal in jeder Zelle, wodurch ein Signal mit verringertem Rauschen in jeder Zelle gebildet wird, und

auf die Signale mit verringertem Rauschen ansprechende Einrichtungen (45), die positive Signale mit verringertem Rauschen in den Zellen auf Null setzen, die nicht zumindestens eine angrenzende Zelle mit einem positiven Signal mit verringertem Rauschen aufweisen, wobei aneinander angrenzende Zellen mit positiven rauschreduzierten Signalen erfaßte Zieleinheiten darstellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin folgende Teile einschließt:

Einrichtungen (47) zum Zählen der erfaßten Zieleinheiten in jedem Fenster zur Lieferung eines eine Zielgröße hierin darstellenden Signals,

Einrichtungen (51) zur Bewertung der erfaßten Zieleinheiten gemäß der Reihenpositionen und Summieren der hinsichtlich der Reihenpositionen bewerteten erfaßten Zieleinheiten zur Gewinnung eines bewerteten Reihen-Summensignals für jede Reihe in jedem Fenster,

Einrichtungen (53) zur Bewertung der erfaßten Zieleinheiten entsprechend der Spaltenpositionen und Summieren der hinsichtlich der Spaltenpositionen bewerteten erfaßten Zieleinheiten zur Gewinnung eines bewerteten Spaltensignals für jede Spalte in jedem Fenster,

Einrichtungen (55) zur Summierung der Signale in allen Zellen zur Gewinnung einer Fenster-Gesamtsignalsumme für jedes Fenster, und

Einrichtungen (57,59,61), die auf die bewerteten Reihenund Spalten-Summensignale und die Fenster-Gesamtsignalsumme ansprechen, um die bewerteten Reihen- und Spalten-Summensignale durch die Fenster-Gesamtsignalsumme zu dividieren, um ein die Zielposition in jedem Fenster darstellendes Signal zu gewinnen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin Einrichtungen (49) einschließt, die auf das die Zielgröße darstellende Signal und das die Zielposition darstellende Signal ansprechen, um jede Fenstergröße entsprechend der Zielgröße hierin einzustellen, um eingestellte Fenster zu schaffen, und um Ziele in den eingestellten Fenstern zu zentrieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Videosignale durch ein Radarsystem geliefert werden, das eine Ablenkantenne und Einrichtungen zur Bestimmung von Winkelpositionen von Zielen in den Fenstern bezüglich eines vorgegebenen Winkelbezugswertes aufweist und daß die Vorrichtung weiterhin folgende Teile einschließt:

Einrichtungen (52) zur Bestimmung von Geschwindigkeiten und Kursen von sich bewegenden Zielen in den Fenstern und zur Lieferung von diese darstellenden Signalen, und

auf die die Geschwindigkeit und den Kurs darstellenden Signale ansprechende Einrichtungen (65) zur Lieferung vorhergesagter Positionen der Ziele für nachfolgende Antennenablenkvorgänge.

5. Verfahren zur Erfassung von Radarecho-Videosignalen, das die folgenden Schritte einschließt:

Empfang der Videosignale innerhalb vorgegebener Entfernungsabschnitte und vorgegebener Winkelsektoren, die ein Zielfenster festlegen, wobei das Fenster eine Vielzahl m von Entfernungsabschnitten und eine Mehrzahl n von Winkelsektoren einschließt, die Zellen in einer Entfernungs-/Winkel-Matrix von Zellen bilden, wobei jeder Entfernungsabschnitt eine Reihe von Zellen ist und jeder Azimutsektor eine Spalte von Zellen ist,

Mitteln der Signalamplituden aufeinanderfolgender Radarechos für jede Zelle zur Lieferung von repräsentativen Signalen, die mittlere Amplituden in jeder Zelle darstellen,

Speichern der repräsentativen Signale in jeweils den Zellen entsprechenden Speichereinheiten, wodurch gespeicherte Signale gebildet werden, und Erzeugung von rauschreduzierten Signalen aus den gespeicherten Signalen,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin folgende Schritte umfaßt:

Berechnen eines Mittelwertes und eines mittleren Abweichungswertes für die repräsentativen Signale in zumindestens einer Reihe der Matrix in Abhängigkeit von den in dem Speicher gespeicherten Signalen,

Subtrahieren einer linearen Kombination des Mittelwertes und des mittleren Abweichungswertes von den gespeicherten Signalen, wodurch rauschreduzierte Signale gebildet werden, und

Setzen von positiven rauschreduzierten Signalen in Zellen, die nicht zumindestens eine angrenzende Zelle mit einem positiven rauschreduzierten Signal haben, auf Null, wobei aneinander angrenzende Zellen mit darin enthaltenen positiven rauschreduzierten Signalen erfaßte Zieleinheiten darstellen.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin die folgenden Schritte einschließt:

Zählen der Zieleinheiten in jedem Fenster zur Schaffung eines Signals für jedes Fenster, das die darin enthaltene Zielgröße darstellt,

Bewerten der erfaßten Zieleinheiten entsprechend der Reihenpositionen in dem Fenster zur Erzielung eines hinsichtlich der Reihe bewerteten Signals für jede Reihe,

Bewerten der erfaßten Zieleinheiten entsprechend der Spaltenpositionen in dem Fenster zur Erzielung eines hinsichtlich der Spalte bewerteten Signals für jede Spalte,

Summierung der hinsichtlich der Reihen bewerteten Signale, der hinsichtlich der Spalten bewerteten Signale und der Signale in allen Zellen in dem Fenster zur Gewinnung eines Signals, das eine hinsichtlich der Reihe bewertete Summe darstellt, eines Signals, das eine hinsichtlich der Spalte bewertete Summe darstellt, beziehungsweise eines eine Gesamtsignalsumme darstellenden Signals für das Fenster, und

Dividieren der hinsichtlich der Reihen und Spalten bewerteten Summen des Fensters durch das die Gesamtsumme darstellende Signal zur Gewinnung eines die Zielposition in jedem Fenster darstellenden Signals.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin die Schritte der:

Einstellung der Fenstergröße in Abhängigkeit von der darin enthaltenen Zielgröße, wodurch ein eingestelltes Fenster erzielt wird, und

der Zentrierung eines Ziels innerhalb des eingestellten Fensters einschließt.