Verfahren zur Klassifizierung bewegter ZieleMethod for classifying moving targets
Zusatz zu . ... ... (amtl. Akt.Z. P 29 28 907.4) Die Erfindung beziehtsich auf ein Verfahren zur Klassifizierung bewegter Ziele unter Verwendung einesDopplerradargerätes mit Festzeichenunterdrückung, wobei die Echosignale bewegterZeile durch Spektralanalyse auf periodische Nebenlini en des Doppler-Frequenzspektrumsuntersucht werden, die durch periodische Änderung des Reflexionsverhaltens des Zielesoder von Teilen des Zieles erzeugt werden und wobei die für die Klassifizierungdes Zieles charakteristischen Nebenlinien eliminiert und ausgewertet werden.Addition to. ... ... (official file number P 29 28 907.4) The invention relatesrefers to a method for classifying moving targets using aDoppler radar device with fixed-character suppression, with the echo signals movingLine by spectral analysis for periodic side lines of the Doppler frequency spectrumbe investigated by periodically changing the reflection behavior of the targetor from parts of the target and being used for classificationthe target's characteristic secondary lines are eliminated and evaluated.
Das von einem angetriebenen Flugobjekt herrührende Frequenzspektrumeines Radarechos weist neben der durch die Radialgeschwindigkeit hervorgerufenenDopplerlinien noch weitere charakteristische Frequenzlinien auf, die von den rotierendenTeilen des Antriebes, wie z. B. Schaufelräder, Verdichterstufen oder Propeller,erzeugt werden und somit charakteristisch für den Typ eines Flugobäektes sind. DieFrequenzlinien treten in Form eines Linienspektrums auf, das aus einer charakteristischenGrundfrequenz fc und ihren Harmonischen n fc (n = 2, 3, 4, ...) besteht und symmetrischzur Dopplerlinie angeordnet ist. Zwischen der Grundfrequenz fcS der Drehzahl N undder Schaufel- bzw.The frequency spectrum resulting from a propelled flying objectof a radar echo in addition to the one caused by the radial velocityDoppler lines still further characteristic frequency lines, those of the rotatingParts of the drive, such. B. paddle wheels, compressor stages or propellers,are generated and are therefore characteristic of the type of Flugobäektes. theFrequency lines appear in the form of a line spectrum that consists of a characteristicFundamental frequency fc and its harmonics n fc (n = 2, 3, 4, ...) and symmetricalis arranged to the Doppler line. Between the basic frequency fcS the speed N andthe shovel resp.
Propellerzahl Z besteht folgender einfacher Zusammenhang: fc = 0 XZ.Propeller number Z has the following simple relationship: fc = 0 XZ.
7 Ausfertigungen 4,AusfertigungAußerdem treten beiturbinengetriebenen Flugobjekten noch Linien + m fi (m = 1, 2, 3, ...) mit einemwesentlich geringeren Frequenzabstand auf. Sie werden durch im Inneren der Turbineliegende Rotoren hervorgerufen, die zwar die gleiche Drehzahl N, jedoch eine unterschiedlicheSchaufel zahl Z gegenüber den außen liegenden Rotoren besitzen.7 copies 4, copyAlso jointurbine-powered objects in flight still have lines + m fi (m = 1, 2, 3, ...) with amuch smaller frequency spacing. You will go through inside the turbinehorizontal rotors caused the same speed N, but a different oneHave number Z of blades opposite the outer rotors.
Die Auswertung des Linienspektrums der Radarechos wird dadurch erschwert,daß das um die Dopplerfrequenz verschiedene Linienspektrum seine absolute Lage imGesamtspektrum entsprechend der Radialgeschwindigkeit des Flugobjektes ändert. Außerdemändert sich das charakteristische Linienspektrum eines Flugobjektes, relativ zurDopplerverschiebung betrachtet, mit der Drehzahl N innerhalb des relevanten Drehzahlbereiches,der ungefähr zwischen 85 % und 105 % der Nenndrehzahl liegt.The evaluation of the line spectrum of the radar echoes is made more difficultthat the line spectrum, which differs from the Doppler frequency, has its absolute position in theTotal spectrum changes according to the radial speed of the flying object. aside from thatthe characteristic line spectrum of a flight object changes relative toDoppler shift considered, with the speed N within the relevant speed range,which is approximately between 85% and 105% of the rated speed.
Bei anderen bewegten Zielen, wie z. B. bei Land- oder Wasserfahrzeugen,tritt derselbe Zusammenhang zwischen der durch die Radialgeschwindigkeit hervorgerufenenDopplerlinie und den durch rotierende Fahrzeugteile erzeugten Nebenlinien auf.For other moving targets, such as B. for land or water vehicles,the same relationship occurs between that caused by the radial velocityDoppler line and the secondary lines generated by rotating vehicle parts.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Auswertung des Linienspektrumszu verbessern und damit die Klassifizierung sicherer zu machen. Gemäß der Erfindungwird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die von den Echosignalen abgeleiteten Videosignalebzw. die durch Spektralanalyse-gewonnenen Frequenzwerte durch Verschiebung des gesamtenFrequenzspektrums auf die Dopplerfrequenz normiert werden, derart, daß die Dopplerfrequenzlinieden Wert 0 Hz erhält.The object of the invention is to evaluate the line spectrumto improve and thus to make the classification more reliable. According to the inventionThis object is achieved in that the video signals derived from the echo signalsor the frequency values obtained by spectral analysis by shifting the entireFrequency spectrum can be normalized to the Doppler frequency, such that the Doppler frequency linereceives the value 0 Hz.
Durch diese Normierung wird ein von der Pulsdopplerfrequenz unabhängigesFrequenzspektrum erhalten, wodurch die Auswertung des Linienspektrums erleichtertwird.This normalization makes it independent of the pulse Doppler frequencyReceive frequency spectrum, which makes it easier to evaluate the line spectrumwill.
Die Erfindung und weitere Ausgestaltungen der Erfindung anhand derFiguren näher erläutert.The invention and further embodiments of the invention based onFigures explained in more detail.
Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Doppler-Radargerätes miteiner Auswerteschaltung, das eine akustische Auswertung ermöglicht, Fig. 2 ein Blockschaltbildeines Doppler-Radargerätes mit einer Einrichtung zur analogen spektralen Auswertung,Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Doppler-Radargerätes mit einer Einrichtung zurdigitalen Auswertung mit Abtastung, Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Puls-Doppler-Radargerätesmit einer Einrichtung zur digitalen temporalen Auswertung mit Abtastung, Fig. 5ein Blockschaltbild eines Puls-Doppler-Radargeräts mit einer Einrichtung zur digitalenAuswertung ohne Abtastung.1 shows a block diagram of a Doppler radar devicean evaluation circuit which enables acoustic evaluation, FIG. 2 is a block diagrama Doppler radar device with a device for analogue spectral evaluation,Fig. 3 is a block diagram of a Doppler radar device with a device fordigital evaluation with scanning, FIG. 4 is a block diagram of a pulse Doppler radar devicewith a device for digital temporal evaluation with scanning, FIG. 5a block diagram of a pulse Doppler radar device with a device for digitalEvaluation without scanning.
Alle Ausführungsbeispiele setzen ein Doppler-Radargerät DR1 bis DR5mit je einer Festzeichenunterdrückung voraus.All exemplary embodiments use a Doppler radar device DR1 to DR5with one fixed character suppression each.
Ebenso wird in allen Fällen für die Auswertung das Videosignal s (t)des jeweils verwendeten Doppler-Radarv gerätes herangezogen. Das Spektrum jedesVideosignals enthält, wie bereits ausgeführt, die gesamte Information über die Radialgeschwindigkeitvr des bewegten Objektes sowie den Objekt-Typ. Der Pegel der durch die Radialgeschwindigkeitvr verursachten Dopplerfrequenz fD liegt ca. 10 bis 20 dB über den Amplituden deranderen Spektralanteile des Videosignals. Die Dopplerlinie fD kann deshalb in einemDopplerextraktor, der eventuell im Doppler-Radar vorhanden ist, oder durch einenPhasenregelkreis realisierbar ist, aus dem Gesamtspektrum separiert werden. Um einvon der Dopplerfrequenz fD unabhängiges Frequenzspektrum zu erhalten, wird das VideospektrumfD + n fc + m.f. und die extrahierte Dopplerfrequenz fD in den AusführungsbeispielennachFig. 1 und Fig. 2 auf eine Mischstufe M1 bzw. M2 mit anschließendemTiefpaß TP1 bzw. TP2 und in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und Fig. 4 aufeine Abtastschaltung AT1 bzw. AT2 bekannter Art mit einem nachfolgenden TiefpaßTP3 und TP4 gegeben. In allen Ausführungsbeispielen erhält man das für die Auswertunggewünschte Spektrum + n'fc + m.f.Likewise, the video signal s (t) is used for the evaluation in all casesof the Doppler radar used in each case. The spectrum eachAs already stated, the video signal contains all the information about the radial velocityvr of the moving object and the object type. The level of the radial velocityvr caused Doppler frequency fD is approx. 10 to 20 dB above the amplitudes of theother spectral components of the video signal. The Doppler line fD can therefore in oneDoppler extractor, which may be present in the Doppler radar, or by onePhase locked loop can be implemented, can be separated from the overall spectrum. To aTo obtain a frequency spectrum independent of the Doppler frequency fD becomes the video spectrumfD + n fc + m.f. and the extracted Doppler frequency fD in the exemplary embodimentsafterFig. 1 and Fig. 2 to a mixer stage M1 or M2 with subsequentLow-pass filter TP1 and TP2 and in the exemplary embodiments according to FIGS. 3 and 4a sampling circuit AT1 or AT2 of a known type with a subsequent low-pass filterTP3 and TP4 given. This is obtained for the evaluation in all exemplary embodimentsdesired spectrum + n'fc + m.f.
Da sich die für die Klassifizierung von bewegten Zielen charakteristischenFrequenzanteile im wesentlichen im Audiofrequenzbereich befinden, kann die Auswertungakustisch erfolgen. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeigt eine Anordnung zurDurchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Das am Ausgang eines Pul--oppler-RadargerätesDR1 bekannter Ausführung erhaltene Videosignal sv(t) wird gleichzeitig je einemEingang eines Doppler-Extraktors DE1 und einer Mischstufe M1 zugeführt. Die im Doppler-Extraktorseparierte Dopplerfrequenz D und das Videospektrum fD + n fc + mf.Since the characteristic for the classification of moving targetsFrequency components are essentially in the audio frequency range, the evaluation canacoustically. The embodiment of FIG. 1 shows an arrangement forImplementation of the method according to the invention. The one at the output of a Pul-oppler radar deviceDR1 known embodiment obtained video signal sv (t) is simultaneously oneThe input of a Doppler extractor DE1 and a mixer M1 are supplied. The one in the Doppler extractorseparated Doppler frequency D and the video spectrum fD + n fc + mf.
liefern am Ausgang des der Mischstufe M1 nachgeschalteten TiefpassesTP1 ein von der Dopplerfrequenz D unabhän giges Frequenzspektrum + nfc + m.f. NachVerstärkung in einem Audioverstärker AV werden die im Horfrequenzbereich liegendenAusgangssignale wahlweise auf einen Lautsprecher LP oder einen Kopfhörer KH geschaltet.Ein geschultes Ohr kann anhand des vom jeweiligen Spektrum abhängenden Kiangbildeseine Grob- und unter Umständen auch eine Feinklassifizierung vornehmen.deliver at the output of the low-pass filter connected downstream of the mixer stage M1TP1 a frequency spectrum independent of the Doppler frequency D + nfc + m.f. ToAmplification in an audio amplifier AV will be those in the listening frequency rangeOutput signals can be switched to either a loudspeaker LP or a headphone KH.A trained ear can use the Kiang picture, which depends on the respective spectrumcarry out a rough and possibly also a fine classification.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mit einem Doppler-Radargerät DR2,einem Doppler-Extraktor DE2, einer Mischstufe M2 und einem Tiefpaß TP2 entsprichtbis auf die Auswertung der Signale am Ausgang des Tiefpasses TP2 dem Schaltungsaufbaudes Ausführungsbeispieles nach Fig. 1. Im Gegensatz zu diesem Ausführungsbeispielerfolgt hier eine analoge spektrale Auswertung. Die Unterscheidung der verschiedenenObjektspektren erfolgtmit Hilfe einer analogen Filterbank FB,bestehendaus mehreren einzelnen Kammfiltern, denen je ein Gleichrichter GL, ein VerstärkerV, eine Schwellenschaltung SS und eine Anzeigeeinrichtung AZ nachgeschaltet ist.Jedem Objekttyp entspricht dabei ein Kammfilter der Filterbank FB, das für die zugehörigencharakteristischen Frequenzen ausgelegt ist. Um den gesamten jeweils relevantenDrehzahlrbereich zu erfassen, entspricht die Bandbreite der einzelnen Kammfilterliniender Schwankungsbreite des zugehörigen charakterisitschen Linienspektrums. Nach Gleichrichtungin der Gleichrichterschaltung GL und Verstärkung in der Verstärkerstufe V wird mittelsder analogen Schwellenschaltung SS die Entscheidung getroffen, welcher Flugobjekt-oder Fahrzeugtyp (A, B, C, ... XY) vom Radargerät erfaßt worden ist.The embodiment according to FIG. 2 with a Doppler radar device DR2,a Doppler extractor DE2, a mixer M2 and a low-pass filter TP2except for the evaluation of the signals at the output of the low-pass filter TP2 the circuit structureof the embodiment according to FIG. 1. In contrast to this embodimentan analogue spectral evaluation takes place here. The distinction between the differentObject spectra takes placewith the help of an analog filter bank FB, consistingfrom several individual comb filters, each with a rectifier GL, an amplifierV, a threshold circuit SS and a display device AZ is connected downstream.A comb filter of the filter bank FB corresponds to each object type for the associatedcharacteristic frequencies. To the whole respectively relevantTo capture the speed range corresponds to the bandwidth of the individual comb filter linesthe fluctuation range of the associated characteristic line spectrum. After rectificationin the rectifier circuit GL and amplification in the amplifier stage V is by means ofthe analog threshold circuit SS made the decision as to which flying objector vehicle type (A, B, C, ... XY) has been detected by the radar device.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird, wie bei den Schaltungennach den Fig. 1 und 2 vom Ausgangssignal sv(t) eines Doppler-Radargerätes DR3 ineinem Doppler-Extraktor DE3 die Dopplerfrequenz D separiert und zusammen mit demAusgangssignal.s einer als Sample and Hold-Schaltung ausgebildeten Abtastung AT1zugeführt.In the embodiment of FIG. 3, as with the circuits1 and 2 from the output signal sv (t) of a Doppler radar device DR3 ina Doppler extractor DE3, the Doppler frequency D separated and together with theOutput signal.s of a sampling AT1 designed as a sample and hold circuitfed.
Das hier in der Abtastschaltung AT1 erhaltene normierte digitale Videosignalsv(t) mit der Dopplerfrequenz fD=OHz wird über einen Tiefpaß TP3 einer digitalenSpektralanalyse unterzogen. Dies geschieht beispielsweise durch eine "Fast-Fourier-Transformation"(FFT) in einer entsprechenden Einrichtung FFT, deren schaltungsmäßige Realisierungbekannt ist. In einem nachfolgenden Rechner RE wird das auf diese Weise analysierteSpektrum mit den in einem Speicher SP gespeicherten bekannten Spektren von verschiedenenLand-, Wasser- und Luftfahrzeugen verglichen und einem passenden Fahrzeugtyp zugeordnet.Der Recher RE ist so ausgebildet, daß er die aufgrund von Drehzahländerungen auftretendenSchwankungen des charakteristischen Spektrums berücksichtigt.The normalized digital video signal obtained here in the sampling circuit AT1sv (t) with the Doppler frequency fD = OHz is digital via a low-pass filter TP3Subjected to spectral analysis. This is done, for example, by a "Fast Fourier Transformation"(FFT) in a corresponding device FFT, their implementation in terms of circuitryis known. This is analyzed in a subsequent computer RESpectrum with the known spectra of different stored in a memory SPLand, water and air vehicles compared and assigned to a suitable vehicle type.The Recher RE is designed so that it can respond to changes in speedFluctuations in the characteristic spectrum are taken into account.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, das ebenfalls mit einer digitalenAuswertung mit Abtastung der Videosignale arbeitet, entspricht in seinem erstenTeil, d. h.The embodiment of Fig. 4, which is also with a digitalEvaluation works with sampling of the video signals, corresponds in its firstPart, d. H.
bis zum Ausgang des Tiefpaßfilters TP4 schaltungs- und funktionsmäßigdem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Für die weitere Auswertung der Signale am Ausgangdes Tiefpasses wird hier jedoch nicht das normierte Spektrum des Videosignales,sondern die entsprechende Zeitfunktion verwendet. Zu diesem Zweck wird das normierteDigital-Videosignal cP (t), das, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gewonnenwird, in einem Korrelator KO bekannter Art mit den in einer Musterbank MB gespeichertenMusterfunktionen von Flugobjekt- oder Fahrzeugtypen korreliert. Das entsprechendeKorrelationsma:um liefert den jeweils georteten Objekttyp über eine Auswertung AWund eine Anzeige AZ2.up to the output of the low-pass filter TP4 in terms of circuit and functionthe embodiment according to FIG. 3. For the further evaluation of the signals at the outputof the low pass, the normalized spectrum of the video signal is not used here,but the corresponding time function is used. For this purpose, the standardizedDigital video signal cP (t) obtained as in the embodiment of FIGis, in a known type correlator KO with those stored in a sample bank MBModel functions of flying objects or vehicle types are correlated. The correspondingCorrelation measure: um supplies the respective located object type via an evaluation AWand a display AZ2.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird das Videosignal sv(t) ineinem Analog-Digital-Wandler AD bekannter Art digitalisiert. Das nicht normiertedigitalisierte Videosignalspektrum wird mittels einer Fast-Fourier-Transformation(FFT) entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 analysiert. Die Normierungdes Spektrums auf die Dopplerfrequenz fD erfolgt in einem Rechner RE1. Dabei wirddie Dopplerfrequenz fD mit Hilfe des Kriteriums "Spektrallinie mit der maximalenAmplitude" gefunden. Die übrigen Spektralanteile werden auf diese Frequenz bezogenund man erhält wieder das gewünschte normierte Spektrum Die Weiterverarbeitung geschiehtwie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3.In the embodiment of FIG. 5, the video signal sv (t) inan analog-to-digital converter AD of known type digitized. That not standardizeddigitized video signal spectrum is obtained by means of a Fast-Fourier-Transformation(FFT) analyzed according to the embodiment of FIG. The standardizationof the spectrum to the Doppler frequency fD takes place in a computer RE1. It willthe Doppler frequency fD using the criterion "Spectral line with the maximumAmplitude "found. The remaining spectral components are related to this frequencyand the desired standardized spectrum is obtained again. The further processing takes placeas in the embodiment according to FIG. 3.
Die beschriebenen Auswerteschaltungen können grundsätzlich bei allenKlassifizierungsgeräten, die mit Doppler-Radargeräten arbeiten, verwendet werden,um von der Radialgeschwindigkeit eines zu klassifizieren-den Objektes(außer Flugobjekten auch alle Arten von Land- und Wasserfahrzeugen) unabhängigeSpektren bzw.The evaluation circuits described can basically be used with allClassification devices that work with Doppler radars are used,to classify the radial velocity of athe object(Apart from flying objects also all types of land and water vehicles) independentSpectra or
Zeitverläufe auswerten zu können.To be able to evaluate time courses.
10 Patentansprüche 5 FigurenL e e l's e i t e10 claims 5 figuresL e e l's e i t e
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