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Pulsintegration

Die Pulsintegration ist eine Technologie, um die Entdeckungswahrscheinlichkeit eines Zieles durch Nutzung mehrerer Sendeimpulse aus aufeinanderfolgenden Impulsperioden zu verbessern. Das wird erreicht, indem in die Signalverarbeitung auf dem Empfangsweg ein zusätzlicher Radar Signalprozessor eingefügt wird, welcher die Echosignale verschiedener Impulsperioden addiert. Abhängig von der Stelle, an der ein Pulsintegrator eingefügt wird, spricht man von einer

Abgestimm-
tes Filter
(ZF-Verst.)
Coherent
Integrator
Amplituden
Detektor
Schwellwert
Schaltung
Ziel oder
 
kein Ziel
Signalprozessor

Bild 1: Lage eines kohärenten Pulsintegrators

Abgestimm-
tes Filter
(ZF-Verst.)
Coherent
Integrator
Amplituden
Detektor
Schwellwert
Schaltung
Ziel oder
 
kein Ziel
Signalprozessor

Bild 1: Lage eines kohärenten Pulsintegrators

Kohärente Pulsintegration

Bei der kohärenten Pulsintegration wird der Integrator (oder Signalprozessor) noch vor dem Amplitudendetektor installiert. Der Signalprozessor stellt die Echosignale jeder Impulsperiode abhängig von ihrer Entfernung und aufgeschlüsselt durch das Entfernungsauflösungsvermögen des Radars in ein Register und addiert die Echosignale von N Impulsperioden. Nach der Summierung werden die Demodulation und ein Schwellwertvergleich durchgeführt.

Zum Beispiel bei einer Entfernung von maximal 75 km und einem Entfernungsauflösungsvermögen von 150 m existieren 75.000/150 = 500 verschiedene Werte in einer Impulsperiode. Der Signalprozessor muss dann jeden dieser 500 Werte in einem Register für N Impulsperioden speichern. Nach dieser Zeit werden sie durch neuere Daten überschrieben. So kann der Signalprozessor immer die N aktuellen Impulse addieren.

In analogen Signalprozessoren geschieht die Integration in speziellen Filtern (z.B. mit Potenzialspeicherröhren). In digitalen Radarsignalprozessoren wird die Verarbeitung nach einer Fast Fourier Transformation (FFTs) in einem Speicher durchgeführt.

Für eine Funktionsbeschreibung nehmen wir an, dass das Rauschen zwischen den Impulsperioden nicht-korreliert ist und die Einzelwerte einen Durchschnittswert von Null mit einer Gaussverteilung aufweisen. Deshalb hat das Ausgangssignal auch nach der Summenbildung über mehrere Impulsperioden eine Gaußverteilung, das Signal ähnelt dem Eingangssignal.

Angenommen, der Signalpegel wäre von Pulsperiode zu Pulsperiode konstant (entspräche dem Swerling Fall 0 und annähernd den Swerlingfällen 1  und 3). Diese Impulse werden im kohärenten Pulsintegrator addiert und deren Ausgangsamplitude integriert über N Impulsperioden ist abhänging vom vorliegenden Swerling Fall. Praktisch bedeutet das eine Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses im Idealfall um das N-fache und hat somit direkten Einfluss auf die maximale Reichweite gemäß der Radargrundgleichung.

Eine kohärente Pulsintegration hat keine Vorteile in den Swerlingfällen 2 und 4. Das liegt daran, dass diese Signale eine Fluktuation ähnlich dem Rauschen von Puls zu Puls aufweisen und durch den Prozessor analog den Rauschimpulsen behandelt werden.

Nicht-Kohärente Pulsintegration

Abgestimm-
tes Filter
(ZF-Verst.)
Amplituden
Detektor
Non-
Coherent
Integrator
Schwellwert
Schaltung
Ziel oder
 
kein Ziel
Signalprozessor

Bild 2: Lage eines nicht-kohärenten Pulsintegrators

Abgestimm-
tes Filter
(ZF-Verst.)
Amplituden
Detektor
Non-
Coherent
Integrator
Schwellwert
Schaltung
Ziel oder
 
kein Ziel
Signalprozessor

Bild 2: Lage eines nicht-kohärenten Pulsintegrators

Der nicht-kohärente Pulsintegrator befindet sich hinter dem Amplitudendetektor. Die Bezeichnung nicht-kohärent wurde gewählt, da an dieser Stelle die Phaseninformation des Echosignals bereits verloren ist. Der nicht-kohärente Pulsintegrator arbeitet nach derselben Methode, wie ein kohärenter Pulsintegrator: es werden die Impulsamplituden mehrerer Impulsperioden vor einem Schwellwertvergleich addiert.

In älteren Radargeräten geschah dies mittels der Nachleuchtdauer des Bildschirms in Verbindung mit der Trägheit des menschlichen Auges.

Eine zweite Möglichkeit ist ein sogenannter m-aus-n- Detektor, der aus mehreren Logikschaltkreisen besteht, welche die Impulse integrieren. Einfach gesagt, die Schaltung prüft, ob das Signal in dieser Entfernung in n Impulsperioden mindestens m-Mal vorhanden ist und legt abhängig vom Ergebnis fest, ob ein Ziel vorhanden ist, oder nicht. Diese Methode wird auch als dual threshold detector, also als zweifachen Schwellwertvergleich bezeichnet.

Die dritte Möglichkeit ist bei digitaler Radarsignalverarbeitung wieder eine Summenschaltung oder ein Integrator wie oben schon unter Kohärentem Integrator beschrieben wurde. Ältere analoge Radargeräte nutzen an dieser Stelle dagegen ein einfaches Tiefpass-Filter.