www.radartutorial.eu Grundlagen der Radartechnik

Doppler- Filter

Σ
Σ-Kanal
ΔAz
ΔAz-Kanal
ΔEl
ΔEl-Kanal
Multiplexer

Bild 1: Blockschaltbild des MTI- Systems in einem Radargerät mit Monopulsantenne und digitalem Empfänger

Σ
Σ-Kanal
ΔAz
ΔAz-Kanal
ΔEl
ΔEl-Kanal
Clutter-
Doppler-Filter
Zero-
Doppler-Filter
Doppler-Filter
Bank
Multiplexer

Bild 1: Blockschaltbild des MTI- Systems in einem Radargerät mit Monopulsantenne und digitalem Empfänger

Σ
Σ-Kanal
ΔAz
ΔAz-Kanal
ΔEl
ΔEl-Kanal
Multiplexer

Bild 1: Blockschaltbild des MTI- Systems in einem Radargerät mit Monopulsantenne und digitalem Empfänger (interaktives Bild)

Doppler- Filter

Bei einem voll-kohärenten Radargerät mit digitalem Empfänger und einer Monopulsverarbeitung ist das MTI-System etwas aufwändiger als bei pseudo-kohärenten Radargeräten. Die Effektivität der verschiedenen Filtervarianten ist oft abhängig von der Größe der Dopplerfrequenz. Deshalb werden meist alle Filtermöglichkeiten parallel genutzt und dann ausgewählt, welches Filterergebnis genutzt wird. Das Gesamtsystem ist somit ähnlich aufgebaut, wie bei einem optimalen (matched) Filter mit dem Ziel, ein möglichst großen Abstand zwischen Nutzsignal und den Störsignalen herzustellen (Signal-to-interference-plus-noise ratio, SINR). Zusätzlich muss das MTI-System für drei identische Kanäle (Σ, ΔAz und ΔEl) aufgebaut werden.

Eine Synchronisation des Kohärentoszillators ist nicht mehr nötig. Das Bauteil, welches hier noch Kohärentoszillator genannt wird, ist doch im Wesentlichen nur noch ein Frequenzteiler, der die Frequenz des Muttergenerators auf die gewünschte Zwischenfrequenz herabteilt.

Das Clutter-Doppler Filter und das Zero-Doppler-Filter arbeiten nach den Prinzipien der bekannten Zwischenperiodenkompensation: es werden aus mindestens zwei Impulsperioden die Phasenlagen der Echosignale miteinander verglichen. Diese beiden Schaltungen haben ein Bandpassverhalten für einen bestimmten Bereich der Zielgeschwindigkeit. Die hier gezeichneten Dopplerfilter sind alle ungefähr gleich aufgebaut. Jedes Dopplerfilter zeigt eine Resonanz für eine bestimmte Frequenz. Der hohe Aufwand an zusätzlichen Dopplerfiltern ist nötig, um auch den Einfluss der Blindfrequenzen zu verringern.

Festziel-Störungen können wegen der Krümmung der Erdoberfläche nur im Nahbereich auftreten. Deswegen ist eine Festzielunterdrückung nur im short-range nötig. Wenn das Radar also drei MTI- Impulsperioden aussendet, dann werden diese drei Impulsperioden im MTI- System verarbeitet. Ergebnisse der Dopplerfrequenzfilter liegen schon in der ersten Impulsperiode vor. Das Clutter-Doppler Filter nach dem integrate and dump Verfahren kann so organisiert werden, dass es bereits nach der zweiten Impulsperiode Ergebnisse liefert. Das Zero-Doppler-Filter ist ebenfalls ein Clutter-Doppler Filter. Dieses Filter vergleicht drei Impulsperioden miteinander und kann erst während der dritten Impulsperiode (dann aber sehr viel genauere) Ergebnisse liefern. Der Multiplexer kann damit rein zeitlich gesteuert werden. In jeder der drei Impulsperioden wird ein anderes Filterergebnis zum Radarsignalprozessor geführt. Dieser vergleicht und bewertet alle drei Ergebnisse miteinander und wählt das beste davon aus.

long range
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short range

Bild 2: Radar- Time- Line mit drei Shortrange- Impulsperioden für die MTI- Verarbeitung.

long range
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range
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Bild 2: Radar- Time- Line mit drei Shortrange- Impulsperioden für die MTI- Verarbeitung.

long range
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short
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Bild 2: Radar- Time- Line mit drei Shortrange- Impulsperioden für die MTI- Verarbeitung.

fD < fcut ⇒ v ≤ 20 kn, 40 kn

Bild 3: Dopplerfilter als Tiefpass

fD < fcut ⇒ v ≤ 20 kn, 40 kn

Bild 3: Dopplerfilter als Tiefpass

Doppler Filter als Tiefpass

Das Zero Dopplerfilter kann als digitaler Tiefpass arbeiten und erkennt Signale mit einer kleineren Dopplerfrequenz als von Zielen, die mit einer Radialgeschwindigkeit von etwa 20 Knoten fliegen. Das nächste Dopplerfilter hat dann eine Grenzfrequenz entsprechend einer Radialgeschwindigkeit von 40 Knoten.

Die Bezeichnung „Tiefpassverhalten“ ist hier mit Vorsicht zu betrachten. Es heißt nicht, dass oberhalb der Bandgrenze keine Signale mehr verarbeitet werden, sondern dass innerhalb dieses Frequenzbandes das SINR am besten ist.

Bild 4: Frequenzverteilung einer 8-fach Doppler Filterbank

Bild 4: Frequenzverteilung einer 8-fach Doppler Filterbank

Doppler Filterbank

Es werden aber auch Dopplerfilter mit Bandpassverhalten eingesetzt. Diese sind als Doppler Filterbank zusammengefasst. Es werden oft Filterbanken aus 8 oder 16 Doppler Filter verwendet. Es werden je nach zu erwartendem Zielaufkommen bis zu 32 identische Dopplerfilter mit jeweils versetztem Frequenzgang parallel betrieben.

Leider können durch digitale Filter nur eine begrenzte Anzahl von Zielen erkannt werden. Jedes Ziel verursacht möglicherweise mehrere verschiedene Dopplerfrequenzen. Bei mehreren Zielen in der gleichen Entfernung kann nicht unterschieden werden, welche der erkannten Doppler-Frequenzen zu welchem Ziel gehört.

Beschreibung der Baugruppen im Blockschaltbild