專利名稱：雷達(dá)設(shè)備的制作方法
雷達(dá)設(shè)備
本發(fā)明涉及雷達(dá)設(shè)備，此類雷達(dá)設(shè)備被布置用于向目標(biāo)傳播能 量脈沖組并且接收由所述目標(biāo)反射回的能量脈沖組。
海用雷達(dá)通常使用高功率磁控管作為脈沖發(fā)射信號用的微波 源。為了減少由來自波浪、雨和類似物的返回信號所引起的、在雷
達(dá)屏幕上的雜亂回波(clutter)量，所述設(shè)備具有被設(shè)置用于排除低 幅度信號的閾值電路。這種布置在觀察較大的船舶、大陸塊等等時 令人滿意地工作，然而卻降低了雷達(dá)顯示來自較小的感興趣對象(譬 如浮標(biāo)、游艇和快速攻擊艇)的信號的能力。
現(xiàn)代新型船舶往往被設(shè)計以使它們不太容易被敵方軍隊探測。 然而常規(guī)雷達(dá)所產(chǎn)生的高功率卻相對易于由其它船舶探測，從而在 船舶需要保持不被觀察到時是不利的。
盡管可以降低所發(fā)射的雷達(dá)能量的幅度，但這卻產(chǎn)生了設(shè)備有 效量程的相應(yīng)縮小，從而通常是不可能的。可以減少脈沖的幅度并 且通過增加脈沖長度保持其能量。然而較長脈沖的問題在于不能夠 探測近程目標(biāo)，原因在于從近目標(biāo)所產(chǎn)生的返回信號將會在所發(fā)射 的信號期間被接收。
本發(fā)明的目的是提供可替代的雷達(dá)設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供上述類型的雷達(dá)設(shè)備，其特征在 于，每個能量脈沖組都包含至少兩個不同長度的脈沖，較短的脈沖 能夠探測近程目標(biāo)而較長的脈沖能夠探測較遠(yuǎn)程的目標(biāo)，并且以不 同的方式對不同長度的脈沖編碼。
優(yōu)選地，每個脈沖組都包括三個脈沖，所述三個脈沖中的每個 都有不同的寬度。所述脈沖可以分別具有大致0.1ps、 5hs和33jlis 的寬度。每組中的脈沖優(yōu)選地具有相同的幅度。所述雷達(dá)設(shè)備優(yōu)選 地使所述脈沖在接收時受脈沖壓縮。所述脈沖優(yōu)選地通過譬如非線 性頻率調(diào)制的頻率編碼進(jìn)行編碼。每個脈沖組都可以包括三個脈 沖，最短的是連續(xù)波信號，而其它兩個具有經(jīng)頻率調(diào)制的線性調(diào)頻 脈沖， 一個是線性調(diào)頻脈沖升(chirp up)而另一個是線性調(diào)頻脈沖 降(chirp down)。所述設(shè)備的功率輸出可以大致為190w。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種探測目標(biāo)的方法，其包括以
下步驟向目標(biāo)發(fā)射一系列雷達(dá)能量脈沖和接收由目標(biāo)所反射的雷 達(dá)能量，其特征在于，該系列脈沖包括至少兩個不同寬度的脈沖， 較短的脈沖適用于探測較近程的目標(biāo)，較長的脈沖適用于探測較遠(yuǎn) 程的目標(biāo)，并且所述兩個Ji^沖以相互不同的方式凈皮編碼。
現(xiàn)在參照附圖
以舉例的方式說明根據(jù)本發(fā)明的海用雷達(dá)設(shè)備和 其操作方法，其中
圖l是所述設(shè)備的示意性方框圖為示出所發(fā)射的脈沖圖；以及
圖3示出在所述設(shè)備中所執(zhí)行的信號處理的方框圖。
所述設(shè)備包括常規(guī)的雷達(dá)天線1，諸如Kelvin Hughes LPA-A1。 譬如采用直接數(shù)字合成裝置的波形發(fā)生器2由主振蕩器和定時單元3 控制以產(chǎn)生脈沖幀或者組，不論天線1的轉(zhuǎn)動速度或者設(shè)備的量程 設(shè)定如何，所述脈沖幀或者組都是相同的。所述脈沖幀或者組連續(xù) 地重復(fù)并且包含三個脈沖重復(fù)間隔A、 B和C，如在圖2中所示，但 是不是按比例的。脈沖A、 B和C具有相同的幅度但是具有不同的 寬度或者說長度。僅作為例子，脈沖A可能有O.ljus的長度，脈沖 B可能有5ps的長度，而脈沖C可能有33jlis的長度。脈沖A與B 之間以及B與C之間的間距取決于雷達(dá)的量程。當(dāng)波形發(fā)生器2從 振蕩器和定時單元3接收一個觸發(fā)時，所述波形發(fā)生器產(chǎn)生門控連 續(xù)波信號的窄脈沖或者產(chǎn)生包含具有大致20MHz掃頻帶寬的經(jīng)頻率 調(diào)制的線性調(diào)頻脈沖的脈沖。最短的脈沖A是簡單門控CW信號； 而較長的脈沖B和C包含經(jīng)頻率調(diào)制的線性調(diào)頻脈沖， 一個脈沖具 有線性調(diào)頻脈沖升而另一個脈沖具有線性調(diào)頻脈沖降。以此方式不 同地對三個不同的脈沖A、 B和C編碼，使得可以在接收時把它們 相互區(qū)別開，其中通過缺乏任何線性調(diào)頻脈沖來對最短的脈沖編 碼。被施加給兩個較長脈沖的FM線性調(diào)頻脈沖優(yōu)選地是非線性的。 因此可以看出，在一個幀內(nèi)的三個脈沖中的每一個不論在長度方面 還是在編碼方面都是唯一的。
由波形發(fā)生器2所產(chǎn)生的脈沖是低功率的相干脈沖群并且處于 中頻60MHz。把這些脈沖與來自第二振蕩器5的信號一起提供給混 頻器4以轉(zhuǎn)變?yōu)?.9與3.1GHz之間的無線電頻率，例如3.05GHz。
混頻器4的低功率RF輸出被提供給多級功率放大器6以產(chǎn)生約 190W的輸出。來自放大器6的輸出連接到雙工器7，并且從那里通 到天線1的旋轉(zhuǎn)接頭8用于發(fā)射。
在接收模式期間，關(guān)閉放大器6以防止漏泄。由天線l所接收 的信號經(jīng)由雙工器7通到低噪音接收機(jī)8。在接收機(jī)8的前端，固態(tài) 接收機(jī)保護(hù)器8保護(hù)所述接收機(jī)免受可能在發(fā)射期間或者從外部發(fā) 射源進(jìn)入的高能量信號。整個接收機(jī)8的線性動態(tài)量程優(yōu)選地是 65dB或者更大。該動態(tài)量程通過緊接在接收機(jī)8后的靈敏度時間控 制單元(STC) 10增加，并且在定時單元3的控制下由開關(guān)式衰減 器實現(xiàn)。來自STC10的RF信號通到第二混頻器11，在這里所述RF 信號被變頻為60MHz的中頻。所述IF信號經(jīng)由限幅器和帶寬濾波 器12被提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器13，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器同時將信號數(shù)字化并 轉(zhuǎn)換成20MHz的IF。來自A/D轉(zhuǎn)換器13的輸出被提供給信號處理 電路20，如圖3中所示。
如應(yīng)理解的那樣，圖3中所示的塊既可以表示離散的單元也可 以表示編程中的步驟。來自A/D轉(zhuǎn)換器13的采樣信號由1/Q分路器 塊被轉(zhuǎn)換到基帶，所述I/Q分路器執(zhí)行一般與模擬混頻和低通濾波相 關(guān)聯(lián)的功能。由于現(xiàn)在所述信號處于基帶，在塊21內(nèi)把采樣率通過 因數(shù)二降低為40Ms/s。單元22對從中和長脈沖B和C所接收的采 樣進(jìn)行脈沖壓縮，并且對短脈沖A進(jìn)行低通濾波。優(yōu)選的是，在頻 域中通過對脈沖重復(fù)期間所接收的采樣采用傅立葉變換、把所變換 的信號乘以所存儲的、預(yù)先計算的加權(quán)集并且把所述乘積反傅立葉 變換到時域中來進(jìn)行脈沖壓縮和低通濾波。然后通過分樣
(decimate)塊23把采樣率再通過因數(shù)二降低到20MS/s。從所述分 樣塊，信號通到包含一組帶通濾波器的多普勒濾波器組24，所述帶 通濾波器估量(span)明確的目標(biāo)速度并且劃分成N個信道，其中 N是相干集成的脈沖的數(shù)。通過使用加權(quán)傅立葉變換把在脈沖群期間 從量程單元所收集的信號采樣變換到頻域中來產(chǎn)生多普勒濾波器組 24。在通到閾值單元26以前，每個濾波器組的輸出都經(jīng)過CFAR
(constant false alarm rate (恒虛警率))處理25，其中在所述閾值 單元中以通常的方式把所述信號與閾值比較并且識別為所探測的目 標(biāo)以提供給應(yīng)用裝置，譬如顯示屏。多普勒信息使得能夠識別不同
速度的目標(biāo)并且因此幫助從來自海洋和雨的雜亂回波中區(qū)分目標(biāo)信 息，所述目標(biāo)信息將會被識別為靜止的。系統(tǒng)的相干性還使得能夠 降低噪音。
上述布置使用與以前由于這通常引起的受限量程而可能的功率 相比較顯著低的功率。與本發(fā)明的海用雷達(dá)的功率相比較，常規(guī)海
用雷達(dá)的功率典型地約為30kW，而本發(fā)明的海用雷達(dá)的功率可以是 約190W。所使用的較低功率降低了由敵方軍隊探測到栽有雷達(dá)的船 舶的風(fēng)險。通過提供與以前所使用的相比而言較長的能量脈沖(與 常規(guī)雷達(dá)采用約50ns的相對短的脈沖比較譬如達(dá)約22ns)，本發(fā) 明的布置使得能夠在低功率和遠(yuǎn)程情況下可靠地工作。為了克服較 長的脈沖阻止近程探測的問題，本發(fā)明布置除了較長的脈沖外還產(chǎn) 生較短的持續(xù)時間脈沖。雖然采用只有兩個不同長度的脈沖(一個 短而一個長)的系統(tǒng)會有某些優(yōu)點，但是事實表明最好使用三個不 同的脈沖長度短的、中等的、長的，以提供對中程目標(biāo)的可靠探 測。不必為增加長度而發(fā)射脈沖。通過對脈沖編碼，能夠通過其編 碼使返回的信號相關(guān)并且從而降低干擾效應(yīng)；這還使得減少對從超 過正常量程的目標(biāo)所接收的回波的探測。
應(yīng)當(dāng)理解的是，可以改變脈沖的相對長度并且可以采用編碼的不同 形式，譬如噪音編碼或者Barker碼。
權(quán)利要求
1.雷達(dá)設(shè)備，被布置用于向目標(biāo)傳播能量脈沖組并且接收由所述目標(biāo)反射回的能量脈沖組，其特征在于，每個能量脈沖組都包含至少兩個不同寬度的脈沖(A、B、C)，較短的脈沖(A)使得能夠探測近程目標(biāo)，并且較長的脈沖(B、C)使得能夠探測較遠(yuǎn)程的目標(biāo)，并且以不同方式對不同長度的脈沖編碼。
2. 如權(quán)利要求1所述的雷達(dá)設(shè)備，其特征在于，每個脈沖組都包 括三個脈沖(A、 B、 C)，并且所述三個脈沖的每個都有不同的寬 度。
3. 如權(quán)利要求2所述的雷達(dá)設(shè)備，其特征在于，所述脈沖(A、 B、 C)分別具有大致O.lps、 5jLiS和33jns的寬度。
4. 如以上權(quán)利要求中任一項所述的雷達(dá)設(shè)備，其特征在于，在每 個組中的脈沖(A、 B、 C)具有相同的幅度。
5. 如以上權(quán)利要求中任一項所述的雷達(dá)設(shè)備，其特征在于，設(shè)備 (22)被布置以在接收時使所述脈沖(A、 B、 C)受脈沖壓縮。
6. 如以上權(quán)利要求中任一項所述的雷達(dá)設(shè)備，其特征在于，通過 頻率編碼對所述脈沖(A、 B、 C)進(jìn)行編碼。
7. 如權(quán)利要求6所述的雷達(dá)設(shè)備，其特征在于，通過非線性頻率 調(diào)制對所述脈沖(A、 B、 C)進(jìn)行頻率編碼。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的雷達(dá)設(shè)備，其特征在于，每個脈沖組 都包括三個脈沖(A、 B、 C)，最短的脈沖(A)是連續(xù)波信號，并 且其它兩個脈沖(B、 C)具有經(jīng)頻率調(diào)制的線性調(diào)頻脈沖，其中一 個(C)是線性調(diào)頻脈沖升而另一個(B)是線性調(diào)頻脈沖降。
9. 如以上權(quán)利要求中任一項所述的用于海用船舶的雷達(dá)設(shè)備，其 特征在于，所述設(shè)備的功率輸出大致為190W。
10. —種探測目標(biāo)的方法，所述方法包括以下步驟向目標(biāo)發(fā)射 一系列雷達(dá)能量脈沖并且接收由所述目標(biāo)反射的雷達(dá)能量，其特征 在于，所述系列的脈沖包括至少兩個不同寬度的脈沖(A、 B、 C)， 較短的脈沖(A)適用于探測較近程的目標(biāo)，較長的脈沖(B、 C) 適用于探測較遠(yuǎn)程的目標(biāo)，并且以相互不同的方式對兩個脈沖(A 和B、 C)進(jìn)行編碼。
全文摘要
海用雷達(dá)設(shè)備傳播相同幅度卻不同寬度的三個脈沖(A、B、C)的組，較短的脈沖使得能夠探測近程的目標(biāo)，較長的脈沖使得能夠探測較遠(yuǎn)程的目標(biāo)。以不同的方式對所述脈沖編碼，其中短脈沖(A)是連續(xù)波信號，并且較長的脈沖用經(jīng)頻率調(diào)制的線性調(diào)頻脈沖調(diào)制，一個脈沖(C)是線性調(diào)頻脈沖升而另一個脈沖(B)是線性調(diào)頻脈沖降。所述雷達(dá)的功率只需要約為190W。
文檔編號G01S13/28GK101107539SQ200680002714
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者B·沃德 申請人:史密斯集團(tuán)有限公司