專利名稱：實現(xiàn)無源雷達的地圖繪制方法
實現(xiàn)無源雷達的地圖繪制方法本發(fā)明涉及實現(xiàn)在無源模式中操作的雷達的地圖繪制方法?？墒褂眠@樣的雷達來 定位能夠反射由位置已知的發(fā)射機發(fā)出的電磁波的物體。

圖1簡要地解釋定位的原理。雷達1接收直接來源于發(fā)射機2的第一輻射以及同 樣來自發(fā)射機2但被物體3反射的第二輻射，物體3的位置希望被確定。定義第一輻射所 經(jīng)過的距離d。雷達1的位置和發(fā)射機的位置是已知的，因此距離d是已知的。還定義隔開 發(fā)射機2和物體3的距離dl以及隔開物體3和雷達1的距離d2。接收這兩個輻射的雷達1可定義在第一輻射所經(jīng)過的距離d和第二輻射所經(jīng)過的 距離dl+d2之間的距離偏差r。換句話說r = dl+d2-d (1)或者還有d+r = dl+d2 (2)在方程⑵中d+r是已知的，物體的位置位于方程(2)的橢圓4上，橢圓4的焦點 是雷達1和發(fā)射機2。橢圓4位于通過雷達1、發(fā)射機2和物體3的平面中。更一般地，只 知道雷達1和發(fā)射機2的位置，物體位于在雷達1和發(fā)射機2通過的軸周圍的回轉(zhuǎn)橢面上。從不同位置的多個發(fā)射機出發(fā)，可定義物體所位于的多個橢面。物體的位置將由 不同橢面的公共交叉部分定義?？赡苡袝r發(fā)射機存在，但沒有一個發(fā)射機位置是已知的。前面所述的定位原理則 是不可利用的。也可能位置已知的發(fā)射機在數(shù)量上被限制，這減小了在物體的定位中的精確度。發(fā)射機的位置的未知通常伴隨著地形、尤其是被地面反射的電磁場的未知?？山㈥P(guān)于給定發(fā)射機的電磁場的地圖。例如在無線電廣播中，這樣的地圖允許 知道發(fā)射機能及的范圍和未被發(fā)射機覆蓋的可能的陰影區(qū)域?？赏ㄟ^在整個區(qū)域上移動接 收機并在每個點上測量從發(fā)射機接收的輻射來實現(xiàn)這種地圖繪制。該方法很笨拙，因為它 強制性地規(guī)定在區(qū)域的整個表面上物理地移動。本發(fā)明目的在于通過提出實現(xiàn)固定無源雷達的地圖繪制方法并利用運動反射物 體例如飛過將被繪制地圖的區(qū)域的飛機來暫時減輕在上面提到的問題的全部或部分。為此，本發(fā)明目的是實現(xiàn)無源雷達和能夠反射從適當發(fā)射機接收的輻射的至少一 個運動物體的地圖繪制方法，其特征在于該方法包括下述操作 在雷達的距離多普勒矩陣中確定與直接從發(fā)射機接收的輻射和被運動物體反 射的輻射之間的偏差相關(guān)的點， 在待建立的地圖上報告定位被地面發(fā)射或反射的電磁場的奇點的可能區(qū)域， 疊交在運動物體的移動期間得到的多個可能區(qū)域，以便獲得奇點的定位。在電磁場的奇點中，可定位適當發(fā)射機，其信號直接地或在反射之后被接收。還可 定位被地面反射的電磁波的所有變化，以建立位于無源雷達附近并被運動物體例如飛機飛 過的區(qū)域的完整的地圖繪制。使用運動物體的事實允許只保留被運動物體本身反射的輻射，同時消除只被地面反射盡管來源于所研究的適當發(fā)射機的輻射。該方法允許考慮同時被地面和運動物體反射 的輻射，這允許繪制待建立的地圖的一個區(qū)域的電磁場的變化，該區(qū)域位于極接近運動物 體處。通過電磁場的奇點，可聽到來自適當發(fā)射機的發(fā)射或輻射的任何源和該源的任何反 射。來自源的直接發(fā)射和在地面的特征點上的直接發(fā)射的反射以與無源雷達相同的方式表 現(xiàn)。交叉通過定位奇點的多個可能區(qū)域，得到相對于無源雷達的運動物體的地圖。直接發(fā) 射和所反射的發(fā)射以相同的方法在地圖上呈現(xiàn)?？蓪⑵渑c為繪制地圖保留的頻譜中的發(fā)光 點進行比較。此外，這樣得到的地圖可通過對比度的變化顯現(xiàn)所接收的不同發(fā)射的水平，這 允許直觀化電磁場在位置和水平(niveau)上的變化。根據(jù)本發(fā)明的地圖繪制方法可在知道或不知道適當發(fā)射機的位置的情況下實現(xiàn)。 在不知道這些位置的情況下，必須知道運動物體的位置。如果這些物體是例如航線班機，則 可通過使用允許自動監(jiān)視飛機的發(fā)射系統(tǒng)來知道其位置，該系統(tǒng)在英語中以廣播式自動相 關(guān)監(jiān)視ADS-B的名稱被公知。通過這個系統(tǒng)，飛機一直廣播其位置。很多其它系統(tǒng)允許知 道運動物體例如有源雷達、激光雷達或利用從適當發(fā)射機知道的位置的無源雷達的位置。根據(jù)本發(fā)明的方法可被實時地實現(xiàn)，S卩，通過同時接收在距離多普勒矩陣中使用 的輻射以及一個或多個運動物體的已知位置。還可記錄無源雷達所接收的輻射，并使其與 運動物體的軌跡的記錄疊交，這些記錄例如通過GPS系統(tǒng)、慣性中心或任何其它定位方式 在運動物體上得到，這些記錄以后被取回。于是在精確的時刻知道運動物體的位置和無源 雷達所執(zhí)行的輻射測量就足夠了，該方法的實現(xiàn)可以不同。在閱讀作為例子給出的實施方式的詳細描述時，本發(fā)明將被更好地理解且其它優(yōu) 點將明顯，該描述由附圖示出，在附圖中已經(jīng)在前面描述的圖1允許解釋通過無源雷達定位反射物體的原理；圖2示出無源雷達的距離多普勒矩陣的實例；圖3示出借助于無源雷達建立的地圖的實例。為了清楚起見，在不同的附圖中相同的元件具有相同的標記。根據(jù)本發(fā)明的方法連續(xù)地操作并接收來自多個適當發(fā)射機的多個電磁輻射。這些 輻射直接地或在不同的物體上反射之后被接收。為了更好地理解該方法，借助于圖2和3 示出的接下來的解釋與一個發(fā)射機2和一個運動物體3有關(guān)。當然通過使用根據(jù)本發(fā)明的 方法獲得的地圖繪制的精確度隨著在將被繪制地圖的區(qū)域上面移動的運動物體的數(shù)量而 增加。就圖1來說，雷達1接收直接來源于發(fā)射機2的第一輻射以及也來源于發(fā)射機2 但被運動物體3例如在將被繪制地圖的區(qū)域上飛過的飛機反射的第二輻射。運動物體3的 反射能力應該充足，以便所反射的輻射被雷達1捕獲。這通常是對飛機的情況。定義雷達1的距離多普勒矩陣。該矩陣在圖2中示出。橫坐標表示雙基地距離
d-dl_d2，而縱坐標表示雙基地(bistatique)速度-，-^l。
at at飛機3的第一位置被標為31，而飛機3的第二位置被標為32。如在借助于圖1描述的定位原理中的，捕獲直接來源于發(fā)射機2的第一輻射，以及 對于每個位置31和32，捕獲來源于發(fā)射機2并被飛機3反射的第二輻射。對每個位置31和32確定使第一輻射所經(jīng)過的距離d與第二輻射所經(jīng)過的距離和
4dl+d2分開的距離偏差r或雙基地距離，距離dl是在發(fā)射機2和位置31或32上的飛機3 之間的第二輻射所經(jīng)過的距離，距離d2是在位置31或32上的飛機3和雷達1之間的第二 輻射所經(jīng)過的距離。還對每個位置31和32確定等于距離偏差r的導數(shù)的雙基地速度。然后，該方法在于在待建立的地圖上報告發(fā)射機2的可能定位區(qū)域。它涉及發(fā)射 機2非?？赡芪挥诘膮^(qū)域。對于每個位置31和32，發(fā)射機2所位于的可能區(qū)域以下式所定 義的雙曲面為中心d-dl = d2-r (3)在圖2中，對位置31的可能區(qū)域由被虛線示出的兩條雙曲線所限制的陰影區(qū)表 示。對位置32的可能區(qū)域由被混合線示出的兩條雙曲線所限制的陰影區(qū)表示。發(fā)射機2 位于不同的可能區(qū)域的交叉部分上。不同的可能區(qū)域按照運動物體3的軌跡移動，但不同的可能區(qū)域之間的唯一交叉 部分保持固定。該交叉部分以發(fā)射機2的位置為中心。通過在地圖上只示出在可能區(qū)域中顯現(xiàn)的出現(xiàn)頻率最強烈的點，只有位于固定交 叉部分上的點顯現(xiàn)在地圖上。在將被繪制地圖的區(qū)域中移動的飛機的數(shù)量越大，就越容易 顯現(xiàn)具有強烈的出現(xiàn)頻率的點。實驗表明，在積分幾分鐘之后，能夠被雷達1接收的發(fā)射機 的位置顯現(xiàn)在地圖上。當繼續(xù)時，風景的其它奇點的積分時間看起來相等。這些奇點表示 來自發(fā)射機的輻射被反射的區(qū)域，特別是例如多山地形或高壓電線。如果具有強烈反射性 的區(qū)域在地圖上以亮的方式表示，則相反，具有弱反射性的區(qū)域也以弱亮方式顯現(xiàn)。多個可 能區(qū)域的疊交是積分。可能區(qū)域的數(shù)量越大，地圖將越精確。在地圖上的報告可在接收到輻射時根據(jù)運動物體的已知位置或根據(jù)其它適當發(fā) 射機的已知位置來實現(xiàn)。有利地，對無源雷達1所接收的輻射建立強度校正，且在距離多普勒矩陣中只保 留校正低于給定值的點。事實上，當無源雷達1接收多個輻射時，輻射的衰弱是發(fā)射和/或 反射的地點的距離的平方的函數(shù)。因此建立強度校正來提高來源遙遠的信號的水平。然而， 在一定距離以外，很難在所接收的輻射內(nèi)區(qū)分噪聲與有用信號。在雷達1的一定距離以外， 地圖的邊緣表現(xiàn)得均勻地發(fā)亮。為了避免這種現(xiàn)象，不考慮校正高于給定閾值的點。該閾 值可從實驗上被定義。有利地，確定在直接接收的輻射和所反射的輻射之間的關(guān)聯(lián)，且在距離多普勒矩 陣中只保留相關(guān)性高于給定值的點。因此將來源于適當發(fā)射機并被運動物體反射的輻射限 制到給定的包絡，可按第一近似將該包絡與以無源雷達1和運動物體3為中心的卡西尼橢 圓進行比較。換句話說，運動物體3允許獲得在其軌跡附近的地面的圖像。相關(guān)性的閾值 可從實驗上被定義。有利地，對于地圖的每個點根據(jù)對該點積分的值的數(shù)量來加權(quán)該點的可能奇點的 電磁場的值。實際上，當使用前面定義的相關(guān)性閾值時，例如當運動物體在兩個不同的位置 上被觀察到時，對位于雷達1附近的地圖的給定點獲得位于運動物體3的每個位置附近的 地圖的點的兩個測量和一個測量。在這種情況下，通過位于雷達1附近的地圖的兩個點加 權(quán)。
權(quán)利要求
一種實現(xiàn)無源雷達(1)和能夠反射從適當發(fā)射機(2)接收的輻射的至少一個運動物體(3)的地圖繪制方法，其特征在于該方法包括下述操作●在所述雷達(1)的距離多普勒矩陣中確定與從所述發(fā)射機(2)直接接收的輻射和被所述運動物體(3)反射的輻射之間的偏差相關(guān)的點，●在待建立的地圖上報告定位被地面發(fā)射或反射的電磁場的奇點的可能區(qū)域，●疊交在所述運動物體(3)的移動期間得到的多個可能區(qū)域，以便獲得奇點的定位。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述地圖上的報告可在接收到輻射時根 據(jù)所述運動物體(3)的已知位置來實現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述地圖上的報告可根據(jù)所述適當發(fā)射 機(2)的已知位置來實現(xiàn)。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，對所述無源雷達(1)所接收的 輻射建立強度校正，以及在所述距離多普勒矩陣中只保留所述校正低于給定的值點。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，確定在直接接收的輻射和所反 射的輻射之間的相關(guān)性，以及在所述距離多普勒矩陣中只保留所述相關(guān)性高于給定值的 點o
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，對于所述地圖的每個點，根據(jù)對 所述點積分的值的數(shù)量來加權(quán)所述點的可能奇點的電磁場的值。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述奇點包括所述適當發(fā)射機⑵。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述奇點包括所述地圖的反射點。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述奇點包括來自適當發(fā)射機 的輻射和這些輻射的全部反射。
10.如權(quán)利要求2到9中任一項所述的方法，其特征在于包括通過同時接收在所述距離 多普勒矩陣中使用的輻射以及一個或多個運動物體的已知位置。
11.如權(quán)利要求2到9中任一項所述的方法，其特征在于包括接收在所述距離多普勒矩 陣中使用的輻射并以后在所述輻射被接收到的時刻取回運動物體的位置的記錄。
全文摘要
本發(fā)明涉及實現(xiàn)在無源模式中操作的雷達的地圖繪制方法?？墒褂眠@樣的雷達來定位能夠反射由位置已知的發(fā)射機發(fā)出的電磁波的物體。該方法包括使用能夠反射由適當發(fā)射機(2)接收的輻射的運動物體(3)。該方法包括下述操作在雷達(1)的距離多普勒矩陣中確定與在直接從發(fā)射機(2)接收的輻射和被運動物體(3)反射的輻射之間的偏差相關(guān)的點；在待建立的地圖上報告定位被地面產(chǎn)生或反射的電磁場的奇點的可能區(qū)域；疊交在運動物體(3)的移動期間得到的多個可能區(qū)域，以便獲得奇點的定位。
文檔編號G01S5/06GK101932951SQ200880122437
公開日2010年12月29日 申請日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月23日
發(fā)明者J-P·布呂內(nèi) 申請人:塔萊斯公司