專利名稱：包括安裝在風(fēng)車葉片上的雷達天線的監(jiān)視系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括安裝在風(fēng)車葉片上的雷達天線的監(jiān)視系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明可應(yīng)用于監(jiān)視領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一些系統(tǒng)確保對較大的天空/海洋/地面區(qū)域的監(jiān)視，以便檢測諸如飛行器、船只或車輛之類的對象，而不管它們是否正在移動。這些系統(tǒng)基本上包括雷達系統(tǒng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。 雖然現(xiàn)有技術(shù)關(guān)注于準(zhǔn)確地確定距離，即檢測到的對象相對于雷達的距離，但是仍然存在的問題是，如何更好地估計檢測到的對象之間的距離，即所謂的“橫距(cross-range) ”。實際上，現(xiàn)有的監(jiān)視系統(tǒng)提供的橫距分辨率非常低。在過去所使用的合成孔徑雷達(SAR)技術(shù)試圖使用移動雷達來估計靜態(tài)對象之間的橫距以便對較大地面區(qū)域進行成像。在這些技術(shù)中，所謂的“測繪帶(swath)”是能夠?qū)ζ渲械膬蓚€對象之間的橫距進行估計的區(qū)域。Klausing和Keydel公開了用于對地面進行成像的一種安裝在直升機螺旋槳上的旋轉(zhuǎn) SAR(ROSAR) ( “Feasibility of SAR with rotating antennas”，1990 年，IEEE International Radar Conference,第 51-56 頁)。在 Klausing禾口 Keydel 的該論文中，如果直升機在一固定位置處飛行，則測繪帶是由雷達波束照射的環(huán)形區(qū)域。Klausing和Keydel 的該論文還公開了適用于該環(huán)形測繪帶的算法。其主要缺點在于，難以使直升機在一真正靜態(tài)的位置處飛行。Soumeld1公開了用于對地面進行成像的一種安裝在以圓形飛行的飛機下面的圓 SAR(CSAR)( "Reconnaissance with Slant Pane Circular SAR Imaging",1996, IEEE
Transactions on Image processing, V5/no8,第 1252-1265 頁)。在 Soumekh 的該論文中， 當(dāng)飛機始終以同一圓形飛行時，測繪帶是由雷達波束照射的碟形區(qū)域。Soumeld!的該論文還公開了適用于該碟形測繪帶的算法。其主要缺點在于，難以以恒定的高度和速度以真正的圓形飛行。不幸的是，這些解決方案都不適合于確保對較大區(qū)域的監(jiān)視，也不適合于提供永久性監(jiān)視，還不適合于準(zhǔn)確地估計在垂直維度上分離的對象(例如飛機)之間的橫距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于，提供一種具有高橫距分辨率的適合于較大天空/海洋/ 地面區(qū)域的監(jiān)視系統(tǒng)，其可用于克服上述缺點之中的至少一些缺點。因此，本發(fā)明基本上提出了將SAR天線安裝在風(fēng)車葉片上(根據(jù)本發(fā)明，以下稱為“風(fēng)車-SAR” )，以便提高在空中、地面和海洋目標(biāo)之間的方位角和高度方面的橫距分辨率。本發(fā)明的動機是由于風(fēng)車的數(shù)量持續(xù)增長及其便利的高度和眾所周知的圓形運動。另一個原因是，在安全以及/或者軍事應(yīng)用中需要偵查和監(jiān)視的那些區(qū)域中，風(fēng)車是可以使用的。最一般而言，本發(fā)明提出了一種用于檢測目標(biāo)的監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括安裝在風(fēng)車葉片上的雷達天線。
在優(yōu)選實施例中，本系統(tǒng)可以包括用于在葉片旋轉(zhuǎn)時應(yīng)用合成孔徑雷達技術(shù)的裝置，如此形成的合成孔徑雷達的測繪帶在垂直平面上是圓形的。例如，該雷達可以是頻率調(diào)制連續(xù)波(FMCW)雷達或形成線性啁啾(chirp)脈沖的脈沖雷達。有利的是，在波形被測繪帶附近的目標(biāo)反射時所接收到的回波的相位可以形成 Green函數(shù)，該系統(tǒng)包括用于應(yīng)用使用該Green函數(shù)的傅立葉變換的ω-k算法，以便建立包含所述目標(biāo)的橫距圖像并估計從天線到每個目標(biāo)的方位角和高度的裝置。該系統(tǒng)可以包括用于基于到每個目標(biāo)的方位角和高度來計算目標(biāo)之間的橫距的裝置。有利的是，可以將雷達系統(tǒng)安裝在風(fēng)車的每個葉片上或者安裝在風(fēng)車農(nóng)場的每個風(fēng)車的每個葉片上，或者可以安裝在位于風(fēng)車農(nóng)場的邊緣處的每個風(fēng)車的每個葉片上。因此，本發(fā)明所提供的一個優(yōu)點是，使得可以基于已有的風(fēng)車農(nóng)場的數(shù)量容易地構(gòu)建一個永久且非常大面積的監(jiān)視系統(tǒng)。被觀察區(qū)域可以以與風(fēng)車農(nóng)場的數(shù)量相同的高速率膨脹。此外，測繪帶是垂直的，從而使得能夠估計在垂直維度上分離的目標(biāo)之間的橫距， 同時，幾乎同時使得能夠借助于普通的“非SAR”處理來估計從風(fēng)車到目標(biāo)的水平距離。目標(biāo)之間的增強的橫距還意味著改善目標(biāo)分類。


以下將參考附圖描述本發(fā)明的非限制性實例，在附圖中圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性SAR雷達的幾何結(jié)構(gòu)；圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的在脈沖雷達中實現(xiàn)的示例性方案。在附圖中，類似的參考標(biāo)記被分配給類似的要素。
具體實施例方式圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性風(fēng)車-SAR的幾何結(jié)構(gòu)。了解目標(biāo)-天線相對運動的知識在SAR技術(shù)中是非常重要的。然而，該知識可能是先前并不知道或幾乎未確定的，尤其是對于不協(xié)作的目標(biāo)。在根據(jù)本發(fā)明的此類雷達系統(tǒng)中，天線運動是已知的并且可以用來提高分辨率，尤其是方位角和高度方面的分辨率。因此，SAR技術(shù)可以提高橫距分辨率，因為接收到的信號展示了方位角和高度兩者的橫距。在該第一實施例中，可以將單個天線1安裝在風(fēng)車的單個葉片2上。L是該葉片的長度，風(fēng)車葉片的旋轉(zhuǎn)軸在(0，0，0)處，天線1以徑向速度Ω在時間t處在垂直X-Z平面中從(0，0，L)旋轉(zhuǎn)至(LsinQt，0，LcosQt)。目標(biāo)3從初始位置T(xQ，yQ，zQ)沿任意方向平移，該初始位置位于距離(o，o，o)方位角φ、高度Φ且距離R處。其在時間t處位于距天線 1傾斜距離r(t)處。在該目標(biāo)的距離處，在葉片2旋轉(zhuǎn)時可以照射得到碟形測繪帶S。如下詳述的，根據(jù)本發(fā)明的該示例性SAR系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)使得能夠建立包含該測繪帶S中的目標(biāo)3以及其它目標(biāo)4、5、6和7的橫距圖像P (χ, ζ)。有利的是，該橫距圖像P (χ, ζ)可以例如基于Green函數(shù)的傅立葉特性而依據(jù)對所接收的射頻(RF)信號S^(t)的測量來在極坐標(biāo)中建立。實際上，如果、(t)是發(fā)射信號，則其來自橫距平面x-z中具有反射率函數(shù) ^(x, ζ)、傾斜距離為r (t)的對象/區(qū)域的回波、,KF(t)包含初始橫距( ，z0)。對在這些初始位置處的反射率函數(shù)見(X，ζ)的估計會是可行的且具有可接受的分辨率，其基于眾所周知為ω-k算法，該算法在距離r(t)處不使用近似。圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性方框圖，其實現(xiàn)為脈沖雷達中的軟件， 并具有脈沖壓縮(PC)和快速傅立葉變換(FFT)。還可以使用采用整體發(fā)射掃描且使用下變換的FMCW雷達。例如，在脈沖雷達中，可以將波形選為線性啁啾。在第一步驟中，用主載波 f。將接收的RF信號s,，KF(t)下變換為信號\(t)。然后，可以對該信號、(t)應(yīng)用PC處理來估計距離r (t)，并且可以應(yīng)用FFT處理來估計多普勒。為了提高方位角和高度分辨率，可以有利地用根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)車-SAR處理來擴展該基本雷達信號處理。實際上，包含傾斜距離r(t)的接收信號的相位典型地是Green函數(shù)。該函數(shù)本身及其傅立葉變換是環(huán)形對稱函數(shù)，這使得能夠?qū)碜詸M距(χ，ζ)的貢獻與來自地面范圍y的貢獻分離。該算法基于那些眾所周知為ω -k算法的SAR算法的原理，那些SAR算法還被稱為距離_遷移算法或波陣面重構(gòu)。這些SAR算法在距離r(t)中不進行近似，但使用已接收信號的整個相位。在另一實施例中，可以在風(fēng)車的每個葉片上安裝天線。在再另一實施例中，可以從風(fēng)車農(nóng)場構(gòu)建極限雷達網(wǎng)絡(luò)，在該農(nóng)場的每個風(fēng)車的每個葉片上安裝天線。為了限制可能的干擾，可以僅在位于農(nóng)場邊緣處的風(fēng)車的葉片上安裝天線。本發(fā)明在任一方案中提供的另一優(yōu)點在于，它是一種成本高效的解決方案。其不需要特定的裝置來控制葉片的旋轉(zhuǎn)速度，葉片的旋轉(zhuǎn)速度已經(jīng)被調(diào)節(jié)為恒定速度。只有天線必須要安裝在葉片上，而不是整個雷達系統(tǒng)。因此發(fā)射機、接收機和處理單元可以位于風(fēng)車的基座。而且，當(dāng)風(fēng)沒有強到足以驅(qū)動葉片旋轉(zhuǎn)時，可以使用安裝在風(fēng)車葉片上的多個天線來應(yīng)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，諸如，例如干涉測量法。最后，不應(yīng)低估的是，其是一種綠色解決方案，不需要消耗大量的燃料來使飛機或直升機飛行。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測目標(biāo)(3、4、5、6、7)的監(jiān)視系統(tǒng)，所述系統(tǒng)的特征在于，所述系統(tǒng)包括安裝在風(fēng)車的葉片(2)上的雷達天線(1)。
2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用于在所述葉片(2)旋轉(zhuǎn)時應(yīng)用合成孔徑雷達技術(shù)的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，如此形成的合成孔徑雷達的測繪帶(S) 在垂直平面上是碟形的。
4.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述雷達是脈沖雷達。
5.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述雷達是頻率調(diào)制連續(xù)波雷達。
6.如權(quán)利要求4所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述雷達形成的脈沖波形是線性啁啾。
7.如權(quán)利要求6所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，在所述波形被所述測繪帶(S)附近的所述目標(biāo)(3、4、5、6、7)反射時，所接收到的回波的相位形成Green函數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用于采用使用所述 Green函數(shù)的傅立葉變換的ω-k算法，以便建立包含所述目標(biāo)(3、4、5、6、7)的橫距圖像 (P (x, ζ))并估計從所述天線(1)到每個目標(biāo)的方位角和高度的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用于基于到每個目標(biāo)的方位角和高度來計算目標(biāo)(3、4、5、6、7)之間的橫距的裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，在所述風(fēng)車的每個葉片上安裝雷達天線。
11.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，在風(fēng)車農(nóng)場的每個風(fēng)車的每個葉片上安裝雷達天線。
12.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，在位于風(fēng)車農(nóng)場邊緣處的每個風(fēng)車的每個葉片上安裝雷達天線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于檢測目標(biāo)的監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括安裝在風(fēng)車葉片上的雷達天線。
文檔編號G01S13/90GK102265177SQ200980151409
公開日2011年11月30日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者R·埃爾科西維克-普里比克, T·佩爾德曼, W·A·霍爾 申請人:塔萊斯荷蘭公司