專利名稱：備有相干雜波圖的雷達裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雷達裝置，該雷達裝置包括天線裝置，與天線裝置相連用以產(chǎn)生并發(fā)射脈沖的發(fā)射裝置，與天線裝置相連用以接收所發(fā)射的每個脈沖的雷達回波信號的接收裝置，與接收裝置相連的視頻處理器;該視頻處理器包含一個備有劃分成距離一方位區(qū)格的相干雜波圖的緩動目標檢測單元。
所謂緩動目標是指其徑向速度如此之慢以致根據(jù)它們的速度無法與雜波分辨開來的目標。所謂相干雜波圖是指雜波信息以代表復(fù)合雜波強度的復(fù)值形式存入其中的雜波圖。
這種裝置見于1985年11月加拿大渥太華通訊研究中心的J.S.Bird的報告“地面雜波中弱多普勒效應(yīng)目標的檢測”(“LowDopplerlargetdetectioningroundclutter”)。根據(jù)該報告，相干雜波圖只有在用于諸如級掃相控陣天線之類的非活動天線時才會發(fā)揮作用。
本發(fā)明克服了這個缺點，并且特征在于天線裝置可裝設(shè)成能繞軸轉(zhuǎn)動的形式。
這是基于這樣一種發(fā)明思想，能夠?qū)l(fā)射裝置設(shè)計成一次又一次掃描都嚴格地沿相同的方向進行雷達發(fā)射。為此，本發(fā)明的特征還在于天線裝置設(shè)有可與發(fā)射裝置相連的方位值發(fā)生裝置。而且，其特征還在于發(fā)射裝置設(shè)有方位值接收控制裝置，用以按預(yù)定的方位值產(chǎn)生發(fā)射脈沖。
本發(fā)明的一個較佳實施例的特征在于能夠產(chǎn)生多組N個相干發(fā)射脈沖，使得一組脈沖基本上與一個方位區(qū)格相重合。這可使雷達裝置適合于采用裝有多普勒濾波器組的活動目標檢測單元，例如FFT(快速付氏變換)單元。
本發(fā)明的另一個較佳實施例的特征在于控制裝置可產(chǎn)生具有M(M＝1、2、3、…)個不同雷達頻率的相繼的成組脈沖。但是，這樣就要求配有帶有M個相干雜波圖的緩動目標檢測單元，每個圖在一對一的基礎(chǔ)上加在每個雷達發(fā)射頻率上。
如果雷達裝置包括裝有多普勒濾波器組的活動目標檢測裝置，包含在雜波圖中的信息可以以全新的方式用來基本消除本行業(yè)所熟知的在相鄰的濾波器中的零速濾波器的泄漏。本發(fā)明的特征還在于視頻處理器裝有與活動目標檢測單元的輸入端相連的減法電路，以求用取自雜波圖的相干雜波信號來降低加在活動目標檢測單元上的雷達回波。
本發(fā)明將參照下列附圖作進一步說明，其中

圖1A表示相干雜波矢量A和分散模量r在復(fù)平面中的矢量表達;
圖1B表示相干雜波矢量A加上目標矢量B在復(fù)平面中的矢量表達;
圖2表示根據(jù)本發(fā)明所述的雷達裝置的框圖;
圖3表示根據(jù)本發(fā)明所述緩動目標檢測單元的框圖;
圖4表示根據(jù)本發(fā)明所述雷達裝置的一個特定優(yōu)選實施例的框圖，相干雜波圖也為活動目標檢測單元所使用。
雷達裝置通常是設(shè)計用于觀察活動目標如飛機等。為此目的，它們配有活動目標檢測單元，在此在每個距離標度上對源于相繼的雷達發(fā)射脈沖的雷達回波信號進行比較。在有活動物體的情況下，在包含目標的距離標度中的回波信號的相位將連續(xù)變化。這些相位變化可實現(xiàn)物體的檢測。先進的活動目標檢測單元在多數(shù)情況下設(shè)計成以90度相移工作的多普勒濾波器組，其中可設(shè)有用于實際確定目標的多普勒頻率的FFT單元。
在裝有活動目標檢測單元的雷達裝置中，對于沿切向因而以零徑向速度飛行的飛機有可能出現(xiàn)本行業(yè)所熟知的問題。沒有任何附加措施，這種飛機將從雷達顯示中消失，因為相繼的回波信號都具有相同的相位。在用現(xiàn)有方法制成的搜索雷達中，這些附加措施包括采用雜波圖。這是一個劃分成距離-方位區(qū)格的存儲區(qū)，其中，對應(yīng)于相應(yīng)距離-方位區(qū)格的每個距離-方位值，在天線轉(zhuǎn)動數(shù)次之后得到的平均雷達回波強度被存儲起來。存入的這個平均值是一個標量，表示雜波強度。在其后每次天線轉(zhuǎn)動中，這個雜波強度通過遞歸濾波來更新。如果某個距離-方位區(qū)格內(nèi)有一切向飛行的目標，或有一懸停的直升機在某個距離-方位區(qū)格中，測得的雷達回波強度總體上會增強。通過連續(xù)比較測得的雷達回波強度和雜波強度，終究有可能檢測出這種靜止的或緩動的目標。
對于裝有轉(zhuǎn)動天線的雷達裝置，雜波強度是作為一個標量存入的。作為一個復(fù)數(shù)存儲雖能實現(xiàn)測得的雷達回波強度和雜波強度有90度相移的比較，但被認為工作得不能令人滿意。天線的移動使被測物體各次掃描之間略有不同，以致雜波單元沒有恒定的相位。幅度受此影響較小;通過確定雜波區(qū)格中測得的雷達回波強度的平均值，就有可能實現(xiàn)適用的系統(tǒng)。
盡管在前面提到的報告中的級掃相控陣天線的情況下，有可能對每個距離-方位區(qū)格以90度相移測量雜波強度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如此測得的雜波強度在較長時間內(nèi)相當恒定?？赡苡筛咚?、樓群或巖層產(chǎn)生的特別強的回波極少時間變化。另一方面，樹叢所產(chǎn)生的回波則表現(xiàn)出大得多的變化。一般說來，要有一個模型，其中距離-方位區(qū)格有一個被認為基本恒定的復(fù)合雜波強度和一個作為雜波強度穩(wěn)定度量度的標量分散模量。這如圖1A所示，其中復(fù)平面中的矢量A表示被認為實際上恒定的復(fù)合波強度，而分散模量r決定了復(fù)平面上雜波強度周圍的一個圓盤型的分散區(qū)域。根據(jù)相繼的測量值的和本領(lǐng)域所熟知的統(tǒng)計方法，分散模量r選定得能夠預(yù)先估計出新測量值落入由r所決定的圓盤區(qū)域的機會。該事件不發(fā)生的概率對應(yīng)于為雷達裝置規(guī)定的每次測量的誤報概率。
如果測量值表明在某個距離-方位區(qū)格中有一新物體出現(xiàn)，該物體產(chǎn)生由矢量B表示的回波，圖1B表示合矢量A+B如何超出r所決定的圓盤型區(qū)域并最終實現(xiàn)檢測。應(yīng)當指出，在以標量雜波強度為基礎(chǔ)的比較中，這個目標是本不會被檢測出來的，因為A+B的模值沒有超過A的模。事實上，復(fù)合雜波強度總能獲得比標量雜波強度更好的結(jié)果，盡管對于具有低分散模量r的強雜波回波尤其如此。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明所述雷達裝置的框圖。發(fā)射裝置1產(chǎn)生由轉(zhuǎn)動天線裝置2發(fā)射出去的發(fā)射脈沖。天線裝置2接收到的發(fā)射脈沖的回波信號被送到接收裝置3，該裝置將所接收到的數(shù)字化的回波信號加到活動目標檢測單元4。發(fā)射脈沖通常以由N個脈沖組成的脈沖串形式發(fā)射出去，活動目標檢測單元包括-FFT處理器用以檢測出較快的活動目標，檢測結(jié)果可通過第一視頻輸出5得到以實現(xiàn)跟蹤和顯示功能。另外，回波還加在緩動目標檢測單元6上，它可將接收到的某個距離-方位區(qū)格內(nèi)的回波強度與存于雜波圖7中的雜波強度進行比較。超過閾值就可得到檢測結(jié)果，并通過第二視頻輸出8來實現(xiàn)跟蹤和顯示功能。在一個脈沖串中的N個脈沖并不要求是相同的。只要它們的相干性就足夠了，這樣接收裝置3就可以設(shè)置得使不同的發(fā)射脈沖能夠在接收裝置3的輸出端產(chǎn)生本領(lǐng)域所知那種相同的雷達回波。
如本領(lǐng)域中已知的，天線裝置2裝有可產(chǎn)生供跟蹤和顯示之用的天線方位值的角度指示裝置9，以及用以對雜波圖7進行尋址的緩動目標檢測單元6。在根據(jù)本發(fā)明所述雷達裝置中，方位值也提供給發(fā)射裝置1。這些裝置設(shè)計得能夠按照預(yù)定的方位值來產(chǎn)生發(fā)射脈沖。例如在一個具體實施例中，雷達裝置覆蓋區(qū)域被劃分成360個1度大小的方位扇面和4096個160米長的距離標度。方位值每次移動一度，可發(fā)射一個脈沖，從而得到緩動目標檢測單元6所需的回波。
或者方位值每次移動一度，并可發(fā)射一串N個相干脈沖，例如N對應(yīng)于活動目標檢測單元4中FFT單元的點數(shù)。在這種情況下，緩動目標檢測單元6將用于脈沖串處理。例如，每個距離標度的雷達回波信號可通過例如加權(quán)求和在一脈沖串內(nèi)進行平均。這可得到可重復(fù)的相干回波強度、對活動物體的顯著抑制以及信噪比的改善。
對于有些雷達應(yīng)用，要求或建議使用不同的雷達發(fā)射頻率。這種情況有人會想到本行業(yè)所熟知的例如在速度分辨率不清晰時，或者想到在有阻塞或干擾情況下改變頻率。對于相干雜波圖，頻率的跳變是災(zāi)難性的，因為存儲值不再有多少或根本沒有意義。這可以通過對于每個雷達發(fā)射頻率建立一個相干雜波圖來解決。為此，雷達裝置應(yīng)包括一個鏈路。使得發(fā)射裝置1能夠與緩動目標檢測單元6連通，給后者提供雷達發(fā)射頻率。該鏈路還可以用于傳送被發(fā)射的每個雷達脈沖的同步信號。
圖3表示緩動目標檢測單元6和雜波圖7的框圖，后者有可能包含子雜波圖7.1、7.2、…7.M，每個雷達發(fā)射頻率使用一個。在某個方位區(qū)格內(nèi)接收到的并來源于一個脈沖串的雷達回波在具有加權(quán)功能例如哈明(Hamming)加權(quán)功能的求和及加權(quán)單元10中在每個距離區(qū)格中求和。為此，求和及加權(quán)單元10除雷達回波之外還接收用于建立脈沖串起始的方位信息和發(fā)射的每個脈沖的同步信號。在每個距離-方位區(qū)格中如此確定的回波強度加在比較電路11上，其上還加有對應(yīng)于與相應(yīng)發(fā)射頻率i相關(guān)的雜波7.i的雜波強度和分散模量。對于每個距離-方位區(qū)格，比較電路11從雷達回波強度中減去雜波強度，確定差值的模，而且，如果這個差值超過分散模量加上為實現(xiàn)預(yù)定的誤報概率而設(shè)的可能的附加閾值時，就通過鏈路8產(chǎn)生檢測結(jié)果。
由求和及加權(quán)單元10確定的復(fù)回波強度同相應(yīng)的復(fù)合波強度及分散模量一起還加在濾波電路12上。根據(jù)所加的值，濾波電路12可在遞歸過程中確定雜波強率和分散模量的新值，而后存入雜波圖7.1中。對于相干雜波強度，可按下式使用濾波器AN+λ＝αAN+βSN+1(1)其中AN為由雜波圖產(chǎn)生的雜波強度;
AN+1為將存入雜波圖的新的雜波強度;
SN+1為由求和及加權(quán)單元10確定的回波強度;
α，β為濾波系數(shù)(通常α+β＝1)。
根據(jù)不同的系統(tǒng)參數(shù)，標量濾波系數(shù)α、β要選擇得一方面使濾波轉(zhuǎn)換時間總是較短從而雜波圖在相對較短的時間期間內(nèi)包含有相關(guān)的數(shù)據(jù)，另一方面使在一個距離標度內(nèi)駐留了某段時間的靜止物體不會過快被當作雜波。
類似地，對于分散模量，可按下式使用濾波器rN+12＝α′RN2+β′｜SN+1-AN｜2(2)其中rN為由雜波圖產(chǎn)生的分散模量;
rN+1為將存入雜波圖的新的分散模量;
α′，β′為濾波系數(shù)(通常α′+β′＝1)。
根據(jù)不同的系統(tǒng)參數(shù)，標量濾波系數(shù)α′，β′也要再次以這種方式選定一方面使濾波轉(zhuǎn)換時間總是較短，另一方面偶然的急劇變化的測量值不會過于嚴重地破壞分散模量。
為對雜波圖7進行尋址，地址發(fā)生器13接收來自角度指示器9的方位信息、同步信號及當前所用的發(fā)射裝置1的雷達發(fā)射頻率。
在使用多個雷達發(fā)射頻率因而使用多個復(fù)合雜波圖的情況下，對每個頻率有規(guī)律地使用每個距離-方位區(qū)格從而使雜波強度和分散模量得到更新，是雷達裝置正常工作的先決條件。測量結(jié)果已表明，在標準條件下由地面定點雷達裝置測得的雜波強度和分散模量可保持有效至少五分鐘。在此期間對于所有頻率的所有距離-方位區(qū)格都必須要更新，亦即要被使用。
在求和及加權(quán)單元10中根據(jù)雷達回波確定的加權(quán)和給出了對活動目標一定程度的抑制。無論如何還要求有附加措施來防止活動目標通過求和及加權(quán)單元10竄入濾波電器12從而改變雜波圖的內(nèi)容。這些附加措施包括裝設(shè)在濾波電路12上的禁止輸入端14，它與活動目標檢測單元4的輸出端5相連。這可防止經(jīng)活動目標修改的雜波強度存入雜波圖中。
活動目標檢測單元對每個距離標度應(yīng)用多普勒濾波過程如一個N點FFT來處理一串回波。濾波器-N/2，…，-1，+1，…，N/2-1的輸出信號在多普勒濾波器組的輸出端作閾值判定，并且超過閾值即產(chǎn)生檢測結(jié)果。零速濾波器的輸出產(chǎn)生雜波信號，因而不被使用。本領(lǐng)域熟知的一個問題是極強的雜波回波有可能由于多普勒濾波器通常非理想的性能而無意地在其它濾波器之一中出現(xiàn)超過閾值的現(xiàn)象。根據(jù)本發(fā)明所述雷達裝置的一個最佳實施例通過使用存入雜波圖中的相干雜波強度而避免了這個問題。圖4表示一串接收到的數(shù)字化回波信號是如何加在減法電路15上的，一個距離標度上的每個回波信號是如何用為那個距離標度和所用的雷達發(fā)射頻率而存入的復(fù)合雜波強度來減低的。經(jīng)如此修改的回波信號加給活動目標檢測單元4。在多普勒濾波之前減去已知的強雜波回波可以防止上述無意中超過閾值現(xiàn)象的發(fā)生。所用的閾值甚至可以顯著降低，從而使雷達裝置的靈敏度提高。
權(quán)利要求
1.雷達裝置，包括天線裝置、與該天線裝置相連用以產(chǎn)生和發(fā)射脈沖的發(fā)射裝置、與該天線裝置相連用以按照每個發(fā)射脈沖接收雷達回波信號的接收裝置，與該接收裝置相連的視頻處理器，它包含備有劃分成距離一方位區(qū)格的相干雜波圖的緩動目標檢測單元，其特征在于天線裝置設(shè)置成可繞軸轉(zhuǎn)動的。
2.如權(quán)利要求1所述雷達裝置，其特征在于所述天線裝置設(shè)有方位值發(fā)生裝置，用以與發(fā)射裝置相連。
3.如權(quán)利要求2所述雷達裝置，其特點是發(fā)射裝置設(shè)有方位值接收控制裝置，用以以預(yù)定的方位值產(chǎn)生發(fā)射脈沖。
4.如權(quán)利要求3所述雷達裝置，其特征在于產(chǎn)生多組N個相干發(fā)射脈沖，使得一組脈沖基本上與一個方位區(qū)格相重合。
5.如權(quán)利要求4所述雷達裝置，其特征在于控制裝置能產(chǎn)生具有M(M＝1、2、3…)個不同雷達頻率的相繼的成組信號。
6.如權(quán)利要求5所述雷達裝置，其特征在于緩動目標檢測裝置備有M個相干雜波圖，每個圖在一對一的基礎(chǔ)上加在每個雷達發(fā)射頻率上。
7.如權(quán)利要求6所述雷達裝置，其特征在于對于每個雷達發(fā)射頻率，距離一方位區(qū)格內(nèi)至少含有一個復(fù)合雜波強度和一個分散模量。
8.如權(quán)利要求7所述雷達裝置，其特征在于視頻處理器設(shè)有適用于讀入、修改和存儲雜波強度的第一濾波器，這種修改包括從先已存入的雜波強度來確定新的雜波強度和確定由一脈沖串產(chǎn)生的雷達回波信號的加權(quán)和。
9.如權(quán)利要求8所述雷達裝置，其特征在于視頻處理器設(shè)有適用于讀入、修改和存儲分散模量的第二濾波器，這種修改包括從先已存入的分散模量、雜波強度和由一脈沖串產(chǎn)生的雷達回波的加權(quán)和未確定新的分散模量。
10.如權(quán)利要求8或9所述雷達裝置，其特征在于視頻處理器還包括設(shè)有多普勒濾波器組的活動目標檢測單元，用以處理每一組雷達回波信號。
11.如權(quán)利要求10所述雷達裝置，其特征在于第一濾波器和第二濾波器設(shè)有禁止輸入端，與活動目標檢測單元的輸出端相連。
12.如權(quán)利要求10所述雷達裝置，其特征在于視頻處理器設(shè)有與活動目標檢測單元相連的減法電路，以便用從雜波圖得到的相干雜波信號來減低加在活動目標檢測單元上的雷達回波。
全文摘要
雷達裝置設(shè)有發(fā)射裝置(1)、轉(zhuǎn)動天線裝置(2)和接收裝置(3)，用以發(fā)射每個脈沖串并在視頻處理器中處理雷達回波信號。視頻處理器包括裝有多普勒濾波組件如FFT處理器的活動目標檢測單元(4)和備有相干雜波圖的緩動目標檢測單元(6)，一個圖對應(yīng)于使用的每個雷達發(fā)射頻率。相干雜波圖也用于通過從雷達回波信號中減去存于雜波圖中的相干雜波強度來降低加在活動目標檢測單元(4)上的雷達回波信號的雜波強度。
文檔編號G01S7/42GK1075366SQ92114689
公開日1993年8月18日 申請日期1992年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月19日
發(fā)明者威爾茨·詹·漢德里克·梅杰爾, 彼德魯斯·尼古拉斯·科爾奈利斯·努伊 申請人:荷蘭塞納拉帕拉塔公司