用于定位目標(biāo)的方法和實(shí)施此方法的多基地雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于檢測(cè)和定位可能尤其是飛行器的目標(biāo)的方法、其在空中交通的初 級(jí)監(jiān)控方面的應(yīng)用、用于實(shí)施此方法的多基地雷達(dá)系統(tǒng)、W及包括此多基地雷達(dá)系統(tǒng)的用 于監(jiān)控空中交通的系統(tǒng)。
[0002] 本發(fā)明尤其適用于借助于例如電視信號(hào)的機(jī)會(huì)點(diǎn)信號(hào)對(duì)空中交通的初級(jí)監(jiān)控。
【背景技術(shù)】
[0003] 空中交通的初級(jí)監(jiān)控（不需要飛行器目標(biāo)方面的協(xié)作）常規(guī)上是借助于"單基地" 雷達(dá)進(jìn)行的，運(yùn)些雷達(dá)發(fā)射無線電脈沖并且接收有待檢測(cè)的目標(biāo)（飛行器）對(duì)所述無線電 脈沖的反射，每一雷達(dá)的發(fā)射器和接收器處于相同位置。也存在所謂的"多基地"系統(tǒng)，包 括一個(gè)或多個(gè)無線電信號(hào)的發(fā)射器W及多個(gè)接收器，所述多個(gè)接收器不與運(yùn)個(gè)或運(yùn)些用于 接收反射的發(fā)射器處于相同位置。在所有運(yùn)些情況下，運(yùn)些是"主動(dòng)"系統(tǒng)，發(fā)射具體意在 用于檢測(cè)目標(biāo)的無線電信號(hào)。
[0004] 還存在所謂的被動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其在多基地型的檢測(cè)方案中采用其它地方可用的無 線電信號(hào)機(jī)會(huì)點(diǎn)信號(hào)")，例如無線電話或電視信號(hào)。接著談到被動(dòng)相干位置（PCL)。純 被動(dòng)系統(tǒng)不適合于像空中交通監(jiān)控運(yùn)樣重要的應(yīng)用；然而，至少原則上可能基于與運(yùn)些發(fā) 射器的操作器的協(xié)議、根據(jù)合作模式使用機(jī)會(huì)點(diǎn)發(fā)射器來產(chǎn)生"半主動(dòng)"系統(tǒng)。 陽〇化]圖1示出了多基地檢測(cè)的基本原理，其可能是主動(dòng)的或被動(dòng)的。發(fā)射器m?傳輸無 線電信號(hào)SRE，所述無線電信號(hào)SRE在空氣中傳播并且遵照兩條路線到達(dá)接收器RR:
[0006] -直接路徑Ti，其長(zhǎng)度Li等于發(fā)射器與接收器之間的距離D;W及
[0007] -間接路徑T2,其包括有待檢測(cè)的目標(biāo)C(運(yùn)里是飛行器）的反射，呈現(xiàn)出長(zhǎng)度 L2乂1，運(yùn)取決于所述目標(biāo)的位置。
[0008] 遵循直接路徑的信號(hào)（參考信號(hào)）和遵循間接路徑的信號(hào)從不同方向到達(dá)接收 器；因而，例如借助于配備有波束成形電路（接收?qǐng)D案的數(shù)字合成）的陣列天線來區(qū)分運(yùn)些 信號(hào)。接著可W通過交叉相關(guān)來確定運(yùn)些信號(hào)的相對(duì)傳播延遲，Atp=AL/C= (Lz-Li)/ c(c是無線電信號(hào)的傳播速度，也就是說光速），由此便能計(jì)算出L2(假設(shè)Li是已知的）。接 著，已知所述目標(biāo)位于一個(gè)楠球上，運(yùn)個(gè)楠球的焦點(diǎn)是發(fā)射器和接收器，運(yùn)個(gè)楠球被定義為 點(diǎn)的軌跡，目標(biāo)離兩個(gè)焦點(diǎn)的距離的總和等于L2("雙基地距離")。如果有至少兩個(gè)其它的 發(fā)射器/接收器對(duì)可供使用（例如，存在至少=個(gè)接收器與單個(gè)發(fā)射器，或者至少=個(gè)發(fā)射 器與單個(gè)接收器，或者兩個(gè)發(fā)射器和兩個(gè)接收器等），則可W通過各個(gè)楠球之間的交叉點(diǎn)來 定位目標(biāo)C。在運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)的情況下，反射信號(hào)通過多普勒效應(yīng)而進(jìn)行頻移。因而計(jì)算相 關(guān)度若干次，在兩個(gè)信號(hào)之間引入不同頻移；相關(guān)度最大的頻移值使得能夠確定"雙基地速 度"，運(yùn)是雙基地距離L2相對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)?？蒞基于=個(gè)不同的"雙基地速度"來獲得目 標(biāo)的速度向量。
[0009] 容易理解的是，為了能直接傳播，發(fā)射器和接收器必須"在視線內(nèi)"，因而意味著， 考慮到地球的曲面，其距離可能幾乎不超出幾十公里，除非發(fā)射器和接收器中的至少一個(gè) 位于高海拔高度處，而運(yùn)有時(shí)候是不可能的，或者是不期望的。在主動(dòng)式多基地雷達(dá)（其 中，發(fā)射器的福射方向圖是根據(jù)檢測(cè)要求來限定的）中，運(yùn)并不是問題，但是在應(yīng)用于空中 交通監(jiān)控的被動(dòng)式檢測(cè)系統(tǒng)的情況下，上述情況就會(huì)成為問題。
[0010] 目標(biāo)的位置會(huì)受到不確定性的影響，運(yùn)個(gè)不確定性的值取決于用于檢測(cè)的無線電 信號(hào)的帶寬。運(yùn)會(huì)限制可W用于空中交通監(jiān)控的機(jī)會(huì)點(diǎn)發(fā)射器的選擇。實(shí)際上，使用FM無 線電話發(fā)射器（帶寬大約為20曲Z)會(huì)導(dǎo)致約為1km量級(jí)的不確定性，因而不適合于監(jiān)控 民用空中交通（雖然它適合于其它應(yīng)用，例如用于飛行器檢測(cè)），而電視信號(hào)（帶寬大約為 lOMHz)能夠?qū)崿F(xiàn)約為20m量級(jí)的不確定性，運(yùn)對(duì)于民用空中交通監(jiān)控是令人滿意的。然 而，電視發(fā)射器發(fā)射的波束基本上平行于地面，并且在垂直面呈現(xiàn)出小的張角（ouverture angulaire)(其具有2°至4°量級(jí)）。運(yùn)意味著，在30, 000英尺（大約9144m)海拔飛行 的飛機(jī)只會(huì)受到位于超過300km之外的電視發(fā)射器的照射。
[0011] 借助于圖2來圖示運(yùn)種情形。運(yùn)個(gè)圖（并不是按比例的）表示地球的表面球形 (ST)上的發(fā)射器邸。發(fā)射器發(fā)射相對(duì)窄的波束的形式的無線電信號(hào)SRE，其沿平行于發(fā)射 器水平的地面ST的切面的平均方向傳播。虛線TV表示由民用飛機(jī)組成的目標(biāo)的飛行軌跡。 運(yùn)條線平行于地面，并且與地面保持約為9, 000m量級(jí)的距離H?？蒞看出，波束SRE在檢測(cè) 區(qū)域ZD中截取軌跡TV，檢測(cè)區(qū)域ZD離發(fā)射器邸非常遠(yuǎn)。另一方面，接收器RR(其相對(duì)于 表面ST的高度至多幾十米）必須離發(fā)射器m?更近很多，W能夠截取波束SRE。
[0012] 因此，形成被動(dòng)式多基地雷達(dá)的電視發(fā)射器與接收器群組所確保的覆蓋范圍在空 中監(jiān)控中感興趣的高海拔處呈現(xiàn)出"盲錐"。圖3A和圖3B示出了多基地系統(tǒng)情況下的運(yùn)種 效應(yīng)，該多基地系統(tǒng)包括一個(gè)電視發(fā)射器Tx和=個(gè)接收器Rx，=個(gè)接收器Rx位于發(fā)射器 周圍大約30km的半徑內(nèi)，在視線中"（"L0S")。在圖3A中，區(qū)域RCi。。。表示在1000英 尺（304.8m)海拔的覆蓋范圍：可W看出，區(qū)域RCi。。。呈現(xiàn)出大概凸面的形狀。另一方面，在 圖3B中，區(qū)域RCs。。。。表示在30, 000英尺巧144m)海拔的覆蓋范圍，區(qū)域RC3。。。。的形狀是圓 環(huán)；發(fā)射器和接收器所處的中屯、區(qū)域沒有覆蓋范圍。環(huán)的空隙對(duì)應(yīng)于發(fā)射器與接收器之間 的對(duì)準(zhǔn)方向，在運(yùn)個(gè)空隙中，接收器的福射方向圖呈現(xiàn)出零，從而會(huì)拒絕直接信號(hào)。容易理 解的是，通過使用環(huán)形檢測(cè)區(qū)域來實(shí)現(xiàn)一個(gè)地域的全部覆蓋并不實(shí)際，如果電視發(fā)射器的 位置未針對(duì)運(yùn)種應(yīng)用優(yōu)化，則更是如此。此外，信號(hào)顯著地衰減，運(yùn)讓離發(fā)射器和接收器有 數(shù)百公里距離的目標(biāo)很難得到被動(dòng)定位。
[0013] 文獻(xiàn)W0 03/014764公開了一種合作相干定位的方法，其不要求接收器在一個(gè)或 多個(gè)發(fā)射器的視線內(nèi)。運(yùn)種方法使用對(duì)插入到發(fā)射器發(fā)射的信號(hào)中的預(yù)定義序列的檢測(cè)， 從而減輕不存在參考直接信號(hào)的情況。運(yùn)種技術(shù)有局限性，因?yàn)楸仨毿薷乃l(fā)射的信號(hào)。此 夕F，只能在預(yù)定義序列的持續(xù)時(shí)間之中對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行整合，而預(yù)定義的序列的持續(xù) 時(shí)間通常很短暫；運(yùn)意味著該方法只有在良好的信噪比條件下才能工作。
[0014] 文獻(xiàn)EP1 972 962公開了一種被動(dòng)式和非合作相干定位的方法，其不要求接收 器在發(fā)射器的視線內(nèi)。運(yùn)種方法使用對(duì)在接收到的信號(hào)被目標(biāo)反射之后的獨(dú)特特性（"指 紋"）的提取，從而減輕不存在參考直接信號(hào)的情況。運(yùn)項(xiàng)技術(shù)只有在限制性假設(shè)條件下才 能工作，尤其是高信噪比。此外，運(yùn)項(xiàng)技術(shù)似乎更適合于模擬調(diào)制而不是數(shù)字調(diào)制，而在機(jī) 會(huì)點(diǎn)信號(hào)中，數(shù)字調(diào)制不斷地得到更廣泛的使用。
[0015]HialesAirSystems公司為歐洲航空安全組織（Organisationeurop^ennepour las6cu;rit6delanav