专利名称：实现无源雷达的地图绘制方法
实现无源雷达的地图绘制方法本发明涉及实现在无源模式中操作的雷达的地图绘制方法。可使用这样的雷达来 定位能够反射由位置已知的发射机发出的电磁波的物体。
图1简要地解释定位的原理。雷达1接收直接来源于发射机2的第一辐射以及同 样来自发射机2但被物体3反射的第二辐射，物体3的位置希望被确定。定义第一辐射所 经过的距离d。雷达1的位置和发射机的位置是已知的，因此距离d是已知的。还定义隔开 发射机2和物体3的距离dl以及隔开物体3和雷达1的距离d2。接收这两个辐射的雷达1可定义在第一辐射所经过的距离d和第二辐射所经过的 距离dl+d2之间的距离偏差r。换句话说r = dl+d2-d (1)或者还有d+r = dl+d2 (2)在方程⑵中d+r是已知的，物体的位置位于方程(2)的椭圆4上，椭圆4的焦点 是雷达1和发射机2。椭圆4位于通过雷达1、发射机2和物体3的平面中。更一般地，只 知道雷达1和发射机2的位置，物体位于在雷达1和发射机2通过的轴周围的回转椭面上。从不同位置的多个发射机出发，可定义物体所位于的多个椭面。物体的位置将由 不同椭面的公共交叉部分定义。可能有时发射机存在，但没有一个发射机位置是已知的。前面所述的定位原理则 是不可利用的。也可能位置已知的发射机在数量上被限制，这减小了在物体的定位中的精确度。发射机的位置的未知通常伴随着地形、尤其是被地面反射的电磁场的未知。可建立关于给定发射机的电磁场的地图。例如在无线电广播中，这样的地图允许 知道发射机能及的范围和未被发射机覆盖的可能的阴影区域。可通过在整个区域上移动接 收机并在每个点上测量从发射机接收的辐射来实现这种地图绘制。该方法很笨拙，因为它 强制性地规定在区域的整个表面上物理地移动。本发明目的在于通过提出实现固定无源雷达的地图绘制方法并利用运动反射物 体例如飞过将被绘制地图的区域的飞机来暂时减轻在上面提到的问题的全部或部分。为此，本发明目的是实现无源雷达和能够反射从适当发射机接收的辐射的至少一 个运动物体的地图绘制方法，其特征在于该方法包括下述操作 在雷达的距离多普勒矩阵中确定与直接从发射机接收的辐射和被运动物体反 射的辐射之间的偏差相关的点， 在待建立的地图上报告定位被地面发射或反射的电磁场的奇点的可能区域， 叠交在运动物体的移动期间得到的多个可能区域，以便获得奇点的定位。在电磁场的奇点中，可定位适当发射机，其信号直接地或在反射之后被接收。还可 定位被地面反射的电磁波的所有变化，以建立位于无源雷达附近并被运动物体例如飞机飞 过的区域的完整的地图绘制。使用运动物体的事实允许只保留被运动物体本身反射的辐射，同时消除只被地面反射尽管来源于所研究的适当发射机的辐射。该方法允许考虑同时被地面和运动物体反射 的辐射，这允许绘制待建立的地图的一个区域的电磁场的变化，该区域位于极接近运动物 体处。通过电磁场的奇点，可听到来自适当发射机的发射或辐射的任何源和该源的任何反 射。来自源的直接发射和在地面的特征点上的直接发射的反射以与无源雷达相同的方式表 现。交叉通过定位奇点的多个可能区域，得到相对于无源雷达的运动物体的地图。直接发 射和所反射的发射以相同的方法在地图上呈现。可将其与为绘制地图保留的频谱中的发光 点进行比较。此外，这样得到的地图可通过对比度的变化显现所接收的不同发射的水平，这 允许直观化电磁场在位置和水平(niveau)上的变化。根据本发明的地图绘制方法可在知道或不知道适当发射机的位置的情况下实现。 在不知道这些位置的情况下，必须知道运动物体的位置。如果这些物体是例如航线班机，则 可通过使用允许自动监视飞机的发射系统来知道其位置，该系统在英语中以广播式自动相 关监视ADS-B的名称被公知。通过这个系统，飞机一直广播其位置。很多其它系统允许知 道运动物体例如有源雷达、激光雷达或利用从适当发射机知道的位置的无源雷达的位置。根据本发明的方法可被实时地实现，S卩，通过同时接收在距离多普勒矩阵中使用 的辐射以及一个或多个运动物体的已知位置。还可记录无源雷达所接收的辐射，并使其与 运动物体的轨迹的记录叠交，这些记录例如通过GPS系统、惯性中心或任何其它定位方式 在运动物体上得到，这些记录以后被取回。于是在精确的时刻知道运动物体的位置和无源 雷达所执行的辐射测量就足够了，该方法的实现可以不同。在阅读作为例子给出的实施方式的详细描述时，本发明将被更好地理解且其它优 点将明显，该描述由附图示出，在附图中已经在前面描述的图1允许解释通过无源雷达定位反射物体的原理；图2示出无源雷达的距离多普勒矩阵的实例；图3示出借助于无源雷达建立的地图的实例。为了清楚起见，在不同的附图中相同的元件具有相同的标记。根据本发明的方法连续地操作并接收来自多个适当发射机的多个电磁辐射。这些 辐射直接地或在不同的物体上反射之后被接收。为了更好地理解该方法，借助于图2和3 示出的接下来的解释与一个发射机2和一个运动物体3有关。当然通过使用根据本发明的 方法获得的地图绘制的精确度随着在将被绘制地图的区域上面移动的运动物体的数量而 增加。就图1来说，雷达1接收直接来源于发射机2的第一辐射以及也来源于发射机2 但被运动物体3例如在将被绘制地图的区域上飞过的飞机反射的第二辐射。运动物体3的 反射能力应该充足，以便所反射的辐射被雷达1捕获。这通常是对飞机的情况。定义雷达1的距离多普勒矩阵。该矩阵在图2中示出。横坐标表示双基地距离
d-dl_d2，而纵坐标表示双基地(bistatique)速度-，-^l。
at at飞机3的第一位置被标为31，而飞机3的第二位置被标为32。如在借助于图1描述的定位原理中的，捕获直接来源于发射机2的第一辐射，以及 对于每个位置31和32，捕获来源于发射机2并被飞机3反射的第二辐射。对每个位置31和32确定使第一辐射所经过的距离d与第二辐射所经过的距离和
4dl+d2分开的距离偏差r或双基地距离，距离dl是在发射机2和位置31或32上的飞机3 之间的第二辐射所经过的距离，距离d2是在位置31或32上的飞机3和雷达1之间的第二 辐射所经过的距离。还对每个位置31和32确定等于距离偏差r的导数的双基地速度。然后，该方法在于在待建立的地图上报告发射机2的可能定位区域。它涉及发射 机2非常可能位于的区域。对于每个位置31和32，发射机2所位于的可能区域以下式所定 义的双曲面为中心d-dl = d2-r (3)在图2中，对位置31的可能区域由被虚线示出的两条双曲线所限制的阴影区表 示。对位置32的可能区域由被混合线示出的两条双曲线所限制的阴影区表示。发射机2 位于不同的可能区域的交叉部分上。不同的可能区域按照运动物体3的轨迹移动，但不同的可能区域之间的唯一交叉 部分保持固定。该交叉部分以发射机2的位置为中心。通过在地图上只示出在可能区域中显现的出现频率最强烈的点，只有位于固定交 叉部分上的点显现在地图上。在将被绘制地图的区域中移动的飞机的数量越大，就越容易 显现具有强烈的出现频率的点。实验表明，在积分几分钟之后，能够被雷达1接收的发射机 的位置显现在地图上。当继续时，风景的其它奇点的积分时间看起来相等。这些奇点表示 来自发射机的辐射被反射的区域，特别是例如多山地形或高压电线。如果具有强烈反射性 的区域在地图上以亮的方式表示，则相反，具有弱反射性的区域也以弱亮方式显现。多个可 能区域的叠交是积分。可能区域的数量越大，地图将越精确。在地图上的报告可在接收到辐射时根据运动物体的已知位置或根据其它适当发 射机的已知位置来实现。有利地，对无源雷达1所接收的辐射建立强度校正，且在距离多普勒矩阵中只保 留校正低于给定值的点。事实上，当无源雷达1接收多个辐射时，辐射的衰弱是发射和/或 反射的地点的距离的平方的函数。因此建立强度校正来提高来源遥远的信号的水平。然而， 在一定距离以外，很难在所接收的辐射内区分噪声与有用信号。在雷达1的一定距离以外， 地图的边缘表现得均勻地发亮。为了避免这种现象，不考虑校正高于给定阈值的点。该阈 值可从实验上被定义。有利地，确定在直接接收的辐射和所反射的辐射之间的关联，且在距离多普勒矩 阵中只保留相关性高于给定值的点。因此将来源于适当发射机并被运动物体反射的辐射限 制到给定的包络，可按第一近似将该包络与以无源雷达1和运动物体3为中心的卡西尼椭 圆进行比较。换句话说，运动物体3允许获得在其轨迹附近的地面的图像。相关性的阈值 可从实验上被定义。有利地，对于地图的每个点根据对该点积分的值的数量来加权该点的可能奇点的 电磁场的值。实际上，当使用前面定义的相关性阈值时，例如当运动物体在两个不同的位置 上被观察到时，对位于雷达1附近的地图的给定点获得位于运动物体3的每个位置附近的 地图的点的两个测量和一个测量。在这种情况下，通过位于雷达1附近的地图的两个点加 权。
权利要求
一种实现无源雷达(1)和能够反射从适当发射机(2)接收的辐射的至少一个运动物体(3)的地图绘制方法，其特征在于该方法包括下述操作●在所述雷达(1)的距离多普勒矩阵中确定与从所述发射机(2)直接接收的辐射和被所述运动物体(3)反射的辐射之间的偏差相关的点，●在待建立的地图上报告定位被地面发射或反射的电磁场的奇点的可能区域，●叠交在所述运动物体(3)的移动期间得到的多个可能区域，以便获得奇点的定位。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述地图上的报告可在接收到辐射时根 据所述运动物体(3)的已知位置来实现。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述地图上的报告可根据所述适当发射 机(2)的已知位置来实现。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对所述无源雷达(1)所接收的 辐射建立强度校正，以及在所述距离多普勒矩阵中只保留所述校正低于给定的值点。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定在直接接收的辐射和所反 射的辐射之间的相关性，以及在所述距离多普勒矩阵中只保留所述相关性高于给定值的 点o
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于所述地图的每个点，根据对 所述点积分的值的数量来加权所述点的可能奇点的电磁场的值。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述奇点包括所述适当发射机⑵。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述奇点包括所述地图的反射点。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述奇点包括来自适当发射机 的辐射和这些辐射的全部反射。
10.如权利要求2到9中任一项所述的方法，其特征在于包括通过同时接收在所述距离 多普勒矩阵中使用的辐射以及一个或多个运动物体的已知位置。
11.如权利要求2到9中任一项所述的方法，其特征在于包括接收在所述距离多普勒矩 阵中使用的辐射并以后在所述辐射被接收到的时刻取回运动物体的位置的记录。
全文摘要
本发明涉及实现在无源模式中操作的雷达的地图绘制方法。可使用这样的雷达来定位能够反射由位置已知的发射机发出的电磁波的物体。该方法包括使用能够反射由适当发射机(2)接收的辐射的运动物体(3)。该方法包括下述操作在雷达(1)的距离多普勒矩阵中确定与在直接从发射机(2)接收的辐射和被运动物体(3)反射的辐射之间的偏差相关的点；在待建立的地图上报告定位被地面产生或反射的电磁场的奇点的可能区域；叠交在运动物体(3)的移动期间得到的多个可能区域，以便获得奇点的定位。
文档编号G01S5/06GK101932951SQ200880122437
公开日2010年12月29日 申请日期2008年11月24日 优先权日2007年11月23日
发明者J-P·布吕内 申请人:塔莱斯公司