雷达系统和方法

专利名称：雷达系统和方法
技术领域：
本发明涉及雷达系统以及提高雷达系统能力的方法。本发明更具体地涉及在受到 干扰雷达信号的杂波、结构和移动结构(例如风力涡轮机)影响的区域中具有提高的检测 能力的雷达系统。
背景技术：
对于新结构、尤其是诸如风力涡轮机的大型人造结构对于新的和现有的雷达系统 (例如空中交通控制、海事、和/或防空系统)的影响的担忧不断增加。雷达系统一般地设计用于区分包含来自移动和静态的许多对象的反射的雷达返 回。这种反射信号(统称为杂波)可以例如从诸如树、地面、甚至风力涡轮机塔架本身的静 态对象产生。尽管现有的雷达可以基于多普勒效应区分杂波和移动对象，但是有许多与诸 如风力涡轮机的结构相关联的许多效果导致雷达性能的急剧下降。大量的这种结构典型地 彼此相对近地设置恶化了这一问题。例如，风电场典型地包括在可以延伸数千米的近海岸处或内地间隔排列的大型风 力涡轮机阵列。每个风力涡轮机典型地包括三个主要元件塔身、吊舱(nacelle)、和叶片 组件。风力涡轮机的大小和配置在各个地域可以有很大的不同(当前单在英国就有40个 左右不同的涡轮设计)。然而，一般地，每个涡轮包括垂直安装的叶片组件(具有水平的旋 转轴)，以及超过几十米或可能超过一百米的塔身。结合大的移动部件(例如叶片组件)， 这种结构的大小意味着涡轮用作无线电信号的有效散射体，其中金属塔身和/或叶片组件 尤其将很大部分的发射信号反射回雷达，以及使来自兴趣目标的返回失真。因而，涡轮针对 雷达系统提供假的移动目标，并且引发针对与诸如飞机、船舶等兴趣目标相关联的信号的 阴影、或明显的调制。排除与移动的叶片组件相关联的那些假的移动目标是复杂的，且例如与简单的静 态杂波减少等相比，这会极大地消耗附加处理器时间。多余目标的大体积会导致不期望的效果，例如雷达接收机的饱和等。例如，巨大的 反射可以导致接收机/信号处理中的振幅限制，从而导致失真，以及可能导致降低的敏感 度和降级的检测能力。位于涡轮后面的对象(从雷达的角度)可以位于涡轮的“阴影”中。大部分的雷 达能量被涡轮所阻挡，并且通过其它方向的反射而丢失。因此，部分(例如通过衍射)填充 涡轮后面的阴影区域的雷达能量仅代表一部分的原始信号能量，所以涡轮后面的场强在涡 轮后面的区域上消失。因此，阴影会导致遗漏检测。叶片的旋转也会导致调制效应，例如随着叶片呈现变化的视线角而导致返回信号 的时间调制，由于叶片间歇地遮蔽来自其它对象的返回而导致叶片后的对象的雷达横截面 的调制或“切断”(chopping)，以及由于叶片沿雷达方向的运动而导致的多普勒效应。这种 调制效应会使期望目标丢失或漏分类。其它可能的效应包括在信号返回雷达之前涡轮之间的信号的反射和再反射(级联反射)。由于针对飞机安全的可能影响，所以针对在排除假目标的同时精确地检测和跟踪 兴趣目标的雷达系统(例如空中交通控制系统)能力的降级尤其重要。因此，需要改进以增强诸如在空中交通控制和防空中使用的重要的雷达系统的功 能。同时，通常也需要针对大型结构、尤其是具有移动部分的大型人造结构(例如风力涡轮 机)的负效应具有抵抗力的雷达系统。

发明内容
本发明旨在提供在该和/或其它杂波场景中有用的改进的雷达系统。由Cambridge Consultants Ltd作为专利申请人申请的申请号为W001/059473的 国际专利申请公开了一种雷达系统，包括用于获取与对象相关的位置信息的设备，所述设 备包括警报区域定义级，用于在该设备的检测域内定义警报区域(以二或三维)；以及区 分级，用于确定所检测的对象是否在警报区域中；其中所述警报区域优选地定义为检测域 内的三维区域，将该公开一并引入作为参考。由Cambridge Consultants Ltd作为专利申请人申请的申请号为W097/14058的 国际专利申请公开了用于确定对象的位置信息的设备和方法，包括用于通过在多个隔开的 位置检测所述对象所返回的探测信号的相对定时来确定对象位置的方法，将该公开一并引 入作为参考。针对杂波环境的雷达系统在本发明的一个方面中，提供了一种用于在杂波环境中定位的雷达系统，所述雷 达系统包括用于将雷达信号发射至一区域(或兴趣体积)(a volume of interest)的装 置(优选为发射机)；用于在从所述区域(或兴趣体积)内反射所述雷达信号时，接收所述 雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)，其中所述发射装置和接收装置被配置为在 杂波环境中进行定位；以及用于处理返回信号，以提取针对所述区域的数据的装置(优选 为处理器)，所述数据包括与所述区域中的杂波相关联的数据。所述雷达系统优选地包括能够在高杂波环境(例如其中杂波更显著或给出比可 能的兴趣目标更大的返回，和/或其中来自杂波的返回信号会遮蔽来自兴趣目标的返回信 号)中区分目标的雷达。杂波环境可以包括以下的一个、一些或全部单独的风力涡轮机(无论是离岸或 是在岸)、风电场、风电场集合、船或船群、海面杂波、建筑物、以及其它类似主要结构，尤其 是港口、码头、船坞或海港等。兴趣目标可以包括飞机、无人驾驶的飞机、导弹、公路车辆和越野车辆、人群、行 人、小船、轮船、潜艇。兴趣目标也可以包括诸如雨、雪、风和空气湍流的天气特征。在本发明的另一方面中，提供了一种雷达系统，包括用于将雷达信号发射至区域 (或兴趣体积)的装置(优选为发射机)；用于在从所述区域(或兴趣体积)内反射所述雷 达信号时，接收所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)，其中所述发射装置和接 收装置适于在风电场处的结构上进行定位；以及用于处理返回信号，以提取针对所述区域 的风电场关联数据的装置(优选为处理器)。
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可以理解，尽管由于针对雷达信号处理的诸如风力涡轮机(尤其是那些具有移动 部分的)的大型金属结构的已知不利的效果而导致与直觉背道而驰，但是根据本发明在风 电场处的雷达感应器的定位具有多个独特的和令人惊异的优点。它利用了现有的基础结构 (电力和机械支撑)；它减小了涡轮阵列区域内的目标的测距；以及它增加了涡轮之间角分 集。此外，在风电场定位接收机和/或发射机允许对风电场自身的相关的信息进行提取。例 如，在本地空中交通控制、中央或空中防御雷达有困难的情况下，这可以包括针对靠近风电 场的兴趣体积中移动的对象(例如船舶或航空器)的信息。发射装置可以包括静态发射机。优选地，发射机具有第一孔，以及接收装置具有第二孔，使得所述第一孔与所述第 二孔的大小不同。第一孔优选地比所述第二孔小。接收装置可以包括多个子阵列，每个子 阵列可以具有与第一孔基本相同大小和形状的子孔。发射装置优选地被配置为持续地照射、优选而不顺序扫描或指向(directed)所 述区域。处理装置可以被配置为形成多个接收波束(beam)。在与返回信号表示的相应观察相关联的测距和/或距变率(range rate)的极限 范围内，可以对返回信号进行相干积分。该极限可以与雷达系统的操作频率成反比，和/或 与光速的平方成正比。该测距可以被限制在与距变率最大量的反比之内，和/或距变率可 以被限制在与最大测距的反比之内。优选地以不等式来表示该极限
Γ π f dR其中R是测距，以及dR/dt是与观察相关联的距变率，c是光速，以及F。p是雷达系 统的工作频率。发射装置优选地被配置为利用宽波束来照射所述整个区域，可以被配置为同时照 射整个兴趣体积，可以被配置为利用被调制以允许距离分辨度的相干信号来照射所述区 域，和/或可以被配置为利用被调制为常规脉冲序列的相干信号来照射所述区域。发射装 置可以被配置为以足以超过针对与目标相关联的多普勒频移的奈奎斯特极限的速率(例 如脉冲率)来照射区域中的目标。处理装置可以被配置为优选地仅在与观察相关的数据被提取、存储和分析之后， 评估返回信号所表示的观察的重要性。处理装置可以被配置为仅在与观察相关的数据被提 取、存储和分析之后，对观察所表示的目标进行分类。处理装置被配置为从所提取的数据中 标识感兴趣的观察，以及优选地存储针对所标识的观察的历史数据。历史数据可以包括相位和/或振幅历史。处理装置可以被配置为基于所述历史数 据的处理和解译，形成针对所述目标的轨迹，和/或可以被配置为基于所述历史数据来区 分重要和不重要的观察(和/或表示一类或另一类的目标)。处理装置可以被配置为将所提取的表示观察的数据存储在过程像素中，其中每个 过程像素表示属性的单一集合。针对每个像素的属性可以包括组合，该组合包括针对相关 观察的时间、测距、距变率和/或多普勒频率中的至少两个。针对每个像素的属性可以包括 针对相关观察的波束数量、子阵列数量和/或元件数量中的至少一个。处理装置可以被配置为将表示观察的返回信号的特征存储在相关像素中。该特征可以包括振幅、相位和频率 中的至少一个。该观察可以表示目标、杂波项、或“空值(null) ”中的至少一个。接收装置优选地包括至少一个阵列，所述阵列包括多个接收元件(或子阵列)，每 个元件可以被配置为从基本整个兴趣体积接收信号，从而形成相关联的信号信道。接收装 置可以包括多个所述阵列(或子阵列)。处理装置可以被配置为通过将不同的信号信道与适合的振幅和/或相位加权相 结合来形成多个波束。处理装置可以被配置为形成具有基本不同朝向的多个波束。处理装 置可以被配置为形成具有基本相同朝向的波束的多个孔。优选地，针对多个接收元件中的 每个形成波束。针对多个接收元件的子阵列中的每个形成波束。处理装置可以被配置为使用多个波束的单脉冲角度测量。单脉冲角度测量可以包 括相位单脉冲角度测量。单脉冲角度测量可以包括振幅单脉冲角度测量。接收装置可以具有比所述发射装置基本更大的总孔。处理装置可以被配置为使用 与所发射的雷达信号相干的信号来确定所述返回信号的振幅、频率、延迟和/或相位。接收装置可以包括接收元件的平面阵列，和/或可以包括与已知形状类似的接收 元件的非平面阵列。优选地，雷达系统位于风电场。优选地，雷达系统包括全息雷达。处理装置可以被配置为处理在并行的第一数据流和第二数据流中由子阵列接收 的信号。可以使用不同的振幅和/或相位加权来处理每个数据流。用于第一数据流的振幅 和/或相位加权可以被配置为沿陆地或海平面的方向提供空值，从而拒绝表面目标。类似 地，用于第二数据流的振幅和/或相位加权可以被配置为沿升高的对象的方向提供空值， 从而拒绝这种对象有利于表面目标。不对称的孔方面优选地，发射装置具有第一孔；以及优选地，所述接收装置具有第二孔；其中优选 地所述第二孔与所述第一孔的大小不同。根据本发明的另一方面，提供了一种用于在杂波环境中定位的雷达系统，所述雷 达系统包括用于将雷达信号发射至一区域的装置(优选为发射机)，所述发射装置具有第 一孔；用于接收从所述区域内反射的、所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)， 所述接收装置具有第二孔；以及用于处理返回信号，以提取包括与杂波相关数据的数据的 装置(优选为处理器)；其中所述第二孔与所述第一孔的大小不同。发射装置可以包括静态发射机。优选地，发射机具有第一孔，以及接收装置具有第二孔，使得所述第一孔与所述第 二孔的大小不同。第一孔优选地比所述第二孔小。接收装置可以包括多个子阵列，其中每 个子阵列可以具有与第一孔基本相同大小和形状的子孔。发射装置优选地被配置为持续地照射、而优选不顺序地扫描或指向所述区域。处理装置可以被配置为形成多个接收波束。在与返回信号表示的相应观察相关联的测距和/或距变率的极限范围内，可以对 返回信号进行相干积分。该极限可以与雷达系统的操作频率成反比，和/或与光速的平方 成正比。该测距可以被限制在与距变率最大量的反比之内，和/或距变率可以被限制在与 最大测距的反比之内。
优选地以不等式来表示该极限
权利要求
菲涅耳区杂波信号去加重
1.一种雷达系统，用于区分雷达干扰源和兴趣目标，所述系统包括用于将雷达信号 发射至一区域的装置；用于接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置；以 及用于处理所述返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信 号的装置，其中来自所述第二对象的所述返回信号包括多普勒分量，并干扰来自所述第一 对象的所述返回信号；其中所述雷达系统操作用于在距离第二对象小于基于该对象的几何 学特征的接近极限处接收到返回信号时，对所述返回信号进行区分。
2.如权利要求1所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于区分所述返回信号，其中当 从比所述接近极限更远的距离观察时，所述第二对象具有比所述第一对象的有效雷达横截 面更大的有效雷达横截面。
3.如权利要求1或2所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行 操作，其中所述接近极限是一距离，在所述距离内，所述第二对象的有效雷达横截面随着所 述发射装置和/或接收装置与第二对象的距离的变化而变化。
4.如权利要求3所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于执行所述区分，其中来 自所述第二对象的所述返回信号包括从一距离返回的信号，在所述距离处，所述第二对象 的有效雷达横截面基本小于从无穷远观察时理论上可观察的雷达横截面。
5.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进 行操作，其中所述接近极限取决于与发射装置的视线基本垂直的所述第二对象的至少一个 尺寸。
6.如权利要求5所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行操 作，其中所述接近极限基本取决于所述第二对象的所述尺寸的平方。
7.如权利要求5或6所述的雷达系统，其中所述尺寸是所述第二对象的移动部分的尺寸。
8.如权利要求7所述的雷达系统，其中所述尺寸是所述第二对象的旋转部分的尺寸。
9.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进 行操作，其中所述接近极限取决于发射装置发射的信号的波长。
10.如权利要求9所述的雷达系统，其中所述接近极限与发射装置发射的信号的波长 成反比。
11.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内 进行操作，其中所述接近极限基本以下列等式给出η 2 2Α其中Dp是接近极限，λ是发射信号的波长，以及rtg是尺寸目标。
12.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内 进行操作，其中所述接近极限取决于第二对象处的区的大小，在所述区上，来自所述对象的 特征的返回展现小于180°的相位偏移。
13.如权利要求1或11所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进 行操作，其中所述接近极限取决于所述第二对象处的区的大小，在所述区上，来自所述对象 的返回展现小于一半波长的偏移。
14.如权利要求12或13所述的雷达系统，其中雷达系统适于在所述接近极限内进行操 作，其中基于所述区的大小和所述第二对象的几何学特征之间的比较，来确定所述接近极 限，其中所述区的大小是半径，所述第二对象的几何学特征优选为尺寸，优选在与发射装置 和/接收装置的视线垂直的平面中。
15.如权利要求12、13或14所述的雷达系统，其中所述区包括所述对象处的菲涅尔区， 例如所述第一菲涅尔区。
16.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述第二对象包括风力涡轮机或其一 部分。
17.如权利要求16所述的雷达系统，其中所述第二对象包括风力涡轮机的叶片。
18.如权利要求17所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行操 作，其中所述接近极限取决于叶片长度的平方除以发射信号的波长。
19.如权利要求18所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行操 作，其中所述接近极限基本以下列等式给出
20.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述发射装置包括静态发射机。
21.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述发射装置具有第一孔，以及所述接 收装置具有第二孔，从而所述第一孔与所述第二孔的大小不同，例如所述第一孔比所述第 二孔小。
22.如权利要求21所述的雷达系统，其中所述接收装置包括多个子阵列，其中每个子 阵列具有与所述第一孔大小和形状基本相同的子孔。
23.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述发射装置被配置为持续地照射、例 如而不顺序地扫描或指向所述区域。
24.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为形成多个接收 波束。
25.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中在与返回信号表示的相应观察相关联 的测距和/或距变率的全息极限内，对返回信号进行相干积分。
26.如权利要求25所述的雷达系统，其中所述全息极限与雷达系统的工作频率成反 比，和/或与光速的平方成正比。
27.如权利要求25或沈所述的雷达系统，其中与全息极限的适应性需要将测距限制在 距变率的最大量的反比之内，和/或需要将距变率的量限制在最大测距的反比之内。
28.如权利要求M至27中任一所述的雷达系统，其中以下列不等式来表示所述极限
29.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述发射装置被配置为以足以超过 针对与所述目标相关联的多普勒频移的奈奎斯特极限的速率，例如脉冲率，来照射区域中的目标。
30.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为从所提取的 数据中识别感兴趣的观察，并且存储针对所标识的观察的历史数据，例如相位和/或振幅 历史。
31.如权利要求30所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为基于所述历史数据 来区分重要和不重要的观察，和/或表示一类或另一类的目标。
32.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为将所提取的 表示观察的数据存储在过程像素中，其中每个过程像素表示属性的单一集合，例如包括针 对所关联的观察的时间、测距、距变率和/或多普勒频率中至少两个的组合。
33.如权利要求32所述的雷达系统，其中针对每个像素的属性包括针对相关联的观察 的波束数量、子阵列数量和/或元件数量中的至少一个。
34.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述接收装置包括至少一个阵列，所述 阵列包括多个接收元件或子阵列，每个元件被配置为从基本整个兴趣体积接收信号，从而 形成相关联的信号信道。
35.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为通过将不同的 信号信道与适合的振幅和/或相位加权相结合来形成多个波束。
36.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为形成具有基本 上不同朝向的多个波束。
37.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为形成具有基本 相同朝向的波束、例如基本并行的波束的多个孔。
38.如权利要求36或37所述的雷达系统，其中针对多个接收元件中的每个、和/或针 对接收元件的多个子阵列中的每个形成所述波束。
39.如权利要求36至38中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为使用多个 所述波束进行相位和/或振幅单脉冲角度测量。
40.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述接收装置包括接收元件阵列，例如 接收元件的平面阵列和/或与已知形状类似的接收元件的非平面阵列。
41.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述雷达系统位于风电场。
42.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述雷达系统包括全息雷达。
43.如前述任一权利要求所述的雷达系统，包括第二对象，其中所述第二对象具有给定 的几何学特征。
44.如权利要求43所述的雷达系统，其中所述第二对象是风力涡轮机，以及所述几何 学特征包括给定的涡轮叶片长度。
45.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中来自每个所述对象的返回信号包括至 少一个多普勒分量，以及所述处理装置操作用于依据针对每个对象的多普勒分量的展开来 区分所述返回信号。基于多普勒频谱的展开的区分
46.一种雷达系统，用于区分雷达干扰源和兴趣目标，所述系统包括用于将雷达信号 发射至一区域的装置；用于接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置；以 及用于处理所述返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号的装置，其中来自所述对象的所述返回信号包括至少一个多普勒分量；其中所述处理装 置操作用于依据针对每个对象的所述多普勒分量的展开来区分所述返回信号。
47.如权利要求45或46所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于如果所述至少 一个多普勒分量包括在预定义多普勒频谱上的多个位置处的多个分量，则确定所述返回信 号是从所述第二对象返回的。
48.如权利要求45，46或47所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于依据单个观 察中的多普勒分量的所述展开来区分所述返回信号。
49.如权利要求45至48中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于如果所 述至少一个多普勒分量包括预定义多普勒频谱的本地化部分，则确定所述返回信号是从所 述第一对象返回的。
50.如权利要求45至49中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于将所述 至少一个多普勒分量放置在多个离散多普勒区间中的至少一个中，以及依据所述至少一个 多普勒分量位于的所述或每个多普勒区间来区分所述返回信号。
51.如权利要求50所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于如果所述返回信号 的所述至少一个多普勒分量包括位于所述多个多普勒区间之中的若干、优选一部分多普勒 区间中的多个多普勒分量，则确定所述返回信号是从所述第二对象返回的，其中若干、优选 为一部分多普勒区间不少于第一预定阈值，例如多个多普勒区间的5%和100%之间的阈 值。
52.如权利要求50或51所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于如果所述返回 信号中的所述至少一个多普勒分量位于若干、优选为一部分多普勒区间中，则确定所述返 回信号是从所述第一对象返回的，其中所述若干、优选为一部分多普勒区间不超过第二预 定阈值，例如阈值包括从单个多普勒区间至多个多普勒区间的1 ^d^j^i、或多达25% 中的任何数量。
53.如权利要求52所述的雷达系统，其中所述若干多普勒区间表示包括环境目标、例 如雨、雪或风的兴趣目标，以及所述处理装置配置用于提取与所述目标相关的信息，以用于 估计能量产生设施、例如风力涡轮机或风电场的未来功率输出。
54.如权利要求46至53中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于依据所 述对象随时间而展现的多普勒特性的演变，来区分所述返回信号。
55.如权利要求M所述的雷达系统，其中所述多普勒特性的演变与时域中信号的演变 相关。
56.如权利要求55所述的雷达系统，其中所述时域中信号的演变采取例如来自诸如风 力涡轮机叶片等的旋转对象的闪动的形式。
57.如权利要求M至56中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于依据多 普勒特性的所述演变与模型或函数的一致性，来区分所述返回信号。
58.如权利要求57所述的雷达系统，其中所述模型或函数包括正弦、指数、二次、和/或 对数模型或函数。
59.如权利要求45至57中任一所述的雷达系统，其中所述系统包括用于基于所述返回 信号确定所述对象的测距的装置，以及其中所述处理装置还操作用于依据所述对象随时间 的过去所确定的测距的变化来区分所述返回信号。
60.如权利要求59所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于如果所述测距随时 段而改变，则确定所述返回信号是从所述第一对象返回的。
61.如权利要求59或60所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于如果所述测距 在时段上基本保持不变，则确定所述返回信号是从所述第二对象返回的。
62.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述发射机装置操作用于在以相对于 水平方向不小于45°的方向向上指向的发射机波束中发射所述雷达信号；所述接收装置 操作用于检测从所述向上指向的发射机波束中的空中对象返回的所述雷达信号的返回信 号；以及所述处理装置操作用于处理从所述空中对象返回的返回信号，从而检测和跟踪所 述空中对象。垂直朝向雷达
63.一种用于检测和跟踪空中对象的雷达系统，所述系统包括用于在以相对于水平 方向不小于45°的方向向上指向的发射机波束中发射雷达信号的装置；用于接收从所述 向上指向的发射机波束中的空中对象返回的所述雷达信号的返回信号的装置；以及用于处 理从所述空中对象返回的返回信号，从而检测和跟踪所述空中对象的装置。
64.如权利要求62或63所述的雷达系统，其中所述向上指向的发射机波束包括基本垂 直指向的发射机波束。
65.如权利要求62至64中任一所述的雷达系统，其中所述发射机装置被配置为在以 相对于水平方向不超过45°的角度指向的至少一个其它发射机波束中发射其它雷达信号； 所述接收装置被配置为接收从至少一个其它发射机波束中的对象返回的所述其它雷达信 号的返回信号；以及所述处理装置操作用于处理所述接收装置所接收的所述返回信号，从 而检测和跟踪所述向上的和/或所述至少一个其它波束中的对象。
66.如权利要求65所述的雷达系统，其中所述至少一个其它发射机波束包括多个发射 机波束，每个发射机波束指向相对于水平方向不超过45°的角度以及指向不同的方位角。
67.如权利要求66所述的雷达系统，其中每个其它发射机波束指向相对于至少一个其 它发射机波束基本呈90°和/或180°方位角的方向。
68.如权利要求66或67所述的雷达系统，其中配置所述发射机装置，使得所述其它发 射机波束指向为从一体积内基本相同的位置照射所述体积。
69.如权利要求66或67所述的雷达系统，其中配置所述发射机装置，使得所述其它发 射机波束指向为从所述体积内的不同位置或在所述体积的周边照射所述体积。
70.如权利要求62至69中任一所述的雷达系统，其中所述雷达系统被配置为处理从所 述空中对象返回的信号，以及将所述从所述空中对象返回的信号与从包含旋转分量的例如 雷达干扰源的杂波对象返回的信号进行区分。
71.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述接收装置操作用于通过接收机元 件阵列和在多个信道中，接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号，其中每个信 道与所述接收机元件中的至少一个相对应；以及其中所述处理装置操作用于将所述返回信 号处理为在频域中同时表示多个波束，所述多个波束包括针对每个信道的至少一个波束。在波束形成之前的时频变换
72.一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的雷达系统，所述系统包括用于将雷达信 号发射至一区域的装置；用于通过接收机元件阵列和在多个信道中接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置，其中每个信道与所述接收机元件中的至少一个相对 应；以及用于将返回信号处理为在所述频域中同时表示多个波束的装置，所述多个波束包 括针对每个信道的至少一个波束。
73.如权利要求71或72所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为将所接收的返回 信号从时域变换至频域，例如使用如所谓的快速傅立叶变换/FFT的傅立叶变换。
74.如权利要求73所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为仅在从时域到频域的 变换完成之后形成所述波束。
75.如权利要求71至74中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为检测每个 波束中的任意目标。
76.如权利要求75所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为针对这样形成的每个 波束形成例如测距-距变率表面的迁移表面，以及被配置为使用所述迁移表面检测目标。
77.如权利要求72至74中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为针对在波 束的至少一个中检测的目标来确定角度测量。
78.如权利要求77所述的雷达系统，其中所述角度测量包括相位单脉冲角度测量。
79.如权利要求77或78所述的雷达系统，其中所述角度测量包括振幅单脉冲角度测Mo
80.如权利要求77至79中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为在所述角 度测量之前重新形成波束。
81.如权利要求80所述的雷达系统，其中所述波束形成和所述波束重新形成基于相同 的频域数据。
82.如权利要求80或81所述的雷达系统，其中使用多个所述重新形成的波束来确定所 述角度测量。
83.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述发射装置操作用于将雷达信号 从发射机元件阵列发射至一区域；所述接收装置操作用于通过接收机元件阵列和在多个信 道中接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号，其中每个信道与所述接收机元件 中的至少一个相对应；以及所述处理装置操作用于处理所述返回信号，以针对所述信道的 每个形成接收机波束；以及其中所述发射机元件阵列中的发射机元件的数量比与每个信道 相对应的接收机元件的数量多。宽波束发射机
84.一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的雷达系统，所述系统包括用于将雷达信 号从发射机元件阵列发射至一区域的装置；用于通过接收机元件阵列和在多个信道中接收 从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置，其中每个信道与所述接收机元件中 的至少一个相对应；以及用于处理返回信号，以针对所述信道的每个形成接收机波束的装 置；其中所述发射机元件的所述阵列中的发射机元件的数量比与每个信道相对应的接收机 元件的数量多。
85.如权利要求83或84所述的雷达系统，还包括用于适配所述信号从所述发射机元件 的发射的装置，从而所发射的信号形成与每个所述接收机波束基本一致的发射机波束。
86.如权利要求85所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为将所述信号 适配为以与从至少一个其它发射机元件发射不同的方式，从至少一个所述发射机元件进行发射。
87.如权利要求85或86所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为将所述 信号适配为从所述发射机元件进行发射，以形成比在来自每个发射机元件的信号例如在相 位和/或振幅上基本彼此相同的情况下将会形成的发射机波束宽的发射机波束。
88.如权利要求83至87中任一所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为适 配所述信号的相位以从至少一个所述元件进行发射。
89.如权利要求88所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为将所述信号 的相位适配为以依据发射机阵列中元件的位置，从每个元件进行发射。
90.如权利要求83至89中任一所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为 将所述信号的振幅适配为以从至少一个所述元件进行发射。
91.如权利要求90所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为将所述信号 的振幅适配为以依据发射机阵列中元件的位置，从每个元件进行发射。
92.如权利要求83至91中任一所述的雷达系统，其中在特定形状的表面形成所述发射 机元件阵列，以及其中用于适配的所述装置被配置为将所述信号适配为从所述发射机元 件进行发射，以形成比在发射机元件阵列在不同形状的表面上形成的情况下将会形成的发 射机波束基本相同的发射机波束。
93.如权利要求92所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为将信号适配 为从所述发射机元件进行发射，以形成与在发射机元件阵列在例如圆柱体、球体的曲面上 形成的情况下将会形成的发射机波束基本相同的发射机波束。
94.如权利要求83至93中任一所述的雷达系统，其中所述发射机装置包括发射机元件 的平面阵列。
95.如权利要求83至93中任一所述的雷达系统，其中所述发射机装置包括与已知形状 一致的发射元件的非平面阵列。
96.如权利要求95所述的雷达系统，其中所述已知形状包括具有多个平面的形状，例 如多平面、多面体、棱柱、测地线、和/或金字塔形状。其它方法方面
97.包括根据前述任一权利要求的雷达系统和所述对象的组合。
98.一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的方法，所述方法包括将雷达信号发射至 一区域；接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号；以及处理所述返回信号，以 区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号，其中来自所述第二对象的 所述返回信号包括零和非零多普勒分量，并干扰来自所述第一对象的所述返回信号；其中 所述处理步骤包括在距离所述第二对象小于基于所述对象的几何学特征的接近极限处接 收到所述返回信号时，区分所述返回信号。
99.一种用于安置雷达系统的方法，所述方法包括提供用于将雷达信号发射至一区 域的装置；提供用于接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置；提供用于 处理所述返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号的装 置，其中来自所述第二对象的所述返回信号包括零和非零多普勒分量，并干扰来自所述第 一对象的所述返回信号；以及将所述接收装置安置在距离所述第二对象小于基于所述对象 的几何学特征的接近极限的距离处。
100.一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标方法，所述方法包括将雷达信号发射至一 区域；接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号；以及处理所述返回信号，以区 分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号，其中来自所述对象的所述返 回信号包括至少一个多普勒分量；其中所述处理步骤包括依据针对每个对象的所述多普勒 分量的展开来区分所述返回信号。
101.一种用于检测和跟踪空中对象的方法，所述方法包括在以相对于水平方向向上 不超过45°的向上指向的发射机波束中发射雷达信号；接收从所述向上指向的发射机波 束中的空中对象返回的所述雷达信号的返回信号；以及处理从所述空中对象返回的返回信 号，从而检测和跟踪所述空中对象。
102.一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的方法，所述方法包括将雷达信号发射至 一区域；通过接收机元件阵列和在多个信道中，接收从所述区域内返回的所述雷达信号的 返回信号，其中每个信道与所述接收机元件的至少一个相对应；将所述返回信号处理为在 频域中同时表示多个波束，所述多个波束包括针对每个信道的至少一个波束。
103.一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的方法，所述方法包括将雷达信号从发射 机元件阵列发射至一区域；通过接收机元件阵列和在多个信道中接收从所述区域内返回的 所述雷达信号的返回信号，其中每个信道与所述接收机元件的至少一个相对应；以及处理 返回信号，以针对所述信道的每个来形成接收机波束；其中所述发射机元件阵列中的发射 机元件的数量比与每个信道相对应的接收机元件的数量多。
全文摘要
本发明提供了一种用于区分雷达干扰源与兴趣目标的雷达系统。所述系统包括用于将雷达信号发射至一区域的发射机；用于接收从所述区域内返回的雷达信号的返回信号的接收机；以及用于对所述返回信号进行处理，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号的处理器，其中来自第二对象的返回信号包括零和非零多普勒分量，并干扰来自第一对象的返回信号。所述雷达系统用于在距离第二对象小于基于该对象的几何学特征的接近极限处接收到返回信号时，对所述返回信号进行区分。
文档编号G01S13/42GK102112892SQ200880130588
公开日2011年6月29日 申请日期2008年12月3日 优先权日2007年5月29日
发明者克雷格·邓肯·韦伯斯特, 戈登·肯尼思·安德鲁·奥斯瓦德, 艾伦·杰弗里·史密森 申请人:剑桥顾问