CH716043B1 - System für die Assoziierung von Pulsen von agilen Emittern. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vorwarnsystem mit einem Antennenpaar und einem Radarwarnempfängersystem (100) zum Empfang eines ersten, zweiten und dritten Signals zur Berechnung einer Frequenz für alle Signale und einer Phasendifferenz zwischen den Signalen. Wenn die Frequenzen innerhalb einer Schwellenfrequenzdifferenz liegen und die Phasendifferenz kleiner als eine Schwellenphasendifferenz ist können zwei Signale assoziiert werden Wenn die Frequenzen nicht innerhalb der Schwellenfrequenzdifferenz liegen erzeugt das Radarwarnempfängersystem einen Satz mehrdeutiger Einfallswinkel für die Signale und korreliert die beiden Sätze mehrdeutiger Einfallswinkel, um zu ermitteln, ob es einen gemeinsamen Einfallswinkel gibt Wenn es einen gemeinsamen Einfallswinkel gibt, wird ein dritter Satz mehrdeutiger Einfallswinkel für ein drittes Signal erzeugt um zu ermitteln, ob die drei Sätze korrelieren. Wenn es einen gemeinsamen Einfallswinkel für alle drei Signale gibt, werden die drei Signale assoziiert.

Description

HINTERGRUND

1. Technischer Bereich

[0001] Diese Anmeldung betrifft elektronische Unterstützungs- und Radarwarnsysteme und insbesondere elektronische Unterstützungs- und Radarwarnsysteme in taktischen Luftfahrzeugen, um Bedrohungen zu erkennen, die Radaremitter sind.

2. Diskussion verwandter Technik

[0002] Elektronische Unterstützungs- (EU) und Radarwarnempfängersysteme (RWE) haben ein zunehmendes Bedürfnis, potenzielle Bedrohungen, einschliesslich wellenform- und frequenzagile Emitter, so genau und schnell wie möglich präzis zu identifizieren. Um unterschiedliche Bedrohungen zu identifizieren, wenn viele Emitter vorhanden sind, muss das RWE jedem Emitter Pulse zuordnen. Für Emitter, die Wellenform und/oder Frequenz ändern, kann dies eine Herausforderung sein.

[0003] Für Antennenpaare, die viele Wellenlängen voneinander entfernt sind, kann die Phaseninterferometrie (PI) hochpräzise Messungen von Einfallswinkeln (EW) mit weniger als 1° Fehler durchführen. Es gibt jedoch 2D/Lambda mögliche EW (wobei D der Antennenabstand und Lambda die Wellenlänge des Senders ist), was für jeden Puls ein mehrdeutiges Ergebnis ergibt. Antennen mit einem Abstand von weniger als einer halben Wellenlänge weisen keine Mehrdeutigkeiten auf, aber weniger genaue EW Messungen.

[0004] Die Richtungsbestimmung durch Zeitdifferenz der Ankunft (ZDA) kann verwendet werden, um EW über eine Spanne von 180 ° ohne Mehrdeutigkeit zu berechnen. Die Zeitverzögerung zwischen zwei Antennen ist monoton in Bezug auf eine Änderung des geometrischen Winkels von 0 auf 90 Grad (und umgekehrt von -90 auf 0), aber ZDA bietet eine relativ geringe EW Präzision. Die Richtungsbestimmung durch Amplitudenvergleich bietet im Allgemeinen eine ähnlich grobe EW Präzision. Eine verbesserte EW Präzision kann unter Verwendung von Frequenzdifferenz der Ankunft (FDA) Methoden erreichbar sein, aber FDA Methoden erfordern stabile Signalfrequenzen der Emitter über lange Zeitspannen (z.B. Zehntelsekunden, Sekunden oder viele Sekunden je nach Plattformgeschwindigkeit und der gewünschten EW Präzision). Dies beschränkt die Anzahl der Bedrohungen, die gleichzeitig geolokalisiert werden können, und die Anwendbarkeit auf Bedrohungen mit gleichbleibender Frequenz. Im Vergleich dazu kann ein Interferometer einen präzisen EW in einer einzelnen Pulszeit (z.B. Mikrosekunden bis Millisekunden) bereitstellen.

[0005] Das am 03. März 1998 an Lioio erteilte US-Patent Nr. 5,724,047 zeigt ein genaues Richtungsbestimmungssystem, das Einzelpulse und ZDA und Phaseninterferometrie (PI) verwendet. Die darin offenbarte Methode war auf niedrige Frequenzen (grosse Wellenlängen) gerichtet und funktioniert unter der Annahme, dass die richtige PI EW Lösung diejenige ist, die dem (einzelnen, groben) ZDA EW am nächsten kommt. Bei einem Antennenabstand von mehr als dem 1.5-fachen der empfangenen Wellenlänge, bei welchem drei oder mehr Mehrdeutigkeiten vorliegen, ist die durch diese Methode bereitgestellte EW Lösung jedoch eher falsch als korrekt. Darüber hinaus befasst sich diese Methode nicht mit der Verwendung mehrerer Pulse oder mit frequenzagilen Emittern.

[0006] Das am 06. November 2001 an Rose erteilte US-Patent Nr. 6,313,794 zeigt eine Methode zur Assoziierung eines einzelnen Pulses eines agilen Emitters mit zuvor erfassten Pulsen dieses Emitters in einem Zeitintervall kleiner als das Pulswiederholungsintervall (PWI) des Radars. Mehrdeutige Phasen aus den zuvor erfassten Pulsen desselben agilen Emitters werden gespeichert. Ein einzelner cos(EW) aus einer Untermenge der gespeicherten mehrdeutigen Phasen wird geschätzt. Eine neue mehrdeutige Phase ϕmbei der Frequenz fmwird erfasst. Diese Frequenz unterscheidet sich von mindestens einer der Frequenzen, die den Phasen im gespeicherten Satz zugeordnet sind. Die Messung der Phase erfolgt zwischen zwei durch einen Abstand d räumlich getrennten Antennen. Ein Satz differenzierter Phasen wird erzeugt und entsprechende differenzierte Frequenzen aus dem gespeicherten Satz, wobei mindestens ein Mitglied dieses Satzes die Differenz zwischen der neuen mehrdeutigen Phase und Frequenz und einer der gespeicherten Phasen und ihrer zugehörigen Frequenz ist. Die Mehrdeutigkeitszahl der Phasenzyklusmessung wird gemessen, indem die Phasendifferenz aus der neuen mehrdeutigen Phase aufgelöst wird, unter Verwendung dieses Satzes von Phasen- und Frequenzdifferenzen. Die Mehrdeutigkeitszahl der Phasenzyklusmessung wird durch Auflösung der neuen mehrdeutigen Phasendifferenz berechnet, wenn der neue Puls vom gleichen Emitter wie der gespeicherte Satz stammt, unter Verwendung des zuvor geschätzten cos(EW) und der neu gemessenen Frequenz fm. Die gemessenen und berechneten Mehrdeutigkeitszahlen werden verglichen. Der neu erfasste Puls wird den zuvor gespeicherten Pulsen als vom frequenzagilen Emitter stammend assoziiert, wenn die Zahlen gleich sind.

[0007] Das am 25. Juni 2002 an Rose erteilte US-Patent Nr. 6,411,249 zeigt die Verwendung einer Rückkopplung von Messungen der RF-Trägerfrequenz, um die Einfallswinkel-Komponente des Emitters in der mehrdeutigen Phasenmessung von den ursprünglich unbekannten Mehrdeutigkeitszahlen der Phasenmessung zu trennen, um dann die Mehrdeutigkeiten zu lösen, und schliesslich, um den richtigen Emitter EW zu erhalten. Das US-Patent 6,411,249 offenbart die Umwandlung der tatsächlichen Interferometer-Basislinien, auf welche die nicht assoziierten Messungen der Pulsphase bei verschiedenen Emitterfrequenzen durchgeführt wurden, in einen Basislinienset für eine Einzelfrequenz-äquivalente Interferometer-Datenreihe. Diese konzeptionelle Datenreihe hat die folgende Eigenschaft: Die Phasenmessung, die mit der fixen Frequenz für ein Signal mit derselben Ankunftsrichtung darauf durchgeführt werden würde, ist identisch mit den tatsächlichen Phasenmessungen, die auf der physikalischen Datenreihe durchgeführt werden. Aufgrund dieser Äquivalenz wird die konzeptionelle Datenreihe als E (Equivalent) -Datenreihe bezeichnet. Während die physikalische Datenreihe unveränderliche Antennenabstände aufweist, ändern sich aber die „Antennenabstände“ der E-Datenreihe in Abhängigkeit von der Rückkopplung der Messung der RF-Trägerfrequenz, die von den jeweiligen getesteten Restpulsen abhängt. Somit gibt es eine unterschiedliche E-Datenreihe, selbst für den gleichen frequenzagilen Emitter, je nach dem verwendeten Restpulssatz.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0008] In Anbetracht des Vorstehenden wären Systeme Methoden für die Assoziierung von Pulsen, die von demselben Emitter kommen, unabhängig davon, ob der Emitter frequenzagil ist oder nicht, ohne die oben genannten Nachteile, vorteilhaft. Beispielsweise ist ein System für die Assoziierung von Pulsen erwünscht, mittels welchem man schnell herausfinden kann, welche Pulse von jedem Emitter empfangen werden, einschliesslich von frequenzagilen Emittern, über einen breiten Frequenzbereich. Es wäre auch wünschenswert zu bestimmen, welche Pulse keinem Emitter assoziiert sind und von der Analyse der Eigenschaften dieses Emitters gestrichen werden können. Ferner wäre es zusätzlich wünschenswert, eine solche verbesserte Assoziierung an Antennensysteme beizubringen, die bereits in vielen Typen von Luftfahrzeugen existieren.

[0009] Assoziierungs- und Streichungssysteme werden für mehrere RF-Signale (z. B. Signalpulse) relativ zu einem Satz von Systemantennen beschrieben, auf welche die Signale einfallen. In einer Ausführungsform werden Paare von Antennenelementen (z. B. die in vielen Luftfahrzeugen eingesetzten Antennen) zur Identifikation von Emittern verwendet.

[0010] Erfindungsgemäss wird ein Vorwarnsystem zur Ermittlung, welche Pulse an einem Antennenpaar von jedem der mehreren Emitter empfangen werden, wie beispielsweise von einem frequenzagilen und/oder nicht- frequenzagilen Emitter, bereitgestellt.

[0011] Das erfindungsgemässe Vorwarnsystem für ein taktisches Luftfahrzeug zur Detektion von Bedrohungen umfasst: • eine Antennenpaar-Baugruppe zur Montage auf dem taktischen Luftfahrzeug, umfassend: ein Antennenpaar mit einem ersten und einem zweiten Antennenelement, wobei beide Antennenelemente geeignet sind zum Erfassen: eines ersten Signals, das sich auf eine potenzielle Bedrohung bezieht, wobei das erste Signal eine erste Wellenlänge und eine erste Frequenz hat, wobei das erste und das zweite Antennenelement um mehr als die Hälfte der ersten Wellenlänge voneinander beabstandet sind; eines zweiten Signals mit einer zweiten Wellenlänge und einer zweiten Frequenz; und eines dritten Signals mit einer dritten Wellenlänge und einer dritten Frequenz; • ein Radarwarnempfängersystem, das in Kommunikation mit der Antennenpaar-Baugruppe steht, um das erste, zweite und dritte Signal zu empfangen, und konfiguriert ist zur: – Berechnung der Frequenz für das erste, zweite und dritte Signal; – Berechnung einer Phasendifferenz zwischen dem ersten und zweiten Antennenelement für das erste Signal, Berechnung einer Phasendifferenz zwischen dem ersten und zweiten Antennenelement für das zweite Signal und Berechnung einer Phasendifferenz zwischen dem ersten und zweiten Antennenelement für das dritte Signal; – automatischen Prüfung, ob die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz innerhalb einer Schwellenfrequenzdifferenz liegt und die Phasendifferenz kleiner als eine Schwellenphasendifferenz ist, und in diesem Fall: Assoziierung des zweiten Signals mit dem ersten Signal; – automatischen Prüfung, ob die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz nicht innerhalb der Schwellenfrequenzdifferenz liegt, und in diesem Fall: Erzeugung eines ersten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel für das erste Signal basierend auf der Frequenz und der Phasendifferenz des ersten Signals und Erzeugung eines zweiten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel für das zweite Signal basierend auf der Frequenz und der Phasendifferenz des zweiten Signals; – Korrelation des ersten und des zweiten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel, zur Ermittlung, ob es einen gemeinsamen Einfallswinkel gibt, – wenn es einen gemeinsamen Einfallswinkel gibt, Erzeugung eines dritten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel für das dritte Signal basierend auf der Frequenz und der Phasendifferenz des dritten Signals; – Korrelation des ersten, zweiten und dritten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel, zur Ermittlung, ob es einen gemeinsamen Einfallswinkel für alle drei Signale gibt; und – wenn es einen gemeinsamen Einfallswinkel für alle drei Signale gibt, Assoziierung aller drei Pulse.

[0012] In einer Ausführungsform ist die betreffende Technologie auf ein Vorwarnsystem zur Detektion von Bedrohungen für ein taktisches Luftfahrzeug gerichtet, umfassend eine Antennenpaar-Baugruppe, die am taktischen Luftfahrzeug montiert ist, umfassend: ein Antennenpaar mit einem ersten und einem zweiten Antennenelement / Antennenmpfänger zum Erfassen von: einem ersten Signal/Puls, der sich auf eine potenzielle Bedrohung bezieht, wobei das erste Signal/Puls eine erste Wellenlänge und eine erste Frequenz hat, wobei das erste und das zweite Antennenelement um mehr als die Hälfte der ersten Wellenlänge voneinander beabstandet sind; und von einem zweiten Signal/Puls mit einer zweiten Wellenlänge und einer zweiten Frequenz. Ein RWE-System steht in Kommunikation mit der Antennenpaar-Baugruppe, um das erste und das zweite Signal/Puls zu empfangen, und ist konfiguriert, um: eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Antennenelement/ Antennenempfänger für beide Signale/Pulse zu berechnen; eine Frequenz für beide Signale/Pulse zu berechnen; optional einen Einfallswinkel zu berechnen, basierend auf einer groben Methode für die Bestimmung des EW, wie beispielsweise einer Zeitdifferenz der Ankunft (ZDA) zwischen jedem Signal/Puls, der am ersten und zweiten Antennenelement/Antennenempfänger ankommt; und um einen Satz mehrdeutiger Einfallswinkel für jedes Signal/Puls zu berechnen, basierend auf der Frequenz und der Phasendifferenz, die am ersten und zweiten Antennenelement/Empfänger ankommen. Wenn die Frequenz- und Phasendifferenz des ersten und des zweiten Signal/Pulses übereinstimmen, assoziiert das RWE-System das zweite Signal/Puls mit dem ersten Signal/Puls.

[0013] Wenn die erste und die zweite Frequenz nicht übereinstimmen, ermittelt das RWE-System einen Satz mehrdeutiger EW für jedes Signal/Puls, dann korreliert das RWE-System den Satz möglicher mehrdeutiger EW für jedes Signal/Puls, um zu prüfen, ob das erste und zweite Signal/Puls eine gemeinsamen EW haben, wenn dies der Fall ist, können das erste und das zweite Signal/Puls assoziiert werden. Alternativ kann der Satz möglicher EW als Wahrscheinlichkeitsverteilung beschrieben werden, und die Wahrscheinlichkeitsverteilungen des ersten und zweiten Signals/Pulses können multipliziert werden, um ein resultierendes Ergebnis zu erhalten, das ausgewertet wird, um zu prüfen, ob ein EW eine gemeinsame Wahrscheinlichkeit aufweist, die hoch genug ist, um das erste und das zweite Signal/Puls zu assoziieren. Um falsche Assoziierungen bei unterschiedlichen Frequenzen der beiden Pulse zu reduzieren, kann optional ein dritter Puls berücksichtigt werden, um zu prüfen, ob die Assoziierung der beiden vorherigen Pulse auf einer zufälligen Überlappung von Emittern an verschiedenen Orten bei verschiedenen Frequenzen beruhte, welche zufällig einen gemeinsamen mehrdeutigen EW hatten.

[0014] Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf ein Vorwarnsystem zur Detektion von Bedrohungen für ein taktisches Luftfahrzeug gerichtet, umfassend eine Antennenpaar-Baugruppe, die am taktischen Luftfahrzeug montiert ist, umfassend: ein Antennenpaar mit einem ersten und einem zweiten Antennenelement / Antennenempfänger zum Erfassen von: einem ersten Signal/Puls, der sich auf eine potenzielle Bedrohung bezieht, wobei das erste Signal/Puls eine erste Wellenlänge und eine erste Frequenz hat, wobei das erste und das zweite Antennenelement um mehr als die Hälfte der ersten Wellenlänge voneinander beabstandet sind; und von einem zweiten Signal/Puls mit einer zweiten Wellenlänge und einer zweiten Frequenz. Ein RWE-System steht in Kommunikation mit der Antennenpaar-Baugruppe, um das erste, zweite und dritte Signal/Puls zu empfangen, und ist konfiguriert, um: eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Antennenelement/Antennenempfänger für das erste Signal/Puls zu berechnen; einen ersten Einfallswinkel zu berechnen, basierend auf einer Zeitdifferenz der Ankunft (ZDA) zwischen dem ersten Signal/Puls, der am ersten und zweiten Antennenelement/Antennenempfänger ankommt; und einen zweiten Einfallswinkel für das erste Signal/Puls zu berechnen. Wenn die Frequenz- und Phasendifferenz des ersten und des zweiten Signal/Pulses übereinstimmen, assoziiert das RWE-System das zweite Signal/Puls mit dem ersten Signal/Puls.

[0015] Wenn die erste und die zweite Frequenz nicht übereinstimmen, verwendet das RWE-System Sätze von mehrdeutigen EW, um zu prüfen, ob das erste und das zweite Signal/Puls assoziiert werden sollen. Das RWE-System kann auch einen ZDA-Test anwenden, der prüft, ob das dritte Signal/Puls ZDA3-ZDA1 < ZDAe hat. Wenn das dritte Signal/Puls den ZDA-Test besteht, erkennt das RWE-System, ob es einen agilen Emitter oder einen zweiten Emitter gibt, mit einer zufälligen Frequenz und einem zufälligen EW, die eine falsche Übereinstimmung verursacht, indem mehrdeutige EW-Sätze der beiden assoziierten Signale/Pulse (z.B. das erste und zweite Signal/Puls) mit dem dritten Signal/Puls verglichen werden. Wenn nur eine Möglichkeit innerhalb eines vom Benutzer festgelegten Schwellenwerts (T1) für alle drei Pulse liegt, befindet sich am EW des gemeinsamen EW ein agiler Emitter. Wenn die Frequenz bei allen drei Pulsen unterschiedlich ist, ist der Emitter ein pulsagiler Emitter; und wenn es keine gemeinsame Möglichkeit gibt, kann der dritte Puls entfernt oder ausgeschlossen werden.

[0016] In einer anderen Ausführungsform werden präzise Richtungsbestimmungssystem bereitgestellt, mit einem Antennensatz, der zwei voneinander beabstandete Antennensatz-Elemente und einen oder mehrere Signalprozessoren zur Bestimmung von hochgenauen EW-Schätzungen für ein oder mehrere RF-Signale umfasst. Die Systeme können jede der oben beschriebenen Methoden implementieren. Der (die) Signalprozessor(en) können Mittel zur Berechnung von Winkeln enthalten, basierend auf die Phasendifferenz und Frequenzwerte, um eine PI-Bestimmung des Satzes mehrdeutiger Pl-Schätzungen der EW durchzuführen. Das Mittel zur Berechnung von Winkeln kann ferner die ZDA-Winkelberechnung durchführen, um eine grobe Schätzung der EW bereitzustellen. Wenn ZDA-Winkelberechnungen oder andere grobe Methoden zur Ermittlung des EW verfügbar sind, können solche Methoden verwendet werden, um die Spanne des mehrdeutigen Satzes möglicher EW aus der Phaseninterferometrie, die verglichen werden, um nach einem gemeinsamen EW zu suchen, zu begrenzen.

[0017] Eine noch weitere Ausführungsform der betreffenden Technologie ist auf ein Vorwarnsystem zur Detektion von Bedrohungen für ein taktisches Luftfahrzeug gerichtet, umfassend eine Antennenpaar-Baugruppe, die am taktischen Luftfahrzeug montiert ist, umfassend: ein Antennenpaar mit einem ersten und einem zweiten Antennenelement / Antennenempfänger zum Erfassen von: einem ersten Signal/Puls, der sich auf eine potenzielle Bedrohung bezieht, wobei das erste Signal/Puls eine erste Wellenlänge und eine erste Frequenz hat, wobei das erste und das zweite Antennenelement um mehr als die Hälfte der ersten Wellenlänge voneinander beabstandet sind; von einem zweiten Signal/Puls mit einer zweiten Wellenlänge und einer zweiten Frequenz; und von einem dritten Signal/Puls mit einer dritten Wellenlänge und einer dritten Frequenz; ein RWE-System in Kommunikation mit der Antennenpaar-Baugruppe zum Empfangen des ersten, zweiten und dritten Signals/Pulses und konfiguriert zum: Berechnen einer Frequenz (fn) für das erste, zweite und dritte Signal/Puls; Berechnen einer Phasendifferenz (Δϕdiff) zwischen dem ersten und dem zweiten Antennenelement/Antennenempfänger für das erste und das zweite Signal/Puls; wenn die erste und die zweite Frequenz innerhalb einer Schwellenfrequenzdifferenz (fe) liegen und die Phasendifferenz kleiner als eine Schwellenphasendifferenz (Δϕdiff) ist, Assoziierung des zweiten Signals/Puls mit dem ersten Signal/Puls; wenn die erste und die zweite Frequenz nicht innerhalb einer Schwellenfrequenzdifferenz (fe) liegen, Erzeugung eines Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel EW für das erste und zweite Signal/Puls basierend auf der Frequenz und der Phasendifferenz des ersten und zweiten Signals/Pulses; Korrelation der beiden Sätze mehrdeutiger EW, um zu prüfen, ob es einen gemeinsamen EW gibt; wenn es einen gemeinsamen EW gibt, Erzeugung eines dritten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel EW für das dritte Signal/Puls basierend auf der Frequenz und der Phasendifferenz des dritten Signals/Pulses; Korrelation der drei Sätze mehrdeutiger EW zur Prüfung, ob es für alle drei Signale/Pulse einen gemeinsamen EW gibt; und wenn es einen gemeinsamen EW für alle drei Signale/Pulse gibt, Assoziieren aller drei Signale/Pulse.

[0018] Ein solches Vorwarnsystem kann auch konfiguriert sein, um die zwei Sätze mehrdeutiger EW zu korrelieren, um zu prüfen, ob es einen gemeinsamen EW gibt. Ein gemeinsamer EW ist, wenn eine Differenz zwischen dem EW für das erste Signal/Puls und dem EW für das zweite Signal/Puls unter einer vom Benutzer festgelegten Fehlerschwelle (EWe) liegt. Das RWE-System ist ferner konfiguriert, um eine Differenz (ZDAdiff) zwischen einer Zeitdifferenz der Ankunft (ZDA2) für das zweite Signal/Puls und einer Zeitdifferenz der Ankunft (ZDA1) für das erste Signal/Puls zu bestimmen, wobei, wenn ZDAdiffnicht kleiner als eine ZDA-Schwellendifferenz (ZDAe) ist, keine Assoziierung des ersten und des zweiten Signals/Pulses stattfindet. Um einen Satz von mehrdeutigen Einfallswinkeln EW für das erste und zweite Signal/Puls basierend auf der Frequenz und der Phasendifferenz des ersten und zweiten Signals/Pulses zu generieren, werden die Sätze vorzugsweise durch ZDA-Grenzen (Zeitdifferenz der Ankunft) eingeschränkt. Um die beiden Sätze mehrdeutiger EW zu korrelieren, zur Prüfung ob es einen gemeinsamen EW gibt, geht das RWR-System wie folgt vor: er definiert eine Wahrscheinlichkeitsverteilung (Prob(EW)) für jeden EW des ersten und zweiten Signals/Pulses; er multipliziert die beiden Wahrscheinlichkeitsverteilungen, um ein Wahrscheinlichkeitsverteilungsprodukt zu erhalten; und er bewertet das Wahrscheinlichkeitsverteilungsprodukt, um zu prüfen, ob das Wahrscheinlichkeitsverteilungsprodukt Winkel aufweist, deren gemeinsamen Wahrscheinlichkeit grösser als eine Wahrscheinlichkeitsverteilungsschwelle Probe ist, um zu prüfen, ob es einen gemeinsamen EW zwischen dem ersten und dem zweiten Signal/Puls gibt. In einer Ausführungsform wird das erste Signal aus einem RF-Emitter empfangen.

[0019] Derartige Systeme können eine integrale Komponente von elektronischen Unterstützungs- (EU) und/oder Radarwarnempfängersystemen (RWE) umfassen oder EW Information für diese bereitstellen (z. B. in Form von Pulsdeskriptorwörtern und / oder Emitterdeskriptorwörtern). Wie in Figur 1 gezeigt, kann das Richtungsbestimmungssystem eine Software- oder Firmware-Nachrüstung umfassen, um ältere EU- oder RWE-Systeme aufzurüsten, unter Verwendung vorhandener Antennenelemente 10a bis 10d, die an weit auseinanderstehenden Stellen angeordnet sind, beispielsweise an Flügeln 12, an der Nase 14 und/oder am Heck 16 eines Luftfahrzeugs 18. Diese Stellen können die einfachste physikalische Montage erlauben und bieten das beste freie Sichtfeld rund um die Plattform.

[0020] Diese und andere Merkmale und Vorteile der Systeme werden aus dieser Offenbarung ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0021] In den Abbildungen der beigefügten Figuren können gleichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen gegeben werden, unabhängig davon, ob sie in verschiedenen Beispielen gezeigt sind. Die Abbildungen verschiedener Elemente sind nicht unbedingt massstabsgetreu, wichtig ist vielmehr die Prinzipien der Beispiele zu veranschaulichen. Es werden verschiedene Ansichten gezeigt und es kann auf die folgenden Figuren Bezug genommen werden. Die Figur 1 ist eine Darstellung eines beispielhaften Luftfahrzeugs, das mit mehreren Antennenelementen konfiguriert ist, um RF-Signale von Emittern von möglichen Bedrohungen wie einer Boden-Luft-Rakete zu empfangen, gemäss vorliegender Erfindung. Die Figur 2 ist ein funktionales Blockdiagramm eines beispielhaften Systems zur verbesserten Identifizierung von Emittern von Bedrohungen gemäss vorliegender Erfindung. Die Figur 3 ist eine beispielhafte grafische Benutzerschnittstelle, die mehrere Sätze von Emitterdaten gemäss vorliegender Erfindung anzeigt. Die Figur 4 ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Methode zur verbesserten Assoziierung von Pulsen basierend auf einem mehrdeutigen Einfallswinkel Die Figuren 5A und 5B sind Diagramme, die beispielhafte Kämme für den ersten bzw. zweiten Puls gemäss vorliegender Erfindung darstellen. Die Figur 6 ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Methode zur verbesserten Assoziierung von Pulsen unter Verwendung mehrerer Hypothesen Die Figur 7 ist ein weiteres Flussdiagramm einer beispielhaften Methode zur verbesserten Assoziierung von Pulsen unter Verwendung einer Mehrfachhypothese Die Figur 8 ist ein noch weiteres Flussdiagramm einer beispielhaften Methode zur verbesserten Assoziierung von Pulsen unter Verwendung mehrerer Hypothesen Die Figur 9 zeigt die geometrischen Beziehungen der Wellenfront eines einfallenden RF-Signals eines Quellenemitters, die an den Antennenelementen gemäss vorliegender Erfindung empfangen wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

[0022] Die RF-Signale, die in den folgenden beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden, können als gepulste Signale und/oder Pulse bezeichnet werden; Dies soll jedoch keinesfalls den Umfang der Offenbarung auf solche Signale beschränken. Wie hierin verwendet, kann sich der Begriff Signal auf eine gepulste oder kontinuierlich übertragene Wellenform beziehen, die aus einem Emitter stammt, es wird jedoch angemerkt, dass die Austauschbarkeit solcher Begriffe besteht. Im Fall, dass der Emitter gepulste Signale ausgibt, kann ein Teil oder der gesamte Puls empfangen und verarbeitet werden. Im Fall eines Dauerstrichsignals kann das Signal für ein initiales und nachfolgendes Intervall empfangen werden. Zur Veranschaulichung bezieht sich die folgende Beschreibung auf gepulste Signale.

[0023] Kurz zusammengefasst verbessert die vorliegende Erfindung die Leistung von elektronischen Unterstützungs- (EU) und/oder Radarwarnempfängersystemen (RWE). Insbesondere ist die vorliegende Erfindung nützlich, um jede mögliche Bedrohung inmitten einer Vielzahl von agilen Emittenten zu identifizieren. Beispielsweise können Signale von möglichen Bedrohungen und anderen Quellen assoziiert oder ausgeschlossen werden, sodass nützliche Informationen schneller und genauer ermittelt werden können, um die Sicherheit zu erhöhen. Die am 20. April 2017 eingereichte US-Patentanmeldung Nr. 15/492,694 offenbart Methoden und Systeme unter Verwendung einer interferometrischen Zeitverzögerung der Ankunft und wird hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme in dieser Beschreibung aufgenommen.

[0024] In einer Anwendung wird die vorliegende Erfindung in einem Luftfahrzeug 18 eingesetzt, wie in Figur 1 gezeigt. Die vorliegende Erfindung kann bei der Erstmontage ein integraler Bestandteil des Luftfahrzeugs 18 sein, oder eine Firmware-Nachrüstung zum Aufrüsten älterer EU- oder RWE-Systeme. Das Luftfahrzeug 18 weist eine Antennen-Baugruppe 20 auf, die ein oder mehrere Paare von Antennenelementen 10a bis 10d umfassen kann, die zur Veranschaulichung nicht massstabsgetreu gezeichnet sind. Die Antennenelemente 10a-10d sind im Luftfahrzeug 18 vorzugsweise weit voneinander entfernt. Beispielsweise befinden sich die Antennenelemente 10a-10d auf den Flügeln 12, auf der Nase 14 und/oder auf dem Heck 16 des Luftfahrzeugs 18. Diese Positionen können die einfachste physikalische Montage ermöglichen und bieten das beste freie Sichtfeld. Die Antennenelemente 10a -d sind durch einen Abstand s getrennt, der typischerweise viele Meter beträgt. Das Luftfahrzeug 18 umfasst auch ein RWE-System 100, das mit der Antennen-Baugruppe 20 kommuniziert, um die Identifizierung von Bedrohungsemittern 50 wie Boden-Luft-Raketen (BLR), anderen Luftfahrzeugen, Bodenstrukturen und dergleichen bereitzustellen.

[0025] Bezugnehmend auf Figur 2 ist ein funktionales Blockdiagramm eines beispielhaften RWE-Systems 100 zur verbesserten Identifizierung von mehreren frequenzagilen Bedrohungsemittern gemäss der vorliegenden Erfindung gezeigt. Es ist vorgesehen, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Hardware- und Softwarekonfigurationen die vorliegende Technologie adäquat implementieren kann. Beispielsweise kann das RWE-System 100 mehrere Signalprozessoren umfassen, die in Hardware, Firmware als ein oder mehrere Computerprogramme mit computerausführbaren Anweisungen oder Code, die auf einem oder mehreren Computern ausgeführt werden, oder als eine beliebige Kombination davon, implementiert sind. Ein oder mehrere Benutzer können mit dem RWE-System 100 durch ein beliebiges geeignetes Display interagieren (z. B. Bildschirme in einem Cockpit, CRT-Bildschirme, Fernseher, Computermonitore, Laptops, Tablet-Computer, Smartphones, persönliche digitale Assistenten (PDAs) und/oder andere Displays und Computergeräte usw.). Typischerweise befinden sich das RWE-System 100 und die Benutzer (z. B. Piloten, Navigatoren und dergleichen) gemeinsam im Luftfahrzeug 18. Natürlich können sich Benutzer auch entfernt vom Luftfahrzeug 18 (z. B. einer Drohne) und vom RWE System 100 befinden. Das RWE-System 100 umfasst vorzugsweise Prozessoren mit gemeinsamen lokalen Oszillatoren (LO) mit einem rauscharmen LO / Takt. Breitbandantennen werden bevorzugt, damit die vorliegende Technologie über sehr grosse Bandbreiten funktioniert. In einer Ausführungsform werden die frequenzabhängigen Phasenfehler kalibriert.

[0026] Eine beispielhafte Benutzerschnittstelle 300 ist in Figur 3 dargestellt. Die Benutzerschnittstelle 300 kann Informationen zur Anzeige bereitstellen, wie beispielsweise eine Echtzeitanzeige mehrerer Emitterdaten 305, 310 und EW-Diagramme 315, 320.

[0027] In bestimmten Ausführungsformen können die Antennenelemente 10a-d Richtantennen mit bekannten Verstärkungsmustern umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie in verschiedene Richtungen zeigen. Methoden zur Richtungsbestimmung durch Amplitudenvergleich können zusätzlich zu ZDA- und PI-Methoden zur Richtungsbestimmung verwendet werden, um die ZDA-Pulssignale an der Fehlergrenze weiter zu korrigieren.

[0028] Weiterhin bezugnehmend auf Figur 2 enthält das RWE-System 100 mehrere Module. Ein Modul ist ein funktionaler Aspekt, der Software und/oder Hardware umfassen kann. Typischerweise umfasst ein Modul die erforderlichen Komponenten, um eine Aufgabe auszuführen. Es ist vorgesehen, dass die gleiche Hardware eine Vielzahl von Modulen implementieren könnte, und Teile solcher Hardware sind nach Bedarf verfügbar, um die Aufgabe zu erfüllen. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die Software und verschiedene Prozesse, die hier diskutiert werden, lediglich Beispiele für die Funktionalität sind, die von der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, und daher können solche Prozesse und/oder ihre Äquivalente in verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen implementiert werden, ohne die Funktion der vorliegenden Erfindung wesentlich zu beeinflussen.

[0029] Das RWE-System 100 empfängt Daten von der Antennen-Baugruppe 20 in ein RF-Verteilungs-/Umwandlungsmodul 102. Das RWE-System 100 umfasst auch ein Digitalisierungsmodul 104, ein Mehrantennen-Vergleichs-/Fusionsmodul 108, einen Entschachtelungs- und Clusteringsmodul 110, ein Identifikationsmodul 114, ein Verfolgungsmodul 116, ein Missionsdatendateimodul (MDD) 112, ein Geolokalisierungs- und WS-Korrelationsmodul 118, ein AEF-Modul 120 und ein Planermodul 122.

[0030] Das RWE-System 100 kann eine Vielzahl von Parametern berechnen, einschliesslich einer präzisen Schätzung des Einfallswinkels (EW) von Pulssignalen, die auf die Antennenelemente 10a-d einfallen. Daher kann das RWE-System 100, obwohl es in Figur 2 nicht explizit gezeigt ist, diesen sowie einen Wahrscheinlichkeitsabschnitt (WA), eine Zeitdifferenz der Ankunft (ZDA), eine Phasendifferenz, Verhältnisse und dergleichen nach Bedarf berechnen, um die hier beschriebenen Systeme und Methoden bereitzustellen.

[0031] Die Flussdiagramme hierin veranschaulichen die Struktur und die Logik der vorliegenden Erfindung, möglicherweise als RWE-System ausgeführt, welches Computerprogramm-Software zur Ausführung auf einem Kontrollcomputer, einem digitalen Prozessor oder einem Mikroprozessor enthalten kann. Fachleute werden erkennen, dass die Flussdiagramme die Strukturen und Funktionen der Elemente veranschaulichen, einschliesslich was möglicherweise logische Schaltungen auf einer integrierten Schaltung sein können, die gemäss der vorliegenden Erfindung funktionieren. Als solches kann die vorliegende Erfindung von Maschinenkomponenten umgesetzt werden, die Flussdiagrammschritte derart wiedergeben, dass das RWE-System angewiesen wird, eine Folge von Funktionsschritten auszuführen, die den in den Flussdiagrammen gezeigten entsprechen.

[0032] Unter Bezugnahme auf Figur 4 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das eine Methode 400 zur Assoziierung von Pulsen basierend auf einem mehrdeutigen Einfallswinkel unter Verwendung des RWE-Systems 100 darstellt. Das RWE-System 100 und die Antennenelemente 10a-d erfassen mehrere Pulse von mehreren frequenzkonstanten und frequenzagilen Emittern 50. Das RWE-System 100 kann im folgenden Beispiel Signale von allen Antennenelementen 10a-d oder einer Teilmenge wie Antennenelementen 10a, 10b verwenden. Die Methode 400 verwendet keine Unterstützung durch grobe EW, setzt jedoch einen Test für mehrdeutige EW ein.

[0033] In Schritt 405 werden Signale an den beiden Antennenelementen 10a, 10b empfangen. Die Antennenelemente 10a, 10b leiten die Signale dem RWR-System 100 zu. Für jeden Puls misst das RWE-System 100 die Frequenz (f) und die Phasendifferenz (Δϕ). Das RWE-System 100 kann auch die Zeitdifferenz der Ankunft (ZDA) messen. Die Verarbeitung der Pulse kann andere Signalmerkmale wie Ankunftszeiten (AZ), die Maximalamplitude (A), den ZDA-Fehler (Zerr), den geometrischen Einfallswinkel (EW) und dergleichen bestimmen. Die ZDA kann durch Erkennung der Vorderkante der Hüllkurve für einfache gepulste Signale und durch Vorerfassungskorrelation für phasen- und frequenzmodulierte Signale gemessen werden. Der ZDA-Fehler (Zerr) ist der Winkelfehler bei der ZDA-Messung.

[0034] In Schritt 410 wird ein erster Puls von einer potenziellen Bedrohung identifiziert und verarbeitet, um die Frequenz f1und die Phasendifferenz Δϕ1zu speichern. Ein zweiter Puls wird ebenfalls identifiziert und verarbeitet, um eine entsprechende Frequenz f2 und Phasendifferenz Δϕ2zu speichern.

[0035] In Schritt 415 ermittelt das RWE-System 100 eine Differenz (fdiff) zwischen der Frequenz f2und der Frequenz f1. Wenn fdiffkleiner als eine Schwellenfrequenzdifferenz (fe) ist, fährt die Methode 400 mit Schritt 420 fort. Wenn fdiffgrösser als eine Schwellenfrequenzdifferenz (fe) ist, fährt die Methode 400 mit Schritt 435 fort.

[0036] In Schritt 420 wird eine Phasendifferenz (Δϕdiff) zwischen den Phasendifferenzen Δϕ1, Δϕ2ermittelt. Mit anderen Worten werden die Phasendifferenzen Δϕ1, Δϕ2direkt verglichen, um zu prüfen, ob die Pulse übereinstimmen. Wenn die Phasendifferenz Δϕdiffkleiner als ein Schwellenwert (Δϕe) ist, assoziiert das RWE-System 100 die Pulse in Schritt 425. Wenn die Phasendifferenz Δϕdiffgrösser als der Schwellenwert (Δϕe) ist, assoziiert das RWE-System 100 die Pulse in Schritt 430 nicht.

[0037] Zurück zu Schritt 415, in welchem die Methode 400 zu Schritt 435 übergehen kann, erzeugt das RWE-System 100 zwei Sätze mehrdeutiger EW. Der erste Satz von mehrdeutigen EW (EW1J) basiert auf der Frequenz f1und auf der Phasendifferenz Δϕ1des ersten Pulses. Der zweite Satz von mehrdeutigen EW (EW2k) basiert auf der Frequenz f2und auf der Phasendifferenz Δϕ2des zweiten Pulses.

[0038] In Schritt 440 wertet das RWE-System 100 die Sätze mehrdeutiger EW (EW1J, EW2k) aus, um zu prüfen, ob es gemeinsamen Winkel gibt. Ein gemeinsamer Winkel ist ein beliebiger Winkel von Satz J und Satz K, dessen Differenz unter einer vom Benutzer ausgewählten Fehlerschwelle (EWe) liegt. Wenn die Sätze mehrdeutiger EW (EW1J, EW2k) keine gemeinsamen Elemente haben, fährt die Methode 400 mit Schritt 445 fort und das RWE-System 100 nimmt keine Assoziierungen vor. Für die Sätze mehrdeutiger EW (EW1J, EW2k), die ein gemeinsames Element haben, fährt die Methode 400 mit Schritt 450 fort.

[0039] In Schritt 450 verringert das RWE-System 100 falsche Assoziierungen durch Testen zusätzlicher Pulse. Wenn die Anzahl der assoziierten Pulse kleiner als drei ist, fährt die Methode 400 mit Schritt 460 fort, um zusätzliche Pulse zu testen. In Schritt 460 wird ein anderer Puls (z.B. ein dritter Puls) getestet und die Methode 400 kehrt zu Schritt 440 zurück. Wenn den zwei Pulsen mit unterschiedlichen Frequenzen und einem gemeinsamen Winkel kein anderer Puls assoziiert wird, wird die Assoziierung aufgehoben, indem mit Schritt 445 fortgefahren wird. Wenn die Assoziierung mit einem dritten Puls verifiziert wird, fährt die Methode 400 mit Schritt 455 fort, in welchem die Pulse assoziiert werden. Somit werden die falschen Assoziierungen durch Wiederholung der Schritte 440, 450, 460 reduziert.

[0040] Weiterhin unter Bezugnahme auf Schritt 450 kann das RWE-System 100 falsche Assoziierungen verringern, indem der Kamm mehrdeutiger EW mit dem aktuellen Kamm korreliert wird, wenn die zwei Frequenzen der Pulse unterschiedlich sind. Eine solche Korrelation ist in den Figuren 5A und 5B grafisch dargestellt, die Diagramme der Wahrscheinlichkeit gegenüber EW in Grad für den ersten bzw. zweiten Puls sind. Wie aus den Figuren 5A und 5B ersichtlich ist, führt die Phasendifferenz Δϕ von weit auseinander liegenden Antennenelemente 10a, 10b zu Kämmen 502, 512 mit mehreren mehrdeutigen EW, wobei die Anzahl mehrdeutiger EW durch ZDA /Amplitude-Richtungsbestimmung (RB) beschränkt ist.

[0041] Weiterhin unter Bezugnahme auf die Figuren 5A und 5B ist die Wahrscheinlichkeitsgrafik 500 für den ersten Puls und die Wahrscheinlichkeitsgrafik 510 für den zweiten Puls. Wenn der zweite Puls den gleichen Kamm wie der erste Puls hat, ist der potenzielle Bedrohungsemitter wahrscheinlich nicht frequenzagil und die Kämme/Pulse können als vom selben Emitter assoziiert werden. Die Kämme müssen nur verglichen werden, wenn die Frequenzen der beiden Pulse unterschiedlich sind. Wenn die Kämme keine gemeinsamen Winkel haben, sind die Emitter unterschiedlich und die Pulse sollten nicht assoziiert werden. Dies kann vorkommen, wenn sich ein zweiter Emitter in einem zufälligen Winkel und einer zufälligen Frequenz befindet.

[0042] Wenn der Kamm des zweiten Pulses einen übereinstimmenden „Zahn“ aufweist, testet die Methode 400 den zweiten Puls weiter für die Assoziierung. Der zweite Puls kann einen übereinstimmenden Zahn haben, weil der Emitter die Frequenz geändert hat (z. B. ein agiler Emitter) oder weil es einen anderen Emitter in einem zufälligen Winkel und einer zufälligen Frequenz gibt. Die Methode 400 verwendet Korrelation, um einen hohen Prozentsatz von falschen Assoziierungen abzulehnen, beispielsweise mehr als 95%. Mehrfachhypothesen können ferner verwendet werden, um alle Mehrdeutigkeiten zu beseitigen, beispielsweise durch Testen von drei Pulsen des frequenzagilen Emitters, wenn der frequenzagile Emitter noch emittiert (siehe Schritt 460 der Methode 400, wie oben angegeben). Für die initiale Auswertung von zwei Pulsen fährt aber die Methode 400, nach der erfolgreichen Korrelation in Schritt 450 der Figur 4, mit Schritt 455 fort, um die Assoziierung der Pulse vorzunehmen.

[0043] In Anbetracht des Vorstehenden ist vorgesehen, dass zusätzliche Ausführungsformen zusätzliche Technologien verwenden könnten, um die Geschwindigkeit und/oder Genauigkeit der Analyse zu verbessern. Beispielsweise könnte eine Datenverdünnung verwendet werden. Ein PWI-Test könnte prüfen, ob Pulse assoziiert werden sollten. Die Lösung kann dann mit einem berechneten Pulswiederholungsintervall (PWI) grafisch ausgegeben werden, wie in 3 gezeigt. Ein Fading-Speicher und/oder eine explizite Bewegungskompensation über lange Intervalle könnten verwendet werden, um die ZDA und interferometrische EW-Fehlerfunktion zu aktualisieren.

[0044] Pulswiederholungsfrequenzen (PWF) von typischen Emittern liegen in der Grössenordnung von 10<3>bis 10<5>Pulsen pro Sekunde. Ausführungsformen der offenbarten Methoden können 1 bis mehrere Hundert Pulse erfassen, so dass Erfassungszeiten in der Grössenordnung von Zehner bis Hunderte Mikrosekunden liegen können. Signale mit einer niedrigeren Trägerfrequenz können viel weniger Pulse erfordern, was zu Erfassungszeiten in der Grössenordnung von Hunderte bis Tausende Mikrosekunden führt.

[0045] RF-Signale mit höheren Frequenzen generierten eine grössere Anzahl von Mehrdeutigkeiten. Emitter solcher Signale mit höherer Frequenz neigen jedoch auch dazu, höhere Pulswiederholungsraten zu haben, wodurch eine grössere Anzahl zusätzlicher verfügbarer Pulssignale in einem kurzen Intervall zum Erfassen und Analysieren verfügbar ist. Beide Ansätze profitieren von der Einbeziehung von ZDA und/oder Amplitude Richtungsbestimmung (RB). Von diesen Methoden abgeleitete Verzerrungen zwischen EW können ebenfalls entfernt werden.

[0046] Unter Bezugnahme auf Figur 6 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das eine andere Methode 600 zur Assoziierung von Pulsen basierend auf einem mehrdeutigen Einfallswinkel unter Verwendung des RWE-Systems 100 darstellt. Ähnlich wie bei der Methode 400 wird die Methode 600 vom RWE-System 100 und von den Antennenelementen 10a-d durchgeführt. Die Methode 600 verwendet die Unterstützung von grobem EW und setzt einen Test für mehrdeutige EW ein. Der Kürze halber werden ähnliche Schritte zwischen den Methoden 400, 600 mit ähnlichen Nummern referenziert, so dass sich die folgende Beschreibung weitgehend auf die Unterschiede zwischen den Methoden 400, 600 konzentrieren kann.

[0047] In Schritt 605 leiten die Antennenelemente 10a, 10b die Signale dem RWE-System 100 zu, um die Frequenz (f), die Phasendifferenz (Δϕ) und die Zeitdifferenz der Ankunft (ZDA) zu messen. In Schritt 610 werden Pulse von potenziellen Bedrohungen identifiziert und verarbeitet, um die Frequenz fn, die Phasendifferenz Δϕnund die ZDAnfür zwei Pulse zu speichern. In Schritt 612 ermittelt das RWE-System 100 eine Differenz (ZDAdiff) zwischen ZDA2und ZDA1. Ist ZDAdiffgrösser als eine ZDA-Schwellendifferenz (ZDe), fährt die Methode 600 mit Schritt 614 fort, ohne die Pulse zu assoziieren. Wenn ZDAdiffkleiner als ZDAeist, fährt die Methode 600 mit Schritt 615 fort.

[0048] In Schritt 615 ermittelt das RWE-System 100 eine Differenz (fdiff) zwischen der Frequenz f2 und der Frequenz f1. Wenn fdiffgrösser als eine Schwellenfrequenzdifferenz (fe) ist, fährt die Methode 600 mit Schritt 635 fort.

[0049] Wenn fdiffkleiner als eine Schwellenfrequenzdifferenz (fe) ist, fährt die Methode 600 mit den Schritten 620, 625 und 630 in einer Weise fort, die der oben im Zusammenhang mit Methode 400, Schritten 420, 425, 430 beschriebenen Weise sehr ähnlich ist.

[0050] Zurück zu Schritt 615, bei welchem die Methode 600 mit Schritt 635 fortfahren kann. In Schritt 635 erzeugt das RWE-System 100 zwei Sätze von mehrdeutigen EW, die durch ZDA-Grenzen beschränkt sind. Mit anderen Worten, werden bei der Erzeugung der Sätze mehrdeutiger EW, wie in den Figuren 5A und 5B dargestellt, nur EW berücksichtigt, die näher an der ZDA-Winkelschätzung liegen als die ZDA-Fehlerschätzung. Ab Schritt 635 läuft die Methode 600 durch die Schritte 640, 645, 650, 655, 660 in ähnlicher Weise wie die entsprechenden Schritte 440, 445, 450, 455, 460 in Figur 4.

[0051] Bezugnehmend auf Figur 7 wird nun ein Flussdiagramm gezeigt, das noch eine weitere Methode 700 zur Assoziierung von Pulsen auf der Grundlage eines mehrdeutigen Einfallswinkels unter Verwendung des RWE-Systems 100 veranschaulicht. Ähnlich wie die Methoden 400, 600 wird die Methode 700 durch das RWE-System 100 und Antennenelemente 10a-d durchgeführt. Die Methode 700 verwendet keine Unterstützung durch grobe EW, sondern verwendet einen gemeinsamen Wahrscheinlichkeitstest für mehrdeutige EW. Auch hier werden der Kürze halber ähnliche Schritte zwischen den Methoden 400, 700 mit ähnlichen Nummern referenziert, so dass sich die folgende Beschreibung weitgehend auf die Unterschiede zwischen den Methoden 400, 700 konzentrieren kann. Die Schritte 705, 710, 715, 720, 725, 730, 735 sind im Wesentlichen die gleichen wie die Schritte 405, 410, 415, 420, 425, 430, 435 der Methode 400, so dass die Diskussion in diesem Abschnitt unterbleibt.

[0052] In Schritt 737 definiert die Methode 700 eine Wahrscheinlichkeitsverteilung (Prob(EW)) für jeden EW, unter Verwendung einer Kammfunktion, wie sie in den Figuren 5A und 5B dargestellt ist, um die Wahrscheinlichkeitsverteilung (Prob(EW)) zu ermitteln. In Schritt 739 multipliziert das RWE-System 100 die beiden Wahrscheinlichkeitsverteilungen, um eine gemeinsame Wahrscheinlichkeitsverteilung zu erhalten. Das resultierende Produkt, die gemeinsame Wahrscheinlichkeitsverteilung, weist nur dort Spitzenwerte auf, wo die Spitzenwerte der beiden Wahrscheinlichkeitsverteilungen übereinstimmen. Dann fährt die Methode 700 mit Schritt 740 fort.

[0053] In Schritt 740 wertet das RWE-System 100 die gemeinsame Wahrscheinlichkeitsverteilung Prob(EW) aus, um zu bestimmen, ob gewisse EW eine Wahrscheinlichkeit grösser als ein Wahrscheinlichkeitsschwellenwert Probe haben. Wenn die gemeinsame Wahrscheinlichkeitsverteilung keine Winkel EW mit einer Wahrscheinlichkeit grösser als Probe aufweist, fährt die Methode 700 mit Schritt 745 fort, und das RWE-System 100 nimmt keine Assoziierungen vor. Wenn die gemeinsame Wahrscheinlichkeitsverteilung Winkel EW mit einer Wahrscheinlichkeit grösser als Probe hat, dann fährt die Methode 700 mit Schritt 750 fort.

[0054] In Schritt 750 reduziert das RWE-System 100 falsche Assoziierungen, indem es zusätzliche Pulse (z.B. drei oder mehr) testet. Wenn die Anzahl der assoziierten Pulse weniger als drei beträgt, fährt die Methode 700 mit Schritt 760 fort, um zusätzliche Pulse zu testen. In Schritt 760 wird ein weiterer Puls (z.B. ein dritter Puls) auf die gleiche Weise geprüft, indem seine Wahrscheinlichkeitsverteilung definiert und zu Schritt 739 zurückgekehrt wird. Wenn kein weiterer Puls mit den zweil Pulsen assoziiert wird, wird die Assoziierung aufgehoben, indem mit Schritt 745 fortgefahren wird. Wenn die Assoziierung mit einem dritten Puls verifiziert wird, fährt die Methode 700 mit Schritt 755 fort, in welchem die Pulse assoziiert werden. Falsche Assoziierungen werden also durch Wiederholung der Schritte 739, 740, 750, 760 reduziert.

[0055] Bezugnehmend auf Figur 8 wird nun ein Flussdiagramm gezeigt, das noch eine weitere Methode 800 zur Assoziierung von Pulsen auf der Grundlage eines mehrdeutigen Einfallswinkels unter Verwendung des RWE-Systems 100 zeigt. Ähnlich wie die Methoden 400, 600, 700 wird die Methode 800 durch das RWE-System 100 und Antennenelemente 10a-d durchgeführt. Die Methode 800 ist grösstenteils eine Kombination der Methoden 600, 700. Auch hier werden der Kürze halber ähnliche Schritte zwischen der Methode 800 und den anderen oben beschriebenen Methoden 400, 600, 700 mit ähnlichen Nummern referenziert, so dass sich die folgende Beschreibung weitgehend auf die Unterschiede der Methoden konzentrieren kann. Die Schritte 805, 810, 812, 814, 815, 820, 825, 830, 835 sind im Wesentlichen die gleichen wie die Schritte 605, 610, 612, 614, 615, 620, 625, 630, 635 der Methode 600, so dass eine ausführliche Diskussion in diesem Abschnitt unterbleibt. Die Schritte 837, 839, 840, 845, 850, 855, 860 sind im Grunde genommen die gleichen wie die Schritte 737, 739, 740, 745, 750, 755, 760 der Methode 700, so dass eine ausführliche Diskussion in diesem Abschnitt unterbleibt.

[0056] Bezugnehmend auf Figur 9 sind nun die geometrischen Beziehungen zwischen einer einfallenden HF-Signalwellenfront 900 eines Quellenemitters und dem Empfang an den Antennenelementen 10a, 10b dargestellt. Die Wellenfront 900 enthält eine erste Signalkomponente 905a und eine zweite Signalkomponente 905b. Der Pfadunterschied zwischen den Signalkomponenten 905a, 905b kann als d=s*sinθ ausgedrückt werden, wobei θ, wie dargestellt, den Winkel umfasst, der durch eine von der ersten Antenne 10a senkrecht zum Signalpfad der zweiten Signalkomponente 905b gezogene Linie gebildet wird. Die Zeitdifferenz der Ankunft (ZDA) zwischen den Signalkomponenten 905a, 905b kann als ausgedrückt werden, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. Die Phasendifferenz der Ankunft kann als angegeben werden. Die gemessene Phasendifferenz liegt jedoch zwischen 0 und 2π, ZDA- und PI EW Messungen enthalten selbstverständlich jeweils eine Unsicherheit. Im Hinblick auf den ZDA-Fehler ist die Unsicherheit proportional zu einer Schätzung des Zeitmessfehlers, der mit der Messeinrichtung verbunden ist, und kann empirisch abgeleitet werden oder sich aus der Analyse des Aufbaus der Ausrüstung ergeben. Der Bereich der ZDA EW-Lösungen umfasst eine einzige Lösung plus oder minus des zugehörigen Fehlers (der eine Gaussform haben kann). Der ZDA-Fehler ist beispielsweise proportional zum Basislinienabstand s und ist ungefähr unabhängig von der Pulssignalfrequenz und kann als ausgedrückt werden. Die PI EW-Lösungen enthalten auch eine Unsicherheit aufgrund von Phasenmessfehlern, die als ausgedrückt werden können. Die grösste Unsicherheit von Pl-Lösungen ist jedoch auf einen Modulo (2π) Phasenmessfehler zurückzuführen, der durch ausgedrückt werden kann. Das heisst, dass die Anzahl der möglicherweise richtigen EW-Lösungen, die sich aus den PI-Richtungsbestimmungsmethoden ergeben, mit der Signalträgerfrequenz steigt (oder geht invers zur Signalwellenlänge) und nimmt mit grösserem Antennenbasislinienabstand zu. Wenn s breiter als ist, hat der Satz von PI-EW-Schätzungen ungefähr mehrdeutige Ergebnisse („Mehrdeutigkeiten“) über die gesamte Hemisphäre von -90° bis 90° (oder sin θ von -1 bis 1). Wenn jede andere Methode es erlaubt, die Winkel auf ±Δθ Grad zu beschränken, dann kann die Anzahl der Mehrdeutigkeiten auf reduziert werden.

Claims (6)

1. Vorwarnsystem für ein taktisches Luftfahrzeug (18) zur Detektion von Bedrohungen (50), umfassend: • eine Antennenpaar-Baugruppe (20) zur Montage auf dem taktischen Luftfahrzeug (18), umfassend: ein Antennenpaar mit einem ersten und einem zweiten Antennenelement (10a-d), wobei beide Antennenelemente (10a-d) geeignet sind zum Erfassen: eines ersten Signals, das sich auf eine potenzielle Bedrohung (50) bezieht, wobei das erste Signal eine erste Wellenlänge und eine erste Frequenz hat, wobei das erste und das zweite Antennenelement (10a-d) um mehr als die Hälfte der ersten Wellenlänge voneinander beabstandet sind; eines zweiten Signals mit einer zweiten Wellenlänge und einer zweiten Frequenz; und eines dritten Signals mit einer dritten Wellenlänge und einer dritten Frequenz; • ein Radarwarnempfängersystem (100), das in Kommunikation mit der Antennenpaar-Baugruppe (20) steht, um das erste, zweite und dritte Signal zu empfangen, und konfiguriert ist zur: – Berechnung der Frequenz (fn) für das erste, zweite und dritte Signal (405, 605, 705, 805); – Berechnung einer Phasendifferenz (Δϕdiff) zwischen dem ersten und zweiten Antennenelement für das erste Signal, Berechnung einer Phasendifferenz (Δϕdiff) zwischen dem ersten und zweiten Antennenelement für das zweite Signal und Berechnung einer Phasendifferenz (Δϕdiff) zwischen dem ersten und zweiten Antennenelement für das dritte Signal (405, 605, 705, 805); – automatischen Prüfung, ob die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz innerhalb einer Schwellenfrequenzdifferenz (fe) liegt (415, 615, 715, 815) und die Phasendifferenz kleiner als eine Schwellenphasendifferenz (Δϕdiff) ist (420, 620, 720, 820), und in diesem Fall: Assoziierung des zweiten Signals mit dem ersten Signal, d.h. die Signale werden dem gleichen Emitter einer Bedrohung (50) zugeordnet (425, 625, 725, 825); – wenn die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz nicht innerhalb der Schwellenfrequenzdifferenz (fe) liegt (415, 615, 715, 815), und in diesem Fall: Erzeugung eines ersten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel (EW) für das erste Signal basierend auf der Frequenz und der Phasendifferenz des ersten Signals und Erzeugung eines zweiten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel (EW) für das zweite Signal basierend auf der Frequenz und der Phasendifferenz des zweiten Signals (435, 635, 735, 835); – Korrelation des ersten und des zweiten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel, zur Ermittlung, ob es einen gemeinsamen Einfallswinkel gibt (440, 640, 740, 840), – wenn es einen gemeinsamen Einfallswinkel gibt, Erzeugung eines dritten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel (EW) für das dritte Signal basierend auf der Frequenz und der Phasendifferenz des dritten Signals (460, 660, 760, 860); – Korrelation des ersten, zweiten und dritten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel, zur Ermittlung, ob es einen gemeinsamen Einfallswinkel für alle drei Signale gibt (440, 640, 740, 840); und – wenn es einen gemeinsamen Einfallswinkel für alle drei Signale gibt, Assoziierung aller drei Pulse, d.h. die Signale werden dem gleichen Emitter einer Bedrohung (50) zugeordnet (455, 655, 755, 855).

2. Vorwarnsystem nach Anspruch 1, wobei bei der Korrelation des ersten und des zweiten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel zur Bestimmung, ob einen gemeinsamen Einfallswinkel vorliegt (440, 640, 740, 840), ein gemeinsamer Einfallswinkel dann vorliegt, wenn eine Differenz zwischen dem Einfallswinkel für das erste Signal und dem Einfallswinkel für das zweite Signal unter einer vom Benutzer gewählten Fehlerschwelle (EWe) liegt.

3. Vorwarnsystem nach Anspruch 1, wobei das Radarwarnempfängersystem ferner zur Ermittlung einer Differenz (ZDAdiff) zwischen einerseits einer Zeitdifferenz der Ankunft (ZDA2) am ersten und zweiten Antennenelement für das zweite Signal und andererseits einer Zeitdifferenz der Ankunft (ZDA1) am ersten und zweiten Antennenelement für das erste Signal konfiguriert ist (605, 805), wobei wenn die Differenz (ZDAdiff) nicht kleiner als eine ZDA-Schwellendifferenz (ZDAe) ist (612, 812), keine Assoziierung des ersten und des zweiten Signals erfolgt (614, 814).

4. Vorwarnsystem nach Anspruch 1, wobei zur Erzeugung eines ersten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel für das erste Signal basierend auf der Frequenz und der Phasendifferenz des ersten Signals und zur Erzeugung eines zweiten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel für das zweite Signal basierend auf der Frequenz und der Phasendifferenz des zweiten Signals die Spanne des ersten Satzes durch gröbere Berechnungen des Einfallswinkels des ersten Signals, die durch die Zeitdifferenz der Ankunft des ersten Signals am ersten und zweiten Antennenelement erhalten werden, eingeschränkt ist, und die Spanne des zweiten Satzes durch gröbere Berechnungen des Einfallswinkels des zweiten Signals, die durch die Zeitdifferenz der Ankunft des zweiten Signals am ersten und zweiten Antennenelement erhalten werden, eingeschränkt ist.

5. Vorwarnsystem nach Anspruch 1, wobei zur Korrelation des ersten und des zweiten Satzes mehrdeutiger Einfallswinkel, zur Ermittlung, ob es einen gemeinsamen Einfallswinkel gibt (440, 640, 740, 840), das Radarwarnempfängersystem dazu konfiguriert ist: – eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für jeden Einfallswinkel des ersten und zweiten Signals zu definieren (737, 837); – die beiden Wahrscheinlichkeitsverteilungen zu multiplizieren, um ein Wahrscheinlichkeitsverteilungsprodukt zu erhalten (739, 839); und – das Wahrscheinlichkeitsverteilungsprodukt auszuwerten, zur Ermittlung, ob das Wahrscheinlichkeitsverteilungsprodukt Winkel aufweist, deren gemeinsamen Wahrscheinlichkeit grösser als ein Wahrscheinlichkeitsschwellenwert ist, zur Ermittlung, ob es einen gemeinsamen Einfallswinkel zwischen dem ersten und dem zweiten Signal gibt (740, 840).

6. Vorwarnsystem nach Anspruch 1, welches zum Empfang des ersten Signals aus einem HF-Sender geeignet ist.