CN101107539B - 雷达设备 - Google Patents

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Abstract

海用雷达设备传播相同幅度却不同宽度的三个脉冲(A、B、C)的组，较短的脉冲使得能够探测近程的目标，较长的脉冲使得能够探测较远程的目标。以不同的方式对所述脉冲编码，其中短脉冲(A)是连续波信号，并且较长的脉冲用经频率调制的线性调频脉冲调制，一个脉冲(C)是线性调频脉冲升而另一个脉冲(B)是线性调频脉冲降。所述雷达的功率只需要约为190W。

Description

雷达设备
本发明涉及雷达设备，此类雷达设备被布置用于向目标传播能量脉冲组并且接收由所述目标反射回的能量脉冲组。
海用雷达通常使用高功率磁控管作为脉冲发射信号用的微波源。为了减少由来自波浪、雨和类似物的返回信号所引起的、在雷达屏幕上的杂乱回波(clutter)量，所述设备具有被设置用于排除低幅度信号的阈值电路。这种布置在观察较大的船舶、大陆块等等时令人满意地工作，然而却降低了雷达显示来自较小的感兴趣对象(譬如浮标、游艇和快速攻击艇)的信号的能力。
现代新型船舶往往被设计以使它们不太容易被敌方军队探测。然而常规雷达所产生的高功率却相对易于由其它船舶探测，从而在船舶需要保持不被观察到时是不利的。
尽管可以降低所发射的雷达能量的幅度，但这却产生了设备有效量程的相应缩小，从而通常是不可能的。可以减少脉冲的幅度并且通过增加脉冲长度保持其能量。然而较长脉冲的问题在于不能够探测近程目标，原因在于从近目标所产生的返回信号将会在所发射的信号期间被接收。
本发明的目的是提供可替代的雷达设备。
根据本发明的一个方面，提供上述类型的雷达设备，其特征在于，每个能量脉冲组都包含至少两个不同长度的脉冲，较短的脉冲能够探测近程目标而较长的脉冲能够探测较远程的目标，并且以不同的方式对不同长度的脉冲编码。
优选地，每个脉冲组都包括三个脉冲，所述三个脉冲中的每个都有不同的宽度。所述脉冲可以分别具有大致0.1μs、5μs和33μs的宽度。每组中的脉冲优选地具有相同的幅度。所述雷达设备优选地使所述脉冲在接收时受脉冲压缩。所述脉冲优选地通过譬如非线性频率调制的频率编码进行编码。每个脉冲组都可以包括三个脉冲，最短的是连续波信号，而其它两个具有经频率调制的线性调频脉冲，一个是线性调频脉冲升(chirp up)而另一个是线性调频脉冲降(chirp down)。所述设备的功率输出可以大致为190w。
根据本发明的另一方面，提供一种探测目标的方法，其包括以下步骤：向目标发射一系列雷达能量脉冲和接收由目标所反射的雷达能量，其特征在于，该系列脉冲包括至少两个不同宽度的脉冲，较短的脉冲适用于探测较近程的目标，较长的脉冲适用于探测较远程的目标，并且所述两个脉冲以相互不同的方式被编码。
现在参照附图以举例的方式说明根据本发明的海用雷达设备和其操作方法，其中：
图1是所述设备的示意性方框图；
图为示出所发射的脉冲图；以及
图3示出在所述设备中所执行的信号处理的方框图。
所述设备包括常规的雷达天线1，诸如Kelvin Hughes LPA-A1。譬如采用直接数字合成装置的波形发生器2由主振荡器和定时单元3控制以产生脉冲帧或者组，不论天线1的转动速度或者设备的量程设定如何，所述脉冲帧或者组都是相同的。所述脉冲帧或者组连续地重复并且包含三个脉冲重复间隔A、B和C，如在图2中所示，但是不是按比例的。脉冲A、B和C具有相同的幅度但是具有不同的宽度或者说长度。仅作为例子，脉冲A可能有0.1μs的长度，脉冲B可能有5μs的长度，而脉冲C可能有33μs的长度。脉冲A与B之间以及B与C之间的间距取决于雷达的量程。当波形发生器2从振荡器和定时单元3接收一个触发时，所述波形发生器产生门控连续波信号的窄脉冲或者产生包含具有大致20MHz扫频带宽的经频率调制的线性调频脉冲的脉冲。最短的脉冲A是简单门控CW信号；而较长的脉冲B和C包含经频率调制的线性调频脉冲，一个脉冲具有线性调频脉冲升而另一个脉冲具有线性调频脉冲降。以此方式不同地对三个不同的脉冲A、B和C编码，使得可以在接收时把它们相互区别开，其中通过缺乏任何线性调频脉冲来对最短的脉冲编码。被施加给两个较长脉冲的FM线性调频脉冲优选地是非线性的。因此可以看出，在一个帧内的三个脉冲中的每一个不论在长度方面还是在编码方面都是唯一的。
由波形发生器2所产生的脉冲是低功率的相干脉冲群并且处于中频60MHz。把这些脉冲与来自第二振荡器5的信号一起提供给混频器4以转变为2.9与3.1GHz之间的无线电频率，例如3.05GHz。混频器4的低功率RF输出被提供给多级功率放大器6以产生约190W的输出。来自放大器6的输出连接到双工器7，并且从那里通到天线1的旋转接头8用于发射。
在接收模式期间，关闭放大器6以防止漏泄。由天线1所接收的信号经由双工器7通到低噪音接收机8。在接收机8的前端，固态接收机保护器8保护所述接收机免受可能在发射期间或者从外部发射源进入的高能量信号。整个接收机8的线性动态量程优选地是65dB或者更大。该动态量程通过紧接在接收机8后的灵敏度时间控制单元(STC)10增加，并且在定时单元3的控制下由开关式衰减器实现。来自STC10的RF信号通到第二混频器11，在这里所述RF信号被变频为60MHz的中频。所述IF信号经由限幅器和带宽滤波器12被提供给模数转换器13，所述数模转换器同时将信号数字化并转换成20MHz的IF。来自A/D转换器13的输出被提供给信号处理电路20，如图3中所示。
如应理解的那样，图3中所示的块既可以表示离散的单元也可以表示编程中的步骤。来自A/D转换器13的采样信号由I/Q分路器块被转换到基带，所述I/Q分路器执行一般与模拟混频和低通滤波相关联的功能。由于现在所述信号处于基带，在块21内把采样率通过因数二降低为40Ms/s。单元22对从中和长脉冲B和C所接收的采样进行脉冲压缩，并且对短脉冲A进行低通滤波。优选的是，在频域中通过对脉冲重复期间所接收的采样采用傅立叶变换、把所变换的信号乘以所存储的、预先计算的加权集并且把所述乘积反傅立叶变换到时域中来进行脉冲压缩和低通滤波。然后通过分样(decimate)块23把采样率再通过因数二降低到20MS/s。从所述分样块，信号通到包含一组带通滤波器的多普勒滤波器组24，所述带通滤波器估量(span)明确的目标速度并且划分成N个信道，其中N是相干集成的脉冲的数。通过使用加权傅立叶变换把在脉冲群期间从量程单元所收集的信号采样变换到频域中来产生多普勒滤波器组24。在通到阈值单元26以前，每个滤波器组的输出都经过CFAR(constant false alarm rate(恒虚警率))处理25，其中在所述阈值单元中以通常的方式把所述信号与阈值比较并且识别为所探测的目标以提供给应用装置，譬如显示屏。多普勒信息使得能够识别不同速度的目标并且因此帮助从来自海洋和雨的杂乱回波中区分目标信息，所述目标信息将会被识别为静止的。系统的相干性还使得能够降低噪音。
上述布置使用与以前由于这通常引起的受限量程而可能的功率相比较显著低的功率。与本发明的海用雷达的功率相比较，常规海用雷达的功率典型地约为30kW，而本发明的海用雷达的功率可以是约190W。所使用的较低功率降低了由敌方军队探测到载有雷达的船舶的风险。通过提供与以前所使用的相比而言较长的能量脉冲(与常规雷达采用约50ns的相对短的脉冲比较譬如达约22μs)，本发明的布置使得能够在低功率和远程情况下可靠地工作。为了克服较长的脉冲阻止近程探测的问题，本发明布置除了较长的脉冲外还产生较短的持续时间脉冲。虽然采用只有两个不同长度的脉冲(一个短而一个长)的系统会有某些优点，但是事实表明最好使用三个不同的脉冲长度：短的、中等的、长的，以提供对中程目标的可靠探测。不必为增加长度而发射脉冲。通过对脉冲编码，能够通过其编码使返回的信号相关并且从而降低干扰效应；这还使得减少对从超过正常量程的目标所接收的回波的探测。
应当理解的是，可以改变脉冲的相对长度并且可以采用编码的不同形式，譬如噪音编码或者Barker码。

Claims (23)

1.海用雷达设备，包括用于产生多普勒信息(24)来使得能够识别不同速度的目标的装置，所述设备被布置用于向目标传播连续重复的能量脉冲组并且接收由所述目标反射回的能量脉冲组，其中每个能量脉冲组都包含不同宽度的三个脉冲(A、B、C)，其中在每个脉冲之间存在间隔，较短的脉冲(A)使得能够探测近程目标，并且较长的脉冲(B、C)使得能够探测较远程的目标，其中以相互不同的方式对不同长度的脉冲进行编码。
2.如权利要求1所述的设备，用于显示来自较小的海上目标的信号，所述较小的海上目标包括浮标、游艇和快速攻击艇。
3.如权利要求1所述的设备，其中每个脉冲组都具有脉冲宽度在0.1μs和33μs之间的三个脉冲。
4.如以上权利要求1所述的设备，其中较短的脉冲(A)具有约为0.1μs的宽度。
5.如以上权利要求1所述的设备，其中最长的脉冲(C)具有约为33μs的宽度。
6.如以上权利要求1所述的设备，包括产生多普勒信息的信号处理器。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述信号处理器包括多普勒滤波器组。
8.如权利要求7所述的设备，其中多普勒滤波器组包括一组带通滤波器。
9.如权利要求6所述的设备，其中所述信号处理器另外包括I/Q分路器块、脉冲压缩器和分样块。
10.如以上权利要求1所述的设备，其中对较长的脉冲(B，C)进行频率编码。
11.如以上权利要求1所述的设备，其中通过非线性频率调制对较长的脉冲(B、C)进行频率编码。
12.如以上权利要求1所述的设备，其中最短的脉冲(A)是连续波信号，并且其它两个脉冲(B、C)具有经频率调制的线性调频脉冲，其中一个是线性调频脉冲升而另一个是线性调频脉冲降。
13.如以上权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备被布置用以在接收时使较长的脉冲(B、C)遭受脉冲压缩并且使较短的脉冲(A)遭受低通滤波。
14.如以上权利要求1所述的设备，其中每个组中的脉冲(A、B、C)具有相同的幅度。
15.如以上权利要求1所述的设备，用于船舶上，所述设备具有低输出功率用以减少探测到载有雷达的船舶的风险。
16.如以上权利要求1所述的设备，具有约为190w的输出功率。
17.一种探测海上目标的方法，所述方法包括以下步骤：向目标发射连续重复的脉冲组并且接收由所述目标反射的雷达能量信号，其中每个脉冲组都包括不同宽度的三个脉冲(A、B、C)，其中在每个脉冲之间存在间隔，较短的脉冲(A)使得能够探测近程目标，较长的脉冲(B、C)使得能够探测较远程的目标，其中以相互不同的方式对不同长度的脉冲进行编码，所述还包括另外的步骤：处理所接收的信号并且产生多普勒信息(24)用以使得能够识别不同速度的目标。
18.如权利要求17所述的方法，用于接收由较小的海上目标所反射的雷达能量，所述较小的海上目标包括浮标、游艇和快速攻击艇。
19.如权利要求17所述的方法，包括以下步骤：产生并发射脉冲组，所述脉冲组具有脉冲宽度在0.1μs和33μs之间的三个脉冲。
20.如以上权利要求17所述的方法，包括以下步骤：利用多普勒滤波器组处理所接收的信号。
21.如以上权利要求17所述的方法，其中对较长的脉冲(B、C)进行频率编码。
22.如以上权利要求17所述的方法，其中通过非线性频率调制对较长的脉冲(B、C)进行频率编码。
23.如以上权利要求17所述的方法，其中最短的脉冲(A)是连续波信号，并且其它两个脉冲(B、C)具有经频率调制的线性调频脉冲，其中一个是线性调频脉冲升而另一个是线性调频脉冲降。
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