CN101379411B - 用于感测威胁的方法 - Google Patents

Abstract

本方法显著提高了基于无源雷达原理，使用导航卫星(14)内的发射机进行威胁分析的方法的防止自我暴露的效果，而无需增加的技术复杂性。其中采用了在大范围内分布和工作的简单的导航卫星接收站(19)，所述接收站作为唤醒传感器工作，把其接收信号(13)传输到至少一个分析中心(11)，在其中进行和以其它方式发现的当前不规则性进行比较，以便分析任何当前发生的不规则性，并与预期的接收信号进行对比。根据所得结果，可以使用任何情况下都可用的静止或移动地工作的雷达设备(22)，利用它们的基于空间的高质量的天线设备，以便获得关于在一个可能的目标区域内值得关注的实体(17)和可能来自该实体的对于一个移动或静止的受到威胁的目标(18)的威胁的更切确的细节，从而能够做出当前所需的保护或防御措施的决定。

Description

用于感测威胁的方法

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的方法，其也是US 5424744的主题。 

该方法的独特之处在于，不需要任何空间指示，可以快速地监控一个可能对于受到潜在威胁的移动目标导致危险的实体进入半球领空。这是根据无源雷达原理实现的，其中利用了由可用的导航卫星发射机发出的、在时间上高度恒定的相干信号结构，该信号结构同样也已知作为非对地静止卫星的轨道数据。它们的实际接收信号在不规则性方面，尤其是作为与反向散射有关的二次信号，和预期的接收信号进行对比分析，这些不规则性例如由于有实体飞入到从卫星发射机到目标接收机的传输路径中而引起。和雷达相似的卫星频率的特征——考虑到它们基本上沿直线传播这个事实及其相关性所要求的调制(扩展频谱和噪声周期)——使得它们适用于监控领空，其遵循多重静止雷达原理，具有无源的辅助发射机。在先前的公开内容中可以找到细节。 

由于导航卫星系统已经是可用的，这种符合目的的方法可以在世界范围内使用，而对于发射机没有任何投资要求。其无源地工作，因此其自身不构成任何威胁。不过，一旦第一次感测到可疑的实体后，为了获得特别是关于其速度(基于频率测量)、范围(基于传播时间测量)和位置(相对于其发射机当前正被接收的卫星的位置)的信息，其连续的观察是十分费时的，这些信息是做出决定并进而对产生威胁的实体发起防卫反应所必需的。这可能大大限制为防御反映所留出的时间。 

针对这些情况，本发明所基于的技术问题是显著改进开头所述的  方法，已经证明，不需要开发新的技术或者只需引入已有技术，这就是说，使用已经可用的技术手段，利用其做出关于当前威胁情况的预测的能力，以便改善反应时间。 

根据本发明，这个任务由在独立权利要求中规定的主要特征来实现。根据这些特征，不再进行威胁分析——在任何情况下都不再进行，其中由当前所确定的不规则性，相对于分别预期的接收信号，针对可能受到潜在威胁的静止或运动的目标，如在发电站或甲板上方以相当低的高度缓慢飞行的运输机或者在陆上或水上的交通工具护卫下；为此在受到潜在威胁的目标以外的地方使用了大范围分布的移动工作的、特别是也可以静止工作的多个接收站。这些接收站中的每一个将从各个彼此直接关联的导航卫星中的相应发射机接收到的信号或者由此导出的不规则性传送给至少一些其它接收站和/或至少一个分析中心，以进行比较分析。 

这种传送最好通过互联网进行，因为对这种在世界范围内起作用的系统的访问实际上可以从能够静止或移动工作的接收站的所有位置毫无问题地进行；并且，由于同样静止或移动工作的分析计算机用于分析在接收端发生的不规则性，实际上可以时间同步地直接实现彼此通信，而没有任何匹配性要求。 

在大量的各个接收站中或者在少量的单独工作的分析中心中对所确定的不规则性进行对比分析。使典型的威胁实体的显著特征提取和特定的、如在知识数据库中所维护的反向散射行为及其情况相关联，并且当前感兴趣的实体的运动行为可以由这种比较信息的时间变化来识别。然后可以根据这些结果启动必要的预防措施，如电站及其环境的紧急关机和疏散，或者明确保护和防御设备和/或车辆的躲避行驶策略。 

例如在移动或静止工作的接收站的情况下，如果当前发现来自一个特定发射机组、特别是卫星系统中的特定发射机的预期的接收信号变得衰弱，但是只根据这种瞬时的不规则性未必能够得出关于存在威胁的可靠结论，或者甚至其类型也不能得出。但是，如果一个信号，  即使可能是规则信号，可以在远离这个特定发射机的位置的接收站被同时收到，则监控到的信号衰落很可能不是由于吸收，而是由于在从发射机到接收站的无线电链路的路径上的全反射引起的。因此，如果进行查询以确定当时对于这个特定的发射机接收电平显著增加的接收位置，这很可能是基于例如来自隐藏结构的反射束的接收，在某种程度上能够由此推出相关实体的结构和/或空间范围，以发出警报，或者在必要时提供及时的防御反应，尤其是在由于其它原因出现的不规则性也支持这个结论时这更为重要。 

这是因为，由在许多不同位置同时记录但实际上彼此并不相关的完全不同的位置检测到的不同的当前不规则性能够得到的潜在威胁的图像越精确，则这样的决定就越有效。 

为了进行分析，尤其有用的是，对在平缓入射时出现的不规则性与在陡峭入射时出现的不规则性在时间上同步地进行比较。对于后者而言，北半球符合目的地涉及该结构中的GALILEO发射机组，因为其卫星系统主要是覆盖由靠近赤道工作的GPS卫星系统留下的间隙。另一方面，在所述分析中引入GPS卫星系统是尤其有利的，因为其平缓地覆盖了大的面积，例如覆盖了北半球。作为补充，还可能涉及能够从GLONASS卫星系统得到的发射机，其进一步的升级已经被预告。 

此外，有帮助的是，针对表现出实际潜在威胁的实体，同时获取和分析来自尽可能多的空间方面的当前发生的不规则性，即在彼此离开很远的位置处的不规则性。为此，在静止工作的接收站的位置旁进行整体观测可能就已经足够了，这些接收站的位置散布在地球的不同地区的少数几个国家，在那里它们可能最初是为了完全不同的目的而工作的。 

由于这种球面的位置分布也允许更为精确地确定当前感兴趣的实体的位置，因此具有比市场上可得到的卫星导航接收装置、尤其是具有非常窄的束定向天线的装置更好的天线结构的接收站可以用空间坐标或者至少是空间扇区精确地指示感兴趣的、可能存在威胁的实体。应当为此设计至少一种这样的装置，以获得关于危险实体的结构和运动学的进一步信息，如飞向受到威胁的目标的导弹，至少暂时作为有源雷达来工作。这种雷达站应当位于远离受到潜在威胁的目标及其近处的周边区域的位置，使得暂时的雷达工作(此时不具有避免自我暴露的安全性)不会对在那时可能受到威胁的目标造成任何危险。

其自身不通过比较不规则性及其时间变化进行状况分析而是仅仅通告接收情况的接收站可以以特别低的成本工作，即在实践中使用市场上可得到的卫星导航接收机的配置，其具有用于简单的全方位特性的天线装置。此时，当在或多或少未经处理地被发送到分析中心的接收信号中发现了关于来自所接收的发射机的当前的预期接收信号的不规则性时，这些接收站有目的地作为唤醒传感器来工作。此外，如果需要的话，为了进行威胁分析，可以启动或考虑采用其它接收站基于接收信号做更深入的观察。 

如果所述接收站中的至少一些利用彼此不同的天线结构工作，由近乎相同的情况下也可能获得不一致的不规则性以用于特征分析。这样能够进一步提高威胁分析的说服力，因为可以根据设备的接收特征对所获取的各种影响进行不同的加权。 

要被分析的不规则性最好至少根据受到相关实体直接影响的接收信号的传播时间、幅值、多普勒偏移和偏振偏移，借助于单静态和多静态分析来获得，即相对于当前正在被接收的卫星发射机已知的并被存储或者在需要时在本地合成产生的发送信号。根据本发明的附加改进，在雷达技术中已被证明的成像方法，如基于ISAR原理(反向合成的孔径雷达)，也可以在中心用于更高等级的分析，以实现其从各个信息项的总体尽可能快地收敛的威胁分析。 

在这种非常大范围的领空监控中，还必须获取由定期航班的飞行对卫星信号接收的影响，即来自不构成威胁的实体的影响。为了识别由此产生的假警报，并对其尽可能地抑制，在近处的周边区域内对在其中操作的商用飞机形式的实体的航行轨迹进行领空观察和分析是符合目的的，所述近处的周边区域例如覆盖受到潜在威胁的目标周围 几百里。由于相应的雷达设备一般不能用于这些目标，为此，符合目的的是提出了被称为虚拟雷达成像的方法，其例如借助于UHF接收和解码其应答器信号，跟踪商用飞机的运动。借助简单的UHF接收机和相应的、同样在市场上可得到的软件，使得能够用这种方式获得特别是关于身份、飞行编码、飞行路线、位置、飞行高度和运动速度的信息，因此可以分别进行方位角显示和海拔显示。作为补充，为了指示特定的商业飞机或证实特定的商业飞机，其并不是对要保护的目标产生威胁的实体，还可以使用在互联网上传播的用于民用航空的飞行数据。 

在下面对本发明的一个优选的示例性实施例的详细说明中，以及在其它权利要求中给出了根据本发明的解决方案的改进和替代方案，还有关于它们的优点。在功能简化的图示中： 

图1表示少量几个分析中心在全世界分布的例子； 

图2用方块图的形式表示这类分析中心的设备；以及 

图3用方块图的形式表示跨地域工作和分布的大量接收站与分析中心的共同作用。 

一种由相对较少的分析中心11组成的实际上世界范围的网络具有例如图1所示的分布位置，所述分布位置在阿拉斯加、北美的西海岸和东海岸、墨西哥、火地岛、格陵兰、芬兰北部、俄罗斯、意大利南部、埃及、南非、印度、日本以及澳大利亚北部。图2所示的分析中心11配备有分析计算机12，用于分析从多个同时获取信号的导航卫星14(图3)得到的实际接收信号13，这些导航卫星的发射信号是已知的，并可用于和受到干扰的接收信号13进行比较。分析中心11通过互联网15彼此联网，以便相互交换典型的威胁情况16。这些威胁情况16是由包含在接收信号13中的干扰得出的，并且是由存在潜在威胁的实体17引起的，所述实体尤其可能是在与受到潜在威胁的目标18发生碰撞的路线上的飞行物。 

接收信号13从接收站19经由互联网或经由无线电链路被传递到分析中心11，并尽可能被传递到多个并行的分析中心，这些接收站随机地分布在地球的多个区域上，任意地连续工作或离散地工作，以静态方式工作或者在飞机、陆地交通工具和海运船舶上移动地工作。分析中心11还可以配备有卫星接收机20，而目标18(尤其是飞机、陆地交通工具或海运船舶)一般没有这种接收机。它们优选地通过互联网或者例如通过直接的无线电链路把它们的当前接收信号13传递到可访问的至少最近的分析中心11，并且优选地并行传递到多个分析中心11。 

本身并非用于其它任务而是专用于现有警报系统的接收站19’符合目的地配备有预处理装置，其不是仅仅把当前的接收信号13传递到分析中心11，而是考虑到所关注的危险，为了加速感兴趣的危险分析而传递经过预处理的接收信号13’。这种专用的接收站19’最好还配备有不同的天线，以便获取在受到干扰的卫星接收信号13中的不同特征，并能够对其进行分析，以用于威胁分析。由图3可以看到，这些比单纯的卫星接收器20配备更为复杂的接收站19’也彼此进行通信，特别是也通过互联网进行通信，以便更有效地进行预处理，以便证实它们的分析。 

通过基于在商用飞机中的应答器的路线跟踪的识别装置21，可以得到感兴趣的实体17的粗略分类，并且在必要时可以向该实体17和/或目标18发出碰撞路线警告。 

如果在无源的(因此具有防止自我暴露的安全性)威胁分析的期间，实体17的身份或其运动轨迹仍然不确定，或者如果能够从接收信号13，13’提取足够的指示以预先确定实际上对于目标18的威胁，则在某些情况下作为补充的有源雷达监控也是值得推荐的。为此，分析中心11委托至少一个雷达设备22。该雷达设备远离目标18以避免危险，并且不处于实体17的运动轨迹上，从而尽可能不危及自身。 

通过使用导航卫星14内的发射机，遵循无源雷达原理以防止自我暴露的威胁分析方法的效果得到大大改善，而不必显著增加技术复  杂性。根据本发明，在大范围内分布式工作并具有简单的导航卫星接收机20的接收站19最好配备有不同的天线特性，例如作为唤醒传感器工作，将其接收信号13传输到至少一个分析中心11，与预期的接收信号进行比较，从而对当前的不规则性进行分析，其中还以其它方式和当前所确定的不规则性进行比较。根据所得到的结果，在任何情况下都可用的、并且以静止或移动方式工作的雷达设备22可以通过它们的高质量的天线设备、基于空间定向来使用，以便更精确地预测由所述实体的反向散射行为引起的不规则性，从而预测落下的实体17，如飞行器或导弹，以及由此对于可能的目标区域和/或位于该区域内的移动或静止的受到威胁的目标18可能造成的威胁，并且从而能够做出当前所需的保护或防御措施的决定。 

附图标记列表 

11分析中心(具有12) 

12分析计算机(在11内) 

13接收信号(来自14) 

14导航卫星(传递13) 

15互联网 

16威胁场景(由13得出，来自11) 

17潜在的威胁实体(在与18发生碰撞的路线上，对13造成干扰) 

18受到潜在威胁的目标 

19接收站(具有20) 

20接收机(用于接收13) 

21识别装置 

22雷达设备 

Claims (12)

1.一种用于通过分析相对于预期的接收信号的不规则性来感测经过从导航卫星发射机到范围广泛地彼此间隔的多个接收站的无线电链路的实体对于目标的潜在威胁的方法，其中所述多个接收站与受到潜在威胁的所述目标是分离的，并且所述多个接收站与至少一个分析中心进行通信，以实现实际上时间同步的比较分析，其中所述至少一个分析中心与所述目标是分离的。

2.如前面权利要求所述的方法，其特征在于，由接收站收到的信号被直接地或者针对在其中所确定的不规则性与在不同的卫星发射机组情况下出现的不规则性进行比较。

3.如前面权利要求之一所述的方法，其特征在于，在具有不同天线特性的接收站的情况下出现的不规则性被相互比较。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将通过对不规则性进行分析而获得的信息与来自有源雷达定向天线的信息进行比较，所述天线在受到威胁的目标之外的位置对准存在潜在威胁的实体。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，来自北半球上方的高轨道的卫星的接收信号中的不规则性与来自该处的低轨道的卫星的接收信号中的不规则性进行比较。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述来自北半球上方的高轨道的卫星是GALILEO卫星，并且所述低轨道的卫星是NAVSTARGPS卫星。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用互联网实现从接收站的传输。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据传播时间、幅值、多普勒偏移和极化偏移，单静态和多静态地对接收信号的不规则性进行分析。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于受到干扰的接收信号应用成像方法。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述成像方法基于反向合成孔径雷达原理。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于对感兴趣的实体的应答器信号的路径跟踪来对感兴趣的实体进行分类。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从远离受到潜在威胁的目标并且在潜在的有威胁的实体的运动轨迹之外的位置进行感兴趣的实体的辅助雷达监控。

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