CN101473243A - 电子支持测量系统中的方法、所述方法的使用和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于处理由电子测量系统/测向单元(ESM1)检测到的多个视在发射体发射的信号的方法和装置。所述单元适用于基于每个视在发射体的发射体特征参数方差，识别所述视在发射体中的真发射体(21；31；41)和至少一个伪发射体。在伪和真发射体已识别后，此信息可用于抑制伪发射体的杂乱回波和/或通过使用仅一个ESM/DF单元的观测确定真发射体的位置。

Description

电子支持测量系统中的方法、所述方法的使用和装置

技术领域

本发明涉及电子支持测量(Electronic Support Measures)的使用。这是用于观测诸如雷达装置等无线电发射体以便检测例如存在的船只和飞机的系统。

背景技术

电子支持测量/测向传感器从发射体接收信号，创建发射体描述并确定到发射体的方向(bearing)。图1示出了此类接收器的一个示例。

所示系统包括多根天线12a-c，每根具有单独的接收器信道13a-c。在处理单元14中，天线上已接收信号之间的关系用于查找到发射体源11的方向。来自发射体11的信号“特征标”可用于识别发射体。

为识别发射体，已接收信号要进行涉及到以下步骤的相关复杂的处理：

·脉冲处理，确定(至少)：

载波频率(RF)

脉冲宽度(PW)

脉冲功率(P)

到达时间(TOA)

到达方向(DOA)。

·通过使用一个或多个计算得出的脉冲参数解交织(根据发射体的脉冲分类)。解交织进程的结果是多个脉冲列，每个视在发射体(apparent emitters)一个列。

·发射体处理，确定改进的发射体描述参数；这主要是使用在解交织进程中获得的以下信息的改进脉冲处理进程：

改进的脉冲参数和统计：RF、P、DOA

通过TOA得到的PRI(均值、交错模式(stagger pattern)、

抖动模式(jitter pattern))

通过P和TOA得到的发射体天线参数(停留时间和扫描时间、旋转或振荡)。

在也由本申请人拥有的国际专利申请PCT/NO2004/000412中进一步详细描述了在ESM/DF系统中的信号处理。

上述的传感器类型已为人所熟知。在两个或更多个传感器观测同一发射体时，有可能确定发射体的位置。但在只有一个发射体时，传统上只有方向确定可能实现。

确定发射体位置的当前解决方案涉及需要通信以便形成交叉定位或类似的两个或更多个传感器。在涉及移动传感器的一些起作用的方案中，只有一个传感器在观测发射体，或者无线电通信约束限制了与其它传感器通信的能力。因此，通过传统方法，只可能确定到发射体的方向。

如果除方向外还可确定范围，即到发射体的距离，则将可知道发射体的位置。一个熟知的方法是使用发射体知识从已接收功率估计范围：

$S=P_t{G}_t\frac{A_r}{4\mathrm{\π}{R}^2}\⇔R=\sqrt{\frac{P_t{G}_t{A}_r}{4\mathrm{\πS}}}$

其中，S是已接收信号强度，A_r是天线孔径，R是范围。该估计需要很熟悉发射体输出功率和天线增益(P_tG_t)，它们必须事先知道并存储在发射体数据库中，并且也需要很好地校准了ESM接收器。3dB的些微变化将产生范围估计30％的误差，因而此方法的准确性通常受到限制。因此，准确性最好的情况下也很低，并且方法需要极其熟悉涉及的发射体。

另外，存在反射效应，这是一个熟知的问题。如图2所示，在海岸情景中的ESM/DF传感器经常收到周围陡峭悬崖的反射。此处，发射体21在发射信号，而信号在沿具有陡峭悬崖的海岸线25的几个散射点26、27、28、29中散射。即使只存在一个真发射体，此效应也可产生多个视在发射体。由反射信号产生的额外发射体在以下描述中称为伪发射体。

发明内容

本发明提供了一种用于识别在电子测量系统/测向单元观测到的多个视在发射体中可能存在的伪发射体的方法和装置。

此信息可用于去除来自伪发射体信号，因而避免显示不必要的杂乱回波。

此信息的另一个使用是用于只使用一个ESM/DF单元来确定发射体的位置。

本发明的范围在随附权利要求书中定义。

具体而言，本发明涉及一种用于识别由电子测量系统/测向单元观测到的多个视在发射体中可能存在的伪发射体的方法和装置。所述单元适用于识别所述视在发射体中的真发射体和至少一个伪发射体，所述伪发射体对应于所述真发射体的散射信号。还有确定到所述真发射体的第一方向，确定到所述至少一个伪发射体的第二方向，以及使用地形模型为沿第二方向形成所述伪发射体的信号确定散射点位置。随后，确定从真发射体到散射点的信号第三方向。散射点的位置和所述第一与第三方向用于确定所述真发射体的位置。

本发明也涉及使用所述方法在雷达装置的屏幕显示中去除伪发射体。

本发明方法也可用于确定发射体的位置。

附图说明

在下面的段落中，将参照附图详细地描述本发明，其中：

图1是ESM/DF系统的示意图；

图2示出了反射有关的问题；

图3示出在本发明中如何有利地使用反射；

图4示出了本发明的细节；

图5是示出本发明一个方面的方法步骤的流程图；

图6是示出本发明另一方面的方法步骤的流程图。

具体实施方式

在来自ESM/DF系统的信号已如上结合图1所述处理后，将出现多个脉冲列，每个存在的真发射体和多个伪发射体一个列。每个真发射体将对发射体扫描到的每个重大反射体产生一个伪发射体。

本发明包括在识别每个伪发射体时的初始步骤。此信息用于查找真发射体的位置和/或从显示屏幕去除伪发射体产生的杂乱回波。

确定真与“伪”发射体

对于每个视在发射体，ESM接收器创建了发射体描述字，该字至少包含以下信息(对于所有参数，计算了均值和方差)：

·DOA

·RF

·PW

·P

·包括交错和抖动模式的PRI

·发射体天线扫描时间(旋转时间或振荡周期)

·发射体天线停留时间(天线波束将一个波束宽度“显象(paint)”的时间)

·发射体天线扫描相位(天线向北指的时间)

NB：模糊，因为旋转方向未知

参数x的均值x表示为：

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i$

x的方差为：

$\mathrm{var}\left(x\right)=\frac{1}{N-1}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2$

i是脉冲号。

通过将列表中每个视在发射体的参数与其它视在发射体的参数进行比较，可组合视在发射体以便由同一真发射体产生的所有视在发射体组合在一起。比较将除DOA和扫描相位外所有参数考虑在内，并且应适合每个参数的方差。

在从传播(extended)的散射体反射时，接收的脉冲将被调制。因此，脉冲测量将增大在脉冲列上测量的方差。以下特征将适用于与真发射体相比时从“伪”发射体反射的脉冲列：

·DOA：不同的均值，增大的方差

·RF：增大的方差

·PW：增大的方差，并且通常增大的均值

·P：通常更小的均值，增大的方差

·PRI和PRI模式：相等

·发射体天线扫描时间：相等的均值

·发射体天线停留时间：通常增大的均值，增大的方差

·发射体天线扫描相位：不同

真发射体是具有正确DOA的视在发射体，将是具有最高质量的发射体(发射体参数中的最小方差)。

这也是用于对视在发射体分组的标准。

上面概述的过程在图5中示为一个流程图，该图示出了在识别真和伪发射体时执行的每个单独步骤。方法示为从起点500到终点507的线性过程。但是，在情景中的发射体性质已确定时，过程将从步骤500重新开始。

开始后，过程继续到步骤501，在该步骤中接收信号。在步骤502，以常规方式通过脉冲处理、解交织和发射体处理来处理信号。在步骤504中，选择形成相关对象的相干组的发射体。在步骤505，发射体根据方差进行分类。在步骤506，此信息用于识别真和伪发射体。

通过单个ESM/DF传感器的位置确定

在海岸情景中，反射产生了“伪”发射体，识别真和伪发射体的信息可在备选方法中有利地用于查找真发射体的位置，参见图3：

·假设发射体31在海岸情况中在传送，并且从当地地形反射的脉冲产生了如上所述的伪发射体。

·根据以上所述分析脉冲列，并且保持具有不同DOA和不同主瓣相位的伪发射体列表。

·从每个伪发射体的DOA计算从ESM传感器到每个散射体36、37的方向(图3中的α_n)

·通过 ${\mathrm{\θ}}_n=\frac{t_n-t_0}{T}$ 计算从发射体31到每个散射体36、37的方向，其中，t_n是伪发射体的测量的天线扫描相位，t₀是真发射体的天线扫描相位，并且T是发射体天线扫描周期。

·如果发射体31的位置已知，则通过三角测量将很容易找到散射体36、37的位置。我们的问题相反，散射体和发射体的位置均未知。

为解决问题，使用了地形模型，从中可估计当地散射。实践中，甚至一个海岸线多边形就够了。

通过多个散射体(多个伪发射体)，发射体位置可通过在散射模型和实际散射体之间提供最佳相关的发射体而估计为从传感器沿方向线的位置。

例如，如图4所示，用直线表示具有陡峭悬崖的海岸线：

·上述伪发射体算法产生了一个“真”发射体41和两个伪发射体的组(三个视在发射体)

·计算从ESM/DF传感器ESM₁到每个视在发射体的方向(α₀、α₁和α₂)

·从发射体41到每个散射体46、47的方向已知(θ₁和θ₂)注意，一旦存在任何重要的“伪”发射体，便可解决发射体天线相位的不明确性。

·由于海岸线由陡峭的悬崖组成，因此，散射体46、47可假设为在海岸线45上。因此，每个散射体46、47的位置可从α₁和α₂和传感器位置确定。因此，发射体位置可从θ₁和θ₂计算得出。

·注意，只要一个散射体就够了。

查找发射体位置的此过程在图6中示为一个流程图，该图示出了执行的每个单独步骤。方法从起点600开始，继续到步骤601，在该步骤中从ESM/DF单元接收信号。在步骤602中，观测到的发射体根据图5所示过程分类。随后，在步骤603，确定到发射体的方向，在步骤604，确定散射点的位置，并且在步骤605，确定从真发射体到伪发射体的方向。最后，在步骤606中，各种位置和方向用于确定真发射体的位置，之后，过程在步骤607中结束。

上述方法可在ESM/DF单元的处理单元中执行，或者经脉冲处理、解交织和发射体处理的信号可发送到例如服务器等远程处理单元进行处理。地形模型可存储在本地或远程处理单元中的数据库中。

本发明的优点有两方面：减少了由于伪发射体产生的杂乱回波，这本身是一个大的改进；以及只通过一个ESM/DF传感器便可估计发射体位置的能力。

虽然以涉及观测雷达装置的ESM/DF单元的设置，即，在较高电磁无线电频谱中操作的环境中描述了本发明，但它也可在其它环境中使用。一个此类备选是用于确定移动电话的位置，尤其是在观测其来自基站的无线电信号时。本发明也可在依据从空中或水中(声纳)接收的信号，确定声发射体位置的系统中使用。本发明在地震行业也适用，尤其是用于去除来自伪反射的杂乱回波。

Claims (18)

1.一种用于识别电子测量系统所观测的真发射体和伪发射体的方法，其中所述真发射体和伪发射体通过以下方式识别：

对已接收信号进行脉冲处理；

将所述信号解交织；

对所述信号进行发射体处理，从而为每个视在发射体确定发射体特征参数，

其特征在于确定每个发射体特征参数的方差；

将源于所述真发射体的那些视在发射体选择到一个组中；

根据所述发射体特征参数的所述方差，将所述视在发射体分类；

将具有最小方差值的所述视在发射体识别为所述真发射体，并且所述组中的其它视在发射体识别为伪发射体。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述脉冲处理包括确定

载波频率；

脉冲宽度；

脉冲功率；

到达时间；

到达方向。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述解交织包括按照到达方向分类。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述解交织是基于到达时间，并且包括根据接收角度分开已接收脉冲的另外步骤。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述发射体处理包括确定

到达方向；

载波频率；

脉冲宽度；

脉冲功率；

脉冲重复间隔；

发射体天线扫描时间；

发射体天线停留时间；

发射体天线扫描相位。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述选择是通过比较以下项来执行：

每个视在发射体的载波频率；

脉冲宽度；

脉冲功率；

脉冲重复间隔；

发射体天线扫描时间；以及

发射体天线停留时间。

7.一种将如权利要求1所述的方法用于在雷达装置的屏幕显示中去除伪发射体的使用。

8.一种将如权利要求1所述的方法用于确定发射体位置的使用。

9.如权利要求8所述的使用，包括在电子测量系统/测向单元(ESM₁)中从多个视在发射体接收信号；

识别所述视在发射体中的真发射体(21；31；41)和至少一个伪发射体，所述伪发射体对应于来自所述真发射体(21；31；41)的散射信号；

确定到所述真发射体(21；31；41)的第一方向(α0)；

确定到所述至少一个伪发射体的第二方向(α₁；α₂；α₃；α₄)；

使用地形模型为沿所述第二方向(α₁；α₂；α₃；α₄)形成所述伪发射体的所述信号确定散射点(26-29；36-39；46；47)位置；

确定从所述真发射体(21；31；41)到所述散射点(26-29；36-39；46；47)的所述信号第三方向(θ₁；θ₂；θ₃；θ₄)；

从所述散射点(26-29；36-39；46；47)的所述位置和所述第一方向(α₁；α₂；α₃；α₄)和第三方向(θ₁；θ₂；θ₃；θ₄)确定所述真发射体(21；31；41)的位置。

10.如权利要求9所述的使用，其中所述第三方向(θ₁；θ₂；θ₃；θ₄)从以下关系式确定：

${\mathrm{\θ}}_n=\frac{t_n-t_0}{T}$

其中，t_n是所述伪发射体的所述测量的天线扫描相位，t₀是所述真发射体的所述天线扫描相位，以及T是所述发射体天线扫描周期。

11.如权利要求9所述的使用，其中所述地形模型是海岸线图，并且所述散射点被确定为在所述第二方向与所述海岸线之间的交点。

12.如权利要求9所述的使用，其中所述地形模型是海岸线多边形。

13.一种识别电子测量系统观测的真发射体和伪发射体的装置，所述电子测量系统(ESM₁)包括多个接收天线(12a-c)，每个具有单独的接收信道(13a-c)和处理单元14，

其中，所述处理单元(14)适用于对所述已接收信号进行脉冲处理、解交织和发射体处理，为每个视在发射体确定发射体特征参数；

其特征在于用于确定每个发射体特征参数方差的部件；

用于将源于所述真发射体的那些视在发射体选择到一个组中的部件；

用于根据所述发射体特征参数的所述方差，将所述视在发射体分类的部件；以及

用于将具有最小方差值的视在发射体识别为所述真发射体，并且所述组中的其它视在发射体识别为伪发射体的部件。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述部件是所述处理单元(14)。

15.一种用于确定发射体位置的装置，所述装置包括从多个视在发射体接收信号的电子测量系统/测向单元(ESM₁)，所述电子测量系统/测向单元(ESM₁)包括多个接收天线(12a-c)，每个天线具有单独的接收信道(13a-c)和处理单元14；

其特征在于用于识别在所述视在发射体当中的真发射体(21；31；41)和至少一个伪发射体，确定到所述真发射体(21；31；41)的第一方向(α₀)的部件，所述伪发射体对应于从所述真发射体(21；31；41)散射的信号；

用于确定到所述至少一个伪发射体的第二方向(α₁；α₂；α₃；α₄)的部件；

用于使用地形模型为沿所述第二方向(α₁；α₂；α₃；α₄)形成所述伪发射体的所述信号确定散射点(26-29；36-39；46；47)位置的部件；

用于确定从所述真发射体(21；31；41)到所述散射点(26-29；36-39；46；47)的所述信号的第三方向(θ₁；θ₂；θ₃；θ₄)的部件；

用于从所述散射点(26-29；36-39；46；47)的所述位置和所述第一方向(α₁；α₂；α₃；α₄)和第三方向(θ₁；θ₂；θ₃；θ₄)确定所述真发射体(21；31；41)的位置的部件。

16.如权利要求15所述的装置，其中所述部件是所述处理单元(14)。

17.如权利要求15所述的装置，其中所述部件位于远程处理单元中。

18.如权利要求15所述的装置，其中所述装置还包括存储所述地形模型的数据库。

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