CN102084267A - 用于编码播送和天线接收的尤其用于雷达的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

为了减小雷达波包以及改善雷达系统的检测，尤其高频表面波雷达(HFSWR)的检测，播送系统(SEM)能够播送两两正交的基本正交信号且这些信号各自与时间上偏移的自身正交，以分别构成播送辐射模式，各播送辐射模式包括与二次波瓣交替的主辐射波瓣(LP1，LPN)，与基本信号相关联的这些主波瓣基本上在空间中并置。接收系统(SRE)能够在被监测接收区域(ZR)中形成与包含在接收区域中的波包(CESn′m)一样多的接收模式，包含在接收区域中的波包(CESn′m)由来自播送辐射模式之一的主辐射波瓣(LPn)所覆盖且位于离播送和接收系统为双基地距离之处。

Description

用于编码播送和天线接收的尤其用于雷达的方法和系统
本发明一般地涉及用于远程感测系统(包括用于雷达)的天线发射和接收方法和系统。更具体地，本发明涉及通过表面波以及通过使用天线系统特性和具有正交特性的信号编码的组合来进行的超视距检测。
这种方法可应用于由HFSWR(“高频表面波雷达”)型表面波雷达系统来检测超越视距的目标。这种HFWSR雷达系统实质上受到归因于地球表面的混杂信号的限制，尤其当检测船舶时，在被专家称作“海谱”的海的混杂信号中，在多普勒距离空间内定位船舶的有用回声。混杂信号无论是否归因于海(海谱)或者归因于任何其他原因，在本文中将称作混杂信号。目标物的回声经常被混杂信号所屏蔽，该混杂信号的幅度与由一体积的几何尺寸界定的雷达波包的尺寸有直接的关系，在该体积中，能够被播送的雷达波可在给定时间参与形成如雷达系统所接收的信号。
考虑到用于构建HFSWR雷达系统的材料可能性，在现有技术中雷达波包仍然太大不能达到用户所期望的目标。为了达到这种目标，必须以数十倍至数百倍的范围中的因子来减小这种波包的尺寸。
为了减小雷达分辨率波包的尺寸，现有技术导致接收天线系统的尺寸的增大，成为最庞大的系统，且当此举可能时导致几何形状上延伸的系统且导致使用许多天线。导致这种延伸的限制的原因在于若干因素能够分别或者同时干扰且形成现有技术的缺点，这些因素为：器件封装、移动系统中的载体的大小、接收点的波前的一致性、与天线的数量相关的处理的复杂性。
本发明的目的在于克服以上所提及的缺点，且更具体而言，按能够在约50至约500之间变化的因子来减小雷达分辨率波包的尺寸，以便于在不要求接收天线系统的大尺寸的情况下改善雷达系统的感测能力。
为了这一目的，根据本发明的用于由发射系统中的发射天线来发射具有正交特性的基本信号且用于由接收系统中的若干接收天线来接收基本信号的方法的特点在于，该方法包括一下步骤：
形成针对所有发射天线分别发射基本信号的发射辐射图，各发射辐射图与要由所有发射天线发射的相应基本信号相关联且包括与二次辐射波瓣交替的主辐射波瓣，该发射辐射图的主辐射波瓣在空间中基本上交替且并置，以及
在接收区域中形成接收辐射图以便于各接收天线接收基本信号，该辐射图的数量至少等于包含在接收区域中的波包的数量，这些波包被发射辐射图之一的主辐射波瓣所覆盖且位于离发射和接收系统的给定双基地距离之处。
本发明进一步涉及发射和接收系统，其包括用于发射具有正交特性的基本信号的若干发射天线和用于接收基本信号的若干接收天线。该发射系统的特征在于，其包括用于形成针对所有发射天线分别发射基本信号的发射辐射图的装置，各发射辐射图与要由所有发射天线发射的相应基本信号相关联且包括与二次辐射波瓣交替的主辐射波瓣，该发射辐射图的主辐射波瓣在空间中基本上交替且并置。该接收系统的特征在于，其包括用于在接收区域中形成接收辐射图的装置以便于为各接收天线接收基本信号，该接收辐射图的数量至少等于包含在接收区域中的波包的数量，这些波包被发射辐射图之一的主辐射波瓣所覆盖且位于离发射和接收系统的给定双基地距离之处。
本发明通常应用于雷达技术中，以及应用于信道探测、声纳感测系统、无线电定位系统，或者医疗应用中的器官或者工业应用中的结构的放射线照相术。所有以上所述的应用依赖于对空间波包的分析，空间波包的尺寸要被减小以提高其性能。
该天线发射系统能够产生无线电辐射，举例而言在预定平面中，例如穿过发射系统和接收系统的一个水平预定平面，其特征在于，该辐射能量的表面密度最大值基本上根据预定平面中的预定分布来并置，以便于覆盖被监测的接收区域，该区域既可部分覆盖或可全部覆盖该预定平面。该最大值对应于与无线电基本信号相关联的主辐射波瓣。对于各个基本信号而言，该辐射能量最大值包含在圆锥角扇区中，其顶点为发射点，且在空间中均匀地以及周期性地分布。该基本信号的能量最大值被对应于二次辐射波瓣的最小辐射的圆锥角扇区分开，其中的能量表面密度大大低于对应于主辐射波瓣的能量密度最大值所在的圆锥角扇区中存在的能量表面密度。在预定平面中的与基本信号相关联的辐射图被称作“层叠图”。
该天线发射系统可产生两个或以上的基本上并置的，即分离的、或者相邻的、或者不分离的、特别是主波瓣彼此基本上横向地并置的、或者交叠的不同层叠辐射图，以便于从安排发射系统的发射点一起照射由根据本发明的天线接收系统所监测的整个接收区域。这些发射辐射图在方位和顶点上皆不同，且具有与被监测接收区域正割的主辐射波瓣。
该基本信号可以是数字信号或者是模拟信号，且应当具有特定的正交特性以在接收系统中改善对雷达波包的确定。为了该目的，这些发射天线可并发和周期性地，或者以在时间上将它们两两分开的间隔来连续和循环地发射基本信号。在该接收系统中，作为基准信号的基本信号分别与各数学算子相关联，例如该数学算子可能是相关。
根据第一正交特性，基本信号为两两正交。这意味着当接收系统接收所有或部分的基本信号时，向该基本信号施加与选择为基准信号的相应基本信号相关联的数学算子，该施加的结果与除该基准信号以外的所有或部分的所接收基本信号的存在或者缺失无关。
根据第二正交特性，各个基本信号与在时间上偏移的自身正交。这意味着当接收系统接收基本信号的复本时，向该复本施加与选择为基准信号的相应基本信号相关联且在时间上相对于该基准信号偏移不为零的值的数学算子，无论该时间上不为零的偏移如何，该施加的结果为零。
该两种正交特性在接收系统中用于形成接收图的装置中用来鉴别基本信号。为了该目的，该接收系统可包括：用于对由接收天线所捕获的信号进行加权的装置，由接收天线所捕获的信号被加权以便于产生与接收辐射图同样多的加权信号；以及用于在加权信号的集合中鉴别基本信号和双基地距离的装置，一方面鉴别具有恒定的双基地距离的波包，另一方面对于给定双基地距离鉴别与能够通过基本信号的正交特性来鉴别的基本信号之一相关联的波包。
由所有发射天线发射且在空间中分布的总信号由层叠发射辐射图来定义，这些层叠发射辐射图分别对应于照射各空间的基本信号。层叠图是所谓的与相应基本信号相关联的图，基本信号的辐射由层叠图来定义。
从接收系统所处之处的接收信号开始发生空间的腔隙铺设，该空间由雷达波包所界定、且由与要使用的基本信号相关联的层叠辐射图以及由发射点和接收点之间的双基地传播时间所创建。对于双基地雷达系统中的发射点和接收点之间的给定双基地传播时间或给定双基地距离而言，该铺设对应于位于半椭圆之上的传播雷达波包，在该半椭圆上等于发射点和雷达波包之间的传播时间与雷达波包和接收点之间的传播时间的总和的该给定双基地传播时间是常数。在该接收系统中，雷达波包各不相同，对于基本上分离的层叠发射图施加第一正交特性，且在半椭圆上的恒定双基地传播时间施加第二正交特性。对于选择为基准信号的给定基本信号，以及对于给定双基地传播时间而言，不能区别雷达波包，造成与给定基准信号和给定双基地传播时间相关联的连体雷达波包，且在被监测的接收区域中造成与给定双基地传播时间相关联的半椭圆的一部分上的几何空间的强腔隙铺设。
该接收天线系统通过在被监测的接收区域内的不同接收辐射图来分离与给定基本信号和给定双基地传播时间相关联且在强腔隙铺设上分布的连体雷达波包。与给定基本信号和给定双基地传播时间相关联的两个连体雷达波包之间的角距离从接收点看是非常巨大的。与给定基本信号和给定双基地传播时间相关联的连体雷达波包在被监测的接收区域中根据从接收点看该区域的连体雷达波包的方位和顶点方向来构成离散集合。该方位和顶点方向在接收系统中定位与给定基本信号和给定双基地传播时间相关联的连体雷达波包。该接收天线系统同步形成P个接收辐射图，各个接收辐射图有或没有至少一个包含在该接收区域中的主辐射波瓣。
该接收辐射图可像发射图一样层叠。因此，根据本发明，包括与二次辐射波瓣交替的各个主辐射波瓣的辐射图可由多个发射天线和接收天线之一来形成，或者甚至由多个天线两者来形成，与基本信号相关联的主辐射波瓣在预定平面中基本上并置。
如果M是包含在被监测的接收区域中且位于角扇区和半椭圆的交叉处的连体雷达波包的数量，由接收天线系统形成的接收辐射图的数量P至少等于M，即等于或大于M，其中该角扇区由与给定基本信号相关联的发射辐射图的主辐射波瓣所覆盖，且该半椭圆由发射系统和雷达波包之间的给定传播时间以及该波包和接收系统之间的传播时间来界定。
可由各波包发送返回的信号使用正交特性来确定，从而允许经由与给定基本信号相关联的数学算子通过第一正交特性来首先鉴别与被选为基准信号的给定基本信号不同的基本信号相关联的波包，然后通过第二正交特性来分离与给定基本信号相关联且具有给定双基地传播时间的波包以及与给定基本信号相关联且具有不同于给定双基地传播时间的双基地传播时间的波包。称作连体波包的与给定基本信号相关联且具有相同的给定双基地传播时间的雷达波包通过由不同于接收天线系统的接收图轮询接收区域来分离，这些接收图的数量或者等于或者大于接收区域中的雷达波包的数量。
由各基本信号覆盖的空间通过接收天线系统连续地变化所有双基地传播时间来探测，以便于覆盖与接收区域交叉之处由基本信号照射的所有空间。
被监测的接收区域的全面探测可通过对所有要用的基本信号重复进行上述操作来获得。
最终，本发明涉及能够分别在包括用于发射具有正交特性的基本信号的若干发射天线的发射系统中以及包括用于接收基本信号的若干接收天线的接收系统收中实现的计算机程序。该程序的特征在于，它们包括当在发射系统和接收系统中执行该程序时实现根据本发明的发射和接收方法的指令。
通过参考对应的附图来阅读本发明的若干实施例的以下描述，本发明的其它特征和优点将变得更加显而易见，这些实施例作为非限制性示例给出，这些附图中：
-图1示意性地示出在水平预定平面中根据本发明的双基地雷达系统的层叠辐射图和角扇区中的接收区域；
-图2是根据本发明的天线发射系统的示意性框图；
-图3是由图2中的发射系统所产生的层叠发射辐射图；
-图4类似于图1，但是具有并置的6个层叠发射辐射图，其中仅示出各个辐射图的两个主波瓣；
-图5是根据本发明的接收系统的示意性框图；
-图6是接收系统中的鉴别器接收级的示意性框图；
-图7类似于图1，但是具有层叠的接收辐射图；以及
-图8是发射系统的另一实施例的基本信号的循环发射的时序图。
参考图1、2和5，例如HFSWR表面波雷达系统的例如用于由超越视距的表面波来检测目标的SEM-SRE双基地雷达系统包括具有若干发射天线AE的SEM发射系统和具有若干接收天线AR的SRE接收系统。该发射系统位于例如离接收系统所在的接收点D＝250km之处的发射点上。
该SEM发射系统产生至少一个由与SBn基本信号相关联的层叠发射辐射图来定义的无线电信号，将在下文中进一步说明当SBn基本信号在预定的条件下同步施加到发射天线AE的情形。与基本信号SBn相关联的层叠发射辐射图基本上由主辐射波瓣LPn来定义，图1中仅示出LPn。但是，发射系统SEM产生分别与相互之间具有正交特性的基本信号SB1至SBN相关联的N个层叠发射辐射图的主波瓣LP1至LPN，其中1≤n≤N。该主波瓣LP1至LPN发生为在例如水平穿过发射系统SEM的点的预定辐射平面中在预定顶端处具有角度的圆锥角扇区。图1位于穿过发射点和接收点两者的辐射水平面中。
产生层叠辐射图的本发明的发射系统SEM可具有属于已知类型天线网络的天线结构，该类型天线网络具有模糊辐射图、还被称作模糊网络。举例而言，从S个发射天线AE1至AES的线性网络得到模糊网络，其中2≤S，且其中各天线彼此分离比λ/2高的距离DA，其中λ是由正发射的基本信号调制的载波的波长。
在示出发射系统SEM的第一实施例的图2中仅示意性地示出功能块，确保对于理解本发明有用的功能与本发明的关联。这种功能块可对应于专用或者可编程硬件模块和/或对应于在至少一个微处理器中实现的软件模块。
该发射系统SEM包括例如均匀地间隔DA＝12.5λ的S＝7个天线AE1至AES＝AE7。该发射系统SEM还包括发射级EM和分别互连在发射级EM中的功率分配器的出口和天线AE1至AES的入口之间的加权电路CPE1至CPES。加权电路CPEs(其中1≤s≤S)对由发射级EM分别分配的基本信号SB1、…SBn、…SBN的振幅和/或相位用相应各个复加权系数w1，s、…wn，s、…wN，s来进行加权。在天线AE1至AES＝AE7处分配的基本信号SBn分别在加权电路CPE1至CPES中用复加权系数wn，1至wn，S＝wn，7来加权，使得天线AE1至AES发射表征为根据本发明的层叠辐射图且与基本信号SBn相关联的无线电信号。这确保对于图的二次波瓣的充分显著的保护，且允许与基本信号SBn相关联的主波瓣LPn的取向。天线之间的距离DA越大，层叠辐射图的主波瓣的数量增加越多。天线的数量越大，层叠发射辐射图的数量N增加越多。
在该第一实施例中，这些基本信号由具有理想或者几乎理想的相关性的一族正交基本信号组成，该一族正交基本信号由发射系统SEM通过将基本信号相加来同步发射或者通过将基本信号交缠来同步发射。
在图3中并置具有主波瓣LPn、LPm的两个层叠辐射图，其分别与两个不同的基本信号SBn和SBm相关联，其中复加权系数wn，1至wn，S和wm，1至wm，S已由加权电路CPE1至CPES施加到该基本信号SBn和SBm。关于二次波瓣LS的保护为26dB。具有主波瓣LPn的图以将主波瓣根据0度方向放置地取向。具有主波瓣LPm的另一图以将主波瓣根据1、2度方向放置地取向。
本领域普通技术人员将理解这种腔隙辐射图可由包括具有其它线性、表面或者体积、均匀或者非均匀分布的天线的其它发射系统来实现。举例而言，发射系统可包括根据诸如分形结构的非均匀结构的天线网络，该分形结构是根据文献“THEORIE FRACTALE DES GRANDS RESEAUX D′ANTENNES LACUNAIRES(不完整大型天线网络的分形理论)”C.GOUTELARD，AGARD会议记录528，无线电定位技术(Radiolocation Techniques)，伦敦，1992年6月1日至5日。
该天线接收系统SRE监测一个或多个接收区域。图1中，假设接收系统仅监测一个单圆锥接收区域ZR，该区域正割于与各基本信号SBn相关联的层叠发射辐射图的至少一个主辐射波瓣。实际上，接收区域ZR正割于与各基本信号相关联的若干主辐射波瓣。
图1还用细线部分示出半椭圆EL的椭圆平行轨迹，该半椭圆EL的焦点为发射系统SEM和接收系统SRE。各半椭圆EL由一表面来界定，在该表面上任何雷达波包CE从发射系统SEM接收无线电信号，且可能在对应于双基地距离的相应给定双基地传播时间tp期间将其播送到接收系统SRE。等于在发射系统SEM和雷达波包CE之间的传播时间和在雷达波包CE和接收系统SRE之间的传播时间的总和的该给定双基地传播时间tp对于在椭圆EL表面上的任何雷达波包而言是恒定的。
当雷达系统SEM-SRE为单基地时，即发射和接收系统位于同一点时该半椭圆变为半球形，或者当发射和接收系统靠近使得将它们分离开的距离相对于离包含在被监测接收区域中的波包的距离保持较小时，半椭圆接近半球形。
图4示出扩展距离分辨率区域ZDE之一，该ZDE在半椭圆EL之间界定，使得双基地传播时间的差异等于雷达的时间分辨率，例如1.5km。扩展距离分辨率区域ZDE和接收区域ZR的交叉点确定对应于相应的双基地传播时间tp且还对应于所选时间分辨率的被监测距离分辨率区域ZD。
椭圆扩展距离分辨率区域ZDE和主辐射波瓣LPn的交叉点界定与基本信号SBn相关联且与界定区域ZDE的双基地传播时间tp相关联的连体雷达波包CESn，如图4所示。与基本信号SBn和双基地传播时间tp相关联且位于接收区域ZR中的连体雷达波包CESn是对于距离分辨率区域ZD、与基本信号SBn相关联的层叠图的主波瓣LPn、以及天线接收系统SRE的辐射图的接收区域ZR而言公共的地理区域，如图1所示。
本发明的雷达系统尤其通过由与天线发射系统SEM中的基本信号SBn相关联的层叠发射图的主波瓣LPn和天线接收系统SRE的接收区域ZR带来的空间限定、以及通过在发射系统中提供的基本信号的正交性来限定连体雷达波包CESn。
参考示出接收系统SRE的实施例的图5，其示意性地示出实现对于理解本发明有用的功能的功能块且涉及本发明。这种功能块可对应于专用或者可编程硬件模块和/或在至少一个微处理器中实现的软件模块。
该接收系统SRE包括若干接收天线，例如U＝4个天线AR1至AR4，以及分别与P个接收天线图相关联的P个接收级RE1至REP，以便于区别半椭圆EL上与各层叠发射图相关且因此与各基本信号SBn相关的连体波包。在接收系统SRE中，各个接收天线ARu(其中1≤u≤U)将其接收的信号通过加权电路CPR1，u至CPRP，u分别分配到P个接收级RE1至REP。
该U个加权电路CPRp，1至CPRp，U连接到接收级REp，其中1≤p≤P，对分别由天线AR1至ARu捕获的信号的振幅和/或相位用界定相应接收图的角度取向的复加权系数vp，1至vp，U来进行加权。该接收级REp与由相应接收图的至少一个主波瓣覆盖的雷达波包的角定位的情况相关联。为了该目的，如图6所示，该接收级REp包括N个并行鉴别器DISp，1至DISp，N以用于在基本上在相应接收区域中接收的加权信号的集合中鉴别成基本信号和双基地传播时间。接收级REp的各鉴别器DISp，n与作为基准信号Sref的基本信号SBn相关联，用于在根据接收区域所接收的混合加权信号中的一方面鉴别具有恒定双基地传播时间且因此具有恒定双基地距离的雷达波包，另一方面对于给定双基地传播时间在通过基本信号的正交特性能鉴别的基本信号SB1到SBN中鉴别与基本信号SBn相关联的连体雷达波包。该鉴别器DISp，1至DISp，N因此根据相应接收区域且针对不同双基地传播时间来区分与基本信号SB1至SBN相关联的雷达波包。
接收系统SRE中的各个鉴别器DIS1，n至DISP，n通过基本信号SB1至SBN的第一和第二正交特性来选择专用于基本信号SBn的层叠图的主波瓣LPn。该接收系统先验知道例如作为预定数字序列的基本信号SB1至SBN，它们作为基准信号从接收系统的存储器中定期地被读出，且分别施加到鉴别器。通过实现与基本信号的两两正交性相关的第一正交特性，各个鉴别器DIS1，n至DISP，n例如作为相关器或者卷积装置操作来从由相应接收级RE1至REP接收的混合信号中选择基本信号SBn，其无关于混合信号包含所有或者部分的其它所接收的基本信号SB1至SBn-1和SBn+1至SBN的事实。从而该鉴别器DIS1，n至DISP，n选出在主发射辐射波瓣LPn和由接收图覆盖的接收区域ZR的交叉点处的雷达波包。
在用位于接收点处的单基地雷达系统检测的现有技术的情况中，该接收单元受限于接收网络的主波瓣和时间分辨率。在图1中，在根据现有技术所使用的接收图的主波瓣的相邻处已选择接收区域ZR。根据现有技术的时间分辨率低于本发明所实现的时间分辨率，因为所使用的已知信号不引入用本发明中所使用的基本信号所实现的检测性能。根据本发明的层叠发射图的主波瓣与本发明中所使用的基本信号共轭，以帮助以3至5的数量级的因子Kr且以与通过本发明获得的雷达波包尺寸相同的因子来缩小时间分辨率。根据现有技术获得的雷达波包在图1中示为在接收区域ZR和以接收系统SRE为中心且相距例如15km的距离分辨率增量的两个半圆之间的空间的交叉处。
图4部分示出根据本发明用图1的假设通过使用雷达系统SEM-SRE中的所有基本信号和相关联处理获得的雷达波包的示例铺设。该部分铺设在接收区域ZR、关于给定双基地传播时间tp的延伸椭圆距离分辨率区域ZDE、以及并置并交缠的主波瓣LP1至LPN＝LP6的交叉处。为了避免图4的超载，主波瓣LP1至LPN在归因于不同基本信号SB1至SBN＝SB6的N＝6个层叠图的两个角度期间上示出。如先前已指出的，主波瓣能够在鉴别器DIS1，1至DISP，N中通过基本信号的正交性来鉴别。
与双基地传播时间tp和所有基本信号SB1至SBN相关联的不同连体雷达波包CES1至CESN铺设出距离分辨率区域ZD。分别与对(SB1，tp)至(SBN，tp)相关联的连体雷达波包可被分离，只要与它们相关联的基本信号不同。
图4还示出对应于双基地传播时间tp和延伸为能够被监测的空间的所选分辨率距离的延伸距离分辨率区域ZDE。与对(SBn，tp)相关联的连体雷达波包CESn＝CES1位于延伸距离分辨率区域ZDE和与基本信号SBn相关联的层叠发射图的主波瓣LPn的交叉处。
与对(SBn，tp)相关联且由接收区域ZR覆盖的第m连体雷达波包CESn，m能够向接收系统SRE播送信号：
Srn，m＝αnm×SERn，m×SBn(tp)，
αnm是传播衰减，且SERn，m是与对(SBn，tp)相关联的连体雷达波包CESn，m的雷达等效表面。这一对定义信号SBn在时间上偏移了双基地传播时间tp的复本SBn(tp)。
该天线接收系统SRE经由天线AR1至ARU和加权电路CP1，1至REP，U形成具有相应主波瓣LP1至LPP的P个接收辐射图。对于包含与对(SBn，tp)相关联的M个连体雷达波包的接收区域ZR而言，例如图4中的两个波包CESn，其中M≤P，用于由接收级REp处理的第P接收图的由接收天线网络AR1至ARU捕获的各信号Sp表示如下，其中1≤p≤P：
Figure BPA00001287502200111
其中
Figure BPA00001287502200112
是与对(SBn，tp)相关联的第m连体雷达波包CESn，m的方位θrn，m和顶点
Figure BPA00001287502200113
中的角度方向。
Figure BPA00001287502200114
是根据该方位和顶点方向
Figure BPA00001287502200115
的第P接收辐射图的增益。该信号T(SBe，tpe)表示由天线接收系统所接收的所有信号的总和，且能够由与除信号SBn以外的其它基本信号SB1至SBn-1和SBn+1至SBN相关联的发射图照射的雷达波包以及由与基本信号SBn相关联的图照射且位于与双基地传播时间tpe对应处的雷达波包向后播送，其中双基地传播时间tpe与给定传播时间tp不同。
鉴别器DIS1，n至DISP，n将基本信号SBn用作基准信号，作为在先定义的第一正交特性的结果消除帮助形成与除信号SBn以外的一个或多个其它基本信号相关联的信号T(SBe，tpe)的雷达波包。对于给定双基地传播时间tp而言，鉴别器DIS1，n至DISP，n还通过施加在先定义的例如依赖于自相关性的第二正交特性，其中各个基本信号与时间上偏移的自身正交，来消除帮助形成信号T(SBe，tpe)且与基本信号SBn相关联并且与除给定双基地传播时间tp以外的其它双基地传播时间tpe相关联的雷达波包。
两个正交特性可用定期地以及分别地构成基本信号SB1至SBN的一族编码码元序列来实现，使得序列之间的互相关性函数严格为零，无关于序列之间的时间偏移、以及施加到鉴别器中所接收的基本信号的互相关性和自相关性函数的理想的或接近理想的特性。该序列通过循环地调制发射系统SEM中的共用载波来发射。如果对于与具有序列的零偏移的中心峰值以及预定数量的码元的相关性函数上的若干均匀间隔的点不同的任何点而言相关性函数不为零，则该序列的相关性函数被称作接近理想。举例而言，根据文献“LES SEQUENCES GQ SEQUENCES Q-AIRE ORTHOGONALES A CORRELATION PARFAITE(序列GQ序列Q元正交理想相关性)”，C.GOUTELARD，AGARD会议记录574，SPP座谈会，“数字通信系统：传播效应，技术方案，系统设计(Digital Communications Systems：Propagation Effects，Technical Solutions，Systems Design)”，希腊，雅典，1995年9月18至21日，CP-574来建立的序列GQ(Goutelard Q元序列)满足第一和第二正交特性。
与基本信号SBn相关联的鉴别器DIS1，n至DISP，n例如执行相关，或者执行等效操作，诸如卷积。该鉴别器DISp，n传递以下类型的标准信号Rp，n：
Figure BPA00001287502200121
Kop是鉴别器DIS1，n至DISP，n中在信号Sp和信号Rp之间的数学算子的转换系数。
对于给定双基地传播时间tp而言，该鉴别器DIS1，n至DISP，n提供对应于用P个接收辐射图所测量的P个信号R1，n至RP，n的P个等式的方程组，具有对应于与对(SBn，tp)相关联且包括在被监测接收区域中的连体雷达波包CESn，1至CESn，M的M个未知因子αn，1×SERn，1至αn，M×SERn，M，该数量P等于或者大于M。如果P＝M，该方程组被确定且构成Cramer(克莱姆)方程组。如果P＞M，该方程组被超定且可操作用于增加计算的准确度。
对于各个双基地传播时间而言，且因此对于各个双基地距离而言，鉴别器DIS1，n至DISP，n提供对应于用P个接收辐射图所测量的P个信号R1，n至RP，n的P个等式的方程组，具有与一对基本信号SBn和各个双基地传播时间相关联且包括在被监测的接收区域中的连体雷达波包同样多的未知因子。该数P等于或者大于以上所述的连体雷达波包的数量。
更一般地，由鉴别器DIS1，1至DISP，N提供的所有信号R1，1至RP，N用于确定由连体雷达波包发送回的所有基本信号，该连体雷达波包由发射图的主波瓣LP1至LPN照射且位于接收区域ZR中。
根据各实施例，该接收系统可覆盖更大或者更小的延伸接收区域ZR。
图1所示的实施例中，接收区域ZR被限制在部分的被监测区域中，且被监测接收区域的探测由天线接收系统SRE通过完整铺设被监测区域的Q个接收区域的集合来构成。将求解Q个线性方程组。
如图4所示的实施例中，该接收区域ZR延伸至所有被监测的接收区域。将求解一个单线性方程组(Q＝1)。
如图7所示的实施例中，用接收处的层叠图的集合实现被监测接收区域ZR，示出其中单个图的主波瓣LPp，其与二次辐射波瓣交替。接收系统中的天线可构成腔隙网络或者构成产生模糊辐射图的网络。层叠接收辐射图的主波瓣基本上并置，以便于覆盖被监测接收区域，其类似于图4所示的层叠发射图的主波瓣的并置。这种解决方法增加了线性方程组的数量Q，但是减少了各个方程组的未知因子的数量。各个发射图的主波瓣可以是任何数量或者减少至仅为1。
天线接收系统SRE的尺寸作为所采用的解的函数而变化。
图1中示出接收区域ZR，其尺寸典型为现有技术的接收系统的主接收波瓣的尺寸。图4示出图4限定的象限中的与对(SBn＝SB1，tp)相关联的M＝12个连体雷达波包。
接收区域的尺寸保持不变，但是根据本发明的雷达波包的大小相对于现有技术变小，即图4中M×N＝72。这种根据本发明的减小可能有数百高。
本发明依赖于基本信号，基本信号应当具有以上所述的第一和第二正交特性。任何具有这种正交特性的信号可用于本发明中以形成一族基本信号。
图8的时序图示出第二实施例，使得发射系统SEM发射具有第一和第二正交特性的基本信号。
在有N个周期的循环的开始处，该发射系统发射持续时间为Tsb的基本信号SB1，其后跟随零信号，零信号的持续时间等于或高于最大双基地传播时间tp最大(tpmax)以便于覆盖被监测接收区域。然后在随后的周期中，该发射系统发射基本信号SB2，其后跟随至少等于tpmax的持续时间，然后其它信号在时间上两两分开至少tpmax，直至最后的基本信号SBN。然后开始基本信号的连续发射的另一循环，类似于在先描述。
满足双正交条件。
该第一正交性通过与信号SB1至SBN相关联且无论是何时仅在不同时间处发生的层叠发射图的时间分离来满足。该接收系统一次可只接收一个单非零基本信号。在这种情况下，该信号SB1至SBN可等同于与示出第二正交性的同一信号。
如果各非零基本信号具有这种特性，即如果其复本可在时间上分离，则第二正交性得到满足。大量的序列满足这种特性，单隔离脉冲也满足这种特性。该基本非零信号SB1至SBN可由序列、或相同或非相同序列的串，或者隔离脉冲、或者隔离脉冲串来组成。
除了雷达波包的大幅度减小之外，本发明对面临要从包含取决于感测系统的雷达波包的尺寸的混杂信号的信号中提取目标的信号的目标检测问题的任何感测、电磁或者声学系统提供性能的显著改善。本发明还提供相对于能够存在于被监测接收区域中的目标的空间鉴别的显著增益。
本发明可在所有电磁感测系统中得到应用，其包括雷达，声纳、无线电定位系统、用于信道探测的系统、医疗放射照相系统以及工业放射照相系统。
本发明所提供的优点在无关于其原因不能将用于实现本发明所获得的分辨率应当具有的尺寸赋予天线系统的情况下，更具体地，不能赋予往往是最大的天线接收系统的情况下尤其重要，该分辨率在现有技术中仅在显著增加天线接收系统尺寸(约数十倍)之后才可实现。
本文中所描述的发明涉及发射和接收方法且涉及发射和接收系统，用于由发射系统中的天线发射具有正交特性的基本信号，由接收系统中的若干接收天线接收基本信号。根据一个实现方式，根据本发明的发射和接收方法由纳入到发射和接收系统的计算机程序的指令来确定。该程序包括当程序在发射和接收系统中执行时控制其操作的程序指令，更具体地，通过执行程序来实现根据本发明的发射和接收方法。
因此，本发明还应用于计算机程序上，更具体而言是在一个或多个计算机可读记录介质和适合于实现本发明的任何数据处理装置上或在其中记录的计算机程序。该程序可使用任何编程语言，且可以是源代码形式、对象代码形式或者源代码和对象代码之间的中间代码形式，诸如部分编译形式、或者用于实现本发明的方法的合乎要求的任何其他形式。
记录介质可以是能够存储程序的任何单元或者装置。

Claims (10)

1.一种用于由发射系统(SEM)中的发射天线(AE1，AES)来发射具有正交特性的基本信号(SB1，SBN)以及由接收系统(SRE)中的若干接收天线(AR1，ARU)来接收所述基本信号的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
形成针对所有所述发射天线(AE1，AES)分别发射基本信号的发射辐射图，各发射辐射图与要由所有所述发射天线发射的相应基本信号(SBn)相关联，且包括与二次辐射波瓣(LS)交替的主辐射波瓣(LP1，LPN)，所述发射辐射图的所述主辐射波瓣在所述空间中基本上交替且并置，以及
在接收区域(ZR)中形成接收辐射图以便于由各个所述接收天线(AR1，ARU)接收所述基本信号，所述接收辐射图的数量至少等于包含在所述接收区域中的波包(CESn，m)的数量，所述波包(CESn，m)被所述发射辐射图之一的所述主辐射波瓣(LPn)所覆盖且位于离所述发射和接收系统的给定双基地距离之处。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基本信号是两两正交的。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，各个基本信号与时间上偏移的自身正交。
4.如权利要求1至3的任一项所述的方法，其特征在于，包括基本信号的连续和循环发射。
5.如权利要求1至4的任一项所述的方法，其特征在于，所述接收图覆盖所述接收区域(ZR)。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述接收图的至少一个具有与二次辐射波瓣交替的若干主波瓣。
7.如权利要求1至6的任一项所述的方法，其特征在于，在所述接收系统(SRE)中包括以下步骤：
对由所述接收天线(AR1，ARU)所捕获的所述信号进行加权，由接收天线捕获的所述信号被加权以便于产生与接收辐射图一样多的加权信号，以及
在所述加权信号的集合中鉴别基本信号和双基地距离，用于一方面鉴别具有恒定的双基地距离的波包，另一方面对于给定双基地距离鉴别与能够通过基本信号的正交特性来鉴别的所述基本信号之一(SBn)相关联的波包。
8.一种发射和接收系统，其包括用于发射具有正交特性的基本信号(SB1，SBN)的若干发射天线(AE1，AES)以及用于接收所述基本信号的若干接收天线(AR1，ARU)，其特征在于：
所述发射系统(SEM)包括用于形成针对所有所述发射天线(AE1，AES)分别发射基本信号的发射辐射图的装置(EM，CPE)，各发射辐射图与要由所有所述发射天线来发射的相应基本信号(SBn)相关联，且包括与二次辐射波瓣(LS)交替的主辐射波瓣(LP1，LPN)，所述发射辐射图的所述主辐射波瓣在空间中基本上交替且并置，以及
所述接收系统(SRE)包括用于在接收区域(ZR)中形成接收辐射图的装置(CPR)以便于由各个所述接收天线(AR1，ARU)接收所述基本信号，接收辐射图的数量至少等于包含在所述接收区域中的波包(CESn，m)的数量，所述波包(CESn，m)被所述发射辐射图之一的所述主辐射波瓣(LPn)所覆盖且位于离所述发射和接收系统的给定双基地距离之处。
9.如权利要求8所述的发射和接收系统，其特征在于，所述接收系统(SRE)包括：
用于对由所述接收天线(AR1，ARU)所捕获的信号进行加权的装置(CPR1，1，CPRP，U)，由接收天线(ARu)捕获的所述信号被加权以便于产生与接收辐射图一样多的加权信号，以及
用于在所述加权信号的集合中鉴别基本信号和双基地距离的装置(DISp，n)，一方面鉴别具有恒定的双基地距离的波包，另一方面对于给定双基地距离鉴别与能够通过基本信号的正交特性来鉴别的所述基本信号之一(SBn)相关联的波包。
10.一种能够分别在发射系统(SEM)和接收系统(SRE)中执行的计算机程序，所述发射系统(SEM)包括用于发射具有正交特性的基本信号(SB1，SBN)的若干发射天线(AE1，AES)，且所述接收系统(SRE)包括用于接收所述基本信号的若干接收天线(AR1，ARU)，所述程序的特征在于，它们包括当所述程序在所述发射系统和所述接收系统中执行时控制以下步骤的指令，
形成针对由所有所述发射天线(AE1，AES)分别发射所述基本信号的发射辐射图，各发射辐射图与要由所有所述发射天线来发射的相应基本信号(SBn)相关联，且包括与二次辐射波瓣(LS)交替的主辐射波瓣(LP1，LPN)，所述发射辐射图的所述主辐射波瓣在空间中基本上交替且并置，以及
在接收区域(ZR)中形成接收辐射图以便于由各个所述接收天线(AR1，ARU)接收所述基本信号，接收辐射图的数量至少等于包含在所述接收区域中的波包(CESn，m)的数量，所述波包(CESn，m)被所述发射辐射图之一的所述主辐射波瓣(LPn)所覆盖且位于离所述发射和接收系统的给定双基地距离之处。
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