CN102112892A - 雷达系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于区分雷达干扰源与兴趣目标的雷达系统。所述系统包括：用于将雷达信号发射至一区域的发射机；用于接收从所述区域内返回的雷达信号的返回信号的接收机；以及用于对所述返回信号进行处理，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号的处理器，其中来自第二对象的返回信号包括零和非零多普勒分量，并干扰来自第一对象的返回信号。所述雷达系统用于在距离第二对象小于基于该对象的几何学特征的接近极限处接收到返回信号时，对所述返回信号进行区分。

Description

雷达系统和方法
技术领域
本发明涉及雷达系统以及提高雷达系统能力的方法。本发明更具体地涉及在受到干扰雷达信号的杂波、结构和移动结构(例如风力涡轮机)影响的区域中具有提高的检测能力的雷达系统。
背景技术
对于新结构、尤其是诸如风力涡轮机的大型人造结构对于新的和现有的雷达系统(例如空中交通控制、海事、和/或防空系统)的影响的担忧不断增加。
雷达系统一般地设计用于区分包含来自移动和静态的许多对象的反射的雷达返回。这种反射信号(统称为杂波)可以例如从诸如树、地面、甚至风力涡轮机塔架本身的静态对象产生。尽管现有的雷达可以基于多普勒效应区分杂波和移动对象，但是有许多与诸如风力涡轮机的结构相关联的许多效果导致雷达性能的急剧下降。大量的这种结构典型地彼此相对近地设置恶化了这一问题。
例如，风电场典型地包括在可以延伸数千米的近海岸处或内地间隔排列的大型风力涡轮机阵列。每个风力涡轮机典型地包括三个主要元件：塔身、吊舱(nacelle)、和叶片组件。风力涡轮机的大小和配置在各个地域可以有很大的不同(当前单在英国就有40个左右不同的涡轮设计)。然而，一般地，每个涡轮包括垂直安装的叶片组件(具有水平的旋转轴)，以及超过几十米或可能超过一百米的塔身。结合大的移动部件(例如叶片组件)，这种结构的大小意味着涡轮用作无线电信号的有效散射体，其中金属塔身和/或叶片组件尤其将很大部分的发射信号反射回雷达，以及使来自兴趣目标的返回失真。因而，涡轮针对雷达系统提供假的移动目标，并且引发针对与诸如飞机、船舶等兴趣目标相关联的信号的阴影、或明显的调制。
排除与移动的叶片组件相关联的那些假的移动目标是复杂的，且例如与简单的静态杂波减少等相比，这会极大地消耗附加处理器时间。
多余目标的大体积会导致不期望的效果，例如雷达接收机的饱和等。例如，巨大的反射可以导致接收机/信号处理中的振幅限制，从而导致失真，以及可能导致降低的敏感度和降级的检测能力。
位于涡轮后面的对象(从雷达的角度)可以位于涡轮的“阴影”中。大部分的雷达能量被涡轮所阻挡，并且通过其它方向的反射而丢失。因此，部分(例如通过衍射)填充涡轮后面的阴影区域的雷达能量仅代表一部分的原始信号能量，所以涡轮后面的场强在涡轮后面的区域上消失。因此，阴影会导致遗漏检测。
叶片的旋转也会导致调制效应，例如随着叶片呈现变化的视线角而导致返回信号的时间调制，由于叶片间歇地遮蔽来自其它对象的返回而导致叶片后的对象的雷达横截面的调制或“切断”(chopping)，以及由于叶片沿雷达方向的运动而导致的多普勒效应。这种调制效应会使期望目标丢失或漏分类。
其它可能的效应包括在信号返回雷达之前涡轮之间的信号的反射和再反射(级联反射)。
由于针对飞机安全的可能影响，所以针对在排除假目标的同时精确地检测和跟踪兴趣目标的雷达系统(例如空中交通控制系统)能力的降级尤其重要。
因此，需要改进以增强诸如在空中交通控制和防空中使用的重要的雷达系统的功能。同时，通常也需要针对大型结构、尤其是具有移动部分的大型人造结构(例如风力涡轮机)的负效应具有抵抗力的雷达系统。
发明内容
本发明旨在提供在该和/或其它杂波场景中有用的改进的雷达系统。
由Cambridge Consultants Ltd作为专利申请人申请的申请号为WO01/059473的国际专利申请公开了一种雷达系统，包括用于获取与对象相关的位置信息的设备，所述设备包括：警报区域定义级，用于在该设备的检测域内定义警报区域(以二或三维)；以及区分级，用于确定所检测的对象是否在警报区域中；其中所述警报区域优选地定义为检测域内的三维区域，将该公开一并引入作为参考。
由Cambridge Consultants Ltd作为专利申请人申请的申请号为WO97/14058的国际专利申请公开了用于确定对象的位置信息的设备和方法，包括用于通过在多个隔开的位置检测所述对象所返回的探测信号的相对定时来确定对象位置的方法，将该公开一并引入作为参考。
针对杂波环境的雷达系统
在本发明的一个方面中，提供了一种用于在杂波环境中定位的雷达系统，所述雷达系统包括：用于将雷达信号发射至一区域(或兴趣体积)(a volume of interest)的装置(优选为发射机)；用于在从所述区域(或兴趣体积)内反射所述雷达信号时，接收所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)，其中所述发射装置和接收装置被配置为在杂波环境中进行定位；以及用于处理返回信号，以提取针对所述区域的数据的装置(优选为处理器)，所述数据包括与所述区域中的杂波相关联的数据。
所述雷达系统优选地包括能够在高杂波环境(例如其中杂波更显著或给出比可能的兴趣目标更大的返回，和/或其中来自杂波的返回信号会遮蔽来自兴趣目标的返回信号)中区分目标的雷达。
杂波环境可以包括以下的一个、一些或全部：单独的风力涡轮机(无论是离岸或是在岸)、风电场、风电场集合、船或船群、海面杂波、建筑物、以及其它类似主要结构，尤其是港口、码头、船坞或海港等。
兴趣目标可以包括飞机、无人驾驶的飞机、导弹、公路车辆和越野车辆、人群、行人、小船、轮船、潜艇。
兴趣目标也可以包括诸如雨、雪、风和空气湍流的天气特征。
在本发明的另一方面中，提供了一种雷达系统，包括：用于将雷达信号发射至区域(或兴趣体积)的装置(优选为发射机)；用于在从所述区域(或兴趣体积)内反射所述雷达信号时，接收所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)，其中所述发射装置和接收装置适于在风电场处的结构上进行定位；以及用于处理返回信号，以提取针对所述区域的风电场关联数据的装置(优选为处理器)。
可以理解，尽管由于针对雷达信号处理的诸如风力涡轮机(尤其是那些具有移动部分的)的大型金属结构的已知不利的效果而导致与直觉背道而驰，但是根据本发明在风电场处的雷达感应器的定位具有多个独特的和令人惊异的优点。它利用了现有的基础结构(电力和机械支撑)；它减小了涡轮阵列区域内的目标的测距；以及它增加了涡轮之间角分集。此外，在风电场定位接收机和/或发射机允许对风电场自身的相关的信息进行提取。例如，在本地空中交通控制、中央或空中防御雷达有困难的情况下，这可以包括针对靠近风电场的兴趣体积中移动的对象(例如船舶或航空器)的信息。
发射装置可以包括静态发射机。
优选地，发射机具有第一孔，以及接收装置具有第二孔，使得所述第一孔与所述第二孔的大小不同。第一孔优选地比所述第二孔小。接收装置可以包括多个子阵列，每个子阵列可以具有与第一孔基本相同大小和形状的子孔。
发射装置优选地被配置为持续地照射、优选而不顺序扫描或指向(directed)所述区域。
处理装置可以被配置为形成多个接收波束(beam)。
在与返回信号表示的相应观察相关联的测距和/或距变率(range rate)的极限范围内，可以对返回信号进行相干积分。该极限可以与雷达系统的操作频率成反比，和/或与光速的平方成正比。该测距可以被限制在与距变率最大量的反比之内，和/或距变率可以被限制在与最大测距的反比之内。
优选地以不等式来表示该极限：
( | dR dt | ( max ) × R ( max ) ) ≤ c 2 ( 8 × F op )
其中R是测距，以及dR/dt是与观察相关联的距变率，c是光速，以及Fop是雷达系统的工作频率。
发射装置优选地被配置为利用宽波束来照射所述整个区域，可以被配置为同时照射整个兴趣体积，可以被配置为利用被调制以允许距离分辨度的相干信号来照射所述区域，和/或可以被配置为利用被调制为常规脉冲序列的相干信号来照射所述区域。发射装置可以被配置为以足以超过针对与目标相关联的多普勒频移的奈奎斯特极限的速率(例如脉冲率)来照射区域中的目标。
处理装置可以被配置为优选地仅在与观察相关的数据被提取、存储和分析之后，评估返回信号所表示的观察的重要性。处理装置可以被配置为仅在与观察相关的数据被提取、存储和分析之后，对观察所表示的目标进行分类。处理装置被配置为从所提取的数据中标识感兴趣的观察，以及优选地存储针对所标识的观察的历史数据。
历史数据可以包括相位和/或振幅历史。处理装置可以被配置为基于所述历史数据的处理和解译，形成针对所述目标的轨迹，和/或可以被配置为基于所述历史数据来区分重要和不重要的观察(和/或表示一类或另一类的目标)。
处理装置可以被配置为将所提取的表示观察的数据存储在过程像素中，其中每个过程像素表示属性的单一集合。针对每个像素的属性可以包括组合，该组合包括针对相关观察的时间、测距、距变率和/或多普勒频率中的至少两个。针对每个像素的属性可以包括针对相关观察的波束数量、子阵列数量和/或元件数量中的至少一个。处理装置可以被配置为将表示观察的返回信号的特征存储在相关像素中。该特征可以包括振幅、相位和频率中的至少一个。该观察可以表示目标、杂波项、或“空值(null)”中的至少一个。
接收装置优选地包括至少一个阵列，所述阵列包括多个接收元件(或子阵列)，每个元件可以被配置为从基本整个兴趣体积接收信号，从而形成相关联的信号信道。接收装置可以包括多个所述阵列(或子阵列)。
处理装置可以被配置为通过将不同的信号信道与适合的振幅和/或相位加权相结合来形成多个波束。处理装置可以被配置为形成具有基本不同朝向的多个波束。处理装置可以被配置为形成具有基本相同朝向的波束的多个孔。优选地，针对多个接收元件中的每个形成波束。针对多个接收元件的子阵列中的每个形成波束。
处理装置可以被配置为使用多个波束的单脉冲角度测量。单脉冲角度测量可以包括相位单脉冲角度测量。单脉冲角度测量可以包括振幅单脉冲角度测量。
接收装置可以具有比所述发射装置基本更大的总孔。处理装置可以被配置为使用与所发射的雷达信号相干的信号来确定所述返回信号的振幅、频率、延迟和/或相位。
接收装置可以包括接收元件的平面阵列，和/或可以包括与已知形状类似的接收元件的非平面阵列。
优选地，雷达系统位于风电场。优选地，雷达系统包括全息雷达。
处理装置可以被配置为处理在并行的第一数据流和第二数据流中由子阵列接收的信号。可以使用不同的振幅和/或相位加权来处理每个数据流。用于第一数据流的振幅和/或相位加权可以被配置为沿陆地或海平面的方向提供空值，从而拒绝表面目标。类似地，用于第二数据流的振幅和/或相位加权可以被配置为沿升高的对象的方向提供空值，从而拒绝这种对象有利于表面目标。
不对称的孔方面
优选地，发射装置具有第一孔；以及优选地，所述接收装置具有第二孔；其中优选地所述第二孔与所述第一孔的大小不同。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于在杂波环境中定位的雷达系统，所述雷达系统包括：用于将雷达信号发射至一区域的装置(优选为发射机)，所述发射装置具有第一孔；用于接收从所述区域内反射的、所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)，所述接收装置具有第二孔；以及用于处理返回信号，以提取包括与杂波相关数据的数据的装置(优选为处理器)；其中所述第二孔与所述第一孔的大小不同。
发射装置可以包括静态发射机。
优选地，发射机具有第一孔，以及接收装置具有第二孔，使得所述第一孔与所述第二孔的大小不同。第一孔优选地比所述第二孔小。接收装置可以包括多个子阵列，其中每个子阵列可以具有与第一孔基本相同大小和形状的子孔。
发射装置优选地被配置为持续地照射、而优选不顺序地扫描或指向所述区域。
处理装置可以被配置为形成多个接收波束。
在与返回信号表示的相应观察相关联的测距和/或距变率的极限范围内，可以对返回信号进行相干积分。该极限可以与雷达系统的操作频率成反比，和/或与光速的平方成正比。该测距可以被限制在与距变率最大量的反比之内，和/或距变率可以被限制在与最大测距的反比之内。
优选地以不等式来表示该极限：
( | dR dt | ( max ) × R ( max ) ) ≤ c 2 ( 8 × F op )
其中R是测距，以及dR/dt是与观察相关联的距变率，c是光速，以及Fop是雷达系统的工作频率。
发射装置优选地被配置为利用宽波束来照射所述整个区域，可以被配置为同时照射整个兴趣体积，可以被配置为利用被调制以允许距离分辨度的相干信号来照射所述区域，和/或可以被配置为利用被调制为常规脉冲序列的相干信号来照射所述区域。发射装置可以被配置为以足以超过针对与目标相关联的多普勒频移的奈奎斯特极限的速率(例如脉冲率)来照射区域中的目标。
填充(In-fill)应用方面
优选地，雷达系统被配置为检测监视地区中的对象；所述区域优选地是监视地区内的区域，该区域具有由风电场相关干扰所降低的检测能力；因此可以从位于该区域内的对象反射返回信号；以及所述处理装置优选地被配置为针对所述对象提取风电场相关数据，以及被配置为分析风电场相关数据以增强该区域内对象的检测。
雷达系统优选地还包括当对象位于监视地区时，接收从所述对象反射的雷达信号的主装置(优选为接收机)；其中适于在风电场定位的接收装置是次级装置(优选为接收机)，用于当对象位于监视地区的区域内时，接收从所述对象反射的返回信号，其中所述区域具有与监视地区中的其余地区相比受到风电场相关降级的检测能力；以及其中处理装置被配置为：(i)处理所述主接收装置接收的所述返回信号以检测所述监视地区中的所述对象；(ii)处理所述次级接收装置接收的所述信号，以当所述对象位于所述区域时，针对所述对象提取所述风电场相关数据；以及(iii)分析所述风电场相关数据，以增强所述区域内的检测能力。
根据本发明的另一方面，提供了一种适于在存在主装置的情况下进行操作的雷达系统(或服务)，其中所述主装置(优选为接收机)用于接收从监视地区中的兴趣对象反射的雷达信号；以及包括次级装置(优选为接收机)，用于当对象位于所述监视地区内的杂波影响的区域中时，接收从所述对象反射的雷达信号；以及用于处理所述次级接收装置接收的所述信号，以检测所述区域内的所述对象的装置；其中所述处理装置被配置为处理所述次级接收机接收的所述信号，以增强所述区域内的检测，并向所述主装置提供结果。
根据本发明的另一方面，提供了一种雷达系统，包括：用于接收从监视地区中的兴趣对象反射的雷达信号的主装置(优选为接收机)；用于当所述对象位于所述监视地区内的区域中时，接收从所述对象反射的雷达信号的次级装置(优选为接收机)；以及用于处理所述主接收装置接收的所述信号，以检测所述监视地区内的所述对象的装置；其中所述处理装置被配置为处理所述次级接收机装置接收的所述信号，以增强所述区域内的检测。
因而，在出现新结构的情况下，该雷达系统有利地增加了现有的和/或新的监视雷达系统的功能，例如，改进风电场对空中交通控制雷达系统的影响。有利地，次级接收装置提供附加的覆盖，以填充由风电场(或其它这种干扰结构组)降级的地区。优选地，次级接收装置包括被设置以使其以不受这种降级影响的方式照射风电场自身的发射元件。
优选地，次级接收装置包括安装在风电场(等)上的雷达传感器(或传感器组)的适合形式，例如附于涡轮(或涡轮组)上。
雷达传感器的优选形式是静态传感器(即不需要旋转天线的传感器)，从而避免机械干扰涡轮。静态传感器具有便于安装和针对风电场会遇到的恶劣环境的下降的敏感度的其它优势。例如，许多风电场位于近海地，这样受到尤其是恶劣天气和风大浪急的海面的影响。
雷达传感器可以包括发射和/或接收元件的静态阵列(例如类似于WO01/059473中所描述的)，可以调整该阵列的敏感区域。更具体地，可以调整该传感器阵列的敏感度，以定义与降低的检测能力(或降低的雷达性能)的区域相符合的区域。优选地，通过计算在接收阵列的不同元件或元件的组合处接收的信号之间的振幅和/或相位关系(和/或)延迟来提供传感器阵列测量目标位置的能力(例如在WO97/14058中描述的)。
每个雷达传感器优选地具有宽视野，并可以以方位角和仰角(elevation)来测量方向。可以通过安装两个或多个雷达传感器来提供更宽的角度覆盖360度覆盖，所述雷达传感器包括例如适合地定位的平面天线阵列。可选地或附加地，可以通过一个或多个雷达传感器提供更宽的角度覆盖，所述雷达传感器包括例如非平面阵列。在风电场的情况下，雷达传感器可以分开放置、可以位于涡轮支撑轴周长的不同位置、或可以附于不同的涡轮支撑上。
与雷达传感器检测的目标相关的数据可以通过无线链路传送至与主发射机/接收机(例如主要空中交通控制系统或多个系统)相关联的处理装置，用于与其它雷达传感器生成的类似数据结合(integration)。处理装置可以包括适合的计算机软件等。
优选地，例如通过针对与降低的雷达性能的区域基本相匹配的次级接收机装置来定义检测区，从而简化目标数据的结合。检测区可以以与WO01/059473中描述的“警告区”类似的方式进行定义。
优选地，该区域是具有降低的检测能力的区域。检测能力会被来自至少一个结构或多个这样的结构的干扰而降级。该结构可以具有至少一个移动部分和/或可以具有与所检测的对象相当或比所检测的对象大的大小(实际上该大小可以比所检测的对象大得多)。所述或每个结构能够导致多个多径和/或级联反射(与其它这种结构相隔离或组合)，和/或可以是人造结构。该结构(或多个结构)主要是金属的和/或设计用于产生电。所述或每个结构优选地是风力涡轮机。
所述或每个辅助接收装置可以位于所述结构(或多个结构)上、或其中的至少一个上。
雷达系统可以包括用于将与辅助接收装置接收的雷达信号相对应的数据传送至处理装置的装置。通信装置可以包括无线或光通信装置。
辅助接收装置可以远离区域内或区域边缘的主接收装置。
处理装置可以包括检测区定义级，用于在所述辅助接收装置的检测域中针对所述辅助接收装置来定义检测区。处理装置可以包括区分级，用于确定所检测的对象是否在检测区内。检测区可以被定义为与所述区域基本相符合。检测区可以包含在辅助接收装置的检测域中，以及可以比辅助接收装置的检测域要小。检测区的形状可以与辅助接收装置的检测域的形状不同。检测区的形状可以是非圆形或非球形的。检测区定义级可以包括根据检测域中坐标的函数来定义检测区的算法。
处理装置可以包括对象定位级，优选地用于确定设备的检测域内所检测对象的位置。区分级可以包括坐标产生级，用于产生所检测对象的坐标，然后该坐标可以与检测区相比较。
区分级操作用于确定所检测对象的坐标，并且优选地将所确定的坐标与检测区的坐标相比较，优选地用于确定对象是否在检测区中。
检测区定义级可以定义检测域内坐标中的一个或多个坐标的至少极限值。检测区定义级可以定义检测域内极坐标中的一个或多个角的至少极限值。检测区定义级可以定义检测域内的极坐标测距中的至少极限值。检测区可以包括多个非连续的空间区域。检测区可以被限制在测距之内和/或可以是近似长方体。
区分级操作用于产生输出信号，指示对象在检测区之内。区分级操作用于将不同的逻辑应用于至少两个区。
检测区定义级可以定义多个非共存的检测区，并且优选地其中区分级操作用于产生输出信号，指示多个检测区中的哪个包含该对象。
区分级操作用于分析检测区外的对象的特性，和/或操作用于跟踪检测区外的对象，以及预测其进入检测区。
处理装置可被配置为根据需求定义和重新定义所述检测区。
辅助接收装置优选地包括具有用于接收所述反射的雷达信号的至少一个(优选地两个)接收元件的天线阵列。该阵列可以包括至少一个发射元件，用于发射雷达信号，以从所述兴趣对象进行反射。
天线阵列可以是平面阵列，或可以是非平面阵列。天线阵列可以被设置为接收指示对象的方位角的多个信号，以及其中所述处理装置可被配置为根据所述信号确定所述方位角。
天线阵列可以被设置为接收指示所述对象的仰角的多个信号，以及其中所述处理装置可被配置为根据所述信号确定所述仰角。
雷达系统可以包括与所述区域地理上相关联设置的多个辅助接收装置(优选地，在所述区域中的不同的位置和/或在所述区域的边缘)。
根据本发明的另一方面，提供了一种雷达系统，用于增强检测地区的区域内对象的检测，其中所述区域内的检测能力通过至少一个结构导致的干扰而被降级；所述雷达系统包括：用于当所述对象位于所述区域中时，接收从所述对象反射的雷达信号的装置(优选为接收机)；其中所述接收装置位于所述结构(或多个结构)或其中的至少一个上。
检测能力可以通过来自多个结构的干扰而被降级。所述或每个结构可以具有至少一个移动部分和/或可以具有与所检测的对象相当或比所检测的对象更大(或大得多)的大小。所述或每个结构能够导致多个多径和/或级联反射(与其它这种结构相隔离或组合)，所述或每个结构可以是人造结构和/或主要是金属结构。所述结构或每个结构可以设计用于产生电。所述或每个结构优选地是风力涡轮机。所述或每个辅助接收装置可以位于所述结构(或多个结构)或其中的至少一个上。
雷达系统优选地包括多个接收装置，每个接收装置被设置在所述结构(或多个结构)上或其中的至少一个上。
根据本发明的另一方面，提供一种增强雷达系统能力的方法，包括：在主接收装置处，接收从监视地区内的兴趣对象反射的雷达信号；当所述对象位于监视地区内的区域中时，在辅助接收装置处接收从所述对象反射的雷达信号；将在所述主接收装置处接收的所述信号与在所述辅助接收装置接收的所述信号结合，以增强在所述区域内的检测。
环境应用方面
返回信号优选地包括区域内主要环境条件的指示符；以及处理装置优选地被配置为针对所述指示符提取风电场相关数据，以及优选地被配置为分析所述数据，以确定针对所述风电场的工作参数。
根据本发明的另一方面，提供了一种雷达系统，包括：用于将雷达信号发射至一区域的装置(优选为发射机)；用于接收从所述区域内反射的所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)，其中所述发射装置和接收装置适于定位在风电场处的结构上；以及用于处理返回信号以针对所述区域提取风电场相关数据的装置(优选为处理器)；其中返回信号包括在所述区域内主要环境条件的指示符，以及所述处理装置被配置为针对所述指示符提取风电场相关数据，以及被配置为分析所述数据，以确定针对所述风电场的工作参数。
所述指示符可以包括空中传播湿气和/或降水特性的变化的指示，和/或可以包括流体流动特性的指示。流体流动特性可以包括气流的特性，可以包括风切变、和/或湍流特性，和/或可以包括垂直气流分层的特性。
处理装置可以被配置为处理所述返回信号，以使用例如垂直接收机波束形成来解析垂直气流分层的不同层级。
接收装置可以包括接收元件阵列，以及处理装置可以被配置为通过分析跨接收阵列的多普勒频率和/或相位，来处理所述返回信号，以解析垂直气流分层的不同层级。
流体流动特性可以包括水移动的特性，例如，波的特性。处理装置可以被配置为处理返回信号，以区分气流特性的指示符和表面特性的指示符。表面特性可以包括波的特性。
处理装置可以被配置为输出信号以控制所述工作参数。控制信号可以包括用于修改至少一个风力涡轮机的至少一个叶片的螺距(pitch)的信号，可以包括用于修改在随叶片旋转的时间上至少一个叶片的螺距的信号，和/或可以包括用于修改至少一个风力涡轮机面对的方向的信号。控制信号可以包括用于使至少一个风力涡轮机的叶片顺流交距(feathering)的信号，可以包括用于针对所述工作参数警告操作者的视频或音频信号，和/或可以包括由控制者解译以自动控制所述工作参数的信号。
处理装置可以被配置为从所述指示符中提取信息，用于估计能量产生设施(例如风力涡轮机或风电场)的未来的功率输出。
菲涅耳区杂波信号去加重(de-emphasis)
根据本发明的另一方面，提供了一种雷达系统(例如雷达设备)，用于区分雷达干扰源(例如在杂波或高杂波环境中)和兴趣目标，所述雷达系统包括：用于将雷达信号发射至一区域的装置(优选为发射机)；用于接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)；以及用于处理返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号的装置(优选为处理器)，优选地，其中来自所述第二对象的所述返回信号包括零和非零多普勒分量，以及优选地，来自所述第二对象的所述返回干扰来自所述第一对象的所述返回信号。
优选地，这里所使用的术语“多普勒分量”意味着多普勒频移的测量，从而优选地，零多普勒分量表示静止的目标，以及非零多普勒分量表示移动的目标。此外优选地，这里所使用的术语“干扰”不仅意味着破坏性和构成上的干扰，还广义地意味着一个信号屏蔽或遮蔽另一信号的任何环境。
雷达系统优选地操作用于区分在距离第二对象小于预定接近极限处的(来自第一和第二对象的)返回信号，所述预定接近极限可以基于该对象的几何学特征(geometry)，和/或可以基于发射机装置发射的信号的波长(因而是频率)。
根据本发明的另一方面，提供了一种雷达系统，用于区分雷达干扰源和兴趣目标，所述雷达系统包括：用于将雷达信号发射至一区域的装置(优选为发射机)；用于接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)；以及用于处理返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号的装置(优选为处理器)，其中来自所述第二对象的所述返回信号包括零和非零多普勒分量，并干扰来自所述第一对象的所述返回信号；其中所述雷达系统操作用于在距离第二对象小于基于该对象的几何学特征的接近极限处接收到返回信号时，对所述返回信号进行区分。
雷达系统可以适于区分返回信号，其中当从比所述接近极限更远的距离观察时，第二对象具有比第一对象的有效雷达横截面更大的有效雷达横截面。
雷达系统可以适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限优选地是一距离，在所述距离内，第二对象的有效雷达横截面随着发射装置和/或接收装置与第二对象的距离的变化而变化。
处理装置操作用于执行区分，其中来自第二对象的返回信号包括从一距离返回的信号，在所述距离处，所述第二对象的有效雷达横截面优选地基本小于从无穷远观察时理论上可观察的雷达横截面。
雷达系统可以适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限优选地取决于与发射装置的视线基本垂直的第二对象的至少一个尺寸。
雷达系统可以适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限优选地基本取决于第二对象的尺寸(dimension)的平方。该尺寸可以是第二对象的移动部分的尺寸，和/或可以是第二对象的旋转部分的尺寸。
雷达系统可以适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限优选地取决于发射装置发射的信号的波长。所述接近极限可以与发射装置发射的信号的波长成反比。
雷达系统可以适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限优选地基本以下列等式给出：
D p ≈ 2 λ r tg 2
其中Dp是接近极限，λ是发射信号的波长，以及rtg是尺寸目标。
雷达系统可以适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限优选地取决于第二对象处的区的大小，在该区上，来自该对象的特征的返回展现了小于180°的相位偏移。
雷达系统可以适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限优选地取决于第二对象处的区的大小，在该区上，来自该对象的返回展现了小于一半波长的偏移。
雷达系统可以适于在所述接近极限内进行操作，其中优选地，基于所述区的大小(半径)和(优选地在与发射装置和/接收装置的视线垂直的平面中)第二对象的几何学特征(优选地，尺寸)之间的比较，来确定所述接近极限。该区优选地包括所述对象处的(例如第一个)菲涅尔区。第二对象可以包括风力涡轮机或其部件。
第二对象可以包括风力涡轮机的叶片。
雷达系统可以适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限优选地取决于叶片长度的平方除以发射信号的波长。
雷达系统可以适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限优选地基本以下列等式给出：
D p ≈ 2 λ L B 2
其中，Dp是接近极限，λ是发射信号的波长，以及LB是叶片的长度。
发射装置可以包括静态发射机。发射装置可以具有第一孔，以及接收装置可以具有第二孔。第一孔可以与第二孔的大小不同(例如比第二孔小)。
接收装置可以包括多个子阵列，其中每个子阵列可以具有与第一孔基本相同大小和形状的子孔。
发射装置被配置为持续地照射(例如，而不顺序地扫描或指向)所述区域。
处理装置可以被配置为形成多个接收波束。
在与返回信号表示的相应观察相关联的测距和/或距变率的极限范围内，可以对返回信号进行相干积分。
该全息极限可以与雷达系统的工作频率成反比，和/或可以与光速的平方成正比。
与全息极限的适应性可以需要将测距限制在距变率的最大量(magnitude)的反比之内，和/或可以需要将距变率的量限制在最大测距的反比之内。
可以以下列不等式来表示该极限：
( | dR dt | ( max ) × R ( max ) ) ≤ c 2 ( 8 × F op )
其中R是测距，以及dR/dt是与观察相关的距变率，c是光速，以及Fop是雷达系统的工作频率。
发射装置可以被配置为以足以超过针对与目标相关联的多普勒频移的奈奎斯特极限的速率(例如脉冲率)来照射区域中的目标。
处理装置可以被配置为从所提取数据中识别感兴趣的观察，并且存储针对所识别的观察的历史数据(例如相位和/或振幅历史)。
处理装置可以被配置为基于历史数据来区分重要和不重要的观察(和/或表示一类或另一类的目标)。
处理装置可以被配置为将所提取的表示观察的数据存储在过程像素中，其中每个过程像素表示属性的单一集合(例如包括针对所关联的观察的时间、测距、距变率和/或多普勒频率中至少两个的组合)。
针对每个像素的属性可以包括针对相关联的观察的波束数量、子阵列数量和/或元件数量中的至少一个。
接收装置可以包括至少一个阵列，所述阵列包括多个接收元件(或子阵列)，每个元件可以被配置为从基本整个兴趣体积接收信号，从而形成相关联的信号信道。
处理装置可以被配置为通过将不同的信号信道与适合的振幅和/或相位加权相结合来形成多个波束。处理装置可以被配置为形成例如具有基本不同朝向的多个波束。
处理装置可以被配置为形成具有基本相同朝向的波束(例如基本并行的波束)的多个孔。
可以针对多个接收元件中的每个形成波束，和/或针对接收元件的多个子阵列中的每个形成波束。
处理装置可以被配置为使用多个波束的相位和/或振幅单脉冲角度测量。
接收装置可以包括接收元件阵列(例如，接收元件的平面阵列和/或与已知形状类似的接收元件的非平面阵列)。
雷达系统可以位于风电场。雷达系统可以包括全息雷达。
根据本发明的另一方面，提供了一种根据任何先前方面的雷达系统和第二对象的组合，其中所述第二对象具有给定的几何学特征。例如，给定的几何学特征可以包括给定的涡轮叶片的长度。
来自每个所述对象的返回信号可以包括至少一个多普勒分量，以及处理装置可以操作用于依据针对每个对象的多普勒分量的展开来区分返回信号。
基于多普勒频谱的展开的区分
根据本发明的另一方面，提供了一种雷达系统，用于区分雷达干扰源和兴趣目标，所述雷达系统包括：用于将雷达信号发射至一区域的装置(优选为发射机)；用于接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)；以及用于处理返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号的装置(优选为处理器)，其中来自所述对象的所述返回信号包括至少一个多普勒分量；其中所述处理装置操作用于依据针对每个对象的所述多普勒分量的展开来区分(或包括用于区分的装置，例如鉴别器)所述返回信号。
处理装置操作用于：如果所述至少一个多普勒分量包括在预定义多普勒频谱上的多个位置处的多个分量，则确定从所述第二对象返回所述返回信号。
处理装置操作用于依据单个观察中的多普勒分量的所述展开来区分所述返回信号。
处理装置操作用于：如果所述至少一个多普勒分量包括一(或所述)预定义多普勒频谱的本地化部分，则确定从所述第一对象返回所述返回信号。
处理装置操作用于：将所述至少一个多普勒分量放置在多个离散多普勒区间(bin)中的至少一个中，以及依据所述至少一个多普勒分量优选位于的所述或每个多普勒区间来区分所述返回信号。
处理装置操作用于：如果所述返回信号的所述至少一个多普勒分量包括位于所述多个多普勒区间之中的若干(优选一部分)多普勒区间中的多个多普勒分量，则确定从所述第二对象返回所述返回信号，其中若干(优选一部分)多普勒区间优选不少于第一预定阈值(例如多个多普勒区间的5％和100％之间的阈值)。
处理装置操作用于：如果所述返回信号中的所述至少一个多普勒分量优选地位于若干(优选一部分)多普勒区间，则确定从所述第一对象返回所述返回信号，其中所述若干(优选一部分)多普勒区间不超过第二预定阈值(例如，阈值包括从单个多普勒区间至多个多普勒区间的1％、2％、5％、或多达25％中的任何数量)。
所述若干多普勒区间可以表示包括环境目标(例如雨、雪或风)(可以与风电场相关联)的兴趣目标，以及所述处理装置可以配置用于提取与所述目标相关的信息，用于估计能量产生设施(例如风力涡轮机或风电场)的未来功率输出。
处理装置操作用于依据所述对象随时间而展现的多普勒特性的演变，来区分所述返回信号。
多普勒特性的演变可以与时域中信号的演变相关。
时域中信号的演变可以采取(例如从诸如风力涡轮机叶片等的旋转对象)闪动(flash)的形式。
处理装置操作用于依据多普勒特性的所述演变与模型或函数的一致性，来区分所述返回信号。
所述模型或函数可以包括正弦、指数、二次、和/或对数模型或函数。
所述系统可以包括用于基于所述返回信号确定所述对象的测距的装置，以及所述处理装置还操作用于依据所述对象随时间的过去所确定的测距的变化来区分所述返回信号。
处理装置操作用于：如果所述测距随时段而改变，则确定从所述第一对象返回所述返回信号。
处理装置操作用于：如果所述测距随时段基本保持不变，则确定从所述第二对象返回所述返回信号。
发射机装置操作用于在朝向相对于水平方向向上不小于45°的方向的发射机波束中发射所述雷达信号；所述接收装置操作用于检测从所述向上的发射机波束中的空中(airborne)对象返回的所述雷达信号的返回信号；以及所述处理装置操作用于处理从所述空中对象返回的返回信号，从而检测和跟踪所述空中对象。
垂直朝向雷达
根据本发明的另一方面，提供了一种用于检测和跟踪空中对象的雷达系统，所述系统包括：用于在朝向相对于水平方向向上不小于45°的方向的发射机波束中发射雷达信号的装置(优选为发射机)；用于接收从所述向上的发射机波束中的空中对象返回的所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)；以及用于处理从所述空中对象返回的返回信号，从而检测和跟踪所述空中对象的装置(优选为处理器)。
向上的发射机波束优选地包括基本垂直的发射机波束。
发射机装置可被配置为在朝向相对于水平方向不超过45°的角度方向的至少一个其它发射机波束中发射其它雷达信号；所述接收装置可以被配置为接收从至少一个其它发射机波束中的对象返回的所述其它雷达信号的返回信号；以及所述处理装置操作用于处理所述接收装置所接收的所述返回信号，从而检测和跟踪所述向上的和/或所述至少一个其它波束中的对象。
所述至少一个其它发射机波束可以包括多个发射机波束，每个发射机波束优选地朝向相对于水平方向不超过45°的角度以及朝向不同的方位角。
每个其它发射机波束可以朝向相对于至少一个其它发射机波束基本90°(和/或180°)方位角的方向。
可以配置发射机装置，使得指示所述其它发射机波束从体积内基本相同的位置照射该体积。
可以配置发射机装置，使得指示所述其它发射机波束从体积内的不同位置或在该体积的周边照射该体积。
雷达系统可被配置为处理从所述空中对象返回的信号，以及将所述从所述空中对象返回的信号与从包含旋转分量的杂波对象(例如雷达干扰源)返回的信号进行区分。
接收装置操作用于通过接收机元件阵列和在多个信道中，接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号，其中每个信道与所述接收机元件中的至少一个相对应；以及处理装置操作用于处理所述返回信号，以在频域中同时形成(或表示)多个波束，所述多个波束包括针对每个信道的至少一个波束。
在波束形成之前的时频变换
根据本发明的另一方面，提供了一种雷达系统，用于区分雷达干扰源和兴趣目标，所述系统包括：用于将雷达信号发射至一区域的装置(优选为发射机)；用于通过接收机元件阵列和在多个信道中，接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)，其中每个信道与所述接收机元件中的至少一个相对应；以及用于处理返回信号，以在频域中同时形成(或表示)多个波束的装置(优选为处理器)，所述多个波束包括针对每个信道的至少一个波束。
优选地，处理装置被配置为将所接收的返回信号从时域变换至频域(例如，使用傅立叶变换，如所谓的快速傅立叶变换/FFT)。
优选地，处理装置被配置为仅在从时域到频域的变换完成之后形成波束。
优选地，处理装置被配置为检测每个波束中的任意目标。
优选地，处理装置被配置为针对这样形成的每个波束形成迁移表面(例如测距-距变率表面)，以及被配置为使用迁移表面检测目标。
优选地，处理装置被配置为针对在波束的至少一个中检测的目标来确定角度测量。
优选地，角度测量包括相位单脉冲角度测量、或振幅单脉冲角度测量。
优选地，处理装置被配置为在角度测量之前重新形成波束。
优选地，波束形成和波束重新形成基于相同的频域数据。
优选地，使用多个重新形成的波束来确定角度测量。
优选地，发射装置操作用于将雷达信号从发射机元件阵列发射至一区域；接收装置操作用于通过接收机元件阵列和在多个信道中，接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号，其中每个信道与所述接收机元件中的至少一个相对应；以及处理装置操作用于处理返回信号，以针对所述信道的每个形成接收机波束；以及其中发射机元件阵列中的发射机元件的数量比与每个信道相对应的接收机元件的数量多。
宽波束发射机
根据本发明的另一方面，提供了一种雷达系统，用于区分雷达干扰源和兴趣目标，所述系统包括：用于将雷达信号从发射机元件阵列发射至一区域的装置(优选为发射机)；用于通过接收机元件阵列和在多个信道中，接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)，其中每个信道与所述接收机元件中的至少一个相对应；以及用于处理返回信号，以针对所述信道的每个形成接收机波束的装置(优选为处理器)；其中发射机元件阵列中的发射机元件的数量比与每个信道相对应的接收机元件的数量多。
优选地，该系统还包括适配所述信号从所述发射机元件的发射的装置(优选为适配器或适配器模块)，从而所发射的信号形成与每个所述接收机波束基本一致的发射机波束。
优选地，所述适配装置被配置为：将所述信号适配为以与从至少一个其它发射机元件发射不同的方式，从至少一个所述发射机元件进行发射。
优选地，所述适配装置被配置为：适配所述信号从所述发射机元件进行发射，以形成比在来自每个发射机元件的信号基本彼此相同(例如在相位和/或振幅上)的情况下将会形成的发射机波束宽的发射机波束。更优选地，所述适配装置被配置为适配所述信号的相位以从至少一个所述元件进行发射。
优选地，所述适配装置被配置为适配所述信号的相位，以依据发射机阵列中元件的位置，从每个元件进行发射。
优选地，所述适配装置被配置为适配所述信号的振幅，以从至少一个所述元件进行发射。
更优选地，所述适配装置被配置为适配所述信号的振幅，以依据发射机阵列中元件的位置，从每个元件进行发射。
优选地，在特定形状的表面形成所述发射机元件阵列，以及其中所述适配装置被配置为：适配所述信号从所述发射机元件进行发射，以形成比在不同形状的表面上形成发射机元件阵列的情况下将会形成的发射机波束基本相同的发射机波束。
优选地，所述适配装置被配置为：适配信号从所述发射机元件进行发射，以形成与在发射机元件阵列在曲面(例如圆柱体、球体等)上形成的情况下将会形成的发射机波束基本相同的发射机波束。
优选地，所述发射机装置包括发射机元件的平面阵列。
优选地，所述发射机元件包括与已知形状一致的发射元件的非平面阵列。
优选地，所述已知形状包括具有多个平面的形状(例如，多平面、多面体、棱柱、测地线、和/或金字塔形状)。
其它方法方面
根据本发明的另一方面，提供了一种用于获取关于包括风电场或在风电场附近的区域的信息，所述方法包括：将雷达信号从风电场的一位置发射至一区域；在风电场处接收从所述区域内返回的雷达信号的返回信号；以及处理返回信号，以提取针对所述区域的风电场相关数据。
雷达系统可被配置为检测监视地区中的对象，所述区域可以是监视地区内的区域，该区域具有由风电场相关干扰所降级的检测能力，以及可以从该区域内的对象反射返回信号；以及处理步骤可以包括针对所述对象提取风电场相关数据，以及分析所述风电场相关数据以增强对所述区域内对象的检测。
返回信号可以包括所述区域内主要环境条件的指示符；所述处理步骤可以包括分析所提取的数据，以确定针对所述风电场的工作参数。
根据本发明的另一方面，提供了一种方法，用于确定针对风电场的工作参数；将雷达信号从风电场发射至一区域，所述方法包括：接收从所述风电场处的所述区域内反射的所述雷达信号的返回信号；以及处理所述返回信号，以针对所述区域提取风电场相关数据，其中所述返回信号包括所述区域内主要环境条件的指示符；以及在所述处理步骤中分析所提取的数据，以确定针对所述风电场的工作参数。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于在提取杂波环境中提取数据的方法，所述方法包括：使用具有第一孔的发射机，将雷达信号发射至一区域；使用具有第二孔的接收机接收从所述区域内反射的、所述雷达信号的返回信号；以及处理所述返回信号，以提取包括与杂波相关数据的数据；其中在所述接收步骤中使用的所述第二孔与在所述发射步骤中使用的所述第一孔的大小不同。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的方法，所述方法包括：将雷达信号发射至一区域；接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号；以及处理所述返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号，其中来自所述第二对象的所述返回信号包括零和非零多普勒分量，并干扰来自第一对象的所述返回信号；其中所述处理步骤包括在距离第二对象小于基于该对象的几何学特征的接近极限处接收到返回信号时，区分所述返回信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于安置雷达系统的方法，所述方法包括：提供用于将雷达信号发射至一区域的装置(优选为发射机)；提供用于接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置(优选为接收机)；提供用于处理所述返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号的装置(优选为处理器)，其中来自所述第二对象的所述返回信号包括零和非零多普勒分量，并干扰来自所述第一对象的所述返回信号；其中在距离第二对象小于基于该对象的几何学特征的接近极限处设置所述接收装置。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标方法，所述方法包括：将雷达信号发射至一区域；接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号；以及处理所述返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号，其中来自所述对象的所述返回信号包括至少一个多普勒分量；其中所述处理步骤包括依据针对每个对象的所述多普勒分量的展开来区分所述返回信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于检测和跟踪空中对象的方法，所述方法包括：在沿相对于水平方向向上不超过45°的发射机波束中发射雷达信号；接收从所述向上的发射机波束中的空中对象返回的所述雷达信号的返回信号；以及处理从所述空中对象返回的返回信号，从而检测和跟踪所述空中对象。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的方法，所述方法包括：将雷达信号发射至一区域；通过接收机元件阵列和在多个信道中，接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号，其中每个信道与所述接收机元件的至少一个相对应；以及处理所述返回信号，以在频域中同时形成(或表示)多个波束，所述多个波束包括针对每个信道的至少一个波束。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的方法，所述方法包括：将雷达信号从发射机元件阵列发射至一区域；通过接收机元件阵列和在多个信道中，接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号，其中每个信道与所述接收机元件的至少一个相对应；以及处理返回信号，以针对所述信道的每个来形成接收机波束；其中所述发射机元件阵列中的发射机元件的数量比与每个信道相对应的接收机元件的数量多。
其它方面
根据本发明的另一方面，提供了一种雷达系统，包括：将雷达信号发射至一区域的发射机；接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的接收机，其中所述发射机和接收机适于放置在风电场处的结构上；以及处理返回信号以提取针对所述区域的风电场相关数据的处理器。
雷达系统可被配置为检测监视地区中的对象。所述区域可以是所述监视地区内的区域，所述区域具有由风电场相关干扰所降级的检测能力。可以位于所述区域内的对象反射返回信号。处理器可配置为针对所述对象提取风电场相关数据，以及分析所述风电场相关数据，以增强对所述区域内所述对象的检测。
返回信号可以包括所述区域内主要环境条件的指示符；所述处理器可以被配置为针对所述指示符，提取风电场相关数据，以及分析所述数据，以确定针对所述风电场的工作参数。
根据本发明的另一方面，提供了一种雷达系统，所述系统包括用于接收从监视地区中的兴趣对象反射的雷达信号的主接收机；用于当所述对象位于所述监视地区内的区域中时，接收从所述对象反射的雷达信号的次级接收机；以及用于处理由所述主接收机接收的所述信号以检测所述监视地区内的所述对象的处理器；其中所述处理器被配置为处理由所述次级接收机接收的所述信号，以增强所述区域内的检测。
根据本发明的另一方面，提供了一种雷达系统，包括：将雷达信号发射至一区域的发射机；接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的接收机，其中所述发射机和接收机适于放置在风电场处的结构上；以及处理返回信号以提取针对所述区域的风电场相关数据的处理器；其中返回信号包括在所述区域内主要环境条件的指示符；以及所述处理器被配置为针对所述指示符提取风电场相关数据，以及分析所述数据，以确定针对所述风电场的工作参数。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于在杂波环境中定位的雷达系统，所述雷达系统包括：将雷达信号发射至一区域的发射机，所述发射机具有第一孔；接收从所述区域内反射的、所述雷达信号的返回信号的接收机，所述接收机具有第二孔；以及处理所述返回信号以提取包括杂波相关数据的数据的处理器；其中所述第二孔与所述第一孔的大小不同。
在其它方面，本发明可以包括以下特征中的一个、一些或所有：位于杂波环境中的雷达；能够区分具有零和非零多普勒分量的对象；可在全息极限下操作的(优选全息)雷达；和/或能够在高杂波环境下进行区分的雷达，例如其中杂波比可能的兴趣对象更显著或给出更大的返回，或其中来自杂波的返回信号将遮蔽来自兴趣目标的返回信号。
杂波环境优选地包括以下中的一个、一些或全部：单独的风力涡轮机(是否离岸或在岸)、风电场、风电场集合、船或船群、海面杂波、建筑物、以及其它类似主要结构，尤其是港口、码头、船坞或海港等。
本发明的优选实施例也提供计算机程序和计算机程序产品，用于执行这里所描述的方法中的任何一个，和/或用于具体化这里所描述的设备特征中的任何一个，以及具有存储于其上的程序的计算机可读介质，所述程序用于执行这里所描述的方法中的任何一个，和/或用于具体化这里所描述的设备特征中的任何一个。
本发明的优选实施例也提供具体化计算机程序的信号，所述计算机程序用于执行这里所描述的方法中的任何一个，和/或用于体现这里所描述的设备特征中的任何一个，提供一种发射这种信号的方法，以及提供一种具有操作系统的计算机产品，所述操作系统支持用于执行这里所描述的方法中的任何一个和/或用于体现这里所描述的设备特征中的任何一个的计算机程序。
本发明的优选实施例延及参照附图大致在此描述的方法和/或设备。
本发明的一个方面中的任何特征可以以任何适合的组合应用于本发明的其它方面。尤其是方法方面可以应用于设备方面，反之亦然。
此外，以硬件实现的特征通常可以以软件实现，反之亦然。应该相应地解译针对这里软件和硬件特征的任何参照。
根据本发明，提供了一种在相应的独立权利要求中阐明的雷达系统。在从属权利要求中描述了本发明的其它优选特征。
附图说明
结合附图，将通过示例的方式描述本发明，其中：
图1(a)和1(b)以简化平面图示出了与两个不同类型的雷达相关联的视场。
图2示出了针对涡轮叶片(闪动)和目标的连续采样时域信号；
图3示出了来自目标和涡轮的断续信号(chopped signal)；
图4示出了整个频带上混叠(aliasing)的断续信号的频谱；
图5示出了滤波之后的断续信号；
图6(a)至6(c)示出了全息雷达的实施例；
图7示出了目标和涡轮的高分辨度(全息)频谱；
图8示出了通过滤波从全息频谱恢复的目标信号；
图9示出了包括全息雷达的实施例的增强雷达系统的示例；
图10示出了针对根据图9的增强雷达系统的可能设置和相关联的方向角视场；
图11示出了图10的雷达系统设置和相关联的视场；
图12示出了使用图9的雷达系统区分风力涡轮机；
图13示出了包括全息雷达的实施例的增强雷达系统的另一示例；
图14示出了适于在这里所描述的雷达系统的实施例中使用的简化静态传感器阵列；
图15示出了全息雷达的另一实施例；
图16(a)和(b)示出了使用图15的实施例的波束加宽；
图17(a)和(b)分别示出了针对不同目标的多普勒测距和多普勒时间特性；
图18示出了全息雷达的另一实施例；
图19示出了全息雷达的另一实施例；
图20示出了全息雷达的另一实施例；
图21示出了与这里所描述的全息雷达的实施例一起使用的第一示例性接收机的简化功能框图；以及
图22示出了与这里所描述的全息雷达的实施例一起使用的第二示例性接收机的简化功能框图。
具体实施方式
在空中交通控制(ATC)和空中防御雷达系统等中，雷达发射机典型地扫描兴趣体积(机械地或电子地)。因而，在所扫描的雷达系统中，随着发射机波束扫频或切换其位置来连续地照射目标。这具有将从任何信号所接收到的信号“切成”多个短序列的效果，结果(与傅里叶域信号理论相一致)是在照射之间的目标位置中的改变导致多普勒返回的混淆现象，以及需要复杂的跟踪方法以试图区分杂波和目标。
图1(a)示出了扫描类型雷达的视场。扫描雷达具有相对窄的视场，且必须被扫频以允许以顺序的方式逐片地照射大的兴趣体积，从而以扫频确定的速率来有效地“切断”从兴趣体积所接收的信号。
图2至5示出了“切断”来自涡轮叶片(Tb)和目标(Tg)的返回信号的效果。
在图2中，示出了连续采样的时域信号，其中展示了涡轮叶片(Tb)(闪动)和目标(Tg)的特性。如图2中所示，涡轮叶片(Tb)的运动的特征在于6个短的高振幅“闪动”(典型地与三叶片涡轮相关联)，在示例中，这些高振幅闪动与目标信号相比非常大。在另一方面，目标的特征在于随着目标分别地接近和后退，在振幅上增加和减少的缓慢变化的信号。
图3示出了针对图2中示出的信号的典型扫描雷达系统的“切断”效果，以及图4示出了针对图3的断续信号的高分辨度频谱。信号的切断有效地表示与兴趣体积中正在出现什么有关的信息的大量丢失，这使得区分目标(Tg)效果和涡轮(Tb)效果变得困难(如果不是不可能)。
例如，如图4中所示，信号的切断导致整个频带上的混叠。因此，使用滤波不能有效地解决目标(Tg)效果和涡轮(Tb)效果，以及去除风力涡轮机的效果根本不可能。这在示出滤波后图3的断续信号的图5中示出，并且解释了滤波去除与风力涡轮机相关联的高频效果的无效性。如图5所示，风力涡轮机的效果仍然非常明显。
在优选的实施例中，使用静态的所谓的“全息”雷达，该雷达基于以下假设：与包含在特定空间体积中的对象的空间分布有关的信息可以通过来自该体积边界的电磁照射和在该体积边界处的电磁接收来表示。因此，广义上来说，根据全息原理，空间的特定三维体积内的三维数据可以通过其边界的二维数据来表示。
图1(b)示出了所谓的全息雷达的简化实施例的视场，其原理将参照其它实施例在以下更详细地描述。不同于扫描雷达，图1(b)的全息雷达是静态的，具有允许持久照射类似体积的相对大的视场(～90°或更大)。图1(b)的雷达具有位于中心的发射机2，所述发射机2具有相关联的宽发射机束2a和具有多个接收机4，每个接收机具有相关联的接收机波束(4a至4f)。
全息雷达被配置为持久地而不是以扫描雷达系统不连续的方式照射空间的特定体积。因而，包含在从被照射的体积返回的信号中的信息不会如这种不连续的结果而丢失。
在接收到从被照射的体积内反射的返回信号之后，执行全息雷达中的所有波束形成和方向测量，这有效地防止了混叠效应，因为受到数字控制的多波束形成策略、以及关于组合测距、目标速度和工作频率的特定极限(这里被称为全息极限)影响，奈奎斯特以上(above-Nyquist)的采样一直可用。全息极限广义地被定义为可以获得全息雷达的明确操作的测距、距变率和工作频率的互相依赖的极限的边界。全息极限可以在数学上表示为最大测距(R)与最大距变率(dR/dt)量的乘积必须小于光速(c)的平方除以8倍的工作频率(Fop)的边界：
( | dR dt | ( max ) × R ( max ) ) ≤ c 2 ( 8 × F op )
因而，这种雷达的使用也允许以不同的方式(例如通过形成多波束；一些是在没有海面杂波的干扰下检测空中目标；其它是评估海面杂波和表面目标)分析相同的返回，以提取与不同应用的相关性的信息。
图2、7和8还示出了使用全息雷达的优势。全息雷达有效地再现了图2中示出的连续采样的时域信号，而不会丢失扫描雷达系统固有的信息。
在图7中，例如针对图2的目标(Tg)和涡轮(Tb)示出了高分辨度(全息)频谱。然而，不同于图4中展示的特性，将涡轮频谱限定在在其它位置没有伪像(artefect)的上下极限附近。因而，如图8中所示，可以通过滤波，从全息频谱有效地恢复目标信号。
全息雷达实施方式
图6(a)至6(c)示出了通常以200示出的“全息”雷达的示例性实施例。全息雷达200包括被配置为利用适合地调制(例如以常规序列脉冲)以允许测距分辨度的相干信号同时照射整个兴趣体积的发射元件214的至少一个阵列210。可以理解，尽管描述了元件的阵列，但是发射机可以包括单个发射元件。
雷达包括被配置为依据要使用全息雷达的应用的性质，控制经由发射机阵列210发射的信号的控制模块250。
全息雷达还包括接收阵列220，该接收阵列220包括多个接收子阵列222。每个子阵列222包括被配置在一地区上的多个接收元件224。接收阵列的每个元件224和子阵列222被设置为接收从基本整个被照射的体积返回的信号，每个元件224和/或子阵列222实质上形成信号信道。接收阵列220包含比发射机阵列210多的元件，并且具有基本上较大的总孔。
如图6(a)所示，发射机阵列是10个发射元件214高乘以2个发射元件214宽。类似地，每个接收机子阵列222是10个接收元件224高乘以2个接收元件224宽，被设置为具有与发射机阵列基本相同的孔大小。子阵列被设置在2个子阵列高乘80个宽的网格中。
子阵列222的元件还被配置为进一步形成交叠的子阵列222’、222”(或‘虚拟’子阵列)，如在图6(b)中示出的(2个高乘3个宽的)子阵列的简化阵列中所示。
如图6(b)所示，垂直相邻的子阵列中的元件被配置为形成垂直交叠子阵列222’。特别地，形成每个上子阵列的两列中的每一列之中的下五个元件、以及形成每个下子阵列的两列中的每一列之中的上五个元件形成垂直交叠子阵列222’，与相关联的上下子阵列共享一些接收元件。
水平相邻的子阵列中的元件被类似地配置为形成水平交叠子阵列222”。特别地，针对每对水平相邻子阵列，左子阵列的最右列中的元件、以及右子阵列的最左列中的元件形成水平交叠子阵列222”，与相关联的水平相邻对的子阵列共享一些接收元件。
因此，在图6(a)中示出的接收机阵列的情况下，以相间关系、基本朝向相同的方向来设置接收元件224和子阵列222，以形成包括82个在宽带上不一致但相交叠、以及3个在高度上不一致但相交叠的子孔的整个孔。
将会理解，尽管描述了特定阵列和子阵列尺寸，但是依据所用于的应用的需求，可以使用子阵列和接收/发射元件的任何适合的设置。例如，这包括具有不同子孔交叠(或无交叠)、不同孔尺寸、宽比高长的阵列等的设置。
尽管图6(a)中示出的接收阵列220(和子阵列222)是平面的，但是将会理解，它们可以符合一些其它已知的形状。还将理解，每个发射阵列210(或元件214)可以形成接收机阵列(或者可能地，接收机子阵列)的一部分。
雷达包括信号处理模块240(如计算机处理器等)，被配置为使得引入并使用与发射信号相干的信号来确定在每个元件或子阵列处接收的所有信号的振幅、频率、时延和相位。处理器模块还被配置为通过将不同信号信道与适合的振幅和相位加权进行组合来形成多波束。处理模块240被配置为执行要使用全息雷达的应用所需的信号处理任务，例如，波束形成、测距选通(gating)、多普勒处理、低阈值检测、目标跟踪(例如，XYZ、Yxyz、A/Phi(m，n，t)、成像和/或分类)。
处理模块240和控制模块250可以形成相同处理装置的一部分，被配置为控制由发射机阵列发射的雷达信号，并处理由接收阵列接收的返回信号。
子阵列222和接收元件220的设置允许通过处理器形成多(交叠)波束(例如，每个不同的子阵列222一个)，该多波束具有基本相同的朝向，从而允许单脉冲子波束角度测量。多个子阵列222的使用允许比使用例如紧密间隔的接收机元件的单个阵列的相位单脉冲角度测量更高的测量精度。
将会理解，尽管描述了相位单脉冲角度测量，但是可以设置接收机元件和/或接收机子阵列，以允许振幅单脉冲角度测量。
还将理解，也可以设置多个子阵列具有不同的朝向，有效地创建多个单独的孔/子孔。例如，可以设置子阵列提供更宽的覆盖(例如360°)。类似地，可以设置子阵列从(略有)不同的位置看到已知的人为或其它障碍物，从而允许以更高的精度解析否则将会被障碍物遮蔽的目标。例如，如果雷达位于风电场，则可以设置接收机子阵列“环顾”否则将会遮蔽它们的各个视场的一部分的涡轮。
因而，尽管在发射方面的波束形成是具有单个、物理上唯一的结果的过程，但是在接收方面可以支持与接收机阵列和可用处理资源的配置相当的多个波束。因此，可以同时形成接收波束，但必须顺序地引导发射波束。
因此，在全息极限的影响下，可以以足以超过针对与所有目标相关联的多普勒频移的奈奎斯特极限的速率(例如脉冲率)来照射所照射的列中的所有目标。
以这种方式，可以完全地对来自所有目标的信号进行采样，将信息丢失最小化，并避免混叠效应，导致以下能力：执行精度跟踪和相干跟踪；重构成像；将行为特征化；对目标进行分类等。所跟踪的目标在计算机存储器中不仅以作为时间的函数的XYZ、Vxyz来表示、还以目标的多普勒相位和振幅历史来表示。
子阵列接收的信号可以同时组合在第一数据流中，从而振幅和相位加权在沿陆地或海平面的方向提供空值以拒绝表面目标；以及可以同时组合在第二数据流中，从而振幅和相位加权在沿升高的对象(如风力涡轮机)的方向提供空值，允许表面目标的观察和拒绝涡轮或飞机。然后，可以将单独的滤波和跟踪算法应用于这两个或多个数据流。
所接收的返回信号有效地表示由雷达在多个信号信道的每个中做出的观察(可以或可以不表示兴趣目标)。在雷达中，处理器针对每个观察所提取的数据存储在处理‘像素’中。每个像素可以被认为是表示例如时间、测距、距变率和/或多普勒频率的单个组合、以及波束数量、子阵列数量、和/或元件数量中的至少一个的数量的单一集合。
像素内容包括表示例如一系列表示相关观察的特性的振幅、相位和/或频率的数量的列表，该观察可以构成目标、杂波项、或‘空值’，其行为可以认为是不重要的。观察被认为是重要的，直至可靠地知道它们是不重要的，保留从观察中提取的信息的历史(例如，相位历史、振幅历史等)。这种方式与取阈值的过程形成对照，在取阈值的过程中，认为观察是不重要的并且丢弃该观察，而不进一步处理，除非特定参数(或参数集合)满足相关阈值(或阈值集合)。
因此，在典型为风电场的杂波环境中，雷达的作用是基于振幅和相位历史，形成针对所有目标的可能的最佳跟踪，并且在分析结束而非开始时区分重要和不重要的目标(或表示一类或另一类的目标)。可以应用相干分析过程来增强或最小化不同类型的目标，因为所有信号信息都被保留在信号和目标存储器中。
当功率、不明确测距或多普勒覆盖过小时，可以通过预定、通过限制可以接收到信号的时延、或者通过默认，将这种雷达限制在它的最大测距中，并且应当落入全息极限内。这种有限测距传感器在由标准空中交通控制、空中防御、航海雷达等覆盖的较大场内，为‘填充’雷达提供了自然的基础。
因此，对雷达进行配置，从而如所描述的，使雷达在其操作模式下是全息的，能够在人口密集的环境中容纳和区别目标和杂波。
应用为填充雷达
在图9中，通常以10示出整个雷达服务内的全息雷达的第一应用。雷达服务10包括主雷达发射机/接收机12和次级雷达发射机/接收机14。雷达系统10被配置为扫描监视地区16，该监视地区包括风电场、另一大组结构等，它们会引起对所发射和反射的雷达信号的干扰，从而导致降低的雷达性能、因而是降级的检测能力的区域18(例如，由于阴影20、调制效应、级联反射等而导致)。
主发射机/接收机12包括现有或新的雷达系统的主要发射机/接收机，例如，现有的空中交通控制系统等的发射机/接收机天线。
次级发射机/接收机14形成全息雷达系统(通常如前所述)的一部分，其中与包含在由雷达照射的空间之中特定列中的目标有关的信息可以通过从该区域内返回的雷达信号中的信息来表示。次级发射机/接收机14包括在适合的位置提供的雷达传感器14’的阵列，用于照射降低雷达性能的区域。每个雷达传感器14’安装在风电场中，例如附在适合位置的风力涡轮机的塔架上。可选地或附加地，雷达传感器中的一个或多个可以远离风电场放置，以针对次级发射机/接收机14创建期望检测场。将会理解，尽管使用传感器阵列是有利的，但是在特定应用中也可以使用单个雷达传感器。雷达传感器可以朝语风电场不同的方向放置，多个这样的传感器可以在环绕风力涡轮机的不同方位设置，以给出覆盖区域的更宽角度。
如之前所描述的，每个雷达传感器14’包括与旋转天线相反的静态传感器，这会导致对涡轮的机械干扰。此外，静态传感器更易于安装，并且不易于受到风电场(尤其是那些位于近海岸处的并受到严酷的天气条件的风电场)处预期的苛刻环境的影响。
静态传感器有利地包括通常参照图6(a)和6(b)描述的发射和接收元件(天线)的阵列。然而将会理解，在另一设置中，该系统可以包括更为简单的雷达传感器，其中的一个可能示例将在以下参照图13进行更加详细的描述。通过不同接收元件(和/或接收元件的子阵列)的相对位置，提供了传感器提供用来确定目标位置的数据的能力。这允许在接收阵列的不同元件(或元件的组合)处接收的信号之间的相位关系或时延的计算，因而允许位置的计算和跟踪。
每个雷达传感器具有宽的视场(典型延伸～20km)，并且可以以方位角(典型～90°或更大)和仰角(典型～20°)来测量方向。通过安装适合地指定的多个天线阵列(或子阵列)、或者通过一个或多个非平面阵列来提供更宽的角度(例如，360°)覆盖。这些可以分开放置，可以位于涡轮支撑轴周长的不同位置、或可以附于不同的涡轮支撑上。
也可以提供如前所述的具有相同朝向但有效地具有不一致的交叠子孔的多个传感器14’。这允许以相同朝向从不同子阵列形成多波束，因而允许更高精度的单脉冲子波束角度测量。
图10和11中示出了雷达传感器14’的可能设置。该设置包括四个传感器：第一传感器照射包括风电场自身(或一部分)的第一区域50；以及剩余的三个传感器共同照射从风电场延伸并在风电场之外(相对于主发射机/接收机)的其它区域(包括较小区域52a、52b、52c)。配置第一传感器，使得第一区域50不仅沿风力涡轮机的一般方向延伸、而且还延伸以覆盖风力涡轮机以上的区域。因此，第一传感器持续地照射涡轮以允许它们被连续地采样和多普勒解析。处理装置的相干跟踪允许以测距或多普勒解析涡轮和目标返回。
以如图11所示，每个传感器相对低地被置于相关联的涡轮塔身上，并且可以具有向上的偏斜，以覆盖三维圆柱掩体。
通过典型在主发射机/接收机(例如，空中交通控制塔等)的位置处、或者在主发射机/接收机的位置处的远程处理能力30与风电场处的本地处理能力32之间分布的适合的处理装置30/32来处理由主发射机/接收机接收的雷达返回信号。当然，处理装置可以独占地位于风电场自身。当兴趣对象经过主发射机/接收机的监视地区(检测场)进入/离开降低雷达性能的区域时，处理装置分析返回信号以检测和跟踪兴趣对象。
如图12所示，可以使用适合的波束形成和测距选通，将兴趣体积或区域再分为子区域60，其中的一些60’由风力涡轮机占据(或至少受到它们的出现的影响)。兴趣体积的再分允许选择性地应用涡轮拒绝(rejection)，从而最小化错误拒绝的可能性。
现在将仅通过示例来描述处理装置30/32所遵循的针对涡轮障碍(例如，针对由与区域50相关联的传感器阵列接收的信号)的典型过程。典型地，处理装置将全息系统视为线性，并通过形成包括覆盖了所照射的列中的涡轮的波束(波束1，2，3...n(涡轮(1))...)的不同子阵列的波束而开始。然后形成测距选通门，包括针对所照射的涡轮(RG 1，2，3...m(涡轮(1))...)的测距选通门(range gate)。对每个测距选通门/波束出产物(product)应用快速傅里叶变换(FFT)，并对针对与涡轮(RG(m)×波束(n)...RG(p)×波束(q))相关联的每个测距选通门/波束产物的、所产生的FFT，应用高通多普勒滤波器。然后可以应用相干跟踪算法(以跟踪测距间隔上的相位)。
以这种方式，可以有效地拒绝来自涡轮的返回。严格地限制错误警报检测，残留遗失限于测距选通门和波束内的缓慢传递。
适合地分析由次级发射机/接收机(由于没有多普勒混叠而受到干扰结构的出现影响较小)接收的雷达返回信号被适合地分析，并通过处理装置与来自主发射机/接收机的数据结合，以在兴趣目标经过降低雷达性能的区域时增强对兴趣目标的检测和/或跟踪。
通过适合的通信装置32，将表示由次级雷达传感器检测的目标的数据从次级发射机/接收机传送至处理装置，以在后续与由其它雷达传感器生成的数据结合。典型地，例如，通信装置被配置为在次级发射机/接收机和处理装置之间进行无线通信。
将会理解，可选地或附加地，次级发射机/接收机可以具有专用处理能力34，用于在后续传输至处理装置以进一步处理信号和与来自其它传感器的数据结合之前，执行针对由次级雷达传感器14’接收的信号的初步分析。例如，可以在传输用于由主发射机/接收机处的处理装置进行处理之前，可以对可能兴趣对象的轨迹进行滤波，这对于空中交通控制系统尤其有用。可选地(或附加地)，可以传输原始数据，以由主接收机/发射机(例如，用于空中防御系统)处的处理装置进行处理。
将会理解，系统的设置允许由并行的处理装置(如果需要)提取目标轨迹。
典型地，传感器具有几米高乘几米宽(例如，6m高乘3m宽)的数量级上的尺寸。传感器典型安装在地/高水位之上5m和25m之间(例如，15m以上)的高度的涡轮上。传感器典型地以向上倾斜的若干度(例如，～10°)进行安装。可选地，传感器可以机械地垂直，但是以向上倾斜来引导波束。将会理解，这些示例只是单纯示意性的，可以有用于任何特定应用的最适合的实施方式中的显著变体。
处理装置还被配置为定义在该发射机/接收机的正常检测场内，针对次级发射机/接收机的检测区，在该检测区之外，次级发射机/接收机不报告兴趣对象。定义检测区以一般性地与降低雷达性能的区域相一致，从而避免处理活动的不必要的重复(例如，当需要增强时通过将来自次级接收机的信号的处理限制为若干次)。该处理装置可以被配置为针对可以交叠或可以包括单独的不交叠区域的次级发射机/接收机的每个雷达传感器，定义独立检测区。
先发制人的(pre-emptive)环境条件检测中的应用
这种雷达的另一应用如图13所示，图13示出了雷达系统110，其中随着风漩涡等接近风电场或各个风力涡轮机时，在准备风能产生的过程中或实时地做出风电场的先发制人的测量。在这种情况下，风中的降水、漩涡和湍流引起可以被检测到的雷达信号的散射，导致风电场自身的成像(imagery)。
雷达系统110包括通常如前所述位于风电场的发射机/接收机阵列114’，发射机元件/阵列被设置为照射如图所示的风电场周围或沿特定兴趣方向的兴趣区域116。
系统110包括处理装置132，被配置为处理从所照射的体积中返回的信号，以在位于与风电场有某一距离的体积内，提取主要环境条件140的指示符。通过处理装置分析这些指示符，并确定这些指示符表示的环境条件140与风电场的相关性。处理装置基于该分析，确定风电场(或一个或多个单独的涡轮)的适合(最佳)工作参数，并输出该参数用于控制风力涡轮机。该输出可以包括定时数据，用于指示基于感兴趣的环境条件何时将到达涡轮的预测来修改风电场的当前工作参数的时间。
例如，处理装置可以确定特定环境条件140正在从所照射的体积中的某处接近风电场，并且该条件是与风电场的操作(例如，其效率、产生能力、稳健性和安全性等)相关的类型(如风的特性中的变化)。因此，基于该分析，处理装置提供适于针对何时达到接近的环境条件来确定风电场(或一个或多个单独的涡轮)的工作参数的风(或其它环境)参数。
雷达系统110可以包括用于调整风电场、各个涡轮、和/或各个涡轮组件(例如，叶片)的工作参数的控制器，或者可以被配置为与风电场现有的控制器相兼容。因此，处理装置被配置为以适合的格式输出工作参数，以由控制器解译。将会理解，尽管期望响应于改变的环境条件的预测的涡轮的自动控制，但是来自处理装置的输出可以包括可视或可听信号，以由风电场的操作者进行解译和实施。
工作参数可以包括风电场的任何可修改属性，例如包括涡轮面对的角度、每个叶片的螺距、每个叶片的状态(例如，顺流交距或工作的)、每个涡轮的状态(例如，工作的或停止)和/或等。
环境条件可以包括任何雷达可探测条件，包括例如风特性142(例如，风速、风切变、湍流涡旋等)、降水/空中传播湿气特性144(例如，密度、类型等)、和/或任何表面效应146(如针对离岸设施的波形成)。
根据基本三次相关性，经过风力涡轮机的平均气流影响可用能量。然而，风力涡轮机的有效性和安全性与风速的变化相关。给定上下叶片以相同的速度移动，接近涡轮顶部(假设水平自旋轴)的高风速、以及靠近表面(无论是地面还是海平面)的较低风速会导致无效率。这可以通过在上下位置间旋转期间修改叶片的螺距而减轻。因此，处理装置被配置为不仅考虑兴趣区域中的整体环境条件(例如，平均风速)，而且考虑天气模型的本地化不同(例如，分层风速，和/或由湍流导致的不同)。
当湍流猝发冲击涡轮时，会按照沿螺旋桨叶的圆周运动可以调节的方向构成压力的方式影响叶片。这可以表示对涡轮或其周边的危害，并且会导致涡轮损坏。在这种情况下，使叶片顺流交距是有益的；否则及时修改叶片螺距，如果可以有针对猝发的若干秒提前警报，这是可能的。
环境条件的指示符可以与引起雷达反射的任何环境特征相关联。例如，当空气在陆地或海平面上移动时，产生风切变和湍流涡旋。因此，可也以通过空气运动修改空中的降水(或悬浮的湿气)流。随着空气或风送降水(或悬浮的湿气)的密度的变化，通过空气传播的雷达信号被散射或反射，并且可以通过雷达接收机接收。可以使用上述原理，根据气流来检测和解译这些信号。
尽管在这种环境中的散射很弱，并且发生在出现了较大的、不期望目标(如陆地或海杂波)的情况下，但是如上所述的全息雷达可以通过对散射信号的充分相干积分(coherent integration)来实现必需的灵敏度，以及可以用于在任一情况下区分风力运动和表面杂波。例如，风流易于垂直分层，可以通过垂直接收机波束形成、或通过观察不同层的反射的不同多普勒频率并在接收阵列上测量不同层的反射的相位，对不同层的反射进行解析。
因此，位于风力产生系统附近的全息雷达可以允许有益地测量风的模式，来评估可能的风能资源，或实现一个或多个已安装的风力涡轮机的改进的控制和安全性。
在全息雷达的另一环境应用中，可以数字地再形成雷达的垂直波束方向图(pattern)，以实现海面的平面上的高灵敏度，而不是在针对海杂波的风力成像的情况下所需的最小灵敏度。在这种情况下，观察而不是拒绝由波产生的信号，然后可以将全息雷达用作波传感器。
在每一应用中，保留并处理来自所有观察的数据，而不是根据特定阈值丢弃这些数据，这意味着，可以与配置用于依据特定应用需求来有目的地分析所存储的风电场相关数据的处理装置并行地实现这些应用。例如，可以认为关于环境条件的信息与增加或‘填充’应用不相关，因而为了提高空中交通控制、空中防御和/或航海雷达系统的检测能力可以将其忽略。相反，为了确保风电场的最佳操作条件，可以提取并分析相同的环境信息，而忽略如飞机、轮船等移动对象相关的信息。
天线阵列
参照图14，图14示出了适于在本发明实施例中用作静态传感器等的平面天线阵列300的图形表示。
在(优选绝缘)基板302上构造天线阵列300。该基板可以是具有平支撑表面的塑料或玻璃纤维合成材料(或类似物)的块。为了使本发明的实施例可以在空间受限的情况下使用，天线阵列是紧凑的，其外围尺寸取决于天线的设置。例如，该阵列可以包括偏移发射机天线和梯形/三角形接收阵列，发射机元件包括4×2子阵列，每个接收机元件包括2×2子阵列。可选地，该阵列可以设置有中心发射机和四个外围接收机。天线元件在基板的支持面上形成，作为印刷在表面的导体。天线元件可以是偶极子(例如，蝶形偶极子)、TEM喇叭天线(horn)、微带贴片天线(patch)、堆叠贴片天线、或适于以所需信号频率工作的任何其它紧凑元件或导体结构。这种天线在WO01/059473中描述；通常最适于高灵敏度不太重要而在检测场内期望较少目标的短测距应用。
针对需要较高灵敏度以及解析更多目标的应用，会需要较高功率发射机阵列和较大接收机阵列，其子阵列各具有与发射机阵列相同的视场。
将会理解，为了机械稳健性，可以不在公共基板上安装元件/子阵列。然而，在这种设置中，仍然可以在公共平面上安装元件/子阵列。
在图14的示例中，阵列300总共具有四个天线元件。这些元件中的三个是第一、第二和第三接收元件304、306、308，但是也可以提供其它数量的接收元件，如2个、3个、5个或更多。第四元件是发射元件312。接收元件304、306、308被部署在三角形(在特定情况下可以是正三角形)地区的顶点处，更多元件可以被部署在梯形或不规则平面地区的顶点处。在三维基板的情况下，这些元件可以位于立方体或其它固定形态的顶点处。发射元件312被部署在相同地区的中心。
受灵敏度和分辨度需求的影响，优选保持天线阵列最小。例如，在这种最小的情况下，元件之间的间隔可以是不多于几个半波长的数量级。例如，在6GHz的工作频率，间隔可以是几厘米，即1和10cm之间，优选在2和8cm之间。
在可选形式的构造中，天线元件可以位于介电天线罩中。相关联的信号处理电路可也以位于天线罩内，以提供该装置作为自含式封装。然而将会理解，该阵列可以包括任何适合的配置，在不需要精确的位置信息时可以包括单个接收机天线。
定义的检测区
如上所述，在检测增大应用的情况下，处理装置可以被配置为将次级发射机/接收机的检测场再分为第一区和第二区，在第一区中，为了增强雷达性能，认为检测事件是重要的(检测区)；在第二区中，不需要这种雷达增强。类似地，为了环境条件分析，处理装置可以被配置为将检测场再分为多个不同区，例如，可以针对不同区执行不同类型的分析(例如，允许不同物理表面特征的效果，如迎合本地化陆地(或水)质量或环境条件)。可以通过任何适合的方式，典型通过基于将来自不同子阵列的信号与适合的相位和振幅加权相结合的软件程序，执行再分。
处理装置可以操作用于执行定义检测场内空间的三维体积作为检测区的算法。例如，通过指定在阵列的检测场内通过卡迪尔坐标系统中的X、Y和Z坐标的最小和最大值限制检测区，该检测区可以被定义为位于隔开的平面之间。可选地，检测区可以具有由查找表或数学公式定义的任意形状。因而，检测区可以具有基本能够在算法上定义的任何形状，并且可以具有任何体积(假设该体积完全包含在检测场内)。因为降低雷达性能的区域会受到变化(例如在将新的风力涡轮机添加至现有的风电场、或在现有的涡轮由于维护而无法工作时)，因此如上所述的灵活的检测区定义在定义需要增强的区域方面是尤其有利的。类似地，在环境条件检测的情况下，灵活性允许设置区域来跟踪特定的感兴趣的环境特征(例如，暴风雨、暴风雪或微爆)。
在雷达增大的情况下，处理装置可以操作用于检测和跟踪兴趣对象进入并通过检测区，并结合来自次级和主发射机/接收机的数据，从而增强降低雷达性能的区域内的检测。
作为对该实施例的发展，处理装置可以定义多个检测区。检测区可以是非同延的(交叠、分离或空间上不同的)和/或可选地定义的，这意味着，不同特征用于确定对象(或特定环境条件)位于相关检测区中。例如，可以提供不同区用于检测对象的不同速度或不同大小。例如，这可以用于确保连续地跟踪不同大小和/或速度的对象进入和离开降低性能的区域。
在该实施例的另一发展中，处理装置操作用于分析检测区外的对象的特性(或主要环境条件)。例如，这种特性可以是对象大小、对象与装置和/或检测区的距离、对象相对于装置和/或检测区运动的方向、以及对象的相对速度。作为示例，处理装置可以操作用于跟踪检测区外的对象，并预测对象进入检测区。将会理解，这种功能同样有益于监控感兴趣的环境特征相对于所定义的检测区的移动。
以下仅通过示例概括另一实施例。
该实施例提出在出现新结构时增加监视雷达系统的功能，例如，改善新结构、尤其是空中交通控制雷达系统上的风电场的效果。
该实施例包括将适合形式的雷达传感器或多个雷达传感器与通过将它们安装在风电场自身(例如附在涡轮上)来增强空中交通控制的方法相结合。
每个雷达传感器是不需要大的旋转天线的传感器，从而可以避免对涡轮的机械干扰。静态传感器将更易于安装，并不易于受到风电场处预期的苛刻环境的影响。许多风电场位于近海岸处，并受到严酷的天气的影响。
雷达传感器的优选实施方式是使用发射和接收元件的静态(优选不对称)阵列的雷达传感器，其照射区域是整个视场，可以在该场内选择其灵敏度区域。通过计算相位关系、或在不同元件处接收的信号之间的时延、或组合接收阵列中的元件来提供它们测量目标位置的能力。
每个雷达传感器具有宽视场，并且可以以方位角和仰角来测量方向。通过安装适合地定位的多于两个的平面天线阵列、或通过一个或多个非平面阵列来提供360度覆盖。这些雷达传感器可以分开放置，可以位于涡轮支撑轴周长的不同位置、或可以附于不同的涡轮支撑上。
与雷达传感器检测的目标相关的数据优选通过无线或光链路传送至用户、空中交通控制/空中防御系统或多个这样的系统，并通过适合的计算机软件与由其它雷达传感器产生的数据相结合。
宽波束发射机
如以上针对全息实施方式所述，发射机基本上(或实际上完全)同时照射视场的整体。全息雷达的接收机阵列可以包括具有接收机元件的任何适合设置的子阵列，每个子阵列具有适合的大小。因此，子阵列可以非常小，仅包括若干元件、或甚至单个元件。例如，如图14所示并参照图14所描述，接收机阵列甚至可以包括多个单独的接收机元件(每个接收机元件可以被认为等同于包括单个接收元件的‘子阵列’)。每个接收机元件或子阵列从相同体积接收信号，以及应用波束形成和单脉冲算法来解析目标的位置。
为了针对如图1(b)所示并参照图1(b)描述的每个接收机子阵列(或元件)提供与视场相对应的发射机波束方向图，发射机可以设计具有比接收机阵列的孔小但等于子阵列的孔的发射天线孔。因此，在以上参照图6(a)至6(c)描述的全息实施方式中，发射机阵列包括与接收机子阵列中相同数量的发射机元件。因此，在接收机子阵列小(或接收机包括多个单独的接收机元件)的情况下，发射机包括相应少的发射机元件(或甚至单个发射机元件)，必须通过这些发射机元件辐射所有发射功率。这导致重要需求被置于控制模块250中的发射电路(例如包括信号发生器、放大器、和/或功率组合网络)上。
在图15中通常以400示出可以降低发射机电路上的需求的全息雷达的另一有利示例性实施例。全息雷达400包括被配置为通常如前所述同时照射整个兴趣体积的发射元件414的至少一个阵列410。该雷达包括控制模块450，被配置为依据要使用全息雷达的应用的性质，来控制经由发射机阵列410发射的信号。
全息雷达还包括接收阵列420，包括多个单独的接收元件424。接收阵列的每个元件424设置用于接收从基本上整个所照射的体积返回的信号，每个元件424实质上形成信号信道。接收阵列420包含比发射机阵列410多的元件，并具有基本上更大的总孔。接收机阵列具有通常如前参照图6(a)和6(c)中的信号处理模块240所描述的信号处理模块440。
在该实施例中，发射机阵列包括具有多个天线元件的扩展阵列，并相应地包括比用于每个接收机信号信道的单个接收机元件更多的发射机元件。与使用单个发射机元件相比，使用该扩展阵列有助于降低每个发射机元件所需的发射电路上的需求。将会理解，尽管示出了发射机元件的方形3×3阵列，但是扩展发射机阵列可以包括任何适合设置的任何适合数量的发射机元件。例如，发射机阵列可以包括以方形、矩形或其它适合形状的阵列设置的20、50、100或甚至更多的发射元件。
通常，如本领域技术人员将会理解的，发射机元件的扩展阵列将会固有地导致比图16(a)所示的每个接收机子阵列(或元件)的波束更窄的发射机波束，以及相应地，导致与同每个接收机元件相关联的视场不相对应的发射机波束方向图。
为了允许产生于每个接收机元件所期望的宽视场相对应(或虚拟对应)的发射机波束，利用天线元件相互连接，在该实施例中的控制模块被配置为控制由形成扩展阵列的发射机元件发射的雷达信号的相位和/或振幅。更具体地，控制模块被配置为调节信号的相位和/或振幅来调整发射机波束(例如，在阵列上进展)以形成期望的波束方向图。
例如，如图16(b)所示，可以将从发射机元件的平面阵列发射的信号的相位调整为接近于在发射机元件置于诸如圆柱体、球体或圆顶之类的平滑曲面上的情况下将会期望的较宽波束方向图。发射信号的振幅可以类似地被调节为进一步调整波束方向图，具体为通过向扩展发射机阵列的边沿递减信号振幅来降低诸如旁瓣形成之类的边沿效应。
因而在该实施例中，使用扩展‘多元件’发射阵列，但是调整(或明确地控制)元件的振幅和相位来产生宽的发散波束而不是窄波束。因而在发射机电路中，不同子电路可以用于每个发射元件，在宽视场上辐射它们的组合功率。这降低了对于单个、非常高功率的发射电路、或者对于将多个发射机子电路的功率输出组合为单个馈送(这将导致相关损失)的需求。
在该实施例的变体中，可以以接近于曲面的多面体表面的小平面上的非平面配置(相位调整意在相似)来设置发射机元件。在这种情况下，与平面发射机阵列相比，可以简化产生与接收机元件的宽波束方向图相对应的宽波束方向图(并降低边沿效应)所需的相位(和振幅)修改。多面体形状的使用具有以下优点：比平滑曲面更易于制作，因而呈现需要相对大相位调整和相对高的发射机平滑曲面制作成本之间的良好折衷。例如，该结构可以是诸如棱柱形、棱锥形或测地线形状之类的任何适合的多面体形状。
基于多普勒频谱展开的区分
通常，减小移动杂波(如风力涡轮机)对雷达能力的影响的传统系统将风力涡轮机视为无法由它们有效地进行划分的对象。这种系统通常被设计为降低风力涡轮机对来自诸如飞机之类的兴趣对象的雷达返回的影响，而不会实际解决问题的根源；不能够有效地识别源自风力涡轮机的返回信号而由此将它们与源自其它对象的返回信号分开。
然而，在风电场或邻近风电场的全息雷达系统(如前所述)的实施方式(实现为单机系统或针对更大监视系统的填充雷达)提供了显著提高有效区分来自风力涡轮机的雷达返回和来自其它兴趣对象(如，飞机)的雷达返回的能力的可能性。
因此，在本发明的另一示例性实施例中，全息雷达(其实施方式将在别处详细描述)被配置为区分从风力涡轮机(或类似物)返回的信号与从其它目标返回的信号。如前所述，全息雷达被配置为在全息极限之内进行操作，因而能够以依赖于观察间隔的分辨度来测量目标的全多普勒频谱。
在该实施例中，全息雷达被配置为1秒执行10个观察，以及在接近于10Hz的分辨度的1kHz的区域中测量展开至最大多普勒频率的多普勒频谱。因而在操作中，在该实施例中由全息雷达测量的多普勒频谱将包括大约100个多普勒区间，可以将返回信号的多普勒频谱划分到其中。然而将会理解，全息雷达可以被配置为在任何适合的多普勒频率的范围内(受全息极限影响)使用任何适合的观察区间进行观察，以及可以操作用于使用任何适合的频率分辨度在任何适合的测距上测量多普勒频谱。例如，在一些应用中，可以在高达10kHz或甚至更高的频率做出观察，以及可以将多普勒频谱分为多于100个多普勒区间，例如，200个区间、800个区间、或者甚至1000个区间或更多。
全息雷达也可以被配置为形成限定了多个测距区间的多个测距选通门(例如，如图12所示)，可以将雷达检测到的目标分类到其中。
在图17(a)中，仅通过示例示出不同目标的示例性多普勒-测距特性，其中箭头表示目标的多普勒-测距特性随时间的变化。图17(a)中示出的目标的示例性多普勒-时间特性在图17(b)中示出。将会理解，图17(a)和17(b)仅是示例性的，并且是简化的。此外，其它涡轮设计(例如，垂直轴和/或螺旋叶片设计)可以产生显著不同的多普勒特性。
如图17(a)所示，与来自旋转涡轮叶片的返回相关联的多普勒频谱通常将会在整个测量频谱(在本实施例中是10hz至1kHz)上展开。因此，涡轮叶片旋转的效果将会在大多数(如果不是所有100个)多普勒区间中是基本上同时可观察到的。此外，由于涡轮塔身在测距内并不移动，涡轮叶片旋转的效果通常将仅在单个测量区间中出现。
相反，针对1GHz的区域中典型雷达工作频率的情况，诸如飞机之类的接近或远离的目标的多普勒频谱通常一次(当经受小于1g(9.81m/s2)的策略时)将仅出现在单个多普勒区间内。此外，如图17(a)所示，随着目标接近或远离雷达，将会看到目标在测距上从一个测距区间移动至另一个测距区间。
在图17(b)中，当(所示出的示例中的三个叶片中的)每个叶片依次到达与雷达发射机/接收机阵列的视线基本垂直的方位(沿接近接收机的方向)时，看到涡轮出现涡轮‘闪动’，具有整个多普勒频谱上的多普勒分量。在该点，来自叶片的返回立即同相相干，导致定期的大的雷达横截面闪动。对于剩余时间，当叶片不与视线垂直时，由于相位的可变性，不同分量的矢量和是破坏性的。当远离接收机时在每个叶片依次到达垂直方位时，也可以看到‘闪动’(如图17(b)中的细线示出)，但是可能由于作为具有比前沿低的雷达横截面的叶片后沿，这些将会是影响较小的。
图17(b)还示出了针对叶片闪动之间的每个叶片所看到的多普勒分量的理论包络。每个包络的边沿表示与相关联的叶片的尖端相关联的理论多普勒分量。理论上，(针对叶片的其它部分的)多普勒分量将会在多普勒包络上展开，但是实际上，随着叶片接近接收机，多普勒分量的影响大于(因而更加可见)叶片远离接收机时的情况。
如图17(b)所示，尤其在涡轮闪动期间，多普勒特性看似‘干扰(swamp)’如针对接近的和远离的目标示出的其它特性。在扫描雷达的情况下，这些特性引发先前所讨论的混叠，并有效地防止兴趣目标与风力涡轮机的效果区分开。
然而，在该实施例中的全息雷达被配置为使用多普勒特性，结合测距和历史信息(可以包括多普勒历史、测距历史或二者)，来区分从风力涡轮机返回的信号和从诸如飞机之类的兴趣目标返回的信号，从而允许检测和识别风力涡轮机，以及在风力涡轮机附近检测、识别和跟踪兴趣目标。
该实施例的全息雷达被配置为依据在多普勒频谱上产生的多普勒分量的展开来识别目标。因此，可以将看似同时出现在基本相同的时间(在基本相同的距离)的多于预定数量(比例)的可用多普勒区间(这里被称为‘多普勒展开阈值’)中的目标分类为旋转目标(如涡轮叶片)。取决于风力涡轮机的设计、需要区分彼此的兴趣目标的期望性质，在其上将对象分类为旋转对象(如涡轮叶片)的多普勒展开阈值可以是任何适合数量(比例)的多普勒区间，典型地，例如可用区间的5％和100％之间的任何一个(例如，5％、10％、20％、50％、80％、90％或95％)。然后，针对后续的威胁分析，可以忽略以这种方式识别和分类为旋转对象(如，风力涡轮机)的对象。
还配置全息雷达来保留和监控(例如，在‘过程像素’中的)所检测的目标的历史数据。因而可以通过分析所检测的目标随时间变化的测距特性，基于该历史数据，进一步增强风力涡轮机和其它目标之间的区分。例如，如果展现了多普勒展开阈值之上的多普勒的展开的目标出现在单个测距区间(或可能有限数量的测距区间)中，并且针对特定数量的观察保留在那里，则将其识别为展现了某种形式的旋转的‘静止’(测距上)对象(例如，风力涡轮机)。相反，如果对象看似随时间从一个测距区间移动至另一测距区间，则无论它展现的频率分量(而是可以与诸如直升机叶片之类的另一旋转对象相关联)如何，它不可能是风力涡轮机。将会理解，可以以类似的方式使用对象相对于接收机的方位角，来区分风力涡轮机(保持基本相同的方位角)和在全息雷达的视场以很小或为零的径向速度分量切线移动的对象。
还将理解，风力涡轮机可以出现在多于一个测距区间中(或以多于一个方位角)(例如，通过叶片的移动和/或旋转至迎风)，但是将不会超过测距(或方位角)的有限选择。因此分类算法可以适配以考虑这些情况。
在该实施例的另一版本中，通过分析所检测的目标的多普勒展开历史，进一步增强风力涡轮机的识别。在这种情况下，不仅基于在特定时间的多普勒的瞬时展开，而且基于多普勒展开随时间的变化，将目标识别为诸如风力涡轮机之类的对象。例如，如果看到所检测的目标定期地占据大量多普勒区间(例如超过多普勒展开阈值)然后占据较少(甚至为零)的多普勒区间，则可以将该目标识别为诸如风力涡轮机之类的旋转对象。在很好地表征由全息雷达查看的涡轮时，基于多普勒演进的分类算法会更加完善，允许甚至更精确地识别涡轮。例如，如果表征该对象的多普勒频率的集合根据预定数学模型或函数(例如，包括正弦、指数、二次、和/或对数模型或函数)发展，则该算法会适于识别目标为风力涡轮机。作为另一示例，通过将多普勒频率的展开(这是对杂波对象、或风力涡轮机的叶片尖端上最快的点的速度的测量)与‘闪动’的重复区间进行比较，可以推导出涡轮叶片的长度。
全息雷达也可以被配置为：如果所检测的目标出现、或一向出现在小于包括预定数量(或比例)的可用多普勒区间(这里被称为‘多普勒最高限度’)的另一多普勒展开阈值中，则确定地将所检测的对象识别为兴趣目标(或可能的兴趣目标)。尤其取决于兴趣目标的期望性质、以及期望(例如，风力涡轮机相关)杂波的性质，在其下将对象分类为诸如飞机之类的兴趣目标(或可能兴趣目标)的多普勒最高限度可以是任何适合数量(比例)的多普勒区间，典型地，例如单个多普勒区间和可用区间中的可用多普勒区间的25％的任何一个(例如，1％、2％、3％、5％、10％、20％或25％)。然后，这种方式识别和分类为兴趣目标(或可能兴趣目标)的对象会经历后续的威胁分析。
将会理解，这些分类/识别/区分技术可以结合其它这样的技术使用，以进一步增强区分诸如风力涡轮机之类的干扰目标和兴趣目标的精度，以及一旦识别兴趣对象便增强威胁分析。例如，可以给予目标出现的仰角和/或方位角、目标的历史位置(例如，目标的轨迹)、目标移动的方向(例如，目标的轨迹)、目标的加速度等来增强该技术。
因此，在这些条件下，这种类型的雷达的使用(受到全息雷达极限影响的操作)可以在出现风力涡轮机或风电场时在区域中提供飞机的可检测性方面的100∶1的可能提高、或者甚至更好。
菲涅耳区杂波去加重
如上所述，不同于扫描雷达，在全息极限下操作的全息雷达可以被配置为甚至在雷达位于风电场附近时，成功地区分风电场引入的雷达返回(可以认为是风电场杂波‘WFC’或风力涡轮机杂波‘WTC’)，包括与旋转叶片相关联的返回。特别地，全息雷达操作用于甚至在其它雷达系统(如扫描雷达)无法检测兴趣目标、或无法以所需的精度和一致性(例如，针对精确的因而是安全的空中监视)检测并跟踪兴趣目标的接近度，成功地识别和减少基本上所有风电场引入的杂波，并成功地检测和跟踪兴趣目标。
当全息雷达位于相对靠近涡轮时，全息雷达检测并识别来自诸如风力涡轮机之类的干扰对象的配置提供了附加的令人惊异的次级益处。特别地，风力涡轮机附近的全息雷达的定位可能提供在精度和有效性方面的意想不到的改进，利用该改进，甚至当与定位在与涡轮相距较远距离、并在该处工作的类似全息雷达进行比较时，也可以区分来自涡轮的返回和由兴趣目标引入的返回。
为了示出将雷达定位在近处的益处，首先将考虑在目标和雷达发射机/接收机之间存在大距离的情况。在这些距离处，目标的有效雷达横截面‘σ’通常可以认为相对于测距是恒定的。
假设雷达横截面保持恒定，然而，仅在从目标返回的信号展现由目标的本地几何学特征、而非入射波前的曲率半径所确定的相位偏离时保持。在这些距离处，入射在目标上的雷达波可以近似为平面波(针对平面波，源将会有效地在无限远)，因而将通过目标几何学特征控制整个目标上的相位偏移。
在风力涡轮机的情况下，长距离的有效雷达横截面非常大，部分是由于涡轮塔身和叶片自身大，部分是由于在包含反射体的平面上，塔身和/或叶片发射的波束通常非常窄。例如，从叶片反射的波束宽度取决于叶片的曲率(通常很小因而导致窄的波束和大的有效雷达横截面)，以及取决于叶片的长度(以雷达操作的波长(可以是1和30cm之间)定义窄衍射图)。因此，以这种长的距离处的塔身和/或叶片作为高横截面反射体出现。
相反，即使诸如飞机之类的兴趣目标可以具有大的特征，如机身和机翼，它们在不利的方位(例如朝向雷达)时也必须可检测。在这种方位，可以主要通过以较小曲率半径(如机翼和机身之间的角、引擎舱等)从这些特征散射来确定飞机的有效雷达横截面。因此，飞机的有效横截面相对于风力涡轮机的有效横截面会非常小，使得在雷达必须看过(look past)风电场(或甚至单个涡轮)来看时更加难以识别飞机。在这种情况下，传统扫描雷达会通过来自涡轮的返回而有效地受到干扰。
然而，当雷达发射机/接收机较为靠近诸如风力涡轮机之类的目标时，入射波的曲率变得有意义，因而平面波近似性不再可用，来自较大目标的返回的相位偏移无法被认为是可忽略的。例如，当雷达特别靠近目标时，来自目标上的返回开始展现出超过180°的相位偏移(半个波长差)。这里，将会导致出现以上情况的目标与雷达之间的距离被称为‘接近极限’。
在诸如飞机之类的目标的情况下，雷达横截面对于入射波的曲率非常不敏感(甚至在接近极限内)，因为飞机的不太规律的特征会使雷达横截面更不太依赖于距离(甚至实际上与距离无关)。这是由于甚至在相当短的距离处，特征自身的曲率半径也会是雷达横截面的主要贡献者。
可以通过考虑从雷达发射机向目标延伸的旋转(revolution)的理想椭圆体(具有圆形横截面，有时被称为第一菲涅耳区或简称为菲涅耳区)的范围来确定接近极限‘DP’，在该接近极限内，目标将会展现小于180°的相位偏移。在该目标处的椭圆体的圆形横截面的半径‘rF’(菲涅耳半径)如下取决于发射信号‘λ’的波长和该目标与该发射机之间的距离‘D’：
r F ≈ λD 2
因此，当目标在接近极限DP处时，在接近极限处的菲涅耳区的范围将基本与目标的范围一致。因此，对于半径rtg的圆形目标：
D p ≈ 2 λ r tg 2
当雷达位于接近极限内，返回的大相位偏差有效地引起雷达接收机所见的雷达横截面的减小。
因此，在图18中通常以500示出有利地应用该原理的全息雷达的实施例。雷达500包括发射机和接收机阵列502，以及包括发射机控制器和接收机信号处理器的雷达控制和分析单元504。所描述的发射机和接收机阵列502、发射机控制器和接收机信号处理器通常用于其它实施例中的任何一个，将不再详细描述。
如前所述，雷达500被配置为照射包括风电场506的区域，接收和分析从该区域内返回的信号，区分从风力涡轮机返回的信号和从其它目标(如，飞机)返回的信号。在图18中，雷达500被示为单机雷达，并且可以这样使用。然而将会理解，雷达500可以形成如前所述的填充雷达系统的一部分。
雷达发射机和接收机阵列与风电场的风力涡轮机相距‘D’。选择距离‘D’以在最远的风力涡轮机的涡轮叶片的接近极限内。特别地，在LB是每个叶片的长度(假设风电场中的所有涡轮具有相同尺寸)的情况下，可以基于以下设计不等式来选择与最远涡轮叶片的距离‘Dmax’(在该距离，菲涅耳半径为rFmax)：
Dmax≤Dp∴ D max ≤ 2 λ L B 2
因此，与该雷达相距最远的菲涅耳区508在风力涡轮机510处的范围不大于涡轮叶片的长度。相应地，在较近风力涡轮机512处的菲涅耳区508’的范围甚至更小。
将会理解，风电场可以非常大，在这些情况下，雷达发射机和接收机阵列不可能位于所有风力涡轮机的接近极限内。在这种情况下，将在雷达的视场内，针对最远的风力涡轮机选择距离‘Dmax’，针对该距离，可以满足接近度不等式。相应地，可以选择距离‘Dmax’来最大化在发射机/接收机阵列处或在发射机/接收机阵列之外具有接近极限‘DP’的视场内涡轮的比例。
还将理解，全息雷达可以包括被设置和配置为作为集成系统一部分而操作的多个发射机/接收机阵列(如针对其它实施例而描述的)，从而风电场处的每个风力涡轮机(或实际比例的风力涡轮机中的每个)在位于各自的接近极限内的至少一个发射机/接收机阵列的视场内。
因而当与位于一距离处的雷达相比较，针对该距离，菲涅耳区在导致非常窄的、高增益的反射波束(因而大的有效横截面)的塔身或叶片的整个长度上延伸(即，当入射波近似于源实际在无限远处的平面波时)，涡轮叶片的有效雷达横截面显著减小。例如，如果发射机/接收机与涡轮相距大约1km，以及如果发射信号的半波长大约0.25m，则菲涅尔区半径将约为15m。因而使用这些设计参数，(接收机所看到的)针对30m叶片长度的有效雷达横截面相对于横截面的长距离值减小大约为4的因子。
利用先前所述的实施例，接收机信号处理器被配置为在接近极限内的距离进行操作，以通过成功地区分来自风力涡轮机和其它目标的雷达返回，正确地检测和识别风力涡轮机和其它目标。因而当与其它通常较小的雷达横截面目标(如，飞机)相比，由于风力涡轮机的降低的有效雷达横截面，可以增强该过程的精度。因而，通过适合的配置全息雷达在风电场的接近极限内操作，更易于检测到兴趣目标、尤其是会呈现威胁的特定目标。
将会理解，被配置为在接近极限内操作的雷达可以位于风电场自身(如前所述)或者与风电场相距一距离(如在该实施例中所述)，该距离仍在接近极限内。
有利地，该实施例的全息雷达被配置为在接近极限内操作，合理地尽可能接近于风电场的涡轮(以最小化所观察的雷达横截面)，同时确保该(或每个)雷达发射机/接收机阵列的视场覆盖所有涡轮，对于所有涡轮，需要经由接收机阵列的检测和区分(并且不被例如涡轮塔身遮蔽)。
针对大和小涡轮阵列的全息雷达
在一些风力涡轮机安装中，形成风力场的涡轮阵列可以延伸与必须检测和识别诸如飞机之类的对象的高度相当的距离。在这种情况下，对于全息雷达特别有利的是，覆盖涡轮阵列的整个区域。
在图19中以600示意性地示出适于覆盖大涡轮阵列的整个区域的全息雷达的实施例。通常，所描述的全息雷达被配置如针对先前的实施例所述，类似的先前实施例可以被配置为单机雷达或填充雷达系统的一部分。然而在该实施例中，全息雷达包括发射机/接收机阵列602，该阵列包括四个基本上平面天线面，仅指向水平向上(例如～5°和～45°之间，典型地，～20°或30°)并在方位角的四个正交方向上(从而基本覆盖整个视场)。
尽管图19示出了物理上水平向上指向的天线阵列602，但是将会理解，可以通过引导大致来自基本水平指向的阵列的发射机/接收机波束，来实现类似的效果。还将理解，尽管涡轮塔身为定位发射机/接收机阵列提供了有利的位置，但是可以以任何适合的方式来定位该阵列，例如，适合的方式包括：从风电场一端(例如在先前所描述的接近极限内)或之外的位置(与从面向外部的风电场内恰好相反)面向跨越风电场。此外，发射机/接收机阵列可以位于任何适合的结构上，例如，在风电场上或在风电场附近构建的电子站。
在其它情况下，风电场可以非常小，仅包括若干风力涡轮机或甚至单个涡轮。然而，甚至单个涡轮也会表示出对空中交通控制或空中防御雷达的成功和安全操作的可能的危险。
垂直朝向(facing)雷达
图20中通常以650示出对小阵列/单个涡轮特别有利的全息雷达的实施例。通常，所描述的全息雷达650被配置如针对先前的实施例所述。然而在该实施例中，全息雷达650包括至少一个发射机/接收机阵列652，该阵列面向与只是水平向上不同的基本垂直的方向。在这种情况下，全息雷达被配置为检测通常在单个涡轮656(或小风力涡轮机阵列)以上向外延伸的圆锥区域654中飞行的目标658(如，飞机)。
将会理解，尽管针对该实施例描述了基本垂直的方向，但是面朝上的接收机阵列可以被设置为以45°和90°之间的任何角度朝向，以给出垂直和向水平延伸的视场。以这种角度设置的接收机阵列可以形成包括多个小接收机阵列的较宽雷达系统的一部分，被配置为以不同方向提供环绕单个涡轮/风电场的向上指向的视场。例如，可以采用图19中示出的类似设置，其中四个接收机阵列点中的每一个是至少45°角。
因此，该实施例中的全息雷达不同于空中监视雷达的传统设置，该传统设置沿水平向外看以早期地检测进入目标(如，飞机)，从而可以跟踪该目标，以及如果必要，可以尽快采取先发制人的动作(如，警告附近的其它飞机，提升威胁等级等)。
尽管该实施例被配置为单机雷达，在特别优选的配置中，还可以被配置为用于先前所述的较大空中交通控制、空中防御或其它监视系统的填充雷达。
该实施例的全息雷达可以与根据先前实施例的全息雷达相结合。在这种实施例中，雷达可以被配置为视察从垂直朝向阵列(针对该实施例所述)向上延伸、并从仅面向水平以上的阵列向外(如先前实施例所述)的组合区域。该有益设置允许风电场之上的粗略圆锥区域(不由水平指向阵列覆盖)被垂直朝向阵列有效地‘填充’。这种系统因而在目标接近风电场、以及直接在风电场上飞行(大或小)时，提供了用于跟踪接近的目标(如，飞机)的有益设置。
时间-频率变换和波束形成
在图21中，通常以700示出适于实现在任何其它实施例中的接收机信号处理器的电路/信号处理模块的功能框图。在该实施例中，通过接收机阵列702(通常可以是在先前描述的接收机阵列中的任何一个)的接收机元件来接收信号。接收机阵列702所接收的信号在通过IF生成电路/模块706在频率上变换至中频之前，通过RF处理电路/模块704来初步接收RF处理。IF电路的模拟输出被模数(A-D)转换器电路/模块708转换为数字输出。
将会理解，尽管参照接收机‘元件’来描述该实施例，但是该描述也通常可用于各包括多个元件的接收机子阵列的情况(如前所述)。
数字波束形成器710(典型包括适合的信号处理电路或软件模块)沿期望的方向，使用适合的相位和/或振幅加权，根据A-D转化器708的输出，基本上同时形成多波束(例如，每个元件一个)。将会理解，尽管描述了数字形成电路/模块(如图21所示)，可以使用适合的模拟波束形成电路，例如包括相位调制器的电路，在RF或IF级处的模数转换之前形成波束。
然后，从波束形成器710输出的波束经历各种形式的信号处理，以支持目标的检测和跟踪，通常包括快速傅里叶变换(FFT)形式。将参照特定全息雷达示例，仅通过示例来描述信号处理，在该示例中，接收机包括288个元件的阵列，雷达被配置为以2.56MHz的测距选通速率，检测256个测距区间中的目标，以及FFT具有1024个点。然而将会理解，也可以有其它配置，例如，雷达接收机具有不同数量的接收元件，被配置为检测不同数量的测距区间中的和/或以不同测距选通速度的目标。类似地，FFT可以有任何适合数量的点。
针对288个元件的接收机阵列，通过可以是随机可编程波束形成器的波束形成器710，产生大约288个波束。因而，针对随机可编程波束形成器，波束将会以测距选通速度，针对每个元件、每个波束完成四个乘法运算。这等于大约每秒0.85兆个运算(每波束每元件288个元件×288个波束×4个运算×2.56MHz测距选通率)。可选地，可以使用傅里叶变换过程来更有效地形成(例如，余割均匀间隔(constant-evenly-spaced)的)周期性的波束序列。
FFT模块711被配置为针对波束执行复FFT。在该示例中，针对10.24kHz的脉冲率，以大约10Hz执行FFT，但是将会理解，可以针对其它脉冲率，以其它频率来执行FFT。这等于每秒大约200亿个运算(256个测距区间×288个波束×10Hz FFT速率×每个波束每个测距区间4个运算×FFT中的1024个点×ln(1024))。
迁移处理模块712被配置为针对每个波束、测距和距变率形成迁移表面(例如，测距/距变率表面)，以及使用FFT元件输出来形成子波束。
目标检测模块714被配置为检测一个或多个迁移表面中的任意目标，以及定位模块722被配置为使用每个波束这振幅单脉冲测量来确定每个所检测的目标的位置。然后例如在724处所示执行进一步处理，以存储目标信息、识别风电场相关杂波、分类兴趣目标等。
将会理解，可以使用如在可选分支716、718、720中指示的相位单脉冲测量来更精确地执行定位。然而，该方式会是资源密集的，因为在定位模块720可以使用相位单脉冲计算所检测的目标的位置之前，需要通过模块716(可以是波束形成器710或其一部分)重新形成波束，因而通过模块718(可以是FFT模块711或其一部分)重新计算FFT。
波束形成之前的时频变换
在图22中，通常以750示出在任何其它实施例中引用的适于实现接收机信号处理器的可选电路/信号处理模块的功能框图。如前述实施例，在该实施例中，通过接收机阵列752的接收机元件(通常可以是先前所述的接收机阵列中的任何一个)接收信号。由接收机阵列752接收的信号通过IF生成电路/模块756在频率上变换至中频之前，由RF处理电路/模块754进行初级RF处理。
然而，不同于先前的模块，在波束形成之前，通过FFT模块761，针对A-D转换器758的输出执行复FFT。FFT以大约10Hz(针对10.24kHz脉冲率)执行，这等于如前计算的大约每秒200亿个运算(256个测距区间×288个元件×10Hz FFT速率×每个测距区间每个元件4个运算×FFT中的1024个点×ln(1024))。因而在波束形成之前，FFT形成针对每个元件的迁移滤波器。
然后，波束形成器760使用适合的相位和/或振幅加权，根据FFT输出，沿不同的期望方向，在频域形成多个并发的波束。例如，典型地，波束形成器760在形成仰角波束之前，将首先形成‘扇入仰角(fan-in-elevation)’方位角波束。在随机可编程波束形成器的情况下，波束形成器将通常完成大约每秒0.87万亿次操作(288个元件×288个波束×256个测距选通×每个测距区间每个元件每个波束4个运算×10Hz FFT速率×1024个FFT点)。可选地，如前所述，可以使用傅立叶变换过程来更有效地形成周期性的波束序列。
如前所述，迁移处理模块762被配置为针对每个波束形成波束迁移表面(例如，测距/距变率表面)，以及目标检测模块764被配置为检测一个或多个迁移表面中的任意目标。然而在该实施例中，定位模块762被配置为使用相位(而非振幅)单脉冲测量来确定每个所检测的目标的位置。尽管这仍然需要重新形成波束，但是不需要FFT的重新计算(这是在先前实施例适于使用相位单脉冲测量来计算位置的情况)。因此，通过模块766(可以是波束形成器760或其一部分)基于FTT模块761所存储的输出来重新形成波束(不同的FFT波束、或者已知系数的波束对)，而无需资源密集的重新计算。
相位单脉冲的使用相对于振幅脉冲的使用是有利的，因为(针对这种接收机阵列)元件定位的单个参数比波束定位的2-D曲线更易于校准。通常，相位单脉冲测量比振幅单脉冲测量更加精确。
将会理解，尽管这里所描述的实施例主要参照风力涡轮机、风电场等来描述，但是如前所述，雷达系统、方法和相关设备具有许多其它应用，包括在其它杂波和高杂波环境中的应用。将会理解，在风电场的上下文中，全息雷达(如在此描述的)可以用于分析涡轮的尾流(wake)效应，尤其是用于将风电场的能量产生可能性最大化的风力尾流效应。
本说明书(包括权利要求)中公开的和/或在附图中示出的每个特征可以与任何其它公开和/或示出的特征独立地(或结合地)并入本发明。尤其但非限定地，从属于特定独立权利要求的任一权利要求的特征可以组合地或单独地引入该独立权利要求。
说明书中“发明目的”的描述涉及本发明的优选实施例，但是不必涉及落入权利要求范围内的本发明的全部实施例。权利要求中的参考数字仅起到示意作用，即使它们不出现，权利要求也可以得到解释。
参照附图的本发明的描述仅作为示例出现。

Claims (103)

  1. 菲涅耳区杂波信号去加重
    1.一种雷达系统，用于区分雷达干扰源和兴趣目标，所述系统包括：用于将雷达信号发射至一区域的装置；用于接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置；以及用于处理所述返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号的装置，其中来自所述第二对象的所述返回信号包括多普勒分量，并干扰来自所述第一对象的所述返回信号；其中所述雷达系统操作用于在距离第二对象小于基于该对象的几何学特征的接近极限处接收到返回信号时，对所述返回信号进行区分。
  2. 2.如权利要求1所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于区分所述返回信号，其中当从比所述接近极限更远的距离观察时，所述第二对象具有比所述第一对象的有效雷达横截面更大的有效雷达横截面。
  3. 3.如权利要求1或2所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限是一距离，在所述距离内，所述第二对象的有效雷达横截面随着所述发射装置和/或接收装置与第二对象的距离的变化而变化。
  4. 4.如权利要求3所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于执行所述区分，其中来自所述第二对象的所述返回信号包括从一距离返回的信号，在所述距离处，所述第二对象的有效雷达横截面基本小于从无穷远观察时理论上可观察的雷达横截面。
  5. 5.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限取决于与发射装置的视线基本垂直的所述第二对象的至少一个尺寸。
  6. 6.如权利要求5所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限基本取决于所述第二对象的所述尺寸的平方。
  7. 7.如权利要求5或6所述的雷达系统，其中所述尺寸是所述第二对象的移动部分的尺寸。
  8. 8.如权利要求7所述的雷达系统，其中所述尺寸是所述第二对象的旋转部分的尺寸。
  9. 9.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限取决于发射装置发射的信号的波长。
  10. 10.如权利要求9所述的雷达系统，其中所述接近极限与发射装置发射的信号的波长成反比。
  11. 11.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限基本以下列等式给出：
    D p ≈ 2 λ r tg 2
    其中Dp是接近极限，λ是发射信号的波长，以及rtg是尺寸目标。
  12. 12.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限取决于第二对象处的区的大小，在所述区上，来自所述对象的特征的返回展现小于180°的相位偏移。
  13. 13.如权利要求1或11所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限取决于所述第二对象处的区的大小，在所述区上，来自所述对象的返回展现小于一半波长的偏移。
  14. 14.如权利要求12或13所述的雷达系统，其中雷达系统适于在所述接近极限内进行操作，其中基于所述区的大小和所述第二对象的几何学特征之间的比较，来确定所述接近极限，其中所述区的大小是半径，所述第二对象的几何学特征优选为尺寸，优选在与发射装置和/接收装置的视线垂直的平面中。
  15. 15.如权利要求12、13或14所述的雷达系统，其中所述区包括所述对象处的菲涅尔区，例如所述第一菲涅尔区。
  16. 16.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述第二对象包括风力涡轮机或其一部分。
  17. 17.如权利要求16所述的雷达系统，其中所述第二对象包括风力涡轮机的叶片。
  18. 18.如权利要求17所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限取决于叶片长度的平方除以发射信号的波长。
  19. 19.如权利要求18所述的雷达系统，其中所述雷达系统适于在所述接近极限内进行操作，其中所述接近极限基本以下列等式给出：
    D p ≈ 2 λ L B 2
    其中，Dp是接近极限，λ是所述发射信号的波长，以及LB是所述叶片的长度。
  20. 20.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述发射装置包括静态发射机。
  21. 21.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述发射装置具有第一孔，以及所述接收装置具有第二孔，从而所述第一孔与所述第二孔的大小不同，例如所述第一孔比所述第二孔小。
  22. 22.如权利要求21所述的雷达系统，其中所述接收装置包括多个子阵列，其中每个子阵列具有与所述第一孔大小和形状基本相同的子孔。
  23. 23.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述发射装置被配置为持续地照射、例如而不顺序地扫描或指向所述区域。
  24. 24.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为形成多个接收波束。
  25. 25.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中在与返回信号表示的相应观察相关联的测距和/或距变率的全息极限内，对返回信号进行相干积分。
  26. 26.如权利要求25所述的雷达系统，其中所述全息极限与雷达系统的工作频率成反比，和/或与光速的平方成正比。
  27. 27.如权利要求25或26所述的雷达系统，其中与全息极限的适应性需要将测距限制在距变率的最大量的反比之内，和/或需要将距变率的量限制在最大测距的反比之内。
  28. 28.如权利要求24至27中任一所述的雷达系统，其中以下列不等式来表示所述极限：
    ( | dR dt | ( max ) × R ( max ) ) ≤ c 2 ( 8 × F op )
    其中R是测距，以及dR/dt是与观察相关的距变率，c是光速，以及Fop是雷达系统的工作频率。
  29. 29.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述发射装置被配置为：以足以超过针对与所述目标相关联的多普勒频移的奈奎斯特极限的速率，例如脉冲率，来照射区域中的目标。
  30. 30.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为：从所提取的数据中识别感兴趣的观察，并且存储针对所标识的观察的历史数据，例如相位和/或振幅历史。
  31. 31.如权利要求30所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为：基于所述历史数据来区分重要和不重要的观察，和/或表示一类或另一类的目标。
  32. 32.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为：将所提取的表示观察的数据存储在过程像素中，其中每个过程像素表示属性的单一集合，例如包括针对所关联的观察的时间、测距、距变率和/或多普勒频率中至少两个的组合。
  33. 33.如权利要求32所述的雷达系统，其中针对每个像素的属性包括针对相关联的观察的波束数量、子阵列数量和/或元件数量中的至少一个。
  34. 34.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述接收装置包括至少一个阵列，所述阵列包括多个接收元件或子阵列，每个元件被配置为从基本整个兴趣体积接收信号，从而形成相关联的信号信道。
  35. 35.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为通过将不同的信号信道与适合的振幅和/或相位加权相结合来形成多个波束。
  36. 36.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为形成具有基本上不同朝向的多个波束。
  37. 37.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为形成具有基本相同朝向的波束、例如基本并行的波束的多个孔。
  38. 38.如权利要求36或37所述的雷达系统，其中针对多个接收元件中的每个、和/或针对接收元件的多个子阵列中的每个形成所述波束。
  39. 39.如权利要求36至38中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为使用多个所述波束进行相位和/或振幅单脉冲角度测量。
  40. 40.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述接收装置包括接收元件阵列，例如接收元件的平面阵列和/或与已知形状类似的接收元件的非平面阵列。
  41. 41.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述雷达系统位于风电场。
  42. 42.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述雷达系统包括全息雷达。
  43. 43.如前述任一权利要求所述的雷达系统，包括第二对象，其中所述第二对象具有给定的几何学特征。
  44. 44.如权利要求43所述的雷达系统，其中所述第二对象是风力涡轮机，以及所述几何学特征包括给定的涡轮叶片长度。
  45. 45.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中来自每个所述对象的返回信号包括至少一个多普勒分量，以及所述处理装置操作用于依据针对每个对象的多普勒分量的展开来区分所述返回信号。
    基于多普勒频谱的展开的区分
  46. 46.一种雷达系统，用于区分雷达干扰源和兴趣目标，所述系统包括：用于将雷达信号发射至一区域的装置；用于接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置；以及用于处理所述返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号的装置，其中来自所述对象的所述返回信号包括至少一个多普勒分量；其中所述处理装置操作用于依据针对每个对象的所述多普勒分量的展开来区分所述返回信号。
  47. 47.如权利要求45或46所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于：如果所述至少一个多普勒分量包括在预定义多普勒频谱上的多个位置处的多个分量，则确定所述返回信号是从所述第二对象返回的。
  48. 48.如权利要求45，46或47所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于依据单个观察中的多普勒分量的所述展开来区分所述返回信号。
  49. 49.如权利要求45至48中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于：如果所述至少一个多普勒分量包括预定义多普勒频谱的本地化部分，则确定所述返回信号是从所述第一对象返回的。
  50. 50.如权利要求45至49中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于：将所述至少一个多普勒分量放置在多个离散多普勒区间中的至少一个中，以及依据所述至少一个多普勒分量位于的所述或每个多普勒区间来区分所述返回信号。
  51. 51.如权利要求50所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于：如果所述返回信号的所述至少一个多普勒分量包括位于所述多个多普勒区间之中的若干、优选一部分多普勒区间中的多个多普勒分量，则确定所述返回信号是从所述第二对象返回的，其中若干、优选为一部分多普勒区间不少于第一预定阈值，例如多个多普勒区间的5％和100％之间的阈值。
  52. 52.如权利要求50或51所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于：如果所述返回信号中的所述至少一个多普勒分量位于若干、优选为一部分多普勒区间中，则确定所述返回信号是从所述第一对象返回的，其中所述若干、优选为一部分多普勒区间不超过第二预定阈值，例如阈值包括从单个多普勒区间至多个多普勒区间的1％、2％、5％、或多达25％中的任何数量。
  53. 53.如权利要求52所述的雷达系统，其中所述若干多普勒区间表示包括环境目标、例如雨、雪或风的兴趣目标，以及所述处理装置配置用于提取与所述目标相关的信息，以用于估计能量产生设施、例如风力涡轮机或风电场的未来功率输出。
  54. 54.如权利要求46至53中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于：依据所述对象随时间而展现的多普勒特性的演变，来区分所述返回信号。
  55. 55.如权利要求54所述的雷达系统，其中所述多普勒特性的演变与时域中信号的演变相关。
  56. 56.如权利要求55所述的雷达系统，其中所述时域中信号的演变采取例如来自诸如风力涡轮机叶片等的旋转对象的闪动的形式。
  57. 57.如权利要求54至56中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于：依据多普勒特性的所述演变与模型或函数的一致性，来区分所述返回信号。
  58. 58.如权利要求57所述的雷达系统，其中所述模型或函数包括正弦、指数、二次、和/或对数模型或函数。
  59. 59.如权利要求45至57中任一所述的雷达系统，其中所述系统包括用于基于所述返回信号确定所述对象的测距的装置，以及其中所述处理装置还操作用于依据所述对象随时间的过去所确定的测距的变化来区分所述返回信号。
  60. 60.如权利要求59所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于：如果所述测距随时段而改变，则确定所述返回信号是从所述第一对象返回的。
  61. 61.如权利要求59或60所述的雷达系统，其中所述处理装置操作用于：如果所述测距在时段上基本保持不变，则确定所述返回信号是从所述第二对象返回的。
  62. 62.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述发射机装置操作用于在以相对于水平方向不小于45°的方向向上指向的发射机波束中发射所述雷达信号；所述接收装置操作用于检测从所述向上指向的发射机波束中的空中对象返回的所述雷达信号的返回信号；以及所述处理装置操作用于处理从所述空中对象返回的返回信号，从而检测和跟踪所述空中对象。
    垂直朝向雷达
  63. 63.一种用于检测和跟踪空中对象的雷达系统，所述系统包括：用于在以相对于水平方向不小于45°的方向向上指向的发射机波束中发射雷达信号的装置；用于接收从所述向上指向的发射机波束中的空中对象返回的所述雷达信号的返回信号的装置；以及用于处理从所述空中对象返回的返回信号，从而检测和跟踪所述空中对象的装置。
  64. 64.如权利要求62或63所述的雷达系统，其中所述向上指向的发射机波束包括基本垂直指向的发射机波束。
  65. 65.如权利要求62至64中任一所述的雷达系统，其中所述发射机装置被配置为在以相对于水平方向不超过45°的角度指向的至少一个其它发射机波束中发射其它雷达信号；所述接收装置被配置为接收从至少一个其它发射机波束中的对象返回的所述其它雷达信号的返回信号；以及所述处理装置操作用于处理所述接收装置所接收的所述返回信号，从而检测和跟踪所述向上的和/或所述至少一个其它波束中的对象。
  66. 66.如权利要求65所述的雷达系统，其中所述至少一个其它发射机波束包括多个发射机波束，每个发射机波束指向相对于水平方向不超过45°的角度以及指向不同的方位角。
  67. 67.如权利要求66所述的雷达系统，其中每个其它发射机波束指向相对于至少一个其它发射机波束基本呈90°和/或180°方位角的方向。
  68. 68.如权利要求66或67所述的雷达系统，其中配置所述发射机装置，使得所述其它发射机波束指向为从一体积内基本相同的位置照射所述体积。
  69. 69.如权利要求66或67所述的雷达系统，其中配置所述发射机装置，使得所述其它发射机波束指向为从所述体积内的不同位置或在所述体积的周边照射所述体积。
  70. 70.如权利要求62至69中任一所述的雷达系统，其中所述雷达系统被配置为处理从所述空中对象返回的信号，以及将所述从所述空中对象返回的信号与从包含旋转分量的例如雷达干扰源的杂波对象返回的信号进行区分。
  71. 71.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中所述接收装置操作用于通过接收机元件阵列和在多个信道中，接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号，其中每个信道与所述接收机元件中的至少一个相对应；以及其中所述处理装置操作用于将所述返回信号处理为在频域中同时表示多个波束，所述多个波束包括针对每个信道的至少一个波束。
    在波束形成之前的时频变换
  72. 72.一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的雷达系统，所述系统包括：用于将雷达信号发射至一区域的装置；用于通过接收机元件阵列和在多个信道中接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置，其中每个信道与所述接收机元件中的至少一个相对应；以及用于将返回信号处理为在所述频域中同时表示多个波束的装置，所述多个波束包括针对每个信道的至少一个波束。
  73. 73.如权利要求71或72所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为将所接收的返回信号从时域变换至频域，例如使用如所谓的快速傅立叶变换/FFT的傅立叶变换。
  74. 74.如权利要求73所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为仅在从时域到频域的变换完成之后形成所述波束。
  75. 75.如权利要求71至74中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为检测每个波束中的任意目标。
  76. 76.如权利要求75所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为针对这样形成的每个波束形成例如测距-距变率表面的迁移表面，以及被配置为使用所述迁移表面检测目标。
  77. 77.如权利要求72至74中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为针对在波束的至少一个中检测的目标来确定角度测量。
  78. 78.如权利要求77所述的雷达系统，其中所述角度测量包括相位单脉冲角度测量。
  79. 79.如权利要求77或78所述的雷达系统，其中所述角度测量包括振幅单脉冲角度测量。
  80. 80.如权利要求77至79中任一所述的雷达系统，其中所述处理装置被配置为在所述角度测量之前重新形成波束。
  81. 81.如权利要求80所述的雷达系统，其中所述波束形成和所述波束重新形成基于相同的频域数据。
  82. 82.如权利要求80或81所述的雷达系统，其中使用多个所述重新形成的波束来确定所述角度测量。
  83. 83.如前述任一权利要求所述的雷达系统，其中：所述发射装置操作用于将雷达信号从发射机元件阵列发射至一区域；所述接收装置操作用于通过接收机元件阵列和在多个信道中接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号，其中每个信道与所述接收机元件中的至少一个相对应；以及所述处理装置操作用于处理所述返回信号，以针对所述信道的每个形成接收机波束；以及其中所述发射机元件阵列中的发射机元件的数量比与每个信道相对应的接收机元件的数量多。
    宽波束发射机
  84. 84.一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的雷达系统，所述系统包括：用于将雷达信号从发射机元件阵列发射至一区域的装置；用于通过接收机元件阵列和在多个信道中接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置，其中每个信道与所述接收机元件中的至少一个相对应；以及用于处理返回信号，以针对所述信道的每个形成接收机波束的装置；其中所述发射机元件的所述阵列中的发射机元件的数量比与每个信道相对应的接收机元件的数量多。
  85. 85.如权利要求83或84所述的雷达系统，还包括用于适配所述信号从所述发射机元件的发射的装置，从而所发射的信号形成与每个所述接收机波束基本一致的发射机波束。
  86. 86.如权利要求85所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为：将所述信号适配为以与从至少一个其它发射机元件发射不同的方式，从至少一个所述发射机元件进行发射。
  87. 87.如权利要求85或86所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为：将所述信号适配为从所述发射机元件进行发射，以形成比在来自每个发射机元件的信号例如在相位和/或振幅上基本彼此相同的情况下将会形成的发射机波束宽的发射机波束。
  88. 88.如权利要求83至87中任一所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为适配所述信号的相位以从至少一个所述元件进行发射。
  89. 89.如权利要求88所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为：将所述信号的相位适配为以依据发射机阵列中元件的位置，从每个元件进行发射。
  90. 90.如权利要求83至89中任一所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为：将所述信号的振幅适配为以从至少一个所述元件进行发射。
  91. 91.如权利要求90所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为：将所述信号的振幅适配为以依据发射机阵列中元件的位置，从每个元件进行发射。
  92. 92.如权利要求83至91中任一所述的雷达系统，其中在特定形状的表面形成所述发射机元件阵列，以及其中用于适配的所述装置被配置为：将所述信号适配为从所述发射机元件进行发射，以形成比在发射机元件阵列在不同形状的表面上形成的情况下将会形成的发射机波束基本相同的发射机波束。
  93. 93.如权利要求92所述的雷达系统，其中用于适配的所述装置被配置为：将信号适配为从所述发射机元件进行发射，以形成与在发射机元件阵列在例如圆柱体、球体的曲面上形成的情况下将会形成的发射机波束基本相同的发射机波束。
  94. 94.如权利要求83至93中任一所述的雷达系统，其中所述发射机装置包括发射机元件的平面阵列。
  95. 95.如权利要求83至93中任一所述的雷达系统，其中所述发射机装置包括与已知形状一致的发射元件的非平面阵列。
  96. 96.如权利要求95所述的雷达系统，其中所述已知形状包括具有多个平面的形状，例如多平面、多面体、棱柱、测地线、和/或金字塔形状。
    其它方法方面
  97. 97.包括根据前述任一权利要求的雷达系统和所述对象的组合。
  98. 98.一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的方法，所述方法包括：将雷达信号发射至一区域；接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号；以及处理所述返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号，其中来自所述第二对象的所述返回信号包括零和非零多普勒分量，并干扰来自所述第一对象的所述返回信号；其中所述处理步骤包括：在距离所述第二对象小于基于所述对象的几何学特征的接近极限处接收到所述返回信号时，区分所述返回信号。
  99. 99.一种用于安置雷达系统的方法，所述方法包括：提供用于将雷达信号发射至一区域的装置；提供用于接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号的装置；提供用于处理所述返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号的装置，其中来自所述第二对象的所述返回信号包括零和非零多普勒分量，并干扰来自所述第一对象的所述返回信号；以及将所述接收装置安置在距离所述第二对象小于基于所述对象的几何学特征的接近极限的距离处。
  100. 100.一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标方法，所述方法包括：将雷达信号发射至一区域；接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号；以及处理所述返回信号，以区分从第一对象返回的返回信号和从第二对象返回的返回信号，其中来自所述对象的所述返回信号包括至少一个多普勒分量；其中所述处理步骤包括依据针对每个对象的所述多普勒分量的展开来区分所述返回信号。
  101. 101.一种用于检测和跟踪空中对象的方法，所述方法包括：在以相对于水平方向向上不超过45°的向上指向的发射机波束中发射雷达信号；接收从所述向上指向的发射机波束中的空中对象返回的所述雷达信号的返回信号；以及处理从所述空中对象返回的返回信号，从而检测和跟踪所述空中对象。
  102. 102.一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的方法，所述方法包括：将雷达信号发射至一区域；通过接收机元件阵列和在多个信道中，接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号，其中每个信道与所述接收机元件的至少一个相对应；将所述返回信号处理为在频域中同时表示多个波束，所述多个波束包括针对每个信道的至少一个波束。
  103. 103.一种用于区分雷达干扰源和兴趣目标的方法，所述方法包括：将雷达信号从发射机元件阵列发射至一区域；通过接收机元件阵列和在多个信道中接收从所述区域内返回的所述雷达信号的返回信号，其中每个信道与所述接收机元件的至少一个相对应；以及处理返回信号，以针对所述信道的每个来形成接收机波束；其中所述发射机元件阵列中的发射机元件的数量比与每个信道相对应的接收机元件的数量多。
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