DE60109990T2

DE60109990T2 - Monopuls-Radar-Prozessor zur Bestimmung des Azimuth- und Elevationswinkels zweier Ziele über eine Matrix von Amplitudenverhältnissen

Info

Publication number: DE60109990T2
Application number: DE60109990T
Authority: DE
Inventors: Kai-Bor Yu; Yibin Charlottesville Zheng
Original assignee: Lockheed Martin Corp
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: US6404379B1; EP1167995A3; EP1167995A2; DE60109990D1; EP1167995B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anordnungen, Systeme oder Empfänger, bei denen Monopuls-Verfahren verwendet werden, beispielsweise auf Empfänger, welche zur Radarüberwachung oder für Funkfrequenz(HF)-Geschosssuchvorrichtungen verwendet werden, insbesondere auf verbesserte Anordnungen zum Lokalisieren von Zielen, einschließlich bis zu zwei Zielen innerhalb des Hauptstrahls einer Antenne.
Ein Monopuls-Antennensystem weist mehrere Antennenelemente auf, die das Signal empfangen, dessen Lage zu identifizieren ist, und außerdem mehrere Koppler, die die Signale von verschiedenen Kombinationen der Antennenelemente, um Summensignale zu erzeugen, und Azimuth- und Elevations-Differenzsignale hinzufügen. Eine Art einer bekannten Monopuls-Antenne hat vier Speisehörner am Fokus eines Reflektors, und eine Monoplus-Gruppenantenne kann mehrere Antennenelemente aufweisen, die strahlenförmig sind, um die gewünschten Summen- und Differenzsignale zu erzeugen. Im Zusammenhang mit diesen Antennen wird der Ausdruck "Azimuth" und "Elevation" üblicherweise verwendet, wobei sich diese bevorzugt auf zwei wechselseitig-orthogonale Messungen als auf aktuelle Orientierungen beziehen.
Bei einem Monoplus-Antennensystem wird das Vorhandensein des Ziels durch die Existenz eines Signals innerhalb des Summenstrahls bestimmt. Bei dem Vorhandensein eines Ziels, welches aus dem Summenstrahl bestimmt wird, wird das Elevationsdifferenzsignal durch das Summensignal dividiert, um einen Wert zu erzeugen, der den Elevationswinkel einrichtet, und das Azimuth-Differenzsignal wird durch das Summensignal dividiert, welches den Azimuthwinkel bestimmt. Die Quotienten der Unterteilungen werden bei Nachschlagetabellen angewandt, um die entsprechende Winkellage innerhalb eines Antennenstrahls zu bestimmen.
Die Keulenbreite einer Antenne bezieht sich invers auf die Abmaße einer Antenne gemessen in Wellenlängen; wenn die Antenne kleiner in bezug auf die Wellenlänge wird, wird die Keulenbreite größer. Einige Systeme, beispielsweise Radarsysteme oder RF-Geschosssuchsysteme ermitteln und spüren ihre Ziele unter Verwendung der Hauptkeule einer Antenne auf. Allgemein müssen mobile Einrichtungen kleine Antennen verwenden, sogar, wenn sie bei der höchsten praktisch anwendbaren Frequenz betrieben werden, wodurch die Antenne somit dazu neigt, einen breiten Hauptstrahl zu haben, der Grenzen in Bezug auf die Fähigkeit eines Systems auferlegt, um eng beabstandete Quellen zu identifizieren, welche im Fall eines Geschosses bewirken könnten, dass das Geschoss einen Köder ansteuern könnte, der in der Nähe des aktuellen Ziels angeordnet ist, oder aufgrund von terrestrischen Reflexionen ansteuern könnte.
Im Zusammenhang eines Suchradarsystems auf terrestrischer Basis erfordert die Zeit, die erforderlich ist, die Bereichsabtastung zu beenden, dass der Antennenstrahl relativ breit oder groß ist. Außerdem begünstigt ein fortschrittliches Suchradar einen Niedrigfrequenzbetrieb für Niedrig-Radar-Querschnitt (RCS)- Zielermittlungsvorteil. Somit ist es wahrscheinlich, dass der Antennenstrahl der Abtastradarantenne, der breit ist, mehrere Ziele enthält. Die Nachschlagetabellen von einem Monopuls-Antennensystem können Winkel beim Vorhandensein von mehreren Zielen innerhalb des Hauptstrahls der Antenne nicht bereitstellen. Es wird eine verbesserte Monopuls-Ziel- oder Quellenlage gewünscht.
Beispielsweise wurden fortschrittliche Luftverteidigungs-Geschosssucher entwickelt. Erforderlich ist, dass der Sucher die Fähigkeit hat, ankommende taktische ballistische Geschosse (TBM), Cruise Missile und Flugkörper aufzuspüren und diese Ziele automatisch anzusteuern. Winkeltäuschungsverfahren, beispielsweise Schleppköder und terrestrische Störung haben sich als reale Bedrohungen herausgestellt, um Geschossaufspürung und automatisches Ansteuern eines Ziels zu verweigern. Radare auf terrestrischer Basis wurden außerdem entworfen, die jedoch empfänglich sind, mehrere Ziele innerhalb des Hauptstrahls zu haben. Zusätzlich wurden fortgeschrittene künstliche Aperturradarsysteme (SAR) entwickelt, welche widrigen Bedrohungen eine elektronische Gegenmaßnahme (ECM) entgegensetzt, einschließlich Hauptstrahl-Täuschungs-Störsender. Als nächste Generation wurde ein Schifffeuer-Steuerradar entwickelt, welches in widriger Hauptkeulen-Störsender-Umgebung betrieben wird.
Frühere Arbeiten für Mehrfachziel-Winkelschätzung innerhalb des Hauptstrahls umfassen die Erweiterung der Monopuls-Technik und moderne Hilfsraum-Eigenstruktur-Analyse. Monopuls-Verarbeitungsverfahren für Mehrfachziele sind erläutert in "Multiple Target Monopuls Processing Techniques", durch Peebles und Berkowitz, IEEE Transactions on Aerospace and Electronics Systems, Band AES-4, Nummer 6, November 1968. Das hier offenbarte Verfahren erfordert jedoch Spezialantennenkonfigurationen, die viel komplizierter sind als die Summendifferenzkanäle, welche normalerweise bei Monopuls-Radaren verwen det werden. Außerdem erfordert das vorgeschlagene Verfahren allgemein sechs Strahlen, um zwei Ziele aufzulösen. Der Artikel "Complex Indicated Angles Applied to Unresolved Radar Target and Multipath", von Sherman, IEEE Transaction on Aerospace and Electronics Systems", Band AES-7, Nummer 1, Januar 1971 kommt zum Schluss, dass mit einer herkömmlichen Monopulskonfiguration eine Einzelpulslösung unmöglich ist. Dieser Artikel offenbart ein Verfahren, zwei Ziele unter Verwendung von unabhängigen Messungen aufzulösen, wobei dies jedoch an sich kein "Monopuls"-Verfahren ist.
Moderne hochauflösende Signalteilraum-Algorithmen, beispielsweise MUSIK, Verzeichnis-MUSIK (root-MUSIK), Minimalnorm-Algorithmen und weitere überwinden die Keulenbreiten-Beschränkung durch Anwenden von Messungen über Mehrfachkanäle mit einer multiplen Anzahl von Schnappschüssen. Es ist wesentlich, dass diese Algorithmen von der Eigenstruktur der Covarianz-Matrix von Sensorausgangssignalen Gebrauch machen, um die Anzahl von Signalquellen und die Ankommrichtung (DOA) der Quellen zu schätzen. Diese Verfahren zeigen eine Hochauflösungsfähigkeit dahingehend, dass sie eine praktische Einrichtung zum Trennen in eine kleinere als die Rayleigh-Auflösungsgrenze anbieten, die durch die Antennenaperturgröße bestimmt wird. Diese herkömmlichen Superauflösungs-Algorithmen, beispielsweise MUSIK, sind jedoch rechenintensiv, da sie zweidimensionale Mannigfaltigkeitssuche erfordern. Außerdem erfordern diese Verfahren Mehrfachschnappschüsse für eine Covarianz-Matrixschätzung.
Mehrere Veröffentlichungen offenbaren kürzlich entwickelte hochauflösende Verfahren zum Auflösen von einer Planar-Antennengruppe mit mehreren auftreffenden Quellen auf der Basis eines zweidimensionalen Arbeitsspeicher-Findungsverfahren, beispielsweise PRIME-MUSIC, und das Invarianzprinzip, beispielsweise ESPRIT. Diese Veröffentlichungen umfassen: "Structurell null space problem", SPIE conference on Advanced Signal Processing Algorithms, Architectures, and Implementations VIII, Juli 22–24, 1998, San Diego, CA, Band 3461, Seite 280–285, von F.T. Luk und K.B. Yu; "A Class of Polynomial Rooting Algorithms for Joint Azimuth/Elevation Estimation Using Multidimensional Arrays", bei der 28.sten Asilomar Conference on Signals, Systems Computers, Pacific Grove, CA, 1994 von G.F. Hatke und K.W. Forsythe; und "ESPRIT-Estimation of Signal Parameters Via Rotational Invariant Techniques", IEEE Transaction of Acoustics Speech, Signed Processing, Band 37, Seite 984–995, Juli 1989, von R. Roy und T. Kailath. Diese Verfahren gebrauchen Mehrfachschnappschüsse zur Covarianz-Matrixsammlung und können an den Zielschwankungen zwischen Impulsen leiden. Außerdem kann es keine Zeit für Mehrfachmessungen geben, insbesondere, wenn Pulskompression dazu verwendet wird, ein feines Bereichsdopplerprofil zu erzeugen. Ein Einzelschnappschussverfahren auf der Basis von vier Monopuls-Kanälen ist ebenfalls bekannt und basiert auf der Messung vom Modulieren, wobei der Algorithmus eine quadratische Gleichung ausführt, der eine lineare Gleichung folgt.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und ein System zum Identifizieren des Ortes oder einer Winkelrichtung eines Einzelziels innerhalb des Hauptstrahls einer Monopuls-Antenne.
Die vorliegende Erfindung verwendet außerdem ein Monopuls-Verhältnis-Verarbeitungsverfahren, um die Lage oder die Winkelrichtung eines Einzelziels innerhalb des Hauptstrahls einer Monopuls-Antenne zu identifizieren, wie dies in S-M. Sherman "Monopuls Principles and Techniques", Artech House, Seite 339–343 oder in der US-A 5 371 506 erläutert ist.
Insbesondere richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren und ein System zum Identifizieren der Orte von mehreren Zielen, die innerhalb eines Hauptstrahls einer Monopuls-Antenne liegen, welche vier Ports zum Erzeugen von Summen-, Elevationsdifferenz-, Azimuthdifferenz- und Doppeldifferenzsignalen aufweist. Das Verfahren umfasst den Schritt, eine Monopuls-Verhältnis-Matrix aus den Summen-, Elevationsdifferenz-, Azimuthdifferenz- und Doppeldifferenzsignalen zu bilden. Es werden Eigenwerte der Monopuls-Verhältnis-Matrix bestimmt, und die Werte der Eigenwerte werden dazu verwendet, die Winkelorte der mehreren Ziele zu bestimmen. Vorzugsweise werden die Eigenwerte dadurch bestimmt, dass eine Eigenwert-Dekomposition der komplexen Monopuls-Verhältnis-Matrix durchgeführt wird, um komplexe Eigenwerte zu erzeugen, wobei der Azimuth- und Elevationswinkel des Ziels vom Real- und Imaginärteil des Eigenwerts unter Verwendung einer Nachschlagetabelle bestimmt werden kann.
Weitere Vorteile der Erfindung werden aus einer Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich, die mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen angegeben wird, welche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung spezifizieren und zeigen.
1 ist eine vereinfachte Darstellung eines Geschosses, welches einen Zielflugkörper angreift, der einen Repeater verwendet und eine Attrappe schleppt;
2a ist eine vereinfachte Darstellung der körperlichen Anordnung einer Antenne, die aus Mehrfachhorn-Antennen besteht, und 2b ist eine vereinfachte Blockdarstellung, welche die Verbindungen der Hörner von 2a zeigt, um Monopuls-Signale gemäß einem Merkmal der Erfindung zu erzeugen;
3 zeigt, wie ein Monopuls-Verhältnis dazu verwendet werden kann, einen Zielwinkel zu bestimmen;
4 zeigt allgemein ein Matrix-Monoplus-Verhältnis-Verarbeitungsverfahren gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt eine herkömmliche Monopuls-Winkelschätzung, wenn es zwei Quellen gibt, die in einem Hauptstrahl geladen sind; und
6 zeigt die Ergebnisse, die bei der vorliegenden Erfindung für zwei Winkelschätzungen erhalten werden.
In 1 ist ein Flugzeug 10 so gezeigt, als ob es durch ein Geschoss 12 attackiert wird. Das Geschoss 12 bestimmt die Lage des Zielflugzeugs 10 unter Verwendung eines Radars unter Verwendung von Monopuls-Verfahren. Das Zielflugzeug 10 verteidigt sich selbst mittels zwei unterschiedlicher Verfahren, nämlich durch Verwendung eines Köders 14 und durch Verwendung eines auf den Boden zeigenden Transponders 10t. Verschiedene Radarsignale werden erzeugt und über das Geschoss 12 abgestrahlt, welche durch "Blitzpfeil"-Symbole dargestellt werden, die Antennenstrahlen 20a, 20b und 20c₁ bilden. Antennenstrahten 20a, 20b und 20c₁ können entweder simultan oder nacheinander erzeugt werden. Der Antennenstrahl 20a ist in Richtung auf den Köder 24 gerichtet, der Strahl 20b ist in Richtung auf das Flugzeug gerichtet, und der Strahl 20c₁ ist in Richtung auf den Boden bei einer Stelle 20g gerichtet.
Da der Köder 14 kleiner ist als das Flugzeug, wird dessen Radarerkennungscode oder Reflexion, wie dieses durch das Geschoss in Bezug auf den Strahl 20a wahrgenommen wird, üblicherweise kleiner sein als die des Flugzeugs, die in Bezug auf den Strahl 20b wahrgenommen wird. Bei einem Angriff, um den Köder in Bezug auf das Geschoss 12 erkennbar zu machen, dass dieses größer ist als Flugzeug, umfasst der Köder einen Transponder 14t, der die übertragenen Radarsignale, die über einen Antennenstrahl 20a oder 20b ankommen, empfängt, wobei über Kabel zwischen Flugzeug 10 und dem Köder 14 kommuniziert wird, und verstärkt und überträgt die Signale zurück. Die verstärkten und zurückübertragenen Signale verfolgen ihre Pfade über den Strahl 20a zurück und kommen hinter dem Geschoss mit größerer Amplitude an als die Signale, welche über den Antennenstrahl 20b übertragen und durch das Flugzeug 10 reflektiert werden.
Das Flugzeug 10 von 1 kann seinen auf dem Boden gerichteten Transponder l0t in einer Weise betreiben, um diejenigen Signale, welche über das Geschoss 12 übertragen werden, über den Antennenstrahl 20c₁ zurück zu übertragen, der von diesem Bereich der Erdfläche reflektiert wird, der in der Nähe der Stelle 20g liegt und am Flugzeug 10 über den Pfad 20c₂ ankommt. Zumindest einiges der Energie, die durch den Transponder 10t zurück übertragen wird, fließt längs des Pfads 20c₂ , wird von der Stelle 20g reflektiert und fließt zurück längs des Pfads 20c₁ zum Geschoss. Der Transponder 10t kann anstelle des Köders 14 verwendet werden oder in Verbindung mit dem Köder 14, oder der Köder 14 kann alleine verwendet werden. Unabhängig davon, welche Verteidigungstechnik durch das Flugzeug 10 verwendet wird, empfängt das Geschoss starke Signale von Richtungen, welche nicht die Richtung des Zielflugzeugs sind, und folglich ist das Geschoss nicht in der Lage, die Richtung des Flugzeugs in bezug auf das Geschoss korrekt zu identifizieren.
Das Problem der Identifizierung des genauen Ziels wird verschlimmert, wenn der Hauptstrahl oder die Hauptkeule der Antenne relativ breit ist, da der Hauptstrahl des Radars des Geschosses 12 gegenüber dem Flugzeug 10 und dem Köder 14 gegenüberliegen kann oder sowohl dem Flugzeug 10 als auch dem Bodenreflexionsbereich 20g. Diese Sachlage ist äquivalent den Strahlen 20a und 20b von 1 oder den Strahlen 20b und 20c, welche Teile eines Strahls sind.
Wenn der Hauptstrahl zwei Zielen gegenüberliegt, ist das herkömmliche Monopuls-System nicht in der Lage, die Signale zu trennen, und somit wird ein kombiniertes Signal dazu verwendet, auf eine Nachschlagetabelle zu zugreifen, welche die Form des Hauptstrahls quantifiziert, mit dem Ergebnis, dass die beiden Ziele als eines fehl-identifiziert werden können, und die Lage des "einzelnen" Ziels fehlerhaft sein wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und ein System bereitgestellt, bei dem ein Monopuls-Radarsystem in der Lage ist, das Flugzeug 10 und den Köder 14 separat zu identifizieren, und die separaten Positionen dieser beiden Objekte korrekt zu identifzieren.
2a ist eine vereinfachte reale Darstellung von einer Vier-Horn-Monopuls-Antenne 200. In 2a wird jede von Vier-Horn-Aperturen, welche allgemein einfach als Hörner bezeichnet werden, mit 201, 202, 203 und 204 bezeichnet. Das Horn 201 liegt über dem Horn 203, und das Horn 202 liegt über dem Horn 204, und die Hörner 201 und 202 liegen über einer horizontalen Trennebene H. Ähnlich liegen die Hörner 201 und 203 auf der linken Seite, und die Hörner 202 und 204 liegen auf der rechten Seite einer vertikal orientierten Trennebene V. 2b ist eine vereinfachte Darstellung der Verbindungen von Hörnern 201, 202, 203 und 204 der Antenne 200 von 2a zum Erzeugen von Summen- und Differenzstrahlen.
Insbesondere ist, wie in 2b gezeigt ist, ein Ausgangsanschluss 201P des Horns 201 mit nichtinvertierenden (+) Eingangsanschlüssen von Summenbildungsschaltungen oder Addierern 210, 214 und 218 verbunden; und ein Ausgangsanschluss 202P des Horns 202 ist mit nichtinvertierenden Eingangsanschlüssen von Summenbildungsschaltungen 210, 216 und 220 verbunden. Ein Ausgangsanschluss 203P des Horns 203 ist mit nichtinvertierenden Eingangsanschlüssen von Summenbildungsschaltungen 212, 214 und 220 verbunden; und ein Ausgangsanschluss 204P des Horns 204 ist mit nichtinvertierenden Eingangsanschlüssen von Summenbildungsschaltungen 212, 216 und 218 verbunden. Als Ergebnis dieser Verbindungen zeigt das Signal am Ausgangsanschluss 210o der Summenbildungsschaltung 210 die Summe der Signale der Hörner 201 und 202, oder in der Darstellung nach 2b "(1 + 2)". Ähnlich zeigt das Ausgangssignal am Ausgangsanschluss 2120 der Summenbildungsschaltung 212 die Summe der Signale der Hörner 203 und 204 oder (3 + 4), und das Ausgangssignal am Ausgangsanschluss 214o der Summenbildungsschaltung 214 zeigt (1 + 3). Das Ausgangssignal am Ausgangsanschluss 216o der Summenbildungsschaltung 216 zeigt (2 + 4), das Ausgangssignal am Ausgangsanschluss 218o der Summenbildungsschaltung 218 zeigt (1 + 4), und das Ausgangssignal am Ausgangsanschluss 220 der Summenbildungsschaltung 220 zeigt (2 + 3).
Gemäß 2b hat eine Summenbildungsschaltung 222 nichtinvertierende Eingangsanschlüsse, die mit Ausgangsanschlüssen 210o und 212o der Summenbildungsschaltungen 210 bzw. 212 verbunden sind, um an ihrem Ausgangsanschluss 222o das Summensignal (Σ), zu bilden, welches zeigt (1 + 2) + (3 + 4). Eine Summenbildungsschaltung 224 besitzt einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 210o der Summenbildungsschaltung 210 verbunden ist, und einen invertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 212o der Summenbildungsschaltung 212 verbunden ist, um an ihrem Ausgangsanschluss 224o das Elevationsdifferenzsignal (∆_EL) zu erzeugen, welches zeigt (1 + 2) - (3 + 4). Eine Summenbildungsschaltung 226 hat einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 214o der Summenbildungsschaltung 214 gekoppelt ist, und besitzt außerdem einen invertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 216o der Summenbildungsschaltung 216 verbunden ist, um an ihrem Ausgangsanschluss 226o das Azimuthdifferenzsignal (Δ_AZ) zu erzeugen, welches zeigt (1 + 4) - (2 + 3). Eine Summenbildungsschaltung 228 besitzt einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 218o der Summenbildungsschaltung 218 verbunden ist, und sie besitzt außerdem einen invertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 220o der Summenbildungsschaltung 220 verbunden ist, um an ihrem Ausgangsanschluss 228o das doppelte Differenzsignal (Δ_Δ) zu erzeugen, welches zeigt (1 + 3) – (2 + 4).
Es sollte verstanden sein, dass die Anordnung von 2a und 2b lediglich eine Art einer Monopuls-Signalerzeugungsantenne zeigt. Andere Arten sind bekannt, einschließlich einer Gruppenart, bei der der Strahlenbildner die gewünschten Strahlen unmittelbar er zeugt, wobei diese anderen Arten von Monopuls-Antennen in einem System nach der Erfindung verwendet werden können, solange sie eingerichtet sind, zumindest die Summensignale und Azimuth-Elevations- und Doppeldifferenzsignale zu erzeugen.
Üblicherweise werden das Summensignal und die Azimuth- und Elevationssignale dazu verwendet, den Ort eines Ziels zu bestimmen. Insbesondere können für eine einzelne Zielwinkelschätzung die Azimuth- und Elevationswinkel dadurch bestimmt werden, dass zunächst das Azimuth- und Elevations-Monopuls-Verhältnis unter Verwendung der herkömmlichen Summen-, Azimuthdifferenz- und Elevations-Differenzstrahlen gebildet wird, die durch die folgenden Gleichungen angegeben werden:
Das Monopuls-Verhältnis in Bezug auf eine Abweichungswinkel-Zielrichtung kann aus einer Nachschlagetabelle gelesen werden und ist in 3 gezeigt.
Wenn es zwei Quellen innerhalb des Radarstrahls gibt, können die Monopuls-Verhältnisse nicht länger eine Winkelinformation der Ziele angegeben. Um die beiden Quellen innerhalb des Hauptstrahls aufzulösen, ist ein Zusatzkanal erforderlich. Die vorliegende Erfindung verwendet einen Doppeldifferenzstrahl, der früher beschrieben wurde, als diesen Zusatzkanal. Dieser Kanal wird üblicherweise nicht bei einem herkömmlichen Radarsystem verwendet. Bei einem fortschrittlichen Radarsystem wurde der Doppeldifferenzstrahl als Hilfsstrahl für eine Hauptkeulenstörsender-Löschanwendung verwendet. Gemäß dieser Erfindung kann dieser Kanal auch dazu verwendet, die folgenden Monopuls-Verhältnisse zu erzeugen, für welche der Azimuth- und Elevationswinkel durch die Nachschlagetabelle wie vorher bestimmt werden kann:
Die Monopuls-Verhältnisse, welche durch (3) und (4) berechnet wurden, werden gleich denjenigen sein, die durch (1) und (2) berechnet wurden, vorausgesetzt, dass die An tennengruppe planar-rechteckig oder allgemein die Muster die folgenden allgemeinen Trennbedingungen erfüllen müssen: ΣΔΔ = ΔAΔE (5)
Diese Bedingung ist auch erforderlich, das Monopuls-Verhältnis bei adaptiver Hauptkeulen-Aufhebung zu erhalten. Die Monopuls-Verhältnisse, welche von den beiden Verhältnissen hergeleitet werden, können als Übereinstimmungsprüfung zum Bestimmen eines oder mehrerer Ziele verwendet werden. Für das Vorhandensein eines Ziels dienen die Monopuls-Verhältnisse, welche die Gleichungen (1)–(4) verwenden, als unabhängige Schätzung, und werden daher gemittelt, um eine bessere Schätzung zu bekommen. Im Fall von zwei Zielen innerhalb des Hauptantennenstrahls werden die Azimuth- und Elevations-Monopuls-Werte, welche von (1) und (3) und (2) und (4) hergeleitet werden, nicht gleich werden. In Wirklichkeit haben der Azimuth-Monopuls-Wert (Gleichung (1)) und der Elevations-Monopuls-Wert (unter Verwendung von Gleichung (2)) und zwei vorhandenen Quellen die folgenden Gleichungen:
Hier sind die Monopuls-Werte (m_A1, m_E1) und (m_A2, m_E2) die Monopuls-Werte von zwei Zielen. Die Monopuls-Werte, welche die Differenzverarbeitung verwenden (Gleichung (3) und (4)) werden durch folgendes angegeben:
Dies sind gewichtete Durchschnittswerte der entsprechenden Azimuth- und Elevations-Monopuls-Werte der beiden Quellen. Die Wichtungen sind die Summen- bzw. die Differenzmusterwerte. Dieser Monopuls-Wert-Übereinstimmungstest kann zur Bestimmung für eine oder zwei Quellen verwendet werden. Wenn sie gleich oder beieinander sind, gibt es eine Quelle, und die Monopuls-Werte können gemittelt werden, um eine bessere Schätzung zu ergeben. Wenn sie unterschiedlich sind, gibt es dann mehr als ein Ziel, und man kann die folgenden verallgemeinerten Matrix-Monopuls-Verhältnisse verwenden:
wobei V die Eigenvektor-Matrix ist. Die Monopuls-Verhältnis-Matrix hat Information des Zielwinkels in Eigenwerten, welche sich gleich den Monopuls-Verhältnis-Werten der darunterliegenden Ziele erweisen. Aus Einfachheitsgründen sollen die folgende verallgemeinerte Summen- und Differenz-Matrizen definiert werden: MA = Σ ^A –1Δ ^A (11)wobei
Ähnlich wird für die Elevations-Winkel-Schätzung das folgende Matrix-Monopuls-Verhältnis hergeleitet: ME = Σ ^E –1Δ ^E (13)wobei
Die Elevations-Monopuls-Verhältnis-Matrix hat die folgende Eigenwert-Dekomposition, von der die Elevations-Winkel von einer Nachschlagetabelle bestimmt werden können:
Das Matrix-Monopuls-Verhältnis-Verarbeitungsverfahren kann wie folgt zusammengefasst werden:

(1) Bilde die Matrix-Monopuls-Verhältnisse (Gleichung (11) und (13));
(2) Bestimme die Eigenwerte der Monopuls-Verhältnis-Matrix (Gleichung (10) und (15));
(3) Bestimme die Winkel von der Nachschlagetabelle (3);
(4) Bestimme das Paaren der Azimuth- und Elevationswinkel auf der Basis der Ähnlichkeit der Eigenvektoren (Gleichungen (10) und (15)).

Dieser Algorithmus erfordert eine Zwei-Eigenwert-Dekomposition und Azimuth- und Elevations-Winkelpaarung. Diese Positur kann weiter dadurch verfeinert werden, dass die obige Azimuthwinkel- und Elevationswinkel-Matrixverarbeitung die folgenden komplexen Gleichungen verwenden:
Damit ist lediglich eine Eigenwert-Dekomposition erforderlich, und die Azimuth- und Elevationswinkel werden automatisch gepaart. Der Winkelschätzungsalgorithmus, bei dem der Monopuls-Verhältnis-Übereinstimmungstest und die Eigenwert-Dekomposition der Monopuls-Verhältnis-Matrix verwendet werden, ist in 4 zusammengefasst.
Wie in 4 gezeigt ist, werden bei 402 die Σ, Δ_Δ, Δ_E, und Δ_Δ – Werte dazu verwendet, die Monopuls-Verhältnisse zu bestimmen. Bei 404 werden diese Verhältnisse dazu verwendet, zu bestimmen, ob es ein Ziel oder zwei Ziele gibt. Wenn es ein Ziel gibt, werden dann bei 406 die Azimuth- und Elevationswinkel des Ziels von einer Nachschlagetabelle erhalten, wobei die Monopuls-Verhältnisse verwendet werden. Wenn zwei Ziele vorhanden sind, wird bei 410 die komplexe Monopuls-Verhältnis-Matrix eingerichtet, und bei 412 wird eine Eigenwert-Dekomposition der Matrix durchgeführt. Dann werden bei 414 die Azimuth- und Elevationswinkel für die Ziele von einer Nachschlagetabelle unter Verwendung der extrahierten Real- und Imaginärwerte der Eigenwerte erhalten.
Es wird ein Beispiel verwendet, um die Super-Auflösungsfahigkeit dieses Verfahrens zu zeigen. Die Antenne ist zirkular mit einem Durchmesser von 9 Inches entsprechend der Keulenbreite von 6 Grad. Es werden zwei Quellen von Azimuth- und Elevations-Winkeln von (0,0) und (3,3) mit gleichen Signal-Rausch-Verhältnissen von 30 dB simuliert. Herkömmliche Monopuls-Verarbeitungsschätzungen von 200 Simulationen werden ausgeführt und sind in 5 dargestellt. Die gezeigten Winkelschätzungen liegen längs der Linie 502, welche die beiden Quellen verbinden, wie durch die gewichteten Gleichungen in den Gleichungen (6–9) vorgeschlagen. Das Anwenden der Matrix-Monopuls-Verhältnisse zeigt, dass es zwei verschiedene Quellen gibt, wobei jede Winkelschätzung um ihre wirkliche Winkellage streut, wie bei 602 und 604 in 6 gezeigt ist.

Claims

Verfahren zum Verarbeiten von Information in einem Hauptstrahl einer Monopuls-Antenne, welche vier Ports aufweist, um Summen-, Elevationsdifferenz-, Azimuthdifferenz- und Doppeldifferenzsignale zu erzeugen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bilden (402) eines Satzes von Monopulsverhältnissen für die Summen-, Elevationsdifferenz-, Azimuthdifferenz- und Doppeldifferenzsignale; und Vergleichen (404) der Verhältnisse, um zu bestimmen, ob es ein Ziel oder zwei Ziele gibt, die innerhalb des Hauptstrahls liegen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches außerdem den Schritt aufweist, wenn es ein Ziel gibt, welches innerhalb des Hauptstrahls liegt: Durchschnittswertbildung gebildeter Verhältnisse, um Azimuth- und Elevationswinkel für dieses Ziel zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches außerdem den Schritt aufweist, wenn es zwei Ziele gibt, welche innerhalb des Hauptstrahls liegen: weiteres Verarbeiten des Summen-, Elevationsdifferenz-, Azimuthdifferenz- und Doppeldifferenzsignals, um Azimuth- und Elevationswinkel für jedes der Ziele zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 3, welches außerdem folgende Schritte aufweist: Bilden (410) einer Monopuls-Verhältnis-Matrix von den Summen-, Elevationsdifferenz-, Azimuthdifferenz- und Doppeldifferenzsignalen; Bestimmen (412) von Eigenwerten der Monopuls-Verhältnis-Matrix; und Verwenden der Eigenwerte, um Winkelorte der mehreren Ziele zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Bestimmungsschritt den Schritt aufweist, eine Eigenwert-Dekomposition der Monopuls-Verhältnis-Matrix durchzuführen, um Eigenwerte zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei: der Bildungsschritt (410) folgende Schritte aufweist: i) Bilden einer Monopuls-Verhältnis-Azimuth-Matrix, und ii) Bilden einer Monopuls-Verhältnis-Elevations-Matrix; der Bestimmungsschritt (412) folgende Schritte aufweist: i) Bestimmen einer Eigenwert-Dekomposition der Monopuls-Verhältnis-Azimuth-Matrix, und ii) Bestimmen einer Eigenwert-Dekomposition der Monopuls-Verhältnis-Elevations-Matrix; und der Verwendungsschritt (410) folgende Schritte aufweist: i) Verwenden von Eigenwerten der Monopuls-Verhältnis-Azimuth-Matrix, um Azimuthwinkel der Ziele zu bestimmen, und ii) Verwenden der Eigenwerte der Monopuls-Verhältnis-Elevations-Matrix, um Elevationswinkel der Ziele zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt zum Verwenden der Eigenwerte den Schritt aufweist, die Paarung von Azimuth- und Elevationswinkeln der Ziele auf der Basis der Ähnlichkeit der Eigenvektoren der Monopuls-Verhältnis-Azimuth- und Elevationsmatrizen zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Schritt zum Verwenden der Eigenwerte den Schritt zum Verwenden der Eigenwerte aufweist, um Winkel der Ziele von einer Nachschlagetabelle zu erlangen.
System, welches angepasst ist, die Orte mehrerer Ziele zu identifizieren, die innerhalb eines Hauptstrahls einer Monopuls-Antenne liegen, die vier Ports aufweist, um Sum men-, Elevationsdifferenz-, Azimuthdifferenz- und Doppeldifferenzsignale zu erzeugen, wobei das System aufweist: eine Einrichtung (402), die angepasst ist, einen Satz von Monopuls-Verhältnissen von den Summen-, Elevationsdifferenz-, Azimuthdifferenz- und Doppeldifferenzsignalen zu bilden; und eine Einrichtung (404), die angepasst ist, die Verhältnisse zu vergleichen, um zu bestimmen, ob es ein Ziel oder zwei Ziele gibt, die innerhalb des Hauptstrahls liegen.
System nach Anspruch 9, welches außerdem eine Einrichtung aufweist, die angepasst ist, gebildete Verhältnisse zu mitteln, um Azimuth- und Elevationswinkel für das eine Ziel zu bestimmen, in dem Fall, dass ein Ziel gibt, welches innerhalb des Hauptstrahls liegt.
System nach Anspruch 9 oder 10, welches außerdem eine Einrichtung aufweist, die angepasst ist, die Summen-, Elevationsdifferenz-, Azimuthdifferenz- und Doppeldifferenzsignale weiter zu verarbeiten, um Azimuth- und Elevationswinkel für jedes der Ziele zu bestimmen, in dem Fall, wo es zwei Ziele gibt, die innerhalb des Hauptstrahls liegen.
System nach Anspruch 11, welches außerdem aufweist: eine Einrichtung (410) zum Bilden einer Monopuls-Verhältnis-Matrix von den Summen-, Elevationsdifferenz-, Azimuthdifferenz- und Doppeldifferenzsignalen; eine Einrichtung (412) zum Bestimmen der Eigenwert-Dekomposition der Monopuls-Verhältnis-Matrix; und eine Einrichtung (410) zum Verwenden der Eigenwertvektoren, um die Winkelorte der mehreren Ziele zu bestimmen.
System nach Anspruch 12, wobei die Bestimmungseinrichtung die Einrichtung aufweist, um eine Eigenwert-Dekomposition der Monopuls-Verhältnis-Matrix durchzuführen, um Eigenwerte zu erzeugen.
System nach Anspruch 12, wobei: die Bildungseinrichtung (410) aufweist: i) eine Einrichtung zum Bilden einer Monpuls-Verhältnis-Azimuth-Matrix, und ii) eine Einrichtung zum Bilden einer Monopuls-Verhältnis-Elevations-Matrix; die Bestimmungseinrichtung (412) aufweist: i) eine Einrichtung zum Bestimmen einer Eigenwert-Dekomposition der Monopuls-Verhältnis-Azimuth-Matrix, und ii) eine Einrichtung zum Bestimmen einer Eigenwert-Dekomposition der Monopuls-Verhältnis-Elevations-Matrix; und die Verwendungseinrichtung (414) aufweist: i) eine Einrichtung zum Verwenden der Eigenwerte der Monopuls-Verhältnis-Azimuth-Matrix, um Azimuthwinkel der Ziele zu bestimmen, und ii) eine Einrichtung zum Verwenden der Eigenwerte der Monopuls-Verhältnis-Elevations-Matrix, um Elevationswinkel der Ziele zu bestimmen.
System nach Anspruch 14, wobei die Verwendungseinrichtung die Einrichtung aufweist, um eine Paarung von Azimuth- und Elevationswinkel der Ziele auf der Basis der Ähnlichkeit der Eigenwertvektoren der Monopuls-Verhältnis-Azimuth- und Elevations-Matrizen zu bestimmen.
System nach Anspruch 12, wobei die Verwendungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, um die Eigenwerte zu verwenden, um Winkel der Ziele von einer Nachschlagetabelle zu erlangen.