ES2281968T3 - Metodo de proceso que utiliza una forma de onda avanzada para el funcionamiento de un radar biestatico coherente y de banda ancha, no enclavado. - Google Patents
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Abstract
Un método (30) para detectar un blanco (13) usando un transmisor (11) y un receptor (12) no enclavados de un sistema de radar biestático (10), que comprende las etapas de: transmitir (31) una secuencia continua de impulsos que contiene conjuntos predeterminados de frecuencias y diagramas suma y diferencia; explorar un haz de recepción con dirección hacia el blanco (13); recibir (32) la energía transmitida por el transmisor (11) y reflejada por un blanco (13); rechazar (33) la energía de camino directo recibida desde el transmisor (11); detectar (34) la energía reflejada recibida de una frecuencia de adquisición en una pluralidad de acumuladores de distancia y con unos intervalos predeterminados de repetición de impulsos; generar (35) un diagrama de distancia si la energía detectada está por encima de un umbral predeterminado; determinar (36) un centroide que es indicativo del ángulo relativo del blanco (13) una vez captada energía suficiente en los acumuladores de distancia; identificar (37) las frecuencias en el diagrama de energía dentro de la zona de interés; saltar de frecuencia (38) con las frecuencias transmitidas por el transmisor (11); y procesar coherentemente (39) la energía para determinar el centro en el diagrama, cuyo centro del diagrama es indicativo de la dirección hacia el blanco (13).
Description
Método de proceso que utiliza una forma de onda
avanzada para el funcionamiento de un radar biestático coherente y
de banda ancha, no enclavado.
La presente invención se refiere en general a
sistemas de radar, y, más particularmente, a un método de proceso y
una forma de onda que posibilitan el funcionamiento biestático
coherente no enclavado de transmisores y receptores no enclavados de
sistemas de radar biestáticos.
Un buscador de radar biestático está descrito,
por ejemplo, en el documento EP 0 425 141 A2.
La cesionaria de la presente invención fabrica
sistemas de radar para uso en la detección de un blanco y en el
seguimiento de un blanco, y similares. En el documento US 4.216.472
A, por ejemplo, se publica un sistema de guía de misiles con
mejoras en la eliminación de fugas del iluminador. La cesionaria de
la presente invención se esfuerza continuamente en mejorar la
eficacia y ampliar las aplicaciones de sus sistemas de radar. Con
esta finalidad, un objetivo de los esfuerzos de desarrollo ha sido
reducir la complejidad y el coste de los sistemas de radar.
Para llevar esto a cabo, la cesionaria de la
presente invención ha desarrollado sistemas de radar, biestáticos y
no enclavados, que no requieren el uso de relojes atómicos, ni de
impulsos de sincronización, para enclavar un transmisor a un
receptor. La eliminación de componentes sincronizadores reduce el
coste y la complejidad de los sistemas de radar.
Una invención publicada en la patente de EE.UU.
N.º 5.736.956, expedida el 7 de abril de 1998, titulada "Receptor
de Banda W no enclavado con Características Coherentes", cedida a
la cesionaria de la presente invención, publica un receptor
coherente de radar que proporciona coherencia impulso a impulso
utilizando un oscilador no enclavado controlado por tensión. La
forma de onda y el método de proceso de la presente invención están
diseñados de modo que cooperen con este receptor para proporcionar
un sistema de radar biestático, coherente y no enclavado.
Por consiguiente, un objetivo de la presente
invención es proporcionar una forma de onda y un método de proceso
que permitan el funcionamiento biestático, coherente a bajo coste y
ágil en frecuencias, de transmisores y receptores de radar no
enclavados.
Para lograr los anteriores y otros objetivos, la
presente invención proporciona (según se define en las
reivindicaciones) un sistema de radar biestático coherente no
enclavado y un método de proceso que usan una forma de onda avanzada
que permite el funcionamiento biestático coherente no enclavado de
un transmisor y un receptor de radar no enclavados. La forma de
onda implementa una resolución intraimpulsos precisa en distancia,
coherencia impulso a impulso y agilidad en frecuencias de ráfaga a
ráfaga, para proporcionar una detección del blanco mejorada y un
funcionamiento seguro en entornos de contramedidas electrónicas.
El uso de la forma de onda y del método de
proceso permite el funcionamiento biestático, coherente a bajo
coste y ágil en frecuencias, usando transmisores y receptores de
radar no enclavados. La presente invención proporciona versatilidad
en la forma de onda de impulso a impulso y gran sensibilidad del
radar, incluyendo una detección mejorada de blancos poco elevados
en la sección transversal del radar y un funcionamiento eficaz
contra interferencias.
La forma de onda y el método de proceso pueden
usarse ventajosamente en los sistemas de radar aerotransportados
desplegados actualmente, tales como los fabricados por la cesionaria
de la presente invención. Esta forma de onda y este método de
proceso permiten la implementación de receptores biestáticos
aerotransportados de bajo coste, para mejorar la detección del
blanco y el seguimiento del blanco en los sistemas de armas de gran
precisión.
El sistema, la forma de onda y el método de
proceso se probaron en vuelo y los resultados del ensayo mostraron
que se consiguió el funcionamiento biestático coherente no
enclavado. Además, la presente invención, asociada con la invención
publicada en la Patente de EE.UU. N.º 5.736.956, expedida el 7 de
abril de 1998, titulada "Receptor de Banda W no enclavado con
Características Coherentes" y cedida a la cesionaria de la
presente invención, permite la implementación de receptores
biestáticos muy simples y de bajo coste que pueden usarse para
sustituir sistemas biestáticos que se enclaven y/o sincronicen
usando relojes atómicos, impulsos de sincronización o por otros
medios.
Las características y ventajas diversas de la
presente invención pueden entenderse más fácilmente con referencia
a la siguiente descripción detallada, considerada en conjunción con
lo dibujos anejos, en los que las referencias numéricas iguales
designan elementos estructurales iguales y en los que:
la Fig. 1 ilustra un entorno operacional de un
sistema de radar biestático, coherente y no enclavado, según los
principios de la presente invención;
la Fig. 1a ilustra una forma ejemplar de onda,
según los principios de la presente invención, y sus parámetros
asociados;
la Fig. 2 muestra secuencias de transmisión y
recepción de RF que usan la forma ejemplar de onda de la Fig. 1;
la Fig. 3 ilustra datos ejemplares de un ensayo
en vuelo que muestran compresión de impulsos bifásica
intraimpulsos;
la Fig. 4 ilustra datos ejemplares de un ensayo
en vuelo que muestran coherencia de señales impulso a impulso;
y
la Fig. 5 es un diagrama de bloques que ilustra
un método ejemplar de proceso según la presente invención.
Con referencia a las figuras de los dibujos, la
Fig. 1 ilustra un entorno operacional de un sistema de radar
biestático, coherente y no enclavado, 10, según una realización de
la presente invención. El sistema de radar biestático, coherente y
no enclavado, 10, comprende un transmisor 11 y un receptor 12. El
transmisor 11 transmite una forma de onda 20 según los principios
de la presente invención (Fig. 2) que comprende una secuencia
continua de impulsos de distintos conjuntos de frecuencias. El
transmisor 11 transmite diagramas suma y diferencia en la dirección
general de un blanco 13. La energía reflejada por el blanco 13 es
recibida por el receptor 12 y procesada para determinar la
dirección y la distancia al blanco 13. La forma de onda 20 es
transmitida y procesada a fin de detectar el blanco 13.
Es importante entender que no se requiere la
señal de camino directo del transmisor 11 al receptor 12. El
receptor opera de modo que busca el centro del diagrama en la forma
de onda transmitida y reflejada por el blanco 13. El centro del
diagrama de la señal recibida es indicativo del centro del
clutter detectado por el receptor 12. Además, el receptor no
contiene ningún oscilador local ni reloj atómico que lo enclave al
transmisor.
La Fig. 1a ilustra una forma típica de onda 20
según los principios de la presente invención, junto con parámetros
ejemplares de la misma que permiten el funcionamiento biestático
coherente no enclavado del transmisor 11 y del receptor 12 de radar
no enclavados del sistema de radar biestático 10. La discusión
siguiente describe una forma típica ejemplar de onda 20 que permite
el funcionamiento biestático coherente no enclavado del transmisor
11 y del receptor 12 de radar no enclavados. Los rasgos y parámetros
característicos de esta forma ejemplar de onda 20 son como
sigue.
La forma ejemplar de onda 20 tiene agilidad en
frecuencias con intervalos de 20 ms sobre una anchura de banda
sintonizable de unos 500 MHz. La forma ejemplar de onda 20 tiene
nueve escalones de frecuencia, separados por al menos 50 MHz, y una
frecuencia adicional en el receptor 12 que puede usarse para recibir
iluminación de un transmisor diferente de radar 11. En un ensayo en
vuelo realizado usando una realización del sistema de radar
biestático, coherente y no enclavado, 10, se escalonaron 9
radiofrecuencias transmitidas cada 20 ms y se produjo un retorno
cada 80 ms con la frecuencia de adquisición. Se empleó una secuencia
de transmisión tal como: AA ZZ AA..., donde A y Z indican impulsos
de radar transmitidos con distintos diagramas de antena. No
obstante, ha de entenderse que si se desea pueden transmitirse otras
secuencias de impulsos. La forma ejemplar de onda 20 usa una
codificación de fase intraimpulsos para proporcionar una resolución
de precisión en distancia (por ejemplo cinco metros), con una
anchura de impulsos de 433 ns y con compresión de impulsos 13:1.
El receptor biestático no enclavado 12 en primer
lugar debe adquirir una señal (un blanco 13) y después debe seguir
la señal (el blanco 13). El receptor 12 conoce el intervalo de
repetición de impulsos, las frecuencias transmitidas por el
transmisor 11 y la frecuencia de adquisición que es revisitada por
el transmisor 11 para mejorar la adquisición. La adquisición en
tiempo real incluye la adquisición del blanco 13 o clutter y
la sincronización del receptor no enclavado 12 con el transmisor
11. Las siguientes funciones de adquisición son realizadas por el
receptor 12.
Al conseguir la adquisición en tiempo real del
ángulo y de la distancia, se coloca un haz en la dirección
aproximada de un haz de iluminación reflejado por el blanco 13. Se
usa una exploración de minitrama, o una exploración cónica, para
averiguar la posición de la señal máxima (centro del diagrama). De
este modo, el receptor 12 busca (explora) en ángulo con dirección
hacia la energía recibida. El receptor 12 se mantiene en una
frecuencia preseleccionada (adquisición) que es revisitada por el
transmisor 11 más frecuentemente. El receptor 12 forma acumuladores
de distancia que acumulan energía con el tiempo.
El blanco 13 (clutter del lóbulo
principal) se diferencia de la señal de camino directo procedente
del transmisor 11. La señal de camino directo tiene una distancia
más corta comparada con el centro del diagrama del clutter
del lóbulo principal. Se determina el centro de la señal del
clutter sobre la posición del haz. Un buscador reconoce el
diagrama característico de frecuencias. La estimación de deriva del
intervalo de repetición de impulsos (pulse repetition
interval - PRI) se basa en la radiofrecuencia de adquisición. La
deriva del PRI se estima usando un seguidor de la distancia del
clutter. También puede determinarse la fase del ciclo de
agilidad de RF transmitido. En cada escalón de RF se efectúa el
ciclo de RF del receptor 12 (nueve frecuencias en unos 500 MHz) y la
confirmación del blanco.
La Fig. 2 muestra las secuencias de RF de
transmisión y recepción. El transmisor 11 tiene la misma secuencia
que el receptor 12, excepto durante los intervalos de tiempo de
referencia. Esto deja tiempo adicional al receptor 12 en la fase de
adquisición a la frecuencia preasignada. De este modo, el buscador
adquiere el blanco 13 en distancia y en ángulo. Una vez adquirido el
blanco 13 en distancia y en ángulo, el receptor 12 inicia saltos de
frecuencia con la secuencia recibida de señales y se enclava a las
señales transmitidas por el transmisor 11.
Después de la fase de adquisición (es decir, en
la ruta del blanco), durante el período de tiempo asignado a la
frecuencia de adquisición el receptor 12 puede procesar la radiación
de una frecuencia diferente procedente de un transmisor 11
distinto. El receptor 12 se autosincroniza con el transmisor 11 con
un margen de error de 0,1 ms (como se demostró en el ensayo en
vuelo).
Durante cada trama de RF de 20 milisegundos, el
transmisor 11 inserta un intervalo entre impulsos (p. ej., cada 4,8
ms o cada 384 impulsos) para asegurar que los impulsos "A" y
los impulsos "Z" de la secuencia sean reconocidos después de
una adquisición satisfactoria y en el seguimiento del blanco.
El proceso incluye una compresión de impulsos
(13:1) intraimpulsos y un proceso coherente impulso a impulso. El
proceso impulso a impulso se lleva a cabo durante series de 0,4 ms e
incluye: proceso de impulsos AA00AA00...AA00 mediante transformadas
rápidas de Fourier (fast Fourier transform - FFT 1), proceso
de impulsos 00ZZ00ZZ...00ZZ mediante transformadas rápidas de
Fourier (FFT 2), detección y seguimiento del blanco 13, y restar la
fase de las señales resultantes de las dos FFT para obtener la fase
de Z con relación a la fase de A. Esta técnica recupera la fase
relativa correcta incluso si existe un desplazamiento desconocido
entre los osciladores de recepción y transmisión. En este caso, las
FFT se realizan durante los impulsos A y los impulsos Z, y se
identifica el filtro FFT del clutter para determinar esa
medición angular respecto al centro del diagrama que es indicativo
de la dirección al blanco 13. Este proceso del centro del diagrama
es muy conocido generalmente, y puede ser el proceso publicado en
la Patente de EE.UU. N.º 5.736.956, expedida el 7 de abril de
1998,titulada "Receptor de Banda W no enclavado con
Características Coherentes".
La Fig. 2 ilustra secuencias ejemplares de
frecuencia con un factor de utilización del 25% de un segundo
transmisor 11 durante el seguimiento de la señal del blanco. En la
Fig. 2, el transmisor 11 tiene la misma secuencia que el receptor
12 excepto en que durante los intervalos de tiempo de referencia, el
transmisor 11 está en la frecuencia de adquisición del receptor.
Esto reduce el tiempo de adquisición del receptor 12 manteniendo al
mismo tiempo en el transmisor 11 una secuencia preestablecida. Un
intervalo de 50 \mus cada 5 ms asegura la sincronización del
receptor 12 con los impulsos A y Z que usan distintos diagramas de
antena en la transmisión.
Las Figs. 3 y 4 muestran la sincronización no
enclavada de transmisión/recepción, que se demostró satisfactoria,
conseguida en el ensayo en vuelo y la estabilidad intraimpulsos e
interimpulsos, respectivamente, lograda con el sistema de radar 10
usando la forma ejemplar de onda 20 en funcionamiento
biestático.
La Fig. 3 ilustra datos ejemplares de un ensayo
en vuelo que muestran compresión de impulsos bifásica intraimpulsos.
Los resultados del ensayo en vuelo muestran una compresión de
impulsos satisfactoria (anchura de banda de 30 MHz, resolución de
distancia de cinco metros). El proceso de los datos ha verificado
que el receptor 12 adquiere y sigue con precisión el acumulador de
distancia de pico de retorno (la distancia del blanco 13). El
acumulador de distancia de pico permanece igual durante toda la
exploración cónica realizada por el receptor 12. La modulación
impuesta por la exploración cónica puede verse en la señal. Los
resultados del ensayo muestran una deriva insignificante del PRI
entre el transmisor 11 y el receptor 12 no enclavados durante una
exploración cónica completa.
La Fig. 4 ilustra datos ejemplares de un ensayo
en vuelo que muestran coherencia de señales impulso a impulso. Los
resultados de los datos del ensayo en vuelo muestran una estabilidad
espectral excelente entre el transmisor 11 y el receptor no
enclavado 12. Una FFT de 32 puntos de la secuencia AA00AA00...
muestra la señal en el filtro 30º de la FFT y, como se esperaba, sus
ambigüedades en +/- PRF/4. Los resultados del proceso de los datos
verifican que las características de la señal adquirida del diagrama
de iluminación son estables durante la exploración cónica. La
modulación de la exploración cónica sobre las posiciones del haz
aparece en la respuesta de las señales. La eficacia del seguimiento
demuestra que se estableció coherencia al menos durante los 32
impulsos integrados. La señal se mantiene dentro de un filtro
Doppler. El desplazamiento DC indica el desplazamiento relativo del
receptor no enclavado 12 respecto al transmisor 11.
La Fig. 5 es un diagrama de bloques que ilustra
un método ejemplar de proceso 30 según la presente invención para
detectar un blanco 13 usando un transmisor 11 y un receptor 12 no
enclavados de un sistema de radar biestático 10. El método de
proceso 30 comprende las etapas siguientes.
Una secuencia continua de impulsos, que puede
tener compresión de impulsos, es transmitida 31 en conjuntos
predeterminados de frecuencias. Una frecuencia (una frecuencia de
adquisición) es transmitida (revisitada) más veces que las demás
frecuencias para realizar mejor la adquisición. La energía
transmitida por el transmisor 11 y reflejada por un blanco 13 es
recibida 32. La energía de camino directo procedente del transmisor
11 no se requiere y es rechazada 33 (es decir, discriminada). La
energía reflejada recibida se procesa para detectar 34 la energía de
la frecuencia de adquisición en una pluralidad de acumuladores de
distancia y con unos intervalos predeterminados de repetición de
impulsos. Para llevar esto a cabo, el proceso puede incluir la
exploración de un haz de recepción en la proximidad del blanco 13.
Si la energía detectada está por encima de un umbral
predeterminado, entonces es indicativo de una zona de interés (o de
acumuladores de distancia de interés) y se genera 35 un diagrama de
distancia.
Una vez captada energía suficiente en los
acumuladores de distancia, se determina 36 un centroide que es
indicativo del ángulo relativo del blanco 13. Se procesa el
diagrama de energía dentro de la zona de interés para identificar
37 todas las frecuencias en el diagrama. Por consiguiente, se
determina el diagrama de frecuencias. Una vez determinado el
diagrama, el receptor 12 salta de frecuencia 38 con el transmisor
11. La energía se procesa coherentemente 39 usando transformadas de
Fourier (FFT) para determinar 39 en el diagrama el centro del
diagrama. El centro del diagrama es indicativo de la dirección hacia
el blanco 13.
En la presente memoria se han publicado una
forma de onda y un método de proceso que permiten el funcionamiento
biestático, coherente a bajo coste y ágil en frecuencias, de
transmisores y receptores de radar no enclavados. Ha de entenderse
que las realizaciones descritas anteriormente son meramente
ilustrativas de algunas de las muchas realizaciones específicas que
representan aplicaciones de los principios de la presente invención.
Obviamente, los expertos en la técnica pueden idear fácilmente
numerosas realizaciones distintas sin apartarse del ámbito de la
invención.
Claims (9)
1. Un método (30) para detectar un blanco (13)
usando un transmisor (11) y un receptor (12) no enclavados de un
sistema de radar biestático (10), que comprende las etapas de:
transmitir (31) una secuencia continua de
impulsos que contiene conjuntos predeterminados de frecuencias y
diagramas suma y diferencia;
explorar un haz de recepción con dirección hacia
el blanco (13);
recibir (32) la energía transmitida por el
transmisor (11) y reflejada por un blanco (13);
rechazar (33) la energía de camino directo
recibida desde el transmisor (11);
detectar (34) la energía reflejada recibida de
una frecuencia de adquisición en una pluralidad de acumuladores de
distancia y con unos intervalos predeterminados de repetición de
impulsos;
generar (35) un diagrama de distancia si la
energía detectada está por encima de un umbral predeterminado;
determinar (36) un centroide que es indicativo
del ángulo relativo del blanco (13) una vez captada energía
suficiente en los acumuladores de distancia;
identificar (37) las frecuencias en el diagrama
de energía dentro de la zona de interés;
saltar de frecuencia (38) con las frecuencias
transmitidas por el transmisor (11); y
procesar coherentemente (39) la energía para
determinar el centro en el diagrama, cuyo centro del diagrama es
indicativo de la dirección hacia el blanco (13).
2. El método (30) de la reivindicación 1,
caracterizado porque la etapa de transmitir (31) una
secuencia continua de impulsos comprende transmitir (31) una
secuencia de impulsos continua y con compresión de impulsos.
3. El método (30) de la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque una frecuencia de adquisición se
transmite más veces que las demás frecuencias para mejorar la
adquisición.
4. El método (30) de cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, caracterizado porque la
etapa de procesar coherentemente (39) la energía comprende la etapa
de procesar coherentemente (39) la energía usando transformadas de
Fourier.
5. Un sistema de radar biestático, coherente y
no enclavado, (10), para seguir un blanco (13), que comprende:
un transmisor (11) para transmitir una secuencia
continua de impulsos que contiene conjuntos predeterminados de
frecuencias y diagramas suma y diferencia; y
un receptor (12) que explora un haz de recepción
con dirección hacia el blanco (13), que recibe la energía
transmitida por el transmisor (11) y reflejada por el blanco (13),
que rechaza la energía de camino directo recibida desde el
transmisor (11), que detecta la energía reflejada recibida de una
frecuencia de adquisición en una pluralidad de acumuladores de
distancia y con unos intervalos predeterminados de repetición de
impulsos, que genera un diagrama de distancia si la energía
detectada está por encima de un umbral predeterminado, que
determina un centroide que es indicativo del ángulo relativo del
blanco (13) una vez captada energía suficiente en los acumuladores
de distancia, que identifica las frecuencias en el diagrama de
energía dentro de la zona de interés, que salta de frecuencia con
las frecuencias transmitidas por el transmisor (11), y que procesa
coherentemente la energía para determinar el centro en el diagrama,
cuyo centro del diagrama es indicativo de la dirección hacia el
blanco (13).
6. El sistema (10) de la reivindicación 5,
caracterizado porque el transmisor (11) transmite una
secuencia de impulsos continua y con compresión de impulsos.
7. El sistema (10) de la reivindicación 5 ó 6,
caracterizado porque el transmisor (11) transmite una
frecuencia de adquisición más veces que las demás frecuencias para
mejorar la adquisición.
8. El sistema (10) de cualquiera de las
reivindicaciones 5-7, caracterizado porque el
receptor (12) detecta la energía reflejada recibida explorando un
haz de recepción en la proximidad del blanco (13).
9. El sistema (10) de cualquiera de las
reivindicaciones 5-8, caracterizado porque el
receptor (12) procesa coherentemente la energía usando transformadas
de Fourier.
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