ES2327779T3 - Sistema de radar para aviones. - Google Patents
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Abstract
Sistema de radar (1) para un avión, para su utilización como mínimo para detectar otro objeto aéreo dentro de una zona que rodea el avión, en el que el sistema comprende como mínimo un subsistema dotado de: como mínimo un transmisor (2) para transmitir una señal de exploración electromagnética; un conjunto de receptores (3), en fase, para recibir simultáneamente reflexiones de la señal de exploración transmitida y para generar señales de recepción cada una de las cuales representa una reflexión recibida de la señal de exploración; y una unidad de proceso de señales para procesar cada una de las señales de recepción para obtener información con respecto a un objeto aéreo detectado dentro de la zona que rodea el avión, de manera que el subsistema está dispuesto para transmitir, por medio del transmisor (2), la señal de exploración de manera que dicha señal de exploración cubre una zona de interés que es estática con respecto al avión y en el que el subsistema está dispuesto para detectar, por medio de un conjunto en fase de receptores (3) y de los medios de proceso de señales, un objeto aéreo en la zona de interés, de manera que la unidad de proceso de señales está dispuesta para determinar la dirección con respecto al avión, de cuya dirección se origina la reflexión recibida, y en el que, a efectos de determinar dicha dirección, la unidad de proceso de señales está dispuesta para llevar a cabo una transformada rápida de Fourier sobre una señal de recepción para formar haces digitales múltiples, mientras que el conjunto de receptores en fase y la unidad de proceso de señales evitan el escaneado de la zona de interés, de manera que la zona de interés sea observada como un conjunto, en el que el por lo menos un subsistema está dispuesto de forma tal que en una primera modalidad se transmite una señal de exploración que tiene frecuencia constante hasta que el subsistema indica la presencia de un objeto aéreo en la zona de interés, y el subsistema está dispuesto además de forma tal que cuando el subsistema indica la presencia de un objeto aéreo en la zona de interés, a continuación, en una segunda modalidad, se transmite una señal de exploración que tiene una Onda Continua Modulada en Frecuencia.
Description
Sistema de radar por aviones.
La presente invención se refiere a un sistema de
radar para aviones, para su utilización, como mínimo, en la
detección de otro objeto aéreo dentro de una zona que rodea al
avión.
Este sistema de radar es conocido y es utilizado
por los aviones militares de las fuerzas aéreas. Los sistemas de
radar conocidos son capaces de efectuar búsquedas en una zona que se
extiende a una distancia de hasta 150 millas náuticas desde el
avión que utiliza este sistema. El sistema es utilizado para
detectar otros aviones lo antes posible, no con la finalidad de
evitar una colisión, sino de permitir la determinación lo antes
posible de si el avión detectado es, por ejemplo, un avión hostil
que debe pasar a ser objetivo, o un avión que puede ser ignorado.
El transmisor de los sistemas de radar conocidos es capaz de
transmitir señales potentes que llegan a una gran distancia y son
detectables después de su reflexión. Una antena del transmisor puede
desplazarse mecánicamente, por ejemplo puede girar, a efectos de
transmitir una señal a todas las zonas de interés mediante un
movimiento de escaneado de la antena. El transmisor puede también
estar dispuesto para escanear electrónicamente todas las zonas de
interés sin rotación física de la propia antena. No obstante, en
ambos casos hay zonas de interés dentro de una zona de exploración
a la que se accede solo temporalmente. Dada la necesidad de explorar
todas las zonas de interés, requiere un cierto tiempo obtener
información sobre la posible presencia de otro avión en la zona que
rodea al avión propio. Este periodo es habitualmente de más de
varios segundos. Como consecuencia de ello el sistema conocido es,
por ejemplo, incapaz de sustituir la inspección visual directa del
volumen de seguridad de vuelo que rodea a un avión en vuelo.
Es un objetivo de la invención dar a conocer un
sistema de radar capaz de proporcionar realimentación de información
al piloto de manera más rápida que la realimentación facilitada por
el sistema antes descrito correspondiente a la técnica
anterior.
Este objetivo se consigue mediante un sistema de
radar, según la reivindicación 1.
Esto permite el desarrollo del sistema de radar,
según la invención, de manera tal que es capaz de sustituir la
inspección visual.
Se conocen sistemas de radar alternativos por
los documentos US 3.714.651 y US 5.907.302. Estos sistemas de
radar, no obstante, se refieren a sistemas de radar de exploración y
no poseen, como mínimo, un subsistema dispuesto para operar en la
primera modalidad y a continuación en la segunda modalidad.
La unidad de proceso de señales puede estar
dispuesta para determinar una dirección relativa con respecto al
avión, desde la cual se origina la reflexión recibida, con
independencia de la posición del objeto aéreo detectado dentro de
la zona de interés. Resulta de ello que la unidad de proceso de
señal puede determinar de manera casi instantánea la dirección,
solucionando de esta manera la necesidad de que los receptores
exploren la zona de interés, lo que conduce a una determinación
lenta de la dirección.
Más particularmente, la unidad de proceso de
señal está dispuesta para utilizar formación de haz digital múltiple
a efectos de ser capaz de determinar la dirección relativa con
respecto al avión, desde cuya dirección se origina la reflexión
recibida, lo cual es una forma muy adecuada para disponer la unidad
de proceso de señal para determinar la dirección independientemente
de la posición del objeto aéreo detectado dentro de la zona de
interés.
En particular, se cumple que el, como mínimo un
subsistema, está dispuesto para transmitir la señal de exploración
de manera que dicha señal cubre continuamente la zona de interés.
Esto ofrece la ventaja de que en todo momento dicha zona de interés
es controlada para observar la presencia de otro dispositivo aéreo.
Este sistema es capaz de proporcionar de manera continua
información al piloto. Por lo tanto, la información es facilitada
de manera que es mucho más rápida que la forma en la que los
sistemas de radar conocidos proporcionan dicha información.
En la actualidad, el volumen de seguridad que
rodea un avión comercial en vuelo es controlado por controladores
humanos del tráfico aéreo, con el objetivo de evitar colisiones.
Estos controladores del tráfico aéreo reciben información sobre la
presencia de aviones en una zona determinada del espació aéreo. Esta
información se basa en la detección de aviones mediante sistemas de
radar que están situados en el suelo y que controlan la zona de
interés. Un controlador humano del tráfico aéreo, experimentado, es
capaz de controlar el vuelo de unos 30 aviones en las zonas
circundantes en un momento determinado. Esto ha contribuido a
permitir un número máximo de aviones en una zona determinada del
espacio aéreo.
Investigaciones realizadas han demostrado que la
eficacia del espacio aéreo podría ser mejorada significativamente
si los propios aviones fueran capaces de mantener su separación en
un espacio aéreo determinado.
Se ha propuesto el desarrollo de un sistema en
el que todos los aviones estén dotados con un transmisor que
transmite continuamente una señal que contiene información con
respecto a su posición. Cuando todos los aviones estén dotados
también de un receptor para recibir estas señales transmitidas por
otros aviones, todos los aviones deberían observar en cualquier
momento la posición de todos los demás aviones que utilizan el mismo
espacio aéreo. En base a esta información cada uno de los aviones
debería ser capaz de evitar una colisión con cualquier otro avión.
Una desventaja de este sistema es que cada avión depende de otros
aviones. El sistema funcionará solamente satisfactoriamente si
todos los aviones están dotados de este sistema. Por lo tanto, este
sistema no puede ser implementado gradualmente. Esto inhibe
seriamente el desarrollo de este sistema.
Un sistema de radar de acuerdo con la presente
invención puede ser puesto en práctica para cada avión de forma
independiente del tiempo en el que el sistema de radar es puesto en
práctica en otros aviones.
En realidad, dado que un sistema de radar, de
acuerdo con la invención, puede sustituir en principio una
inspección visual para una zona de interés en una zona que rodea un
avión, este avión puede también volar de acuerdo con normas de
vuelo visuales en circunstancias en las que las normas de vuelo
visual no pueden ser nuevamente aplicadas debido, por ejemplo, a
circunstancias de mal tiempo. Se deduce que un avión equipado con un
sistema de radar, de acuerdo con la invención, puede ser capaz, por
ejemplo, de aterrizar en un aeropuerto al que se puede llegar
solamente en base a la aplicación de normas de vuelo visual y por lo
tanto, solamente cuando las circunstancias del tiempo permiten la
aplicación de dichas normas de vuelo visual. En otras palabras, una
consecuencia de la invención es que se puede acceder a un gran
número de aeropuertos también cuando las circunstancias del tiempo
normalmente no lo permitirían.
Además, dado que un sistema de radar, de acuerdo
con la invención, puede sustituir en principio la inspección
visual, el sistema de radar puede ser aplicado de manera apropiada
en aviones sin piloto. Estos aviones sin piloto pueden incluso ser
también controlados así debido a la aplicación de la invención, que
dichos aviones pueden ser autorizados en espacios aéreos
regulares.
Tal como se explicará más adelante, la velocidad
relativa de un avión presente en la zona de interés y que refleja
la señal de sonda o de exploración, puede ser deducida de la
recepción de la reflexión de dicha señal de exploración.
En una realización de un sistema de radar, de
acuerdo con la invención, la dirección de la señal de exploración
es estática con respecto al avión. Esto asegura que la zona cubierta
por la señal de exploración tiene de forma continuada una forma
predeterminada. El sistema de radar es capaz por lo tanto de
controlar de manera continua una zona de interés que es estática
con respecto al avión.
En una realización del sistema de radar, según
la invención, el como mínimo un subsistema está dispuesto para
transmitir la señal de exploración que tiene frecuencia constante.
Esto permite la detección de un avión presente en la zona de
interés en base al bien conocido efecto Doppler.
En una realización de un sistema de radar, de
acuerdo con la invención, el como mínimo un subsistema está
dispuesto para transmitir la señal de exploración que tiene una onda
continua modulada de frecuencia (FMCW). Esto permite la posibilidad
de determinar en base a la reflexión de la señal de exploración la
distancia de un avión que se aproxima y que se encuentra en la zona
de interés.
Cuando la señal de exploración es una señal de
onda continua modulada de frecuencia (FMCW), se puede estimar la
distancia del avión que se aproxima. Cuando se lleva a cabo una
serie de barridos llamados FMCW, es posible deducir la trayectoria
del avión que se está aproximando. Entonces es posible calcular el
punto de aproximación más próximo (C.P.A.) y el momento en que ello
tendrá lugar, pudiéndose llevar a cabo una maniobra anticolisión
por el piloto.
Preferentemente el transmisor de como mínimo uno
de los subsistemas de un sistema de radar, de acuerdo con la
presente invención, comprende un transmisor de estado sólido. En
oposición a microondas o tubos, que requieren el suministro de un
elevado voltaje y que en general tienen notables dimensiones, los
transmisores de estado sólido son relativamente baratos y pueden
ser activados por un voltaje relativamente bajo.
Además es posible que en una realización de un
sistema de radar, de acuerdo con la invención, cada uno de los
receptores de como mínimo uno de los subsistemas comprende un único
receptor chip. Asimismo, la utilización de dicho receptor chip
único permite conseguir un sistema de radar relativamente económico,
según la invención. Estos receptores únicos chip son utilizados por
ejemplo en dispositivos de telecomunicaciones portátiles tales como
teléfonos móviles y en dispositivos que funcionan con una red LAN
sin cables.
En una realización preferente de un sistema de
radar, de acuerdo con la invención, el sistema de radar comprende
una serie de subsistemas para controlar una primera zona de interés
por delante del avión y como mínimo una segunda zona de interés que
se encuentra o bien por detrás del avión, por encima del avión, por
debajo del mismo o a un lado. En otras palabras, es posible
conseguir una zona de seguridad en una región que rodea el avión de
manera que cubre las zonas más vulnerables alrededor de un avión en
las que podría volar otro avión.
La presente invención hace referencia también a
un avión dotado de dicho sistema de radar.
La invención se explica además en base a dibujos
a título de ejemplo en los cuales:
La figura 1 muestra esquemáticamente una
realización de un sistema de radar de acuerdo con la invención;
La figura 2 muestra esquemáticamente una
realización de un método de acuerdo con la invención;
La figura 3 muestra esquemáticamente una
modificación de la realización del sistema de radar mostrado en la
figura 1;
La figura 4 muestra esquemáticamente la
utilización de la realización del sistema de radar mostrado en la
figura 3; y
La figura 5 muestra esquemáticamente el
resultado para un avión dotado de una realización de un sistema de
radar de acuerdo con la invención.
En los dibujos las partes iguales están dotadas
de iguales numerales de referencia.
La figura 1 muestra esquemáticamente una
realización de un sistema de radar para un avión para detectar en
su utilización como mínimo otro objeto aéreo dentro de una zona que
rodea al avión.
El avión puede ser un aeroplano, un helicóptero,
un dirigible, etc. El objeto aéreo puede ser cualquier estructura o
dispositivo que refleje radiaciones electromagnéticas y pueda
provocar un accidente si colisiona con el avión.
El sistema comprende como mínimo un subsistema
(1). El subsistema (1) comprende un transmisor (2) para transmitir
una señal de exploración electromagnética a la zona de interés y un
conjunto de receptores en fase (3) para recibir simultáneamente
reflexiones de la señal de exploración transmitida y para generar
señales de recepción, cada uno de los cuales representa una
reflexión recibida de la señal de exploración. El subsistema está
dispuesto para transmitir por medio del transmisor la señal de
exploración de manera que cubre una zona de interés estática con
respecto al avión. Es posible, por ejemplo, que una antena
transmisora (2a) esté fijada a la parte frontal del avión, volando
el avión en la dirección F, y que la antena transmisora (2a) envíe
en su utilización una señal de exploración que es dirigida
sustancialmente hacia delante a la zona de interés tal como un cono
definido por las líneas Z. Una vez que la antena transmisora se
encuentra en funcionamiento, la antena transmisora (2a) no es
desplazada mecánicamente con respecto al avión. La zona de interés,
definida por las líneas Z es estática con respecto al avión. Si
bien no es visible de la figura 1 en su utilización, la dirección de
la señal de exploración es estática con respecto al avión. El
subsistema está dispuesto para transmitir la señal de exploración
de manera que dicha señal cubre de manera continua la zona de
interés.
El sistema de radar mostrado esquemáticamente en
la figura 1 comprende un sistema (1) que tiene un conjunto de
receptores en fase dispuestos en 8 filas y 16 columnas. El
subsistema comprende además medios para el proceso de señales que
se explicarán más adelante. Los receptores (3) se han mostrado
comprendiendo una antena reflectora (3a) y un elemento electrónico
RX para transferir las señales de recepción adicionalmente en el
subsistema. Quedará evidente que como mínimo un receptor (3) debe
encontrarse presente en cada subsistema para posibilitar que éste
detecte la presencia de un objeto aéreo en la zona de interés. No
obstante, para establecer la dirección de un dispositivo aéreo
presente en la zona de interés, deben encontrarse presentes como
mínimo dos receptores. Los medios de proceso de la señal que se
explicarán más adelante, están dispuestos para obtener información
de un objeto aéreo detectado con respecto al avión en, como mínimo,
una dimensión. Preferentemente, cada uno de los subsistemas
comprende como mínimo tres receptores para recibir una reflexión de
la señal de exploración que es transmitida por la antena de
transmisión (2) de dicho subsistema. Los medios de proceso de la
señal que se explicarán más adelante, están dispuestos para obtener
información de un objeto aéreo detectado con respecto al avión como
mínimo en dos dimensiones. Tal como se ha mostrado, los receptores
(3) están dispuestos unos con respecto al otro de acuerdo con un
modelo predeterminado que se extiende como mínimo en dos
dimensiones. Es posible que cada uno de los receptores (3) se
encuentren dentro del modelo predeterminado con respecto a cada uno
de los receptores dispuestos de forma adyacente, colocados de manera
equidistante. Preferentemente, esta distancia corresponde más o
menos a la mitad de la longitud de onda de la señal de exploración
transmitida por la antena transmisora (2) del subsistema.
El subsistema (1) comprende una unidad de
proceso de señales SPU para procesar cada una de las señales
recibidas para obtener información con respecto al objeto aéreo
detectado dentro de la zona que rodea el avión. Los términos:
unidad de proceso de señales y medios de proceso de señales se
utilizan de forma intercambiable en esta descripción.
El subsistema (1) puede estar dispuesto para
convertir para cada receptor (3) de dicho subsistema una señal de
reflexión analógica recibida en una señal de reflexión digital. Tal
como se ha mostrado en la figura 1, para este objetivo cada
receptor de como mínimo un subsistema comprende un convertidor
analógico a digital (ADC). El subsistema (1) puede comprender
además un transformador de Fourier (FFT) para transformaciones
rápidas de Fourier de las señales de reflexión digital de todos los
receptores (3) de dicho subsistema. La señal de salida del FFT
comprende información con respecto a la dirección del avión que se
aproxima con respecto a los receptores (3). El subsistema puede
comprender además un detector Det para detectar, en base a la señal
de salida del FFT, la presencia de un avión que se aproxima, así
como la dirección del avión que se aproxima con respecto a los
receptores (3). El subsistema está por lo tanto dispuesto para
detectar por medio de la disposición en fase de los receptores y de
los medios de proceso de señal un objeto aéreo situado en la zona
de interés con independencia de la posición del objeto aéreo estando
situado dicho objeto dentro de la zona de interés. En esta
realización, la unidad de proceso de señal puede determinar la
dirección con respecto al avión desde cuya dirección se origina la
reflexión, con independencia de la posición del objeto aéreo
detectado dentro de la zona de interés. A efectos de conseguir este
objetivo, la unidad de proceso de señales está dispuesta para
utilizar formación digital de haces múltiples por medio del FFT. No
es necesario en esta realización que los receptores (3) y/o la
unidad de proceso de señales exploren la zona de interés. El
subsistema simplemente "observa" en su estado como mínimo casi
toda la zona de interés evitando la exploración o escaneado. Cada
uno de los receptores puede comprender un receptor de chip único.
Estos receptores de chip único son utilizados, por ejemplo, en
redes de área local sin cables (LAN). Ello es bien conocido por los
técnicos en la materia.
El transmisor (2) de un subsistema puede
comprender un transmisor de estado sólido de tipo comercial y bien
conocido por los técnicos en la materia. Este transmisor de estado
sólido puede estar dispuesto para transmitir una señal que tiene
una frecuencia constante, por ejemplo, 10 GHz. Este transmisor de
estado sólido puede estar dispuesto también para transmitir una
señal que tiene una Onda Continua Modulada en Frecuencia (FMCW). El
transmisor (2) puede estar equipado con un Generador de Forma de
Onda WFG y, por ejemplo, con un convertidor amplificador UC para
determinar, respectivamente, el tipo de señal a transmitir por el
transmisor (2) y dirigir esta señal de manera adecuada a la antena
transmisora (2a). El Detector Det puede estar dispuesto para
controlar el Generador de Forma de Onda y se explicará
adicionalmente más adelante. El subsistema (1) puede estar dispuesto
de forma tal que en su utilización el transmisor de dicho
subsistema (1) transmite una señal que tiene una frecuencia
constante hasta que el subsistema indica la presencia de un avión
que se aproxima dentro de la zona de interés. El subsistema puede
estar dispuesto además de forma tal que cuando en su utilización el
subsistema indica la presencia de un avión que se aproxima dentro
de la zona de interés, el transmisor de dicho subsistema transmite
una señal que tiene Onda Continua Modulada en Frecuencia (FMCW).
Este subsistema puede estar dispuesto además para repetir la
transmisión de una señal que tiene una Onda Continua Modulada en
Frecuencia, de manera que se puede calcular la trayectoria del
avión que se aproxima. La Onda Continua Modulada en Frecuencia,
comprende un modelo de frecuencia que se recibe a sí mismo a lo
largo del tiempo. Preferentemente, el sistema de radar comprende
como mínimo dos subsistemas (1) para controlar una primera zona por
delante del avión y una segunda zona que se encuentra o bien por
detrás del avión, por encima del avión, por debajo del mismo o a un
lado del avión.
Una realización del sistema de radar según la
invención, de la que se ha mostrado un subsistema en la figura 1,
funciona tal como se describe más adelante. La figura 2 muestra,
representado de forma esquemática, un método para detectar un avión
dentro de una zona que rodea un avión dotado de un sistema de radar
de acuerdo con la invención. El método comporta, en funcionamiento
normal, la transmisión de una señal de exploración continua que
tiene una frecuencia constante. Ésta es la fase SI.1 de un método,
según la invención. SI se refiere a una etapa en una primera
modalidad de funcionamiento. Un subsistema tal como se ha mostrado
en la figura 1 es capaz de transmitir esta señal de exploración
continua. Esta frecuencia puede ser, por ejemplo, 10 GHz, es decir,
una señal que tiene una longitud de onda de unos 3 cm. La fase
siguiente de esta realización de método mostrada en la figura 2
comprende el recibir reflexiones de la señal de exploración (SI.2).
En la realización mostrada en la figura 1 los receptores (3)
comprenden elementos receptores (3a) para recibir estas señales de
reflexión. Una etapa siguiente en la realización mostrada en la
figura 2 comprende la conversión de las señales que se reciben en
señales digitales (SI.3). En la realización mostrada en la figura 1
cada uno de los receptores comprende para este objetivo un
convertidor analógico a digital (ADC). En la etapa siguiente de la
realización del método según la invención, cada una de las señales
recibidas es introducida en un transformador rápido de Fourier 3D
de manera que cada una de las señales recibidas es transformada por
Fourier en tres dimensiones, siendo las tres dimensiones las dos
dimensiones espaciales y una de tiempo. El transformador rápido de
Fourier 3D comprende un transformador rápido de Fourier 2D para
formar haces múltiples digitales utilizando el transformador rápido
de Fourier 2D para formar haces múltiples digitales, resultando la
formación de estos haces de la diferencia de fase entre las antenas
receptoras (3a). Por lo tanto, las entradas del transformador rápido
de Fourier 2D son facilitadas por las antenas receptoras (3a).
Asimismo, el transformador rápido de Fourier comprende un
transformador rápido de Fourier 1D para determinar la frecuencia
Doppler. Por lo tanto, la entrada del transformador rápido de
Fourier 1D puede ser proporcionada solamente por una de las antenas
receptoras. A partir de este espectro Doppler es posible, para cada
señal recibida, detectar (SI.5) la presencia de un objeto aéreo que
se aproxima situado en la zona de interés, del que se han recibido
reflexiones de la señal de exploración. Por lo tanto, es posible
deducir la velocidad y la dirección del dispositivo aéreo detectado.
Los medios de proceso de señales están dispuestos para obtener
información con respecto a la velocidad de un objeto aéreo
detectado con respecto al avión en base a la información Doppler en
las reflexiones de la señal de exploración. Será evidente para los
técnicos en la materia que las reflexiones estacionarias o por
ejemplo del suelo, se pueden suprimir en base a la frecuencia
Doppler. Si no se detecta objeto aéreo alguno que se aproxime, se
continuará la transmisión de una señal de exploración continua, que
tiene una frecuencia constante, hasta detectar un dispositivo
aéreo.
Cuando se ha detectado un dispositivo aéreo en
aproximación, la etapa siguiente comprende la transmisión de una
señal de exploración de onda continua modulada en frecuencia
(SII.1). SII se refiere a una etapa en una segunda modalidad de
funcionamiento. Se recibirán también reflexiones de esta señal de
exploración (SII.2). Estas señales recibidas serán convertidas en
señales recibidas digitales (SII.3) y un transformador rápido de
Fourier 3D transformará todas las señales digitales recibidas
(SII.4) en tres dimensiones, siendo las tres dimensiones dos
dimensiones espaciales y una dimensión de tiempo. El transformador
rápido de Fourier 3D utiliza un transformador rápido de Fourier 2D
para formar haces digitales múltiples, resultando la formación de
estos haces de la diferencia de fase entre las antenas receptoras
3a. Por lo tanto, las entradas del transformador rápido de Fourier
2D son facilitadas por las antenas receptoras (3a). Las señales
transformadas proporcionan información de la dirección del avión en
aproximación con respecto a los receptores (3). Los medios de
proceso de señales están dispuestos por lo tanto para determinar
una dirección con respecto al avión, de cuya dirección se originan
las señales. Asimismo, el transformador rápido de Fourier 3D
comprende un transformador rápido de Fourier 1D para determinar la
distancia del dispositivo aéreo que se aproxima. Por lo tanto, la
entrada del transformador rápido de Fourier 1D puede ser
proporcionada solamente por una de las antenas receptoras. Después
de repetir el envío de la señal de exploración de onda continua
modulada en frecuencia y sucesivamente la etapa (SII.2), la etapa
(SII.3) y la etapa (SII.4) una serie de veces, se deducirá un perfil
de distancia del objeto aéreo detectado. Las ondas continuas
moduladas en frecuencia pueden tener una amplitud de banda del
orden de un par de MHz. La frecuencia de repetición de un barrido de
onda continua modulada en frecuencia se puede seleccionar de manera
que las reflexiones estacionarias no alteren la medición de la
distancia. Al llevar a cabo las etapas SI.1-SI.5 se
deduce la velocidad y dirección del objeto aéreo detectado. Al
llevar a cabo las etapas SI.1-SI.5 se deduce un
perfil de distancia del objeto aéreo detectado. Esto permite que el
sistema de radar calcule la ruta del dispositivo aéreo que se
aproxima y que calcule el punto más cercano de aproximación (CPA) y
el tiempo para el CPA. En base a esta información, el piloto podrá
llevar a cabo, en caso necesario, una maniobra anticolisión.
Una vez se ha calculado el CPA, el subsistema
puede empezar nuevamente a transmitir una señal de exploración
continua que tiene frecuencia constante.
Será evidente que cada subsistema puede ser
apreciado como "sistema de radar de observación" ("staring
radar system") en oposición a un "sistema de radar de
escaneado" conocido en la técnica anterior.
Una modificación de la realización mostrada en
la figura 1 se ha representado esquemáticamente en la figura 3. La
disposición por fases comprende la misma cantidad de receptores (3)
que en la disposición por fases mostrada en la figura 1. No
obstante, se ha mostrado a efectos de claridad en la figura 3
solamente tres de los receptores (3). Tal como se puede apreciar en
la figura 3, cada uno de los receptores (3) comprende un mezclador
(4). Los mezcladores (4) están situados entre el elemento
electrónico RX y el convertidor analógico a digital (ADC). Además,
los mezcladores (4) están dispuestos para generar como señal de
salida una señal de mezclador que tiene una frecuencia que como
mínimo es aproximadamente igual a la diferencia entre las
frecuencias de las dos señales de entrada. El subsistema está
dispuesto para enviar una señal de referencia a los mezcladores (4)
cuya señal de referencia es similar a la señal de exploración a
enviar por la antena transmisora (2). Por lo tanto, las señales
mezcladoras son señales cuya frecuencia es igual a la diferencia
entre las frecuencias de la señal de referencia y la reflexión
receptora.
La modificación se representa adicionalmente en
la figura 4 en la que se han añadido las etapas adicionales SI.2a y
SII.2a. Por la añadidura del mezclador (4) en el sistema de radar y
por la adición de las etapas adicionales SI.2a y SII.2a, las
señales correspondientes a convertir SI.3 y SII.3 por los
convertidores analógico a digital (ADC) se encuentran dentro de un
rango para el que los convertidores analógico a digital se
encuentran a disposición a precios muy razonables. De manera
típica, tanto la señal de referencia como la reflexión recibida
tienen una frecuencia aproximada de 10^{10} Hz. No obstante, la
señal del mezclador puede ser del orden aproximado de 10^{4} Hz,
con lo cual existen convertidores analógicos a digitales
relativamente simples.
La figura 5 muestra esquemáticamente la forma en
la que un vehículo aéreo, tal como un avión, puede ser dotado de un
sistema de radar que comprende una serie de subsistemas, de manera
tal que se cubre una zona estática de interés por la señal de
exploración por delante del avión. La zona se extiende
aproximadamente hasta unos 10 Km del avión. La zona estática de
interés cubierta por la señal de exploración se encuentra presente
por detrás del avión y se extiende aproximadamente a 1 Km del
propio avión. Una zona estática de interés cubierta por una señal
de exploración se encuentra presente tanto por encima como por
debajo del avión y se extiende aproximadamente a 1,5 Km del
avión.
También se puede prever que se encuentre
presente una zona de interés en cada uno de los lados del avión.
Cada zona de interés requiere su propio subsistema. También es
posible que cada subsistema comprenda dos antenas transmisoras, a
saber, una para transmitir de manera continua la señal de
exploración que tiene frecuencia constante y otra para transmitir
de manera continua la señal de exploración que tiene FMCW. En este
caso la detección y determinación de la distancia de un avión
detectado no son excluyentes entre sí, sino que se pueden realizar
simultáneamente de manera que también se pueden detectar nuevos
objetos aéreos cuando se ha determinado la distancia de un objeto
ya detectado. Es posible, no obstante, que las zonas de interés se
solapen. Estas realizaciones se comprenderá que en su totalidad
están incluidas dentro del ámbito de la invención.
Claims (13)
1. Sistema de radar (1) para un avión, para su
utilización como mínimo para detectar otro objeto aéreo dentro de
una zona que rodea el avión, en el que el sistema comprende como
mínimo un subsistema dotado de: como mínimo un transmisor (2) para
transmitir una señal de exploración electromagnética; un conjunto de
receptores (3), en fase, para recibir simultáneamente reflexiones
de la señal de exploración transmitida y para generar señales de
recepción cada una de las cuales representa una reflexión recibida
de la señal de exploración; y una unidad de proceso de señales para
procesar cada una de las señales de recepción para obtener
información con respecto a un objeto aéreo detectado dentro de la
zona que rodea el avión, de manera que el subsistema está dispuesto
para transmitir, por medio del transmisor (2), la señal de
exploración de manera que dicha señal de exploración cubre una zona
de interés que es estática con respecto al avión y en el que el
subsistema está dispuesto para detectar, por medio de un conjunto
en fase de receptores (3) y de los medios de proceso de señales, un
objeto aéreo en la zona de interés, de manera que la unidad de
proceso de señales está dispuesta para determinar la dirección con
respecto al avión, de cuya dirección se origina la reflexión
recibida, y en el que, a efectos de determinar dicha dirección, la
unidad de proceso de señales está dispuesta para llevar a cabo una
transformada rápida de Fourier sobre una señal de recepción para
formar haces digitales múltiples, mientras que el conjunto de
receptores en fase y la unidad de proceso de señales evitan el
escaneado de la zona de interés, de manera que la zona de interés
sea observada como un conjunto, en el que el por lo menos un
subsistema está dispuesto de forma tal que en una primera modalidad
se transmite una señal de exploración que tiene frecuencia constante
hasta que el subsistema indica la presencia de un objeto aéreo en
la zona de interés, y el subsistema está dispuesto además de forma
tal que cuando el subsistema indica la presencia de un objeto aéreo
en la zona de interés, a continuación, en una segunda modalidad, se
transmite una señal de exploración que tiene una Onda Continua
Modulada en Frecuencia.
2. Sistema de radar (1), según la reivindicación
1, en el que el subsistema está dispuesto para transmitir la señal
de exploración de manera tal que la señal de exploración cubre de
manera continua la zona de interés.
3. Sistema de radar (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la dirección de la señal de
exploración es estática con respecto al avión.
4. Sistema de radar (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los medios de proceso de
señales están dispuestos para obtener información de la dirección
del objeto aéreo detectado con respecto al avión, como mínimo en
una dimensión.
5. Sistema de radar (1), según la reivindicación
4, en el que los medios de proceso de señales están dispuestos para
obtener información de la dirección del dispositivo aéreo detectado
con respecto al avión, por lo menos en dos dimensiones.
6. Sistema de radar (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los medios de proceso de
señales están dispuestos para determinar la posición de un objeto
aéreo detectado con respecto al avión.
7. Sistema de radar (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los medios de proceso de
señales están dispuestos para obtener información con respecto a la
velocidad del objeto aéreo detectado con respecto al avión en base
a información doppler en las reflexiones de la señal de
exploración.
8. Sistema de radar (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el transmisor de, como
mínimo un subsistema, comprende un transmisor de estado sólido.
9. Sistema de radar (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que cada uno de los receptores
del por lo menos un subsistema, comprende un receptor de chip
único.
10. Sistema de radar (1), según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que el como mínimo un
subsistema está dispuesto para transmitir la señal de exploración
que comprende la Onda Continua Modulada en Frecuencia, en el que la
Onda Continua Modulada en Frecuencia comprende un modelo de
frecuencia que se repite a sí mismo a lo largo del tiempo.
11. Sistema de radar (1), según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de radar
comprende una serie de subsistemas para controlar la primera zona
por delante del avión y como mínimo una segunda zona que se
encuentra o bien detrás del avión, por encima del avión o por debajo
del avión.
12. Avión, en particular avión no tripulado,
dotado de un sistema de radar (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores.
13. Procedimiento para detectar como mínimo otro
objeto aéreo dentro de una zona que rodea un avión, en el que el
procedimiento comprende:
transmitir una señal de exploración
electromagnética tal que la señal de exploración cubre una zona de
interés que es estática con respecto al avión, utilizando como
mínimo un transmisor (2);
recibir simultáneamente reflexiones de la señal
de exploración transmitida y generar señales de recepción, cada una
de las cuales representa una reflexión recibida de la señal de
exploración utilizando un conjunto de receptores en fase (3);
procesar cada una de las señales de recepción
para obtener información con respecto al objeto aéreo detectado
dentro de la zona que rodea el avión, utilizando una unidad de
proceso de señales, y
detectar por medio del conjunto en fase de
receptores (3) y de la unidad de proceso de señales un objeto aéreo
en la zona de interés,
determinar la dirección con respecto al avión,
de cuya dirección se origina la reflexión recibida, a efectos de
determinar dicha dirección, llevando a cabo una transformación
rápida de Fourier sobre una señal de recepción para formar
múltiples haces digitales, mientras que el conjunto de receptores en
fase y la unidad de proceso de señal evitan escanear la zona de
interés, de manera que dicha zona de interés es observada como un
conjunto
y, en una primera modalidad, transmitir una
señal de exploración que tiene una frecuencia constante hasta que
el subsistema indica la presencia de un objeto aéreo en la zona de
interés, y, cuando el subsistema indica la presencia de un objeto
aéreo en la zona de interés, transmitir a continuación, en una
segunda modalidad, una señal de exploración que tiene una Onda
Continua Modulada en Frecuencia.
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