ES2970291T3 - Sistema de radar para entornos interferidos - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un sistema de radar (1) y a un método (100, 200) para mantener el rendimiento del radar en un entorno congestionado. El sistema de radar (1) tiene una disposición de antena principal (2) para transmitir y/o recibir ondas electromagnéticas. La disposición de antena principal comprende al menos un elemento de antena principal y al menos un módulo electrónico principal para transmitir y/o recibir señales hacia/desde el al menos un elemento de antena principal, en donde la disposición de antena principal está configurada para emitir un patrón de radiación que comprende un lóbulo principal y un área de lóbulo lateral. El sistema tiene además una disposición de antena auxiliar (5) para transmitir y/o recibir ondas electromagnéticas, donde la disposición de antena auxiliar comprende al menos un elemento de antena auxiliar y al menos un módulo electrónico auxiliar para transmitir y/o recibir señales hacia/desde el al menos un elemento de antena auxiliar. Además, el sistema dispone de un controlador (8) conectado al conjunto de antena principal y al conjunto de antena auxiliar. El controlador (8) está configurado para transmitir una primera forma de onda de radar desde dicho elemento de antena principal, y transmitir una segunda forma de onda de radar desde el elemento de antena auxiliar, y en el que la primera forma de onda de radar y la segunda forma de onda de radar tienen un factor de correlación cruzada normalizado por debajo 1. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de radar para entornos interferidos
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a un sistema y procedimiento de radar. Más concretamente, pero no exclusivamente, se refiere a un sistema de radar que emplea contramedidas electrónicas.
ANTECEDENTES
La guerra electrónica existe al menos desde principios del siglo XX, pero no desempeñó realmente un papel importante en la guerra militar hasta la Segunda Guerra Mundial, que introdujo sistemas de radar fiables y de largo alcance. Por primera vez, las fuerzas amigas podían ver al enemigo a distancia sin ser detectadas. Naturalmente, esto también condujo a la aparición de nuevas tecnologías para contrarrestar estos sistemas de radar, lo que llevó al desarrollo de la interferencia de radar y otras tecnologías de engaño.
La interferencia de radar es, como se ha mencionado, una forma común de contramedidas electrónicas (ECM), cuyo propósito es degradar la eficacia de los sistemas de radar enemigos. Generalmente, esto se hace emitiendo señales de radio a frecuencias específicas que reducen la capacidad del sistema de radar para detectar y rastrear objetos en el entorno operativo. Un tipo común de interferencia de radar incluye la transmisión de señales fuertes que pueden entrar en un receptor de radar a través de los lóbulos laterales de la antena e interpretarse como señales del lóbulo principal. En consecuencia, se producen falsas detecciones y errores de ángulo.
Como remedio a esto, se ha utilizado el borrado de lóbulos laterales (SLB) o la cancelación de lóbulos laterales (SLC) para mitigar este tipo de contramedidas de radar. Más en detalle, la supresión de lóbulos laterales proporciona una forma eficaz de suprimir tales señales empleando una antena omnidireccional (antena de guarda) que se utiliza para recibir una señal de comparación. Comparando la intensidad de la señal recibida tanto por la antena omnidireccional como por la antena principal, es posible determinar qué señales no proceden de una región de interés y, por tanto, pueden ignorarse. Un ejemplo de un sistema que emplea la cancelación de lóbulos laterales puede encontrarse, por ejemplo, en la patente U<s>8.115.679 del mismo solicitante, SAAB AB de Suecia.
Sin embargo, un problema con las soluciones existentes mencionadas anteriormente es que no se mitiga la interferencia en el lóbulo principal, y requieren una capacidad computacional significativa cuando se utilizan en una antena giratoria, ya que los coeficientes de ponderación para la antena principal y de guarda tienen que actualizarse con mucha frecuencia. Este último problema es aún más destacado durante el funcionamiento con un ancho de banda instantáneo amplio.
En consecuencia, existe la necesidad de un sistema de radar nuevo y mejorado que disponga de contramedidas electrónicas que puedan hacer frente a la interferencia de lóbulo lateral y a la interferencia de lóbulo principal de forma mejorada.
El documento EP 1 159 635 A2 divulga un sistema de radar que incluye un supresor y un cancelador de lóbulos laterales que incluye un circuito de anulación de bucle abierto para introducir uno o más nulos en el haz principal y en un haz supresor. Con esta disposición, el supresor puede funcionar incluso en presencia de fuertes interferencias de lóbulos laterales sin los problemas convencionales atribuibles a la amplificación del ruido. También se describe una configuración de antena para implementar la anulación de bucle abierto, incluyendo un par de matrices lineales ortogonales. Uno de los conjuntos es omnidireccional en acimut y direccional en elevación, y el otro es omnidireccional en elevación y direccional en acimut para dirigir los haces principal y supresor en la dirección de los interferentes. En una realización, el sistema de radar incluye además un suplantador y las matrices lineales cruzadas procesan las señales del suplantador en transmisión y procesan las señales del supresor en recepción.
El documento CA 2 135 551 C divulga un aparato radar que está provisto de antenas auxiliares de naturaleza omnidireccional. Además de las aplicaciones habituales de ECCM, como la supresión de lóbulos laterales y la supresión de lóbulos laterales, las antenas auxiliares también se utilizan para la emisión de impulsos desplazados en frecuencia que se emiten simultáneamente con los impulsos del transmisor de radar. Para ello, el aparato de radar está provisto de transmisores auxiliares. Además, se han proporcionado receptores auxiliares para analizar las respuestas de los interferentes a los pulsos desplazados en frecuencia.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Por lo tanto, es objeto de la presente invención proporcionar un sistema de radar, un procedimiento para mantener el rendimiento de radar de un sistema de radar en un entorno interferido, un medio de almacenamiento no transitorio legible por ordenador y un vehículo con dicho sistema de radar que alivie todos o al menos algunos de los inconvenientes mencionados anteriormente de los sistemas conocidos actualmente.
Este objeto se consigue mediante un sistema de radar, un procedimiento, un medio de almacenamiento no transitorio legible por ordenador y un vehículo, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
En el presente contexto, el término ejemplar debe entenderse como un caso, ejemplo o ilustración.
Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un sistema de radar para detectar un objetivo en un área operativa, que comprende:
una disposición de antena principal para transmitir y/o recibir ondas electromagnéticas, la disposición de antena principal que comprende al menos un elemento de antena principal y al menos un módulo electrónico principal para transmitir y/o recibir señales hacia/desde el al menos un elemento de antena principal, en la que la disposición de antena principal está configurada para emitir un patrón de radiación que comprende un lóbulo principal y una zona de lóbulos laterales, en la que la disposición de antena principal está adaptada para barrer el objetivo con el lóbulo principal;
una disposición de antena auxiliar para transmitir y/o recibir ondas electromagnéticas, la disposición de antena auxiliar que comprende al menos un elemento de antena auxiliar y al menos un módulo electrónico auxiliar para transmitir y/o recibir señales hacia/desde el al menos un elemento de antena auxiliar;
un controlador conectado a la disposición de antena principal y a la disposición de antena auxiliar, estando el controlador configurado para:
transmitir una primera forma de onda de radar desde el al menos un elemento de antena principal; y transmitir una segunda forma de onda de radar desde el al menos un elemento de antena auxiliar, y en la que la primera forma de onda de radar y la segunda forma de onda de radar tienen un factor de correlación cruzada normalizado inferior a 0,5, de modo que la primera y la segunda forma de onda tienen un alto nivel de ortogonalidad;
en el que el controlador está configurado para, además:
transmitir una tercera forma de onda de radar desde al menos un elemento de antena principal durante cada M: ésimo barrido sobre el objetivo, siendo M un número entero positivo >= 2;
transmitir la primera forma de onda de radar desde el al menos un elemento de antena principal durante los barridos restantes sobre el objetivo;
en la que la segunda forma de onda de radar y la tercera forma de onda de radar tienen un factor de correlación cruzada normalizado superior a 0,5 para tener un bajo nivel de ortogonalidad.
Por la presente se presenta un sistema de radar capaz de mitigar más eficazmente los efectos perjudiciales de los interferentes de radar dirigidos a los lóbulos laterales de un sistema de radar que las soluciones conocidas convencionalmente. El "objetivo" puede ser, por ejemplo, un vehículo o aeronave enemigos dotados de un interferente de radar.
En el presente contexto, el término conectado debe entenderse como "conectado operativamente", es decir, conectado directa o indirectamente. La disposición de la antena puede comprender, por ejemplo, una matriz de barrido electrónico (ESA) activa o pasiva; sin embargo, otras realizaciones son factibles y están dentro del alcance de la invención (como, por ejemplo, antenas parabólicas, guías de ondas ranuradas, etc.). El sistema de radar puede ser, por ejemplo, un sistema de radar Doppler, un sistema de radar Doppler pulsado, un sistema de radar de onda continua modulada en frecuencia (FMCW), etc.
La antena (disposición) auxiliar puede denominarse en lo sucesivo antena (disposición) de guarda, y estos términos se utilizan como sinónimos e intercambiables en el presente contexto. El sistema de radar puede, por ejemplo, ser fijo, estar montado en un vehículo (por ejemplo, un radar montado en un camión) o estar instalado en una aeronave.
Además, el término "forma de onda de radar" debe entenderse como una forma de onda electromagnética adecuada para aplicaciones de radar. La banda de frecuencias para aplicaciones de radar puede oscilar entre 3 MHz y 300 GHz en función de una aplicación específica, pero son más comunes en el rango de 40 MHz a 40 GHz. Dicho de otro modo, el término forma de onda de radar puede entenderse como una forma de onda con una función de ambigüedad que tiene lóbulos laterales bajos tanto en alcance como en Doppler. Las formas de onda del radar pueden ser formas de onda continuas o formas de onda pulsadas. En lo sucesivo, se utilizará el término "iluminación" y debe interpretarse como el proceso de dirigir ondas de radio hacia uno o más objetos, aunque las ondas de radio sean invisibles para el ojo humano o las cámaras ópticas.
La presente invención se basa, al menos en parte, en la comprensión de que en lugar de utilizar únicamente la antena auxiliar (también puede denominarse antena de guarda) para un modo de escucha/recepción, se puede utilizar activamente y transmitir una señal de desvío "creíble" en la que pueda bloquearse un interferente. Más en detalle, al garantizar que tanto la señal de la antena principal como la de la antena auxiliar son señales de radar creíbles, es posible realizar un sistema de radar que tenga contramedidas electrónicas eficaces. Además, al utilizar señales/formas de onda de radar creíbles tanto en la antena auxiliar como en la principal, es menos obvio para el interferente que la señal de desvío es un desvío real.
En otras palabras, el presente inventor se dio cuenta de que irradiando formas de onda similares (con alta ortogonalidad o baja correlación cruzada) desde la antena principal y la antena de guarda, se puede crear una iluminación de lóbulo lateral de confianza que domine sobre los lóbulos laterales de la antena principal, y de este modo hacer que un interferente de radar se "bloquee" en la antena de guarda en su lugar. Así, el sistema de radar presentado aumenta la probabilidad de mantener el rendimiento del radar incluso en entornos interferidos.
Como se ha mencionado anteriormente, las primera y segunda formas de onda de radar se forman preferiblemente de tal manera que cada una de ellas es utilizable individualmente como modos de radar plenamente funcionales. Esto puede lograrse, por ejemplo, empleando dos formas de onda idénticas con la excepción de tener frecuencias portadoras diferentes.
Así, de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención, la primera forma de onda de radar tiene una primera onda portadora y la segunda forma de onda de radar tiene una segunda onda portadora, siendo dicha primera onda portadora diferente de la segunda onda portadora. Alternativa o adicionalmente, la primera forma de onda de radar y la segunda forma de onda de radar tienen diferentes modulaciones intrapulso. En consecuencia, mediante el uso de diferentes ondas portadoras para las dos formas de onda de radar separadas de los dos arreglos de antena y/o diferentes modulaciones intrapulso, se proporciona un medio simple y eficaz para lograr una alta ortogonalidad (baja correlación) entre las dos formas de onda. Las diferentes ondas portadoras pueden ser, por ejemplo, ondas portadoras (de forma sinusoidal) con diferentes frecuencias. Por ejemplo, el controlador puede estar configurado para controlar la disposición de la antena principal y la disposición de la antena auxiliar para que emitan/transmitan la misma señal/forma de onda, pero con diferentes frecuencias de onda portadora.
Desde la perspectiva de un interferente de radar enemigo, éste es iluminado (más fuertemente) por la antena "incorrecta" (es decir, la antena de guardia) durante la mayor parte del tiempo, ya que la potencia radiada aparente (ERP) de la antena de guardia supera la ERP de la antena principal en la zona/región del lóbulo lateral. Por lo tanto, lo más probable es que el interferente de radar mantenga un bloqueo en la antena de guardia. Como comprenderá el lector avezado, el radar interferente enemigo es iluminado simultáneamente por la antena principal y la antena de guarda durante cada pulso (para un sistema de radar pulsado) y continuamente (para un sistema de radar de CW), pero la ERP de la antena de guarda supera a la de la antena principal excepto en el lóbulo principal. Así, se puede pensar que la antena con la ERP más alto en la dirección actual sólo ilumina al interferente.
La transmisión de la antena de guarda es una transmisión engañosa pura, por lo que la interferencia no afectará negativamente a la disposición de la antena principal ni a la funcionalidad primaria del sistema de radar. Sin embargo, durante periodos de tiempo relativamente cortos, el interferente de radar será iluminado por el lóbulo principal de la antena principal, por lo que existe la probabilidad de que un interferente de radar "rápido" se dé cuenta de que está apuntando a la antena equivocada (por ejemplo, interfiriendo en la frecuencia equivocada), y cambie para apuntar a la antena principal en su lugar durante estos periodos de tiempo relativamente cortos, lo que perjudicará el rendimiento del sistema de radar. En el peor de los casos, un interferente de radar rápido e inteligente puede darse cuenta de que está siendo engañado y apuntar sólo a la antena principal. Así, al introducir una forma de onda diferente durante, por ejemplo, cada dos iluminaciones o barridos, al interferente de radar enemigo le resultará más difícil darse cuenta de cuál es la forma de onda de radar "primaria" y cuál es la forma de onda de radar "engañosa". Naturalmente, la forma de onda diferente puede aplicarse cada tercer, cuarto, etc. barrido basado en la situación o preferencias.
En otras palabras, el sistema de radar ilumina el blanco con el haz principal cada M:ésima iluminación. La tercera forma de onda de radar puede ser, por ejemplo, la segunda forma de onda de radar.
Aquí, la segunda forma de onda de radar y la tercera forma de onda de radar son sustancialmente similares, de tal manera que cada una de ellas es completamente funcional como modos de radar. Esto se hace para garantizar que ningún posible interferente de radar sospeche que la segunda forma de onda de radar (la emitida por la antena de protección) es una distracción. Esto puede conseguirse, por ejemplo, haciendo que la segunda forma de onda del radar y la tercera sean idénticas.
Por ejemplo, en una disposición de antena giratoria, los barridos (también pueden denominarse tasa de iluminación del lóbulo principal) pueden interpretarse como una tasa de rotación. Así, en ese caso, la disposición de antena principal tiene una velocidad de rotación de N rotaciones por minuto, donde N >= 2, y en el que el controlador está configurado además para:
transmitir la tercera forma de onda de radar desde la antena principal durante al menos una rotación por minuto de las N rotaciones por minuto (por ejemplo, cada 2da rotación), y
transmitir la primera forma de onda de radar desde la antena principal durante las rotaciones restantes de las N rotaciones por minuto;
la segunda forma de onda de radar y la tercera forma de onda de radar tienen un factor de correlación cruzada normalizado superior a 0,5.
Además, de acuerdo con otra realización ejemplar de la presente invención, la primera forma de onda de radar tiene una primera onda portadora, la segunda forma de onda de radar tiene una segunda onda portadora, y la tercera forma de onda de radar tiene la segunda onda portadora, siendo la primera onda portadora diferente de la segunda onda portadora. Además, alternativa o adicionalmente, la primera forma de onda de radar y la segunda forma de onda de radar pueden tener modulaciones intrapulso diferentes, mientras que la tercera forma de onda de radar y la segunda forma de onda de radar tienen una modulación intrapulso común. De este modo se proporciona un medio sencillo y eficaz para lograr las relaciones de ortogonalidad deseadas entre las distintas formas de onda de radar.
Aún más, de acuerdo con otra realización ejemplar de la presente invención, el módulo electrónico principal comprende un filtro adaptado para filtrar las señales recibidas del elemento de antena principal, en el que el filtro adaptado está dispuesto para atenuar una segunda forma de onda de radar de retorno que se ha transmitido desde el elemento de antena auxiliar en al menos 20 dB. En otra realización ejemplar, el filtro adaptado puede estar dispuesto para atenuar la segunda forma de onda de radar de retorno (que fue transmitida originalmente por la antena auxiliar) en al menos 30 dB, como por ejemplo al menos 35 dB o al menos 40 dB. Esto aclara la alta ortogonalidad entre la primera y la segunda formas de onda del radar.
Además, de acuerdo con otra realización ejemplar de la presente invención, la disposición de antena auxiliar está dispuesta de tal manera que una potencia radiada efectiva, ERP, de la disposición de antena auxiliar es mayor que una ERP de la disposición de antena principal en el área de lóbulo lateral de la disposición de antena principal (cuando la disposición de antena principal está transmitiendo ondas electromagnéticas). De este modo, se garantiza que la disposición de la antena de protección tenga una función protectora contra las interferencias de lóbulo lateral. Naturalmente, el sistema de radar puede incluir también una funcionalidad SLB o SLC. Esto puede lograrse, por ejemplo, mediante un control adecuado de la ganancia de la antena o de una ganancia de las subunidades de los módulos electrónicos (por ejemplo, la ganancia del amplificador). Así, de acuerdo con otra realización ejemplar de la presente invención, la disposición de antena auxiliar está dispuesta de tal manera que una ganancia de la disposición de antena auxiliar es mayor que una ganancia de la disposición de antena principal en el área de lóbulo lateral de la disposición de antena principal (cuando la disposición de antena principal está recibiendo ondas electromagnéticas).
Además, de acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para mantener el rendimiento de radar de un sistema de radar en un entorno interferido en el que el procedimiento comprende:
formar una primera forma de onda de radar;
transmitir la primera forma de onda de radar desde una antena principal del sistema de radar;
formar una segunda forma de onda de radar;
transmitir la segunda forma de onda de radar desde una antena auxiliar del sistema de radar;
transmitir una tercera forma de onda de radar desde la disposición de antena principal durante cada M:ésima barrido sobre un objetivo, siendo M un número entero positivo >= 2;
transmitir la primera forma de onda de radar desde la antena principal durante los barridos restantes sobre el objetivo
en la que la primera forma de onda de radar y la segunda forma de onda de radar tienen un factor de correlación cruzada normalizado inferior a 0,5, de modo que la primera y la segunda forma de onda tienen un alto nivel de ortogonalidad, y la segunda forma de onda de radar y la tercera forma de onda de radar tienen un factor de correlación cruzada normalizado superior a 0,5, de modo que tienen un bajo nivel de ortogonalidad. Con este aspecto de la invención, las realizaciones y las ventajas similares están presentes como en el primer aspecto previamente discutido de la invención y viceversa.
De acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención, la etapa de formar la primera forma de onda de radar comprende formar la primera forma de onda de radar utilizando una primera onda portadora; y la etapa de formar la segunda forma de onda de radar comprende formar la segunda forma de onda de radar utilizando una segunda onda portadora, siendo la primera onda portadora diferente de la segunda onda portadora. La primera onda portadora y la segunda onda portadora pueden tener, por ejemplo, frecuencias diferentes.
Además, de acuerdo con otra realización de la presente invención, la etapa de formar la primera forma de onda de radar comprende formar la primera forma de onda de radar utilizando un primer esquema de modulación intrapulso; y en el que la etapa de formar la segunda forma de onda de radar comprende formar la segunda forma de onda de radar utilizando un segundo esquema de modulación intrapulso, siendo el primer esquema de modulación intrapulso diferente del segundo esquema de modulación intrapulso. La modulación intrapulso controlable proporciona una alternativa o complemento al uso de diferentes ondas portadoras para formar dos señales de radar que tengan un alto nivel de ortogonalidad.
Además, de acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio que almacena uno o más programas configurados para ser ejecutados por uno o más procesadores de un sistema de control de radar. El uno o más programas que comprenden instrucciones para realizar el procedimiento según cualquiera de las realizaciones de la invención discutidas en lo que antecede. Con este aspecto de la invención, las realizaciones y las ventajas similares están presentes como en los aspectos previamente discutidos de la invención.
Aún más, de acuerdo con otro aspecto de la presente invención se proporciona un vehículo que comprende un sistema de radar de acuerdo con cualquiera de las realizaciones discutidas con referencia al primer aspecto de la invención en lo que antecede. Con este aspecto de la invención, las realizaciones y las ventajas similares están presentes como en el primer aspecto previamente discutido de la invención. En este contexto, se considera que un vehículo incluye tanto los vehículos de superficie como las aeronaves (por ejemplo, cazas, helicópteros, etc.)
Estas y otras características y ventajas de la presente invención se aclararán en lo sucesivo con referencia a las realizaciones descritas a continuación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A modo de ejemplo, la invención se describirá con más detalle a continuación en referencia a las realizaciones de la misma ilustradas en los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una ilustración esquemática de un sistema de radar de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 2 es un gráfico esquemático de potencia frente a ángulo de elevación que ilustra los patrones de antena asociados a un sistema de radar de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 3 es un diagrama esquemático de potencia frente a ángulo acimutal que ilustra los patrones de antena asociados a un sistema de radar de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 4 es una representación esquemática en forma de diagrama de flujo de un procedimiento para mantener las prestaciones de radar de un sistema de radar en un entorno interferido de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 5 es una representación esquemática en forma de diagrama de flujo de un procedimiento para mantener las prestaciones de radar de un sistema de radar en un entorno interferido de acuerdo con una realización de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
En la siguiente descripción detallada, se describirán algunas realizaciones de la presente invención. Sin embargo, debe entenderse que las características de las diferentes realizaciones son intercambiables entre las realizaciones y pueden combinarse de diferentes maneras, a menos que se indique específicamente otra cosa. Aunque en la siguiente descripción se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión más completa de la presente invención, será evidente para un experto en la materia que la presente invención puede practicarse sin estos detalles específicos. En otros casos, no se describen en detalle construcciones o funciones bien conocidas, para no ocultar la presente invención.
La figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema de radar 1 según una realización de la presente invención. El sistema de radar 1 tiene una disposición de antena principal 2 y una disposición de antena auxiliar 5. La disposición de antena auxiliar 5 también puede denominarse disposición de antena de protección. Ambas disposiciones de antenas 2, 5 están preparadas para transmitir y/o recibir ondas electromagnéticas.
La disposición de antena principal 2 comprende una pluralidad de elementos de antena principal 3 y una pluralidad de módulos electrónicos de antena principal 4 conectados a los mismos. Análogamente, la disposición de antena auxiliar 5 comprende una pluralidad de elementos de antena auxiliares 6 y una pluralidad de módulos electrónicos auxiliares 7 conectados a ellos. Los elementos de antena pueden ser antenas transmisoras o antenas receptoras, aunque a menudo se utiliza la misma antena para transmitir y recibir. La disposición de antena principal está además configurada para emitir un patrón de radiación que comprende un lóbulo principal y una zona de lóbulos laterales (véanse, por ejemplo, las referencias, 21 y 22 en la figura 2 y figura 3). Cada uno de los módulos electrónicos 4, 7 puede incluir, por ejemplo, un transmisor (no representado) que produzca ondas electromagnéticas en el dominio de la radio, las microondas o las ondas milimétricas, y un receptor (no representado) y un procesador para determinar las propiedades del objetivo(s). Las ondas de radio (pulsadas o continuas) procedentes de los elementos de antena 3, 6 se reflejan en el objetivo y vuelven al receptor, proporcionando información sobre la ubicación y velocidad del objetivo.
Además, cada módulo electrónico 4, 7 puede incluir además un filtro adaptado (no mostrado) para filtrar las señales recibidas por cada elemento de antena 3, 6 asociado. Los filtros adaptados se encuentran generalmente en el módulo receptor o de recepción del módulo electrónico 4, 7. Los filtros adaptados, entre otras cosas, sirven para garantizar que los módulos electrónicos 4, 7 no procesen ninguna otra señal electromagnética, excepto las emitidas por los respectivos elementos de antena 3, 6 y reflejadas de un objetivo. Más concretamente, los filtros adaptados de los módulos electrónicos principales están configurados para atenuar las señales transmitidas originalmente desde la antena auxiliar. Preferiblemente, los filtros adaptados de los módulos electrónicos principales están configurados para atenuar las señales transmitidas originalmente desde la antena auxiliar al menos 20 dB, o más preferiblemente al menos 30 dB, como por ejemplo al menos 40 dB.
El sistema de radar 1 tiene además una fuente de alimentación 8 para suministrar energía de funcionamiento al sistema de radar 1, y un controlador 8 conectado a cada disposición de antena 2, 5.
El controlador 8 puede manifestarse, por ejemplo, como un procesador de propósito general, un procesador de aplicación específica, un circuito que contiene componentes de procesamiento, un grupo de componentes de procesamiento distribuidos, un grupo de ordenadores distribuidos configurados para el procesamiento, una matriz de puertas programables en campo (FPGA), etc. El controlador 8 puede incluir además un microprocesador 10, un microcontrolador 10, un procesador digital de señales programable 10 u otro dispositivo programable. El controlador 8 también puede, o en su lugar, incluir un circuito integrado de aplicación específica (ASIC), una matriz de puertas programables o lógica de matriz programable, un dispositivo lógico programable o un procesador de señales digitales 10. Cuando el controlador 8 incluye un dispositivo programable como el microprocesador 10, el microcontrolador 10 o el procesador digital de señales programable 10 mencionados anteriormente, el procesador 10 o una memoria asociada 11 pueden incluir además código ejecutable por ordenador que controle el funcionamiento del dispositivo programable.
Debe entenderse que el controlador 8 puede comprender un procesador de señales digitales dispuesto y configurado para la comunicación digital con un servidor externo o un servidor basado en la nube. Por lo tanto, los datos pueden ser enviados hacia y desde el controlador 8, como es fácilmente comprensible para el lector experto.
Además, debe entenderse que partes de la solución descrita pueden implementarse en el controlador 8, en un sistema situado fuera del controlador 8, o en una combinación interna y externa al controlador 8; por ejemplo, en un servidor en comunicación con el controlador 8, una solución denominada en la nube. Por ejemplo, la señal de comunicación puede enviarse a un sistema externo y ese sistema externo realiza las etapas para determinar la posición prevista de un objetivo y envía de vuelta información que indica la posición prevista y otros parámetros relevantes utilizados en el seguimiento del objetivo.
El procesador 10 (del controlador 8) puede ser o incluir cualquier número de componentes de hardware para llevar a cabo el procesamiento de datos o señales o para ejecutar código informático almacenado en la memoria 11. En consecuencia, el controlador 8 puede tener una memoria asociada 11, y la memoria 11 puede ser uno o más dispositivos para almacenar datos y/o código informático para completar o facilitar los diversos procedimientos descritos en la presente descripción. La memoria 11 puede incluir memoria volátil o memoria no volátil. La memoria 11 puede incluir componentes de base de datos, componentes de código objeto, componentes de guion, o cualquier otro tipo de estructura de información para apoyar las diversas actividades de la presente descripción. De acuerdo con una realización ejemplar, cualquier dispositivo de memoria distribuida o local puede ser utilizado con los sistemas y procedimientos de esta descripción. Según una realización ejemplar, la memoria 11 está conectada de forma comunicable al procesador 10 (por ejemplo, a través de un circuito o cualquier otra conexión por cable, inalámbrica o de red) e incluye código informático para ejecutar uno o más procesos descritos en el presente documento.
Además, dependiendo de la funcionalidad proporcionada en la circuitería de control, pueden proporcionarse una o más interfaces de comunicación 12,13 y/o una o más interfaces de antena (no mostradas) y, además, también pueden proporcionarse una o más interfaces de sensor (no mostradas) para adquirir datos de sensores asociados con el sistema.
Más adelante, el controlador 8 está configurado para transmitir una primera forma de onda de radar desde los elementos de antena principales 3, y para transmitir una segunda forma de onda de radar desde los elementos de antena auxiliares 6. La segunda forma de onda de radar es diferente de la primera forma de onda de radar, de forma que tienen un factor de correlación cruzada normalizado inferior a 0,5, como por ejemplo inferior a 0,4 o inferior a 0,3. En otras palabras, las dos formas de onda de radar tienen un alto nivel de ortogonalidad.
La ortogonalidad entre la primera y la segunda forma de onda radar puede controlarse, por ejemplo, controlando la onda portadora utilizada para modular la forma de onda radar, y/o controlando la modulación intrapulso de las dos señales/formas de onda.
El sistema de radar 1 permite utilizar la disposición de antena auxiliar 5 de forma activa y transmitir una señal de desviación "creíble" (en forma de la segunda forma de onda de radar) sobre la que puede bloquearse un interferente, además de su función básica de protección contra lóbulos laterales. Para la protección del lóbulo lateral, la disposición de antena auxiliar 5 se dispone preferentemente de modo que una potencia radiada aparente, ERP, de la disposición de antena auxiliar 5 sea superior a una ERP de la disposición de antena principal 2 en la zona del lóbulo lateral de la disposición de antena principal 2, cuando la disposición de antena principal está transmitiendo ondas electromagnéticas. Del mismo modo, la disposición de antena auxiliar 5 puede estar dispuesta de modo que una ganancia de la disposición de antena auxiliar 5 sea superior a una ganancia de la disposición de antena principal 2 en la zona de lóbulos laterales de la disposición de antena principal 2, cuando la disposición de antena principal 2 está recibiendo ondas electromagnéticas (modo de escucha).
Más adelante, tanto la señal de antena principal como la señal de antena auxiliar deben ser señales de radar creíbles (es decir, no debe ser obvio para el interferente que la señal de desvío es una desviación), y al mismo tiempo, las dos señales/formas de onda de radar también deben tener alta ortogonalidad (es decir, baja correlación).
La correlación cruzada normalizada entre dos formas de ondauiyU2puede derivarse, por ejemplo, de la siguiente fórmula:
En otras palabras, irradiando formas de onda similares desde los elementos de antena principal 3 y los elementos de antena de guarda 6, se puede crear una iluminación de lóbulo lateral de confianza que domine sobre los lóbulos laterales de la antena principal, y de ese modo hacer que un interferente de radar se "bloquee" en la antena de guarda.
Como se ha mencionado anteriormente, las primera y segunda formas de onda de radar están formadas de tal manera que cada una de ellas es utilizable individualmente como modos de radar plenamente funcionales. Esto puede lograrse, por ejemplo, empleando dos formas de onda idénticas con la excepción de tener frecuencias portadoras diferentes.
Durante su uso, la disposición de antena principal 2 barrerá sobre un objetivo con su haz principal con una tasa de iluminación del haz principal. En una disposición de antena giratoria, esto puede interpretarse como la velocidad de rotación de la antena.
Más detalladamente, en esos breves intervalos de tiempo en los que el haz principal de la antena principal barre sobre el objetivo, la potencia de salida de la disposición de antena principal 2 superará la potencia de salida de la disposición de antena auxiliar 5. De este modo, un interferente de radar "enemigo" puede ser alcanzado durante esos breves intervalos de tiempo por la antena principal 2 en lugar de por la antena auxiliar 5 (que es el propósito de la antena auxiliar). En ese escenario, un interferente "rápido" puede cambiar para apuntar a la disposición de antena principal y bloquear el receptor de la disposición de antena principal 2 con señales de energía altamente concentradas durante ese tiempo. En un escenario peor, un interferente "inteligente" puede darse cuenta de que está siendo engañado, ya que no experimenta una iluminación del lóbulo principal en la frecuencia que está bloqueando (frecuencia de la antena auxiliar), y ajustarse en consecuencia.
Por consiguiente, el controlador 8 está configurado para transmitir una tercera forma de onda de radar desde la disposición de antena principal 2 durante cada M:ésimo barrido sobre el objetivo, siendo M un número entero positivo igual o superior a dos, y para transmitir la primera forma de onda desde la disposición de antena principal 2 durante los barridos restantes. Se supone que la tercera forma de onda de radar tiene una baja ortogonalidad con la segunda forma de onda de radar (de la disposición de antena auxiliar 5), es decir, un factor de correlación cruzada superior a 0,5, preferiblemente superior a 0,7, superior a 0,8 o más preferiblemente superior a 0,9.
Por ejemplo, el sistema de radar 1 puede disponerse de modo que la disposición de antena principal 2 transmita la misma forma de onda/señal de radar que la disposición de antena auxiliar 5 (por ejemplo, utilizando la misma frecuencia portadora) cada dos barridos/rotaciones. De este modo, el blanco/interferente será iluminado por la señal real cada dos barridos/rotaciones y por la señal engañosa el resto de barridos/rotaciones. Además, la velocidad de iluminación o de rotación de la antena principal puede duplicarse para imitar/simular aún más la firma de radar con la que se supone que está asociado el sistema de radar.
Las figuras 2 y 3 muestran gráficos de amplitud/potencia frente a ángulo que ilustran patrones de antena para un sistema de antena según una realización de la presente invención. Los gráficos son cortes transversales bidimensionales de un patrón tridimensional. La figura 2 ilustra un patrón de antena principal 20 y un patrón de antena auxiliar (de guarda) 23 en un plano de elevación. El patrón de antena auxiliar 23 tiene una distribución uniforme en el plano de elevación y cubre la zona de lóbulos laterales 22 del patrón de antena principal 20. La ganancia de la antena auxiliar supera a la de la antena principal en la zona de los lóbulos laterales. La amplitud del lóbulo principal 21 supera la amplitud del patrón de antena auxiliar en la zona del lóbulo principal correspondiente.
La figura 3 ilustra un patrón de antena principal 20 y un patrón de antena auxiliar (de guarda) 23 en un plano acimutal. Aquí, el patrón de antena auxiliar tiene una distribución aleatoria con una distribución de Taylor superpuesta para cubrir los lóbulos laterales acimutales del patrón de antena principal. Así, la ganancia de la disposición de antena auxiliar supera a la de la disposición de antena principal en la zona del lóbulo lateral.
Además, la figura 4 ilustra una representación de diagrama de flujo de un procedimiento 100 para mantener el rendimiento de radar de un sistema de radar en un entorno interferido. El procedimiento comprende la formación 101 de una primera forma de onda de radar, y la formación 102 de una segunda forma de onda de radar. Las dos formas de onda de radar tienen un factor de correlación cruzada normalizado inferior a 0,5. Las dos formas de onda de radar pueden formarse aplicando 103 una primera onda portadora y/o aplicando 105 una primera modulación intrapulso, y aplicando 104 una segunda onda portadora y/o aplicando 106 una segunda modulación intrapulso a cada onda respectivamente. A continuación, se transmiten las formas de onda de radar formadas; de tal manera que la primera forma de onda de radar se transmite 107 a través de la disposición de antena principal, y la segunda forma de onda de radar se transmite 108 a través de la disposición de antena auxiliar.
La figura 5 ilustra una representación de diagrama de flujo de un procedimiento 200 de acuerdo con la presente invención. Aquí, el procedimiento 200 incluye la transmisión de una señal "engañosa" también desde la disposición de antena principal durante cada dos barridos/rotaciones de la disposición de antena principal. Más detalladamente, el procedimiento incluye la formación 101 de una primera forma de onda de radar y la formación 102 de una segunda forma de onda de radar, teniendo las dos formas de onda de radar un factor de correlación cruzada normalizado bajo (inferior a 0,5). A continuación, se realiza un recuento 201 por cada barrido de iluminación del haz principal de la disposición de antena principal. Puede tratarse, por ejemplo, de la rotación de una antena.
Así, de acuerdo con el procedimiento ilustrado 200 de la figura 5, el recuento se incrementa 201 en cada barrido, y se comprueba 202 si está en un número par. Aquí, si el recuento es un número par, la segunda forma de onda se transmite 107 a través de la disposición de antena principal y se transmite 108 a través de la disposición de antena auxiliar/de guardia. Si el recuento es impar, se transmite la primera onda de radar 107 a través de la antena principal. En otras palabras, el procedimiento incluye la transmisión de la segunda forma de onda de radar desde la disposición de antena principal durante cada segundo barrido sobre el objetivo, y la transmisión de la primera forma de onda de radar durante los barridos restantes sobre el objetivo. Naturalmente, la transmisión engañosa de la disposición de antena principal (es decir, la transmisión de la segunda forma de onda de radar) puede realizarse a cualquier intervalo, como por ejemplo cada tercer barrido, cada cuarto barrido, etc. Además, el procedimiento puede incluir la formación de una tercera forma de onda de radar que se transmite desde la disposición de antena principal cada segundo barrido en lugar de la segunda forma de onda de radar. La tercera forma de onda de radar y la primera forma de onda de radar tienen un factor de correlación cruzada normalizado inferior a 1, como, por ejemplo, inferior a 0,7 o inferior a 0,5. Además, la tercera forma de onda de radar y la segunda forma de onda de radar tienen preferiblemente un factor de correlación cruzada normalizado superior a 0,5, como por ejemplo superior a 0,7 o superior a 0,8.
La presente divulgación contempla procedimientos, dispositivos y productos de programa en cualquier medio legible por máquina para realizar diversas operaciones. Las realizaciones de la presente divulgación pueden implementarse utilizando procesadores informáticos existentes, o mediante un procesador informático de propósito especial para un sistema apropiado, incorporado para este u otro propósito, o mediante un sistema cableado. Las realizaciones dentro del ámbito de la presente divulgación incluyen productos de programa que comprenden medios legibles por máquina para transportar o tener instrucciones ejecutables por máquina o estructuras de datos almacenadas en ellos. Dichos medios de legibles por máquina pueden ser cualquier medio disponible al que pueda acceder un ordenador de propósito general o de propósito especial u otra máquina con un procesador.
A modo de ejemplo, dichos medios legibles por máquina pueden comprender RAM, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM u otro almacenamiento en disco óptico, almacenamiento en disco magnético u otros dispositivos de almacenamiento magnético, o cualquier otro medio que pueda utilizarse para llevar o almacenar código de programa deseado en forma de instrucciones ejecutables por máquina o estructuras de datos y al que pueda acceder un ordenador de propósito general o especial u otra máquina con un procesador. Cuando se transfiere o suministra información a una máquina a través de una red u otra conexión de comunicaciones (ya sea cableada, inalámbrica o una combinación de ambas), la máquina considera la conexión como un medio legible por máquina. Así, cualquier conexión de este tipo se denomina correctamente un medio legible por máquina. Las combinaciones de cualquiera de los anteriores también deben incluirse dentro del ámbito de los medios legibles por ordenador. Las instrucciones ejecutables por máquina incluyen, por ejemplo, instrucciones y datos que hacen que un ordenador de propósito general, un ordenador de propósito especial o máquinas de procesamiento de propósito especial realicen una determinada función o grupo de funciones. Como ya se ha ejemplificado, algunas partes o todas las funciones pueden realizarse como una solución "basada en la nube".
Aunque las figuras pueden mostrar un orden específico de las etapas del procedimiento, el orden de las etapas puede diferir de lo representado. Además, se pueden realizar dos o más etapas simultáneamente o con concurrencia parcial. Dicha variación dependerá de los sistemas de software y hardware elegidos y de la elección del diseñador. Todas estas variaciones están dentro del ámbito de la divulgación. Del mismo modo, las implementaciones de software podrían llevarse a cabo con técnicas de programación estándar con lógica basada en reglas y otra lógica para llevar a cabo las diversas etapas de conexión, etapas de procesamiento, etapas de comparación y etapas de decisión. Además, aunque la divulgación se ha descrito con referencia a ejemplos específicos, muchas alteraciones, modificaciones y similares resultarán evidentes para los expertos en la técnica.
Cabe señalar que la palabra "que comprende" no excluye la presencia de otros elementos o etapas distintos de los enumerados y que las palabras "un" o "una" que preceden a un elemento no excluyen la presencia de una pluralidad de tales elementos. Cabe señalar además que los signos de referencia no limitan el alcance de las reivindicaciones, que la invención puede aplicarse, al menos en parte, mediante hardware y software, y que varios "medios" o "unidades" pueden estar representados por el mismo elemento de hardware.
Las realizaciones anteriormente mencionadas y descritas sólo se dan como ejemplos y no deben ser limitativas de la presente invención. Otras soluciones, usos, objetivos y funciones dentro del ámbito de la invención tal y como se reivindica en las realizaciones de patente descritas a continuación deberían ser evidentes para el experto en la técnica.
Claims (14)
1. Un sistema de radar (1) para detectar un objetivo en una zona de operaciones, el sistema de radar comprende:
una disposición de antena principal (2) para transmitir y/o recibir ondas electromagnéticas, la disposición de antena principal que comprende al menos un elemento de antena principal (3) y al menos un módulo electrónico principal (4) para transmitir y/o recibir señales hacia/desde el al menos un elemento de antena principal, en la que la disposición de antena principal está configurada para emitir un patrón de radiación que comprende un lóbulo principal y una zona de lóbulos laterales, en la que dicha disposición de antena principal está adaptada para barrer el objetivo con el lóbulo principal;
una disposición de antena auxiliar (5) para transmitir y/o recibir ondas electromagnéticas, la disposición de antena auxiliar que comprende al menos un elemento de antena auxiliar (6) y al menos un módulo electrónico auxiliar (7) para transmitir y/o recibir señales hacia/desde el al menos un elemento de antena auxiliar;
un controlador (8) conectado a la disposición de antena principal y a la disposición de antena auxiliar, estando el controlador configurado para:
transmitir una primera forma de onda de radar desde dicho al menos un elemento de antena principal; transmitir una segunda forma de onda de radar desde el al menos un elemento de antena auxiliar, y en la que la primera forma de onda de radar y la segunda forma de onda de radar tienen un factor de correlación cruzada normalizado inferior a 0,5, de modo que la primera y la segunda forma de onda tienen un alto nivel de ortogonalidad; y
caracterizado por queel controlador está configurado además para:
transmitir una tercera forma de onda de radar desde al menos un elemento de antena principal durante cada M:ésimo barrido sobre el objetivo, siendo M un número entero positivo >= 2;
transmitir la primera forma de onda de radar desde el al menos un elemento de antena principal durante los barridos restantes sobre el objetivo; y
en el que la segunda forma de onda de radar y la tercera forma de onda de radar tienen un factor de correlación cruzada normalizado superior a 0,5 para tener un bajo nivel de ortogonalidad.
2. El sistema de radar (1) según la reivindicación 1, en el que la primera forma de onda de radar tiene una primera onda portadora y la segunda forma de onda de radar tiene una segunda onda portadora, siendo dicha primera onda portadora diferente de la segunda onda portadora.
3. El sistema de radar (1) según la reivindicación 1 o 2, en el que la primera forma de onda de radar y la segunda forma de onda de radar tienen diferentes modulaciones intrapulso.
4. El sistema de radar (1) según la reivindicación 1, en el que M = 2.
5. El sistema de radar (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la primera forma de onda de radar tiene una primera onda portadora, la segunda forma de onda de radar tiene una segunda onda portadora, y la tercera forma de onda de radar tiene la segunda onda portadora, siendo dicha primera onda portadora diferente de la segunda onda portadora.
6. El sistema de radar (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la primera forma de onda de radar y la segunda forma de onda de radar tienen modulaciones intrapulso diferentes, en el que la tercera forma de onda de radar y la segunda forma de onda de radar tienen una modulación intrapulso común.
7. El sistema de radar (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el módulo electrónico principal (4) comprende un filtro adaptado para filtrar las señales recibidas del elemento de antena principal, en el que el filtro adaptado está dispuesto para atenuar una segunda forma de onda de radar de retorno que se ha transmitido desde el elemento de antena auxiliar en al menos 20 dB.
8. El sistema de radar (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición de antena auxiliar está dispuesta de tal manera que una potencia radiada aparente (ERP) de la disposición de antena auxiliar es superior a una ERP de la disposición de antena principal en la zona de lóbulos laterales de la disposición de antena principal
9. El sistema de radar (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la disposición de antena auxiliar está dispuesta de tal manera que una ganancia de la disposición de antena auxiliar es superior a una ganancia de la disposición de antena principal en la zona de lóbulos laterales de la disposición de antena principal.
10. Un procedimiento (100, 200) para mantener el rendimiento de radar de un sistema de radar en un entorno interferido, en el que el procedimiento comprende:
formar (101) una primera forma de onda de radar;
transmitir (107) la primera forma de onda de radar desde una antena principal del sistema de radar;
formar (102) una segunda forma de onda de radar;
transmitir (108) la segunda forma de onda de radar desde una antena auxiliar del sistema de radar;
caracterizado por:
transmitir una tercera forma de onda de radar desde la disposición de antena principal durante cada M:ésima barrido sobre un objetivo, siendo M un número entero positivo >= 2;
transmitir la primera forma de onda de radar desde la antena principal durante los barridos restantes sobre el objetivo; y
en la que la primera forma de onda de radar y la segunda forma de onda de radar tienen un factor de correlación cruzada normalizado inferior a 0,5, de modo que la primera y la segunda forma de onda tienen un alto nivel de ortogonalidad, y la segunda forma de onda de radar y la tercera forma de onda de radar tienen un factor de correlación cruzada normalizado superior a 0,5, de modo que tienen un bajo nivel de ortogonalidad.
11. El procedimiento (100, 200) según la reivindicación 10, en el que la etapa de formar la primera forma de onda de radar comprende formar la primera forma de onda de radar utilizando (103) una primera onda portadora; y la etapa de formar la segunda forma de onda de radar comprende formar la segunda forma de onda de radar utilizando (104) una segunda onda portadora, siendo la primera onda portadora diferente de la segunda onda portadora.
12. El procedimiento (100, 200) según la reivindicación 10 u 11, en el que la etapa de formar la primera forma de onda de radar comprende formar la primera forma de onda de radar utilizando (105) un primer esquema de modulación intrapulso; y en el que la etapa de formar la segunda forma de onda de radar comprende formar la segunda forma de onda de radar utilizando (106) un segundo esquema de modulación intrapulso, siendo el primer esquema de modulación intrapulso diferente del segundo esquema de modulación intrapulso.
13. Un medio de almacenamiento no transitorio legible por ordenador que almacena uno o más programas configurados para ser ejecutados por uno o más procesadores de un sistema de control de radar, comprendiendo el uno o más programas instrucciones para realizar el procedimiento (100, 200) según cualquiera de las reivindicaciones 10 -12.
14. Vehículo provisto de un sistema de radar (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9.
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