ES3028260T3 - Mimo radar system for an aerial vehicle - Google Patents

Abstract

Un sistema de radar MIMO de múltiples entradas y múltiples salidas para detectar un objeto en las proximidades de un vehículo aéreo. El sistema comprende un primer, un segundo y un tercer parche transmisor (110, 120 y 130), respectivamente. Cada parche transmisor comprende una primera, una segunda y una tercera pluralidad de elementos de antena transmisora (115, 125 y 135), configurados para transmitir una primera, una segunda y una tercera pluralidad de señales de transmisión (210, 220 y 230). El sistema MIMO también comprende una pluralidad de elementos de antena receptora (140), cada uno de los cuales (145) está configurado para recibir las señales de transmisión transmitidas tras su reflexión en el objeto. El sistema MIMO también comprende un módulo de formación de señales (160) y un módulo de procesamiento digital (170). Una primera dirección (10) entre el primer parche transmisor (110) y el segundo parche transmisor (120) es diferente de una segunda dirección (20) entre el segundo parche transmisor (120) y el tercer parche transmisor (130). Se logra una matriz virtual (150) de elementos de antena receptora (155) que extiende la pluralidad de elementos de antena receptora (145) en la primera y la segunda dirección (10, 20) de forma homogénea y sin intersticios. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de radar MIMO para un vehículo aéreo

La presente invención se refiere a un sistema de radar de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO, por sus siglas en inglés) para detectar un objetivo en un área adyacente de un vehículo aéreo, y a un método para hacer funcionar dicho sistema de radar MIMO, y en particular a un sistema de radar aerotransportado.

Antecedentes

Los sistemas de radar capaces de capturar las características de los objetivos cercanos en sus áreas adyacentes se utilizan en vehículos y diversos tipos de aeronaves para muchas escalas de rangos diferentes. Estos sistemas de radar pueden comprender una pluralidad de antenas transmisoras que, coordinadas por el equipo electrónico apropiado, están configuradas para transmitir señales desde cada una de las antenas con un desplazamiento de fase y una amplitud relativa individuales, formando colectivamente de este modo un haz de radar de una forma y dirección particulares, sin la necesidad de mover las antenas transmisoras. Un tipo avanzado de estos sistemas de radar de matriz en fase se denomina sistema de radar de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO). Un sistema de radar MIMO combina una pluralidad de elementos de antenas transmisora y una pluralidad de elementos de antena receptora. Los elementos de antena transmisora están configurados para transmitir mutuamente señales ortogonales, es decir, señales con forma de onda que pueden separarse y analizarse como información individual mediante un medio de procesamiento en la parte receptora. Por lo tanto, cada uno de los elementos de antena receptora puede extraer estas formas de onda y asignarlas a su respectivo elemento de antena transmisora. Cuando están dispuestos adecuadamente, un primer número m de elementos de antena transmisora y un segundo número n de elementos de antena receptora pueden actuar como pares n-m de transmisores-receptores individuales, en donde los receptores están ubicados no solo en las posiciones físicas de los elementos de antena receptora reales, sino que están relacionados con posiciones virtuales, formando una matriz de antenas virtuales de mayor abertura.

Para los sistemas de radar MIMO, se conoce en el estado de la técnica una variedad de señales ortogonales. Las señales pueden ser, p. ej., ortogonales debido a diferentes frecuencias (p. ej., multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM, por sus siglas en inglés), multiplexación por división de frecuencia (FDM, por sus siglas en inglés), forma de onda codificada en frecuencia discreta (DFCW, por sus siglas en inglés), onda continua modulada en fase (PMCW, por sus siglas en inglés) o diferentes intervalos de tiempo para transmitir las señales (p. ej., un método de multiplexación por división de tiempo (TDM, por sus siglas en inglés)). Las señales de recepción también pueden diferenciarse y analizarse mediante diferencias de fase, tanto entre diferentes canales virtuales como entre una señal emitida y una señal recibida correspondiente. Las señales pueden formarse con una frecuencia que varía en el tiempo. En el estado de la técnica, dichas señales emitidas muestran usualmente una frecuencia lineal ascendente o descendente (portadora), y se utilizan frecuentemente para extraer un rango de un objetivo detectado, p. ej., comparando la frecuencia instantánea de un chirrido transmitido y uno recibido, y una velocidad del objetivo detectado, p. ej., mediante un desplazamiento del Doppler (es decir, frecuencia) de la señal reflejada y recibida.

En el estado de la técnica, existen sistemas de radar MIMO, FMCW y onda continua modulada por frecuencia que irradian trenes de señales, frecuentemente imprimiendo un código en una variación de su frecuencia electromagnética. En comparación con los sistemas pulsados, los radares FMCW distribuyen su energía total de transmisión durante un período de tiempo prolongado, lo que reduce la potencia del transmisor y produce distancias de seguridad bajas y tiempos de integración altos. Por estos motivos, los económicos sistemas de radar FMCW se han vuelto ampliamente aceptados para aplicaciones de corto alcance en distancias de hasta 200 metros, en particular en la industria automotriz. Para estos sistemas, la aplicación de la tecnología MIMO en la construcción de antenas ha conducido a un gran aumento de las aberturas físicas mediante aberturas virtuales, aumentando en particular la resolución angular de los procedimientos de procesamiento digital adaptados para la recepción direccional de señales (formación de haz digital (DBF, por sus siglas en inglés)).

Por el contrario, los sistemas de radar FMCW de los vehículos aéreos, en particular cuando se utilizan en un entorno urbano, deberán cubrir alcances de 2 km o más, sin dejar de ser ligeros y suficientemente pequeños. Dado que la potencia de transmisión para radares depende del alcance previsto elevado a la cuarta potencia, la potencia de transmisión de dicho sistema de radar tendría que superar la potencia de transmisión correspondiente de un sistema diseñado para un alcance de 200 metros por 40 dB. Dicho aumento de la potencia de transmisión ocasionará considerables problemas de diafonía entre las antenas transmisora y receptora, junto con un gran interferencia a tierra en la señal recibida. Ambos efectos provocarán una sobrecarga del receptor.

Las siguientes referencias ilustrativas pueden ayudar a proporcionar una visión general de algunos desarrollos recientes en estas direcciones.

El método del documento WO 2018/071077 A3 está adaptado para determinar si la velocidad de un objetivo detectado por el sistema de radar supera una velocidad máxima teórica como detectable por ese sistema de radar.

La solicitud US-2012/0001791 A1 describe un sistema de radar MIMO adaptado para detectar una velocidad de un objetivo mientras suprime la radiación de interferencia, en particular mediante posiciones de fase variables de las señales emitidas o recibidas.

La solicitud US-2016/0131752 A1 muestra un sistema de radar MIMO adaptado para enviar un tren de pulsos con chirridos desde una pluralidad de elementos de antena transmisora, e inferir una posición (distancia y ángulo) y la velocidad de un objetivo a partir de reflexiones recibidas en múltiples elementos de la antena receptora por medio de una frecuencia de latido y una fase relativa derivadas de las señales emitidas y recibidas. El sistema de radar propuesto mejora aún más los resultados al aplicar, en particular, tiempos de transmisión alternantes para diferentes elementos de antena transmisora (es decir, una forma de multiplexación por división de tiempo).

La solicitud US-2018/0172815 A1 muestra un sistema de radar para un vehículo aéreo con una determinación de velocidad Doppler mejorada, que funciona según un principio similar al uno descrito justo antes.

La solicitud EP 3339894 A1 describe un sistema de radar MIMO con múltiples elementos transmisores y receptores, capaz de detectar el alcance, el ángulo de azimut, el ángulo de elevación, y la velocidad de un objetivo. Estas cuatro características se detectan por medio de cuatro operaciones de transformación de Fourier respectivas.

La patente US-2019/0324136 A1 describe un sensor de radar MIMO donde grupos de elementos de la antena transmisora forman cadenas transmisoras en dos direcciones linealmente independientes. El sensor está configurado para activar un primer conjunto de los elementos de la antena transmisora de cada una de las cadenas transmisoras, y, en un segundo modo, activar un segundo conjunto de los elementos de la antena transmisora de cada una de las cadenas transmisoras, en donde el segundo conjunto es más grande que el primer conjunto, pero los elementos de la antena transmisora están dispuestos de tal modo que las distancias entre los centros de fase de las cadenas transmisoras en el primer modo y el segundo modo son las mismas.

Además, el documento XP 032477712 de Alex Zwanetski, Matthias Kronauge, y Hermann Rohling: “Waveform Design for FMCW MIMO Radar Based on Frequency Division” , publicado en las actas del 14.° Simposio Internacional de Radar (IRS, por sus siglas en inglés) de 2013, describe un sistema de radar MIMO con dos antenas de transmisión y un número arbitrario de antenas de recepción, donde las señales de las dos antenas de transmisión están separadas por un desplazamiento en la frecuencia.

Existe una demanda de un sistema de radar adecuado para una aplicación de corto rango extendido (p. ej., hasta 2 km), que esté adaptado para vehículos aéreos desplegados a bajas altitudes (de ,p. ej., hasta 300 metros), y que requiera una pequeña potencia de transmisión para suprimir la diafonía entre las antenas del transmisor y el receptor, la interferencia a tierra en la señal recibida, y una sobrecarga del receptor.

Resumen de la invención

Al menos algunos de los problemas anteriormente mencionados se resuelven mediante un sistema de radar de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) para un vehículo aéreo según la reivindicación 1, un método según la reivindicación 12, y un producto de programa informático según la reivindicación 13.

Las reivindicaciones dependientes se refieren a realizaciones ventajosas adicionales para las materias de las reivindicaciones independientes. La presente invención se refiere a un sistema de radar MIMO para detectar un objetivo en un área adyacente de un vehículo aéreo. El sistema de radar MIMO comprende un primer parche de transmisor, un segundo parche de transmisor, y un tercer parche de transmisor. Cada uno de estos tres parches de transmisores comprende, respectivamente, una primera, segunda, y una tercera pluralidad de elementos de la antena transmisora. Cada una de estas pluralidades de elementos de la antena transmisora está configurada para transmitir (o emitir), respectivamente, una primera, una segunda y una tercera pluralidad de señales de transmisión. El sistema de radar MIMO comprende además una pluralidad de elementos de la antena receptora. Cada elemento de la antena receptora está configurado para recibir ondas electromagnéticas de frecuencia de radar, y en particular las señales de transmisión transmitidas (o emitidas) después de que se hayan reflejado desde el objetivo. El sistema de radar MIMO comprende un módulo de formación de señales configurado para generar las señales de transmisión y proporcionar las señales de transmisión a sus respectivos elementos transmisores. El sistema de radar MIMO comprende además un módulo de procesamiento digital, configurado para detectar, basándose en las señales de transmisión recibidas, las características del objetivo. Los parches de transmisores están dispuestos del siguiente modo: el primer parche de transmisor y el segundo parche de transmisor se utilizan para una primera dirección, p. ej., el azimut, y el segundo parche de transmisor y el tercer parche de transmisor se utilizan para una segunda, p. ej., dirección, elevación. Basándose en sus señales de transmisión independientes lineales la dirección del azimut y la dirección de elevación también son linealmente independientes. También, en la disposición del primer, segundo y tercer elementos de antena transmisora dentro del primer, segundo y tercer parche de transmisor, cada parche de transmisor incluye múltiples elementos de la antena transmisora tanto en la primera como en la segunda dirección. Esta disposición de los elementos de la antena transmisora y los parches de transmisores logra una matriz virtual de elementos de la antena receptora que extiende la pluralidad de elementos de la antena receptora en la primera y en la segunda dirección de un modo homogéneo y sin espacios. Esto significa que una disposición, p. ej., una cuadrícula o una retícula, de elementos de antena receptora se extiende sin problemas a una matriz virtual.

El término “ objetivo” debe interpretarse en sentido amplio e incluye también el vehículo a tierra o cualquier otro vehículo (aéreo), pero también cualquier tipo de obstáculo. El vehículo aéreo puede ser, en particular, una aeronave ligera, un vehículo aéreo no tripulado o una plataforma voladora. El sistema de radar MIMO es de utilización beneficiosa para vehículos aéreos adaptados para volar a bajas altitudes (como, p. ej., hasta el espacio aéreo G o F, o hasta, p. ej., 2500, 3000, o 3500 pies) y a altas velocidades (como p. ej., hasta 160 o 200 km/h), posiblemente en áreas urbanas o áreas con un alto tráfico de vuelos de un tipo similar.

Los elementos de la antena transmisora pueden estar incorporados como antenas parche. Pueden ser de una forma adaptada para formar radiación en polarizaciones particulares, tales como rectangulares (para polarizaciones lineales) o circulares (para polarizaciones circulares). Las áreas de los elementos de la antena transmisora pueden variar, p. ej., entre 1 y 100 mm2 Cada antena transmisora puede conectarse a una alimentación individual desde el módulo de formación de señales. El primer, segundo y tercer elementos de la antena transmisora, que forman el primer, segundo y tercer parche de transmisor respectivamente, están dispuestos en un patrón regular, que se extiende en la primera y la segunda dirección. En particular, en las realizaciones del sistema de radar MIMO, el primer, segundo y tercer elementos de la antena transmisora están dispuestos en matrices planas uniformemente espaciadas para formar el primer, segundo y tercer parche de transmisor, respectivamente.

Como los elementos de la antena transmisora, los elementos de la antena receptora también pueden ser antenas parche. En algunos ejemplos, los elementos de antena receptora pueden ser de las mismas o casi las mismas dimensiones y forma que los elementos de antena transmisora. Cada antena receptora puede conectarse al módulo de procesamiento digital mediante una conexión individual, y con un amplificador individual de bajo ruido. Los elementos de la antena receptora pueden disponerse en uno o más parches de receptores. Cada uno del uno o más parches de receptores puede comprender más elementos de la antena receptora de los que cualquiera de los parches de transmisores que comprende elementos de antena transmisora. En realizaciones del sistema de radar MIMO, los elementos de la antena receptora están dispuestos en una matriz plana uniformemente espaciada.

Las distancias entre los elementos de la antena transmisora dentro del mismo parche de transmisor son mucho menores que las distancias entre los elementos de la antena transmisora de diferentes parches y las distancias entre los elementos de antenas transmisora y receptora. En las unidades definidas por el diámetro de un elemento de la antena transmisora (que en general se adaptará a una longitud de onda de las señales de transmisión), las distancias entre los elementos de la antena transmisora vecinos dentro de un parche de transmisor pueden ser del orden de medio a uno, mientras que las distancias entre los bordes de dos parches de transmisores pueden ser, p. ej., 2, o 5, o más. En el estado de la técnica se conoce cómo las posiciones de los elementos de antenas de transmisión y recepción determinan las posiciones relativas de los elementos de recepción virtuales. Al agrupar los elementos de la antena transmisora en parches separados, las distancias entre los parches de transmisores suprimen la diafonía entre los diferentes elementos de la antena transmisora, los diferentes elementos de la antena receptora, y/o entre los elementos de antenas transmisora y receptora.

El módulo de formación de señales prepara las señales de transmisión y las proporciona a los elementos de la antena transmisora. El sistema de radar está configurado ventajosamente como un radar de onda continua, y en particular como un sistema de onda continua modulada en frecuencia (FMCW). El módulo de formación de señales está configurado para adaptar las fases y amplitudes relativas de las señales de transmisión de tal modo que las señales de transmisión transmitidas formen un haz de radar en una dirección particular. Los mecanismos para obtener tal adaptación de fases y amplitudes relativas son conocidos en el estado de la técnica. En la presente memoria, cada parche de transmisor actúa, por medio de sus elementos de la antena transmisora, como una matriz en fase individual. Debido a la extensión tanto en la primera como en la segunda dirección, las señales de transmisión forman un haz de radar que puede dirigirse, ajustando adecuadamente la adaptación de fase, en cualquier dirección sobre la disposición plana de los respectivos elementos de la antena transmisora. El módulo de formación de señales también se configurará para proporcionar las señales de transmisión al módulo de procesamiento digital.

Conforme a una característica destacada de los sistemas de radar MIMO, las señales de transmisión proporcionadas a los elementos de la antena transmisora están configuradas ventajosamente de tal modo que se transmiten como formas de onda ortogonales. Las señales de transmisión reflejadas pueden entonces asignarse a su elemento de la antena transmisora respectivo, y de este modo proporcionar el aumento virtual de la matriz de receptores.

El módulo de procesamiento digital recolecta y amplifica la señal de transmisión reflejada recibida por los elementos de la antena receptora. El módulo de procesamiento digital está configurado para recolectar los datos de las antenas receptoras a través de conexiones individuales y puede proporcionar un amplificador individual de bajo ruido para cada elemento de la antena receptora. El módulo de procesamiento digital está configurado para realizar el procesamiento de los datos recibidos, y para incluir información sobre las señales de transmisión generadas por el módulo de formación de señales en este procesamiento. En particular, esto puede comprender una mezcla de las señales de transmisión recibidas con una o más señales de transmisión generadas por el módulo de formación de señales. Esta mezcla resulta en una señal subconvertida a una frecuencia de latido. El módulo de procesamiento digital puede configurarse entonces para detectar, a partir de la frecuencia del latido y una fase de la señal subconvertida, una distancia al objetivo que causó el reflejo de la señal de transmisión respectiva, y una velocidad de este objetivo.

Los métodos para extraer una posición y velocidad de un objetivo de una matriz del rango Doppler son bien conocidos en el estado de la técnica. Esta información puede extraerse, p. ej., mediante el apilamiento de señales subconvertidas obtenidas a partir de una secuencia de repeticiones (tren) de la señal de transmisión, y para diversas señales de transmisión. En tales pilas, el procesamiento puede realizarse por medio de un algoritmo de transformada rápida de Fourier (FFT) adaptado para formar una matriz del rango Doppler a partir de la señal subconvertida. Tal matriz del rango Doppler produce una correlación particular de la señal de transmisión transmitida y recibida, a partir de la cual pueden determinarse la posición y la velocidad del objetivo.

Opcionalmente, el módulo de formación de señales está configurado para generar al menos una de las señales de transmisión de tal modo que la frecuencia de la al menos una señal de transmisión varíe en el tiempo. Los métodos para crear tales señales de chirrido son bien conocidos en el estado de la técnica y pueden aplicarse igualmente en el sistema de radar MIMO presentado.

Según la invención, el módulo de formación de señales está configurado para generar las señales de transmisión repetidamente, y para añadir, de una repetición a la siguiente repetición, un desplazamiento de fase fijo a una fase inicial de cada una de las primeras señales de transmisión, de tal modo que una diferencia de fase entre las primeras señales de transmisión y las otras señales de transmisión aumente por el desplazamiento de fase fijo de repetición a repetición.

Este desplazamiento de fase creciente de un chirrido a otro crea un patrón de duplicación distintivo en la correlación de las señales de transmisión transmitidas y recibidas. La duplicación surge de la correlación cruzada de las señales de transmisión no cambiadas reflejadas y las señales de transmisión cambiadas reflejadas con las señales de transmisión transmitidas originalmente, dependiendo el efecto de la repetición de las señales de transmisión. En las realizaciones del sistema de radar MIMO propuesto, el incremento de fase fijo produce una duplicación de los picos de correlación en la matriz del rango Doppler en la dirección de Doppler. Esta duplicación “virtual” de los picos en la correlación produce una predicción más sólida de la posición del objetivo. Puede utilizarse para limitar una potencia de transmisión requerida y, por lo tanto, reducir los problemas de diafonía entre las antenas transmisoras y receptoras, pero también para aumentar la solidez frente a una gran interferencia a tierra en la señal recibida. El coste de este aumento está en matrices del rango Doppler más grandes y en una mayor complejidad del proceso de extracción.

Alternativamente, o además de la opción mencionada anteriormente, el módulo de formación de señales está configurado para añadir, de una repetición a una repetición siguiente, un desplazamiento de frecuencia fijo a una frecuencia de cada una de las primeras señales de transmisión, de tal modo que la diferencia de frecuencia entre las primeras señales de transmisión y las otras señales de transmisión aumente por el desplazamiento de frecuencia fijo de repetición a repetición. Añadir un desplazamiento de frecuencia también puede crear el patrón distintivo en la correlación de las señales de transmisión transmitidas y recibidas.

Opcionalmente, el módulo de formación de señales está configurado para generar y proporcionar, de una repetición a una siguiente repetición, las segundas señales de transmisión en alternancia con las terceras señales de transmisión. Esta aplicación de la multiplexación por división de tiempo es particularmente beneficiosa para el sistema de radar MIMO presentado, ya que proporciona formas de onda ortogonales en combinación con ventajas basándose en consideraciones de triangulación, mientras reduce la potencia de transmisión, ya que efectivamente solo uno de los dos parches está operativo en un momento dado. La aplicación de este procedimiento de multiplexación por división de tiempo también es beneficiosa para suprimir los lóbulos laterales del haz de radar creados por el primer y segundo parches de transmisores.

Opcionalmente, el módulo de formación de señales está configurado para generar las primeras señales de transmisión o las segundas señales de transmisión de tal modo que tengan, dentro de una repetición, una diferencia fija en frecuencia en comparación con las otras señales de transmisión respectivas. Una realización ventajosa utiliza señales de transmisión de duración fija y en forma de chirrido que abarcan un rango de frecuencias fijo, en donde la primera o la segunda señal de transmisión se cambian por una cantidad fija en frecuencia, en comparación con las señales de transmisión de los otros dos parches de transmisión respectivos. Esta aplicación y combinación de un proceso de multiplexación por división de frecuencia ortogonal con las otras formas de onda codificadas respectivas crea un patrón de duplicación distintivo adicional en la correlación de las señales de transmisión transmitidas y recibidas. La duplicación en la presente memoria surge nuevamente de la correlación cruzada de las señales de transmisión cambiadas y no cambiadas reflejadas con las señales de transmisión cambiadas y no cambiadas originales. Sin embargo, a diferencia de la duplicación causada por el desplazamiento de fase o el desplazamiento de frecuencia de chirrido a chirrido como se ha descrito anteriormente, la duplicación del patrón en la presente memoria no se basa en una repetición de las señales de transmisión. En las realizaciones del sistema de radar MIMO propuesto, el desplazamiento de frecuencia fijo también produce una duplicación de los picos de correlación en la matriz del rango Doppler, esta vez en la dirección del rango. En este caso, esta duplicación “virtual” de los picos en la correlación produce una predicción más sólida de la posición del objetivo. En cuanto al desplazamiento de fase, esto puede utilizarse para limitar una potencia de transmisión requerida y, por lo tanto, reducir los problemas de diafonía entre las antenas transmisoras y receptoras, pero también para aumentar la solidez frente a una gran interferencia a tierra en la señal recibida. Nuevamente, el coste de este aumento está en matrices del rango Doppler más grandes y en una mayor complejidad del proceso de extracción.

Opcionalmente, algunos o todos los elementos de la antena transmisora están configurados para transmitir las señales de transmisión en una polarización particular, y algunos o todos los elementos de la antena receptora están configurados para recibir señales de radar en la polarización particular. Tal multiplexación por división de polarización es otra forma de hacer que las señales de transmisión sean ortogonales. Las realizaciones pueden, p. ej., asignar una polarización particular a un parche de transmisor particular, es decir, todos los elementos de la antena transmisora de un parche de transmisor pueden configurarse para una polarización diferente a la de todos los elementos de la antena transmisora de otro parche de transmisor. Sin embargo, también puede ser que todos los elementos de la antena transmisora estén configurados para irradiar en la misma polarización. Copolarizar los elementos de la antena es beneficioso para lograr una supresión de la interferencia a tierra.

Opcionalmente, la polarización particular es una polarización lineal horizontal. La polarización lineal horizontal es particularmente beneficiosa para la aplicación en entornos urbanos, donde puede ser importante que el sistema de radar MIMO detecte estructuras horizontales, como alambres y cables, en particular cuando se extienden en una trayectoria de vuelo del vehículo aéreo, como p. ej., al otro lado de una calle.

Opcionalmente, cada uno de los elementos de la antena transmisora está configurado con una indentación (p. ej., una hendidura, una ranura, un corte, o un espacio), adaptada para determinar una fase de la señal de transmisión correspondiente. Además, una forma de onda de las segundas señales de transmisión es igual a una forma de onda de las terceras señales de transmisión. Además, los segundos elementos de la antena transmisora y los terceros elementos de la antena transmisora están configurados para implementar en las segundas señales de transmisión, con respecto a las terceras señales de transmisión, un desplazamiento de fase de 180 grados (o una media longitud de onda). Un efecto de este accionamiento simétrico, selectivo de fase es un enfoque de un haz de radar formado por las segundas señales de transmisión y las terceras señales de transmisión.

Opcionalmente, cada uno de los elementos de la antena receptora está configurado con una indentación (p. ej., una hendidura, una ranura, un corte, o un espacio), adaptada para implementar una fase en la señal de transmisión recibida correspondiente, y los elementos receptores están colocados en nodos de una cuadrícula rectangular, y configurados de tal modo que cualesquier dos elementos receptores colocados en nodos adyacentes, recibiendo ambos una copia respectiva de una señal de transmisión particular, implementan, en las dos copias, un desplazamiento de fase relativo de 180 grados.

Opcionalmente, una primera distancia entre el primer parche de transmisor y el segundo parche de transmisor y una segunda distancia entre el segundo parche de transmisor y el tercer parche de transmisor están configuradas, con respecto a una disposición de los elementos de la antena transmisora, para suprimir los lóbulos reticulados en un perfil de intensidad de las señales de transmisión transmitidas. En un sistema MIMO, un perfil de intensidad de un haz de radar formado por las señales de transmisión transmitidas depende principalmente de las fases y amplitudes relativas de las señales de transmisión. Sin embargo, una regularidad de las posiciones de las antenas transmisoras puede conducir a máximos locales no deseados en el perfil de intensidad. Estos máximos se denominan lóbulos reticulados. En el sistema de radar MIMO presentado, las posiciones de los elementos de la antena transmisora dentro de cada parche de transmisor pueden ser regulares. La primera y la segunda distancias entre los parches de transmisores, que pueden medirse a lo largo de la primera y la segunda direcciones respectivamente, está limitada por el requisito de crear elementos receptores virtuales. Sin embargo, esta restricción generalmente deja un rango de opciones para la primera y la segunda distancias. Las diferentes opciones dentro de este rango dan lugar a diferentes perfiles de intensidad para el haz de radar formado por las señales de transmisión transmitidas. Los perfiles de intensidad pueden diferir en particular con respecto a los lóbulos reticulados. Puede elegirse una opción particular de tal modo que se supriman los lóbulos reticulados, es decir, se minimicen los valores pico del perfil de intensidad además del lóbulo o lóbulos previstos.

Opcionalmente, el sistema de radar MIMO comprende uno o más parches de transmisores adicionales con una o más pluralidades adicionales de elementos de la antena transmisora, configurados para transmitir, respectivamente, una o más pluralidades adicionales de señales de transmisión. Estos parches de transmisores adicionales pueden, p. ej., ser beneficiosos para producir el haz de radar a partir de la combinación de las señales de transmisión. También pueden proporcionar otros elementos de la antena receptora virtual, es decir, ampliar la matriz virtual. Las formas descritas anteriormente para crear señales de transmisión ortogonales mediante desplazamientos de frecuencia o mediante desplazamientos de fase de chirrido a chirrido pueden extenderse a uno o más parches de transmisores adicionales. El uno o más parches de transmisores adicionales también pueden emplearse para implementar relaciones de ortogonalidad adicionales entre las señales de transmisión.

La presente invención también se refiere a un método para detectar un objetivo en un área adyacente de un vehículo aéreo utilizando el sistema de radar MIMO mencionado anteriormente, comprendiendo el método los siguientes pasos: generar las señales de transmisión repetidamente; y detectar, basándose en las señales de transmisión recibidas, las características del objetivo, en donde el módulo de formación de señales está configurado para generar las señales de transmisión repetidamente, y para añadir, de una repetición a una siguiente repetición, una o ambas de las siguientes: a una fase inicial de cada una de las primeras señales de transmisión, un desplazamiento de fase fijo, de tal modo que una diferencia de fase entre las primeras señales de transmisión y las otras señales de transmisión aumenta con el desplazamiento de fase fijo de repetición a repetición, a una frecuencia de cada uno de los primeros señales de transmisión, un desplazamiento de frecuencia fijo, de tal modo que una diferencia de frecuencia entre las primeras señales de transmisión y las otras señales de transmisión aumenta por el desplazamiento de frecuencia fijo de repetición a repetición.

Este método puede implementarse ventajosamente por medio de un programa ejecutable por máquina. Por lo tanto, las realizaciones se refieren además a un producto de programa informático que comprende un código de software almacenado, adaptado para realizar los pasos de este método con un sistema de radar MIMO del tipo propuesto, cuando se ejecuta en un sistema de procesamiento de datos.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirán diversas realizaciones de la presente invención únicamente a manera de ejemplo y con respecto a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra una matriz de antenas para un sistema de radar MIMO según la presente invención,

la figura 2 muestra una línea de escaneo de transmisión en el campo de visión de un parche de transmisor del sistema de radar MIMO,

la figura 3 muestra una frecuencia como una función del tiempo de la primera, segunda y tercera señales de transmisión,

la figura 4 muestra una estructura de elementos de la antena receptora y transmisora,

la figura 5 ilustra las primeras señales de transmisión con un desplazamiento de frecuencia sobre la segunda y tercera señales de transmisión, y un desplazamiento de fase de una repetición a la siguiente, y un procesamiento digital de las señales de transmisión recibidas.

Descripción detallada

A continuación se describirán más completamente varios ejemplos con referencia a los dibujos adjuntos en los que se ilustran algunos ejemplos.

Los números de referencia iguales se refieren a elementos iguales o similares a lo largo de la descripción de las figuras.

La terminología usada en la presente memoria tiene el propósito de describir ejemplos ilustrativos únicamente y no pretende ser limitante. Como se usan en la presente descripción, las formas singulares “ un” , “ una” , “ el” y “ la” pretenden incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se entenderá además que los términos “ comprende” , “ que comprende” , “ incluye” y/o “ que incluye” , cuando se usan en la presente memoria, especifican la presencia de características, etapas, operaciones, elementos y/o componentes indicados, pero no impiden la presencia o adición de una o más características, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.

A menos que se defina lo contrario, todos los términos (incluidos los términos técnicos y científicos) usados en la presente memoria tienen el mismo significado que entiende comúnmente el experto en la técnica a la que pertenecen los ejemplos. Se entenderá además que los términos, p. ej., aquellos definidos en diccionarios de uso común, se deben interpretar con un significado que sea coherente con su significado en el contexto de la técnica relevante y no se interpretarán en un sentido idealizado o demasiado formal a menos que se defina expresamente en la presente memoria.

La figura 1muestra la disposición de los elementos 115, 125, 135, 145 de antena para un sistema de radar de onda continua modulada en frecuencia (FMCW) de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) que está adaptado para detectar un objetivo en un área adyacente de un vehículo aéreo. Se ilustra un primer parche 110 de transmisor, un segundo parche 120 de transmisor, y un tercer parche 130 de transmisor, que comprenden, respectivamente, una primera, segunda, y tercera pluralidad de elementos 115, 125, 135 de la antena transmisora. Los elementos de la antena transmisora 115, 125, 135 están configurados para transmitir, respectivamente, una primera, segunda y tercera pluralidad de señales de transmisión 210, 220, 230. Se ilustra además una pluralidad de elementos 145 de la antena receptora. Cada elemento 145 de la antena receptora está configurado para recibir ondas electromagnéticas en un rango de frecuencia del sistema de radar MIMO, que incluye en particular las señales 210, 220, 230 de transmisión transmitidas después de su reflejo desde el objetivo.

Una primera dirección 10 entre el primer parche 110 de transmisor y el segundo parche 120 de transmisor es diferente de una segunda dirección 20 entre el segundo parche 120 de transmisor y el tercer parche 130 de transmisor. En la realización presentada en esta figura, la primera dirección 10 corresponde a un ángulo azimutal, mientras que la segunda dirección 20 corresponde a un ángulo de elevación. Sin embargo, las dos direcciones 10, 20 no necesitan ser ortogonales. Cada parche 110, 120, 130 de transmisor incluye múltiples elementos 115, 125, 135 de la antena transmisora, en la primera y en la segunda dirección 10, 20. Con esta disposición, se logra una matriz virtual de elementos 155 de la antena receptora, que extiende la pluralidad de elementos 145 de la antena receptora en la primera dirección 10 y en la segunda dirección 20 de un modo homogéneo y sin espacios.

En la presente realización, hay nueve primer, segundo y tercer elementos 115, 125, 135 de la antena transmisora en el primer, segundo y tercer parches 110, 120, 130 de transmisores, respectivamente. Cada elemento 115, 125, 135 de la antena transmisora es una antena parche cuadrática. En otras modalidades, otros números y formas de antenas pueden ser más ventajosos. En la presente realización, los elementos 115, 125, 135 de la antena transmisora están dispuestos dentro de cada parche 110, 120, 130 de transmisor en nodos de una retícula cuadrada de 3 x 3. Las distancias entre los elementos 115, 125, 135 de la antena transmisora más cercanos son del orden de una mitad de una longitud lateral de los elementos 115, 125, 135 de la antena transmisora.

En la presente realización, hay un parche 140 de receptor que comprende 32 elementos 145 de la antena receptora, dispuestos en nodos de una retícula cuadrada de 4 x 8. Los elementos 145 de la antena receptora tienen la misma forma que los elementos 115, 125, 135 de la antena transmisora, y las distancias entre ellos son las mismas que las distancias entre los elementos 115, 125, 135 de la antena transmisora dentro de su respectivo parche 110, 120, 130 de transmisor. Los elementos 145 de la antena receptora están soportados por elementos 155 de la antena receptora virtual, formando una extensión homogénea y sin espacios de los elementos 145 de la antena receptora reales. En la presente memoria, sin espacios y homogénea significa una extensión uniforme, sin fisuras del parche 140 de receptor que comprende los elementos 145 de la antena receptora reales.

El sistema de radar MIMO también comprende un módulo 160 de formación de señales, que está configurado para generar las señales 210, 220, 230 de transmisión y para proporcionar las señales 210, 220, 230 de transmisión a los respectivos elementos 115, 125, 135 de la antena transmisora. Las señales 210, 220, 230 de transmisión se proporcionan individualmente a los elementos 115, 125, 135 de la antena transmisora para la formación del haz, de modo que cada parche 110, 120, 130 de transmisor puede utilizarse para enviar un haz de radar individual dentro de un rango del ángulo azimutal (correspondiente a la primera dirección 10) y dentro de un rango del ángulo de elevación (correspondiente a la segunda dirección 20), dependiendo de una elección de fases para las señales 210, 220, 230 de transmisión.

El sistema de radar MIMO comprende además un módulo 170 de procesamiento digital, configurado para detectar, basándose en las señales 215, 225, 235 de transmisión recibidas, las características del objetivo. En la presente realización, el módulo 170 de procesamiento digital está configurado para amplificar las señales recibidas (es decir, la radiación electromagnética recibida) de cada elemento 145 de la antena receptora real mediante un amplificador individual de bajo ruido. Las señales recibidas son procesadas por un procesador digital, que está configurado para realizar un análisis de datos digitales de las señales recibidas. El módulo 170 de procesamiento digital está configurado para realizar la extracción de ventanas y gráficos en las señales recibidas; esto también puede incluir otros pasos estándar de procesamiento de señales de radar. El módulo 170 de procesamiento digital también está configurado para generar una matriz 300 del rango Doppler, y para extraer, basándose en la matriz del rango Doppler, una posición (o rango) y una velocidad (o tasa) del objetivo, que se determinan a partir de una correlación de las señales 210, 220, 230 de transmisión transmitidas y las señales 215, 225, 235 de transmisión recibidas contenidas en la radiación electromagnética recibida.

La figura 2muestra una línea de escaneo de transmisión de un campo de visión de uno de los parches 110 de transmisores del sistema de radar MIMO propuesto. Los nueve elementos 115 de la antena transmisora ilustrativos, dispuestos en una cuadrícula cuadrada de 3 x 3 posiciones, transmiten cada uno una señal 210 de transmisión particular. Colectivamente, las señales 210 de transmisión transmitidas forman un haz de radar. Debido a la disposición fija de los elementos 115 de antena de transmisión, los centros de las señales 210 de transmisión transmitidas difieren entre sí. Los centros de las señales 210 de transmisión transmitidas forman una cuadrícula correspondiente, ubicada dentro de un rango dado por un ángulo estrabismo desde la dirección normal del parche 110 de transmisor plano en la dirección azimutal 10, y un rango dado por un ángulo^ estrabismo desde la dirección normal del parche 110 de transmisor plano en la dirección 20 de elevación. Dentro del campo de visión del parche 110 de transmisor, dado por un ángulo sólido definido por los ángulos aestrabismo y pestrabismo, el módulo 160 de formación de señales está configurado para controlar una fase y una amplitud relativa de cada señal 210 de transmisión. De este modo, se genera un patrón de interferencia constructiva y destructiva entre las señales 210 de transmisión transmitidas, que determina una dirección y una forma más precisas del haz de radar. De este modo, el módulo 160 de formación de señales puede formar múltiples haces independientes (o lóbulos, es decir, picos en un perfil de intensidad), apuntados en diversas direcciones al mismo tiempo. Este proceso de dirección del haz se realiza en componentes analógicos del módulo 160 de formación de señales. En particular, la orientación del haz puede realizarse de tal modo que el haz se dirija/forme en el ángulo azimutal 10 y/o en el ángulo 20 de elevación.

El módulo de procesamiento de señales también puede configurarse, incluso si está adaptado para producir un haz de radar de onda continua, para generar un pulso corto, o monopulso, en cualquier dirección dentro del campo de visión. En particular, tal monopulso puede dirigirse en un ángulo azimutal 15 dado, o en un ángulo 25 de elevación particular.

La formación de haces digitales puede implementarse para el módulo 170 de procesamiento digital. En la presente memoria, al adaptar las fases y las amplitudes relativas de las señales recibidas, puede lograrse una mayor sensibilidad colectiva de los elementos 145 de la antena receptora (no ilustrados en esta figura) en una dirección particular.

La figura 3muestra un gráfico de la frecuencia f como una función del tiempo t para una primera repetida, una segunda repetida y una tercera señal 210, 220, 230 de transmisión repetida. Cada señal 210, 220, 230 de transmisión en esta realización tiene una forma de chirrido descendente, su frecuencia disminuye linealmente con el tiempo, cualquier otra forma de chirrido, p. ej., chirrido ascendente o descendente o chirrido de salto de frecuencia son posibles. La segunda señal 220 de transmisión y la tercera señal 230 de transmisión tienen la misma forma de onda (es decir, muestran el mismo perfil de frecuencia) y son generadas por el módulo 160 de formación de señales en alternancia (multiplexación por división de tiempo). La primera señal 210 de transmisión es de la misma duración que las otras dos señales 220, 230 de transmisión, y también disminuye en la misma cantidad en frecuencia, pero comienza desde una frecuencia más alta que las otras dos señales 220, 230 de transmisión. Por lo tanto, la primera señal 210 de transmisión se desplaza por lo tanto mediante un desplazamiento de frecuencia fijo con respecto a la segunda y la tercera señales 220, 230 de transmisión.

Las ventajas de esta configuración de las señales 210, 220, 230 de transmisión incluyen una reducción de la potencia de transmisión, que se logra dividiendo la energía de transmisión en el segundo y el tercer parche 120, 130 de transmisor. Además, la multiplexación por división de tiempo permite una identificación del respectivo parche 120, 130 de transmisor del que se originó una señal 225, 235 de transmisión recibida. Esto, a su vez, proporciona información adicional sobre una ruta de propagación de la señal 220 , 230 de transmisión.

Además, el módulo 160 de formación de señales puede configurarse para añadir, en la primera señal 210 de transmisión y de una repetición a la siguiente repetición (es decir, de chirrido a chirrido), un desplazamiento fijo en una fase o un desplazamiento fijo en la frecuencia. Cada uno de estos desplazamientos produce una duplicación respectiva de un pico de correlación en una matriz del rango Doppler determinada por el módulo 170 de procesamiento digital. El desplazamiento en fase de chirrido a chirrido produce una duplicación de los picos de correlación en una dirección de Doppler de la matriz del rango Doppler (ver la figura 5). El desplazamiento en la frecuencia produce una duplicación de los picos de correlación en una dirección del rango de la matriz del rango Doppler.

La figura 4muestra una estructura de los elementos 125, 135, 145 de antena. En la parte superior de la figura, se muestran los elementos 145 de la antena receptora. Cada elemento 145 de la antena receptora está configurado con una indentación 30 o corte, que tiene el efecto de que el elemento 145 de la antena receptora recibe una señal correspondiente, en la presente realización polarizada horizontalmente. La dirección de la indentación 30 tiene un efecto sobre una fase de la señal recibida. Los elementos 145 de la antena receptora están dispuestos de tal modo que cada par de vecinos próximos implementa un desplazamiento de fase o una diferencia de 180° (o, de modo equivalente, un desplazamiento de media longitud de onda) entre las dos copias correspondientes de la misma señal recibida. Las indentaciones 30 están adaptadas para una polarización horizontal, las indentaciones 35 para una polarización lineal vertical. Los elementos 145 de la antena receptora pueden girarse, y el módulo 170 de procesamiento digital puede configurarse para girar los elementos 145 de la antena receptora.

Una parte inferior de la figura muestra dos parches 120, 130 de transmisores dispuestos horizontalmente. Cada uno de los elementos 125, 135 de la antena transmisora también muestra una indentación 30, que determina una polarización horizontal para las señales 220, 230 de transmisión emitidas. En la presente memoria, los respectivos elementos 125, 135 de la antena transmisora de cada parche 120, 130 de transmisor están dispuestos de tal modo que un parche de transmisor implementa en sus señales de transmisión un desplazamiento de fase relativo de 180 grados con respecto a las señales de transmisión emitidas desde el otro parche de transmisor. Las indentaciones 30 están adaptadas nuevamente para una polarización horizontal, las indentaciones 35 para una polarización lineal vertical. Los elementos 125, 135 de la antena transmisora pueden girar y el módulo 160 de formación de señales puede configurarse para girar los elementos 125, 135 de la antena transmisora individuales.

El desplazamiento de fase de 180 grados entre los dos parches 120, 130 de transmisores tiene el efecto de enfocar el haz de radar formado por las señales de transmisión. De modo análogo, las direcciones en las que los elementos 145 de la antena receptora están más enfocados se deben al desplazamiento de fase relativo de dos elementos 145 de la antena receptora vecinos. Esto reduce los lóbulos laterales del haz del radar, aumenta una calidad del enfoque de los elementos 145 de la antena receptora en una dirección desde la que se esperan las señales 210,22 , 230 de transmisión transmitidas (formación del haz de la señal recibida). A su vez, una configuración como la que se muestra en la presente memoria permite una disminución adicional de la potencia de transmisión de la señal, y por lo tanto contribuye a evitar problemas de diafonía o sobrecarga.

La figura 5ilustra, en el lado superior izquierdo, un gráfico de la frecuenciaf alo largo del tiempo t para un tren (número fijo de repeticiones) de primeras señales 210 de transmisión emitidas con un desplazamiento de frecuencia5fsobre trenes análogos de segundas (y terceras) señales 220, 230 de transmisión emitidas. En esta realización, todas las señales 210, 220, 230 de transmisión son señales de chirrido ascendente de duración Tchirrido, con un aumento lineal en la frecuencia a lo largo de una diferencia de frecuencia/bw.La primera señal 210 de transmisión experimenta además un desplazamiento de fase fijo de un chirrido al siguiente. Esto significa que una fase<¡>nde la enésima primera señal 210 de transmisión se desvía de una fase<¡>nde la enésima segunda (o tercera) señal 220, 230 de transmisión por una cantidad

(Pn tyn+ ^ ^’2' f t ^ fd e s p l azam ien to 1 ch irrido,(i)

con una constante fijaAfdespiazamientoque tiene la dimensión de una frecuencia, y n que oscila entre 1 y un número totalNde chirridos en el tren. También se representa en este gráfico un perfil de una señal 225 de transmisión recibida, que se deriva de las segundas señales 220 de transmisión transmitidas (o emitidas) por reflejo desde un objetivo. En comparación con la segunda (o tercera) señal 220, 230 de transmisión emitida, la señal 225 de transmisión recibida se cambia en el tiempo por una duración t, debido al tiempo de ejecución de la segunda señal 220 de transmisión del segundo parche 120 de transmisor al objetivo y de vuelta al parche 140 de receptor. La señal 225 de transmisión recibida difiere además de la segunda (o tercera) señal 220, 230 de transmisión en una cantidad de frecuencia (pequeña, y por lo tanto no se muestra en la presente memoria), debido a una velocidad relativa del objetivo con respecto al sistema de radar MIMO.

En el centro del lado izquierdo de la figura, hay un gráfico de la frecuencia a lo largo del tiempo para las señales 215, 225, 235 de transmisión recibidas, derivadas, respectivamente, de las señales 210, 220, 230 de transmisión emitidas por reflejo desde el objetivo. El desplazamiento de frecuencia relativo entre la primera señal 215 de transmisión recibida y las otras dos señales 225, 235 de transmisión recibidas es el mismo que el desplazamiento relativo de frecuencia entre la primera señal 210 de transmisión emitida y las otras dos señales 220, 230 de transmisión emitidas. Además, el desplazamiento de fase fijo añadido de chirrido a chirrido en la primera señal 210 de transmisión conduce a un desplazamiento y una diferencia de fase análogos entre la primera señal 215 de transmisión recibida y la segunda y tercera señales 225, 235 de transmisión recibidas.

El módulo 170 de procesamiento digital está configurado para convertir las señales 215, 225, 235 de transmisión recibidas hacia abajo, p. ej., mezclándolas con las señales 210, 220, 230 de transmisión originales, proporcionadas por el módulo 160 de formación de señales. Esta conversión se ilustra debajo del gráfico de las señales 215, 225, 235 de transmisión recibidas.

Las señales subconvertidas pueden procesarse a continuación digitalmente en los componentes electrónicos del módulo 170 de procesamiento digital. En la presente realización, el módulo 170 de procesamiento digital está configurado para someter la señal subconvertida, para cada repetición de las señales 215, 225, 235 de transmisión recibidas, a una transformada de Fourier discreta (p. ej., mediante un algoritmo de transformada rápida de Fourier, FFT). Esto puede utilizarse para generar un vector de rango para cada período de transmisión de duraciónTchirrido.Estos vectores de rango están representados por las columnas en la parte inferior izquierda de la figura. Las cajas individuales de estas columnas corresponden a compartimentos de rango, es decir, a intervalos de distancia radial del sistema de radar MIMO. Las entradas de los vectores de rango están relacionadas con una correlación de las señales 210, 220, 230, 215, 225, 235 de transmisión transmitidas y recibidas, o, respectivamente, se obtienen mediante un pitido por medio de la FFT. Dentro de cada vector de rango, el objetivo (u objeto) que provoca el reflejo de las señales 210, 220, 230 de transmisión produce una alta correlación 310 de las señales 210, 220, 230, 215, 225, 235 de transmisión transmitidas y recibidas dentro de un determinado compartimento de rango, lo que indica su presencia en la distancia correspondiente del sistema de radar MIMO.

Los vectores de rango se apilan después juntos como columnas de una matriz, y el módulo 170 de procesamiento digital se configura para realizar una segunda transformada discreta de Fourier (FFT), esta vez tomando los datos de las filas de esta matriz, caracterizadas por un compartimento de rango fijo. Esto produce una matriz 300 del rango Doppler, ilustrada sobre la parte inferior derecha de la figura. Las entradas de la matriz 300 del rango Doppler están directamente relacionadas con una correlación de las señales 210, 220, 230 de transmisión emitidas y las señales recibidas. Cada posición en la matriz 300 del rango Doppler determina un compartimento de rango a lo largo de su fila, y un compartimento de velocidad a través de su columna. Las entradas que indican una alta correlación señalan una presencia de un objetivo con un rango y una velocidad relativos respectivos.

Debido al aumento de la diferencia en fase según la ecuación (1), la matriz 300 del rango Doppler muestra no una, sino dos (o, en el caso de más parches de transmisores, respectivamente, más de dos señales ortogonales adicionales) columnas con una alta correlación, indicando una velocidad del mismo objetivo dos veces (o más). Los dos sectores 301, 302 de la matriz 300 del rango Doppler surgen de los dos tipos diferentes de señales recibidas: las que tienen un desplazamiento en fase adicional de chirrido a chirrido, y las que no lo tienen. La diferencia entre las dos posiciones de alta correlación 312, 315 dentro de una fila de la matriz del rango Doppler se determina mediante el/^desplazamientocon respecto a la ecuación (1), es decir, por el aumento fijo de la diferencia en fase $n-0n, y por la duraciónTchirridode las señales de transmisión. Esta duplicación de los picos de correlación tiene la ventaja de que la contaminación acústica puede eliminarse de modo más fiable. A su vez, esto significa que puede reducirse la potencia de transmisión, suprimiendo los problemas de diafonía entre las antenas del transmisor y el receptor, la gran cantidad de interferencia a tierra en la señal recibida, y generalmente una sobrecarga del receptor.

El desplazamiento de frecuencia fijo, o desplazamiento de frecuencia,5fconduce a una duplicación adicional de los máximos de correlación en la matriz del rango Doppler. Esto es así porque las primeras señales 210 de transmisión están correlacionadas con las segundas y terceras señales 220, 230 de transmisión, y cualquier señal 215, 225, 235 de transmisión recibida por lo tanto se correlacionará con una primera señal 210 de transmisión y con una segunda (o tercera) señal 220, 230 de transmisión. Esta duplicación de los picos de correlación ocurre dentro de cada uno de los vectores de rango (las columnas ilustradas sobre la parte inferior izquierda de las figuras). Sin embargo, este efecto se ha omitido en la figura por motivos de claridad.

La parte superior derecha de la figura ilustra que el módulo 170 de procesamiento digital puede configurarse para utilizar sectores individuales 301, 302 de una pluralidad de matrices 300 del rango Doppler para un proceso de formación de haces digitales, aumentando de este modo la sensibilidad en direcciones y rangos de interés particulares (p. ej., debido a una presencia de un objetivo detectado). Esto aumenta aún más una precisión de la detección, y puede servir para reducir la potencia de transmisión.

La figura 5muestra los pasos de un método para ejecutar un sistema de radar de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) para un vehículo aéreo. El sistema de radar MIMO puede configurarse para generar una señal de radar de onda continua (FMCW). El sistema de radar MIMO comprende un primer parche 110 de transmisor, un segundo parche 120 de transmisor, y un tercer parche 130 de transmisor. Los parches 110, 120, 130 de transmisores comprenden, respectivamente, una primera, segunda y tercera pluralidad de elementos 115, 125, 135 de la antena transmisora, configurados para transmitir, respectivamente, una primera, segunda y tercera pluralidad de señales 210, 220, 230 de transmisión. El sistema de radar MIMO comprende además una pluralidad de elementos 145 de la antena receptora, en donde cada elemento 145 de la antena receptora está configurado para recibir las señales 210, 220, 230 de transmisión transmitidas después de su reflejo desde un objetivo. El método comprende una etapa de generación (S110) de las señales de transmisión 210, 220, 230 de forma repetida. Las señales 210, 220, 230 de transmisión pueden tener en particular una forma de chirrido. Pueden emitirse en los trenes, es decir, con un número fijo de señales inmediatamente después de otra, seguidas de una pausa. Opcionalmente, puede realizarse un segundo paso en el método propuesto, que comprende añadir (S120), de una repetición a una siguiente repetición, a una fase inicial de cada una de las primeras señales 210 de transmisión un desplazamiento de fase fijo, de tal modo que la diferencia de fase entre las primeras señales 210 de transmisión y las otras señales 220, 230 de transmisión aumenta por el desplazamiento de fase fijo de repetición a repetición. En cualquier caso, un paso adicional del procedimiento comprende después detectar 130, basándose en las señales 215, 225, 235 de transmisión recibidas, las características del objetivo.

Lista de signos de referencia

10 primera dirección

15 ángulo azimutal del monopulso

20 segundos de dirección

25 ángulo de elevación del monopulso

30, 35 indentaciones

110 primer parche de transmisor

115 primeros elementos de la antena transmisora

120 Parche de transmisor de segundos

125 Elementos de la antena transmisora de segundos

130 tercer parche de transmisor

135 terceros elementos de la antena transmisora

140 parche de receptor

145 elementos de la antena receptora

150 matriz virtual de elementos de la antena receptora

155 elementos de la antena receptora virtual

160 módulo de formación de señales

170 Módulo de procesamiento digital

210 primeras señales de transmisión

215 recibieron las primeras señales de transmisión

220 Señales de transmisión de segundos

215 segundas señales de transmisión recibidas

230 terceras señales de transmisión

235 recibieron terceras señales de transmisión

300 matriz del alcance Doppler

301, 302 secciones de matriz del alcance Doppler

310 pico de correlación, que indica el alcance del objeto

312 primer pico de correlación, que indica el alcance y la velocidad del objeto 315 Pico de correlación de segundos, que indica el alcance y la velocidad del objeto 370 formación de haces digital basándose en las señales de transmisión recibidas S110, S120, S130 Etapas de un método

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

   i.Un sistema de radar de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) para detectar un objetivo en un área adyacente de un vehículo aéreo, comprendiendo el sistema de radar MIMO:

   un primer parche (no) de transmisor, un segundo parche (120) de transmisor, y un tercer parche (130) de transmisor, que comprenden, respectivamente, una primera, segunda, y tercera pluralidad de elementos (115, 125, 135) de la antena transmisora configurados para transmitir, respectivamente, una primera, segunda y tercera pluralidad de señales (210, 220, 230) de transmisión;

   una pluralidad de elementos (140) de la antena receptora, en donde cada elemento (145) de la antena receptora está configurado para recibir las señales (215, 225, 235) de transmisión transmitidas después de su reflejo desde el objetivo;

   un módulo (160) de formación de señales, configurado para generar las señales (210, 220, 230) de transmisión y para proporcionar las señales (210, 220, 230) de transmisión a sus respectivos elementos (115, 125, 135) de la antena transmisora; y

   un módulo (170) de procesamiento digital, configurado para detectar, basándose en las señales (215, 225, 260) de transmisión recibidas, las características del objetivo;

   en donde una primera dirección (10) entre el primer parche (110) de transmisor y el segundo parche (120) de transmisor es diferente de una segunda dirección (20) entre el segundo parche (120) de transmisor y el tercer parche (130) de transmisor, y en donde cada parche (110, 120, 130) de transmisor incluye múltiples elementos (115, 125, 135) de la antena transmisora en la primera y en la segunda dirección (10, 20), logrando de este modo una matriz virtual (150) de elementos (155) de la antena receptora que extiende la pluralidad de elementos (145) de la antena receptora en la primera y en la segunda dirección (10, 20) de un modo homogéneo y sin espacios, en donde el módulo (160) de formación de señales está configurado para generar las señales (210, 220, 230) de transmisión repetidamente,caracterizado porqueel módulo (160) de formación de señales está configurado además para añadir, de una repetición a una siguiente repetición, uno o ambos de los siguientes:

   a una fase inicial de cada una de las primeras señales (210) de transmisión, un desplazamiento de fase fijo, de tal modo que una diferencia de fase entre las primeras señales (210) de transmisión y las otras señales (220, 230) de transmisión aumenta por el desplazamiento de fase fijo de repetición a repetición,

   a una frecuencia de cada una de las primeras señales (210) de transmisión, un desplazamiento de frecuencia fijo, de tal modo que una diferencia de frecuencia entre las primeras señales (210) de transmisión y las otras señales (220, 230) de transmisión aumenta por el desplazamiento de frecuencia fijo de repetición a repetición.
2. 2. El sistema de radar MIMO de la reivindicación 1, en donde el módulo (160) de formación de señales está configurado para generar al menos una de las señales (210, 220, 230) de transmisión de tal modo que una frecuencia de la al menos una de las señales (210, 220, 230) de transmisión varía en el tiempo.
3. 3. El sistema de radar MIMO de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el módulo (160) de formación de señales está configurado para generar las señales (210, 220, 230) de transmisión repetidamente y para proporcionar, de una repetición a una siguiente repetición, las segundas señales (220) de transmisión en alternancia con las terceras señales (230) de transmisión.
4. 4. El sistema de radar MIMO de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el módulo (160) de formación de señales está configurado para generar las primeras señales (210) de transmisión o las segundas señales (220) de transmisión de tal modo que tengan una diferencia fija en frecuencia (Sf en comparación con las otras señales de transmisión respectivas transmitidas al mismo tiempo.
5. 5. El sistema de radar MIMO de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde

   algunos o todos los elementos (115, 125, 135) de la antena transmisora están configurados para transmitir las señales (210, 220, 230) de transmisión en una polarización particular, y algunos o todos los elementos (145) de la antena receptora están configurados para recibir señales de radar en la polarización particular.
6. 6. El sistema de radar MIMO de la reivindicación 5, en donde la polarización particular es una polarización lineal horizontal.
7. 7. El sistema de radar MIMO de la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en donde los elementos (115, 125, 135) de la antena transmisora están formados cada uno con una indentación (30), adaptada para adaptar una fase de la señal (210, 220, 230) de transmisión correspondiente.
8. 8. El sistema de radar MIMO de la reivindicación 7, en donde una forma de onda de las segundas señales (220) de transmisión es igual a la forma de onda de las terceras señales (230) de transmisión, y los segundos elementos (125) de la antena transmisora y los terceros elementos (135) de la antena transmisora están configurados para implementar en las segundas señales (220) de transmisión, en relación con las terceras señales (230) de transmisión, un desplazamiento de fase de 180 grados.
9. 9. El sistema de radar MIMO de cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8,

   en donde los elementos (145) de la antena receptora están formados cada uno con una indentación (30) que está configurada para adaptar una fase de la correspondiente señal (215, 225) de transmisión recibida, y

   en donde los elementos receptores (145) se colocan en los nodos de una cuadrícula rectangular y se configuran de tal modo que dos elementos receptores (145) colocados en nodos adyacentes, al recibir una señal (215, 225) de transmisión particular, implementan un desplazamiento de fase relativo de 180 grados.
10. 10. El sistema de radar MIMO de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una primera distancia entre el primer parche (110) de transmisor y un segundo parche (120) de transmisor y una segunda distancia entre el segundo parche (120) de transmisor y el tercer parche (130) de transmisor están configuradas, con respecto a una disposición de los elementos (115, 125, 135) de la antena transmisora, para suprimir los lóbulos reticulados en un perfil de intensidad de las señales (210, 220, 230) de transmisión transmitidas.
11. 11. El sistema de radar MIMO de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende uno o más parches de transmisores adicionales con una o más pluralidades adicionales de elementos de la antena transmisora, configurados para transmitir, respectivamente, una o más pluralidades adicionales de señales de transmisión.
12. 12. Un método para detectar un objetivo en un área adyacente de un vehículo aéreo utilizando un sistema de radar de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el método los siguientes pasos:

    generar (S110) las señales (210, 220, 230) de transmisión repetidamente; y

    detectar (S130), basándose en las señales (215, 225) de transmisión recibidas, las características del objetivo,

    en donde el módulo (160) de formación de señales está configurado para generar las señales (210, 220, 230) de transmisión repetidamente, y para añadir, de una repetición a una siguiente repetición, una o ambas de las siguientes:

    a una fase inicial de cada una de las primeras señales (210) de transmisión, un desplazamiento de fase fijo, de tal modo que una diferencia de fase entre las primeras señales (210) de transmisión y las otras señales (220, 230) de transmisión aumenta por el desplazamiento de fase fijo de repetición a repetición,

    a una frecuencia de cada una de las primeras señales (210) de transmisión, un desplazamiento de frecuencia fijo, de tal modo que una diferencia de frecuencia entre las primeras señales (210) de transmisión y las otras señales (220, 230) de transmisión aumenta por el desplazamiento de frecuencia fijo de repetición a repetición.
13. 13. Un producto de programa informático, con un código de software almacenado en el mismo adaptado para controlar el sistema de radar MIMO según la reivindicación 1 para realizar el método de la reivindicación 12 cuando el código de software se ejecuta en un sistema de procesamiento de datos.