SE500809C2 - En metod för avsökning med koherent radar och en radar för genomförande av metoden - Google Patents

Description

500 809 över antennen. Genom variation av den koherenta integrationen kan oïika riktningar för antennen syntetiseras inom synfäitet, jämför figur 1. Med koherent förstås att utsänd vågform är så stabii att den reiativa fasen meiian många på varandra föijande radarpuiser (vâgformsperioder) kan utnyttjas för informationsextraktion.

Radarmetoden kännetecknas ur mekanisk synvinkei främst av att antenn- systemet innehäiier en röriig subrefiektor eiier iins med vars hjäip matarens beiysning kontroiieras. Antennens apertur dimensioneras för att ge önskad siutiig uppiösning i vinkeiied och subrefiektor och matare dimensioneras så att önskat synfäit erhâiis. Synfäitet ges, om belysningen är fokuserad på refiektorytan, av den vinkei 0¿ som sub- refiektorn upptar sedd från aktueii deiyta på huvudrefiektorn. Matar- systemet kan bestå av ett horn och antingen en vridbar subrefiektor, en iins och en vridbar pianspegei eiïer en iins och ett vridbart prisma för sändning och mottagning eiier eventueiït enbart ena iedet.

Subrefiektorn eiier motsvarande, som förbinder matare och antenn, kan vara en eiiipsoidformad refiektor med mataren respektive aktueii dei av antennytan i vardera brännpunkten för eiiipsoiden. Vid röreise- mönster med varierande avstånd ti11 oiika deiar av antennytan reia- teras ena brännpunkten på iämpiigt sätt tiii ytan.

Avsökning i vinkeiied âstadkommes genom att subrefiektorn eïier mot- svarande roteras omkring matarens symmetriaxei eiier boresight. Vid en fast cirkuiärsymmetrisk och cirkuiärpoiariserad matare ger rotation runt matarens boresight en beiysning av subrefiektorn som är oberoende eiier reiativt oberoende av rotationsvinkein.

I figur 2 sammanfaiier antennsystemets boresight med vridningsaxein (i papperets pian) och den beiysta deiaperturen 41A kommer vid rotation att beskriva en cirkeiröreise som aistrar en ringformad antenn för t.ex. avsökning inom en kon. Ligger vridningsaxein vinkeirätt mot boresight aistras en iångsmai antenn för t.ex. sektorspaning.

Metoden kännetecknas vad det gäiier signaibehandiing av att den om- fattar ett fiertai deimätningar där varje deimätning endast utnyttjar en iiten dei av huvudantennens yta. Meiian deimätningarna växias sedan den beiysta deien av antennytan så att heia ytan biir beiyst då aiïa 500 809 deïmätningar utförts. Önskad hög uppïösning inom synfäïtet fås genom att i signaibehandïingen koherent integrera signaïerna via aïia små deïytor på he1a antennen. Denna signaibehandiing omfattar i första hand integration av signaier från oïika riktningar (syntetisk vridning av antennen). Om mätavstânden befinner sig inom antennens närfäït krävs en integration som kombinerar riktning och avstånd (syntetisk vridning och fokusering av antennen).

Signaibehandiingen kan ske med metoder som är kända i samband med användningen av radar med syntetisk apertur. Tiiïämpningen av dessa stä11er inte fackmannen pâ omrâdet inför nâgra specie11a probïem, varför signaïbehandiingen inte behandïas fuiïständigt här. Dock ska11 ski11naden me11an den kända apertursyntestekniken, SAR, och föreiigg- ande uppfinning understrykas här, eftersom iikheten i signaïbehandïing påpekats. Vid SAR sänder en antenn radarsignaier och mottager dem under det att antennen och den farkost som bär den utför en vanïigen ïinjär röreise. Antennen är riktad åt sidan sett i antennens rörelse- riktning. Signaïbehandïingen syntetiserar sedan en - kanske kiïometer- iång - radarapertur. I föreïiggande fa11 användes en vaniig fysisk antenn, som bringas att sända och mottaga radarsignaier med hjä1p av deiytor hos antennen. Signaïbehandïingen syntetiserar sedan en antenn baserad på heia den fysiska antennens yta.

Metodens resuïterande vinkeïupplösning ges av antennens aperturdimen- sioner dl x dz eïler aperturyta A. Om både sändning och mottagning sker via succesivt vaïda deiytor erhâ11s en upplösning zxíl som är fyra gånger bättre än för en konventioneïi antenn. Detta beror på att sändningen via en viss deiyta kan koppias ti11 mottagningen av samma de1yta.

Vinkeïuppiösningen Anïl för aperturytan A ges av \2 _/ ¿Sl]_ = I-Ä .

Den önskade uppïösningen får avvägas mot främst nackdeien med en fy- siskt stor antenn. En fast e11er eventue11t iängsamt vridbar antenn G1 00 "J f9 bör dock medge att en större antenn kan användas jämfört med en kon- ventionellt mekaniskt avsökande antenn.

Synfältet CL ges av storleken på den belysta antennytan med våglängden som mått. Ett stort synfält leder till mindre och fler elementar- antenner för en given antennyta. Synfältets lobvinkel för en belyst area ÅA fås till Q Åz :FV Antalet bildelement NA¿¿i vinkelled ges av förhållandet mellan synfält och upplösning enligt nedan.

N = Q ASL A_Q_' Bildstorlek eller antal bildelement i vinkelled avväges främst mot periodtid för en avsökning Tavs eller bildfrekvens favs. Bildfrekven- sen är vidare beroende av vågformens repetitionsfrekvens fprf eller maximalt entydigt mätavstând. Simultan observation med flera elemen- tarantenner narray ökar prestanda men komplicerar systemet. I extrem- fallet erhålls en komplett gruppantenn inklusive elementarmottagare, dvs grunden till en s.k. digital antenn. För varje elementarantenn kan flera mätningar utföras n¿¿A, vilket förbättrar integrationsfaktorn och möjliggör dopplersignalbehandling men samtidigt medför ökad obser- vationstid Tobs. Observationstiden beror av faktorerna narray, n¿¿A, fprf eller maximalt entydigt mätavstând Rma samt antalet bildelement x i vinkelled N¿&¿¿ enligt följande “ANNAQ prf'narray I _, _ C där fprf ' É7É___ ' Vid avsökning kan normalt tiden ej helt utnyttjas för observation utan en viss s.k. dödtid Td tillkommer genom att realiserade metoder av- viker från de ideala så att 500 809 Tavs = Tobs + Td ' Förhållandet mellan observationstid och avsökningstid för en avsök- ningsperiod ges av kvoten k, k 5 l, enligt k = Tobs 'avs ! där radarmetodens potentiella bildfrekvens fbi1d fås till fbnd = TL' ' avs Radarmetodens mätdimensioner kan utöver två vinkeldimensioner och avstånd, dvs spatiellt 3-dimensionell observation, också utgöras av kombinationer av enbart en vinkel och avstånd.

För att integrationen av alla signaler som tillhör en avsökning skall kunna utföras, måste förändringar i mätgeometrin vara mer eller mindre kända under avsökningstiden. I enklaste fall förutsätts oförändrad, fix mätgeometri eller linjär rörelse relativt den antennapertur som genereras under avsökningen. Radarmetodens observationstid Tobs och våglängd »Ä bestämmer hastighetsgränsen Vre1 mellan fixt och rörligt objekt och accelerationsgränsen are] mellan linjär och icke linjär rörelse. Uttryck för dessa gränser kan med en viss grad av godtyck- lighet anges enligt nedan. Å Villkor för fixt objekt vreï 5 äT-- . obs V. N _ M. Ü )\ illkor for linJar rorelse are] 5 -ï- . 4T obs Särskilt det första men även det andra villkoret ovan är exempel på ansatser för att förenkla invertering av mätdata vid SAR-metoder.

I det följande skissas mera konkret en mekanisering av avsökningen i två fall, dels en volymetrisk avsökning av en konisk rymdvinkel och dels en ytavsökning inom en begränsad vinkelsektor. 500 809 Avsökning av en konisk rymdvinkel kan ske genom att en liten delantenn med en konformad bred antennlob får rotera i en cirkelbana med stor diameter. Delantennens boresight anordnas så att denna blir parallell med cirkelbanans symmetriaxel som därmed ger observationsriktningen.

Antennens rotation i cirkelbanan utförs genom att man med en roterande spegel eller ett linsarrangemang avlänkar och fokuserar strålningen för belysning av en cirkelformad reflektor. Denna kan vara ett utsnitt av en parabol- eller konformad yta.

Sektoravsökning av en yta inom en begränsad vinkel kan ske genom att en liten delantenn med en konformad bred antennlob får genomlöpa en approximativt rak aperturbana med stor utsträckning. Rörelsen åstad- kommes med hjälp av en ellipsoidformad subreflektor som roteras och samtidigt belyser en parabolformad huvudreflektor. Rotationsaxeln anordnas så att den är vinkelrät mot observationsriktningen och går genom huvudreflektorns fokus. Mataren är placerad med rotationsaxeln som symmetriaxel för att ge en likformig belysning av subreflektorn för olika vridningsvinklar. Synfältet ges approximativt av synvinkeln under vilken subreflektorn syns frân reflektorn. Ett fast avstånd från rotationsaxeln till strâlningens fokus innebär att fokus kan förläggas till huvudreflektorns yta i högst tvâ punkter som i sådana fall är symmetriskt belägna omkring det plan som definieras av parabolaxeln och subreflektorns rotationsaxel. I övrigt kommer subreflektorn att fokusera strålningen på ett litet avstånd från reflektorytan. Syn- fältet åstadkommes genom ett koniskt strålknippes reflektion men i detta fall sker reflektionen i allmänhet ej i strâlknippets skärnings- punkt utan olika riktningar reflekteras i olika punkter på reflektor- ytan. Genom att reflektorytan är krökt kommer synfältet att pâverkas och reduceras vid utvridning av det belysande strâlknippet från para- bolens axel. Denna oönskade variation av synfältet kan betraktas som en reduktion av antennens effektivitet. Antennen kan beräknas klara utvridningar på ca 3 60°.

Claims (9)

500 809 Patentkrav:

1. En metod för avsökning av ett omrâde med hjäip av radar, k ä n - n e t e c k n a d a v att radarsigna1er succesivt utsänds och/eller mottages via oiika deiytor (¿3A) av en antennyta (A) eiïer antennïins hos en fysisk antenn och att vinkeïuppïösningen hos antennens synfäit (Il ) åstadkommes genom koherent integration av mottagna signaier.

2. En radar för avsökning av ett omrâde innefattande en sändare, ett antennsystem, en mottagare och en signaibehandiingsutrustning, k ä n- n e t e c k n a d a v att antennsystemet innefattar en fysisk antenn med en refïektoryta (A) eiier antenniins och ett matarsystem anordnat att succesivt rikta radarsignaier mot och/e11er mottaga radarsignaier från o1ika deiytor (¿1A) hos antennen e11er iinsen och att signai- behandiingsutrustningen är anordnad att använda koherent integration av mottagna signaler.

3. En radar enïigt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d a v att matarsystemet består av en fast matare (1) och en vridbar subrefiektor (2).

4. En radar enïigt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d a v att matarsystemet består av en fast matare (1), en matarïins och en vrid- bar pianspegei.

5. En radar eniigt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d a v att matarsystemet består av en fast matare (1), en matariins och ett vrid- bart prisma.

6. En radar eniigt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d a v att subrefiektorn (2) är eïiipsoidformad och anordnad att ha mataren (1) och aktue11 dei ( AA) av huvudantennens refiektionsyta (A) i vardera brännpunkten.

7. En radar eniigt något av patentkraven 2-6, k ä n n e t e c k - n a d a v att matarsystemets vridningsaxei (3) sammanfaiïer med antennsystemets symmetriaxeï. 500 8 Û 9

8. En radar enhgt något av patentkraven 2-6, k ä n n e t e c k - n a d a v att matarsystemts vridningsaxeï (3) är vinkeïrät mot antennsystemets symmetríaxeï.

9. En radar enhgt något av patentkraven 2-8, k ä n n e t e c k - n a d a v att matarsystemet är anordnat att, i varje ögonbhck, rikta radarsignaïer mot och/e11er mottaga radarsignaler från två eHer Hera deïytor (AA) på antennen.