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抑制机载雷达地面杂波的方法
摘要
用于在存在地面杂波的情况下检测长距离和短距离天气目标的方法和装置，其中接收天线波束根据波束控制程序从第一大致升高的波束位置转向到第二大致水平波束位置。
背景技术
本发明涉及一种机载雷达系统，更具体地说，涉及一种用于在存在混乱的杂波目标时检测诸如雷暴的天气目标的雷达系统。
地面杂波被定义为不需要的雷达回波的集合，在机载雷达系统中提出了一个重要的问题，因为很多时候有必要在存在地面杂波的同一区域检测高架天气目标。由于地面杂波的雷达横截面通常与目标的雷达横截面相当，因此在地面杂波回波中经常会丢失所需的目标回波，并且向雷达操作员呈现误导性显示。
消除地面杂波的一种已知方法是操作者手动调节天线的倾斜，使得天线波束升高到水平面上方。然而，这种方法的一个严重缺点是光束将被引导到更长范围的天气目标之上。如果天线波束指向远距离目标，则短距离的天气目标将被杂波遮挡。本发明通过提供对短距离和长距离天气目标都有效的杂波抑制方法和系统克服了现有技术系统的这些缺点。
课题
因此，本发明的一个目的是提供一种抑制机载气象雷达系统中的地面杂波的方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于抑制机载气象雷达系统中的杂波的方法，该方法可用于检测短程和长程天气目标。
本发明的另一个目的是提供一种用于抑制机载气象雷达系统中的地面杂波的适当电路。
发明内容
简而言之，在本发明的一个实施例中，通过使用单脉冲技术实现上述目的，其中根据波束控制程序将接收天线波束从第一大致升高的波束位置转向到第二大致水平波束位置。。 该程序首先将光束保持在升高的位置，使得光束不会拾取地面杂波，然后利用杂波衰减作为转向范围的函数的事实，光束到水平位置以检测远程目标。
附图说明
尽管本说明书以特别指出并明确要求保护被视为本发明的主题的权利要求书作出结论，但据信通过以下结合附图的描述可以更好地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的搜索目标的机载气象雷达的示意图。
图2是作为表示机载雷达的距离显示的时间的函数的电压的波形图，在没有本发明的情况下，仅呈现短距离天气目标。
图3是作为时间的函数的电压的波形图，表示在没有本发明的情况下的机载雷达的范围显示，呈现具有由地面杂波捕获的短程天气目标的长距离天气目标。
图4是作为表示机载雷达的范围显示的时间的函数的电压的波形图，本发明提供了没有地面杂波的近和远天气目标。
图5是根据本发明的机载气象雷达系统的微波和天线部件的示意图，该系统在接收天线波束中操纵接收天线波束。
图6是作为仰角函数的回波信号的波形图，以说明图5的雷达系统的转向特性。
图7是图5的机载雷达系统的两种操作模式的作为时间函数的光束位置的曲线图。
图8是另一种天线配置，它使用相控阵天线进行波束定位，而无线电高度表则用于向图5的电路提供高度信息。
图9是图8的雷达系统的相控阵组件的更详细的图。
优选实施方案的描述
具体实施方式参考图1，示出了机载雷达AR，其向短距离目标T和远程目标T发射雷达脉冲，并提供反射天线波束。 接收光束显示在升高的光束位置B（实线）和大致水平的光束位置B（虚线）。
为了探测空中天气目标，机载雷达AR发射一个微波能量的短脉冲，称为距离脉冲，从天体向外径向流向目标T和T以及地面G.当距离脉冲到达地面时它照亮了一个区域，该区域的形状由天线配置和距离脉冲的特征决定，它将沿着接收波束的杂波回波反射回机载雷达AR。使雷达响应具有选择性，使得波束位置B中的波束用于检测短距离目标T，并且波束位置B中的波束用于检测远程目标T.从图3中可以清楚地看出。1通过使用B1位置的光束来检测目标T1，可以抑制地面杂波。由于光束B的位置升高，所以没有接收到杂波回波。通过利用杂波回波随着增加的范围衰减的事实，位置B的光束检测到没有杂波回波的长距离目标T。
根据本发现，当对地杂波的范围增加时，通过波束控制程序将天线波束B从升高的波束位置B转向水平波束位置B，使得目标T和T都将呈现而没有杂波。
通过参考图2、图3和图4可以获得进一步的解释。图2是电压ver sus时间的曲线图，示出了当位置B中的十字形波束用于检测短程目标T时获得的波形。图3示出了当位置B2中的天线波束用于检测长距离目标T2时获得的波形。可以看出，从图1中可以看出。 3地杂波使短距离目标T模糊。图4示出了当光束从位置B转向位置B时获得的波形，从而呈现两个目标T和Ta而没有杂波。
用于实现无杂波，长距离和短距离目标检测的天线和电路如图4所示。天线A设有两个分离器1和12，它们配合形成从位置B1转向位置B的接收天线波束。辐射器A1和12通过旋转接头13和14连接到混合和和差分接头。 为了发送范围脉冲，发送器16通过循环器17耦合到混合结i5的X终端。发射器16还耦合到平面位置指示器（PPI）显示器18，使得可以向显示器提供定时信号。虽然两个辐射器都显示为由振动脉冲激励，但只有一个辐射器可以通电以照亮特定方向。
通过循环器7，混合结15的X端子通过环行器17通过双工器19耦合到第二混合结20.混合结15的A端通过可控衰减器21连接，可控制的O-180° 相量22和第二匹配双工器23到混合结20。
为了提供目标回波的显示，混合结20的一个终端通过混频器24，IF放大器25和检测器26耦合到PPI显示器18.本地振荡器27向混频器提供干扰信号。 24将RF信号转换为IF信号。 IF放大器25还耦合到灵敏度时间控制电路28，其连接到发送器16.混合结20的另一个端子终止于匹配负载29中。
为了将天线从位置B转向位置B，提供函数发生器30，其接收来自发射器16和高度参考31的输入，并且耦合到可控衰减器21和可控相量器22.函数发生器30提供 光束转向程序。
为了使天线A在方位角平面中扫描，提供电动机32。 提供角度信息的角度分解器33耦合到PPI显示器18。
图5中的电路有以下几种操作方式。
发射器16将范围信号作为RF脉冲馈送到混合结15的X端。然后，RF脉冲由天线A的辐射器11和12均等地朝向风暴目标T和T2发射。
范围信号撞击目标T和T.并且还照亮地面G上的杂波斑点，如图1所示，其使回波信号沿接收波束返回到辐射器11和12.再转向信号在混合结15中组合。 并且，在根据单脉冲技术在第二混合结20处重组之前，沿着分离速率路径引导X和差A信号以形成单个接收波束。 X信号由循环器17和双工器19通过; 当A信号通过可控衰减器21，可控相量器22和匹配双工器23时。
然后，形成可转向接收波束的组合X和A信号通过混频器24，IF放大器25和检测器26，然后到达显示器18，以便可以观察到来自目标的回波。 显示器18还接收来自发射器16的定时信号和来自角度分解器33的角度信号。应当注意，从天线获得的信号可以用于除显示之外的其他目的，例如自动控制。
为了检测没有杂波的长距离和短距离天气目标，如前所述，通过改变可控衰减器21的衰减和相量22的相位，天线波束从位置B转向波束位置B.其功能由功能发生器30根据波束控制程序控制。在从发射器16发射范围脉冲之后，立即将可控制的放大器21的衰减减小到最小，并且将整个A信号传递到混合结20.将X信号添加到A信号。在混合结20中，组合信号相当于在升高的波束位置B中的接收波束。以功能发生器30中的波束控制程序确定的速率，在A信道中引入衰减，导致天线波束移向当可控衰减器2中存在大的衰减时，接收波束将占据位置B和B2之间的中间位置。此时，在控制标签相量22中引入180°的相移，并且可控衰减器21中的衰减减小到最小。接收天线波束然后处于波束位置B并且处于有利位置以接收来自远距离焦油的回波。衰减器21和相量22的操作由图6示出。
图6示出了X和A信号以及当在传输范围脉冲之后A通道中的衰减减小到最小值时产生光束位置B的组合信号的曲线图。 这对应于图6的6轴上的点6。 当A信号完全衰减时，通过控制标签衰减器2，如图6中的点6所示，天线波束将从其原始位置B移动到由X信号指定的中心位置6。 当A信号由可控相量器22相移180时，将从混合结20中的X信号中减去A信号，并且天线波束将进一步向下移动并占据波束位置，在那里它可以容易地检测到远距离 天气焦油得到。
如图6所示，通过组合A和X信号形成的天线波束可以移过有限的角度，并且该角度大约是一个波束宽度。 为了在仰角平面中获得更大的角度范围，可以使用额外的天线馈电或电扫描。 还可以采用移相器的电子束位置控制和A信号的衰减的组合。
参考图7，曲线34,35和36示出了作为时间（范围）的函数的仰角光束位置的典型编程曲线。曲线34和35分别示出了转向操作作为步进或连续，而曲线 图36显示了连续进近，但机载雷达处于更高的高度。 参考曲线34和35，可以看出，在时间发射范围脉冲之后，接收光束立即保持在如8所示的向上位置，以保持接地杂波接收到最小。 当距离随着时间的推移而增加时，向上的光束从其原始位置B向下移动，如曲线34或曲线35中的步进。在时间ta达到地面杂波的最大范围后，光束已被转向 到近乎水平的位置，以检测远距离风暴目标的回波返回。
如果飞机在更高的高度运行，则杂波回波的幅度较小，因为从地面到雷达的距离较大，但是1 O杂波延伸的距离较长。 在这种情况下，光束位置的曲线将以较小的高度开始，如图7中的6所示，但由于雷达处于较高的高度，所以光束以较低的速率向下倾斜并且可以指向水平以下以截取 如图7中37所示的远程目标。通过在图5的功能发生器30中存储和产生的程序提供对波束控制的必要控制。 用于产生所需时间函数的电路是许多出版物的主题，并且将不再详细讨论。
如图5所示，可以规定将飞机高度在地面上手动插入到函数发生器中，以增加可以支撑地面杂波的高度范围。修改后的程序可用于在倾斜的地面上飞行。
如果光束在某些应用中可能需要逐步升高，则显示器可以以短暂的间隔（例如在t1或t2）消隐，以防止出现假目标。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，采用相控阵列的另一个实施例在图8中示出。 相控阵天线38遵循由函数发生器39产生的仰角波束转向程序，其从无线电高度仪40接收高度信息。高度计40还通过指示器41向飞行员提供可见高度信息。发射器42提供范围 信号到天线38，同时复用器43，混频器44，本地振荡器45，IF放大器46和检测器47准备接收的回波信号以在显示器48上显示。
在图9中更详细地示出了图8中所示的天线阵列的操作。相量49至54可以是模拟的或数字的，并且用于操纵仰角波束。 由天地接受的波阵面显示在55处的升高位置以将天线波束定位在附近的杂波上方并且在垂直位置56中用于接收远程目标。 由每个相量1到N引入的相移与57处的相量与对称轴的距离S成比例。由相量1到N提供的相移是相量负1到N的相移。
当特定相移超过27t弧度的一个或多个倍数时，仅提供减去2nt的倍数的相移是方便的。负相移可以是正相移的互补或等于27减去相应的正相移。也就是说，相量N具有27T弧度的相移设置减去相量N的相移设置。相移信号由辐射器元件58发射和接收，并且可以是偶极子，波导，槽或其他有效的。辐射元素。微波馈送结构59组合来自相量的信号并馈送方位扫描相量60.在接收指示的方位角扫描之后，在方位馈送结构61中组合产生所需方位角波束所需的许多垂直辐射组。通过消除方位扫描相量60并通过机械地移动整个结构，可以机械地而不是电地产生方位扫描。
仰角波束控制信号仅可用于如前所述的接收或用于发射和接收。如果光束被引导用于发射脉冲，则在PPI显示器中使用顺序技术。参考图8，雷达最初在远光上发射和接收，并且显示器48仅呈现短程天气回波。来自函数发生器39的信号消除了较长范围的噪声和信号。在下一次扫描中，光束被降低，短距离地面返回从显示器48中消隐，并且仅来自远程天气回波的信号来自函数发生器39.顺序技术也可以应用于使用高程和azi muth的机电扫描的系统。在每个方位角扫描结束时，根据来自功能发生器的信号改变仰角扫描，并且当光束指向光束时，当光束高于水平和长距离信息时，显示器被门控以呈现短距离信息。
虽然已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是在不脱离其精神和范围的情况下可以做出其他实施例。
这里描述的本发明是在NASA Contract NAS 12-2032下的工作性能中进行的，并且受1958年美国国家航空航天法案（305 Stat.435; 42 U.S.C.2457）第305条的规定的约束。
美国专利证书保证新的和期望的是：
1.一种用于在存在杂波的情况下检测远程和短程高架目标的系统，包括：
- 一架飞机;
- 雷达装置由飞机携带，雷达装置包括:
- 用于发射测距脉冲的装置，用于照射通过反射回波信号作出响应的所述目标;
- 接收天线装置响应于所述回波信号，包括至少一个辐射器，用于在第一波束位置提供接收天线波束;
- 用于转向的第一电路装置，根据波束转向程序，从所述第一波束位置接收天线波束到第二波束位置，耦合到所述天线装置并包括第一和第二信道，所述第一信道包括第一双工器和所述第二信道包括串联连接的第二双工器，可控衰减器和可控相量器；
- 函数发生器，耦合到高度参考和所述可控衰减器和所述可控相量，用于产生所述波束控制程序；
- 第二电路装置包括串联连接的混频器，放大器和检测器，用于从所述接收天线装置导出关于所述升高的目标的基本上无杂波的信息； <l
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资料编号：[20340]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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