具有多基地fmcw雷達的負偽距處理的制作方法
【專利說明】具有多基地FMCW雷達的負偽距處理 陽oou 版權聲明
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【背景技術】 陽00引在MF、HF、VHFW及UHF頻帶內操作的低頻后向散射雷達系統廣泛地用于測繪 (map)和監控水面目標，例如，海洋上的海流、船舶W及波浪或者沿著河流的水流。作為國 家海洋與大氣管理局（N0AA)的美國綜合海洋觀測系統（100巧項目的一部分，大約150 個運種HF/VHF雷達目前沿著美國海岸進行操作，并且運種系統將數據輸出給公共網站 化化adar.n化C.noaa.gov)。現在，幾個其他國家在其海岸上具有運種雷達網絡。在運些海 洋雷達中總共至少有400個雷達部署在全世界并且進行操作。
[0004] 通常需要至少兩個后向散射雷達來測繪海流，運是因為每個雷達僅僅測量標量徑 向向量分量，并且需要來自兩個方向的視圖來為地圖構造整個2D矢量。運些標量速度基 于將已知的化agg波浪速度和未知的海流速度分開的多普勒原理。在船舶目標的情況下， 由單個雷達測量其位置和徑向速度，但是來自兩個雷達的視圖提供了增大檢測穩健性的優 點。 陽0化]從發射與接收回波間的時間延遲獲得與目標或散射單元相距的范圍或距離，與 在所有雷達中的情況一樣。在運行中的海洋雷達如今使用FMCW信號（頻率調制的連續 波），并且通過引用結合于此的1992年2月28日提交的題為"GatedFMCWDFradarand signalprocessingforr曰n邑e/doppler/曰n邑ledetermin曰tion"白勺共同受ih白勺美國專矛。號 5, 361，072顯示了從運些信號獲得目標距離的方式。在距離處理之后，對每個距離單元的復 合（真實的和虛構的）回波時間序列進行傅里葉變換，W在幾個接收天線或部件間獲得多 普勒頻譜和/或交叉頻譜。此時，從信號中提取回波目標（海流或船舶）的速度及其方位。 一個合適的并且廣泛使用的方位確定算法是多重信號分類（MUSIC)，在通過引用結合于此 的 1997 年 8 月 29 日提交的名稱為"RadarangledeterminationwithMUSICdirection finding"的共同受讓的美國專利號5, 990, 834中描述的測向值巧技術。運個后向散射雷 達在極坐標系統中進行其測量，其中，極式圖上在覆蓋范圍內的每個點處的徑向海流速度 由各雷達測量。
[0006] 由于在極坐標中單個雷達測量單個徑向向量分量，所W通常，成對地使用相距幾 萬公里并且獨立地操作的兩個后向散射雷達系統。基于相互觀察的散射單元的已知的幾何 形狀和位置，兩個產生的徑向速度分量組合，W在重疊的覆蓋區域上產生總速度矢量圖。因 此，傳統系統的一個缺點是需要多個昂貴的反向散射雷達系統，用于海流測繪W及穩健的 船舶監視。
[0007] 在海岸雷達的網絡中，通過將運些系統合成為穩定時基并且多基地操作運些系 統，可W獲得給定數量的后向散射雷達的更大數據覆蓋和穩健性。在2003年10月27日提 交的名稱為"OceansurfacecurrentmappingwithbistaticHFradar"的共同受讓的 美國專利號6, 774, 837中討論了用于該系統的方法，該專利通過引用結合于此。一個反向 散射雷達的發射機照亮（例如）由波浪或船舶目標散射的海洋表面，并且作為回波返回到 一個不同的反向散射接收機中。雖然因此雙基地進行操作，但是每個雷達繼續W其正常的 反向散射模式同時接收回波。通常使用的方便便宜的多基地同步方法使用GI^S衛星信號 的穩定時基；該技術通過控制的方式時間多路傳輸每個雷達的FMCW調制掃描的開始時間， W便在解調制之后，它們的目標回波明顯地并且有效地分開，從而不彼此干擾。在2002年8 月 28 日提交的題為"Multi-stationHFFMCWradarfrequen巧sharingwithGPStime mo化lationmultiplexing"的共同受讓的美國專利號6, 856, 276中對此進行了討論，該專 利通過引用結合于此。
[0008] 在運個多基地配置中具有雙基地雷達對的獨特性和不對稱性。例如，在發射 機-接收機信號之后具有恒定時間延遲的回波不落在圓圈上，與在反向散射雷達內一樣。 運些回波落在具有發射機和接收機的楠圓形內作為焦點。運個對的標量數據發生在楠圓形 坐標系內而非后向散射雷達的極坐標系內。而且，使用運個多基地配置，在被配置為估計與 回波構成的角度的接收天線處，依然測量海洋雷達的方位。發射機具有全方向福射，泛光照 明覆蓋區域。運是在數據數量、質量W及穩健性方面有利于楠圓的接收機端部的不對稱。
[0009] 在具有彼此重疊的目標覆蓋的包括N個后向散射雷達的海岸網絡中，基于在上述 美國專利號6, 774, 837中描述的常規做法，在多基地進行操作并且根據傳統時間延遲測量 回波距離時，可W看到
次目標。如果雷達W傳統的單基地（后向散射）模式操 作，那么與之相比僅為N。在大N的限制下，先前的傳統多基地操作提供妒/2次目標測量。
[0010] 因此，需要在W下方面進行改進：從上面討論的傳統多基地操作擴大測量數量，并 且去除有利于雙基地對幾何的接收機端的不對稱性。
【發明內容】
[0011] 一方面，本發明的特征在于一種用于監控水面目標的多基地雷達系統。雷達系統 包括：第一雷達、第二雷達、狀態機W及信號處理器。第一和第二雷達均包括發射機和接收 機，位于分開的位置并且使用定時信號來同步。每個雷達被配置為發射雷達信號并且從另 一個雷達接收雷達信號的回波。狀態機被配置為使用定時信號確定每個雷達的射頻信號調 制的開始時間和結束時間，第二雷達的射頻信號調制的開始時間偏離所述第一雷達的射頻 信號調制的開始時間。信號處理器被配置為同時接收和處理在第一雷達和第二雷達處接收 的雷達信號的回波，W確定所監控的水面目標的位置和速度矢量，其中，第一組位置和速度 矢量根據在第一雷達處接收的由第二雷達發射的雷達信號的回波確定，其中，第二組位置 和速度矢量根據在第二雷達處接收的由第一雷達發射的雷達信號的回波確定。
[0012] 本發明的各種實現方式可W包括一個或多個W下特征。多基地雷達系統可W包括 被配置為多基地操作的N個雷達，其中，是雷達n的射頻信號調制的開始時間的時間 延遲，其中，被限定為：
[0013]
[0014] 其中，皆!雷達回波信號在雷達n-1與雷達n之間直接傳播的時間，thu,。為 雷達n-1的雷達回波超過直接傳播的雷達回波信號的接收的時間延遲。在運些實現方式 中，雷達n從雷達n-1接收的雷達回波的總時間延遲td可W限定為：
[0015]
[0016] 其中，在雷達回波的總時間延遲td為負時，在雷達n處接收的雷達回波的距 離（range,范圍）快速傅里葉變換（FFT)的展開產生落在距離FFT的負距離（negative range)內的雷達回波。
[0017] 多基地雷達系統的第一和第二雷達可W是W下中的一個：MF雷達、HF雷達、VHF雷 達W及UHF雷達。可W由全球定位系統（GP巧或者由W下中的一個提供定時信號：鋼馴服振 蕩器（rubidium-disciplinedoscillator)、恒溫晶體振蕩器（oven-controlledciystal osci11ator)W及提供相同功能的相似的穩定時基。
[0018] 另一方面，本發明的特征在于一種使用包括至少兩個雷達的多基地雷達系統監控 水面目標的方法。所述至少兩個雷達中的每個包括發射機和接收機，并且該至少兩個雷達 位于分開的位置并且使用定時信號來同步。該方法包括：使用定時信號確定用于所述至少 兩個雷達中的每個的射頻信號調制的開始時間和結束時間。該方法進一步包括根據所確定 的開始和結束時間，從該至少兩個雷達的發射機發射的雷達信號，第一雷達的射頻信號調 制的開始時間偏離第二雷達的射頻信號調制的開始時間。該方法進一步包括通過同時接收 和處理在第一和第二雷達處接收的雷達信號的回波，確定所監控的水面目標的位置和速度 矢量，其中，第一組位置和速度矢量根據在第一雷達處接收的由第二雷達發射的雷達信號 的回波確定，其中，第二組位置和速度矢量根據在第二雷達接收的由第一雷達發射的雷達 信號的回波確定。
[0019] 本發明的各種實現方式可W包括一個或多個W下特征。對于上述方法，多基地雷 達系統可W包括被配置為多基地操作N個雷達，其中，為雷達n的射頻信號調制的開 始時間的時間延遲，其中，被限定為：
[0020]
[OOW其中，巧在雷達n-1與雷達n之間直接傳播的雷達回波信號的時間，并且 thU,。為雷達n-1的雷達回波超過直接傳播的雷達回波信號的接收的時間延遲。雷達n從 雷達n-1接收的雷達回波的總時間延遲td可W限定為：
[0022]
[0023] 其中，在雷達回波的總時間延遲td為負時，在雷達n接收的雷達回波的距離快速 傅里葉變換（FFT)的展開產生落在距離FFT的負距離內的雷達回波。
[0024] 在上述方法的實現方式中，所述至少兩個雷達可W是W下中的一個：MF雷達、HF雷達、VHF雷達W及UHF雷達。可W由全球定位系統（GP巧或者由W下中的一個提供定時 信號：鋼馴服振蕩器、恒溫晶體振蕩器W及提供相同功能的相似的穩定時基。
[0025] 另一方面，本發明的特征在于一種計算機程序產品，其包括永久性計算機可讀儲 存介質，在所述介質上提供用于使用包括至少兩個雷達的多基地雷達系統監控水