ES2311910T3 - Antena de recepcion de monopulso interferometrica con supresion mejorada de lobulos laterales. - Google Patents
Antena de recepcion de monopulso interferometrica con supresion mejorada de lobulos laterales. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para la detección de una señal electromagnética emitida por una antena (2) emisora mediante al menos dos antenas (3, 4) receptoras al menos esencialmente iguales, cuya respectiva curva de sensibilidad presenta, en un ángulo de recepción simétricamente a una orientación básica, un máximo (M) con flancos descendientes así como lóbulos (SL) laterales adyacentes con una sensibilidad de nuevo aumentada, realizándose una determinación angular para un objeto que refleja la señal emitida con las dos antenas (3, 4) receptoras mediante una determinación de fase en un rango (thetaU) no ambiguo, cuyos límites (L) están predeterminados por la distancia (d) entre las antenas (3, 4) receptoras, caracterizado porque la distancia (d) se selecciona de modo que los límites (L) del rango (thetaU) no ambiguo intersecan los lóbulos (SL) laterales y porque se realiza una detección del objeto reflectante mediante una suma vectorial de las señales de las antenas (3, 4) receptoras.
Description
Antena de recepción de monopulso
interferométrica con supresión mejorada de lóbulos laterales.
La invención se refiere a un procedimiento para
la detección de una señal electromagnética emitida por una antena
emisora mediante al menos dos antenas receptoras al menos
esencialmente iguales, cuya curva de sensibilidad presenta, en un
ángulo de recepción simétricamente a una orientación básica, un
máximo con flancos descendentes así como lóbulos laterales
adyacentes con sensibilidad de nuevo aumentada, produciéndose una
determinación angular para un objeto que refleja la señal emitida
con las dos antenas receptoras mediante una determinación de fase
en un rango no ambiguo, cuyos límites están predeterminados por la
distancia entre las antenas receptoras.
La invención se refiere además a un dispositivo
con una antena emisora para la emisión de una señal electromagnética
y al menos dos antenas receptoras esencialmente iguales, cuya curva
de sensibilidad presenta, en un ángulo de recepción simétricamente
a un orientación básica, un máximo con flancos descendentes así como
lóbulos laterales adyacentes con sensibilidad de nuevo aumentada, y
con un dispositivo de valoración para la determinación de las
diferencias de fase de la señal recibida por las dos antenas
receptoras, reflejada desde un objeto, en un rango no ambiguo
predeterminado por la distancia de las antenas receptoras.
Se conoce determinar el ángulo de un objeto que
refleja la señal de emisión mediante la determinación del
desplazamiento de fase de dos señales de recepción recibidas por
antenas receptoras. El denominado procedimiento de
fase-monopulso (Merril I. Skolnik, Radar Handbook,
segunda edición, McGraw Hill 1990, páginas 18-9 y
sig. y 18-17 y sig.) está ilustrado en la figura 1.
La diferencia de fase \Delta\Phi corresponde a una longitud de
onda \lambda/2\pi\cdot\Delta\Phi. Si las dos antenas
receptoras están orientadas del mismo modo, se obtiene la relación
sen \theta=\lambda/2\pi\cdot\Delta\Phi/d.
El ángulo \theta se determina por tanto
como
\theta = arcsen
(\lambda\Delta\Phi)/2\pid
\vskip1.000000\baselineskip
La medición angular es ambigua cuando la
diferencia de fase es \Delta\Phi > \pi o \Delta\Phi
\leq -\pi. El rango en el que no aparece ambigüedad es el rango
no ambiguo (Huder, "Einführung in die Radartechnik" 1999,
págs. 146 a 148). Habitualmente los sistemas de este tipo se hacen
funcionar con longitudes de onda de radar. Para una longitud de
onda \lambda = 12,43 mm y para una distancia d = 14,55 mm entre
las antenas receptoras se obtiene un rango no ambiguo
\theta_{u} = \pm 25,39º.
Para un rango no ambiguo lo más grande posible,
la distancia d debería ser lo más pequeña posible. Sin embargo esto
tendría como consecuencia también antenas receptoras muy pequeñas
que no permiten una concentración suficiente de las señales de
recepción. Para una concentración lo mejor posible, la superficie de
recepción de las antenas receptoras debe seleccionarse lo más
grande posible. Sin embargo esto tendría como consecuencia un rango
no ambiguo inútilmente pequeño. Son especialmente interferentes
para la valoración de las señales de recepción, es decir,
especialmente la determinación del lugar y/o de la velocidad del
objeto, los lóbulos laterales de las antenas receptoras, en los que
las antenas receptoras presentan una sensibilidad de nuevo aumentada
y por tanto generan fuertes señales de objetos laterales que pueden
interferir en la detección de señales útiles en un rango angular
más estrecho alrededor de la orientación básica de las antenas
receptoras. Esto es válido especialmente para sistemas de radar en
automóviles que se hacen funcionar por ejemplo a 24 GHz y por
ejemplo sirven como sensores de distancia automáticos para
vehículos que circulan por delante, normalmente en el mismo
carril.
La presente invención se basa por tanto en el
objetivo de mejorar la detección mediante las antenas receptoras
con respecto a la ausencia de ambigüedad y la concentración de
señales.
Para solucionar este objetivo, un procedimiento
del tipo mencionado al inicio se caracteriza según la invención
porque la distancia se selecciona de modo que los límites del rango
no ambiguo intersecan los lóbulos laterales y porque se realiza una
detección del objeto reflectante mediante una suma vectorial de las
señales de las antenas receptoras.
Para solucionar este objetivo, además, un
dispositivo del tipo mencionado al inicio se caracteriza por una
distancia entre las antenas receptoras, mediante la que los límites
del rango no ambiguo intersecan los lóbulos laterales, y por una
etapa para la realización de la suma vectorial de las señales
recibidas por las antenas receptoras.
La presente invención se basa en un criterio
nuevo para el ajuste de la distancia entre las antenas receptoras
para la medición angular. La distancia se ajusta de modo que los
límites del rango no ambiguo discurren a través de los lóbulos
laterales (sólo los interferentes primeros) de la curva de
sensibilidad de las antenas receptoras. De este modo se genera un
rango no ambiguo relativamente grande. Mediante la suma vectorial de
dos señales de recepción, las partes de señal de objetos en la
orientación básica o en un ángulo estrecho alrededor de la
orientación básica que por tanto no llevan a un desplazamiento de
fase esencial, se suman completamente con respecto a la amplitud.
En cambio las partes de señal de objetos que se encuentran en los
límites del rango no ambiguo llevan a un desplazamiento de fase de
\pi (180º), de modo que las partes de señal se restan entre sí en
los límites del rango no ambiguo, es decir, las partes de señal de
los lóbulos laterales, de modo que se neutralizan, suponiendo
antenas receptoras esencialmente iguales, o al menos se amortiguan
considerablemente de modo que estas partes de señal ya no juegan un
papel notable. Por consiguiente se utilizará para la valoración de
la posición y/o de la velocidad del objeto, en el que se reflejan
las señales, la suma vectorial de las señales de recepción, por lo
que está disponible una señal de recepción que corresponde a una
concentración considerablemente mejorada en la orientación básica,
eliminándose de los lóbulos laterales partes de señal por lo demás
interferentes debido a la mayor sensibilidad.
Mediante la selección según la invención de la
distancia entre las antenas receptoras por un lado y la valoración
de la suma vectorial de las señales de recepción por otro lado está
disponible para la valoración una señal mejorada que ya no presenta
partes interferentes de los lóbulos laterales.
Las orientaciones básicas de las antenas
receptoras se sitúan de manera conveniente paralelamente entre
sí.
Para el procedimiento según la invención o el
funcionamiento del dispositivo según la invención es conveniente
que con la antena emisora se forme una señal de emisión a partir de
al menos dos señales parciales formadas por numerosas secciones de
señal con una frecuencia desplazada en cada caso por una etapa de
frecuencia con respecto a la sección de señal anterior, cuyas
secciones de señal se emiten de manera alternada y se extienden por
un rango de modulación predeterminado. El uso de una señal de
emisión de este tipo y su aptitud para determinar el lugar y la
velocidad del objeto reflectante se describe en el documento DE 100
50 278 A1, a cuya divulgación se remite en el presente documento.
Preferiblemente la señal de emisión se forma a partir de tres
señales parciales.
Para la configuración constructiva del
dispositivo según la invención es ventajoso que las antenas sean
antenas planares que preferiblemente están formadas a partir de
campos de antenas (patches) dispuestos al menos en una fila,
siendo eficaces en la práctica dos filas de campos de antenas
dispuestas de manera paralela una al lado de otra. La orientación
básica de las antenas receptoras se sitúa de manera perpendicular
sobre el plano de los campos de antenas.
La invención va a explicarse a continuación más
en detalle mediante los dibujos adjuntos. Muestran:
la figura 1, una representación esquemática de
la determinación angular a partir de una diferencia de fase medida
de las señales de recepción de dos antenas receptoras,
la figura 2, una vista desde arriba esquemática
de una forma de realización de una disposición de antenas de un
dispositivo según la invención con una antena emisora y dos antenas
receptoras,
la figura 3, una representación esquemática de
una señal de emisión usada,
la figura 4, una representación esquemática del
procesamiento de las señales de recepción de las dos antenas
receptoras,
la figura 5, una representación de los límites
establecidos según la invención del rango no ambiguo para la
medición angular.
La figura 2 muestra una vista frontal de una
disposición de antenas sobre una placa 1 de soporte. En ésta última
se encuentra una antena 2 emisora (TX) que ocupa una superficie
grande y dos antenas 3, 4 receptoras configuradas en forma de barra
que están orientadas de manera paralela entre sí y cuyos centros
presentan en la dirección longitudinal una distancia d entre
sí.
Tanto la antena 2 emisora como las antenas 3
receptoras están compuestas por una pluralidad de campos 5 de
antena cuadrados pequeños dispuestos de manera regular que, dentro
de la respectiva antena 2, 3, 4, están conectados entre sí. La
técnica de estas antenas 2, 3, 4 formadas a partir de campos 5 de
antena en forma de antenas planares es conocida. El plano de las
antenas planares define un ángulo de acimut y un ángulo de
elevación. La medición angular se realiza para el ángulo de acimut
alrededor de una línea de referencia que discurre de manera
paralela a las filas de los campos 5 de antenas.
La figura 3 aclara la forma de señal de una
señal de emisión emitida a lo largo de un tiempo t_{chirp} de
emisión, que está compuesta por tres señales A, B, C parciales. Las
señales parciales se componen en cada caso de secciones de señal
que en cada caso durante un tiempo corto presentan una frecuencia
f_{T,A}, f_{T, B}, f_{T, C} constante. Las secciones de señal
que pertenecen a una señal A, B, C presentan una sección f_{Incr}
= \frac{f_{sweep}}{N-1} de frecuencia.
Las secciones de señal emitidas de manera
sucesiva de las diferentes señales A, B, C son en cada caso en una
frecuencia f_{ShiftAB} o f_{ShiftBC}. Durante el tiempo de
emisión t_{chirp} para la señal de emisión, el rango f_{Sweep}
de modulación se recorre en N etapas por cada señal A, B, C. Debido
al uso de varias antenas receptoras se obtiene un número
correspondiente de señales de recepción. A continuación se parte de
dos antenas receptoras. Las señales recibidas en las mismas son
Antena I:
m_{AI} (n); m_{BI} (n)
m_{CI} (n); n = 0...N - 1,
\vskip1.000000\baselineskip
\global\parskip0.950000\baselineskip
Antena II:
m_{AII} (n); m_{BII} (n)
m_{CII} (n); n = 0...N - 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Tal como se conoce en el caso de un receptor
monopulso puede determinarse el ángulo con respecto a uno o varios
objetos mediante la valoración de las señales m_{AI} (n) y
m_{AII} (n) detectadas simultáneamente por ambos
receptores con respecto a la posición de fase relativa. Esto se
realiza por regla general tras una transformación de las señales en
el dominio de la frecuencia.
Antena I:
m_{AI} (n) \rightarrow M_{AI}
(k)
m_{BI} (n) \rightarrow M_{BI}
(k)
m_{CI} (n) \rightarrow M_{CI}
(k)
\vskip1.000000\baselineskip
Antena II:
m_{AII} (n) \rightarrow M_{AII}
(k)
m_{BII} (n) \rightarrow M_{BII}
(k)
m_{CII} (n) \rightarrow M_{CII}
(k)
n = 0...N-1, número del valor de
detección en el dominio del tiempo;
k = 0...L-1, número de la línea
espectral en el dominio de la frecuencia,
por regla general es válido K = N.
\vskip1.000000\baselineskip
A partir de al menos un espectro es posible la
detección de varios objetos (número O) o =
0...O-1.
Tal como se explicó detalladamente en el
documento DE 100 50 278.4, en el caso de una línea K_{peak,RV}
espectral pueden determinarse la distancia R y la velocidad v
relativa del objeto o (según la línea K_{peak,RV} espectral),
cuando se recurre al menos a M_{AI} (K_{peak,RV}) y
M_{BI} (K_{peak,RV}) para el cálculo. También es posible
para la determinación de R y v la valoración de las demás
señales
M_{CI} (K_{peak,RV})
M_{AII} (K_{peak,RV})
M_{BII} (K_{peak,RV})
M_{CII} (K_{peak,RV})
\vskip1.000000\baselineskip
Esta valoración puede mejorar el resultado, sin
embargo no es obligatoriamente necesaria.
El ángulo de la orientación básica de la
disposición de antenas con respecto a un objeto puede calcularse,
tal como es habitual en el caso de un receptor monopulso, mediante
una medición de diferencia de fase, por ejemplo a partir de los
espectros AI y AII, también en la posición K_{peak,RV}:
M_{AI} (K_{peak,RV}) = M_{AI}
(K_{peak,RV}) \cdote^{j \phi AI (k Peak, RV)}
(valor complejo a partir del espectro AI),
\vskip1.000000\baselineskip
M_{AII} (K_{peak,RV}) = M_{AII}
(K_{peak,RV}) \cdote^{j \phi AII (k Peak,RV)}
(valor complejo a partir del espectro AII),
\vskip1.000000\baselineskip
\Delta\phiA (K_{peak,RV}) = \phi_{AI}
(K_{peak,RV}) - \phi_{AII} (K_{peak,RV})
Diferencia de fase de los espectros AI y
AII.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La posición angular del objeto se obtiene
como
A este respecto \lambda es la longitud de onda
y d la distancia entre dos antenas receptoras a las que se recurre
para la medición.
Esta determinación es posible para cada objeto o
= 0...O-1, y concretamente en cada caso en la
posición (K_{peak,RV}) espectral correspondiente al objeto. El
desarrollo de la valoración se ilustra de nuevo gráficamente en la
figura 4 con las etapas anteriormente descritas.
Tal como se explicó anteriormente el ángulo sólo
puede determinarse de manera no ambigua mediante el procedimiento
de fase-monopulso en un rango \theta_{U} no
ambiguo. Fuera de este intervalo debe sumarse o restarse un valor
de 2\pi a la diferencia de fase \Delta\phi medida para
determinar el ángulo \theta.
En la figura 5 se representa una curva de
sensibilidad para una antena receptora. Ésta última permite observar
un máximo M central en la orientación básica (0º) de la antena
receptora. Desde el máximo descienden flancos aproximadamente
simétricos hasta un mínimo, que se sitúa en un ángulo de acimut
aproximadamente de 30º. Al éste sigue en cada caso un lóbulo SL
lateral que se sitúa a entre 35 y 40º del ángulo de acimut. El rango
\theta_{U} no ambiguo se obtiene, tal como se expuso
anteriormente, a partir de la distancia d entre las antenas
receptoras (figuras 1, 2). Según la invención la distancia d se
selecciona de modo que los límites L del rango no ambiguo coinciden
con los lóbulos SL laterales, preferiblemente con los máximos de los
lóbulos laterales.
Esto tiene como consecuencia sin embargo que las
antenas receptoras no pueden configurarse muy grandes, es decir, de
manera que no son de alta concentración. Las antenas receptoras
tienen por tanto una característica más amplia de lo que realmente
se desea.
Según la invención se realiza una suma vectorial
de las señales de recepción complejas de las antenas 3, 4
receptoras. La suma vectorial puede realizarse tanto en el dominio
del tiempo como en el dominio de la frecuencia. Para la suma en el
dominio de la frecuencia se obtiene (VS = suma de vectores)
Debido a la suma vectorial se obtiene una
sensibilidad máxima del sistema de antenas mediante solapamiento
constructivo en el punto en el que la diferencia de fase es cero,
por tanto también en el caso del ángulo cero con respecto a la
orientación básica de las antenas 3, 4 receptoras.
En el punto en el que se obtiene la diferencia
\pi de fase se produce mediante solapamiento destructivo una
sensibilidad mínima. Según la invención éste es el caso en los
límites L del intervalo de diferencia de fase o angular. Puesto que
los límites L están posicionados en el rango de los lóbulos SL
laterales, los lóbulos SL laterales se cancelan al menos en su
mayor parte, de modo que se suprimen reflexiones no deseadas a
partir de los lóbulos laterales. La determinación explicada en la
figura 4 del lugar R y la velocidad v en el punto K_{peak,RV}
puede realizarse por tanto tras la realización de la suma vectorial
de las señales de las antenas I y II con la concentración
mejorada.
El procedimiento según la invención permite
evidentemente también la maximización de la recepción en otra
dirección distinta al ángulo cero, cuando en el caso de la
realización de la suma vectorial se aplica a al menos un sumando un
desplazamiento de fase.
La detección es posible de manera real y
compleja. La suma vectorial pude formarse en el caso de una
detección de valor complejo en el dominio del tiempo o la
frecuencia, en el caso de una detección real sólo en el dominio de
la frecuencia.
El procedimiento según la invención se realiza
de manera conveniente de modo que la antena 2 emisora y una de las
antenas 3, 4 receptoras se disponen en la platina 1. A continuación
se mide la curva de sensibilidad para la antena receptora ya
implementada (por ejemplo 4). A continuación se determina la
distancia d que es necesaria para hacer que los límites L del rango
\theta_{U} no ambiguo coincidan con los lóbulos SL laterales
medidos, preferiblemente para posicionarlos en el máximo de los
lóbulos SL laterales. Tras la determinación de la distancia d la
segunda antena 3 receptora se coloca en la platina, de modo que
entonces está realizado un sistema de antenas según la invención.
Para la realización de la invención se determina la detección de
objetos con la suma vectorial realizada de las señales de recepción
correspondientes entre sí de las antenas 3, 4 y a continuación se
realiza la determinación de los parámetros R, v.
Claims (8)
1. Procedimiento para la detección de una señal
electromagnética emitida por una antena (2) emisora mediante al
menos dos antenas (3, 4) receptoras al menos esencialmente iguales,
cuya respectiva curva de sensibilidad presenta, en un ángulo de
recepción simétricamente a una orientación básica, un máximo (M) con
flancos descendientes así como lóbulos (SL) laterales adyacentes
con una sensibilidad de nuevo aumentada, realizándose una
determinación angular para un objeto que refleja la señal emitida
con las dos antenas (3, 4) receptoras mediante una determinación de
fase en un rango (\theta_{U}) no ambiguo, cuyos límites (L)
están predeterminados por la distancia (d) entre las antenas (3, 4)
receptoras, caracterizado porque la distancia (d) se
selecciona de modo que los límites (L) del rango (\theta_{U})
no ambiguo intersecan los lóbulos (SL) laterales y porque se realiza
una detección del objeto reflectante mediante una suma vectorial de
las señales de las antenas (3, 4) receptoras.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque las orientaciones básicas de las antenas
(3, 4) receptoras se sitúan de manera paralela entre sí.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque mediante la antena emisora se forma una
señal de emisión a partir de al menos dos señales (A, B, C)
parciales formadas a partir de numerosas secciones de señal con una
frecuencia desplazada en cada caso por una etapa (f_{incr}) de
frecuencia con respecto a la sección de señal anterior, cuyas
secciones de señal se emiten de manera alternada y se extienden por
un rango (f_{Sweep}) de frecuencia predeterminado.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque la señal de emisión se forma a partir de
tres señales (A, B, C) parciales.
5. Dispositivo con una antena (2) emisora para
la emisión de una señal electromagnética y al menos dos antenas (3,
4) receptoras esencialmente iguales, cuya respectiva curva de
sensibilidad presenta, en un ángulo de recepción simétricamente a
una orientación básica, un máximo (M) con flancos descendientes así
como lóbulos (SL) laterales adyacentes con una sensibilidad de
nuevo aumentada, con un dispositivo de valoración para la
determinación de las diferencias de fase de la señal reflejada por
un objeto, recibida por las dos antenas (3, 4) receptoras en un
rango (\theta_{U}) no ambiguo predeterminado por la distancia
(d) de las antenas (3, 4) receptoras, caracterizado por una
distancia (d) mediante la que los límites (L) del rango
(\theta_{U}) no ambiguo intersecan los lóbulos (SL) laterales y
por un dispositivo para la suma vectorial de las señales recibidas
por las antenas (3, 4) receptoras.
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque las antenas (3, 4) son antenas
planares.
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque las antenas planares presentan campos
(5) de antenas dispuestos al menos en una fila.
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque las antenas planares presentan en cada
caso dos filas paralelas dispuestas una al lado de otra de campos
(5) de antenas.
Applications Claiming Priority (2)
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