ES2340660T3 - Aparato radar. - Google Patents
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Abstract
Aparato de radar provisto de un transmisor (1) para la transmisión periódica de grupos mutuamente disjuntos de N impulsos del transmisor de radar, con N = 4, 5, 6, ..., un receptor (4) para la recepción de señales de eco de los impulsos del transmisor de radar y un procesador de vídeo (5) para detectar posibles objetos sobre la base de los ecos recibidos y para estimar sin ambigüedad la distancia y la velocidad radial de estos objetos, estando diseñado el procesador de vídeo (5) para procesar simultáneamente ecos procedentes de un grupo entero de dichos grupos mutuamente disjuntos en un tiempo de escucha observado entre dos grupos de entre los grupos mutuamente disjuntos de impulsos del transmisor de radar, estando el procesador de vídeo provisto de: - unos medios de memoria (6) para almacenar una fila de intensidades de vídeo complejas determinadas por el receptor (4), - un filtro digital (7) para procesar una subfila continua de la fila de intensidades de vídeo, comprendiendo el filtro digital (7) un transformador de Fourier o un transformador lineal equivalente, caracterizándose el aparato de radar porque, dentro de un grupo, los impulsos (T1, T2, T3) son mutuamente coherentes en fase, los impulsos no son equidistantes en tiempo y un intervalo de tiempo entre dos impulsos es siempre un múltiplo de una unidad de tiempo.
Description
Aparato de radar.
La invención se refiere a un aparato de radar
provisto de un transmisor para la transmisión periódica de grupos
mutuamente disjuntos de N impulsos del transmisor de radar, con N =
4, 5, 6,..., un receptor para la recepción de señales de eco de los
impulsos del transmisor de radar y un procesador de vídeo para
detectar posibles objetos sobre la base de los ecos recibidos y
para estimar parámetros de estos objetos.
La patente US No. 4,106,019 describe un sistema
de radar Doppler de resolución en alcance. La patente US No.
5,808,580 describe un concepto de sistema de radar/sonar para
cobertura Doppler de extenso alcance.
Los aparatos de radar de este tipo son bien
conocidos en la técnica. Los dispositivos en cuestión son aparatos
de radar en los que se observa un tiempo de escucha entre dos
impulsos sucesivos del transmisor de radar para permitir la
recepción de señales de eco. El inconveniente de estos aparatos de
radar conocidos reside en que, para blancos distantes, el intervalo
entre los impulsos deberá elegirse de modo que sea grande, pero esto
excluiría la determinación sin ambigüedad de una velocidad radial
de blancos.
El aparato de radar de la invención según el
juego adjunto de reivindicaciones supera este inconveniente en una
medida significativa.
Se explicará ahora la invención con mayor
detalle haciendo referencia a las figuras siguientes, de las
cuales:
La figura 1 representa un diagrama de bloques
del aparato de radar de la invención;
La figura 2A representa un posible grupo de
impulsos de transmisor de radar según la invención;
La figura 2B representa una función de
autocorrelación para este grupo;
La figura 3A representa un posible procesador de
vídeo para blancos estacionarios;
La figura 3B representa un posible procesador de
vídeo para blancos de velocidad conocida;
La figura 4 representa un posible procesador de
vídeo para blancos de velocidad aleatoria; y
La figura 5 representa un posible espectro de un
blanco.
La figura 1 es un diagrama de bloques de una
posible realización del aparato de radar de la invención. Un
transmisor 1 genera grupos de impulsos de transmisor de radar que
son transmitidos a través de una antena de transmisión 2. Señales
de eco de radar son recibidas por una antena de recepción 3 y son
procesadas en un receptor 4 para producir una señal de vídeo
digital compleja. En general, es posible también utilizar una
antena de transmisión/recepción combinada bajo la aplicación de una
unidad T/R bien conocida en la técnica. La señal de vídeo producida
por el receptor 4 es aplicada a un procesador de vídeo 5 en el que
es almacenada temporalmente en unos medios de memoria 6 para
esperar un procesamiento ulterior. El contenido de los medios de
memoria 6 es filtrado por un filtro digital 7 cuya salida está
conectada a un circuito de umbral 8. En caso de cruce de un umbral
preestablecido, el circuito 8 generará una predetección, cuyas
posible predetecciones se combinan en un combinador 9 de grupos
consecutivamente transmitidos de impulsos del transmisor de radar
para obtener una detección que se aplica a una salida 10 para su
ulterior procesamiento.
La figura 2A representa un posible grupo de
impulsos de transmisor de radar según esta invención. El grupo
muestra varios rasgos característicos. En primer lugar, el intervalo
entre dos impulsos es bastante más corto que el tiempo de escucha
del aparato de radar, es decir, el tiempo requerido por un impulso
para alcanzar un blanco y volver. En segundo lugar, la duración de
un impulso es más corta que el intervalo entre dos impulsos, en
este caso T1, T2, T3. En tercer lugar, el grupo se escoge de tal
manera que la función de autocorrelación del grupo muestre
solamente un pico. Según la invención, los intervalos de tiempo T1,
T2, T3 se eligen preferiblemente diferentes.
Según la invención, se transmite un grupo y se
procesa simultáneamente un eco del blanco para el grupo entero. A
este fin, se aplica el eco del blanco a un autocorrelacionador que
presenta la posición del blanco por medio de un pico en la función
de autocorrelación.
La figura 2B representa una función de
autocorrelación para el grupo mostrado en la figura 2A. Se ha
determinado cuidadosamente la posición de los impulsos de modo que
haya solamente un pico de altura cuatro, teniendo todos los lóbulos
laterales una altura uno. Será evidente que el número de grupos que
procesan esta característica es considerable, cumpliéndose esto
ciertamente si T1, T2, T3 pueden elegirse de modo que sean grandes.
Sin embargo, el grupo no ha de resultar demasiado largo, ya que
esto haría que el alcance mínimo del aparato de radar llegara a ser
demasiado grande. El número de impulsos que ha de estar contenido en
un grupo deberá mantenerse dentro de límites especificados, ya que,
en caso contrario, se excedería el ciclo de trabajo máximo del
transmisor.
En general, un aparato de radar no emite cuatro
impulsos, sino aproximadamente diez impulsos. Esto entraña la
ventaja de que mejora la relación de lóbulo principal/lóbulo lateral
de la función de autocorrelación, lo que aumenta la probabilidad de
detección.
La figura 3A es una representación detallada de
un posible filtro digital 7 para blancos estacionarios. El filtro
se aplica a unos medios de memoria 6, divididos en cuantos de
alcance, que contienen una fila de intensidades de vídeo complejas
producidas por el receptor de radar. En caso de solamente un blanco,
las cuatro células de memoria 11a, 11b, 11c y 11d contienen cada
una de ellas una intensidad de blanco más alta que el nivel de
ruido, que tiene su origen en los cuatro impulsos transmitidos en
una sola ráfaga. El filtro digital 7 se ha implementado aquí como
un circuito sumador que suma continuamente intensidades de blanco
provenientes de cuatro medios de memoria de acuerdo con el patrón
transmitido. Debido al rasgo característico del grupo transmitido,
solamente una señal de salida que representa la distancia del blanco
aparece en la salida del filtro digital 7. En caso de blancos
móviles, las cuatro intensidades de blanco muestran una fase
variable que da como resultado pérdidas de detección.
La figura 3B representa un posible filtro
digital 7 para blancos de velocidad conocida, en donde el filtro
digital 7 está provisto de redes de desfasado 12a, 12b, 12c, 12d.
Las redes 12a, 12b, 12c, 12d se han escogido de tal manera que,
para una velocidad seleccionada, basada en la temporización de los
impulsos dentro de un grupo, se compense el desfase que se produzca
como resultado del movimiento del blanco. Esto restaura/reactiva la
función de autocorrelación original y elimina pérdidas de
detección.
La figura 4 representa un posible procesador de
vídeo para blancos de velocidad aleatoria. Se implementa un filtro
digital 7 como un transformador de Fourier que se aplica a unos
medios de memoria 6. Debido a que el grupo mostrado en este ejemplo
tiene una longitud de 16 cuantos de alcance, se hace uso de un
transformador de Fourier de 16 puntos, del cual solamente las
salidas 0, 5, 11 y 15 están conectadas a los correspondientes
cuantos de alcance, lo que asegura una suma óptima de la señal
recibida. Las otras entradas se mantienen inutilizadas. De manera
completamente análoga al correlacionador descrito con referencia a
la figura 3A, la señal de correlación en caso de blancos
estacionarios aparece en la salida 0 del transformador de Fourier.
Unas señales de eco de blancos móviles emergen en las otras salidas
del transformador de Fourier 7 a fin de permitir la determinación
de la posición y velocidad del blanco.
Según la invención, la señal de salida del
transformador de Fourier 7 se alimenta a un circuito de umbral 8.
En el circuito de umbral 8 se puede determinar de una manera
conocida en la técnica un valor umbral por cuanto de alcance a
partir de los 16 valores de entrada; asimismo, se puede verificar sí
un valor de entrada excede significativamente del umbral, lo que
indicaría la presencia de un blanco en este cuanto de alcance,
después de lo cual se puede generar una predetección. Seguidamente,
una probabilidad de detección y una tasa de falsas alarmas pueden
ser establecidas de una manera obvia por un experto en la
materia.
Es posible también generar detecciones sin la
introducción de un valor umbral. Este método se basa en el supuesto
de que en presencia de un blanco hay un máximo en el espectro. En el
caso improbable de que aparezcan dos máximos, uno de estos máximos
se designa arbitrariamente como el máximo. Por cada grupo
transmitido, el circuito de umbral 8 recuerda para cada cuanto de
alcance qué salida del transformador de Fourier 7 mostró el valor
más alto. Suponiendo que, en ausencia de un blanco, no haya
preferencia por una cierta salida, se puede verificar en el
combinador 9, para grupos consecutivamente transmitidos por cuanto
de alcance, si una cierta salida es en grado estadísticamente
significativo la más alta con mayor frecuencia. Si esto ocurriera,
se suministra una detección a la salida 10.
Los valores de entrada al transformador de
Fourier 7 están de hecho sin ponderar, lo que puede dar lugar a la
aparición de lóbulos laterales en el dominio Doppler en la señal de
salida. Por tanto, es recomendable verificar para el número finito
de posibles grupos de impulsos qué grupo produce los lóbulos
laterales más pequeños y seguidamente utilizar este grupo.
La figura 5 representa un posible espectro de un
blanco tal como éste aparece en la salida del transformador de
Fourier 7. En esta simulación, se transmiten 11 impulsos a una
frecuencia de radar de 1400 Mc/s y se simula un blanco a una
velocidad de 0 m/s. La escala horizontal se presenta en m/s; la
figura revela la velocidad de plegado extremadamente alta de 16000
m/s.
Claims (11)
1. Aparato de radar provisto de un transmisor
(1) para la transmisión periódica de grupos mutuamente disjuntos de
N impulsos del transmisor de radar, con N = 4, 5, 6, ..., un
receptor (4) para la recepción de señales de eco de los impulsos
del transmisor de radar y un procesador de vídeo (5) para detectar
posibles objetos sobre la base de los ecos recibidos y para estimar
sin ambigüedad la distancia y la velocidad radial de estos objetos,
estando diseñado el procesador de vídeo (5) para procesar
simultáneamente ecos procedentes de un grupo entero de dichos
grupos mutuamente disjuntos en un tiempo de escucha observado entre
dos grupos de entre los grupos mutuamente disjuntos de impulsos del
transmisor de radar, estando el procesador de vídeo provisto
de:
- -
- unos medios de memoria (6) para almacenar una fila de intensidades de vídeo complejas determinadas por el receptor (4),
- -
- un filtro digital (7) para procesar una subfila continua de la fila de intensidades de vídeo, comprendiendo el filtro digital (7) un transformador de Fourier o un transformador lineal equivalente,
caracterizándose el aparato de radar
porque, dentro de un grupo, los impulsos (T1, T2, T3) son mutuamente
coherentes en fase, los impulsos no son equidistantes en tiempo y
un intervalo de tiempo entre dos impulsos es siempre un múltiplo de
una unidad de tiempo.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Aparato de radar según la reivindicación 1,
caracterizado porque se genera por grupo transmitido y por
subfila una predetección para al menos la señal de salida más fuerte
del transformador de Fourier.
3. Aparato de radar según la reivindicación 2,
caracterizado porque se genera una detección si se generan
al menos P predetecciones prácticamente idénticas para la misma
subfila a partir de Q grupos consecutivamente transmitidos, en
donde P = 1, 2,..., Q = 1, 2,... y P \leq Q.
4. Aparato de radar según la reivindicación 3,
caracterizado porque el transmisor (1) está diseñado para
posicionar los impulsos en un grupo en orden de tiempo de tal manera
que, para un blanco puntual, el transformador de Fourier entregue
una señal de salida para al menos sustancialmente una subfila.
5. Aparato de radar según la reivindicación 4,
caracterizado porque se selecciona de entre todos los
patrones de impulsos adecuados posibles un patrón de impulsos para
el cual, en caso de un blanco puntual, el transformador de Fourier
entregue una señal de salida con lóbulos laterales mínimos.
6. Método de funcionamiento de un aparato de
radar, según el cual se transmiten periódicamente grupos de N
impulsos de transmisor de radar, con N = 4, 5, 6,..., y en un tiempo
de escucha entre dos grupos de impulsos del transmisor de radar se
aplican simultáneamente a un procesador de vídeo (5) las señales de
eco de radar recibidas de un grupo entero de dichos grupos
mutuamente disjuntos para estimar sin ambigüedad la distancia y la
velocidad radial de un posible blanco detectado, siendo las señales
de eco de radar recibidas digitalizadas y aplicadas secuencialmente
a un filtro digital que comprende al menos N entradas,
caracterizado porque, dentro de un grupo, los impulsos (T1,
T2, T3) son mutuamente coherentes en fase, los impulsos se
transmiten de manera no equidistante en tiempo y un intervalo de
tiempo entre dos impulsos es siempre un múltiplo de una unidad de
tiempo.
7. Método según la reivindicación 6,
caracterizado porque se posicionan los impulsos del
transmisor de radar dentro de un grupo de tal manera que, al menos
para un blanco puntual, el filtro digital (7) entregue una señal de
salida al menos sustancialmente una vez.
8. Método según la reivindicación 7,
caracterizado porque las señales de eco de radar recibidas
son digitalizadas y aplicadas secuencialmente a un transformador de
Fourier con M entradas, en donde M >> N.
9. Método según la reivindicación 8,
caracterizado porque se posicionan los impulsos del
transmisor de radar dentro de un grupo de tal manera que, al menos
para un blanco puntual, el transformador de Fourier entregue una
señal de salida con lóbulos laterales mínimos en el dominio de
frecuencia.
10. Método según la reivindicación 9,
caracterizado porque se genera por grupo transmitido y por
subfila una predetección para al menos la señal de salida más
fuerte del transformador de Fourier.
11. Método según la reivindicación 10,
caracterizado porque se genera una detección si al menos P
predetecciones prácticamente idénticas son generadas para la misma
subfila a partir de Q grupos consecutivamente transmitidos, en
donde P = 1, 2,..., Q = 1, 2,... y P \leq Q.
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