[发明专利]用于移动目标的相干检测的方法和雷达系统

说明书

技术领域

本发明涉及目标检测的领域，特别地通过雷达系统，并且更特别 地通过使用用于移动目标的相干检测的雷达。

背景

当扫描地平线时，没有移动目标指示的雷达使用定向天线并且发 射脉冲。从发射到接收脉冲的时间提供了到反射目标的范围。通过绘 制信号接收功率和天线角，由此所产生的图像表示周围的环境。导航 雷达使用这个原理以在屏幕上绘制陆地区域和其它船舶。

图1显示了在大多数船舶上所使用的传统的导航雷达系统。该系 统应用作为发射机源的磁电管12。磁电管是在低成本下可以传送强信 号的自激振荡管。这是一种随机相位装置，这是由于在发射脉冲期间 加热管将会改变它的共振频率并且转换所发射信号的相位。把来自磁 电管12的信号通向扫描天线11。通过天线11来接收对应反射的或反 散射的信号，并且在接收通道中处理该信号，该接收通道包括部件： RF放大器14、混频器15、本机振荡器18、中频放大器与滤波器16 和检测器17。检测器17通常是晶体(二极管)振幅检测器。可以在老式 平面投影指示器(Plan Projection Indicator)(图未示)上观察到来自检测 器17的信号，或者可以在光栅显示装置(计算机屏幕)上数字化并观察 到来自检测器17的信号。

为了保护接收通道不受强发射器信号的影响，信号路由经过循环 器13。此外，在发射周期期间减弱或关闭接收通道。

为了检测在杂乱环境(例如，在陆地上方)中的目标，雷达必须包 括用于从周围的杂物中提取移动目标的装置。已经使用过多种方法， 且可以分成两大类：

·不相干检测，其中把来自两个或多个天线的已检测视频(振幅) 信号与振幅作比较来检测变化，因此不使用信号相位

·相干检测，其中使用从脉冲到脉冲变化的信号相位来提取

可以把图1中所图解的系统使用于检测移动目标，也就是说，根 据第一选项，如果在接收周期期间(扫描)存储接已收到的信号，并且 与在随后的接收周期期间所接收到的信号作比较。

典型地，不相干的移动目标指示(MTI)较慢(由于需要检测至少两 个完整的天线扫描)，并且需要目标在天线的扫描时间中以一个或多个 分辨单元的次序移动。由于仅仅使用已检测视频的事实，所以敏感度 也十分低。

大多数现代雷达系统使用相干检测，其中比较来自两个或多个脉 冲的信号相位，以用于探测朝着雷达或离开雷达的目的径向速度。这 些系统使用稳定振荡器，使用该稳定振荡器以用于生成发射器的载波 频率和用于接收器的降频转换。因此在接收器中的中频信号与取决于 目标距离的已发射脉冲信号和已接收信号相位相干。目标的朝着或离 开雷达的与波长的几分之一大小(fraction)对应的移动将导致在已接收 的信号相位中的变化。

图2显示了这种相干雷达系统的元件。这里，在信号源发生器28 中产生雷达脉冲。已产生的脉冲将来自混频器29中的稳定载波振荡 器212的信号调制。然后发射器的脉冲在功率放大器210中放大、在 滤波器211中滤波并且经由循环器23发送到天线21。在接收时使用 载波振荡器212在混频器25中降频转换信号。这样已接收的信号将 与被发射的脉冲相干。在检测器27中检测之后比较随后的脉冲。这 种系统还包括在循环器23之后的RF放大器24、混频器25和IF放大 器/滤波器26。由于在随后脉冲之间的相位差，因此移动目标将慢下 来。可以检测像载波波长的几分之一那么小的移动。

由于需要在大功率部件中的相位稳定性，因此相干雷达的结构成 本昂贵。所以先前已经应用了接收相干(coherent-on-receive)MTI的方 案，尤其是在大功率的雷达中。在这种系统中，把快速本地振荡器在 发射的短周期期间锁定到发射器的相位和频率上。在发射器脉冲之 后，设计振荡器系统以保持相位在随后的接收期间都不变。把这种振 荡器使用于已接收信号的降频转换，因此即使发射器具有随机相位也 能提供相干检测。

图3更详细地图解了这种概念。这种系统使用自由振荡 (free-running)的发射器源313。由于接收通道使用与发射源313的相位 同步的本机振荡器318，所以在接收期间建立了相位相干。这种系统 也包括RF放大器34、混频器35和IF滤波器/放大器36。