[发明专利]观察与识别直升飞机的设备

说明书

本发明是关于多普勒雷达设备的，它包括与天线装置耦合的发射机和接收机以及与接收机耦合的处理器，该设备利用由直升飞机旋翼叶片引起的叶片闪烁（blade    flash）来监测直升飞机，并通过确定叶片闪烁的重量频率来识别直升飞机。

这种雷达设备示于美国专利说明书US-A-4，389，647中。在上述雷达设备中，多普勒雷达的输出信号被整流并通过一个高通滤波器。在直升飞机的情况里，所造成的叶片闪烁，也就是由短时间内垂直于雷达射束的直升飞机旋翼叶片产生一个信号。该信号的重复频率与叶片闪烁频率相对应，使得有可能就直升机类型得出结论。

这种方法的缺点在于与直升飞机类型有关的宝贵信息在整流过程中损失了。

根据本发明的雷达设备排除了这一缺点，其特点是对该雷达设备提供了对单个叶片闪烁确定多普勒谱的手段。

根据前面提到的专利说明书，多普勒雷达可以或者是脉冲型雷达或者是CW（连续波）型雷达。对于监测和识别直升飞机，这两种雷达类型都有缺点。为了观测每个单个叶片闪烁，脉冲雷达必须有高的脉冲重复频率。这使雷达比较昂贵和不灵敏，而且还会引起测距模糊（range    ambiguity）。CW雷达不提供测距信息。再有，CW雷达的一个众所周知的问题是发生1/f噪声，其结果是来自旋翼叶片的只有几千赫兹多普勒频移的反射信号难于被检测到。

本发明的雷达设备的一个最佳实施例没有这些缺点，其特点是所装0.备的发射机用于发射周期性的线性频率调制信号;其接收机装备了混频装置，用于由代表被发射信号和被接收雷达反射的信号产生一个外差信号;其处理器装备了傅立叶分析装置，用于将源于连续周期的外差信号变换成连续频率谱，这里每一个谱由N个复数（N＝2，3，4…）表示。

这样实现的频谱使确定被观测直升机与雷达设备之间的距离成为可能，而且还揭示了直升机旋翼叶片的数目是奇数还是偶数。

现在将参考下列图件更详细地解释本发明，这些图是：

图1表示旋翼数目与相应的频谱;

图2表示根据本发明的雷达设备的一个可能实施例的方框图;

图3表示根据本发明的雷达设备的处理器的一个可能实施例的方框图;

图4表示根据二维窗口方法形成的二维数据场的一部分，用于表示CFAR。

在一个多普勒雷达中，静止的或慢运动的目标产生的反射被滤波器去掉了。按照这一观点，利用多普勒雷达探测一个悬空停留或缓慢运动的直升飞机机身是困难的。然而，观测高速旋转的旋翼叶片是可能的。已知一个短时间里垂直于雷达射束的旋转的直升机旋翼叶片会产生短时的强反射，即所谓叶片闪烁。叶片闪烁揭示了直升飞机的存在，而叶片闪烁频率与直升机类型有联系。以这一原理为基础，根据当今技术制成的雷达设备能在直升机飞向雷达设备时发出警报和类型识别。在这方面假定对于每一单个直升机而言，旋翼的rpm（每分钟转数）在某一狭窄的限度内变化。无任何含糊地对某种类型直升机赋予某个重复频率是不可能的。例如，有一系列叶片闪烁的重复频率为28赫兹，那么它可能由B105直升机产生，也可能由美国Bradley    2B直升机产生。考虑到这一点，为了增大类型识别的可靠性，寻找附加数据是可取的。

如图1所示，在叶片闪烁谱中可以发现一个附加数据。

图1A示意性表示出B105直升机的旋翼加上与叶片闪烁相关的频谱。谱的正值部分是由沿着撞击雷达幅射方向旋转的叶片引起的。最高频率是由尖端产生的，它通常以230米/秒的速度旋转。谱的负值部分是由沿相反方向运动的叶片引起的。该频谱基本上是对称的。

图1B示性表示出美国Bradley    213直升飞机上与叶片闪烁相关的频谱。只有朝向雷达运动的叶片垂直于雷达射束。所以，谱基本上只有正值部分。如果旋翼旋转穿过π/3弧度的一个角，我们则遇到图1C中所表示的情况，这里叶片闪烁谱基本上只有负值部分。图1指出的谱是基于直升机基本静止不动的假定，因此来自直升机机身的反射所产生的多普勒信号频率近似于零赫兹。如果直升机以某一速度向着雷达设备的方向运动，整个谱将沿正方向移动。因为直升机的速度基本上只是叶片尖端速度的一小部分，如图1A、B、C所示频谱的性质将保持不变。