观察与识别直升飞机的设备制造技术

本发明专利技术是利用具有发射机（１）、天线装置（２）及接收机（３）的ＦＭ－ＣＷ雷达设备观测与识别直升飞机的设备。由旋翼叶片引起的叶片闪烁被Ａ／Ｄ转换器（４）数字化并由傅立叶分析装置（５）处理器（６）处理，以确定直升飞机到雷达装置的距离及旋翼对称性特征。这些对称性特征与叶片闪烁频率一起产生一个基本明确的直升飞机类型指示。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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(bladeflash)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。根据本专利技术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(rangeambiguity)。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。本专利技术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专利技术，这些图是附图说明图1表示旋翼数目与相应的频谱;图2表示根据本专利技术的雷达设备的一个可能实施例的方框图;图3表示根据本专利技术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Bradley2B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Bradley213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。图2表示根据本专利技术构成的雷达设备的一个可能实施例的方框图。利用天线装置2和发射机1向着直升机方向发射雷达辐射。通过天线装置2，反射信号被加到接收机3并与取自发射机的一个参考信号混合。这样得到的外差信号在A/D(模/数)转换器4中被数字化并送到傅立叶分析装置5，它通常是一个FFT(快速傅立叶变换)单元。处理器6检验这样得到的谱，以检验是否存在叶片闪烁，检验谱的形状以及相继叶片闪烁之间的间隔时间。这样便可能以大的测量概率来识别直升机类型并提供给指示装置7去显示。在根据本专利技术构成的雷达设备的第一个具体实施例中，由发射机1发射出波长为23厘米的CW雷达辐射。假定一个通常的叶片尖端速度230米/秒，这产生一个频率范围可能是-2千赫兹至+2千赫兹的多普勒信号。A/D转换器4将把该信号数字化，其采样频率为4千赫兹，并将这一数字信号送到傅立叶分析装置5，它是一个4点FFT单元。这个FFT单元有四个输出信号，它们代表-2千赫、-1千赫、0千赫及1千赫。代表一1千赫和1千赫信号的模被送到处理器6，在这种情况下该处理器6有两个门限电路和一个组合电路。如果这些信号中至少有一个超过了预先设定的门限，便将产生一个叶片闪烁检测信号。如果两个信号的强度基本相等，则认为旋翼叶片数目为偶数。如果两个信号交替出现，则认为旋翼叶片数目为奇数。处理器6再进一步检查相叶片闪烁之间的间隔时间，在此之后便能以较大概率确认直升机的类型。上述第一具体实施例能在几个方面进行相当大的改进。一个改进对被观测的直升机产生一个距离指示。第二个改进是减小由于l/f噪声引起的CW雷达固有的几乎不可避免的检测能力损失。所接收的多普勒频移信号必须与来自发射机1的l/f噪声作斗争，这种噪声从任何附近物体反射后进入接收机3。由于在上面描述的实施例中多普载频移信号只是从发射的CW信号偏移大约1千赫兹，可以预料会有严重的检测能力损失。在第二个具体实施例中，发射机也发射波长大约23厘米的CW雷达能量，然而在这种情况下提供了FM-CW(频率调制一连续波)调制。一个锯齿频率调制可能是适宜的，这里以一个周期性间隔，其频率在500微秒时间内线性增大到2.5兆赫兹。利用这种众所周知的方法能使静止的目标产生外差信号，其频率取决于目标和雷达设备的距离。傅立叶分析装置5可以由有256个输出的FFT单元构成，用于将一个锯齿频率调制周期内得到的外差信号分成0.2千赫、4千赫、…，512千赫共256个频率段。这些频率段依次对应于0.60米、120米、…，15360米的距离。这样，便实现了从技术文献中众所周知的FM-CW雷达设备。如果这个雷达设备指向一架基本静止的直升机，所产生的频谱包含直升机机身引起的外差频率，这个频率对于每个周期是相同的，而在发生叶片闪烁期间则产生更复杂的频谱。这个谱对应于图1所表示的谱之一，只是在这种情况下它有一个频谱，其移动频率对应于机身反射引起的外差频率。图3表示根据第二具体实施例的雷达设备的处理器6的方框图。与傅立叶分析装置5的N个输出相连的处理器6将首先去掉静止目标的所有反射信号。为此目的，处理器6有N个高通滤波器8.1、…，8.N，与傅立叶分析装置5的N个输出端C1、…、CN相连。通过选择滤波器本文档来自技高网...

【技术保护点】
多普勒雷达设备，由耦合于天线装置的发射机和接收机及耦合接收机的处理器组成，用于利用直升飞机旋翼叶片引起的叶片闪烁来监测直升飞机通过确定叶片闪烁的重复频率来识别直升飞机，其特点在于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。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德埃居阿得斯玛丽杰拉德拉格，威廉安德里斯霍尔，
申请(专利权)人：荷兰塞纳拉帕拉塔公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]