改进地借助于二次雷达信号执行方向估计和解码的装置和方法制造方法及图纸

借助二次雷达信号改善地进行方向估计和解码的装置和方法。２．１公开了基于二次雷达信号的基于无线电的定位系统。在此一方面使用特殊接收系统进行方向估计，另一方面使用特殊接收系统对二次雷达信号解码。尤其没有二次雷达设备，其中考虑所使用硬件的不充足，例如耦合的天线元件、不同天线输入阻抗、天线元件之间不同间距、制造和安装容差等。２．２本发明专利技术的用于方向估计和／或二次雷达信号解码的装置具有：至少一个由Ｍ个天线元件ＡＥ组成的阵列Ａ；连接到各天线元件ＡＥ插塞连接装置Ｓ的放大器ＬＮＡ与带通滤波器Ｆ１的组合，在其滤波器输出端连接第一线性放大器Ｖ１用于放大频带限制后的信号；与第一线性放大器Ｖ１连接的混频器Ｍ，用于频率转换到ＺＦ范围；与混频器输出端连接的第二线性放大器Ｖ２与带通滤波器Ｆ２的组合，用于放大和频带限制ＺＦ范围中的信号；与第二带通滤波器Ｆ２连接的第一模数转换器ＡＤ１，用于采样和量化滤波器输出信号；与第一模数转换器ＡＤ１连接的可配置的信号处理器ＦＰＧＡ／ＤＳＰ，其为了调节混频器频率而与ＰＬＬ－ＶＣＯ电路连接并接收数据进行处理；及与可配置的信号处理器ＦＰＧＡ／ＤＳＰ连接的处理单元ＣＰＵ，其收集所有天线元件ＡＥ的数据ＤＤ并借助基于子空间的方法执行方向估计。２．３本发明专利技术涉及二次雷达系统的领域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种根据权利要求1的用于借助于二次雷达信号改进地执行方向估 计的装置以及根据权利要求10的相应方法。
技术介绍
一次雷达是指仅仅并直接转换雷达原理的雷达设备，也就是分析事先发射的高频 脉冲的直接(被动)回波的雷达设备。这个概念用于区分二次雷达，即其中使用主动地由 被检测对象产生的回波的技术。实践中，通常采用这两种方法的组合(例如在地面雷达情 况下的空中交通控制中)。一次雷达设备不依赖于对象主动产生信号以便能检测该对象。 这例如在空中交通控制领域中是有意义的，因为飞机即使在航空无线电应答器失灵的情况 下也必须能被检测到。在所使用的频率受到干扰的情况下，一次雷达设备可以毫无问题地 切换到其它频率。对于二次雷达设备，这样的切换仅在该切换也被待检测对象执行的情况 下才能成功进行。一次雷达只能确定能根据被反射的回波确定的参数(例如方向，距离和 速度)，而对于二次雷达，接收器可以在其响应中加入其它说明(例如识别码)。一次雷达 设备需要比类似二次雷达系统明显更高的发射功率，以便能达到相同的作用范围。二次雷达原理是一种采用运行时间测量的定位方法，该定位方法与传统的雷达技 术相反不是用在目标上被反射的能量、即目标的被动回波工作，而是在目标的板壁上存在 主动的响应设备(应答器)。对于二次雷达，目标通过以相同频率或另一频率发送响应来 主动回应所接收的雷达信号。为此，用天线接收雷达脉冲，并且通过同一天线来触发特征性 “回波”的发射。该响应可以是特征性的调制或者是数据分组。二次雷达相对于一次雷达的 主要优点是二次雷达明显更高的作用范围以及识别目标的可能性。利用一次雷达获得关于 目标的方向、高度和距离的可靠信息，而且这是完全独立于目标实现的。二次雷达提供附加 信息，如目标的识别码、标识以及高度。但是为此需要目标的协作。如果缺少这种协作，例如 因为应答器失灵，则二次雷达不能工作，也不能识别该飞行物。因此，大多数二次雷达设备 与一次雷达组合地工作。1953年制定了国际标准Mark X (该系统还非常简单地构成并且在 950至1150MHz的频带中在频率间隔为17MHz的12个不同信道上工作)，并且以直到2008 年的很多扩展被定义作为二次雷达在空中交通控制中的民用基础。在以前的文献中还使用 “超信标和离散地址信标系统(DABS)”概念作为标准Mark XII中S模式方法曾经的表示。一般来说，二次雷达系统由两个设备组成询问设备(询问器)以及响应设备(应 答器)。在飞行中，询问设备部分地是地面站，询问器可以部分地如应答器那样设置在飞机 中。询问器根据各自的调制类型(所谓的模式)发射例如用不同脉冲编码的查询。这些脉 冲被应答器接收和分析。根据该查询的内容产生响应，该响应又被编码并发射出去。通过 发射脉冲和响应电报之间的运行时间测量，可以计算出询问设备和响应设备之间的距离。 由于应答器中由解码和编码引起的延迟，该距离计算仅在该附加的延迟时间已知的情况下 是正确的。作为一般在1030MHz发射的传输协议，在所谓的上行链路路径上(从地面站向上发往飞机的查询)在P6脉冲内使用具有差分移相键控(DPSK)的脉冲调制。响应电报 在大多数模式中长达20. 3 μ s，由脉冲持续时间为0. 45 μ s (士0. 1 μ s)的2至15个脉冲组 成，通过所使用的四位八进制码仅具有4096个不同的识别码的值范围，并且以1090MHz的 频率传输。在下行链路路径(从飞机到查询者的响应)上，不利的是同样采用差分移相键 控(DPSK)。传输可靠性由于应答器在大的飞行高度时经受的极端温度波动而受到不利的影 响。因此，采用抵抗力更强的调制，即脉冲位置调制(PPM)。支持S模式的应答器的特点在 于所谓的自发报告(squitter)模式，其中应答器与查询无关地并且定期发送例如GPS位置 和标识作为无线电广播(ADS-B 广播式自动相关监视)。DE2538382A1公开了一种所谓的全景二次雷达(SSR设备)，其中不再必须设置用 于接收被查询的应答器响应的旋转天线。用于识别和/或定位飞机的方法的特征在于，首 先发射用于查询位于区域带中的应答器的查询脉冲对，确定所查找的应答器，发射抑制所 有在该带中的应答器直到所查找的应答器的抑制脉冲对，发射用于查询所查找的应答器的 第二请求脉冲对，其中所查找的应答器优选在该带中其余应答器被抑制时被查询，并且接 收由该应答器发射的响应来进行识别和/或定位。该专利技术的实施方式在于，第一查询脉冲 对的脉冲与脉冲之间的时间关系逐步改变，使得预定区域被逐步扫过，其中优选地规定，在 一个方向上一个带一个带地扫过预定区域，然后在相反的方向上一个带一个带地扫过该预 定区域。根据一个实施方式，用于执行该方法的装置的特征在于第一和第二天线，这些天线 在该预定区域的边界上相互间距开地设置并且被设置为使得这些天线发射特定的一对第 一查询脉冲对，其特征还在于第三天线，该第三天线设置在该区域的边界上，其中第三天线 和第一或第二天线被设置为使得它们发射特定的抑制脉冲对。另一种装置的特征在于第一 和第二天线，这些天线在该预定区域的边界上相互间距开地设置并且被设置为使得这些天 线发射特定的一对第一查询脉冲对，并且特征还在于第三和第四天线，该第三和第四天线 设置为使得它们发射特定的抑制脉冲对。第三天线因此可以被设置为使得该第三天线接收 所查找的应答器的响应；也可以设置至少3个天线，使得它们接收所查找的应答器的响应 以用于确定该应答器在该预定区域内的位置。飞机的位置虽然可以如上所述根据应答器响 应的帧脉冲对来确定，但是可以通过使每个天线都接收所选飞机的响应以及为了确定该飞 机的位置而采用三面方法(Dreiseitenverfahren)来获得更精确的位置显示。一种扩展通 过以下方式获得，即设置第四天线，该第四天线与其他天线一起用于发射抑制脉冲。通过这 种方式获得更大的抑制精确性，其中由于常规应答器的不灵敏特征而获得相对小的分辨能 力。小分辨能力的问题通过以下方式被最小花，即采用双抑制方法，在该方法中首先抑制位 于给定双曲线上的所有应答器，然后抑制机场上的所有应答器。如果但是在释放其余应答 器之前首先被抑制的应答器又被释放(即在35 μ s的特征抑制时间段之后)，则查询该给定 双曲线的所选片段以启动位于该片段上的应答器。整个机场都可以通过以下方式被采样， 即重复该过程，并且负责先后查询该给定双曲线的不同部分并改变初始抑制脉冲的时间关 系使得先后查询所有其它的双曲线。通过将利用三面方法确定的位置与该查询所针对的位 置相比较，可以消除由于反射、非同步响应(异步干扰fruit)、不期望的应答器分辨率(自 发报告)、模式镜像、响应错误模式等而出现的干扰响应的最大部分。该消除不影响其余响 应的定位精度。此外，DE2911313A1公开了一种在采用3个设置在机场边缘的接收器的情况下具有二次雷达的机场监视系统，该机场监视系统具有相控的接收天线以用于产生清晰成束的 接收波瓣，并且借助双曲线定位方法来进行计算。为了在任何情况下都使得能够通过识别 来精确定位位于机场上的飞机和机动车，通过以下方式来解决该任务，即由响应站发射的 响应信号通过在机场上与查询天线在空间上分离但是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于借助二次雷达信号改进地进行方向估计和／或解码的装置，该装置具有：－至少一个由Ｍ个天线元件（ＡＥ）构成的阵列（Ａ），－连接到各天线元件（ＡＥ）的插塞连接装置（Ｓ）上的低噪声线性放大器（ＬＮＡ），该低噪声线性放大器提高所接收的二次雷达信号的电平，－与该低噪声线性放大器（ＬＮＡ）连接的第一带通滤波器（Ｆ１），在该第一带通滤波器的滤波器输出端连接第一线性放大器（Ｖ１）用于放大频带限制后的信号，－与第一线性放大器（Ｖ１）连接的混频器（Ｍ），用于将频率转换到ＺＦ范围，－与该混频器的输出端连接的第二线性放大器（Ｖ２），用于放大ＺＦ范围中的信号，－与第二线性放大器（Ｖ２）连接的第二带通滤波器（Ｆ２），用于对ＺＦ范围中的信号进行频带限制，－与第二带通滤波器（Ｆ２）连接的第一模数转换器（ＡＤ１），用于采样和量化滤波器输出信号，－与第一模数转换器（ＡＤ１）连接的可配置的信号处理器（ＦＰＧＡ），该信号处理器为了调节混频器频率而与ＰＬＬ－ＶＣＯ电路连接并且接收数据来进行处理，以及－与可配置的信号处理器（ＦＰＧＡ）连接的处理单元（ＣＰＵ），该处理单元收集来自所有天线元件（ＡＥ）的数据（ＤＤ）并且借助基于子空间的方法来执行方向估计，－使得天线元件的不同的放大、相位差和耦合不仅在方向估计时、而且在检测所接收的无线电数据时在与所述Ｍ个天线元件（ＡＥ）连接的模拟输入级中被考虑。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H汉佩尔，U贝罗尔德，C雷克，LP施密特，J魏因齐尔，
申请(专利权)人：IAD信息自动化及数据处理有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]