用于确定入射辐射的到达方向的方法和传感器技术

一种用于确定入射到传感器上的辐射的到达方向的传感器，其具有天线，以不同于矩形的特定设置布置天线，以便可以在被放置于矩形网格的角处的两对天线之间导出信息，从附加天线、结合形成第三对天线的“网格”天线之一，导出附加信息。该附加天线被布置在远离矩形/网格的角和其它预定义的线。如此，与仅仅在矩形角放置的天线相比，诸如从这些对天线之间的相位差中，能够导出更多的信息，从而在不需要降低角度确定的精度的情况下，能够去除到达方向的模糊角度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定入射辐射的到达方向的方法和传感器
本专利技术涉及一种用于确定入射福射（impingent radiation)的到达方向的方法和 传感器，更确切地，涉及避免在比相单脉冲雷达内模糊的方向确定。
技术介绍
比相单脉冲原理是窄带跟踪雷达用于确定目标和其它角度/到达方向确定系统 的角度偏离的最广泛使用的方法之一。比相单脉冲技术正被用于，比如，脉冲雷达，脉冲多 普勒雷达，连续波（CW)多普勒雷达和调频连续波（FMCW)多普勒雷达内，也正被遥感勘测接 收器所用。比相单脉冲技术的主要概念是测量从一个接收天线到另一个物理上分离的接收 天线的、具有准稳定频率的入射波前（wave front)的延迟。通过测量这两个接收器之间的 接收波的相位差来测量该通常非常短时间的延迟，由于从需要被跟踪的目标反射的或发送 的信号的频率（具有波长λ)的准稳定特性，这是可能实现的。 众所周知，增加接收天线之间的分离距离D，会直接增加雷达的角度灵敏度。为了 最大化精确度，因此期望的是最大化接收天线之间的分离D。然而，由于两个信号之间的相 位差只能是在± η弧度内被无模糊地测量，只有在接收器分离小于接收信号的波长λ的 一半的情况下，才能保证与物体的角度被明确地测量。一旦分离D变得大于λ/2,从相位差 到角度的转换就会出现模糊。 在过去，上述限制已经采用不同的方式被克服。对于大多数比相单脉冲确定系统 而言，模糊问题通过使用窄波束天线而被解决，该天线仅仅接收来自于不存在模糊的有限 视场的能量。
技术实现思路
本专利技术通过，比如增加附加的接收天线来解决上述问题，该附加的天线的放置物 理上相对于其它接收天线具有特定的关系。该附加的接收天线优选地被放置，从而与原始 接收器相比，该附加的接收天线和原始接收天线中的至少一个之间的相位比较在不同的角 度上产生模糊偏移（ambiguity shift)。这意味着基于一个单个的接收雷达脉冲，关于目标 的角度可以无模糊地被确定。 本专利技术消除了迄今为止在给定时间点处的接收天线覆盖与使用比相单脉冲原理 进行的角度测量的精确度之间的妥协。将即时的视场覆盖和可获取的精度之间的设计限制 分离，这开启了雷达系统与其它到达方向确定系统的一系列新的设计，并且如此会有巨大 的商业价值。 在第一方面中，本专利技术涉及一种用于确定冲击该传感器的辐射的到达方向的传感 器，包括： -不超过6个的接收天线，每一个接收天线被配置为感测辐射并输出相应的信号，并且 其中： 〇所述接收天线中的至少3个是第一接收天线，所述第一接收天线定义了具有两条第 一平行边和两条第二平行边的平行四边形的角， 0所述接收天线中的一个或多个是第二接收天线，每个第二接收天线与所述不超过6 个的接收天线中的另一个组成一对天线，其中每一对中的天线相对于彼此的定位与以下定 位具有相同的关系：一个天线相对于第一接收天线之一的定位与延伸穿过以下的任意对的 所有轴的距离大于两个第一接收天线之间的最小距离的1% :所述平行四边形的四个角中 的每一个，和所述平行四边形的四条边中的每一条边的中点，以及 -处理器，被配置为接收输出信号并根据至少一对天线中的天线之间的相应的信号中 的相位差来导出到达方向。 在这方面，到达方向是入射到传感器上的辐射的方向。入射（impingent)的意 思是辐射从远离传感器的位置朝向传感器发送。典型地，这可以是朝向辐射源的方向，比如 辐射从目标元件处被反射或被发送。 目前，微波辐射是优选类型的辐射，因为本专利技术非常适合于雷达应用，比如用于跟 踪飞行对象等等。在这种类型的环境下，微波辐射具有很多优势。然而，应注意到，对于所 有类型的雷达和所有频率，从X-射线到无线电波甚至更长的波长都可以发现相同的问题。 在当前方面内，该传感器具有不超过6个的天线。在这方面，天线是一种被配置为 感测辐射并输出相应的信号的元件。通常而言，相应的信号具有与所接收的信号的幅度/ 强度相关的参数，比如电流，电压，频率，或数值内容。典型地，该辐射具有周期性的内容，t匕 如频率，从而输出信号是相应变化的。在这方面，即使天线包括多个感测元件，天线也是输 出单个信号的单个元件。 在某些情况下，输出信号并不仅仅基于所接收的辐射来生成，还利用比如内部基 准（例如内部信号）来产生。在标准雷达内，同样被用于向目标发射辐射的内部基准信号， 与接收天线输出的信号结合产生周期信号（从辐射波长降频转换至基带信号），其之后涉 及一种变化，该变化可以被辐射在其从雷达经目标到雷达的路径上可以被观察到，通常是 因目标相对于雷达的移动而导致的频率调制。这个与基准信号的结合能够在当前的天线内 被执行，以便输出信号已经是所获取的信号，比如被降频转换的信号。 当接收天线中的3或4个被放置于虚拟的平行四边形的角时，至少两个接收天线 沿其第一边设置，并且至少两个接收天线沿与第一边成一个角度的平行四边形的另一边被 提供。因而，接收天线可以被用于确定辐射发射元件的3维到达方向。 在优选实施例中，平行四边形是矩形，但是原则上，边之间的任何角度都可以被使 用。应注意到，在这个特定实施例中许多轴都将重合（coincide)。 3个还是4个第一接收天线被用于平行四边形的角，并非是用于获取更多测量能 力的一种方式，而是灵敏度的问题，由于现在2X2天线被放置在每一个方向上，这与只使 用2个天线相比，提供了更高的灵敏度。 当天线相互的间距是所接收的微波辐射的波长的至少0. 6倍时，尤其会观察到模 糊度的问题。 当将第二接收天线与其它接收天线之一（比如第一接收天线之一）以特定的关系 被放置时，这一对其它接收天线和第二接收天线将具有相位差，该相位差提供附加信息，该 附加信息可以用于去除因放置于平行四边形的各条边的角上的第一接收天线之间的相位 差所引起的模糊度。 应注意到，第二接收天线可以与第一接收天线中的任何一个一起来提供该信息， 该第一接收天线成为天线对中的另一个天线，或者当（第二接收天线）相对于第一接收天 线在任何位置处被放置时，如果分离的其它天线相对于该第二接收天线被正确地放置，以 便能够获取期望的位置关系，在该位置关系上能够进行相位差信息的搜寻。 应注意到，天线经常具有物理范围，因此天线的位置典型地在该范围的中心。因 而，天线的一些部分位于与轴的距离小于所述距离的1 %处的位置，而其中心则不是。 在优选的实施例中，第二天线被布置为不小于所述距离的2%，比如不小于5%， 例如不小于10%。 之后，处理器被用于接收输出信号，并且从多对天线中的至少一对中的天线之间 的相应的信号内的相位差中导出到达方向。通常，到达方向也可以从多对第一接收天线的 相位差中导出，其中每一对第一天线中的接收天线位于平行四边形的相同边上的角上。 自然地，处理器可以是ASIC，FPGA，DSP，信号处理器，单个处理器或分布式处理网 络。该处理器可以是软件可编程的，或硬布线的，或上述的结合。 可以仅仅使用在平行四边形单个边上的第一接收天线的相位差在一维中来确定 到达方向，如果所使用的一个或多个第二接收天线被布置在与平行四边形的该边重合的线 上时。 可替换地，能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定入射到传感器上的辐射的到达方向的传感器，包括：‑不超过6个的接收天线，每一个接收天线被配置为感测辐射并输出相应的信号，并且其中：о所述接收天线中的至少3个是第一接收天线，所述第一接收天线定义了具有两条第一平行边和两条第二平行边的平行四边形的角，о所述接收天线中的一个或多个是第二接收天线，每个第二接收天线与所述不超过6个的接收天线中的另一个组成一对天线，其中每一对中的天线相对于彼此的定位与以下定位具有相同的关系：一个天线相对于第一接收天线之一的定位与延伸穿过以下的任意对的所有轴的距离大于两个第一接收天线之间的最小距离的1％：所述平行四边形的四个角中的每一个，和所述平行四边形的四条边中的每一条边的中点，以及‑处理器，被配置为接收输出信号并根据至少一对天线中的天线之间的相应的信号中的相位差来导出到达方向。‑

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.27 EP 11195784.1;2011.12.16 US 61/576,6091. 一种用于确定入射到传感器上的福射的到达方向的传感器，包括： -不超过6个的接收天线，每一个接收天线被配置为感测辐射并输出相应的信号，并且 其中： 〇所述接收天线中的至少3个是第一接收天线，所述第一接收天线定义了具有两条第 一平行边和两条第二平行边的平行四边形的角， 〇所述接收天线中的一个或多个是第二接收天线，每个第二接收天线与所述不超过6 个的接收天线中的另一个组成一对天线，其中每一对中的天线相对于彼此的定位与以下定 位具有相同的关系：一个天线相对于第一接收天线之一的定位与延伸穿过以下的任意对的 所有轴的距离大于两个第一接收天线之间的最小距离的1% :所述平行四边形的四个角中 的每一个，和所述平行四边形的四条边中的每一条边的中点，以及 -处理器，被配置为接收输出信号并根据至少一对天线中的天线之间的相应的信号中 的相位差来导出到达方向。2. -种用于确定入射到传感器上的辐射的到达方向的方法，该传感器包括不超过6个 接收天线，每一个接收天线被配置为感测辐射及输出相应的信号，并且其中： 〇接收天线中的至少3个是第一接收天线，所述第一接收天线定义了具有两条第一平 行边和两条第二平行边的平行四边形的角， 〇所述接收天线中的一个或多个是第二接收天线，每个第二接收天线与所述不超过6 个的接收天线中的另一个组成一对天线，其中每一对中的天线相对于彼此的定位与以下定 位具有相同的关系：一个天线相对于第一接收天线之一的定位与延伸穿过以下的任意对的 所有轴的距离大于两个第一接收天线之间的最小距离的1% :所述平行四边形的四个角中 的每一个，和所述平行四边形的四条边中的每一条边的中点，和 该方法包括根据至少一对天线的天线之间的相应的信号中的相位差来导出到达方向。3. -种用于确定入射到传感器上的辐射的到达方向的方法，所述传感器包括多个接收 天线，每一个接收天线被配置为感测辐射并输出相应的信号，所述方法包括： -布置天线，使得所述天线中的3个或更多个第一天线沿第一方向布置在不同的位置， 第一天线中的两个第一天线以它们之间具有距离D的方式被布置，第一天线中的一个第一 天线被安置在所述两个第一接收天线之间，该一个第一天线的位置与直接在所述两个第一 天线之间的位置的距离大于D*1 %， -至少基于以下来确定到达方向： 〇所述两个第一天线之间的相位差，和 〇所述两个第一天线之一和所述一个天线之间的相位差。4. 一种用于确定入射到传感器上的辐射的到达方向的方法，该传感器包括多个接收天 线，每一个接收天线被配置为感测辐射并输出相应的信号，该方法包括： -布置天线，使得： 〇天线中的至少3个是第一接收天线，所述第一天线定义了具有两条第一平行边和两 条第二平行边的平行四边形的角， 〇接收天线中的一个或多个接收天线是第二接收天线，每一个第二接收天线与所述不 超过6个天线中的另一个天线组成一对天线，其中每一对中的天线相对于彼此的定位与以 下定位具有相同的关系：一个天线相对于第一接收天线之一的定位与延伸穿过以下的任意 对的所有轴的距离大于两个第一接收天线之间的最小距离的1% :所述平行四边形的四个 角中的每一个，和所述平行四边形的四条边中的每一条边的中点，和 -至少基于以下确定到达方向： 〇被布置在所述第一平行边中的一条边上的第一对第一接收天线之间的相位差， 〇被布置在所述第二平行边中的一条边上的第二对第一接收天线之间的相位差，以及 〇包括第二接收天线的各对天线中...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·图克斯恩，
申请(专利权)人：竞技者公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK