波束增强雷达系统和方法技术方案

一种雷达系统，例如天气雷达系统，包括雷达天线和处理器。处理器配置成采用雷达天线的第一部分提供第一雷达波束。处理器配置成采用天线的相位调整部分和雷达天线的剩余部分提供第二雷达波束。雷达方法和系统可允许快速生成多个低损耗重叠雷达波束，以支持可用于生成波束内的目标角估计的顺序波瓣处理。在一些实施例中，这些重叠波束的产生不需要机械天线移动，而是由简单的电子开关控制波束选择。

【技术实现步骤摘要】
波束增强雷达系统和方法
本公开的专利技术构思的实施例一般涉及雷达系统领域，更具体地，但不限于，在雷达系统(如天气雷达系统)中的多个重叠雷达射束中估计目标角度。
技术介绍
在以往的努力中，在不同的天线指向高度、连续子孔径技术、ESA雷达波束的快速重定位，或多个接收器单脉冲技术中已经使用多个天线方位扫描以执行这项功能。当需要估计目标角度，如在天气雷达地面杂波到天气返程识别过程中，这些技术中的任何一个可以与不同的性能和/或成本权衡一起使用。存在低成本、低复杂度、和快速雷达波束重定位技术以支持目标角度估计过程和更快速地3D雷达体积的空间取样的需要。
技术实现思路
在一方面，在此公开的专利技术构思的实施例涉及使用机载雷达的方法。该方法包括采用天线的全孔径提供第一雷达波束，采用天线的全孔径取样第一回波，以及采用天线的全孔径提供第二雷达波束。第二雷达波束包括由雷达天线的第二部分提供的第一相位调整部分，和由天线的第三部分提供的非相位延迟部分。全孔径包括第二部分和第三部分。该方法还包括采用天线的全孔径采样第二回波。在另一方面，在此公开的专利技术构思的实施例涉及一种雷达系统。该雷达系统包括天线和处理器。处理器被配置成采用雷达天线的第一部分提供第一雷达波束和采用由天线的相位调整部分和雷达天线的剩余部分提供第二雷达波束。在一些实施例中，第二雷达具有下沉(dip)。在另一方面，在此公开的专利技术构思的实施例涉及一种雷达系统。该雷达系统包括具有第一部分和第二部分的雷达天线，耦合至雷达天线的馈电电路，包括在第二部分的路径中的移相器，和控制电路。控制电路被配置成采用第一部分和第二部分提供第一雷达波束，和采用雷达天线的第一部分和雷达天线的第二部分提供第二雷达波束。采用由在第二部分的路径中的移相器提供的相位调整来提供第二雷达波束，且第二雷达波束具有正负五度之间角度的下沉的响应。附图说明参考下面详细的描述以便更好的理解在此公开的专利技术构思的实施方式。这类描述参考如下附图，其不一定按比例示出，同时其中一些特征可能被夸大，同时一些特征可能被省略或者为了清楚起见可以被示意性的取代。附图中相同的附图标记可以表示和指代相同或相似的元素、特征或功能。附图中：图1是根据一些实施例的包括雷达系统的飞行器的机头的局部侧视图；图2是图1所示的雷达系统的框图；图3是图2所示的雷达系统的更详细的框图；图4是图2所示的雷达系统的馈电网络和天线的实施例的更详细的框图；图5是图2所示的雷达系统的包括波导和同轴路径的网络的实施例的更详细的框图；图6是示出用于第一、第二和第三驱动状态下的波束功率对仰角的曲线图；图7是根据一些实施例的示出图2所示的雷达系统的总波束、偏移波束、总波束和偏移波束之间的差、以及差分波束的导数的波束功率对仰角的曲线图；图8是根据一些实施例的示出图2所示的雷达系统的至目标的角度的示意图；图9是根据一些实施例的示出图2所示的雷达系统的操作的流程图；以及图10是图5所示的馈电电路中使用的移相器的框图。具体实施方式在详细描述在此揭露的专利技术构思之前，需要注意的是，在此揭露的专利技术构思包括，但不限于，一个或多个数据/信号处理组件、传感器和通信电路的新型结构组合，同时不限于特定的详细配置。因此，组件、模块、软件和电路的结构、方法、功能、控制和安排在很大程度上已经通过容易理解的代表性框图和示意图在附图中示出，以便不会因为结构细节而使公开模糊不清，其对于本领域技术人员来说是显而易见的，并受益于本文的描述。进一步，在此公开的专利技术构思不限于在示例性示意图中描述的具体实施例，而是应当根据权利要求中的语言来解释。参考图1，飞行器10包括机头12。机头12包括雷达天线16，雷达天线16为雷达系统20的一部分。根据一些实施例，雷达系统20位于飞行器10的顶部，机翼吊舱或飞行器10的尾部。在一些实施例，雷达系统20为天气雷达系统，并提供用来精确角度估计的雷达波束22和24，例如仰角估计。在一些实施例中，雷达波束22和24中的一个中的一部分相对于允许改进的相关性的其他部分(如损坏的部分)相位偏移(phaseshifted)。在一些实施例中，雷达波束22和24由本文配置的多重扫描(MULTISCAN)雷达系统提供。在一些实施例中，变质波束(spoiledbeam)的使用提供改进的仰角估计，其允许改进的地面杂波识别和拒绝，且其允许使用较小的天线用于风切变探测。在一些实施例中，雷达波束22和24中的一个配置成变质波束，可用于飞越(overflight)探测和天气探测或风切变探测，从而减少飞越探测和天气或风切变探测所需的波束的数量。在一些实施例中，变质波束具备适用于飞越探测的较大的仰角覆盖。在一些实施例中，雷达系统20获得相对于分裂孔径性能(如，4.5分贝(dB)双向雷达环性能改进)的较高环路增益。在一些实施例中，由与雷达波束22和24相关联的雷达天线16接收的雷达回波(如，天气雷达回波)被组合和处理以确定到目标的角度(仰角)。在一些实施例中，雷达波束22和24被顺序提供，雷达回波被顺序接收。在一些实施例中，利用编译编码同时或几乎同时提供雷达波束22和24，和同时(如，采用并行传输和接收信道)或几乎同时接收雷达回波。在一些实施例中，与回波相关联的功率被彼此对数相减(如，相除)且将每个角度的功率变化与轮廓(profile)进行比较，从而确定到目标的角度以估计仰角(如，在波束中)。尽管下面描述的是关于仰角的估计，在一些实施例中相似技术可被用于方位角的估计。在一些实施例中，雷达波束22为全孔径或总波束，以及雷达波束24被提供为具有一半波束相位调整(如，90度延迟)的全孔径波束。在一些实施例中，雷达波束22的回波在全孔径上接收而不具有相位调整，以及雷达波束24的回波在全孔径上接收且具有或不具有雷达天线16的一半上的相位调整。在一些实施例中，雷达天线16的其他相位调整和比例可以用于雷达波束24和与雷达波束24相关联的回波。雷达天线16可以具有不同的尺寸和类型。在一些实施例中，雷达天线16是机械的和/或电子可操纵的，以及雷达系统20具有在雷达天线16的部分上做出相位调整的能力。在一些实施例中，雷达天线16为具有小于16英寸或小于12英寸半径的小天线。在一些实施例中，雷达天线16为无源电控天线阵列(PESA)，有源电控阵列(AESA)，机械点控阵列波导阵列、抛物线形天线，或其他孔径。在一些实施例中，相位可在天线16的四分之一或一半的部分上调整，也可配置成航空天气雷达天线。在一些实施例中，雷达系统20可采用软件系统和计算机资源以处理雷达波束22和24并由此返回兼容的不同类型的天线，包括AESA产品和机械控制天线。参考图2，示出了根据示例性实施例的雷达系统20的框图。雷达天线16至少包括部分32和部分34。雷达系统20包括雷达天线16，馈电电路42，传输器/接收器电路44，和处理器46。馈电电路42耦合在雷达天线16和传输器/接收器电路44之间。处理器46耦合至传输器/接收器电路44，提供用于提供雷达波束22和24的信号，和接收与经由传输器/接收器电路44的雷达回波相关联的数据。馈电电路42包括相位调整电路48。在处理器46控制下的雷达天线16扫描目标(如，地面目标、飞行器目标或天气目标)的地形和/或大气。根据一个示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用机载雷达的方法，所述方法包括：采用天线的全孔径提供第一雷达波束；采用所述天线的所述全孔径采样第一回波；采用所述天线的所述全孔径提供第二雷达波束，其中，所述第二雷达波束包括由所述雷达天线的第一部分提供的相位调整部分和由所述天线的第二部分提供的非相位调整部分；以及采用所述天线的所述全孔径采样第二回波。

【技术特征摘要】
2016.04.01 US 15/089,2541.一种使用机载雷达的方法，所述方法包括：采用天线的全孔径提供第一雷达波束；采用所述天线的所述全孔径采样第一回波；采用所述天线的所述全孔径提供第二雷达波束，其中，所述第二雷达波束包括由所述雷达天线的第一部分提供的相位调整部分和由所述天线的第二部分提供的非相位调整部分；以及采用所述天线的所述全孔径采样第二回波。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：组合与所述第一和第二回波相关联的数据；以及处理由组合与所述第一和第二回波相关联的数据而产生的数据，以确定至目标的角度。3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：对与所述第一和第二回波相关联的数据作差；以及处理由对所述数据作差而产生的数据，以确定至目标的角度。4.如权利要求1或3所述的方法，进一步包括：确定所述第一和第二回波的差；以及采用至目标的角度和所述天线的姿态来确定至目标的仰角。5.如前述任意一项权利要求所述的方法，进一步包括：采用所述第一和第二回波的差检测天气现象。6.如前述任意一项权利要求所述的方法，其中所述第一部分和所述第二部分为半孔径。7.如前述任意一项权利要求所述的方法，其中所述相位调整部分提供范围在0到180度之间的相位调整。8.如前述任意一项权利要求所述的方法，其中所述第二雷达波束为提供所述波束中心偏移的变质波束。9.一种雷达系统，包括：天线；以及处理器，与所述天线耦合，并被配置成使得采用所述雷达天线的第一部分提供第一雷达波束，和采用所述天线的相位调整部分和所述雷达天线的剩余部分提供第二雷达波束，所述第二雷达波束具有相对于所述第一雷达波束的偏移的波束中心。10.如权利要求9所述的雷达系统，其中所述处理器被配置成采用所述第一部分接收与所述第一雷达波束相关联的第一回波，以及采用所述第一部分接收与所述第二雷达波束相关联的第二回波，当接收所述第二回波时所述第一部分在...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·B·韦斯特，丹尼尔·L·伍德尔，理查德·D·吉恩金斯，理查德·M·拉德梅克，罗伯特·D·庞德，
申请(专利权)人：罗克韦尔柯林斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US