[发明专利]雷达系统

说明书

本发明涉及一种雷达系统，用于按需要产生存在于其搜索范围内的二维或三维位置指示，该雷达系统至少装备有：

ⅰ）天线装置，用于产生扇形波束，该扇形波束确定一个天线波瓣平面;

ⅱ）旋转装置，用于在天线旋转时间T，按方位角旋转天线装置;

ⅲ）雷达装置，与天线装置共同作用，产生目标的方位角数据和范围数据。

三维位置指示是非常重要的。例如，如果雷达系统位于一个军事设施附近，或者在海军舰艇上，那么通常可以根据一个正在接近的目标的高度初步确定该目标的性质。如果断定该目标可能属于敌方目标，且又得到了三维位置指示的话，那么射击控制雷达可以立即瞄准该目标。假如仅仅得到二维位置指示，射击控制雷达就需要进行另外的仰角搜索扫描。

欧洲专利EP-A0，151，640中描述了产生三维目标指示的一种方法，其中所说的雷达系统装备有天线装置，它按要求产生扇形波束或尖向束。如果在产生扇形波束期间天线装置旋转，那么雷达系统的搜索范围就能被有效地扫描。当天线装置产生一个尖向束时，就能确定观察到的目标的仰角，由此在目标的方向上固定方位，并且进行仰角搜索扫描。

该方法的缺点是，必须使用二维相控阵天线来按要求产生扇形波束或尖向束，这使得雷达系统过分昂贵。

本发明的目的在于克服这一缺点，其特征为天线装置装有使天线绕倾斜轴倾斜的装置，于是，天线波瓣平面与地平面的法线形成一个倾斜角θ，并且雷达系统装有将目标的方位角数据和距离数据结合在一起的装置，这些数据是在不同的仰角θ_i（i＝1，…，n）下测得的，是目标的二维或三维位置指示。

利用倾斜天线按要求产生二维或三维位置指示已为世人所知，例如在M.I.Skolnik所编的《雷达手册》中“V波束雷达”标题下就有描述。这种雷达系统装有两个天线，或者并排安放，或者一个装在另一个上面，它们同时旋转，每个天线都产生一个扇形波束。每个扇形波束确定一个天线波瓣平面，这些平面在一起构成一个角度，因此天线波瓣平面的交线基本上与地表面相切。两个天线都装有雷达装置，并且探测靠近地表面的、基本上具有相同方位的目标。对一个高度为h的目标来说，两个天线连同它们的雷达装置观测到的方位角是有差别的。如果该方们角差为△ψ，那么h基本上与△ψ成比例。这样，位于雷达装置输出端的结合装置就能确定雷达系统搜索范围内的每个目标的高度。

这一方法的缺点，特别是在海上应用时的缺点是，两个天线使得系统过于笨重。这使应用几乎成为不现实的事情，特别是在较小的船只上。另一缺点是，雷达装置也必须是成对的。

现在参照附图进一步说本发明，附图简略地体现了确定目标高度的方法。

以下描述的是基于这样一种雷达系统，它装备有旋转天线和雷达装置，用于精确地确定雷达系统搜索范围内的目标的距离和方位角，天线产生具有相对小的方位孔径角和相对宽的仰孔经角的扇形波束。由此确定的天线波瓣平面基本上是垂直地表面的，此时可假定为是平的。天线波瓣平面和表面的交线将进一步作为倾斜轴。现在增加装置，使天线能够倾斜，这样天线波瓣平面不再垂直于地表面，但是绕倾斜轴旋转，当比较通过天线在非倾斜位置和倾斜位置得到的目标的方向角时，地表面上的目标好象仍旧是相同的方位角观测到的，一定高度的目标在一个方位被测定，该方位角取决于倾斜的角度和目标的高度。

下面参照附图进行说明。图中第一天线波瓣平面1的倾斜角为θ₁，第二天线波瓣平面2的倾斜角为θ₂，当天线装置依次按上述角度倾斜时，例如在两个连续的旋转期间，平面1和平面2夹住目标3。利用倾斜角θ₁的方位角方向ψ_m1测定目标，利用倾角θ₂的方位角方向ψ_m2测定目标。真正的方位角方向是ψ。

如果我们假定目标的高度h远远小于目标和雷达系统之间的距离R，那么下式适用于图中的情况，至少实质上是如此：

tgθ₁＝ (R)/(h) （ψ_m1-ψ） （1）

tgθ₂＝ (R)/(h) （ψ_m2-ψ） （2）

于是

h＝ (R(ψ_m2-ψ_m1）)/(tgθ₂-tgθ₁) （3）