背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及能夠檢測高仰角處目標(biāo)的二次雷達。

空中交通管制雷達通常不能覆蓋處于地平線方向和天頂方向之間的所有仰角。雷達天線的相位中心以上的非覆蓋區(qū)域形成一個被稱為靜錐的錐體。該靜錐可以影響若干空中交通管制雷達的功能。

“en-route”雷達的特征在于在其最大輻射方向上有很長的射程。通過使“en-route”雷達不受地勢障礙的約束，在高空地點安裝該雷達保證了其利用這種低仰角射程性能的能力。對于這些雷達來說，靜錐可能被視為太大(例如，在25km處商業(yè)航班(fl330)的巡航高度對應(yīng)于25°的仰角)。靜錐也可能對機場雷達造成問題。實際上，在這兩種情況下，靜錐包括這樣的差距：

-高空長時間飛行(en-route配置)；

-沒有這么長的時間但針對中空的機動飛行(機場配置)。

通常，原則上空中交通管制雷達(也被稱為atc雷達)的天線因此是具有以下四個目的的lva(大垂直孔徑)型的天線：

-“en-route”使用的大的最大增益(遠程)，在5°和10°的仰角之間典型地為27db，

-方位角的細長主波束(對應(yīng)于8m的天線寬度常規(guī)為2.5°)，以用于確保精度并限制污染的影響。

-大幅下降到地面，以用于在機場配置中保護自身免受鄰近建筑物的反射(例如幾十米的塔)，例如，針對從0°到-10°的仰角具有每度2db的增益下降。

-最后是發(fā)送或接收的水平，對于長途航班(高度穩(wěn)定)來說具有準(zhǔn)恒定的目標(biāo)，通常為5°至40°。

由于民用空中交通管制(atc)部門的天線適于空中監(jiān)控，所以其示出余割平方輻射模式：這樣的模式使得可以在垂直平面上分布在方位角量子的單次探測中所輻射的能量。該輻射模式使得可以獲得描述恒定高度軌跡的目標(biāo)的相對恒定幅度的接收信號。圖1示出了使用這種類型的天線的atc雷達的天線的典型增益。更具體地，圖1通過曲線10示出了由仰角參數(shù)化并被投射到距離-高度圖中的天線增益。

對于例如這樣的余割平方模式，并且在根據(jù)恒定高度軌跡穿過的區(qū)域中，天線增益g基本上變化為仰角β的余割平方，即g(β)≈cosec²β，也就是說，該增益的變化補償了關(guān)閉影響，以便在這一部分軌跡上保持恒定的接收信號水平。此外，在高于飛行器飛行上限的高度對空域進行監(jiān)控是無用的。

實際上，確切地說，靜錐20被設(shè)想為用于設(shè)計天線的自由度。特別地，確切地說需求將涉及超過大約50°的仰角的保證衰減。圖2示出了常規(guī)lva天線的總和通路21和控制通路22(每個關(guān)于其相應(yīng)的最大值成比例)的仰角圖。該圖示出在高仰角處(角度超過50°)天線增益直線下降。

因此，atc領(lǐng)域當(dāng)前使用的天線顯然不能用于處理靜錐中的目標(biāo)。

因此，用于減輕atc雷達常見的這種事件的狀態(tài)的系統(tǒng)級的解決方案在于使用雙雷達覆蓋。這兩個雷達相當(dāng)緊靠，使得可以各自確保在另一個雷達的靜錐中進行檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的尤其在于減輕該缺陷。出于這個目的，本發(fā)明的主題是能夠檢測靜錐中的高仰角處的目標(biāo)的二次雷達，其配備有具有三個輻射模式(總和模式、差分模式以及分配給控制功能的模式)的主天線，該三個輻射模式與所述天線相對應(yīng)，所述雷達還包括：

-固定在所述天線上方的輔助天線設(shè)備，其由天線和位于所述天線后部的后部輻射元件組成；

-以及耦接裝置，所述輔助天線設(shè)備：

o具有三個輻射模式：總和模式、差分模式以及分配給控制

功能的模式，由所述后部輻射元件來確保所述控制模式；

o被傾斜，以便保證其總和模式在表征所述靜錐的仰角域

(例如，在60°與90°之間)中的最大增益；

由所述后部元件確保的所述控制模式以90°的仰角示出與輔助天線設(shè)備的所述天線的總和模式的增益相等的增益，并且然后示出超過90°的仰角最大增益，所述耦接裝置確保所述天線的三個輻射模式與所述輔助天線設(shè)備的三個輻射模式的耦合。

例如，輔助天線設(shè)備的所述天線是懸臂型。

例如，通過分別改變所述天線的傾斜度和這兩個天線之間的耦合系數(shù)，在仰角和增益上相對所述主天線的模式對輔助天線設(shè)備的所述天線的總和模式的位置進行調(diào)整。

例如，通過改變仰角元件的數(shù)量來對輔助天線設(shè)備的所述天線的總和模式的側(cè)翼的陡度進行調(diào)整。

例如，通過在垂直平面上改變所述后部元件的傾斜度在仰角上對由所述后部元件確保的控制模式的位置進行調(diào)整。

例如，所述主天線由具有寬垂直孔徑的lva型天線和后部輻射元件組成。

附圖說明

借助于接下來提供的關(guān)于附圖的描述，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點將變得顯而易見，附圖表示：

-圖1是已經(jīng)描述了的atc雷達天線增益的示例性基本模式；

-圖2是已經(jīng)描述了的lva天線的仰角的相對輻射的典型模式；

-圖3是以s模式操作的二次雷達的示例性當(dāng)前架構(gòu)；

-圖4是根據(jù)本發(fā)明的雷達天線的結(jié)構(gòu)及其與所述雷達的耦合；

-圖5是根據(jù)本發(fā)明的天線的示例性實施例；

-圖6是構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的天線的天線仰角的絕對輻射的典型模式。

具體實施方式

圖3示出了以s模式操作的二級監(jiān)視雷達的示例性當(dāng)前架構(gòu)，隨后該雷達將被稱為ssr雷達，其通常包括：

-ssr天線1(一般為lva型)，確保ssr/s模式的輻射以1030mhz的頻率進行詢問，并以1090mhz的頻率來捕獲由飛行器上的應(yīng)答器產(chǎn)生的響應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)接頭2具有三個rf晶片，以用于ssr功能的l波段的三個通路：總和通路σ、差分通路δ以及控制通路ω；

-所謂的mssr機柜3，其特別地包括確保被動冗余的兩個獨立系統(tǒng)(僅一個被表示)，每個系統(tǒng)實現(xiàn)專用于ssr/s模式處理的各種功能。

mssr機柜3包括rf單元31，rf單元31用于將發(fā)射器33的rf信號傳送到天線1的σ、δ、ω模式，并相互地將這些模式傳送到接收機34。每個機柜3包括：

-時空管理32，其在主瓣中存在預(yù)測的目標(biāo)的情況下根據(jù)待執(zhí)行的任務(wù)來產(chǎn)生詢問；

-發(fā)射機33，其將頻率為1030mhz的待由天線輻射的詢問轉(zhuǎn)換為高功率rf信號；

-接收機34，其對由天線接收的頻率為1090mhz的rf信號進行解調(diào)；

-信號處理35，其確保對在天線的主瓣中接收到的響應(yīng)進行檢測和解碼；

-提取器36，其形成基于基本檢測(響應(yīng))所提取的光點，提取器是用于管理天線波束的組件37的一部分。

傳統(tǒng)上，mssr機柜3還可以包括主要處理和次要處理所共有的冗余資源，特別是：

-在掃描管理組件38內(nèi)的主要光點和次要光點的關(guān)聯(lián)和跟蹤；

-特別是偏移和監(jiān)控的管理。

機柜還包括具有客戶端鏈接的冗余接口39。輔助功能允許由客戶端通過示出監(jiān)控、光點偏移和跟蹤、主要psr和次要ssr/s模式的參數(shù)以及偏移功能來對雷達進行管理。

在s模式下，主要通過以下操作來控制飛行器的動態(tài)管理：

-關(guān)于與方位角波束有關(guān)的活動的波束管理37(在圖3中被帶箭頭的線30穿過)，其特別包括時空管理32和光點提取36；

-關(guān)于與天線轉(zhuǎn)動有關(guān)的活動的掃描管理38(在圖3中被帶箭頭的線300穿過)，其特別地包括針對每個飛行器在下一次波束掃描時對活動進行跟蹤和預(yù)測。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的atc雷達的天線結(jié)構(gòu)及其與雷達的耦合。有利地，根據(jù)本發(fā)明將例如由圖3所示的架構(gòu)的類型的適配套件添加到atc雷達的現(xiàn)有架構(gòu)中，以使得可以確保無論協(xié)議如何都可以對靜錐中的所有次要目標(biāo)進行跟蹤。更具體地說，該套件被應(yīng)用于航空。可以使用應(yīng)用于提取光點36的模塊的軟件部分對該套件進行補充。

該套件包括至少一個可以具有諸如2至4米的小的寬度尺寸的懸臂天線41(包括幾個元件，典型地為1至3個高度方向的輻射元件)、后部輻射元件42以及耦接裝置43。懸臂天線41通過耦接裝置43耦合到相同的已存在的接入孔上的ssr天線1(標(biāo)準(zhǔn)lva型)。

不一定必須修改以下水平高度：

-天線(機構(gòu)、轉(zhuǎn)動接點、發(fā)動機...)的水平高度；

-或者傳送鏈和接收鏈的水平高度。

因此，實現(xiàn)本發(fā)明是簡單且經(jīng)濟的。

圖5(作為圖4的補充)通過透視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的雷達的天線組件的示例性實施例。該組件包括：

-形成主天線的ssr天線1及其后部輻射元件12；

-形成輔助天線設(shè)備的懸臂天線41及其后部輻射元件42；

如接下來將要描述的，給后部輻射元件12、42分配控制功能。

懸臂天線41固定在ssr天線1上方，懸臂天線41具有與ssr天線1相同的方向，更準(zhǔn)確地說，其朝向ssr天線1的前方，相對于ssr天線1的方向傾斜。

ssr天線1通常由輻射棒51的陣列組成。該lva型的天線1可以是用于ssr監(jiān)控的atc市場的標(biāo)準(zhǔn)天線，其以三個輻射模式操作：總和、差分以及控制。

位于由輻射棒組成的前面板的后部的輻射元件12能夠執(zhí)行ssr模式/s模式的控制功能，特別是關(guān)于應(yīng)答器所獲得的地理情況。

例如，懸臂天線41是通常用作軍用雷達的iff天線的懸臂天線，因此具有與lva型的主天線1相同類型的輻射模式：總和、差分以及控制。

優(yōu)選地，下文所描述的，懸臂天線41包括至少兩個仰角元件，以如圖6中所示的懸臂天線41的總和模式63所示的通過使主瓣的任一側(cè)上的側(cè)翼陡化而使得零增益值接近其主瓣。側(cè)翼的這種陡度取決于仰角天線元件的數(shù)量。

天線41在垂直平面中傾斜，以便在靜錐中取向其最大增益，并保證其增益的最小值正好高于90°的仰角并且也低于40°的仰角。

它還包括位于后部(專用于其圖6所示的控制模式ω66)、同樣在仰角上傾斜的輻射元件42，以便示出超過90°的仰角的最大增益。此外，懸臂天線41和輻射元件42的相互傾斜使得它們的增益針對90°的仰角而接近。因此，這使得可以阻擋不在懸臂天線41的方位角方向上的應(yīng)答器，并且因此可以避免在天線背面產(chǎn)生寄生響應(yīng)。

在耦合系數(shù)典型地等于25db(根據(jù)懸臂天線41的總和通路的模式63的最大增益的值進行調(diào)整)，ssr天線1的三個模式為總和σ、差分δ以及控制ω的情況下，以保證靜錐中的總和模式的最大增益低于ssr天線的總和增益穩(wěn)定階段大約20db(如圖6所示，穩(wěn)定階段從20°的仰角延伸到40°的仰角)為目的，耦接裝置43執(zhí)行懸臂天線的三個模式，總和σ、差分δ以及控制ω，的耦合。

已經(jīng)引用過的圖6示出了在橫坐標(biāo)表示仰角的角度而縱坐標(biāo)表示絕對天線增益的坐標(biāo)軸系統(tǒng)中，針對ssr天線1的總和通路61、針對ssr天線1的控制通路62、針對懸臂天線41的總和通路63、以及針對輔助天線設(shè)備的后部輻射元件42的控制通路66的上文所描述的天線的仰角輻射模式。

如這些模式所示出的，目的在于確保即使在90°的仰角處(處于高仰角的飛行器的距離方向必須緊靠，對其進行檢測所需要的天線增益顯著地小于對遠程飛行器進行檢測所需要的天線增益，典型地為35至40db)，最大增益也要低于最大值大約35至40db。通過使懸臂天線41傾斜來實現(xiàn)該目的，這樣做的影響是平移其仰角模式，并且特別地平移其總和模式(沿橫坐標(biāo)軸平移)。通過改變增益，懸臂天線41和ssr天線1之間的耦合系數(shù)的值使得還可以沿著縱軸對模式進行調(diào)整。因此，通過沿縱軸的平移來補充對模式位置的調(diào)整。

因此，耦合系數(shù)的值被定義為：

-用于避免由懸臂天線41污染ssr天線1，即，例如低于40°的仰角的高于25db的增益差異：

o傳輸方面和檢測方面引起的非常低的損耗；

o以及方位角方面幾乎沒有波束修改；

-用于在檢測到高仰角處的目標(biāo)時避免由“混淆”較低的低于40°的仰角處的接近的目標(biāo)(典型地為機場雷達)而造成的污染。

ssr天線1和懸臂天線41之間的總和通路的增益等效的區(qū)域64典型地位于55°的仰角周圍。超過該仰角值，懸臂天線的增益63取代ssr天線1的增益61，以確?？偤屯返钠谕钚≡鲆孢_到最高點?？梢则炞C在懸臂天線41的總和通路63的模式上發(fā)送的水平高度遠遠大于ssr天線1的控制通路62的模式的水平高度，以保證在60°至超過90°的高仰角處的目標(biāo)響應(yīng)雷達的詢問。與ssr天線1的后部元件12相關(guān)聯(lián)的控制通路62通常允許通過泄漏用于90°至180°的仰角的天線的總和輻射模式61來阻擋應(yīng)答器接收詢問。

優(yōu)選地，懸臂天線的總和輻射模式63不必太寬，以便不干擾靜錐外部的主天線的輻射模式61。與位于懸臂天線41的后部的輻射元件42相關(guān)聯(lián)的控制通路66使得可以避免接收到超過90°的仰角(在圖6中由線65標(biāo)記)的目標(biāo)響應(yīng)。通過沿橫坐標(biāo)軸進行平移，通過改變后部輻射元件42的傾斜度，來針對ssr天線1的控制模式62，對控制模式66的仰角方面的位置進行調(diào)整。

因此，當(dāng)主天線1處于與該目標(biāo)的方位相反的方向時，由雷達經(jīng)由后部元件42發(fā)送的信號使得能夠阻擋目標(biāo)的應(yīng)答器。該輻射元件42的輻射模式和朝向適于此目的，特別是最佳設(shè)定應(yīng)該能夠使得阻擋向前91°的應(yīng)答器。

在與ssr天線1和懸臂天線41的總和通路的增益等效的區(qū)域64周圍，相位方面的不受控制的信號重組可以在大約+/-5°的跨度上(即，從+50°至+60°)引起檢測損耗，在該圖6的示例中為仰角方面。為了限制這些引起的影響，由兩個總和模式61和63來確保以1030mhz發(fā)送的信號的相位可能是有用的。