Sistema de radar de exploración que comprende un generador de frecuencia (16),

una antena de exploración de frecuencia (701,703), y un receptor dispuesto para procesar señales recibidas desde un objetivo para identificar una frecuencia Doppler asociada con el objetivo,

en el que el generador de frecuencia está dispuesto para generar una pluralidad de conjuntos de señales, presentando las señales dentro de un conjunto dado la misma frecuencia portadora y presentando cada conjunto una frecuencia portadora diferente, comprendiendo el generador de frecuencia un sintetizador digital (230) dispuesto para modular en frecuencia una señal de onda continua de una frecuencia portadora dada mediante una secuencia de patrones de modulación, repitiéndose dichos individuales de dichos patrones dentro de un dicho conjunto para generar dicho conjunto de señales,

en el que la antena de exploración de frecuencia está dispuesta para actuar conjuntamente con el generador de frecuencia para transmitir-recibir radiación por una zona que presenta una extensión angular que depende de dichas frecuencias generadas, y

en el que dicho receptor está dispuesto para identificar una frecuencia Doppler para dicho conjunto mediante el procesamiento de dichas señales recibidas desde un objetivo para dicho conjunto

Sistema de radar.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de radar, y se refiere específicamente a sistemas de radar de exploración que son particular, aunque no exclusivamente, adecuados para detectar y monitorizar objetivos terrestres.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de radar se utilizan para detectar la presencia de objetos y para medir la ubicación y el movimiento de objetos. En general, los sistemas de radar están concebidos para una aplicación específica: para medir la distancia en un intervalo especificado de distancias; en una zona de exploración especificada; dentro de un nivel especificado de precisión; y en relación con una orientación especificada. Para sistemas de radar que se requiere que exploren grandes distancias, se requiere que las antenas generen radiación electromagnética potente, lo que requiere el uso de una fuente potente de manera correspondiente y tipos específicos de antenas.

Es común para sistemas de radar de este tipo barrer una zona dada, explorando la zona para detectar la presencia de tales objetos. Con el fin de barrer la zona los sistemas de radar o bien emplean dispositivos mecánicos que comprenden una antena que se mueve físicamente en el espacio, o bien dispositivos electrónicos que comprenden elementos que se disponen para dirigir la radiación cuando se transmite o recibe. Un problema de los sistemas de radar mecánicos es que su funcionamiento depende de componentes físicos y piezas de movimiento y control asociadas. Este inventario de piezas es costoso y, en proporción, puede requerir una fuente de alimentación grande.

Un grupo conocido de dispositivos electrónicos son agrupaciones de antenas controladas por fase, que aplican diversos desplazamientos de fase a señales, dirigiendo así de manera eficaz los haces recibidos y transmitidos. Estos dispositivos electrónicos se usan habitualmente en sistemas de sensor de RF y de comunicaciones porque no implican un movimiento físico de la antena y pueden mover un haz rápidamente de una posición a la siguiente. Aunque los sistemas de radar que incorporan dispositivos de este tipo pueden proporcionar una medición extremadamente precisa de la posición de objetivos, un problema de estos tipos de dispositivos electrónicos es que un control adecuado del haz requiere a menudo varias agrupaciones de componentes electrónicos; esto aumenta el tamaño físico, la complejidad y el coste del sistema de radar.

Otro grupo de dispositivos electrónicos de este tipo son agrupaciones de exploración de frecuencia, que, en respuesta a señales de entrada de frecuencias variables, pueden dirigir un haz en un plano angular. Las agrupaciones de exploración de frecuencia se han combinado con piezas móviles que giran en otro plano, tal como se describe en la patente US nº 4.868.574. Sin embargo, un problema de esta combinación es que causa los defectos de tamaño y coste de un sistema de exploración mecánico regular y en cuanto al rendimiento, es menos preciso que los sistemas de antena controlados por fase.

El documento WO 2004/046752 da a conocer un radar FM-cw que usa una señal que comprende rampas con diferentes inclinaciones y una antena de exploración de frecuencia.

Por tanto se apreciará que los diversos sistemas de radar conocidos son costosos y/o voluminosos y/o pesados, lo que limita su aplicabilidad a usos en los que o bien el coste o el peso o tamaño resultan problemáticos.

Sumario de la invención

La invención se define mediante las reivindicaciones adjuntas.

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de radar de exploración que comprende un generador de frecuencia, una antena de exploración de frecuencia, y un receptor dispuesto para procesar señales recibidas desde un objetivo para identificar una frecuencia Doppler asociada con el objetivo,

en el que el generador de frecuencia está dispuesto para generar una pluralidad de conjuntos de señales, presentando cada conjunto una frecuencia característica diferente, comprendiendo el generador de frecuencia un sintetizador digital dispuesto para modular una señal de onda continua de una frecuencia característica dada mediante una secuencia de modulación de patrones mediante la que generar dicho conjunto de señales, y

en el que la antena de exploración de frecuencia está dispuesta para actuar conjuntamente con el generador de frecuencia para transmitir y/o recibir radiación por una zona que presenta una extensión angular que depende de dichas frecuencias generadas.

En la presente invención se ha centrado el esfuerzo de diseño en sistemas de radar de baja potencia que pueden detectar y localizar objetos que se mueven por el suelo, y para ello han combinado técnicas de sintetizador digital, que pueden realizar una generación y control de frecuencias precisos, con una exploración de frecuencia pasiva y técnicas de procesamiento Doppler. Esto permite un control preciso del alcance y de las tasas de exploración, y permite una optimización del tamaño del alcance de célula para factores tales como detección de objetivos lentos y rápidos y la relación señal a ruido, y por tanto permite la detección de objetivos ubicados a distancias considerablemente más lejanas de lo que es posible con sistemas conocidos que presentan requisitos de potencia similares.

Con los sistemas de radar de exploración existe inherentemente un equilibrio entre la tasa con la que se explora un área y el alcance, o distancia, en la que los objetivos pueden detectarse durante la exploración. Para tasas de exploración relativamente rápidas una zona angular dada puede explorarse varias veces a medida que un objetivo se mueve respecto a la zona, sin embargo el número de señales en un conjunto dado de señales estará limitado correspondientemente, con el resultado de que el alcance detectable estará limitado. Para tasas de exploración relativamente lentas, el número de señales en un conjunto dado de señales es relativamente alto, lo que significa que pueden detectarse objetivos ubicados más lejos, a expensas de realizar un seguimiento del movimiento de objetivos dentro de la zona angular. De manera ventajosa, estos parámetros pueden controlarse de forma precisa y repetida por el sintetizador digital, mientras que el uso de un radar de exploración de frecuencia significa que el sistema de radar puede volver para transmitir precisamente con el mismo ángulo con el que se han transmitido previamente las señales, reduciendo de este modo errores en el rendimiento del alcance asociados con modulación Doppler que están asociados con sistemas de radar de exploración mecánicos.

El alcance R_max del sistema de radar de exploración según las formas de realización de la invención puede estimarse a partir de la ecuación de radar R_max = (P_t G A_e s/((4p)² S_min))^1/4, donde S_min es la señal detectable mínima (como un valor de potencia), P_t es la potencia transmitida, G es la ganancia de la antena, A_e es la apertura efectiva de la antena y s es el área de sección transversal del objetivo. Para un objetivo que presenta un área de sección transversal de aproximadamente 1 m², el alcance máximo R_max es aproximadamente 5 km; para objetivos tales como coches, que presentan un área de sección transversal de aproximadamente 10 m², el alcance máximo R_max es aproximadamente 9 km mientras que para objetivos más grandes que presentan un área de sección transversal del orden de 100 m², el alcance máximo R_max es aproximadamente 15 km. Se apreciará que a medida que aumenta la duración de exploración en una dirección particular, el valor de S_min disminuirá; por consiguiente, para un tamaño de objetivo dado, el alcance de radar respecto a ese objetivo en la dirección particular aumentará hasta que, debido a imperfecciones del sistema, movimiento del objetivo y ensanchamiento Doppler, una exploración adicional en esa dirección no pueda reducir S_min ni aumentar P_t más para obtener un rumbo físico en R_max.

Puesto que la intensidad de la señal es proporcional a la distancia a la cuarta potencia desde la fuente, una ventaja de diseñar un sistema de radar de corto alcance es que la potencia requerida para transmitir radiación en un alcance de decenas de km requiere menos potencia de la que requieren normalmente los radares convencionales. Por consiguiente el peso y la salida requerida de los...

1. Sistema de radar de exploración que comprende un generador de frecuencia (16), una antena de exploración de frecuencia (701,703), y un receptor dispuesto para procesar señales recibidas desde un objetivo para identificar una frecuencia Doppler asociada con el objetivo,

en el que el generador de frecuencia está dispuesto para generar una pluralidad de conjuntos de señales, presentando las señales dentro de un conjunto dado la misma frecuencia portadora y presentando cada conjunto una frecuencia portadora diferente, comprendiendo el generador de frecuencia un sintetizador digital (230) dispuesto para modular en frecuencia una señal de onda continua de una frecuencia portadora dada mediante una secuencia de patrones de modulación, repitiéndose dichos individuales de dichos patrones dentro de un dicho conjunto para generar dicho conjunto de señales,

en el que la antena de exploración de frecuencia está dispuesta para actuar conjuntamente con el generador de frecuencia para transmitir-recibir radiación por una zona que presenta una extensión angular que depende de dichas frecuencias generadas, y

en el que dicho receptor está dispuesto para identificar una frecuencia Doppler para dicho conjunto mediante el procesamiento de dichas señales recibidas desde un objetivo para dicho conjunto.

2. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 1, en el que el receptor está dispuesto para procesar señales indicativas de radiación reflejada desde un objetivo para derivar datos de frecuencia a partir de las mismas, comprendiendo dichos datos de frecuencia derivados un tono correspondiente a dicho objetivo.

3. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 2, comprendiendo el receptor unos medios de procesamiento de señal (38) dispuestos para procesar dichos tonos para derivar los datos indicativos de movimiento de dicho objetivo, y para transmitir dichos datos de movimiento derivados a unos medios de visualización, estando ubicados dichos medios de visualización de manera remota respecto a dicho sistema de radar de exploración.

4. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 3, en el que el sistema de radar está dispuesto para comunicarse de manera inalámbrica con dichos medios de visualización.

5. Sistema de radar de exploración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando dispuesto el sistema de radar para actuar conjuntamente con una fuente de alimentación portátil (10).

6. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 5, en el que la fuente de alimentación portátil comprende un paquete de baterías o un panel solar.

7. Sistema de radar de exploración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el generador de frecuencia comprende una primera parte de circuito (210) y una segunda parte de circuito (220),

comprendiendo la primera parte de circuito un oscilador de frecuencia variable (213) dispuesto para emitir señales a una frecuencia de salida dependiendo de las señales de control introducidas en el mismo y unos medios de sintonización dispuestos para generar dichas señales de control basándose en las señales recibidas desde la segunda parte de circuito para su utilización en la modificación del funcionamiento del oscilador de frecuencia variable,

estando dispuesta la segunda parte de circuito para recibir dichas señales de salida y para derivar a partir de las mismas las señales que van a introducirse en dichos medios de sintonización, comprendiendo la segunda parte de circuito un divisor de frecuencia (207) dispuesto para generar señales de una frecuencia dividida, inferior a dicha frecuencia de salida,

en el que la segunda parte de circuito comprende unos medios dispuestos para derivar las señales de frecuencia reducida a partir de dicha señal de salida, siendo dichas señales de frecuencia reducida de una frecuencia que es inferior a dicha frecuencia de salida y superior a dicha frecuencia dividida.

8. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 7, que comprende además un oscilador de frecuencia fija (200), en el que la segunda parte de circuito comprende un componente multiplicador de frecuencia estático (201) dispuesto para derivar las señales de frecuencia aumentada a partir del oscilador de frecuencia fija.

9. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 8, en el que los medios dispuestos para derivar las señales de frecuencia reducida comprenden un componente mezclador (203) dispuesto para recibir las señales emitidas desde el oscilador de frecuencia variable y las señales emitidas desde el componente multiplicador de frecuencia estático para derivar dichas señales de frecuencia reducida.

10. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 8 ó 9, en el que los medios de sintonización comprenden un componente comparador de frecuencia (209), estando dispuesto dicho oscilador de frecuencia fija para emitir señales a la primera parte de circuito a través de un divisor de frecuencia (205) adicional, y estando dispuesto dicho comparador de frecuencia para generar dichas señales de control basándose en señales recibidas desde dicho divisor de frecuencia adicional y dicha frecuencia dividida.

11. Sistema de radar de exploración según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que el generador de frecuencia comprende además:

unos medios de combinación (240) dispuestos para combinar dicha secuencia de patrones de modulación con dichas señales emitidas desde la primera parte de circuito para modular en frecuencia dichas señales emitidas desde la primera parte de circuito.

12. Sistema de radar de exploración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un controlador de radar de exploración de frecuencia (12) para su utilización en el control de la modulación de la señal de onda continua, en el que el controlador de radar está en asociación operativa con el sintetizador digital para modificar una secuencia dada de patrones de modulación dependiendo de la frecuencia portadora de la señal que está modulándose.

13. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 12, en el que el controlador de radar está dispuesto para modificar la duración de los patrones de modulación individuales de la secuencia, modificando así el patrón de modulación.

14. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 12 ó 13, en el que cada patrón de modulación de la secuencia comprende un periodo de rampa (301) y un periodo intermedio, y el controlador de radar está dispuesto para modificar la duración de los periodos intermedios de los patrones de modulación respectivos en la secuencia, modificando así el patrón de modulación.

15. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 14, en el que cada patrón de modulación de la secuencia comprende un periodo de rampa lineal y un periodo de reposo (305), y el controlador de radar está dispuesto para modificar la duración de los periodos de reposo de los patrones de modulación respectivos en la secuencia, modificando así el patrón de modulación.

16. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 14, en el que cada patrón de modulación de la secuencia comprende un periodo de rampa y un periodo de descenso lineales, y el controlador de radar está dispuesto para modificar la duración de los periodos de descenso de los patrones de modulación respectivos en la secuencia, modificando así el patrón de modulación.

17. Sistema de radar de exploración según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en el que cada patrón de modulación de la secuencia comprende un periodo de rampa lineal.

18. Sistema de radar de exploración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un sistema de audio para emitir datos de audio derivados a partir de señales recibidas por el sistema de radar de exploración de frecuencia, comprendiendo el sistema de radar de exploración de frecuencia un procesador de señal dispuesto para derivar datos de tono a partir de dichas señales recibidas, en el que el sistema de audio está dispuesto para reproducir los datos de tono derivados a una tasa constante.

19. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 18 cuando está subordinada a la reivindicación 13, en el que la tasa constante puede seleccionarse dependiendo de dicha duración de patrones de modulación individuales de la secuencia.

20. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 19, en el que cada ciclo de datos de audio comprende los datos derivados a partir de uno o más de dichos patrones de modulación en la secuencia.

21. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 19 ó 20, en el que los datos derivados a partir de un dicho patrón de modulación en la secuencia se reproducen por lo menos una vez en cada ciclo de datos de audio.

22. Sistema de radar de exploración según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, en el que por lo menos algunos datos derivados a partir de un dicho patrón de modulación en la secuencia se reproducen más de una vez en cada ciclo de datos de audio.

23. Sistema de radar de exploración según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22, en el que el sistema de audio está dispuesto para controlar las transiciones entre los ciclos consecutivos de datos de audio.

24. Sistema de radar de exploración según la reivindicación 23, en el que el sistema de audio está dispuesto para aplicar una función de desvanecimiento de audio a los datos de tono reproducidos en los extremos respectivos de un ciclo dado de datos de audio.

25. Sistema de radar de exploración según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 24, en el que la tasa constante se selecciona de manera que resulte superior a una tasa correspondiente a dicha duración de patrones de modulación individuales de la secuencia.

26. Sistema de radar de exploración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha antena de exploración de frecuencia comprende una estructura de antenas que comprende por lo menos dos antenas, y las antenas están dispuestas dentro de la estructura de antenas de manera que la estructura de antenas puede dirigir un haz a un primer ángulo utilizando una de dichas dos antenas agrupadas y dirigir un haz a un segundo ángulo, diferente de dicho primer ángulo, utilizando la otra de dichas dos antenas agrupadas.