專利名稱：用于感測威脅的方法
用于感測威脅的方法 本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨立權(quán)利要求的前序部分所述的方法，其也
是US 5424744的主題。
該方法的獨特之處在于，不需要任何空間指示，可以快速地監(jiān)控 一個可能對于受到潛在威脅的移動目標導(dǎo)致危險的實體進入半球領(lǐng) 空。這是根據(jù)無源雷達原理實現(xiàn)的，其中利用了由可用的導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā) 射機發(fā)出的、在時間上高度恒定的相干信號結(jié)構(gòu)，該信號結(jié)構(gòu)同樣也 已知作為非對地靜止衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)。它們的實際接收信號在不規(guī)則 性方面，尤其是作為與反向散射有關(guān)的二次信號，和預(yù)期的接收信號 進行對比分析，這些不規(guī)則性例如由于有實體飛入到從衛(wèi)星發(fā)射機到 目標接收機的傳輸路徑中而引起。和雷達相似的衛(wèi)星頻率的特征—— 考慮到它們基本上沿直線傳播這個事實及其相關(guān)性所要求的調(diào)制(擴 展頻鐠和噪聲周期)——使得它們適用于監(jiān)控領(lǐng)空，其遵循多重靜止 雷達原理，具有無源的輔助發(fā)射機。在先前的公開內(nèi)容中可以找到細 節(jié)。
由于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)是可用的，這種符合目的的方法可以在世 界范圍內(nèi)使用，而對于發(fā)射機沒有任何投資要求。其無源地工作，因 此其自身不構(gòu)成任何威脅。不過， 一旦第一次感測到可疑的實體后，
為了獲得特別是關(guān)于其速度(基于頻率測量)、范圍(基于傳播時間 測量)和位置(相對于其發(fā)射機當前正被接收的衛(wèi)星的位置)的信息， 其連續(xù)的觀察是十分費時的，這些信息是做出決定并進而對產(chǎn)生威脅 的實體發(fā)起防衛(wèi)反應(yīng)所必需的。這可能大大限制為防御反映所留出的 時間。
針對這些情況，本發(fā)明所基于的技術(shù)問題是顯著改進開頭所述的
方法，已經(jīng)證明，不需要開發(fā)新的技術(shù)或者只需引入已有技術(shù)，這就 是說，使用已經(jīng)可用的技術(shù)手段，利用其做出關(guān)于當前威脅情況的預(yù) 測的能力，以l更改善反應(yīng)時間。
根據(jù)本發(fā)明，這個任務(wù)由在獨立權(quán)利要求中規(guī)定的主要特征來實 現(xiàn)。根據(jù)這些特征，不再進行威脅分析——在任何情況下都不再進行， 其中由當前所確定的不規(guī)則性，相對于分別預(yù)期的接收信號，針對可 能受到潛在威脅的靜止或運動的目標，如在發(fā)電站或甲板上方以相當
低的高度緩慢飛行的運輸機或者在陸上或水上的交通工具護衛(wèi)下；為 此在受到潛在威脅的目標以外的地方使用了大范圍分布的移動工作 的、特別是也可以靜止工作的多個接收站。這些接收站中的每一個將 從各個彼此直接關(guān)聯(lián)的導(dǎo)航衛(wèi)星中的相應(yīng)發(fā)射機接收到的信號或者 由此導(dǎo)出的不規(guī)則性傳送給至少一些其它接收站和/或至少一個分析 中心，以進行比較分析。
這種傳送最好通過互聯(lián)網(wǎng)進行，因為對這種在世界范圍內(nèi)起作用 的系統(tǒng)的訪問實際上可以從能夠靜止或移動工作的接收站的所有位 置毫無問題地進行；并且，由于同樣靜止或移動工作的分析計算機用 于分析在接收端發(fā)生的不規(guī)則性，實際上可以時間同步地直接實現(xiàn)彼 此通信，而沒有任何匹配性要求。
在大量的各個接收站中或者在少量的單獨工作的分析中心中對 所確定的不規(guī)則性進行對比分析。使典型的威脅實體的顯著特征提取 和特定的、如在知識數(shù)據(jù)庫中所維護的反向散射行為及其情況相關(guān) 聯(lián)，并且當前感興趣的實體的運動行為可以由這種比較信息的時間變 化來識別。然后可以根據(jù)這些結(jié)果啟動必要的預(yù)防措施，如電站及其 環(huán)境的緊急關(guān)機和疏散，或者明確保護和防御設(shè)備和/或車輛的躲避行 駛策略。
例如在移動或靜止工作的接收站的情況下，如果當前發(fā)現(xiàn)來自一 個特定發(fā)射機組、特別是衛(wèi)星系統(tǒng)中的特定發(fā)射機的預(yù)期的接收信號 變得衰弱，但是只根據(jù)這種瞬時的不規(guī)則性未必能夠得出關(guān)于存在威 脅的可靠結(jié)論，或者甚至其類型也不能得出。但是，如果一個信號，
即使可能是規(guī)則信號，可以在遠離這個特定發(fā)射機的位置的接收站被 同時收到，則監(jiān)控到的信號衰落很可能不是由于吸收，而是由于在從 發(fā)射機到接收站的無線電鏈路的路徑上的全反射引起的。因此，如果 進行查詢以確定當時對于這個特定的發(fā)射機接收電平顯著增加的接 收位置，這很可能是基于例如來自隱藏結(jié)構(gòu)的反射束的接收，在某種 程度上能夠由此推出相關(guān)實體的結(jié)構(gòu)和/或空間范圍，以發(fā)出警報，或 者在必要時提供及時的防御反應(yīng)，尤其是在由于其它原因出現(xiàn)的不規(guī) 則性也支持這個結(jié)論時這更為重要。
這是因為，由在許多不同位置同時記錄但實際上彼此并不相關(guān)的 完全不同的位置檢測到的不同的當前不規(guī)則性能夠得到的潛在威脅 的圖像越精確，則這樣的決定就越有效。
為了進行分析，尤其有用的是，對在平緩入射時出現(xiàn)的不規(guī)則性 與在陡^肖入射時出現(xiàn)的不規(guī)則性在時間上同步地進行比較。對于后者
而言，北半球符合目的地涉及該結(jié)構(gòu)中的GALILEO發(fā)射機組，因為 其衛(wèi)星系統(tǒng)主要是覆蓋由靠近赤道工作的GPS衛(wèi)星系統(tǒng)留下的間隙。 另一方面，在所述分析中引入GPS衛(wèi)星系統(tǒng)是尤其有利的，因為其 平緩地覆蓋了大的面積，例如覆蓋了北半球。作為補充，還可能涉及 能夠從GLONASS衛(wèi)星系統(tǒng)得到的發(fā)射機，其進一步的升級已經(jīng)被預(yù) 告。
此外，有幫助的是，針對表現(xiàn)出實際潛在威脅的實體，同時獲取 和分析來自盡可能多的空間方面的當前發(fā)生的不規(guī)則性，即在彼此離 開很遠的位置處的不規(guī)則性。為此，在靜止工作的接收站的位置旁進 行整體觀測可能就已經(jīng)足夠了 ，這些接收站的位置散布在地球的不同 地區(qū)的少數(shù)幾個國家，在那里它們可能最初是為了完全不同的目的而 工作的。
由于這種球面的位置分布也允許更為精確地確定當前感興趣的 實體的位置，因此具有比市場上可得到的衛(wèi)星導(dǎo)航接收裝置、尤其是
具有非常窄的束定向天線的裝置更好的天線結(jié)構(gòu)的接收站可以用空 間坐標或者至少是空間扇區(qū)精確地指示感興趣的、可能存在威脅的實
體。應(yīng)當為此設(shè)計至少一種這樣的裝置，以獲得關(guān)于危險實體的結(jié)構(gòu) 和運動學的進一步信息，如飛向受到威脅的目標的導(dǎo)彈，至少暫時作 為有源雷達來工作。這種雷達站應(yīng)當位于遠離受到潛在威脅的目標及 其近處的周邊區(qū)域的位置，使得暫時的雷達工作(此時不具有避免自 我暴露的安全性)不會對在那時可能受到威脅的目標造成任何危險。
其自身不通過比較不規(guī)則性及其時間變化進行狀況分析而是僅 僅通告接收情況的接收站可以以特別低的成本工作，即在實踐中使用 市場上可得到的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機的配置，其具有用于簡單的全方位特 性的天線裝置。此時，當在或多或少未經(jīng)處理地被發(fā)送到分析中心的 接收信號中發(fā)現(xiàn)了關(guān)于來自所接收的發(fā)射機的當前的預(yù)期接收信號 的不規(guī)則性時，這些接收站有目的地作為喚醒傳感器來工作。此外， 如果需要的話，為了進行威脅分析，可以啟動或考慮采用其它接收站 基于接收信號做更深入的觀察。
如果所述接收站中的至少一些利用彼此不同的天線結(jié)構(gòu)工作，由 近乎相同的情況下也可能獲得不一致的不規(guī)則性以用于特征分析。這 樣能夠進一步提高威脅分析的說服力，因為可以根據(jù)設(shè)備的接收特征 對所獲取的各種影響進行不同的加權(quán)。
要被分析的不規(guī)則性最好至少根據(jù)受到相關(guān)實體直接影響的接 收信號的傳播時間、幅值、多普勒偏移和偏振偏移，借助于單靜態(tài)和 多靜態(tài)分析來獲得，即相對于當前正在被接收的衛(wèi)星發(fā)射機已知的并 被存儲或者在需要時在本地合成產(chǎn)生的發(fā)送信號。根據(jù)本發(fā)明的附加
改進，在雷達技術(shù)中已被證明的成像方法，如基于ISAR原理(反向 合成的孔隙雷達)，也可以在中心用于更高等級的分析，以實現(xiàn)其從 各個信息項的總體盡可能快地收斂的威脅分析。
在這種非常大范圍的領(lǐng)空監(jiān)控中，還必須獲取由定期航班的飛行 對衛(wèi)星信號接收的影響，即來自不構(gòu)成威脅的實體的影響。為了識別 由此產(chǎn)生的假警報，并對其盡可能地抑制，在近處的周邊區(qū)域內(nèi)對在 其中操作的商用飛機形式的實體的航行軌跡進行領(lǐng)空觀察和分析是 符合目的的，所述近處的周邊區(qū)域例如覆蓋受到潛在威脅的目標周圍 幾百里。由于相應(yīng)的雷達設(shè)備一般不能用于這些目標，為此，符合目
的的是提出了被稱為虛擬雷達成像的方法，其例如借助于UHF接收 和解碼其應(yīng)答器信號，跟蹤商用飛機的運動。借助簡單的UHF接收
機和相應(yīng)的、同樣在市場上可得到的軟件，使得能夠用這種方式獲得 特別是關(guān)于身份、飛行編碼、飛行路線、位置、飛行高度和運動速度 的信息，因此可以分別進行方位角顯示和海拔顯示。作為補充，為了 指示特定的商業(yè)飛機或證實特定的商業(yè)飛機，其并不是對要保護的目 標產(chǎn)生威脅的實體，還可以使用在互聯(lián)網(wǎng)上傳播的用于民用航空的飛 行數(shù)據(jù)。
在下面對本發(fā)明的一個優(yōu)選的示例性實施例的詳細說明中，以及 在其它權(quán)利要求中給出了根據(jù)本發(fā)明的解決方案的改進和替代方案， 還有關(guān)于它們的優(yōu)點。在功能簡化的圖示中
圖l表示少量幾個分析中心在全世界分布的例子； 圖2用方塊圖的形式表示這類分析中心的設(shè)備；以及 圖3用方塊圖的形式表示跨地域工作和分布的大量接收站與分 析中心的共同作用。
一種由相對較少的分析中心11組成的實際上世界范圍的網(wǎng)絡(luò)具 有例如

圖1所示的分布位置，所述分布位置在阿拉斯加、北美的西海 岸和東海岸、墨西哥、火地島、格陵蘭、芬蘭北部、俄羅斯、意大利 南部、埃及、南非、印度、日本以及澳大利亞北部。圖2所示的分析 中心11配備有分析計算機12,用于分析從多個同時獲取信號的導(dǎo)航 衛(wèi)星14 (圖3)得到的實際接收信號13，這些導(dǎo)航衛(wèi)星的發(fā)射信號是 已知的，并可用于和受到干擾的接收信號13進行比較。分析中心ll 通過互聯(lián)網(wǎng)15彼此聯(lián)網(wǎng)，以便相互交換典型的威脅情況16。這些威 脅情況16是由包含在接收信號13中的干擾得出的，并且是由存在潛 在威脅的實體17引起的，所述實體尤其可能是在與受到潛在威脅的 目標18發(fā)生碰撞的路線上的飛行物。
接收信號13從接收站19經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或經(jīng)由無線電鏈路被傳遞到 分析中心ll，并盡可能被傳遞到多個并行的分析中心，這些接收站隨 機地分布在地球的多個區(qū)域上，任意地連續(xù)工作或離散地工作，以靜 態(tài)方式工作或者在飛機、陸地交通工具和海運船舶上移動地工作。分 析中心11還可以配備有衛(wèi)星接收機20，而目標18(尤其是飛機、陸 地交通工具或海運船舶) 一般沒有這種接收機。它們優(yōu)選地通過互聯(lián) 網(wǎng)或者例如通過直接的無線電鏈路把它們的當前接收信號13傳遞到 可訪問的至少最近的分析中心11，并且優(yōu)選地并行傳遞到多個分析中 心11。
本身并非用于其它任務(wù)而是專用于現(xiàn)有警報系統(tǒng)的接收站19，符 合目的地配備有預(yù)處理裝置，其不是僅僅把當前的接收信號13傳遞 到分析中心ll，而是考慮到所關(guān)注的危險，為了加速感興趣的危險分 析而傳遞經(jīng)過預(yù)處理的接收信號13，。這種專用的接收站19，最好還配 備有不同的天線，以便獲取在受到干擾的衛(wèi)星接收信號13中的不同 特征，并能夠?qū)ζ溥M行分析，以用于威脅分析。由圖3可以看到，這 些比單純的衛(wèi)星接收器20配備更為復(fù)雜的接收站19，也彼此進行通 信，特別是也通過互聯(lián)網(wǎng)進行通信，以便更有效地進行預(yù)處理，以便 證實它們的分析。
通過基于在商用飛機中的應(yīng)答器的路線跟蹤的識別裝置21，可 以得到感興趣的實體17的粗略分類，并且在必要時可以向該實體17 和/或目標18發(fā)出碰撞路線警告。
如果在無源的(因此具有防止自我暴露的安全性)威脅分析的期 間，實體17的身份或其運動軌跡仍然不確定，或者如果能夠從接收 信號13, 13，提取足夠的指示以預(yù)先確定實際上對于目標18的威脅， 則在某些情況下作為補充的有源雷達監(jiān)控也是值得推薦的。為此，分 析中心11委托至少一個雷達設(shè)備22。該雷達設(shè)備遠離目標18以避免 危險，并且不處于實體17的運動軌跡上，從而盡可能不危及自身。
通過使用導(dǎo)航衛(wèi)星14內(nèi)的發(fā)射機，遵循無源雷達原理以防止自 我暴露的威脅分析方法的效果得到大大改善，而不必顯著增加^L術(shù)復(fù)
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雜性。根據(jù)本發(fā)明，在大范圍內(nèi)分布式工作并具有簡單的導(dǎo)航衛(wèi)星接
收機20的接收站19最好配備有不同的天線特性，例如作為喚醒傳感 器工作，將其接收信號13傳輸?shù)街辽僖粋€分析中心11,與預(yù)期的接 收信號進行比較，從而對當前的不規(guī)則性進行分析，其中還以其它方 式和當前所確定的不規(guī)則性進行比較。根據(jù)所得到的結(jié)果，在任何情
況下都可用的、并且以靜止或移動方式工作的雷達設(shè)備22可以通過 它們的高質(zhì)量的天線設(shè)備、基于空間定向來使用，以便更精確地預(yù)測 由所述實體的反向散射行為引起的不規(guī)則性，從而預(yù)測落下的實體 17，如飛行器或?qū)?，以及由此對于可能的目標區(qū)域和/或位于該區(qū)域 內(nèi)的移動或靜止的受到威脅的目標18可能造成的威脅，并且從而能 夠做出當前所需的保護或防御措施的決定。
附圖標記列表 11分析中心(具有12) 12分析計算機(在11內(nèi)) 13接收信號(來自14) 14導(dǎo)航衛(wèi)星(傳遞13) 15互聯(lián)網(wǎng)
16威脅場景(由13得出，來自11)
17潛在的威脅實體(在與18發(fā)生碰撞的路線上，對13造成干
擾)
18受到潛在威脅的目標 19接收站(具有20) 20接收機(用于接收13 ) 21識別裝置 22雷達i殳備
權(quán)利要求
1. 一種用于通過分析相對于預(yù)期的接收信號的不規(guī)則性來感測經(jīng)過從導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射機到范圍廣泛地彼此間隔的接收站的無線電鏈路的實體對于目標的潛在威脅的方法，其中所述接收站與至少一個分析中心進行通信，以實現(xiàn)實際上時間同步的比較分析。
2. 如前面權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，由接收站收到的信 號被直接地或者針對在其中所確定的不規(guī)則性與在不同的衛(wèi)星發(fā)射 機組情況下出現(xiàn)的不規(guī)則性進行比較。
3. 如前面權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在具有不同天 線特性的接收站的情況下出現(xiàn)的不規(guī)則性被相互比較。
4. 如前面權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，對不規(guī)則性的 了解與來自有源雷達定向天線的信息比較，所述天線在受到威脅的目 標之外的位置對準存在潛在威脅的實體。
5. 如前面權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，來自北半球上 方的高軌道的衛(wèi)星(尤其是GALILEO衛(wèi)星)的接收信號中的不規(guī)則 性與來自該處的平緩軌道的衛(wèi)星(尤其是NAVSTARGPS衛(wèi)星)的接 收信號中的不規(guī)則性進行比較。
6. 如前面權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，使用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)從 接收站的傳輸。
7. 如前面權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，根據(jù)傳播時間、 幅值、多普勒偏移和極化偏移，單靜態(tài)和多靜態(tài)地對接收信號的不規(guī) 則性進行分析。
8. 如前面權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，對于受到干擾 的接收信號應(yīng)用成像方法，例如基于ISAR原理。
9. 如前面權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，借助于對其應(yīng) 答器信號的路徑跟蹤對相關(guān)的實體進行分類。
10. 如前面權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，從遠離受到進行相關(guān)實體的輔助雷達監(jiān)控，
全文摘要
本方法顯著提高了基于無源雷達原理，使用導(dǎo)航衛(wèi)星(14)內(nèi)的發(fā)射機進行威脅分析的方法的防止自我暴露的效果，而無需增加的技術(shù)復(fù)雜性。其中采用了在大范圍內(nèi)分布和工作的簡單的導(dǎo)航衛(wèi)星接收站(19)，所述接收站作為喚醒傳感器工作，把其接收信號(13)傳輸?shù)街辽僖粋€分析中心(11)，在其中進行和以其它方式發(fā)現(xiàn)的當前不規(guī)則性進行比較，以便分析任何當前發(fā)生的不規(guī)則性，并與預(yù)期的接收信號進行對比。根據(jù)所得結(jié)果，可以使用任何情況下都可用的靜止或移動地工作的雷達設(shè)備(22)，利用它們的基于空間的高質(zhì)量的天線設(shè)備，以便獲得關(guān)于在一個可能的目標區(qū)域內(nèi)值得關(guān)注的實體(17)和可能來自該實體的對于一個移動或靜止的受到威脅的目標(18)的威脅的更切確的細節(jié)，從而能夠做出當前所需的保護或防御措施的決定。
文檔編號G01S13/00GK101379411SQ200780004354
公開日2009年3月4日 申請日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月2日
發(fā)明者R·韋斯特法爾 申請人:迪爾基金兩合公司