本發(fā)明涉及一種雷達(dá)天線系統(tǒng)，尤指一種可切換操作于比幅單脈沖模式與比相單脈沖模式的雷達(dá)天線系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

雷達(dá)(Radar，Radio Detection and Ranging)已廣泛使用于軍事設(shè)備及地形探測中，亦普遍被用來檢測物體的位置。雷達(dá)的原理在于將電磁能量發(fā)射至空間之中，藉由接收空間內(nèi)存在物體所反射的電波，可以計(jì)算出該物體的方向，距離及速度，并且可以探測物體的形狀。隨著雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，而單脈沖(Mono-Pulse)技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用在雷達(dá)相關(guān)領(lǐng)域。相比傳統(tǒng)雷達(dá)，單脈沖雷達(dá)僅需要一個脈沖信號，就可獲得目標(biāo)物的方向、距離等信息，單脈沖雷達(dá)已成為現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)的主流之一。

詳細(xì)來說，單脈沖雷達(dá)是通過分析天線接收到的回波信號來檢測出目標(biāo)物位置的信息，單脈沖雷達(dá)操作于一比幅單脈沖模式(Amplitude-Comparison Mono-Pulse)以及一比相單脈沖模式(Phase-Comparison Mono-Pulse)，據(jù)此單脈沖雷達(dá)可將接收到的回波信號進(jìn)行振幅比較或相位比較，以檢測目標(biāo)物的位置信息。然而，比幅單脈沖模式具有較佳的角度分辨率，而其掃描角度范圍較窄；相反地，比相單脈沖模式具有較寬的掃描角度范圍，而其角度分辨率較差。因此，公知技術(shù)實(shí)有改善的必要。

因此，需要提供一種雷達(dá)天線系統(tǒng)來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的主要目的即在于提供一種雷達(dá)天線系統(tǒng)，其可切換操作于比幅單脈沖模式與比相單脈沖模式，以改善公知技術(shù)的缺點(diǎn)。

本發(fā)明公開一種雷達(dá)天線系統(tǒng)，該雷達(dá)天線系統(tǒng)包括：多個傳送子陣列；多個接收子陣列；以及一收發(fā)控制單元，該收發(fā)控制單元耦接于該多個傳送子陣列與該多個接收子陣列，用來控制該多個傳送子陣列與該多個接收子陣列，使得該雷達(dá)天線系統(tǒng)切換操作于一比幅單脈沖模式以及一比相單脈沖模式。

本發(fā)明的雷達(dá)天線系統(tǒng)可根據(jù)目標(biāo)物的角度，切換操作于比幅單脈沖模式與比相單脈沖模式，以達(dá)到寬廣掃描角度范圍以及精準(zhǔn)角度分辨率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一雷達(dá)天線系統(tǒng)的示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一雷達(dá)天線系統(tǒng)的示意圖。

圖3為圖2的雷達(dá)天線系統(tǒng)的天線場型圖的示意圖。

圖4為圖2的雷達(dá)天線系統(tǒng)操作于比幅單脈沖模式的差和比示意圖。

圖5為圖2的雷達(dá)天線系統(tǒng)操作于比幅單脈沖模式的信噪比場型示意圖。

圖6為圖2的雷達(dá)天線系統(tǒng)操作于比相單脈沖模式的信噪比場型示意圖。

圖7為圖2的雷達(dá)天線系統(tǒng)操作于比相單脈沖模式的相位差與角度變化關(guān)系示意圖。

主要組件符號說明：

10、20 雷達(dá)天線系統(tǒng)

100 收發(fā)控制單元

Tx_1～Tx_N 傳送子陣列

Rx_1～Rx_M 接收子陣列

S1 第一側(cè)

S2 第二側(cè)

D_T、D_R 間距

PCT_1～PCT_N、PCR_1～PCR_M 子陣列中心

PCLT、PCLR 相位中線

PAT₁～PAT_K、PAR₁～PAR_L 輻射體

CLT_1～CLT_N、CLR_1～CLR_M 子陣列中線

X、Y、X₁、Y₁ 坐標(biāo)軸

BM₁～BM₁₂ 波束

具體實(shí)施方式

請參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例一雷達(dá)天線系統(tǒng)10的示意圖，為了方便說明，圖1標(biāo)示有X、Y軸的坐標(biāo)系統(tǒng)。雷達(dá)天線系統(tǒng)10可操作于77GHz，也可以操作于一頻段中，例如：76GHz～78GHz。雷達(dá)天線系統(tǒng)10為一N發(fā)M收的天線系統(tǒng)，雷達(dá)天線系統(tǒng)10包含有一收發(fā)控制單元100、傳送子陣列Tx_1～Tx_N以及接收子陣列Rx_1～Rx_M。傳送子陣列Tx_1～Tx_N耦接于收發(fā)控制單元100并設(shè)置于收發(fā)控制單元100的一第一側(cè)S1，接收子陣列Rx_1～Rx_M耦接于收發(fā)控制單元100并設(shè)置于收發(fā)控制單元100的一第二側(cè)S2，第一側(cè)S1相對于第二側(cè)S2。接收子陣列Rx_1～Rx_M中任一接收子陣列Rx_r與其相鄰的接收子陣列Rx_r+1(或接收子陣列Rx_r－1)之間相隔一接收間距D_R，接收間距D_R大致為雷達(dá)天線系統(tǒng)10所傳輸?shù)臒o線信號波長的二分之一。同樣地，傳送子陣列Tx_1～Tx_N中任一傳送子陣列Tx_t與其相鄰的傳送子陣列Tx_t+1(或傳送子陣列Tx_t－1)之間相隔一傳送間距D_T，傳送間距D_T為接收間距D_R的M倍，其中整數(shù)M為接收子陣列Rx_1～Rx_M的一個數(shù)。收發(fā)控制單元100控制傳送子陣列Tx_1～Tx_N及接收子陣列Rx_1～Rx_M，使得雷達(dá)天線系統(tǒng)10切換操作于一比幅單脈沖模式(Amplitude-Comparison Mono-Pulse)與一比相單脈沖模式(Phase-Comparison Mono-Pulse)。當(dāng)雷達(dá)天線系統(tǒng)10操作于比幅單脈沖模式時，雷達(dá)天線系統(tǒng)10可形成一虛擬陣列天線(Virtual Array Antenna)，并形成N*M個不同角度的波束，以進(jìn)行不同方向的角度辨識，而當(dāng)目標(biāo)物相對于雷達(dá)天線系統(tǒng)10的角度大于一特定值時，雷達(dá)天線系統(tǒng)10可自比幅單脈沖模式切換操作于比相單脈沖模式。換句話說，雷達(dá)天線系統(tǒng)10可視情況操作于比幅單脈沖模式或是比相單脈沖模式，其可同時達(dá)到寬廣掃描角度范圍以及精準(zhǔn)角度分辨率。

另外，接收間距D_R相關(guān)于雷達(dá)天線系統(tǒng)10的一掃描角度范圍，詳細(xì)來說，掃描角度范圍隨接收間距D_R遞減而遞增，即當(dāng)接收間距D_R愈大，掃描角度愈??；當(dāng)接收間距D_R愈小，掃描角度愈大。具體來說，請參考圖7，圖7為雷達(dá)天線系統(tǒng)10操作于比相單脈沖模式的相位差與角度變化關(guān)系示意圖，實(shí)線代表當(dāng)接收間距D_R為一間距d₁時的相位差與角度變化關(guān)系，虛線代表當(dāng)接收間距D_R為一間距d₂時的相位差與角度變化關(guān)系，其中，間距d₁小于間距d₂。由圖7可知，當(dāng)接收間距D_R為較小的間距d₁時，掃描角度范圍可達(dá)正負(fù)80度，當(dāng)接收間距D_R為較大的間距d₂時，掃描角度范圍小于正負(fù)60度，即雷達(dá)天線系統(tǒng)10的掃描角度范圍隨接收間距D_R遞減而遞增。

當(dāng)雷達(dá)天線系統(tǒng)10操作于比幅單脈沖模式時，收發(fā)控制單元100利用傳送子陣列Tx_1～Tx_N中至少二傳送子陣列進(jìn)行無線單脈沖信號的傳送，并利用接收子陣列Rx_1～Rx_M中至少二接收子陣列進(jìn)行無線信號的接收。較佳地，當(dāng)雷達(dá)天線系統(tǒng)10操作于比幅單脈沖模式時，雷達(dá)天線系統(tǒng)10可形成虛擬陣列天線，收發(fā)控制單元100利用全部的傳送子陣列Tx_1～Tx_N進(jìn)行無線單脈沖信號的傳送，并利用全部的接收子陣列Rx_1～Rx_M進(jìn)行無線信號的接收，以達(dá)到精準(zhǔn)的角度分辨率。而當(dāng)雷達(dá)天線系統(tǒng)10操作于比相單脈沖模式時，收發(fā)控制單元100利用傳送子陣列Tx_1～Tx_N中至少一傳送子陣列進(jìn)行無線單脈沖信號的傳送，并利用接收子陣列Rx_1～Rx_M中至少二接收子陣列進(jìn)行無線信號的接收。較佳地，當(dāng)雷達(dá)天線系統(tǒng)10操作于比相單脈沖模式時，收發(fā)控制單元100利用相鄰的接收子陣列Rx_r與其相鄰的接收子陣列Rx_r+1(或接收子陣列Rx_r－1)進(jìn)行無線信號的接收，以增加掃描角度范圍。

另一方面，傳送子陣列Tx_1～Tx_N分別具有傳送子陣列中心PCT_1～PCT_N，傳送子陣列中心PCT_1～PCT_N相互對齊，在一實(shí)施例中，傳送子陣列中心PCT_1～PCT_N相互對齊于一傳送相位中線PCLT。同樣地，接收子陣列Rx_1～Rx_M分別具有接收子陣列中心PCR_1～PCR_M，接收子陣列Rx_1～Rx_M相互對齊，在一實(shí)施例中，接收子陣列中心PCR_1～PCR_M相互對齊于一接收相位中線PCLR。

詳細(xì)來說，傳送子陣列Tx_1～Tx_N中每一傳送子陣列Tx_t皆包含有傳送輻射體PAT₁～PAT_K，傳送子陣列Tx_t通過平行于X軸的一傳送子陣列中線CLT_t將傳送輻射體PAT₁～PAT_K串接成一序列，傳送間距D_T即為傳送子陣列Tx_t的傳送子陣列中線CLT_t與相鄰的傳送子陣列Tx_t+1的一傳送子陣列中線CLT_t+1(或傳送子陣列Tx_t－1的一傳送子陣列中線CLT_t－1)之間的間距。同樣地，接收子陣列Rx_1～Rx_M中每一接收子陣列Rx_r皆包含有接收輻射體PAR₁～PAR_L，接收子陣列Rx_r通過平行于X軸的一接收子陣列中線CLR_r將接收輻射體PAR₁～PAR_L串接成一序列。接收間距D_R即為接收子陣列Rx_r的接收子陣列中線CLR_r與相鄰的接收子陣列Rx_r+1的一接收子陣列中線CLR_r+1(或接收子陣列Rx_r－1的一接收子陣列中線CLR_r－1)之間的間距。

更進(jìn)一步地，為了抑制旁波瓣(Sidelobe)的影響，傳送輻射體PAT₁～PAT_K與接收輻射體PAR₁～PAR_L在平行于Y軸方向上可具有不完全相同的長度。在一實(shí)施例中，傳送輻射體PAT₁～PAT_K在平行于Y軸方向的長度分別隨傳送輻射體PAT₁～PAT_K與其所在的傳送子陣列的傳送子陣列中心的距離遞增而遞減，以傳送子陣列Tx_1為例，傳送輻射體PAT₁與傳送子陣列中心PCT_1之間的距離最短，傳送輻射體PAT₁在平行于Y軸方向的長度最長，而傳送輻射體PAT_K與傳送子陣列中心PCT_1之間的距離最長，傳送輻射體PAT_K在平行于Y軸方向的長度最短；同樣地，接收輻射體PAR₁～PAR_L在平行于Y軸方向的長度分別隨接收輻射體PAR₁～PAR_L與其所在的接收子陣列的接收子陣列中心的距離遞增而遞減，以接收子陣列Rx_1為例，接收輻射體PAR₁與接收子陣列中心PCR_1之間的距離最短，傳送輻射體PAT₁在平行于Y軸方向的長度最長，而接收輻射體PAR_L與接收子陣列中心PCR_1之間的距離最長，傳送輻射體PAT_K在平行于Y軸方向的長度最短。

另一方面，收發(fā)控制單元100可根據(jù)一目標(biāo)物TG相對于雷達(dá)天線系統(tǒng)10的一角度AG，來決定雷達(dá)天線系統(tǒng)10操作于比幅單脈沖模式或比相單脈沖模式。例如，當(dāng)角度AG大于一特定值TH時，收發(fā)控制單元100控制傳送子陣列Tx_1～Tx_N及接收子陣列Rx_1～Rx_M，使得雷達(dá)天線系統(tǒng)10操作于具有寬廣掃描角度范圍的比相單脈沖模式；相反地，當(dāng)角度AG小于特定值TH時，收發(fā)控制單元100控制傳送子陣列Tx_1～Tx_N及接收子陣列Rx_1～Rx_M，使得雷達(dá)天線系統(tǒng)10操作于具有精準(zhǔn)角度分辨率的比幅單脈沖模式。其中，雷達(dá)天線系統(tǒng)10不限于利用特定方式來取得角度AG，在一實(shí)施例中，當(dāng)雷達(dá)天線系統(tǒng)10操作于比幅單脈沖模式時，雷達(dá)天線系統(tǒng)10可通過推遲發(fā)送時間(Time Division)的方式，將N發(fā)M收的天線系統(tǒng)形成為一發(fā)N*M收的虛擬陣列天線(Virtual Array Antenna)，而形成具有不同指向方向的波束(Beam)BM₁～BM_N*M，其中，波束BM₁、BM_N*M為角度偏移最大的波束。當(dāng)對應(yīng)于目標(biāo)物TG的回波信號在波束BM₁或波束BM_N*M中具有最大能量時，代表目標(biāo)物TG的角度AG可能已超過比幅單脈沖模式所能提供的掃描角度范圍，即角度AG大于特定值TH，此時雷達(dá)天線系統(tǒng)10應(yīng)操作于比相單脈沖模式。相反地，當(dāng)對應(yīng)于目標(biāo)物TG的回波信號在波束BM₂～BM_N*M－1其中的一波束中具有最大能量時，代表目標(biāo)物TG的角度AG仍位于比幅單脈沖模式所能提供的掃描角度范圍內(nèi)，即角度AG小于特定值TH，此時雷達(dá)天線系統(tǒng)10應(yīng)操作于比幅單脈沖模式。

具體來說，請參考圖2至圖6，圖2為本發(fā)明實(shí)施例一雷達(dá)天線系統(tǒng)20的示意圖，圖3為雷達(dá)天線系統(tǒng)20所形成的天線場型圖的示意圖，圖4為雷達(dá)天線系統(tǒng)20操作于比幅單脈沖模式的一差和比(Delta-Sum Ratio，Δ/Σ)的示意圖，圖5為當(dāng)雷達(dá)天線系統(tǒng)20操作于比幅單脈沖模式且信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)為20dB的天線場型示意圖，圖6為當(dāng)雷達(dá)天線系統(tǒng)20操作于比相單脈沖模式且信噪比為20dB的天線場型示意圖，其中，圖5及圖6的天線場型繪示于由坐標(biāo)軸X₁、Y₁所構(gòu)成的一平面。雷達(dá)天線系統(tǒng)20與雷達(dá)天線系統(tǒng)10結(jié)構(gòu)類似，故相同組件沿用相同符號，與雷達(dá)天線系統(tǒng)10不同之處在于，雷達(dá)天線系統(tǒng)20為一三發(fā)四收的天線系統(tǒng)，故雷達(dá)天線系統(tǒng)20可等效成為一發(fā)十二收的虛擬陣列，也就是說，雷達(dá)天線系統(tǒng)20可在不同指向方向上形成波束BM₁～BM₁₂，如圖3所示，其中，波束BM₁、BM₁₂為角度偏移最大的波束，波束BM₁、BM₁₂因受到旁波瓣與光柵波瓣(Grating Lobe)的因素而無法準(zhǔn)確計(jì)算出目標(biāo)物TG的角度AG，使得雷達(dá)天線系統(tǒng)20操作于比幅單脈沖模式時的掃描角度范圍僅在正負(fù)55度之內(nèi)，而雷達(dá)天線系統(tǒng)20操作于比相單脈沖模式時的掃描角度范圍可達(dá)到正負(fù)80度。當(dāng)雷達(dá)天線系統(tǒng)20檢測對應(yīng)于目標(biāo)物TG的回波信號在波束BM₁或波束BM₁₂中具有最大能量時，此時收發(fā)控制單元100控制雷達(dá)天線系統(tǒng)20操作于比相單脈沖模式；而當(dāng)雷達(dá)天線系統(tǒng)20檢測對應(yīng)于目標(biāo)物TG的回波信號在波束BM₂～BM₁₁其中的一波束中具有最大能量時，此時收發(fā)控制單元100控制雷達(dá)天線系統(tǒng)20操作于比幅單脈沖模式。如此一來，雷達(dá)天線系統(tǒng)20可同時達(dá)到寬廣掃描角度范圍以及精準(zhǔn)角度分辨率。

由上述可知，本發(fā)明的雷達(dá)天線系統(tǒng)可根據(jù)目標(biāo)物TG的角度AG，切換操作于比幅單脈沖模式與比相單脈沖模式，以達(dá)到寬廣掃描角度范圍以及精準(zhǔn)角度分辨率。需注意的是，前述實(shí)施例用以說明本發(fā)明的概念，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可據(jù)以做不同的修飾，而不限于此。舉例來說，雷達(dá)天線系統(tǒng)傳送子陣列的個數(shù)與接收子陣列的個數(shù)并未有所限，只要傳送子陣列的個數(shù)與接收子陣列的個數(shù)皆大于一，即滿足本發(fā)明的需求。另外，傳送子陣列及接收子陣列所串接的傳送輻射體及接收輻射體的個數(shù)并未有所限，可視系統(tǒng)需求調(diào)整輻射體的個數(shù)，只要傳送子陣列中心之間相互對齊且接收子陣列中心之間相互對齊，即滿足本發(fā)明的需求。

綜上所述，本發(fā)明的雷達(dá)天線系統(tǒng)可切換操作于比幅單脈沖模式與比相單脈沖模式，相比公知技術(shù)，本發(fā)明的雷達(dá)天線系統(tǒng)可同時達(dá)到寬廣掃描角度范圍以及精準(zhǔn)角度分辨率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡是根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求書所做的等同變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。