JPH0736084U

JPH0736084U - レーダ装置

Info

Publication number: JPH0736084U
Application number: JP6169492U
Authority: JP
Inventors: マーリン・デイ・ビヨルク
Original assignee: ハネウエル・インコーポレーテッド
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1995-07-04
Anticipated expiration: 2000-03-29
Also published as: EP0156375A2; CA1260557A; DE3578225D1; JPS60225082A; JP2535816Y2; EP0156375A3; EP0156375B1

Abstract

(57)【要約】【目的】符号化した語を、広範囲の可変の遅延時間
だけ遅延させられる、簡単な手法を得る。【構成】指令信号に応じてパルス列に可変の遅延を
与える遅延手段（２４）には、（ｉ）２進符号化をされ
た信号（２５の出力）が例えば「高」状態のときにはビ
デオ信号に対して極性反転の操作を行わず、（ｉｉ）２
進符号化をされた信号（２５の出力）が例えば「低」状
態のときにはビデオ信号に対して極性反転の操作を行う
（２６ａ，６２）、ことによって処理した、ビデオ信号
の積分の関数としての指令信号を与える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は距離測定に適するレーダ装置に関する。特に、単一のクロックに同期した２つのパルス列を同期させる装置に特徴を有するレーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

パルスレーダ装置は、従来、目標までの最大距離によって決定される比較的低いデューテイサイクルで作動させられて来た。その結果、充分なＳ／Ｎ比を得るためには、高い送信機尖頭出力が必要であった。

【０００３】デューテイサイクルは、パルス繰返し周波数を高くすることにより高めることができる。しかし、そうすると、ほぼ同時に数個のパルスが飛ばされることになる。このために、距離測定が不明確になるという問題の解消手段が必要となる。非コヒーレント（ｎｏｎ−ｃｏｈｅｒｅｎｔ）レーダの場合には、通常ランダムパスル位置周波数ジッタ（ｊｉｔｔｅｒ）の方式が採用される。この方式は、比較的低いデューテイサイクルにおける改善には効果的であるが、デューテイサイクルが高くなると、改善度は急速に劣化する。

【０００４】パルス繰返し周波数を高め、しかも不明確さを解消することは、ＲＦパルス列を符号化することにより達成される。符号化により、高度計パルス繰返し周波数を少なくとも、１０倍高くすることが可能である。その結果、システムループ感度を対応するだけ高めることができる。

【０００５】従来のパルス高度計においては、任意の送信パルスが地上で反射されて、受信機で受信されるまで、次のパルスの送信を待たねばならなかった。そうすることにより、虚偽の“ロック・オン（ｌｏｃｋｏｎ）”の可能性が回避された。

【０００６】送信パルスシーケンスの適切な符号化と、受信機における符号シーケンスの相関とにより、同時に複数のパルスが地上に向けられ、地上から戻る状況での距離測定が可能となる。こうして、目標に対する潜在的全平均ＲＦエネルギーを増し、特に、従来待時間が比較的長かった高高度での感度の改善ができる。この場合、送信パルスの間隔は、アンテナのビーム幅内での地上における“パルス拡がり ”および符号暖昧距離除去能力によってのみ制約される。

【０００７】現在未解決の問題は、符号化した語の発生に関するものではなく、（単一のパルスではなく）符号化した語の全体について、その元来の符号化語に対して、無限に近い分解能で、かつ、広範囲な遅延時間にわたっての可変の遅延を得るための簡単な手法を確立することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

パルス同期化装置には、高周波クロックからパルス列を導出するのに、プログラマブル遅延手段を利用する。このプログラマブル遅延手段は、指令信号に応答してパルス列を、高周波クロックに対して、一様に進ませあるいは遅らせる。

【０００９】レーダ高度計に採用される場合、しばしば、ビデオ信号と呼ばれる受信パルス列は、同じ符号化特性をもつ他のパルス列と比較される。その他のパルス列は、ビデオ信号に同期するように、強制的に遅延させられる。比較結果が積分され、プログラマブル遅延線を制御して、その他のパルス列を適切に進ませたり、遅らせたりする。同期がとれると、“ストップ”パルスがタイマーに与えられ、タイマー出力が、レーダから目標までの時間を示す。

【００１０】

【実施例】

この考案をレーダ高度計に応用した例について記述する。図１において、クロック１０は、固定繰返し周波数の等間隔パルス列である第１のクロック信号Ｃ１を発生する。除算器（分周器）１１は、この第１のクロック信号Ｃ１を受けて、整数Ｎで除算（分周）し、第１のパルス列を出力する。

【００１１】符号発生器１２は、第１のパルス列を受けて、繰返しパルス符号をもつ第２のパルス列を出力する。この第２のパルス列はパルス発生器１３をトリガする。パルス発生器１３の出力は、第２のパルス列のパルス符号によって定まる鋭いパルス列であり、送信機１５へ入力され、アンテナ１７から送信される。パルス符号の各繰返し語はよく知られた方法で決定される。

【０００２】図１に示すレーダ高度計の送信アンテナの出力は、コヒーレントまたは非コヒーレントレーダパルスなどの繰返しレーダパルス符号である。繰返しパルス符号が、送信アンテナ１７から放射され、地上あるいは他の目標で反射され、受信アンテナ２０および受信機２１へ戻される。受信機２１はビデオ増幅器２２を付勢し、ビデオ増幅器２２から、パルス発生機１３の出力に対して、反射目標までの距離を表す時間だけの遅れをもった反射パルス列を得る。送信アンテナ１７および受信アンテナ２０は、送信切換器から給電される単一のアンテナでもよい。

【００１３】ビデオ増幅器２２からの出力パルスは、ゲート回路２７および加算器２９を通って積分器３０により積分される。積分器３０の出力は比較器３１へ加えられる。比較器３１の出力は指令信号５０として、アップダウンホールドカウンタ（ｕｐ−ｄｏｗｎ−ｈｏｌｄｃｏｕｎｔｅｒ）３４に加えられる。また、比較器３１の出力は、検索／追跡ロジック（ｓｅａｒｃｈ−ａｎｄ−ｔｒａｃｋｌｏｇｉｃ）３３に入力され、その出力は、追跡／非追跡指示器（ｔｒａｃｋ／ｎｏｎ −ｔｒａｃｋｉｎｄｉｃａｔｏｒ）３５に加えられる。

【００１４】図１に示されるごとく、第１のクロック信号Ｃ１はプログラマブル遅延線２４を通って第２の除算器（分周器）２３へ加えられる。プログラマブル遅延手段（以下遅延線と略す）２４の出力は第２のクロック信号Ｃ２で、この第２のクロック信号Ｃ２は、第１のクロック信号に対し遅れをもつことを除いて第１のクロック信号Ｃ１とほとんど同一である。第２のクロック信号Ｃ２は、第２の除算器２３を通って同じ除数Ｎで除算され、第３のパルス列となる。第３のパルス列は、符号発生器１２とほぼ同一の第２の符号発生器２５を通り第４のパルス列となる。第４のパルス列は、時間遅れをもつことを除いて、第２のパルス列と同一の繰返し符号をもつ。

【００１５】遅延線２４は、カウンタ３４のデジタル出力である指令信号７６に従って時間遅れを発生させる。カウンタ３４は、後述するように判断信号５０に従って、クロック信号７５を計数する。第２のクロック信号Ｃ２と第１のクロック信号Ｃ１の間に得られる全時間遅れは、ある固定値（０を含む）と、遅延線を通るクロック信号Ｃ１の周期と正確に一致する値との間になければならない。すなわち、連続するあるいは、一様に遅延の増分の整数値の和は、クロック信号Ｃ１の周期に等しくなければならない。

【００１６】カウンタ３４は、通常遅延線を通る信号よりも遥かに遅い速度で、クロック信号７５によりクロックされるので、遅延線２４を通る遅れは、入力７５に加えられる各クロック信号に対し、単調に一増分だけ変化する。遅延線２４とカウンタ３４の組合せは、カウンタ３４によって与えられる一連のステップ的変化の結果、遅れが遅延線の最大遅れに達したとき、その遅れは、自動的に遅延線の他端に切換えられ、カウンタがオーバフローあるいは、アンダーフローしたときの“ロールオーバ（ｒｏｌｌ−ｏｖｅｒ）”と全く同じように再びシーケンスを続ける。

【００１７】遅延線の一方向（遅れ方向ないし進み方向）への連続的なシフトに対しては、位相遅延線制御カウンタがロールオーバする度に、クロック１０からのクロック入力が完全に１サイクルスキップされたり、付加される結果になる。

【００１８】図１において、除算器（分周器）１１は、単純なデジタ除算器であり、他の除数のための出力タップをもつ。したがって、クロック信号７５は、図示のように、除算器１１のタップの１つから取り出すことができる。そうすると不要かも知れないが、クロック７５はクロック信号Ｃ１と同期する。

【００１９】上述の微小増分の位相シフト技術は、単側波帯抑圧搬送波変調器のそれと同様に機能する。移相器からの平均出力周波数は、主クロックの周波数から移相器が３６０°クロックシフトを通して駆動される割合だけ異なるという結果になる。これは、符号発生器２５へ入力される第３のパルス列の平均周波数を（微小増分で）効果的に増減する独特の周波数制御メカニズムである。

【００２０】符号発生器２５の出力はゲート発生器２６へ入力される。クロック１０で与えられる第１のクロック信号が１６レーダフィート（約３１ＭＨｚ）の伝播時間に等しい周期をもつように選ばれたとする。この選択においては、１フィートの増分シフトに対して、ゲートクロックの位相シフトメカニズムは、４ビットデジタル制御機器であればよい。他の応用では、クロック周波数と増分シフトの他の組合せが便利であるかも知れない。ディスクリート部品による移相器あるいはシフトレジスタよりも、プログラマブル遅延線が経済的にのぞましい。

【００２１】図１において、遅延線への指令信号７６は、高度計の探索あるいは追跡の最大要求速度に等しい速度でクロックされる４ビットカウンタ３４によって駆動される。これは、クロック信号７５で決められる。これは、各シフトに対し、１フィートの増分を選定したことによる。必要に応じて、他の組合せを用いることができる。例えば、２０００Ｈｚクロック信号７５は２０００フィート／秒のゲートシフト速度を生じる。カウンタ３４への“アップ／ダウン／ホールド”の判断信号５０は、高速の比較器３１から、入力される。比較器３１は、従来の高度計と同様に、ゲートされ、積分された積分器３０からの“レンジエラー（ｒａｎｇｅｅｒｒｏｒ）”信号を固定参照電圧信号ＲＥＦと比較して、追跡ループを閉じる。通常のＡＧＣおよび探索−追跡機能は、従来の高度計におけると同様に構成される。

【００２２】カウンタを１６ビットまで拡張して、最初の４ビットを遅延線２４の駆動に用いるならば、特定の用途に対しこのカウンタから直接に１６ビットのデジタル高度が抽出できる。しかし、大抵の航空機が必要とする“０フィート”遅れの調整を容易にするために、平均デジタル高度出力情報は、符号発生器１２から“スタート”パルス４４を、また符号発生器２５から“ストップ”パルス４６を得る従来型の時間／デジタル変換器４０によって導出される。時間／デジタル変換器４０の出力は高度を示す。もちろん、これは、システムが追跡モードにあるときに限られる。

【００２３】ゲート発生器２６は、１組のＡＮＤゲート２６ａおよび２６ｂとして示される。各ゲートは、第１の入力として除算器２３からの短いゲートすなわちＳＹＮＣパルスを受ける。ＡＮＤゲート２６ａは、第２の入力として、符号発生器２５の出力を受ける。それゆえゲート２６ａはＳＹＮＣパルスの入力と、論理値“１” すなわち正の符号化パルス列が、同時に入力されるときのみ、パルス４２を出力する。同様にしてＡＮＤゲート２６ｂは第２の入力として符号発生器２５の反転出力を受ける。それゆえ、ゲート２６ｂはＳＹＮＣパルスの入力と、論理値“０ ”すなわち負の符号化パルス列が同時に入力されるときにのみ、パルス４３を出力する。

【００２４】ゲート回路２７は、ゲート２６ａの出力４２によって制御されるゲートスイッチ６０を含み、このゲートスイッチ６０によって信号線６１に対するビデオ増幅器２２の出力の接続が制御される。更に、ゲート回路２７はゲート２６ｂの出力４３によって制御されるゲートスイッチ６２を含み、このゲートスイッチ６２によって信号線６３に対するビデオ増幅器２２の出力ぼ接続が制御される。信号線６１は加算器２９のプラス入力へ、信号線６３は加算器２９のマイナス入力へそれぞれ接続される。ゲート２６ａとゲート２６ｂとが同時に出力を生じることはないから、ゲートスイッチ６０とゲートスイッチ６２が同時にオンとなることもない。したがって、ビデオ増輻器２２からのビデオ信号は、ゲートスイッチ６０がオンの時は正極性で加算器２９に与えられ、ゲートスイッチ６２がオンの時は逆極性（すなわち負極性）で加算器２９に与えられる。

【００２５】ゲート発生器２６とゲート回路２７の組合せは次のように機能する。もし符号発生器１２および２５それぞれから与えられる第２のパルス列と第４のパルス列の間における遅れが、各パルスがその送信後地上で反射されて戻るまでに要する時間と等しく、その結果、繰返される符号語それぞれの最初の戻り（すなわちビデオパルス）が最初のゲートパルスと同期しているならば、その符号語に含まれるビデオパルスはすべてゲートパルスに同期することになり、最大信号が加算器２９への入力線６１を通って積分器３０へ供給される。この状態では積分器３０の出力は、比較器３１へ入力される参照信号入力ＲＥＦ３２よりも充分大きな値になる。したがって比較器３１は、カウンタ３４が計数動作をしないような電圧信号５０を与える。この状態では、遅延線２４によって与えられる遅れは一定値に保たれ、符号発生器２５からの出力パルス列はビデオ増幅器２２からの受信パルスに正確に同期した状態を維持する。

【００２６】もし、最初のビデオパルスが最初のゲートパルス以外の他のゲートパルスと同期する状態に、第４のパルス列が遅延させられていると、ゲートパルスのいずれとも同期しないビデオパルスが存在することになるので、積分器にはより小さい信号が入力される。比較器３１の出力５０によりこの状態が示されると、カウンタ３４が計数を開始し、遅延線２４へ出力されるデジタル信号出力を単調に変化させ、符号発生器２５から出力されるパルス列を更に、同期が得られるまで遅らせる。

【００２７】この考案の周波数制御機構を通して、ゲート発生器２６によって制御されるゲートの開放は、受信パルスから導出されたビデオパルスに対し、クロック信号Ｃ２の進み又は遅れによって内側に（ＩＮＢＯＵＮＤ）または外側に（ＯＵＴＢＯＵＮＤ）移動する。これは除算器２３のパルス列出力の“ゲートクロック”周波数を変化させることになる。“ゲートクロック”周波数が高くなると、ゲートの開放は内側に移動し、低くなると、外側に移動する。“ゲートクロック”周波数が変らなければ、ゲートの開放は除算器１１により与えられる送信パルスに対して、静止状態にとどまる。

【００２８】もし符号発生器１２および２５が乱数発生器ならばスイッチ６０および６２に加えられるパルスの数の差は、互いに１以内である。加算器２９は正および直流反転ビデオ信号を加算するので、各語に対するビデオ信号にのったノイズ成分による積分器３０の出力は０に近い。したがって積分器出力は、実質的に符号化パルスに一致するビデオ信号のみを示す。この回路構成は干渉および地上クラッタ、および虚偽信号を十分に抑圧する。

【００２９】図２Ａ〜２Ｉは、７ビット語すなわち７パルス位置をもつ語の簡単な例についての動作を示す。図２Ａは、ゲート２６ａにより与えられるゲート語パルスＧが反射ビデオパルスＶに正しく同期した場合を示す。図２Ｂ〜２Ｅは、ゲート語パルスが１〜４パルス位置だけ早すぎる場合を、図２Ｆ〜２Ｉは、ゲート語パルスが１〜４パルス位置だけ遅すぎる場合を示す。図２Ａでは各ビデオ語毎に、×印をつけた４パルスがゲートパルスと一致し、図２Ｂ〜２Ｉでは２パルスだけが一致していることがわかる。このような短い語に対しても、一致するパルス数が３以下の積分器出力は完全な同期がとれていないことを示す。更にビット数を増した語に対しては同期と非同期の間の出力差は、更に大きくなる。

【００３０】図２Ａ〜２Ｉでは、ビデオパルスとゲートパルスの両方が矩形波として示されるがこのようなケースは実際的にはあり得ない。ゲートパルスは実質的に矩形であるが、ビデオパルスはその劣化が避けられない。図３は、予測できるものに近い波形を示す。曲線Ｇはゲートパルスを、曲線Ｖは関連するビデオパルスを示す。曲線が特定の面積Ａをもって相交わるときに、比較器３１の出力、すなわち対応する判断信号が０出力となり、カウンタ３４が“ホールド”状態になるように電子回路が設定される。もし、図３ＢＡ_１に示すように面積が減少すると、カウンタ３４はカウントアップして、ゲートパルスＧを遅く発生する。反対に、図３ＣＡ_２に示すように面積が増加すると、カウンタ３４はカウントダウンして、ゲートパルスＧを早く発生する。これは、再び面積Ａが得られるまで繰返えされる。正しく同期したときにのみ、このような場合の最大数が得られることは明白である。

【００３１】

【動作】

この装置の動作は以下の通りである。クロック１０および符号発生器１２の制御の下に、疑似乱数符号の連続パルス列がアンテナ１７から送信され、同様のパルス列が、プログラマブル遅延線２４で遅らされて、ゲート発生器２６に供給される。アンテナ２０からの反射パルスは、ビデオパルスとしてゲート回路２７に入力される。

【００３２】システムが探索モード（ｓｅａｒｃｈｍｏｄｅ）の場合、積分器出力が低く、カウンタ３４は、クロック入力信号７５毎に、予め決められた方向にその範囲を繰返しステップ状に動かされる。掃引のある点で、ゲートパルスは、反射パルスと適正な同期状態になり、各ゲートパルスがビデオパルスと重なる。十分大きな信号が積分器３０を通って、与えられるとロジック３３は探索モードから追跡モードに切換えられ、そのモードは追跡／非追跡指示器３５で表示される。

【００３３】追跡モードでは、ビデオパルスとゲートパルスが面積Ａだけ重なると、積分器から比較器３１への信号は、参照信号３２に等しく、比較器は、出力０となり、ロジック３３、カウンタ３４および指示器３６は、それらの現在状態に留まる。しかし、航空機の地上高さが変わると、ビデオ信号Ｖの遅れが変化し、重なり面積がＡ_１またはＡ_２に変化し、比較器３１への信号が変化する。その結果“アップ”あるいは“ダウン”出力がロジック３３に加えられ、カウンタ３４が、面積をＡの方向に変える向きに、プログラマブル遅延線２４を調節する。

【００３４】上述の説明から、この考案は、信号の暖昧さを惹き起こすことなく、レーダシステムのパルス繰返し周波数を増加させることができる疑似乱数パルス符号を採用する装置を含むことは明白である。この装置は、故意るいは偶然の干渉に対し、高い裕度を有する。何故ならば、干渉信号が装置に明白な影響を与えるには、特定の疑似乱数符号のパルスでなければならないからである。

【００３５】この考案の同期化装置を、レーダ高度計への適用例について説明した。この考案の多くの特徴と利点はこの考案の構造と機能の詳細とともに、前述した。しかし、この考案の同期化装置は、共通のクロック信号またはパルス列に同期したあるいはそれから導出され、未知の状況により時間的に離れた２つのパルス列を同期させることが必要な場合には採用できる。

【００３６】しかしながら、この考案の原理内において、かつ、請求範囲の用語の意味範囲内において形状、寸法および部品の配置の詳細を変更することは可能である。

【００３７】特に、移相器またはシフトレジスタをプログラマブル遅延線２４の代わりに用いることができる。プログラマブル遅延線の出力は、第１のクロック信号に対して遅れをもった第２のクロック信号を用意し、その両信号とも、第１のクロック信号から、比較および同期化のためのパルス列を導出するので、このような遅れをつくる方法は、多数ある。通常のシフトレジスタは、プログラマブル遅延線を用意するための一つの手法である。他の例には、カウンタ３４の出力に応答して、第１のクロック信号に対して第２のクロック信号の位相または遅れを一様に変化させるディスクリート部品による移相器がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の原理を採用したパルスレーダ高度計
のブロック図。

【図２】受信ビデオパルスと局部ゲートパルスの関係を
示す図。

【図３】個々のビデオ信号とゲートパルスの関係のグラ
フ表示を示す図。

【符号の説明】

１０クロック１１，２３除算器１２，２５符号発生器１３パルス発生器１５送信機１７送信アンテナ２０受信アンテナ２１受信機２２ビデオ増幅器２４プログラマブル遅延線２６ゲート発生器２７ゲート回路２９加算器３０積分器３１比較器３２参照信号入力３３検索／追跡ロジック３４カウンタ３５追跡／非追跡指示器３６瞬時高度指示器３７平均高度指示器

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】予定の繰返し周波数で連続的な第１のパ
ルス列を与える手段と；前記第１のパルス列から、繰
返して所定の２進符号化された第１のデジタル信号を導
出する符号化手段と；前記第１のデジタル信号の第１
の状態ごとにそれに同期して、選択された持続時間を有
するレーダ・パルスを送信する送信手段と；送信され
たレーダ・パルスから遅れている戻りのレーダ・パルス
を受信し、その戻りのレーダ・パルスを表す成分が含ま
れているビデオ信号を生じる受信手段と；前記所定の
２進符号化をされた第２のデジタル信号を与える信号発
生手段と；（ｉ）前記第２のデジタル信号の第１の
状態に同期した期間は前記ビデオ信号に対して極性反転
の操作を行わず、（ｉｉ）前記第２のデジタル信号の第
２の状態に同期した期間は前記ビデオ信号に対して極性
反転の操作を行い、このように処理されたビデオ信号の
関数として指令信号を与える手段とを備え；前記信号
発生手段は、前記第２のデジタル信号が前記戻りレーダ
・パルスに同期するように、前記指令信号に応じて前記
第２のデジタル信号に可変の遅延を与える遅延手段を含
んでいるレーダ装置。