JP2003121538A - 時間多重変調において無線周波数を共有する方法 - Google Patents

時間多重変調において無線周波数を共有する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーダリソースを効率的に使用可能であると
ともに、十分満足できる最大効率を得ることのできる無
線周波数が時間多重変調を共有するための方法を提供す
る。 【解決手段】 ＧＰＳ時間多重変調に伴って周波数を共
有する複数基地レーダのための装置である。本装置は、
ＧＰＳ受信機２、安定器５、クロック発生器４、マイク
ロプロセッサ７、メモリチップ８、信号シンセサイザ
６、および、コンピュータ１０を具備する。ＧＰＳ受信
機２は、ＧＰＳ信号から時間情報を抽出する。安定器５
は、時間に対するレーダ機能を制御する。マイクロプロ
セッサ７は、レーダ信号を多重変調処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーダに関し、特
に、複数のレーダの同期に関し、さらには、複数のレー
ダの同期を同一周波数帯で行うための方法に関する。
【０００１】
【従来の技術】ＭＦ、ＨＦ、ＶＨＦおよびＶＨＦ帯で動
作する低周波レーダは、広く用いられている。しかし、
低周波レーダの本来の用途は、海洋の表面流および局所
的な波のリアルタイムマッピングを海岸の観測地点から
モニタリングすることである。このことにとって、これ
らの低周波レーダは、多くの利益をもたらす。すなわ
ち、（ｉ）海岸に設置されたアンテナを用いることによ
り、周波数が低いだけより広範囲の表面波伝搬モードに
おいて水平線を越えて調べることができる。（ii）これ
ら低周波においてのみ、海洋の波によるブラッグ散乱で
あるエコーから表面流を抽出することができ、より普及
しているマイクロ波レーダでは、表面流は測定できず、
代わりとなる低コストな測定技術は存在しない。（ii
i）データ転送速度が遅いことから、低周波および特定
のＦＭＣＷ信号変調を行い、低コストのデジタル信号発
生器および処理機による処理が容易となる。ここで想定
されるレーダは、典型的に、一般的なマイクロ波レーダ
より３オーダの大きさで低い周波数で動作している。１
００を越えるＨＦレーダが建造され、海洋表面流をモニ
タリングするために動作しており、より多くのユニット
の早急な配備が要求されている。この数に３つの空間波
を加えた見通し外レーダは、現在ある世界中の全てのＨ
Ｆレーダで構成される。これに対し、マイクロレーダ
は、約２億個建造されており、世界中に配置されてい
る。
【０００２】今まで、ＭＦ／ＨＦ／ＶＨＦ帯は、大部分
のレーダには用いられていなかったため、ＩＴＵ（国際
電気通信連合）においても、アメリカおよび世界で４３
０ＭＨｚを下回る周波数帯は、使用されていなかった。
このように使用を希望するユーザは、「第２のライセン
ス」を受けなければならない。すなわち、第１のユーザ
を干渉することができない。干渉を避けるために、ユー
ザはそれぞれ全ての他のＨＦレーダユーザから分離した
周波数が必要である（これらの周波数帯の従来の無線通
信ユーザに対しても同様に）。問題は、無線通信に対し
て、レーダ動作のために必要な信号帯域幅が広いことで
ある。例えば、１ｋｍの範囲領域を達成するためには、
１５０ｋＨｚの帯域幅が必要となる。一般的な無線チャ
ンネルは、５ｋＨｚまたはそれ以下の帯域幅を占める。
これは、１つのレーダのユーザが３０の潜在的な無線チ
ャンネルを占有することを意味する。最後に、与えられ
た固定の帯域幅（例えば、１５０ｋＨｚ）は、マイクロ
波（例えば、５ＧＨｚ）より、ＨＦにおいて相対的に大
きい部分帯域幅を占めることとなる。これらは全て、新
たなユーザのそれぞれが自ら使用する独占した周波数を
享受することができず、複数のユーザで相互干渉を引き
起こさないように、マナーを守って、同じ周波数を共有
しなければならない。
【０００３】このための１つの方法として、時間多重化
がある。この方法によると、いくつかのレーダ基地が１
つの周波数を時分割し、それを同期された形で一時に放
射する。時間多重化では２つのタイプ、すなわち、基地
への順序付けおよびパルス間インターリーブが可能であ
る。
【０００４】時間多重化方法は、基地の列を参照し、一
列のスケジュールにおいて、数分間隔でそれぞれのレー
ダから送信される。これは、海洋エコーから表面流をマ
ッピングするには、大きな欠点となる。ベクトルマップ
の質および正確性は、より長いエコーの時系列データ群
が処理されることによって改善される。効率的かつ好ま
しいことが証明されている現在のＨＦ海岸レーダは、連
続して動作し、１〜３時間の期間を超えるデータをスペ
クトル的に処理し、平均化する。６つのレーダ基地の動
作例は、全て同一の周波数を用いることができる。例え
ば、１０分の期間とすると、それぞれ通常のたった１／
６の時間でしかなく、データ品質を落としてしまうた
め、問題である。パルス間インターリーブは、ショート
パルスを放射するか、一連のコード化されたパルスを放
射するかのいずれかをシステムに適用することができ
る。基地から発信されたエコーは、所望のデータを有す
る最も離れた範囲領域から信号が伝搬する時間に一致す
る間隔だけ離れた基地に到達する。この時間の最後に、
波形は、再び送信される。パルス間インターリーブにお
いて、第１レーダが送信しない間、第１レーダにおける
この期間の最後で送信を繰り返す代わりに、第２レーダ
が波形を送信する（同じ周波数で動作する他のレーダも
同様である）。このとき、異なるレーダサイト間の伝搬
距離のために十分な保護時間が設けられる。この方法
は、基地列による方法より深刻な欠点を有する。すなわ
ち、それぞれのレーダから放射されるエネルギーの合計
を減少させてしまうことである。信号−雑音割合は、レ
ーダから放射されるエネルギーの合計に直接的に依存す
る。それゆえ、高質のエコーが、レーダから放射される
所定の出力を得ることのできる最大距離の範囲が減少し
てしまう。これはあまりにもコストがかかることとな
り、不適当である。
【０００５】上述した問題に対する方法として、普通の
周波数多重化を用いるという、満足できないアプローチ
もある。この方法の問題点は、それぞれの周波数間のス
ペクトルのスペースが少なくとも信号の帯域幅と同様か
それ以上必要となることである。例えば、６つのレーダ
を用いる場合、同様に６つの分離周波数が必要となり、
それぞれが１５０ｋＨｚずつ広いチャンネルとなる。
【０００６】従来技術の他の根本的な障害は、複数のレ
ーダ送信機および受信機によるスペクトル帯域幅のリソ
ースの使用が効率的ではなく、例え他のレーダが存在し
たとしても最大の効果を得るように動作させるために互
いのレーダを適用させることができない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、かかる従来技術の問題点を解決するべくなされたも
ので、レーダリソースを効率的に使用可能であるととも
に、十分満足できる最大効率を得ることのできる無線周
波数が時間多重変調を共有するための方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の具体例を以下に
示す。もちろん、本発明は、これらの具体例に限定され
るものではない。
【０００９】本発明の一側面は、ＧＰＳ時間多重変調に
伴って周波数を共有する複数基地レーダのための装置で
ある。本装置は、ＧＰＳ受信機、安定器、クロック発生
器、マイクロプロセッサ、メモリチップ、信号シンセサ
イザ、および、デジタルデータ出力装置を具備する。Ｇ
ＰＳ受信機は、ＧＰＳ信号から時間情報を抽出する。安
定器は、時間に対するレーダ機能を制御する。マイクロ
プロセッサは、レーダ信号を多重変調処理する。
【００１０】本発明の他の側面は、ＧＰＳ信号に基いた
複数ソースの無線信号を多重変調する方法である。無線
周波数信号は、ブロック信号により、指定された割合で
送受信される。クロック信号は、受信した周波数信号の
変調を制御する。送受信された無線周波数信号は、スイ
ープ変調を用いて変調される。
【００１１】また、本発明の他の側面は、多重変調の方
法である。Ｎ個のレーダ基地は、０からＮまでの数が割
り当てられる。連続的なスイープ変調の開始時間は、同
じ数字のレーダ基地に一致するように０からＮまで数え
られる。信号は、スイープ時間が一致するように命令さ
れたレーダ基地から送受信される。
【００１２】さらに、本発明の他の側面は、多重変調の
方法である。無線周波数信号は、ブロック信号により命
令された時間で送受信される。また、クロック信号は、
無線周波数信号の変調についての開始および終了時間も
制御する。無線周波数信号はスイープ変調を用いて変調
される。
【００１３】また、さらなる他の側面は、無線周波数が
ＧＰＳ時間多重変調を共有するための方法である。無線
周波数信号は、多重変調され、時間遅延または周波数が
オフセットされる。このようにして、無線周波数信号
は、復調される。
【００１４】本発明のこれらおよび他の具体例は、以下
の記述および添付された図面とともに考慮することによ
り、よりよく評価され、理解される。しかし、以下の記
述は、本発明の多数の特徴部分の様々な実施形態を例示
するものであって、発明をこれらに限定するものではな
いと、理解されるべきである。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の様々な特徴および効果を
これに限定されない一実施形態を図面を参照しつつ以下
に記述することにより、詳細かつ十分に説明する。様々
な他の形態、変更、追加、および／または付け替えを行
うことは、本発明の意義を逸脱しない範囲で本開示によ
って、当業者にとって容易となる。
【００１６】本開示の技術がもたらすものは、単純な構
成で、安価かつ正確に、全世界対応の時間基準（ＧＰ
Ｓ）を用い、複数の後方散乱レーダを同期させることに
ある。
【００１７】また、本開示の技術は、複数の後方散乱レ
ーダおよびバイスタティック端末を混合させても、全て
同じ周波数を共有した状態で、相互干渉せずに、全てを
同時に動作させることでもある。
【００１８】CODAR SeaSonde原理に従う全ての海岸ＨＦ
レーダを用いて、波形および信号を処理することに特徴
を有する。この特許技術（米国特許５３６１０７２号）
は、短いＲＦ信号の帯域幅（例えば、１５０ｋＨｚ）を
受信機の復調処理によって、非常に小さい情報帯域幅
（例えば、６０Ｈｚ）に変調する。この復調処理は、同
じ信号形式を用いる複数のレーダがＲＦ信号の帯域幅
に、情報帯域幅が相互干渉することなく、オーバーラッ
プさせるための「多重変調」に必要となる。それぞれの
基地における変調の始めとして、１００を越えるレーダ
の全てが同じ１５０ｋＨｚのチャンネルを共有しても、
同時に同じ周波数を有する他の存在によって、パフォー
マンスが低下しないように、時間参照を抽出したＧＰＳ
を用いて同期させる。このように、それぞれは、価値の
ある限定されたスペクトルリソース、すなわち、レーダ
チャンネルが指定され、認定された信号、を共有しつ
つ、最適なパフォーマンスで、その時間におけるデータ
の１００％（すなわち、負荷時間率１００％）を収集す
ることができる。この多重変調は、前述した従来の時間
および周波数を多重化する方法において限定されること
を克服するものである。
【００１９】本発明の側面を図１および信号波形を示す
図２を参照しつつ詳細に説明する。図１のブロック図
は、便宜上、本発明のハードウェア構成とソフトウェア
のステップとの双方を示している。左端にあるのは、Ｈ
Ｆレーダアンテナ（送信アンテナ１３および受信アンテ
ナ１４）であり、送受信を行う。右端にあるのは、ＧＰ
Ｓアンテナ１である。角が角張ったブロックは、ハード
ウェアの構成を示している。角が丸いブロックは、受信
したレーダデータについて、コンピュータ上で実行する
ためのソフトウェアのステップを示しており、具体化の
１つとしてリアルタイムで行われる。ブロックを結ぶ線
分は、信号がアナログの場合は実線で、デジタルの場合
は破線で示される。本発明を具体化するハードウェアお
よびソフトウェアの概念的ステップは、図２の信号見取
り図を参照することによって明らかになる。レーダ受信
機１２のデスクトップコンピュータ１０の出力は、ブロ
ック１０の右側にある破線で示されるように、デジタル
表面流、すなわち、波の情報である。
【００２０】（ＧＰＳ時間ソース）図１のブロック図の
右側から始めると、目に見える星座であるＧＰＳ衛星か
らの信号１３０は、ＧＰＳアンテナ１に衝突し、ＧＰＳ
受信機２に伝達される。ＧＰＳ受信機２は、ＧＰＳ衛星
ネットワークの主目的である従来のＧＰＳ送信機の多く
にとって、一般的な位置情報と異なり、ＧＰＳ信号から
の時間情報を抽出するために、特に設計される。正確な
位置情報を供給するために、個々の衛星は、互いを数ナ
ノ秒の正確さで同期させるための時間信号を伝達させ
る。一具体例として、これらの時間信号は、１秒間隔
で、地球に送信される。
【００２１】ＧＰＳの信号−雑音比（ＳＮＲ）に従っ
て、時間に関するこれらの信号のパルス／秒の位置は、
ＧＰＳ受信機２によって出力される。即席の時間位置
は、地球上の小さい基地で適用可能な典型的なＳＮＲレ
ベルにおいて、ナノ秒の正確さは判別されないため、Ｇ
ＰＳ受信機２の最終段階は、数オーダの大きさで時間位
置の正確さが向上する重いローパスフィルタであり、フ
ェーズロックオシレータ（ＰＬＯ）と呼ばれる。このＰ
ＬＯは、高い慣性を有し、電子的フライホイールの役割
を果たしている。そして、１００万につき１０12〜１０
13パーツの正確さで構築するために１時間以上必要であ
る。
【００２２】（進化型波形発生（ＡＷＧ）モジュール）
本発明の一実施形態が示す概念は、商業利用が可能なＡ
ＷＧモジュールが必ず必要となる。この装置は、コーダ
ーオーシャンセンサーズリミテッド社（カリフォルニア
ロスアルトス）によって製造されるものである。ＧＰ
Ｓ受信機２の出力は、（ｉ）他のフェーズロックオシレ
ータ３に伝達する非常に安定した１０ＭＨｚのクロック
信号、および（ii）レーダ安定器５に伝達する非常に安
定した１パルス／秒のデータストリーム、である。フェ
ーズロックオシレータ３に伝達された１０ＭＨｚの信号
は、レーダキャリアの発生のために用いられ、他の内部
周波数が必要とする１２０ＭＨｚの時間信号に変調され
る。この１２０ＭＨｚの参照信号は、クロック発生器４
に伝達される。この信号は、他のデバイスによって必要
となる多くの他の参照周波数を発生させるために分割さ
れ、（ｉ）マイクロプロセッサ７に伝送するための１２
ＭＨｚの信号、（ii）レーダ安定器５に伝送するための
４０ＭＨｚの参照信号、および（iii）直接信号シンセ
サイザ（ＤＳＳ）６およびオシレータに伝送するための
６０または１２０ＭＨｚの信号となる。
【００２３】レーダ安定器５の主な役割は、レーダを時
間に対してどのように制御させるかを伝えることであ
る。例えば、送信機の出力および受信機の入力のオン／
オフが同時にならないように、切り替え信号を発生させ
る。また、必要でないシステムの様々な地点の信号を抑
制し、送受信するスイッチまたはゲートをオン／オフす
る。そして、本発明にとって重要となるのは、線形周波
数スイープ変調の開始および終了を決定することであ
る。異なるレーダにおける異なるスイープ開始時間は、
分離している局所的海洋情報のそれぞれが互いに干渉し
ないように、共通のＧＰＳ時間を通じて同期される。
【００２４】メモリチップ８によってサポートされるマ
イクロプロセッサ７は、デスクトップコンピュータのよ
うな、人間が操作し得るレーダを制御し、リアルタイム
で受信したエコー信号を処理するための、本システムの
デジタルパーツのインターフェイスである。コンピュー
タへ接続するための出力は、ＵＳＢ、シリアル出力（例
えば、RS-232）およびシステム信号バス等、いくつかの
形がある。ＧＰＳ受信機２へも、RS-232シリアルケーブ
ルによって接続される。最後に、送受信（Ｔ／Ｒ）スイ
ッチ９に信号を送信する。これは、レーダ送信機１１お
よびレーダ受信機１２において、パルスサイクル間の適
切な時間に信号を抑制するために、様々なチャンネルを
オン／オフする。
【００２５】レーダ送信機１１およびレーダ受信機１２
に必要とされる実際の無線周波数（ＲＦ）信号は、直接
信号シンセサイザ（ＤＳＳ）６において発生させる。こ
れらの信号は、スイープ変調およびパルス変調を有して
いる。周波数のスイープの間隔、スイープ反復間隔、パ
ルスおよびブランク期間、および、キャリア周波数は、
全てデジタルで表示され、発生される。そして、それぞ
れの波形の周期的反復が前回のサイクルと全く同じであ
ることを確かにする。これにより、拍車および他の波形
の不完全性が、ドップラーシフトされた海洋エコー情報
が汚染されないように、直列（ドップラースペクトルが
０になる）にシフトすることが保証される。０〜７５Ｍ
Ｈｚの間のキャリア周波数は、このＤＳＳチップ６を経
てコーダーＡＷＧモジュールによって発生される。出力
信号は、レーダ送信機１１のアンプに伝達され、送信ア
ンテナ１３を通じて放射される。これらの信号のレプリ
カは、それらに沿った方形波として、受信アンテナ１４
に入射されたエコー、ノイズ、および他のレーダ信号
が、レーダ受信機１２で混合される。
【００２６】ＡＷＧブロックによって達成されたこれら
の役割は、全て、CODAR SeaSondeの６”×５”×１”サ
イズの密封されたモジュールにおいて実行される。
【００２７】（複数の基地動作を許容するための多重変
調）本発明の重要な側面は、同じキャリア周波数上で動
作する複数のレーダ送信機１１における線形周波数変調
スイープ開始時間を同期させることである。同じＧＰＳ
共通時間信号列にすると、正確に指定され、わずかに異
なる時間において、実行が開始される。これらの時間
は、互いのレーダサイトジオメトリに依存する。これら
の最適な決定法については、後述する。本発明の一実施
形態においては、図１に示され、本構成が採用する３つ
の異なる送信機からの３つの信号１００，１１０，１２
０は、図２に示される。例えば、第１レーダから放射さ
れた信号１００は、送信アンテナ１３から離れていく向
きで示されている。信号１００は、すぐに、受信アンテ
ナ１４に受信される。時間が非常に短いのは、レーダ自
身の送信からの海洋エコーであるためである。しかし、
第２レーダおよび第３レーダからの強力な直接信号もま
た受信アンテナ１４およびレーダ受信機１２に入射され
る。ここで、明確化のために、全ての信号が連続信号
（ＣＷ）であると仮定する（すなわち、本発明は、米国
特許５３６１０７２号の標準パルスゲート線形変調を採
用することができ、当該方式において動作するけれで
も、ここでは、パルス波ではない）。
【００２８】図２の上から３つのパネルは、上から順
に、参照第１レーダ、第２レーダ波形、および第３レー
ダ波形からの直接信号波形２００，２１０，２２０を誇
張してプロットしている。第２レーダおよび第３レーダ
からの直接信号波形２１０，２２０は、それぞれの海洋
エコーに比べて大変重要である。それらの海洋エコーは
低く、スペクトルがレーダ干渉として目に見えることが
ないくらいに十分に広い。第２レーダおよび第３レーダ
からの部分的に干渉した直接信号波形２１０，２２０
は、それぞれわずかに時間遅延していることを図は示し
ている。CODAR SeaSondeの動作において、スイープ反復
期間は、０．５秒であり、スイープ遅延は、１ミリ秒オ
ーダーで生じる。２番目および３番目のパネルで示され
るオフセットは、ここでは誇張して例示されている。中
心キャリア周波数は、典型的に１３ＭＨｚ付近であり、
当該周波数は、５０ｋＨｚ以上をスイープする。これ
は、３ｋｍ範囲の解像度を供給することとなる。なお、
図示されるユニットの軸は、任意に取られている。
【００２９】レーダ受信機１２において、放射された直
接送信信号１００は、受信信号１１０，１２０と混合さ
れる。混合入力（送信信号１００）および受信信号１１
０，１２０の双方は、変調される波形のスイープ線形周
波数が等しく、それぞれが少し遅延している。図２の上
から４番目のパネル２３０は、前述の３つの直接信号波
形２００，２１０，２２０を示すパネルの時間関数とし
ての即席周波数を示している。
【００３０】混合過程は、２つの信号位相を差し引くこ
とによってスイープを除去する。最も下のパネル２４０
は、この混合過程における復調出力が時間信号周波数と
してプロットされた結果の参照レーダ波形２００および
２つの干渉信号波形２１０，２２０を示す。復調後の直
接信号は、周波数が０になり、参照レーダの使用範囲の
間隔の全ての海洋エコードップラー情報が直列の１００
Ｈｚ以内に収まる（すなわち、周波数が０となる）。
【００３１】図１に示すレーダ受信機１２において、コ
ンピュータ１０のデジタル信号処理と同様に、ローパス
フィルタが設けられ、他のレーダから干渉してくる直接
信号の全てを放棄する間、レーダエコー情報を分離す
る。このように、第２レーダおよび第３レーダは、スイ
ープ変調の開始をオフセットするようにプログラムされ
る。出力が復調されたそれらのレーダ受信機１２は、所
望の参照レーダからの情報がオーバーラップしない領域
において、少なくとも１００Ｈｚに分離される。それゆ
え、複数のレーダは、全て同じ５０ｋＨｚの周波数チャ
ンネルを同時に共有したり、それらの信号を互いの受信
機に入力したとしても、復調情報帯は、本発明のＧＰＳ
同期多重変調によって、明確に分離される。スイープレ
ーダ信号またはＲＦ帯域幅のレーダ信号が５０ｋＨｚで
あり、復調後の情報帯域幅が５０ｋＨｚであったとき、
５００００／５０＝１０００もの基地において、相互干
渉を引き起こしたり、情報を悪化させることなく同じ周
波数チャンネルを使用できる。
【００３２】パルスがスイープ変調に重ね合わされる
と、この数字は、２０まで減少する。しかし、互いのグ
ループのそれぞれがＧＰＳ同期するために、より多くの
レーダが２０を一群として地理的に集合すると、より多
くの地理的に離れたグループ化によるレーダは、グルー
プ間距離が干渉を起こさない程度に十分弱い信号を保持
するため、干渉を受けずに動作することができる。この
ように、国中あるいは世界中に広がった何百というレー
ダを同じ周波数チャンネルにおいて相互干渉することな
く動作させることができる。
【００３３】（複数レーダによる全スペクトル占有率の
最小化のためにオフセット変調するための方法）本発明
の重要な部分は、同じ周波数チャンネルを用いた放射基
地の総数を最大にするために、複数の基地におけるスイ
ープ変調の最適な開始時間を決定する仕組みを発見する
ことである。ここでは、そのような最適な仕組みの一具
体例を示す。明確化のために、直線の海岸線に沿った３
つの基地について例示する。
【００３４】ここに記載するアルゴリズムは、制限付き
の最小化を採用する。ここで、最小化のための関数は、
「０時」において最初の基地が開始する時間を、最後の
基地（Ｎ番目の基地とする）の送信スイープ時間の開始
とするものであり、他の全ての基地は、０からＮ番目の
間の時間に開始される。基地の番号は、ｎで表され、ｎ
は、１からＮまで変化し、連続した開始時間は、ｎが増
えるにつれて０時間から順序付けられる。制限は、基地
ｎのそれぞれについて、基地ｎ＋１からの直接信号の受
信時間が、信号が放射された基地ｎから最も遠く離れた
所望の海洋エコーの受信時間より大きいことである。な
お、基地に付けられた数ｎは、任意に付されたものもの
であり、この場合、Ｎの階乗通りの順列がある。これら
の可能な順列の全ての中から、１組の基地およびＮ組の
基地のスイープ開始の間の合計時間が最も短いものであ
る１つの最もよい順列が発見される。この結果は、送信
順が正反対になってもよいことが分かる。すなわち、も
し、｛１，３，４，２｝の順が最適であるなら、｛２、
４、３、１｝も同じ最適な結果となる。
【００３５】「線形プログラミング」ツールには、商業
利用可能なパソコン、ワークステーション用のMathemat
icaのソフトウェアが用いられる。「制限マトリクス」
の設定は、それぞれ所望の基地間距離および最大エコー
距離を入力することによって行われる。
【００３６】Ｎ個の基地のスイープ開始時間を可能な限
り最も短い時間間隔でまとめるために、この方法を用い
ることによって、復調後の情報帯域幅も可能な限り最も
小さい帯域幅にまとめることができる。このスイープ開
始時間と信号が存在する復調された周波数との間の関係
は、前述されている。他の方法としては、ここで述べら
れている方法を固定された区域において、互いに相互干
渉することなく、与えられた情報帯域幅の空白（例え
ば、２ｋＨｚ）にまとめるために、基地の数をできる限
り増やすことが挙げられる。この制限は、後方散乱レー
ダおよびバイスタティックレーダ構成の双方に適用可能
である。
【００３７】例えば、南北の直線の海岸線に沿って３つ
の基地が約３０ｋｍの空間を隔てて存在すると仮定す
る。これらのシステムは、後方散乱レーダ（バイスタテ
ィックではない）と仮定する。さらに、互いのレーダの
最大範囲が１００ｋｍ（エコーが集合した領域に向けて
出力することを意味する）であると仮定する。最後に、
１つのレーダエコーおよび次のレーダの直接信号受信時
間に保護領域を有しないと仮定する。
【００３８】制限付き最小化プログラムに入力される実
際の基地の位置（緯度および経度）は、次に表される。 基地１：東経１２２°０’、北緯３６°４３．７８２’ 基地２：東経１２２°０’、北緯３７°０’ 基地３：東経１２２°０’、北緯３７°１６．２１８’
【００３９】開始時間の空間をまとめるための最適な解
決法は、基地の順番を｛１，３，２｝または｛２，３，
１｝とすることである。スイープのためのマイクロ秒の
オーダーで連続な開始時間は、｛０；４６６．６７；１
０３３．３４｝である。３ｋｍの範囲領域を得る５０ｋ
Ｈｚ以上のスイープ幅および２Ｈｚのスイープ受信率
（０．５秒のスイープ受信間隔に一致する）を用いた例
は、３つの基地が１０３．３４Ｈｚの復調された情報帯
域幅にまとめられることを意味する。互いのレーダーか
らのエコーは、他の２つのどちらからもオーバーラップ
しない情報ないよう帯域幅を生成する。
【００４０】現在のCODAR SeaSonde復調出力処理は、−
２０４８Ｈｚから＋２０４８Ｈｚまでの間の情報帯域幅
を保存し、３つのレーダの内容をレーダのデジタル化さ
れた信号情報容量に記憶させるが、この帯域内で互いに
オーバーラップすることはない。
【００４１】最後に、注目すべきことは、これら３つの
レーダの１つあるいはそれ以上が、バイスタティック送
信機であってもよいことである。残りの受信機が自らの
後方散乱エコーだけでなく、それに同期して動作するバ
イスタティック送信機からのエコーも記録する。これ
は、送信機よりも、同時に動作する受信機に適用され
る。これにより、範囲、解像度、および正確さのバイス
タティックな増大によって、許容量が非常に広い単純な
後方散乱レーダネットワークを得ることができる。
【００４２】なお、以上の記述において単数で表現され
る語は、１以上であってもよく、複数で表現される語
は、２または２以上であってもよい。他の語は、少なく
とも２つあるいはそれ以上であってもよい。
【００４３】
【発明の効果】本発明の技術的価値は、海洋表面流のリ
アルタイムマッピングが可能であることである。さらに
本発明は、海岸のレーダ基地から局所的な波のモニタリ
ングに便利なことである。上記開示に従うことにより、
他の当業者も本発明の利益を得ることができる。
【００４４】本発明の効果は、通常では互いに相互干渉
してしまう複数のＨＦレーダでパフォーマンスを落とす
ことなく同じ周波数で動作させることができることであ
る。
【００４５】本発明により開示される全ての具体例は、
過度の実験を要することなく実施可能である。また、本
発明は、ここに記述されたものに限定するものではな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施の形態におけるハードウェ
アおよびソフトウェアを例示するための図である。
【図２】本発明に係る一実施形態における入力および出
力の信号波形を例示するための図である。
【符号の説明】
２ ＧＰＳ受信機 ３ フェーズロックオシレータ ４ クロック発生器 ５ レーダ安定器 ６ 直接信号シンセサイザ ７ マイクロプロセッサ ８ メモリチップ ９ 送受信スイッチ １０ コンピュータ １１ レーダ送信機 １２ レーダ受信機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｓ 13/95 Ｇ０１Ｓ 13/95 (31)優先権主張番号 １０／１０８７６９ (32)優先日 平成14年３月28日(2002．3．28) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (72)発明者 リルボー，ピーター エム アメリカ合衆国 95124 カリフォルニア サンホセ ローリンダドライブ 1835 (72)発明者 ティーグ，カーヴィン シー アメリカ合衆国 94024 カリフォルニア ロスアルトス ケントドライブ 22046 Ｆターム(参考） 5J062 AA13 CC07 DD04 5J070 AA13 AB08 AB18 AD05 AE14 AF01 AH31 AJ01 AJ05 AK01 AK06 AK27 BD02 BD10

Claims (48)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 同じ帯域幅にある複数の無線周波数信号
    を多重変調するステップと、 前記複数の無線周波数信号を復調するステップとを具備
    することを特徴とする時間多重変調において無線周波数
    を共有する方法。
  2. 【請求項２】 前記複数の無線周波数信号を多重変調す
    るステップは、 前記複数の無線周波数信号の変調の開始および終了を複
    数のクロック信号により指定される複数の時間間隔で制
    御するステップと、 スイープ変調を用いて前記複数の無線周波数信号を変調
    するステップとを具備することを特徴とする請求項１記
    載の時間多重変調において無線周波数を共有する方法。
  3. 【請求項３】 前記多重変調には、ＦＭＣＷレーダ信号
    が用いられ、当該信号は、１００％の負荷時間率を有す
    ることを特徴とする請求項２記載の時間多重変調におい
    て無線周波数を共有する方法。
  4. 【請求項４】 前記多重変調には、いずれの負荷時間率
    においてもパルス化またはゲート化されたＦＭＣＷレー
    ダ信号が用いられることを特徴とする請求項２記載の時
    間多重変調において無線周波数を共有する方法。
  5. 【請求項５】 前記複数のクロック信号は、 ＧＰＳ信号を受信し、 前記ＧＰＳ信号から時間情報を抽出し、 前記時間情報から発生させることを特徴とする請求項２
    記載の時間多重変調において無線周波数を共有する方
    法。
  6. 【請求項６】 前記複数の無線周波数信号を送信するス
    テップをさらに具備することを特徴とする請求項２記載
    の時間多重変調において無線周波数を共有する方法。
  7. 【請求項７】 前記複数の時間間隔は、前記複数の無線
    周波数信号を送信する複数のレーダ送信機の複数の位置
    に関するサイトジオメトリをも指定することを特徴とす
    る請求項６記載の時間多重変調において無線周波数を共
    有する方法。
  8. 【請求項８】 前記複数の無線周波数を復調するステッ
    プは、前記複数の無線周波数を受信するステップを具備
    することを特徴とする請求項１記載の時間多重変調にお
    いて無線周波数を共有する方法。
  9. 【請求項９】 前記多重変調は、後方散乱レーダと同時
    に動作するバイスタティック送信機を使用することを特
    徴とする請求項１記載の時間多重変調において無線周波
    数を共有する方法。
  10. 【請求項１０】 前記多重変調は、後方散乱レーダおよ
    び同じ受信機を共有する複数の送信機と同時に動作する
    バイスタティック送信機を使用することを特徴とする請
    求項１記載の時間多重変調において無線周波数を共有す
    る方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１記載の方法を実行するため
    に、コンピュータまたは機械に読み込み可能なプログラ
    ム要素に翻訳可能であることを特徴とするコンピュータ
    プログラム。
  12. 【請求項１２】 請求項１記載の方法を実行することを
    特徴とする装置。
  13. 【請求項１３】 複数の無線周波数信号の変調の開始お
    よび終了を複数のクロック信号により指定される複数の
    時間間隔で制御するステップと、 スイープ変調を用いて前記複数の無線周波数信号を変調
    するステップとを具備することを特徴とする多重変調の
    方法。
  14. 【請求項１４】 前記複数の無線周波数信号を送信する
    ステップをさらに具備することを特徴とする請求項１３
    記載の多重変調の方法。
  15. 【請求項１５】 前記複数の時間間隔は、前記複数の無
    線周波数信号を送信する複数のレーダ送信機の複数の位
    置に関するサイトジオメトリをも指定することを特徴と
    する請求項１４記載の多重変調の方法。
  16. 【請求項１６】 前記複数の無線周波数信号は、同じ帯
    域幅にあることを特徴とする請求項１３記載の多重変調
    の方法。
  17. 【請求項１７】 前記多重変調には、ＦＭＣＷレーダ信
    号が用いられ、当該信号は、１００％の負荷時間率を有
    することを特徴とする請求項１３記載の多重変調の方
    法。
  18. 【請求項１８】 前記多重変調には、いずれの負荷時間
    率においてもパルス化またはゲート化されたＦＭＣＷレ
    ーダ信号が用いられることを特徴とする請求項１３記載
    の多重変調の方法。
  19. 【請求項１９】 前記多重変調には、後方散乱レーダと
    ともに動作するバイスタティックレーダが用いられるこ
    とを特徴とする請求項１３記載の多重変調の方法。
  20. 【請求項２０】 前記複数のクロック信号は、 ＧＰＳ信号を受信し、 前記ＧＰＳ信号から時間情報を抽出し、 前記時間情報から発生させることを特徴とする請求項１
    ３記載の多重変調の方法。
  21. 【請求項２１】 請求項１３記載の方法を実行するため
    に、コンピュータまたは機械に読み込み可能なプログラ
    ム要素に翻訳可能であることを特徴とするコンピュータ
    プログラム。
  22. 【請求項２２】 請求項１３記載の方法を実行すること
    を特徴とする装置。
  23. 【請求項２３】 複数のレーダ基地に０からＮまでの複
    数の番号付けをするステップと、 前記０からＮまでの複数の番号で、複数の連続したスイ
    ープ変調の開始時間を順序付けて、前記複数の連続した
    スイープ変調の開始時間の１つのそれぞれを前記番号付
    けされた前記複数のレーダ基地の１つに一致させるステ
    ップと、 前記複数の連続したスイープ変調の開始時間によって指
    定されたように、前記複数のレーダ基地からの複数の信
    号を送信するステップと、 複数の連続したスイープ変調の終了時間によって指定さ
    れたように、前記複数のレーダ基地の複数の信号を受信
    するステップとを具備することを特徴とする多重変調の
    方法。
  24. 【請求項２４】 前記複数の信号は、全て同じ帯域幅で
    あることを特徴とする請求項２３記載の多重変調の方
    法。
  25. 【請求項２５】 前記複数の連続したスイープ変調開始
    時間を順に行うステップは、最大限の基地の数を最小限
    の情報帯域幅に集合させるための手段として、第1レー
    ダのスイープ開始時間から第Ｎレーダのスイープ開始時
    間までの合計時間が最小となるような、スイープ変調の
    順番を見つけるために、全ての可能なＮの順列を試行す
    るステップを具備することを特徴とする請求項２３記載
    の多重変調の方法。
  26. 【請求項２６】 前記複数の連続したスイープ変調の開
    始時間は、ＧＰＳ信号により指定されることを特徴とす
    る請求項２３記載の多重変調の方法。
  27. 【請求項２７】 前記複数の連続したスイープ変調の開
    始時間は、前記レーダ基地の相対的サイトジオメトリに
    よっても指定されることを特徴とする請求項１６記載の
    多重変調の方法。
  28. 【請求項２８】 請求項２３記載の方法を実行するため
    に、コンピュータまたは機械に読み込み可能なプログラ
    ム要素に翻訳可能であることを特徴とするコンピュータ
    プログラム。
  29. 【請求項２９】 複数のレーダを同じ周波数帯内で動作
    させることを可能にするために、ＧＰＳ時間を用いて複
    数のレーダを同期させるための方法であって、 ＧＰＳ信号を受信するステップと、 前記ＧＰＳ信号から時間情報を抽出するステップと、 前記時間情報から複数のクロック信号を発生させるステ
    ップと、 前記複数のクロック信号によって指定された時間間隔
    で、複数の無線周波数信号の変調の開始と終了とを制御
    するステップと、 前記複数の無線周波数信号をスイープ変調を用いて変調
    するステップとを具備することを特徴とするＧＰＳ時間
    を用いて複数のレーダを同期させるための方法。
  30. 【請求項３０】 前記複数の無線周波数信号は、ＦＭＣ
    Ｗレーダ信号であり、当該信号は、１００％の負荷時間
    率を有することを特徴とする請求項２９記載のＧＰＳ時
    間を用いて複数のレーダを同期させるための方法。
  31. 【請求項３１】 前記複数の無線周波数信号は、いずれ
    の負荷時間率においてもパルス化またはゲート化された
    ＦＭＣＷレーダ信号であることを特徴とする請求項２９
    記載のＧＰＳ時間を用いて複数のレーダを同期させるた
    めの方法。
  32. 【請求項３２】 前記ＧＰＳ時間を用いて複数のレーダ
    を同期させるために、後方散乱レーダとともに動作する
    バイスタティックレーダが用いられることを特徴とする
    請求項２９記載のＧＰＳ時間を用いて複数のレーダを同
    期させるための方法。
  33. 【請求項３３】 前記複数の無線周波数信号は、全て同
    じ帯域幅であることを特徴とする請求項２９記載のＧＰ
    Ｓ時間を用いて複数のレーダを同期させるための方法。
  34. 【請求項３４】 前記複数の無線周波数信号を送信する
    ステップをさらに具備することを特徴とする請求項２９
    記載のＧＰＳ時間を用いて複数のレーダを同期させるた
    めの方法。
  35. 【請求項３５】 前記複数の無線周波数信号を受信する
    ステップをさらに具備することを特徴とする請求項３４
    記載のＧＰＳ時間を用いて複数のレーダを同期させるた
    めの方法。
  36. 【請求項３６】 前記複数の無線周波数信号を復調する
    ためのステップをさらに具備することを特徴とする請求
    項３５記載のＧＰＳ時間を用いて複数のレーダを同期さ
    せるための方法。
  37. 【請求項３７】 請求項２９記載の方法を実行するため
    に、コンピュータまたは機械に読み込み可能なプログラ
    ム要素に翻訳可能であることを特徴とするコンピュータ
    プログラム。
  38. 【請求項３８】 時間に対するレーダ機能を制御するた
    めの安定器と、 クロック発生器と、 複数のレーダ信号を分析するためのマイクロプロセッサ
    と、 メモリチップと、 信号シンセサイザと、 デジタルデータ出力装置とを具備することを特徴とする
    複数基地レーダ周波数を時間多重変調において共有させ
    るための装置。
  39. 【請求項３９】 レーダ送信機と、 レーダ受信機と、 送受信スイッチとをさらに具備することを特徴とする請
    求項３８記載の複数基地レーダ周波数を時間多重変調に
    おいて共有させるための装置。
  40. 【請求項４０】 請求項３８記載の装置を利用するステ
    ップを具備することを特徴とする時間多重変調のための
    方法。
  41. 【請求項４１】 請求項４０記載の装置を具備すること
    を特徴とする集積回路。
  42. 【請求項４２】 請求項４１記載の集積回路を具備する
    ことを特徴とする回路基板。
  43. 【請求項４３】 ＧＰＳ信号からの時間情報を抽出する
    ためのＧＰＳ受信機と、 フェーズロックオシレータと、 時間に対するレーダ機能を制御するための安定器と、 前記ＧＰＳ信号からの情報を参照時間として用いるため
    のクロック発生器と、 レーダ信号を多重変調するためにプログラムされたマイ
    クロプロセッサと、 メモリチップと、 信号シンセサイザと、 デジタルデータ出力装置とを具備することを特徴とする
    複数基地レーダ周波数をＧＰＳ時間多重変調において共
    有させるための装置。
  44. 【請求項４４】 前記ＧＰＳ受信機は、フェーズロック
    オシレータを含むことを特徴とする請求項４３記載の複
    数基地レーダ周波数をＧＰＳ時間多重変調において共有
    させるための装置。
  45. 【請求項４５】 レーダ送信機と、 レーダ受信機と、 送受信スイッチとをさらに具備することを特徴とする請
    求項４３記載の複数基地レーダ周波数をＧＰＳ時間多重
    変調において共有させるための装置。
  46. 【請求項４６】 請求項４３記載の装置を利用するステ
    ップを具備することを特徴とする時間多重変調のための
    方法。
  47. 【請求項４７】 請求項４３記載の装置を具備すること
    を特徴とする集積回路。
  48. 【請求項４８】 請求項４７記載の集積回路を具備する
    ことを特徴とする回路基板。
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