JP2003510615A - ヘリコプタに搭載されているレーダー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、回転アンテナに基づいた合成開口部を有し、この場合、レーダーのパルスを送受信する複数のアンテナが、ロータと共に回転する各アームの端部に配置されている。これらのアンテナは、レーダー装置に接続されている。このレーダー装置は、送信構成群，中央制御装置を有する電子構成群，画像プロセッサ及びディスプレイを有する、ヘリコプタに搭載されているレーダー装置（ＲＯＳＡＲ）に関する。本発明の課題は、レーダー装置のディスプレイ上の画像形成をヘリコプタの慣性軸のうちの１つに整合可能(ausrichtbar) にすること、及びロータの回転数の変化による画像形成への影響をさらに抑えることにある。この課題は、請求項１の特徴部分によって解決される。ヘリコプタに搭載されているレーダー装置の視点角度とヘリコプタの１つの慣性軸との間の同期は、アジマス的に位相正確的に実行される。これによって、ヘリコプタの１つの慣性軸に関して、特にヘリコプタの飛行方向に対して、画像の所定の調整を画面上で実行することが可能になる。さらに、１回当たりのレーダーパルス数を、ロータの実際の回転数に正確に一致させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、回転アンテナに基づいた合成開口部を有する、ヘリコプタに搭載さ
れているレーダー装置に関する（ＲＯＳＡＲ）。この場合、レーダーのパルスを
送受信する複数のアンテナが、ロータと共に回転する各アームの端部に配置され
ている。これらのアンテナは、レーダー装置に接続されている。このレーダー装
置は、送信構成群，中央制御装置を有する電子構成群，画像プロセッサ及びディ
スプレイを有する。

【０００２】 短くＲＯＳＡＲ（ＲＯＳＡＲ：Rotor-SAR ）と記される回転アンテナ上に合成
開口部を有するレーダー装置（略語ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radar）は、キ
ャリアープラットフォームとしてのヘリコプタ用に適している。このＲＯＳＡＲ
に対する基本的な特徴は、ドイツ連邦共和国特許発明第 39 22 086号明細書中に
記されている。動翼の回転運動、又はローターヘッドの上に配置され、かつロー
ターマストに連結されているターンスタイルの回転運動が、合成開口部を形成す
るために利用される。したがって、ＲＯＳＡＲの原理は、飛行機のようにアンテ
ナの直線的な運動を伴うレーダ（ＳＡＲ）に対して原理的に区別がつく。

【０００３】 ＲＯＳＡＲは、360 °に相当する全領域( 完全円；Vollkreis)の全ての角度範
囲をカバーする。この場合、回転アームの送受信アンテナが、送受信過程に対し
て常に使用される。アームがプリセットされたパルス周波数で回転運動する間に
、走査に必要な送信パルスが、送信アンテナによって放射される。そして、その
エコー信号が、受信アンテナによって受信される。このことは、その他の回転ア
ームのアンテナにも当てはまる。この回転アームは、ロータヘッドの地点でヘリ
コプタの回転ローターマストに連結されている動翼として形成され得る。しかし
ながら他方では、この回転アームは、（クロスアンテナとも呼ばれる）ターンス
タイルのアームとしても形成され得る。このターンスタイルは、ローターマスト
の上に位置決めされ、かつこのローターマストに連結されている。このターンス
タイルは、ローターマストの回転数で回転する。

【０００４】 レーダー装置とは、干渉性の信号処理を保証し、かつヘリコプタのボード面に
格納されているレーダである。ＲＯＳＡＲは、障害物の警報に使用され、大地の
撮像にも使用される。この目的のために、複数のアンテナが放射方向に延在し、
かつ水平線の上の方と下の方に指向されているように、これらのアンテナは配置
される。このレーダー装置の視点方向（Blickrichtung)は、このレーダー装置の
アンテナの視点方向によって実現される。送受信アンテナの視点方向は、ロータ
ーマストの回転位置に依存する。この視点方向は、送信パルス内の全領域上の各
方向である。そして、エコー信号が、ディスプレイ上に画像で表示される。

【０００５】 ドイツ連邦共和国特許発明第 43 28 573号明細書は、ヘリコプタ用の全天候視
界システムに対するＲＯＳＡＲの改良形を記す。この全天候視界システムによっ
て生成された複合画像が、付随するコックピットのディスプレイ上に表示される
。

【０００６】 全天候視界システムに改良したこの容易に思いつく従来の技術では、レーダー
装置のアンテナの視点方向とプラットフォームとしてのヘリコプタの慣性軸との
間の関係が記されていない。

【０００７】 円弧状の合成開口部が、アンテナの位相中心（Pfasenzentrum)の経路（Weg)と
して規定されている。この経路は、所定の目的に対してアジマス開口角度(Azimu
t-Oeffnungswinkel)を走査するときに地面に向けられる。

【０００８】 アンテナの位相中心は、飛行方向に沿った直線運動に対してではなくて、回転
運動に対して決められているので、レーダの視点方向はヘリコプタの慣性軸に関
して任意である。主に空間座標軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）が、慣性軸として使用さ
れる。したがって、レーダーの視点方向は、全領域の決定されていない位置にあ
る。

【０００９】 ローターマストの回転数も変化しうるので、１回転当たりのレーダーパルス数
がローターマストの実際の回転数と正確に一致しない点がさらに欠点である。こ
のことは、同様に画像形成に悪影響を及ぼす。

【００１０】 本発明の課題は、レーダー装置のディスプレイ上の画像形成をヘリコプタの慣
性軸のうちの１つに整合可能（ausrichtbar)にすること、及びロータの回転数の
変化による画像形成への影響をさらに抑えることにある。

【００１１】 この課題は、請求項１の特徴部分によって解決される。

【００１２】 そのため、信号検出器がヘリコプタのロータに対して配置される。この信号検
出器は、ロータの回転位置に対して信号を生成する。これらの信号は、レーダー
装置の電子構成郡に伝達され、そこで処理可能である。この電子構成郡は、ロー
タの回転に対する信号列から個々の信号のエッジにマーキングする。１つの信号
のこのエッジは、基準位置として定義されてカウントされる。この基準位置は、
ロータの回転に対する開始を常にマーキングする。そして同時に、ヘリコプタの
慣性軸の位置が、全領域上の基準位置の位置によって確定されている。全領域上
の基準位置は変更可能である。

【００１３】 さらに、中央制御ユニットが、基準位置に対する信号から１つの制御信号を生
成する。この制御信号は、送信構成郡内でそこのパルス速度をロータの回転速度
と同期させるために利用される。

【００１４】 信号検出器が設置される。この信号検出器では、１つ又は多数の送信器がロー
タに対して配置されていて、そしてそれに対向する１つ又は多数の受信器が、ヘ
リコプタの胴体に対して配置されている。しかし、送信器と受信器は、反対の順
序でも位置決めされ得る。

【００１５】 送信器は、磁石として構成され得る。そして、受信器は、それに対応するホー
ル素子として構成され得る。送信器が光電的に作動する送信構成郡として構成さ
れていて、受信器が光電的に作動する受信構成郡として構成されている場合は、
別の構成が得られる。送信器がマイクロ波送信器として構成されていて、受信器
がマイクロ波受信器として構成されている場合は、さらなる構成が得られる。

【００１６】 本発明は、ヘリコプタに搭載されているレーダー装置の視点角度とヘリコプタ
の１つの慣性軸との間の同期を可能にする。この同期は、アジマス的に位相正確
的に実行される。これによって、ヘリコプタの１つの慣性軸に関して、つまりヘ
リコプタの飛行方向に対して、画像の所定の調整を画面上で実行することが可能
になる。 画像内容と飛行方向との間の関係が、この同期によって初めて示されている。パ
イロットがレーダー画像の所望の所定の視点方向を画面上でセットできるように
、レーダー装置（ＲＯＳＡＲ）の視点方向が、電気的な調整輪によって調整され
得る。

【００１７】 ロータの信号検出器との関連で画像形成を改良することが、レーダー装置に対
してさらに可能になる。このことは、レーダーパルスがロータの回転数に対して
同期されることによって実現される。

【００１８】 以下に、本発明を実施の形態とそれに対応する図面に基づいて説明する。

【００１９】 図１は、回転アンテナ（ＲＯＳＡＲ）に基づいた合成開口部を有するレーダー
装置７用のキャリアープラットフォームとしてのヘリコプタ１を概略的に示す。
本発明の装置とその機能を説明するため、レーダー装置７の原理的な構成群だけ
が示されている。駆動部３（例えば、駆動歯車機構）が、駆動エネルギーをクラ
ッチを有する歯車装置２を介してローターマスト４に供給する。動翼６が、この
回転するローターマスト４のローターヘッド５に固定されている。動翼６の上の
ローターヘッド５に固定されているのと同様に、ターンスタイル６０がローター
ヘッド５に固定されている。テールロータに対する駆動部は、制約上の理由から
基本的に図示されていない。ターンスタイル６０は、一般には十字状に配置され
た４本又は多数本ものアームをもつ。アーム６１，６２が図中に示されている。
その他の両アームは、この図面に沿って又はこの図面に対して垂直に向けられて
いる。簡略化の理由から、両アーム６１，６２だけが図示されている。以下では
アーム６２に対して言及されるこのターンスタイル６０は、このターンスタイル
の全てのアームに対して重要である。

【００２０】 アンテナ構成群１０が、アーム６２の放射状の外側端部に配置されている。こ
のアンテナ構成群１０は、送信アンテナ１０１及びレーダー信号又は反射信号（
エコー信号）用の受信アンテナ１０２を有する。送信アンテナ１０１は、電気接
続部を介して送信構成群９に接続されている。この送信構成群９は、ターンスタ
イル６０の中心点に配置されている。もう１つの説明される配置では、中央の送
信構成群９を複数の小さな送信構成群に分割して、いわゆるアクティブアンテナ
（aktive Antennen)としてのアンテナに内蔵してもよい。この送信構成群９は、
電子構成群８の中央制御ユニット８１によって制御されて、レーダーパルスを送
信する。受信アンテナ１０２は、電子構成群８の画像プロセッサ８２に少なくと
も接続されている。この画像プロセッサ８２は、ヘリコプタ８のコップピット内
のディスプレイ１１を制御する。このディスプレイ１１は、パイロットに画像情
報を提供する。電子構成群８は、ＲＯＳＡＲレーダー装置７用の公知の電子構成
群を有する。すなわち、電子構成群８は、互いに接続できる少なくとも１つの中
央制御ユニット８１をと画像プロセッサ８２を有する。中央制御ユニット８１は
、送信構成群９に対する接続部をもつ。

【００２１】 信号検出器１２が、ローターマスト１２に沿って配置されている。この信号検
出器１２は、ロータの回転数とクロスアンテナ又はローター軸の「整合状態(Aus
richt-Zuatand)」とを検出する。この信号検出器１２は、中央制御ユニット８１
に接続されている。

【００２２】 図１中に示された電子構成群８からの接続部と電子構成群８に対する接続部は
、データを交換するための及び／又は制御信号用の電線である。

【００２３】 極めて高い精度が、この信号検出器１２に対して要求される（約 20KHz）。こ
の極めて高い精度要求は、レーダー装置７が 5*10 ^-5秒に相当する周期でレーダ
ーパルスを送信するという事実から生じる。この周期は、必要な地形の走査の理
由からほぼ一定であるものの、その他のヘリコプタの種類では別の値であっても
よい。

【００２４】 電子構成群８による画像形成が、ディスプレイ１１用の受信エコー信号を多数
の画像ピクセルから成る画像に変換する。

【００２５】 パイロットは、レーダー装置がどの視点方向をディスプレイ上に表示させるの
かを認識できなくてはならない。

【００２６】 このことを可能にするため、ローターマストの回転に対する基準位置を特定す
る必要がある。この基準位置は、ローターの回転の間に信号検出器によって生成
された信号エッジの信号列から選択された１つの信号エッジに相当する。さらに
、ヘリコプタの慣性軸が、アジマスの全領域(azimutalen Vollkreis)上でこの基
準位置を確定することによって確定されている。好ましくは、この基準位置とこ
れによって選択すべき慣性軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）が、ほぼ飛行方向（Ｙ方向）
に沿って存在する。

【００２７】 ロータ４０の回転が、信号検出器１２によって検出される。このロータ４０の
概念は、ローターマスト４，ローターヘッド５，動翼６及びターンスタイル６０
を含む。そのため、ロータの回転数を検出するため、これらの言及された構成部
材が測定地点として可能であることが分かる。したがって、信号検出器は１２、
その代わりにこれらの構成部材にも設置可能である。この場合、他方では、ロー
タ４０の回転を、送信構成群９内で生成されたレーダー信号（パルス）と一致さ
せることは明らかに困難である。レーダーパルスは、約 5*10 ^-5秒の非常に短い
周期をもつ。そして、送信アンテナ１０１の１回転当り約 3016 個の（ヘリコプ
タの種類に依存した）レーダーパルスが、（ヘリコプタの種類に依存して）連続
して送信される。その他の送信アンテナがターンスタイル上にさらに配置されて
いる。この場合、各送信アンテナは、ロータの回転数で回転する。

【００２８】 さらに、ロータ４０の回転時に基準位置を生成することによって、開始位置を
送信構成群９のパルス列内で特定することができる。このことは、１つの制御信
号によって実行される。この制御信号は、基準位置を生成することによって生成
できる。この制御信号は、この適切な制御信号（例えば、１つのパルスエッジ）
の目印をパルス列内の開始位置として作るきっかけとなる。パルス列内のこの開
始位置は、ロータの回転の各基準位置によって繰返される。両事象の同時性、す
なわち同期が、送信構成群９に対する中央制御ユニット８１によって制御できる
。この目的のために、この中央制御ユニット８１は、少なくとも１つの計数ユニ
ットを有する。回転の基準位置が得られた時に、この計数ユニットは、ロータ４
０、特にローターマスト４の正確な回転角度位置を算出して、１つの制御信号を
時点に対して正確に供給する。中央制御ユニット８１の計数ユニット内でカウン
トされたこの基準位置はこの制御信号を生成する。中央制御ユニット８１のこの
制御信号は、送信構成群９に対してレーダーパルスのパルス列内で位相正確的に
カウントを開始させる、すなわち開始位置を特定させるきっかけとなる。

【００２９】 したがって、ロータの回転数が一定であるときに、どれだけのレーダパルスが
１回転（パルス速度）当りに全領域内で送信されるのかが分からないだけでなく
て、ロータ４０の回転に対する送信器９の各パルス列が同じ開始位置になる。

【００３０】 さらに、この開始位置は、ヘリコプタの選択された慣性軸に合わせられている
。

【００３１】 全領域におけるアンテナ構成群１０の後続する回転に対するレーダーパルスの
開始位置は、アジマス方向に沿って、１つの慣性軸と一致（同期）して存在する
０°位置に相当する。このことは、この例では好適な様式ではＹ軸である。した
がって、この０°位置は、全領域上のレーダの視点角度（Radar-Blickwinkel)（
アンテナ構成群１０）の各回転に対する開始を常に特定する。その結果、後続す
るレーダーパルスを０°位置に絶え間なく回帰させることが可能である。

【００３２】 受信アンテナ１０２が、反射した信号（エコー信号）を受信する。そして、電
子構成群８が、対応する画像をディスプレイ上に生成する。この画像は、一般に
線素状に描かれる。ロータの回転数が一定であるならば、その生成された画像情
報は、０°位置に対して正確に割当てられて、１つの画像に合成され得る。

【００３３】 パイロットは、慣性軸（例えば、Ｙ軸）に関してレーダー装置７の視点方向を
即座に認識できる。電子構成群８が、アジマス方向のその他の慣性軸（Ｘ軸）に
切り替えるという可能性もあり得る。その結果、変更された視点方向が画像で認
識可能になる。

【００３４】 本発明は、電子構成群８による画像形成をロータの変更可能な（可変な）回転
数にむすびつけるという可能性にも関する。回転数は、ロータが高速回転する間
の始動時や飛行運転時には騒音を減らすために変化し、又は飛行速度の変更時や
変わりやすい風の状況でも変化する。回転数を変えると、ロータ４０の回転速度
がセンサ９のパルス速度ともはや同期しないので、画像が乱される。例えば、ロ
ータの回転数を定格回転数に対して適切に上げるか又は下げると、レーダーパル
ス列が、画像のフレーム構造(Zeilenaufbau)に必要であるよりも小さく又は大き
くなる。このことは、実際のパルス速度の足りない画像情報が、例えば零値と入
れ換えられるか、又は余分な画像情報が拒否されることによって補正され得る。
もう１つの可能性は、送信器９の発振器のパルス速度をローターマスト４の回転
速度に合わせることである。

【００３５】 適切な信号検出器１２が、本発明の機能に対して重要である。この信号検出器
１２は、１つの又は多数の送信器と１つの又は多数の受信器とから構成される。
この原理では、１つ又は多数の小さい送信器が、例えばそれ自身回転する部材（
ターンスタイル６０）上にあり、それに対向する１つ又は多数の受信器が、ヘリ
コプタの固定部材上にある。送信器と受信器との間の配置が交換されていても、
同一の角度が得られる。例えば、送信器と受信器が、光波，マイクロ波又はホー
ル発生器に基づいて交信することによって、送信器と受信器の構造は、いろいろ
な物理原理を基礎にできる。

【００３６】 図２は、ローターマスト４の側面に接する３つの受信器と、ヘリコプター胴体
１３上の３つの送信器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のそれに対応する位置を概略的に示す。
この図は、送信器が受信器に完全に対向して配置されていることを正面図で概略
的に示す。例えば、送信器は、光電的に作動する受信器に向かって焦点合わせさ
れている光を永久に放射する発光ダイオードでもよい。

【００３７】 ローターマスト４が正方向（矢印参照）に回転する場合、受信器Ｅ１が３つの
パルスを受信し、受信器Ｅ２が２つのパルスを受信し、そして受信器Ｅ３が１つ
のパルスを受信した時に、回転が正確に得られる。全ての３つの受信器Ｅ１，Ｅ
２，Ｅ３のパルスエッジがパルスダイアグラムに応じて発生すると、ローターマ
スト４の回転に対する基準位置Ｐ１が得られる（図３）。

【００３８】 （中央制御ユニット８１の計数ユニット内で）カウントされたこの基準位置Ｐ
１は、この中央制御ユニット８１内では１つの制御信号に相当する。この制御信
号は、送信構成群９に伝達される。同時に、１つの適切な同期レーダーパルスが
、この制御信号を発生させることによってこの送信器構成群９の発振器のパルス
列から始動位置Ｐ２として選択される。このカウントは、この送信器９内で実行
される。したがって、ローターの回転と発振器のパルス列とが同期する。

【００３９】 パルスダイアグラム内でのあいまいさを阻止するため、送受信構成群を互いに
非対称に配置することが意図される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ヘリコプタに搭載されているレーダー装置の原理を示す。

【図２】 特にローターマストと胴体の領域内のロータに面した信号検出機の配置を示す
。

【図３】 基準位置を算定し、そして送信構成群の発振のパルス列内で開始位置を導き出
すための信号検出機の受信器のパルスダイヤグラムを示す。

【符号の説明】

１ ヘリコプタ ２ 歯車装置 ３ 駆動部 ４ ローターマスト ５ ローターヘッド ６ 動翼 ７ レーダー装置 ８ 電子構成群 ９ 送信構成群 １０ アンテナ構成群 １１ ディスプレイ １２ 信号検出器 １３ ヘリコプター胴体 ４０ ロータ ６０ ターンスタイル ６１ アーム ６２ アーム ８１ 中央制御ユニット ８２ 画像プロセッサ １０１ 送信アンテナ １０２ 受信アンテナ Ｓ₁ −Ｓ₃ 送信器 Ｅ₁ −Ｅ₃ 受信器 Ｐ₁ 基準位置 Ｐ₂ 開始位置

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 させることができる。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転アンテナに基づいた合成開口部を有し、この場合、レー
   ダーのパルスを送受信する複数のアンテナが、ロータと共に回転する各アームの
   端部に配置されていて、これらのアンテナは、レーダー装置に接続されて、この
   レーダー装置は、送信構成群，中央制御装置を有する電子構成群，画像プロセッ
   サ及びディスプレイを有する、ヘリコプタに搭載されているレーダー装置（ＲＯ
   ＳＡＲ）において、信号検出器（１２) が、ロータ（４０) に対して配置されて
   いて、この信号検出器は、このロータ（４０) の回転位置に対して複数の信号を
   生成し、これらの信号は、このレーダ装置（７）のこの電子構成郡（８）に対し
   て伝達されてそこで処理可能であり、その結果、これらのアンテナ（１０）の視
   点角度が、１つの慣性軸と同期可能であり、これらの生成された信号は、中央制
   御ユニット（８１) に対して供給可能であり、この中央制御ユニット（８１) は
   、複数の制御信号を生成し、１回当たりのレーダーパルス数をこのロータの実際
   の回転数と正確に一致させるため、これらの制御信号は、この送信構成郡（９）
   のパルス速度をこのロータ（４０）の回転速度と同期させることを特徴とする装
   置。
2. 【請求項２】 １つの信号が、生成された信号のうちから１つの基準位置Ｐ
   １を形成し、この基準位置Ｐ１は、ロータの回転に対する開始を常にマーキング
   し、１つの慣性軸の位置が、全領域上の基準位置Ｐ１の位置によって確定されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 基準位置Ｐ１は、全領域上で可変であることを特徴とする請
   求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】 １つ又は多数の送信器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）が、ロータ（４
   ０）に対して配置されていて、それに対向する１つ又は多数の受信器（Ｅ１，Ｅ
   ２，Ｅ３）が、胴体（１３）に対して配置されているか、又はこれらの反対の順
   序で配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置
   。
5. 【請求項５】 送信器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）は、磁石として構成されていて
   、受信器（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）は、ホール素子として構成されていることを特徴
   とする請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 送信器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）は、光電的に作動する送信素子
   として構成されていて、受信器（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）は、光電的に作動する受信
   素子として構成されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
7. 【請求項７】 送信器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）は、マイクロ波送信器として構
   成されていて、受信器（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）は、マイクロ波受信器として構成さ
   れていることを特徴とする請求項４に記載の装置。