JP2003522951A - 地貌座標位置決め能力を有する精密レーダ高度計 - Google Patents

地貌座標位置決め能力を有する精密レーダ高度計

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JP2003522951A JP2001558751A JP2001558751A JP2003522951A JP 2003522951 A JP2003522951 A JP 2003522951A JP 2001558751 A JP2001558751 A JP 2001558751A JP 2001558751 A JP2001558751 A JP 2001558751A JP 2003522951 A JP2003522951 A JP 2003522951A
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Abstract

(57)【要約】 飛行機の高度を決定するレーダ高度計は、地面に向けてレーダ信号を送信する送信器を備える。第１および第２のアンテナは、地面からの、反射されたレーダ信号を受信する。信号プロセッサは、第１および第２のアンテナに結合される。信号プロセッサは、選択された地面観測幅から反射された信号以外の信号を拒絶するフィルタ手段を含む。信号プロセッサは、フィルタ手段から出力されたレーダ信号に基づいて飛行機の地面からの高度を決定する。位相アンビギュイティ解決手段は、第１および第２のアンテナの多数の波長の分離によって生ずる位相アンビギュイティを解決する。信号プロセッサはまた、選択された地面観測幅の最も高い点の水平位置を決定する。好ましい実施形態において、位相アンビギュイティ解決手段は、第１のアンテナに近接して配置された第３のアンテナを備えることによって、第３のアンテナおよび第１のアンテナによって受信される、反射されたレーダ信号の間に位相アンビギュイティが存在しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （関連出願の相互参照） 無し。
【０００２】 （発明の背景） 本発明は、レーダ高度計に関し、より詳細には、地貌座標位置決め能力を有す
る精密レーダ高度計に関する。
【０００３】 本発明の精密レーダ高度計は、ドプラー帯域通過フィルタを用いて、地面を一
連の観測幅で「ルック（ｌｏｏｋ）」し、観測幅に１時に１つずつ焦点を合わせ
る。リターン信号は１対のアンテナによって受信される。特定の観測幅内の最も
高い点の位置は、２つのアンテナによって受信されるリターン信号の位相比較を
行うことにより決定される。レーダによって照射されている最も高い点が飛行機
（ａｉｒ ｖｅｈｉｃｌｅ）の直下にある場合、リターン信号は、両方のアンテ
ナに同時に戻る。一方、最も高い点が飛行機の１つの側面に対してはずれている
場合、リターン信号は、経路が第２のアンテナに対して長いために、第２のアン
テナに戻る前に１つのアンテナに戻る。各アンテナのリターン信号の位相または
到達時間が比較される。２つのアンテナ間の距離が大きくなればなるほど、計測
はより正確になる。しかし、２つのアンテナ間の距離が増えるので、１つまたは
複数の位相アンビギュイティが生ずる。
【０００４】 位相アンビギュイティは、フェーザ（ｐｈａｓｏｒ）の状況で理解することが
できる。フェーザは３６０度ごとに繰り返す。したがって、３７０度は１０度と
同じに現れ、３８０度は２０度と同じに現れ、以下同様である。２つのアンテナ
がさらに離れれば離れるほどより大きな位相アンビギュイティが生ずる。非常に
複雑で、高価かつパワーを消費するアンビギュイティ低減アルゴリズムが、通常
、システムに組み込まれて、位相アンビギュイティを低減または除去する。さら
に、現存のシステムは「サイドルッキング」、すなわち、レーダ用アンテナが飛
行機の側面に対してずれた方向を向いている。サイドルッキング・システムは、
ドプラー観測幅内の全レンジ・セルを処理し、高いレベルの処理を必要とし、大
きくて高価なシステムとなる。これらのサイドルッキング・レーダは、飛行機の
側面に対してはずれた全領域の標高（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）特徴を生成する。こ
れらの特徴は、ナビゲーション目的で、現存する電子地形標高マップと関係付け
られる。さらに、サイド指向アンテナは、ロール操縦中に飛行機の反対側の地形
を照射（ｉｌｌｕｍｉｎａｓｉｏｎ）しないように構成されねばならず、これは
かなり複雑なアンテナ操向機構となる。現存のシステムの大きさ、重さおよび価
格は、システムを小型又は中型の飛行機の上に組み込むことを困難にしている。
【０００５】 より効率的な方法で位相アンビギュイティを除去し、右ターゲットから左ター
ゲットを識別し、そして、高い正確度を維持しながら、観測幅内のただ１つのレ
ンジ・セルを処理することによって、より効率的な方法で観測幅を処理する、よ
り複雑でないダウンルッキング（ｄｏｗｎ−ｌｏｏｋｉｎｇ）・レーダ高度計シ
ステムを使用するのが望ましい。さらに、右ターゲットから左ターゲットを識別
する機能は、標準的な、低価格の、広いビームのレーダ高度計アンテナの組み込
みを可能にする。レーダ高度計システムが１度に多数の観測幅を処理することに
よって処理効率を改善することもまた望ましい。レンジ決定は、第１の観測幅に
対して計算され、同時に、第２の観測幅に対して位相比較が行われる。
【０００６】 （発明の簡単な概要） 地貌位置および飛行機の高度を決定するレーダ高度計システムおよび方法は、
レーダ信号を地面に向けて送信する送信器を備える。第１および第２のアンテナ
は、地面からの反射レーダ信号を受信する。信号プロセッサは、第１および第２
のアンテナに結合される。信号プロセッサは、選択された地面観測幅から反射さ
れた信号以外の信号を拒絶するためのドプラー・フィルタ手段を含む。信号プロ
セッサは、飛行機の地面からの高度を、フィルタ手段から出力されるレーダ信号
に基づいて決定する。位相アンビギュイティ解決手段は、第１および第２のアン
テナの多数の波長分離によって生ずる位相アンビギュイティを解決する。信号プ
ロセッサはまた、選択された地面観測幅の最も高い点の位置を決定する。好まし
い実施形態において、位相アンビギュイティ解決手段は、第１のアンテナに近接
して配置された第３のアンテナを備え、第３のアンテナおよび第１のアンテナに
よって受信された反射レーダ信号間には位相アンビギュイティが存在しない。
【０００７】 本発明のレーダ高度計システムは、位相アンビギュイティを除去し、同時に、
高度な正確さを維持する、単純で効率の良い手段を提供する。さらに、多数の観
測幅が同時に処理され、単一のターゲット（最も高いターゲット）だけが処理さ
れるため、処理効率が改善される。好ましい実施形態において、レンジ決定は、
第１の観測幅に対して計算され、同時に、第２の観測幅に対して位相比較が行わ
れる。
【０００８】 （詳細な説明） 図１は、本発明による精密レーダ高度計のブロック図である。好ましい実施形
態において、レーダ高度計８は、飛行機に組み込まれる。レーダ高度計８は、３
つのチャネル、すなわち、位相アンビギュイティ・チャネル９Ａ、位相Ａチャネ
ル９Ｂおよび位相Ｂチャネル９Ｃを含む。チャネル９Ａは、アンテナ１０Ａ、受
信器３４Ａおよびデジタイザ１８Ａを含む。受信器３４Ａは、低雑音増幅器（Ｌ
ＮＡ）１２Ａ、ミキサ１４Ａおよび中間周波数（ＩＦ）増幅器１６Ａを含む。チ
ャネル９Ｂは、アンテナ１０Ｂ、受信器３４Ｂおよびデジタイザ１８Ｂを含む。
受信器３４Ｂは、ＬＮＡ１２Ｂ、ミキサ１４ＢおよびＩＦ増幅器１６Ｂを含む。
チャネル９Ｃは、アンテナ１０Ｃ、送信／受信スイッチ１１、受信器３４Ｃおよ
びデジタイザ１８Ｃを含む。受信器３４Ｃは、ＬＮＡ１２Ｃ、ミキサ１４Ｃおよ
びＩＦ増幅器１６Ｃを含む。チャネル９Ｃの送信／受信スイッチ１１は、チャネ
ル９Ｃが送信モードまたは受信モードのいずれかで動作することを可能にする。
【０００９】 レーダ高度計８はさらに、ＲＦ発振器２０、クロック生成器２６、送信器３２
、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）３０およびコンピュータ３３を含む。送信
器３２は、電力増幅器２１、変調器２２、単側波帯（ＳＳＢ）ミキサ２４および
中間周波数（ＩＦ）オフセット生成器２８を含む。ＲＦ発振器２０は、ミキサ１
４Ａ〜１４ＣおよびＳＳＢミキサ２４に結合される。クロック生成器２６は、デ
ジタイザ１８Ａ〜１８ＣおよびＩＦオフセット生成器２８に結合される。
【００１０】 本発明のレーダ高度計は、たとえば、１０フィート幅ダウントラック観測幅に
おいて、飛行機の下にある最も高い対象にクロストラック距離と垂直距離を提供
し、ダウントラック観測幅は、クロストラック方向に約４６度幅であるアンテナ
・パターンによって境界付けられる。「ダウントラック」は、進行方向を意味す
る。「クロストラック」は、進行方向に直角であることを意味する。他のアンテ
ナ・パターンおよび観測幅特性が使用されてもよい。観測幅のダウントラック幅
は、飛行機の高度によって変わる。
【００１１】 レーダ高度計８によって行われる第１ステップは、レーダ信号を地面に向けて
送信することである。クロック生成器２６は、クロック信号をＩＦオフセット生
成器２８に提供する。好ましい実施形態において、クロック生成器２６は、１２
０ＭＨｚの周波数で動作するが、他の周波数が使用されてもよい。ＩＦオフセッ
ト生成器２８は、レーダ送信信号用のオフセット信号を生成する。好ましい実施
形態において、オフセット生成器２８は、クロック生成器２６からの入力クロッ
ク信号を４で割り、３０ＭＨｚのクロック信号を出力する。ＳＳＢミキサ２４は
、ＩＦオフセット生成器２８からの３０ＭＨｚクロック信号をＲＦ発振器２０か
らのＲＦ信号とミキシングし、それによって、ＲＦ信号の３０ＭＨｚオフセット
が生成される。ＳＳＢミキサ２４は、オフセット信号を変調器２２に出力する。
ＲＦ発振器２０は、約４．３ＧＨｚで動作するのが好ましい。変調器２２は、レ
ンジ・プロセッサ４４（図２に示す）からの送信コード・データを受信し、ＳＳ
Ｂミキサ２４から受信する信号をパルス変調および位相変調し、変調信号を電力
増幅器２１に出力する。電力増幅器２１は、受信信号を増幅し、増幅された信号
を送信／受信スイッチ１１を通してアンテナ１０Ｃに出力する。アンテナ１０Ｃ
は変調された信号を地面に向かって送信する。好ましい実施形態において、送信
器３２は、約２０μｓのパルス分離を有して、１２ｍｓｅｃの間隔で約６００パ
ルスを送信する。他の周波数およびパルス分離が使用されてもよい。
【００１２】 レーダ信号がチャネル９Ｃによって送信された後、地面から反射された信号は
、アンテナ１０Ａ〜１０Ｃによって受信され、チャネル９Ａ〜９Ｃのそれぞれの
コンポーネントによって処理される。チャネル９ＣにおけるＬＮＡ１２Ｃ、ミキ
サ１４Ｃ、ＩＦ増幅器１６Ｃおよびデジタイザ１８Ｃは、チャネル９Ａおよび９
Ｂの対応するコンポーネントと同じであるため、各チャネル９Ａ〜９Ｃ（集合的
にチャネル９と呼ぶ）は、他のチャネルと同じ機能を実行する。したがって、チ
ャネル９の各１つによって実行される機能は、チャネル９Ａおよび９Ｂが信号を
受信し、処理する時と同じように動作するということを理解した上で、チャネル
９Ｃに関してのみ説明されるであろう。
【００１３】 アンテナ１０Ｃによって受信されるリターン信号は、送信／受信スイッチ１１
を通過し、ＬＮＡ１２Ｃによって増幅される。ミキサ１４Ｃは、増幅されたリタ
ーン信号をＲＦ発信器２０によって出力されるＲＦ発振器信号とミキシングし、
ＩＦオフセット信号をＩＦ増幅器１６Ｃに出力する。ＩＦオフセット信号は、Ｉ
Ｆ増幅器１６Ｃによって増幅され、デジタイザ１８Ｃに出力する。デジタイザ１
８Ｃは、受信された信号をデジタル化し、デジタル化された信号をＤＳＰ３０に
出力する。クロック生成器２６の周波数は、チャネル９Ａ〜９Ｃ上への入力アナ
ログ信号がデジタイザ１８Ａ〜１８Ｃによってサンプリングされ、デジタル化さ
れるレートを決定する。
【００１４】 コンピュータ３３は、飛行機または航空機（Ａ／Ｃ）の垂直および水平速度デ
ータを飛行機慣性航法システム（ＩＮＳ）から受信する。コンピュータ３３は、
速度データを処理し、制御ライン４５上でＤＳＰ３０に制御信号を出力する。Ｄ
ＳＰ３０は、地面上の特定の領域または「観測幅」内の最も高い点の位置を特定
するターゲット位置ベクトルを出力し、また、飛行機の高度を特定する地面から
の高度（ＡＧＬ）データを出力する。
【００１５】 図２は、本発明のレーダ高度計の第２のブロック図であり、ＤＳＰ３０に関す
る追加の詳細を含む。ＲＦ発振器２０、クロック２６およびコンピュータ３３は
、図を簡単にし、他のコンポーネントにさらにスペースを提供するために、図２
では示されていない。ＤＳＰ３０は、レンジ・ゲート／相関器３６Ａ〜３６Ｄ、
ワード積分帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３８Ａ〜３８Ｄ、イメージ拒絶ミキサ４
０Ａ〜４０Ｄ、ドプラー帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４２Ａ〜４２Ｄ、レンジ・
プロセッサ４４、疎位相プロセッサ４６Ａ、座標位置決定プロセッサ４６Ｂおよ
び密位相プロセッサ４６Ｃを含む。疎位相プロセッサ４６Ａ、座標位置決定プロ
セッサ４６Ｂおよび密位相プロセッサ４６Ｃは、集合的に位相プロセッサ４６と
呼ばれる。ＤＳＰ３０は、４チャネル、すなわち、レンジ・チャネル９Ｄ、位相
Ｂチャネル９Ｃ、位相アンビギュイティ・チャネル９Ａおよび位相Ａチャネル９
Ｂを含む。レンジ・チャネル９Ｄはブロック３６Ｄ〜４２Ｄおよび４４を含む。
位相Ｂチャネル９Ｃはブロック３６Ｃ〜４２Ｃを含む。位相アンビギュイティ・
チャネル９Ａはブロック３６Ａ〜４２Ａを含む。位相Ａチャネル９Ｂはブロック
３６Ｂ〜４２Ｂを含む。
【００１６】 レーダ信号が下の地面に送信されると、リターン信号はドプラー・シフトを有
して、送信される信号と同じ周波数で戻る。レーダが前方をルックする場合、リ
ターン信号は周波数がシフトアップするであろう。レーダが後ろをルックする場
合、リターン信号は周波数がシフトダウンするであろう。
【００１７】 ドプラー帯域通過フィルタ４２Ａ〜４２Ｄを適切に調整することによって、地
面上の任意の点が選択され、境界付けされることができる。したがって、その１
つの選択された地面観測幅からのリターン信号のみがルックされる。各観測幅は
、３，０００フィートで約１０フィート幅ダウントラックであるのが好ましく、
８，０００フィートで約２０フィート幅に増加する。
【００１８】 特定の観測幅内の最も高い点の水平位置は、リターン信号の位相比較を行うこ
とによって決定される。レーダによって照射されている最も高い点が飛行機の直
下にある場合、リターン信号は同時にアンテナ１０Ｂおよび１０Ｃに戻るであろ
う。一方、最も高い点が飛行機の１つの側面に対してはずれている場合、経路が
第２のアンテナ１０Ｃに対してより長いため、リターン信号は、第２のアンテナ
（たとえば、アンテナ１０Ｃ）に戻る前に１つのアンテナ（たとえば、アンテナ
１０Ｂ）に戻るであろう。アンテナのそれぞれでのリターン信号の到達位相又は
時間が比較される。２つのアンテナ１０Ｂおよび１０Ｃの間の距離が大きくなれ
ばなるほど、計測がより正確になるであろう。しかし、アンテナ１０Ｂおよび１
０Ｃの間の距離が増加すると、１つまたは複数の位相アンビギュイティが生ずる
。アンテナ１０Ｂおよび１０Ｃがさらに離れて配置されればされるほど、ますま
す大きな位相アンビギュイティが生ずるであろう。本発明による典型的なアンテ
ナ分離では、４または５位相アンビギュイティが起こる。
【００１９】 多数波長アンテナ分離に関連する位相アンビギュイティ問題は、アンテナ１０
Ｂおよび１０Ｃから離して配置された第３のアンテナ１０Ａを付加することによ
って解決され、３つの位相の比較の組み合わせがアンビギュイティを除去する。
第３のアンテナ１０Ａは、アンビギュイティ・アンテナと呼ばれる。アンビギュ
イティ・アンテナ１０Ａは、他の２つのアンテナ１０Ｂまたは１０Ｃの１つに非
常に近接して位置決めされるため、アンビギュイティ・アンテナ１０Ｃとアンビ
ギュイティ・アンテナに最も近いアンテナの間の位相アンビギュイティは存在し
ない。アンビギュイティ・アンテナ１０Ａとアンビギュイティ・アンテナに最も
近いアンテナの間の小さなベースラインまたは距離分離のために、正確さは失わ
れる。したがって、大きく離して配置されたアンテナ１０Ｂおよび１０Ｃは、必
要な正確さを提供するために使用され、２つの近接して配置されたアンテナは、
位相アンビギュイティを除去するために使用される。
【００２０】 本発明は、特定の観測幅の最も高い点を特定するために２つの択一的技術を使
用する。第１の技術は、探索−同時−処理（ｓｅａｒｃｈ−ｗｈｉｌｅ−ｐｒｏ
ｃｅｓｓ）技術と呼ばれ、１度に１を超える観測幅を処理することを含む。図１
および２に示す実施形態は、探索−同時−処理技術を使用する。別法として、単
一観測幅技術が使用されてもよい。単一観測幅技術は図５に関して以下で説明さ
れる。
【００２１】 図３は、本発明のレーダ高度計によって実施される探索−同時−処理技術を説
明する。図３に示すように、飛行機６０は地面７０の上を飛ぶ。ＤＳＰ３０内の
レンジ・ゲート／相関器３６Ａ〜３６Ｃは、その時のドプラー観測幅６２の最も
近いターゲット上に固定される。同時に、レンジ・ゲート／相関器３６Ｄは、次
のドプラー観測幅６４の最も高い対象に対してスラント・レンジを探索する。ス
ラント・レンジは、本質的に時間（すなわち、受信されるリターン信号に対する
時間）が同じである。制御ライン４５Ａおよび４５Ｂ（図２に示され、集合的に
制御ライン４５と呼ぶ）は、観測幅特性を定義するために使用される。コンピュ
ータ３３（図１に示す）は、レンジ・プロセッサ４４（図２に示す）からの飛行
機の高度データ及び飛行機のＩＮＳから受信される速度データに基づいて、制御
ライン４５上でドプラーＢＰＦ４２Ａ〜４２Ｄに制御信号を出力する。ＢＰＦ４
２Ａ〜４２Ｄに対するドプラー周波数および帯域は、適切な観測幅を得るために
、飛行機の速度および高度データに基づいて調節される。コンピュータ３３は、
制御ライン４５Ａを使用してドプラーＢＰＦ４２Ｄを次のドプラー観測幅６４に
限定し、制御ライン４５Ｂを使用してドプラーＢＰＦ４２Ａ〜４２Ｃを現行のド
プラー観測幅６２に限定する。
【００２２】 レンジ・チャネル９Ｄが、次のドプラー観測幅６４の最も高い点に対するスラ
ント・レンジを探索し、収集した後、レンジ・プロセッサ４４は、レンジ・ゲー
ト／相関器３６Ａ〜３６Ｃを計算されたスラント・レンジに設定する。レンジ・
ゲート／相関器３６Ａ〜３６Ｃは、レンジ・ゲート／相関器３６Ａ〜３６Ｃが次
の観測幅に達する時、レンジ・プロセッサ４４によって出力されたスラント・レ
ンジを使用する。
【００２３】 図４は、探索−同時−処理機能をさらに説明するタイミングダイアグラムであ
る。好ましい実施形態において、飛行機６０は、約５００ノットまたは約８００
フィート／秒の速度で移動するため、各１０フィート観測幅を通過するのに約１
２ｍｓｅｃかかる。図４の各列は、１２ｍｓｅｃ間隔を表す。１２ｍｓｅｃ間隔
は観測幅質問（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）間隔と呼ばれる。図４の第１行は
、飛行機または航空機（Ａ／Ｃ）位置を示す。図４の第２行はレンジ・チャネル
９Ｄによって現在処理されている観測幅を示す。図４の第３行は、位相チャネル
９Ａ〜９Ｃによって現在処理されている観測幅を示す。レンジ・チャネル９Ｄは
、常に位相チャネル９Ａ〜９Ｃより１観測幅進んでいる。各１２ｍｓｅｃ間隔の
終わりで、レンジ・チャネル９Ｄは、チャネル９Ａ〜９Ｃによって処理される次
の観測幅のために、検出されたレンジをチャネル９Ａ〜９Ｃに提供する。
【００２４】 レーダ・レンジは、送信されたパルスがターゲットに当たって、その後、戻る
のにかかる時間量によって決定される。レンジ・ゲート／相関器３６Ａ〜３６Ｄ
において使用されるようなレンジ・ゲートは、本質的に、リターン信号の選択さ
れたサンプルが処理されることを可能にするだけのスイッチである。ある状況で
は、「レンジ・ゲート」は、有限な長さの時間の間閉じることが可能なスイッチ
を意味するが、デジタル信号処理状況では、レンジ・ゲートは、離散サンプルに
相当する。リターン信号は、スイッチが閉じる時間上の点までレンジ・ゲートを
通過することができない。たとえば、レンジ・ゲートが１０００フィートのスラ
ント・ゲートに設定されている場合、レンジ・ゲートは、送信後、２μｓ（１０
００フィートのレンジに相当する時間量）待ち、その後、サンプリングされたリ
ターン信号が通過することを可能にするために閉じる。レンジ・プロセッサ４４
は、レンジ・ゲート／相関器３６Ａ〜３６Ｄにおいてレンジ・ゲートのスラント
・レンジを設定する責任がある。
【００２５】 地面に向けて送信される各レーダ・パルスは、地形の広がりのためにより広い
信号として戻る。デジタイザ１８Ａ〜１８Ｃは、レーダ信号が送信された直後に
サンプリングおよびデジタル化を始め、サンプルをレンジ・ゲート／相関器３６
Ａ〜３６Ｄに出力する。地面上の最も高い点を特定するために、エネルギーを有
する最も近いか、または、最も早期のサンプルが特定されねばならない。デジタ
イザ１８Ａは、次のドプラー観測幅６４からのサンプルをレンジ・チャネル９Ｄ
に出力し、レンジ・チャネル９Ｄで、サンプルは種々のコンポーネントによって
処理され、最後にレンジ・プロセッサ４４によって受信される。レンジ・チャネ
ル９Ｄの種々のコンポーネントによって実施される処理は以下で説明される。レ
ンジ・プロセッサ４４はデジタイザ１８Ａから受信されたサンプルに質問し、エ
ネルギーを有する第１のサンプルを特定する。エネルギーを有する第１のサンプ
ルが取得されるサンプル番号または時間上の点は、その観測幅における最も高い
ターゲットに対するスラント・レンジと呼ばれる。レンジ・プロセッサ４４は、
レンジ・ゲート／相関器３６Ｄを適切なスラント・レンジに設定する。好ましい
実施形態において、レンジ・プロセッサ４４は、以前の観測幅について高度計算
から決定される、履歴上の高度平均に相当する時間上の点で、デジタイザ１８Ａ
から受信されたサンプルの質問を始める。レンジ・プロセッサ４４は、その後、
非ゼロ・エネルギーを有する第１のサンプルが特定されるまで、到着する方向（
ｉｎｂｏｕｎｄ）、または時間のより早い方向（ｅａｒｌｉｅｒ ｉｎ ｔｉｍ
ｅ）に移動する。
【００２６】 各１２ｍｓｅｃ観測幅質問間隔中に、約６００パルスからのサンプルがデジタ
イザ１８Ａからレンジ・ゲート／相関器３６Ｄへ送られる。全１２ｍｓｃの期間
、レンジ・ゲート／相関器３６Ｄの位置は、最も高い点（すなわち、非ゼロ・エ
ネルギーを有する第１の点）を見出すことを試みるために、以前に決定されたス
ラント・レンジに対して移動する。１２ｍｓｅｃ間隔の終わりに、レンジ・プロ
セッサ４４は、レンジ・ゲート／相関器３６Ａ〜３６Ｃを最も高いターゲットに
相当するスラント・レンジに設定する。レンジ・プロセッサ４４は、最も高い地
形点を連続して積分または平均し、効率的にデータをフィルタリングして、高度
を提供する。
【００２７】 ＤＳＰ３０内の各チャネル９Ａ〜９Ｄは、本質的に同じコンポーネントを含む
。好ましい実施形態において、ＤＳＰ３０のコンポーネントの全てはソフトウェ
アで実装されるが、ハードウェアもまた使用されることができる。レンジ・ゲー
ト／相関器３６Ａ〜３６Ｄは、デジタイザ１８Ａ〜１８Ｃから受信されたサンプ
ルを位相復調する。また、妨害電波および傍受受信器および他の飛行機からの相
互干渉に対する耐性を提供するために、レンジ・ゲート／相関器３６Ａ〜３６Ｄ
およびワード積分帯域通過フィルタ３８Ａ〜３８Ｄは、送信器３２によって送信
された信号以外の全ての信号を拒絶する。好ましい実施形態において、送信器３
２によって送信された信号は位相コード化され、送信されたものと異なるコード
を有するリターン信号は、相関器３６Ａ〜３６Ｄおよびフィルタ３８Ａ〜３８Ｄ
によって拒絶される。レンジ・ゲート／相関器３６Ａ〜３６Ｄは、コード化され
たレーダ・リターン信号を復調し、サンプリングされたリターン信号をワード積
分ＢＰＦ３８Ａ〜３８Ｄに出力する。ワード積分帯域通過フィルタ３８Ａ〜３８
Ｄは、受信されたサンプルを積分し、デジタル的にサンプリングされた中間周波
数の正弦波を生成し、正弦波はイメージ拒絶ミキサ４０Ａ〜４０Ｄに出力される
。ワード積分帯域通過フィルタ３８Ａ〜３８Ｄはまた、関連のないコードを拒絶
する相関器として機能する。復調／フィルタ・アクションは、不要な信号の拒絶
をもたらす。
【００２８】 イメージ拒絶ミキサ４０Ａ〜４０Ｄのための周波数基準は、ＩＦオフセット生
成器２８から得られる。イメージ拒絶ミキサ４０Ａ〜４０Ｄは、ワード積分帯域
通過フィルタ３８Ａ〜３８Ｄから受信されたＩＦ信号を下方にベースラインにシ
フトし、信号からの不要な側波帯（すなわち、イメージ側波帯）を除去する。信
号が下方変換される時はいつも側波帯が生ずる。たとえば、３０ＭＨｚＩＦ搬送
波信号が正の５Ｈｚドプラー・シフトを有して使用されると仮定すると、信号が
下方にベースバンドにミキシングされる時、得られる信号は、プラスおよびマイ
ナス５Ｈｚ成分（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を含むであろう。イメージ拒絶ミキサ４
０Ａ〜４０Ｄは、不要なマイナス５Ｈｚ成分を拒絶し、ベースバンド信号をドプ
ラーＢＰＦ４２Ａ〜４２Ｄに出力する。
【００２９】 ドプラーＢＰＦ４２Ａ〜４２Ｃは、現在の観測幅６２に対するドプラー・シフ
トに相当する中心周波数に設定される。同様に、ドプラーＢＰＦ４２Ｄは、次の
ドプラー観測幅６４に対するドプラー・シフトに相当する中心周波数に設定され
る。ドプラーＢＰＦ４２Ａ〜４２Ｄの帯域は、１０フィートのような所望のダウ
ントラック観測幅を提供するために設定される。各ドプラーＢＰＦ４２Ａ〜４２
Ｃは正弦波を出力する。ドプラーＢＰＦ４２Ａ〜４２Ｃによって出力される各正
弦波は同じ周波数であるが、正弦波は異なる位相シフトを有するであろう。ドプ
ラーＢＰＦ４２Ａ〜４２Ｃから受信された正弦波の位相差に基づいて、位相プロ
セッサ４６は、現在の観測幅の最も高い点の角度位置を決定し、角度位置は、最
も高い点が飛行機の右にあるか左にあるかを含む。位相プロセッサ４６はまた、
種々の入力信号の位相比較に基づいて任意の位相アンビギュイティを除去する。
好ましい実施形態において、疎位相プロセッサ４６Ａは、ドプラーＢＰＦ４２Ｃ
およびドプラーＢＰＦ４２Ａからの信号の間の位相関係を決定し、アンビギュア
スでないが疎な位相関係を出力する。密位相プロセッサ４６Ｃは、ドプラーＢＰ
Ｆ４２ＣおよびドプラーＢＰＦ４２Ｂからの信号の間の位相関係を決定し、密で
あるがアンビギュアスな位相関係を出力する。座標位置決定プロセッサ４６Ｂは
、位相プロセッサ４６Ａおよび４６Ｃからの、密でアンビギュアスおよび疎でア
ンビギュアスでない情報に基づいて、観測幅の最も高い点の高さと水平位置を決
定し、ターゲット位置ベクトルを出力する。
【００３０】 図５は、特定の観測幅内の最も高い点を特定するために、単一観測幅技術を用
いる、本発明の別の実施形態を示す。図５に示すレーダ高度計８０は、２つの主
な異なる点があるが、図１および２に示す実施形態に非常に似ている。第１に、
レーダ高度計８０は、デジタイザ１８Ａ〜１８Ｃとレンジ・ゲート／相関器３６
Ａ〜３６Ｃの間に配置されたランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１９Ａ〜１
９Ｃを含む。第２に、ＤＳＰ８２内の制御ライン４５Ａおよび４５Ｂは共に、過
去のドプラー観測幅を選択するために使用される。したがって、レーダ高度計８
０は１度に１つの観測幅からのデータを処理するだけである。
【００３１】 レンジ・チャネル９Ｄが飛行機６０より１観測幅先行し、位相チャネル９Ａ〜
９Ｃが飛行機６０と同じ観測幅であった、探索−同時−処理技術と違って、単一
観測幅技術では、チェンネル９Ａ〜９Ｄの全ては、現在の飛行機の位置より１観
測幅遅れる。飛行機６０は第１の地面観測幅の上を飛ぶので、デジタイザ１８Ａ
〜１８Ｃは、第１の地面観測幅についてリターン信号をデジタル化し、データを
ＲＡＭ１９Ａ〜１９Ｃに格納する。レンジ・チャネル９Ｄおよび位相チャネル９
Ａ〜９Ｃは、飛行機６０が第２の観測幅（すなわち、現在の観測幅）上を飛んで
いる時、ＲＡＭ１９Ａ〜１９Ｃに格納された第１の観測幅を処理する。したがっ
て、ドプラーＢＰＦ４２Ａ〜４２Ｄはそれぞれ過去のドプラー観測幅、または、
飛行機６０によってちょうど通過された観測幅に設定される。飛行機６０が第３
の観測幅上を飛ぶ時、第３の観測幅についてレーダ・リターン信号は、ＲＡＭ１
９Ａ〜１９Ｃに格納される一方、チャネル９Ａ〜９Ｄは、第２の観測幅からのリ
ターン信号を処理するなどである。上述した違い以外では、レーダ高度計８０は
、図１および２に示し、また、上述した実施形態と実質的に同様に動作する。
【００３２】 本発明のレーダ高度計は、多くの種々の用途で使用されてもよい。たとえば、
レーダ高度計は無人の飛行機で使用されることができる。こうした用途では、電
子地形標高マップが無人の飛行機に格納される。無人の飛行機は、本発明のレー
ダ高度計の出力を格納された地形標高マップと比較し、飛行機が位置している場
所を特定する。本発明のレーダ高度計はまた、グローバル・ポジショニング・シ
ステム（ＧＰＳ）が、妨害電波、信号妨害または他の問題によって効果がなくな
る場合に、ＧＰＳに対するバックアップとして使用されてもよい。
【００３３】 本発明について、好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者なら、本発
明の精神および範囲から逸脱しない形態および細部で変更を加えることができる
ことを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるレーダ高度計のブロック図である。
【図２】 デジタル信号プロセッサに関する追加の詳細を含む、本発明によるレーダ高度
計の第２のブロック図である。
【図３】 本発明のレーダ高度計によって実施される探索−同時−処理技術を説明する図
である。
【図４】 探索−同時−処理機能をさらに説明するタイミング図である。
【図５】 本発明のレーダ高度計の別の実施形態のブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルムステッド，ラリー・ディー アメリカ合衆国ミネソタ州55420，ミネア ポリス，テンス・アヴェニュー・サウス 10045 (72)発明者 ペトリッチ，カーティス・ジェイ アメリカ合衆国ミネソタ州55418，ミネア ポリス，ルーズヴェルト・ストリート・ノ ースイースト 3429 Ｆターム(参考） 5J070 AB01 AC03 AD02 AD03 AF06 AH04 AH40

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 地面に対して飛行機の高度を決定するレーダ高度計であって
    、 レーダ信号を地面に向けて送信する送信器と、 地面から反射されたレーダ信号を受信する第１および第２のアンテナと、 前記第１および前記第２のアンテナに結合された信号プロセッサであって、選
    択された地面観測幅から反射された信号以外の信号を拒絶するフィルタ手段を含
    み、前記フィルタ手段から出力される前記レーダ信号に基づいて、前記飛行機の
    前記地面からの高度を決定する信号プロセッサと、 前記第１および前記第２のアンテナの多数の波長の分離によって生ずる位相ア
    ンビギュイティを解決する位相アンビギュイティ解決手段とを備えるレーダ高度
    計。
  2. 【請求項２】 前記信号プロセッサは、前記選択された地面観測幅の最も高
    い点の位置を特定する、請求項１に記載のレーダ高度計。
  3. 【請求項３】 前記位相アンビギュイティ解決手段は、前記第１のアンテナ
    に近接して配置された第３のアンテナを備え、それによって、前記第３および前
    記第１のアンテナによって受信された、反射されたレーダ信号の間に位相アンビ
    ギュイティが存在しない、請求項１に記載のレーダ高度計。
  4. 【請求項４】 前記信号プロセッサは、第１の地面観測幅に対して前記飛行
    機の前記地面からの高度を計算するレンジ・チャネルを含み、また、第２の地面
    観測幅の最も高い点の位置を計算する少なくとも２つの位相チャネルを含み、前
    記レンジ・チャネルおよび前記位相チャネルは同時に動作する、請求項１に記載
    のレーダ高度計。
  5. 【請求項５】 前記レンジ・チャネルは、前記位相チャネルに前記第１の地
    面観測幅についてスラント・レンジを提供する、請求項４に記載のレーダ高度計
    。
  6. 【請求項６】 第１の地面観測幅について受信されたレーダ信号を格納する
    メモリをさらに備え、前記信号プロセッサは、前記飛行機が第２の地面観測幅上
    を飛ぶ時に、前記第１の地面観測幅について受信されたレーダ信号を処理し、前
    記飛行機の前記地面からの高度および前記第１の地面観測幅の前記最も高い点の
    前記位置を決定する、請求項１に記載のレーダ高度計。
  7. 【請求項７】 前記信号プロセッサは、前記送信器以外の信号源から生ずる
    信号を拒絶する手段を含む、請求項１に記載のレーダ高度計。
  8. 【請求項８】 地面に対して飛行機の高度を決定する方法であって、 レーダ信号を前記地面に向けて送信すること、 前記地面からの反射されたレーダ信号を第１および第２のアンテナによって受
    信すること、 選択された地面観測幅から反射された信号のみを通すために、前記受信された
    レーダ信号をフィルタリングすること、 前記選択された地面観測幅から反射された前記レーダ信号に基づいて、前記飛
    行機の高度を決定すること、 前記第１のアンテナによって受信された前記反射されたレーダ信号を第３のア
    ンテナによって受信された信号と比較して、前記第１および前記第２のアンテナ
    の多数の波長の分離によって生ずる位相アンビギュイティを解決することを含む
    方法。
  9. 【請求項９】 前記選択された地面観測幅の前記最も高い点の前記位置を決
    定することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 レンジ・チャネルを用いて、第１の地面観測幅に対して前
    記飛行機の前記上述の地面からの高度を計算すること、 少なくとも２つの位相チャネルを用いて、第２の地面観測幅の前記最も高い点
    の前記位置を計算することをさらに含み、前記レンジ・チャネルおよび前記位相
    チャネルは同時に動作する、請求項８に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記レンジ・チャネルは、前記位相チャネルに前記第１の
    地面観測幅についてスラント・レンジを提供する、請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 第１の地面観測幅について受信されたレーダ信号をデジタ
    ル化すること、 前記第１の地面観測幅について前記デジタル化されたレーダ信号を格納するこ
    と、 前記飛行機が第２の地面観測幅上を飛ぶ時に、前記第１の地面観測幅について
    前記デジタル化されたレーダ信号を処理して、前記飛行機の前記地面からの高度
    および前記第１の地面観測幅の前記最も高い点の前記位置を決定することをさら
    に含む、請求項８に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記送信器以外の信号源から生ずる信号を拒絶することを
    さらに含む、請求項８に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 地面に対して飛行機の高度を決定するダウンルッキング精
    密レーダ高度計であって、 前記飛行機の下の地面に向けて実質的にまっすぐ下にレーダ信号を送信する送
    信器と、 前記地面からの反射されたレーダ信号を受信する第１および第２のアンテナと
    を備え、前記受信されたレーダ信号は、前記飛行機の左および右の両方の地形か
    ら反射され、さらに、 前記第１および前記第２のアンテナに結合された信号プロセッサであって、選
    択された地面観測幅から反射された信号以外の信号を拒絶するフィルタ手段を含
    み、前記フィルタ手段から出力された前記レーダ信号に基づいて前記飛行機の前
    記地面からの高度を決定する信号プロセッサを備えるダウンルッキング精密レー
    ダ高度計。
  15. 【請求項１５】 前記信号プロセッサは、前記選択された地面観測幅の前記
    最も高い点の前記位置を決定する、請求項１４に記載のレーダ高度計。
  16. 【請求項１６】 前記第１および前記第２のアンテナの多数の波長の分離に
    よって生ずる位相アンビギュイティを解決する位相アンビギュイティ解決手段を
    さらに備える、請求項１４に記載のレーダ高度計。
  17. 【請求項１７】 前記位相アンビギュイティ解決手段は、前記第１のアンテ
    ナに近接して配置された第３のアンテナを備え、それによって、前記第３および
    前記第１のアンテナによって受信された、反射されたレーダ信号の間に位相アン
    ビギュイティが存在しない、請求項１６に記載のレーダ高度計。
  18. 【請求項１８】 前記信号プロセッサは、第１の地面観測幅に対して前記飛
    行機の前記地面からの高度を計算するレンジ・チャネルを含み、また、第２の地
    面観測幅の最も高い点の位置を計算する少なくとも２つの位相チャネルを含み、
    前記レンジ・チャネルおよび前記位相チャネルは同時に動作する、請求項１４に
    記載のレーダ高度計。
  19. 【請求項１９】 前記レンジ・チャネルは、前記位相チャネルに前記第１の
    地面観測幅についてスラント・レンジを提供する、請求項１８に記載のレーダ高
    度計。
  20. 【請求項２０】 第１の地面観測幅について受信されたレーダ信号を格納す
    るメモリをさらに備え、前記信号プロセッサは、前記飛行機が第２の地面観測幅
    上を飛ぶ時に、前記第１の地面観測幅について受信されたレーダ信号を処理し、
    前記飛行機の前記地面からの高度および前記第１の地面観測幅の前記最も高い点
    の前記位置を決定する、請求項１４に記載のレーダ高度計。
  21. 【請求項２１】 前記信号プロセッサは、前記送信器以外の信号源から生ず
    る信号を拒絶する手段を含む、請求項１４に記載のレーダ高度計。
JP2001558751A 2000-02-04 2001-02-01 地貌座標位置決め能力を有する精密レーダ高度計 Withdrawn JP2003522951A (ja)

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