JP2004507768A

JP2004507768A - 高性能レーダ励起装置におけるｄｄｓスパー緩和

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Publication number: JP2004507768A
Application number: JP2002523638A
Authority: JP
Inventors: ヌッスバウム、ハワード・エス; ポジー、ウィリアム・ピー
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2021-08-08
Also published as: EP1314049A2; DE60142567D1; IL149348A0; US6459404B1; WO2002018970A2; JP4949597B2; WO2002018970A3; EP1314049B1

Abstract

直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）６０を含んでいるレーダ励起装置でパルスレーダ励起装置信号を与える方法を開示する。ＤＤＳのリセットによりパルス・ツー・パルスの位相の不連続性を有するパルス化されたＤＤＳ信号を与えるためにＤＤＳはパルス・ツー・パルスでリセットされる。ＤＤＳ信号のパルス・ツー・パルスの位相を補正するために各パルスにわたって一定に維持されている位相シフトにより、パルス化されたＤＤＳ信号の位相はパルス・ツー・パルスでシフトされることができる。ディスクリートな位相変調器７０は位相シフトを与えることができる。パルス化されたＤＤＳ信号の位相はパルス・ツー・パルスからの線形位相シーケンスである付加的な位相シフトによって、またはパルス・ツー・パルスからの二次位相シーケンスである付加的な位相シフトによってパルス・ツー・パルスでシフトされることができ、それによってレンジング波形を発生する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルシンセサイザ、特にレーダで応用するためのこのようなシンセサイザーにおけるスパー発生を軽減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）は技術で知られており、例えば“ＡＤｉｇｉｔａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ ”、ＪｏｓｅｐｈＴｉｅｒｎｅｙ、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＡｕｄｉｏａｎｄＥｌｅｃｔｒｏａｃｏｕｓｔｉｃｓ、Ｃｏｌ．ＡＵ−１９、Ｎｏ．１、４８−５７頁、１９７１年３月と、“ＡＨｉｇｈＰｕｒｉｔｙ ”、ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍ、２０７ −２１１頁、１９９３年に記載されている。
【０００３】
現在の世代のＤＤＳはレーダ励起装置で良好な周波数選択とパルス圧縮変調との両者を発生するためにフレキシブル性を与える。しかしながら、ＤＤＳは高性能レーダに必要なスペクトルの純度を与えることができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
チャンネル選択に使用されるＤＤＳのスペクトルを浄化する従来の試みは、フィルタと周波数分割装置を使用する。良好な周波数だけが必要とされるならば、狭い帯域の可変中心周波数フィルタはスペクトル純度の高い信号を生成するためにＤＤＳからの信号を濾波するために使用されることができる。残念ながら狭い帯域幅のフィルタは、狭い帯域幅のフィルタよりも広い帯域幅を有するパルス圧縮変調を非常に劣化する。また周波数分割装置は対応する量だけＤＤＳ信号帯域幅を減少し、したがって広帯域幅応用での有用性を減少する。したがって、現在のＤＤＳ発生の忠実度は、レーダ励起装置で通常の方法で使用されるとき、高性能レーダの要求を満たすのに適切ではない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、同一のシーケンス／波形のパルス・ツー・パルスを反復し、シーケンスのＤＤＳ反復により位相の不連続性について結果的な送信波形を補償することである。この方法によれば、レーダ動作で必要とされるスペクトルの重要な要素は完全なＤＤＳ程は劣化されない。
【０００６】
したがって、本発明の１特徴によると、直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）を含んでいるレーダ励起装置でパルスレーダ励起装置信号を与える方法が提供される。この方法はＤＤＳのリセットによりパルス・ツー・パルスの位相不連続性を有するパルス化されたＤＤＳ信号を与えるためパルス・ツー・パルスでリセットすることを含んでいる。
【０００７】
本発明のさらに別の特徴によると、この方法はＤＤＳ信号のパルス・ツー・パルス位相を補正するためにパルスにわたって一定に維持されている位相シフトによりパルス化されたＤＤＳ信号の位相をパルス・ツー・パルスでシフトすることを含むことができる。
【０００８】
本発明の別の特徴によると、パルス化されたレーダ励起装置が提供され、これはパルス化されたＤＤＳ信号を発生するための直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）を含んでいる。制御装置は動作を再度開始するために各パルスでＤＤＳをリセットする。ディスクリートな位相変調器はＤＤＳ信号のパルス・ツー・パルス位相を補正するために各パルスにわたって一定に保持される位相シフト信号を発生する。ミキサはＤＤＳ信号と位相シフト信号を結合して、高い純度の信号を与えるために補正される複合信号を生成する。幾つかの応用は位相シフトパルス・ツー・パルスの補正を必要とせず、ディスクリートな位相変調器の使用を必要としない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のこれらおよび他の特徴と利点は、添付図面で示されているように、例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明白になるであろう。
本発明の１特徴によると、レーダ励起装置の構成が開示され、これはパルス・ツー・パルスの位相補正技術を伴って、その限定された性能を有する通常のＤＤＳを使用し、多数のレーダ応用で必要とされるスペクトル純度レベルを実現する。
【００１０】
信号がパルス化されるレーダ応用では、スペクトル純度は連続波信号とは異なる意味を有する。レーダ波形はスペクトルが純粋ではない。波形は主要な周波数から離れた多数のＰＲＦにおいてスペクトルラインと歪みを有する。さらに、レーダ処理はレンジサンプルを形成し、同一のレンジのサンプルのパルス・ツー・パルスで処理された信号のスペクトル内容を検査する。この点でのスペクトル内容の検査は通常の意味でスペクトル純度の要求を非常に減少する。
【００１１】
波形を発生する典型的な方法は、スペクトルの純粋な連続波波形で開始し、信号をゲートし、そこにパルス圧縮変調を印加する。その代わりに、これらの動作は概念的に反転されることができ、ＤＤＳは良好な周波数を含むパルス圧縮変調の発生に使用される。しかしながらＤＤＳ変調は通常の意味でスペクトルを破壊するパルス・ツー・パルスを反復する。この破壊は中心周波数の連続波信号と一貫しないパルス・ツー・パルス位相からである。
【００１２】
本発明の１特徴によると、本出願人の所有する米国特許第５，６７３，０５１号明細書に記載されているディスクリートな位相変調器のような装置はＤＤＳ出力と混合されるとき位相補正により純粋な信号を発生することによりその歪みを補正し、ＤＤＳのリセットによるパルス・ツー・パルス位相を補正する。位相変調器からの信号は送信波形を補正しさえすればよく、任意のトランジェントを設定するためにディスクリートな位相変調器のパルス間の時間期間を使用する。
【００１３】
本発明の特徴によるＤＤＳスパー軽減を示したブロック図が図１に示されている。このシステム５０はＤＤＳ６０を含んでおり、その出力信号は濾波されたＤＤＳ信号Ｓ_ＤＤＳ（ＮＴ＋Ｊ）＝Ｍ_ＤＤＳ（Ｊ）を与えるためにフィルタ６２を通過され、ここでＴはレーダパルス反復インターバル（ＰＲＩ）であり、ｎはパルス数であり、ＪはＰＲＩ内の時間である。Ｍ_ＤＤＳはパルス・ツー・パルスを反復するＤＤＳ６０からの濾波された変調信号である。量Ｓ_ＤＤＳは基礎的なパルス流の変調である。Ｓ_ＤＤＳはインターバルＴで反復し、このインターバル中の変調はＭ_ＤＤＳにより与えられる。この変調は良好な周波数選択に対する正弦波と、パルス圧縮用のための位相コードを含んでいるが、それに限定されない。良好な周波数選択のケースでは、Ｍ_ＤＤＳ（Ｊ）＝ｅｘｐ（ｉＴ_ＤＯＳＪ）であり、ここでＴ_ＤＯＳは良好な周波数である。図５は例示的なＳ_ＤＯＳ波形を示している。
【００１４】
システム５０はまたディスクリートな位相変調器７０も含んでいる。この目的に適した１つの例示的なディスクリートな位相変調器は米国特許第５，６７３，０５１号明細書に記載されている。ディスクリートな位相変調器７０は信号Ｓ_{ＰｈａｓｅＭｏｄ}（ｎＴ＋Ｊ）＝ｅ^{ｉＮ（ｎ）} ｅ^{ｉＴ（ｎＴ＋Ｊ）}を発生し、ここでＮ（ｎ）はパルスにわたって一定に保持される位相変調器からの位相補正であり、Ｔは関係する中心周波数である。この応用では、Ｎ（ｎ）はＮ（ｎ）＝ｎＴ_ＤＯＳＴにより与えられる線形位相シーケンスである。
【００１５】
濾波されたＤＤＳ信号と位相変調器信号は共にミキサ機能８０で混合され、複合信号Ｓ_{Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ} （ｎＴ＋Ｊ）＝（ｅｘｐ（ｉＮ（ｎ））ｅｘｐ（ｉＴ（ｎＴ＋Ｊ）Ｍ_ＤＯＳ（Ｊ））を与える。濾波されたＤＤＳ信号はまた以下説明するように局部発振器信号の発生に使用されるためにミキサに与えられることができる。
【００１６】
ＤＤＳとディスクリートな位相変調器の両者は例示的な構造におけるそれらの役割に非常によく適している。ＤＤＳは典型的にデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）を含んでおり、ＤＤＳの初期位相を各パルスの開始時と同一値にリセットすることによって波形のパルス・ツー・パルスを非常に正確に再生できる。ＤＤＳはＤＡＣへ入力されるその動作の結果として内部の数のシーケンスを発生する。このようにして、リセットは算術演算を反復させるので、ＤＤＳの内部シーケンスはＤＤＳ　ＤＡＣを駆動し、パルス・ツー・パルスを反復する。
【００１７】
ディスクリートな位相変調器はパルス・ツー・パルスの位相変調を発生する非常に正確な技術を与える。さらに、パルス・ツー・パルスの位相補正は付加的な位相シーケンスを含むことができ、これはレーダ反射波（線形位相シーケンス）を周波数オフセットし、レンジング波形（二次関数位相シーケンス）を発生するために使用されることができる。この付加的な位相はＮ（ｎ）を異なる線形的に増加したシーケンスまたは二次的に増加したシーケンスへ変更する。これらの位相シーケンスの使用は特許第５，６７３，０５１号明細書のコラム４、２６−５５行および図４−５に記載されている。
【００１８】
本発明を使用する例示的なレーダシステム１００は図３で示されている。レーダシステムはレーダシステム全体を通じて供給される全ての一定周波数の信号を発生するために周波数発生器１０２を使用する。ＤＤＳ６０、ディスクリートな位相変調器７０、ミキサ８０は図１に関して前述したように信号を発生する。ミキサ８０の出力はＲＦ信号をゲートしパルスを発生するパルスゲート回路１０４に与えられる。パルスゲート回路１０４の出力はミキサ１０６で一定周波数の信号と混合され、信号を送信周波数に上方変換し、パルス化されたレーダ送信信号を発生し、この信号はレーダシステムアンテナに送られる。ＤＤＳ出力はまたミキサ１１４で周波数発生器１０２からの一定周波数信号と混合されて、局部発振器信号を発生し、この信号はミキサ１０８でアンテナからの受信信号と混合される。下方変換された信号はフィルタ１１０により濾波され、濾波された信号はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１１２によりデジタル形態に変換される。レンジ／ドップラプロセッサ１３０は通常の方法で、デジタル化された信号のレンジ／ドップラ処理を行う。
【００１９】
システム１００はコマンドおよび制御信号をディスクリートな位相変調器７０、ＤＤＳ６０、パルスゲート回路１０４、ＡＤＣ１１２へ出力する制御装置１２０を含んでいる。したがって、制御装置１２０は各パルスに対してＤＤＳをリセットするためにＤＤＳを制御する。ＤＤＳに対して、制御装置は、良好な周波数とパルス圧縮波形を制御するために、各パルスのリセット時間ストローブと、ＤＤＳにより必要とされるその他のコマンドを与える。位相変調器では、制御装置は位相補正シーケンスと、各位相の開始および継続時間を設定する時間ストローブとを与える。制御装置はまたパルスゲート動作を制御し、各パルスの位置および継続時間を設定する。制御装置はまたプロセッサへ送られるＡＤＣの出力を決定する。
【００２０】
ＤＤＳを有するレーダシステム１００の動作を示すため、スペクトルが図２で示されており、スペクトルのラインがＤＤＳの典型的な欠陥によるものであるＤＤＳを考慮する。レーダ励起装置において通常の方法によりこの品質のＤＤＳを使用すると、レーダのドップラスペクトル中のラインに誤ったターゲット宣言または劣化した感度を生じさせる。しかしながら、ＤＤＳのパルス・ツー・パルスの再スタートと本発明によるディスクリートな位相変調の使用はスパーのないレーダスペクトルを発生するが、主要なラインは僅かに広くなる。これは図４のＡとＢに示されており、それらは理想的なドップラフィルタ応答特性（図４のＡ）と、歪みのあるドップラフィルタ応答特性（図４のＢ）を比較して示している。この増加した幅はレーダと、レーダ反射波を発生する拡散装置との間の相対的な速度の関数である。速度が増加すると、幅は既知の方法で増加する。航空機搭載レーダ応用で見られるような相対的速度が過度に高くないときの状態では、劣化は性能に影響しない。図４のＡとＢに示されている効果はＤＤＳシーケンスとＤＤＳ歪みを反復する現象によるものであり、図２の歪みを有するスペクトルを拡散装置の運動により周波数においてリスケールさせる。ターゲットまたはクラッタ反射波では、図２のスペクトルのリスケールはメガヘルツから数十ヘルツに軸を変化し、図４のＢは、ドップラフィルタ応答特性によりスケールされたＤＤＳの歪みを有するスペクトルをコンボルブした結果である。
【００２１】
前述の実施形態は本発明の原理を表す可能な特別の実施形態の単なる図示であることが理解されよう。他のアレンジメントが本発明の技術的範囲を逸脱することなく当業者によりこれらの原理にしたがって容易に行われることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴にしたがったＤＤＳスパー軽減を示しているブロック図。
【図２】スペクトルのラインがＤＤＳの典型的な欠陥によるものである典型的なＤＤＳスペクトルを示した図。
【図３】本発明を使用する例示的なレーダシステムの概略ブロック図。
【図４】本発明の特徴にしたがった理想的なドップラフィルタ応答と比較したドップラフィルタ応答と、歪みのあるドップラフィルタ応答と比較したドップラフィルタ応答をそれぞれ示した図。
【図５】例示的なＳ_ＤＤＳの波形図。

Claims

直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）（６０）を含んでいるレーダ励起装置でパルスレーダ励起装置信号を与える方法において、
ＤＤＳのリセットによりパルス・ツー・パルスの位相不連続性を有するパルス化されたＤＤＳ信号を与えるためにＤＤＳをパルス・ツー・パルスでリセットするステップを含んでいる方法。
さらに、ＤＤＳ信号のパルス・ツー・パルスの位相補正をするために各パルスにわたって一定に維持されている位相シフトにより、パルス化されたＤＤＳ信号の位相をパルス・ツー・パルスでシフトする請求項１記載の方法。
パルス化されたＤＤＳ信号の位相をパルス・ツー・パルスでシフトするステップは、線形の位相シーケンスである位相シーケンスＮ（ｎ）によって前記位相をシフトするステップを含んでいる請求項２記載の方法。
パルス化されたＤＤＳ信号の位相をパルス・ツー・パルスでシフトするステップは、パルス・ツー・パルスからの線形の位相シーケンスである付加的な位相シフトにより前記位相をシフトするステップを含んでいる請求項２または３記載の方法。
パルス化されたＤＤＳ信号の位相をパルス・ツー・パルスでシフトするステップは、パルス・ツー・パルスからの二次位相シーケンスである付加的な位相シフトにより前記位相をシフトし、それによってレンジング波形を発生するステップを含んでいる請求項２または３記載の方法。
パルス化されたＤＤＳ信号を発生する直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）（６０）と、
各パルスの動作を再度開始するために各パルスに対してＤＤＳをリセットする制御装置（１２０）と、
ＤＤＳ信号のパルス・ツー・パルスで位相を補正するために各パルスにわたって一定に保持される位相シフト信号を発生するディスクリートな位相変調器（７０）と、
ＤＤＳ信号と位相シフト信号を結合して、高い純度の信号を与えるために補正される複合信号を生成するミキサ（８０）とを含んでいるパルス化されたレーダ励起装置。
ディスクリートな位相シフタはパルス・ツー・パルスからの線形位相シーケンスである付加的な位相シフトを発生するように構成されている請求項６記載のレーダ励起装置。
ディスクリートな位相シフタはパルス・ツー・パルスからの二次位相シーケンスである付加的な位相シフトを発生し、それによってレンジング波形を発生するように構成されている請求項６記載の方法。
レーダ励起装置は、レーダシステムで使用される一定周波数の信号を発生するための周波数発生器（１０２）を含むレーダシステム（１００）で使用され、直接周波数シンセサイザ（ＤＤＳ）はパルス化されたＤＤＳ信号を発生するための周波数発生器に結合されている請求項６乃至８のいずれか１項記載のレーダ励起装置。
レーダシステムは前記ミキサの出力に結合されているパルスゲート回路（１０４）をさらに具備し、その出力は第２のミキサ（１０６）で一定周波数の信号と混合されて、パルス化されたレーダ送信信号を発生し、この信号はレーダシステムアンテナへ送られる請求項９記載のレーダ励起装置。
レーダシステムはさらに第３のミキサ（１１４）および第４のミキサ（１０８）を具備し、ＤＤＳ出力信号はまた前記第３のミキサにおいて周波数発生器からの一定周波数の信号と混合されて局部発振器信号を発生し、前記局部発振器信号は前記第４のミキサにおいてアンテナからの受信信号と混合されて下方変換された受信信号を与える請求項１０記載のレーダ励起装置。
レーダシステムはさらにレンジ／ドップラプロセッサ（１３０）と、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）（１１２）に結合されているフィルタ（１１０）とを具備し、下方変換された受信信号は前記フィルタにより濾波され、濾波された信号は前記ＡＤＣによりデジタル形態に変換され、前記レンジ／ドップラプロセッサはデジタル化された信号を処理する請求項１１記載のレーダ励起装置。