JP2011526680A - レーダーに用いることを含む、アンテナ符号化発射・受信方法及び装置 - Google Patents

Abstract

レーダーセルを小さくし、レーダーシステム、特にHFSWRの検知を向上させる。一斉送信システムSEMは、２つずつ直交しており、かつ、各々が時間的にシフトすることで自身に直交する基本信号を一斉送信して、送信放射パターンを形成することができ、各放射パターンは、二次ローブと交互となるメイン放射ローブＬＰ_１、ＬＰ_Ｎを含み、基本信号と関連するメインローブは、空間において実質的に並置されている。受信システムＳＲＥは、受信区域に含まれるセルＣＥＳ_ｎ，ｍと同数の受信パターンを監視受信区域に形成することができ、前記セルは、送信放射チャートの１つのメイン放射ローブによりカバーされており、かつ、一斉送信システム及び受信システムから所定のバイスタティック距離に位置している。

Description

本発明は、レーダーを含む遠隔感知システムのためのアンテナ発射・受信方法及びシステムに関するものである。より詳しくは、本発明は、アンテナシステムの特性と直交性を備えた信号符号化との組み合わせを用いた、地表波による水平線を越える（beyond-the-horizon）検知に関するものである。

水平線を越えた目標を検知する方法として、ＨＦＳＷＲ（高周波地表波レーダー）の地表波レーダーシステムによるものがある。このようなＨＦＳＷＲレーダーシステムは、本質的に地球表面による雑乱（jumble）、より具体的には、船舶を検出する際に、そのための有用なエコーが、ドップラー距離内において、専門家により海洋スペクトル(sea spectrum)と称される海洋雑乱内に位置することにより制限される。ここでは、海に起因する（海洋スペクトル）か他の要因によるかによらず、雑乱と呼ぶ。目標のエコーは、しばしば、容積の幾何学的寸法により規定されるレーダーセルの寸法に直接関係する大きさを備えた雑乱によりマスクされ、一斉送信されるレーダー波が、所与の時間で、レーダーシステムにより受信される信号を形成することに関与し得る。

ＨＦＳＷＲレーダーシステムを構成する部材の可能性を考慮すると、従来技術において、レーダーセルは依然としてユーザが望む目的を達成するには大き過ぎる。このような目的を達成するためには、セルの寸法を、何十分の一から何百分の一の範囲に小さくする必要がある。

レーダー分解能セルの寸法を低減させるために、従来技術では、受信アンテナシステムの寸法を最大限大きくしており、これが可能であったとしても、幾何学的に拡張したシステム及び多くの数のアンテナを用いることにつながる。このような拡張は、別々にあるいは同時に妨げとなり従来技術の欠点を構成する幾つかの要因により制限される：フットプリント、モバイルシステムにおけるキャリアの大きさ、受信場所における波面の一貫性、アンテナ数に関連する処理の複雑さ。

本発明は、上記不具合を解決することを目的とするものであり、より詳しくは、受信アンテナシステムの寸法を大きくすることなく、レーダーシステムの感知能力を向上させるようにレーダー分解能セルの寸法を約５０〜約５００倍の範囲で低減させることを目的とするものである。

この目的のため、本発明に係る発射システムにおける発射アンテナにより直交性を有する基本信号を発射し、受信システムにおける個々の受信アンテナで前記基本信号を受信する方法は、以下のステップを備えることを特徴としている。
全ての発射アンテナについてそれぞれ基本信号を発射して複数の発射放射チャートを形成するステップであって、各発射放射チャートは、前記全ての発射アンテナにより発射されるそれぞれの基本信号と関連していると共に、複数の二次ローブと交互となる複数のメイン放射ローブを含み、前記複数の発射放射チャートの複数のメイン放射ローブは実質的に空間内で交互かつ並置されており、
複数の受信アンテナのそれぞれにより基本信号を受信するために受信区域において複数の受信放射チャートを形成するステップであって、受信放射チャートの数は、少なくとも、受信区域に含まれるセルの数と同じであり、前記セルは、複数の発射放射チャートのうちの１つの発射放射チャートのメイン放射ローブによりカバーされており、発射システム及び受信システムから所与のバイスタティック距離に位置している。

本発明は、さらに、直交性を有する基本信号を発射する幾つかの発射アンテナと、前記基本信号を受信する幾つかの受信アンテナと、を備える発射及び受信システムに関するものである。
発射システムは、全ての発射アンテナのそれぞれについて基本信号を発射して複数の発射放射チャートを形成する手段を備え、各発射放射チャートは全ての発射アンテナにより発射されるそれぞれの基本信号と関連すると共に、複数の二次ローブと交互となる複数のメイン放射ローブを含み、前記複数の発射放射チャートの複数のメイン放射ローブは実質的に空間内で交互かつ並置されている。
受信システムは、複数の受信アンテナのそれぞれにより基本信号を受信するために受信区域において複数の受信放射チャートを形成する手段を備え、受信放射チャートの数は、少なくとも、受信区域に含まれるセルの数と同じであり、前記セルは、複数の発射放射チャートのうちの１つの発射放射チャートのメイン放射ローブによりカバーされており、発射システム及び受信システムから所与のバイスタティック距離に位置している。

本発明は、レーダー技術全般に適用されると共に、経路探査、ソナー感知システム、無線位置測定システム、医療用途における臓器あるいは産業用途における構造のラジオグラフィに適用され得る。上記全ての適用は空間セル(space cell)の分析を用いるものであり、空間セルの寸法は、性能を向上させるべく低減される。

アンテナ発射システムは、例えば予め決められた所定面において、例えば、発射システム及び受信システムを通る水平面において、無線電気放射(radio-electric radiation)を生成することができ、該放射は、前記所定面の一部あるいは全部をカバーするであろう監視受信区域をカバーするように当該所定面において予め決められた配置にしたがって実質的に並置された放射エネルギーの表面密度最大値によって特徴付けられる。この最大値は、無線電気基本信号に関連付けられるメイン放射ローブに対応している。各基本信号について、放射エネルギー最大値は、頂点が発射場所にあり、空間において均等かつ周期的に配置される複数の円錐状角度付き扇形部分(conical angular sectors)内に含まれている。基本信号のエネルギー最大値は、二次放射ローブに対応する最小放射の円錐状角度付き扇形部分、そのエネルギー表面密度はメイン放射ローブに対応するエネルギー密度最大値が位置する円錐状角度付き扇形部分に存在するエネルギー表面密度よりもはるかに低い、によって分離されている。予め決められた面における基本信号と関連付けられた放射チャートを、「積層チャート(laminated chart)」と称する。

アンテナ発射システムは、実質的に並置(juxtaposed)された、すなわち、分離されていても、隣接していても、あるいは分離していなくてもよく、実際には、並置あるいは横方向に互いに実質的に重なっているメインローブを備えた、２つ以上の別個の積層放射チャートを生成することができ、発射システムが配置されている発射場所から本発明に係るアンテナ受信システムにより監視される受信区域全体に一斉に放射するようになっている。発射放射チャートは、方位角(azimuth)及び天頂(zenith)において別個となっており、該監視受信区域と交差するメイン放射ローブを有している。

基本信号はデジタル信号でもアナログ信号でもよいが、受信システムにおけるレーダーセルの決定を向上させるために特有の直交性(orthogonality properties)を備えている必要がある。この目的のため、発射アンテナは、基本信号を同時かつ周期的に、あるいは、すなわち、時間においてこれらを分離する時間間隔で連続的かつ周期的に、２つずつ発射する。受信システムにおいて、基本信号は、参照信号として、それぞれ対応する数学演算子、例えば、相関、にそれぞれ関連付けられている。

第１の直交性において、複数の基本信号は、２つずつ（two by two）直交している。これは、受信システムが、数学演算子が適用される、参照信号として選択されたそれぞれの基本信号と関連している基本信号の全部あるいは一部を受信した時に、適用の結果が、前記参照信号以外の受信した基本信号の全部あるいは一部の存在・不存在から独立していることを意味する。

第２の直交性において、各基本信号は、時間におけるオフセット(offset)において、自身に直交している。これは、受信システムが、数学演算子が適用される、参照信号として選択されたそれぞれの基本信号と関連しており、前記参照信号に対して非無の値だけ時間的にオフセットしている基本信号のレプリカを受信した時に、適用の結果が、時間におけるいかなる非無オフセットにおいても、０となることを意味する。

このような２つの直交性が、受信システムにおいて受信チャートを形成する手段において基本信号を弁別するために用いられる。この目的のために、受信システムは、受信アンテナによって捕えられた信号を重み付けする手段であって、受信アンテナにより捕えられた信号は受信放射チャートの数と同じ数の重み付け信号を生成するように重み付けられる、手段と、前記重み付け信号の集合における基本信号及びバイスタティック距離について弁別する手段であって、一方で、一定のバイスタティック距離を有するセルが、他方で、所与のバイスタティック距離について、直交性によって弁別され得る前記基本信号の１つと関連するセルが、弁別される、手段と、を備えている。

全ての発射アンテナにより発射され、空間に分布された全体の信号は、空間に各々放射する基本信号にそれぞれ対応する積層発射放射チャートにより規定される。積層チャートは、対応する基本信号といわば関連付けられており、基本信号の放射が当該積層チャートにより規定される。

受信システムが位置する受信場所から、レーダーセルによって規定されると共に、用いられる基本信号と関連した積層放射チャートおよび発射場所と受信場所との間のバイスタティック伝搬時間により生成される、空間の空隙敷き詰め(lacunar paving)が生じる。バイスタティックレーダーシステムの発射場所と受信場所との間の所与のバイスタティック伝搬時間、すなわち、所与のバイスタティック距離について、敷き詰め（paving）は、半楕円状部に位置する伝搬レーダーセルに対応しており、該半楕円状部上では、送信場所とレーダーセル間の伝搬時間とレーダーセルと受信場所間の伝搬時間の合計に等しい所与のバイスタティック伝搬時間が一定である。受信システムにおいて、レーダーセルは、第１の直交性の適用により、実質的に分離された積層発射チャートに関して互いに識別可能であり、また、第２の直交性の適用により、半楕円状部上の一定のバイスタティック伝搬時間において、互いに識別可能である。参照信号として選択された所与の基本信号及び所与のバイスタティック伝搬時間について、識別することができない複数のレーダーセルは、当該所与の参照信号及び当該所与のバイスタティック伝搬時間と関連するシャムレーダーセルを構成すると共に、監視受信区域において、前記所与のバイスタティック伝搬時間と関連した半楕円状部の部分上の幾何学的空間の強固な空隙敷き詰めを構成する。

受信アンテナシステムは、監視受信区域内の個々の受信放射チャートにより、所与の基本信号および所与のバイスタティック伝搬時間と関連しており、強固な空隙敷き詰めに分布されているシャムレーダーセルを分離する。所与の基本信号及び所与のバイスタティック伝搬時間に関連した２つのシャムレーダーセル間の受信場所から見た角距離は重要である。所与の基本信号及び所与のバイスタティック伝搬時間に関連したシャムレーダーセルは、その下で当該シャムレーダーセル領域を受信場所から見られるような方位角及び天頂の方向にしたがって、監視受信区域において別個の集合を構成する。このような方位角及び天頂の方向は、受信システムにおいて、所与の基本信号及び所与のバイスタティック伝搬時間に関連したシャムレーダーセルの位置を特定する。受信アンテナシステムは、同時にＰ個の受信放射チャートを形成し、各受信放射チャートは、受信区域に含まれる少なくとも１つの、そうでなくてもよい、メイン放射ローブを備えている。

受信放射チャートは、発射チャートと同様に積層されている。したがって、本発明によれば、二次放射ローブと交互の各メイン放射ローブを有する放射チャートは、複数の発射アンテナ及び受信アンテナの一方、あるいは、両方の複数のアンテナによって形成することができ、基本信号に関連するメイン放射ローブは、所定の面において実質的に並置されている。

監視受信区域に含まれると共に、所与の基本信号と関連する発射放射チャートのメイン放射ローブによりカバーされる角度付き扇形部分と、発射システムとレーダーセルとの間の所与の伝搬時間およびレーダーセルと受信システムとの間の伝搬時間により規定される半楕円状部分（a half-ellipsoid）と、の交差部に位置する、シャムレーダーセルの数をＭとすると、受信アンテナシステムによって形成される受信放射チャートの数Ｐは、少なくともＭ個と同じ、すなわち、Ｍ個と同等かそれより多い数である。

各セルから返信される信号は、所与の基本信号と関連する数学演算子を介して、直交性を用いて決定され、当該直交性は、先ず、第１の直交性により、参照信号として選択された所与の基本信号と異なる基本信号に関連するセルを弁別し、次に、第２の直交性により、前記所与の基本信号と関連し、所与のバイスタティック伝搬時間を備えたセルを、前記所与の基本信号と関連し、前記所与のバイスタティック伝搬時間と異なるバイスタティック伝搬時間を備えたセルから分離する、ことを可能とする。所与の基本信号と関連しており、同一の所与のバイスタティック伝搬時間を備えたレーダーセル、シャムセルと称される、は、受信アンテナシステムと異なる複数の受信チャートによる受信区域を投票（polling）することで分離され、受信チャートの数は、前記受信区域におけるレーダーセルの数と同等かそれよりも多い。

各基本信号によりカバーされる空間は、受信区域との交差部において前記基本信号により放射される全ての空間をカバーするように、全てのバイスタティック伝搬時間を連続的に変化させる受信アンテナシステムによって探査される。

監視される区域の完全な探査は、上記操作を、用いられる全ての基本信号について繰り返すことで得られる。

最後に、本発明は、直交性を有する基本信号を発射する幾つかの発射アンテナを含む発射システム、前記基本信号を受信する幾つかの受信アンテナを含む受信システムのそれぞれにおいて実行され得るコンピュータプログラムに関する。このようなプログラムは、発射システム及び受信システムにおいて当該プログラムが実行された時に、本発明に係る発射及び受信方法を実施するようなインストラクションを含むことを特徴としている。

本発明のさらなる特徴や利点は、本発明の幾つかの非限定的実施形態についての、対応する添付図面を参照した以下の記述からより明確になるであろう。

図１は、予め決定された水平面における、本発明に係るバイスタティックレーダーシステムの積層放射チャート及び角度付き扇形部分における受信区域を概略的に示す図である。 本発明に係るアンテナ発射システムの概略ブロック図である。 図２の発射システムによって生成された積層発射放射チャートを示す図である。 図１に類似の図であるが、６つの積層発射放射チャートが並置されており、各放射チャートの２つのメインローブのみを示している。 本発明に係るアンテナ受信システムの概略ブロック図である。 受信システムの弁別器による受信ステージの概略ブロック図である。 積層受信放射チャートを備えた図１に類似の図である。 発射システムの他の実施形態における基本信号の周期的発射のタイムチャートを示す図である。

図１、２、５において、ＳＥＭ−ＳＲＥバイスタティックレーダーシステム、例えば、地表波により水平線を越えて目標を検知するようなＨＦＳＷＲ地表波レーダーシステムは、幾つかの発射アンテナＡＥを備えたＳＥＭ発射システムと、幾つかの受信アンテナＡＲを備えたＳＲＥ受信システムと、を備えている。発射システムは、受信システムが配置されている受信場所から、例えば、Ｄ＝２５０ｋｍ離れて位置する発射場所に配置されている。

ＳＥＭ発射システムは、後で詳述するように、１つのＳＢ_ｎ基本信号が予め決定された所定の条件で発射アンテナＡＥに同時に適用された時に、１つのＳＢ_ｎ基本信号と関連する１つの積層発射放射チャートにより規定される少なくとも１つの無線電気信号（電波信号）を生成する。ＳＢ_ｎ基本信号と関連する積層発射放射チャートは、図１においてそれのみ示されているメイン放射ローブＬＰ_ｎにより本質的に規定される。しかしながら、発射システムＳＥＭは、これらの間で直交性を有する基本信号ＳＢ_１〜ＳＢ_Ｎにそれぞれ関連するＮ積層発射放射チャートのメイン放射ローブＬＰ_１〜ＬＰ_Ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）を生成する。メイン放射ローブＬＰ_１〜ＬＰ_Ｎは、予め決定された所定の放射面、例えば、発射システムＳＥＭの場所を通る水平面における所定の頂点においてある角度を有する円錐状の角度付き扇形部分（conical angular sectors）として生じる。図１では、発射場所及び受信場所の両方を通る水平放射面が示されている。

積層放射チャートを生成する本発明の発射システムＳＥＭは、アンビギュアス（ambiguous）放射チャートを伴うアンテナネットワークの種類、アンビギュアスネットワークとも呼ばれる、に属するアンテナ構造を有している。例えば、アンビギュアスネットワークは、Ｓ個の発射アンテナAE₁〜AE_S（2≦S）の線形ネットワークとして得ることができ、アンテナは互いにλ/2よりも大きい距離ＤＡで離れており、ここで、λは、発射された基本信号により変調された搬送波の波長である。

図２は、発射システムＳＥＭの第１の実施形態の概略的な機能ブロックのみを示し、本発明を理解し、本発明との関係を有する有用な機能を確実なものとしている。このような機能ブロックは、専用またはプログラム可能なハードウェアモジュールおよび／あるいは少なくとも１つのマイクロプロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールに対応させることができる。

発射システムＳＥＭは、例えば、ＤＡ＝12.5λによって均等に間隔を空けて配置されたアンテナＡＥ_１〜ＡＥ_Ｓ（Ｓ＝７、ＡＥ_Ｓ＝ＡＥ_７）を備えている。発射システムＳＥＭは、さらに、発射ステージＥＭと、発射ステージＥＭの電力分配器の出力とアンテナＡＥ_１〜ＡＥ_Ｓの入力との間にそれぞれ相互接続された重み回路ＣＰＥ_１〜ＣＰＥ_Ｓと、を備えている。重み回路ＣＰＥ_Ｓ（１≦ｓ≦Ｓ）は、発射ステージＥＭによってそれぞれ分配された基本信号ＳＢ_１，・・・ＳＢ_ｎ，・・・ＳＢ_Ｎの振幅および／あるいは位相を、それぞれ対応する複素重み係数ｗ_１，ｓ，・・・ｗ_ｎ，ｓ，・・・ｗ_Ｎ，ｓで重み付けする。アンテナＡＥ_１〜ＡＥ_Ｓ＝ＡＥ_７で分配された基本信号ＳＢ_ｎは、それぞれ、重み回路ＣＰＥ_１〜ＣＰＥ_Ｓにおける複素重み係数ｗ_ｎ，１〜ｗ_ｎ，ｓ＝ｗ_ｎ，７で重み付けされ、アンテナＡＥ_１〜ＡＥ_Ｓは、本発明による積層放射チャートによって特徴付けられ、基本信号ＳＢ_ｎに関連した無線電気信号を発射する。これにより、チャートにおける二次ローブについて十分に意義のあるプロテクションを保証し、基本信号ＳＢ_ｎに関連したメインローブＬＰ_ｎの方向性を可能とする。アンテナ間の距離ＤＡが大きくなればなるほど、積層放射チャートのメインローブの数が増す。アンテナ数が増えれば増えるほど、積層放射チャートの数Ｎも増す。

第１の実施形態において、基本信号は、複数の基本信号の加法により、あるいは、複数の基本信号を絡め合う（intertwining）ことにより、同時に発射システムＳＥＭから発射された、完全な相関あるいは近完全な相関を伴う直交基本信号の群から構成される。

図３において、メインローブＬＰ_ｎ、ＬＰ_ｍを備えた２つの積層放射チャートが並置されており、それぞれ、重み回路ＣＰＥ_１〜ＣＰＥ_Ｓにより複素重み係数w_n,1〜w_n,S、w_m,1からw_m,Sが適用されている２つの個別の基本信号ＳＢ_ｎ、ＳＢ_ｍに関連している。二次ローブＬＳのプロテクションは２６ｄＢである。メインローブＬＰ_ｎを備えたチャートは、メインローブを０度の方向に位置させるように方向付けされている。メインローブＬＰ_ｍを備えた他のチャートは、メインローブを１、２度の方向に位置させるように方向付けされている。

当業者であれば、このような空隙（lacunar）放射チャートは、他の線形の、表面あるいは体積、均一あるいは不均一の分布を伴う複数のアンテナを有する他の発射システムによっても獲得できることは理解される。例えば、発射システムは、"THEORIE
FRACTALE DES GRANDS RESEAUX D'ANTENNES LACUNAIRES" C. GOUTELARD, AGARD
Conference Proceedings 528, Radiolocation Techniques, Londres, 1^er
au 5 juin 1992に記載されたフラクタル構造のような不均一な構造にしたがうアンテナネットワークを備えていてもよい。

アンテナ受信システムＳＲＥは、１つあるいは複数の受信区域を監視する。図１では、受信システムが、各基本信号ＳＢ_ｎに関連する積層発射放射チャートのメイン放射ローブの少なくとも１つに対して交差する１つの円錐状の受信区域ＺＲのみを監視することを仮定している。実際には、受信区域ＺＲは、各基本信号と関連する異なる複数のメイン放射ローブに対して交差している。

図１は、また、発射システムＳＥＭ及び受信システムＳＲＥを焦点として有する複数の半楕円状部ＥＬの楕円状の並行トラックを部分的に細線で示している。各半楕円状部ＥＬは、そこにあるいかなるレーダーセルＣＥも、発射システムＳＥＭからの無線電気信号を受信し、バイスタティック距離に対応するそれぞれ与えられたバイスタティック伝搬時間ｔｐにおいて無線電気信号を受信システムへと一斉送信（broadcast)するであろう表面によって規定される。発射システムＳＥＭとレーダーセルＣＥ間の伝搬時間と、レーダーセルＣＥと受信システムＳＲＥ間の伝搬時間と、の合計に等しい所与のバイスタティック伝搬時間ｔｐは、楕円状部ＥＬの表面上のいかなるレーダーセルについても一定である。

レーダーシステムＳＥＭ−ＳＲＥがモノスタティック、すなわち、発射システムと受信システムが同じ場所に配置されている場合には、半楕円状部は、半球面となり、また、発射システムと受信システムが、両者間の距離が、監視受信区域に含まれるセルからの距離に対して依然として小さいように近接している場合には、半楕円面は、近半球面となる。

複数の延びた距離分解能区域ＺＤＥ、これらの区域の１つが図４に示されている、は、バイスタティック伝搬時間における差がレーダーの時間分解能、例えば、１．５ｋｍと同じになるように半楕円状部ＥＬ間に規定される。延びた距離分解能区域ＺＤＥと受信区域ＺＲの交差部は、各バイスタティック伝搬時間ｔｐおよび選択された時間分解能に対応する監視距離分解能区域ＺＤを決定する。

図４に示すように、楕円状の延びた距離分解能区域ＺＤＥとメイン放射ローブＬＰ_ｎとの交差部は、基本信号ＳＢ_ｎ、及び、区域ＺＤＥを規定するバイスタティック伝搬時間ｔｐ、と関連するシャムレーダーセルＣＥＳ_ｎを規定する。図１に示すように、基本信号ＳＢ_ｎ及び区域ＺＤＥを規定するバイスタティック伝搬時間ｔｐと関連し、受信区域ＺＲに配置されたシャムレーダーセルＣＥＳ_ｎは、距離分解能区域ＺＤ、基本信号ＳＢ_ｎに関連した積層チャートのメインローブＬＰ_ｎ、アンテナ受信システムＳＲＥの放射チャートの受信区域ＺＲに共通の地理的区域である。

本発明のレーダーシステムは、特に、アンテナ発射システムＳＥＭにおける基本信号ＳＢ_ｎと関連する積層発射チャートのメインローブＬＰ_ｎ、アンテナ受信システムＳＲＥの受信区域ＺＲ、によりもたらされる空間画定を通して、及び発射システムにおいて提供される基本信号の直交性を通して、シャムレーダーセルＣＥＳ_ｎを画定する。

受信システムＳＲＥの実施形態を示す図５を参照すると、本発明を理解し、本発明との関連において有用な機能が埋められた機能ブロックのみを概略的に示している。このような機能ブロックは、専用またはプログラム可能なハードウェアモジュールおよび／あるいは少なくとも１つのマイクロプロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールに対応させることができる。

受信システムＳＲＥは、異なる複数の受信アンテナ、例えばＵ＝４のアンテナＡＲ_１〜ＡＲ_４、及び、Ｐ個の受信ステージＲＥ_１〜ＲＥ_Ｐ、を備えており、受信ステージは、各積層発射チャートに関する半楕円状部ＥＬ上のシャムセルを識別するようにそれぞれＰ個の受信アンテナチャートに関連しており、したがって、各基本信号ＳＢ_ｎに関連している。受信システムＳＲＥにおいて、各受信アンテナＡＲ_Ｕ（１≦ｕ≦Ｕ）は、それが受信する信号を、重み回路ＣＰＲ_１，ｕ〜ＣＰＲ_Ｐ，ｕを通してＰ個の受信ステージＲＥ_１〜ＲＥ_Ｐにそれぞれ分配する。

Ｕ個の重み回路ＣＰＲ_１，ｕ〜ＣＰＲ_Ｐ，ｕは、受信ステージＲＥ_Ｐ（１≦ｐ≦Ｐ）に接続されており、それぞれの受信チャートの角方位（angular orientation）を規定する複素重み係数ｖ_ｐ，１〜ｖ_ｐ，Ｕにより、アンテナＡＲ_１〜ＡＲ_Ｕによって捕えられた信号のそれぞれの振幅および／あるいは位相に重みを与える。受信ステージＲＥ_Ｐは、対応するそれぞれの受信チャートの少なくとも１つのメインローブによってカバーされるレーダーセルの角位置決めの場合に関連している。そのため、図６に示すように、受信ステージＲＥ_Ｐは、それぞれの受信区域において実質的に受信された重み付けされた信号の集合における基本信号及びバイスタティック伝搬時間を弁別するためのＮ個の並列の弁別器ＤＩＳ_ｐ，１〜ＤＩＳ_ｐ，Ｎを備えている。受信ステージＲＥ_Ｐの各弁別器ＤＩＳ_ｐ，ｎは、受信区域にしたがって受信された重み信号の雑乱において、一方で一定のバイスタティック伝搬時間、すなわち、一定のバイスタティック距離を有するレーダーセルを、他方では所与のバイスタティック伝搬時間について、その直交性を通して弁別され得る基本信号SB₁〜SB_Nの内の基本信号SB_nに関連したシャムレーダーセルを、弁別するために、参照信号S_refとしての基本信号SB_nと関連されている。よって、弁別器ＤＩＳ_ｐ，１〜ＤＩＳ_ｐ，Ｎは、それぞれ対応する受信区域及びそれぞれ異なるバイスタティック伝搬時間にしたがって、基本信号ＳＢ_１〜ＳＢ_Ｎに関連したレーダーセルを識別する。

受信システムＳＲＥにおける弁別器ＤＩＳ_ｐ，１〜ＤＩＳ_ｐ，Ｎの各１つの弁別器は、基本信号ＳＢ_１〜ＳＢ_Ｎの第１の直交性および第２の直交性を用いて、基本信号ＳＢ_ｎに固有の積層チャートのメインローブＬＰ_ｎを選択する。受信システムは、参照信号として受信システムのメモリから周期的に読み出され、各々弁別器に適用される基本信号SB₁〜SB_Nを、例えば、所定の数列として、事前知識として備えている。基本信号の直交性に関する第１の直交性を２つずつ実行することを通して、弁別器DIS_1,n〜DIS_P,nの各々は、例えば、各々の受信ステージRE₁〜RE_Pによって受信された混合信号において基本信号SB_nを選択する相関デバイスあるいは畳み込みデバイスとして、前記混合信号が受信された他の基本信号SB₁〜SB_n-1、SB_n+1〜SB_Nの全部あるいは一部を含むこととは関係なく、演算する。したがって、弁別器DIS_1,n〜DIS_P,nは、メイン発射放射ローブLP_nと受信チャートによりカバーされる受信区域ＺＲとの交差部のレーダーセルを選択する。

受信場所に配置されたモノスタティックレーダーシステムによる従来の検知の場合、受信セルは、受信ネットワークのメインローブ及び時間分解能によって制限される。図１において、受信区域ＺＲは従来技術によれば、用いられる受信チャートのメインローブに近接して選択されていた。従来技術における時間分解能は本発明によって得られるものよりは低い。従来技術で用いられている公知の信号は、本発明で用いられる基本信号で得られる検知性能を与えることはできない。本発明で用いられる基本信号と対となる本発明に係る積層された発射チャートのメインローブは、時間分解能を、３〜５のオーダであるKr倍に短くし、本発明により得られるレーダーセルの寸法と同じ倍率だけ短くすることに寄与する。従来技術で得られるレーダーセルは、図１において、受信区域ＺＲと、受信システムＳＲＥを中心とした２つの半円であって例えば１５ｋｍの距離分解能インクレメントにより離間した半円の交差部として示されている。

図４は、レーダーシステムSEM-SREにおける全ての基本信号及び関連する処理を通して、図１において取られた仮定により本発明にしたがって得られたレーダーセルの例示的なペイビング(paving)を部分的に示す。この部分的なペイビングは、受信区域ZRと、所与のバイスタティック伝搬時間ｔｐにおける延びた楕円状距離分解能区画ＺＤＥと、平置かつ絡み合わされた(juxtaposed and intertwined)メインローブLP₁〜LP_N=LP₆と、の交差部である。図４が複雑になるのを避けるため、メインローブLP₁〜LP_Nは個々の基本信号SB₁〜SB_N=SB6に起因するＮ＝６の積層チャートの２つの角周期（angular periods）についに示してある。既に示したように、メインローブは、弁別器ＤＩＳ_ｐ，１〜ＤＩＳ_ｐ，Ｎにおいて、基本信号の直交性により弁別することが可能である。

バイスタティック伝搬時間ｔｐと全ての基本信号SB₁〜SB_Nに関係する個々のシャムレーダーセルCES₁〜CES_Nは、距離分解能区域ＺＤを敷き詰める(pave)。対(SB₁,tp)〜(SB_N,tp)とそれぞれ関連するシャムレーダーセルは、それが関連する基本信号が異なる限り分離することが可能である。

図４はまた、所与のバイスタティック伝搬時間ｔｐおよび監視可能な空間に拡張された選択された分解能距離に対応する延びた距離分解能区画ＺＤＥを示している。対(SB_n,tp)に関連しているシャムレーダーセルCES_n=CES₁は、延びた距離分解能区域ＺＤＥと、基本信号SB_nに関連した積層発射チャートのメインローブLP_nと、の交差部に位置している。

対(SB_n,tp)に関連すると共に、受信区域ＺＲによってカバーされるｍ番目のシャムレーダーセルCES_n,mは、受信システムＳＲＥに向かって信号:
Sr_n,m＝α_nm × SER_n,m × SB_n(tp)
を一斉送信（broadcast）することができる。
α_nmは伝搬減衰、SER_n,mは対(SB_n,tp)に関連するシャムレーダーセルCES_n,mのレーダー等価面（radar equivalent surface）である。
このような対は、バイスタティック伝搬時間ｔｐから時間的にオフセットされた信号SB_nのレプリカSB_n(tp)を規定する。

アンテナ受信システムＳＲＥは、アンテナAR₁〜AR_U、重み回路CP_1,1〜RE_P,Uを介して、メインローブLP₁〜LP_Pをそれぞれ備えたＰ個の放射チャートを形成する。対(SB_n,tp)、M≦P、例えば、図４の２つのセルCES_nに関連するＭ個のシャムレーダーセルを含む受信区域ＺＲについて、受信ステージREpによって処理されるｐ番目の受信チャートのための受信アンテナネットワークAR₁〜AR_Uにより捕らえられる各信号Sp（1≦p≦P）は、以下のように表される：

ここで、(θr_n,m,φr_n,m)は、対(SB_n,tp)と関連するｍ番目のシャムレーダーセルＣＥＳ_ｎ，ｍの方位角(azimuth)θr_n,m及び天頂（zenith）φr_n,mにおける角方位（angular direction）である。G_p(θr_nm,φr_nm)は、方位角及び天頂(θr_n,m,φr_n,m)にしたがうｐ番目の受信放射チャートのゲインである。信号Ｔ(SB_e,tp_e)は、アンテナ受信システムにより受信されると共に、基本信号SB_n以外の他の基本信号SB₁〜SB_n-1及びSB_n+1〜SB_Nと関連する発射チャートにより放射されるレーダーセルによって、および、基本信号SB_nと関連し、所与の伝搬時間ｔｐとは異なるバイスタティック伝搬時間ｔｐ_eに対応して位置するレーダーセルによって、一斉再送信（retro-broadcast）され得る、全ての信号の和を表している。

参照信号として基本信号SB_nを用いる弁別器DIS_1,n〜DIS_P,nは、前述のとおり規定された第１の直交性の結果として、信号Ｔ(SB_e,tp_e)を形成することに寄与すると共に、基本信号SB_nとは異なる１つあるいは複数の他の基本信号に関連したレーダーセルを削減する。所与のバイスタティック伝搬時間ｔｐについて、弁別器DIS_1,n〜DIS_P,nは、また、各基本信号が時間においてオフセットされた自身に直交するような、例えば、自己相関に依拠することで、前述のとおり規定された第２の直交性を適用することにより、信号Ｔ(SB_e,tp_e)を形成することに寄与すると共に、基本信号SB_nに関連し、さらに、所与のバイスタティック時間ｔｐ以外の他のバイスタティック時間tp_eについてのレーダーセルを削減する。

両方の直交性は、基本信号SB₁〜SB_Nを周期的かつそれぞれに構成する符号化されたシンボル数列の群によって、数列間のいかなる時間オフセット（time offset）でも、また、弁別器において受信された基本信号に適用される相互相関関数や自己相関関数の完全あるいは近完全の性質によらず、数列間の相互相関関数が厳密に０であるように得られる。数列は、発射システムSEMにおいて、共通の搬送波を周期的に変調することで発射される。数列の相関関数は、当該相関関数が、数列のオフセットの無い中心ピークとは異なるいかなる点、また、所定数のシンボルの相関関数における均等に離れた幾つかの点において０でない時に、近完全であるという。例えば、論文"LES SEQUENCES GQ SEQUENCES Q-AIRE ORTHOGONALES A CORRELATION PARFAITE",
C. GOUTELARD, AGARD CONFERENCE PROCEEDINGS 574, SPP Symposium, "Digital
Communications Systems: Propagation Effects, Technical Solutions, Systems
Design", Athenes, Greece, 18 au 21 septembre 1995, CP-574、に従って作られた数列GQ(Goutelard Q-ary sequences)は、第１及び第２の直交性を満たすものである。

基本信号SB_nに関連する弁別器DIS_1,n〜DIS_P,nは、例えば、相関、あるいはこれと等価の演算、例えば畳み込み、を実行する。弁別器DIS_P,nは、下記の種類のような基準信号R_p,n、を提供する。

Kopは、弁別器DIS_1,n〜DIS_P,nにおける数学演算子のための、信号S_pと信号R_p間における変換係数である。

与えられたバイスタティック伝搬時間ｔｐについて、弁別器DIS_1,n〜DIS_P,nは、Ｐ個の受信放射チャートにより測定されたＰ個の信号R_1,n〜R_P,nに対応するＰ個の方程式からなる系を供給し、当該系は、対(SB_n,tp)に関連し、監視受信区域に含まれるシャムレーダーセルCES_n,1〜CES_n,Mに対応するＭ個の未知数α_n,1×SER_n,1〜α_n,M×SER_n,Mを有し、数Ｐは、Ｍと同等かＭよりも多い。Ｐ＝Ｍの場合は、方程式系は決定（determined）系であり、クラメール系を構成する。Ｐ＞Ｍの場合は、方程式系は冗長決定（over-determined）系であり、計算の正確性を増大させるように演算可能である。

各バイスタティック伝搬時間、すなわち各バイスタティック距離について、弁別器DIS_1,n〜DIS_P,nは、Ｐ個の受信放射チャートにより測定されたＰ個の信号R_1,n〜R_P,nに対応するＰ個の方程式からなる系を供給し、当該系は、基本信号SB_nと前記各々のバイスタティック伝搬時間との対と関連していると共に、監視受信区域に含まれるシャムレーダーセルの数と同じ未知数を有している。数Ｐは、上記シャムレーダーセルの数と同等かそれよりも多い。

より一般的には、弁別器DIS_1,1〜DIS_P,Nにより供給される全ての信号R_1,1〜R_P,Nは、発射チャートのメインローブLP₁〜LP_Nによって放射されると共に受信区域ＺＲに位置するシャムセルによって返信される全ての基本信号を決定することに用いられる。

本発明の数々の実施形態では、受信システムは多かれ少なかれ拡張された受信区域ＺＲをカバーすることができる。

図１に示す実施形態において、受信区域ＺＲは、監視される区画の部分に限定されており、監視される受信区域の探査は、完全に監視区域をペイビング（paving）するＱ個の受信区域のセットによるアンテナ受信システムＳＲＥにより行われる。Ｑ個の一次方程式系を解くことになる。

図４に示す実施形態では、受信区域ＺＲは、全監視受信区域に拡張されている。単一の一次方程式系(Ｑ＝１)を解くことになる。

図７に示す実施形態では、監視受信区域ＺＲは、受信における積層チャートのセットにより獲得され、積層チャートのうちの一つのメインローブＬＰ_Ｐは、二次放射ローブと交互であることが示されている。受信システムにおけるアンテナは、空隙(lacunar)ネットワーク、すなわちアンビギュアス（ambiguous）放射チャートを生成するネットワークを構成し得る。積層受信放射チャートのメインローブは、実質的に並置されており、図４に示す積層発射チャートのメインローブの並置と同様に、監視される受信区域をカバーするようになっている。このような解法は、一次方程式系における数Ｑを増加させるが、各一次方程式系における未知因数の数を低減する。各発射チャートのメインローブはいかなる数でもよくあるいは１つに減らしてもよい。

アンテナ受信システムＳＲＥの寸法は、採用される解法の関数として変化する。

図１において、受信区域ＺＲは、典型的に従来の受信システムのメイン受信ローブのものとして示してある。図４は、図４によって区画された四分円における対(SB_n=SB₁,tp)に関連したＭ＝１２のシャムレーダーセルを示している。

受信区域の寸法は変わらないが、本発明に係るレーダーセルの寸法は、従来技術に比べて、すなわち、図４に示すＭ×Ｎ＝７２ように、低減されている。本発明におけるそのような低減は、数百倍である。

本発明は、上述の第１の直交性及び第２の直交性を有する基本信号を用いるものである。本発明において、このような直交性を有するいかなる信号も、基本信号の群を形成することに用いられ得る。

図８におけるタイムチャートは、第２の実施形態を示し、発射システムＳＥＭが第１の直交性及び第２の直交性を有する基本信号を発射する。

Ｎ周期のサイクルの最初に、発射システムは、持続期間Ｔｓｂの基本信号ＳＢ_１を発射し、次いで、無信号が続き、無信号持続期間は最大バイスタティック伝搬時間tp_maxと同様かそれよりも長く、監視区域をカバーするようになっている。次いで、続く期間において、発射システムは、基本信号ＳＢ_２を発射し、次いで、少なくともtp_maxと同等な持続期間が続き、次いで、少なくともtp_maxだけ時間的に離れた他の信号を最後の基本信号SB_Nに至るまで２つずつ発射する。次いで、基本信号の他の連続する発射のサイクルが、上述と同様に開始される。

２重の直交条件が満たされる。

第１の直交性は、信号SB₁〜SB_Nと関連する積層放射チャートの時間的な分離によって満たされ、いかなる時間において、異なる時間においてのみ生じる。受信システムは、一度に１つの非無基本信号のみを受信する。この場合、信号SB₁〜SB_Nは、第２の直交性を示す同じ信号と同一であってもよい。

第２の直交性は、各非無基本信号がそのような特性を有する時、すなわち、当該基本信号のレプリカが時間に亘って分離される時に満たされる。このような特性は、多くの数列のみならず、単一の独立したパルスについても満たされる。非無基本信号SB₁〜SB_Nは、数列、あるいは同一又は異なる数列のストリング、あるいは、独立したパルス、あるいは。独立したパルスのストリング、から構成され得る。

レーダーセルの大きな縮小に加えて、本発明は、そのシグネチャーを感知システムのレーダーセルの寸法に依存する雑乱を含む信号から抽出しなければならないという目標の検知における問題に直面するいかなる感知、電磁、音響システムの性能を大きく向上させることができる。本発明はさらに、監視受信区域に現われる目標の空間識別に関して大きなゲインを提供する。

本発明は、レーダー、ソナー、無線位置測定システム、経路探査システム、医療用ラジオグラフィシステム、産業用ラジオグラフィシステムを含む全ての電磁波感知システムにおいて数多くのアプリケーションがあり得る。

得られる利点は、アンテナシステム、より詳しくは、多くの場合最もかさばるアンテナ受信システムに対して、本発明により得られる分解能を獲得するために必要であろうと共に、従来技術では、アンテナ受信システムの寸法を十分に増加、約数十倍、させることによってのみ獲得されるであろう寸法を、どのような理由であれ、与えることができないような場合に、特に重要である。

ここに記載した発明は、発射システムにおけるアンテナにより直交性を有する基本信号を発射し、受信システムにおける幾つかの受信アンテナが基本信号を受信するための発射・受信方法及びシステムに関するものである。実施において、本発明に係る発射・受信方法は、発射・受信システムに組み入れられたコンピュータプログラムのインストラクションにより決定される。該プログラムは、当該プログラムが発射・受信システム、当該システムの操作がより具体的にはプログラムの実行を通して制御される、において実行された時に、本発明に係る発射・受信方法を実行するプログラムインストラクションを備えている。

結果として、本発明はさらにコンピュータプログラム、より具体的には、本発明を実施するのに適した１つあるいは複数のコンピュータ可読記憶媒体や他のデータ処理装置に記憶されたコンピュータプログラムとしても適用されるものである。このようなプログラムにはいかなるプログラミング言語を使用することができ、いかなるソースコード、オブジェクトコード、ソースコードとオブジェクトコードの仲介言語、部分的にコンパイルされた、あるいは、本発明の方法を実行するのに望ましい他の形式におけるオブジェクトコードの形式でもよい。

記憶媒体は、プログラムを格納可能ないかなるユニットやデバイスであり得る。

Claims (10)

1. 発射システム（ＳＥＭ）における発射アンテナ（ＡＥ_１、ＡＥ_Ｓ）により直交性を有する基本信号（ＳＢ_１，ＳＢ_Ｎ）を発射し、受信システム（ＳＲＥ）における複数の受信アンテナ（ＡＲ_１，ＡＲ_Ｕ）で前記基本信号を受信する方法において、
   全ての発射アンテナについてそれぞれ基本信号を発射して複数の発射放射チャートを形成するステップであって、各発射放射チャートは、前記全ての発射アンテナにより発射されるそれぞれの基本信号（ＳＢ_ｎ）と関連していると共に、複数の二次ローブ（ＬＳ）と交互となる複数のメイン放射ローブ（ＬＰ_１，ＬＰ_Ｎ）を含み、前記複数の発射放射チャートの複数のメイン放射ローブは実質的に空間内で交互かつ並置されている、ステップと、
   複数の受信アンテナ（ＡＲ_１，ＡＲ_Ｕ）のそれぞれにより基本信号を受信するために受信区域（ＺＲ）において複数の受信放射チャートを形成するステップであって、受信放射チャートの数は、少なくとも、受信区域に含まれるセルの数（ＣＥＳ_ｎ，ｍ）と同じであり、前記セルは、複数の発射放射チャートのうちの１つの発射放射チャートのメイン放射ローブ（ＬＰ_ｎ）によりカバーされており、発射システム及び受信システムから所与のバイスタティック距離に位置している、ステップと、を備えた方法。
2. 前記基本信号は、２つずつ直交している、請求項１に記載の方法。
3. 前記基本信号は、オフセットした時間において自身に直交している、請求項１、２いずれかに記載の方法。
4. 継続的かつ周期的な基本信号の発射を行う、請求項１〜３いずれか１項に記載の方法。
5. 前記複数の受信チャートは、前記受信区域（ＺＲ）をカバーしている、請求項１〜４いずれか１項に記載の方法。
6. 前記複数の受信チャートの少なくとも１つは、複数の二次放射ローブと交互となる複数のメインローブを備えている、請求項５に記載の方法。
7. 前記受信システム（ＳＲＥ）におけるステップは、
   受信アンテナ（ＡＲ_１，ＡＲ_Ｕ）によって捕えられた信号を重み付けするステップであって、受信アンテナにより捕えられた信号は受信放射チャートの数と同じ数の重み付け信号を生成するように重み付けられる、ステップと、
   前記重み付け信号の集合における基本信号及びバイスタティック距離について弁別するステップであって、一方で、一定のバイスタティック距離を有するセルが、他方で、所与のバイスタティック距離について、直交性によって弁別され得る前記基本信号の１つ(SB_n)と関連するセルが、弁別される、ステップと、
   を備えている請求項１〜６いずれか１項に記載の方法。
8. 直交性を有する基本信号（ＳＢ_１，ＳＢ_Ｎ）を発射する複数の発射アンテナ（ＡＥ_１、ＡＥ_Ｓ）と、前記基本信号を受信する複数の受信アンテナ（ＡＲ_１，ＡＲ_Ｕ）と、を備える発射及び受信システムにおいて、
   前記発射システム（ＳＥＭ）は、全ての発射アンテナのそれぞれについて基本信号を発射して複数の発射放射チャートを形成する手段（ＥＭ，ＣＰＥ）を備え、各発射放射チャートは全ての発射アンテナにより発射されるそれぞれの基本信号（ＳＢ_ｎ）と関連すると共に、複数の二次ローブ（ＬＳ）と交互となる複数のメイン放射ローブ（ＬＰ_１，ＬＰ_Ｎ）を含み、前記複数の発射放射チャートの複数のメイン放射ローブは実質的に空間内で交互かつ並置されており、
   前記受信システム（ＳＲＥ)は、複数の受信アンテナ（ＡＲ_１，ＡＲ_Ｕ）のそれぞれにより基本信号を受信するために受信区域（ＺＲ）において複数の受信放射チャートを形成する手段（ＣＰＲ)を備え、受信放射チャートの数は、少なくとも、受信区域に含まれるセルの数（ＣＥＳ_ｎ，ｍ）と同じであり、前記セルは、複数の発射放射チャートのうちの１つの発射放射チャートのメイン放射ローブ（ＬＰ_ｎ）によりカバーされており、発射システム及び受信システムから所与のバイスタティック距離に位置している、システム。
9. 前記受信システム（ＳＲＥ）は、
   受信アンテナ（ＡＲ_１，ＡＲ_Ｕ）によって捕えられた信号を重み付けする手段であって、受信アンテナにより捕えられた信号は受信放射チャートの数と同じ数の重み付け信号を生成するように重み付けられる、手段と、
   前記重み付け信号の集合における基本信号及びバイスタティック距離について弁別する手段であって、一方で、一定のバイスタティック距離を有するセルが、他方で、所与のバイスタティック距離について、直交性によって弁別され得る前記基本信号の１つ(SB_n)と関連するセルが、弁別される、手段と、
   を備えている請求項８に記載のシステム。
10. 直交性を有する基本信号（ＳＢ_１，ＳＢ_Ｎ）を発射する複数の発射アンテナ（ＡＥ_１、ＡＥ_Ｓ）を備えた発射システム（ＳＥＭ）、前記基本信号を受信する複数の受信アンテナ（ＡＲ_１，ＡＲ_Ｕ）を備えた受信システム（ＳＲＥ）の各々において実行されるコンピュータプログラムであって、前記プログラムは、当該プログラムが前記発射システム及び前記受信システムにおいて実行された時に、
    全ての発射アンテナについてそれぞれ基本信号を発射して複数の発射放射チャートを形成するステップであって、各発射放射チャートは、前記全ての発射アンテナにより発射されるそれぞれの基本信号（ＳＢ_ｎ）と関連していると共に、複数の二次ローブ（ＬＳ）と交互となる複数のメイン放射ローブ（ＬＰ_１，ＬＰ_Ｎ）を含み、前記複数の発射放射チャートの複数のメイン放射ローブは実質的に空間内で交互かつ並置されている、ステップと、
    複数の受信アンテナ（ＡＲ_１，ＡＲ_Ｕ）のそれぞれにより基本信号を受信するために受信区域（ＺＲ）において複数の受信放射チャートを形成するステップであって、受信放射チャートの数は、少なくとも、受信区域に含まれるセルの数（ＣＥＳ_ｎ，ｍ）と同じであり、前記セルは、複数の発射放射チャートのうちの１つの発射放射チャートのメイン放射ローブ（ＬＰ_ｎ）によりカバーされており、発射システム及び受信システムから所与のバイスタティック距離に位置している、ステップと、
    を実行するプログラム。

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