JP2015148607A - ドップラーレーダー試験システム - Google Patents

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Abstract

【課題】レーダの試験において低いドップラー周波数に対応する。【解決手段】ドップラーレーダー装置102は第1の周波数を有する第1の電磁波106を送信する。試験システム104は第1の電磁波106を第1の周波数を有する第1の電気信号に変換し、また第2の周波数を有する第2の電気信号を生成し、第1の電気信号と第2の電気信号を混合して、第2の周波数と第1の周波数との和又は差となる第3の周波数を有する第3の電気信号を生成する。第3の周波数は、ドップラーレーダー装置102から離れた距離にある対象物による第1の電磁波106の反射によって引き起こされるドップラー偏移周波数を表わす。試験システム104は、第3の電気信号を第2の電磁波108に変換し、対象物の速さを計算するため、計算/認定が行われるドップラーレーダー装置102から、第2の電磁波108を送信してドップラーレーダー装置102に戻す。【選択図】図1

Description

本開示はドップラーレーダーに関し、特にドップラーレーダー装置のための試験システムに関する。
ドップラーレーダーは、観測者から離れた距離にある対象物の動径速度(観測者に対して近づく/遠ざかる速さ)を決定するため電磁波を使用するタイプのレーダーシステムで、航空機の降下率、移動体の速さなどの決定を含む多数の用途を有する。ドップラーレーダー装置は概して、対象物で反射してレーダー装置に戻る電磁波(レーダー信号と呼ばれることもある)を送信する。レーダー装置に対して動径方向となる対象物の運動は、しばしば、ドップラー効果(ドップラー偏移)と呼ばれる、送信信号に対する反射信号の周波数の変化をもたらす。より具体的には、対象物の動径方向運動は、対象物の相対速度に比例する量だけレーダー信号の周波数を変化させるため、レーダー信号の周波数の変化は移動対象物の位置及び速さの決定に使用しうる。
ドップラーレーダー装置の較正及び認定のために多数の技法が開発されており、中でも注目すべきものとして、振動する音叉を使用する技法がある。この技法によれば、音叉は、対象物によるレーダー信号の反射によって引き起こされる信号を表す信号を生成し(すなわち、音叉は反射信号を表す信号を生成する)、対象物の予測される速さに対して既知の関係性を有する。レーダー装置は、予測される速さと比較される速さを計算することによって信号に応答し、レーダー装置の精度を決定する。そして、この比較から、レーダー装置は使用するための較正又は認定がなされる。
既存の音叉技法は適切であるが、難点を有する。現在の音叉技法プロセスは一般的に一点のみ、すなわち音叉によって生成される信号の単一の周波数のみを試験する。音叉自体はまた、温度による変化、及び固体表面に激しく打ちつけたことによる物理的な損傷を受けやすい。他の既存の技法には、車両及び固定反射器或いは移動体の使用があるが、これらの技法は一般的に正確性及び安定性が低い。これらの技法及び他の同様な既存の技法もまた、典型的には、極低速の計算、特に降下率の場合には十分ではない。
そのため、上述の問題の少なくとも一部と、起こりうる他の問題とを考慮するシステムと方法を有することが望ましい。
本開示の実施例の実装は一般的に、対象物によるレーダー信号の反射によって引き起こされる周波数を示し、ドップラーレーダー装置の較正又は認定のために対象物の速さを示す速さの計算に使用されうる、ドップラー偏移周波数を生成するためのシステム及び方法の改良を対象とする。実施例の実装によれば、ドップラー偏移周波数は、第2の周波数で別の第2の電気信号を生成し、2つの電気信号を混合することによって、ドップラーレーダー装置の周波数で電気信号から生成されうる。このように、実施例の実装は、ドップラーレーダー装置の周波数により近いように設定されるさらに正確な第2の周波数を生成することができ、これにより、より低いドップラー偏移周波数を実現することができる。これで、より低い対象物の速さに対してドップラーレーダー装置の較正/認定が可能になる。また、幾つかの実施例では、第2の周波数は選択可能であってもよく、これによりさらに多数の異なる対象物の速さに対してドップラーレーダー装置を較正/認定するために実施例の実装が可能になる。
実施例の実装の一態様によれば、ドップラーレーダー装置及びドップラーレーダー装置から離れた距離にある試験システムを含むシステムが提供される。ドップラーレーダー装置は、第1の周波数を有する第1の電磁波を送信するように構成されている。試験システムは次いで、第1の電磁波を受信し、さらにこの第1の電磁波を第1の周波数を有する第1の電気信号に変換するように構成されている。
試験システムは、第2の周波数を有する第2の電気信号を生成し、第1の電気信号と第2の電気信号を混合して、第2の周波数と第1の周波数との和又は差となる第3の周波数を有する第3の電気信号を生成するように構成されている。幾つかの実施例では、試験システムは第2の電気信号として正弦波音声信号を生成するように構成されてもよい。また、幾つかの実施例では、試験システムは、周波数の範囲にわたって選択可能な第2の周波数を有する第2の電気信号を生成するように構成されてもよい。
ここで、第3の電気信号の第3の周波数は、ドップラーレーダー装置から離れた距離にある対象物による第1の電磁波の反射によって引き起こされるドップラー偏移周波数を表す。試験システムは次いで、第3の電気信号を第3の周波数を有する第2の電磁波に変換し、第2の電磁波を送信してドップラーレーダー装置に戻すように構成されてもよい。ドップラーレーダー装置は次いで、対象物の速さを第1の周波数及び第3の周波数の関数として表わしている速さを計算するように構成されてもよい。ドップラーレーザー装置は次いで、ドップラーレーダー装置によって計算される速さと予測される速さとの比較に基づいて較正可能又は認定可能であってもよい。
ドップラーレーダー装置は、第1の電磁波を送信するように構成される第1のアンテナ、及び第2の電磁波を受信するように構成される同一又は別の第1のアンテナを含んでもよい。同様に、試験システムは、プラットフォームに結合され、第1の電磁波を受信するように構成される第2のアンテナ、及び第2の電磁波を送信するように構成される同一又は別の第2のアンテナを含んでもよい。幾つかの実施例では、ドップラーレーダー装置及び試験システムは、第1及び第2のアンテナのそれぞれの周囲に配置され、アンテナによる受信から第2及び第1の電磁波のそれぞれの反射を低減するように構成されているレーダー吸収材料を含みうる。
実施例の実装の他の態様では、試験システム及び方法が提供される。本明細書で説明される特徴、機能及び利点は、様々な実施例の実装において単独で実現可能であるか、又はさらに別の実施例の実装において組み合わせることができ、このような実装のさらなる詳細は、後述の説明及び添付図面を参照して理解される。
上述のように、本開示の実施例の実装を一般的な用語で説明したが、ここでは添付図面を参照する。これらの図面は必ずしも正確な縮尺で描かれているわけではない。
本開示の幾つかの実施例の実装によるシステムを図解している。 図1のシステムの実施例に対応しうる幾つかの実施例での試験システムの実施例を図解している。 本開示の実施例の実装による方法での様々な動作を含むフロー図を図解している。 本開示の幾つかの実施例による、ドップラー周波数と対象航空機の降下率との既知の関係性の実施例を図解するグラフである。
添付図面を参照して、本開示のいくつかの実装について、以下でより詳しく説明するが、添付図面には本開示の実装の一部が示されているが、すべてが示されているわけではない。実際、本開示の様々な実装は、多くの異なる形で具現化することができ、本明細書で説明される実装に限定されるものと解釈されるべきではなく、むしろ本開示が包括的で完全となるように、かつ当業者に本開示の範囲を十分に伝えるために、これらの実装が提供される。さらに、時間、距離、速さ、割合などの任意の数の測定値、閾値に対して参照が行われうるが、実施例の実装のどの態様が動作するかによって、特に指定がない限り、測定値/閾値のいずれか又はすべてが設定可能となりうる。全体を通して、類似の参照番号は類似の要素を示している。
図1は、本開示の幾つかの実施例の実装によるシステム100を示している。図示されているように、システムはドップラーレーダー装置102及びドップラーレーダー装置から離れた距離にある試験システム104を含む。ドップラーレーダー装置は、第1の周波数を有する第1の電磁波106を送信するように構成されている。試験システムは次いで、第1の電磁波を受信し、さらにこの第1の電磁波を第1の周波数を有する第1の電気信号に変換するように構成されている。
試験システム104は、第2の周波数を有する第2の電気信号を生成し、第1の電気信号と第2の電気信号を混合して、第2の周波数と第1の周波数との和又は差となる第3の周波数を有する第3の電気信号を生成するように構成されている。幾つかの実施例では、試験システムは第2の電気信号として正弦波音声信号を生成するように構成されてもよい。また、幾つかの実施例では、試験システムは、周波数の範囲にわたって選択可能な第2の周波数を有する第2の電気信号を生成するように構成されてもよい。
試験システム104が第2の電気信号を生成するように構成される方法によらず、第3の電気信号の第3の周波数は、ドップラーレーダー装置102から離れた距離にある対象物による第1の電磁波106の反射によって引き起こされるドップラー偏移周波数を表わす。試験システムは次いで、第3の電気信号を第3の周波数を有する第2の電磁波108に変換し、第2の電磁波を送信してドップラーレーダー装置に戻すように構成されてもよい。幾つかの実施例では、対象物の速さを表す速さを計算することなど、さらなる処理のために、ドップラーレーダー装置は第2の電磁波を受信して、これを第3の周波数を有する適切な(例えば、第4の)電気信号に変換してもよい。
また、図示しているように、ドップラーレーダー装置102は、ドップラーレーダー装置の様々な機能を実行するように構成される様々な搭載コンポーネントを有するプラットフォーム110を含みうる。ドップラーレーダー装置は、そのプラットフォームに結合され、第1の電磁波106を送信するように構成される第1のアンテナ112、及び第2の電磁波108を受信するように構成される同一又は別の第1のアンテナを含んでもよい。同様に、試験システム104は、試験システムの様々な機能を実行するように構成される様々な搭載コンポーネントを有するプラットフォーム114を含みうる。また、試験システムは、プラットフォームに結合され、第1の電磁波を受信するように構成される第2のアンテナ116、及び第2の電磁波を送信するように構成される同一又は別の第2のアンテナを含んでもよい。
幾つかの実施例では、ドップラーレーダー装置102は、第1のアンテナ112の周囲に配置され、第1のアンテナによる受信から第2の電磁波108の反射を低減するように構成されているレーダー吸収材料118を含みうる。同様に、試験システム104は、第2のアンテナ116の周囲に配置され、第2のアンテナによる受信から第1の電磁波106の反射を低減するように構成されているレーダー吸収材料120を含みうる。
第3の周波数を有する第2の電磁信号108を受信すると、ドップラーレーダー装置102は、対象物の速さを表す速さを計算するように構成されてもよい。より具体的には、ドップラーレーダー装置は、対象物の速さを第1の電磁信号106の第1の周波数、及び第2の電磁信号の第3の周波数の関数として表わしている速さを計算することができる。また、ドップラーレーダー装置は、計算される速さと予測される速さとの比較に基づいて較正又は認定されてもよい(較正可能又は認定可能であってもよい)。例えば、ドップラーレーダー装置の(第1の)周波数は、基準周波数源に合わせて調整されてもよい。この実施例では、ドップラーレーダー装置の計数器回路は、正確な戻り(第3の)周波数を測定するように調整されてもよい。
幾つかの実施例では、ドップラーレーダー装置102は、以下のように近似されるドップラー方程式に従って対象物の速さを計算するように構成されてもよい。
Figure 2015148607
上記で、fは第2の周波数と第1の周波数fとの和又は差となる第3の周波数を表し、Δfは第3の周波数と第1の周波数fとの差分であるビート周波数(ドップラー周波数)を表す。また、上記では、vは対象物の速さを表し、cはアンテナ112と116との間の媒質中での電磁波の速度を表す。この方程式は次いで、以下のように対象物の速さを表す速度vを計算するように書き直すことができる。
Figure 2015148607
上に示したように、第2の周波数は試験システム104によって生成される電気信号に由来するため、より正確で、ドップラーレーダー装置102の第1の周波数により近く設定されることができ、これにより、より低いドップラー偏移(第3)周波数を実現することができる。次にこれにより、より低い対象物の速さに対してドップラーレーダー装置の較正/認定が可能になる。また、第2の周波数が周波数の範囲にわたって選択可能な実施例では、システムは任意の数の異なる対象物の速さに対してドップラーレーダー装置を較正/認定しうる。
図2は、幾つかの実施例で図1のシステム100の試験システム104に対応しうる試験システム200の実施例を図解している。図示しているように、試験システムは、プラットフォーム202(例えば、プラットフォーム114)及びこのプラットフォームに結合されているアンテナ204(例えば、アンテナ116)を含む。アンテナは、ドップラーレーダー装置102からの第1の電磁波106など、試験システム200から離れた距離にあるドップラーレーダー装置の第1の周波数を有する第1の電磁波206を受信するように構成されている。アンテナは、第1の電磁波を第1の周波数を有する第1の電気信号に変換するように構成されてもよい。
プラットフォーム202は、試験システム200の様々な機能を実行するように構成される様々な搭載コンポーネントを含みうる。例えば、プラットフォームは信号生成器210及び混合器212を含むことがある。信号生成器は第2の周波数を有する第2の電気信号を生成するように構成されており、混合器は第1の電気信号208と第2の電気信号を混合して、第2の周波数と第1の周波数との和又は差となる第3の周波数を有する第3の電気信号を生成するように構成されている混合器である。幾つかの実施例では、信号生成器は第2の電気信号として正弦波音声信号を生成するように構成されてもよい。また、幾つかの実施例では、信号生成器は、周波数の範囲にわたって選択可能な第2の周波数を有する第2の電気信号を生成するように構成されてもよい。
図1に関して前と同様に、第3の電気信号216の第3の周波数は、ドップラーレーダー装置(例えば、ドップラーレーダー装置102)から離れた距離にある対象物による第1の電磁波206の反射によって引き起こされるドップラー偏移周波数を表す。アンテナ204はさらに、第3の電気信号を第3の周波数を有する第2の電磁波218に変換し、対象物の速さを第1の周波数及び第3の周波数の関数として表わしている速さを計算するため、第2の電磁波を送信してドップラーレーダー装置に戻すように構成されている。また、ドップラーレーザー装置は、計算される速さと予測される速さとの比較に基づいて較正又は認定されてもよい。
試験システム200は分離されたアンテナ204を含み、1つは第1の電磁波206を受信するように構成されてもよく、もう1つは第2の電磁波218を送信するように構成されてもよい。或いは、同一のアンテナが、第1の電磁波を受信して、第2の電磁波を送信するように構成されてもよい。幾つかの実施例では、プラットフォーム202は、計算機、方向性結合器、アイソレータなど、様々なコンポーネントによって実装される、または様々なコンポーネントを含むデュプレクサ220をさらに含むことがあり、また第1の電気信号208をアンテナから混合器212にルーティングし、第3の電気信号216を混合器からアンテナにルーティングするように構成されてもよい。図示しているように、プラットフォームは、アンテナによる第3の電気信号から第2の電磁波への変換の前に、第3の電気信号を増幅するように構成されている増幅器222をさらに含んでもよい。また、幾つかの実施例では、試験システムは、アンテナの周囲に配置され、アンテナによる受信から第1の電磁波の反射を低減するように構成されているレーダー吸収材料224をさらに含んでもよい。
図3は、本開示の例示的な実装による方法300における様々な動作を含むフロー図を示す。ブロック302示すように、また、例えば図1のシステム100を参照すると、方法は、第1の周波数を有する第1の電磁(EM)波106を受信すること、及び第1の電磁波を第1の周波数を有する第1の電気信号に変換することを含み、試験システムから離れた距離にあるドップラーレーダー装置102からの第1の電磁波は試験システム104で受信される。方法はまた、ブロック304、306に示すように、第2の周波数を有する第2の電気信号を生成すること、及び第1の電気信号と第2の電気信号を混合して、第2の周波数と第1の周波数との和又は差となる第3の周波数を有する第3の電気信号を生成することを含む。ここで再び、第3の周波数は、ドップラーレーダー装置から離れた距離にある対象物による第1の電磁波の反射によって引き起こされるドップラー偏移周波数を表わす。また方法は、ブロック308に示すように、第3の電気信号を第3の周波数を有する第2の電磁波218に変換すること、及び対象物の速さを第1の周波数及び第3の周波数の関数として表わしている速さを計算するため、試験システムから第2の電磁波を送信してドップラーレーダー装置に戻すことを含む。
本開示の実施例の実装をさらに図解するため、図4はドップラー又はドップラー偏移周波数(第3の周波数)と対象航空機の降下率(予測される速さ)との間の例示的な既知の関係性を示すグラフを図解している。この実施例に示す関係性は、周波数f=24.150GHzを有するドップラーレーダー装置を想定し、アンテナ112と116の間の媒質中の速度がほぼ光の速さc=983,571,056.4ft/sであることを想定している。
実施例の実装によれば、ドップラー偏移周波数は、第2の周波数で別の第2の電気信号を生成し、2つの電気信号を混合することによって、ドップラーレーダー装置の周波数で電気信号から生成されうる。このように、実施例の実装は、ドップラーレーダー装置の周波数により近いように設定されるさらに正確な第2の周波数を生成することができ、これで、対象物の速さがより低い場合でも、より低いドップラー偏移周波数を実現し、ドップラーレーダー装置の較正/認定を実現することができる。図4の例では、例示の実装によりドップラー偏移周波数と対象物の速さを49Hzと10フィート/秒またはそれより低い値まで実行することが可能である。また、幾つかの実施例では、第2の周波数は選択可能であってもよく、これによりさらに多数の異なる対象物の速さに対して、図4の実施例で1〜100ft/sなど、ドップラーレーダー装置を較正/認定するために実施例の実装が可能になる。
本明細書に記載の本開示の多数の修正例及び他の実装が、これらの開示が上述の説明及び添付図面に提示された教示の恩恵を有することに関わる当業者には想起されるであろう。したがって、本発明は開示された特定の実装に限定されるものでなく、変形例及び他の実装が添付の特許請求の範囲に含まれることを意図しているものと理解されたい。さらに、上述の説明及び添付図面は、要素及び/又は機能の特定の実施例の組み合わせに照らして実装を説明しているが、特許請求の範囲から逸脱せずに、代替的な実装によって要素及び/又は機能の異なる組み合わせが提供されてもよいと理解されたい。これに関しては、例えば、明確に上述した要素及び/又は機能とは異なる要素及び/又は機能の組み合わせもまた考えられ、添付の請求項の範囲のいくつかの項に記載される。本明細書では特定の用語が使用されるが、それらは、一般的及び説明的な意味でのみ使用されており、限定を目的とするものではない。
100 システム
102 ドップラーレーダー装置
104 試験システム
106 第1の電磁波
108 第2の電磁波
110 ドップラーレーダー装置プラットフォーム
112 第1のアンテナ
114 試験システムプラットフォーム
116 第2のアンテナ
118 レーダー吸収材料
120 レーダー吸収材料
200 試験システム
202 試験システムプラットフォーム
204 アンテナ
206 第1の電磁波
208 第1の電気信号
210 信号生成器
212 混合器
214 第2の電気信号
216 第3の電気信号
218 第2の電磁波
220 デュプレクサ
222 増幅器

Claims (15)

  1. 試験システム(200)であって:
    第1の周波数を有する第1の電磁波(206)を受信し、前記第1の電磁波を前記第1の周波数を有する第1の電気信号(208)に変換するように構成されているアンテナ(204)であって、前記試験システム(200)から離れた距離にあるドップラーレーダー装置(102)から前記第1の電磁波(206)を受信するように構成されているアンテナ(204)と;
    第2の周波数を有する第2の電気信号(214)を生成するように構成されている信号生成器(210)と;
    前記第1の電気信号(208)と第2の電気信号(214)とを混合して、前記第2の周波数と第1の周波数との和又は差となる第3の周波数であって、前記ドップラーレーダー装置(102)から離れた距離にある対象物による前記第1の電磁波(206)の反射によって引き起こされるドップラー偏移周波数を表わす第3の周波数を有する第3の電気信号(216)を生成するように構成されている混合器(212)とを備え、
    前記アンテナ(204)はさらに前記第3の電気信号(216)を前記第3の周波数を有する第2の電磁波(218)に変換し、また、前記対象物の速さを前記第1の周波数及び第3の周波数の関数として表わしている速さを計算するため、前記第2の電磁波(218)を送信して前記ドップラーレーダー装置(102)に戻すように構成されている、試験システム(200)。
  2. 前記信号生成器(210)は、正弦波音声信号を前記第2の電気信号として生成するように構成されている音声信号生成器(210)である、請求項1に記載の試験システム(200)。
  3. 前記信号生成器(210)は、周波数の範囲にわたって選択可能な第2の周波数を有する前記第2の電気信号(214)を生成するように構成されている、請求項1に記載の試験システム(200)。
  4. 前記第1の電気信号(208)を前記アンテナ(204)から前記混合器(212)までルーティングし、且つ前記第3の電気信号(216)を前記混合器(212)から前記アンテナ(204)までルーティングするように構成されているデュプレクサ(220)をさらに備える、請求項1に記載の試験システム(200)。
  5. 前記アンテナ(204)による前記第3の電気信号(216)から前記第2の電磁波(218)への変換の前に、前記第3の電気信号(216)を増幅するように構成されている増幅器(222)をさらに備える、請求項1に記載の試験システム(200)。
  6. 前記アンテナ(204)の周囲に配置され、前記アンテナ(204)による受信から前記第1の電磁波の反射を低減するように構成されているレーダー吸収材料(224)をさらに備える、請求項1に記載の試験システム(200)。
  7. 前記第1の電磁波(206)を送信し、前記第2の電磁波(218)を受信するように構成されている第1のアンテナ(112)を含む前記ドップラーレーダー装置(102)をさらに備える、請求項1に記載の試験システム(200)。
  8. 前記第1のアンテナ(112)の周囲に配置され、前記第1のアンテナによる受信から前記第2の電磁波(218)の反射を低減するように構成されているレーダー吸収材料(118)を含む前記ドップラーレーダー装置(102)をさらに備え、また、前記試験システム(200)は、前記アンテナ(204)の周囲に配置され、前記アンテナによる受信から前記第1の電磁波(206)の反射を低減するように構成されているレーダー吸収材料(120)を含む、請求項7に記載の試験システム(200)。
  9. 前記ドップラーレーザー装置(102)は、前記ドップラーレーダー装置(102)によって計算される速さと予測される速さとの比較に基づいて較正可能又は認定可能である、請求項1に記載の試験システム(200)。
  10. 方法(300)であって:
    第1の周波数を有する第1の電磁波(106)であって、試験システムから離れた距離にあるドップラーレーダー装置(102)から前記試験システム(104)で受信される、第1の電磁波(106)を受信し、前記第1の電磁波(106)を前記第1の周波数を有する第1の電気信号に変換すること;
    第2の周波数を有する第2の電気信号を生成すること;
    前記第1の電気信号と第2の電気信号を混合して、前記第2の周波数と第1の周波数との和又は差となる第3の周波数であって、前記ドップラーレーダー装置(102)から離れた距離にある対象物による前記第1の電磁波(106)の反射によって引き起こされるドップラー偏移周波数を表わす第3の周波数を有する第3の電気信号を生成すること;並びに
    前記第3の電気信号を前記第3の周波数を有する第2の電磁波に変換し、また、前記対象物の速さを前記第1の周波数及び第3の周波数の関数として表わしている速さを計算するため、前記試験システム(104)から前記第2の電磁波(108)を送信して前記ドップラーレーダー装置(102)に戻すこと
    を含む方法(300)。
  11. 前記第2の電気信号を生成することは、正弦波音声信号を前記第2の電気信号として生成することを含む、請求項10に記載の方法(300)。
  12. 前記第2の電気信号を生成することは、周波数の範囲にわたって選択可能な第2の周波数を有する前記第2の電気信号を生成することを含む、請求項10に記載の方法(300)。
  13. 異なるそれぞれの第2の周波数を有する複数の第2の電気信号の各々に対して実行される、請求項10に記載の方法(300)。
  14. 前記対象物の速さを前記第1の周波数及び第3の周波数の関数として表わしている前記速さであって、前記ドップラーレーダー装置(102)で計算される、前記速さを計算することをさらに含む、請求項10に記載の方法(300)。
  15. 前記ドップラーレーダー装置(102)で計算される前記速さと予測される速さとの比較に基づいて、前記ドップラーレーダー装置(102)を較正すること又は認定することをさらに含む、請求項14に記載の試験システム(300)。
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