JP2535816Y2

JP2535816Y2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP2535816Y2
Application number: JP1992061694U
Authority: JP
Inventors: マーリン・デイ・ビヨルク
Original assignee: ハネウエル・インコーポレーテッド
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2000-03-29
Also published as: EP0156375B1; EP0156375A2; CA1260557A; JPH0736084U; DE3578225D1; EP0156375A3; JPS60225082A

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は距離測定に適するレー
ダ装置に関する。特に、単一のクロックに同期した２つ
のパルス列を同期させる装置に特徴を有するレーダ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】パルスレーダ装置は、従来、目標までの
最大距離によって決定される比較的低いデューテイサイ
クルで作動させられて来た。その結果、充分なＳ／Ｎ比
を得るためには、高い送信機尖頭出力が必要であった。

【０００３】デューテイサイクルは、パルス繰返し周波
数を高くすることにより高めることができる。しかし、
そうすると、ほぼ同時に数個のパルスが飛ばされること
になる。このために、距離測定が不明確になるという問
題の解消手段が必要となる。非コヒーレント（ｎｏｎ−
ｃｏｈｅｒｅｎｔ）レーダの場合には、通常ランダムパ
スル位置周波数ジッタ（ｊｉｔｔｅｒ）の方式が採用さ
れる。この方式は、比較的低いデューテイサイクルにお
ける改善には効果的であるが、デューテイサイクルが高
くなると、改善度は急速に劣化する。

【０００４】パルス繰返し周波数を高め、しかも不明確
さを解消することは、ＲＦパルス列を符号化することに
より達成される。符号化により、高度計パルス繰返し周
波数を少なくとも、１０倍高くすることが可能である。
その結果、システムループ感度を対応するだけ高めるこ
とができる。

【０００５】従来のパルス高度計においては、任意の送
信パルスが地上で反射されて、受信機で受信されるま
で、次のパルスの送信を待たねばならなかった。そうす
ることにより、虚偽の“ロック・オン（ｌｏｃｋｏ
ｎ）”の可能性が回避された。

【０００６】送信パルスシーケンスの適切な符号化と、
受信機における符号シーケンスの相関とにより、同時に
複数のパルスが地上に向けられ、地上から戻る状況での
距離測定が可能となる。こうして、目標に対する潜在的
全平均ＲＦエネルギーを増し、特に、従来待時間が比較
的長かった高高度での感度の改善ができる。この場合、
送信パルスの間隔は、アンテナのビーム幅内での地上に
おける“パルス拡がり”および符号暖昧距離除去能力に
よってのみ制約される。

【０００７】現在未解決の問題は、符号化した語の発生
に関するものではなく、（単一のパルスではなく）符号
化した語の全体について、その元来の符号化語に対し
て、無限に近い分解能で、かつ、広範囲な遅延時間にわ
たっての可変の遅延を得るための簡単な手法を確立する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】パルス同期化装置には、
高周波クロックからパルス列を導出するのに、プログラ
マブル遅延手段を利用する。このプログラマブル遅延手
段は、指令信号に応答してパルス列を、高周波クロック
に対して、一様に進ませあるいは遅らせる。

【０００９】レーダ高度計に採用される場合、しばし
ば、ビデオ信号と呼ばれる受信パルス列は、同じ符号化
特性をもつ他のパルス列と比較される。その他のパルス
列は、ビデオ信号に同期するように、強制的に遅延させ
られる。比較結果が積分され、プログラマブル遅延線を
制御して、その他のパルス列を適切に進ませたり、遅ら
せたりする。同期がとれると、“ストップ”パルスがタ
イマーに与えられ、タイマー出力が、レーダから目標ま
での時間を示す。

【００１０】

【実施例】この考案をレーダ高度計に応用した例につい
て記述する。図１において、クロック１０は、固定繰返
し周波数の等間隔パルス列である第１のクロック信号Ｃ
１を発生する。除算器（分周器）１１は、この第１のク
ロック信号Ｃ１を受けて、整数Ｎで除算（分周）し、第
１のパルス列を出力する。

【００１１】符号発生器１２は、第１のパルス列を受け
て、繰返しパルス符号をもつ第２のパルス列を出力す
る。この第２のパルス列はパルス発生器１３をトリガす
る。パルス発生器１３の出力は、第２のパルス列のパル
ス符号によって定まる鋭いパルス列であり、送信機１５
へ入力され、アンテナ１７から送信される。パルス符号
の各繰返し語はよく知られた方法で決定される。

【０００２】図１に示すレーダ高度計の送信アンテナの
出力は、コヒーレントまたは非コヒーレントレーダパル
スなどの繰返しレーダパルス符号である。繰返しパルス
符号が、送信アンテナ１７から放射され、地上あるいは
他の目標で反射され、受信アンテナ２０および受信機２
１へ戻される。受信機２１はビデオ増幅器２２を付勢
し、ビデオ増幅器２２から、パルス発生機１３の出力に
対して、反射目標までの距離を表す時間だけの遅れをも
った反射パルス列を得る。送信アンテナ１７および受信
アンテナ２０は、送信切換器から給電される単一のアン
テナでもよい。

【００１３】ビデオ増幅器２２からの出力パルスは、ゲ
ート回路２７および加算器２９を通って積分器３０によ
り積分される。積分器３０の出力は比較器３１へ加えら
れる。比較器３１の出力は指令信号５０として、アップ
ダウンホールドカウンタ（ｕｐ−ｄｏｗｎ−ｈｏｌｄ
ｃｏｕｎｔｅｒ）３４に加えられる。また、比較器３１
の出力は、検索／追跡ロジック（ｓｅａｒｃｈ−ａｎｄ
−ｔｒａｃｋｌｏｇｉｃ）３３に入力され、その出力
は、追跡／非追跡指示器（ｔｒａｃｋ／ｎｏｎ−ｔｒａ
ｃｋｉｎｄｉｃａｔｏｒ）３５に加えられる。

【００１４】図１に示されるごとく、第１のクロック信
号Ｃ１はプログラマブル遅延線２４を通って第２の除算
器（分周器）２３へ加えられる。プログラマブル遅延手
段（以下遅延線と略す）２４の出力は第２のクロック信
号Ｃ２で、この第２のクロック信号Ｃ２は、第１のクロ
ック信号に対し遅れをもつことを除いて第１のクロック
信号Ｃ１とほとんど同一である。第２のクロック信号Ｃ
２は、第２の除算器２３を通って同じ除数Ｎで除算さ
れ、第３のパルス列となる。第３のパルス列は、符号発
生器１２とほぼ同一の第２の符号発生器２５を通り第４
のパルス列となる。第４のパルス列は、時間遅れをもつ
ことを除いて、第２のパルス列と同一の繰返し符号をも
つ。

【００１５】遅延線２４は、カウンタ３４のデジタル出
力である指令信号７６に従って時間遅れを発生させる。
カウンタ３４は、後述するように判断信号５０に従っ
て、クロック信号７５を計数する。第２のクロック信号
Ｃ２と第１のクロック信号Ｃ１の間に得られる全時間遅
れは、ある固定値（０を含む）と、遅延線を通るクロッ
ク信号Ｃ１の周期と正確に一致する値との間になければ
ならない。すなわち、連続するあるいは、一様に遅延の
増分の整数値の和は、クロック信号Ｃ１の周期に等しく
なければならない。

【００１６】カウンタ３４は、通常遅延線を通る信号よ
りも遥かに遅い速度で、クロック信号７５によりクロッ
クされるので、遅延線２４を通る遅れは、入力７５に加
えられる各クロック信号に対し、単調に一増分だけ変化
する。遅延線２４とカウンタ３４の組合せは、カウンタ
３４によって与えられる一連のステップ的変化の結果、
遅れが遅延線の最大遅れに達したとき、その遅れは、自
動的に遅延線の他端に切換えられ、カウンタがオーバフ
ローあるいは、アンダーフローしたときの“ロールオー
バ（ｒｏｌｌ−ｏｖｅｒ）”と全く同じように再びシー
ケンスを続ける。

【００１７】遅延線の一方向（遅れ方向ないし進み方
向）への連続的なシフトに対しては、位相遅延線制御カ
ウンタがロールオーバする度に、クロック１０からのク
ロック入力が完全に１サイクルスキップされたり、付加
される結果になる。

【００１８】図１において、除算器（分周器）１１は、
単純なデジタ除算器であり、他の除数のための出力タッ
プをもつ。したがって、クロック信号７５は、図示のよ
うに、除算器１１のタップの１つから取り出すことがで
きる。そうすると不要かも知れないが、クロック７５は
クロック信号Ｃ１と同期する。

【００１９】上述の微小増分の位相シフト技術は、単側
波帯抑圧搬送波変調器のそれと同様に機能する。移相器
からの平均出力周波数は、主クロックの周波数から移相
器が３６０°クロックシフトを通して駆動される割合だ
け異なるという結果になる。これは、符号発生器２５へ
入力される第３のパルス列の平均周波数を（微小増分
で）効果的に増減する独特の周波数制御メカニズムであ
る。

【００２０】符号発生器２５の出力はゲート発生器２６
へ入力される。クロック１０で与えられる第１のクロッ
ク信号が１６レーダフィート（約３１ＭＨｚ）の伝播時
間に等しい周期をもつように選ばれたとする。この選択
においては、１フィートの増分シフトに対して、ゲート
クロックの位相シフトメカニズムは、４ビットデジタル
制御機器であればよい。他の応用では、クロック周波数
と増分シフトの他の組合せが便利であるかも知れない。
ディスクリート部品による移相器あるいはシフトレジス
タよりも、プログラマブル遅延線が経済的にのぞまし
い。

【００２１】図１において、遅延線への指令信号７６
は、高度計の探索あるいは追跡の最大要求速度に等しい
速度でクロックされる４ビットカウンタ３４によって駆
動される。これは、クロック信号７５で決められる。こ
れは、各シフトに対し、１フィートの増分を選定したこ
とによる。必要に応じて、他の組合せを用いることがで
きる。例えば、２０００Ｈｚクロック信号７５は２００
０フィート／秒のゲートシフト速度を生じる。カウンタ
３４への“アップ／ダウン／ホールド”の判断信号５０
は、高速の比較器３１から、入力される。比較器３１
は、従来の高度計と同様に、ゲートされ、積分された積
分器３０からの“レンジエラー（ｒａｎｇｅｅｒｒｏ
ｒ）”信号を固定参照電圧信号ＲＥＦと比較して、追跡
ループを閉じる。通常のＡＧＣおよび探索−追跡機能
は、従来の高度計におけると同様に構成される。

【００２２】カウンタを１６ビットまで拡張して、最初
の４ビットを遅延線２４の駆動に用いるならば、特定の
用途に対しこのカウンタから直接に１６ビットのデジタ
ル高度が抽出できる。しかし、大抵の航空機が必要とす
る“０フィート”遅れの調整を容易にするために、平均
デジタル高度出力情報は、符号発生器１２から“スター
ト”パルス４４を、また符号発生器２５から“ストッ
プ”パルス４６を得る従来型の時間／デジタル変換器４
０によって導出される。時間／デジタル変換器４０の出
力は高度を示す。もちろん、これは、システムが追跡モ
ードにあるときに限られる。

【００２３】ゲート発生器２６は、１組のＡＮＤゲート
２６ａおよび２６ｂとして示される。各ゲートは、第１
の入力として除算器２３からの短いゲートすなわちＳＹ
ＮＣパルスを受ける。ＡＮＤゲート２６ａは、第２の入
力として、符号発生器２５の出力を受ける。それゆえゲ
ート２６ａはＳＹＮＣパルスの入力と、論理値“１”す
なわち正の符号化パルス列が、同時に入力されるときの
み、パルス４２を出力する。同様にしてＡＮＤゲート２
６ｂは第２の入力として符号発生器２５の反転出力を受
ける。それゆえ、ゲート２６ｂはＳＹＮＣパルスの入力
と、論理値“０”すなわち負の符号化パルス列が同時に
入力されるときにのみ、パルス４３を出力する。

【００２４】ゲート回路２７は、ゲート２６ａの出力４
２によって制御されるゲートスイッチ６０を含み、この
ゲートスイッチ６０によって信号線６１に対するビデオ
増幅器２２の出力の接続が制御される。更に、ゲート回
路２７はゲート２６ｂの出力４３によって制御されるゲ
ートスイッチ６２を含み、このゲートスイッチ６２によ
って信号線６３に対するビデオ増幅器２２の出力ぼ接続
が制御される。信号線６１は加算器２９のプラス入力
へ、信号線６３は加算器２９のマイナス入力へそれぞれ
接続される。ゲート２６ａとゲート２６ｂとが同時に出
力を生じることはないから、ゲートスイッチ６０とゲー
トスイッチ６２が同時にオンとなることもない。したが
って、ビデオ増輻器２２からのビデオ信号は、ゲートス
イッチ６０がオンの時は正極性で加算器２９に与えら
れ、ゲートスイッチ６２がオンの時は逆極性（すなわち
負極性）で加算器２９に与えられる。

【００２５】ゲート発生器２６とゲート回路２７の組合
せは次のように機能する。もし符号発生器１２および２
５それぞれから与えられる第２のパルス列と第４のパル
ス列の間における遅れが、各パルスがその送信後地上で
反射されて戻るまでに要する時間と等しく、その結果、
繰返される符号語それぞれの最初の戻り（すなわちビデ
オパルス）が最初のゲートパルスと同期しているなら
ば、その符号語に含まれるビデオパルスはすべてゲート
パルスに同期することになり、最大信号が加算器２９へ
の入力線６１を通って積分器３０へ供給される。この状
態では積分器３０の出力は、比較器３１へ入力される参
照信号入力ＲＥＦ３２よりも充分大きな値になる。した
がって比較器３１は、カウンタ３４が計数動作をしない
ような電圧信号５０を与える。この状態では、遅延線２
４によって与えられる遅れは一定値に保たれ、符号発生
器２５からの出力パルス列はビデオ増幅器２２からの受
信パルスに正確に同期した状態を維持する。

【００２６】もし、最初のビデオパルスが最初のゲート
パルス以外の他のゲートパルスと同期する状態に、第４
のパルス列が遅延させられていると、ゲートパルスのい
ずれとも同期しないビデオパルスが存在することになる
ので、積分器にはより小さい信号が入力される。比較器
３１の出力５０によりこの状態が示されると、カウンタ
３４が計数を開始し、遅延線２４へ出力されるデジタル
信号出力を単調に変化させ、符号発生器２５から出力さ
れるパルス列を更に、同期が得られるまで遅らせる。

【００２７】この考案の周波数制御機構を通して、ゲー
ト発生器２６によって制御されるゲートの開放は、受信
パルスから導出されたビデオパルスに対し、クロック信
号Ｃ２の進み又は遅れによって内側に（ＩＮＢＯＵＮ
Ｄ）または外側に（ＯＵＴＢＯＵＮＤ）移動する。これ
は除算器２３のパルス列出力の“ゲートクロック”周波
数を変化させることになる。“ゲートクロック”周波数
が高くなると、ゲートの開放は内側に移動し、低くなる
と、外側に移動する。“ゲートクロック”周波数が変ら
なければ、ゲートの開放は除算器１１により与えられる
送信パルスに対して、静止状態にとどまる。

【００２８】もし符号発生器１２および２５が乱数発生
器ならばスイッチ６０および６２に加えられるパルスの
数の差は、互いに１以内である。加算器２９は正および
直流反転ビデオ信号を加算するので、各語に対するビデ
オ信号にのったノイズ成分による積分器３０の出力は０
に近い。したがって積分器出力は、実質的に符号化パル
スに一致するビデオ信号のみを示す。この回路構成によ
り、干渉および地上クラッタ、および虚偽信号を十分に
抑圧することができる。

【００２９】図２Ａ〜２Ｉは、７ビット語すなわち７パ
ルス位置をもつ語の簡単な例についての動作を示す。図
２Ａは、ゲート２６ａにより与えられるゲート語パルス
Ｇが反射ビデオパルスＶに正しく同期した場合を示す。
図２Ｂ〜２Ｅは、ゲート語パルスが１〜４パルス位置だ
け早すぎる場合を、図２Ｆ〜２Ｉは、ゲート語パルスが
１〜４パルス位置だけ遅すぎる場合を示す。図２Ａでは
各ビデオ語毎に、×印をつけた４パルスがゲートパルス
と一致し、図２Ｂ〜２Ｉでは２パルスだけが一致してい
ることがわかる。このような短い語に対しても、一致す
るパルス数が３以下の積分器出力は完全な同期がとれて
いないことを示す。更にビット数を増した語に対しては
同期と非同期の間の出力差は、更に大きくなる。

【００３０】図２Ａ〜２Ｉでは、ビデオパルスとゲート
パルスの両方が矩形波として示されるがこのようなケー
スは実際的にはあり得ない。ゲートパルスは実質的に矩
形であるが、ビデオパルスはその劣化が避けられない。
図３は、予測できるものに近い波形を示す。曲線Ｇはゲ
ートパルスを、曲線Ｖは関連するビデオパルスを示す。
曲線が特定の面積Ａをもって相交わるときに、比較器３
１の出力、すなわち対応する判断信号が０出力となり、
カウンタ３４が“ホールド”状態になるように電子回路
が設定される。もし、図３ＢＡ_１に示すように面積が
減少すると、カウンタ３４はカウントアップして、ゲー
トパルスＧを遅く発生する。反対に、図３ＣＡ_２に示
すように面積が増加すると、カウンタ３４はカウントダ
ウンして、ゲートパルスＧを早く発生する。これは、再
び面積Ａが得られるまで繰返えされる。正しく同期した
ときにのみ、このような場合の最大数が得られることは
明白である。

【００３１】

【動作】この装置の動作は以下の通りである。クロック
１０および符号発生器１２の制御の下に、疑似乱数符号
の連続パルス列がアンテナ１７から送信され、同様のパ
ルス列が、プログラマブル遅延線２４で遅らされて、ゲ
ート発生器２６に供給される。アンテナ２０からの反射
パルスは、ビデオパルスとしてゲート回路２７に入力さ
れる。

【００３２】システムが探索モード（ｓｅａｒｃｈｍ
ｏｄｅ）の場合、積分器出力が低く、カウンタ３４は、
クロック入力信号７５毎に、予め決められた方向にその
範囲を繰返しステップ状に動かされる。掃引のある点
で、ゲートパルスは、反射パルスと適正な同期状態にな
り、各ゲートパルスがビデオパルスと重なる。十分大き
な信号が積分器３０を通って、与えられるとロジック３
３は探索モードから追跡モードに切換えられ、そのモー
ドは追跡／非追跡指示器３５で表示される。

【００３３】追跡モードでは、ビデオパルスとゲートパ
ルスが面積Ａだけ重なると、積分器から比較器３１への
信号は、参照信号３２に等しく、比較器は、出力０とな
り、ロジック３３、カウンタ３４および指示器３６は、
それらの現在状態に留まる。しかし、航空機の地上高さ
が変わると、ビデオ信号Ｖの遅れが変化し、重なり面積
がＡ_１またはＡ_２に変化し、比較器３１への信号が変化
する。その結果“アップ”あるいは“ダウン”出力がロ
ジック３３に加えられ、カウンタ３４が、面積をＡの方
向に変える向きに、プログラマブル遅延線２４を調節す
る。

【００３４】上述の説明から、この考案は、信号の曖昧
さを惹き起こすことなく、レーダシステムのパルス繰返
し周波数を増加させることができる疑似乱数パルス符号
を採用する装置を含むことは明白である。この装置は、
故意あるいは偶然の干渉に対し、高い裕度を有する。何
故ならば、干渉信号が装置に明白な影響を与えるには、
特定の疑似乱数符号のパルスでなければならないからで
ある。

【００３５】この考案の同期化装置を、レーダ高度計へ
の適用例について説明した。この考案の多くの特徴と利
点はこの考案の構造と機能の詳細とともに、前述した。
しかし、この考案の同期化装置は、共通のクロック信号
またはパルス列に同期したあるいはそれから導出され、
未知の状況により時間的に離れた２つのパルス列を同期
させることが必要な場合には採用できる。

【００３６】しかしながら、この考案の原理内におい
て、かつ、請求範囲の用語の意味範囲内において形状、
寸法および部品の配置の詳細を変更することは可能であ
る。

【００３７】特に、移相器またはシフトレジスタをプロ
グラマブル遅延線２４の代わりに用いることができる。
プログラマブル遅延線の出力は、第１のクロック信号に
対して遅れをもった第２のクロック信号を用意し、その
両信号とも、第１のクロック信号から、比較および同期
化のためのパルス列を導出するので、このような遅れを
つくる方法は、多数ある。通常のシフトレジスタは、プ
ログラマブル遅延線を用意するための一つの手法であ
る。他の例には、カウンタ３４の出力に応答して、第１
のクロック信号に対して第２のクロック信号の位相また
は遅れを一様に変化させるディスクリート部品による移
相器がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の原理を採用したパルスレーダ高度計
のブロック図。

【図２】受信ビデオパルスと局部ゲートパルスの関係を
示す図。

【図３】個々のビデオ信号とゲートパルスの関係のグラ
フ表示を示す図。

【符号の説明】

１０クロック１１，２３除算器１２，２５符号発生器１３パルス発生器１５送信機１７送信アンテナ２０受信アンテナ２１受信機２２ビデオ増幅器２４プログラマブル遅延線２６ゲート発生器２７ゲート回路２９加算器３０積分器３１比較器３２参照信号入力３３検索／追跡ロジック３４カウンタ３５追跡／非追跡指示器３６瞬時高度指示器３７平均高度指示器

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】第１の周波数の第１のクロック信号を与
える手段（１０）と；上記第１のクロック信号をＮで分周して第１のパルス列
を生じる第１の分周手段（１１）と；上記第１のパルス列から、繰返しパルス符号をもつ第２
のパルス列を生じさせる第１の符号化手段（１２）と；上記第２のパルス列に従ったレーダ・パルスを送信する
送信手段（１３，１５，１７）と；上記第１のクロック信号を指令信号に従った時間だけ遅
れ方向にずらせて得られる第２のクロック信号を、指令
信号に応じて上記第１のクロック信号から導出する遅延
手段（３４，２４）と；上記第２のクロック信号をＮで分周して、上記第１のパ
ルス列を遅れ方向にずらせたものに相当する第３のパル
ス列を生じる第２の分周手段（２３）と；上記第３のパルス列から、上記繰返しパルス符号をもつ
第４のパルス列を生じさせる第２の符号化手段（２５）
と；送信されたレーダ・パルスから遅れている戻りのレーダ
・パルスを受信し、その戻りのレーダ・パルスを表す成
分が含まれているビデオ信号を生じる受信手段（２０，
２１，２２）と；上記ビデオ信号を受け、上記第４のパルス列に同期して
駆動されて、上記第４のパルス列の状態に応じて出力を
生じるゲート手段（２６，２７）であって、上記第４の
パルス列が論理“１”であるときは上記ビデオ信号をそ
のままの極性で出力し、上記第４のパルス列が論理
“０”であるときは上記ビデオ信号を反転された極性で
出力するゲート手段（２６，２７）と；上記ゲート手段からの出力を受け、その出力の積分値の
関数として前記指令信号を与える制御手段（２９，３
０，３１）であって、上記第１のパルス列に対して上記
第４のパルス列を進めたり遅らせたりすることにより、
上記第４のパルス列を上記ビデオ信号に含まれている戻
りのレーダ・パルスに同期させる制御手段（２９，３
０，３１）とを備えているレーダ装置。