JP3050492B2 - 障害物を警戒するレーダー装置 - Google Patents
障害物を警戒するレーダー装置Info
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- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
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- G01S13/904—SAR modes
- G01S13/9082—Rotating SAR [ROSAR]
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＲＯＳＡＲ装置のプ
ロセッサと、送信器と、受信器と、レーダーパルスを送
受信するアンテナとを用い、複数のアンテナを、例えば
ヘリコプターのロータあるいはロータ軸の上部のターン
スタイルにある回転アームの端部に配置したヘリコプタ
ーの障害物を警戒する回転アンテナに基く合成開口を備
えたレーダー装置に関する。
ロセッサと、送信器と、受信器と、レーダーパルスを送
受信するアンテナとを用い、複数のアンテナを、例えば
ヘリコプターのロータあるいはロータ軸の上部のターン
スタイルにある回転アームの端部に配置したヘリコプタ
ーの障害物を警戒する回転アンテナに基く合成開口を備
えたレーダー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ドイツ特許第 39 22 086号明細書によ
り、レーダーパルスを送受信するため、送信器と受信器
および一つのアンテナを備えたレーダー装置は周知であ
る。その場合、アンテナは回転アーム、例えばヘリコプ
タのロータまたはロータ軸の上部のターンスタイルの端
部に配置されている。回転アンテナに基く合成開口を備
えたこのようなレーダー装置はＲＯＳＡＲ装置と称され
ている。ロータの羽根の代わりにターンスタイルを使用
しても基本的にはＲＯＳＡＲの原理に変化がなく、ただ
横分解能が低い難点があるが、合成開口の全長が短い距
離の内で達成されると言う重要な利点がある。更に、タ
ーンスタイルは機械的な安定性が高い。この種の装置
は、オンライン運転でほぼリアルタイムで使用でき、地
図の作製、障害物の警戒あるいは着陸支援の外に、目標
解明や目標追跡にも使用される。他の応用分野は飛行物
体の誘導にある。周知のＲＯＳＡＲ装置では、絶えず受
信信号をこの距離間隔に有効な基準関数と相関させて各
距離間隔の結果を得ている。
り、レーダーパルスを送受信するため、送信器と受信器
および一つのアンテナを備えたレーダー装置は周知であ
る。その場合、アンテナは回転アーム、例えばヘリコプ
タのロータまたはロータ軸の上部のターンスタイルの端
部に配置されている。回転アンテナに基く合成開口を備
えたこのようなレーダー装置はＲＯＳＡＲ装置と称され
ている。ロータの羽根の代わりにターンスタイルを使用
しても基本的にはＲＯＳＡＲの原理に変化がなく、ただ
横分解能が低い難点があるが、合成開口の全長が短い距
離の内で達成されると言う重要な利点がある。更に、タ
ーンスタイルは機械的な安定性が高い。この種の装置
は、オンライン運転でほぼリアルタイムで使用でき、地
図の作製、障害物の警戒あるいは着陸支援の外に、目標
解明や目標追跡にも使用される。他の応用分野は飛行物
体の誘導にある。周知のＲＯＳＡＲ装置では、絶えず受
信信号をこの距離間隔に有効な基準関数と相関させて各
距離間隔の結果を得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、オ
ンライン運転のほぼリアルタイムで使用され、しかも地
図の作成、障害物の警戒あるいは着陸支援の外に、目標
の解明や目標の追跡および飛行物体の誘導にも使用で
き、合成開口の全長が短い距離の内で達成されるように
周知のＲＯＳＡＲ法を構成して改良することにある。
ンライン運転のほぼリアルタイムで使用され、しかも地
図の作成、障害物の警戒あるいは着陸支援の外に、目標
の解明や目標の追跡および飛行物体の誘導にも使用で
き、合成開口の全長が短い距離の内で達成されるように
周知のＲＯＳＡＲ法を構成して改良することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、冒頭に述べた種類のレーダー装置にあって、 ａ) 障害物の警戒に関心のある範囲外、例えば 500m 以
上の距離に対して装置が非集束方法による信号処理を行
い、このため一定振幅以上で相関ピークを自動的に集束
信号処理に切り換えるしきい値検出器を配置し、 ｂ) 距離間隔の大きさを可変して、距離間隔の数を少な
く維持し、近接距離で距離間隔を短くし、半径方向の分
解能を遠距離より良くし、 ｃ) 各アンテナに属する送受信ユニットを信号評価に関
して異なった周波数、特にミリ波領域で動作させ、 ｄ) 合成開口（弱く集束するアンテナを有するＲＯＳＡ
Ｒ) の原理を実開口（強く集束するアンテナ）の原理と
組み合わせる、ことによって解決されている。
により、冒頭に述べた種類のレーダー装置にあって、 ａ) 障害物の警戒に関心のある範囲外、例えば 500m 以
上の距離に対して装置が非集束方法による信号処理を行
い、このため一定振幅以上で相関ピークを自動的に集束
信号処理に切り換えるしきい値検出器を配置し、 ｂ) 距離間隔の大きさを可変して、距離間隔の数を少な
く維持し、近接距離で距離間隔を短くし、半径方向の分
解能を遠距離より良くし、 ｃ) 各アンテナに属する送受信ユニットを信号評価に関
して異なった周波数、特にミリ波領域で動作させ、 ｄ) 合成開口（弱く集束するアンテナを有するＲＯＳＡ
Ｒ) の原理を実開口（強く集束するアンテナ）の原理と
組み合わせる、ことによって解決されている。
【０００５】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００６】
【実施例】以下、この発明の方法を図面に基づき詳しく
説明する。
説明する。
【０００７】図１はロータ軸の上部にあるターンスタイ
ルと共にＲＯＳＡＲの照射幾何学を模式的に示す（実寸
ではない）。
ルと共にＲＯＳＡＲの照射幾何学を模式的に示す（実寸
ではない）。
【０００８】ターンスタイルのアーム先端に装着された
アンテナにより下向きに斜め方向に円形リングを照射
し、照射される帯の幅はアンテナの仰角εの開口角と俯
角θの開口角および支持プラットホームの高さＨ0 に依
存する。例えば障害物の警報のため半径方向に直接放射
する場合、ヘリコプターの直ぐ周囲を照射する。像形成
のために必要なドップラースペクトルはターンスタイル
のアーム先端に装着されたアンテナを回転させて発生さ
せ、支持プラットホームの並進運動成分を必要とするこ
とはない。アンテナの回転で全周を見渡せる。つまりＲ
ＯＳＡＲは 360°の全角度範囲を覆う。その場合、送信
と受信に同じアンテナを常に使用する。所定のパルス繰
返周波数の回転運動中にアンテナを介して走査に必要な
送信パルスを放射し、エコー信号を同じアンテナで受信
する。パルス繰返周波数ｆp は、アンテナの直線運動の
ように、受信信号のドップラー帯域で決まる。ここで、
レーダー装置はパルスレーダーもしくはこの代わりにＦ
Ｍ−ＣＷレーダーである。信号評価と像形成は一緒に回
転する送受信ユニットで一定のデータ前処理に従いヘリ
コプターの機内で特別なＲＯＳＡＲプロセッサにより行
われる。円形軌道に沿ったアンテナ運動により、二つの
送信パルスの間の時間間隔Ｔp ＝1/ｆp には、ＲＯＳＡ
Ｒの場合、角度範囲Δα＝ω0/ｆp が対応する。ここで
ω0 はアンテナアームの角速度である。地上の照射帯領
域は円形リングであるため、信号処理は回転角α＝ω0
t の関数として行われる。結像された目標の位置は半径
方向の距離と回転角度を与えることによって完全に決ま
る。これには、アンテナの位置を回転運動中に記憶し、
新たな回転毎にマークすることも必要である。
アンテナにより下向きに斜め方向に円形リングを照射
し、照射される帯の幅はアンテナの仰角εの開口角と俯
角θの開口角および支持プラットホームの高さＨ0 に依
存する。例えば障害物の警報のため半径方向に直接放射
する場合、ヘリコプターの直ぐ周囲を照射する。像形成
のために必要なドップラースペクトルはターンスタイル
のアーム先端に装着されたアンテナを回転させて発生さ
せ、支持プラットホームの並進運動成分を必要とするこ
とはない。アンテナの回転で全周を見渡せる。つまりＲ
ＯＳＡＲは 360°の全角度範囲を覆う。その場合、送信
と受信に同じアンテナを常に使用する。所定のパルス繰
返周波数の回転運動中にアンテナを介して走査に必要な
送信パルスを放射し、エコー信号を同じアンテナで受信
する。パルス繰返周波数ｆp は、アンテナの直線運動の
ように、受信信号のドップラー帯域で決まる。ここで、
レーダー装置はパルスレーダーもしくはこの代わりにＦ
Ｍ−ＣＷレーダーである。信号評価と像形成は一緒に回
転する送受信ユニットで一定のデータ前処理に従いヘリ
コプターの機内で特別なＲＯＳＡＲプロセッサにより行
われる。円形軌道に沿ったアンテナ運動により、二つの
送信パルスの間の時間間隔Ｔp ＝1/ｆp には、ＲＯＳＡ
Ｒの場合、角度範囲Δα＝ω0/ｆp が対応する。ここで
ω0 はアンテナアームの角速度である。地上の照射帯領
域は円形リングであるため、信号処理は回転角α＝ω0
t の関数として行われる。結像された目標の位置は半径
方向の距離と回転角度を与えることによって完全に決ま
る。これには、アンテナの位置を回転運動中に記憶し、
新たな回転毎にマークすることも必要である。
【０００９】ＲＯＳＡＲの実現性に対する今までの研究
では、一定の角速度の一様な回転運動を前提としてい
た。しかし、回転アームは実際には理想的な円軌道から
ずれた決定論的で確率的な運動を行い、これ等の運動を
測定し、修正信号としてＲＯＳＡＲプロセッサに導入す
る必要がある。更に、ヘリコプターの曲線飛行や前進飛
行により仰角と方位角の照射幾何学が変わる。この変化
も信号処理の範囲内で、しかもヘリコプター内でレーダ
ー画像を表示する場合に計算に入れる必要がある。方位
角では、支持プラットホームの付加的な速度成分のため
受信信号がドップラー変調を受ける。
では、一定の角速度の一様な回転運動を前提としてい
た。しかし、回転アームは実際には理想的な円軌道から
ずれた決定論的で確率的な運動を行い、これ等の運動を
測定し、修正信号としてＲＯＳＡＲプロセッサに導入す
る必要がある。更に、ヘリコプターの曲線飛行や前進飛
行により仰角と方位角の照射幾何学が変わる。この変化
も信号処理の範囲内で、しかもヘリコプター内でレーダ
ー画像を表示する場合に計算に入れる必要がある。方位
角では、支持プラットホームの付加的な速度成分のため
受信信号がドップラー変調を受ける。
【００１０】ヘリ・レーダーの分解能は同じ反射面の隣
接する二つの目標の分離可能性に対する尺度であり、角
度として方位角と仰角で、また距離として半径方向の方
位で与えられる。
接する二つの目標の分離可能性に対する尺度であり、角
度として方位角と仰角で、また距離として半径方向の方
位で与えられる。
【００１１】合成開口の方法はアンテナローブの集束を
横分解能に利用するのでなく、目標を照射している間に
進むアンテナの距離をアンテナの長さの人為的な拡大に
利用する。合成開口は飛行距離に沿って移動する実際の
アンテナのローブ内で点状の目標を照射し、全ての受信
エコーを値と位相について記憶して生じる。目標を照射
している間に進む飛行距離を合成開口と称する。
横分解能に利用するのでなく、目標を照射している間に
進むアンテナの距離をアンテナの長さの人為的な拡大に
利用する。合成開口は飛行距離に沿って移動する実際の
アンテナのローブ内で点状の目標を照射し、全ての受信
エコーを値と位相について記憶して生じる。目標を照射
している間に進む飛行距離を合成開口と称する。
【００１２】この場合、アンテナと目標の間の距離が変
わるため、受信したエコー信号は送信信号に対してドッ
プラー周波数シフトを持っている。その時、照射された
目標の各々が特徴的なドップラー周波数の波形に特徴が
あり、原理的に隣の目標と区別できる。信号理論によれ
ば、受信器を予測すべき受信信号に合わせると最良の分
解能が得られるとされている。この要請は最適フィルタ
で満たされる。この最適フィルタを相関器で形成すれ
ば、合成開口を備えたレーダーでは、受信信号と測定シ
ーケンスから予測される関数の間の相互相関が行われ
る。この関数は基準関数と呼ばれている。基準関数は所
定の距離間隔内をアンテナで走査している間に地上の個
々の目標に対する照射幾何学から導かれ、半径方向の分
解能は、通常のパルスレーダーの場合のように、送信信
号のパルス期間あるいはパルス幅で与えられる。
わるため、受信したエコー信号は送信信号に対してドッ
プラー周波数シフトを持っている。その時、照射された
目標の各々が特徴的なドップラー周波数の波形に特徴が
あり、原理的に隣の目標と区別できる。信号理論によれ
ば、受信器を予測すべき受信信号に合わせると最良の分
解能が得られるとされている。この要請は最適フィルタ
で満たされる。この最適フィルタを相関器で形成すれ
ば、合成開口を備えたレーダーでは、受信信号と測定シ
ーケンスから予測される関数の間の相互相関が行われ
る。この関数は基準関数と呼ばれている。基準関数は所
定の距離間隔内をアンテナで走査している間に地上の個
々の目標に対する照射幾何学から導かれ、半径方向の分
解能は、通常のパルスレーダーの場合のように、送信信
号のパルス期間あるいはパルス幅で与えられる。
【００１３】ＲＯＳＡＲの横分解能では、アンテナの運
動が円弧に沿って行われるので、横分解能は線形ＳＡＲ
の理論から提示できない。照射に大切な角度範囲は羽根
が照射される目標の方向に回転角の原点を通過すれば、
ほぼ回転面の半円にわたって広がる。合成開口ーの最大
の長さを半円に制限すると、線形ＳＡＲと異なりＲＯＳ
ＡＲでの分解能が更に距離に依存していることが容易に
分かる。
動が円弧に沿って行われるので、横分解能は線形ＳＡＲ
の理論から提示できない。照射に大切な角度範囲は羽根
が照射される目標の方向に回転角の原点を通過すれば、
ほぼ回転面の半円にわたって広がる。合成開口ーの最大
の長さを半円に制限すると、線形ＳＡＲと異なりＲＯＳ
ＡＲでの分解能が更に距離に依存していることが容易に
分かる。
【００１４】
【外０１】 を用いて、
【外０２】 と計算される。ここで、λは送信信号の波長、Ｌはアン
テナアームの長さ、そしてγはアンテナの方位方向の開
口角である。
テナアームの長さ、そしてγはアンテナの方位方向の開
口角である。
【００１５】
【外０３】 す。
【００１６】この評価では、可能な合成アンテナの全長
が既に達成されている、つまり
が既に達成されている、つまり
【外０４】 であることを前提としている。
【００１７】そうでなければ、
【外０５】 となる。
【００１８】目標Ｏを照射している間、開口Ｓに属する
回転角度範囲αS は、
回転角度範囲αS は、
【外０６】 と計算される。合成開口Ｓは、目標０を照射している間
に進む開口角γを有数アンテナＡの位相中心の距離であ
る。アンテナの距離は、ＲＯＳＡＲの場合、円軌道であ
るため、合成開口Ｓは円弧部分として定義される。
に進む開口角γを有数アンテナＡの位相中心の距離であ
る。アンテナの距離は、ＲＯＳＡＲの場合、円軌道であ
るため、合成開口Ｓは円弧部分として定義される。
【００１９】図３は合成開口Ｓを定義する幾何学配置を
示す。合成開口Ｓの長さはアンテナＡの方位方向の開口
角度γ，目標Ｏまでの地上での距離ＲGOおよびアンテナ
アームの長さＬに依存する。その場合、最大の開口を回
転面の半円に限定することが前提となる。何故なら、実
際に目標への仰角の変化を誘起し、同時にドップラー帯
域も広げる角度範囲のみが横分解能へ寄与するからであ
る。合成開口の全長が目標までの距離の各々で未だ達成
されていないなら、達成可能な角度分解能または横分解
能がそれに応じて悪化する。障害物警戒レーダーでは到
達距離が短く高い横分解能が必要であるので開口の全長
Ｓが早く達成されるはずである。合成開口の長さＳはア
ンテナアームの長さＬ（係数Ｌ/ＲGO) に直接依存する
ので、Ｌ＝ 1.5m のターンスタイルを使用すると本当に
有利である。
示す。合成開口Ｓの長さはアンテナＡの方位方向の開口
角度γ，目標Ｏまでの地上での距離ＲGOおよびアンテナ
アームの長さＬに依存する。その場合、最大の開口を回
転面の半円に限定することが前提となる。何故なら、実
際に目標への仰角の変化を誘起し、同時にドップラー帯
域も広げる角度範囲のみが横分解能へ寄与するからであ
る。合成開口の全長が目標までの距離の各々で未だ達成
されていないなら、達成可能な角度分解能または横分解
能がそれに応じて悪化する。障害物警戒レーダーでは到
達距離が短く高い横分解能が必要であるので開口の全長
Ｓが早く達成されるはずである。合成開口の長さＳはア
ンテナアームの長さＬ（係数Ｌ/ＲGO) に直接依存する
ので、Ｌ＝ 1.5m のターンスタイルを使用すると本当に
有利である。
【００２０】合成開口の主に可能な最大長さＳmax はＬ
＝ 1.5m を用いてアンテナの方位方向の開口角γの関数
として、 γ＝ 45 °: Ｓmax （ＲGO→∞）＝ 1.18 m γ＝ 70 °: Ｓmax （ＲGO→∞）＝ 1.83 m となる。
＝ 1.5m を用いてアンテナの方位方向の開口角γの関数
として、 γ＝ 45 °: Ｓmax （ＲGO→∞）＝ 1.18 m γ＝ 70 °: Ｓmax （ＲGO→∞）＝ 1.83 m となる。
【００２１】ヘリコプターの羽根の両端 (ＲGO≒ 5 m)
ではＬ＝ 1.5m の開口の長さＳは、アンテナの方位方向
の開口角γの関数として、 γ＝ 45 °: Ｓmax （ＲGO≒ 5 m）＝ 0.82 m γ＝ 70 °: Ｓmax （ＲGO≒ 5 m）＝ 1.28 m となり、最大値の 70 ％となる。
ではＬ＝ 1.5m の開口の長さＳは、アンテナの方位方向
の開口角γの関数として、 γ＝ 45 °: Ｓmax （ＲGO≒ 5 m）＝ 0.82 m γ＝ 70 °: Ｓmax （ＲGO≒ 5 m）＝ 1.28 m となり、最大値の 70 ％となる。
【００２２】
【外０７】 してアンテナの方位方向の開口角γの関数として、
【外０８】 が当てはまる。
【００２３】図４はγ＝ 45 °とγ＝ 70 °に対して目
標までの距離の関数としてＬ＝ 1.5
標までの距離の関数としてＬ＝ 1.5
【外０９】 解能の値は線材の検出に多分充分である。何故なら、線
材をただ検出するだけであるが、必ずしも分解する必要
がないからである。副ローブが隣のアンテナをアンテナ
面内で乱す場合には、γをもっと小さく選んでもよい。
何故なら、これに結び付く低横分解能も充分であるから
である。
材をただ検出するだけであるが、必ずしも分解する必要
がないからである。副ローブが隣のアンテナをアンテナ
面内で乱す場合には、γをもっと小さく選んでもよい。
何故なら、これに結び付く低横分解能も充分であるから
である。
【００２４】仰角方向の角度分解能は、開口角εの実際
のアンテナローブの集束性により与えられる。つまり、
合成開口の原理により分解能は改善されない。実際のア
ンテナローブを集束する実際的な値は 2°〜 5°の間の
範囲にある。
のアンテナローブの集束性により与えられる。つまり、
合成開口の原理により分解能は改善されない。実際のア
ンテナローブを集束する実際的な値は 2°〜 5°の間の
範囲にある。
【００２５】半径方向の分解能ΔＲSminは、パルスレー
ダーの場合、圧縮された送信パルス期間τ，光速ｃおよ
びＢ＝１/τを用いて、
ダーの場合、圧縮された送信パルス期間τ，光速ｃおよ
びＢ＝１/τを用いて、
【外１０】 と計算される。
【００２６】満足な出力収支を得るためパルス圧縮法を
使用する。しかし、パルス圧縮で送信パルスの幅を人為
的に広げると、このパルス幅に比例した不感帯領域が生
じる。そのため、パルスレーダーに対して有望な代替え
はＦＭ−ＣＷレーダーである。このレーダー法では、半
径方向の分解能に必要な帯域Ｂの発生は送信周波数を線
形変調して行われる。
使用する。しかし、パルス圧縮で送信パルスの幅を人為
的に広げると、このパルス幅に比例した不感帯領域が生
じる。そのため、パルスレーダーに対して有望な代替え
はＦＭ−ＣＷレーダーである。このレーダー法では、半
径方向の分解能に必要な帯域Ｂの発生は送信周波数を線
形変調して行われる。
【００２７】信号処理を実現可能な経費で保証するた
め、距離間隔の数、つまり分解セルの個数をできる限り
少なく維持することが提案されている。これは距離間隔
の大きさを可変して達成できる。即ち、近距離領域では
距離間隔が遠距離領域よりも短い。つまり半径方向の分
解能が遠距離領域よりも良い。図５は、距離間隔の長さ
を決める各半径方向の分解能ΔＲSmini ( ここでｉ＝１
〜４である) を伴う付属図を示す。
め、距離間隔の数、つまり分解セルの個数をできる限り
少なく維持することが提案されている。これは距離間隔
の大きさを可変して達成できる。即ち、近距離領域では
距離間隔が遠距離領域よりも短い。つまり半径方向の分
解能が遠距離領域よりも良い。図５は、距離間隔の長さ
を決める各半径方向の分解能ΔＲSmini ( ここでｉ＝１
〜４である) を伴う付属図を示す。
【００２８】線材を検出する場合、主に直角または数度
の原点領域で当たる線材は著しい後方散乱信号を発生す
る。何故なら、波長より長い寸法の線材障害物は鏡面の
ように働くからである。ＲＯＳＡＲ法のより大きな利点
は、線材を照射する間、アンテナの方位方向の比較的大
きな開口角γにより直角照射がより高い確率で生じる点
にある。更に、回転角範囲が数度である時には、導体片
の照射中にこの導体片の照射長さが数メータになる。そ
の時、この導体片は受信信号内でもはや一つの個別目標
として現れるのでなく、レーダー像中でエコー信号が統
計的に重なった一連の隣接する点目標を表す。これ等の
隣接する点目標は処理されたレーダー像内で基準関数と
相関させしきい値検出器を用いて互いに結び付けること
ができる。分解セルが十分小さければ、隣のセルにより
レーダー像中に「導体の線分」が生じる。この導体の線
分は特別な数学アルゴリズムを使用してもレーダー像上
に表示できる。つまり、直線の上にある点を結び付ける
と線分になる。
の原点領域で当たる線材は著しい後方散乱信号を発生す
る。何故なら、波長より長い寸法の線材障害物は鏡面の
ように働くからである。ＲＯＳＡＲ法のより大きな利点
は、線材を照射する間、アンテナの方位方向の比較的大
きな開口角γにより直角照射がより高い確率で生じる点
にある。更に、回転角範囲が数度である時には、導体片
の照射中にこの導体片の照射長さが数メータになる。そ
の時、この導体片は受信信号内でもはや一つの個別目標
として現れるのでなく、レーダー像中でエコー信号が統
計的に重なった一連の隣接する点目標を表す。これ等の
隣接する点目標は処理されたレーダー像内で基準関数と
相関させしきい値検出器を用いて互いに結び付けること
ができる。分解セルが十分小さければ、隣のセルにより
レーダー像中に「導体の線分」が生じる。この導体の線
分は特別な数学アルゴリズムを使用してもレーダー像上
に表示できる。つまり、直線の上にある点を結び付ける
と線分になる。
【００２９】ＲＯＳＡＲに基く障害物警戒レーダーの全
構想には、ＲＯＳＡＲが障害物の警戒にも、また地図作
成、つまり地面の撮像にも利用できなければならないこ
とを前提とししている。このため、アンテナが直接半径
方向に眺めたり、地表も指向するため、地面の撮像でき
るように配置される。
構想には、ＲＯＳＡＲが障害物の警戒にも、また地図作
成、つまり地面の撮像にも利用できなければならないこ
とを前提とししている。このため、アンテナが直接半径
方向に眺めたり、地表も指向するため、地面の撮像でき
るように配置される。
【００３０】回転アームの端部に装備されたアンテナに
より円弧状の合成開口が生じ、その場合、照射領域は主
に方位と仰角のアンテナ・パラメータで定まる。照射幾
何学の境界条件はヘリコプターの飛行と着地の技術構想
から得られる。
より円弧状の合成開口が生じ、その場合、照射領域は主
に方位と仰角のアンテナ・パラメータで定まる。照射幾
何学の境界条件はヘリコプターの飛行と着地の技術構想
から得られる。
【００３１】図６a と６b はアンテナの方位方向の開口
角γと共に方位方向の照射領域に関する異なった実施例
を示す。図６では全ての開口角が等して大きい、つま
り、ＲＯＳＡＲ原理による信号処理の動作パラメータも
等しい。図６b ではＲＯＳＡＲに基き合成開口の原理に
より信号処理するため弱く集束する二つのアンテナと、
実開口の原理により強く集束する二つのアンテナを用い
る実施例が例示的に示してある。実開口の原理では、横
分解能はアンテナの集束性のみで達成されている。実開
口を使用するこの原理の難点は横分解能が制限されてい
る点にある。実開口の利点は信号処理を非常に簡単に行
える点にある。障害物警戒の直ぐ近接領域では、実開口
が十分な分解能を与え、使用できる。
角γと共に方位方向の照射領域に関する異なった実施例
を示す。図６では全ての開口角が等して大きい、つま
り、ＲＯＳＡＲ原理による信号処理の動作パラメータも
等しい。図６b ではＲＯＳＡＲに基き合成開口の原理に
より信号処理するため弱く集束する二つのアンテナと、
実開口の原理により強く集束する二つのアンテナを用い
る実施例が例示的に示してある。実開口の原理では、横
分解能はアンテナの集束性のみで達成されている。実開
口を使用するこの原理の難点は横分解能が制限されてい
る点にある。実開口の利点は信号処理を非常に簡単に行
える点にある。障害物警戒の直ぐ近接領域では、実開口
が十分な分解能を与え、使用できる。
【００３２】図７a 〜７c はアンテナの方位方向の開口
角εと共に方位方向の照射幾何学に対する実施例を示
す。この場合、種々の開口角εと水平からの傾斜角（俯
角）を持つ多数のアンテナが角回転アームの端部に配置
されるか、個々のアンテナが回転アームに配分されてい
る。更に、これ等のアンテナは障害物の警戒のためヘリ
コプターの飛行方向に向き、地表に対して傾いているの
で、地表の撮像ができるように指向されている。各アン
テナに付属する送受信ユニットとこれに伴う信号評価に
関するレーダー設計は干渉による擾乱を排除するため種
々の周波数で動作する。
角εと共に方位方向の照射幾何学に対する実施例を示
す。この場合、種々の開口角εと水平からの傾斜角（俯
角）を持つ多数のアンテナが角回転アームの端部に配置
されるか、個々のアンテナが回転アームに配分されてい
る。更に、これ等のアンテナは障害物の警戒のためヘリ
コプターの飛行方向に向き、地表に対して傾いているの
で、地表の撮像ができるように指向されている。各アン
テナに付属する送受信ユニットとこれに伴う信号評価に
関するレーダー設計は干渉による擾乱を排除するため種
々の周波数で動作する。
【００３３】更に、地表を撮像するため、俯角をアンテ
ナ毎、従って回転アーム毎に変えて地面の階段化された
円リングを照射でき、これによりアンテナ当たりのその
時の信号処理を著しく加速できる可能性もある（図７d
）。
ナ毎、従って回転アーム毎に変えて地面の階段化された
円リングを照射でき、これによりアンテナ当たりのその
時の信号処理を著しく加速できる可能性もある（図７d
）。
【００３４】図８にはＲＯＳＡＲ装置用のプロセッサの
回路図が示してある。この場合、第一チャンネルに相当
するブロック回路図の上半分には基準関数の発生に必要
な回路が示してあり、第二チャンネルに相当する下半分
には地面で反射した信号の受信に使用される回路が示し
てある。
回路図が示してある。この場合、第一チャンネルに相当
するブロック回路図の上半分には基準関数の発生に必要
な回路が示してあり、第二チャンネルに相当する下半分
には地面で反射した信号の受信に使用される回路が示し
てある。
【００３５】第一チャンネルには幾何学回路１がある。
これは、地上のアンテナ高さＨ0 と他のパラメータ、特
に俯角、傾角およびロータアームの長さに基づき、照射
領域を個々の距離間隔に分配するプロセッサ回路２に導
入する種々の値と関数を計算しる。このプロセッサ回路
２は、プロセッサ回路２の出力信号に基づき個々の距離
間隔の基準関数を計算するプロセッサユニット３に接続
している。相関に必要な基準関数は記憶器４に導入され
る。
これは、地上のアンテナ高さＨ0 と他のパラメータ、特
に俯角、傾角およびロータアームの長さに基づき、照射
領域を個々の距離間隔に分配するプロセッサ回路２に導
入する種々の値と関数を計算しる。このプロセッサ回路
２は、プロセッサ回路２の出力信号に基づき個々の距離
間隔の基準関数を計算するプロセッサユニット３に接続
している。相関に必要な基準関数は記憶器４に導入され
る。
【００３６】第二チャンネルでは、エコー信号Ｓe が直
角変調器５に導入され、同相と直角成分Ｉe とＱe に分
解される。両方の成分はアナログ・デジタル変換器６に
導入され、その出力端に離散的なサンプリング値が出力
する。この複素数エコー信号は相関のために記憶器７に
導入される。この記憶器７ではその時の距離間隔に対す
る受信信号ＳE をこれ等の間隔に属するエコー信号と組
み合わせる。記憶器４や７にそれぞれ保管された信号は
同期させて相関器８に導入されて相関関係を調べる。相
関結果は表示器、例えばモニター９に表示されたり、更
に評価装置１０に導入される。
角変調器５に導入され、同相と直角成分Ｉe とＱe に分
解される。両方の成分はアナログ・デジタル変換器６に
導入され、その出力端に離散的なサンプリング値が出力
する。この複素数エコー信号は相関のために記憶器７に
導入される。この記憶器７ではその時の距離間隔に対す
る受信信号ＳE をこれ等の間隔に属するエコー信号と組
み合わせる。記憶器４や７にそれぞれ保管された信号は
同期させて相関器８に導入されて相関関係を調べる。相
関結果は表示器、例えばモニター９に表示されたり、更
に評価装置１０に導入される。
【００３７】説明したプロセッサ回路に加えて、 −非集束信号処理、 −焦点深度計算、 −距離範囲曲率の修正、および −運動誤差の修正、 を行う回路も用意されている。
【００３８】運動誤差を修正する動力学センサは実質上
種々の加速度センサで構成されている。これ等の加速度
センサにより積分や二重積分により速度と距離に関する
変化を測定できる。測定すべき運動誤差、つまり理想的
な円軌道からのずれは、例えばヘリコプターのロール
（横揺れ）運動およびピッチ（縦揺れ）運動から得ら
れ、その結果としてアーム先端に組み込まれたアンテナ
を有するターンスタイルの運動から得られる。更に、運
動誤差は同様に修正すべきヘリコプターの飛行速度で生
じる。
種々の加速度センサで構成されている。これ等の加速度
センサにより積分や二重積分により速度と距離に関する
変化を測定できる。測定すべき運動誤差、つまり理想的
な円軌道からのずれは、例えばヘリコプターのロール
（横揺れ）運動およびピッチ（縦揺れ）運動から得ら
れ、その結果としてアーム先端に組み込まれたアンテナ
を有するターンスタイルの運動から得られる。更に、運
動誤差は同様に修正すべきヘリコプターの飛行速度で生
じる。
【００３９】理想的な円軌道からのずれのため、受信信
号に生じた位相誤差を測定して、受信信号が理想的な円
軌道によるかのように修正できる。修正に対してのみ、
つまり理想的な円軌道に対してのみ、受信信号を理想的
な場合に対して必ず計算される基準信号と相関させてＲ
ＯＳＡＲ理論に対応する最適な相関結果と横分解能を得
る。
号に生じた位相誤差を測定して、受信信号が理想的な円
軌道によるかのように修正できる。修正に対してのみ、
つまり理想的な円軌道に対してのみ、受信信号を理想的
な場合に対して必ず計算される基準信号と相関させてＲ
ＯＳＡＲ理論に対応する最適な相関結果と横分解能を得
る。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の障害物
を警戒するレーダー装置により、オンライン運転のほぼ
リアルタイムで使用され、しかも地図の作成、障害物の
警戒あるいは着陸支援の外に、目標の解明や目標の追跡
および飛行物体の誘導にも使用でき、合成開口の全長が
短い距離の内で達成される。
を警戒するレーダー装置により、オンライン運転のほぼ
リアルタイムで使用され、しかも地図の作成、障害物の
警戒あるいは着陸支援の外に、目標の解明や目標の追跡
および飛行物体の誘導にも使用でき、合成開口の全長が
短い距離の内で達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ロータ軸のロータ上部のターンスタイルと共
にＲＯＳＡＲ照射幾何学を示す模式図、
にＲＯＳＡＲ照射幾何学を示す模式図、
【図２】 アンテナの方位方向の開口角γの関数として
の角度分解能の変化に関するグラフ、
の角度分解能の変化に関するグラフ、
【図３】 合成開口Ｓを定義する幾何学配置の図面、
【図４】 アンテナの方位方向の種々の開口角に対する
目標までの距離の関数として横分解能の変化を示すグラ
フ、
目標までの距離の関数として横分解能の変化を示すグラ
フ、
【図５】 半径方向の分解能が遠距離より近距離で大き
く、距離間隔の長さを決める半径方向の分解能に関する
模式図、
く、距離間隔の長さを決める半径方向の分解能に関する
模式図、
【図６】 ａ：全ての開口角が等しくて大きく、方位方
向の照射領域に関する模式図、 ｂ：弱く集束する二つのアンテナが信号処理のためＲＯ
ＳＡＲに基き合成開口の原理に従って動作し、強く集束
する二つのアンテナが実開口の原理に従って動作する方
位方向の照射領域に関する模式図、
向の照射領域に関する模式図、 ｂ：弱く集束する二つのアンテナが信号処理のためＲＯ
ＳＡＲに基き合成開口の原理に従って動作し、強く集束
する二つのアンテナが実開口の原理に従って動作する方
位方向の照射領域に関する模式図、
【図７】 ａ〜ｃ：アンテナの仰角方向の開口角と共に
仰角方向の照射幾何学関係の種々の実施例の模式図、 ｄ：地面撮像用の円形リング照射の実施例を示す模式
図、
仰角方向の照射幾何学関係の種々の実施例の模式図、 ｄ：地面撮像用の円形リング照射の実施例を示す模式
図、
【図８】 ＲＯＳＡＲ装置用のプロセッサのブロック回
路図である。
路図である。
１ 幾何学回路 ２ 距離間隔プロセッサ回路 ３ 基準関数プロセッサ回路 ４，７ 記憶器 ５ 直角変調器 ６ アナログ・デジタル変換器 ８ 相関器 ９ 表示器 １０ 評価装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−317660（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−44590（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95
Claims (10)
- 【請求項１】 ＲＯＳＡＲ装置のプロセッサと、送信器
と、受信器と、レーダーパルスを送受信するアンテナと
を用い、複数のアンテナを、例えばヘリコプターのロー
タあるいはロータ軸の上部のターンスタイルにある回転
アームの端部に配置したヘリコプターの障害物を警戒す
る回転アンテナに基く合成開口を備えたレーダー装置に
おいて、 ａ）障害物の警戒に関心のある範囲外、例えば 500m 以
上の距離に対して装置が非集束方法による信号処理を行
い、このため一定振幅以上で相関ピークを自動的に集束
信号処理に切り換えるしきい値検出器を配置し、 ｂ）距離間隔の大きさを可変して、距離間隔の数を少な
く維持し、近接距離では距離間隔を短くし、半径方向の
分解能を遠距離より良くし、 ｃ）各アンテナに属する送受信ユニットを信号評価に関
して異なった周波数、特にミリ波領域で動作させ、 ｄ）合成開口（弱く集束するアンテナを有するＲＯＳＡ
Ｒ) の原理を実開口（強く集束するアンテナ）の原理と
組み合わせる、 ことを特徴とするレーダー装置。 - 【請求項２】 送信周波数の線形変調が半径方向の分解
能の発生に必要な帯域を有するＦＭ−ＣＷレーダー装置
を使用することを特徴とする請求項１に記載のレーダー
装置。 - 【請求項３】 円弧状の合成開口を発生する回転アーム
の端部に装着された複数のアンテナは、半径方向に直
接、あるいは地上に直接指向することを特徴とする請求
項１または２に記載のレーダー装置。 - 【請求項４】 ＲＯＳＡＲに基く合成開口の原理で信号
処理する弱く集束する二つのアンテナは、共通の支持体
の上で実開口の原理による強く集束する二つのアンテナ
と組み合わせられることを特徴とする請求項１〜３の何
れか１項に記載のレーダー装置。 - 【請求項５】 ヘリコプターの飛行方向の障害物を警戒
するアンテナと、地図作成のためのアンテナが地面に向
けて指向するように配置されていることを特徴とする請
求項１〜４の何れか１項に記載のレーダー装置。 - 【請求項６】 各アンテナに属する送受信ユニットは信
号評価を行うため異なった周波数で動作し、回転アーム
上で一緒に回転するように配設されていることを特徴と
する請求項１〜５の何れか１項に記載のレーダー装置。 - 【請求項７】 地面の段付きの円リングを照射するため
に、仰角はアンテナ毎に可変できることを特徴とする請
求項１〜６の何れか１項に記載のレーダー装置。 - 【請求項８】 データ処理速度を低減するため、信号処
理や画像形成の前にロータアームにあるプロセッサ回路
によりデータの前処理を行うことを特徴とする請求項１
〜７の何れか１項に記載のレーダー装置。 - 【請求項９】 ロータアームからヘリコプターの機内に
データを伝送するため、電気または光結合装置が配設さ
れていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に
記載のレーダー装置。 - 【請求項１０】 プロセッサが基準関数を発生する第一
チャンネルと地上で反射した信号を受信する第二チャン
ネルとを有し、第一チャンネルに幾何学回路（１）と、
照射領域を個々の距離間隔に配分するプロセッサ回路
（２）と、前記距離間隔の基準関数を計算して一方の記
憶器（４）に導入するプロセッサ回路要素（３）とを配
置し、第二チャンネルにエコー信号（Ｓe ) に対する直
交変調器（５）を配置し、この変調器の成分（Ｉe とＱ
e ）をアナログ・デジタル変換器（６）に導入し、そこ
から他方の記憶器（７）に入力し、両方の記憶器（４，
７）に保管した信号を同期させて相関器（８）に移し、
相関器の相関信号を表示するためモニター（９）と評価
ユニット（１０）に送ることを特徴とする請求項１〜９
の何れか１項によるレーダー装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4323511A DE4323511C1 (de) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | Radargerät zur Hinderniswarnung |
| DE4323511:5 | 1993-07-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07146363A JPH07146363A (ja) | 1995-06-06 |
| JP3050492B2 true JP3050492B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=6492749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6161480A Expired - Fee Related JP3050492B2 (ja) | 1993-07-14 | 1994-07-13 | 障害物を警戒するレーダー装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5451957A (ja) |
| EP (1) | EP0634668B1 (ja) |
| JP (1) | JP3050492B2 (ja) |
| DE (2) | DE4323511C1 (ja) |
| HK (1) | HK1001501A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101537388B1 (ko) * | 2012-12-10 | 2015-07-16 | 에어버스 헬리콥터스 도이칠란트 게엠베하 | 회전날개 항공기용 장해물 및 지형 경고 레이더 시스템 |
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- 1994-07-04 DE DE59404192T patent/DE59404192D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-07-12 US US08/273,820 patent/US5451957A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-07-13 JP JP6161480A patent/JP3050492B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 1998-01-19 HK HK98100435A patent/HK1001501A1/xx not_active IP Right Cessation
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