JP3291292B1 - ロックされないコヒーレントで広帯域のバイスタティックレーダ動作のための波形を使用する処理方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 本発明は、ロックされないレーダ送信機（1
1）と受信機（12）のバイスタティックなロックされな
いコヒーレント動作を許容する進歩した波形（20）を使
用したバイスタティックでコヒーレントなロックされな
いレーダシステム（10）および処理方法（30）である。 【解決手段】 波形（20）はイントラパルスの微細な距
離分解能と、パルス毎のコヒーレンスと、バースト毎の
周波数アジリティを実現し、それによって電子逆探知環
境において強化したターゲット検出と頑強な動作を行
う。異なる周波数のパルスの連続シーケンスが送信され
(31)、これは他の周波数よりも多くの回数で再訪される
獲得周波数を含むことができる。ターゲットから反射さ
れたエネルギは例えば複数の距離ビンと予め定められた
パルス反復インターバルにわたって獲得周波数のエネル
ギを検出するように処理される（34）。検出したエネル
ギが予め定められたしきい値より上の場合には距離パタ
ーンが生成される（35）。エネルギはターゲットに対す
る相対角度を示すためにセントロイドされる（36）。エ
ネルギパターンに含まれる送信された周波数が識別され
る（37）。受信機は送信機により周波数ホップを行う
（38）。エネルギはフーリエ変換を使用してコヒーレン
トに処理され、パターン中心を決定し（39）、このパタ
ーンはターゲットに対する方向を示している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーダシステム、特
にバイスタティックレーダシステムのロックされない送
信機および受信機のバイスタティックなロックされない
コヒーレント動作を行うための処理方法および波形に関
する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人はターゲット検出およびターゲ
ット追跡等に使用するためのレーダシステムを製造して
いる。本出願人はそのレーダシステムの性能を改良しそ
の応用を拡大することを継続的に試みている。すなわ
ち、開発の努力の目標はレーダシステムの複雑性と価格
を減少することである。

【０００３】これを実現するため、本出願人は送信機を
受信機へロックするために原子時計または同期パルスを
使用する必要のないバイスタティックのロックされない
レーダシステムを開発している。同期部分の除去によ
り、レーダシステムの価格および複雑性が減少される。

【０００４】本発明は発明の名称“Unlocked W-band Re
ceiver with Coherent Features ”である1998年４月７
日出願の米国特許第5,736,956 号明細書に記載されてお
り、ロックされない電圧制御された発振器を使用してパ
ルス毎のコヒーレンスを有するコヒーレントレーダ受信
機を開示している。本発明の波形および処理方法はバイ
スタティックでコヒーレントなロックされないレーダシ
ステムと共同動作するように設計されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、ロックされないレーダ送信機および受信機の廉
価でコヒーレンスな周波数アジリティのバイスタティッ
ク動作を許容する波形および処理方法を提供することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述およびその他の目的
を達成するために、本発明はロックされないレーダ送信
機および受信機のバイスタティックでロックされないコ
ヒーレント動作を許容する進歩した波形を使用してバイ
スタティックでコヒーレントなロックされないレーダシ
ステムおよび処理方法を提供する。この波形はイントラ
パルスの微細な距離分解能と、パルス毎のコヒーレンス
と、バースト毎の周波数アジリティを実現し、それによ
って電子逆探知環境において強化されたターゲット検出
と頑強な動作を行う。

【０００７】波形および処理方法の使用は、ロックされ
ないレーダ送信機および受信機を使用して廉価でコヒー
レントで周波数アジリティのバイスタティック動作を許
容する。本発明はパルス毎の波形の可変性と、低いレー
ダ断面ターゲットの検出の強化を含む高いレーダ感度
と、妨害装置に対する実効的な動作を可能にする。

【０００８】波形および処理方法は本出願人により製造
されているような現在配備された航空レーダシステムで
有効に使用されることができる。この波形および処理方
法は高い正確度の兵器システムにおいて、強化されたタ
ーゲット検出とターゲット追跡のための廉価な航空バイ
スタティック受信機の構成を許容する。

【０００９】このシステム、波形、処理方法は飛行試験
され、試験結果はロックされないコヒーレントなバイス
タティック動作が実現されたことを示した。さらに、本
発明は発明の名称“Unlocked W-band Receiver with Co
herent Features ”である1998年４月７日出願の米国特
許第5,736,956 号明細書に開示されている発明と結合さ
れて、原子時計、同期パルス、またはその他の手段を使
用してロックされ、および／または同期されたバイスタ
ティックシステムを置換するために使用されることので
きる非常に簡単で廉価なバイスタティック受信機の構成
を可能にする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の種々の特徴および利点は
添付図面と関連した以下の詳細な説明を参照して容易に
理解されるであろう。図において同一の参照符号は同一
の構造素子を示している。図面を参照すると、図１の
（ａ）は本発明の１実施形態によるバイスタティックで
コヒーレントなロックされないレーダシステム10の動作
環境を示している。バイスタティックでコヒーレントな
ロックされないレーダシステム10は送信機11および受信
機12を具備している。送信機11は本発明の原理（図２）
にしたがって波形20を送信し、これは異なる周波数セッ
トで連続的なパルスシーケンスを含む。送信機11はター
ゲット13の一般的な方向で和パターンと差パターンとを
送信する。ターゲット13から反射されたエネルギは受信
機12により受信され、ターゲット13への方向と距離を決
定するように処理される。ターゲット13を検出するため
に波形20が送信され処理される。

【００１１】送信機11から受信機12までの直接路の信号
が必要とされないことを理解することが重要である。受
信機はターゲット13により反射される送信波形のパター
ン中心を発見するように動作する。受信された信号のパ
ターン中心は受信機12により検出されるクラッタの中心
を示している。さらに、受信機はこれを送信機へロック
する局部発振器または原子時計を含んでいない。

【００１２】図１の（ｂ）は、バイスタティックレーダ
システム10のロックされないレーダ送信機11および受信
機12のバイスタティックなロックされないコヒーレント
動作を可能にする例示的なパラメータと共に、本発明の
原理にしたがった典型的な波形20を示している。ロック
されないレーダ送信機11および受信機12のロックされな
いコヒーレントなバイスタティック動作を可能にする典
型的で例示的な波形20を以下説明する。この例示的な波
形20の特徴および特性パラメータについて以下説明す
る。

【００１３】例示的な波形20は約５００ＭＨｚの同調可
能な帯域幅にわたって２０ミリ（ｍ）秒インターバルで
周波数アジリティ（周波数変化）を有する。例示的な波
形20は少なくとも５０ＭＨｚだけ分離されている９個の
周波数ステップと、受信機12中の１つの付加的な周波数
を有し、この付加的な周波数は異なるレーダ送信機11か
らの照射を受信するために使用されることができる。バ
イスタティックでコヒーレントなロックされないレーダ
システム10の１実施形態を使用して行われる飛行試験で
は、９個の送信された無線周波数は２０ｍ秒毎にステッ
プされ、８０ｍ秒毎に生じる獲得周波数に戻る。ＡＡ
ＺＺ ＡＡ…のような送信シーケンスが使用され、ここ
でＡとＺは異なるアンテナパターンにより送信されるレ
ーダパルスを示している。しかしながら、パルスのその
他のシーケンスも所望ならば送信されてもよいことが理
解されよう。例示的は波形20はイントラパルスフェーズ
コード化を使用し、それによって１３：１のパルス圧縮
で４３３ナノ（ｎ）秒のパルス幅で微細な範囲の解像度
（例えば５メートル）を与える。

【００１４】バイスタティックなロックされない受信機
12は最初に信号（ターゲット13）を獲得しその後信号
（ターゲット13）を追跡しなければならない。受信機12
は送信機11により送信されたパルス反復インターバルお
よび周波数と、獲得を改良するために送信機11により再
訪された獲得周波数を認識する。実時間獲得はターゲッ
ト13またはクラッタの獲得と、ロックされない受信機12
と送信機11との同期を含んでいる。以下の獲得機能は受
信機12により行われる。

【００１５】実時間の角度および距離獲得を実現するた
めに、ビームがターゲット13から反射される照射ビーム
の近似的な方向に位置付けられる。最大（パターン中
心）信号の位置を発見するためにミニラスタ走査または
円錐走査が使用される。したがって、受信機12は受信さ
れたエネルギの方向の角度を見る（走査する）。受信機
12はさらに頻繁に送信機11により再訪されている予め選
択された（獲得）周波数に留る。受信機12は時間にわた
ってエネルギを累積する距離ビンを形成する。

【００１６】ターゲット13（メインローブクラッタ）は
送信機11からの直接路信号と区別される。直接路信号は
メインローブクラッタのパターン中心と比較して短い距
離を有する。ビーム位置にわたるクラッタ信号の中心が
決定される。探索装置は特徴的な周波数パターンを認識
する。パルス反復インターバル（ＰＲＩ）ドリフト評価
は獲得無線周波数に基づいている。ＰＲＩドリフトはク
ラッタ距離追跡装置を使用して評価される。送信された
アジリティサイクルのフェーズも決定されることができ
る。受信機12のＲＦサイクリング（約５００ＭＨｚにわ
たって９周波数）と各ＲＦステップのターゲット確証が
行われる。

【００１７】図２はＲＦシーケンスの送信および受信を
示している。送信機11は基準タイムスロット期間を除い
て受信機12と同じシーケンスを有する。これは予め示さ
れた周波数における獲得フェーズにおける受信機12の付
加的な時間を可能にする。したがって、探索装置はター
ゲット13を距離および角度において獲得する。ターゲッ
ト13が一度距離および角度について獲得されると、受信
機12は信号の受信されたシーケンスを有する周波数でホ
ッピングを開始し、送信機11により送信される信号にロ
ックされるようになる。

【００１８】獲得フェーズ後（即ちターゲット追跡にお
いて）、受信機12は獲得周波数に割当てられた期間中に
異なる送信機11の異なる周波数からの放射を処理しても
よい。（飛行試験で示されているように）受信機12はそ
れ自体を０．１ｍ秒内に送信機11に同期する。

【００１９】各２０ミリ秒のＲＦフレーム期間に、送信
機11はパルス間にギャップを挿入し（例えば４．８ｍ秒
または３８４パルス毎）、シーケンスの“Ａ”パルスと
“Ｚ”パルスが適切な獲得後およびターゲット追跡で認
識されることを確実にする。

【００２０】プロセスはイントラパルス（１３：１）距
離圧縮とコヒーレントなパルス毎の処理を含んでいる。
パルス毎の処理は０．４ｍ秒アレイにわたり行われ、パ
ルスＡＡ００ＡＡ００…ＡＡ００の高速度フーリエ変換
（ＦＦＴ１）処理と、００ＺＺ００ＺＺ…００ＺＺの高
速度フーリエ変換（ＦＦＴ２）処理と、ターゲット13の
検出および追跡と、Ａフェーズに関するＺフェーズを得
るために２つのＦＦＴからの信号の位相の減算を含んで
いる。受信発振器と送信発振器との間に未知のオフセッ
トが存在してもこの技術は正確な相対位相を回復する。
したがって、ＦＦＴはＡパルスとＺパルスにわたって実
行され、クラッタＦＦＴフィルタは、ターゲット13に対
する方向を示すパターン中心についての角度測定を決定
するように識別される。このパターン中心処理は一般に
よく知られ、発明の名称“Unlocked W-Band Receiver w
ith Coherent Features ”である1998年４月７日出願の
米国特許第5,736,956 号明細書に開示されているように
処理できる。

【００２１】図２はターゲット信号追跡中の第２の送信
機11における２５％のデューティ係数を有する例示的な
周波数シーケンスを示している。図２では送信機11は基
準タイムスロット期間を除いて受信機12と同じシーケン
スを有し、送信機11は受信機獲得周波数にある。これは
送信機11の予めセットされたシーケンスを維持しながら
受信機12の獲得時間を減少する。５秒毎の５０μ秒ギャ
ップは、送信で異なるアンテナパターンを使用するＡと
Ｚパルスへ受信機12を同期することを確実にする。

【００２２】図３および４は飛行試験で得られた適切な
送信／受信のロックされない同期と、バイスタティック
動作の例示的な波形20を使用するレーダシステム10で実
現されるイントラパルスおよびインターパルスの安定性
をそれぞれ示している。

【００２３】図３はイントラパルスバイフェーズパルス
圧縮を示した例示的な飛行試験データを示している。飛
行試験の結果は成功したパルス圧縮（３０ＭＨｚ帯域
幅、５メートル距離分解能）を示している。データ処理
は受信機12がピーク反射距離ビン（ターゲット13の距
離）を正確に獲得し追跡することを証明している。ピー
ク距離ビンは受信機12により実行される完全な円錐走査
にわたって同一に維持される。円錐走査により課された
変調は信号で見られる。試験結果は完全な円錐走査にわ
たるロックされない送信機11と受信機12との間の無視で
きる程度のＰＲＩドリフトを示している。

【００２４】図４はパルス毎の信号コヒーレンスを示す
例示的な飛行試験データを示している。飛行試験データ
の結果は送信機11とロックされない受信機12との間の優
れたスペクトル安定性を示している。ＡＡ００ＡＡ００
…シーケンスの３２点ＦＦＴは３０番目のＦＦＴフィル
タの信号を示し、予測されたように、その曖昧性は＋／
−ＰＲＦ／４である。データ処理結果は獲得された照射
パターン信号の特性が円錐走査にわたり安定であること
を証明している。ビーム位置にわたる円錐走査変調は信
号応答で現れる。追跡性能はコヒーレンスが少なくとも
３２の集積パルスにわたり設定されることを示してい
る。信号は１ドップラフィルタ内に存在する。ＤＣオフ
セットは送信機11からのロックされない受信機12の相対
的なオフセットを示している。

【００２５】図５はバイスタティックレーダシステム10
のロックされない送信機11と受信機12を使用してターゲ
ット13を検出するための本発明による処理方法の一例30
を示したブロック図である。処理方法30は以下のステッ
プを有する。

【００２６】圧縮されたパルスであってもよいパルスの
連続シーケンスはステップ31において予め定められた周
波数セットで送信される。１周波数（獲得周波数）は獲
得を改善するために他の周波数よりも多くの回数送信
（再訪）される。送信機11により送信され、ターゲット
13から反射されるエネルギはステップ32で受信される。
送信機11からの直接路エネルギは必要とされず、ステッ
プ33で排除（即ち弁別）される。受信された反射エネル
ギは、ステップ34で複数の距離ビンと予め定められたパ
ルス反復インターバルにわたって獲得周波数でエネルギ
を検出するように処理される。これを実現するために、
処理は、ターゲット13の付近において受信ビームを走査
することを含んでいる。検出したエネルギが予め定めら
れたしきい値より上の場合には、これは問題としている
領域（または問題としている距離ビン）を示しており、
距離パターンがステップ35で生成される。

【００２７】十分のエネルギが一度距離ビン中に集めら
れると、ターゲット13の相対角度を示しているセントロ
イドがステップ36で決定される。問題としている領域内
のエネルギパターンはステップ37でパターン中の全ての
周波数を識別するために処理される。したがって周波数
パターンが決定される。パターンが一度決定されると、
受信機12は送信機11によりステップ38で周波数ホッピン
グを行う。エネルギはステップ39でフーリエ変換（ＦＦ
Ｔ）を使用してコヒーレントに処理され、ステップ39で
パターンのパターン中心を決定する。パターン中心はタ
ーゲット13に対する方向を示している。

【００２８】したがって、ロックされないレーダ送信機
および受信機における廉価でコヒーレントな周波数アジ
ルのバイスタティク動作を許容する波形および処理方法
を説明した。前述の実施形態は本発明の原理の応用を表
す多数の特定の実施形態のうちの単なる幾つかの例示で
ある。明らかに、多数のその他の装置が本発明の技術的
範囲を逸脱することなく当業者によ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】本発明の原理によるバイスタティックでコヒー
レントなロックされないレーダシステムの動作環境と、
本発明の原理による波形の１例およびそれに関するパラ
メータの説明図。

【図２】図１の例示的な波形を使用したＲＦシーケンス
の送信および受信図。

【図３】イントラパルスバイフェイズパルス圧縮を示し
ている例示的な飛行試験データの説明図。

【図４】パルス毎の信号コヒーレンスを示している例示
的な飛行試験データの説明図。

【図５】本発明による例示的な処理方法を示したブロッ
ク図。

フロントページの続き (72)発明者 ローゼン、ロバート・エー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91301 アゴウラ・ヒルズ、カームフィ ールド・アベニュー 6051 (56)参考文献 特開 平10−90398（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−119148（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−236480（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−237473（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−297162（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−185381（ＪＰ，Ａ) 米国特許4216472（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バイスタティックレーダシステム(10)の
   ロックされない送信機(11)および受信機(12)を使用する
   ターゲット(13)の検出方法(30)において、 予め定められた周波数のセットを含んでいるパルスの連
   続シーケンスを送信し(31)、 送信機(11)により送信され、ターゲット(13)から反射さ
   れたエネルギを受信し(32)、 送信機(11)からの直接路によって受信されたエネルギを
   排除し(33)、 複数の距離ビンにわたって、予め定められたパルス反復
   インターバルにわたって獲得周波数において受信された
   反射されたエネルギを検出し(34)、 検出したエネルギが予め定められたしきい値より上の場
   合には距離パターンを生成し(35)、 十分のエネルギが距離ビン中に集められたターゲットの
   相対角度を示すセントロイドを決定し(36)、 問題としている領域内のエネルギパターン中の周波数を
   識別し(37)、 送信機により送信された周波数により周波数ホッピング
   を行い(38)、 パターンの中心がターゲットに対する方向を示している
   ようなパターンの中心を決定するためにエネルギをコヒ
   ーレントに処理する(39)ことを特徴とするターゲットの
   検出方法。
2. 【請求項２】 パルスの連続シーケンスの送信(31)はパ
   ルスシーケンスの圧縮された連続パルスの送信(31)を含
   んでいる請求項１記載の方法(20)。
3. 【請求項３】 ターゲット(13)を追跡するためのバイス
   タティックでコヒーレントなロックされないレーダシス
   テム(10)において、 予め定められた周波数のセットを含むパルスの連続シー
   ケンスを送信する送信機(11)と、 送信機(11)により送信され、ターゲットから反射された
   エネルギを受信し、送信機からの直接路により受信され
   たエネルギを排除し、複数の距離ビンにわたって、予め
   定められたパルス反復インターバルにわたって獲得周波
   数で受信された反射されたエネルギを検出し、検出した
   エネルギが予め定められたしきい値より上の場合に距離
   パターンを生成し、十分のエネルギが距離ビン中に集め
   られたときターゲットの相対角度を示すセントロイドを
   決定し、問題としている領域内のエネルギパターン中の
   周波数を識別し、送信機により送信された周波数により
   周波数ホッピングを行い、パターンの中心がターゲット
   に対する方向を示しているパターン中心を決定するため
   にエネルギをコヒーレントに処理する受信幾(12)とを具
   備していることを特徴とするバイスタティックでコヒー
   レントなロックされないレーダシステム。
4. 【請求項４】 送信機(11)は、パルスシーケンスの圧縮
   された連続パルスを送信する請求項３記載のシステム(1
   0)。