JP3709032B2 - レーダ・システム - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、広くはレーダ・システムに関し、更に詳しくは、レーダ・システムで用いられる、フィードスルーをヌルにする(零化する)構成に関する。
【0002】
【従来技術】
この技術分野で知られているように、多くの応用例において、レーダ送信機は、比較的高い出力レベルで動作すると同時に、比較的小型であることが求められる。更に、送信機の信頼性を向上させるためには、ソリッドステート素子を用いることが有利である。これらの要請に対する1つの解答として、パルス波とは区別される連続波(CW)の波形を用いての送信がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
CW波形を用いると、ソリッドステート素子によって実現されている場合には、送信機のサイズを最小にすることができる。その理由は、送信機の設計上のマージンは、パルス波形システムの場合に必要なピーク・パワーではなく、平均のパワーによって制約されるからである。しかし、CWレーダ・システムは、送信機から受信機に直接的に高レベルのパワーが供給されることになる。この効果は、通常、「フィードスルー(feedthrough)」と称される。このフィードスルーは、受信機を飽和させ、所望の反射レーダ・エネルギの適切な検出を妨げる。すなわち、受信機は、比較的高いフィードスルーが存在する場合でも、歪みのない態様で同時的な動作を維持しながら、システムの良質の熱的kTNFノイズ・フロア(benign thermal kTNF noise floor)に近い感度を提供することが求められる。従って、CWシステムでは、完全な感度と高い線形性との要求は、フィードスルーのレベルが上昇するにつれて、達成困難になる。
【0004】
フィードスルーを減少させるために提案されている技術の1つとして、送信機と受信機とを異なる位置に配置することがある。この提案は、送信機と受信機との両者のための場所が制限される場合には、十分ではない。また、意図しているエリアをカバーするのに要求されるアンテナの方向性パターンは、受信アンテナから送信アンテナを直接に見通すことができ、それによって、高レベルのフィードスルーの存在による受信機の感度抑圧(desensitization)を促進することが必要になる。
【0005】
更に最近では、受信アンテナ局をレーダ受信機局と離れた位置に配置して、アンテナ局と受信機局とを光学的なリンクを介して結合することが提案されている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明により、レーダ送信機とレーダ受信機とを有するレーダ・システムが提供される。レーダ受信機は、アンテナ局と受信機局とを含む。送信機と受信機局とは、相互に近接していても、離れていてもかまわない。しかし、アンテナ局は、受信機局と送信機との少なくとも一方からは、離れて(遠隔的に)配置される。従って、ここでは、送信機及び/又は受信機局は、時には、ローカル(局部)であると称され、アンテナ局は、リモート(遠隔)であると称される。フィードスルーをゼロにする(零化する)システムが提供される。この零化システムは、遠隔アンテナ局に配置されており、アンテナ局が受信する信号とフィードスルー零化信号との間のパワーの差を表すフィードスルー・ゼロ残存信号を提供する遠隔コンバイナを含む。ダウンリンク変調器が、アンテナ局に配置されており、フィードスルー・ゼロ残存信号を表す光信号を生じる。ダウンリンク光検波器が、送信機又は受信機局のどちらかの位置に配置されており、フィードスルー・ゼロ残存信号を表す光信号を検出する。送信機又は受信機のどちらかの位置に配置された可変減衰器・位相シフト装置には、送信機が送信する信号の一部分が与えられる。この可変減衰器・位相シフト装置は、フィードスルー・ゼロ残存信号を表す検出された光信号から導かれる信号によって制御され、送信された信号の一部分のゲインと位相シフトとを変更して、フィードスルー零化信号を生じる。更に詳しくは、可変減衰器・位相シフト装置の出力は、適切なゲインと位相とを有する送信信号のレプリカであり、それによって、送信機又は受信機局のどちらかにおけるアンテナ局へのローカルなアップリンク光送信の後に、適切なフィードスルー零化信号が、アンテナ局に置かれたリモートなコンバイナに対して、生じる。
【0007】
更に詳しくは、局部アップリンク・レーザは、アンテナ局から遠隔的に配置されており、信号を与えられたアンテナ局によって受信されるフィードスルー信号を零化するのに適切なゲインと位相とを有する送信信号のレプリカを表す光信号を生じる。アップリンク検波器は、アンテナ局に配置されており、アップリンク・レーザ変調器が生じる光信号を検出して、フィードスルー零化信号を生じる。
【0008】
本発明の別の特徴によれば、局部ノイズ低減システムが提供される。このノイズ低減システムは、局部アンテナ局に置かれたアップリンク検波器に送信され検出された局部アップリンク・レーザ変調器光信号を検出する局部検波器(すなわち、送信機又は受信機局のどちらかに配置された検波器)を含む。局部ノイズ消去コンバイナには、局部検波器(すなわち、送信機又は受信機局のどちらかに配置された検波器)と送信機によって送信される信号の一部分とが与えられる。可変ゲイン・位相シフト装置は、ノイズ消去コンバイナの出力とフィードスルー・ゼロ残存信号を表す検出された光信号とを合成して、検出された光信号とノイズ消去コンバイナの出力とに従って送信機からの信号のゲインと位相シフトとを変更し、適切なゲインと位相シフトとを有する送信信号のレプリカを生じる。
【0009】
この構成において、局部アップリンク・レーザ変調器によって生じる光アップリンク信号は、2つの独立な検波器、すなわち、アンテナ局における遠隔検波器と、送信機又は受信機局のどちらかにおける局部検波器と、によって検出される。局部アップリンク・レーザのノイズは、近接して置かれている局部検波器によって検出され、局部(従って、遠隔的に配置されたアンテナ局の検波器への送信において、光アップリンク信号に与えられたノイズには露出されていない)検波器によって、比較的高い帯域幅のノイズ低減ループにおいて、トラッキングされるので、局部及び遠隔の検波器は、整合されている。局部の高い帯域幅のノイズ低減ループは、アップリンク・レーザ・ノイズを低減するように作用し、この局部アップリンク・レーザを、フィードスルー・ゼロ信号を用いて直線変調する。従って、局部及び遠隔の検波器が整合されている場合には、ノイズは、局部検波器において低減され、また同時に、遠隔検波器においても低減される。
【0010】
【発明の実施の態様】
図1を参照すると、レーダ送信機12とレーダ受信機14とを有するレーダ・システム10が、示されている。レーダ受信機14は、アンテナ局16と受信機局18とを含む。送信機12と受信機局18とは、相互に、近接していても、離れていてもかまわない。どちらの場合でも、アンテナ局16は、受信機局18と送信機12との少なくとも一方からは、離れた位置に配置される。従って、以下の記述においては、送信機12及び/又は受信機局18は、「ローカル(局部)」と、アンテナ局は、「リモート(遠隔)」と、称することがある。次に、フィードスルー零化システム19が、含まれるが、このフィードスルー零化システム19は、ここでは180°の方向性カプラ(方向性結合器)であるリモート・コンバイナ(結合器)20を含み、アンテナ24がアンテナ局16で受信する信号とライン26上のフィードスルー零化信号とのパワーの差を表すフィードスルー・ゼロ残存(residual)信号をライン22上に提供する。ダウンリンク・レーザ変調送信機28は、アンテナ局16に配置されており、受信機局18においてダウンリンク・レーザ29から信号を与えられ、ライン22上でゼロ残存信号が与えられて、ライン22上に、フィードスルー・ゼロ残存信号を表す光信号30を生じる。ダウンリンク光受信機32は、受信機局18に配置され、ライン22上のフィードスルー・ゼロ残存信号を表す光信号30を検出する。可変減衰器・位相シフト装置34には、送信機12が送信する信号の一部分すなわちライン36上に生じた送信信号の一部分と、出力38におけるフィードスルー・ゼロ残存信号を表す検出された光信号とが与えられる。可変減衰器・位相シフト装置34は、出力38における検出されたフィードスルー・ゼロ信号に従って、送信機12が送信したライン36上の信号の一部分のゲインと位相シフトとを変更し、適切なゲインと位相とを有する送信信号のレプリカをライン40上に生じて、それにより、アンテナ局16への局部アップリンク・レーザ送信機42によるアップリンク光送信の後で、適切なフィードスルー零化信号を、アンテナ局16におけるリモートなコンバイナ20に対して、ライン22上に生じる。
【0011】
更に詳しくは、ローカルなアップリンク・レーザ送信機42は、受信機局18に配置されており、アンテナ局16において受信されるフィードスルー信号48をヌルにする(零化する)のに適切なゲインと位相シフトとを有する送信信号のレプリカを表す光信号44を生じる。アップリンク受信機50は、アンテナ局16に配置され、局部アップリンク・レーザ送信機42が生じる光信号44を検出して、ライン22上に、フィードスルー零化信号を生じる。
【0012】
ノイズ低減(degeneration)システム52が提供される。このノイズ低減システム52は、この例では受信機局18における局部アップリンク・レーザ送信機42に近接又は隣接して配置された局部検波器(検出器)54を含み、局部アップリンク・レーザ送信機42が生じた光信号44の一部分を検出し、ライン56上に、ノイズ消去信号を生じる。ここではミキサ部58である局部ノイズ消去コンバイナには、ライン56上のノイズ消去信号と、ライン36上の送信信号の一部分とが、与えられる。出力60におけるミキサ部58の出力で生じるビデオ信号は、加算ネットワーク58において、アップリンク受信機32が生じるビデオ信号と合成され、ゲイン・位相シフト信号を、可変ゲイン・位相シフト装置34に対して、出力64上に、生じる。合成ネットワーク62は、ノイズ消去コンバイナ・ネットワーク62の出力60と、ダウンリンク受信機32の出力38上に生じるフィードスルー・ゼロ残存信号を表す検出された光信号とを合成し、ノイズ消去コンバイナ62の出力38及び出力60上の検出されたゼロ残存信号に従って、送信機12からのライン36上の信号のゲインと位相シフトとを変更する。このようにして、ライン36上の送信信号のレプリカは、ゲインと位相とが調節され、それによって、ライン40を介してアップリンク送信機42からアップリンク受信機50まで進んだ後には、受信アンテナ24において受信されるフィードスルー信号48は、結合された20において、ライン26上の零化信号によってゼロにされる。
【0013】
図2を参照すると、レーダ・システム10が、更に詳細に示されている。可変ゲイン・位相シフト(移相)装置34は、示されているように、送信機部12によって送信される信号の一部分が与えられる直角位相電力分割器(直交パワー・デバイダ)60を含む。パワー・デバイダ60の出力は、従って、1対の直角位相信号(すなわち、同相(I)及び直交(Q)信号)である。同相及び直交信号は、図示のように、1対の可変減衰器61、63を介して、パワー・コンバイナ66に与えられる。パワー・コンバイナ(電力結合器)66の出力は、図示のように、アップリンク・レーザ送信機42の光変調器68に与えられる。また、この変調器68には、局部アップリンク・レーザ70の出力も与えられる。このように、変調器68と局部アップリンク・レーザ70とは、局部アップリンク・レーザ送信機42を構成する。変調器68の出力44は、示されているように、局部アップリンク・レーザ70に隣接する受信機部18に配置されている局部ダイオード検波器(検出器)54に与えられ、また、アンテナ局16に置かれたリモートなアップリンク・ダイオード検波器72にも与えられる。リモートなアップリンク・ダイオード検波器72の出力は、図示のように、変圧器74を介して、180°の方向性カプラ20に与えられる。従って、リモートなアップリンク・ダイオード検波器72と変圧器74とは、示されているように、局部アップリンク受信機50とライン26上のフィードスルー零化信号とを提供する。
【0014】
受信機アンテナ24の出力は、送信機アンテナ45からのフィードスルー32を含んでおり、示されているように、オプションである増幅器76を介して、180°の方向性カプラ20の第2の入力に与えられる。従って、方向性カプラ20は、受信アンテナ24から受信するエネルギとアップリンク受信機50が生じるライン26上のフィードスルー零化信号とを減算して、ライン22上にフィードスルー・ゼロ残存信号を生じる。ライン22上のフィードスルー・ゼロ残存信号は、示されているように、バンドパス・フィルタ78を介して、変調器80に与えられる。同様に変調器80に与えられるのは、受信機局18に置かれたダウンリンク・レーザ29の出力80である。従って、バンドパス・フィルタ78と、変調器80と、ダウンリンク・レーザ29からの信号82とが、ダウンリンク・レーザ変調送信機28を提供する。
【0015】
遠隔ダウンリンク・レーザ変調器送信機28の出力30は、ダイオード検波器(検出器)84に与えられる。このダイオード検波器84は、示されているように、ダウンリンク受信機32に含まれている。ダウンリンク受信機32は、図示されているように、ヘテロダイン部86と、ダイオード検波器84の出力が与えられるアナログ・デジタル(A/D)変換器88とを含む。A/D変換器88の出力は、例えば、受信信号の従来型の処理のために、デジタル信号プロセッサ(DSP)に与えられる。A/D変換器88の出力は、直交(直角位相)ミキサ90にも与えられる。直交ミキサ90には、示されているように、ライン36上の送信信号の一部分も与えられる。ミキサ90によってライン38上に生じる直交出力信号の対は、素子96、98に示されるように、積分され、すなわち、デジタル・フィルタリングされ、デジタル・アナログ(D/A)変換器100によってアナログ信号に再び変換された後に、加算ネットワーク62とフィルタ108、110を介して、出力38を生じるローパスフィルタ104、106に与えられ、可変ゲイン・位相シフト装置34における可変減衰器63、61のための制御信号を提供する。
【0016】
動作においては、フィードスルー零化システム19(図1)又はループが、提供される。方向性カプラ20の出力22に生じる任意の残存フィードスルー信号は、可変ゲイン及び位相シフト装置34がライン36上の送信信号の部分に生じるゲインと位相シフトとを調節し、結果的に、適切なフィードスルー・ゼロ信号が、アップリンク・レーザ送信機42によって生じる。すなわち、可変ゲイン・位相シフト装置34のI及びQチャンネルにおける同相及び直交信号は、光学的に送信されるフィードスルー・ゼロ信号30に応答して出力64で生じる制御信号によって制御され、ライン22上のこの残存信号をゼロに近づける。
【0017】
ダイオード検波器54の出力は、示されているように、直交ミキサ部58に与えられる。また、ライン32上の送信信号の一部もまた、直交ミキサ部58に与えられる。直交ミキサ部58の出力(すなわち、ライン92、94上の信号)は、積分器96、98とデジタル・アナログ変換器100、102とローパスフィルタ104、106とを通過した後で、加算ネットワーク62においてダウンリンク受信機32が生じる信号に加えられる。この構成により、局部ノイズ低減ループ52(図1)が得られ、他方で、フィードスルー零化ループ19(図1)が同時に閉じられる。
【0018】
更に詳しくは、局部ノイズ低減ループ52は、また、直線変調の能力も有している。フィードスルー零化ループ19によると、出力38(図1)での制御信号は、ライン36上の送信信号サンプルを直線的に調節して、ライン26上で、フィードスルー零点消去信号を、方向性カプラ20に提供する。フィードスルー零化ループ19のクローズアウト周波数(すなわち、オープンループ・ゲインが0dbに等しくなる周波数)は、通常は、例えば30Hzよりも小さな、低い周波数に設定される。フィードスルー零点レプリカ信号(ライン26上の信号)を光アップリンクのレーザ送信機42を介してカプラ20に与える必要があるので、アップリンク・レーザ70(図2)自体がノイズ源となるという複雑さが加わる。代表的なNd:YAGアップリンク・レーザは、100Hzでは、−127dBc/Hzのノイズ・レベルを有する。光アップリンク送信機42に関するノイズの要件は、ダウンリンク・レーザ29についてのノイズの場合よりも、著しく厳格である。その理由は、アップリンクされたS/N比は、方向性カプラ20におけるフィードスルー零化加算の後では、残存信号によってではなく、直接のフィードスルー・レベルによって、導かれるからである。アップリンク・レーザ70に関するS/N比の方が高いことの結果として、アップリンク・レーザ70のノイズは、ダウンリンク・レーザ29の場合のノイズよりも、およそ30dB程度、優れていることになる。
【0019】
この改善されたノイズ性能を達成するために、局部ノイズ低減ループ52(図1)が、受信機局18に置かれたローカルなアップリンク・レーザ52(図1)の周囲で閉じている。ノイズ低減ループ52はまた、出力38におけるフィードスルー零化制御信号を用いて、アップリンク信号44を直線変調する。光アップリンク信号44の一部分は、検波器54によって局部的に(受信機局18において)回復され、直交同期復調器又はミキサ58において、送信機からの信号すなわちライン36上の信号と比較される。出力60は、ライン36上の送信サンプルと局部アップリンク・レーザ42からの局部検波器54によって局部的に回復された信号との差である。出力60における直交復調された信号は、加算ネットワーク62において、出力38上のフィードスルー零化制御信号と加算され、結果的に出力64に残ったものが、ループ積分器F(s)108、110(図2)に与えられる。ここで、sは、ラプラス演算子である。局部ノイズ低減ループ52のフィードバックによって、フィードスルー零点制御ループ19と等しいが極性は逆のループ応答が生じる。ノイズ低減ループ52は、図2に示すように、可変ゲイン及び位相シフト装置34を介して、閉じている。ここで、ノイズ低減ループ52のクローズ・アウト周波数は、2MHzであり、rf送信波形の代表的な100KHzの情報帯域幅に亘る著しいノイズの低減を保証する。フィードスルー零点ループ19は30Hzのループ帯域幅を有しているので、ノイズ低減ループ52の2MHzの帯域幅は、フィードスルー零化ループ19の30Hzの帯域幅に対して、本質的に透過的(トランスペアレント)である。
【0020】
既に述べたように、光アップリンク信号44は、リモートな検波器72とここでは受信機局36とに置かれたローカルな検波器54との、2つの独立な光検波器54、72(図2)によって検出される。この構成では、変調されたアップリンク・レーザ70のノイズのS/N比は、−30dBよりも大きくないエラーと一致する。従って、局部アップリンク・レーザ70のノイズは、局部的なより高い帯域幅のノイズ低減ループ52によって、検出されトラッキングされ、局部及び遠隔検波器54、72は、フィードスルー零化ループ19の作用によって整合されるので、アップリンク・レーザ70が発生するノイズは、遠隔検波器72において低減される。受信機局18、すなわち、局部的な、高い帯域幅のノイズ低減ループ52は、局部アップリンク・レーザ42のノイズを低減し、フィードスルー零化信号を用いて局部アップリンク・レーザ42を直線変調するように作用する。従って、局部検波器54とリモートな検波器72とが整合している場合には、ノイズは、局部検波器54において低減し、遠隔検波器72でも低減する。
【0021】
図3を参照すると、レーダ・システム10が示されている。この図では、図1及び図2に記載されている可変ゲイン及び位相シフト装置34、アップリンク送信機42、検波器54、ミキサ部58及び合成ネットワークは、送信機局12’に置かれ、他方で、ダウンリンク・レーザ29とダウンリンク受信機32とは、受信機局18’に置かれている。図1の場合と同様に、遠隔アンテナ局は、受信機局18’から遠隔的に配置されるが、ノイズ低減ループ52は、局部送信機12’の場所に置かれていることに注意されたい。
【0022】
これ以外の実施例も、冒頭の特許請求の範囲の技術思想と技術範囲とに含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレーダ・システムのブロック図である。
【図2】図1のレーダ・システムの更に詳細なブロック図である。
【図3】本発明の別の実施例によるレーダ・システムのブロック図である。
Claims (4)
- 送信信号を生じるレーダ送信機と、
受信機局と遠隔的に置かれたアンテナ局とを含むレーダ受信機と、
フィードスルー零化システムであって、
前記アンテナ局に配置されており、前記アンテナ局が受信する信号とフィードスルー零化信号との間のパワーの差を表すフィードスルー・ゼロ残存信号を提供する遠隔コンバイナ、
前記アンテナ局に配置されており、前記フィードスルー・ゼロ残存信号を表す光信号を生じる遠隔ダウンリンク変調器、
前記アンテナ局から遠隔的に配置されており、前記フィードスルー・ゼロ残存信号を表す前記光信号を検出するダウンリンク光検出器、
前記送信信号の一部分と前記フィードスルー・ゼロ残存信号を表す前記検出された光信号とを与えられ、前記検出された光信号に従って前記送信機からの信号のゲインと位相シフトとを変更して、前記アンテナ局において受信されるフィードスルー信号を零化するのに適切なゲインと位相シフトとを有する前記送信信号のレプリカを生じる可変減衰器・位相シフト装置、
前記アンテナ局において受信されるフィードスルー信号を零化するのに適切なゲインと位相シフトとを有する前記送信信号の前記レプリカを表す光信号を生じる局部アップリンク・レーザ変調器、及び
前記アンテナ局に配置されており、前記アップリンク・レーザ変調器が生じる前記光信号を検出して、フィードスルー零化信号を生じるアップリンク検波器、を含むフィードスルー零化システムと、
を備えた、レーダ・システム。 - 前記アンテナ局から遠隔的に配置されており、前記アップリンク・レーザ変調器が生じる前記光信号を検出して、ノイズ消去信号を生じる局部検出器と、
前記ノイズ消去信号と前記送信機からの信号とを与えられる局部ノイズ消去コンバイナと、から構成されるノイズ低減システムを含み、
前記可変ゲイン・位相シフト装置は、前記ノイズ消去コンバイナの出力と前記フィードスルー・ゼロ残存信号を表す前記検出された光信号とを合成して、前記検出された光信号と前記ノイズ消去コンバイナの出力とに従って前記送信機からの信号のゲインと位相シフトとを変更し、前記受信アンテナ局において受信されるフィードスルー信号を零化するのに適切なゲインと位相シフトとを有する前記送信信号のレプリカを生じる、請求項1記載のレーダ・システム。 - レーダ送信機と、
受信機局と遠隔的に置かれたアンテナ局とを有するレーダ受信機と、
フィードスルー零化システムであって、
前記アンテナ局に配置されており、前記アンテナ局が受信する信号とフィードスルー零化信号との間のパワーの差を表すフィードスルー・ゼロ残存信号を提供する遠隔コンバイナ、
前記アンテナ局から遠隔的に配置されたダウンリンク・レーザ、
前記アンテナ局に配置されており、前記ダウンリンク・レーザと前記フィードスルー・ゼロ残存信号とを与えられて、前記ダウンリンク・レーザが生じる光を前記フィードスルー・ゼロ残存信号を用いて変調し、前記フィードスルー・ゼロ残存信号を表す光信号を生じるダウンリンク変調器、
前記フィードスルー・ゼロ残存信号を表す前記光信号を検出するダウンリンク光検出器、
前記送信機からの信号と前記フィードスルー・ゼロ残存信号を表す前記検出された光信号とを与えられ、前記検出された光信号に従って前記送信機からの信号のゲインと位相シフトとを変更して、前記アンテナ局において受信されるフィードスルー信号を零化するのに適切なゲインと位相シフトとを有する前記送信信号のレプリカを生じる可変減衰器・位相シフト装置、
局部アップリンク・レーザ、
前記アップリンク・レーザと前記可変減衰器・位相シフトが生じるゲインと位相とが変更された信号とを与えられ、前記受信アンテナ局において受信されたフィードスルー信号を零化するのに適切なゲインと位相シフトとを有する前記送信信号の前記レプリカを表す光信号を生じる局部アップリンク変調器、及び
前記アンテナ局に配置されており、前記アップリンク・レーザ変調器から与えられる前記光信号を検出して、フィードスルー零化信号を生じるアップリンク検波器、を含むフィードスルー零化システムと、
を備えた、レーダ・システム。 - 前記アップリンク・レーザ変調器が生じる前記光信号を検出して、ノイズ消去信号を生じる局部検出器と、
前記ノイズ消去信号と前記送信機からの信号とを与えられるノイズ消去コンバイナと、から構成される局部ノイズ低減システムを含み、
前記可変ゲイン・位相シフト装置は、前記ノイズ消去コンバイナの出力と前記フィードスルー・ゼロ残存信号を表す前記検出された光信号とを合成して、前記検出された光信号と前記ノイズ消去コンバイナの出力とに従って前記送信機からの信号のゲインと位相シフトとを変更し、前記受信アンテナ局において受信されるフィードスルー信号を零化するのに適切なゲインと位相シフトとを有する前記送信信号のレプリカを生じる、請求項3記載のレーダ・システム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US572782 | 1995-12-15 | ||
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