JP3723650B2 - レーダ・システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くはレーダ・システムに関し、更に詳しくは、物体（目標）の異なる散乱点によって反射されるエネルギを追跡（トラッキング）するように構成されたレーダ・システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この技術分野で知られているように、レーダ・システムは、レーダ・エネルギを物体の方向に向けて送信する送信機とアンテナとを含む。物体は、送信されたエネルギの一部を反射する。反射されたエネルギの一部が、アンテナによって受信され、レーダ・システムの受信機に与えられる。受信されたエネルギに応答して、受信機は、信号を生じてこのレーダ・システムが物体をトラッキングできるようにする。トラッキング信号は、一般に、目標の反射エネルギの中心（セントロイド）をトラッキングする。従って、例えば、レーダ・システムがミサイルに搭載されており向かってくる目標を迎撃する場合には、トラッキング信号は、アンテナとミサイルの誘導システムとの両方に与えられ、ミサイルを、目標の反射エネルギのセントロイドの方向に向ける。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
応用例によっては、しかし、目標上の多数の異なる散乱する点からのエネルギをトラッキングする必要がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、パルスからパルスにシーケンシャルに増加する搬送周波数を有する一連の無線周波数（ＲＦ）パルスを送信する送信機を有するレーダ・システムが提供される。受信機は、送信されたＲＦパルスを反射する物体の複数の散乱点からエネルギを受信する。散乱点のそれぞれから受信されたエネルギは、その散乱点までの往復のレンジ（距離）に比例した量だけ送信されたパルスから時間τが遅延し、その散乱点の速度に比例した量だけ搬送周波数から周波数がシフトしている、送信されたパルスに対応する一連の無線周波数（ＲＦ）パルスを含む。受信機は、ヘテロダイン部を含み、このヘテロダイン部は、レンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rと速度トラッキング・エラー信号Δ_VELとに応答して、それぞれの散乱点に対して、一連のパルス信号を生じる。パルス信号のそれぞれは、位相φが、そのパルス信号を生じる散乱点までのレンジに関係するレートΔφ／ΔＴで、シーケンシャルに変化する。プロセッサは、ヘテロダイン部が生じる一連のパルス信号のそれぞれに応答して、その周波数スペクトルから、レンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rと、速度トラッキング・エラー信号Δ_VELとを決定する。
【０００５】
本発明の１つの特徴によると、ヘテロダイン部は、第１及び第２のヘテロダイン部を含む。第１のヘテロダイン部は、一連の受信されたパルスと、トラッキングされている物体の領域までのレンジの最初の評価（予測）Ｒ_ESTとレンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rとの和に関係した量だけ時間が遅延した一連の送信されたパルスに対応する一連の内部基準パルスとを与えられ、物体の速度と散乱点までのレンジとの両方に関係した周波数を有する一連のパルス信号を生じる。第２のヘテロダイン部は、第１のヘテロダイン部が生じた一連のパルスと、物体の速度の最初の評価Ｖ_ESTと、速度トラッキング・エラー信号Δ_VELとを与えられ、物体のドップラ速度と、（Ｖ_EST±Δ_VEL）と（Ｒ_EST±ε_R）のそれぞれに対する散乱点までのレンジとの差に関係する中間周波数成分を有する一連のパルスを生じる。プロセッサは、第２のヘテロダイン部が生じた一連のパルスの周波数スペクトルに応答して、この周波数スペクトルから、レンジ・トラッキング及び速度トラッキング・エラー信号ε_R、Δ_VELをそれぞれ決定する。
【０００６】
本発明の別の特徴によると、第２のヘテロダイン部は、所定の通過帯域内の周波数成分を通過させるが、通過帯域の外部の周波数成分は除去するバンドパス・フィルタ部を含む。このバンドパス・フィルタ部は、物体の速度と物体の散乱点までのレンジとの両方の変化に関係する周波数成分を通過させるように選択される通過帯域を有する。プロセッサは、バンドパス・フィルタ部が通過させた信号の周波数スペクトルに応答して、通過した信号の周波数スペクトルから、その周波数成分を決定し、その周波数成分から、レンジ及び速度トラッキング・エラー信号ε_R、Δ_VELとをそれぞれ決定する。
【０００７】
本発明の更に別の特徴によると、第２のヘテロダイン部は、レンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rを与えられるレンジ・ゲーティング部を含み、バンドパス・フィルタ部に、レンジの所定のウィンドウΔ_Rの中の物体の散乱からの反射に関連する中間周波数信号を通過させる。レンジ・ゲーティング部は、トラッキングされている物体の領域までの更新され評価されたレンジＲ'_EST＝Ｒ_EST±ε_Rとトラッキングされている物体の散乱点までの測定されたレンジの組との差と、トラッキングされている物体の散乱点までのレンジが物体の領域までの評価されたレンジの前にあるのか後にあるのかに関連する極性と、に関係する大きさを有するバイポーラ・レンジ・エラー信号ＳＧの組を生じるレンジ・トラッキング装置を含む。プロセッサは、それぞれが散乱点の異なるものに対応するバイポーラ・レンジ・エラー信号ＳＧにおける周波数成分を決定し、決定された周波数成分から、レンジ・トラッキング及び速度トラッキング・エラー信号ε_R、Δ_VELをそれぞれ決定する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照すると、示されているレーダ・システム１０は、パルスからパルスでシーケンシャルに増加する搬送周波数を有する一連の無線周波数（ＲＦ）パルスを送信する送信機１２と、この送信されたＲＦパルスを反射する物体１６の散乱点Ｓ₁−Ｓ_mからのエネルギを受信するように構成された受信機１４と、を有する。散乱点Ｓ₁−Ｓ_mのそれぞれから受信されたエネルギは、その散乱点までの往復のレンジ（距離）に比例する量であるτだけ時間が遅延し、その散乱点のドップラ速度に比例する量だけ周波数が搬送周波数からシフトした、送信されたパルスに対応する一連の無線周波数（ＲＦ）パルスから構成される。
【０００９】
受信機１４は、レンジ・トラッキング・エラー（誤差）信号ε_Rをライン２０から、ドップラ速度トラッキング・エラー信号Δ_VELをライン２２から、物体１６までのレンジの最初の評価（予測）Ｒ_ESTをライン２１から、物体１６のドップラ速度の最初の評価をライン２３から、与えられるヘテロダイン部１８を含む。（レンジ及び速度のこれらの最初の評価は、図示されてはいないが、従来型のパルス・ドップラ・レーダ・システムなどの、従来型の任意のレーダ・システムによって得られる。）この信号に応答して、ヘテロダイン部１８は、出力１９において、散乱点Ｓ₁−Ｓ_mのそれぞれによる反射エネルギから生じるパルス列から、一連のパルス信号を生じる。与えられた散乱点によって出力１９で生じるこの一連のパルス信号のそれぞれは、位相φが、この特定のパルス信号を生じる散乱点Ｓ_nまでのレンジに関係するΔφ／ΔＴ＝２πｆ_Snのレートでシーケンシャルに変化する。更に、出力１９は、散乱点Ｓ₁−Ｓ_mそれぞれまでのレンジＲ₁−Ｒ_mに対応する周波数成分ｆ_S1−ｆ_Smを有することに加えて、物体１６のラジアル・レンジ（半径距離）の変化率ΔＲ／ΔＴ（すなわち、ドップラ速度）に関係する周波数寄与分Δｆ_d（ドップラ・シフト）を有する。レーダ・システム１０は、ヘテロダイン部１８が出力１９で生じる一連のパルス信号のそれぞれに応答して、その周波数スペクトル（すなわち、周波数（ｆ_S1±Δｆ_d）＋（ｆ_S2±Δｆ_d）＋（ｆ_S3±Δｆ_d）＋・・・＋（ｆ_Sm±Δｆ_d））から、レンジ・トラッキング・エラー信号と速度トラッキング・エラー信号とを決定するプロセッサ２４を含む。
【００１０】
更に詳しくは、このモノパルス・レーダ・システム１０は、送信機部１２と受信機部１４とが、従来型のモノパルス・アンテナ２６、モノパルス算術（演算）ユニット２８、計算機３０、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ３２、中間周波発振器３４、安定局部発振器（ＳＴＡＬＯ）３６、及びダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）３８を共有するモノパルス・レーダ・システムである。図２に示されているように、送信機部１２は、一連のコヒーレント・パルス・インターバル（ＣＰＩ）のそれぞれに対して、図３Ａに示すように、シーケンシャルに増加する搬送周波数ｆ_Tを有する一連の無線周波数（ＲＦ）パルスを送信するように構成された電力増幅器４０を含む。ここで、ｆ_Tは、ｆ₀＋ｆ_IF1＋ｆ₁から、ｆ₀＋ｆ_IF1＋［ｆ₁＋（ｎ−１）δ］まで増加する。従って、図４Ａを参照すると、それぞれのＣＰＩに対して、送信されたパルス（ＸＭＴ）が、時刻ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、・・・、ｔ_nにおいて、生じる。ここで、ｔ₂＝ｔ₁＋Δｔ、ｔ₃＝ｔ₁＋２Δｔ、ｔ₄＝ｔ₁＋３Δｔ、・・・、ｔ_n＝ｔ₁＋（ｎ−１）ΔＴであり、ΔＴは、パルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）である。パルスは、それぞれが、継続時間を、すなわち、パルス幅Ｗを有する。時刻ｔ₁からｔ_nで生じるパルスの搬送周波数ｆ_Tは、図３Ａに示されるように、ｆ₀＋ｆ_IF1＋ｆ₁から、ｆ₀＋ｆ_IF1＋［ｆ₁＋（ｎ−１）δ］までである。
【００１１】
更に詳しくは、図１及び図２を参照すると、発振器１２と受信機１４とに共有されている安定局部発振器（ＳＴＡＬＯ）３６は、周波数ｆ₀を有する無線周波数信号を生じる。やはり発振器１２と受信機１４とに共有されているダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）３８は、それぞれのＣＰＩに対して、ライン３９上に、ｆ₁から［ｆ₁＋（ｎ−１）δ］までの周波数を有するパルス列を生じる。ここで、全体でｎ個のパルスに対して、ｎ番目のパルスは、［ｆ₁＋（ｎ−１）δ］の周波数を有し、第１のパルスは、ｆ₁の周波数を有する。ＳＴＡＬＯ３６が生じた信号とＤＤＳ３８が生じた一連のパルスとは、ミキサ４２で混合され、バンドパス・フィルタ４４において濾波されて、それぞれのＣＰＩに対して、ｆ₀＋ｆ₁から、ｆ₀＋［ｆ₁＋（ｎ−１）δ］までシーケンシャルに増加するビート周波数を有する一連のパルスを生じる。生じたビート周波数信号は、周波数ｆ_IF1を有するＩＦ発振器３４が生じる第１の中間周波信号と、ミキサ４６において混合されて、増幅器４０での増幅の後では、図３Ａに示されるように、ｆ_T＝（ｆ₀＋ｆ_IF1）＋ｆ₁から（ｆ₀＋ｆ_IF1）＋［ｆ₁＋（ｎ−１）δ］までの搬送周波数を有する一連の送信パルス（ＸＭＴ）を生じる。
【００１２】
受信機１４は、この送信されたＲＦパルスを反射する物体１６の散乱点Ｓ₁−Ｓ_mからエネルギを受信するように構成されている。この散乱点の中の１つ、例えばＳ_iから受信したエネルギは、一連の送信パルスからその散乱点Ｓ_iまでのレンジＲ_iに比例する長さの時間τ_iだけ遅延した送信パルスに対応する一連の無線周波数（ＲＦ）パルス（ＲＣＶＤ）から構成される。よって、散乱点の１つの例であるレンジＲ₁を有するＳ₁に対しては、一連の受信パルスが、図３Ｂ及び図４Ｂに示されている。散乱点Ｓ₂−Ｓ_mからの反射は、パルス幅Ｗの内部の時間で生じることに注意すべきである。更に、散乱点Ｓ₁−Ｓ_mのそれぞれからの反射のそれぞれは、周波数が、搬送周波数ｆ_Tから、この散乱点のドップラ速度に比例するドップラ周波数シフトと称される量ｆ_dだけ、シフトしている。ここでは、すべての散乱点Ｓ₁−Ｓ_mは同じ物体上にあるので、ドップラ周波数ｆ_dは、散乱点Ｓ₁−Ｓ_mのそれぞれに対して同一であることを注意すべきである。
【００１３】
更に詳しくは、それぞれの散乱点に対するパルスの列は、ｆ_T±ｆ_d＝（ｆ₀＋ｆ_IF1±ｆ_d＋ｆ₁）から（ｆ₀＋ｆ_IF1±ｆ_d）＋［ｆ₁＋（ｎ−１）δ］の周波数を有する。しかし、それぞれの散乱点Ｓ₁−Ｓ_mからのパルス列は、パルスの送信された列よりも時間の長さτだけ遅延している。この長さτは、アンテナ２６から受信パルスの列を生じる散乱点Ｓ₁−Ｓ_mの中の１つまでの往復のレンジの関数である。従って、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、散乱点Ｓ₁に対しては、散乱点Ｓ₁が生じるパルスの受信された列は、時間τ₁だけ遅延している。よって、周波数ｆ₀＋ｆ_IF1＋ｆ₁を有し時刻ｔ₁において送信されたパルスに対しては、この送信パルスに応答して散乱点Ｓ₁から生じた反射された受信パルスにおいては、位相シフトφ₁₁＝２πｆ₁τ₁が存在する。周波数ｆ₀＋ｆ_IF1＋（ｆ₁＋δ）を有し時刻ｔ₁＋ΔＴにおいて送信されたパルスに対しては、位相シフトφ₂₁＝２π（ｆ₁＋δ）τ₁が存在する。同様にして、周波数ｆ₀＋ｆ_IF1＋［ｆ₁＋（ｎ−１）δ］を有し時刻ｔ_nにおいて送信されたパルスに対しては、図３Ｃに示すように、この送信パルスに応答して散乱点Ｓ₁から生じた反射された受信パルスにおいては、位相シフトφ_n1＝２π［ｆ₁＋（ｎ−１）δ］τ₁が存在する。従って、散乱点Ｓ₁に対しては、位相の時間変化率は、Δφ／ΔＴ＝（φ₂₁−φ₁₁）／２ΔＴ＝勾配_S1＝２πｆ_S1である。対応して増加するレンジＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、・・・、Ｒ_mでの散乱点Ｓ₁−Ｓ_mのそれぞれに対しては、図３Ｄに示すように、周波数ｆ_S1、ｆ_S2、ｆ_S3、・・・、ｆ_Smに対応する、比例的に増加する変化率が存在する。
【００１４】
受信機１４は、２つの直列に結合されたヘテロダイン部４８、５０を含む。よって、受信モードの間には、方位角チャンネル信号（ΔＡＺ）、仰角チャンネル信号（ΔＥＬ）及び総和チャンネル信号（Σ）が、モノパルス演算ユニット２８によって従来型の態様で生じて、図に示されているように、ミキサ５２、５４、５６に与えられる。ＤＤＳ３８はまた、ライン３９上に生じるのと同じ増加する周波数を有するが物体１６によって反射されたエネルギの中心（セントロイド）までの往復の距離による時間遅延であるτ_Cだけ遅延した信号をライン４１上に生じる。すなわち、τ_Cは、当初は、レンジＲ_ESTに対応し、τ_C＝２Ｒ_EST／ｃであり、ここで、ｃは、光速である。ＤＤＳ３８がライン４１上に生じる信号は、ＤＤＳ３８がライン３９上に生じるパルスの列と同じであるが、時間τ_Cだけ遅延している。以下で説明するように、ＤＤＳ３８には、セントロイドまでのレンジすなわちＲ_ESTの最初の評価とトラッキング・エラー信号ε_Rとの和を表すライン８７上の信号が、与えられる。時間τ_Cは、関心対象である散乱点すなわち物体１６上の点までのレンジ、ここでは、散乱点Ｓ₁−Ｓ_mが受け取ったエネルギの全体のセントロイドまで、すなわち、レンジＲ_Cの関心対象である物体１６までのレンジ、に対応する。従って、τ_Cは、散乱点までの、ここでは、レンジＲ_Cの関心対象である物体１６上の点までの、往復のレンジに対応する。ライン４１上の信号もまた、ｆ₁から［ｆ₁＋（ｎ−１）δ］までシーケンシャルに変化する周波数を有することに注意すべきである。ライン４１上の信号は、ＳＴＡＬＯ３６が生じた信号と共に、ミキサ５８に与えられる。
【００１５】
散乱点Ｓ₁−Ｓ_mの中のそれぞれの点に対して、ＳＴＡＬＯ３６の信号（周波数ｆ₀を有する）とτ_Cの時間遅延を有するＤＤＳ３８が生じた信号とを混合した結果として生じるビート周波数信号は、フィルタ６０を通過して、第１のヘテロダイン部４８に対し、ライン６２（図４Ｄ）上の第１の局部発振器信号を生じる。各ＣＰＩ（図４Ａ）に対して、ライン６２（図４Ｄ）上の第１の局部発振器信号は、図４Ｃに示されるように、シーケンシャルにｆ₀＋ｆ₁からｆ₀＋［ｆ₁＋（ｎ−１）δ］までシーケンシャルに増加する周波数を有する一連のパルスである。ミキサ５８とフィルタ６０とによって生じるパルス列の発生時刻は、図４Ｃに示すように、散乱点Ｓ_Cから受信されるパルス列と同じである。更に詳しくは、散乱点Ｓ_Cのセントロイドまでのレンジの最初の評価Ｒ_ESTは、ライン２１上を、加算器６６（図２）に与えられ、ＤＤＳ３８が、セントロイドの散乱点Ｓ_Cまでの往復レンジに対応する最初の時間遅延τ_Cを設定することを可能にする。
【００１６】
ミキサ５２、５４、５６によって生じたビート周波数信号（すなわち、仰角チャンネルΔＥＬ、方位角チャンネルΔＡＺ、及び総和チャンネルΣのそれぞれにおいて生じた信号）は、それぞれが、増幅器／フィルタ６８、７０、７２を通過して増幅されるが、増幅器／フィルタ７２の出力において生じる信号は、図４Ｄにおいて示されている。散乱点Ｓ₁−Ｓ_mの中の１つの点に対して、シーケンシャルに増加するビート周波数は、（ｆ_IF1±ｆ_d）と直流位相シフト成分である［φ_n−φ_n-1］_m／ΔＴとの和である（図３Ｃ）。例えば、図３Ａから図３Ｄとの関係で論じた散乱点Ｓ₁に対しては、シーケンシャルに増加するビート周波数は、（ｆ_IF1±ｆ_d）プラスφ₁を表す直流成分から、（ｆ_IF1±ｆ_d）プラスφ_nを表す直流成分までである（図３Ｃ）。よって、時間すなわちＣＰＩに亘って、ミキサ５２、５４、５６の出力において生じる信号の周波数スペクトルは、図３Ｄに示されるように、それぞれがｆ_id±ｆ_dだけシフトした周波数成分ｆ_S1からｆ_Smである。
【００１７】
従って、まとめると、第１のヘテロダイン部４８には、一連の受信パルスとトラッキングされている物体の領域までのレンジの最初の評価とレンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rとの和に関係する長さだけ時間が遅延した一連の送信パルスに対応する一連のパルスとが、与えられる。これらの信号に応答して、第１のヘテロダイン部は、物体の速度と散乱点までのレンジとの両方に関係する周波数を有する一連のパルス信号を生じる。
【００１８】
第１のヘテロダイン部４８の出力は、第２のヘテロダイン部５０に与えられる。従って、図に示されているように、増幅器／フィルタ６８、７０、７２の出力は、それぞれが、ミキサ７４、７６、７８に与えられる。更に、ミキサ７４、７６、７８には、電圧制御発振器（ＶＣＯ）８２によってライン８０上に生じる第２の局部発振器周波数が与えられる。更に詳しくは、加算器８３は、物体１６のドップラ速度の最初の評価であるライン２３上のＶ_EST信号と、ライン２２上の速度エラー・トラッキング信号Δ_VELとを加算する。結果として生じる信号は、デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）８５によって対応するアナログ信号に変換され、公称の周波数ｆ_IF1＋ｆ_IF2＋ｆ_d0を有する第２の局部発振器周波数を生じる。ここで、ｆ_d0は、物体１４のドップラ周波数の最初の評価である。物体１４のドップラ速度の最初の評価であるＶ_ESTは、ライン２３に与えられる。この公称の周波数ｆ_IF1＋ｆ_IF2＋ｆ_d0は、以下で説明する態様で、物体１６のドップラ速度の変化をトラッキングするために、量±Δｆ_dだけ変化し得る。よって、ＶＣＯ８２によって生じる周波数ｆ_VCO＝ｆ_IF1＋ｆ_IF2＋ｆ_d0±Δｆ_dである。
【００１９】
ミキサ／フィルタ７４、７６、７８の出力における散乱点Ｓ₁−Ｓ_mによって生じたビート周波数信号（すなわち、仰角チャンネルΔＥＬ、方位角チャンネルΔＡＺ及び総和チャンネルΣそれぞれにおいて生じた信号）は、周波数成分（ｆ_s1＋ｆ_if2±Δｆ_d）、（ｆ_s2＋ｆ_if1±Δｆ_d）、・・・、（ｆ_sM＋ｆ_if2±Δｆ_d）を有する。これらのビート周波数信号は、レンジ・ゲーティング部８４に与えられる。レンジ・ゲーティング部８４には、レンジ・ゲート発生器８５によって、レンジ・トラッキング・エラー信号ε_RとＲ_ESTとが加算器６６で加算されたものがライン８７上から与えられる。ライン８７上のレンジ・ゲーティング信号は、ライン６４上の散乱点Ｓ_Cまでのレンジの最初の評価Ｒ_ESTとプロセッサ２４が生じたレンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rとの代数的な和に対応する。結果的に生じる信号は、レンジ・ゲート発生器８５に与えられ、ライン８９上にレンジ・ゲート・ウィンドウ信号を生じる。ライン８９上のレンジ・ゲート信号は、レンジＲ_Cが中心になるようにされ（ｃｅｎｔｅｒｅｄ）、予め選択された所望のレンジ幅（ΔＲＷ）を有する。従って、ライン８９上の信号は、往復レンジＲ_C±（ΔＲＷ）／２に対応する時刻で開始し終了する継続時間のゲーティング・パルスであり、すなわち、反射されたセントロイド帰還上に中心がある。このように、レンジ・ゲーティング部８４は、図４Ｅに示すように、物体１６のレンジＲ_Cからレンジ・セントロイドまでの所定の組すなわちウィンドウΔＲＷ／２の中の物体１６の散乱点Ｓ₁−Ｓ_mからの反射に関連する、与えられた中間周波数信号を通過させる。従って、ここでは、レンジ・ゲーティング部８４のレンジ・ゲート８６、８８、９０は、セントロイド散乱点Ｓ_CのレンジＲ_C＝Ｒ_ESTに対応するレンジに当初は中心がある。レンジ・ゲート９０、すなわち、総和チャンネルΣが与えられたレンジ・ゲートの出力は、図に示されるように、２：１の電力スプリッタ９２に与えられる。２：１の電力スプリッタ９２の出力において生じる信号は、通常はスプリット・レンジ・ゲート・トラッカと称される、狭帯域フィルタ１０４と二位相（バイフェーズ）（０度／１８０度）の変調器９６に与えられる。
【００２０】
レンジ・ゲート８６、８８、９０が通過させた信号は、バンドパス・フィルタ部９８に与えられる。バンドパス・フィルタ部９８は、ここではｆ_IF2±Δｆである所定の通過帯域内にある周波数成分を通過させる。ここで、２Δｆは、ｆ_S1からｆ_SMの周波数を含み、予測されるドップラ周波数変化Δｆ_dを含み、この通過帯域ｆ_IF2±Δｆの外側の周波数成分を排除する周波数の帯域である。更に詳しくは、フィルタ部９８は、レンジ・ゲート８６、８８、９０が通過する信号を与えられるバンドパス・フィルタ１００、１０２、１０４と、二位相（０度／１８０度）の変調器スイッチ９６が与えられるバンドパス・フィルタ１０６とを、図示されるように、含む。バンドパス・フィルタ１００、１０２、１０４、１０６は、ｆ_IF2の中央周波数と、当初の速度不確定性によって決定されるΔｆの通過帯域（すなわち、予測されるΔｆと、所望のレンジ・スワス（ｓｗａｔｈ）、又はウィンドウ、サイズ）と、を有する。更に詳しくは、予測されるΔｆは、［２（δ／ΔＴ）（ΔＲＷ）／ｃ］＋当初のドップラ周波数の不確実性であり、ここで、δ／ΔＴは周波数のステップ率であり、ΔＲＷは所望のレンジ・ウィンドウ・サイズであり、ｃは光速である。従って、フィルタ１００、１０２、１０４、１０６は、ｆ_IF2±ｆ_S1±Δｆ_dからｆ_IF2±ｆ_Sm±Δｆ_dの周波数を通過させるように選択された通過帯域を有する。バンドパス・フィルタ１００、１０２、１０４、１０６は、パルスを積分して、連続波（ｃｗ）出力、すなわち、パルス・スペクトルの中央周波数又はスペクトル・ライン領域を生じる。バンドパス・フィルタの中の１つであるバンドパス・フィルタ１０６の出力が、図４Ｆに示されている。
【００２１】
バンドパス・フィルタ１００、１０２、１０４、１０６の出力は、時間マルチプレクサ１１０において時間多重化される。フィルタ１０２、１０４、１０６、１０８のそれぞれから１つずつである４つの積分されたｃｗ出力が、直交（直角：quadrature）ミキサ１１２に与えられ、同相（Ｉ）及び直交（Ｑ）チャンネル信号を生じる。直交ミキサ１１２に与えられるのは、周波数ｆ_IF2を有する第２の局部発振器１１４が生じる第２の中間周波信号である。従って、直交ミキサ１１２が出力１９上に生じるビート周波数信号は、±Δｆ＝［±ｆ_d±ｆ_S1］から［±ｆ_d±ｆ_Sm］までの周波数スペクトルを有する。よって、静止している物体１６（すなわち、ｆ_d＝０）に対しては、また、正確な当初の評価がセントロイドまでのレンジ評価に与えられている場合には（すなわち、Ｒ_EST＝Ｒ_C）、セントロイドの周波数成分ｆ_SCは、直流（周波数がゼロ）に集まっており、セントロイド上での前向き及び後ろ向きの周波数成分は、領域（ａ）では、図７に示すように、正の周波数及び負の周波数である。ビート周波数信号が、図４Ｇに示すようにサンプリング・パルスも与えられるアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器部１１６に与えられる。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換器部１１６の出力は、プロセッサ２４に与えられる。プロセッサ２４は、出力１９における信号の周波数スペクトルを決定し、その周波数スペクトルから、ライン２０、２２のそれぞれに対し、レンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rと、ドップラ速度トラッキング・エラー信号Δ_VELとを決定する。
【００２３】
更に詳しくは、プロセッサ２４は、ここではハミング重み付け（Hamming weighting）フィルタであるデジタル・フィルタ部１１７を含み、時間領域において、同相（Ｉ）及び直交（Ｑ）チャンネル信号を重み付けすることによって、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）１１８によって処理された後では、サイドローブから生じたＦＦＴ周波数は減少される（すなわち、レンジＲ₁−Ｒ_mを決定するのに用いられるＦＦＴ成分の間の干渉が削減される）。プロセッサ２４はまた、ランダム・アクセス・メモリ１２０を含む。ＦＦＴプロセッサ１１８は、それぞれのＣＰＩ（図４Ａ及び図４Ｈ）のそれぞれに対して、方位角信号ΔＡＺ、仰角信号ΔＥＬ、総和信号Σ、及びスプリット・ゲート・チャンネルＳＧに対して、周波数スペクトルを生じる。（方位角及び仰角チャンネルの信号ΔＡＺ、ΔＥＬは、示されていないが、従来型の各度トラッキング・システムによって用いられる。）ＦＦＴ１１８によって総和チャンネルΣのために決定された周波数スペクトルが、図５に示されている。従って、直流に対応する中央ＦＦＴビン（bin）では、複素すなわちベクトル値（複素数、ａ＋ｊＢ）が、Ｗ₀として示されている。周波数ビン＋１から＋ｋは、増加する正の周波数に対応し、それぞれ示されているように、複素値Ｗ₊₁からＷ_+kを有するが、他方で、周波数ビン−１から−ｋは、増加する負の周波数に対応し、それぞれ示されているように、複素値Ｗ_-1からＷ_-kを有する。スプリット・ゲート・チャンネルＳＧの周波数スペクトルは、総和チャンネルの対応する周波数ビンにおいて複素値Ｗ_-1からＷ_-kによって正規化された後のものが、図６に示されている。従って、周波数ビン−ｋから＋ｋにおける複素値は、それぞれ示されているように、Ａ_-kからＡ_+kである。物体１６が静止しており（すなわち、ｆ_d＝０）、レンジの評価Ｒ_ESTが正確であれば、周波数ビン−ｋから＋ｋは、図７の領域（ａ）に示されるように、それぞれが、散乱点Ｓ₁−Ｓ_mのレンジＲ₁−Ｒ_mに対応する。ただし、散乱点Ｓ₁は、この場合には、物体１６の先頭であり、散乱点Ｓ_mは、物体１６の最後部である。更に、物体１６が静止しており、レーダ・システム１０が物体１６が反射したエネルギのセントロイドをトラッキングしており、更に、このセントロイドはレンジ・ウィンドウの中央のレンジにある、すなわち、ΔＲ＝０である場合には、複素値Ａ₀は、ゼロである。
【００２４】
更に詳しくは、図６を参照すると、乗算器１３０の組がプロセッサ２４において与えられて、複素値Ａ_-kからＡ_+kに、この場合はΣチャンネルの大きさである｜Ｗ_-k｜から｜Ｗ_+k｜である重み付けファクタを、それぞれ示されているように、乗算する。また、Ｍ１３１による除算も、適切な正規化のために、プロセッサ２４によって実行される。ここで、Ｍは、所定のスレショルド・レベルよりも大きい、Σチャンネルの大きさである｜Ｗ_-k｜から｜Ｗ_+k｜の数の重み付け平均である。このスレショルド・レベルは、任意の従来型のコンスタント・フォールス・アラーム・レート（ＣＦＡＲ）法を用いて、決定できる。
【００２５】
理解を容易にするために、大きさ｜Ｗ_-k｜から｜Ｗ_+k｜は等しい（すなわち、物体１６は、送信されたエネルギを、そのボディに沿った散乱点Ｓ₁−Ｓ_mすべてから等しく反射する）と仮定する。（静止している目標に対しては）複素値Ａ_-kからＡ_+kは負の極性を有し、他方で、複素値Ａ₊₁からＡ_+kは正の極性を有するから、プロセッサ２４の加算ネットワーク１３２の出力ε_Rは、Ａ₀＝０である。従って、物体１６が静止していれば、加算ネットワーク１３２の出力ε_Rは、物体までの評価レンジ（すなわち、ＤＤＳ３８とレンジ・ゲート８４とが、ライン８７（図１及び図２）上の信号を介して集められるレンジ）と物体１６が反射するエネルギのセントロイドまでの実際の距離との差を示す。よって、出力ε_Rは、任意の静止してはいない目標に対する、エネルギ・セントロイド・レンジ・エラーの一般的な測度である。従って、この信号ε_Rをライン２０（図１及び図２）を介してレンジ・ゲート８４とＤＤＳ３８とに与えることによって、レンジ・ゲート８４とＤＤＳ３８との中央レンジが、物体１６が反射するエネルギのセントロイドのレンジＲ_Cにシフトし、これによって、Ａ₀＝０として、図７の領域（ａ）に示されるように、レンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rをゼロにする。レンジ・ゲート８４とＤＤＳ３８とが反射されたエネルギのセントロイドまでのレンジに集められるときのＳＧ／Σの周波数スペクトルが、図８に示されている。
【００２６】
図７を更に詳細に参照すると、この図７は、レンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rと速度トラッキング・エラー信号Δ_VELとの関係を、４つの異なる条件に関して図解している。すなわち、（１）領域（ａ）に示され上述した、物体１６が静止している、すなわち、レンジ又は速度トラッキング・エラーが存在せずε_R＝０、Δ_VEL＝０の場合、（２）物体１６が、領域（ｂ）に示されるように、レンジ・トラッキング・エラーは有しないが、速度トラッキング・エラーΔ_VELは有する場合、（３）物体１６が、領域（ｃ）に示すように、レンジ変化、すなわち、レンジ・エラーε_Rを有するが、速度変化は有しない場合、（４）物体１６が、領域（ｄ）に示すように、レンジ・トラッキング・エラーε_Rと、速度トラッキング・エラーΔ_VELとの両方を有する場合、である。
【００２７】
最初に、物体１６が領域（ａ）にある条件を考察すると、正規化された周波数スペクトルＳＧ／Σが、図８に示されている。レンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rがゼロであり、このレンジ・トラッキング・エラー信号がゼロである周波数成分すなわちＦＦＴビンは、ゼロ周波数にあることが最初にわかる。よって、レンジにも速度にもエラーは存在しない。従って、レンジ・ゲート８４とＤＤＳ３８へのライン２０上のレンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rは、ゼロであり、ＶＣＯ８２へのライン２２上の速度トラッキング・エラー信号Δ_VELは、ゼロである。すなわち、理想的には、セントロイド散乱点がレンジ・ゲート８４の中央にあれば、レンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rは、ゼロを示す、すなわち、ε_R＝０であるはずであり、周波数ビンすなわちセルは、セントロイドまでのレンジＲ_Cの前でも後でも、図９の下側部分に示されるように、それぞれのレンジ・トラッキング・エラーε_Rを示すはずであり、セントロイドの前後で徐々に線形のレンジ変位がある。任意の与えられたドップラ・エラーに対しても、スプリット・ゲートの比率ＳＧ／Σは、変化するのではなく、単に、図８の上部から図９に示されているＦＦＴ周波数ビンの表示において、すべての散乱点に周波数シフトを等しく生じさせる。レンジ・トラッキング・エラーε_Rとドップラ速度トラッキング・エラーΔ_VELとは、従って、効果的にデカップルすることができるが、その理由は、すべてのスプリット・ゲート比率ＳＧ／Σの重み付け平均は、常に、どのようなドップラ速度トラッキング・エラーとも無関係に、セントロイドの真のレンジ・トラッキング・エラーを表すはずだからである。
【００２８】
図７では、レンジ・トラッキング・エラーと速度トラッキング・エラーとの表示が、先頭部Ｓ₁と最後部Ｓ_mとを有する目標すなわち物体１６に対して示されている。目標が領域（ａ）においてレンジと速度とに関して完全にトラッキングされている場合には、目標のレンジ・セントロイド周波数セルは、ゼロすなわち中央周波数ビンにあり、レンジ・トラッキング・エラーε_Rがゼロであることを示している。先頭部及び最後部の散乱点Ｓ₁、Ｓ_mのそれぞれは、セントロイドＳ_Cの前方及び後方の異なるＦＦＴ周波数セルを占め、セントロイドからの線形レンジ変位に対応する個々のレンジ・トラッキング・エラー成分を示す。
【００２９】
純粋な速度すなわちドップラ周波数エラーが導入されると、表示全体は、領域（ｂ）にシフトし、それぞれの散乱点は領域（ａ）の場合と同じレンジ・トラッキング・エラー値を維持する。セントロイドの計算されたレンジ・トラッキング・エラー信号ε_R（すなわち、ＳＧ／Σチャンネル信号の大きさＡ₀）は、ゼロであり、セントロイドの周波数オフセット又はビンは、真の速度トラッキング・エラー信号Δ_VELとして識別される。すなわち、図９を参照すると、ＳＧ／Σは、周波数セル、又は、直流以外のビン、又はゼロにおいて、ゼロである。更に詳しくは、この例では、ＳＧ／Σは、周波数ビン＋３において零点を有する（すなわち、ε_R＝０）。よって、この場合には、示されているように、速度トラッキング・エラー信号Δ_VEL＝３Δである。速度トラッキング・エラー信号Δ_VEL＝３Δは、訂正として、ＶＣＯ８２（図２）に与えられ、ＶＣＯ８２の作用の結果として、図７の領域（ｂ）に表示されている物体１６は、領域（ａ）にシフトしている。
【００３０】
また、純粋なレンジ・トラッキング・エラーε_Rが導入されると、図７の領域（ａ）に表示された物体１６は、対角線（波形レンジ／速度カップリングを表す）に沿って、領域（ｃ）にシフトする。よって、図１０を参照すると、ＳＧ／Σ信号におけるゼロの複素値は、もはや、直流又はゼロの周波数ビンにはないことを最初に注意しておく。更に、速度トラッキング・エラー信号Δ_VELはＶＣＯ８２が生じた信号の周波数を変更しない間は、レンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rは、非ゼロであり、周波数ビンのより高い組にシフトされる。スプリット・ゲート値の平均値は、ε_R＝＋Ａ₃に等しく、セントロイドのレンジ・シフトを示す。レンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rは、ライン２２を介して与えられ加算器６６の出力を変更する＋Ａ₃に等しく、よって、ライン８７上のレンジ・ゲート信号とＤＤＳ３８に対する値τとを変更する。従って、レンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rは、加算器６６（図２）にレンジ訂正として印加される際には、目標物体を、図７の領域（ｃ）から領域（ａ）に再び配置し、セントロイドは、再び、周波数ビンを占め、ゼロの速度トラッキング・エラーを示す。
【００３１】
図７の領域（ｄ）のように、レンジ及びドップラ速度の両方のエラーの組合せが導入されるときには、この条件の周波数スペクトルは、図１１に示されている。従って、ここでは、スプリット・ゲート比率の平均は、周波数ビン６に対応する＋Ａ₃（セントロイド）である。よって、再び、レンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rは、レンジ・ゲーティング信号とＤＤＳ３８の遅延τとの両方を変更する。すなわち、セントロイドの計算されたレンジは、図７の前の領域（ｃ）に対する場合と同じであり、同じ真のレンジ・エラー成分を想定する。レンジ・トラッキング・エラー信号は、表示物体１６を、領域（ｂ）への対角線に沿って、領域（ｄ）に移動させる。残留（residual）速度すなわち速度エラー・トラッキング信号Δ_VEL＝ｂｉｎ＋３は、ＶＣＯ８２の出力において生じる周波数を変更し、よって、物体１６を領域（ｂ）から領域（ａ）に再配置する。従って、レンジ／ドップラ・エラー・カップリングは、スプリット・ゲート、レンジ・トラッキング・エラー信号の応答がドップラ又は速度トラッキング・エラー信号に対して曖昧でないという事実のために解消される。
【００３２】
上述のように、方位角及び仰角チャンネルΔＡＺ、ΔＥＬにおける信号は、示されてはいないが従来型の角度トラッキング・システムによって用いられる。しかし、ここで、散乱点Ｓ₁−Ｓ_mの中の任意の１つの点、すなわち、物体に関連する点、例えば、反射エネルギのセントロイドを、トラッキングの対象として選択することができる。例えば、物体の先頭部をトラッキングすることを望む場合には、Ｓ₁までのレンジに対応する周波数ビンでの方位角及び仰角チャンネルΔＡＺ、ΔＥＬにおける信号が選択され、方位角トラッキング信号（ΔＡＺ／Σ）と仰角トラッキング信号（ΔＥＬ／Σ）とを生じる。同様に、最後部をトラッキングすることを望む場合には、Ｓ_mまでのレンジに対応する周波数ビンでの方位角及び仰角チャンネルΔＡＺ、ΔＥＬにおける信号が選択され、方位角トラッキング信号（ΔＡＺ／Σ）と仰角トラッキング信号（ΔＥＬ／Σ）とを生じる。
【００３３】
最初の較正フェーズの間は、点目標（図示せず）が、レーダ・システム１０（図１）の前面に置かれる。ＤＤＳ３８が付勢されて、図３Ａに示されるような一連の増加する周波数が生じる。受信機１４は、点目標からの反射を処理する。ステップ・サイズδが、次に、各ステップに対して変更され（すなわち、調整され）、Σ、ΔＥＬ、ΔＡＺチャンネルのゲイン及び位相における不均衡によって生じる不所望のレンジ・サイドローブを最小にする。
【００３４】
これ以外の実施例も、冒頭の特許請求の範囲の精神と範囲とに含まれる。
【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】ＡからＤまであり、これらは、図１のレーダ・システムの動作を理解するのに有用である。Ａは、レーダ・システムによって送信された一連のパルスの搬送周波数の時間履歴である。Ｂは、送信されたレーダ・パルスを反射する物体の散乱点からのレーダ・リターンの時間履歴である。Ｃは、小さなレンジ・エラーを有する散乱点の特定の１つの送信パルスと受信パルスとの位相差の代表的な時間履歴である。Ｄは、図１及び図２での、レーダ・システムから異なるレンジにある散乱点に対する送信パルスと受信パルスとの位相の変化率の間の関係を示す図である。
【図４】ＡからＨまであり、図１及び図２のレーダ・システムの動作を理解するのに有用な時間履歴である。
【図５】図１及び図２のレーダ・システムの、和チャンネルΣにおけるリターンの周波数スペクトルを示す図である。
【図６】図１及び図２のレーダ・システムで生じ、和チャンネルΣにおけるスペクトルによって正規化されたバイポーラ・レンジ・エラー信号ＳＧにおけるリターンの周波数スペクトルを示す図であり、これと共に、図１及び図２のレーダ・システムで用いられるレンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rを決定するネットワークも示されている。
【図７】図１及び図２のレーダ・システムを理解するのに有用な図であり、図１の散乱点を生じる物体の４つの異なる条件を示している。この４つの条件は、以下の通りである。（１）物体のトラッキングにおいて、レンジ及び速度トラッキング・エラーがゼロである場合であり、ここでは、物体のレンジ・トラッキング・エラーがゼロε_R＝０であり、速度トラッキング・エラーもゼロΔ_VEL＝０であるから、「静止した」物体と称される。（２）物体が、レンジ・トラッキング・エラーと速度トラッキング・エラーとを有しない場合。（３）目標が、レンジ・トラッキング・エラーは有するが、速度トラッキング・エラーは有しない場合。（４）物体が、レンジ・トラッキング・エラーと速度トラッキング・エラーとを有する場合。
【図８】物体が静止している、すなわち、ε_R＝０でありΔ_VEL＝０である条件の下での周波数スペクトルを示している。
【図９】物体が、レンジ・トラッキング・エラーを有さず、すなわち、ε_R＝０であり、速度トラッキング・エラーは有する条件の下での周波数スペクトルを示している。
【図１０】物体が、レンジ・トラッキング・エラーを有し、速度トラッキング・エラーは有さない条件の下での周波数スペクトルを示している。
【図１１】物体が、レンジ・トラッキング・エラーと速度トラッキング・エラーとを有する条件の下での周波数スペクトルを示している。

Claims (8)

1. シーケンシャルに増加する搬送周波数を有する一連の無線周波数（ＲＦ）パルスを送信する送信機と、
   前記送信されたＲＦパルスを反射する点からのエネルギを受信するように構成された受信機とから構成されるレーダ・システムであって、
   レンジ・トラッキング・エラー信号と速度トラッキング・エラー信号とに応答して散乱点のそれぞれに対して一連のパルス信号を生じるヘテロダイン部であって、前記パルス信号のそれぞれは、そのパルス化された信号を生じる散乱点までのレンジに関係するレートで、シーケンシャルに位相が変化する、ヘテロダイン部と、
   前記ヘテロダイン部が生じる前記一連のパルス信号のそれぞれに応答し、その周波数スペクトルから、前記レンジ・トラッキング・エラー信号と前記速度トラッキング・エラー信号とを決定するプロセッサと、
   から構成されるレーダ・システム。
2. 前記ヘテロダイン部は、
   前記一連の受信されたパルスと、トラッキングされている物体の領域までのレンジＲ_ESTの最初の評価とレンジ・トラッキング・エラー信号ε_Rとの和に関係した量だけ時間が遅延した前記一連の送信されたパルスに対応する一連のパルスとを与えられ、前記物体の速度と前記散乱点までのレンジとの両方に関係した周波数を有する一連のパルス信号を生じる第１のヘテロダイン部と、
   前記第１のヘテロダイン部が生じた前記一連のパルスと、前記物体の速度の最初の評価と、前記速度トラッキング・エラー信号とを与えられ、前記物体の速度の変化に関係した中間周波数成分と前記散乱点までのレンジに関係する周波数成分とを有する一連のパルスを生じる第２のヘテロダイン部と、
   から構成される、請求項１記載のレーダ・システム。
3. 前記プロセッサは、前記第２のヘテロダイン部が生じた前記一連のパルスの周波数スペクトルに応答して、前記周波数スペクトルから、前記レンジ・トラッキング及び速度トラッキング・エラー信号を決定する、請求項２記載のレーダ・システム。
4. 前記第２のヘテロダイン部は、所定の通過帯域内の周波数成分を通過させるが前記通過帯域の外部の周波数成分は除去するバンドパス・フィルタ部を含み、前記通過帯域は、前記物体の速度と前記物体の散乱点までのレンジとの両方の変化に関係する周波数成分を通過させるように選択される、請求項３記載のレーダ・システム。
5. 前記プロセッサは、前記バンドパス・フィルタ部が通過した信号の周波数スペクトルに応答して、前記通過した信号の前記周波数スペクトルから、前記レンジ及び速度トラッキング・エラー信号を決定する、請求項４記載のレーダ・システム。
6. 前記第２のヘテロダイン部は、前記レンジ・トラッキング・エラー信号を与えられるレンジ・ゲーティング部を含み、前記バンドパス・フィルタ部に、前記物体までのレンジの所定のウィンドウの中の前記物体の散乱点からの反射に関連する中間周波数信号を通過させる、請求項５記載のレーダ・システム。
7. 前記レンジ・ゲーティング部は、トラッキングされている物体の領域までの評価されたレンジとトラッキングされている物体のそれぞれの散乱点までの測定されたレンジとの差と、トラッキングされている物体の点までのレンジが前記物体の領域までの評価されたレンジの前にあるのか後にあるのかに関連する極性と、に関係する値を有するバイポーラ・レンジ・エラー信号の組を生じるレンジ・トラッキング装置を含む、請求項６記載のレーダ・システム。
8. 前記プロセッサは、前記バイポーラ・レンジ・エラー信号における周波数成分を決定し、前記決定された周波数成分から、前記レンジ・トラッキング及び速度トラッキング・エラー信号を決定する、請求項７記載のレーダ・システム。

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