JP5719152B2 - 単一アンテナｆｍ／ｃｗ船用レーダ - Google Patents

Description

[0001]現今の船用レーダは、何キロワットものピーク電力を送出する非常に高出力のシステムであり、何キロメートル（何海里）もの範囲で精密距離分解能を提供するとともに河道および閘門の境界内で約９０センチメートル（数フィート）の特別に短い距離に対処するのは極めて困難である。

[0002]Ｎａｖｉｃｏは商用船用レーダ用途のための周波数変調／連続波（ＦＭ／ＣＷ）レーダを提供する。Ｎａｖｉｃｏで使用される実際の波形は１０％以上のデューティサイクルを有する単一鋸歯である。それらのシステムは、さらに、分離を行うために別々の送信アンテナおよび受信アンテナを使用する。Ｎａｖｉｃｏシステムは、送信アンテナの後ろに送信機エレクトロニクスおよび受信機の後ろに受信機エレクトロニクスをもつ２つのアンテナを使用するので高価である。Ｎａｖｉｃｏは特別に低い位相雑音をもつ超線形周波数変調を生成できていない。Ｎａｖｉｃｏは、鋸歯状波が信号処理システムでいくつかの問題を引き起こすことになることを認識できていない。Ｎａｖｉｃｏは、アンテナＶＳＷＲが動作周波数帯域にわたって１．２：１よりも良好でなければならないこと、および受信機ミキサにおける送信機の位相雑音を注意深く設計された回路タイミング遅延によってキャンセルする手段を提供することが必須であることも認識できていない。

米国特許第７，２３９，２６６号

[0003]本発明は、米国、フランス、ドイツ、またはオランダの運河などの非常に限定された空間で使用されることになる新規に規定された、はしけ／河川レーダを含むことができる用途で使用するための高分解能、低出力船用レーダを提供する。

[0004]例示のレーダシステムは、非常に低い送信機出力（数分の１ワット）を使用し、約５０キロメートル（数十海里）の動作範囲に加えて、約９０センチメートル（数フィート）または必要に応じてさらに約８センチメートル（数インチ）の特別に短い感知距離を有する周波数変調／連続波（ＦＭ／ＣＷ）レーダを含む。このシステムは、
・非常に低い位相雑音の送信機
・優れた線形周波数変調
・送信機および受信機と単一アンテナとの直接統合
− アンテナ反射到着と局部発振器到着との間の整合遅延
・非常に低い電圧定在波比（ＶＳＷＲ）のアンテナ
・ＲＦ回路の優れた処理実行
− 回路中の非常に低いＶＳＷＲ
− 送信機から受信機への非常に低い結合
という特徴を提供する。

[0005]ＦＭ／ＣＷレーダの周波数ダイバーシチは、海上での検出確率を改善するのに特別にも有用である。
[0006]本発明の好ましい実施形態および代替実施形態が以下の図面を参照しながら以下で詳細に説明される。

本発明の一実施形態により形成されたレーダシステムの斜視図である。 本発明の一実施形態のブロック図である。 送受信機をアンテナの入力端部に配置する本発明の一実施形態により形成されたアンテナレードーム構成要素の正面図である。 図３のアンテナレードーム構成要素の分解端面図である。 送受信機構成要素の１つとして含まれる回路基板の部分図である。 本発明の一実施形態による送受信機構成要素のブロック図である。

[0013]図１は、例示的単一アンテナレーダデバイス２０の斜視図である。レーダデバイス２０は、モーターケース取付け基部３０、アンテナレードーム２４、および導波管回転継手２６を含む。導波管回転継手２６により、アンテナレードーム２４は基部３０のまわりを回転することができる。

[0014]一実施形態では、回転継手２６は、基部３０とアンテナレードーム２４内の単一アンテナ（図示せず）との間のデータ接続および電力接続を行う。一実施形態では、データ伝達は、容量性、光ファイバ、または誘導性伝達を含む。回転継手２６のサイズおよび歯車装置は十分な風および衝撃負荷防御を備えるように選択される。好ましい実施形態では、回転継手２６は、図２に示されるように送信信号を（レードーム２４内に設置された）アンテナに伝導し、アンテナからの信号を受信し、受信信号を受信機に供給する導波管回転継手である。

[0015]単一アンテナが送信モードおよび受信モードの両方で使用される。単一アンテナの使用を可能にする例示的方法が米国特許第７，２３９，２６６号に記述されており、それは参照により本明細書に組み込まれる。本発明では、真に連続的な三角ＦＭ／ＣＷ波形が出力される。

[0016]一実施形態では、アンテナレードーム２４への電力移送は、誘導結合（すなわち回転継手２６を横切る変成器結合）を使用して達成される。
[0017]一実施形態では、図２に示されるように、システム２０−１は、導波管回転継手２６−１、単一スロット導波管アンテナ３２、およびモーターケース／取付け基部３０−１の内部に設置される送信機および受信機（送受信機）３４を含む。送受信機３４はＦＭ／ＣＷレーダ（図示せず）を含む。一実施形態では、スロット導波管アンテナ３２は導波管延長部（図示せず）によって導波管回転継手２６−１の出力部に接続される。回転継手２６−１は、回転のすべての角度にわたって１．２：１未満の安定したＶＳＷＲであるように設計される。

[0018]単一スロット導波管アンテナ３２中のスロットは、アンテナ３２の狭い寸法上で垂直に延びる。スロットは、水平偏波を供給するために導波管アンテナの狭い側に、図３に示されるようにすべて同じ方向に配置することができる。

[0019]図３〜５に示されるように、送受信機、基板電源、およびデジタル信号処理部（ＤＳＰ）（図示せず）は、回路基板４８を保持するボックス５４内で回路基板４８に取り付けられる。スロット導波管アンテナ３２−１は、回路基板４８に設置されたマイクロストリップ−導波管変換器５０を介して送受信機に直接嵌合される。スロット導波管アンテナ３２−１およびボックス５４はアンテナレードーム５２内に設置される。マイクロストリップ−導波管変換器５０は導波管変換を行い、送受信機４８のシャーシ／ボックス５４に直接組み込まれ、マイクロストリップ回路である。図４は、アンテナレードーム５２およびボックス５４の端部を通したＸ線投影図である。

[0020]一実施形態では、電力およびシリアルデータは回転継手を通過する。送受信機アンテナポートおよびアンテナの入力ポートは、マイクロストリップ−導波管変換器５０を介して互いに直接接触して配置される。アンテナから受信機入力部まで反射される電力の量を最小にするために、アンテナは１．２：１またはそれより良好なＶＳＷＲを有する。この反射電力レベルは受信機感度を無効にすることがある。

[0021]送受信機は、アンテナからの特別に短い距離のために位相雑音キャンセルが受信機ミキサで行われるように構成される。
[0022]送受信機は−１２０ｄＢｍ未満の受信機感度および１０ＫＨｚ未満の受信機帯域幅を有する。送信機出力は約０．１ワット連続である。デジタル合成線形周波数変調が行われる。送受信機の別の特性は、１００ＫＨｚオフセットで−１００ｄＢｃ／Ｈｚ未満である送信機位相雑音レベルである。

本発明はドップラ測定および位相測定、ならびに高度化した海／雨クラッタ低減アルゴリズムを提供する。本発明は、事前プログラムされた電子利得対距離、および手動利得制御も提供する。本発明は、レーダの中間周波数（ＩＦ）サブシステムに配置されたハイパスフィルタを使用することによる即時電子利得対距離を提供する。ハイパスフィルタ上限周波数は、所与の変調速度で物標までの距離に対して予想される最大ＩＦ周波数である。最も高いＩＦ周波数（Ｈｚ）＝（（線形ＦＭ帯域幅（Ｈｚ））／（変調周期（秒）））×（（２×距離（メートル））／（ｃ（光速、メートル／秒）））である。本発明では、その周波数は一般に２ＭＨｚである。本発明（ＦＭ／ＣＷレーダシステム）は周波数領域で出力を生成し、物標までの距離は物標のＩＦ周波数に直接比例する。したがって、特定のレーダの予想される変動に適合する利得対ＩＦ周波数傾斜をもつハイパスフィルタを使用することによって、距離変動に基づき物標ごとの即時利得補償を行うことが可能である。例えば、気象レーダシステムで使用されるＦＭ／ＣＷレーダはオクターブ当たり９ｄＢの傾斜を必要とする。高度計はオクターブ当たり６ｄＢを必要とするが、一方、航空機用および船用レーダシステムは周波数のオクターブ当たり１２ｄＢの傾斜を必要とする。レーダによって観察される物標の反射率によるダイナミックレンジは、１０〜１６ビット分解能をもつアナログ／デジタル変換器を介して調節される。

[0023]図６は上述の実施形態に共通する送信機、受信機、およびＤＳＰ構成要素８０を示す。アンテナ反射の到着は、受信機ミキサで位相雑音キャンセルを行うように局部発振器信号の到着時に一致される。低雑音増幅器は、システム性能を著しく劣化させるのでサーキュレータと受信機ミキサとの間に配置しないことがあることに留意することが重要である。低雑音増幅器は、位相雑音、送信機から受信機への漏洩、およびミキサに達する前のアンテナから反射された電力を増幅することになる。したがって、一般的なマイクロ波低雑音増幅器は単一アンテナＦＭ／ＣＷレーダでは使用されないことがある。増幅器は送信機−受信機の分離を増幅器の利得と等しい量だけ低減するので、低雑音マイクロ波増幅器はデュアルアンテナＦＭ／ＣＷレーダでも勧められない。

[0024]本発明は、任意のサイズまで拡大・縮小したアンテナを含むことができる。
[0025]独占権または特権が請求される本発明の実施形態は特許請求の範囲で規定される。

２０ 単一アンテナレーダデバイス
２０−１ システム
２４ アンテナレードーム
２６、２６−１ 導波管回転継手
３０、３０−１ 基部
３２ 単一スロット導波管アンテナ
３２−１ スロット導波管アンテナ
３４ 送受信機
４８ 回路基板、送受信機
５０ マイクロストリップ−導波管変換器
５２ アンテナレードーム
５４ ボックス、シャーシ／ボックス
８０ 送信機、受信機、およびＤＳＰ構成要素

Claims (3)

1. 単一スロット導波管アンテナ（３２、３２−１）と、
   前記アンテナと信号通信する、ポートを３つだけ備えたサーキュレータと、
   前記アンテナと信号通信する送受信機（３４）であって、
   送信機と、
   前記サーキュレータの出力部に直接接続された受信機ミキサと、
   送信機信号のサンプルを使用して局部発振器信号を供給するように構成された構成要素と、
   前記局部発振器信号の到着時を漏洩または反射電力信号の少なくとも一方に関連した信号の到着時と一致させ、それによって前記受信機ミキサで位相雑音キャンセルを行うように構成された構成要素と、を含む送受信機（３４）と、
   を含み、
   前記送受信機は１００ＫＨｚのオフセットで−１００ｄＢｃ／Ｈｚ未満の位相雑音を有し、
   前記アンテナは動作周波数帯域にわたって１．２：１未満の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を有し、
   前記送信機は０．１ワットの出力を有する、
   レーダシステム（２０）。
2. 前記送受信機、電源、およびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を収容するように構成された基部（３０、３０−１）と、
   前記アンテナを収容するように構成されたアンテナレードーム（２４）と、
   前記送受信機と前記アンテナとの間に結合され、マイクロ波エネルギーを送出するように構成されている導波管回転継手（２６−１）と、をさらに含む、
   請求項１に記載のシステム。
3. デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を収容するように構成された基部（３０）と、
   前記アンテナ、前記サーキュレータ、および前記送受信機を収容するように構成されたレードーム（５２）と、
   前記基部と前記レードームとの間に結合され、前記デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と前記送受信機との間にデータ接続および電力接続を行うように構成される、電力およびデータの回転継手と、
   をさらに含む、
   請求項１に記載のシステム。

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