JP7337665B2 - 複数の並置された伝送経路を有するレーダーの伝送位相偏移の決定 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、複数の並置された伝送経路を有するレーダーの伝送位相偏移を決定する方法に関する。本発明は、保護されるべき空間への侵入を検出するためのレーダーによる監視、電気通信等を含む多くの分野に適用することができる。

公知の方法では、フェーズドアレイレーダーおよび／またはビームフォーミングレーダーは、アンテナアレイに並置された放射素子に給電するいくつかの伝送経路を備える。各伝送経路は、送信用信号を受け取るための入力と、可変移相器と、増幅器と、移相および増幅された後の送信用信号が供給される放射素子とを備える。信号を送信するためにアンテナアレイによって生成される放射ビームの方向、ならびにこのビームの形状、つまり、レーダーの放射パターンは、伝送経路に個別に適用される位相偏移値によって調整される。しかしながら、異なるレーダー伝送経路間に意図しない位相偏移の寄与が存在することもあり、その結果、これらの伝送経路間で実際に生成される位相偏移は、所望の位相偏移値に正確に対応しない。この結果、レーダーによって生成される放射ビームの方向および形状が不確実になる。

特に、頭字語ＭＩＭＯによって示される多入出力レーダーはこのタイプのものであり、異なる伝送経路間に存在する位相偏移においてこの不確実性を生じる。

一般的に言えば、本明細書では、「２つの伝送経路間または２つの信号間に存在する位相偏移」という文言は２つの伝送経路または２つの信号に対して１対１の関係にある２つの位相値間の差を意味するものと理解される。拡張および同義性によって、このような位相偏移は、２つの伝送経路の動作の間に存在するか、または２つの信号の間に存在する時間オフセットを意味することも理解されよう。

同じく公知の方法では、直交する変調は、フィルタリングによって、信号の他の各成分の変調とは異なる、これらの変調のうちの１つをそれぞれ含む信号の成分を分離することを可能にする変調を意味すると理解される。より正確には、個々に変調された信号成分に適用された場合、変調の１つに係るフィルタリングの結果は、フィルタの変調を有する信号の成分に対してはゼロ以外であり、フィルタの変調に直交する変調を有する信号の各成分に対してはゼロまたは実質的にゼロである。以下では、「直交変調」という用語は、厳密に直交する変調と、実質的に直交する変調との両方を指し、言い換えれば、フィルタリングの結果を実質的にゼロまたは所定の閾値未満と見なすことができるような変調を指す。

特に、ＭＩＭＯタイプのレーダーは、これらのレーダーのそれぞれの中で異なる伝送経路に直交する変調を適用することを可能にする。

一般に、本特許出願の主題である発明は、「符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）」と称される符号による変調、「周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）」と称される離散周波数による変調、「時分割多元接続（ＴＤＭＡ）」と称される時間シフト変調等を含む、任意の既知のタイプの変調と組み合わせることができる。

これに関連して、本発明の１つの目的は、複数の伝送経路を有するレーダーの放射パターンの制御を改善することにある。

本発明のさらなる目的は、特定の試験要素を使用することなく、または特定の試験条件を必要とすることなく、ビーム制御におけるそのような改善を可能にすることである。特に、レーダーによるビーム制御の改善は、特定のメンテナンス作業を必要とせずに、目的の動作に関連したレーダーの使用（ミッション関連使用）からのみ達成され得ることが望ましい。

本発明のさらに別の目的は、複数の伝送経路を有するレーダーにおいて、その伝送用部品のいずれかが老朽化または故障しているかにかかわらず、当該レーダーにおいて経時的に起こり得る劣化の診断を提供することである。これは、場合によっては、レーダーのメンテナンス作業を命令するため、またはその作動パラメータのいくつかを修正する動作を命令するために行われる診断である。

この目的にために、本発明の第１の態様は、少なくとも２つの並置された伝送経路と少なくとも１つの受信経路とを備えるレーダーの少なくとも１つの伝送位相偏移を決定する方法を提案する。本発明は、各伝送経路が、当該伝送経路に割り当てられ、他の伝送経路のそれぞれに割り当てられた変調に直交する変調に従って変調された伝送放射を生成するように、上記レーダーが構成される場合に適用される。本発明の別の条件としては、上記レーダー受信経路が戻り信号を検出する場合に、この戻り信号が各変調に従ってフィルタリングされる。このように、各変調について、それが伝送経路に使用されるか否かに関わらず、この変調を有する上記戻り信号の成分が分離される。そして、本発明の方法は、
（１）上記伝送経路を作動させて上記変調された伝送放射を生成し、上記受信経路を作動させて上記戻り信号を検出し、次に、各変調に従ってこの戻り信号をフィルタリングするステップと、
（２）各変調に対して個別に、この変調に従って生成および変調された上記伝送放射と、同じ変調に従って分離された上記戻り信号の上記成分との間に存在する、上記変調に対する送受信位相偏移と呼ばれる、送信と受信との間の位相偏移の値を決定するステップであって、この送受信位相偏移は、各伝送経路および上記戻り信号のすべての成分に対して上記レーダー内部に固定された信号通過点に対して決定されるステップと、その後、
（３）上記伝送経路のうちの２つの変調のそれぞれについて、別々に、ステップ（２）で決定された上記送受信位相偏移の上記値の間の差分に基づいて、これら２つの伝送経路のための伝送位相偏移と呼ばれる、上記レーダーの２つの伝送経路によって生成される伝送放射間に存在する位相偏移の値を決定するステップと、を含む。

したがって、レーダーの伝送経路にそれぞれ割り当てられる直交変調は、戻り信号において、伝送経路によって生成される伝送放射から１対１で生じる成分を識別することを可能にする。各伝送経路についてステップ（２）で決定される送受信位相偏移は２つの寄与、すなわち、ビームフォーミングのための制御された寄与と、関係する伝送経路に応じて変化し得る意図しない寄与とを含む。次に、２つの異なる伝送経路について決定された送受信位相偏移を比較し、場合によっては制御された寄与を減算することによって、本発明は、ペアとしての伝送経路に対する位相偏移の意図しない寄与の間の差を決定することを可能にする。これらの差は、伝送位相偏移と呼ばれる。

戻り信号は、レーダーの送信フィールド内となる現場に設けられた、伝送放射を反射する任意の素子（シーン素子）による伝送放射から生成することができる。したがって、レーダーに適用される試験シーケンス専用の反射器を使用する必要がない。また、レーダーの特定の使用条件が試験シーケンスに適合する必要もない。言い換えれば、ステップ（１）～（３）をグループ化する本発明の方法は、レーダーの任意のミッション関連使用中に適用することができる。これは、特に、各伝送ビームに応答して少なくとも１つのエコーが検出されると、監視エリア内のターゲットを探索することを意図したレーダー動作シーケンス中に実行され得る。これはまた、例えば、あるエリアを監視する機能を用いたシーケンス、または、対象の移動または進展を追跡することを意図したシーケンス等の、レーダーの任意のミッション関連動作シーケンス中に実行することができる。

ステップ（１）～（３）は、レーダーのいくつかの連続する動作シーケンス中に繰り返されてもよく、各伝送位相偏移の値は、ステップ（３）の各繰り返しの最後に更新されてもよい。

ステップ（１）～（３）を繰り返すことにより、各伝送位相偏移に対して発生し得る変動を監視することも可能である。このような変動は、レーダーの特定の伝送部品の劣化（経年劣化または故障）を示す場合がある。このような値監視に基づいて、伝送位相偏移の少なくとも１つがあまりにも大きな変動を示す場合に、レーダーメンテナンス作業をスケジュールすることが可能である。場合によっては、レーダーの連続動作シーケンス中に各伝送位相偏移について決定された値に基づいて、当該伝送位相偏移の進展の統計的解析を実行してもよい。この場合、統計分析の少なくとも１つの結果、例えば、平均値または標準偏差が所定の偏差閾値よりも大きい場合に、レーダーメンテナンス作業がスケジュールされてもよい。

好ましくは、ステップ（２）は、対応する送受信位相偏移の値から、ステップ（１）の実施中に使用された制御されたビームフォーミング寄与を、変調毎に減算することを含んでもよい。この制御された寄与は、送信および受信に関連する。減算は、ステップ（３）の前に実行される。このようにして、伝送位相偏移の値と、ステップ（１）～（３）のシーケンスの繰り返し中に得られる伝送位相偏移の値とは、レーダーの伝送方向がこれらのシーケンスのいくつかの間で変化した場合であっても、互いに一致する。したがって、レーダーの伝送方向を一定にする必要なく、各経路について得られた伝送位相偏移の連続値の平均を計算することが可能である。したがって、ミッションを中断することなく、レーダーのミッション関連使用中に本発明の方法をより良好に適用することができる。

場合によっては、本発明の方法は、以下のステップをさらに含んでもよい：
（４）上記２つの伝送経路のうちの少なくとも１つの位相オフセットの値を、好ましくは数値的に、調整するステップであって、この位相オフセット値は少なくとも１つ後続のステップ（１）の実行の間に上記伝送経路によって生成される上記伝送放射に影響を及ぼし、その結果、上記後続のステップ（１）の実行中に上記２つの伝送経路間に存在する上記伝送位相偏移の上記値が、上記伝送ビームの所望の方向および形に対応するビームフォーミング目標値と一致するステップ。

したがって、レーダー伝送経路のうちの少なくともいくつかの間に存在する伝送位相偏移は、これらの伝送経路に利用可能な調整可能な位相オフセットによって補償され得る。伝送位相偏移に対するこのような補償の後、レーダー伝送方向および伝送ビームの形状は所望の方向および形状により正確に対応し、ビームフォーミング位相偏移によって制御される。

本発明の方法は、場合によっては、レーダーの異なる伝送経路に影響を及ぼす可能性がある伝送振幅の差を決定および／または補償する工程を補足的に含んでもよい。この目的のために、ステップ（２）において、変調毎に、この変調に従って分離された上記戻り信号の上記成分と、同じ変調に従って生成および変調された上記伝送放射との間の振幅商の値も決定されてもよい。そして、この振幅商値は特に、この変調に対応する伝送経路に適用されるべき振幅補正率において使用されるために、当該変調のために格納されてもよい。場合によっては、この伝送経路について、伝送位相偏移および戻り信号の成分と伝送放射との間の振幅商をステップ（４）において同時に補償してもよい。

各伝送経路の振幅補償の信頼性を高めるために、上記振幅商の平均は、各変調に対して、ステップ（１）～（３）の上記シーケンスの何回かの繰り返しのそれぞれにおいてこの変調に対して事前に決定された上記振幅商値から計算されてもよい。そして、各変調に対して、上記振幅商の上記平均は、この変調に対応する上記伝送経路に適用される振幅補正率として使用され、その結果、この振幅補正率は上記レーダーの少なくとも１つの後続の動作シーケンス中に有効となってもよい。

最後に、本発明では一般に、場合によっては、上記送受信位相偏移の値は下記の３つの条件のうちの少なくとも１つが満たされた場合にのみ、変調毎にステップ（２）において決定されてもよい：
この変調に従って分離された上記戻り信号の上記成分が、所定の強度閾値以上の強度を有する；
この変調に従って分離された上記戻り信号の上記成分が、特にドップラー効果によって、同じ変調に従って変調された上記伝送放射に対して、ゼロであるか、所定の周波数偏移閾値以下であるか、または所定の周波数偏移閾値以上であるか、または所定の周波数偏移間隔内である、周波数偏移を有する；
この変調に従って分離された上記戻り信号の上記成分は、同じ変調に従って変調された上記伝送放射に対して、所定の位相変動閾値以下の位相変動を有する。

さらに、本発明の第２の態様は、以下のレーダーを提案する：
レーダーの各動作シーケンスにおいてそれぞれの伝送放射を生成するように構成された、少なくとも２つの並置された伝送経路と、
上記レーダーの各動作シーケンスにおいて戻り信号を検出するように構成された少なくとも１つの受信経路と、
各伝送経路によって生成された上記伝送放射を、この伝送経路に割り当てられ、他の伝送経路のそれぞれに割り当てられた変調に直交する変調に従って、変調するように構成された変調器と、
各変調に従って上記戻り信号をフィルタリングすることにより、この変調を有する上記戻り信号の成分を分離するように構成されたフィルタ集合体と、
本発明の上記第１の態様に係る方法を実施するように構成された、上述の改良および拡張のいずれかを含む較正ユニットと、を備える、レーダー。

本発明の他の特徴および利点は、その実施について、いくつかの非限定的な例を添付の図面に基づき以下に説明することにより明らかになる。

図１は、本発明を適用可能なＭＩＭＯレーダーアンテナアレイの斜視図である。

図２は、図１に示すレーダーの送受信経路を示す図である。

図３は、本発明を実施するために使用される較正ユニット内で実行される動作の詳細を示す図である。

さらに、明確性のために、当業者にとって既知であり、本発明に直接関係しない、または本発明によって直接修正されないレーダー構成要素については説明しない。

図１に示すように、ＭＩＭＯ型レーダーはアンテナアレイ１００を有する。このようなアンテナは、共通平面内に、例えば１６行×１６列または３２行×８列の交差部においてアレイ配列で並置された１組の放射素子１から構成されるが、これに限定されるものではない。Ｄ_０は、アンテナアレイ１００の面に垂直な方向を示す。アンテナ１００によって送信される無線信号は、位相偏移されてそれぞれの放射素子１に送られる。当該位相偏移は、アレイ内の対応する放射素子の位置と、方向Ｄ_０に対する伝送方向Ｄの所望の傾きとに依存する。すべての放射素子１によって個別に生成された伝送放射（Ｒ_１で示す）のグループがアンテナ１００の伝送ビーム（Ｆ_１００で示す）を構成する。このビームは、放射素子１の相対的な位相偏移によって決定される伝送方向Ｄを有する。当業者に知られているように、同様の原理がアンテナアレイ１００の受信動作に適用され、方向Ｄにおける入射放射を検出する。送信中および受信中に放射素子１に適用される位相偏移によって、方向Ｄに加えて、伝送ビームの形状または検出される放射ビームの形状を調整することも可能となる。

レーダー内では、各放射素子１が他の各放射素子の経路とは異なる伝送経路の一部を成す。符号１０_１、１０_２、１０_３、…は、並列に配置された別々の伝送経路を示す。さらに、図２に示す特定の実施形態では、各放射素子１が他の各放射素子の経路とは異なる受信経路２０の一部でもある。この図面の明確性のために、伝送経路１０_１のみを完全に詳細に示し、１つの受信経路２０のみを示すが、アンテナアレイ１００の各放射要素１は、別個の伝送経路および別個の受信経路の一部であることが理解される。しかしながら、他の可能な実施形態では、受信経路のレセプター放射素子が伝送経路の放射素子とは異なる構成要素であってもよい。すべての伝送経路１０_１、１０_２、１０_３、…は、それらの入力がｓｉｇｎａｌ＿Ｅで示される送信用信号と同時かつ並列に供給されるように接続される。さらに、すべての受信経路２０は、アンテナ１００によって受信された信号を信号ｓｉｇｎａｌ＿Ｒとして出力する、ＤＥＴＥＣＴで示される共通検出器１０２の入力に接続される。

既知の方法で、各伝送経路１０_１、１０_２、１０_３、…は、直列に配置された変調器１１（伝送経路１０_１用をＭＯＤ＿１と称し、伝送経路１０_２用をＭＯＤ＿２と称し、…）、移相器１２（伝送経路１０_１用をｐｈａｓｅ＿ＳＨ＿１と称し、伝送経路１０_２用をｐｈａｓｅ＿ＳＨ＿２と称し、…）、増幅器１３（伝送経路１０_１用をＡＭＰＬ＿１と称し、伝送経路１０_２用をＡＭＰＬ＿２と称し、…）、および当該伝送経路に対応する放射素子１を含む。さらに、各伝送経路１０_１、１０_２、…内において、移相器１２は、この伝送経路の伝送放射Ｒ１に適用される移相値を受信するために、ＥＭＩＳＳＩＯＮ＿ＣＴＲＬで示される放射制御部１０１の出力に接続される。この位相偏移は、例えば、伝送経路１０_１についてはΔΦ_Ｄ１で表し、伝送経路１０_２についてはΔΦ_Ｄ２で表し、伝送経路１０_３についてはΔΦ_Ｄ３で表す。このようにしてすべての伝送経路１０_１、１０_２、１０_３…の移相器１２に伝送される移相偏移ΔΦ_Ｄ１、ΔΦ_Ｄ２、ΔΦ_Ｄ３…の組により、上述したように、ビームＦ_１００の方向Ｄおよび形状を制御することができる。最後に、各伝送経路１０_１、１０_２、…の変調器１１も、対応する伝送経路の伝送放射Ｒ_１に適用される変調を受けるために、放射制御部１０１に接続されている。したがって、例えば、変調器ＭＯＤ＿１は変調ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＿１を受信し、変調器ＭＯＤ＿２は変調ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＿２を受信する。各変調は、ＣＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ等を含む任意の種類のものであってもよい。

各受信経路２０は、対応する放射要素１から始まって、増幅器２１と、ＦＩＬＴＲ＿１、ＦＩＬＴＲ＿２、…で示され、関連する受信経路内で互いに並列に接続された１組の変調フィルタ２２_１、２２_２、…と、任意に、変調フィルタ２２_１、２２_２、…と１対１で直列に接続された１つ以上の閾値フィルタ２３_１、２３_２、…と、ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ＿ＵＮＩＴで示される較正ユニット１０３と、を備える。さらに、変調フィルタ２２_１、２２_２、…の出力は、アンテナアレイ１００の受信方向を選択するために、位相偏移ΔΦ_Ｄ１、ΔΦ_Ｄ２、…も受信する検出器１０２に接続される。変調フィルタ２２_１、２２_２、…のそれぞれはまた、変調器１１に適用される変調のうちの１つを受信し、この変調に従ってそのフィルタリング処理を行う。例えば、フィルタ２２_１は変調器ＭＯＤ＿１によって実施される変調ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＿１を受信し、フィルタ２２_２は変調器ＭＯＤ＿２によって実施される変調ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＿２を受信し、以下同様である。これにより、放射制御部１０１によって制御された各変調は、各受信経路２０の変調フィルタのうちの１つに送信される。このようにして、検出器１０２および較正ユニット１０３は、各受信経路２０内で互いに分離された受信信号ｓｉｇｎａｌ＿Ｒのすべての成分を受信する。場合によっては、較正ユニット１０３が受信経路２０のいくつかまたはすべてに共通であってもよい。

明確性のために、まず、変調器１１およびフィルタ２２_１、２２_２、…における、放射制御部１０１によって制御される変調はすべて異なっており、それぞれが他のすべてに対して直交するものとする。

レーダーの動作によれば、受信信号ｓｉｇｎａｌ＿Ｒは、位相偏移ΔΦ_Ｄ１、ΔΦ_Ｄ２、ΔΦ_Ｄ３…に対応する伝送方向Ｄにおいてアンテナ１００から離れて存在するシーン素子上の伝送ビームＦ_１００の少なくとも１つの反射によって生成される。このために、受信信号ｓｉｇｎａｌ＿Ｒは、本明細書の概要部では戻り信号と呼ばれる。場合によっては、いくつかのシーン素子がレーダー伝送方向に同時に存在し、これらのシーン素子までの距離の差に起因する様々な遅延を伴って、レーダーによって受信されるいくつかのエコーを引き起こすことがある。

本発明によれば、較正ユニット１０３は、信号ｓｉｇｎａｌ＿Ｅの伝送に関連する位相基準ＲＥＦ、または時間基準の時間を受信するために、放射制御部１０１の出力に接続される。そして、較正ユニット１０３は、同じ受信経路２０のすべてのフィルタ２２_１、２２_２、…によって自身に送信された信号から、対応する変調された放射Ｒ_１の放射素子１のうちの１つによる送信と、同じ変調を有する戻り信号成分の検出との間に存在する位相偏移を決定するように適合される。この位相偏移は、本明細書の概要部では送受信位相偏移と呼ばれ、変調ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＿１に対してはΔΦ_０１と表し、変調ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＿２に対してはΔΦ_０２と表し、変調ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＿３に対してはΔΦ_０３と表し、以下同様である。このような送受信位相偏移は、このように、伝送経路１０_１、１０_２、１０_３、…毎に、その伝送経路と同じ変調を受ける受信経路２０のフィルタ２２_１、２２_２、…の１つに関連付けられて別々に存在する。また、同じ伝送経路１０_１、１０_２、１０_３、…について、その送受信位相偏移ΔΦ_０１、ΔΦ_０２、ΔΦ_０３、…を較正ユニット１０３に至る受信経路２０の数だけ決定することができる。このような冗長性は、以下では再び言及しない。

任意に設けられる閾値フィルタ２３_１、２３_２…は、強度が低すぎる戻り信号ｓｉｇｎａｌ＿Ｒのフィルタリングされた成分の値、または送信用信号ｓｉｇｎａｌ＿Ｅに対して周波数偏移を有する値を除去することによって、送受信位相偏移ΔΦ_０１、ΔΦ_０２…について決定された値の信頼性に寄与することができ、反射が発生するシーン素子が移動性であることを明らかにする。このために、閾値フィルタ２３_１、２３_２、…内に、周波数偏移の強度閾値および／または下限値および／または周波数偏移の上限値を適用してもよい。同様に、戻り信号のフィルタリングされた成分が大きすぎる位相変動を有する場合、当該成分を除いて送受信位相偏移を決定してもよい。

したがって、較正ユニット１０３は、伝送経路の各ペアについて、またはこれらのペアから選択された一部（例えば、伝送経路１０_１および１０_２のペアまたは伝送経路１０_１および１０_３のペア）について、このペアの各伝送経路１０に個別に関連する２つの送受信位相偏移間の差分を決定することができる。そして、いずれか１つの伝送経路を他のすべての伝送経路に対して任意に基準とすることにより、これらの差分のそれぞれは、基準伝送経路以外の伝送経路に対して相対的な伝送位相偏移となる。このように、較正ユニット１０３は、変調フィルタ２２_１、２２_２、…のそれぞれからの戻り信号成分から、伝送位相偏移値を決定する。この値は、フィルタ自体の位相偏移寄与を無視して、対象の変調フィルタと同じ変調を実施する伝送経路のうちの１つの伝送位相偏移である。２つの送受信位相偏移間の差分動作によって、確実に、各伝送経路に対して決定された伝送位相偏移が戻り信号のソースである反射シーン素子のアンテナ１００からの距離に依存しなくなる。

したがって、伝送経路１０_１を基準とした場合、伝送経路１０_２の伝送位相偏移値はΦ_０２＝ΔΦ_０２－ΔΦ_０１であり、伝送経路１０_３の伝送位相偏移値はΦ_０３＝ΔΦ_０３－ΔΦ_０１であり、以下同様である。基準として使用される伝送経路１０_１は、Φ_０１＝０である。

伝送経路１０_２、１０_３、…に対して１対１の関係を有するこれらの伝送位相偏移値Φ_０２、Φ_０３、…は較正ユニット１０３によって放射制御部１０１に伝送することができ、その結果、放射制御部１０１は、対応する伝送経路に伝送されるビームフォーミング位相偏移ΔΦ_Ｄに対して－Φ_０２、－Φ_０３、…に等しい補正の適用を命令することができる。このようにして、ビームＦ_１００の方向および形状をより正確に制御することができる。これに加えて、またはこれに代えて、伝送位相偏移Φ_０２、Φ_０３…の値は、受信信号ｓｉｇｎａｌ＿Ｒの再構成中に考慮されるように、検出器１０２に送信されてもよい。

較正ユニット１０３内では、戻り信号の各成分の検出に対応する時間または位相を様々な方法で決定することができる。特に、時間または位相は、戻り信号の対応する成分の最大瞬間振幅に対応するクロック値または位相値として決定され得る。しかしながら、戻り信号の各成分の検出に対応する時間または位相を決定するために、他の基準を代わりに適用してもよい。そのような他の基準は、特に、戻り信号と、異なる検出時間の間に検出されたバックグラウンドノイズとの間に存在する最大コントラストに関係し、または、例えば、戻り信号の各成分の受信時間として選択された時間において最大である、当該成分の周波数または位相安定性に関係し得る。異なる送受信位相偏移に対して決定された値の間にバイアスがかかるのを回避するために、これらの値は、較正ユニット１０３内で固定された信号処理ステップに関連して決定され、それらの信号処理ステップは、戻り信号のすべてのフィルタリングされた成分に対して同一または同等である。

図３は、較正ユニット１０３および伝送移相器１２内において本発明に従って実行される一連の動作を示す。演算子２４_１、２４_２、２４_３、…によって表される第１ステップは、一方において、同一の受信経路２０の変調フィルタ２２_１、２２_２、２２_３、…のそれぞれによって供給される信号成分と、他方において、放射制御部１０１によって供給される位相基準ＲＥＦとの間の位相差を得る工程からなる。したがって、演算子２４_１、２４_２、２４_３、…は、伝送経路１０_１、１０_２、１０_３、…に対して１対１で送受信位相偏移ΔΦ_０１、ΔΦ_０２、ΔΦ_０３、…を出力する。演算子２５_１、２５_２、２５_３、…によって表される第２ステップは、各伝送経路１０_１、１０_２、１０_３、…、言い換えれば、各変調に対して、当該伝送経路によって適用されるビームフォーミング位相偏移ΔΦ_Ｄ１、ΔΦ_Ｄ２、ΔΦ_Ｄ３、…を減算する工程からなる。このようにして、ビームフォーミングの意図的寄与に対して補正された送受信位相偏移値（ΔΦ_０１ ^ｃｏｒｒ、ΔΦ_０２ ^ｃｏｒｒ、ΔΦ_０３ ^ｃｏｒｒ、…と示す）が得られる。最後に、演算子２６_２、２６_３、…によって表される第３ステップは、基準として使用される伝送経路の１つについて得られた補正された送受信位相偏移値、例えば演算子２５_１によって供給された値ΔΦ_０１ ^ｃｏｒｒを、他の伝送経路１０_２、１０_３、…について得られた補正された送受信位相偏移値ΔΦ_０２ ^ｃｏｒｒ，ΔΦ_０３ ^ｃｏｒｒ、…のそれぞれから減算する工程からなる。このようにして、これら他の伝送経路１０_２、１０_３、…のそれぞれに関する伝送位相偏移値Φ_０２、Φ_０３、…が得られる。各演算子２７_２、２７_３、…は、レーダーにおける後続動作シーケンスのための伝送位相偏移Φ_０２、Φ_０３、…の補償を記号的に表し、当該補償は、放射制御部１０１内で、または各伝送移相器１２内で個別に、後者の伝送経路１０_２、１０_３、…のそれぞれに対して実行され得る。このため、伝送経路１０_２、１０_３、…毎に決定された伝送位相偏移値Φ_０２、Φ_０３、…は、対応する伝送経路の移相器１２によって適用される、後続のビームフォーミング位相偏移ΔΦ_Ｄ２、ΔΦ_Ｄ３、…の値から減算され得る。

既に述べたように、上述の方法は、特定の動作シーケンスがレーダーに対して実施されることも、特定の環境条件が生成されることも必要としない。換言すれば、上記方法は、レーダーのミッション関連動作シーケンスとも呼ばれる生産的動作シーケンス中に適用することができる。この場合、レーダーの新しい動作シーケンス毎に、各伝送経路の伝送位相偏移の新しい値を収集することが可能である。補償のために各伝送経路１０の移相器１２に伝送される伝送位相偏移の値は、レーダーの新しい各動作シーケンスの後、または所定数の動作シーケンスの後に更新することができる。また、同じ伝送位相偏移に対して連続的に得られる値の時間的な変化を経時的に監視することも可能であり、これにより、対応する伝送経路の漸進的な経年変化または動作不良を発見することができる。各伝送位相偏移についての基準日に得られた初期値に対する当該伝送位相偏移の偏差閾値を使用することによって、または各伝送位相偏移について得られた一連の値についての標準偏差閾値を使用することによって、レーダーのメンテナンス作業を開始させることが可能となる。

これに加えて、またはこれに代えて、較正ユニット１０３によって放射制御部１０１に送信される伝送位相偏移値は、同じ伝送経路について連続的に得られた、決まった数の伝送位相偏移値の平均値であってもよい。そして、この平均値は、ビームＦ_１００の伝送方向Ｄおよび形状を調整するために、関連する伝送経路１０に適用される放射制御部１０１または移相器１２によって減算される。各平均値は、連続的に得られた段階的な値の組について計算されてもよく、または、連続的に得られたばらばらの値の組について計算されてもよい。

しかしながら、本発明の方法は専用の動作シーケンス、例えば、伝送経路の較正専用のシーケンス中に実施してもよい。この場合、アンテナアレイ１００の前に配置された特定の反射器を使用してもよく、この反射器によって、較正シーケンスのために戻り信号が検出されたときに有効な信号対雑音比を改善することが可能になる。あるいは、伝送経路１０の移相器１２の出力を、本発明を実施するために使用される受信経路２０のすべての変調フィルタ２２_１、２２_２、…の入力に直接電気的に接続することによって、本発明を実施することもできる。

他の伝送経路とは独立して、各伝送経路１０に意図せず影響を及ぼす可能性があり、上述のように本発明が補償し得る伝送位相偏移に加えて、伝送経路１０は、伝送経路毎に異なる強度の伝送放射Ｒ_１を生成し得る。レーダー内の２つの異なる伝送経路間のこのような伝送強度のばらつきも、意図的なものではなく、また、伝送経路の一部を形成する構成要素の製造上のばらつきに起因する、または異なる伝送経路間のこれらの構成要素の異なるエージング率に起因する場合がある。場合によっては、較正ユニット１０３は、同じ受信経路２０の変調フィルタ２２_１、２２_２、…のそれぞれによってフィルタリングされる戻り信号の成分の振幅を決定してもよい。次に、較正ユニット１０３は、その変調が戻り信号の関連する成分のものである放射Ｒ_１の振幅と、戻り信号のその成分の振幅との間の商を計算する。この商は、変調ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＿１に対するものをＧ_１、変調ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＿２に対するものをＧ_２、変調ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＿３に対するものをＧ_３、…と表され、放射制御部１０１を介して、関連する変調を有する伝送経路１０_１、１０_２、１０_３、…の１つの増幅器１３に送信することができる。このようにして、対応する伝送経路に対する振幅誤差の補償が得られる。この振幅補償方法は、すべての変調に対して並列に行うことができる。

各伝送位相偏移値と同様に、連続するレーダー動作シーケンス中に同じ伝送経路の振幅商について得られた複数の値から平均値を計算することができる。これはまた、連続的に得られた値の定数について計算される移動平均、または連続的に得られたばらばらの値の組について計算される平均を含み得る。そして、これらの平均値は、関連する伝送経路によって生成された伝送放射Ｒ_１に対する振幅修正係数として、当該伝送経路の増幅器１３に送信することができる。公知の方法では、伝送ビームＦ_１００の形状を制御する機能のために、すべての伝送経路の増幅器１３は、公称上、同一の増幅率を有していない。各伝送経路について、振幅商は、考慮される伝送経路の公称増幅率を補正するために使用される。

本発明は、上で詳述した実施形態と比較して、その第２の態様を修正して再現し得ることが理解される。具体的には、アンテナアレイは任意の寸法を有し、その行数および列数は限定されない。さらに、レーダーはモノスタティック型またはバイスタティック型であってもよく、換言すれば、本発明を実施するために使用される受信経路は、伝送経路と同じ場所に配置されてもよく、または伝送経路から離れた場所に配置されてもよい。

さらに、いくつかの経路のばらばらのサブセットに伝送経路をグループ化することによって本発明を適用することが可能である。そのような新しい実施形態は、上述の詳細な説明から、個々の伝送経路それぞれをいくつかの伝送経路のサブセットに置き換えることによって導き出すことができる。その場合、同じ変調が同じサブセットのすべての伝送経路に共通であり、他の各サブセットの変調に直交する。

本発明を適用可能なＭＩＭＯレーダーアンテナアレイの斜視図である。 図１に示すレーダーの送受信経路を示す図である。 本発明を実施するために使用される較正ユニット内で実行される動作の詳細を示す図である。

Claims (10)

1. 少なくとも２つの並置された伝送経路（１０_１、１０_２、１０_３）と少なくとも１つの受信経路（２０）とを備えるレーダーの少なくとも１つの伝送位相偏移を決定する方法であって、上記レーダーは、各伝送経路が、当該伝送経路に割り当てられ、他の伝送経路のそれぞれに割り当てられた変調に直交する変調に従って変調された伝送放射（Ｒ_１）を生成するように構成され、上記レーダーは、上記受信経路が戻り信号を検出する場合に、各変調を有する戻り信号の成分を分離するために、当該戻り信号が上記変調に従ってフィルタリングされるように構成され、
   （１）上記伝送経路（１０_１、１０_２、１０_３）を作動させて上記変調された伝送放射（Ｒ_１）を生成し、上記受信経路（２０）を作動させて上記戻り信号を検出し、次に、各変調に従って上記戻り信号をフィルタリングするステップと、
   （２）各変調に対して個別に、上記変調に従って生成および変調された上記伝送放射（Ｒ_１）と、同じ変調に従って分離された上記戻り信号の上記成分との間に存在する、上記変調に対する送受信位相偏移（ΔΦ_０１、ΔΦ_０２、ΔΦ_０３）と呼ばれる、送信と受信との間の位相偏移の値を決定するステップであって、上記送受信位相偏移は、各伝送経路（１０_１、１０_２、１０_３）および上記戻り信号のすべての成分に対して上記レーダー内部に固定された信号通過点に対して決定されるステップと、その後、
   （３）上記伝送経路（１０_１、１０_２、１０_３）のうちの２つの変調のそれぞれについて、別々に、ステップ（２）で決定された上記送受信位相偏移（ΔΦ_０１、ΔΦ_０２、ΔΦ_０３）の上記値の間の差分に基づいて、上記２つの伝送経路のための伝送位相偏移（Φ_０２、Φ_０３）と呼ばれる、上記レーダーの上記２つの伝送経路によって生成される伝送放射間に存在する位相偏移の値を決定するステップと、を含む方法。
2. （４）上記２つの伝送経路（１０_１、１０_２、１０_３）のうちの少なくとも１つの位相オフセットの値を、好ましくは数値的に、調整するステップであって、上記位相オフセット値は少なくとも１つ後続のステップ（１）の実行の間に上記伝送経路によって生成される上記伝送放射（Ｒ_１）に影響を及ぼし、その結果、上記後続のステップ（１）の実行中に上記２つの伝送経路間に存在する上記伝送位相偏移（Φ_０２、Φ_０３）の上記値が、上記伝送ビームの所望の方向および形に対応するビームフォーミング目標値と一致するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 上記レーダーのミッション関連使用中に実行される方法であって、上記ミッション関連使用は、監視エリア内のターゲットを探索すること、またはターゲットの移動または進展を追跡することを意図した上記レーダーの動作シーケンスを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. ステップ（１）～（３）は、上記レーダーのいくつかの連続する動作シーケンス中に繰り返され、各伝送位相偏移（Φ_０２、Φ_０３）の上記値はステップ（３）の各繰り返しの最後に更新される、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 上記レーダーの上記連続する動作シーケンス中に伝送位相偏移（Φ_０２、Φ_０３）のそれぞれについて決定された上記値に基づいて、当該伝送位相偏移の進展の統計的分析を実行することをさらに含み、上記統計的分析の少なくとも１つの結果が所定の偏差閾値よりも大きい場合、レーダーメンテナンス作業がスケジュールされる、請求項４に記載の方法。
6. ステップ（２）は、上記送受信位相偏移（ΔΦ_０１、ΔΦ_０２、ΔΦ_０３）の値から、ステップ（１）の実施中に使用された制御されたビームフォーミング寄与（ΔΦ_Ｄ１、ΔΦ_Ｄ２、ΔΦ_Ｄ３）を、変調毎に減算することを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. ステップ（２）において、変調毎に、当該変調に従って分離された上記戻り信号の上記成分と、同じ変調に従って生成および変調された上記伝送放射（Ｒ_１）との間の振幅商（Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３）の値も決定される、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 上記振幅商（Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３）の平均は、各変調に対して、ステップ（１）～（３）の上記シーケンスの何回かの繰り返しのそれぞれにおいて当該変調に対して決定された上記振幅商値から計算され、
   各変調に対して、上記振幅商（Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３）の上記平均は、当該変調に対応する上記伝送経路（１０_１、１０_２、１０_３）に適用される振幅補正率において使用され、その結果、上記振幅補正率は上記レーダーの少なくとも１つの後続の動作シーケンス中に有効となる、請求項７に記載の方法。
9. 上記送受信位相偏移（ΔΦ_０１、ΔΦ_０２、ΔΦ_０３）の値は下記の３つの条件のうちの少なくとも１つが満たされた場合にのみ、変調毎にステップ（２）において決定される、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法：
   上記変調に従って分離された上記戻り信号の上記成分が、所定の強度閾値以上の強度を有する；
   上記変調に従って分離された上記戻り信号の上記成分が、上記変調に従って変調された上記伝送放射（Ｒ_１）に対して、ゼロであるか、所定の周波数偏移閾値以下であるか、または所定の周波数偏移閾値以上であるか、または所定の周波数偏移間隔内である、周波数偏移を有する；
   上記変調に従って分離された上記戻り信号の上記成分は、上記変調に従って変調された上記伝送放射（Ｒ_１）に対して、所定の位相変動閾値以下の位相変動を有する。
10. レーダーの各動作シーケンスにおいてそれぞれの伝送放射（Ｒ_１）を生成するように構成された、少なくとも２つの並置された伝送経路（１０_１、１０_２、１０_３）と、
    上記レーダーの各動作シーケンスにおいて戻り信号を検出するように構成された少なくとも１つの受信経路（２０）と、
    各伝送経路（１０_１、１０_２、１０_３）によって生成された上記伝送放射（Ｒ_１）を、当該伝送経路に割り当てられ、他の伝送経路のそれぞれに割り当てられた変調に直交する変調に従って、変調するように構成された変調器（１１）と、
    各変調に従って上記戻り信号をフィルタリングすることにより、当該変調を有する上記戻り信号の成分を分離するように構成されたフィルタ集合体（２２_１、２２_２、…）と、
    較正ユニット（１０３）と、を備え、
    上記較正ユニット（１０３）は、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されることを特徴とする、レーダー。

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