JP7423182B2 - 二次レーダーのアンテナパターンの測定方法および同方法を実装した二次レーダー - Google Patents

二次レーダーのアンテナパターンの測定方法および同方法を実装した二次レーダー Download PDF

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Description

本発明は二次レーダーのアンテナパターンの測定方法に関する。本発明はまた、同方法を実装した二次レーダーに関する。
本発明の分野は特に、航空交通管制（ＡＴＣ）であって、レーダーの性能が、約１００％を目標とする航空機検出レベル、および約０％を目標とする極めて低い誤検出率の両面で基本的である。
本発明はまた、レーダーの性能が航空機の「敵味方」識別に同じく基本的である軍事分野（ＩＦＦ）に有用である。
両方の用途において、性能は特に、ＬＶＡ（「大型垂直開口」）方式、または、ＡＴＣまたはＩＦＦに利用されるレーダーに適したブーム方式のアンテナのパターンの品質に関係している。
現在、レーダーサイトに設定されたアンテナのパターンの品質の測定は、
・局が保守中であるため、システムレベルでレーダーのカバー範囲が狭まっていること、
・送信（１０３０ＭＨｚ）中、アンテナ和（ＳＵＭ）、制御（ＣＯＮＴ）、および差（ＤＩＦＦ）の３パターン（２または４パターンの場合もある）を測定すべく外部リグを用いることが同時に求められる。
送信中の測定が、航空機がレーダーの使用種別（「空港」または「飛行中」構成）に応じて主に０．５°～２０°の間に位置しているのに対し、リグのエレベーションの値が、往々にしてゼロに近い極めて低いエレベーションの値の場合だけに実行されることに注意されたい。
アンテナパターンの予防的な周期的測定の間で、当該パターンの劣化をユーザーが認識するのは、時折レーダーの性能がもはや任務を達成できない程度に劣化した場合だけである。この場合、一時的にサービスが中断され、アンテナの修理を、レーダーの最も重要且つ複雑な保守作業であることを知った上で緊急の課題として実行しなければならない。
レーダーアンテナの効果的な保守は従って、解決すべき真に技術的な要件である。
本発明の目的は特に、上述の課題を解決することである。この目的のため、本発明の主題は、エレベーションスライス毎の二次レーダーのベアリング（方位）におけるアンテナパターンを測定する方法であって、各パターンは受信経路に紐付けられており、前記方法は、前記レーダーの空中環境に存在する目標により送信され、所与の回数のアンテナ回転にわたり検出された、同期応答および一方的なＦｒｕｉｔ（時間非同期偽応答）型の非同期応答を使用し、応答の各検出において、前記検出の時点、アンテナの主ビームの方位角（アジムス）の値、および前記経路の各々で受信された出力の値が前記検出に紐付けられていて、各非同期応答が、Ｆｒｕｉｔの時点まで外挿された前記同期応答の同一値との差分を求めることにより、そのベアリング、パターン毎の相対出力、およびエレベーションにより補強されていて、所与の回数の回転にわたり得られた前記値が保存され、測定されたパターンは、前記保存された値に基づいてサンプリングされる。
特定の実装モードにおいて、目標の各非同期応答に対して、
－ 前記目標の方位角に関する同期位置をＦｒｕｉｔ検出時点まで、およびアンテナの方位角に関する位置をＦｒｕｉｔ検出時点まで外挿することにより、アンテナベアリングを、
－ Ｆｒｕｉｔ検出時点を時間的に集約しつつアンテナの和経路の主ビームで得られた前記目標の前記同期応答の出力、およびアンテナの各パターンに対するＦｒｕｉｔの出力をＦｒｕｉｔの時点まで外挿することにより、相対出力を、
－ Ｆｒｕｉｔ検出時点を時間的に集約しつつ前記目標の同期応答内で受信されたエレベーションをＦｒｕｉｔの時点まで外挿することにより、エレベーションを計算する。
前記アンテナは、例えば、
－ 和パターン（ＳＵＭ）、差パターン（ＤＩＦＦ）、アンテナに対向する目標の応答を拒絶する制御パターン（ＣＯＮＴ＿Ｆｒｏｎｔ）、およびアンテナに背向する目標を拒絶する制御パターン（ＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋ）、
－ 和パターン（ＳＵＭ）、差パターン（ＤＩＦＦ）、制御パターン（ＣＯＮＴ）、
－ 和パターン（ＳＵＭ）と、差および制御パターン（ＤＩＦＦ／ＣＯＮＴ）
に従うパターンの組のうち１個を含んでいる。
Ｆｒｕｉｔ型の応答および同期応答は例えば、前記応答の取得を表す特徴により補強されていて、各応答に対して前記特徴が以下の特徴、すなわち
－ 前記アンテナの各パターンに従い受信された出力と、
－ 前記応答の検出時点と、
－ 前記検出の実行中における前記アンテナの主ビームの方位角、
のうち少なくとも１つである。
Ｆｒｕｉｔ型の応答の検出は例えば、Ｆｒｕｉｔ型の前記応答の検出の回転の周りの回転を行う間に得られた同期応答に基づいて得られた情報により補強され、当該情報は以下の特徴、すなわち
－ Ｆｒｕｉｔ型の前記応答の相対出力、
－ Ｆｒｕｉｔ型の前記応答のベアリング、
－ Ｆｒｕｉｔ型の前記応答のエレベーション、
のうち少なくとも１つである。
所与の回数の回転にわたり、和パターンへの目標の出力の関数としてのＦｒｕｉｔ型または同期応答の相対出力が、例えば２個のエントリを有するテーブルに蓄積され、テーブルは各アンテナパターンに紐付けられていて、一方のエントリがアンテナの主ローブの軸の関数としてのベアリング、他方のエントリがアンテナの水平性の関数としての目標のエレベーションである。各パターンの各セル（ベアリング、エレベーション）に対して最も可能性が高い相対出力は、平均、ヒストグラム、またはその他の種類のスキームにより決定される。
回転の所与の回数は、例えば前記パターンの進行中の劣化を明示すべく決定される。
アンテナは、ＩＦＦ用途と同様にＡＴＣ用途を目的とすることができる。アンテナは、例えば少なくとも２個のアンテナパターンを含んでいる。アンテナは固定式または回転式であってもよい。アンテナはまた、電子走査アンテナであってもよい。
有利な特徴として、前記パターンの測定値を用いて前記パターンの劣化レベルを確認する。
本発明の主題はまた、上述のような方法を実装する二次レーダーである。
本発明の他の特徴および利点は、添付図面に関する以下の記述により明らかになろう。
モードＳ二次レーダーの例示的な模式図である。 図１のレーダーへの本発明の方法のハードウェア実装を示す。 ３個の目標のＦｒｕｉｔによるアンテナパターンのサンプリングの例を示す。 ３個の目標のＦｒｕｉｔによるアンテナパターンのサンプリングの例を示す。 ３個の目標のＦｒｕｉｔによるアンテナパターンのサンプリングの例を示す。 ３個の目標のＦｒｕｉｔによるアンテナパターンのサンプリングの例を示す。 ３個の目標のＦｒｕｉｔによるアンテナパターンのサンプリングの例を示す。 ３個の目標のＦｒｕｉｔによるアンテナパターンのサンプリングの例を示す。 典型的にはＡＴＣ場に存在するＬＶＡ型のアンテナの場合に、本発明の方法により測定可能なアンテナパターンを各々１０３０ＭＨｚ（送信）および１０９０ＭＨｚ（受信）の周波数について示す。 典型的にはＡＴＣ場に存在するＬＶＡ型のアンテナの場合に、本発明の方法により測定可能なアンテナパターンを各々１０３０ＭＨｚ（送信）および１０９０ＭＨｚ（受信）の周波数について示す。 典型的にはＩＦＦ用途のより小さい寸法のブームアンテナに関する本発明の方法により測定可能なアンテナパターンを各々１０３０ＭＨｚ（送信）および１０９０ＭＨｚ（受信）の周波数について示す。 典型的にはＩＦＦ用途のより小さい寸法のブームアンテナに関する本発明の方法により測定可能なアンテナパターンを各々１０３０ＭＨｚ（送信）および１０９０ＭＨｚ（受信）の周波数について示す。
モードＳレーダーの例示的な模式図を示す図１に関して、このようなレーダーの原理を想起する。
モードＳ二次レーダーの原理（ＩＣＡＯ附属書１０、ｖｏｌ．４に詳細に定義）は、
－ 選択的な呼び掛け信号を送信し、その際に、
・受信側すなわちモードＳアドレスにより指定される単一目標を明示するか、
・または送信側の識別子を明示する、
－ 選択的な応答を受信し、その際に、
・送信側の識別子すなわち目標と同一のモードＳアドレスを明示するか、
・または受信側すなわち呼び掛け信号者の識別子を明示するものである。
通常の仕方で運用する場合、二次レーダーは同期モードで動作する、すなわち呼び掛け信号を送信し、呼び掛け信号に整合する応答を待つことにより、測定値（方位角および距離）により目標の位置特定および識別（モードＳアドレスを介して）を行うことができる。
上述のタスクを効果的に実行すべく、レーダーは複数のパターン１１、１２、１４、１５を有するアンテナ１とを備えており、それらの役割は従来、
－ 目標に呼び掛けてその同期応答を検出するための、以下にＳＵＭと表記する和パターン１１と、
－ ＳＵＭビーム内の目標の位置を精密に特定するための、ＤＩＦＦと表記する差パターン１２と、
－ ＳＵＭビーム内に存在しない、アンテナに対向する目標から発せられた応答を遮断および拒絶するための、ＣＯＮＴ＿ｆｒｏｎｔと表記する第１の制御パターン１５と、
－ アンテナに背向する（従って必ずしもＳＵＭビーム内に存在するとは限らない）目標から発せられた応答を遮断および拒絶するための、ＣＯＮＴ＿ｂａｃｋと表記する第２の制御パターン１４である。
レーダーの任務、従って期待される性能に応じて、アンテナは、
－ 複数のパターン、すなわち
・４個のパターン：ＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋ、
・３個のパターン：ＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ（ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔとＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋをアンテナレベルでグループ化）、
・２個のパターン：ＳＵＭ、ＤＩＦＦ／ＣＯＮＴ（ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋをアンテナレベルでグループ化）と、
－ 異なる寸法、すなわち
－ 幅方向に関して、
・大きい利得が得られる微細な主ビームを有するように、且つ方位角が選択的であって微細であるように大きい幅を有する、
－ 高さ方向に関して、
・ある程度の利得が得られ、地上反射（主にＡＴＣの場合）に対する防護を提供する大垂直開口（ＬＶＡ）型の大きい高さを有する、
・可動性（主にＩＦＦの場合）を与える「ブーム」型の小さい高さを有する寸法とを有していてよい。
ＳＵＭおよびＤＩＦＦパターンは従来、２．４°～１０°の３ｄＢでローブでは微細であるのに対し、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋパターンは各々実際に１８０°をカバーしようとする。
アンテナはまた、
－ 固定パターン、いわゆる「機械式」および回転アンテナ、
－ 変更可能なパターン、固定または回転式のいわゆる「ＡＥＳＡ」電子走査アンテナであってよい。
レーダーは運用中に（呼び掛け信号に紐付いていない）一方的な応答を受信する、当該応答を「時間非同期偽応答」すなわちＦｒｕｉｔと名付ける。当該応答がそのように名付けられる理由は、
－ 当該応答を拒絶するレーダーにより想定されていない（「偽」）、
－ 当該応答が、レーダーの同一カバー範囲内で同一目標から発せられた同期的応答と極めて類似した、同一周波数および同一メッセージ形式（「応答」）を有する応答であり、
－ 当該応答が、当該レーダーではなく別のレーダーの呼び掛け信号に紐付いているか、または目標によりＡＤＳ－Ｂ＿ｏｕｔスキッタ（「時間的に非同期」）のように周期的に送信された応答でさえあり得るからである。
Ｆｒｕｉｔｓは、その非同期的特徴のため、全てのアンテナパターンでレーダーにより受信される。
最後に、モードＳのＦｒｕｉｔｓは全て、各目標に紐付けられた一意なモードＳアドレスにより識別可能である。
二次レーダーにより生成されたＦｒｕｉｔｓは現在、処理前にフィルタリングする必要がある欠陥として処理されているが、本発明は有利な特徴として、処理中にこれらのＦｒｕｉｔｓを利用してアンテナパターンを測定する。
以下に記述するように、本発明の原理は従って、モードＳのＦｒｕｉｔｓを利用して二次レーダーのアンテナのパターンを永続的に測定するものである。アンテナパターンを連続的に測定するためのＦｒｕｉｔｓのこのような利用は、検出環境内に航空機が存在する、および時には呼び掛け側が存在することを好機を捉えて巧みに利用するものである。
有利な特徴として、上述のアンテナの種類に依らず、この利用は、レーダーの機能的動作に一切影響を及ぼさない。レーダーの運用に追加的なＲＦ送信を一切必要とせず、従って、１０３０／１０９０ＭＨｚのＲＦ環境を阻害しない。
本発明をより詳細に記述する前に、図１のモードＳレーダーの構成要素について記述する。当該模式図は、モードＳレーダーの同期的動作における、
－ 呼び掛け信号の生成を左側１００に、
－ 紐付けられた応答の同期的処理を右側部分２００に示すと共に、
左右間の横方向矢印により後者との同期化を示す。
主な要素の機能について以下に述べる。
アンテナ１は、４個のパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋ、または２個のパターンＳＵＭ（ＤＩＦＦ／ＣＯＮＴ）あるいは３個のパターン（ＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ）による、１０３０ＭＨｚでの呼び掛け信号、および１０９０ＭＨｚで返される応答の放射を保証する。
回転接合部２およびアンテナドロップケーブルは、
－ ４個のパターンに対して独立に１０３０ＭＨｚで送信された信号と１０９０ＭＨｚで受信された信号をレーダーの回転部分と固定部分との間でＲＦ結合すること、および
－ アンテナの主ローブの軸の方位角位置２０１をブロードキャストすることを保証する。
ＲＦ処理は、
－ ４個のパターンに対して独立に１０３０ＭＨｚで送信された信号と１０９０ＭＨｚで受信された信号とのＲＦ結合を保証するデュープレクサまたはサーキュレータ３と、
－ 送信器４、すなわち
－ ＳＵＭパターンへの１０３０ＭＨｚでの呼び掛け信号の送信、
－ ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋパターンによる１０３０ＭＨｚでのＳＵＭローブの外側でのトランスポンダの遮断、
－ 各種の二次プロトコルＩＦＦ、ＳＳＲおよびモードＳに対して上記を行うことを保証する送信器４と、
－ 各種の二次プロトコルＩＦＦ、ＳＳＲおよびモードＳに対して、４個のパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋにおける１０９０ＭＨｚでの応答の受信を保証する受信器５とを含んでいる。
実時間処理は、
－ 各種の二次プロトコルＩＦＦ、ＳＳＲおよびモードＳの呼び掛け期間および付随するリスニング期間の実時間管理を保証する時空間管理６と、
－ 信号処理７、すなわち
・各種の二次プロトコルＩＦＦ、ＳＳＲおよびモードＳの呼び掛け信号に付随するリスニング期間中の応答の処理、
・以下の４個のパターンを、
・ＳＵＭ：主ローブ内で受信された応答を検出するため
・ＤＩＦＦ：ＳＵＭ主ローブ内で受信された応答の方位角を精密に特定し、任意選択的に検出するため
・ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋ：ＤＩＦＦ主ローブ内で検出された場合、ＳＵＭおよびＤＩＦＦサイドローブで受信された応答を拒絶するために利用することによりアンテナの主ローブの同期的応答の検出および復号を保証する信号処理７とを含んでいる。
アンテナの主ローブ内での処理は、
－ ローブ内に存在する目標の管理８、すなわち
・各種の二次プロトコルＩＦＦ、ＳＳＲおよびモードＳに対して次のローブ内で実行されるトランザクション（呼び掛けおよび応答）の準備、
・モードＳ呼び掛け信号および応答の、直前に実行されたトランザクションの状態の関数として将来の「ロールコール」期間内での配置を保証する管理８と、
－ ローブ内で受信された同期応答に基づいて、各種の二次プロトコルＩＦＦ、ＳＳＲおよびモードＳに対するブリップの構築を保証する抽出器９とを含んでいる。
多回転処理１０は、
－ 目標の位置の予測（アンテナランデブー）と、外部の要求および以前の回転のトランザクションの状態に応じて当該位置に関して実行すべきタスクの準備とを保証する、カバー範囲内の目標に関して実行すべきモードＳタスクの管理１０１と、
－ 性能を向上（偽ブリップの除去、特に復号されたデータの制御）させ、目標の将来位置を予測すべく目標の追跡を保証する、ブリップの紐付けおよびカバー範囲内の目標の追跡１０２とを含んでいる。
ユーザーとのインターフェースにより、レーダーは様々な要求を考慮してブリップおよび目標の追跡を見ることができる。
図２に、本発明に固有な要素で補強された、図１のレーダーを模式的に示すことによる本発明のハードウェア実装を示す。モードＳレーダーに適用される本発明の主な要素を図２に太字ハイフンで示す。モードＳレーダーの動作は同期的であるが、追加された処理２１、２２は送信関連ではなく、アンテナ２３の主ローブの軸の方位角位置だけを用いる。
大多数の要素は不変のままであるため、本発明がモードＳレーダーの機能的動作に介入しないことが特に確認される。
第１の追加的処理２１は、モードＳにおける非同期応答の（呼び掛けに信号紐付けられたリスニング期間から独立した）永続的な処理であり、当該処理２１は、４個のアンテナパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿Ｆｒｏｎｔ、ＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋを別々に、但し同等に用いて、
－ 受信された全ての同期および非同期応答を検出し、
－ 当該応答からモードＳアドレスを抽出すべく、歪曲されていない応答を復号し、
－ 各々の復号応答を、その特徴、特に検出時点、検出中におけるアンテナの主ローブの方位角、ＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋパターンで受信された出力で補強することにより、非同期応答の検出および復号を保証する。
この目的のため、時空間管理６は、アンテナの主ローブの方位角位置２３をモードＳの非同期応答の永続的処理２１に送信する。
ＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋパターンで測定された出力による同期応答の補強は有利な特徴として並行して行われる。
抽出器９のレベルで、各応答に対してＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋで測定された出力およびアンテナ方位角と共に、モードＳブリップのその同期応答による補強も行われる。
第２の追加的要素２２は、（全てのモードの）同期応答および非同期モードＳの応答に基づくアンテナパターンのエレベーションでの計算を保証するアンテナパターンの処理である。当該第２の処理は多回転処理に追加され、目標のブリップおよび追跡１０２の組み合わせが、ＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋで測定された出力およびアンテナ方位角により補強された応答が補足されたモードＳアドレス、時間および位置をと共にトラックを送信する。
例えば上述の補完的要素を備えた二次レーダーは、本発明による方法を実装可能である。当該レーダーは、同期および非同期モードＳ応答（特にＡＤＳ－Ｂスキッタを含むＦｒｕｉｔｓ）を巧みに用いて、レーダーのアンテナのパターンを当該レーダーの全てのベアリングでサンプリングする。無論、Ｆｒｕｉｔｓを利用してアンテナパターンを測定する原理が可能なのは、周囲の空間に航空機が存在する、あるいは時には呼び掛け側が存在する場合だけであり、これが現実的なケースである。
図３ａ～３ｆに例示的に、３個の目標３１、３２、３３のＦｒｕｉｔｓによるアンテナパターンのサンプリングを示す。アンテナパターンは、横座標で方位角を表し、縦座標で回転アンテナの回転中の各方位角位置に応じた利得を表す２軸座標系で表されている。
図３ａ～３ｆに本発明の上述の原理を示す。任意の時点で受信されたＦｒｕｉｔｓは、アンテナの各ベアリングでアンテナパターンをサンプリングする。本発明はこの特性を有利に利用する。
より具体的には、図３ａ～３ｆは、Ｆｒｕｉｔを受信中の各方位角すなわち０°、２０°、１００°、１５０°、２７０°および３６０°（方位角０°は北の方向を示す）での所与のアンテナ回転（アンテナ回転Ｎ）での３個のパターンすなわち和ＳＵＭ、差ＤＩＦＦおよび制御ＣＯＮＴを表している。
各方位角に位置する３個の目標３１、３２、３３は、当該回転Ｎの間に数個のＦｒｕｉｔｓを生成し、
－ 第１の目標３１は方位角１００°で東向きであり、方位角の増大に伴い僅かに移動しており、
－ 第２の目標３２は方位角１８０°で南向きであり、方位角の減少に伴い僅かに移動しており、
－ 第３の目標３３は固定された方位角２６０°で西向きである。
要約すれば、本例において、目標から発せられたＦｒｕｉｔｓは同時点で、従って全く同一のアンテナ方位角、但し無論アンテナの異なるベアリングで検出されたと考える。
Ｆｒｕｉｔの各検出において、本発明は、同一時点で、そのベアリングが目標から外れた程度と、各パターンで受信された相対出力レベルとを紐付ける。
表１は、図３ａ～３ｆの例に関して、３個の目標のＦｒｕｉｔｓによりサンプリングされるアンテナパターン値を示す。
Figure 0007423182000001
回転Ｎの終了時点で、上述の値は、どの目標がＦｒｕｉｔｓを生成したかに依らず（または、出力、方位角等に関する基準に従い特定の目標を選択することにより）以下の表２に示すように、以前のアンテナ回転中に得られた値に、ベアリングすることの関数として累算される。
当該表において、回転Ｎの「後」の値は未だに存在しない（回転Ｎ＋１の場合）。回転Ｎの「前」の値は各ベアリング毎に異なっており、これをＸｘ、ＹｙおよびＺｚの表記により表す。表２において、第１の目標からの測定値を通常の文字で、第２の目標からの測定値を太字で、第３の目標からの測定値をイタリック文字で示している。
Figure 0007423182000002
目標およびＦｒｕｉｔｓが多く存在する環境で多数回の回転に適用される当該原理により、アンテナの各々のＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴパターンの各ベアリングに対して多数の測定値（測定値の累算）にわたる平均（またはヒストグラム）を決定することが可能になり、考慮するレーダーサイトにおけるアンテナの良好な精度が保証される。上述の多数回の回転は例えば、期待されるパターンの精度およびサイトのＦｒｕｉｔｓの密度に応じて１日または１週間以上の動作にわたり得られる。
ＬＶＡ型のアンテナの場合、同期応答で送信された気圧高度を介して目標の高度が既知の場合、目標のエレベーションのスライスに基づいて同一アプローチを行うことができる。エレベーションスライスに基づくアンテナの様々なパターンＳＵＭ、ＣＯＮＴおよびＤＩＦＦの測定は従って毎日（時間基準は例えば２４時間）実行して、当該テンポで保守サービスにブロードキャストすることができる。
有利な特徴として、当該測定原理による日次（または生じ得る劣化が本質的に遅いと考えて実際には週次）で測定されたアンテナパターンのモニタリングにより、これらのパターンに生じ得る漸進的な劣化、特にエレベーションのパターンの変形の検出が可能になる。このパターンの変形により、故障した放射要素の位置を特定することが可能になる。この変形を永続的に解析することにより、必要ならばレーダーの性能が劣化する前にＨＵＭＳ（「健全性および使用状況モニタリングシステム」）方式のアプローチで修理作業を予定すべく自動的に警告することができる。
図３ａ～３ｆに関して記述した例は、３個のアンテナパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦおよびＣＯＮＴを扱う。同一原理が２個のパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦ／ＣＯＮＴと同様に、４個のアンテナパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋに当てはまる。
Ｆｒｕｉｔｓに対応する非同期応答の復号は、当業者に公知の仕方で、従来型レーダーの同期応答を復号と同様に実行される。
本発明のレーダーによる応答検出は、以下の表３に要約するように、当該応答が同期または非同期であるかに応じて異なる。
Figure 0007423182000003
同期または非同期の全ての応答は、どのパターンが検出および復号したかに依らず、各パターンに従い測定された出力で補強される。
図４ａ、４ｂに、ＡＴＣ場におけるＬＶＡ型アンテナの場合に、本発明の方法により測定可能なアンテナパターンを、各々１０３０ＭＨｚ（送信）および１０９０ＭＨｚ（受信）の周波数について示す。
同期および非同期モードＳ応答の検出に紐付けられた、３個のアンテナパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴの振幅情報の相関を求めることにより、当該パターンをエレベーションスライスに基づいて構築することが可能になる。更に、送信時および受信時にアンテナの同一放射要素を用いるため、受信時の受動解析により、送信時においてもパターンを検証することが可能になる（送受信パターン間の強い類似性により示す）。検証は、機能に影響を及ぼすことなく、且つ一切の外部リグ無しでレーダーの運用全体にわたり有利に実行することができる。
図５ａ、５ｂに、ＩＦＦ用途に寸法が小さいブームアンテナに関する本発明の方法により測定可能なアンテナパターンを、各々１０３０ＭＨｚ（送信）および１０９０ＭＨｚ（受信）の周波数について示す。ここでも、送受信パターン間の類似性が重要であることが分かる。
従って、ＩＦＦ用途の場合と同様にＡＴＣ用途において、１０３０ＭＨｚ（送信）および１０９０ＭＨｚ（受信）でのパターン間の類似性は、受信時のＦｒｕｉｔｓの処理により、所与の期間にわたる、例えば本発明で提案するように日次での送信および受信時の劣化が検出可能になる。
更に、ＳＵＭおよびＤＩＦＦパターンのサイドローブ４２のピークは、アンテナの主ビーム４１により得られた最大利得に対して－２５ｄＢ～－３５ｄＢのオーダーであり、本発明は、受信された出力レベルが、応答を検出および復号するための閾値を少なくとも３０ｄＢ上回る近くの目標だけを用いることを提案する。これにより、ＳＵＭおよびＤＩＦＦパターンのサイドローブの最大値を表すことが可能になり、従って目標がレーダーの周辺で半径５０Ｎｍ（オペレータにより調整可能なパラメータの典型的な値）以内にあるＦｒｕｉｔｓだけを用いることにつながる。
工場受入アンテナパターンのプロットを例えば０．１°未満のベアリング間隔で設ける。当該精度の結果、ＨＵＭＳ方式における本発明によるアンテナパターンの測定間隔に対して、以下の点を結論付けることができる。すなわち、
－ サイドローブの上方回転が当然ある程度生じる前提で、主ローブの外側では１°のオーダーの精度で充分であり、
－ 主ローブ内で０．１°のオーダーでより高い精度を維持することができる。
パターンの解析間隔に関して上述の厳密な詳細事項は表示により与えられる。当該詳細事項は、精度の観点から要件、および特にレーダーの近傍の航空機の利用可能なできるＦｒｕｉｔｓ率の関数としてオペレータによりパラメータ化することができる。
本発明によるレーダーが用いる非同期応答のような同期応答は、特に検出時点、モードＳアドレス、アンテナ方位角、および様々なパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿ＢＡＣＫで受信された出力に関して共通の特徴を含んでいる。レーダーの同期検出は従来、アンテナの回転とテンポを合わせて、典型的には４秒～１２秒の間に生じる。一般に、ヨーロッパにおけるＦｒｕｉｔｓ率は毎秒の数千個と推定され、従って、アンテナの１回転当たり５０００～１００００Ｆｒｕｉｔｓのオーダーの検出という推定につながる。これは有利な特徴として、アンテナの回転に関するＦｒｕｉｔｓの非同期的特性により、ベアリングに関する良好なサンプリングを可能にする。一方、エレベーションに関するサンプリングは、目標の飛行中に当然ながら相当緩慢に変動する目標の距離および高度の分布に直接依存するため、様々なエレベーションスライスに対してアンテナパターンを決定するために比較的長い持続期間を必要とする。
主ローブ内での各回転で得られる同期応答に関して、従来のレーダーでは、ブリップを形成する抽出器がこれらの応答を紐付けて、ブリップの特徴を形成すると共に、特に特定のレーダーの場合、同期応答がアンテナの軸に対して目標から外れた程度（オフボアサイト角（ＯＢＡ））および測定された応答出力に基づいてＳＵＭパターンのノーズで受信された最大出力を決定する。
本発明では、各非同期応答に対して、
－ アンテナベアリングを、前記目標の方位角に関する同期位置をＦｒｕｉｔ検出時点まで、およびアンテナの方位角に関する位置をＦｒｕｉｔ検出時点まで外挿することにより、
－ 相対出力（４個のパターンの和経路の最大値に関してなされた）を、Ｆｒｕｉｔ検出時点を時間的に集約しつつアンテナの和経路の主ビームで得られた前記目標の前記同期応答の出力、およびアンテナの各パターンに対するＦｒｕｉｔの出力をＦｒｕｉｔの時点まで外挿することにより、
－ エレベーションを、Ｆｒｕｉｔ検出時点を時間的に集約しつつ前記目標の同期応答内で受信されたエレベーションをＦｒｕｉｔの時点まで外挿することにより、
計算する。
従って、時間的にＦｒｕｉｔを集約しつつ、アンテナの和経路（ＳＵＭ）の主ビーム４１により受信された同期応答の出力により、主ビームに入っていた場合の目標の出力がＦｒｕｉｔの時点で推定され、各パターンへのＦｒｕｉｔの出力との差分を求めることにより４個のパターンに対してＳＵＭパターン（最大利得）のアンテナの主ビームとＦｒｕｉｔのベアリングでのサイドローブとの間の相対出力が得られる。
本発明によれば、各ＦｒｕｉｔＦＮ，ｉに対して、および各同期応答に対して、（例として与える）以下のデータが各アンテナパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋに紐付けられた２個のエントリのテーブルに累積されている。すなわち
－ ベアリングについて、
・主ローブの－３ｄＢで－１８０°から１°間隔で－方位角まで［ＡＴＣの場合は典型的に－２．４°まで］
・主ローブの－３ｄＢで＋１８０°から１°間隔で＋方位角まで［ＡＴＣの場合は典型的に＋２．４°まで］
・（－３ｄＢで－方位角）から０．１°間隔で（主ローブの－３ｄＢで＋方位角）まで［ＡＴＣの場合は－２．４°から＋２．４°まで］
－ エレベーションについて、
・０°から２０°まで１°間隔で、
－ ＦｒｕｉｔＦＮ，ｉの値により、
・ＦｒｕｉｔＮ，ｉの持続期間中のアンテナベアリング、
・ＦｒｕｉｔＮ，ｉの持続期間中の目標エレベーション
－ アンテナパターンの相対出力の値
・ＦｒｕｉｔＮ，ｉの持続期間中の相対ＳＵＭ出力
・ＦｒｕｉｔＮ，ｉの持続期間中の相対ＤＩＦＦ出力
・ＦｒｕｉｔＮ，ｉの持続期間中の相対ＣＯＮＴ＿Ｆｒｏｎｔ出力
・ＦｒｕｉｔＮ，ｉの持続期間中の相対ＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋ出力
典型的には１日、またはパターンの測定に際してオペレータが要求する精度に応じて更に長い極めて緩慢な期間にわたり、
－ 各アンテナパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋに対して、
－ 各エレベーションスライスに対して、
－ 各ベアリングするスライスに対して、
各セル内に累積された相対出力の平均を計算する。
必要ならば、パターンの各セルを測定に用いるＦｒｕｉｔｓの量および質を考慮することにより、各アンテナパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋ内でスムージングが実行される。
本発明によれば、様々なアンテナパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔおよびＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋのテンプレートは例えば、レーダーサイトに備えるアンテナの（工場受入を行う間の）工場プロットの関数として決定される。
典型的には毎日行われる、Ｆｒｕｉｔｓによるアンテナパターンの計算に続いて、本発明は、実行した測定をエレベーションに関するテンプレートと比較し、テンプレートから外れた点の要約を生成して、例えばパターンの測定に用いたＦｒｕｉｔｓの量と質を考慮することにより重み付けする。
例えば日次のこのＨＵＭＳ要約により、アンテナパターンの潜在的に進行中の劣化を評価することが可能になる。
更に、アンテナパターンの特徴的変形がアンテナの特定部分の各種の劣化の関数として既に確定していれば、本発明は例えば以下に従い劣化要素、すなわち
－ ベアリングおよびエレベーションに関するパターンＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔまたはＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋの均一なレベル損失を、
・恐らくＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔまたはＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋの回転接合部の劣化を強調し、
・恐らくＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔまたはＣＯＮＴ＿ＢａｃｋのＲＦケーブルの損失の増大を強調しながら、
－ 特定のベアリングでのサイドローブでのＳＵＭ、ＤＩＦＦ、ＣＯＮＴ＿ＦｒｏｎｔまたはＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋパターンのエレベーションに依らない上方回転を
・恐らく放射カラムの劣化を強調しながら提案する。
他の劣化要素も同様に強調することができる。
複数のテンプレートに関して実行された４個のアンテナパターンの上述の永続的な解析により、性能の劣化を機能レベルで定量化して、最終的には同一アンテナを用いるレーダーまたはＡＤＳ－Ｂ受信器が劣化または実際に故障している旨を宣言することが可能になる。
性能を保証する通常のテンプレートを越えて、専用テンプレートを、劣化に続いてアンテナパターンの変形が伴うであろうアンテナの通常の劣化を検出する目的で決定することができる。これは次いで、アンテナの故障した要素の位置を事前に特定して、レーダーが動作停止する前に代替を計画できるようにする。
有利な特徴として、本発明による方法は、専用の送信を一切行うことなく、永続的に、且つレーダーの機能を妨げることなく、動作フェーズ中に実行される。
１ アンテナ
２ 回転接合部
３ サーキュレータ
４ 送信器
５ 受信器
６ 時空間管理
７ 信号処理
８ 管理
９ 抽出器
１０ 多回転処理
１１、１２、１４、１５ パターン
２１，２２ 処理
２３ アンテナ
３１、３２、３３ 目標
４１ 主ビーム
４２ サイドローブ
１０１ 管理
１０２ 追跡
２００ 右側部分
２０１ 方位角位置

Claims (12)

  1. エレベーションスライス毎の二次レーダーのアンテナのベアリングにおけるアンテナパターン（１）を測定する方法であって、各パターン（１１、１２、１４、１５）が受信経路（５）に紐付けられている方法において、前記方法が、前記二次レーダーの空中環境に存在する目標により送信され、所与の回数のアンテナ回転にわたり検出された、同期応答および一方的なＦｒｕｉｔ型の非同期応答を使用し、同期応答のまたはＦｒｕｉｔ型の応答の各検出において、前記検出の時点、前記アンテナの主ビーム（４１）の方位角の値、および前記経路の各々で受信された出力の値が前記検出（２１）に紐付けられていて、Ｆｒｕｉｔの時点まで外挿された前記同期応答のベアリング、パターン毎の相対出力、およびエレベーションに基づいて、各非同期応答が、そのベアリングにより、そのパターン毎の相対出力により、およびそのエレベーションにより補強されていて、所与の回数の回転にわたり得られた非同期応答の前記ベアリング、前記パターン毎の相対出力、および前記エレベーションが保存され、前記測定されたパターンが、前記保存された値（２２）に基づいてサンプリングされることを特徴とする方法。
  2. 目標の各非同期応答に対して、
    － 前記目標の方位角に関する同期位置をＦｒｕｉｔ検出時点で、および前記アンテナの方位角に関する位置を前記Ｆｒｕｉｔ検出時点で推測することにより、アンテナベアリングを、
    － Ｆｒｕｉｔの時点でＦｒｕｉｔ検出時点を時間的にひとくくりにしつつ前記アンテナの和パターンの主ビーム（４１）で得られた前記目標の前記同期応答の出力、および前記アンテナの各パターンに対する前記Ｆｒｕｉｔの出力を推測することにより、相対出力を、
    － 前記Ｆｒｕｉｔの時点でＦｒｕｉｔ型の非同期応答の検出時点を時間的にひとくくりにしつつ前記目標の同期応答内で受信されたエレベーションを推測ることにより、エレベーションを計算することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記アンテナが、
    － 和パターン（ＳＵＭ）、差パターン（ＤＩＦＦ）、前記アンテナに対向する目標の応答を拒絶する制御パターン（ＣＯＮＴ＿Ｆｒｏｎｔ）、および前記アンテナに背向する目標を拒絶する制御パターン（ＣＯＮＴ＿Ｂａｃｋ）、
    － 和パターン（ＳＵＭ）、差パターン（ＤＩＦＦ）、制御パターン（ＣＯＮＴ）、
    － 和パターン（ＳＵＭ）ならびに、差および制御パターン（ＤＩＦＦ／ＣＯＮＴ）
    に従うパターンの組のうち１個を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. Ｆｒｕｉｔ型の応答および同期応答が、Ｆｒｕｉｔ型の応答の取得をまたは同期応答の取得を表す特徴により補強されていて、前記特徴が以下の特徴：
    － 前記アンテナの各パターンに従い受信された出力、
    － 前記応答の検出時点、
    － 前記検出の実行中における前記アンテナの前記主ビームの方位角、
    のうち少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
  5. Ｆｒｕｉｔ型の応答の検出が、Ｆｒｕｉｔ型の前記応答の検出の回転の周りの回転を行う間に得られた同期応答に基づいて得られた情報により補強され、前記情報が以下の特徴：
    － Ｆｒｕｉｔ型の前記応答の相対出力、
    － Ｆｒｕｉｔ型の前記応答のベアリング、
    － Ｆｒｕｉｔ型の前記応答のエレベーション、
    のうち少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記所与の回数の回転にわたり、前記和パターンへの前記目標の出力の関数としてのＦｒｕｉｔ型または同期応答の相対出力が、２個のエントリを有するテーブルに蓄積され、テーブルが各アンテナパターンに紐付けられていて、一方のエントリが前記アンテナの主ローブの軸の関数としてのベアリングであり、他方のエントリが前記アンテナの水平性の関数としての前記目標のエレベーションであることを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
  7. 各パターンの各セル（ベアリング、エレベーション）に対して最も可能性が高い相対出力が、平均またはヒストグラムのスキームにより決定されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  8. 前記回転の所与の回数が、前記パターンの進行中の劣化を明示すべく決定されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 前記アンテナが、ＡＴＣまたはＩＦＦ型の二次レーダーに適合されていて、少なくとも２個のパターンを含んでいることを特徴とする、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 前記アンテナが固定式または回転式の電子走査アンテナであることを特徴とする、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 前記パターンの測定値を用いて前記パターンの劣化レベルを確認することを特徴とする、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法を実装することを特徴とする二次レーダー。
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