JPH02287176A - レーダの送信／受信における安定性の測定方法とその測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーダ技術に関する。更に特定すると本発明は
、地上に設置され、任意の種類の移動目標、例えば特に
空港進入管制のために飛行中の航空機を探知及び追跡す
るために使用されるレーダに関する。

本発明は、−船釣に有効な移動目標と一般的には有効で
ない固定目標とを、周期的に発生するレーダの幾つかの
連続パルスにおける受信信号の振幅及び位相の変化を使
用することにより区別する、移動目標識別用の任意のレ
ーダ装置に適用することができる。このようなレーダに
おいては、レーダの受信機め出力にある固定目標キャン
セラ内で移動目標と固定目標とを区別することは、レー
ダの送信回路及び受信回路の双方においてレーダ自体に
よって惹起される信号の振幅及び位相の変化によって制
限される。

移動目標を固定目標と区別するためには、少なくとも１
９５０年以降は、受信信号の振幅及び位相の変化が使用
されている。このことに関する有効な参考文献は、Ｍｅ
ｒｒｉｌ　１．５ＫＯＬＮＩＫ、　Ｒａｄａｒ　Ｈａｎ
ｄｂｏｏｋ。

ＭｃＧＲ＾ト旧ＬＬ、特にこの第１７章のＷｉｌｌｉａ
ｍ　Ｈ，Ｓｔ！Ｒ＾ＤＥＲによるページ１７−２〜１７
−５０に見ることができる。

非常に早くから専門家らは、このような技術によってレ
ーダの送信機／受信機セットに振幅及び位相のある程度
の安定性が得られ、これが求められる全体の性能と両立
することを見出していた。送信及び受信におけるこの安
定性は間もなく、それらの構造に応じて「コヒーレント
な」または「コヒーレントにされた」レーダと称される
この種のレーダの送信機／受信機セットの主要な技術的
特性の１つになり、専門家はそれを特定化及び測定する
努力を重ねてきた。

この種の測定を行うのに適当な測定方法が発見され且つ
特定の装置が構築された。

現在最も一般的に使用されている方法は、固定目標の存
在下に受信機の２つのビデオ電圧Ｉ及びＱをディジタル
形態で記憶することからなる。−方の電圧Ｉは位相ビデ
オ電圧と称され、他方の電圧Ｑは直角位相ビデオ電圧と
称される。固定目標は実在のものであるか、または遅延
もしくは非遅延の送信信号サンプルを受信機内に注入す
ることによってシミュレーションされるかのいずれかで
ある（第１図参照）、レーダが特定の再生周波数で送信
すると、連続する対（１，Ｑ）が形成される。

各対（１、Ｑ＞は、それぞれが使用されるアナログ−デ
ィジタル変換器に対応する多数のビットを有する２つの
ディジタル化サンプルワードに変換される。上記アナロ
グ−ディジタル変換器は一般的にはレーダ自体のキャン
セラ内に包含されるものである。連続サンプルに見られ
る変化は測定される不安定性を表わしており、時間分野
においては平均及び標準偏差の計算に従って解析され、
または周波数分野においてはフーリエ変換による計算及
び得られたスペクトルの解析に従って解析される。

フーリエ変換による計算は、近代的なレーダがドツプラ
フィルタバンクが受信した信号を処理するという益々一
般的になりつつある場合には、その結果が解釈するのに
直接的で且つ都合良いことから一般に好ましい。

送信／受信におけるレーダの安定性の測定は、振幅が大
きい電圧信号における僅かな変化を測定することが要求
されるが故に困難な操作である。

この測定に使用される装置は近年、安定性の点でレーダ
の性能特性が高まることと両立するように改良がなされ
ている。

目下のところ要求されている安定性レベルは、これまで
に使用されている測定装置が与えないような、測定され
るべきパラメータの値と測定装置自体によって導入され
る誤差（ｆａｕｌｔｓ）との間に充分な余裕をもって測
定を行なうのに要求される品質及び精度である。

特にほとんどのレーダに使用されている、２つのビデオ
電圧信号Ｉ及びＱを受信する２つのアナログ−ディジタ
ル変換器は、出力の有効ビットの数によって制限される
符号化ダイナミックレンジを有する。このビット数自体
は、コストと専門的及び技術的な実行可能性とを考慮す
ることにより制限される。

一般に使用されるアナログ−ディジタル変換器の有効ビ
ット数は、目下のところは１２ビツトである。これは、
２つの電圧経路Ｉ及びＱのそれぞれにおいて限界電圧−
ｖＨ＾×及び＋Ｖ□８間に２１２４０９６の電圧レベル
があることに対応する。ノイズ及び他の弱信号を適正に
符号化するために、これらの信号はゼロの両側で少なく
と６３または４つの符号化レベルを占有するべきである
ことが考えられる。この結果、測定ダイナミックレンジ
は、４０９６を２ｘ３＝６または２ｘ４＝８で除算し、
これをデシベルで表わして、ＺＯｌｏｇ（４０９６／（
６または８））＝５４または５７−ｄ　Ｂの範囲となる
。

このダイナミックレンジは、−６０ｄＢまたはそれ以上
の範囲のレーダ装置の安定性を測定するのには不充分で
あり、これから生じる−６５〜−７０ｄＢの範囲の部分
的寄与を測定するためには更に不充分である。

この測定の問題点に対する公知の方法は、より大きいビ
ット数を有するアナログ／ディジタル変換器を使用する
ことからなる。ビット数を大きくすると、特に測定装置
の実施例が分配される各レーダに与えられねばならない
場合、または測定装置がレーダ自体に一体化されねばな
らない場合に、測定のダイナミックレンジを増大し測定
装置のコストの損害に及ぶ。

１肌血ｌＩ 従って本発明は、従来技術の上記欠点を解消し、且つ特
に、同時に少数のビットを有するアナログ／ディジタル
変換器を使用しながら、好ましくはより高い測定品質及
び精度を提供する、レーダの送信／受信における安定性
を測定する方法及び装置を提供することを目的とする。

このために７本発明は、送信／受信におけるレーダの安
定性を測定する方法であって、固定目標によって反射さ
れ且つ該レーダに受信された信号に由来してレーダ受信
機の位相検出器から出る電圧信号を、該信号が揺らぎを
受けることを免れ得ない有意な時点で測定する第１のス
テップと、前記電圧信号の安定部分を実質的に消去し且
つ前記有意な時点にこのように得られた電圧信号の揺ら
ぎを測定するために、所定の位相及び振幅を有する追加
信号が前記受信機内で前記受信信号に重ね合わせられる
第２のステップとを包含する方法を提供する。

更に本発明は本発明の方法を実施するための測定装置で
あって、レーダが、アナログ／ディジタル固定目標キャ
ンセラと、該装置に包含されるアナログ／ディジタル変
換手段とに向かって送信される直交位相の２つのビデオ
電圧信号を生成する受信信号受信機を備えており、また
該装置は、第２のステップにおいて振幅及び位相を調整
するための手段によって前記追加信号を生成する手段を
備えており、前記追加信号が該レーダ受信機の受信信号
入力に与えられる測定装置を提供する。

本発明の他の長所及び特徴は、添付の図面を参照して行
なう以下の説明からより明らかになろう。

火１舅 第１図は電力増幅器を備えたタイプの公知のコヒーレン
ト発振器ＲＡＤの主構成部品を示す、レーダＲＡＤは必
然的に、周期パルス送信機ＥＭと、周期パルス受信機Ｒ
Ｅと、送信機ＥＭの出力と受信機ＲＥの入力との間に相
互に接続され且つアンテナ八Ｎに接続されたデュプレク
サＤＯと、２つの発振器ＯＬ及びＯＣとを有する。

第１の発振器ＯＬは、ラジオ周波数パルスをそれぞれ送
信ｆｉＥＭ及び受信機ＲＥに包含されている２つのミク
サＭＴ及びＭＲに向かって送信する安定局所発振器であ
る。

送信機ＥＭにおいては、ミクサＭＴは第２の入力によっ
て第２の発振器ＱＣからのパルスを受信する。

この第２の発振器ＯＣは、受信機ＲＥにおいて基準位相
として使用されるパルスを生成する、中間周波数のコヒ
ーレント発振器を形成する。ミクサＨＴはラジオ周波数
の周期パルス列を発信し、このパルスは増幅器静によっ
て増幅され、デュプレクサＤｔｌを通してアンテナ八Ｎ
によって送信される。

受信に関しては、発信されたパルスは目標で反射した後
にアンテナ八Ｎ及びデュプレクサＤＵを通って受信され
、その受信パルス信号ＳＲはミクサＭＲ内で局所発振器
ＯＬから来たパルスと混合され、中間周波数に変換され
る０次いで受信機ＲＥにおいては、中間周波数の受信信
号は、第２の入力がコヒーレント発振器ＯＣに接続され
ている位相検出器ＤＰの増幅器入力に与えられる。位相
検出器ＤＰは、受信信号及び基準信号間の相対位相と受
信信号の振幅との関数である出力信号を発信するために
、受信信号ＳＲの位相と発振器ＯＣによって生成された
基準信号ＲＥＦの位相とを比較する。

更に位相検出器は、移動目標のエコーのみをレーダスク
リーン上に表示するために、固定目標から来るエコーを
除去するようにされた固定目標キャンセラＳＰにも接続
されている。最も単純な実施例においては、キャンセラ
ＳＰは遅延ラインにおいて、各放射の間隔で受信信号の
周期パルス列を記憶し、それらを２つずつ減算器内で比
較する。２つの連続するパルス列が等しい場合には、減
算器から出る信号はゼロとなり、これは固定目標に対応
する。

これに反して移動目標に対しては、受信したパルス列は
移動目標の変位に起因して変調された相対位相を有し、
減算器から出る信号はゼロではなくて移動目標を示唆す
る。

実際にはキャンセラにおいてディジタル技術を使用する
場合には、位相検出器ＤＰは、直角位相のビデオアナロ
グ信号をキャンセラＳＰの入力となる２つのアナログ／
ディジタル変換器に発信する２つの出力チャネル■及び
Ｑを有する。前記したように、本発明は、ディジタルキ
ャンセラを有するこの種のレーダに間する。

第２八図及び第２Ｂ図は、アンテナが例えば建物のよう
な固定目標に指向されている場合のビデオ信号Ｉ及びＱ
を示す、これら２つの図は、以下の第４八図及び第４Ｂ
図と同様に、受信した種々の周期パルス列に対する各ビ
デオ信号■及びＱの揺らぎの重なり合いを示す、信号Ｉ
及びＱの限界電圧ＶＭＡＸ及び−ＶＮＡＸに対して揺ら
ぎを図示する必要から、揺らぎはかなり誇張されている
６本発明に従って測定されるべきこれらの揺らぎは主と
して、レーダの発信及び受信回路の不安定性に起因する
。第２八図及び第２Ｂ図から、信号Ｉ及びＱの振幅は、
位相検出器ＤＰの出力におけるピークレベルＶＫＡｊＸ
及びＶＭＡＸによって制限されることが判る。

本発明では信号Ｉ及びＱの揺らぎを測定するために、受
信機ＲＥの位相検出器ＤＰの信号Ｉ及びｑを受信する測
定装置式Ｎと、所定の追加信号ＳＳを受信機ＲＥ内に注
入する手段とを使用する。第３図に模式的に示したよう
に、注入手段は追加信号をレーダ受信機ＲＥに、直列に
設置された増幅調整回路Ｒ＾及び位相調整回路ＲＰを介
して与える追加信号発生器ＧＳＳを包含している。

追加信号の振幅及び位相は、追加信号ＳＳが信号Ｉ及び
Ｑにおける安定部分を実質的に相殺し、方で同時に、追
加信号ＳＳを受信信号ＳＲに重ね合わせることにより周
期から周期までの揺らぎをそのままに維持するように調
整される。このような条件下で、第４八図及び第４Ｂ図
に示したように信号の重ね合わせは、フェージング、即
ち装置へＨにおいて測定が行われた有意な時点ＩＮにお
ける直交位相電圧Ｉ及びＱのレベルに少なくとも有意の
減少を生じる。

発生器ＧＳＳによって生成される追加信号ＳＳは、中間
周波数またはレーダの発信周波数の、パルス信号または
連続信号とすることができる。

こうすると信号■及びＱの揺らぎは、第４八図及び第４
Ｂ図に示したようにゼロ電圧に近付き、もはや限界ピー
ク電圧ＶＮＡＸ及び−ＶＮＡＸによって制限されない。

受信機ＲＥの各出力信号工、Ｑは、随意に増幅され且つ
測定装置式Ｈに許容されるダイナミックレンジ、特にこ
の測定装置に包含される２つのアナログ−ディジタル変
換器に許容されるダイナミックレンジ内に維持される。

測定装置自体によって導入される誤差（ｆａｕｌｔｓ）
は、増幅された測定信号と比較して小さくなる。

このように電圧のような物理量自体の測定は、その変化
の測定から分離される。使用される追加信号ＳＳは、周
期から周期まで極めて安定であるので更に不安定性が導
入されることがなく、測定が求められている不本意な信
号を形成する揺らぎはそのままに維持される。

本発明の方法は、物理量の存在下にこの量の僅かな揺ら
ぎを測定する必要がない。ここで物理量とは、レーダ受
信機ＲＥの出力■及び出力Ｑのごとき、同時に２カ所で
測定される電圧である。幾つかのレーダ周期の間のこれ
らの電圧の揺らぎから測定が求められているパラメータ
が入手可能である。

従来技術においては、電圧と電圧の変化とを同時に測定
することは前記のごとき困難を有する。

本発明の方法は、第１のステップにおいて電圧Ｉ及びＱ
の値を測定し、次いで第２のステップにおいて追加信号
ＳＳの振幅及び位相の調整と、対応する電圧Ｉ及びＱの
変化の測定とを行なう。従って測定されるべき信号は、
測定値が高い精度及び高い再現性を有するのに充分なレ
ベルで測定装置に与えられる。なすべきことは、調整操
作の間に揺らぎが測定装置式Ｈの入力における許容電圧
の範囲内に維持されるかを監視することである。

本発明の方法は単純で且つコストが僅かしかかからない
。はとんどの場合に満足の行く手動で実施することもで
きるし、自動で実施することもできる。

第５図に示した好ましい実施例においては、追加信号は
中間周波数の連続信号ＳＳである。この場合゛に発振器
ＧＳＳは、レーダＲＡＤ自体のコヒーレント発振器ＱＣ
によって形成されている。振幅及び位相調整回路Ｒ＾及
びＲＰは、発振器ＱＣの出力と位相検出器ＤＰの増幅入
力との間にスイッチＩＮと一緒に直列に接続されている
。

第５図に示したように測定装置式Ｈは、位相検出器ＤＰ
のアナログビデオ信号工及びＱを受信する２つのアナロ
グ／ディジタル変換器ＣＩ及びＣＱを有する。各変換器
ＣＩ、　ＣＱは、有意な測定時点で１２ビットワードの
信号Ｉ及びＱの抽出を行なう。次いで測定装置式Ｈにお
いては、変換及び加算回路ＣＴＳによって非ゼロ周波数
で得られる１２７の周波数ラインの１２８ポイントのフ
ーリエ変換及び電力の加算を行なうことで、サンプル間
の変化が繰り返し解析される。デシベルで表されるこの
測定結果は適当な表示装置ＡＦに表示される。

例えば実際の固定目標ＣＦにおいては、レーダのアンテ
ナ八Ｆが使用される固定ケーブルの方向に不動化されて
測定がなされる。前記固定目標の距離に対応する時点の
、・レーダ受信機ＲＥに包含されている位相検出器ＤＰ
の出力に見られるビデオ電圧Ｉ及びＱは、この目標から
戻って来たエコーを表わす。

第１のステップにおいてはスイッチＩＮは開放であり、
レーダの受信機ＲＥは第１図のものと同様に動作する。

しかしながら受信機の増幅利得は、電圧Ｉ及びＱが、そ
れらの揺らぎとは無間係に受信機内で実質的に飽和もし
ないし制限も受けないように調整される。第１のステッ
プにおいて測定された電圧Ｉ及びＱは、第６Ａ図及び第
６Ｂ図に示した所謂「有効信号」を表わす。

第２のステップにおいては、受信機ＲＥの利得はｘ　ｄ
Ｂだけ増加される。値Ｘは極めて重要であるわけでなく
、操作員の判断で選択される０次いでスイッチＩＮは第
５図に示したように閉鎖される。測定が行われた時点Ｉ
Ｎで電圧Ｉ及びＱをほぼ消去するように、発振器ＱＣに
よって生成される中間周波数の信号の一部は、回路ＲΔ
及びＲＰにおいて信号ＳＳの振幅及び位相が調整された
後に補足信号ＳＳとして受信機の増幅入力に注入される
。実際には上記位相及び振幅の調整は、追加信号に受信
信号ＳＲと実質的に反対の位相と受信信号ＳＲの振幅と
実質的に等しい振幅とを与える。

装置＾Ｈは電圧Ｉ及びＱの揺らぎに対応する迷走信号の
パワーを測定する。この測定はｘ　ｄＢだけ増幅された
迷走信号になされる。迷走信号のパワーと有効信号のパ
ワーとの間の比を得るためには、測定値の比を計算する
前に迷走信号の測定結果をｘ　ｄＢだけ小さくするか、
または結果は同じとなるが、有効信号の測定結果をｘ　
ｄＢだけ大きくすればよい。

本発明の方法の実施は、好ましい実施例においては、高
い精度で且つ特定の測定装置を使用することなく、−６
０ｄＢの特定のレベルのレーダの送信／受信における安
定性の測定の能力を得ることを可能とする。アナログ／
ディジタル変換器に関するもののように精度に要求され
る制約を緩和する上で、本発明の方法は、レーダの通常
機能とともに測定を行なうことを可能とする。この結果
、装置の性能特性を低下することなく装置全体のコスト
が著しく低下する。

【図面の簡単な説明】

第１図は電力増幅器を備えた従来のレーダの概略ブロッ
ク図、第２八図及び第２Ｂ図は第１図のレーダ受信機の
位相検出器から出る、揺らぎを有する２つの信号を示す
図、第３図は本発明のレーダの安定性測定装置の概略図
、第４ａ図及び第４Ｂ図は測定装置によって追加信号が
注入された後のレーダの位相検出器から出る、揺らぎを
有する２つの信図は本発明の測定方法の第１のステップ
において位相検出器から出る２つの信号を示す図、第７
八図及び第７Ｂ図は本発明の測定方法の第２のステップ
において位相検出器から出る２つの信号を示す図である
。 八Ｈ・・・増幅器、八Ｎ・・・アンテナ、ＣＦ・・・固
定目標、ＣＩ、ＣＱ・・・変換器、ＤＵ・・・デュプレ
クサ、ＥＭ・・・送信機、１、Ｑ・・・電圧、ＭＴ、Ｍ
Ｒ・・・ミクサ、ＯＬ、ＱＣ・・・発振器、ＲＥ・・・
受信機、ＲＥＦ・・・基準信号、ＳＰ・・・固定目標キ
ャンセラ、ＳＲ・・・受信信号。 嘔 き−

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーダの送信／受信における安定性を測定する方
   法であって、固定目標によって反射され且つ該レーダに
   より受信された信号に由来してレーダ受信機の位相検出
   器から出る電圧信号を、該信号が揺らぎを受けることを
   免れ得ない有意な時点で測定する第１のステップと、前
   記電圧信号の安定部分を実質的に消去し且つ前記有意な
   時点にこのように得られた電圧信号の揺らぎを測定する
   ために、所定の位相及び振幅を有する追加信号が前記受
   信機内で前記受信信号に重ね合わせられる第２のステッ
   プとを包含する方法。
2. （２）前記追加信号が、レーダの中間周波数またはレー
   ダの送信周波数でのパルスまたは連続信号である請求項
   １に記載の方法。
3. （３）前記第１のステップにおいては、前記レーダ受信
   機の増幅における利得が、前記電圧信号が電圧において
   制限を受けないように調整される請求項１に記載の方法
   。
4. （４）前記第１及び第２のステップにおける電圧信号の
   測定並びにそれらの利用が、時間分野または周波数分野
   においてなされる請求項１に記載の方法。
5. （５）本発明の方法を実施するための測定装置であって
   、レーダが、アナログ／ディジタル固定目標キャンセラ
   及び該装置に包含されるアナログ／ディジタル変換手段
   に向かって送信される直交位相の２つのビデオ電圧信号
   を生成する受信信号受信機を備えており、さらに装置は
   、第２のステップにおいて振幅及び位相を調整するため
   の手段によって追加信号を生成する手段を備えており、
   前記追加信号が該レーダ受信機の受信信号入力に与えら
   れる測定装置。
6. （６）前記追加信号を生成する手段が、該レーダに包含
   され且つ位相検出器のための位相基準として作用する中
   間周波数のコヒーレント発振器によつて形成されており
   、前記振幅及び位相調整手段が、好ましくはスイッチを
   介して位相検出器の増幅入力に接続されている請求項５
   に記載の装置。
7. （７）前記変換手段が、それぞれビデオ電圧信号を受信
   する２つのアナログ／ディジタル変換器である請求項５
   に記載の装置。
8. （８）前記装置が、周波数分野においてビデオ電圧信号
   から来るディジタル信号の解析を行なうべく前記変換手
   段に接続された手段を備えている請求項５に記載の装置
   。