JPH0627228A

JPH0627228A - 単一発振器ｆｓｋパルスレーダー送受信器

Info

Publication number: JPH0627228A
Application number: JP3201146A
Authority: JP
Inventors: Paul H Dannenberg; ポール・エイチ・ダネンバーグ
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1990-07-19
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1994-02-04
Also published as: US5036327A; DE69114591T2; EP0467245B1; EP0467245A1; DE69114591D1

Abstract

(57)【要約】【目的】複数の発振器を利用する追跡に関連する問題
及びゼロＩＦシステムに伴う困難を解決する。【構成】改良されたレーダー送受信器は単一発振器周
波数偏移システムを使用し、その発振器は、システムが
１つの周波数で送信し、エコーパルスを受信するときに
は送信器が所望の局所周波数で動作しているように十分
に速く偏移することができるように、パルス出力周波数
と局所周波数との間で急速に偏移する。それら２つの信
号はミクサで復調されて所望の中間周波数を形成し、次
に、中間周波数信号を処理して所望の出力を発生すれば
良い。きわめて急速な偏移は、変調器パルスに応答する
バラクタダイオードと関連させてガリウムひ素発振器を
使用することにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、パルスレーダ
ー送受信器に関し、特に、単一発振器周波数偏移システ
ムを使用する改良されたレーダー送受信器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＲＦ送信及び内部信号処理に関して高周
波ＲＦ信号と低周波ＲＦ信号は異なる特性を示すため、
高利得システムの多くは何らかの種類の周波数変換方式
を利用する。このようなシステムではレーダーシステム
の場合のエコーレーダー信号又は受信すべき他の関心入
力信号をアンテナから取り込み、増幅した後、中間周波
数と呼ばれる所定の一定量だけ前記入力信号の周波数と
異なる局所発生信号と混合する。中間周波数（ＩＦ）
は、送受信される信号の周波数よりはるかに低いのでレ
ーダービデオ信号出力などとして利用する際に増幅、同
調するのが容易である。ミクサ出力を得るために周波数
変換器及び中間周波数増幅器を採用する信号処理システ
ムは、一般に、スーパーヘテロダインシステムとして知
られている。

【０００３】従来のシステムは、ゼロのＩＦを利用する
ものとして開発されていた。それらのシステムでは、１
つの周波数で関心信号を送信して、エコー信号を受信し
ており、同じ周波数で動作する局所発振器が設けられて
いた。周波数が同じであるので、これをゼロＩＦシステ
ムという。受信器において高周波数の信号成分を正確に
処理するのがより困難であることは、一般的に良く知ら
れている。従って、ゼロＩＦシステムは全周波数信号を
使用して動作するため、相対的に低い周波数を送信する
動作を行うように設計されていなければならない。ゼロ
ＩＦシステムは大きな低周波コンデンサを含むＩＦ増幅
器をさらに必要とし、単一のアンテナと、サーキュレー
タとを具備するシステムと共に使用しようとすると、漏
れ信号や漏れパルスに関連して困難な問題が生じるの
で、この観点から望ましくないシステムということにな
ってしまう。

【０００４】ゼロＩＦシステムについて起こる問題と、
スーパーヘテロダインシステムによって得られるいくつ
かの他の利点とを考え合わせると、オフセット中間周波
数を利用するシステムが好ましい。この種の公知のシス
テムは２つの発振器を具備しているのが普通である。発
振器の一方は、信号処理環境の外部で送信され且つ受信
されるレーダーパルス又は他の信号の高い周波数で動作
する。他方の発振器は、送信器信号から既知の少ない量
だけオフセットした別の高周波局所信号を発生する。と
ころが、中間周波数を一定に保つためには、それら２つ
の発振器は広い温度範囲、湿度範囲及び他の周囲環境範
囲にわたり互いに対して周波数追跡するか又は周波数を
一定に保たなければならない。また、相当に安定した状
態のままでいなければならない。要求される特性を備え
た発振器を構成するか又は好ましい、かなり狭い帯域幅
にわたって追跡を実行するために補償回路、もしくは修
正回路を追加すれば、装置は非常に複雑で、コスト高に
なる。代替え構成として、そのような装置の中には中間
周波数と共に非常に広い帯域を利用しているものもあ
り、この場合、たとえば、ある温度範囲にわたってＩＦ
周波数がわずかに変化すると、システムは十分に正しく
機能する。しかしながら、帯域幅が広がると、システム
を通過する雑音は増えるので、感度はそこまわれてしま
う。

【０００５】このような問題は、かなり広い周囲環境条
件範囲にわたり相対的に高い精度で正確に動作しなけれ
ばならないシステムにおいて特に目立って現れる。この
種の装置は、たとえば、レーダー高度計を含む。従っ
て、単一周波数の追跡に関わる利点と、スーパーへテロ
ダインシステムの感度及び識別とを組み合わせた相対的
に単純ではあるが安定性のあるシステムは依然として必
要なのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、複数の発振
器を利用する追跡に関連する問題点及びゼロＩＦシステ
ムに伴う困難を解決した、相対的に単純で低コストの単
一発振器周波数偏移（ＦＳＫ）パルス送受信器システム
を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のシステムは、装
置が１つの周波数で信号を送信し、その後、本質的にス
ーパーへテロダインシステムであるシステムにおいて、
エコーパルスを受信するときに送信器が適正なオフセッ
ト中間周波数を確定するために望まれる局所周波数で動
作しているように、十分に急速に発振器出力周波数を偏
移させることができるように、パルス出力周波数と局所
周波数との間で急速に偏移する能力を有する単一の発振
器を利用する。好ましい実施例では。バラクタダイオー
ドと組み合わせてガリウムひ素発振器を使用する。バラ
クタダイオードは変調器パルスに応答して、ガリウムひ
素発振器の周波数を所望のレーダーパルス周波数と、背
景周波数又は局所周波数との間で偏移させる。送信モー
ドのとき、カリウムひ素無線周波数発振器は、関心パル
ス信号を発する送信アンテナに電力増幅器を介して結合
される。戻り信号、すなわちエコー信号は受信アンテナ
により検出されて、低雑音ＲＦ増幅器を介してミクサに
供給される。ミクサにおいては、局所周波数及びパルス
周波数の変調から中間周波数又はうなり周波数を取り出
す。次に、この信号を増幅し、ビデオ信号であっても良
い装置の出力として使用する。システムは、送信と受信
の双方に使用される単一のアンテナと関連してサーキュ
レータを使用するのが好ましい。

【０００８】ガリウムひ素発振器とバラクタダイオード
との組み合わせは周波数をきわめて急速に、すなわち３
又は４ナノ秒の間に偏移できる構成であるので、短いレ
ーダーパルスを送信することができ、また、エコーを受
信するときには発振器は局所周波数であることが既にわ
かっている。言いかえれば、受信経路それ自体の遅延の
ほうが発振器の切り換え時間より一般に長い。当然のこ
とながら、調整された量の遅延を必要に応じて回路に追
加又は導入しても良い。本発明のシステムのもう１つの
利点は、関心パルスを送信するときに、局所発振器信号
がパルスと同じ周波数を有することにある。すなわち送
信アンテナからの直接戻り反射又はシステムの内部漏れ
もパルス周波数で起こるので、その結果、ゼロＩＦ又は
ゼロうなりを発生し、実際には無効になる。

【０００９】

【実施例】本発明の単一発振器周波数偏移パルスレーダ
ー送受信器を好ましい一実施例を参照しながら詳細に説
明する。この実施例は、典型的なスーパーへテロダイン
形送受信器システムにおいて変調器パルスにより動作さ
れるバラクタダイオードと関連して、ガリウムひ素ＲＦ
発振器を利用する。この実施例は本発明の概念のその他
の適用形態に関して限定的な意味をもつのではなく、１
つの代表的な例を表そうとするものである。この点に留
意して、次にその実施例に関して本発明をかなり詳細に
説明する。

【００１０】図１は、単一発振器ＦＳＫパルスレーダー
送受信器を示す。全体を図中符号１０により示すこのシ
ステムは、信号線１４の入力１３として指示されている
変調パルスによって動作されるバラクタダイオードデバ
イス１２と関連して動作する無線周波数（ＲＦ）発振器
１１を含む。外部へ送信されるべきＲＦ発振器１１の出
力は、周知のように、３dBカップラ１６などの装置によ
り信号線１５に結合する。送信すべき信号は電力増幅器
又はブースタ増幅器（Ｔｘ）１７と、信号線１８とを介
して送受信サーキュレータ１９に至り、そこから信号線
２０を介して両目的アンテナ２１に達する。一方、この
アンテナ２１が受信したエコー又は入力信号は信号線２
０を介してサーキュレータ１９に戻り、サーキュレータ
１９はそれらの信号をピン３と、信号線２２とを介して
低雑音無線周波数増幅器（ＬＮＡ）２３へ送り、その
後、信号線２５を介してバランスミクサ２４に供給す
る。ＲＦ発振器１１が発生した信号も信号線２６を介し
てミクサ２４に供給される。ミクサ２４からのオフセッ
ト出力、すなわち、復調中間周波数出力は信号線２７を
介してＩＦ増幅器２８へ送られ、そこで増幅されて、周
知のように信号処理システムへと進むビデオ出力又は他
の信号を信号線２９に発生する。

【００１１】ＲＦ発振器１１は、所望の周波数範囲で動
作するように選択したガリウムひ素から製造されている
のが好ましい。好ましい実施例で示している周波数範囲
は約４３００MHz であるが、これはこのような装置に関
する典型的な周波数を表す。実質的にガリウムひ素から
成るＲＦ発振器を選択したのは、１つには、その材料の
使用により周波数の安定が得られるためと、所望の周波
数範囲内への同調が容易であるためである。ところが、
本発明に従ってバラクタダイオードと組み合わせて発振
器を使用すると、発振器を単独で利用したときには得ら
れなかったようなきわめて安定し、きわめて急速に偏移
する発振器システムが形成される。さらに、発振器のＱ
の値はかなり高い。

【００１２】発振器が安定していることと、発振器の周
波数を急速に偏移できることの組み合わせは、独特の利
点を示す。本発明の発振器１つのＦＳＫレーダー送受信
器のその他の構成要素の多くは、一般に、当業者には良
く知られているものである。低雑音増幅器２３も、同様
に、約１４〜１６dBの利得を有するガリウムひ素から製
造されていて良い。典型的な装置は約１４〜１６dBの利
得を有し、有効雑音指数は約３（１／３）dBである。さ
らに、ミクサは標準のバランスミクサであっても良く、
同じようにいくつかの段を有するガリウムひ素の装置で
あっても良い。このようなミクサでは、周知のように、
局所発振器振幅のわずかな揺らぎを、一般に平衡状態と
する。

【００１３】このような発振器と組み合わせてバラクタ
ダイオードを０〜８ボルトの変調パルスと共に利用する
と、発振器をわずか３又は４ナノ秒で偏移できることが
わかっている。エコー信号を受信する際の通常の回路遅
延は少なくとも２０〜３０ナノ秒、普通は４０〜１００
ナノ秒であるので、かなり幅の狭いパルスでもシステム
は十分に動作する。さらに広いパルスが望まれる場合に
は、当業者には良く知られている方法を使用して、所望
の任意の時間遅延をシステムに取り入れることができ
る。

【００１４】先に説明した通り、信号発振器はスーパー
へテロダインシステムに関わる送信器と、要求される局
所発振器の双方の機能を時分割方式で実行する。図１及
び図２のタイミング図に示すように、バラクタダイオー
ド１２に電圧が印加されていない場合には、ＲＦ発振器
は４３００MHz の周波数で動作する。ＲＦ発振器は送信
器側電力増幅器と、ミクサの双方に信号を供給する。増
幅後の送信器電力を信号線１４Ａの変調パルスにより活
動させるとき、８ボルトレベルの同じパルスは信号線１
４を介してバラクタダイオードに印加される。８ボルト
のパルスはコンデンサーダイオードを変化させ、ダイオ
ードは発振器の周波数を４３４０MHz に偏移させるか又
は送信器出力パルスを発生させる。送信期間中、ミクサ
に対する局所発振器入力も４３４０MHz であるので、送
信中に起こる漏れエネルギーはミクサによりゼロ周波数
で復調される。

【００１５】何らかの付近の物体又は地形を反映する送
信信号は時間の上で遅延し、４３４０MHz 送信周波数で
戻る。このことはタイミング図のＲＸ出力の線により示
されている。さらに、タイミング図によれば、相対的に
弱い戻り信号は４３４０MHzであるが、ＲＦ発振器は４
３４０MHz に戻っており、この時点で、ミクサは弱い戻
り信号を４０MHz のオフセットで変調するか、又は容易
に増幅される中間周波数が最適の利得をもって通過でき
ることがわかる。当然のことながら、その結果、システ
ムは送信中の望ましくない漏れ信号を拒絶し、レンジコ
ンピュータなどによるその後の信号処理に備えて戻り信
号を増幅することになる。

【００１６】従って、先に説明したように、本発明のシ
ステムの大きな利点の１つは、出力パルスの時点で、送
信器パルスは４３４０MHz であり、内部で反射される信
号又は他の漂遊信号も同様に４３４０MHz であり、さら
には局所発振器の周波数も同じであるということであ
る。そのため、システム内に反射して戻る信号又はサー
キュレータの漏れがあったとしても、それらは、実質的
には自己フィルタとして動作するミクサによりゼロ周波
数又はゼロうなりで復調される。ミクサは装置内部にお
ける望ましくない漏れ信号を除去する。すなわち、従来
の装置のように内部密閉に配慮する必要はない。サーキ
ュレータ１９に関しては、利用しうる最良の隔離は約２
０dBであるという理由だけで、このことを心に留めてお
くべきである。送信の時点でアンテナ又はサーキュレー
タから反射されて来る信号は中間周波数増幅器により約
３５〜４０dBのチューンに拒絶されるので、望ましくな
い信号は望ましい信号又は良好な信号が戻るより少なく
とも数ナノ秒前に容易に除去される。

【００１７】本発明のシステムが感度の低下を示す唯一
の状況は、システムが信号を処理できる態勢になる以前
に信号が戻って来てしまうほど信号ターゲット距離がき
わめて短い場合に起こる。このようなときには、入力信
号処理回路に何らかの時間遅延素子を設けることにより
問題を軽減できる。この事態は、一般に、地上距離範囲
が非常に短い、すなわち、０〜５０フィートである状況
において起こる。

【００１８】本発明の二重周波数システムの動作に関し
ていえば、周波数の範囲が約１００〜２００MHz である
アンテナ通過帯域の中にとどまっている限り、システム
は非常に良く動作するという点にも留意すべきである。
この範囲内で、単一の発振器を使用すると、発振器の周
波数追跡や、補償又は修正の適用は全く必要ない。

【００１９】このように、本発明によれば、単一のＲＦ
発振器を利用して、周波数追跡又は温度補償の必要なく
正確なレーダー信号処理システムを実現できることがわ
かる。システムはＲＦ距離が不十分であっても高い感度
を示し、内部の漏れの制御は最小限で良い。周波数ダイ
バーシティは相互干渉を５０％も減少させることがわか
っている。このシステムは、高価な素子を数多く必要と
しないので、他のシステムと比較してきわめて安価であ
る。第２の発振器と、周波追跡回路は不要であり、温度
補償の必要はない。たとえば、ＳＴＣ又は緩衝増幅器は
不要である。

【００２０】特許法に従うため、さらには、新規な原理
を適用すると共に、そのような特殊化した素子を必要に
応じて構成し且つ使用するのに必要な情報を当業者に提
供するために、図示した実施例をかなり詳細に説明し
た。しかしながら、本発明を変形実施例又は特定の点で
異なる実施例により実施できること、当業者が本発明の
数多くの改正及び適応を実施しうること、並びに機器の
詳細と動作手順の双方に関わるそのような変形や変更を
本発明それ自体の範囲から逸脱せずに実現できることを
理解すべきである。

【００２１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は周
波数追跡又は温度補償せずとも単一のＲＦ発振器で正確
にレーダー信号を処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による典型的な単一発振器周波数偏移パ
ルスレーダー送受信器システムの概略図。

【図２】送受信器システム内部における単一の発振器か
らの信号の協調関係を示すタイミング図。尚、図面中、
同じ図中符号は一貫して同じ部分を利用するために使用
される。

【符号の説明】

１０単一発振器ＦＳＫパルスレーダー送受信器システ
ム１１ＲＦ発振器１２バラクタダイオード１６３dBカップラ１７電力（ブースタ）増幅器１９送受信サーキュレータ２１アンテナ２３低雑音無線周波数増幅器２４バランスミクサ２８ＩＦ増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに相対的に近い周波数である少なく
とも第１の周波数と第２の周波数とでＲＦ信号を発生す
る単一発振器手段と；第１の周波数と第２の周波数との
間で発振器の周波数を偏移させる発振器周波数偏移手段
と；単一発振器手段のタイミング及び周波数偏移を制御
する制御手段と；第１の周波数の間欠的パルス信号を送
信する送信器手段と；第１の周波数の送信パルスのエコ
ー信号を受信する受信器手段と；受信器手段から送られ
て来る第１の周波数の信号と、単一発振器手段により第
２の周波数で局所的に発生される信号とを受信し、それ
らの信号から、第１の周波数と第２の周波数との差に基
づいて中間周波数出力を発生するミクサ手段と；中間周
波数出力を処理する信号処理手段とを具備する単一発振
器周波数偏移レーダー送受信器。