JPH10123233A

JPH10123233A - レーダ受信機を動的に較正するための方法および装置

Info

Publication number: JPH10123233A
Application number: JP9281652A
Authority: JP
Inventors: P Bunche Brian; ブライアン・ピイ・バンチ
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 1998-05-15
Anticipated expiration: 2017-10-15
Also published as: JP4139455B2; US5896103A

Abstract

(57)【要約】【課題】着信信号の予想入力パワーに関連する一連の
しきい値に関連して信号を分析する、電波ベースの検出
システムを提供する。【解決手段】このシステムは、送信機の動作構成と受
信機の特性とに応じてダイナミック・レンジを最適化す
るための予定利得システムを実現する。しきい値は予定
利得を使用して、それに対応してスケーリングされる。
しきい値は参照テーブルではなくアルゴリズムによって
決定され、そのアルゴリズムは予想入力パワーのみに基
づくものなので、このシステムが使用するメモリおよび
経験的データは十分削減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、レーダ・
システムに関し、より具体的には、レーダ受信機を較正
し、目標物から反射したレーダ信号を処理するための方
法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】第２次世界大戦中、雨や雹などの降水か
らの反射を検出するためにセンチメートル波長を使用す
るレーダ・システムが発見された。この発見以降、レー
ダ・システムは、特に３ｃｍ〜１０ｃｍの波長範囲の気
象システムを識別し、分類するために極めて有用な道具
に発展した。たとえば、気象レーダ・システムは、雲な
ど、航空機が接近する気象システム内の諸条件を識別す
るために、通常、航空機に取り付けられる。航空機のレ
ーダ・システムから発射されるレーダ波は、雲中の降水
から反射し、航空機に戻る。レーダ・システムは、雲の
範囲および特性を識別するために反射波を検出し分析す
る。特に、反射信号のパワーは雲の反射率に比例し、こ
の反射率は雲中の降雨量に関連する。その結果、パルス
発射と検出との間の遅延を計時し、反射信号のパワーを
一連のパワーしきい値と比較することにより、雲の範囲
と特性を確立することができる。

【０００３】しかし、目標物までの距離が増すにつれ
て、信号対雑音比が大幅に低下する。光波と同様、レー
ダ・パルスの強度は伝播距離の２乗に比例して衰える。
したがって、反射波は目標物との間で両方向に移動する
ので、レーダ波は目標物の距離に比例してポイント目標
物の４乗まで減衰する。ビームを完全にふさぐ目標物の
場合、その関係は２乗までになる。ビームを部分的にふ
さぐ目標物の場合、その関係は２乗〜４乗の間になる。
レーダ波は大気中の損失などのためにさらに減衰する。
その結果、遠距離の目標物からの信号は比較的弱くな
り、あらゆる環境で発生する暗騒音や受信機が発生する
雑音によって反射信号が不明瞭になる傾向がある。した
がって、遠距離目標物反射から有用な情報を抽出するた
めには、信号対雑音比の低下を補正するために検出した
反射の増幅や処理が必要になる。

【０００４】単純なレーダ・システム構成では、検出し
た信号がスケジュールに応じて増幅される。レーダ受信
機は反射信号と雑音の両方を増幅するが、反射信号の振
幅の方が雑音の振幅より大きいので、この増幅により、
信号と雑音との差が拡大され、雑音と反射信号との区別
が促進される。レーダ・パルスの既知の伝播速度を利用
するため、利得は所定のスケジュールに応じて時間につ
れて変化する。レーダ・パルスの発射後、システムは、
時間の関数として検出した信号を増分方式で増幅し始め
る。レーダ・パルスはほぼ一定の既知の速度で伝播し、
減衰速度は分かっているので、反射信号の既知の減衰を
補うために増幅レベルを時間に対して調整することがで
きる。

【０００５】通常、利得は、特定の反射率の目標物から
受信する入力パワーのしきい値を一定レベルに維持する
ように調整される。たとえば、１時間当たり１０ミリメ
ートルの雨を放出する雲は、特定の波長で特定の反射率
を有することが分かっている。信号が距離につれて減衰
する速度も分かっているので、（想定したビーム占拠割
合に基づいて）信号の既知の減衰速度を補うように利得
を予定することができる。

【０００６】また、目標物から受信した信号については
ろ波と振幅分析が行われる。受信信号は複数の検出しき
い値と比較されるが、それぞれのしきい値は目標物の範
囲にある様々な反射率の目標物に対応する。反射信号の
振幅が検出しきい値の少なくとも１つを超える場合、信
号の関連部分が潜在的に関連目標物に関連するものとし
て扱われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このシステム
の有効性は、レーダ検出器の特性と、その検出器が検出
する信号によって制限される。信号対雑音比が高い場
合、レーダ検出器のパワー出力は、アンテナに入射する
信号のパワーに対してほぼ線形に変化する。しかし、信
号対雑音比が減少するにつれて、特に低反射率目標物ま
たは非常に遠距離の目標物から受信した信号の場合、こ
の関係は非線形になる。その結果、前述の一定の検出し
きい値および予定利得は、低信号対雑音比を有する信号
の場合に不適切に較正されたものになる。

【０００８】低信号対雑音比を有する信号に関する適切
な検出しきい値を得るため、現行システムは、アンテナ
に入射する信号のパワーに対して非線形に変化するよう
に検出しきい値を調整する。しかし、しきい値は線形に
変化しないので、経験的データに基づくデータ・テーブ
ルに応じて調整される。すなわち、ハードウェア構成、
動作パラメータ、目標物の反射率、利得、検出しきい値
に基づいて時間の関数として関連データを集めるため
に、特定の構成でレーダ・システムがテストされる。次
に、時間の関数として利得および検出しきい値を更新す
るために、レーダ受信機によるアクセスのため、ローカ
ル・メモリにデータが格納される。したがって、パルス
の発射後、レーダ検出器は、レーダ・システムの構成、
目標物のタイプ、パルス発射後の経過時間によって決定
される適切なテーブルを検査することにより、定期的に
システム・パラメータを更新する。このような変数に基
づいて、テーブルは、着信信号を増幅するための経験的
に検出した利得と、着信検出信号の強度を分類するため
の１組の検出しきい値とを示す。

【０００９】このような従来のシステムは機能しうるも
のであるが、データ・テーブルの作成は、時間と労力を
要する作業をもたらす。すべての時間間隔それぞれにつ
いて、しかも利得の調整のために、しきい値に関する経
験的データを作成しなければならない。また、対応する
しきい値を有する所与の反射率の目標物ごとに他の１組
のデータが作成される。さらに、利得スケジュール用の
データおよびすべてのしきい値は、特定の送信機アンテ
ナおよびパルス・パワーなど、レーダ・システムの単一
構成にのみ対応する。その結果、利得調整のスケジュー
ルとしきい値は、送信機およびアンテナのハードウェア
および構成に応じて変化するので、様々な予想構成のそ
れぞれについてデータ・テーブルが作成される。たとえ
ば、２通りのアンテナで構成可能なレーダ・システムは
２通りの利得スケジュールと２組の検出しきい値データ
・テーブルとを有する。というのは、目標物に入射する
パルスのパワーが使用するアンテナに応じて変化するか
らである。

【００１０】さらに、様々な動作パラメータを単純に変
更するだけでも新しいデータ・テーブルが必要になる場
合が多い。たとえば、発射パルスのパルス幅を変更する
と、目標物からの戻り信号のパワーが変化する。その結
果、元の検出しきい値データはもはや適用できなくな
り、システム・パフォーマンスが低下する。

【００１１】考えられる構成および検出しきい値の数が
増加するにつれて、作成され、レーダ・システムに格納
されるテーブルの数も増加する。これは、経験的データ
を生成する実験時間の増加だけでなく、レーダ検出器内
のデータ・テーブルに必要な記憶容量の増加も意味す
る。このようなレーダ・システムは通常、小型アビオニ
クス・システムとともに使用されるので、追加のデータ
・テーブルを収容するためのメモリの追加は、レーダ検
出器のコストを増加するだけでなく、必ず追加しなけれ
ばならない追加メモリ・コンポーネント用の十分な空間
を見つけるという問題をももたらす。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の様々な態様によ
るレーダ・システムは、レーダ受信機が利得スケジュー
ルならびに入力信号に応じて検出しきい値を調整するレ
ーダ・システムである。生の検出しきい値は、予想入力
パワー、すなわち、特定の範囲にある指定の反射率の目
標物の入力パワーに対応して確立される。次にレーダ受
信機は、特定の範囲について予定された利得を使用して
生の検出しきい値をスケーリングする。次いで、その結
果得られるスケーリング済みしきい値を使用して、着信
信号を検出し分類する。

【００１３】本発明の好ましい実施態様によれば、生の
しきい値は予想入力パワーのみに基づくので、非線形特
性についてのみ補正される。これに対して、予定利得に
ついては、発射パルスのパワーおよび経過時間に基づい
て受信機に適切なダイナミック・レンジを提供するよう
に独立して適応処理が行われる。したがって、利得スケ
ジュールおよび生のしきい値は個別に生成され、それに
より、経験的データ・テーブルの必要性が低減される。

【００１４】したがって、本発明の様々な態様によるシ
ステムは、多様性の増大と必要なハードウェアの低減と
いう利点を含む。データ・テーブルが低減されるので、
システムに必要な記憶容量は最小限になる。しかも、経
験的データを生成するために必要な時間は同様に解消さ
れる。さらに、アンテナまたは動作特性の変更は比較的
容易に変更される利得スケジュールにのみ影響するの
で、システムの構成はさらに多様になる。

【００１５】本発明の様々な態様によるシステムの上記
その他の利点は、添付図面を参照して以下に示す詳細な
説明を読んで理解すれば、当業者には明らかになるだろ
う。

【００１６】本発明の主題は、本明細書の冒頭部分で具
体的に指摘され、明確に請求されている。しかし、構成
および動作方法の両方に関する本発明の好ましい実施形
態については、特許請求の範囲および添付図面とともに
以下に示す説明を参照することにより、最もよく理解で
きるだろう。添付図面では、同様の番号は同様の要素を
示す。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に図１を参照すると、本発明の
様々な態様によるレーダ・システム１００は、変換器と
してのアンテナ１０５と、レーダ信号を生成し、それを
変換器１０５に供給するためにアンテナ１０５に接続さ
れた送信機１１０と、処理および分析のために変換器１
０５からレーダ信号を受信するための受信機１１５とを
含む。変換器１０５は、たとえば、アンテナ、電気機械
変換器（応用例によっては使用可能なものなど）、また
はその他の装置など、いずれかの変換器を適当に含む。
本発明の特に好ましい態様によれば、変換器１０５は、
レーダ応用向けのアンテナを含み、特定の応用例のため
の適当なサイズ、有効口径面積、ビーム幅、走査速度、
有効範囲に応じて構成することができる。この好ましい
実施形態によれば、アンテナ１０５は、マイクロ波送信
機１１０および受信機１１５と互換性のある気象レーダ
・アンテナとして構成されるが、本発明の様々な実施形
態は他の無数の応用例で使用可能である。たとえば、シ
ステム１００は、表面捜索レーダ、火器管制レーダ、地
震探索システム・ソナーなどに関しては適当であると思
われる。

【００１８】アンテナ１０５は、サーボ・モータおよび
回転受け台とともに動作する機械走査式ホーンフィード
・レフレクタとして、あるいは機械または電気走査式フ
ェイズド・アレイ・アンテナとして構成される。しか
も、アンテナ１０５は、レーダ波を発射するための送信
機１１０と、反射波を検出するための受信機１１５とと
もに適切に動作する。あるいは、アンテナ１０５は、送
信機１１０と受信機１１５の一方または両方のために複
数のアンテナを含むこともできる。さらに、本発明の様
々な形態によるレーダ・システム１００は、様々なサイ
ズおよびタイプのアンテナ向けに適切に再構成可能であ
る。たとえば、本発明の様々な形態によれば、レーダ・
システム１００は、１２インチ、１５インチ、１８イン
チ、２１インチ、２４インチ、３０インチのラウンド・
レフレクタ・アンテナならびにたとえば１２×１８イン
チの楕円レフレクタ・アンテナのような楕円アンテナな
どの様々な構成のアンテナ１０５とともに適切に動作す
る。

【００１９】アンテナ１０５は、送受切換器１２０を介
して送信機１１０および受信機１１５の両方に選択的に
接続される。送信機１１０は、マイクロ波信号を生成
し、それをアンテナ１０５に供給して発射するように構
成される。また、送信機１１０は、従来の高パワー低衝
撃係数のパルス式マイクロ波レーダ送信機でもよい。た
とえば、送信機１１０は、レーダの特定の応用例に応じ
てチューブタイプ送信機またはソリッドステート送信機
のいずれか一方をでよい。あるいは、送信機１１０は、
いずれかの波長、波形、パワー、持続時間の信号を使用
するレーダ送信機とすることができる。

【００２０】受信機１１５は、アンテナ１０５によって
発射され、雲などの目標物から反射した検出レーダ波を
受信するように、送受切換器１２０によりアンテナ１０
５に選択的に接続される。ただし、本発明の原理は、気
象レーダ・システムだけでなく、いかなる種類のレンジ
ングシステムや追尾システムにも適用できることに留意
されたい。これに関連して、レーダ波は、電気、ＲＦ、
光、または煙など、いかなる信号も含むことができる。
受信機１１５は、検出、処理、表示のために弱い反射波
を増幅するように適切に構成される。受信機１１５は、
受信信号に最小限の雑音を加え、反射信号を正確に処理
し検出するように構成されることが好ましい。さらに、
受信機１１５は、ろ波、増幅、パルス圧縮、検出、分
析、クラッタ阻止、表示集積化など、オペレータに有用
な情報を提供するのに必要な信号処理を行えるように構
成される。

【００２１】次に図２を参照すると、本発明の好ましい
実施形態によるレーダ・システム１００は、様々な気象
システム、特にそれぞれの雲２０５、２１０同士を識別
し区別するために、航空機２００とともに使用すること
ができる。簡単に言えば、送信機１１０はアンテナ１０
５を駆動してマイクロ波放射のそれぞれのパルス２１５
を生成し、そのパルスは大気中で光の速度でアンテナ１
０５から雲２０５、２１０に向かって伝播する。入射波
が雲２０５、２１０中で水滴に遭遇すると、エネルギー
の一部分は雲２０５、２１０によって吸収されるかまた
は伝送され、他の部分は航空機２００に向かって反射す
る。反射部分の大きさは、雲２０５、２１０の内部の水
滴のサイズや密度の影響を受ける。その結果、このよう
な反射に関する経験的観測とともに、水分の密度と、そ
のための雲２０５、２１０の内部および付近の諸条件の
重大度は、パルス２１５の反射部分の大きさに基づいて
推定することができる。したがって、パルス２１５の反
射部分が航空機２００に向かって伝播すると、反射波は
アンテナ１０５内で電気信号を生成し、その信号が受信
機１１５によって検出される。

【００２２】受信機１１５は、着信信号の増幅、ろ波、
および分析を行う。このため、このような信号は、目標
物から着信する電波の適当な特性にすることができる。
通常、このような信号は電力振幅を含むが、他の特性も
検出可能であるので有利である。したがって、本発明の
様々な態様により、しかも図３を参照すると、適当なレ
ーダ受信機１１５は、中間周波（ＩＦ）ステージ３００
と、包絡線検波器３０５と、アナログ／ディジタル変換
器（ＡＤＣ）３１０と、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３
１５とを含むことが好ましい。ＩＦステージ３００は、
アンテナ１０５から受信した無線周波（ＲＦ）信号を中
間周波数に変換するための適当な回路を含む。たとえ
ば、ＩＦステージ３００は、ＲＦからＩＦ信号へ変換す
るための平衡ミキサを適当に含む。ＩＦステージ３００
は、ＲＦ信号を適当な周波数、たとえば、３０または６
０ＭＨｚに変換する。また、ＩＦステージ３００は、反
射レーダ波からの弱い信号を増幅するための低雑音増幅
器を含むことが好ましい。増幅器の利得は、たとえばＣ
ＰＵ３１５から受信した信号などに応じて変動する。し
かも、ＩＦステージ３００は、ろ波やパルス圧縮など、
着信信号に関する他の所望の予備的処理を適当に実行す
る。

【００２３】ＩＦステージ３００からの信号は、反射レ
ーダ波に基づいて信号検出のために包絡線検波器３０５
に伝送される。包絡線検波器３０５は、反射レーダ波に
基づいて信号を識別するための適当な包絡線検波器３０
５を含み、適当な基準を使用することができる。たとえ
ば、包絡線検波器３０５は、半導体ダイオード検波器な
どの直線検波器または一連のカスケード式増幅器などの
対数検波器のいずれかとして構成することができる。検
波基準は、振幅、位相と振幅、同相分と直角分、その他
の適当な信号特性に基づくものにすることができる。

【００２４】包絡線検波器３０５によって信号が検出さ
れると、その信号はＡＤＣ３１０を介してＣＰＵ３１５
に伝送される。ＡＤＣ３１０は、包絡線検波器３０５か
ら受信したアナログ信号をディジタル信号に変換する。
ＡＤＣ３１０は、レーダ・システム１００の環境で動作
するために十分な範囲と信頼性を有する適当なＡＤＣを
含むことが好ましい。

【００２５】包絡線検波器３０５によって伝送されたア
ナログ信号に対応するディジタル信号はＣＰＵ３１５に
よって受信され処理される。ＣＰＵ３１５は、レーダ受
信機１１５が受信した信号を分析し、オペレータに有用
な情報を送達し、ＩＦステージ３００の可変利得を制御
するための主な処理作業を行う。図４を参照すると、Ｃ
ＰＵ３１５は、たとえば、マイクロプロセッサ４００
と、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）４０５と、
読取り専用メモリ（ＲＯＭ）４１０と、オペレータ・イ
ンタフェース４１５とを含む、処理システムを適当に含
む。マイクロプロセッサ４００は、着信信号を識別し分
類するために適当なマイクロプロセッサを含む。マイク
ロプロセッサ４００の基本プログラミングはＲＯＭ４１
０に適当に格納され、ＲＡＭ４０５は、動作中にマイク
ロプロセッサ４００がデータおよびプログラムを格納
し、アクセスするための汎用メモリ機能を提供する。オ
ペレータ・インタフェース４１５は、陰極線管または可
聴警報など、オペレータまたは航空機２００のその他の
構成要素に情報を供給するのに適した適当な機器または
機械を駆動するためのインタフェースを適当に含む。

【００２６】この構成のＣＰＵ３１５はここでは一例と
して示すものであり、適当なＣＰＵ３１５の考えられる
すべての構成を説明しようとするものではないことに留
意されたい。これに対して、本発明の様々な形態による
レーダ・システム１００とともに実行すべきＣＰＵ３１
５の作業を実現するために、受入れ可能なＣＰＵ構成は
いくつでも開発することができる。

【００２７】ＣＰＵ３１５の例では、生の検出しきい値
を確立し、スケーリング済みしきい値を計算し、時間不
変要因についてスケーリング済みしきい値を調整し、包
絡線検波器３０５からの信号を調整済みしきい値と比較
することなどにより、ＩＦステージ３００の利得の可変
制御と信号の処理など、いくつかの機能を適切に実行す
る。特にＣＰＵ３１５は、たとえば、ＲＯＭ４１０また
はＲＡＭ４０５に格納可能な適当なスケジュールに応じ
てＩＦステージ３００の利得を調整する。本発明の好ま
しい形態によれば、このスケジュールは、反射信号の大
きさが距離につれて減少するときにレーダ送信機１１０
によるパルス２１５の発射後の経過時間の関数としてＩ
Ｆステージ３００の利得を増加してレーダ受信機１１５
のダイナミック・レンジを調整するように適当に構成さ
れる。

【００２８】しかし、本発明の好ましい実施形態によれ
ば、利得スケジュールは、特定の入力パワー・レベルま
たはしきい値を時間につれて均一レベルに維持するよう
に構成されているわけではなく、単に反射信号の大きさ
が時間につれて減少するときにレーダ受信機１１５のダ
イナミック・レンジを最大限にするように構成されてい
る。利得は、０．２５ｄＢ単位の増分で適切な時期に適
当に調整されるか、または受信機１１５のダイナミック
・レンジを最適化するように一定の時間間隔で調整する
ことができる。

【００２９】特定の時点の利得の大きさは、パルス２１
５の発射以降の経過時間と送信機１１０およびアンテナ
１０５の動作構成とに適当に基づくものである。アンテ
ナのタイプ、パルス幅、パルス・タイプなど、アンテナ
１０５および送信機１１０の構成は、発射したパルス２
１５のパワーを左右し、したがって、それに対応して反
射波のパワーを左右する。したがって、本発明の好まし
い形態によれば、適切な利得スケジュールを確立するた
めに、マイクロプロセッサ４００は、発射パルス２１５
の関連特性、たとえば、パルス２１５のパワーを決定す
るために特定のメモリ位置にアクセスするかまたは各種
装置をポーリングすることなどにより、送信機１１０お
よびディッシュ（反射・放射器）の動作構成を決定す
る。マイクロプロセッサ４００は、動作構成に基づい
て、受信機１１５のダイナミック・レンジを最適化する
ために適切な利得スケジュールを確立する。好ましいこ
とに、ＣＰＵ３１５は、最大予想入力パワー、すなわ
ち、最大予想反射率を有する目標物によって返されると
思われる反射パワーがＩＦステージ３００の最大出力よ
りわずかに低いレベルまで増幅されるように、ＩＦステ
ージ３００の利得を調整する。

【００３０】たとえば、マイクロプロセッサ４００は、
様々な代替動作構成に基づいて複数の所定の利得スケジ
ュールの１つを取り出すためにＲＡＭ４０５またはＲＯ
Ｍ４１０にアクセスすることができる。しかし、好まし
い実施形態のマイクロプロセッサ４００は、動作構成に
基づいて適切な利得スケジュールを計算する。ここで
は、「計算」という用語は、参照テーブルを参照せずに
利得スケジュールを決定することを意味する。マイクロ
プロセッサ４００は、動作構成情報を使用して目標物に
送達されるパワーを確立することができるので、変動す
る距離で最大予想反射率を有する目標物について予想入
力パワーを計算し、適切な利得スケジュールを生成する
ことができる。

【００３１】また、ＣＰＵ３１５は、ＡＤＣ３１０を介
して包絡線検波器３０５から受信した信号を分析するた
めに、生のしきい値を供給する。特に、ＣＰＵ３１５
は、アンテナ１０５における反射波の入力パワーに基づ
いて、変動する距離で反射率が変動する目標物について
様々な生の検出しきい値を確立するように適切に構成さ
れる。たとえば、ＣＰＵ３１５は、関連予想入力パワー
に基づいて各しきい値を計算することにより、適切な生
のしきい値を決定することができる。このようにして、
受信機１１５が理想的な無制限ダイナミック・レンジ受
信機であると想定して、生のしきい値を決定することが
できる。あるいは、ＣＰＵ３１５のＲＯＭ４１０または
ＲＡＭ４０５は、特定の入力パワー値に対応する生のし
きい値からなるテーブルを含むことができる。その結
果、マイクロプロセッサ４００は、予想入力パワー・レ
ベルに基づいて、そこに格納された特定のテーブルを参
照することにより、適切なしきい値を決定する。当業者
であれば、このようなテーブルは容易に入手可能なの
で、本発明の好ましい実施形態を理解するためにこれに
関する説明は不要である。特に低信号対雑音比の状況で
は、入力パワーと適切なしきい値との関係は非線形なの
で、このような参照テーブルに必要な比較的小さいメモ
リよりパワーの処理の方がコストがかかるような多くの
応用例では、テーブルを用意すると好ましい可能性があ
る。ただし、このテーブルは動作構成とは無関係に使用
することができ、潜在的なすべての利得スケジュールお
よび動作構成に必要なテーブルは１つだけであることに
留意されたい。

【００３２】本発明の様々な態様によれば、ＣＰＵ３１
５は、利得に基づいて生のしきい値をスケーリングする
ようにさらに構成される。特に、マイクロプロセッサ４
００は、スケーリング済みしきい値を生成するためにＩ
Ｆステージ３００の予定利得に応じて生の各しきい値を
調整するように構成される。したがって、各しきい値
は、実現された利得スケジュールとは無関係にＩＦステ
ージ３００の利得に対応するように自動的に再計算され
る。

【００３３】マイクロプロセッサ４００は、しきい値を
洗練するために必要と思われる時間不変要因についてス
ケーリング済みしきい値を調整するようにさらに適切に
構成される。たとえば、レーダ受信機１１５は、時間に
つれて変動しない固有の非線形性を含むことができ、こ
れについてはスケーリング後にしきい値を訂正すること
ができる。

【００３４】前述のように、レーダ送信機１１０によっ
て生成されたレーダ信号は、雲２０５または２１０ある
いはその両方などの目標物から反射し、レーダ・システ
ム１００に戻り、そこでアンテナ１０５によって検出さ
れる。次に図５を参照すると、付近の目標物から反射し
た信号は、レーダ・パルス２１５の発射後ただちに戻
り、アンテナ１０５により非常に強い信号５００が生成
される。しかし、遠距離の目標物から反射した信号５０
５は、かなり遅れて戻り、比較的低い信号対雑音比を有
するアンテナ１０５内で比較的低レベルの信号を生成す
る。

【００３５】アンテナ１０５で生成された検出波に対応
する電気信号は、レーダ受信機１１５のＩＦステージ３
００に伝送される。利得スケジュールと、ＣＰＵ３１５
に関連するタイマとを使用して、マイクロプロセッサ４
００はＩＦステージ３００の利得を定期的に調整し、受
信機１１５のダイナミック・レンジを最適化する。した
がって、パルス２１５の発射直後の時間間隔では、増幅
器の利得が非常に低いので、付近の目標物から反射した
強い信号は受信機１１５のピーク容量を超えない。しか
し、それ以降の時間間隔では、マイクロプロセッサ４０
０は、利得スケジュールに応じてＩＦステージ３００の
利得を増加し、信号の減衰を相殺する。

【００３６】ＣＰＵ３１５は、利得の調整ごとに適切な
しきい値を適当に確立し調整する。たとえば、動作構成
と経過時間情報とを使用して、マイクロプロセッサ４０
０は、様々なしきい値に関連するものなど、変動する反
射率の目標物から受信する可能性のある予想入力パワー
を決定することができる。関連入力パワー・レベルのそ
れぞれを計算した後、ＣＰＵ３１５は、たとえば、テー
ブルの計算または参照により、対応する生のしきい値を
適当に生成する。次にＣＰＵ３１５は、現行利得に応じ
て生のしきい値をスケーリングし、次に時間不変訂正要
因を使用してスケーリング済みしきい値を調整する。

【００３７】ＩＦステージ３００からの増幅信号は、包
絡線検波器３０５に伝送され、次にＡＤＣ３１０を介し
てＣＰＵ３１５に伝送される。ＡＤＣ３１０から受信し
た信号は、ＣＰＵ３１５が決定した訂正済みかつスケー
リング済みしきい値と比較される。この信号がしきい値
のいずれかを超える場合、超えられた最高しきい値が適
当に銘記される。次にその信号は、オペレータ・インタ
フェース４１５へのクラッタ阻止および備えを実現する
ように、様々な処理技法に応じて処理される。

【００３８】次に図６、７を参照すると、本実施形態の
様々な態様によるレーダ・システム１００の動作は、動
作のためにシステムを準備するように初期設定される
（ステップ６００）。この初期設定では、ＩＦステージ
３００の利得としきい値を適切な初期状態に設定し、送
信機１１０をアンテナ１０５に接続し、受信機１１５を
切断する。初期設定後、送信機１１０は活動化され（ス
テップ６０２）、それがアンテナ１０５を介してパルス
２１５発射する。パルス２１５が生成されると、ＣＰＵ
３１５はＣＰＵ３１５に関連するクロックを活動化する
（ステップ６０４）。送信機１１０はアンテナ１０５か
ら切断され、受信機１１５は接続される（ステップ６０
６）。

【００３９】受信機１１５は、たとえば、割込みまたは
構成要素ポーリング・プロトコルを使用して、アンテナ
１０５およびタイマから受信した信号を監視し始める。
関連信号が包絡線検波器３０５によって検出されると、
その信号はＡＤＣ３１０を介してＣＰＵ３１５に伝送さ
れる。マイクロプロセッサ４００は、訂正済みかつスケ
ーリング済みしきい値用のメモリにアクセスし、その信
号がしきい値のいずれかを超えるかどうかを判定し（ス
テップ６１０）、超える場合は、超えられた最高しきい
値に基づいてその信号を分類する。次にその信号はさら
に分析され、適切であれば、オペレータ・インタフェー
ス４１５を介してシステムのオペレータまたはその他の
構成要素に供給される（ステップ６１２）。

【００４０】タイマが時間間隔の終わりを示す場合（ス
テップ６１４）、ＣＰＵ３１５は、これが現行伝送のた
めに処理すべき最後の時間間隔であるかをどうかを判定
する。最後の時間間隔である場合、ＣＰＵは、モードま
たは表示範囲変更が要求されたかどうかを判定する（ス
テップ６１６）。要求されていない場合、プロセスは別
のパルスを初期設定するために繰り返す。そうではない
場合、ＣＰＵ３１５は、新しい伝送の開始に現在のＩＦ
ステージ３００の適切な利得を適当に再計算する（ステ
ップ６１８）。次にＣＰＵ３１５は、ＩＦステージ３０
０の利得を調整し（ステップ６２０）、各時間間隔ごと
に適切な範囲にある関連目標反射率のそれぞれからの反
射に関連すると思われるアンテナ１０５における入力パ
ワーを計算する（ステップ６２２）。

【００４１】各関連目標反射率ごとの予想入力パワー・
レベルを決定すると、ＣＰＵ３１５は、対応する生のし
きい値を決定する（ステップ６２４）。たとえば、ＣＰ
Ｕ３１５は、様々な入力レベルに対応する生のしきい値
を含むメモリ内のテーブルを参照するか、または入力パ
ワーに基づいて生のしきい値を計算することができる。
次にＣＰＵ３１５は、ＩＦステージ３００の調整に使用
するものと同じ利得値を使用して生のしきい値のそれぞ
れを調整する（ステップ６２６）。次に、スケーリング
済みしきい値のそれぞれは、受信機１１５のハードウェ
アによって誘導される非線形など、時間不変の不規則性
について適当に矯正される（ステップ６２８）。次にこ
のような値は、次のモードまたは表示範囲変更まで格納
され（ステップ６３０）、その時点で再計算される。次
にシステムは、パルスを伝送し、着信信号を監視し続け
る。

【００４２】本発明の様々な態様によるレーダ・システ
ム１００は、利得を制御し、レーダ受信機１１５の検出
しきい値を確立するための有利なシステムを提供する。
特に、レーダ受信機１１５は、操作するための経験的デ
ータが少なく、データ・テーブルを格納するためのメモ
リも少なくて済む。また、適切なしきい値は、時間、動
作構成、利得の関数として決定されるのではないが、関
連期間の予想入力パワーのみの影響を受けるので、経験
的データの必要性は解消されるかまたは大幅に低減され
る。その結果、入力パワーから生のしきい値への変換用
の参照テーブルが十分小さくなる。しかし、現行利得に
応じて生のしきい値をスケーリングすると、ＣＰＵ３１
５が使用する利得としきい値が確実に互換性のあるもの
になる。さらに、本発明の様々な態様によるレーダ・シ
ステム１００は、どのようなアンテナおよび動作特性に
関連しても動作可能なので、多様性の改善が見られる。
動作構成だけをマイクロプロセッサ４００に供給すれば
よく、それ以上の経験的データまたは参照テーブルの必
要性はない。

【００４３】本発明の原理は図示の実施形態で明確にな
っているが、このような原理を逸脱せずに具体的な環境
および動作要件に特に適応させた、本発明の実施に使用
する構造、配置、割合、要素、材料、および構成要素の
数多くの変更は、当業者にはただちに明らかになるだろ
う。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の様々な態様によるレーダ・システムの
全般的ブロック図である。

【図２】目標物に向かって伝播し、目標物から反射する
レーダ波を示す図である。

【図３】図１のレーダ受信機のブロック図である。

【図４】図３のＣＰＵのブロック図である。

【図５】目標物から反射され、時間の関数として受信機
によって受信される信号の大きさを示すグラフである。

【図６】図１のレーダ・システムの動作を示す流れ図で
ある。

【図７】図１のレーダ・システムの動作を示す流れ図で
ある。

【符号の説明】

１００レーダ・システム１０５アンテナ、変換器１１０送信機１１５受信機１２０送受切換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標物による受信信号を検出するための
受信機において、受信信号に対応するとともに、可変利得値に応じて増幅
される増幅信号を生成する増幅器と、前記増幅器に接続された可変利得制御装置であって、前
記増幅器の可変利得値がこの可変利得制御装置に応答
し、この可変利得制御装置は、受信信号の目標部分の予
想規模を計算し、前記計算済み予想規模に応じて増幅器
の前記可変利得値を調整するように構成された可変利得
制御装置と、前記増幅器および前記可変利得制御装置に応答する信号
プロセッサであって、前記信号プロセッサは、受信信号
の目標部分の予想規模に応じて生のしきい値を決定し、
その生のしきい値を前記可変利得値の関数としてスケー
リングし、前記受信信号をその生のしきい値と比較する
ように構成された信号プロセッサとを含むことを特徴と
する受信機。
【請求項２】電波を反射する目標物を検出するための
目標検出システムにおいて、電波を信号に変換し、信号を電波に変換するように構成
された変換器と、変換器に接続され、前記変換器に信号を供給して前記変
換器を介して目標物に入射する電波を生成するように構
成された送信機と、変換器に接続され、目標物から反射した前記電波を検出
するように構成された受信機であって、変換器に接続され、前記検出済み反射電波に対応する信
号を生成するように構成され、その信号が、時間の関数
として変動する可変利得値に応じて増幅される増幅器
と、増幅器に応答し、前記信号をしきい値と比較するように
構成されるとともに、そのしきい値が前記可変利得値の
関数としてスケーリングされる信号処理システムとを含
む受信機とを含むことを特徴とする目標検出システム。
【請求項３】目標物から反射したレーダ波に応答して
アンテナによって生成された電気信号を受信するための
レーダ受信機において、アンテナによって生成された信号に応答し、利得値に応
じてアンテナからの信号を増幅して増幅信号を生成する
ように構成された増幅器と、前記増幅器からの増幅信号に応答し、目標物から反射し
たレーダ波に対応する信号を検出し、目標物から反射し
たレーダ波に対応する信号に応じて検出信号を供給する
ように構成された包絡線検波器と、前記包絡線検波器によって供給された前記検出信号に応
答する処理ユニットであって、前記処理ユニットが、前記増幅器に接続され、目標物から反射したレーダ波の
予想入力振幅に応じて前記利得値を調整するように構成
された利得制御装置と、目標物から反射したレーダ波の前記予想入力振幅に応じ
てしきい値を生成するように構成され、前記利得値に応
じて前記しきい値をスケーリングするように構成された
しきい値生成器と、前記包絡線検波器によって供給された前記検出信号に応
答し、前記検出信号を前記スケーリング済みしきい値と
比較するように構成された比較器とを含む処理ユニット
とを含むことを特徴とするレーダ受信機。
【請求項４】反射波信号内で反射目標物に対応する信
号の目標部分を識別する方法において、時間の関数として変動する利得値に応じて反射波信号を
増幅するステップと、時間の関数として反射波信号の目標部分の予想規模に対
応するしきい値を決定するステップと、前記利得値に応じて前記しきい値をスケーリングするス
テップと、前記増幅済み反射波信号を前記スケーリング済みしきい
値と比較するステップとを含むことを特徴とする方法。