JPS58109869A - 合成パルスレ−ダシステム及びその方法 - 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】 この発明は地中の石油鉱脈、炭層及びその他の鉱脈など
の自然現象を含む広い媒質中における標的に向けられた
パルスレーダ検出技術に関するものである。特定すれば
、この発明はディジタル制御され走送信回路及び受信回
路によって発生されかつ検出される一定の周波数スペク
トルから形成された合成パルスを用いたパルスレーダシ
ステムに関するものである。

誘電体媒質中の不連続性を検出するためにインパルス、
すなわち短パルスを用いるようにしたレーダシステムの
長所は、たとえばアロンジに与えられた米国特許第４０
７２９４２号為チャツプマンに与えられた同第４００８
４６９号及びモーレイに与えられた同第３８０６７９５
号において開示された通り、一般によく認識されている
。これらの米国特許に開示された型のシステムは、高周
波の広いスペクトルを含む１又は数個のパルス波を放射
することにより、その特性が広く変化する標的現象を検
出できるようにしたものである。短パルスは、誘電体媒
質中に放射されると、その媒体中の不連続点において反
射され、これによるパルスエフ−が検出及び分析される
ことにより、その不連続点の位置及びサイズに関する情
報が提供される０しかしながら、リアルタイムにおける
短パルスの発生は二つの重大な欠点を含んでいる。欠点
の第１は適当な動的範囲において高周波データを記録し
なければならないことであり、欠点の第２は大地に広帯
域のエネルギー効率を結合しうるアンテナを設計しなけ
ればならないという問題である。最初の問題はヘテロダ
イン受信技術を用いることにより部分的に解決される。

しかしながら、効率的なアンテナ結合の問題を解決する
ことは比較的困難である。常套的にこの問題を解決しよ
うとすれば、反射率が最小となるように設計された広帯
域アンテナを建設することになる。このようなアンテナ
は媒質中にエネルギーをよく伝達するものであるが、そ
れは低ゲインアンテナシステムを必要とする。

リアルタイムパルスレーダの欠点を克服する従来のいま
一つの試みは、高周波短パルスの帯域幅と等価な周波数
のフーリエスペクトルを形成する多数の選択された周波
数において、連続波測定を行うようにした合成パルスレ
ーダを開発することであった。このような従来技術のシ
ステムは、１９７４年１月発行のＩＥＥＥ会報、Ｖｏｌ
、　６２．　　Ｎｏ−１，第３６〜４４　頁におけるロ
ビンソン、Ｌ、Ａ、等による論文”　Ｌｏｃａｔｉｏｎ
　ａｎｄＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｉｓｃｏｎ
ｔｔｎｕｉｔｉｅｓ　ｉｎ　ＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＭｅ
ｄｉａ　Ｕｓｉｎｇ　５ｙｎｔｈｅｔｉｃ　ＲＦ　Ｐｕ
１ｓｅｓ”　（合成器パルスを用いた誘電体媒質中の不
連続位置検出及び認識法）、及びマイクロ波理論及び技
術に関するＩ１ｇ部会誌、Ｖｏｌ、　Ｍ　Ｔ　Ｔ　−２
０の第８５５〜８５７頁におけるロビンソンＬ、　Ａ、
等の”ＡｎＲＦ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅ
ｃｔｏｍｅｔｅｒ　Ｎｏｔ　ｉｎ　ＲｅａｌＴｉｍｅ”
（非リアルタイムのＲＦ時間域反射計）において開示さ
れている。これらの刊行物に開示されたシステムにおい
ては、測定シーケンスを制御し、ストアされたパラメー
タを合成パルスエコーの表示のために処理することは、
コンピュータを用いて行うようになっている。スペクト
ル線の振幅及び位相は個々に制御できるため、短いパル
ス幅間の最適の動作、パルス間のベースラインの最適微
振動（ｓｍａｌｌ　ｒｆｎｇｉｎｇ）、及びそのスペク
トルに対応する最適の全帯域幅を得るように合成レーダ
パルスを形成することができる。

ロピンソン等のシステムは、オシレータの周波数出力に
おける必要な安定度を得るために、外部周波数安定化回
路を要求する同調式オシレータを具備している。このよ
うな安定化回路は合成パルスシステムを高価にし、かつ
複雑性を加えるものであり、同調式オシレータはマイク
ロプロセッサ制御回路のような標準的なディジタル論理
回路と調和するものではない。その結果、ティジタル制
御式合成パルスレータ装置カ開発され、集積回路制御要
素とよりよく調和することとなった。この装置はファウ
ラー等に与えられた米国特許＄４２１８６７８号におい
て開示されており、送信機におけるシンセサイザＣ合成
間１！ｇ）に供給するための基本周期信号を発生するマ
スタオシレータを含んでいる。シンセサイザは、所望の
合成レーダパルスに基本周期信号を順次掛けることによ
り、所望の合成レーダパルスのためのフーリエ周波数ス
ペクトルを発生する。この掛算はマイクロプロセッサ型
制御装置から受信されたディジタル信号で代表される整
数列の各整数ごとに行われる。送信機はさらにマイクロ
プロセッサ型制御装置からの減衰制御信号に応答してフ
ーリエスペクトルを形成する周期成分信号の強さを制御
するために１減衰制御回路を具備している。減衰制御回
路からの出力は、送信アンテナによって適当に増幅及び
送信される。

ファウエル等のシステムは、送信機によって放送され、
測定中の地理物理学的現象により変調された周期的成分
信号の各代表的１＜ラメータ？復元するように設計され
た受信機を含んでいる。この受信機は送信機において用
いられたと同様な周波数合成器を備えている。これはオ
シレータからのベース周期信号に、マイクロプロセッサ
型制御回路から受信された各整数を掛けるものであ木。

受信機はさらに直角回路を含み、この回路は周波数合成
器からの信号を受信して、前記放送された周期的成分信
号に対し既知の固定された周波数を有するインフェース
（１ｎ−ｐｈａｓｅ　）及び直角位相（ｑｕａｄｒａｔ
ｕｒｅ）の二つの基準信号を生成するものである。直角
及びインフェース基準信号は互いに９０°の相差を有す
る。

これら二つの基準信号は、次に地理物理学的現象から返
ってきた周期的成分信号の一部を表わす電気信号と混合
され、これにより位相及び振幅の情報が形成される。

ファウラー等の米国特許に開示された前記合成パルスレ
ーダシステムは従来技術システムノ複雑な要素の多くを
除去し、これらのシステムを上まわる改良点を含んでい
る。しかしながら、この改良されたシステム／ｌｉ１回
に単一の周波数しか送信できず、しかもその単一送信周
波数は受信機において正確に再生されなければならない
。これはシステムの感度をある範囲内に制限することＶ
ζなる。さらに、地理物理学的測量中に単一の周波数し
か送信できないということは、比較的緩やかなデータ獲
得速度となること、従って測量に要する時間を増大させ
ることになる。

本発明の基本目的は、前述したような従来技術による欠
点を克服するための新規にして改良されたディジタル制
御式合成パルスレーダ装置及び方法を提供することであ
る。

本発明の別の目的は、ヘテロダイ、ン受信ｍを用いたこ
とにより受信機中でシステム送信周波数を正確に維持す
る必要をなくシ、これによって感度を高めた新規の改良
された合成パルスレーダ装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、同時に複数の所望の周波数
を送信するようにした送信機、及び前記送信された周波
数であって測定中の地理物理学的現象から返ってきた前
記送信周波数を受信することにより位相及び振幅情報を
引出すようにした複数の独立した受信機を含む受信シス
テムを具備した新規にして改良された合成パルスレーダ
システムを提供するこ古である。

本発明のいま一つの目的は、高調波関連掃引を同時に発
生することにより、多ノオクターブ周波数掃り［を実現
するに必要な時間を短縮することができる新規にして改
良された合成パルスレーダシステムを提供することであ
る。これは１所望の周波数オクターブの一つにおける出
発周波数に同調したシステム受信機及び送信機の双方に
おいて、シンセサイザを用いることにより達成される。

シンセサイザがオクターブを通じて同調すると、これに
接続された高調波発生器が妥当な高調波を同時に発生し
、従って受信機がすべての高調波関連信号の振幅及び位
相を判定できるように付勢する。

本発明のさらなる目的は、同時周波数送信を達するため
に１システムの送信機及び受信機部の双方において、複
数個の単一周波数合成器（シンセサイザ）を含む新規に
して改良された合成パルスレーダシステムを提供するこ
とである。

各シンセサイザは基本周期信号から周波数スペクトルを
発生し、かつ同時送信周波数を判定することにより、高
調波及び中間変調ひずみという不所望の効果をかなシの
程度減殺することができる。

本発明のさらに別の目的は、個々の送信周波数信号Ｃ周
期成分信号）、及び受信回路において発生した電気信号
の間の位相差及び振幅の差を判断するようにした前記受
信回路を含んでいる。受信回路によって発生された電気
信号は測定中の地学的現象から返って来た周期的成分信
号の復元部を表わすものである。受信機回路はマスタオ
シレータにより送信機及び受信機回路の双方に与えられ
る基本周期信号に対して一定の既知周波数及び位相関係
にあるインフェーズ基準信号を生成するための単一周波
数直角回路を具備している。直角回路はまた前記インフ
ェーズ信号と同一周波数で９０’の相差を有する直角基
準信号を発生する。これらインフェーズ基準信号及び直
角基準信号は地学的現象から返ってきた周期的成分信号
を混合したものを表わす電気信号と混合され、これによ
り位相及び振幅情報が得られる。

この発明のさらに別の目的は所定の基本周波数を有する
基本周期信号を発生する段階と、基本周波数に掛けられ
たとき所望のレーダパルスの完全フーリエスペクトル、
又ハソの７−リエスペクトルの部分のいずれかを表わす
複数の周波数を生成することができる整数列を代表する
ディジタル信号を順次発生する段階とを含む地理物理学
的現象の検出性全提供することである。

本発明のいま一つの目的は、複数の周波数多重合成パル
スを同時に発振及び送信し、これらのパルスを処理する
多数の受信機で受信することからなる地理物理学的現象
の検出法を提供することである。

本発明のその他のより特定された目的は、以下ＫＦＭ面
を参照して行う本発明の実施における最良の形態につい
ての詳細な説明により明らかになるであろう０ 本発明の合成パルスレーダシステムは、米国特許第４２
１８６７８号（７アウラーパテント）において詳述され
たシステムの多くを編入したものであり、ここに参考と
してこの米国特許の記述全援用する。この従来技術シス
テムの基本回路は第１図に示されており、システムは送
信機（２１、受信機（４）及びマイクロプロセッサ型制
御回路（６）からなっている。この開示されたシステム
の重要な特徴は、特別の周波数安定化回路、又はマイク
ロプロセッサ型制御回路を送信機（２）及び受信機（４
）に接続するための命令信号ノくツファー全必要としな
い標準型ディジタルＩＣを調和的に用いていることであ
る。

送信機（２）は所望の合成レーダ／ぐルスと等価なフー
リエスペクトル周波数を発生するように設計されている
。この合成／ずルスは、複数の連続［７た時間間隔の各
々において対応する複数の周期的成分信号の一つを発生
することにより形成される。成分信号の各々は所定の基
本周波数の整数倍である不連続周波数の一つである。送
信機（２）はライン（１０）において基本周期信号を受
信し、ライン＋１２＋においてディジタル信号を受信し
、これらを掛は合せて第１のベース基準信号を得るため
の周波数合成器（８）を備えている。合成器（８）の出
力はライン０４）から減衰制御回路（１句に伝達される
。この回路（１句は周波数合成器（８）により生成され
た第１ベース基準信号の減衰を制御することにより、送
信機（２）から送信された周期的成分信号の強度を制御
するように設計されている。

減衰制御回路０φの出力はライン（ｌ四から直線電力増
幅器■に伝達される。この増幅器（イ）は、アンテナ（
社）に合成レーダパルスの周期的成分信号を供給するよ
うに設計されている。送信機（２）を構成する種々の要
素の機構及び特定の動作については、前記米国特許第４
２１８６７８号において詳述されている。

受信機（４）Ｉ／′ｉ送信機（２）によって送信され、
測定中の地理物理的現象により変調された周期的成分信
号の各々を表わすパラメータを復元するように設計され
ている。これら測定される現象としては〜炭坑の危険個
所、地層間の境界面のごとき地下の地質学的特徴、丸石
、岩石又は集塊前の存在、岩盤までの深さ、石灰岩又は
その他の物質における空洞もしくは裂は目の存在と範囲
、及び地下水面までの深さ等がある。この型の装置によ
って検出可能な他の現象は、上、下水動及び都市ガス等
に用いられる金属又は非金属のバイブ、導管等のライン
からなる埋設物、もしくはその他の金属又は非金属埋設
物によるものがある。

受信機（４）は送信された周期的成分信号帰還部を取り
上げて高周波増幅器（イ）への信号を提供するための受
信アンテナ（財）を備えている。増幅器（イ）はこのア
ンテナ信号を増幅して、テストされている地理物理的現
象により変調された各送信された周期的成分信号のエネ
Ａ・ギーの一部を表わす電気信号を発生するものである
。

受信機（４）はさらに送信機（２）の周波数合成器（８
）と同様な周波数合成器−を具備しており、この合成器
（ハ）はラインーにおいて受信したベース基準信号にラ
イン（３匂において受信したディジタル信号を乗するこ
とにより、送信機（２）から所定時点において送信され
た周期的成分信号と同−周波数及び同一位相を有する第
１のベース基準信号を生成するものである。合成器（８
）及び（社）により、ライン０匂及び（３２においてそ
れぞれ受信されたディジタル信号は、従って周波数選択
信号であると考えることができる。

周波数合成器（ハ）は、直角回路（財）が付加されてい
る点で周波数合成器（８）とは相違している０この直角
回路は前記第１ベース基準信号をラインーに供給するイ
ンフェース基準信号と、ラインａ〜に供給する直角基準
信号に変換するものである。インフェーズ基準信号は送
信機（２）によって所望の時点に送信された周期的成分
信号と同一の周波数及び位相をもたなければならず、直
角基準信号は送信機（２）によって所望の時点に送信さ
れた周期的成分信号と同一の周波数であって９０°の位
相差を有するものでなければならない。

直角回路によりインフェーズ基準信号及び直角基準信号
を形成するための厳密な方法は、前記米国特許第４２１
８６７８号においてやはり詳述されている。

ラインー及び關に供給された基準信号、並びにライン（
＠に供給されたＲＦＣ高周波）増幅器（至）からの出力
電気信号はミキシング回路１４′４ヘノ入力を形成する
。回路（４２の機能は送信機（２）によって送信された
各対応する周期的成分信号の復元パラメータを表わす出
力ライン■及びに上のパラメータ信号を生成するもので
ある。特に、ミキシング回路０２はライン図に供給され
た電気信号（地理物理学的現象によって変調された各周
期的成分信号のエネルギーの一部を表わす）を為それぞ
れライン（財）及び＠区に供給された基準信号と混合し
て、ライン（財）に供給されるインフェース成分を含む
パラメータ信号、及びライン（４四に供給される直角成
分を有するパラメータ信号を形成するものである。ミキ
シング回路ｈａはライン図から供給された電気信号をラ
イン（転）によって第１ミキサ回路−に供給すると共に
、ラインーによって第２ミキサ回路（財）に供給するた
めの電力分割回路部を備えている。電力分割器（ハ）は
ライン１２及び−に供給する信号を、増幅器（至）から
ライン図上に受信した大刀電気信号に関して零相シフト
するのが特徴である。

送信機（２）及び受信機（４）の同期操作は、所定の周
波数スペクトルに従ってライン（１匂及び（イ）に周波
数選択用ディジタル信号を提供するように設計されたマ
イクロプロセッサ型制御回路（６）により行われる。こ
の周波数スペクトルは与えられた動作条件において可能
な最良の合成レーダパルスの形成が望まれる場合などに
、システム使用者によって選択的に変更されうる。制御
回路（６）ＩＩ′ｉまたライン（財）及び顛からのイン
フェーズ成分信号及び直角成分信号を受信するように設
計されている。これらの信号はマイクロプロセッサによ
りディジタル型に変換されてストアされる０マイクロプ
ロセツサは次にこれらの信号の逆変換を演算して地理物
理学的現象に関する情報を発生することができる。この
態様は、前記米国特許第４２１８６７８号に記載されて
いる。

マイクロプロセッサシステム−はさらにライン図に減衰
制御信号を供給し、ラインーには増幅器−への増幅器ゲ
イン制御信号を供給する。これらの制御信号の大きさは
ライン（４４及び顛にそれぞれ接続されたライン（財）
及び−により受信されたインフェーズ成分信号及び直角
成分信号の強度に従うものである。制御回路（６）ハラ
イン（１０１及び−に基本周期信号を発生及び供給する
ことにより送信機及び受信機の同期操作を可能にするた
めのマスタオシレーターを含んでいる。マイクロプロ七
ツサシステムー及びマスタオシレータ回路−の動作は、
ライン図より後者−にマイクロプロセッサクロック信号
を提供することにより同期化されうる。

ここで第２図を参照すると、第１図の合成パルスレーダ
システムを本発明に従ってヘテロダイン受信機ζ譜によ
り動作させるように改変したものが示されている。この
システムの場合、送信機（２）及び制御回路（６）は第
１図のシステムにおいて採用されたものと同じであるが
、受信機（４）は第２図において受信機（ハ）と置換さ
れる。ヘテロゲイン受信機ヴ２は受信機（４）に含まれ
たと同様の要素を多数もっておシ、これらは同様に働く
ため、第１図と同一の参照数字が用いられる。

受信機ヴ２においては受信機（４）と異り、ただ一つの
オフセット周波数合成器ｆｆ４１が制御回路（６）から
ライン□□□に供給されたディジタル信号を受信し、合
成器はマスタオシレータβ瞠からラインー上に受信した
基本周期信号を、ラインａカ上に受信した連続ディジタ
ル信号によって表わされたエネルギーに掛ける計算を行
うことにより、出カラインσφ上に基準出力を発生する
。この態様において、オフセット合成器ｔ１４は第１図
の合成器□□□と同様に働くが、後者（財）と異る点は
このオフセット合成器が直角回路に接続されていないこ
とである。そのかわり、合成器篩がらの出力は出力ライ
ンｌ７１１から受信ミキサｒＩ縛に供給される。

ここで、合成器出力／ｆｉＲＦ増幅器□□□からの出力
と混合され、ＩＦＣ中間周波）信号であるミキサ出力信
号が形成される。この信号はラインー上の信号とコヒー
レントな位相関係にあり、電力分割器（州に供給される
。

受信機Ｑ２においては、第１図の比較的複雑な直角回路
曵が通常型の単純な周波数固定式９０゜直角ハイブリッ
ド回路と置換される。この通常型回路は、単一の一定Ｉ
Ｆ周波数信号を受けて、インフェーズ出力信号並びにこ
のインフェーズ出力信号から９０°シフトした直角位相
出力信号を発生する。この周波数固定式直角ハイブリッ
ド回路はマスタオシレーターからラインーを経て一定の
基本周期信号を受信し、この信号からライン（ト）及び
贈上に、それぞれインフェース及び直角出力信号を発生
する。直角ハイブリッド回路１８１１！は、それが回路
出力に接続されたＩ及びＱチャネルにおいて送信周波数
を複製する必要がないという事実によって使用可能とな
ったものであり、これらのチャネルは送信周波数又は受
信周波数からは独立した一定の周波数に維持される。

電力分割器（財）からライン（財）及び−に出る出力は
、ミキサー及び例のライン（至）及び（ト）におけるイ
ンフェース出力信号及び直角出力信号とそれぞれ混合さ
れる。これは第１図の受信回路（４）と同じである。ヘ
テロダイン受信機ヴ２はオフセット合成器ヴ→及び受信
ミキサ（７Ｂを用いる点において、受信機（４）とは基
本的に相違する。この受信ミキサはミキサ関及び（財）
と類似の構造及び機能を有している。これらの〔従来回
路からの）変更は、送信周波数を受信機において要求し
ないため１従来型受信機（４）に比してかなりの感度向
上を期待できる。結局、ヘテロダイン受信機が必要とす
るのは、マスタオシレーターからの１ＭＨ２程度の７工
−スコヒーレントｃ定位相）性ＩＦ周波数である。

第１図及び第２図の合成パルスレーダシステムは一度に
単一の周波数のみを送信する。しかしながら、合成パル
スの概念を実行するためにこれらの装置の変形態様を用
い、同時［２以上の周波数を送信することもできる。同
時多重周波数送信の能力は、長い積分時間が用いられる
場合や、送信機及び受信機の少くとも一方を移動させる
ような踏査を行う場合に有用である。

同時多重周波数送信は、単一周波数システムにおけるよ
りもデータ獲得速度を顕著に高めうろことが明らかであ
る。

第３図は所望の全周波数が同時に送信されるようにした
周波数多重技術の実施に適用される合成パルスレーダシ
ステム−を示すものである。

このシステムは第１図の制御回路（６）、及び複数の受
信機を備えている。これら受信機の各々は、第１図の受
信機（４）又は第２図の受信機（７謁を構成するもので
もよいが、なるべくなら第４図に示したような型の受信
機（財）からなっている。これらの受信機については、
第４図のシステムの説明に関連して詳述することとする
。

多重周波数合成パルスレーダシステム■においては第１
図及び第２図の送信機（４）に代えて、櫛歯型ライン発
生器！８［Ｉを有する送信機（財）が用いられる。この
ライン発生器はマスタオシレータ四により正弦波又は矩
形波で付勢される。櫛歯型ライン発生器−が付勢される
と、これは基本周波数のインクリメントからなる選択さ
れた周波数を通すようにセットされた送信フィルタ州に
対し、広範囲の周波数スペクトルを出方する。

たとえば１マスタオシレータが櫛歯型ライン発生器にＩ
　ＭＨ２の基準周波数を提供すると、フィルターは増幅
及び送信のために２０〜４０ＭＨの周波数を選択すべく
セットされるであろう。

この結果、２０の選択された送信周波数がフィルターを
同時に通過し、さらに送信のため増幅器（ホ）により増
幅される。これら２０個の送信周波数は受信アンテナ（
財）により同時に受信され、増幅器−において増幅され
、さらに２０個のセパレート受信機（財）〜（９４ｎ）
Ｋ選択的に提供される。

これら２０個の受信機は送信周波数の−っを受信するよ
うに同調操作され、その結果書受信機は特定の受信周波
数に関する情報を取り出すように動作する。多重周波数
合成パルスレーダシステム＠優の受信機は単一のアンテ
ナ（財）かう単一の増幅器（イ）に供給され、ここで増
幅された信号を受信するものであり、従って各受信機ご
とにセパレート増幅器及びセパレートアンチナラ設ける
必要はない。

第４）ｌ′ｉ図で概括指示された多重周波数合成パルス
レーダシステムを示している。このシステムは高調波的
に関連した周波数掃引を同時に発生することにより、マ
ルチオクターブ周波数掃引を実行するに必要な時間を短
縮するものである。第４図のシステムにおいて、制御回
路（６）は第１図に示したものと同様であるが、送信機
（２）及び受信機（４）は、それぞれ送信機−及び複数
の受信機例〜（９４ｎ）と置換される。送信機（転）は
高調波発生器−に出力を提供するように接続された合成
器−を含んでいるが１受信機（財）〜（９４ｎ）のため
の入力回路は高調波発生器（１０２）に出力を供給する
ための合成器（１００）を含んでいる。合成器−及び（
１００）は第１図の合成器（８）及び（ハ）と同様に動
作し、マスタオシレーターからの所定の基本周期信号及
びマイクロプロセッサ−からのディジタル信号の両方に
応答して周波数スペクトルを発生する。合成器−及び（
１００）は、いずれも所望の周波数オクターブの一つの
始まりに同調し、そのオクターブを通じて同調するとき
に、高調波発生器−及び（１０２）が適当な高調波を同
時に生成し、これによって要求されるすべての高調波関
連信号の位相及び振幅が決定される。送信機において高
調波発生器−からの出方は増幅器（イ）において増幅さ
れ、送信アンテナ（社）により送信され、この電波は受
信アンテナ（２４１により受信され、さらにＲＦ増増幅
器圧おいて増幅される。

同時に送信された周波ｆ＆はここで受信機例〜（９４ｎ
）に導かれる。すなわち、受信される各周波数のために
単一の受信機部が存在するわけであり、受信機入力フィ
ルタ（１０４）は各受信機部のための特定の周波数を通
すように同調操作される。

受信機フィルタＣ１θ４）を通過した信号はそこから電
力分割器（４樽、並びに第１及び第２のミキサー及び（
財）に導かれる。これらの回路要素は第１図に示したも
のと同一の構造を有し、従って同一の機能を発揮する。

高調波発生器（１０２）からの出力は、各受信機のため
の直角回路（１０６）に導かれる。直角回路（１０６）
は第１図及び第２図の受信機直角回路と同様、第１及び
第２のミキサに対してインフェーズ信号及び直角信号を
提供する。直角回路（１０６）は第２図の直角回路−と
同様な直角ハイブリッド回路からなることができるが、
この回路は、多くてもｌオクターブまでを受信する必要
がある。

高調波発生器−及び（１０２）として用いるに適した三
つの異った高調波発生器の構造を、第５．６及び７図に
示すこととする。これらの構造は独立した振幅特性を有
するフエーズフヒーレントの高調波を発生する能力をも
っている。一般的減衰が正常動作条件において周波数と
共に顕著に増大することを期待できるため、この能力は
特に要求される。

第５図を参照すると、櫛歯型ライン発生器（１０８）を
含む単純な高調波発生器が図解されている。このライン
発生器は合成器−又は合成器（１００）から、適当な合
成器周波数において、矩形波又は正弦波によって励起さ
れる。合成器からの入力周波数が例えば２０ＭＨｚであ
れば、櫛ｍ型ライン発生器からの出力は複数のフィルタ
（１１０）に導かれる。第５図には３個のフィルタのみ
を示したが、実際のフィルタ数は送信機−によって同時
に送信される周波数の数に対応する。合成周波数Ｏｆｏ
が、たとえば２０ＭＨｚであれば、フィルタ（１１０）
は２０ＭＨｚ　、　４０ＭＨｚ、　６０ＭＨｚ等々を通
過させるようにセットされる。次にフィルタ（１１０）
からの出力は増幅器（１１２）において増幅され、個々
の出力は個々の受信機−の各一つに供給される。

第６図の高調波発生器は普通の合成器出力波フィルタ（
１１４）及びフィルタ（１１６）に直接供給される０フ
イルタ（１１４）は周波５１　ｆｏにおける出力正弦波
を発生し１これを増幅器（１１８）に供給する。同じ出
力正弦波は周波微ダブラ（１２のにも供給され、ここで
周波数２ｆｏが発生する。この周波数ダブラからの出力
はフィルタ（１２２）において濾波されてから増幅器（
１２４）により増幅される。

フィルタ（１１６）は周波数３ｆｏを直接発生して増幅
器（１２６）により増幅させるものである。

第７図の高調波発生器は、合成器出力信号Ｏｆ。

の所望の高調波を、その合成器からの所望の最高周波数
から始めて発生する。この最高の合成器周波数はバッフ
ァー増幅器（１２８）、フィルタ（１３０）を通過して
、増幅器群（１３２）の一つにおいて増幅される。その
他の所望のオクターブは合成器出力信号を割算器列（１
３４）に送ることにより生成される。各割算器はフィル
タ群（１３６）中の所望のフィルタに出力を送るもので
ある。割算器列ｆｏ　　　ｆ。

は必要な周波数のために信号−１−１ａ　Ｉ　ａ　’１
　Ｎを４ 発生する。この技術は基本合成器周波数の約数の信号を
良好な信号対雑音比き平坦な振幅応答において発生する
。

第８図は（１３８）で概括された別の多重周波数合成パ
ルスレーダシステムを示すものであり、このシステムは
送信機部（１４０）、受信機部（１４２）、及び第１図
の制御回路（６）を含んでいる。送信機はアンテナ翰に
よって同時に送信する周波数の数に等しい数の周波数合
成器（１４４）を備えている。

これら独立した周波数合成器の各々は、互いに異った周
波数に同調されているが、動作の態様は！ｉｌ！１図の
合成器（８）と同様であり、マスタオシレーターからの
周期信号及びマイクロプロセッサ（財）からのディジタ
ル信号を受信して周波数スペクトルを発生するものであ
る。送信機合成器回路（１４４）における各合成器から
のこれら基本周期信号は増＠機回路（１４６）における
各セパレート増幅器によって増幅され、各セパレート増
幅器の出力はアンテナ翰に特定の増幅された基本周期信
号を送るように同調設定された各フィルタに供給される
。この同調フィルタはフィルタ回路（１４８）に含まれ
る。

受信機（ｔ４２）ｔｉ合成器回路（１５０）に編入され
た複数の独立した合成器を有する。この合成器の微はア
ンテナ（２）によって同時に送信された周波数の数に対
応している。受信機におけるこれらの合成器（１５０）
は第１図の受信機における合成器（ハ）と同様に動作す
るものであり、送信機合成回路（１４４）と同じく各合
成器が送信周波数の一つに同調させられている。受信機
の各独立した合成器は、受信機部（１５２）の受信機−
における直角回路（１０６）に出力を供給する。受信機
部の各受信機（財）は第４図に詳細に示した受信機（財
）と同−構造及び同一機能を有するものである。アンテ
ナ（財）からの受信信号は増幅器（財）によシ増幅され
、受信機Ｈの各々におけるフィルタ（１０４）に供給さ
れる。

受信機の合成器において、各受信機のフィルタ（１０４
）は対応する合成器を同調させるべき特定バンドの周波
数を送るように同調させられる。同時に送信される周波
数を好ましく選択することにより、高調波歪及び相互変
調歪からなる不所望の効果をかなりの程度減殺すること
ができる。

以上述へた合成短パルスレーダシステムは多くの鉱脈を
作図するに適した高分解能と良好な侵透性を有するもの
である。従って、このシステムはたとえば１〜２ｍ程度
以上の範囲におけるなんらかの電気的不連続性を作図す
ることができる。その他の利用形態としては、極地にお
ける氷の厚さやトンネル及び鉱山の地層分析図の作図、
並びに自動化鉱山機械を制御するための炭層厚の測定等
がある。システムの多重周波数送信能力は、装置を車両
や他の移動物に装備できるようにするものである。各送
信周波数信号としては１完全なフーリエスペクトル周波
数または部分的なフーリエスペクトルのいずれを送信す
ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術による合成パルスレーダシステムのブ
ロック線図）第２図は本発明による合成パルスレーダシ
ステムを構成するために第１１１のシステムにヘテロダ
イン受信機を１１人したものの詳細なブロック線図、第
３図は多重周波数パルスの同時送信を行うために採用さ
れた本発明の合成パルスレーダシステムの第２の実施例
を示すブロック線図Ｓ第４図は高調波関連スィーブを同
時に発生することにより複オクターブ周波数掃引を形成
すべく採用された本発明の合成パルスレーダシステムの
第３の実施例を示すブロック＃ｉ！図、９Ｊ５図は第４
＠の合成パルスレーダシステムと共に用いるための高調
波発生システムのブロック線図、第６図は第４図の合成
パルスレーダシステムと共に用いるための高調波発生シ
ステムの第２の実施例を示すブロック線図、第７図は第
４図の合成パルスレーダシステムと共に用いるための高
調波発生システムの第３の実施例を示すブロック線図、
第８ＦＩ！Ｊは多重周波数同時送信システムにおいて送
信機及び受信機側多重周波数合成器を用いた本発明の合
成パルスレーダシステムの第４の実施例を示すブロック
線図である。 （２）・・・・・・・・・・・送信機 （６）・・・・・・・・・・・制御回路（８）・・・・
・・・・・・・合成器 ｆ７１、Ｈｌ（９４ｎ）、（１４２）−””受信機（財
）１（転）、Ｃ１４の書・・・送信機特許出願人　　　
　ザダー　コーポレイション代　　理　　人　　　　　
新　　実　　健　　部（外１名〕 第１頁の続き ０発　明　者　ジョン・レスリー・ディビスアメリカ合
衆国バージニア用２２ ０３２フエアーフアツクス・ディ フィンシイ・ドライブ５００８ 手続補正書 昭和５８年１　月３１日 特許庁長′ぎ　　　　　殿 １、事件の表示　昭和５７年特許願第２１ツ５７１号２
、発明の名称　　　合成パルスレーダシステム及びその
方法３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 氏名（名称）　　　ザダー　コーポレイション４、代理
人　　　　〒６０４ ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象　明細６全文 ８、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉｌｌ　（ａ）　　レーダ用短パルスのフーリエ変換に
   おける少くとも一部に近似した互いに異る周波数からな
   る複数の周期的成分信号を発生する段階と、 （ｂ）　　前記複数の周期的成分信号をそれらが検出す
   べき地理物理学的現象により変調されるように実質上同
   時に送信する段階と、 （ｃ）前記地理物理学的現象により変調された前記複数
   の周期的成分信号を実質上同時に受信する段階及び、 （ｄ）　　前記受信された周期的成分信号の各々を、送
   信された周期的成分信号の基本周波数に実質的に対応す
   る周波数を有する基準信号と混合することにより、前記
   受信された周期的成分信号の各々についての代表的パラ
   メータを判定する段階 を含むことを特徴とする合成パルスレーダを用いた地理
   物理学的現象の検出法。 （２）　　各々が不連続な周波数からなる複数の周期的
   成分信号を発生することにより、地理物理学的標的に向
   かって送信され１この標的において変調されるに適した
   レーダ用短パルスのフーリエ変換における少くとも一部
   に近似させるための送信手段（財）、Ｈ、（１４０）　
   、並びに測定中の地理物理学的現象により各々変調され
   た前記複数の成分信号を受信することにより、前記周期
   成分信号の各々の代表的パラメータを判定するための受
   信手段−１（９４ｎ）　、（１４２）を備えた合成パル
   スレーダシステムにおいて、前記送信手段−１（転）、
   （１４０）には前記複数の周期的成分信号を実質上同時
   に発生するための周期的成分信号発生手段図、■、Ｈ、
   Ｈ、及び前記周期的成分信号発生手段−１■、−１−か
   らの周期的成分信号を受けて前記地理物理学的現象に対
   しこれらを実質上同時に送り出すための信号送信手段（
   財）、（社）を含み、前記受信手段−１（９４ｎ）、（
   １４２）には前記地理物理学的現象により変調されたも
   のの各受信された周期的成分を代表する復元信号を１前
   記送信手段ｆ＆４１．（転）、（１４０）により送信さ
   れた各周期的成分信号の基本周波数と実質的に等しい周
   波数を有する基準信号と混合することにより、前記送信
   された周期的成分信号の各々のための前記復元されたパ
   ラメータを表わすパラメータを個々に生成するための混
   合手段（１００）、（１０２）　、（１０６）　、←尋
   、−１（財）を含んでいることを特徴とする合成ノザル
   スレーダ０ （３）　　特許請求の範囲第（２）項記載のレーダにお
   いて１前記送信手段−１Ｂｅ、（１４０）に対し、単一
   周波数の基本周期信号を提供するための制御手段（６）
   を備え、前記周期的成分信号発生手段−１■、１１１Ｓ
   −には前記基本周期信号によって励起された周波数スペ
   クトル信号を生成するための櫛歯型ライン発生手段−１
   及び前記ライン発生手段−からの前記周波数スペクトル
   信号を受けるべく接続されており所定の周波数範囲にお
   ける複数の前記信号を同時に通過させるためのフィルタ
   手段−を含むことを特徴とする合成パルスレーダ０（４
   ）前記受信手段−１（９４ｎ）　、（１４２）が前記送
   信手段（財）、ｖａ　、（１４０）　′ＶＣより同時に
   送信された周期的成分信号の数に少くとも等しい数の受
   信機部Ｃ９４ｎ）を含むことを特徴とする特許請求の範
   囲第（２）項記載のレーダ。 （５）受信機部（財）の各々が前記受信された周期的成
   分信号の少くとも一つを含む周波数帯を通過させるよう
   に同調設定された入力フィルタ（１０４）と、前記フィ
   ルタ（１０４）により通過させるべき周期的成分信号の
   送信周波数に実質的に等しい周波数を有するベース基準
   信号を受信してこの基準信号と同じ周波数のインフェー
   ズ基準信号及びこのインフェーズ基準信号と同一周波数
   であって位相が９０°ずれた直角基準信号を生成するた
   めの直角回路手段（１（１６）と、前記入力フィルタ（
   １０４）からの前記周期的成分信号及び前記インフェー
   ズ基準信号を受けてこれらを混合するための第１ミキサ
   手段、並びに前記入力フィルタ（１０４）からの前記周
   期的成分信号及び前記直角基準信号を受けてこれらを混
   合するための第２ミキサ手段を具備したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第（４）項記載のレーダ。 （６）　　前記受信手段例〜（９４ｎ）が基準信号発生
   手段（１００）、（１０２）、（１５のを含み、これら
   の手段（１００）、（１０２）、（１５のによって前記
   送信手段（財）、（財）、（１４０）が実質上同時に送
   信した周期的成分信号の周波数に対応する周波数を有す
   る複数の基準信号を実質上同時に発生するようにし、前
   記基準信号発生手段（１００）、（１０２）　、（１５
   ０）を前記受信部（９４ｎ）の各々に基準信号を提供す
   べく接続したことを特徴とする特許請求の範囲第（６）
   項記載のレーダ。 （７）　　各々互いに異った不連続周波数を有する複数
   の周期的成分信号を発生することにより地理物理学的標
   的に向かって送信し、かつこれに変調されるに適したレ
   ーダ用短パルスのフーリエ変換における少くとも一部分
   に近似させるための送信手段（２）、及び測定中の地理
   物理学的現象により変調された前記複数の周期的成分信
   号の各各を受信することにより前記成分信号の各々の代
   表的パラメータを復元し前記地理物理学的現象に関する
   情報が引出せるようにしたパラメータ複元手段（２４、
   （至）を含む受信手段（７２ヲ備えた地理物理学的現象
   を検出するための合成パルスレーダであって、前記受信
   手段ｆｆ２は前記復元された被変調−周期的成分信号を
   前記送信手段（２）によって送信された対応する周期的
   成分信号の基本周波数に対応する周波数を有する基準信
   号と混合することによりパラメータ信号を生成するため
   の受信ミキシング手段ｆｆｌと、単一周波数のインフェ
   ーズ基準信号及び前記単一周波数を有し前記インフェー
   ズ基準信号から９０’ずれた位相を有する直角基準信号
   を生成するための直角回路手段と、前記インフェーズ基
   準信号を前記受信ミキシング手段外からのパラメータと
   混合して前記パラメータ信号のインフェーズ成分を生成
   するための第１ミキサ回路手段−１及び前記直角基準信
   号を前記受信ミキシング手段−からのパラメータ信号と
   混合することにより前記パラメータ信号の直角成分を生
   成するための第２ミキサー回路手段を含むことを特徴と
   する地理物理学的現象を検出するための合成パルスレー
   ダ。 （８）前記直角回路手段−に単一周波数の基本周期信号
   を提供するための制御手段（６）をさらに備えたことを
   特徴とする特許請求の範囲第（７）項記載の合成パルス
   １７−ダ。 （９）前記受信手段σりが前記基準信号を発生するため
   に、前記基本周期信号を受けとってこれに整数列の各一
   つを乗するように接続されたオフセット周波数合成手段
   ｒ／４を含み、前記制御手段（６）が前記基本周期信号
   に乗ぜられるべき前記数の各々を代表するディジタル信
   号を前記オフセット周波数合成手段ヴ（に供給すべく作
   動するものであることを特徴とする特許請求の範囲第（
   ８）項記載の合成パルスレーダ。 ！１０１　　前記送信手段が基本周期信号の倍数を発生
   するための成分信号発生手段（１４１，０１を含み、前
   記制御手段（６）が前記ディジタル信号及び前記基本周
   期信号を前記成分信号発生手段＋８＋、＋１１１９に供
   給すべく接続されており、前記成分信号発生手段（，８
   １、Ｈが前記基本周期信号に整数列の各一つを乗するた
   めの合成手段（８）を含み、前記合成手段（８）が前記
   周期信号に乗ぜられるべき前記各整数を表わす前記ディ
   ジタル信号を受信するための入力ライン＋１２を有する
   ことを特徴とする特許請求の範１ｍ　ｇ　４９１項記載
   の合成パルスレーダ。