JPS598784B2 - パルス検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、パルス信号の時間幅を検出する装置特に歪お
よびレベル変動を伴なうパルス信号を受信する二次レー
ダ受信装置などに用いるパルス検出装置に関する。

現用されている二次レーダとしては、ＳＩＦ（Ｓｅｌｅ
ｃｔｉｖｅＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＦｅａｔｕｒ
ｅ）とかＳＳＲ（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＳｕｒｖｅｉｌｌ
ａｎｃｅＲａｄａｒ）とか呼ばれる航空機識別装置があ
る。

これは、地上局と航空機塔載トランスポンダとからなる
。地上局は航空機に向けて質問信号を送信し、トランス
ポンダはこの質問信号に応じた航空機情報でパルス符号
化した応答信号を送信する。地上局は応答信号を解読し
て航空機情報を再生し表示する。さらに、地上局は質問
信号送信から応答信号受信までの経過時間から地上局に
対する航空機の距離測定も行なう。この応答信号はパル
ス幅０．４５μｓｅζパルス間隔１．４５μｓｅｃ（７
）ＰＣＭ（ＰｕｌｓｅＣｏｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）
信号である。一般に、地上局の受信応答信号は、途中反
射を受けないで直接伝搬した波と建造物や山などで反射
を受けた波との合成波である。伝搬経路長の相違から、
反射伝搬波は直接伝搬波より遅れて到達する。したがつ
て、合成波としての受信信号は歪を受け、反射伝搬波成
分が大きい場合には、隣接する２つのパルス間に現われ
た反射伝搬波成分のため両パルス間の基部（パルスのな
い部分）レベルが正常値より上り、いわゆるパルスの谷
間が浅くなる。地上局受信機が直線増幅し得る信号強度
範囲（ダイナミック・レンジ）を超える応答信号の受信
または妨害電波の受信によつても同様の現象が生じる。
従来、地上局などのパルス受信機における正規信号と雑
音（妨害波を含む）との識別は、検波パルス信号振幅を
固定閾値電圧と比較する振幅比較回路で行つていた。

受信応答信号レベルは航空機（トランスポンダ）の距離
、フエージング、地面反射波により形成される地上局空
中線パターンの乱れ（いわゆるローピング）、トランス
ポンダごとの送信出力のばらつきなど各種要因により広
範囲にわたつて変動する。したがつて、前述のようにパ
ルス間の谷が浅くなつた検波パルス信号の谷部のレベル
は固定閾値を超えることも多い。この場合、振幅比較回
路は隣接する２つの入力検波パルス信号に対し時間幅の
広い単一パルス信号を出力するから、このパルス信号を
受ける解読器は誤動作に陥る。また、パルス信号の立上
り時間および立下り時間は有限であるから、従来方式の
振幅比較回路出力パルス幅は、入力の検波パルス振幅（
したがつて、受信信号レベル）によつて変動する。

このとき、必然的にパルス立上り時刻の変動をも伴うか
ら、ＳｌＦやＳＳＲの距離測定精度の低下をまねく。ト
ランスポンダと地上局との距離変化による受信信号強度
の変化を補償すネ手段としては利得時間制御方式（Ｇａ
ｉｎＴｉｍｅＣＯｎｔｒＯｌ：ＧＴＣ）が知られている
。

し力化、ＧＴＣは、フエーシング、ローピングなどに対
しては全くビデオ振幅安定化効果がないから、やはり信
号の誤解読や距離測定精度低下の問題を解決し得ない。
そこで、本発明の目的は、二次レーダ反射波など歪を受
けた入来パルス信号からその振幅変動の影響を受けるこ
となく所定パルス幅の整形パルス信号を生じるパルス検
出装置の提供にある。

本発明によれば、入力パルス信号を対数増幅する手段と
、この対数増幅された入力パルス信号を時間方向に伸張
する手段と、この伸張された信号の各瞬時レベルから予
め定めた一定レベルを差し引いて得られる信号を閾値信
号として発生する手段と、前記白数増幅された入力パル
ス信号が前記閾値信号の時間域に含まれるように前記対
数増幅された入力パルス信号を所定時間だけ遅延させる
遅延手段と、この遅延手段の出力レベルが前記閾値信号
レベルよりも，大きい区間だけ出力を前記入力パルス信
号のパルス幅信号として出力する比較手段とを備えて成
ることを特徴とするパルス検出装置を得ることができる
。パルス信号の立上り波形および立下り波形上にそれぞ
れあつてそのパルス信号振幅に対して一定割合のレベル
にある二つの時点の間隔で定義したパルス幅はパルス振
幅による影響を受けず、最も正確である。

そこで、本発明によるパルス検出装置は、入力パルス信
号の振幅に対し一定割合のレベルを閾値としてパルス検
出することにより、入力パルス信号の時間幅を正確に表
わすパルス信号を出力する。以下、図面を参照して本発
明を詳述する。

第１図を参照すると、従来のＳＩＦまたはＳＳＲのプロ
ツク図が示されている。

地上装置１は、航空機塔載トランスポンダ３に向け質問
信号（パルス信号）を送信する。トランスポンダ３は、
この質問信号を解読し、求められた航空機情報（高度な
ど）をパルス符号化した応答信号を送信する。地上装置
１は、質問信号送信から応答信号受信までの経過時間か
ら測定した距離およびアンテナ１１の方位から定めた航
空機位置をＰＰｌスコープなどの表示装置２１に表示す
る。この際、応答信号の解読により得た航空機情報を航
空機位置に近接して表示する。送信機１３は送受信分岐
回路１２及び送受信アンテナ１１を介して搬送周波数Ｆ
ｉの対パルス質問信号をトランスポンダ３に送り、この
質問信号に対してトランスポンダ３は搬送周波数Ｆｒの
パルス符号で応答する。

送受信アンテナ１１で受信した応答信号は、送受信分岐
回路１２を通り、混合器１５で局部発振器１４からの周
波数ｆｌの局部信号と混合され、周波数Ｆｒ−ｆｌ（ま
たはｆｌ−Ｆｒ）の中間周波信号に変換される。中間周
波増幅器１６は中間周波信号を増幅し、検波器１７はこ
の信号を包絡線検波し検波パルス信号を生じる。映像増
幅器１８は検波パルス信号を増幅する。振幅検出器１９
は検波パルスの中から一定閾値レベル以下の信号を棄却
して受信機雑音を抑圧したのち、そのレベルを超える信
号を飽和増幅する。符号解読器２０は振幅検出器１９に
よつて取り出された応答信号を解読識別し、表示装置２
１に表示する。応答信号には、航空機情報信号と伴わせ
て質問信号をそのまま送り返した基準パルス信号または
フレームパルス信号）が含まれる。航空機距離は質問信
号送信から基準パルス信号受信までの経過時間から測定
される。航空機距離とアンテナ方位から定まる航空機位
置が表示装置２１に輝度表示される。従来の振幅検出器
１９は第２図に示す様な差動増幅器で構成するのが通常
である。

第３図は差動増幅器により振幅検出する場合の入出力波
形を示す。第３図ａは検波パルス信号（映像増幅器１８
出力）、同図ｂは検波パルス信号レベルと閾値レベルと
の関係、同図ｃは検波パルス信号の閾値レベルを超える
部分を飽和増幅して得た出力パルス信号を示す。第２図
から明らかなように、閾値レベルは可変抵抗器Ｒ２の設
定値で決り、入力レベルが変動すると、第３図ｃに示す
如く出力パルス幅が変動することになる。通常の場合パ
ルス信号の二分の一振幅に於けるパルス幅を該パルス信
号のパルス幅と定義するが、閾値レベルに於けるパルス
幅は入力パルス信号の振幅によつて変動し、真のパルス
幅を検出できない。

特に振幅検出器１９の出力パルス信号の立上り時間で距
離を測定する場合は該パルス幅の変動が距離誤差に影響
を与える。第３図ｄは、反射伝搬波などにより隣接する
二つの検波パルス信号ＬおよびＮの間の谷部Ｍのレベル
が閾値を超えている例を示す。

この場合振幅検出器１９出力は同図ｅのごとく長時間幅
の単一パルス信号となるから、信号解読装置１９は誤動
作に陥る。第４図は本発明によるパルス検出装置の一実
施例の回路図を示す。

このパルス検出装置４は第１図に示した振幅検出装置１
９としてそのまま用いることができる。本図に於て４０
は映像増幅器１８からの検波パルス信号を入力する端子
、４１は入カタツプＴ。の他、タップＴｌ，Ｔ，，・・
・・・・Ｔｉ，・・・・・・・・・Ｔｎ（各タツプの遅
延時間をＴｌ，ｔ２，・・・・・・Ｔｉ，・・・・・・
Ｔｎとする）を有する全遅延時間Ｔｎの遅延線路、４２
は遅延線路４１の各タツプの出力信号の最大値を出力す
るアナログ０Ｒ回路、４３はアナログ０Ｒ回路４２の出
力を一定割合に分圧する分圧器（分圧比を１／ｋとし、
ｋは通常２に選定する）そして４４は分圧器４３の出力
信号と遅延線路４１のタツプＴｉの出力信号との２つの
パルス電圧を比較する差動増幅器である。端子４０から
検波パルス信号が入力すると遅延線路４１の各タツプか
らはそのタツプの遅延時間に相当する遅延時間だけ遅れ
てパルス信号がそれぞれ出力され、アナログ０Ｒ回路４
２に入力される。

タツプＴ，〜Ｔｎの各遅延時間の差を入力検波パルス信
号のパルス幅τより小さく選定することによりアナログ
０Ｒ回路４２からは第５図ｂに実線で示すように入力パ
ルス信号の時間幅を拡張したパルス信号を得ることがで
きる。このパルス信号を分圧器４３で分圧し、差動増幅
器４４の一方の入力端子４４ａへ閾値パルス信号（第５
図（ｃ）］として加える。また、タツプＴｉ（タツプＴ
。からの時間遅延ｔｌはほぼＴｎ／２）から得られる遅
延検波フθ パルス信号（第５図ｄ）を差動増幅器４４の他方の入力
端子４４ｂへ加える。

このとき、出力端子４５からは、閾値パルス信号により
入力パルス信号の１／ｋで棄却され飽和増幅された第５
図ｅに示すような整形パルス信号が得られる。この整形
パルス信号の時間幅は入力パルス信号の振幅の１／ｋに
おけるパルス幅を示す。差動増幅器４４の閾値入力（第
５図ｃ）は入力パルス信号の振幅の常に１／ｋにするこ
とができるから、入力パルス信号の振幅にかかわらず正
しいパルス幅を検出することができる。ここで、検波パ
ルス信号をＴｉだけ遅延せしめ、閾値パルス信号の時間
幅を検波パルス信号のそれより拡大する目的は、検波パ
ルス信号が閾値パルス信号の存在期間に確実に包含され
た時間関係で両パルス信号を差動増幅器４４に印加する
ことにある。前記説明から明らかなように、第４図に示
すパルス検出装置によれば入力検波パルス信号の振幅に
適応して閾値が決るので、検波パルス信号の振幅が変動
しても（第３図ｂ）或いは検波パルス信号が歪を受けて
も（同図ｄ）、正確な時間幅の独立したパルス信号とし
て検出することができる。

又、従来の固定しきい値による振幅検出器は、検出感度
を上げるために極力ノイズレベルに近いところ、つまり
信号対雑音比の低いところにしきい値を設定するのに対
して、本発明の場合は入力信号の強度に応じてしきい値
が変化する。従つて入力信号が強ければそれだけ信号対
雑音比の高いところで検出されるので、ノイズによるタ
イミングの変動やパルス幅の変動を受け難く、しかも反
射波等による影響も確率的にみて減少する。遅延線路４
１は前記説明のような１つの遅延線路からタツプによつ
て所要信号を取り出す方式の他に、複数の遅延線路によ
つて構成することもできる。

例えば遅延時間ＴｎとＴｉの２つの遅延線路でパルス幅
を拡大するのに用いる遅延線路と信号をＴｉだけ遅延さ
せる遅延線路とを別にしたり、遅延時間ＴｎまたはＴｉ
の遅延線路を構成するのにいくつかの遅延線路を直列に
接続することもできる。遅延線路４１の一部または全部
をＣＣＤ（Ｃｈａ−ＲｇｅＣＯｕｐｌｅＤｅｖｉｃｅ）
等の半導体素子で構成することも可能である。

差動増幅器４４は振幅比較のできる回路であれは足り、
コンパレータと呼ばれる比較回路等でも差支えない。

本発明によるパルス検出装置の他の実施例を第６図に示
す。

このパルス検出装置６は、第１図に示すＳＩＦ（または
ＳＳＲ）において、中間周波増幅器１６または映像増幅
器１８が対数特性を有する場合に、振幅検出器１９に替
えて用いられる。本図の装置は、分圧器４３の代わりに
バイアス加算回路６１を採用する他、第４図の回路と同
じ構成である。第７図を参照すると、第６図に示すパル
ス検出装置を説明するための信号波形図が示されている
。

同図ａは受信応答信号を直線増幅検波したならば得られ
るであろう仮想の検波パルス波形、同図ｂはこれと同じ
受信応答信号に対する対数増幅検波出力すなわち入力端
子４０へ加えられる検波パルス信号をそれぞれ示す。直
線増幅検波パルス信号における１／ｍ電圧点は対数増幅
検波パルス信号における振幅から１０ｇｍだけ差引いた
電圧点に相当する。したがつて、この１０ｇｍ減算点で
定まるパルス幅は入力信号の振幅にかかわらず一定であ
る。そこで、本実施例は入力信号の頭部から常に一定レ
ベル１０ｇｍで棄却する回路を構成したものであり、こ
れにより入力パルス信号の振幅に影響されないで入力パ
ルス信号の時間幅を正確に表わすパルス幅のパルス信号
を出力することができる。このｍは通常２に選定し、入
力信号の半値幅を検出する。さて、時間幅を拡張した検
波パルス信号であるアナログ０Ｒ回路４２出力（第７図
ｃ）は、バイ ｊアス加算回路６１に加えられ一定電圧
Ｖｚ＝１０ｇｍだけ負側にレベルシフトした閾値パルス
信号（同図ｅ）となる。

バイアス加算回路６１は、ツエナ一電圧ｚのチエナーダ
イオードＺＤと、一端が負電圧−Ｖ（Ｖ＞Ｖｚ）に接続
された抵抗器Ｒとで 一構成する。差動増幅器４４は、
遅延線路４１のタツプＴｉからの時間遅延検波パルス信
号（第７図ｄ）のうち閾値パルス信号（同図ｅ）の振幅
を超える部分を飽和増幅した整形パルス信号（同図ｆ）
を出力する。この整形したパルス信号のパルス幅は、入
力検波パルス信号（第７図ｂ）における振幅から１０ｇ
ｍだけ低い電圧の点で定義されるパルス幅、すなわち受
信応答信号（パルス信号）におけるｍ分の一電圧点のパ
ルス幅を表わす。なお、バイアス加算回路６１は、上述
のチエナーダイオードを用いる他、各種の定電圧回路で
実現できる。以上、ＳＩＦやＳＳＲなど二次レーダの受
信系に適用する場合につき記述したが、本発明によるパ
ルス検出装置はレベル変動を併う到来パルス信号に対し
正確な時間幅のパルス信号を出力する点に特徴を有し、
二次レーダ以外でも種々の装置に応用できる。

例えば、妨害電波のパルス幅を検出する装置やパルス信
号を発射してその反射信号によつて距離を測定する距離
測定装置（一次レーダ）等にも、本発明は極めて有用で
ある。なお、実施例を挙げ詳述した本発明は、それに限
定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した全て
の範囲に及ぶものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の二次レーダのプロツク図を、第２図はこ
の二次レーダにおける振幅検出器１９の詳細回路図を、
そして第３図はこの振幅検出器の作動を説明する信号波
形図をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力パルス信号を対数増幅する手段と、この対数増
   幅された入力パルス信号を時間方向に伸張する手段と、
   この伸張された信号の各瞬時レベルから予め定めた一定
   レベルを差し引いて得られる信号を閾値信号として発生
   する手段と、前記対数増幅された入力パルス信号が前記
   閾値信号の時間域に含まれるように前記対数増幅された
   入力パルス信号を所定時間だけ遅延させる遅延手段と、
   この遅延手段の出力レベルが前記閾値信号レベルよりも
   大きい区間だけ出力を前記入力パルス信号のパルス幅信
   号として出力する比較手段とを備えて成ることを特徴と
   するパルス検出装置。