JPS60196687A - 完全レーダシステムのコンピユータによるシミユレーシヨン方法および装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、瞬時電力情報および周波数情報を評価スる完
全レーダシステムのコンピュータによるシミュレーショ
ン方法に関するものである。

〔従来技術〕

レーダパルスがその伝搬や、目標での反射の際、アンテ
ナでの受信の際、さらには受信機での信号処理などの際
に種々変化するといった現象をシミュレーション法によ
りモデル的にテストすることが行われている。得られた
結果は信号処理の最適化のために用いられる。

この方法は、たとえば人工衛星用のレーダ高度計や、大
洋波の後方散乱横断面についての風速を測定するための
人工衛星取付用風速計のような、とくに有意の振幅変化
および／または微細化された周波数情報を目標特徴と結
合すべきレーダシステムに適している。この方法は電力
測定が行われるレーダシステムならすべてのものに対し
て原理的に適用可能である。

距離凡の局部平面ｄＡから反射されるパワーｄＰ（ｔ）
は公知のレーダに関する式に従い、受信アンテナの出力
端で （ｌＩπ）３会Ｒ４ ただし、 欄間の走行時間Ｒ／ｃｏの 一倍だけ遅延された送信 パワー Ｇ　：　アンテナゲイン λ。　：　平均波長 Ｃ：　光速 σ。　：　目標のパワー反射係数 となる。

受信機入力端に生ずる総パワーは目標領域の全反射イン
クリメントについての積分値である。すなわち、公知の
レーダ理論式はゝレーダ受信機の入力パワーと伝搬路お
よびレーダ目標を通しての送信パワーとを時間の関数と
して結びつげる。含まれる周波数情報、とくに瞬時ドプ
ラ周波数シフトとか例えば周波数変調された送信信号と
かを同時に記述することは一般に不可能である。

これらの情報は振幅情報および位相情報が同時に処理さ
れるならば含ませることができる。しかし、この方法は
非常にコスト高となり、また時間もかかる。その方法で
は偶発的事象についてのプログラム、たとえばモンテカ
ルロ法を介して、統計的に有意なデータ群を発生させる
ことが付加的に必要になる。この方法は非常に時間がか
かり、大きなコンピータ容量と高いコンピータ速度を必
要とする。

〔発明の目的〕

したがって本発明の目的は、たとえば完全な送信スペク
トル、ドプラシフト、受信機内フィルタなどの周波数に
関係するあらゆる特性を十分モデル化することかでき、
しかも公知の方法よりも著しく短い演算時間しか必要と
”せ′ず、−次元の目標の後方散乱能についての試験を
可能とするレーダシステムのシミュレーション方法およ
び装置を提供することにある。

〔発明の構成・作用・効果〕

上記目的は本発明によれば特許請求の範囲に記載した通
りの構成とすることによって達成される。

本発明の方法によれば、瞬時パワースペクトル上の瞬時
パワーは時間および周波数の関数として拡大され、その
ため（大抵モンテカルロシミーレーションによって行わ
れる）、振幅および位相についての情報処理に非常に多
くの労力と時間を費やすことに思い煩わされることなく
、シミュレーションを行うべきレーダ受信機のあらゆる
周波数特性を十分モデル化することが可能になる。さら
に受信機出力端の統計的な値（最も単純には、パワーの
期待値とそれに付随する変数）を用いてレーダ目標（点
目標および面目標）の統計的特性を、あらゆる周波数関
連の伝送特性を含めて、受信機によって変成された瞬時
パワースペクトルおよび仮定もしくはプリセットの目標
統計に関連させて設定できるので、従来必要としたモン
テカルロ法実施のための統計的に有意のデータセントの
発生を省略することができる。このことはレーダのシミ
ュレーションプログラムの実行時間をＩＯの２〜３乗の
オーダーで短縮させることができる。さらに付加的に、
このようにして瞬時パワースペクトルの利用のもとに一
般化されたエコー発生の利用は二次元目標の後方散乱能
の相関関係についての詳細試験を可能とし、それにより
レーダ後方散乱能と物理的目標特性の結合が自動的に可
能になる。

これは、たとえば地球探査衛星ＥＲ８−／の散乱測定器
によって測定されねばならないような海面の後方散乱能
についてのモデルの改良のために有用なことである。

受信機出力、たとえばビデオ平面に関して述べるならば
、瞬時パワースペクトルの使用はレーダ技術において「
あいまいさ関数（ａｍｂｉｇｕｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎ
　）　Ｊ　という概念のもとに知られている送信信号と
受信信号の両時間関数間の交差相関に対する二者択一を
表わす。といものは、瞬時・くワースベクトルはあいま
いさ関数と全く同様に序列のあいまいさく実行時間の多
義性）およびドプラのあいまいさくドプラ周波数の多義
性）に対する増加を、本質的な差異、すなわち、瞬時パ
ワースペクトルがシミュレーションされたレーダ受信機
のすべての段によって変成され、そのため受信機によっ
て制約されるすべての多義性を伺加的に含むことになる
という差異をもって許容するからである。そのことはさ
らに送信信号のシミュレーションによる最適化のみなら
ず全レーダ受信機のシミーレーションによる最適化をも
可能とする。

さらにまた、瞬時パワースペクトルはフーリエ変換を介
して瞬時自動相関関数と結合される。この瞬時自動相関
関数はシミーレーションをすべき受信機システムを通し
てレーダ目標の特徴の相関度を高めることができ、それ
により、レーダシステムの空間的な分解能の受信機の制
約による影響に対する物理的に巧妙なシミュレーション
の可能性を提供することができる。

しばしば必要とする統計的な目標パラメータのシミュレ
ーションを省略することにより、コンピュータの演算時
間が大幅に減少するという利点を奏することができ、し
たがって、あらゆるコーナーパラメータを有する複雑な
レーダシステムも代、替可能な時間内にシミュレーショ
ンを行い、さらに分解能についての多くの情報を取出す
ことの可能性が生ずる。

本発明によるレーダシミュレーション方法は出力として
処理信号の積率を生ずる。その第１は７群の平均値とし
ての瞬時パワーの期待値＜ｐ（ｔ）＞であり、その第コ
はそれに付属する瞬時分散量σ（＜ｐ　（ｔ）　＞　）
である。これらのモーメントは、たとえば振幅の確率に
対するガウスの統計理論と次式を介して結合される。

ａ２（ｔ） ただし、 ｐ（ａ（ｔ））：　ガウスの確率密度 ａ　（ｔ）　：　確率過程の瞬時振幅値０ｇ（ｔ）　＝
＜ｐ（ｔ）＞＝飄　Ｗ（ｔ、ｆ）ｄｆ　：時間ｔおよび
周波数ｆの関数 としての瞬時パワースペクト ルＷ（ｔ、ｆ）の周波数積分によ って定義されるガウス分布 〔発明の実施例〕 以下、本発明を、海洋表面を測定する人工衛星取付レナ
のレーダの例について説明する。

図は、送信機シミュレータＳ、目標シミュレータＺ、受
信ｉＥ、Ａ−Ｄ変換器ＡＤＣ、および評価段Ａを示して
いる。前述の型のレーダ装置に対して想定されるコ乗段
Ｑは図示されていない。

送信機シミュレータＳには振幅および位相の経過に従っ
て送信信号が入力される。送信機シミュレータＳは出力
信号として時間および周波数に依存した瞬時パワースペ
クトルＷｓ（ｔ、ｆ）を発生ずる。この信号は目標シミ
ーレータｚ内で距離Ｒ１角度φ、あるいは高さＨなどの
幾何学的要素を加味して一般化されたレーダ式の目標特
性σ０、伝搬損失ＬＡ、およびアンテナゲインＧを受信
機入力信号Ｗｅｉｎ（ｔ、ｆ）に変換する。

この信号は受信機Ｅ内でフィルタＨＥやミキサしＭ、増
幅器ＧｖＪ）ようなあらゆる受信機部品の動作によりさ
らに信号Ｗａｕｓ　（ｔ＋　ｆ　）に変化させられる。

この信号Ｗａｕ、（ｔ、ｆ）はＡ−Ｄ変換器ＡＤＣでＡ
−Ｄ変換される。そこではとくに減衰が生じ（パワー減
少係数Ｆ（ｔ））、またノイズが混入される（ノイズパ
ワー成分子ＡＤｏ）。最終段すなわち評価段Ａではパワ
ーが＜ｐ（ｔ）＞による期待値、蓄積エネルギーＥ　（
ｔ）、および分散量σ２（Ｅ（ｔ））に変成され、指示
される。

以上のシミュレーション方法は測定時間Ｔ内にレーダ受
信機出力端に蓄積された時刻ｔのエネルギーＥ　（ｔ）
を形成するものとして分析的に整然と表現することがで
きる。すなわち、 Ｅ（ｔ）＝、／’　＜ｐ（ｔ’）＞ｄｔ′−Ｔ Ｐ（ｔ）＝、２０Ｆ（ｔ）＠ｆＥｍｐｆΦ（Ｗ、４ｎ（
ｔ、ｆ））ｄｆｆ＝０ ＋　ｒ　（ｔ）　＋　ｒｔｈｅｒｍ、（ｔ）ＤＣ ただし、 Ｆ（ｔ）　：Ａ−Ｄ変換における振幅制限によるパワー
減少係数く１ ｒＡＩ）ｃ（ｔ）：最終的な量子化段によるノイズパワ
ー成分 子ｔｈｅｒｍ：受信機およびそれ以後のノイズパワーの
組合せ Ｗ、、ｎ（ｔ、ｆ）　：受信アンテナの出力端における
瞬時パワースペクトル。瞬 時パワースペクトルに一般化 された次のレーダ式によって 定義される。

ただし、 ここで、 λ。　：送信機によって定義される搬送周波数の波長 Ｒ：レーダーシステムと目標領域との 間の距離 Ｒ：距離の時間的変化 φ　：方位角 τ　：送信信号全体の時間幅 Ｃｏ：光速 Ｇ　（Ｒ，φ）　：パワーレベルに関して積分座標Ｒ９
φの関数として与えられる送 信アンテナおよび／または受信 アンテナのゲイン σ０（Ｒ９φ、・・・）：目標領域のパワー反射率ＬＡ
（Ｒ，φ、・・・）：大気、雲霧、雨、雪などによって
生ずる伝搬損失 ＲＥニレ−ダシステムの位置の関数 として与えられる地球の局部 曲率半径 Ｈ：地球表面からのレーダシステ ムの局部高さ ｆＤ（Ｒ，丸φ）：積分座標および距離の時間的変化の
関数として与えられる 瞬時ドプラ周波数シフＨｔ 、２Ｒ／Ｃ：伝搬時間の遅れ ＷＳ（ｔ、ｆ）：送信機によって発生され、送信アンテ
ナを介して放射され るような信号の瞬時パワース ベクトル 量Ｅｍｐｆ、（・・・・・・・・・）はオペレータとし
てフィルタＨＥや、ミキサＬＭ、増幅器Ｇｖなどのあら
ゆる受信機部品の動作を定義するものでは、以下の例に
より具体的に説明することができる。すなわち、ダウン
ミキシング過程（Ａｂｗａｅｒｔｇｍｌａｃｈｖｏｒｇ
ａｎｇ）を次のように定義する。

ＷａｕＢ（ｔ、ｆ）＝Ｅｍｐｆ　、（ｗ、ｎ（ｔ、ｆ）
　）＝Ｇｖ−ＬＭ・ＩＭＥ（ｆ）１２・Ｗｅｉｎ　（ｔ
＋　ｆｆＬ□（ｔ）　）ただし、 ＧＶ：増幅段のパワー増幅ゲイン ＬＭ：ミキサ段の変換損失 ＨＥ（ｆ）　：受信機内フィルタの運転伝送関数ｆＬｏ
：ミキサに給電する局部発振器の周波数 付随する分散量は瞬時自動相関関数 を介して、Ａ−Ｄ変換プロセスによる分散量の高まり ただし１ ．２Ｕｏ　：　量子化窓 ｎＢｅ　量子化の際に利用されるビットの数 を含んで （ユＳ（ｔ、）・Ｓ（ｔ、、、）＋Ｖ／（ｔ、　ｌ　ｔ
、−ｔ、、　ｌ　）　）　）で与えることができる。そ
の場合、測定時間Ｔは次のように約束するものとする。

Ｔ　＝　ｎ　」Δｔ ここで、Δｔはユつのスキャンニング値間の時間間隔で
ある。また、Ｆ（ｔ、ｚ）　は瞬時自動相関関数、８（
ｔ）はミキシングプロセスの場合における決定論的な信
号振幅である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明のレーダシミュレーション方法の各ステップ
を説明するために示すレーダシミュレークのブロック図
である。 Ｓ・・・送信機シミュレータ、２・・・目標シミュレー
タ、Ｅ・・・受信機、ＡＤＣ・・・Ａ−Ｄ変換器、Ａ・
・・評価段。 出願人代理人　猪　股　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ瞬時電力情報および周波数情報を評価する完全レーダ
   システムのコンピュータによるシミーレーション方法に
   おいて、 ａ）信号として送信機の瞬時型カスベクトルを用い、 ｂ）前記信号を伝搬路および目標（Ｚ）の特性に応じて
   変化させ、 Ｃ）その信号を受信機（Ｅ）の特性に応じて変化させ、 ｄ）その信号を再処理要素（ＡＤＣ）の特性に応じて変
   化させ、 ｅ）その信号の一次および二次の積率を演算し、指示さ
   せる（Ａ） ことを特徴とする完全レーダシステムのコンピュータに
   よるシミュレーション方法。 ユ受信機内で、増幅特性（Ｇｖ）、フィルタ特性（ＨＦ
   、）、およびミキシング特性（ＬＭ）をモデル化するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシミュレー
   ション方法。 ３再処理要素としてドプラ補償段およびＡ−Ｄ変換器（
   ＡＤＣ）を用い、前記信号を仮の振幅統計および位相統
   計を介して変化させることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項記載のシミュレーション方法。 ｌＡ、Ａ−Ｄ変換器内の信号を振幅制限によって電力減
   少させ、付加的なノイズ注入によりその瞬時分散を高め
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のシミー
   レーション方法。 左期待値の積率として、瞬時電力＜Ｐ（ｔ）＞　および
   それに付随する瞬時分散σ（＜Ｐ（ｔｌ＞）　を演算す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜り項のいずれ
   かに記載のシミュレーション方法。 ム付加的に蓄積エネルギーＥ　（ｔ）を演算することを
   特徴とする特許請求の範囲第７項記載のシミュレーショ
   ン方法。 ？瞬時電力情報および周波数情報を評価する完全レーダ
   システムのコンピュータによるシミュレーション装置に
   おいて、送信機シミュレータ（Ｓ）、目標シミュレータ
   （Ｚ）、受信機（Ｅ）、Ａ−Ｄ変換器（ＡＤＣ）、−乗
   回路（Ｑ）、および評価段（Ａ）を電力および分散の演
   算のために含んでいることを特徴とする完全レーダシス
   テムのコンピュータによるシミュレーション装置。 ｇ全構成要素がソフトウェアのプログラムステップとし
   て示され、そのプログラムステップは内蔵のプログラム
   クロックにより制御されてシミュレーションを行うべき
   システムを自動的に実行して模擬し、実際のレーダシス
   テムをｌショットずつ追跡することを特徴とする特許請
   求の範囲第７項記載のシミュレーション装置。