JPS6130218B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は多周波航法装置に関し、より詳細に
は航法マーカを照射するために周波数ダイバーシ
テイ伝法を利用する多周波航法装置に関する。航
法マーカには非線型の装置を含む逆指向性のアン
テナ素子が配設されており、それらのアンテナ素
子は受信された信号の線状組合わせである周波数
をもつ信号を再放射し、かくして航法マーカが認
識される。

航行体がそれに従つて航行する進路をマーキン
グするために逆指向性の認識可能な装置を使用す
る航法装置は従来から提案されている。例えば米
国特許第2461005号および同第2520008号に記載さ
れた航法装置においてはマーカにより受信された
信号を再送信前に変調することによつて認識手段
が提供される。しかしこれらの公知の航法装置に
おいては、当初送信された周波数と同じ周波数の
信号が再送信されるので、受信器の背景クラツタ
からの戻り信号との競合が生ずる。多くの環境の
下では受信器の背景クラツタのエネルギレベル
は、変調され再放射された信号が検出できない程
の値になる。

例えば米国特許第3518546号に記載された航法
装置は、受信信号の周波数の高調波を発生させる
ための逆指向性装置に設けられた非線型要素と、
受信信号の変調装置とを具えている。それらの高
調波信号は発信器の近くに設けた受信器の方向に
再放射される。再放射信号は基本周波数即ち受信
信号周波数ではなく高調波周波数をもつため、背
景クラツタの戻り基本信号からの分離は受信器に
おいて理論的には一層容易に行なわれる。しかし
ヘテロダイン受信器は通常は高調波信号の発生器
であり、背景クラツタの基本信号の一部が高調波
信号に変換され、外部において発生した高調波信
号を遮蔽する傾向を生ずる。この傾向を少なくす
るため、受信高調波信号を局部発振器信号と混合
する前に急しゆんな通過帯域特性をもつフイルタ
が使用される。更に所望信号をフイルタおよび中
間周波数帯域内に保持するため送信器および局部
発振器の周波数制御を厳密に行なう必要がある。

本発明は、陸地、氷山、雨および海のクラツタ
からの通常の戻り信号に対して識別可能な信号を
再放射するために送指行性の装置を利用する改良
された航法装置を提供するものである。再放射さ
れた信号は容易に検出され、高クラツタ環境にお
ける進路マーカの認識を容易にする。

本発明による航法装置は、高クラツタ環境にお
いて進路マーカを容易に検出し認識するようにし
たものである。送信器−アンテナ組合わせ装置は
既知の周波数の分離すなわち隔たりをその間に有
する２つの別個の信号を放射する。放射された信
号は赤道線上にアンテナ素子をベルト状に取付け
たルーネベルグ・レンズを有する航法マーカに伝
送される。ルーヌベルグ・レンズは放射信号を１
つのアンテナ素子に指向ける。放射信号はそこか
ら非線型装置に導かれ、基本周波数をもつ信号
と、基本周波数のいろいろの線型組合わせである
周波数をもつ信号とが発生する。これらの信号は
上記アンテナ素子から送信個所へと再放射されて
受信され、基本周波数信号とその線型組合わせ周
波数信号とが分離される。各々の線型組合わせ周
波数信号は分離後に映像信号に変換され、他の線
型組合わせ周波数信号の映像信号と共に合成され
る。基本周波数信号は信号対クラツタ比を改善す
るため周波数ダイバーシテイレーダシステムの相
関と同様にして相関される。合成された映像信号
および相関映像信号はマーカのトラツキングおよ
び認識のために表示ユニツトおよび処理ユニツト
に供給される。

異なる周波数の２つの信号が非線型装置例えば
クリスタルダイオードにより受信されると、基本
周波数とその高調波との線型組合わせである多数
の周波数が発生する。非線型装置により受信され
る信号の周波数が_１，_２であると発生周波数
はｍ_１±ｎ_２となる。ｍ，ｎは非線型装置の
特性と受信信号レベルとによつて定まる値をもつ
整数である。例えば非線型装置の電圧−電流テイ
ラー展開に３乗項が含まれる信号レベルにおいて
作動する周波数_１，_２の２つの信号を受信し
た非線型装置は、周波数が_１，_２，３_１，
３_２，２_１＋_２、２_１＋_１、２_１−
_２および２_２−_１の信号を発生する。これ
らの周波数のどんな組合わせも本発明により使用
することができる。しかし合理的な周波数帯域内
に全体の作動を保持するには利用される周波数を
_１，_２、２_１−_２、２_１−_１とする
必要がある。一般にはそれ以外の項もテイラー展
開に含まれており、合理的な作動帯域幅を保つた
めに_１，_２と共に選択される多数の調波の組
合わせが生ずる。２つの周波数を含む複合信号に
より非線型装置が照射されるような検出認識装置
について以下に本発明の説明を行なうが、当業者
には容易に理解されるように、２つ以上の照射周
波数を用いて本発明を実施することもできる。そ
の場合には利用しうる発生周波数の線型組合わせ
の数も多くなる。

第１図には周波数が_１，_２（_２＝_１＋
Δ）の２つの信号が送信器１０により発信され
るようにした本発明の検出認識機能を有する多周
波航法装置が図示されている。送信器１０は周波
数_１の信号を発生する信号発生器１１と周波数
_２の信号を発生する信号発生器１２とを有す
る。信号発生器１１，１２の出力信号は伝送線１
４，１５，１６と送受信装置（TR装置）１７と
を経てアンテナ１３に結合され、アンテナ１３か
ら放射されて逆指向アンテナ１８を照射する。逆
指向アンテナ１８は後述するように周波数_１，
_２の線型合わせである複数の周波数の信号を発
生するための非線型装置を具えている。_１，
_２のいろいろの線型組合わせである信号は非線型
装置を有するアンテナ１８からしか放射されない
から、周波数_１，_２の信号よりもクラツタ環
境において容易に検出される。周波数_１，_２
およびその線型組合わせを有する信号はアンテナ
１８から再放射されアンテナ１３により受信さ
れ、そこから更にTR装置１７を経て前置増幅器
２１に供給される。周波数_１，_２およびその
線型組合わせの諸成分を含む全受信信号は、前置
増幅器２１において増幅され、第１ミキサユニツ
ト２２に供給される。第１ミキサユニツト２２に
は周波数_LOにおいて作動する第１局部発振器２
３も接続されている。本実施例においてはエネル
ギーの伝送および受信のために只１個のアンテナ
とTR装置とが用いられているが、２個の別々の
アンテナ即ち送信器１０に直結された送信アンテ
ナと前置増幅器２１に直結された受信アンテナと
によつても同じ機能が実現される。

第１ミキサ２２と第１局部発振器２３とは受信
器２４の内部に、周波数選択ユニツト２６、第２
ミキサユニツト２７、検出ユニツト２８、第２局
部発振器２９、中間周波数増幅ユニツト３０、映
像信号合成ユニツト３３、映像信号増幅器３４、
相関器３７および映像信号増幅器３８と共に配設
されている。第１ミキサユニツト２２の出力端子
の合成信号は、同調された増幅器２６ａ，２６
ｂ，２６ｃ，２６ｄを含む周波数選択ユニツト２
６に供給される。周波数_IF、_IF＋１／、
_IF＋２／、_IF＋３／、の信号は増幅器２６
ａ〜２６ｄにおいて選択され増幅される。但し
_IF＝２_１−_２−_LO，_IF＋Δ＝_１−
_LO，_IF＋２Δ＝_２−_LO，_IF＋３Δ＝
２_２−_１−_LOである。本実施例においては
同調された増幅器２６ａ〜２６ｄを周波数分離の
ために使用したが、受動型フイルタをその目的に
用いることもできる。

第１局部発振器２３の信号は送信器１０の内部
に収容されている自動周波数制御ユニツト３２に
も供給される。自動周波数制御ユニツト３２から
の周波数制御信号は、周波数発生器１１，１２に
基準信号として供給される。この基準信号は、周
波数_１，_２の間の周波数分離Δを保持し、
且つ第２ミキサユニツト２７の出力端子の成分信
号の周波数が増幅器２６ａ〜２６ｄの通過帯域幅
内となるような限界値以内に周波数_１，_２を
保持するために用いられる。

増幅器２６ａ，２６ｂ，２６ｃの出力端子の信
号は、周波数分離および増幅の後に、第２ミキサ
ユニツト２７のミキサ１７ａ，２７ｂ，２７ｃに
それぞれ供給され、周波数が_IFの増幅器２６ｄ
の出力端子信号は、検出ユニツト２８の検出器２
８ｄに供給される。第２局部発振器２９は周波数
Δの信号をミキサ２７ａに、周波数２Δの信
号をミキサ２７ｂに、また周波数３Δの信号を
ミキサ２７ｃにそれぞれ供給する。これらの信号
はミキサ２７ａ，２７ｂ，２７ｃの信号と混合さ
れ、ミキサ２７ａ，２７ｂ，２７ｃの出力端子に
周波数_IFの信号を発生する。ミキサ２７ｃの出
力端子の信号は中間周波増幅器３０ａを経て検出
ユニツト２８の検出器２８ｃに供給される。周波
数が２_２−_１，２_１−_２の受信信号に対
応する検出器２８ｃ，２８ｄの出力端子の映像信
号出力は映像信号合成ユニツト３３に供給されて
合成される。映像合成信号は映像信号増幅器３４
により増幅されて表示ユニツト３５および処理ユ
ニツト３６に供給される。周波数_１，_２の受
信信号に対応するミキサ２７ａ，２７ｂの出力端
子信号は中間周波増幅器３０ｃ，３０ｂを経て相
関器３７に供給され、そこである種の論理技術に
より組合わされ、２つの信号の相関を表わす映像
信号を出力端子に供給する。この映像信号は映像
信号増幅器３８に供給される。映像信号増幅器３
８の映像信号出力は表示ユニツト３５および処理
ユニツト３６に結合される。

処理ユニツト３６は線７０を経てアンテナ１３
から供給される方位データおよび相関器３７と映
像信号増幅器３４とのいずれかから受信される映
像信号から導かれる距離情報によつて、逆指向性
アンテナ１８の状態を自動的にトラツキングする
ように構成されている。周波数が_１，_２の各
信号はクラツタと競合するので、多くの環境の下
では、アンテナ１３において受信された信号とク
ラツタとの組合わせは、相関器３７による所望信
号の検出を可能にしない。この状態の下では
_１，_２の線型組合わせである周波数の信号（こ
れらの信号は上述したように逆指向性アンテナ１
８からしか発生しない）が距離トラツキングのた
めに用いられる。周波数が_１，_２の信号が相
関器３７により検出される環境において航法装置
が作動している時は、周波数_１，_２の線型組
合わせである信号が表示器３５において認識マー
カとして用いられ、トラツキングのために用いら
れている信号が逆指向性アンテナ１８から送出さ
れたものであることが保証される。

逆指向性アンテナ４０は第２図に示すように、
ダイポールを形成する電気導体４２を有し、その
両側の端子はダイオード４１の陰極と陽極に接続
されている。電気導体４２の全長Ｌは作動帯域幅
の中心周波数においての半波長にほぼ等しい。ダ
イオード４１および電気導体４２から成る逆指向
性アンテナ４０は、アンテナ１３から放射される
周波数_１，_２の信号を受信する。その信号は
ダイオード４１に与えられ、ダイオード４１が非
線型特性をもつことによつて、多数の周波数を含
む上述の複合信号が生成する。この複合信号は無
指向的に再放射されてアンテナ１３により受信さ
れ、第１図に示した前置増幅器２１に与えられ
る。

アンテナ４０はほぼ0.2λ^２に等しいレーダ断
面積を有する。このレーダ断面積は他の航法装置
パラメータと組合わされて航法装置全体の作動距
離を決定する。航法装置の他のパラメータが等し
ければ、第３図に示したアンテナ４３を使用する
とかなり作動距離が増大する。アンテナ４３はル
ーネベルグ・レンズ（Luneberg Iens）４４と、
その赤道線のまわりの円周上に配設されたアンテ
ナベルト４５とを有する。アンテナベルト４５の
幅により定まる赤道線の上下の特定の帯域におい
てある仰角でアンテナ４３にに入射する電磁波
は、近接中の電磁波と直径上に向きあうアンテナ
ベルト４５の領域に集束され、アンテナベルト４
５を形成する多数のアンテナ素子４６の内少くと
も１個により捕そくされる。ダイオードまたは他
の非線型装置を有するアンテナ素子４６は２つの
受信信号（周波数_１，_２）の線型組合わせで
ある複数の周波数をもつ複合信号を再放射する。
アンテナベルト４５は、複数のアンテナ素子帯４
７中に円周上に配置された多数の第２図に示すア
ンテナ素子４０のようなダイポールダイオードア
ンテナ素子を有する。各々のアンテナ素子帯４７
中のアンテナ素子４０の間隔は、関心のある扇形
方位について連続した有効範囲が得られるように
定められ、アンテナベルト４５内のアンテナ素子
帯４７の数は希望の有効仰角範囲によつて定めら
れる。

第４ａ図および第４ｂ図に示したアンテナ素子
４６をアンテナベルト４５のアンテナ素子４６と
して使用してもよい。第４ａ図に示したアンテナ
素子４６は、ホーン５０と、ホーン５０の小径端
部に接続されてホーン５０の導波管延長部５１を
形成する室と、金属製のアイリス絞り５２と、金
属製のピストン反射器５３と、アイリス絞り５２
とピストン反射器５３との間において導波管延長
部５１の内部に配設したダイオード５４とを有す
る。ダイオード５４の陰極と陽極とは導線５５に
よつて導波管延長部５１の上壁と底壁とに接続さ
れている。導波管延長部５１を形成する室はその
寸法比によつて定まるどんな所望周波数において
も、即ち送出周波数_１，_２およびその所望の
線型組合わせを含む作動周波数帯域内において共
振するようにしてある。導波管延長部５１を形成
する室の各々のパラメータは、アイリス絞り５２
に入射する所定周波数帯域内の実質的に全ての周
波数の波動のべき数が該室内に入り、周波数
_１，_２の送信信号が該室内に入る時にそれらの
送信信号がダイオード５４により受信され、上述
した_１，_２の線型の組合わせがダイオード５
４から発生するように定められている。このよう
な信号が発生すると該室内に含まれる導波管延長
部５１の壁部に電流が供給され、その電流が該室
を励起し、上述の帯域幅に含まれる周波数のみに
ついて共振を生じさせる。その共振信号は、アイ
リス絞り５２を経てホーン５０に供給され、ルー
ヌベルグ・レンズ４３から逆指向的に放射され
る。

第４ｂ図による変形実施例においては、ダイオ
ード５４を含む室の前方に別の室が第２のアイリ
ス絞り５６により形成されている。第２のアイリ
ス絞り５６は２つの室が帯域フイルタを形成する
ような既知の距離だけ第１のアイリス絞り５２か
ら隔置さている。この実施例によるアンテナ素子
は２つの室を同期的に同調させることによつて比
較的狭い帯域幅を供与したり、２つの室のスタガ
同調によつて比較的広い帯域幅を供与したりする
ために用いられる。後者の場合には周波数_１，
_２の余分の線型組合わせを逆指向的に放射する
ことができる。

球状の逆指向性アンテナの有効仰角範囲は上述
したようにその赤道線上のアンテナベルト４５の
幅を大きくすることによつて増大させることがで
きる。しかしアンテナベルト４５の幅を大きくす
るとアパーチユアの閉塞度が増し逆指向性アンテ
ナのレーダ断面積が減少する。塞止される断面積
σ_２と最大理論断面積σ_１との比は次式によつて
示される。

σ_２／σ_１＝［１−２／π（sin^-1α＋α√１−^２
）］^２ ここにαはａ／Ｒ、ａはアンテナベルト４５の
半幅、Ｒは球形の逆指向性アンテナの半径であ
る。従つて航法装置の最大作動距離と有効仰角範
囲との間にはある妥協点を見出ださなければなら
ない。

上述した実施例による逆指向性アンテナは構造
が比較的簡単であるが重量も大きく高価である。
第５図に示した実施例により逆指向性アンテナは
構造が簡単で重量も小さく廉価に製造できる。第
５図の逆指向性アンテナは２つの部分即ち円筒形
アンテナリング６１と、アンテナリング６１の周
りに同心的に配設された球形シエル６２とを有す
る。球形シエル６２は米国特許第2510020号およ
び1963年３月発行の「マイクロ波ジヤーナル」
“Microwave Journal”に掲載されたJ.クローニ
ーその他の論文に示された教示に従つて製造する
ことができる。これらの教示による球形シエル６
２は、多数のワイヤまたはロツド状の導体６３を
有し、導体６３はほぼ全ての緯線において水平面
と約45度の角度をなしている。従つて球形の逆指
向性アンテナの内部にいる人は、全ての方位につ
いて45度の角度をもつ導体６３を、また外部から
逆指向性アンテナの内部を透かして見る人はアン
テナ表面の45度の導体６３と、アンテナ内面の直
角−45度の導体６３とをそれぞれ見ることにな
る。従つて各々−45度の偏よりをもつ平面波の電
磁波６４が点６５において球形シエル６２の前面
に入射するとその電磁波は顕著な損失を受けるこ
となく導体網を通過して後面の点６６に到達し、
そこで彎曲面によりアンテナリング６１上の点６
７に集束され、その点６７にあるアンテナ素子６
８により受信される。アンテナ素子６８は第３図
のアンテナベルト４５について説明したアンテナ
素子４６と同様である。アンテナリング６１の
各々のアンテナ素子６８は内面側から反射した信
号を受信して周波数_１，_２の線型組合わせを
発生するのに適当な偏よりをもつている。点６７
にあるアンテナ素子６８から放射された電磁波は
球形シエル６２の内面を照射し、そこから反射さ
れ、入射電磁波６４と平行の経路に沿つて進行す
る。再放射された電磁波は、球形シエル６２の前
面の球形面を通過して電磁波源の方向に進むよう
な偏よりをもつている。

偏よりを−45度以外の値にするとレーダ断面積
の損失が生ずる。水平または垂直方向または円周
方向の偏よりとした場合には投影面積のほぼ25％
に相当するレーダ断面積が失なわれる。しかし逆
指向性アンテナのレーダ断面積は球形シエル６２
の直径Ｄの４乗に比例するので直径Ｄを40％増す
と偏よりによる損失が補償される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による検出機能を有する多周波
航法装置の全体の概略的なブロツク線図、第２図
は第３図の逆指向性アンテナの１つのアンテナ素
子の概略的な説明図、第３図は第１図の検出認識
装置に用いられる逆指向性アンテナの概略的な斜
視図、第４ａ図および第４ｂ図は第２図に示した
アンテナ素子の別の実施例を示す概略的な説明
図、第５図は第３図に示した逆指向性アンテナの
別の実施例を示す概略的な斜視図である。 図において、１０は送信器、１１，１２は信号
発生器、１３はアンテナ、１８は逆指向性アンテ
ナ、４０はアンテナ素子、４１，５４はクリスタ
ルダイオード、２４は受信器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (イ) 既知の周波数の隔たりをその間に有する
   異なる各周波数の複数の信号を発する送信器
   と、 (ロ) 前記複数の信号を共通放射路に沿つて放射す
   る前記送信器に結合された手段と、 (ハ) 前記複数の信号を受信して放射された前記複
   数の信号の周波数の線型的組合わせとなつてい
   る周波数で信号を発生し、該発生された信号を
   前記放射路にほぼ沿つて前記送信器に向けて再
   放射するルーネベルグレンズアンテナの如き逆
   指向性アンテナなどを含む信号発生手段と、 (ニ) 前記再放射された信号を受信し、該再放射さ
   れた信号に応答して出力信号を発生する手段
   と、を備え、よつて前記信号発生手段が識別さ
   れるようにしたことを特徴とする多周波航法装
   置。