(57)【要約】本発明の実施形態はドップラーレーダシステムの改良に関し、周波数走査型レーダシステムとともに用いるのに適している。ある態様では、この改良は、周波数発生器の制御に用いられる周波数走査型レーダコントローラで具現化される。周波数発生器は、複数の信号セットを発生するように構成されている。各信号セットは異なる特徴周波数を有するとともに選択された速度で送信される複数の信号を含む。レーダコントローラは、搬送周波数に依存して速度を選択するように構成される。本発明は、パルス状レーダで具現化することもできる。各信号セットはパルス状信号のセットを含み、各パルス状信号は選択された繰り返し速度で繰り返される。レーダコントローラは、パルス状信号の特徴周波数に依存して繰り返し速度を変更するように構成される。代替的に、本発明は周波数変調レーダシステムで具現化することができる。各信号セットは一連の変調パターンを含む。レーダコントローラは、変調されている信号の特徴周波数に依存して所与の変調パターンを変更するように構成される。【選択図】図６
2009516826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数発生器の制御に使用する周波数走査型レーダコントローラであって、
前記周波数発生器は複数の信号セットを発生するように構成され、各信号セットは異なる特徴周波数を有するとともに選択された速度で送信される複数の信号を含んでおり、
当該レーダコントローラは、前記特徴周波数に依存して前記速度を選択するように構成されることを特徴とする周波数走査型レーダコントローラ。
【請求項２】
各信号セットはパルス状信号のセットを含み、各パルス状信号は選択された繰り返し速度で繰り返され、当該レーダコントローラは、前記パルス状信号の特徴周波数に依存して前記繰り返し速度を変更するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の周波数走査型レーダコントローラ。
【請求項３】
各信号セットは一連の変調パターンを含み、当該レーダコントローラは、変調されている信号の特徴周波数に依存して所与の変調パターンを変更するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の周波数走査型レーダコントローラ。
【請求項４】
当該レーダコントローラは、前記一連の変調パターンに含まれる個々の変調パターンの持続時間を変えることで前記変調パターンを変更するよう構成されることを特徴とする請求項３に記載の周波数走査型レーダコントローラ。
【請求項５】
前記一連の変調パターンに含まれるそれぞれの変調パターンは傾斜期間と割込期間とを含み、
当該レーダコントローラは、前記一連の変調パターンに含まれるそれぞれの変調パターンの前記割込期間の持続時間を変えることで前記変調パターンを変更するよう構成されることを特徴とする請求項３または４に記載の周波数走査型レーダコントローラ。
【請求項６】
前記一連の変調パターンに含まれるそれぞれの変調パターンは線形傾斜期間と停滞期間とを含み、
当該レーダコントローラは、前記一連の変調パターンに含まれるそれぞれの変調パターンの前記停滞期間の持続時間を変えることで前記変調パターンを変更することを特徴とする請求項５に記載の周波数走査型レーダコントローラ。
【請求項７】
前記一連の変調パターンに含まれるそれぞれの変調パターンは線形傾斜期間と降下期間とを有し、
当該レーダコントローラは、前記一連の変調パターンに含まれるそれぞれの変調パターンの前記降下期間の持続時間を変えることで前記変調パターンを変更することを特徴とする請求項５に記載の周波数走査型レーダコントローラ。
【請求項８】
前記一連の変調パターンに含まれるそれぞれの変調パターンは線形傾斜期間を含むことを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の周波数走査型レーダコントローラ。
【請求項９】
周波数走査型レーダシステムによって受信された信号から導き出される音声データを出力する音声システムであって、
前記周波数走査型レーダシステムは、前記受信された信号からトーンのデータを導き出すよう構成された信号処理器と、請求項１ないし８のいずれか一項の周波数走査型レーダコントローラとを含み、
当該音声システムは、前記導き出されたトーンのデータを一定のレートで再生するよう構成されることを特徴とする音声システム。
【請求項１０】
前記一定のレートは、前記一連の変調パターンに含まれる個々の変調パターンの前記持続時間に依存して選択可能であることを特徴とする請求項４に従属する請求項９に記載の音声システム。
【請求項１１】
音声データの各サイクルが、前記一連の変調パターン中の一以上の前記変調パターンから導き出されるデータを含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の音声システム。
【請求項１２】
前記一連の変調パターン中のひとつの前記変調パターンから導き出されたデータが、音声データの各サイクル中で少なくとも一回は再生されることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の音声システム。
【請求項１３】
前記一連の変調パターン中のひとつの前記変調パターンから導き出された少なくともいくつかのデータは、音声データの各サイクル中で一回より多く再生されることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の音声システム。
【請求項１４】
当該音声システムは音声データの連続したサイクル間の遷移を制御するよう構成されることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか一項に記載の音声システム。
【請求項１５】
当該音声システムは、音声データの所与のサイクルの終わりで再生されるトーンのデータへ音声フェード機能を適用するよう構成されることを特徴とする請求項１４に記載の音声システム。
【請求項１６】
当該音声システムは、音声データの次のサイクルを受け取る前の再生に用いるために、音声データの前のサイクルからトーンのデータを選択するよう構成されることを特徴とする請求項１４に記載の音声システム。
【請求項１７】
前記トーンのデータは、音声データの前のサイクルの終わりから選択されることを特徴とする請求項１６に記載の音声システム。
【請求項１８】
前記一定のレートは、前記一連の変調パターンに含まれる個々の変調パターンの前記持続時間に対応するレートよりも速くなるように選択されることを特徴とする請求項９ないし１７のいずれか一項に記載の音声システム。
【請求項１９】
周波数発生器と、
周波数走査型アンテナと、
受信器と、を備え、
前記周波数発生器は複数の信号セットを生成するよう構成され、各信号セットは異なる特徴周波数を有するとともに選択された速度で送信される複数の掃引信号を含み、
前記周波数走査型アンテナは、前記周波数発生器と協働して、前記特徴周波数に依存した角度範囲を有する領域にわたって放射を送受信するように構成されており、
前記受信器は、前記選択された速度に依存してターゲットから受信した信号を処理して、前記角度範囲にわたる放射の送受信から生じるドップラー周波数の変動を軽減するように構成されることを特徴とする走査型レーダシステム。
【請求項２０】
連続波信号の周波数変調の制御に使用する周波数走査型レーダコントローラであって、  前記連続波信号は、特徴周波数を有するとともに一連の変調パターンによって変調されており、
当該レーダコントローラは、変調されている前記信号の特徴周波数に依存して所与の変調パターンを変更するように構成されることを特徴とする周波数走査型レーダコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はドップラーレーダシステムの改良に関し、特に、周波数走査型レーダシステムとともに使用するのに適しているが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
レーダシステムは、物体の存在を検知してその物体の位置および運動を測定するために用いられる。そのようなレーダシステムでは、そのような物体の存在を求めて所与の領域を走査しながらその領域にわたって掃引することが一般的である。領域にわたって掃引するために、レーダシステムは物理的に空間内を動くアンテナを含む機械的なデバイスを採用するか、もしくは放射の送受信の際にその放射を方向付けるように構成された要素を含む電気的なデバイスを採用する。この種の電気的なデバイスの既知のグループは、周波数が変化する入力信号に応答して、角度平面内でビームの方向付けが可能である周波数走査アレイである。レーダシステムはまた、検出回避および／または他のレーダシステムの存在下でおよび／または周波数妨害装置に対抗するための周波数走査アレイを採用してもよい（例えば、レーダシステムの検出回避、干渉、または妨害のために複数の動作周波数間でホッピングすることによって）。
【０００３】
通常、ターゲットの大きさおよび移動方向を特定するために、レーダシステムを用いてターゲットのドップラー周波数を特定する。ターゲットのドップラー周波数がレーダの搬送周波数に依存するという事実を考慮すると、レーダシステムにおいて周波数走査アンテナを用いると、受信した信号の処理および解釈に関して問題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周波数走査アンテナを採用したときに生じる特定の問題は、周波数の固有かつ所要の変動が、所与のターゲットのドップラー周波数を変更してしまい、その結果ターゲットの推測される運動を変更し、またドップラー周波数がサンプリング周波数（例えば、レーダのパルス繰り返し周波数）の半分近くになるターゲットの任意の速度の不明瞭な決定を複雑にすることである。本願発明者は、周波数掃引の期間を搬送周波数に比例して変化させることで、正規化されたドップラー周波数がほぼ一定に維持されることを認識した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本発明の一態様に関して、本願発明者は、周波数発生器の制御に使用する周波数走査型レーダコントローラを開発した。周波数発生器は複数の信号セットを発生するように構成され、各信号セットは異なる特徴周波数を有するとともに選択された速度で送信される複数の信号を含む。レーダコントローラは、特徴周波数に依存して前記速度を選択するように構成される。
【０００６】
本発明は、パルス状レーダで具現化することもできる。各信号セットはパルス状信号のセットを含み、各パルス状信号は選択された繰り返し速度で繰り返される。レーダコントローラは、パルス状信号の特徴周波数に依存して繰り返し速度を変更するように構成される。
【０００７】
代替的に、本発明は周波数変調レーダシステムで具現化することができる。各信号セットは一連の変調パターンを含む。レーダコントローラは、変調されている信号の特徴周波数に依存して所与の変調パターンを変更するように構成される。
【０００８】
連続波信号の変調パターンを変更することが知られている。しかし、既知の方法は、ＵＳ２００４／０１３０４８２に記載されているような信号をランダムに変更するか、またはＵＳ２００５／０１８４９０３に記載されているような一連の値に基づくものである。いずれの場合も、外部干渉を克服するか、および／またはそれぞれのレーダシステム間の干渉を克服するか、および／またはオーバーレンジリターンに伴う問題を解決するために変調パターンが変更される（これらは、一連のパターンに含まれる次の変調パターンの送信後にリターン信号が受信されるように、レーダシステムからある距離を離して配置されるターゲットから受信される信号である）。これらのシナリオそれぞれにおいて、変調パターンを変更することの動機付けは、送信される信号の特徴とは全く関係がない。
【０００９】
本発明の連続波実施形態では、レーダコントローラは、シーケンス内の個別パターンの持続時間を変更することで変調パターンを変えるように構成されている。一実施形態では、シーケンスの各変調パターンは線形傾斜期間と停滞期間とを含み、レーダコントローラは、シーケンス内のそれぞれの変調パターンの停滞期間の持続時間を変更することで変調パターンを変更するように構成される。別の実施の形態では、シーケンスの各変調パターンは線形傾斜期間と降下期間とを含み、レーダコントローラは、シーケンス内のそれぞれの変調パターンの降下期間の持続時間を変更することで変調パターンを変更するように構成される。別の実施形態では、変調パターンは、傾斜期間、降下期間および停滞期間の組み合わせを含み、降下期間または停滞期間のいずれかの持続時間を変更することができる。
【００１０】
周波数走査型レーダコントローラは、ある範囲の特徴周波数に基づいて周波数変調された信号を出力するように構成された周波数発生器と同時に使用される。便利なことに、周波数発生器は、コントローラからの入力（それぞれの持続時間を示す）に応答し、特徴周波数を変調する。
【００１１】
本発明の別の態様によると、周波数走査型レーダシステムによって受信された信号から導き出される音声データを出力する音声システムが提供される。周波数走査型レーダシステムは、前記受信された信号からトーンのデータを導き出すよう構成された信号処理器と、前述の請求項のうち任意の一項の周波数走査型レーダコントローラとを含む。音声システムは、導き出されたトーンのデータを一定のレートで再生するよう構成される。
【００１２】
好ましくは、一定のレートは、一連の変調パターンに含まれる個々の変調パターンの持続時間に依存して選択可能であり、音声データの各サイクルは、一連の変調パターン中の一以上の変調パターンから導き出されるデータを含む。一連の変調パターン中のひとつの前記変調パターンから導き出されたデータが、音声データの各サイクル中で少なくとも一回は再生され、音声速度が個々の変調パターンの持続時間に対応する速度よりも大きい場合、一連の変調パターンに含まれるひとつの変調パターンから導き出されたデータは、音声データの各サイクル中で一回より多く再生される。
【００１３】
便利なことに、音声システムは、例えば音声データの所与のサイクルの終わりに現れる音声データへ音声フェード機能を適用することによって、音声データの連続したサイクル間の遷移を制御するよう構成される。
【００１４】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照し、例示のみを目的として与えられる本発明の好適な実施形態の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のいくつかの部品および構成要素はひとつより多くの図に現れる。明瞭性を保つため、各図面に示される同一の部品および構成要素には、同一の参照符号を付するものとする。加えて、ある部品には数字とひとつもしくは複数の添え字とが付される。これはその部品が一連の要素を含むことを示している（それぞれの添え字はその一連の要素の中の個々の要素を示す）。明瞭さのために、一連の要素自体を参照する場合には、添え字が省略され、一連の要素内の個々の要素を参照する場合には、添え字が含められる。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態とともに動作するレーダシステム１を示す図である。レーダシステム１は、電源１０と、コントローラ１２と、コンピュータ１４と、を備える。電源１０はコントローラ１２へ電力を供給し、コンピュータ１４はコントローラ１２を動作上制御する。コントローラ１２は、マイクロプロセッサと、それによって実行される一組のインストラクション（不図示）と、を含み、指定された周波数ＦｏｕｔでＲＦエネルギーをＲＦ周波数源すなわち信号生成器１６に出力せしめる制御信号を事実上生成する。この出力信号は、増幅器２０の制御下において、アンテナ２２を駆動する。以下でより詳細に説明するように、ＲＦ周波数源１６はある範囲の周波数の信号を生成し、アンテナ２２に異なった角度方向へビームを伝送せしめる。これによりレーダシステム１を越えた領域にわたって走査を行う。
【００１７】
レーダシステム１はさらに受信アンテナ３２を含む。この受信アンテナ３２は、物体から反射して帰ってきた放射信号を受信し、その受信した放射を、増幅器部材２０’を通して混合器３４へ渡す。混合器３４は２つの入力を備える。第１入力はＲＦ源１６に接続され、第２入力は受信アンテナ３２に接続される。混合器３４の出力はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）３６へ与えられ、そこでは信号処理器３８へ入力されるデジタル信号が生成される。信号処理器３８は、受信した信号の解析を行う。信号処理器３８は、受信した信号をスペクトラム解析する。レーダシステムと外部の（反射する）物体との間の距離が周波数情報としてその信号中に含まれるからである。受信構成および処理構成の特徴を以下詳細に説明する。しかしまずＲＦ周波数源およびアンテナの特徴を説明する。
【００１８】
図２は、ある範囲の周波数を有する信号を生成するために利用可能なＲＦ周波数発生器の構成を示す図である。図２によると、周波数発生器１６は、周波数源２００と、第１回路部分２１０と、第２回路部分２２０と、を含む。第１回路部分２１０は、分周器２０５と、位相比較器２０９と、フィルタ２１１と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２１３と、を有する。第２回路部分２２０は、分周器２０７と、静的な倍周器２０１と、混合器２０３と、を有する。混合器２０３は、ＶＣＯ２１３からの信号と高品質の静的な倍周器２０１からの信号とを受信してその入力とし、その２つの入力間の周波数の差と等しい周波数（ｆ３）の信号を生成する。分周器２０５および２０７を特徴付ける値Ｒ１およびＲ２は選択可能であり、位相比較器２０９は、その分周器２０５および２０７から出力された信号の周波数（ｆ３／Ｒ２およびｆｒｅｆ）および位相を比較し、ｆ３／Ｒ２とｆｒｅｆとの差に依存した大きさをもつ位相エラー信号を出力する。その位相エラー信号はＶＣＯ２１３に入力され、第１回路部分２１０は、ＶＣＯ２１３からの出力を位相エラー信号に対して安定化せしめるよう動作する。したがって異なった値のＲ２を用いれば、入力信号の周波数の複数倍の周波数でループを安定化させることが可能である。ある態様では、周波数源２００は水晶振動子であり、別の態様ではＳＡＷ振動子である。
【００１９】
第２回路部分から出力される信号は、第３回路部分２３０の出力ｆＤＤＳによって変調される。ある実施の形態においては、その第３回路部分２３０は、ダイレクトデジタルシンセサイザ２２３と、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２２５と、ローパスフィルタ２２７とを含む。第３回路部分２３０は図１のコントローラ１２の制御の元、線形周波数傾斜を含む繰り返しパターンを生成する。その傾斜はある持続時間と大きさを有し、それらの値はコントローラ１２を通じてプログラム可能である。図３は、搬送周波数がｆｃ１で与えられた場合のそのような周波数傾斜３０１１の例を示す図である。その持続時間は約６４μｓであり、その大きさを周波数範囲（ｆＤＤＳ，ｍａｘ−ｆＤＤＳ，ｍｉｎ）として表すと約２０ＭＨｚである。次の傾斜３０１２に対する第３回路部分２３０の準備を整えるために、その周波数傾斜３０１１の後には跳躍回帰傾斜３０３１が続く。パターンは所定のレートで繰り返される。この例では８ｋＨｚ（したがって掃引繰り返し期間３０７は１２５μｓである（本明細書の後半で説明される変更に従う））に選択すると都合がよい。このような変調パターンは従来からよく知られており、以降に示されるその詳細は、実施の形態を説明するために含まれている。レーダシステムの仕様（例えば検知対象の特性）に応じていかなる適切な値をも選択することができることは当業者であれば理解できるであろう。それぞれの搬送周波数に対して、第３回路部分２３０は線形傾斜期間を指定された回数、例えば２５６回もしくは５１２回繰り返す。その回数は所望する信号対ノイズ比に依存し、それが故に設計事項である。図２の第３回路部分２３０はデジタルシンセサイザ部品を含むが、のこぎり歯信号生成器やＶＣＯやこれらと類似した構成などのアナログ部品を用いて変形例を構成してもよい。消費電力を減らすためには、跳躍回帰傾斜期間３０３もしくは停滞期間３０５の間はアンテナ２２にエネルギーが供給されないことが望ましい点に注意する。
【００２０】
図２に戻る。第３回路部分２３０の出力ｆＤＤＳは第４回路部分２４０へと入力される。第４回路部分２４０は、位相比較器２３３と、フィルタ２３５と、電圧制御発振器２３７と、混合器２３１とを含む。混合器は、第２回路から出力される（周波数ｆ２を有する）信号と、ＶＣＯ２３７から出力される（周波数ｆ５を有する）信号とを受信し、ｆ２とｆ５との間の周波数差に等しい周波数で信号を出力する。位相比較器２３３は、（ｆ２−ｆ５）とｆＤＤＳとの差に依存する大きさをもつ位相エラー信号をＶＣＯ２３７へ出力する。これに伴い第４回路部分２４０は、ＶＣＯ２３７からの出力が安定するよう動作する。
【００２１】
第４回路部分２４０から出力された（周波数ｆ５を有する）信号は次に、混合器２４１によって基準周波数ｆ４を有する信号と混合される。この基準周波数ｆ４を有する信号は、発振器２００から出力された信号が第２の静的な倍周器２５１によって倍周された信号である。そして混合器２４１からの出力信号をフィルタ（フィルタ２４３）に通して、出力周波数ＦＯＵＴを有する信号を生成する。図２から理解されるように、水晶振動子２００が１００ＭＨｚの信号を出力する中で１５．５ＧＨｚと１７．５ＧＨｚとの間の搬送周波数に対応する信号を出力するために信号発生器１６を使用できる場合、第２の静的な倍周器２５１はおよそ１３０のオーダをもつ。したがって、各搬送周波数に対して、周波数発生器１６は、種々の搬送周波数の周波数調整された信号の繰り返しパターンを生成する。
【００２２】
信号発生器１６は任意に選択された範囲の周波数を生成するために使用されうるが、地上設置型のレーダシステムにおいては、周波数範囲は、Ｘバンド（８ＧＨｚ−１２．４ＧＨｚ）、Ｋｕバンド（１２．４ＧＨｚ−１８ＧＨｚ）、Ｋバンド（１８ＧＨｚ−２６．５ＧＨｚ）もしくはＫａバンド（２６．５ＧＨｚ−４０ＧＨｚ）に含まれてもよく、最も望ましくはＫｕバンドもしくは上述のバンドのいずれかひとつの部分に含まれる。
【００２３】
周波数発生器１６の第１回路部分２１０および第２回路部分２２０の好適な実施の形態は図２に示されているが、周波数発生器１６には以下の変形例が考えられる。その変形例では周波数発生器は図４に示される通り、周波数固定の発振器を複数備え、スイッチ４００によってそれらのうちのひとつを選択し、周波数ｆ２の信号を生成する。
周波数固定の発振器（例えば水晶振動子）を適宜選択するので、周波数発生器１６は位相ノイズを最小化することができる。これは、発振器のうちのひとつから直接信号を取り出せることに起因する。しかしながら、この利点には対応する制限も存在する。その制限とは、搬送周波数を微調整する手段がないということである。（ローブ内での放射の分布に関して）ビーム幅の分布を最適化するためにアンテナ２２が搬送周波数を微調整する必要がある場合に上述の制限は不利となりうる。
【００２４】
信号発生器１６から出力された信号の周波数ｆＯＵＴはコントローラ１２によって制御されることが上述の議論から理解されるであろう。上述の通り傾斜の持続時間とレートを制御することに加えて、コントローラ１２は、所与の搬送周波数での傾斜パターンが指定された回数（例えば上述の通り２５６回もしくは５１２回）繰り返された後に、異なった搬送周波数の値を選択する。ある態様では、コントローラ１２による閲覧が可能なルックアップテーブル（例えばローカルメモリに保存されていてもよいし、コンピュータ１４に保存されていてもよい）から搬送周波数の値が選択されてもよい。このルックアップテーブルは所与のアンテナアレイ２２および３２ごとに個別に定められる。
【００２５】
図５を参照しながら上述のレーダシステム１の動作を説明する。図５は、コントローラ１２によって実行されるステップを示す概念的なフローチャートである。コントローラ１２はアンテナ２２にエネルギーを供給する（Ｓ５．１）。これは例えばスイッチ１８を適切に切り替えることで達成される。コントローラ１２は第１搬送周波数ｆｃ１の値を取得する（Ｓ５．３）（例えば上述のルックアップテーブルから）。コントローラ１２は（搬送周波数をセットするために）Ｒ１およびＲ２の値をセットする（Ｓ５．５）。続いて、第３回路部分２３０がトリガされて傾斜パターンを所定の回数Ｒｍｐｍａｘ生成し、搬送周波数を繰り返し変調する（Ｓ５．７）。Ｒｍｐｍａｘに達すると、コントローラは次の搬送周波数ｆｃ２の値を取得し、Ｒ１およびＲ２の値をセットする。ステップＳ５．７の全体としての持続時間、言い換えると線形傾斜３０１ｉパターンの繰り返しの任意の所与の組の持続時間が、搬送周波数ｆｃｊの全ての値に対して同一であることが望ましい。
【００２６】
これまではレーダシステム１における信号の生成および送信に注目して説明してきた。ここからは図１を参照し、信号の受信および処理の側面から説明する。上述したように、レーダシステム１は、放射を受信するための別のアンテナ３２をさらに含むことが望ましい。アンテナ３２を受信することによって受け取られた信号は、ＲＦ周波数発生器１６からの出力ｆＯＵＴと共に混合器３４に入力される。そして通常のホモダイン処理に従い、混合器３４からの出力はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）３６に供給され、信号処理器３８への入力としてデジタル化された中間周波数（Ｆｉｆ）を生成する。コントローラ１２の制御の下、受信用のアンテナ３２にエネルギーが供給される。送信用のアンテナ３２に関しては、このエネルギー供給は線形傾斜期間３０１ｉの間のみ行われる。
【００２７】
信号処理器３８の便利な実施の形態としては、プログラム可能な論理コントローラ（ＰＬＣ）（programmable logic controller）および複数のソフトウエアである。そのソフトウエアはＰＬＣ３８上でローカルに動作し、ＰＬＣ３８に関連する専用のプログラミング言語を用いて作成される。
【００２８】
上述の通り、レーダシステム１はホモダイン原理に従って動作する。つまり中間周波数Ｆｉｆは受信される信号の周波数と送信される信号の周波数との差に等しい。本発明の実施の形態では、上述の議論、特に図２および図３から理解されるように、レーダシステム１は一連の周波数掃引３０１ｉを出力する。所与の送信されるビームの経路上に位置する対象がその送信される信号を反射することは、レーダの分野におけるよく知られた原理である。本発明の実施の形態における送信される信号は線形周波数掃引３０１ｉを含むので、反射された信号も線形周波数掃引を含む。静止した対象は送信される信号と同じ形状の（幾分減衰するものの）反射された信号を生成する。この反射された信号はしかし、送信される信号から一定の周波数差をもって分離されている。以降この一定の周波数差をトーンと呼ぶ。図６を参照すると、互いに異なる対象Ｔ１およびＴ２はレーダシステム１からそれぞれ異なった距離に配置され、送信される掃引３０１ｉをそれぞれ異なる遅延時間をもって反射し、それ故に異なる位置にある対象Ｔ１およびＴ２には異なるトーンΔｆ１およびΔｆ２が対応することが理解されるであろう。
【００２９】
混合器３４から出力される信号がトーンを含むという事実を鑑みて、信号処理器３８は、傾斜３０１が検知領域の端まで到達して戻ってくるまで信号の処理を遅らせる。
したがって例えば、検知領域がレーダシステム１から４．５ｋｍの距離に達する場合、所与の傾斜３０１ｉの送信が開始されてから（４５００×２）／（３×１０８）＝３０μｓ後に、信号処理器３８は混合器３４から出力された信号の処理を開始する。
【００３０】
説明を明瞭にするため、ひとつの処理期間６０１１を考える。送信されるビームの範囲内にありそのビームを反射する対象のドップラー周波数を信号処理器３８は主に計算する。これは受信されるトーンΔｆ１、Δｆ２、…、Δｆｍを所定のサンプリングレートでサンプリングすることで達成される。移動する対象によって誘起される送信される信号の位相シフトが捕捉されうるようにそのサンプリングレートは選択される。このサンプリングレートは傾斜の度合いに依存することは当業者であれば理解できるであろう。ドップラー周波数は送信される信号の周波数に依存するからである。
ドップラー周波数＝２ｖｆｃ／ｃ  （式１）
【００３１】
したがって処理期間６０１１内に出力されるＡＤＣ３６の出力は信号処理器３８によって（サンプリングレートに対応する）所定の回数処理される。サンプルのそれぞれは０個、１個もしくは複数個のトーンを含み、そのトーンのそれぞれは対象から反射された信号に関係する。
【００３２】
上述の議論から理解されるように、線形傾斜３０１ｉは搬送周波数のそれぞれについて複数回送信される。したがって、信号処理器３８は対応する複数の処理期間６０１ｉの間に受信されるデータを処理し、レンジＦＦＴ（Range FFT）を用いて１組の帰還サンプル（return samples）を生成する。処理期間６０１ｉのそれぞれについて、１組の帰還サンプルの各要素は１組のレンジゲートに割り当てられる。したがって所与の処理期間６０１１に対応するレンジＦＦＴの出力は、いわゆるレンジゲート上に分布する周波数情報である。当該技術分野においてよく知られているように、レンジゲートとは、レーダシステム１からの連続する距離を表す。例えば帰還サンプルが所与のレンジゲートで発生する場合、それはそのレンジゲートと等しい距離に対象が存在することを示す。
【００３３】
受信される信号をレンジゲート毎に変換した後、信号発生器３８はそれぞれのレンジゲートへ割り当てられた帰還サンプルに対してＦＦＴを行う。本例示において、（所与の搬送周波数において）レンジゲートの組のそれぞれは線形傾斜３０１ｉの送信に対応し、レンジゲートに関するサンプリングレート、つまり所与のレンジゲートにおけるデータが測定されるレート、は送信パターンである線形傾斜３０１ｉが繰り返される周波数（一般にはパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）と呼ばれる）であることは理解されるであろう。上述の例では、図３を参照してこのサンプリングレートは名目上８ｋＨｚである。搬送周波数のそれぞれについて、信号処理器３８はデータの配列を実質上生成する。その配列の行のそれぞれは、所与の処理期間６０１ｉに対応し、列のそれぞれは所与のレンジゲートに対応する。
【００３４】
ＦＦＴの出力は信号エネルギーの様々な成分の振幅と位相を含む。その信号エネルギーの様々な成分とは、信号のサンプリングセット全体の持続時間の逆数にあたる間隔をもって等間隔に並ぶ周波数の成分である（本発明の実施の形態では、信号の組は周波数の絶対値ではなくトーンを含む）。したがって本例示では、所与の搬送周波数において８ｋＨｚで送信される５１２個の線形傾斜３０１１…３０１５１２を信号のサンプリングセットが含むと仮定した場合、ドップラー周波数８０００／５１２＝１５．６２５Ｈｚだけ間隔を隔てた５１２個のＦＦＴ出力ビン（ＦＦＴ  ｏｕｔｐｕｔ  ｂｉｎｓ）が存在する。搬送周波数が１５ＧＨｚの場合、１５．６２５Ｈｚのドップラー周波数は０．１５６２５ｍ／ｓと等価である。つまりＦＦＴ出力ビンのそれぞれは異なる速さを示す。静止した対象は０番目のビンに現れるであろうし、移動する対象はその速度に応じたビンに現れるであろう（１０ｍ／ｓで進行する対象は６４番目のビンに現れるであろう）。
【００３５】
当該技術分野において知られているように、信号処理器３８は、レンジゲートサンプルの組のそれぞれを、概念的に矩形に配列されたメモリの「行」へ格納してもよい。これはコーナーストア（ｃｏｒｎｅｒ  ｓｔｏｒｅ）と呼ばれる。その行のそれぞれは所与の処理期間６０１ｉにおけるレンジゲートに対応し、したがって線形傾斜３０１ｉに対応する。５１２個全ての線形傾斜３０１１…３０１５１２が送信されると、列のそれぞれ、つまりレンジゲートのそれぞれ、が読み出され、ＦＦＴへ入力されて上述の方法により処理される。
【００３６】
式１から、ドップラー周波数は搬送周波数ｆｃに正比例することが理解されるであろう。したがって周波数走査型アンテナの場合のように搬送周波数が変わる場合、その搬送周波数の変更は導き出されるドップラー周波数を変化させ、特にドップラー周波数の大きさを実質的に一定の割合で変える。例えば、１５．５ＧＨｚから１７．５ＧＨｚの間の周波数で動作するレーダシステムにおいては、所与の対象に対して±６％変化するドップラー周波数が生成される。この値はシステム起因のドップラー周波数シフトにして２セミトーン分以上であり、ドップラー速度は７０ｍｐｈから７９ｍｐｈの範囲での曖昧さを有する。このため、これらの速度かそれよりも速い速度で運動する対象から速度の曖昧さを取り除く仕事はより複雑となりうる。
【００３７】
コントローラ１２は掃引繰り返し期間３０７（パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）または掃引繰り返し周波数と呼ばれる）を、掃引繰り返し周波数が搬送周波数に比例するように変更することで、この系統的な逸脱を効果的に取り除く。図５に戻るとこれは、ステップＳ５．３において取得された搬送周波数ｆｃｊに関してコントローラ１２によって行われるステップＳ５．５において、この搬送周波数ｆｃｊの値に対する掃引期間３０７の計算が行われることを意味する。本発明の好適な実施の形態においては、線形掃引期間３０１は変化せず（この調整が信号処理器３８により実行される処理に影響を与えないようにするため）、コントローラ１２は跳躍期間３０３または停滞期間３０５もしくはその両方の持続時間を調整する。特に停滞期間３０５が調整されるのが最も望ましい。無論全ての掃引繰り返し期間３０７１，ｆｃｊ…３０７５１２，ｆｃｊは所与の搬送周波数ｆｃｊについて同一である（ステップＳ５．７）。ある実施の形態においては、コントローラ１２はルックアップテーブルを参照する。そのルックアップテーブルは、搬送周波数ｆｃｊの個々に対して掃引繰り返し期間３０７をリストアップする。そのようなデータは、ステップＳ５．３において次の搬送周波数ｆｃｊを見つけるためにコントローラによってアクセスされるルックアップテーブルに適宜蓄えられてもよい。
【００３８】
図５との関連で上述した通り、ステップＳ５．７における全体としての持続時間Ｄは一定に保たれることが望ましい。本発明の実施の形態の場合のように、掃引繰り返し期間３０７ｊが搬送周波数ｆｃｊによって変わる場合、５１２回の繰り返しの持続時間は異なる搬送周波数のそれぞれによって変わってくる。したがって５１２回の繰り返しに伴う期間そのものは、全ての搬送周波数に対しては持続時間Ｄとはならないと思われる。それにもかかわらずその持続時間を一定にするためには、次にステップＳ５．３，Ｓ５．５およびＳ５．７を実行する前に（つまり異なる搬送周波数で実行する前に）、コントローラ１２は、５１２回の繰り返しの終了時と持続時間Ｄとの間の時間差に等しい期間待機する。本実施の形態では、最も長い掃引繰り返し期間の持続時間に対応する（したがって最も低い搬送周波数ｆｃｊに伴う）５１２個の掃引繰り返し期間３０７の和にＤの値をセットすることが望ましい。
【００３９】
コントローラ１２のこの特徴によると、線形傾斜期間３０１が一定であり（図３では６４μｓと示されている）送信器の電力消費が固定であるような場合に有利である。ステップＳ５．７の全体としての持続時間を持続時間Ｄで一定に保つことは、送信器の電力消費の平均値が一定であって掃引繰り返し期間３０７（ＰＲＦ）の変化によらないことを意味する。つまり送信器Ｔｘの温度は一定レベルに保たれ、その結果温度に依存するパラメータの変化を最小化する。
【００４０】
ドップラー周波数は一定の割合で増減された後に、可聴領域内のトーンとして固定の音声サンプリングレートで出力されることが望ましい。ドップラー周波数が搬送周波数の変化に対して規格化されているという観点から見ると、固定のレートでトーンを再生することは適切なアプローチである。
【００４１】
掃引繰り返し期間３０７ｊを搬送周波数ｆｃｊの関数として選択する代わりに、掃引繰り返し期間３０７ｊは１単位毎に（例えば線形に）変化してもよい。これはα＜＜１のとき１＋α≒１／（１−α）と近似できることに基づく。例えば周波数範囲が１５．５ＧＨｚ−１７．５ＧＨｚの場合、搬送周波数が１５．５ＧＨｚのときの掃引繰り返し期間３０７は１４０．６５μｓであり、搬送周波数が１７．５ＧＨｚのときの期間３０７は１２５μｓである。そして搬送周波数がこの範囲の中にある場合の掃引繰り返し期間３０７は、１２５μｓと１４０．６５μｓとの間を線形に変化するように選択されてもよい。搬送周波数が変化するにつれて掃引繰り返し期間３０７が離散的に変化する第１の代替例に関しては、線形傾斜３０１および処理期間６０１は掃引繰り返し期間３０７の全ての値に対して一定である。するとドップラー周波数の最終的な変化は±０．２％まで減少し、ドップラー速度は７８．７ｍｐｈから７９．０ｍｐｈの間で変わる曖昧さを有する。掃引繰り返し期間（ＰＲＦ）３０７が搬送周波数に直接依存して選択される構成に関しては、掃引繰り返し期間の繰り返し回数の任意の所与の組の持続時間を時間Ｄに固定することができる。
【００４２】
上述の通り、本発明の実施の形態に係るレーダシステムは、無線周波数エネルギーを送受信し処理することでドップラー周波数を音声で表現してもよく、これにより当該レーダシステムは移動する対象を見出すために適宜使用されてもよい。信号処理器３８はドップラー周波数を示すデータをコンピュータ１４へ送信する。そのコンピュータ１４は、ドップラー周波数を可聴信号に変換して再生する１組のソフトウエア部材３９を含む。上述の通り、受信される信号を可変のレートで処理することでドップラー周波数は規格化される。そのレートは送受信される信号の搬送周波数によって定められるがその一方で、音声が再生されるレートは実質的に一定である。後処理ソフトウエア部材３９は、信号処理器３８によって所与のレンジゲートについてのデータが処理されるレート（つまり線形傾斜３０１ｉの送信パターンが繰り返される周波数）に対して再生レートを制御することで可聴バースト間を滑らかに遷移させることが望ましい。
【００４３】
ＰＲＦが７ｋＨｚから８ｋＨｚの間を変化し、音声再生レートが８．５ｋＨｚである場合、適切な相間音声制御（ｐｈａｓｅｄ−ａｕｄｉｏ  ｃｏｎｔｒｏｌ）が無いと音声出力にギャップが生じ、ドップラーデータのいかなる音声解析をも妨害する。これを緩和するひとつの方法は、何もしなければ音の出ない期間にドップラーデータを再利用することである。これは例えばさらなるドップラーデータが信号処理器３８から利用可能になるまで続けられる。ドップラーデータの組の間の滑らかな遷移を実現するため、コンピュータ１４はひとつ前のドップラーデータの組をフェードアウト（ｆａｄｅ−ｏｕｔ）し、現在のドップラーデータの組をフェードイン（ｆａｄｅ−ｉｎ）してもよい。代替案としては、音声再生レートはＰＲＦより低い値（本例示では６．９ｋＨｚ）にセットされてもよい。これによりドップラーデータの組はそれぞれ重なり合う。この重なり合う期間は、適切に選択されたフェードインおよびフェードアウト機能を用いて調整されてもよい。さらなる変形例として、ドップラーデータの前の組を、音声出力にギャップが生じる間、コンピュータ１４によって再生してもよい。この変形例は、レーダが固定された方向に送信をする構成に特に適しており、したがって、一定の搬送周波数で動作する。これは、音声バーストが互いにコヒーレントに関連していることを意味する。
【００４４】
線形傾斜期間３０１ｉの繰り返しの組の持続時間が一定である（持続時間Ｄ）実施の形態では、（所与の搬送周波数ｆｃｊに対応する）ドップラーデータの任意の組は信号処理器３８に一定のレートで到達する。つまり、ソフトウエア部材３９はドップラーデータ中の重なり合いまたはギャップもしくはその両方に関して同じ条件を適用しうる（なぜなら重なり合いまたはギャップの量は常に持続時間Ｄから計算されうるからである）。この実施の形態の利点は、後処理ソフトウエア部材３９における論理演算が単純となり、変化するＰＲＦに対してより安定した音声出力を可能とすることである。
【００４５】
本発明の実施の形態に係るレーダシステムのある特徴としては、対象を追跡し監視するために、ソフトウエア部材３９は、信号処理器３８から出力されたデータを離れた位置にある処理システムへ送信することがある。ソフトウエア部材３９は信号処理器３８から出力されるデータを、搬送周波数、したがって走査される領域、が変わるごとに送信することが最も望ましい。つまり、コンピュータ１４は主にデータのルートとして動作し、別の処理システムによって、連続する走査の間の相関する対象のデータを集中的に処理したり、ディスプレイへ対象を描画したり、対象の動作を予測したりしてもよい。ある好適な実施の形態では、データはワイヤレス通信を通じて送信される。しかしながらどのような適切な送信手段であっても使用されうることは理解されるであろう。
【００４６】
補足説明および変形例
上述の議論では線形傾斜３０１は掃引繰り返し期間の変化によらないが、代替的にはコントローラ１２は線形傾斜の持続時間またはスロープもしくはその両方を変更してもよい。信号処理器３８の動作（特に処理期間６０１に関して）を変更しなければならないのでこれは最適な方法ではないが、複数のレーダシステムが所与の領域に使用されている場合には、スロープを変更することは便利な方法となる。線形傾斜のスロープの違いを、それぞれのレーダシステムからの出力を区別するために用いることができるからである。
【００４７】
周波数走査型アンテナの形態に関連して、アンテナ２２、３２を、進行波アンテナとして、またはサーペンタイン（serpentine）アンテナもしくは類似の形態で導波管として具現化することができる。適切なアンテナは、米国特許第４８６８５７４号および「周波数走査型アンテナ」と題する本出願人の同時係属出願に記載されている。
【００４８】
上述の実施の形態は、本発明を説明する上での例に過ぎないことは理解されるべきである。本発明の実施の形態はさらに想像される。任意のひとつの実施の形態との関係で説明された任意の特徴は、それひとつのみで使用されてもよいし、その実施の形態で説明された他の特徴と連係して使用されてもよいし、他の任意の実施の形態に含まれるひとつもしくは複数の特徴と連係して使用されてもよいし、他の任意の実施の形態の任意の組み合わせに含まれるひとつもしくは複数の特徴と連係して使用されてもよいことは理解されるべきである。さらに、上記で説明されていない均等物や変形例であっても、添付の請求項で定義される本発明の範囲を逸脱しないかぎり使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーダシステムの構成部材を示す概念的なブロック図である。
【図２】図１の周波数発生器の部品構成を示す概念的なブロック図である。
【図３】図２の周波数発生器によって用いられる変調パターンを示す模式図である。
【図４】図１の周波数発生器の代替的な部品構成を示す概念的なブロック図である。
【図５】図１のレーダシステムの走査中に図１のコントローラによって行われるステップを示す概念的なフロー図である。
【図６】送信される変調パターンと関連した信号の処理を示す模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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