(57)【要約】本発明の実施の形態はレーダシステムに関し、特に地表に配置された対象を検知し追跡することに適した走査型レーダシステムに関する。ある実施の形態では、レーダシステムは走査型レーダシステムである。その走査型レーダシステムは、周波数発生器と、周波数走査型アンテナと、対象からの信号を受信して処理し、対象に伴うドップラー周波数を見出す受信器と、を備え、周波数発生器は、信号の組を複数生成し、その組はそれぞれ異なった特性周波数を有し、周波数発生器は、所与の特性周波数を持つ連続波信号を一連の変調パターンによって変調することで信号の組を生成するデジタルシンセサイザを含み、周波数走査型アンテナは、周波数発生器と協同して、発生された周波数に依存した角度範囲を有する領域に亘って放射を送受信する。したがって本発明の実施の形態は、精度良く周波数を生成し制御できるデジタルシンセサイザ技術と、受動的周波数走査技術及びドップラー処理技術を融合した。これにより、範囲および走査レートを正確に制御することが可能となり、対象の移動速度の早い遅いや信号対ノイズ比のような要素に対してレンジセルのサイズを最適化することが可能となり、したがって同様の電力を必要とする既知のシステムにおいて検知可能である距離よりもさらに大きな距離を隔てて位置する対象を検知することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数発生器と、
周波数走査型アンテナと、
対象からの信号を受信して処理し、前記対象に伴うドップラー周波数を見出す受信器と、を備え、
前記周波数発生器は、信号の組を複数生成し、その組はそれぞれ異なった特性周波数を有し、
前記周波数発生器はさらに、所与の特性周波数を持つ連続波信号を一連の変調パターンによって変調することで前記信号の組を生成するデジタルシンセサイザを含み、
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、前記発生された周波数に依存した角度範囲を有する領域に亘って放射を送受信することを特徴とする走査型レーダシステム。
【請求項２】
前記受信器は、対象から反射された放射を示す信号を処理してそこから周波数データを導き出し、
前記導き出された周波数データは、前記対象に対応するトーンを含むことを特徴とする請求項１に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３】
前記受信器は、前記トーンを処理して前記対象の運動を示すデータを導き出す信号処理手段であって、前記導き出された運動データを表示手段へ移送する信号処理手段を含み、
前記表示手段は、前記走査型レーダシステムから離れて配置されることを特徴とする請求項２に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４】
前記レーダシステムは、前記表示手段とワイヤレス通信を行うことを特徴とする請求項３に記載の走査型レーダシステム。
【請求項５】
前記レーダシステムは、ポータブル電源と協働することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項６】
前記ポータブル電源は、電池パックまたはソーラーパネルを含むことを特徴とする請求項５に記載の走査型レーダシステム。
【請求項７】
前記周波数発生器は、第１回路部分と、第２回路部分と、を含み、
前記第１回路部分は、
それへ入力される制御信号に依存した出力周波数で信号を出力する周波数可変の発振器と、
前記第２回路部分から受信する信号に基づいて前記制御信号を生成し、前記周波数可変の発振器の動作を変えるために用いられる調節手段と、を有し、
前記第２回路部分は、前記出力された信号を受信し、前記調節手段へ入力される信号を前記出力された信号から導き出し、
前記第２回路部分はさらに、前記出力周波数よりも低い分割された周波数の信号を生成する分周器を有し、
前記第２回路部分は、前記出力周波数よりも低く前記分割された周波数よりも高い周波数である低減周波数の信号を前記出力された信号から導き出す手段を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項８】
周波数固定の発振器をさらに備え、
前記第２回路部分は、前記周波数固定の発振器から、増大周波数の信号を引き出す静的な倍周部を有することを特徴とする請求項７に記載の走査型レーダシステム。
【請求項９】
低減周波数の信号を導き出す前記手段は、前記周波数可変の発振器から出力された信号と、前記静的な倍周部から出力された信号とを受信して前記低減周波数の信号を導き出す混合部を有することを特徴とする請求項８に記載の走査型レーダシステム。
【請求項１０】
前記調節手段は、周波数比較部を有し、
前記周波数固定の発振器は、信号を前記第１回路部分へさらに別の分周器を経由して出力し、前記周波数比較部は、前記さらに別の分周器から受信する信号と、前記分割された周波数とに基づいて前記制御信号を生成することを特徴とする請求項８または９に記載の走査型レーダシステム。
【請求項１１】
前記周波数発生器はさらに、前記一連の変調パターンを、前記第１回路部分から出力される前記信号と結合して、前記第１回路部分から出力される前記信号を周波数変調する結合手段を含むことを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項１２】
前記周波数走査型アンテナは、無線周波数のエネルギーを送受信する周波数走査型アンテナ構造であって前記アンテナ構造の周りで無線周波数のビームを複数の異なった角度へ向けることのできる周波数走査型アンテナ構造、を有し、
前記アンテナ構造は、  
少なくとも２つのアレイアンテナと、
前記２つのアレイアンテナへのエネルギーの入力を制御する制御器と、を有し、
前記アンテナ構造が前記２つのアレイアンテナの一方を用いてビームを第１角度へ向けることができ、かつ前記２つのアレイアンテナの他方を用いてビームを前記第１角度とは異なる第２角度へ向けることができるように前記アレイアンテナは前記アンテナ構造の中に配置されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項１３】
前記アンテナ構造は、一続きでない複数の角度領域に亘ってビームを向けることができることを特徴とする請求項１２に記載の走査型レーダシステム。
【請求項１４】
前記アンテナ構造は、一続きの角度領域に亘ってビームを向けることができることを特徴とする請求項１２または１３に記載の走査型レーダシステム。
【請求項１５】
前記アンテナ構造は、前記２つのアレイアンテナの一方を用いて第１角度範囲に亘ってビームを向けることができ、かつ前記２つのアレイアンテナの他方を用いて第２角度範囲に亘ってビームを向けることができることを特徴とする請求項１２から１４のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項１６】
第１角度領域は、前記第１角度範囲によって定められることを特徴とする請求項１５に記載の走査型レーダシステム。
【請求項１７】
第２角度領域は、前記第２角度範囲によって定められることを特徴とする請求項１５または１６に記載の走査型レーダシステム。
【請求項１８】
前記第１角度範囲は前記第２角度範囲とは異なることを特徴とする請求項１５から１７のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項１９】
前記角度領域は、実質的に８０度であることを特徴とする請求項１３から１８のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２０】
前記アレイアンテナのそれぞれはそれに前記エネルギーを入力する入力手段をそれぞれ有することを特徴とする請求項１２から１９のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２１】
前記制御器は、前記第１角度および前記第２角度へ前記ビームを向けるために、それぞれのアレイアンテナへエネルギーを入力する請求項１２から２０のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２２】
入力手段のそれぞれは、前記一続きの角度領域に亘って前記ビームを向けるために、それぞれのアレイアンテナへエネルギーを入力することを特徴とする請求項１４に従属する請求項２０または２１に記載の走査型レーダシステム。
【請求項２３】
前記一続きでない角度領域に亘って前記ビームを向けるために、前記入力手段は所与のアレイアンテナに対して、２つの位置でそのアレイアンテナへエネルギーを入力することを特徴とする請求項１３に従属する請求項２０または２１に記載の走査型レーダシステム。
【請求項２４】
前記入力手段は、前記アンテナアレイの端部に接続できることを特徴とする請求項２０から２３のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２５】
前記入力手段は前記ビームを方向付けるために、無線周波数エネルギーを含む信号をそれぞれ異なる複数の周波数で受け取るように前記周波数発生器と協同して動作することを特徴とする請求項２０から２４のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２６】
前記第１角度から前記第２角度に亘って前記ビームを向けるために、前記制御器は所定の順序に従ってエネルギーを入力することを特徴とする請求項１２から２５のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２７】
前記所定の順序は、
第１アンテナアレイの第１端部へエネルギーを入力することと、
第２アンテナアレイの第１端部へエネルギーを入力することと、
前記第２アンテナアレイの第２端部へエネルギーを入力することと、
前記第２アンテナアレイの第２端部へエネルギーを入力することと、を含むことを特徴とする請求項２６に記載の走査型レーダシステム。
【請求項２８】
前記アンテナ構造は、縦軸と、前記縦軸に対して直角をなす横軸とを有し、
前記アレイアンテナのうちの第１アレイアンテナは前記横軸に対して前記第１角度をなして傾き、前記アレイアンテナのうちの第２アレイアンテナは前記横軸に対して前記第２角度をなして傾くことを特徴とする請求項１２から２７のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２９】
前記アレイアンテナのそれぞれは、２つの端部と２つの側部とを含み、
前記第２アレイアンテナの側部は実質的に、前記第１アレイアンテナの側部と隣接することを特徴とする請求項２８に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３０】
前記第１アレイアンテナおよび前記第２アレイアンテナは、前記縦軸に対して対称に配置されることを特徴とする請求項２８または２９に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３１】
前記アレイアンテナのそれぞれは、メッシュ構造と、誘電基体とを含むことを特徴とする請求項１２から３０のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項３２】
メッシュ構造のそれぞれは、互いに接続された複数の要素を含み、対応する前記誘電基体の表面に配置されることを特徴とする請求項３１に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３３】
前記要素のそれぞれは、それぞれ長さを有する２つの側辺と２つの端辺とを含み、  前記側辺の長さは前記端辺の長さより長く、
前記側辺の長さはおよそ、前記第１周波数と前記第２周波数との間の中間の周波数における１波長であり、
前記端辺の長さはおよそ、前記中間の周波数における１波長の２分の１であることを特徴とする請求項３２に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３４】
前記アレイアンテナのインピーダンスを制御するために、それぞれの要素の側辺は幅を持ち、その幅は前記メッシュの中心からそのそれぞれの端へ向かって徐々に減少することを特徴とする請求項３２または３３に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３５】
前記メッシュ構造内の前記要素のそれぞれは、矩形の要素を含むことを特徴とする請求項３４または３５に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３６】
前記アレイアンテナのそれぞれは、平面アレイアンテナを含むことを特徴とする請求項１２から３５のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項３７】
前記アレイアンテナのそれぞれは、マイクロ回路用ストリップを含むことを特徴とする請求項１２から３６のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項３８】
前記連続波信号の変調を制御するために用いられる周波数走査型レーダ制御器をさらに備え、
前記レーダ制御器は、変調される前記信号の前記特性周波数によって所与の一連の変調パターンを変更するように前記デジタルシンセサイザと協働して動作することを特徴とする請求項１から３７のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項３９】
前記レーダ制御器は、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継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３８に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４０】
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有し、
前記レーダ制御器は、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継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３８または３９に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４１】
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有し、
前記レーダ制御器は、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継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４０に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４２】
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継承期間とを有し、
前記レーダ制御器は、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継承期間の継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４０に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４３】
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３８から４２のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項４４】
前記周波数走査型レーダシステムによって受信される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をさらに備え、
前記周波数走査型レーダシステムは、前記受信される信号からトーンのデータを導き出す信号処理器を含み、前記音声システムは、前記導出されたトーンのデータを一定のレートで再生することを特徴とする請求項１から４３のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項４５】
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継続時間によって選択可能であることを特徴とする請求項３９に従属する請求項４４に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４６】
音声データのそれぞれのサイクルは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４５に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４７】
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は、音声データのそれぞれの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４５または４６に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４８】
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、音声データのそれぞれの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４５から４７のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項４９】
前記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ことを特徴とする請求項４５から４８のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項５０】
前記音声システムは、音声データの所与のサイクルの前後で、再生されるトーンのデータへフェード機能を適用することを特徴とする請求項４９に記載の走査型レーダシステム。
【請求項５１】
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継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４５から５０のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項５２】
周波数発生器と、
周波数走査型アンテナと、を備え、
前記周波数発生器は、信号の組を複数生成し、その組はそれぞれ異なった周波数を有し、
前記周波数走査型アンテナは、前記周波数発生器と協同して、前記発生された周波数に依存した角度範囲を有する領域に亘って放射を送受信し、
前記周波数走査型アンテナはアンテナ構造を含み、そのアンテナ構造は少なくとも２つのアンテナを有し、
前記少なくとも２つのアンテナは、前記アンテナ構造が前記２つのアレイアンテナの一方を用いて第１角度にビームを向け得るように、かつ前記２つのアレイアンテナの他方を用いて前記第１角度とは異なる第２角度へビームを向け得るように前記アンテナ構造中に配置されることを特徴とする走査型レーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーダシステムに関し、特に、地表に配置された対象を検知し追跡することに特に適するがそれに限定されない走査型レーダシステムに関する。
【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及び運動を測定するために用いられる。一般的にはレーダシステムは特定のアプリケーション用に設計される。つまり指定された距離範囲または指定された走査領域において、指定された正確さで、指定された方向について距離を測定するように設計される。大きな距離を超えた走査が要求されるレーダシステムにおいては、強力な電磁波を放射することがアンテナに要求される。このため相応の強力な電源および特定のタイプのアンテナを使用することが要求される。
【０００３】
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亘って掃引することが一般的である。その領域に亘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要素を含む電気的なデバイスを採用する。機械的なレーダシステムの問題点は、その動作が物理的な構成要素およびそれに伴う制御用部品と動く部品に依存していることである。この部品一式は値段が高く、また相応の大きな電源を必要とし得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気的なデバイスのひとつのグループとして位相式アンテナアレイが知られている。これは、信号に様々な位相シフトを与えることによって、送受信するビームを効果的に方向付けるデバイスである。このような電気的なデバイスは、無線周波数（ＲＦ）センサーや無線周波数による通信システムにおいてよく使用されている。これは、電気的なデバイスではアンテナが物理的に運動しなくても、ある位置から次の位置へビームを素早く動かすことができるためである。そのようなデバイスを用いたレーダシステムによれば対象の位置を非常に正確に測定する事が可能である。しかしながらこのようなタイプの電子デバイスの問題点としては、ビームを十分に制御するためにしばしば電子部品のアレイがいくつか必要であるということがある。このことは、レーダシステムの物理的なサイズ、複雑さおよびコストを増大させる。
【０００５】
そのような電子デバイス別のグループとしては、周波数走査型アレイがある。この周波数走査型アレイによると、変化する周波数を有する信号の入力に応じて、ビームを角度平面内で方向付けることができる。米国特許第４８６８５７４号では、別の平面内で回転する動く部品と周波数走査型アレイが組み合わせられている。しかしながらこの組み合わせの問題点としては、通常の機械的走査システムのサイズ上およびコスト上の欠点を有することがあり、さらに性能上位相式アンテナシステムよりも正確さに欠ける点がある。
【０００６】
したがってこれまで知られている種々のレーダシステムは、コストがかかる、大きい、重いのうちのひとつもしくはいくつかに当てはまり、コスト、重さ、サイズのうちのいずれかが問題となる場面ではそれらの使用が制限されることは理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によると、走査型レーダシステムが提供される。その走査型レーダシステムは、周波数発生器と、周波数走査型アンテナと、対象からの信号を受信して処理し、対象に伴うドップラー周波数を見出す受信器と、を備え、周波数発生器は、信号の組を複数生成し、その組はそれぞれ異なった特性周波数を有し、周波数発生器は、所与の特性周波数を持つ連続波信号を一連の変調パターンによって変調することで信号の組を生成するデジタルシンセサイザを含み、周波数走査型アンテナは、周波数発生器と協同して、発生された周波数に依存した角度範囲を有する領域に亘って放射を送受信する。
【０００８】
本発明の発明者は、地上を移動する対象を検知しその位置を特定することのできる低電力レーダシステムに設計上の努力を集中した。そしてこの目標のために、精密な周波数発生および制御を可能とするデジタルシンセサイザ技術と、受動的周波数走査技術と、ドップラー処理技術とを融合した。これにより、走査速度と距離を正確に制御することが可能となり、対象の移動速度の早い遅いや信号対ノイズ比のような要素に対してレンジセルのサイズを最適化することが可能となり、さらには同様の電力を必要とする既知のシステムにおいて検知可能である距離よりもさらに大きな距離を隔てて位置する対象を検知することが可能となる。
【０００９】
走査型レーダシステムにおいては、範囲が走査されるレートと、走査による対象の検知が可能な覆域もしくは距離との間には生来的なトレードオフが存在する。比較的走査のレートが速い場合、所与の角度領域は、対象がその領域に対して動く際に複数回走査されうる。しかしながら同時に所与の信号の組における信号の数は制限されるので、検知可能な覆域は制限されるであろう。比較的走査のレートが遅い場合、所与の信号の組における信号の数は比較的多く、これはさらに遠くに位置する対象をも検知可能であることを意味するのではあるが、角度領域内での対象の運動を追跡する能力を犠牲にしている。本態様の有利な点としては、これらのパラメータがデジタルシンセサイザによって正確にかつ繰り返し制御されうることがある。そして周波数走査型レーダを使用するということはつまり、レーダシステムは前回信号を伝送した角度とまったく同じ角度で再び信号を伝送しうるということである。これにより機械的な走査型レーダシステムに見られるような、ドップラー変調に伴うレンジリターン（ｒａｎｇｅ  ｒｅｔｕｒｎ）におけるエラーを減らすことが出来る。
【００１０】
本発明の実施の形態に係る走査型レーダシステムの覆域Ｒｍａｘは以下のレーダ方程式によって評価されうる：
Ｒｍａｘ＝（ＰｔＧＡｅσ／（（４π）２Ｓｍｉｎ））１／４
ここでＳｍｉｎは検知可能な信号の（電力値としての）最小値であり、Ｐｔは伝送電力であり、Ｇはアンテナの利得であり、Ａｅはアンテナの有効開口（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）であり、σは対象の断面積である。対象がおよそ１ｍ２の断面積を有する場合、覆域Ｒｍａｘの最大値はおよそ５ｋｍである。対象が例えば車であり、およそ１０ｍ２の断面積を有する場合、覆域Ｒｍａｘの最大値はおよそ９ｋｍであり、１００ｍ２程度の断面積を有するより大きな対象の場合は、覆域Ｒｍａｘの最大値はおよそ１５ｋｍである。ある方向についての走査期間が増加するとＳｍｉｎの値は減少する。したがって対象サイズが与えられた場合、その方向にあるその対象についての覆域は増大することは理解されるであろう。ここでその覆域は、システムの不完全性や対象の運動やドップラー拡散のために、その方向のさらなる走査が、Ｒｍａｘに影響するほどにはＳｍｉｎを減らせず、またＰｔを増やせないところまで増大することも理解されるであろう。
【００１１】
信号強度は信号源からの距離の４乗に比例することから、短距離レーダシステムを設計すことには、数１０ｋｍの範囲に放射を伝送するのに必要な電力は通常のレーダが必要とする典型的な電力よりも少ないという利点がある。そのため、電源部品の重量と要求される出力は通常のレーダシステムにおいて要求されるそれよりも少ない。
【００１２】
レーダシステムは物理的に地上に設置されてもよいし、地上に設置される（例えば建物の床の上や車両上）物体に取り付けられてもよい。
【００１３】
本発明の実施の形態によれば、周波数走査型アンテナは位相式アンテナアレイもしくは機械的に方向付けるアンテナよりも処理部品および制御部品に関してはそれほど複雑ではないという点でさらに有利である。その結果アンテナ回路部分のサイズは比較的小さく、重さは比較的軽い。これらの要因をあわせると、レーダシステムを、例えば１２ボルト電池や、ソーラパネルや、２４ボルトもしくは４８ボルトなどの車両電池（例：シガーソケットのような車両中の便宜な接続を介して）の電力で稼動させることが可能となる。
【００１４】
ある実施の形態においては、レーダシステムはそれが受信し処理した放射を示すデータを離れた位置にある処理システムへ伝送し、その処理システムがレーダシステムに代わってデータを解釈し検討し表示する。これによりレーダシステムで必要とされる処理および制御部品をさらに減らすことができる。本発明のこの側面に係るレーダシステムはかさばらず重くもないので、簡易に持ち運ぶ事ができるという有利な点があり、また上述の議論からこれは理解されるであろう。
【００１５】
周波数走査型アンテナを選択した後、本発明者は信号中の位相ノイズの量を最小にする周波数源を見つけなければならないという問題に直面した。その目的は運動する小さな対象と静止した大きな対象とを区別するためである。最もよく知られているシンセサイザでは、周波数固定の周波数源（例えば水晶振動子の形で）が用いられている。ある範囲の周波数を生成するためには、その周波数固定の周波数源は、分周器と周波数可変の発振器とを含む回路と共に集積される（一般的にはこのようなシンセサイザは位相同期回路型シンセサイザ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｅｒｓ）と呼ばれる）。そのような周波数可変の発振器は生来的にその出力信号中にある量の位相ノイズ（典型的にはディザ（ｄｉｔｈｅｒ）と呼ばれる）を有する。そして位相同期回路型シンセサイザは信号発生器から受け取った信号を、そのノイズも含めて乗算する。その結果多量のディザを含む信号が発生し、その信号が静止した対象から反射してきた場合、信号処理部分を混乱させ、移動する対象として現れる可能性がある。
【００１６】
そのため好ましくは周波数発生器のある態様は信号発生器である。その信号発生器は、第１回路部分と、第２回路部分と、を含み、第１回路部分は、それへ入力される制御信号に依存した出力周波数で信号を出力する周波数可変の発振器と、第２回路部分から受信する信号に基づいて制御信号を生成し、周波数可変の発振器の動作を変えるために用いられる調節手段と、を有し、第２回路部分は、出力された信号を受信し、調節手段へ入力される信号をそれから導き出し、第２回路部分は、出力周波数よりも低い分割された周波数の信号を生成する分周器を有し、第２回路部分は、出力周波数よりも低く分割された周波数よりも高い周波数である低減周波数の信号を出力された信号から導き出す手段を有する。
【００１７】
周波数発生器はさらに水晶振動子やＳＡＷ（表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ））振動子などの周波数固定の発振器を適宜含む。この周波数固定の発振器は第１回路部分への入力を発生する。ある実施の形態においては、第１回路部分の調節手段は好ましくはさらに別の分周器と位相比較器を備える。そして第２回路部分は、第２回路部分の分周器へ入力された信号の周波数を低減させるために協働する静的な倍周器と混合器を備える。上述の第１回路部分に伴うさらに別の分周器は、周波数固定の発振器からの周波数をステップダウンして信号発生器の周波数分解能を制御するために用いられる。第２回路部分に関しては、分周器は混合器から出力される信号の周波数をステップダウンするために用いられる。そして第１分周器および第２分周器からの出力は位相比較器によって同期化され、その位相比較器は前記制御信号を（位相エラー信号の形で）生成して電圧制御発振器（ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）の出力を変更する。第２回路部分は第２分周器へ入力される信号の周波数を減じる働きを適宜行う。これはその第２分周器で必要とされる分周数がその分だけ減少することを意味する。
【００１８】
位相ノイズは所与の信号の周波数に対する倍率に依存するので、通常の信号発生器によって生成された信号と比較した場合、本発明の実施の形態によって生成された信号のほうが実質的により少ない位相ノイズを実現している。加えてこのことは、本発明の実施の形態に係る信号発生器の位相同期回路（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐｓ）が通常の形態で可能であるよりもより高いループ周波数で動作できることを意味する。
【００１９】
したがって本質的には本発明者は、周波数源からの出力信号に対する倍率を最小化し、もって伝送される位相ノイズ量を最小化するようなある特定の部品の構成を見い出した。
【００２０】
ある好適な実施の形態では、走査型レーダシステムは周波数変調された連続波（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ（ＦＭＣＷ））のレーダシステムである。このレーダシステムは、所定のパターンを有する周波数変調された信号を出力し、その所定のパターンは好適には一連の線形周波数掃引を含む。最も便宜な形態においては、デジタルシンセサイザは、入力信号に応答して変調パターンを所定の回数繰り返す。
【００２１】
レーダシステムは対象のドップラー周波数を見い出してその運動の大きさと方向を見い出すために用いられるのが一般的である。本発明者はＦＭＣＷレーダに関する問題点を認識した。その問題点とは以下の事実に基づく。対象のドップラー周波数はレーダのキャリア周波数に依存する、つまりある範囲の周波数で動作するレーダは所与の対象に対して、それ自身が対象の運動を示しうるドップラー周波数を複数生成しうる。本発明者は、周波数掃引の周期をキャリア周波数に比例して変化させることにより、規格化されたドップラー周波数は実質的に一定のままとなることを認識した。
【００２２】
したがって本発明のこの側面に関して、本発明者は周波数走査型レーダ制御器を開発した。その周波数走査型レーダ制御器は、連続波信号の周波数変調を制御するために用いられ、その連続波信号は特性周波数を有し一連の変調パターンによって変調され、レーダ制御器は、変調される信号の特性周波数によって所与の変調パターンを変更する。
【００２３】
本発明の好適な実施の形態においては、レーダ制御器は、一連の変調パターンに含まれる個々のパターンの継続時間を変えることで変調パターンを変える。ある実施の形態においては、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、レーダ制御器は、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停滞期間の継続期間を変更することで変調パターンを変更する。別の実施の形態においては、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、線形傾斜期間と継承期間とを含み、レーダ制御器は、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継承期間の継続期間を変更することで変調パターンを変更する。また別の実施の形態においては、変調パターンは、傾斜期間、継承期間および停滞期間の組み合わせを含み、継承期間もしくは停滞期間の一方の継続期間を変更することができる。
【００２４】
周波数発生器はそれぞれの継続期間を示す入力信号に応答して特性周波数を適宜変調する。
【００２５】
周波数走査型アンテナに関しては、特に効率の良い（複雑さの度合いと性能において、であり比較的低い複雑さと良い性能を有するという意味である）アンテナは進行波アンテナ（ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ  ｗａｖｅ  ａｎｔｅｎｎａ）であると本発明者は認識した。それから本発明者は、進行波アンテナは周波数の変化に対して比較的狭い走査角に亘ってしか放射できないという問題に直面した。これはそのアンテナを使用できる走査範囲を制限する。
【００２６】
２つもしくはそれ以上のアレイアンテナを用いてアンテナ構造を形成し、そのそれぞれのアンテナアレイへの入力を調整することで個々の走査範囲を組み合わせ、大きな全体としての走査領域を生成できると本発明者は認識した。
【００２７】
したがって本発明者は周波数走査型アンテナ構造を開発した。その周波数走査型アンテナ構造は、無線周波数のエネルギーを送受信し、アンテナ構造の周りで無線周波数のビームを複数の異なった角度へ向けることができ、そのアンテナ構造は、少なくとも２つのアレイアンテナと、２つのアレイアンテナへのエネルギーの入力を制御する制御器と、を有し、アンテナ構造が２つのアレイアンテナの一方を用いてビームを第１角度へ向けることができ、かつ２つのアレイアンテナの他方を用いてビームを第１角度とは異なる第２角度へ向けることができるようにアレイアンテナはアンテナ構造の中に配置されている。
【００２８】
ある実施の形態では、アンテナ構造は一続きでない複数の角度領域に亘ってビームを向ける。また別の実施の形態では、一続きの角度領域に亘ってビームを向ける。アンテナ構造は２つのアレイアンテナの一方を用いて第１角度範囲（第１角度領域）に亘ってビームを適宜向けることができ、かつ前記２つのアレイアンテナの他方を用いて第２角度範囲（第２角度領域）に亘ってビームを適宜向けることができる。第１角度領域と第２角度領域は異なっており、その２つをあわせて、個々のアンテナアレイによって得られうるよりもより大きな角度範囲の走査領域を提供する。
【００２９】
アレイアンテナのそれぞれはそれにエネルギーを入力する入力手段をそれぞれ適宜有し、制御器は、第１角度から第２角度へビームを向けるために、それぞれのアレイアンテナへエネルギーを適宜入力する。より具体的には、入力手段のそれぞれは一続きのもしくは一続きでない角度領域に亘ってビームを向けるためにそれぞれのアレイアンテナへエネルギーを入力する。ある実施の形態においては、入力手段はアンテナアレイの端子と接続可能であり、例えば上述したように周波数発生器と協同して動作し、無線周波数エネルギーを含む信号をそれぞれ異なる複数の周波数で受け取ってビームを方向付ける。
【００３０】
制御器は、第１角度から第２角度に亘ってビームを向けるために、所定の順序に従ってエネルギーを入力することが望ましい。その順序は例えば、第１アンテナアレイの第１端部へエネルギーを入力することと、第２アンテナアレイの第１端部へエネルギーを入力することと、第２アンテナアレイの第２端部へエネルギーを入力することと、第２アンテナアレイの第２端部へエネルギーを入力することと、を含む。
【００３１】
アンテナ構造そのものの構成に関しては、アンテナ構造は、縦軸とそれと直角をなす横軸を用いて適宜特徴付けられうる。上述のアレイアンテナのうちの第１アレイアンテナは横軸に対して第１角度をなして傾き、上述のアレイアンテナのうちの第２アレイアンテナは横軸に対して第２角度をなして傾く。さらに第１アレイアンテナおよび第２アレイアンテナは、縦軸に対して対称に配置され、アレイアンテナのそれぞれは、２つの端部と２つの側部とを含み、第２アレイアンテナの側部は実質的に、第１アレイアンテナの側部と隣接する。走査領域の大きさは、その２つのアレイアンテナの物理的な関係、より具体的にはそれぞれのアレイアンテナが横軸に対してなす角度に依存する。ある実施の形態では、レーダシステムの角度幅は実質的に８０°である。しかし他の角度も可能であり、６０°から１００°、１２０°まで可能である。これはアンテナ構造の中でのアンテナアレイの種々の配置と矛盾しない。さらにはアンテナ構造は２つ以上のアレイアンテナを含むように設定されてもよい。これによりレーダシステムの角度範囲をより大きくすることができる。
【００３２】
ある実施の形態においては、アレイアンテナのそれぞれは、メッシュ構造と誘電基体とを含む。メッシュ構造のそれぞれは、マイクロ回路用ストリップ（マイクロストリップと通称される）などで例示される互いに接続された複数の要素を含み、対応する誘電基体の表面に適宜配置されうる。
【００３３】
メッシュ構造は要素の側辺および端辺のそれぞれの長さによって適宜特徴付けられうる。要素のそれぞれは、それぞれ長さを有する２つの側辺と２つの端辺とを含み、側辺の長さは端辺の長さより長い。典型的には、側辺の長さはおよそ、第１周波数と第２周波数との間の中間周波数における１波長であり、端辺の長さはおよそ、中間周波数における１波長の２分の１である。メッシュ要素のそれぞれは特性幅を有し、ある好適な実施の形態においては、側辺のメッシュの幅はメッシュの中心からそのそれぞれの端へ向かって徐々に減少する。インピーダンスはメッシュの幅に反比例するので、アンテナアレイ要素のインピーダンスを制御することで放射パターンを制御するための便利な手段を上記の特徴が提供することは理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、添付の図を参照しつつ本発明の好適な実施の形態を説明する。これにより本発明のさらなる特徴および利点が明らかになるであろう。なお説明される実施の形態は例示に過ぎない。
【００３５】
本発明のいくつかの部材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構成要素、部材には、同一の符号を付するものとする。加えてある部材には数字とひとつもしくは複数の添え字が付される。これはその部材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）。明瞭性を確保するため、一連の要素そのものを指し示す場合は添え字を付けないこととする。一連の要素に含まれる個々の要素を指し示す場合は添え字を付けることとする。
【００３６】
図１は、本発明の実施の形態に係るレーダシステム１を示す図である。レーダシステム１は、電源１０と、制御器１２と、コンピュータ１４と、を備える。電源１０は制御器１２へ電力を供給し、コンピュータ１４は制御器１２を動作上制御する。制御器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周波数源もしくは信号生成器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、スイッチ１８および増幅器２０の制御下において、アンテナ２２を駆動する（図ではひとつのスイッチ部材１８が示されているが、ひとつのアンテナ２２のみを有するこの特定の形態においてはスイッチ１８は重要でないことは理解されるであろう）。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を越えた領域に亘って走査する。
【００３７】
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、スイッチ部材１８’および増幅器部材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。
【００３８】
図２は、本発明の実施の形態に係るＲＦ周波数発生器１６の構成を示す図である。このＲＦ周波数発生器１６は、ある範囲の周波数を有する信号の生成に好適に用いられる。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。ある実施の形態では、周波数源２００は水晶振動子であり、別の実施の形態ではＳＡＷ振動子である。
【００３９】
上述の通り、ＲＦ周波数発生器１６の設計上の目的は、出力信号Ｆｏｕｔに現れる位相ノイズ量を最小化することである。本明細書の始めの部分から理解されるであろうように、基準発振器および位相比較器の位相ノイズの倍率はＲ１およびＲ２の大きさに依存する。したがってＲＦ周波数発生器１６の目的は、発振器２００の出力の倍率を最小化することにある。言い換えるとＲ１およびＲ２の値を出来るだけ低く抑えることである。
【００４０】
このため周波数発生器１６は、高品質の倍周器２０１と、混合器２０３と、を含む。前者（２０１）は、発振器２００から出力される信号の周波数を出来るだけ高い値（例えば、ＶＣＯ２１３の使用可能出力周波数の下限）まで増やし、混合器２０３は、ｆ２とｆ１との差に等しい周波数の信号を出力して実際上ＶＣＯ２１３の出力周波数をステップダウンする。結果として分周器２０７へ入力される周波数は比較的低く、ＶＣＯ２１３の出力調整において、Ｒ２の値は従来の形態において可能であったよりもはるかに低くすることができる。
【００４１】
本発明の実施の形態の効果は、具体的な例を参照することでよりよく理解できる。まずは従来の位相同期回路において信号がどのように処理されるかを考え、次いで本発明の実施の形態において信号がどのように処理されるかを考える。ここで周波数源２００が１００ＭＨｚの信号を出力する場合を考える。
【表１】
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【００４２】
周波数源２００から入力される信号の周波数をステップアップしてその信号をＶＣＯ２１３の出力信号と混合することで、分周器２０５および２０７による分周数、つまり発振器出力における位相ノイズの増幅度、を従来の周波数シンセサイザと比べてステップアップに対応する分だけ減らすことができることが理解されうる。図２に示される回路デザインによると、およそ２００ＭＨｚのループ周波数で動作する場合、位相検知器によるノイズを従来の回路と比べて２０−３０ｄＢ減ずることができることは注意すべきである。
【００４３】
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の制御器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。その傾斜はある継続期間と大きさを有し、それらの値は制御器１２を通じてプログラム可能である。図３は、キャリア周波数が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。その継続期間は約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。それぞれのキャリア周波数に対して、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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との間のキャリア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の係数をもつ。
【００４６】
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。したがってキャリア周波数のそれぞれに対して、周波数発生器１６は、種々のキャリア周波数を有する周波数変調された信号の繰り返しパターンを生成する。
【００４７】
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、キャリア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がキャリア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。
【００４８】
アンテナ２２および３２は変化する周波数を有する信号の入力に応じて放射を伝送し受信することが上述の議論より理解されるであろう。つまりアンテナ２２および３２は周波数走査型アンテナの一種である。ある好適な実施の形態では、周波数走査型アンテナは進行波アンテナ構造であり、少なくとも２つのアレイアンテナを備える。図５ａは、そのようなアンテナアレイ５００のひとつを示す図である。ある実施の形態では、アンテナアレイは、メッシュ構造５０１と、誘電基体５０３と、入力手段５０７と、を含み、入力手段５０７はメッシュ構造５０１へエネルギーを入力する。アンテナアレイ５００はさらに接地面を含むことが望ましい。入力手段５０７は、アンテナアレイ５００が張る平面と垂直をなすよう配置された同軸端子を含んでもよい。しかしながら当業者であれば他の端子を使用できることは理解できるであろう。
【００４９】
図５ａで示される実施の形態においては、メッシュ構造５０１のそれぞれは、互いに接続された複数の矩形要素５０９を含み、その矩形要素５０９は、誘電基体５０３の表面上に配置される。矩形要素５０９のそれぞれは、２つの側辺５１３ａおよび５１３ｂと、２つの端辺５１１ａおよび５１１ｂと、を有し、側辺５１３ａおよび５１３ｂの長さＬは、端辺５１１ａおよび５１１ｂの長さＳよりも長い。進行波アンテナの動作原理はよく知られており、ジョン・クラウスによって初めて検討され、米国特許第３２９０６８８号において説明されている。ここでは、側辺５１３の長さＬはおよそ、平均キャリア周波数における１波長であり、端辺５１１の長さＳはおよそ、平均キャリア周波数における１波長の２分の１であると言えば十分である。矩形および平面状以外のメッシュの形状も可能であることは米国特許第３２９０６８８号の教示から理解されるであろう。
【００５０】
本発明の実施の形態において採用された形状に関して、電流が端子５０７を介してメッシュ構造５０１へ供給された場合、端辺５１１ａおよび５１１ｂを通過する電流は互いにその位相が揃う。所与の要素５０９のそれぞれの側辺５１３ａを流れる電流は、隣接する要素の端辺５１１ａから供給され（入力５１７として示されている）、２つの電流に分離される。そのそれぞれは異なった方向に流れるので互いに位相がずれる。図５ａで示されるように、側辺２１３ａおよび２１３ｂを構成するメッシュの幅はメッシュの中心からそのそれぞれの端へ向かって徐々に減少する。これにより側辺２１３ａおよび２１３ｂの長さをアレイの中心からその端へ向かって実質上増やすことができる。ある好適な実施の形態においては、アンテナはマイクロ回路用ストリップである。
【００５１】
図６および図７を参照し、本発明の実施の形態に係るアンテナ構造７０１の形状を以下に説明する。図６は、図１のレーダシステム１の発展形であって、ひとつではなく２つのアンテナ２２ａおよび２２ｂを含むレーダシステムを示す図である。図７を参照すると、アンテナ２２ａおよび２２ｂのそれぞれは図５ａおよび図５ｂのアンテナアレイ５００ａおよび５００ｂの形で実現される。アンテナ構造７０１は、制御器１２からの入力に応じて、アンテナアレイ５００ａおよび５００ｂのそれぞれの端子Ｉ１およびＩ２へのエネルギーの供給を制御する。図８ａを参照すると、任意の無線周波数が与えられた場合にアンテナ構造７０１がその無線周波数のエネルギーを異なる角度領域８０１ａおよび８０１ｂの中に伝送することができるように、２つの平面アレイアンテナ５００ａおよび５００ｂは構造７０１の中に配置されている。
【００５２】
図７に戻る。アンテナ構造７０１は、縦軸Ａ１および横軸Ａ２によって特徴付けられる。これらの軸は、平面アンテナアレイ５００ａおよび５００ｂの配置態様を説明するための便利な基準フレームを提供する。図７に見られる通り、第１アレイアンテナ５００ａは横軸Ａ２に対して角度αをなして傾き、第２アレイアンテナ５００ｂは横軸Ａ２に対して角度βをなして傾く。図からさらに分かる通り、第２アレイアンテナ５００ｂの側部は第１アレイアンテナ５００ａの側部と隣接し（図ではそれらの側部は軸Ａ１を示す点上に位置する）、上から見るとそれらのアンテナアレイ５００ｂは互いに隣接した縦長の平面に配置される。
【００５３】
図８ａに示される概念図から理解されるように、アンテナアレイ５００ａおよび５００ｂのそれぞれの向き、つまり角度αおよびβ、がアンテナ構造７０１から放出される放射の向きを決める。したがって、アンテナアレイ５００ａおよび５００ｂのそれぞれの相対位置を変えることで、所与の出力周波数ｆＯＵＴ，１に対して角度領域の異なる部分を走査できる。
【００５４】
図８ｂは、異なる２つの出力周波数ｆＯＵＴ，１およびｆＯＵＴ，２でアンテナアレイから放出された放射８０１ａ−８０１ｄを示す。ｆＯＵＴ，１およびｆＯＵＴ，２の値を適切に選択することで、実質的に一続きの領域をカバーするようにアンテナ構造７０１に放射を出力せしめることが可能となる。これにより単一のアンテナアレイまたは同一平面に配置された２つのアレイ、例えば米国特許第４３７６９３８号で説明されているようなアレイ、で可能であるよりも広い角度領域に亘って走査することが可能となる。
【００５５】
図５ａ、図６、図７、図８ａおよび図８ｂで示された実施の形態は、端子Ｉ１およびＩ２がアンテナアレイ５００ａおよび５００ｂの一端にある場合に関する。しかしながら、図５ｂおよび図１０を参照すると、アンテナアレイのそれぞれは、その他端に追加の端子（Ｉ１，２，Ｉ２，２）を含みうる。この場合アンテナ２２ａおよび２２ｂのそれぞれは、所与の周波数ｆＯＵＴに対して２つの方向に放射を放出することができると考えられる。アンテナアレイ５００ａの送受信上の振る舞いは、そのアンテナへエネルギーが供給される方向に依存するからである。このことは、図９においては、アンテナ部分２２ａおよび２２ｂのそれぞれについて２つのアンテナが存在することによって示される。図１１を見ると、アンテナアレイのそれぞれについて２つの入力端子へエネルギーを供給することで、放射を送受信できる領域Ｒが実質上２倍になることが分かる。
【００５６】
信号発生器１６から出力された信号の周波数ｆＯＵＴは制御器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。上述の通り傾斜の継続期間とレートを制御することに加えて、制御器１２は、所与のキャリア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、異なったキャリア周波数の値を選択する。ある実施の形態では、制御器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）からキャリア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５００ａおよび５００ｂごとに個別に定められる。
【００５７】
図１２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１２は、制御器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。制御器１２はアンテナ構造７０１の入力端子Ｉｋ，ｎのうちのひとつにエネルギーを供給する（Ｓ１２．１）。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。制御器１２は第１キャリア周波数ｆｃ１の値を取得する（Ｓ１２．３）（例えば上述のルックアップテーブルから）。制御器１２は（キャリア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（Ｓ１２．５）。制御器１２は第３回路部分２３０に傾斜パターンを所定の回数Ｒｍｐｍａｘ生成せしめ、繰り返しキャリア周波数を変調する（Ｓ１２．７）。Ｒｍｐｍａｘに達すると、制御器は次のキャリア周波数ｆｃ２の値を取得し、Ｒ１およびＲ２の値をセットする。ステップＳ１２．７の全体としての継続期間、言い換えると線形傾斜３０１ｉパターンの繰り返しの任意の組の継続期間、はキャリア周波数ｆｃｊの全ての値に対して同一であることが望ましい。図１２に示される通り、アンテナ構造７０１へのそれぞれの供給点Ｉ１，１Ｉ２，１Ｉ２，２Ｉ２，１に対してこれらのステップは繰り返される。これによりアンテナ構造７０１は角度範囲Ｒを徐々に走査できる。
【００５８】
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伝送に注目して説明してきた。ここからは図１、図６、図７、図９および図１０を参照し、信号の受信および処理の側面から説明する。これらの図に見られる通り、レーダシステム１は別のアンテナ３２をさらに含むことが望ましい。このアンテナ３２は放射を受信する構造７０３として実現され、この構造７０３は上述の伝送用アンテナ構造７０１に対応している。図６および図９を参照すると、アンテナ構造７０３によって受信される信号は、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。制御器１２の制御の元、スイッチ１８’を介して受信用のアンテナ構造７０３にエネルギーが供給される。伝送用のアンテナ構造７０３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。
【００５９】
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制御器（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に固有のプログラミング言語を用いて作成される。
【００６０】
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伝送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。所与の伝送されるビームの経路上に位置する対象がその伝送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伝送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。静止した対象は伝送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、伝送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１３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、伝送される掃引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。
【００６１】
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の伝送が開始されてから（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。
【００６２】
説明を明瞭にするため、ひとつの処理期間１３０１１を考える。伝送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伝送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伝送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）
【００６３】
したがって処理期間１３０１１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。
【００６４】
上述の議論から理解されるように、線形傾斜３０１ｉはキャリア周波数のそれぞれについて複数回伝送される。そして信号処理器３８は対応する複数の処理期間１３０１ｉ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１３０１ｉ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１３０１１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。
【００６５】
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、（所与のキャリア周波数において）レンジゲートの組のそれぞれは線形傾斜３０１ｉの伝送に対応し、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、は伝送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。キャリア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１３０１ｉ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。
【００６６】
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継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、所与のキャリア周波数において８ｋＨｚで伝送される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。キャリア周波数が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）。
【００６７】
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１３０１ｉ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が伝送されると、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。
【００６８】
式１から、ドップラー周波数はキャリア周波数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キャリア周波数が変わる場合、そのキャリア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。図１１に戻る。レーダシステム１のある形態では、キャリア周波数がその最大値から最小値へジャンプすることで、２セミトーン以上のトーンの変化を信号処理器３８の出力に起こしてもよいことは理解されるであろう。
【００６９】
制御器１２は掃引繰り返し期間３０７（もしくは掃引繰り返し周波数）を、掃引繰り返し周波数がキャリア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１２に戻るとこれは、ステップＳ１２．３において取得されたキャリア周波数ｆｃｊに関して制御器１２によって行われるステップＳ１２．５において、このキャリア周波数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に影響を与えないため）、制御器１２は跳躍期間３０３または停滞期間３０５もしくはその両方の継続期間を調整する。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は所与のキャリア周波数ｆｃｊについて同一である（ステップＳ１２．７）。ある実施の形態においては、制御器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、キャリア周波数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Ｓ１２．３において次のキャリア周波数ｆｃｊを見つけるために制御器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。
【００７０】
図１２との関連で上述した通り、ステップＳ１２．７における全体としての継続時間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がキャリア周波数ｆｃｊによって変わる場合、５１２回の繰り返しの継続期間は異なるキャリア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、全てのキャリア周波数に対しては継続期間Ｄとはならないと思われる。それにもかかわらずその継続期間を一定にするためには、次にステップＳ１２．３，Ｓ１２．５およびＳ１２．７を実行する前に（つまり異なるキャリア周波数で実行する前に）、制御器１２は、５１２回の繰り返しの終了時と継続期間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継続期間に対応する（したがって最も低いキャリア周波数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。
【００７１】
制御器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）伝送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Ｓ１２．７の全体としての継続期間を継続期間Ｄで一定に保つことは、伝送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。つまり伝送器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。
【００７２】
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キャリア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。
【００７３】
掃引繰り返し期間３０７ｊをキャリア周波数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、キャリア周波数が１５．５ＧＨｚのときの掃引繰り返し期間３０７は１４０．６５μｓであり、キャリア周波数が１７．５ＧＨｚのときの期間３０７は１２５μｓである。そしてキャリア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。キャリア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１３０１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。
【００７４】
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へ伝送する。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キャリア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の伝送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。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。
【００７５】
線形傾斜期間３０１ｉの繰り返しの組の継続期間が一定である（継続期間Ｄ）実施の形態では、（所与のキャリア周波数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継続期間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。
【００７６】
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伝送することがある。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、キャリア周波数、したがって走査される領域、が変わるごとに伝送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伝送される。しかしながらどのような適切な伝送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。
【００７７】
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、代替的には制御器１２は線形傾斜の継続期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１３０１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。
【００７８】
図１４は、レーダシステム１の変形例を示す図である。本変形例に係るレーダシステムは、本発明の実施の形態に係るアンテナ構造を備え、単一の増幅器であった増幅器２０および２０’を、アンテナのそれぞれに対応した個々の増幅器によって置き換えたことを特徴とする。
【００７９】
上記では、レーダシステム１は伝送用および受信用に別々のアンテナ構造７０１および７０３を備えると仮定する。これに対して図１５を参照すると、代替的にはレーダシステム１は、単一のアンテナ構造７０１と、サーキュレータ４０とを備える。サーキュレータ４０は、当該技術分野において知られているように、アンテナ構造７０１から伝送される信号と受信される信号とを効果的に混合する。サーキュレータ４０の代わりに、レーダシステム１はスイッチを含んでもよいし、または回転式接点（ｔｕｒｎｓｔｉｌｅ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）もしくは直行偏波接点（ｏｒｔｈｏｍｏｄｅ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）（不図示）を使用する代替的なアンテナを含んでもよい。
【００８０】
図１６は、アンテナアレイ５００ａおよび５００ｂのアンテナ構造７０１中における配置の変形例を示す図である。本変形例では、アンテナアレイ５００ａおよび５００ｂのそれぞれは、それぞれの支持構造上に配置され、一方の支持構造の外側縁５３１ａが他方の支持構造の対応する外側縁５３１ｂに接することで、およそ２等辺な形状を有するアンテナ構造を形成する。アンテナアレイのそれぞれの支持構造がお互いに接しているので、受信用のアンテナ構造７０１が伝送用のアンテナ構造７０３と接するようにレーダシステムを製造できる。これにより、図７のアンテナ構造を有するレーダシステムと比べて、アンテナ構造によって占有される深さという点で物理的に小さなレーダシステムを製造することができる。他の構成、例えば適切な支持構造に設置された２、３もしくは幾つかのそのようなアンテナアレイを含むレーダシステムが可能であることは理解されるであろう。
【００８１】
本発明の実施の形態ではレーダシステム１は上述の進行波アンテナ技術を基にしたアンテナ構造７０１を用いることが望ましいが、代替的にはレーダシステム１は、Ｓ字型アンテナ（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ  ａｎｔｅｎｎａ）もしくはそれと同様のアンテナの形で導波管を周波数走査型アンテナとして用いてもよい。適切なアンテナは、米国特許第４８６８５７４号に記載されている。
【００８２】
上述の実施の形態ではビームを方向付けるために周波数走査型アンテナを用いることが説明されているが、他のレーダシステムが存在する状況であってもなくても、また周波数型電波妨害装置に対処するためであってもなくても、上述の構成と方法は検知回避のために応用されてもよい（例えば、動作周波数の間をホッピング（ｈｏｐｐｉｎｇ）することでレーダシステムが検出されることを阻止し、またレーダシステムとの干渉を阻止し、またレーダシステムへの妨害を阻止する）。
【００８３】
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】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーダシステムの構成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の周波数発生器の変形例に係る構成を示す概念的なブロック図である。
【図５】図５ａは、図１のアンテナにおいて用いられるアンテナアレイの実施の形態を示す模式図である。図５ｂは、図１および図４のアンテナにおいて用いられるアンテナアレイの別の実施の形態を示す模式図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係るレーダシステムの構成を示す模式図である。
【図７】図１のレーダシステムまたは図６のレーダシステムのいずれかで使用される図５ａのアンテナアレイもしくは図５ｂのアンテナアレイを含むアンテナ構造を示す概念的な機械設計図面である。
【図８】図８ａは、図７のアンテナ構造から所与の出力周波数で放出される放射を示す模式図である。図８ｂは、図７のアンテナ構造から２つの異なる出力周波数で放出される放射を示す概念的なブロック図である。
【図９】本発明のさらに別の実施の形態に係るレーダシステムの構成を示す概念的なブロック図である。
【図１０】図１のレーダシステム、図６のレーダシステムまたは図９のレーダシステムのいずれかで使用される図５ａのアンテナアレイもしくは図５ｂのアンテナアレイを含むアンテナ構造を示す概念的な機械設計図面である。
【図１１】図１０のアンテナ構造から放出される放射を示す模式図である。
【図１２】図１のレーダシステムの走査中に図１の制御器によって行われるステップを示す概念的なフローチャートである。
【図１３】伝送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１４】本発明のさらに別の実施の形態に係るレーダシステムの構成を示す概念的なブロック図である。
【図１５】本発明のさらに別の実施の形態に係るレーダシステムの構成を示す概念的なブロック図である。
【図１６】図１のレーダシステムまたは図６のレーダシステムのいずれかで使用される図５ａのアンテナアレイもしくは図５ｂのアンテナアレイを含むアンテナ構造の変形例を示す概念的な機械設計図面である。
【図１】
2009516825.tif 000004
【図２】
2009516825.tif 000005
【図３】
2009516825.tif 000006
【図４】
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【図５ａ】
2009516825.tif 000008
【図５ｂ】
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【図６】
2009516825.tif 000010
【図７】
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【図８ａ】
2009516825.tif 000012
【図８ｂ】
2009516825.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2009516825.tif 000016
【図１２】
2009516825.tif 000017
【図１３】
2009516825.tif 000018
【図１４】
2009516825.tif 000019
【図１５】
2009516825.tif 000020
【図１６】
2009516825.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月28日(2008.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数発生器と、
周波数走査型アンテナと、
対象からの信号を受信して処理し、前記対象に伴うドップラー周波数を見出す受信器と、を備え、
前記周波数発生器は、信号の組を複数生成し、その組はそれぞれ異なったキャリア周波数を有し、
前記周波数発生器はさらに、所与のキャリア周波数を持つ連続波信号を一連の変調パターンによって変調することで前記信号の組を生成するデジタルシンセサイザを含み、
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、前記発生された周波数に依存した角度範囲を有する領域に亘って放射を送受信することを特徴とする走査型レーダシステム。
【請求項２】
前記受信器は、対象から反射された放射を示す信号を処理してそこから周波数データを導き出し、
前記導き出された周波数データは、前記対象に対応するトーンを含むことを特徴とする請求項１に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３】
前記受信器は、前記トーンを処理して前記対象の運動を示すデータを導き出す信号処理手段であって、前記導き出された運動データを表示手段へ移送する信号処理手段を含み、
前記表示手段は、前記走査型レーダシステムから離れて配置されることを特徴とする請求項２に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４】
前記レーダシステムは、前記表示手段とワイヤレス通信を行うことを特徴とする請求項３に記載の走査型レーダシステム。
【請求項５】
前記レーダシステムは、ポータブル電源と協働することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項６】
前記ポータブル電源は、電池パックまたはソーラーパネルを含むことを特徴とする請求項５に記載の走査型レーダシステム。
【請求項７】
前記周波数発生器は、第１回路部分と、第２回路部分と、を含み、
前記第１回路部分は、
それへ入力される制御信号に依存した出力周波数で信号を出力する周波数可変の発振器と、
前記第２回路部分から受信する信号に基づいて前記制御信号を生成し、前記周波数可変の発振器の動作を変えるために用いられる調節手段と、を有し、
前記第２回路部分は、前記出力された信号を受信し、前記調節手段へ入力される信号を前記出力された信号から導き出し、
前記第２回路部分はさらに、前記出力周波数よりも低い分割された周波数の信号を生成する分周器を有し、
前記第２回路部分は、前記出力周波数よりも低く前記分割された周波数よりも高い周波数である低減周波数の信号を前記出力された信号から導き出す手段を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項８】
周波数固定の発振器をさらに備え、
前記第２回路部分は、前記周波数固定の発振器から、増大周波数の信号を引き出す静的な倍周部を有することを特徴とする請求項７に記載の走査型レーダシステム。
【請求項９】
低減周波数の信号を導き出す前記手段は、前記周波数可変の発振器から出力された信号と、前記静的な倍周部から出力された信号とを受信して前記低減周波数の信号を導き出す混合部を有することを特徴とする請求項８に記載の走査型レーダシステム。
【請求項１０】
前記調節手段は、周波数比較部を有し、
前記周波数固定の発振器は、信号を前記第１回路部分へさらに別の分周器を経由して出力し、前記周波数比較部は、前記さらに別の分周器から受信する信号と、前記分割された周波数とに基づいて前記制御信号を生成することを特徴とする請求項８または９に記載の走査型レーダシステム。
【請求項１１】
前記周波数発生器はさらに、前記一連の変調パターンを、前記第１回路部分から出力される前記信号と結合して、前記第１回路部分から出力される前記信号を周波数変調する結合手段を含むことを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項１２】
前記周波数走査型アンテナは、無線周波数のエネルギーを送受信する周波数走査型アンテナ構造であって前記アンテナ構造の周りで無線周波数のビームを複数の異なった角度へ向けることのできる周波数走査型アンテナ構造、を有し、
前記アンテナ構造は、  
少なくとも２つのアレイアンテナと、
前記２つのアレイアンテナへのエネルギーの入力を制御する制御器と、を有し、
前記アンテナ構造が前記２つのアレイアンテナの一方を用いてビームを第１角度へ向けることができ、かつ前記２つのアレイアンテナの他方を用いてビームを前記第１角度とは異なる第２角度へ向けることができるように前記アレイアンテナは前記アンテナ構造の中に配置されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項１３】
前記アンテナ構造は、一続きでない複数の角度領域に亘ってビームを向けることができることを特徴とする請求項１２に記載の走査型レーダシステム。
【請求項１４】
前記アンテナ構造は、一続きの角度領域に亘ってビームを向けることができることを特徴とする請求項１２または１３に記載の走査型レーダシステム。
【請求項１５】
前記アンテナ構造は、前記２つのアレイアンテナの一方を用いて第１角度範囲に亘ってビームを向けることができ、かつ前記２つのアレイアンテナの他方を用いて第２角度範囲に亘ってビームを向けることができることを特徴とする請求項１２から１４のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項１６】
第１角度領域は、前記第１角度範囲によって定められることを特徴とする請求項１５に記載の走査型レーダシステム。
【請求項１７】
第２角度領域は、前記第２角度範囲によって定められることを特徴とする請求項１５または１６に記載の走査型レーダシステム。
【請求項１８】
前記第１角度範囲は前記第２角度範囲とは異なることを特徴とする請求項１５から１７のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項１９】
前記角度領域は、実質的に８０度であることを特徴とする請求項１３から１８のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２０】
前記アレイアンテナのそれぞれはそれに前記エネルギーを入力する入力手段をそれぞれ有することを特徴とする請求項１２から１９のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２１】
前記制御器は、前記第１角度および前記第２角度へ前記ビームを向けるために、それぞれのアレイアンテナへエネルギーを入力する請求項１２から２０のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２２】
入力手段のそれぞれは、前記一続きの角度領域に亘って前記ビームを向けるために、それぞれのアレイアンテナへエネルギーを入力することを特徴とする請求項１４に従属する請求項２０または２１に記載の走査型レーダシステム。
【請求項２３】
前記一続きでない角度領域に亘って前記ビームを向けるために、前記入力手段は所与のアレイアンテナに対して、２つの位置でそのアレイアンテナへエネルギーを入力することを特徴とする請求項１３に従属する請求項２０または２１に記載の走査型レーダシステム。
【請求項２４】
前記入力手段は、前記アンテナアレイの端部に接続できることを特徴とする請求項２０から２３のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２５】
前記入力手段は前記ビームを方向付けるために、無線周波数エネルギーを含む信号をそれぞれ異なる複数の周波数で受け取るように前記周波数発生器と協同して動作することを特徴とする請求項２０から２４のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２６】
前記第１角度から前記第２角度に亘って前記ビームを向けるために、前記制御器は所定の順序に従ってエネルギーを入力することを特徴とする請求項１２から２５のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２７】
前記所定の順序は、
第１アンテナアレイの第１端部へエネルギーを入力することと、
第２アンテナアレイの第１端部へエネルギーを入力することと、
前記第２アンテナアレイの第２端部へエネルギーを入力することと、
前記第２アンテナアレイの第２端部へエネルギーを入力することと、を含むことを特徴とする請求項２６に記載の走査型レーダシステム。
【請求項２８】
前記アンテナ構造は、縦軸と、前記縦軸に対して直角をなす横軸とを有し、
前記アレイアンテナのうちの第１アレイアンテナは前記横軸に対して前記第１角度をなして傾き、前記アレイアンテナのうちの第２アレイアンテナは前記横軸に対して前記第２角度をなして傾くことを特徴とする請求項１２から２７のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項２９】
前記アレイアンテナのそれぞれは、２つの端部と２つの側部とを含み、
前記第２アレイアンテナの側部は実質的に、前記第１アレイアンテナの側部と隣接することを特徴とする請求項２８に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３０】
前記第１アレイアンテナおよび前記第２アレイアンテナは、前記縦軸に対して対称に配置されることを特徴とする請求項２８または２９に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３１】
前記アレイアンテナのそれぞれは、メッシュ構造と、誘電基体とを含むことを特徴とする請求項１２から３０のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項３２】
メッシュ構造のそれぞれは、互いに接続された複数の要素を含み、対応する前記誘電基体の表面に配置されることを特徴とする請求項３１に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３３】
前記要素のそれぞれは、それぞれ長さを有する２つの側辺と２つの端辺とを含み、  前記側辺の長さは前記端辺の長さより長く、
前記側辺の長さはおよそ、前記第１周波数と前記第２周波数との間の中間の周波数における１波長であり、
前記端辺の長さはおよそ、前記中間の周波数における１波長の２分の１であることを特徴とする請求項３２に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３４】
前記アレイアンテナのインピーダンスを制御するために、それぞれの要素の側辺は幅を持ち、その幅は前記メッシュの中心からそのそれぞれの端へ向かって徐々に減少することを特徴とする請求項３２または３３に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３５】
前記メッシュ構造内の前記要素のそれぞれは、矩形の要素を含むことを特徴とする請求項３４または３５に記載の走査型レーダシステム。
【請求項３６】
前記アレイアンテナのそれぞれは、平面アレイアンテナを含むことを特徴とする請求項１２から３５のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項３７】
前記アレイアンテナのそれぞれは、マイクロ回路用ストリップを含むことを特徴とする請求項１２から３６のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項３８】
前記連続波信号の変調を制御するために用いられる周波数走査型レーダ制御器をさらに備え、
前記レーダ制御器は、変調される前記信号の前記キャリア周波数によって所与の一連の変調パターンを変更するように前記デジタルシンセサイザと協働して動作することを特徴とする請求項１から３７のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項３９】
前記レーダ制御器は、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継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３８に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４０】
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有し、
前記レーダ制御器は、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継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３８または３９に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４１】
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有し、
前記レーダ制御器は、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継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４０に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４２】
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継承期間とを有し、
前記レーダ制御器は、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継承期間の継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４０に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４３】
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３８から４２のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項４４】
前記周波数走査型レーダシステムによって受信される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をさらに備え、
前記周波数走査型レーダシステムは、前記受信される信号からトーンのデータを導き出す信号処理器を含み、前記音声システムは、前記導出されたトーンのデータを一定のレートで再生することを特徴とする請求項１から４３のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項４５】
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継続時間によって選択可能であることを特徴とする請求項３９に従属する請求項４４に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４６】
音声データのそれぞれのサイクルは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４５に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４７】
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は、音声データのそれぞれの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４５または４６に記載の走査型レーダシステム。
【請求項４８】
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、音声データのそれぞれの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４５から４７のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項４９】
前記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ことを特徴とする請求項４５から４８のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項５０】
前記音声システムは、音声データの所与のサイクルの前後で、再生されるトーンのデータへフェード機能を適用することを特徴とする請求項４９に記載の走査型レーダシステム。
【請求項５１】
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継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４５から５０のいずれかに記載の走査型レーダシステム。
【請求項５２】
周波数発生器と、
周波数走査型アンテナと、を備え、
前記周波数発生器は、信号の組を複数生成し、その組はそれぞれ異なった周波数を有し、
前記周波数走査型アンテナは、前記周波数発生器と協同して、前記発生された周波数に依存した角度範囲を有する領域に亘って放射を送受信し、
前記周波数走査型アンテナはアンテナ構造を含み、そのアンテナ構造は少なくとも２つのアンテナを有し、
前記少なくとも２つのアンテナは、前記アンテナ構造が前記２つのアレイアンテナの一方を用いて第１角度にビームを向け得るように、かつ前記２つのアレイアンテナの他方を用いて前記第１角度とは異なる第２角度へビームを向け得るように前記アンテナ構造中に配置されることを特徴とする走査型レーダシステム。
【国際調査報告】
2009516825.tif 000022
2009516825.tif 000023
2009516825.tif 000024