(57)【要約】  ターゲットのパラメータを決定するための偏波フェーズドアレイレーダシステム（ＰＰＡＲＳ）及び該ＰＰＡＲＳの動作方法について記載する。ＰＰＡＲＳは、単一の種類の偏波又は同時に２つの種類の偏波を有する２偏波信号の送信信号成分を送信するように構成された複数の送受信機素子を有するアレイを含む。さらに、アレイは、単一の種類の偏波を有する受信信号成分を受信するように構成される。送信モードにおいて、複数の送受信機素子は、１つ又は２つの種類の偏波を有する信号成分を送信可能である。受信モードにおいて、複数の送受信機素子は、少なくとも２つのサブアレイに分割される。各サブアレイは、送受信機素子の第１の部分及び送受信機素子の第２の部分を含み、また、送受信機素子の第１の部分によって第１の種類の偏波を有する信号成分を受信し、送受信機素子の第２の部分によって第２の種類の偏波を有する信号成分を受信することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットの少なくとも１つのパラメータを決定するための偏波フェーズドアレイレーダシステムであって、前記偏波フェーズドアレイレーダシステムは、
単一の種類の偏波又は同時に２つの種類の偏波を有する２偏波レーダ信号のレーダ送信信号成分を送信し、また、単一の種類の偏波を有するレーダ受信信号成分を受信するように構成された複数の送受信機素子を含むアレイを備え、
送信モードにおいて、前記複数の送受信機素子は、少なくとも１つの種類の偏波を有するレーダ信号成分を送信するように動作し、
受信モードにおいて、前記複数の送受信機素子は、少なくとも２つのサブアレイに分割され、
各サブアレイは、前記送受信機素子の第１の部分及び前記送受信機素子の第２の部分を含み、また、
（ｉ）前記送受信機素子の総数、動作周波数、及び前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータから選択される少なくとも１つの特性に依存する、第１の所定のダイナミック分布を有する前記送受信機素子の前記第１の部分によって、第１の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信し、
（ｉｉ）前記送受信機素子の前記総数、前記動作周波数、及び前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータから選択される少なくとも１つの特性に依存する、第２の所定のダイナミック分布を有する前記送受信機素子の前記第２の部分によって、第２の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するように動作し、
前記偏波フェーズドアレイレーダシステムはさらに、前記送受信機素子に結合された信号処理システムを備え、前記信号処理システムは、単一の種類の偏波を有するレーダ受信信号成分を処理し、前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータを生成する、偏波フェーズドアレイレーダシステム。
【請求項２】
前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータは、ターゲットレンジ、ターゲット仰角、及びターゲット方位角から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の送受信機素子は、４つのサブアレイに分割され、前記４つのサブアレイは、それぞれ前記アレイの左上部分、右上部分、左下部分、及び右下部分から選択される前記アレイの４つの象限部分に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記４つのサブアレイの各サブアレイについて、前記送受信機素子の前記第１及び第２の部分は、前記対応する象限部分に配置された位相中心を有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
各サブアレイについて、前記第１及び第２の部分の前記送受信機素子のすべてが、前記アレイの対応する象限部分に配置される、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
各サブアレイについて、前記第１及び／又は第２の部分の前記送受信機素子の大部分は、前記アレイの１つの象限部分に配置され、前記第１及び／又は第２の部分の前記送受信機素子のうちの少数は、前記アレイの隣接する象限部分に配置される、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記４つのサブアレイの各サブアレイについて、前記第１の部分の前記送受信機素子は、前記第２の部分の前記送受信機素子とインターリーブされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１及び第２の部分の前記送受信機素子の前記第１及び第２の所定のダイナミック
分布は、ルックアップテーブルの形式で記憶される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記２つの種類の偏波は、水平偏波及び垂直偏波から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記２つの種類の偏波は、左円偏光及び右円偏光から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数の送受信機素子の各送受信機素子は、
第１及び第２の種類の偏波を有する第１及び第２の信号成分を含む２偏波レーダ信号を送信及び受信するために構成された第１及び第２のマルチモードアンテナフィードを備えるアンテナ素子と、
レーダ送信信号を生成するために構成された無線周波数源と、
前記無線周波数源に電気的に結合された配電要素であって、前記無線周波数源によって生成された前記レーダ信号を、前記第１の種類の偏波を有する前記第１の信号成分を送信するための前記第１のマルチモードアンテナフィードに結合された第１のラインと、前記第２の種類の偏波を有する前記第２の信号成分を送信するための前記第２のマルチモードアンテナフィードに結合された第２のラインとの間で分配するように構成された、配電要素と、
前記第１及び第２のライン内であって、かつ、前記配電要素の下流に配置された第１及び第２の送信機移相器であって、それぞれ、前記第１及び第２のラインにおいて伝送される第１及び第２の送信信号成分に必要な位相シフトを提供するように構成された、第１及び第２の送信機移相器と、
前記第１及び第２の移相器の下流にそれぞれ配置された第１のデュプレクサ及び第２のデュプレクサであって、
送信モードにおいて、それぞれ、前記第１及び第２の種類の偏波を有する前記第１及び第２の送信信号成分を送信するための前記第１及び第２のマルチモードアンテナフィードに、シフトされた送信信号成分を前記第１及び第２の送信ラインにおいて供給し、また、
受信モードにおいて、前記第１及び第２のマルチモードアンテナフィードによって供給される前記第１及び第２の種類の偏波を有する第１及び第２の受信信号成分を受信し、前記第１及び第２の受信信号成分を受信ラインに供給するように構成された、上記第１のデュプレクサ及び第２のデュプレクサと、
前記受信ライン内に配置され、かつ、前記第１及び第２のデュプレクサに結合された選択スイッチであって、前記アンテナ素子によって供給される、前記第１の種類の偏波を有する前記第１の受信信号成分の受信と、前記アンテナ素子によって供給される、前記第２の種類の偏波を有する前記第２の受信信号成分の受信との間で切り替えを行うために構成された選択スイッチと、
前記選択スイッチに結合された受信機移相器であって、（ｉ）前記選択スイッチが第１の位置にある場合、前記第１の種類の偏波を有する前記第１の受信信号成分を前記選択スイッチから受信し、（ｉｉ）前記選択スイッチが第２の位置にある場合、前記第２の種類の偏波を有する前記第２の受信信号成分を受信し、（ｉｉｉ）前記受信機移相器を介して伝送される前記受信信号成分に必要な位相シフトを提供し、（ｉｖ）単一の種類の偏波のシフトされた受信信号成分を生成する、受信機移相器とを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記送受信機素子は、前記選択スイッチの下流に配置された増幅器／減衰器を備え、前記増幅器／減衰器は、前記アンテナ素子のアパーチャで受信される前記２偏波レーダ信号の前記受信信号成分の電力の所望のテーパリングのために構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記配電要素は、前記無線周波数源によって生成された前記送信信号を、前記第１のラインに中継される第１の送信信号成分、及び前記第２のラインに中継される第２の送信信号成分に同時に分割する無線周波数電力１対２分配器を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記配電要素は、前記無線周波数源によって生成された前記レーダ送信信号を、スイッチ第１の位置において前記第１のラインに、及びスイッチ第２の位置において前記第２のラインに選択的に結合する無線周波数電力スイッチを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
ターゲットの少なくとも１つのパラメータを決定するための偏波フェーズドアレイレーダシステムの動作方法であって、前記方法は、
単一の種類の偏波又は同時に２つの種類の偏波を有する２偏波レーダ信号のレーダ信号成分を送信し、また、単一の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するように構成された複数の送受信機素子を含むアレイを提供するステップと、
前記送信モードにおいて、
前記複数の送受信機素子に、少なくとも１つの種類の偏波を有するレーダ信号成分を送信させるステップと、
前記受信モードにおいて、
前記複数の送受信機素子の前記アレイから少なくとも２つのサブアレイを選択するステップであって、各サブアレイは、前記送受信機素子の第１の部分及び前記送受信機素子の第２の部分を含む、ステップと、
各サブアレイについて、
第１の所定のダイナミック分布を前記送受信機素子の前記第１の部分に提供し、第２の所定のダイナミック分布を前記送受信機素子の前記第２の部分に提供するステップであって、前記第１及び第２の所定のダイナミック分布は、前記送受信機素子の総数、動作周波数、及び前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータから選択される少なくとも１つの特性に依存する、ステップと、
前記送受信機素子の第１の部分によって１つの種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信し、前記送受信機素子の第２の部分によって別の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するステップと、
前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータを計算するステップとを含む、方法。
【請求項１６】
少なくとも２つのサブアレイを選択するステップは、前記複数の送受信機素子の前記アレイから４つのサブアレイを選択することを含み、また、前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータを計算するステップは、モノパルス追跡技術を適用することを含み、前記モノパルス追跡技術の適用は、
４サブアレイ和信号（Σ）を計算するために、前記４つのサブアレイから受信された少なくとも１つの種類の偏波を有する信号成分を足し合わせるステップと、
任意の２つのサブアレイから受信された少なくとも１つの種類の偏波を有する信号成分を足し合わせて第１の２サブアレイ和信号を計算し、他の２つのサブアレイから受信された少なくとも１つの種類の偏波を有する信号成分を足し合わせて第２の２サブアレイ和信号を計算するステップと、
前記第１の２サブアレイ和信号と前記第２の２サブアレイ和信号との間の差信号（Δ）を生成するステップと、
前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータを生成するために、前記４サブアレイ和信号（Σ）及び前記差信号（Δ）を処理するステップとを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータを計算するステップは、
前記少なくとも２つのサブアレイから受信された少なくとも１つの種類の偏波を有する前記信号成分間の位相差信号を生成するステップと、
前記第１の部分及び前記第２の部分から選択される、前記少なくとも１つの種類の偏波に対応する前記送受信機素子の少なくとも１つの部分について、前記少なくとも２つのサブアレイの前記送受信機素子の位相中心間の距離を計算するステップと、
前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータを生成するために、前記位相差信号及び前記位相中心間の距離を処理するステップとを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
サイドローブレベルを所望の大きさに低減するために、アンテナ素子のアパーチャで受信された前記レーダ信号の前記信号成分の電力をテーパリングするステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記２つの種類の偏波は、水平偏波及び垂直偏波から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記２つの種類の偏波は、左円偏光及び右円偏光から選択される、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にレーダシステムに関し、特に、ターゲットレンジ、並びにターゲットの仰角及び方位角を決定するための偏光フェーズドアレイレーダシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダシステムで使用されるアレイアンテナは、個別に放射を行う複数のアンテナ素子を含む。一部のアレイアンテナでは、各アンテナ素子は、送信信号の位相及び振幅を制御するように構成された移相器及び減衰器を介して送信機に結合される。同様に、各アンテナ素子は、受信信号の位相及び振幅を制御するように構成された移相器及び減衰器を介して受信機に結合される。送信機と受信機の両方を備え、両者が結合され、共通の回路を共有する装置は、ここでは送受信機と呼ばれる。複数のアンテナ素子と対応する複数の個別の送受信機素子との間を通過する無線周波数信号の相対位相及び振幅は、所望の放射パターンを取得するように制御される。取得されるパターンは、全ての個々の送受信機及びアンテナ素子の組わせられた動作の結果である。
【０００３】
過去では、単一の偏波しか持たない電波を送受信するためにレーダが使用されていた。その結果、入射偏光ビームに垂直な単一の偏光ビームのみを反射可能なターゲットは、該ターゲットが強い反射係数を有していても、不可視である可能性がある。
【０００４】
信号対クラッタ強化、又は改善されたターゲット分類及び識別に関する特性を理由として、偏波システム（「２偏波システム」とも呼ばれる）が主に使用されてきた。偏波レーダは、水平偏波及び垂直偏波の両方を送受信する。水平偏波を有するビームは、ターゲットの水平「特性」に関する重要な情報を提供し、垂直偏波ビームは、ターゲットの垂直「特性」に関する重要な情報を提供する。レーダから返される出力はターゲットの大きさ、形状、向き、密度、反射率などの複雑な関数であるため、第２の種類の偏波から受け取られる追加情報が、改善されたターゲット検出を提供することができる。
【０００５】
ターゲットに関する角度情報を収集するために、モノパルスレーダ技術及び／又はレーダ干渉技術が使用される場合がある（例えば、追跡レーダにおいて使用される場合）。
【０００６】
基本的なモノパルスレーダシステムは、４つのアンテナ、又は合わせて制御される単一のアンテナの４つの象限（ｑｕａｄｒａｎｔ）を使用する。ターゲットは４つの象限の全てによって照明され、４つの戻り信号を生成するために比較器ネットワークが使用される。これらの戻り信号は、４つの象限の全てからの受信信号の組み合わせである「和」信号（Σ）と、２つの下側象限からの信号から２つの上側象限からの信号を減算することによって形成される仰角差信号（ΔＥ）と、右側象限からの信号から左側象限からの信号を減算することによって形成される方位角差信号（ΔＡ）とを含む。追跡レーダでは、モノパルスレーダシステムからターゲットまでの距離を追跡するために和信号が使用され、レーダシステムの左側又は右側のターゲットの位置を決定するために方位角差信号が使用される。仰角差信号は、水平に対するターゲットの位置を決定するために使用される場合がある。
【０００７】
レーダ干渉計は、別々のアンテナ又は同じアンテナ上の別々の点で受信された信号の位相比較によって、波の到来角を決定する受信システムである。
【０００８】
当該技術分野では、モノパルスフェイズドアレイシステムが知られている。これらのシステムは、アレイ状に配置された多数のアンテナ素子を含む。各アンテナ素子は、ビーム
ステアリングシステムの制御下にある対応する送信／受信チャネルを介してＴ／Ｒ（送信機／受信機）モジュールに接続される。ビームステアリングシステムは、送信ビームを形成するためのＴ／Ｒモジュールからの送信信号によって供給される。反射信号を受信すると、ビームステアリングシステムから和信号、仰角差信号、及び方位角差信号が取得される。フェーズドアレイシステムは、全てのアンテナ素子から受信された信号を組み合わせ、総和信号（Σ）、総仰角差信号（ΔＥ）、及び総方位角差信号（ΔＡ）を導出する結合ユニットを含み、また、これらから、ビームステアリングシステムの制御下で生成される送信ビームを再ステアリングするための調節信号（ΔＥ／Σ）及び（ΔＡ／Σ）を取得することができる。
【発明の概要】
【０００９】
従来の偏波フェーズドアレイレーダシステム（ＰＰＡＲＳ）においては、全てのアンテナ素子が、２つの種類の偏波（例えば、水平偏波及び垂直偏波）を有する信号を同時に受信する。したがって、素子のマルチモードアンテナフィードを介して結合された各アンテナ素子ごとの２つの別個の受信チャネルが必要とされる。
【００１０】
アンテナ素子ごとに２つのチャネルを有するフェーズドアレイシステムには問題が存在する。単一偏波フェーズドアレイレーダシステムと比較して２倍の部品数が必要となり、開発の複雑さ及び増大された生産コストを招く。さらに、システムのサイズ及び重量を増加させ、より多くの電力を要求し、より多くの熱を発生することとなり、したがって、アンテナの最大稼働時間を制限し、及び／又はシステムが動作することができる環境条件に対する制限を課す。
【００１１】
したがって、当該技術分野では、部品数が低減され、よってサイズ及びコストが低減され、使用上の信頼性が向上された新規な偏波フェーズドアレイレーダシステムが必要とされ、かつ有用であろう。
【００１２】
本発明は、アンテナの性能を劣化させることなく、従来の偏波フェーズドアレイレーダシステムの欠点を部分的に排除し、ターゲットの少なくとも１つのパラメータを決定するための偏波フェーズドアレイレーダシステムを提供する。前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータは、ターゲットレンジ、ターゲット仰角、及びターゲット方位角から選択される。
【００１３】
偏波フェーズドアレイレーダシステムは、単一の種類の偏波又は同時に２つの種類の偏波を有する２偏波レーダ信号のレーダ送信信号成分を送信するように構成された複数の送受信機素子を有するアレイを含む。さらに、送受信機素子のアレイは、単一の種類の偏波を有するレーダ受信信号成分を受信するように構成される。
【００１４】
送信モードにおいて、複数の送受信機素子は、１つ又は２つの種類の偏波を有するレーダ信号成分を送信可能である。
【００１５】
受信モードにおいて、複数の送受信機素子は、少なくとも２つのサブアレイに分割される。各サブアレイは、送受信機素子の第１の部分及び送受信機素子の第２の部分を含み、また、送受信機素子の第１の部分によって第１の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信し、送受信機素子の第２の部分によって第２の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信することができる。
【００１６】
一例によれば、第１及び第２の種類の偏波は、水平偏波及び垂直偏波である。
【００１７】
一例によれば、第１及び第２の種類の偏波は、左円偏光及び右円偏光である。
【００１８】
送受信機素子の第１の部分は第１の所定のダイナミック分布を有し、送受信機素子の第２の部分は第２の所定のダイナミック分布を有する。第１及び第２の所定のダイナミック分布は、少なくとも、送受信機素子の総数、動作周波数、及びターゲットの少なくとも１つのパラメータに依存する。
【００１９】
偏波フェーズドアレイレーダシステムはまた、送受信機素子に結合された信号処理ユニットを含み、信号処理ユニットは、異なる偏波を有するレーダ受信信号成分を処理し、ターゲットパラメータを生成するように構成される。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、複数の送受信機素子は、４つのサブアレイに分割される。４つのサブアレイは、それぞれ前記アレイの左上部分、右上部分、左下部分、及び右下部分から選択される前記アレイの４つの象限部分に配置される。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、前記４つのサブアレイの各サブアレイについて、前記送受信機素子の前記第１及び第２の部分は、前記対応する象限部分に配置された位相中心を有する。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、各サブアレイについて、前記第１及び第２の部分の前記送受信機素子のすべてが、前記アレイの対応する象限部分に配置される。
【００２３】
本発明の他の実施形態によれば、各サブアレイについて、前記第１及び／又は第２の部分の前記送受信機素子の大部分は、前記アレイの１つの象限部分に配置され、前記第１及び／又は第２の部分の前記送受信機素子のうちの少数は、前記アレイの隣接する象限部分に配置される。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、前記４つのサブアレイの各サブアレイについて、前記第１の部分の前記送受信機素子は、前記第２の部分の前記送受信機素子とインターリーブされる。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、前記第１及び第２の部分の前記送受信機素子の前記第１及び第２の所定のダイナミック分布は、ルックアップテーブルの形式で記憶される。
【００２６】
本発明の一実施形態によれば、偏波フェーズドアレイレーダシステムの各送受信機素子は、第１及び第２の種類の偏波を有する第１及び第２の信号成分を含む２偏波レーダ信号を送信及び受信するための第１及び第２のマルチモードアンテナフィードを備えるアンテナ素子を含む。
【００２７】
送受信機素子はさらに、レーダ送信信号を生成するための無線周波数源と、前記無線周波数源に電気的に結合された配電要素とを含む。前記配電要素は、前記無線周波数源によって生成された前記レーダ信号を、前記第１の種類の偏波を有する前記第１の信号成分を送信するための前記第１のマルチモードアンテナフィードに結合された第１のラインと、前記第２の種類の偏波を有する前記第２の信号成分を送信するための前記第２のマルチモードアンテナフィードに結合された第２のラインとの間で分配するよう構成される。
【００２８】
送受信機素子はさらに、前記第１及び第２のライン内であって、かつ、前記配電要素の下流に配置された第１及び第２の送信機移相器を含む。前記第１及び第２の送信機移相器は、それぞれ、前記第１及び第２のラインにおいて伝送される第１及び第２の送信信号成分に必要な位相シフトを提供するように構成される。
【００２９】
本発明の一実施形態によれば、前記配電要素は、無線周波数（ＲＦ）電力１対２分配器を含む。ＲＦ電力１対２分配器は、前記無線周波数源によって生成された前記送信信号を、前記第１のラインに中継される第１の送信信号成分、及び前記第２のラインに中継される第２の送信信号成分に同時に分割するように構成される。
【００３０】
本発明の別の実施形態によれば、前記配電要素は、前記無線周波数源によって生成された前記レーダ送信信号を、スイッチがスイッチ第１の位置にある場合は前記第１のラインに、スイッチがスイッチ第２の位置にある場合は前記第２のラインに選択的に結合する無線周波数電力スイッチを含む。
【００３１】
送受信機素子はさらに、前記第１及び第２の移相器の下流にそれぞれ配置された第１のデュプレクサ及び第２のデュプレクサを含む。第１のデュプレクサ及び第２のデュプレクサは、送信モードにおいて、それぞれ、前記第１及び第２の種類の偏波を有する前記第１及び第２の送信信号成分を送信するための前記第１及び第２のマルチモードアンテナフィードに、シフトされた送信信号成分を前記第１及び第２の送信ラインにおいて供給するように構成される。第１のデュプレクサ及び第２のデュプレクサは、受信モードにおいて、前記第１及び第２のマルチモードアンテナフィードによって供給される前記第１及び第２の種類の偏波を有する第１及び第２の受信信号成分を受信し、前記第１及び第２の受信信号成分を受信ラインに供給するように構成される。
【００３２】
送受信機素子はさらに、前記受信ライン内に配置され、前記第１及び第２のデュプレクサに結合された選択スイッチを含む。前記選択スイッチは、前記アンテナ素子によって供給される、前記第１の種類の偏波を有する前記第１の受信信号成分の受信と、前記アンテナ素子によって供給される、前記第２の種類の偏波を有する前記第２の受信信号成分の受信との間で切り替えを行うように構成される。
【００３３】
送受信機素子はさらに、前記選択スイッチに結合された受信機移相器であって、（ｉ）前記選択スイッチが第１の位置にある場合、前記第１の種類の偏波を有する前記第１の受信信号成分を前記選択スイッチから受信し、（ｉｉ）前記選択スイッチが第２の位置にある場合、前記第２の種類の偏波を有する前記第２の受信信号成分を受信するように構成された受信機移相器を含む。前記受信機移相器は、前記受信機移相器を介して伝送される前記受信信号成分に必要な位相シフトを提供し、単一の種類の偏波のシフトされた受信信号成分を生成する。
【００３４】
前記送受信機素子はさらに、前記選択スイッチの下流に配置された増幅器／減衰器ユニットを備える送受信機素子を含み、前記増幅器／減衰器ユニットは、前記アンテナ素子のアパーチャで受信される前記２偏波レーダ信号の前記受信信号成分の電力の所望のテーパリングのために構成される。
【００３５】
本発明はさらに、ターゲットの少なくとも１つのパラメータを決定するための上記偏波フェーズドアレイレーダシステムの動作方法を提供する。前記送信モードにおいて、方法は、前記複数の送受信機素子に、少なくとも１つの種類の偏波を有するレーダ信号成分を送信させるステップを含む。
【００３６】
前記受信モードにおいて、方法は、前記複数の送受信機素子の前記アレイから少なくとも２つのサブアレイを選択するステップを含む。各サブアレイは、前記送受信機素子の第１の部分と前記送受信機素子の第２の部分とを含む。各サブアレイについて、第１の所定のダイナミック分布が前記送受信機素子の前記第１の部分に提供され、第２の所定のダイナミック分布が前記送受信機素子の前記第２の部分に提供される。前記第１及び第２の所定のダイナミック分布は、前記送受信機素子の総数、動作周波数、及び前記ターゲットの
前記少なくとも１つのパラメータから選択される少なくとも１つの特性に依存する。
【００３７】
方法はさらに、前記送受信機素子の第１の部分によって１つの種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信し、前記送受信機素子の第２の部分によって別の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するステップと、前記ターゲットの少なくとも１つのパラメータを計算するステップとを含む。
【００３８】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも２つのサブアレイを選択するステップは、前記複数の送受信機素子の４つのサブアレイを選択することと、モノパルス追跡技術を適用することによって前記ターゲットの少なくとも１つのパラメータを計算することとを含む。この実施形態によれば、前記ターゲットの１つ又は複数のパラメータを計算するステップは、４サブアレイ和信号（Σ）を計算するために、前記４つのサブアレイから受信された少なくとも１つの種類の偏波を有する信号成分を足し合わせるステップと、任意の２つのサブアレイから受信された少なくとも１つの種類の偏波を有する信号成分を足し合わせて第１の２サブアレイ和信号を計算し、他の２つのサブアレイから受信された少なくとも１つの種類の偏波を有する信号成分を足し合わせて第２の２サブアレイ和信号を計算するステップとを含む。その後、前記第１の２サブアレイ和信号と前記第２の２サブアレイ和信号との間の差信号（Δ）が生成される。方法はさらに、前記ターゲットパラメータを生成するために、前記４サブアレイ和信号（Σ）及び前記差信号（Δ）を処理するステップを含む。
【００３９】
本発明の他の実施形態によれば、少なくとも２つのサブアレイを選択するステップは、前記複数の送受信機素子の２つのサブアレイを選択することと、干渉法技術を適用することによって前記ターゲットの少なくとも１つのパラメータを計算することとを含む。この実施形態によれば、前記ターゲットの１つ又は複数のパラメータを計算するステップは、前記少なくとも２つのサブアレイから受信された少なくとも１つの種類の偏波を有する前記信号成分間の位相差信号を生成するステップと、前記第１の部分及び前記第２の部分から選択される、前記少なくとも１つの種類の偏波に対応する前記送受信機素子の少なくとも１つの部分について、前記少なくとも２つのサブアレイの前記送受信機素子の位相中心間の距離を計算するステップとを含む。前記位相差信号及び前記位相中心間の距離は、前記ターゲットパラメータを生成するために処理される。
【００４０】
本発明の一実施形態によれば、方法は、サイドローブレベルを所望の大きさに低減するために、アンテナ素子のアパーチャで受信された前記レーダ信号の前記信号成分の電力をテーパリングするステップを含む。
【００４１】
本発明の偏波フェーズドアレイレーダシステムは、従来技術の利点の多くを有する一方、同時に、従来技術が通常有する欠点の一部を克服する。
【００４２】
本発明に係る偏波フェーズドアレイレーダシステムは、航空及び／又は宇宙レーダシステなど、サイズ及びコストが重要である用途に適合させられる場合がる。
【００４３】
本発明に係る偏波フェーズドアレイレーダシステムは、容易かつ効率的に製造することができる。
【００４４】
本発明に係る偏波フェーズドアレイレーダシステムは、耐久性及び信頼性が高い構造を有する。
【００４５】
本発明に係る偏波フェーズドアレイレーダシステムは、より低い全体的運用及びメンテナンスコストを有することができる。
【００４６】
本発明に係る偏波フェーズドアレイレーダシステムは、比較的低い製造コストを有することができる。
【００４７】
上記では、後述の詳細な説明がよりよく理解されるように、本発明の重要な特徴を広義に概説した。詳細な説明には本発明のさらなる詳細及び利点が記載され、また、部分的には、該記載から理解され、又は本発明の実施によって知られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
本開示の主題をよりよく理解し、実際にどのように実施され得るかを例示するために、単なる非限定的な例として、以下の添付図面を参照しながら実施形態を説明する。
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る、ターゲットの少なくとも１つのパラメータを決定するための偏波フェーズドアレイレーダシステムを示す。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る、図１に示すフェーズドアレイレーダシステムの送受信機素子の概略ブロック図である。
【図３Ａ−３Ｂ】図３Ａ及び図３Ｂは、ターゲットパラメータの計算のためにモノパルス法を利用する図１に示される偏波フェーズドアレイレーダシステムのアレイ内の送受信機素子のアンテナ素子の配置例を概略的に示す。
【図４Ａ−４Ｂ】図４Ａ及び図４Ｂは、ボアサイト角度が０度であり、送受信機素子の分布が図３Ａに示される分布に対応する場合の、方位面におけるターゲットの方位角に対する、和信号パターン及び方位角差信号パターンのシミュレーションの例を示す。
【図５Ａ−５Ｂ】図５Ａ及び図５Ｂは、ボアサイト角度が０度であり、送受信機素子の分布が図３Ｂに示される分布に対応する場合の、方位面におけるターゲットの方位角に対する、和信号パターン及び方位角差信号パターンのシミュレーションの例を示す。
【図６】図６は、ボアサイト角度が０度であり、送受信機素子の分布が図３Ａ及び図３Ｂに示される分布に対応する場合の、垂直偏波及び水平偏波を有する信号を受信するアレイの第１及び第２の部分の送受信機素子について得られた、モノパルス比対方位角の依存性を示す。
【図７Ａ−７Ｂ】図７Ａ及び図７Ｂは、ボアサイト角度が０度であり、送受信機素子の分布が図３Ａに示される分布に対応する場合の、仰角面におけるターゲットの仰角に対する、和信号パターン及び仰角差信号パターンのシミュレーションの例を示す。
【図８】図８は、ボアサイト角度が０度であり、送受信機素子の分布が図３Ａに示される分布に対応する場合の、垂直偏波及び水平偏波を有する信号を受信するアレイの送受信機素子について得られた、モノパルス比対仰角の依存性を示す。
【図９Ａ−９Ｂ】図９Ａ及び図９Ｂは、ボアサイト角度が３０度であり、送受信機素子の分布が図３Ａに示される分布に対応する場合の、方位面におけるターゲットの方位角に対する、和信号パターン及び方位角差信号パターンのシミュレーションの例を示す。
【図１０Ａ−１０Ｂ】図１０Ａ及び図１０Ｂは、ボアサイト角度が３０度であり、送受信機素子の分布が図３Ｂに示される分布に対応する場合の、方位面におけるターゲットの方位角に対する、和信号パターン及び方位角差信号パターンのシミュレーションの例を示す。
【図１１】図１１は、ボアサイト角度が３０度であり、送受信機素子の分布が図３Ａ及び図３Ｂに示される分布に対応する場合の、垂直偏波及び水平偏波を有する信号を受信するアレイの送受信機素子について得られた、モノパルス比対方位角の依存性を示す。
【図１２Ａ−１２Ｂ】図１２Ａ及び図１２Ｂは、ボアサイト角度が５０度であり、送受信機素子の分布が図３Ａに示される分布に対応する場合の、方位面におけるターゲットの方位角に対する、和信号パターン及び方位角差信号パターンのシミュレーションの例を示す。
【図１３Ａ−１３Ｂ】図１３Ａ及び図１３Ｂは、ボアサイト角度が５０度であり、送受信機素子の分布が図３Ｂに示される分布に対応する場合の、垂直偏波及び水平偏波を有する信号を受信するアレイの送受信機素子について得られた、モノパルス比対方位角の依存性を示す。
【図１４】図１４は、ボアサイト角度が５０度であり、送受信機素子の分布が図３Ａ及び図３Ｂに示される分布に対応する場合の、垂直偏波及び水平偏波を有する信号を受信するアレイの送受信機素子について得られた、モノパルス比対方位角の依存性を示す。
【図１５Ａ−１５Ｂ】図１５Ａ及び図１５Ｂは、ターゲットの方位角の決定のために干渉法を利用する図１に示される偏波フェーズドアレイレーダシステムのアレイ内の送受信機素子のアンテナ素子の配置例を概略的に示す。
【図１６Ａ−１６Ｂ】図１６Ａ及び図１６Ｂは、ターゲットの仰角の決定のために干渉法を利用する図１に示される偏波フェーズドアレイレーダシステムのアレイ内の送受信機素子のアンテナ素子の配置例を概略的に示す。
【図１７−１９】図１７〜図１９は、それぞれ、ボアサイト角度が０°、３０°、及び５０°である場合の垂直偏波及び水平偏波の位相差信号対ターゲットの方位角の間の依存性の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明に係る偏波フェーズドアレイレーダシステム（ＰＰＡＲＳ）の原理は、同一の要素を示すために同じ参照番号が全体を通して使用されている図面及び関連する説明を参照することにより、よりよく理解されるであろう。これらの図面は、必ずしも縮尺通りではなく、また、例示を目的とするにすぎず、本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。例えば、一部の図面の要素の寸法は、様々な実施形態の理解を助けるために、他の要素に対して誇張されている場合がある。さらに、記載及び図面は必ずしも示されている順序でなくてもよい。さらに、特定のアクション及び／又はステップが特定の順序で記載又は描写される場合があるが、当業者であれば、順序に関するそのような具体性は実際には要求されないことを理解するであろう。
【００５０】
これらの図におけるブロック及び他の要素は機能的エンティティに過ぎず、物理的接続及び／又は物理的関係ではなく、エンティティ間の機能的関係が示されているに過ぎないことに留意されたい。当業者は、提供される実施例の多くが利用可能な適切な変形例を有することを理解するであろう。
【００５１】
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る、ターゲットの少なくとも１つのパラメータを決定するための偏波フェーズドアレイレーダシステム１０が示されている。ターゲットパラメータとしては、例えば、ターゲットレンジ、ターゲット仰角、ターゲット方位角が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５２】
偏波フェーズドアレイレーダシステム１０は、複数の送受信機素子１２を含むアレイ１１を含む。送受信機素子１２は、１つの種類の偏波又は同時に２つの種類の偏波を有する２偏波レーダ信号のレーダ信号成分を送信するように構成される。さらに、送受信機素子１２は、１つの種類の偏波のみを有するレーダ信号成分を受信するように構成される。一例によれば、２つの種類の偏波は、水平偏波及び垂直偏波であってもよい。他の例によれば、２つの種類の偏波は、左円偏光及び右円偏光であってもよい。
【００５３】
したがって、本発明のシステムでは、素子のマルチモードアンテナフィードを介して結合されたアンテナ素子ごとの１つの種類の偏波のための１つの受信チャネルしか必要ない。したがって、本発明の送信機の実施に必要な部品の数は、２つの種類の偏波を有する信号を同時に伝送する２つの別個の受信チャネルに各アンテナ素子が結合される従来の偏波フェーズドアレイシステムと比較して低減される。したがって、受信チャネルを１つしか有さない本発明のシステムの開発の複雑さを低減し、また、製造コストを低減することができる。さらに、本発明のシステムのシステムサイズ及び重量は、従来の偏波フェーズド
アレイシステムと比較して減少させることができる。同様に、本発明のシステムは、より少ない電力を要求し、動作中により少ない熱を生成する。
【００５４】
各送受信機素子１２は、対応する受信／送信チャネルを介して２偏波レーダ信号を送信及び受信するように構成されたマルチモードアンテナフィード（図示せず）を有するアンテナ素子２１を含む。
【００５５】
本発明の一実施形態によれば、送受信機素子１２のアンテナ素子２１は平板（図示せず）上に取り付けられ、平面状の構成を有する。
【００５６】
本発明の別の実施形態によれば、送受信機素子１２のアンテナ素子２１は、空間的に配置される。
【００５７】
図２を参照すると、本発明の一実施形態に係る、図１のフェーズドアレイレーダシステムのための送受信機素子１２が示されている。送受信機素子は、２偏波レーダ信号を送信及び受信するように構成されたマルチモードアンテナフィード（図示せず）を有するアンテナ素子２１を含む。
【００５８】
本発明の主題は、アンテナ素子２１のいかなる具体的実施形態にも限定されないことに留意されたい。したがって、アンテナ素子２１は、様々な代替形態で実施することができる。放射素子２１の例は、限定するものではないが、パッチアンテナ素子、スタックパッチアンテナ素子、マイクロストリップアンテナ素子、ダイポールアンテナ素子、ホーンアンテナ素子、テーパスロットアンテナ（ＴＳＡ）素子（Ｖｉｖａｌｄｉとも知られている）、及び他のアンテナ素子、又はこれらの組み合わせを含む。したがって、アンテナ素子２１の種類、形状、及び構成は、アンテナアレイに採用される技術に適するように選択することができる。
【００５９】
送受信機素子１２は、送信部２２と受信部２３とを含む。送受信機素子１２の送信部２２は、ＲＦレーダ信号を生成するように構成された入力波形生成器（図示せず）を有する無線周波数（ＲＦ）源２２１を含む。送信部２２はさらに、ＲＦ源２２１に電気的に結合され、入力波形生成器によって生成された信号を、第１の種類の偏波を有するレーダ信号成分を送信するための第１のライン２２３、及び第２の種類の偏波を有するレーダ信号成分を送信するための第２のライン２２４に分配するように構成された配電素子２２２を含む。第１の線２２３は、第１の種類の偏波を有する第１の信号成分を送信するためのアンテナ素子２１の第１のマルチモードアンテナフィード（図示せず）に結合される。同様に、第２の線２２４は、第２の種類の偏波を有する第２の信号成分を送信するための第２のマルチモードアンテナフィード（図示せず）に結合される。
【００６０】
本発明の一実施形態によれば、配電要素２２２は、無線周波数源によって生成された信号を、第１のライン２２３に中継される第１の信号成分、及び第２のライン２２４に中継される第２の信号成分に同時に分割するように構成された無線周波数電力１対２分配器（図示せず）を含む。この場合、送受信機素子１２は、２つの種類の偏波を有する同時送信信号成分を有する２偏波レーダ信号を送信する。
【００６１】
本発明の別の実施形態によれば、配電要素２２２は、無線周波数源によって生成されたレーダ信号をスイッチ第１の位置において第１のライン２２３に、及びスイッチ第２の位置において第２のライン２２４に選択的に結合するように構成された無線周波数電力スイッチ（図示せず）を含む。この場合、送受信機素子１２は、単一の種類の偏波を有する１つのレーダ信号成分を送信する。
【００６２】
送信部２２は、さらに、それぞれ第１及び第２のライン２２３及び２２４内、かつ配電要素２２２の下流に配置された第１の送信機（ＴＲ）移相器２２５ａ及び第２の送信機移相器２２５ｂを含む。第１及び第２の送信機移相器２２５ａ及び２２５ｂは、それぞれ、第１及び第２の偏波の第１及び第２の送信信号成分に必要な位相シフトを提供するように構成される。
【００６３】
一実施形態によれば、送信部２２はさらに、第１及び第２の送信機移相器２２５ａ及び２２５ｂにそれぞれ結合された第１の送信機増幅器／減衰器２２６ａ及び第２の送信機増幅器／減衰器２２６ｂを含む。第１及び第２の送信機増幅器／減衰器２２６ａ及び２２６ｂは、それぞれ、第１及び第２の偏波の第１及び第２の送信信号成分に所望のテーパリング（すなわち、増幅／減衰）を提供するように構成される。図２に示す実施形態では、第１の送信機増幅器／減衰器２２６ａ及び第２の送信機増幅器／減衰器２２６ｂは、第１及び第２の送信機移相器２２５ａ及び２２５ｂの下流に配置されるが、必要に応じて、第１及び第２の送信機増幅器／減衰器を、第１及び第２の送信機移相器２２５ａ及び２２５ｂの上流に配置してもよい。
【００６４】
本発明の一実施形態によれば、送受信機素子１２は、第１及び第２の移相器２２５ａ及び２２５ｂの下流にそれぞれ配置された第１のデュプレクサ２２７ａ及び第２のデュプレクサ２２７ｂを含む。第１のデュプレクサ２２７ａ及び第２のデュプレクサ２２７ｂは、送信部２２を受信部２３から分離しつつ、両者が共通アンテナ素子２１を共有することを可能にする。例えば、第１のデュプレクサ２２７ａ及び第２のデュプレクサ２２７ｂは、スイッチとして実装されてもよい。あるいは、第１のデュプレクサ２２７ａ及び第２のデュプレクサ２２７ｂは、サーキュレータとして実装されてもよい。
【００６５】
第１及び第２のデュプレクサ２２７ａ及び２２７ｂは、第１及び第２の種類の偏波を有する第１及び第２の送信信号成分を送信するための第１及び第２のマルチモードアンテナフィードに、第１及び第２の送信ライン２２３及び２２４において伝送されるシフトされた送信信号成分を提供するために送信モードに構成される。
【００６６】
受信モードでは、第１及び第２のデュプレクサ２２７ａ及び２２７ｂは、受信された２偏波レーダ信号の第１及び第２の受信信号成分を受信し、これらの受信信号成分を受信部２３の受信ライン２３１に提供するように構成される。
【００６７】
送受信機素子１２の受信部２３は、受信ライン２３１内に配置され、第１及び第２のデュプレクサ２２７ａ及び２２７ｂに結合される選択スイッチ２３２を含む。選択スイッチ２３２は、アンテナ素子２１によって供給される、第１の種類の偏波を有する第１の受信信号成分の受信と、アンテナ素子２１によって供給される、第２の種類の偏波を有する第２の受信信号成分の受信との間で切り替えを行うように構成される。
【００６８】
送受信機素子１２の受信部２３は、選択スイッチ２３２に結合された受信機（ＲＸ）移相器２３３をさらに含む。受信機移相器２３３は、選択スイッチが第１の位置にあるとき、第１の種類の偏波を有する第１の受信信号成分を選択スイッチから受信し、選択スイッチが第２の位置にあるとき、第２の種類の偏波を有する第２の受信信号成分を受信するように構成される。動作中、受信機移相器は、受信機移相器を介して伝送される受信信号成分に必要な位相シフトを提供し、単一の種類の偏波のシフトされた受信信号成分を生成する。
【００６９】
送受信機素子１２は、複数の受信チャネルを形成する。各受信機チャネルは、受信機増幅器／減衰器２４３、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）２４５、及び受信ライン２３１内に配置され、レーダシステムの受信部で利用される他の従来要素を含んでもよい。図
２に示す実施形態では、受信機移相器２３３の下流に受信機増幅器／減衰器２４３が配置されているが、必要に応じて、ＲＸ移相器２３３の上流にＲＸ増幅器／減衰器２４３が配置されてもよい。
【００７０】
偏波フェーズドアレイレーダシステム（図１の１０）は、受信チャネルの下流に配置され、ＡＤＣ２４５に結合された信号処理システム（図示せず）を含む。信号プロセッサシステムは、異なる偏波を有する信号成分を受信し、ターゲットパラメータを生成するように構成される。
【００７１】
本発明の一実施形態によれば、受信動作モードでは、偏波フェーズドアレイレーダシステム（図１の１０）でターゲットを追跡することができるように、モノパルス原理が利用される。図３Ａは、ターゲットパラメータの計算のためにモノパルス方法を利用する図１に示される偏波フェーズドアレイレーダシステムのアレイ１１の送受信機素子１２の分配の一例を概略的に示す。モノパルス原理を実現するために、送受信機素子１２のアレイ１１は、４つのサブアレイ１１０に分割される。４つのサブアレイ１１０は、アレイの左上象限部Ａ、右上象限部Ｂ、左下象限部Ｃ、及び右下象限部Ｄからそれぞれ選択されるアレイ１１の４つの象限部分に配置される。
【００７２】
各サブアレイ１１０は、送受信機素子の第１の部分と送受信機素子の第２の部分とを含む。以下に説明するように、第１及び第２の部分の送受信機素子は、それぞれ、第１の種類及び第２の種類の偏波で動作する。右下象限部Ａに位置するサブアレイ１１０に属する第１及び第２の部分の送受信機要素は、それぞれ、参照符号Ａ１及びＡ２で示されている。同様に、それぞれ、右下象限部Ｂに属する第１及び第２の部分の送受信機要素は参照符号Ｂ１及びＢ２で示されており、右下象限部Ｃに属する第１及び第２の部分の送受信機要素は参照符号Ｃ１及びＣ２で示されており、右下象限部Ｄに属する第１及び第２の部分の送受信機要素は参照符号Ｄ１及びＤ２で示されている。
【００７３】
この実施形態によれば、１つ又は複数の象限部Ａ、Ｂ、Ｃ、及び／又はＤについて、各サブアレイの第１の部分の送受信機素子及び第２の部分の送受信機素子が交互に配置されてもよい。
【００７４】
一実施形態によれば、各サブアレイ１１０について、第１及び第２の部分の送受信機素子は、それぞれ、対応する象限部Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤに配置された位相中心を有するべきである。具体的には、送受信機素子Ａ１及びＡ２は、対応する象限部Ａに配置された位相中心を有するべきであり、送受信機素子Ｂ１及びＢ２は、対応する象限部Ｂに配置された位相中心を有するべきであり、送受信機素子Ｃ１及びＣ２は、対応する象限部Ｃに配置された位相中心を有するべきであり、送受信機素子Ｄ１及びＤ２は、対応する象限部Ｄに配置された位相中心を有するべきである。
【００７５】
図３Ａに示すように、各サブアレイ１１０について、第１及び第２の部分の送受信機素子のすべてが、アレイの対応する象限部Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤに配置される。しかし、必要に応じて、各サブアレイについて、第１及び／又は第２の部分の送受信機素子の大半のみがアレイの１つの象限部分に配置され、少数の第１及び／又は第２の部分の送受信機素子は、アレイの隣接する象限部分に配置されてもよい（ただし、第１及び第２の部分の送受信機素子の位相中心が対応する象限部分に配置されていることを条件とする）。図３Ｂに示すように、第１及び第２の部分の送受信機素子の大半のみが、アレイの対応する象限部分に配置され、少数の第１及び第２の部分の送受信機素子は隣接する象限部分に配置される。特に、第１及び第２の部分の送受信機素子Ａ１及びＡ２の大部分が象限部Ａに配置される一方、少数の素子Ａ１及びＡ２はアレイの象限部Ａ及びＣに配置される。
【００７６】
しかし、第１及び第２の部分の送受信機素子Ａ１及びＡ２の位相中心は、象限部Ａに配置されるべきである。同様に、アレイの他の象限部Ｂ、Ｃ、及びＤについても、第１及び第２の部分の送受信機素子の位相中心は対応する象限部分に配置されるべきである。
【００７７】
受信動作モードでは、各サブアレイ１１０は、送受信機素子の第１の部分によって第１の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するように構成され、送受信機素子の第２の部分によって第２の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するように構成される。送受信機素子の第１の部分は第１の所定の空間ダイナミック分布を有し、送受信機素子の第２の部分は第２の所定の空間ダイナミック分布を有する。
【００７８】
本発明の一実施形態によれば、偏波フェーズドアレイレーダシステムの最適な性能（正確なビーム偏向角、低いサイドローブ、低いアクティブリターンロス、低い交差偏波など）を提供するために、第１及び第２の部分における送受信機素子の第１及び第２の所定の空間ダイナミック分布の最適化は、１つ又は複数のシステムパラメータに依存する。例えば、第１及び第２の所定の空間ダイナミック分布は、異なる動作周波数ごとに異なる。分布は、アレイ内の送受信機素子の数に応じて異なり、また、アンテナ素子間の結合などにも依存する。さらに、第１及び第２の所定の空間ダイナミック分布は、異なるボアサイト（ビーム偏向）角度ごとに、及び異なるターゲットレンジ、ターゲット仰角、及びターゲット方位角等のターゲットパラメータごとに異なる場合がある。
【００７９】
特定の動作周波数、及び特定のターゲットパラメータのための、第１及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布は、標準的な最適化方法を用いて決定することができる。最適化方法の例には、限定はされないが、遺伝的アルゴリズム、ニュートン法、準ニュートン法、モンテカルロ法などが含まれる。これらの方法はそれ自体は公知であるので、以下では説明しない。
【００８０】
第１及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布を計算する際には、様々な手法を用いることができる。例えば、第１及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布は、所望の動作周波数における所望のターゲット仰角及びターゲット方位角ごとに計算することができる。別の例によれば、ターゲット仰角及びターゲット方位角の全範囲がいくつかの部分範囲に分割されてもよい。したがって、ターゲット仰角及びターゲット方位角の各サブレンジについて、第１及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布を、所望の周波数において計算することができる。
【００８１】
本発明の一実施形態によれば、第１及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布の計算は、本発明の偏波フェーズドアレイレーダシステムの信号プロセッサシステムにおいて、「オンザフライで」、すなわち、ターゲットを追跡し及びターゲットパラメータを決定するためのシステムの動作中に実行される。
【００８２】
本発明の別の実施形態によれば、第１及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布の計算は事前に、例えばルックアップテーブルの形式で実行される。したがって、ルックアップテーブルは、信号プロセッサシステムのメモリに格納され、ターゲットを追跡し及びターゲットパラメータを決定するためのシステムの動作中に使用され得る。
【００８３】
本発明の一実施形態によれば、本発明の偏波フェーズドアレイレーダシステムの他の要素の最適化のために、第１及び第２の部分における送受信機素子の計算された分布を使用することができる。例えば、送受信機素子１２の増幅器／減衰器（図２の２４３）の最適な動作のために、第１の部分及び第２部分における送受信機素子の最適な分布を使用して、アンテナ素子２１のアパーチャで受信される２偏波レーダ信号の受信信号成分を電力の所望のテーパリングを提供することができる。例えば、サイドローブのレベルを所望の大
きさに低減するために、レーダ信号の信号成分のパワーのテーパリングが必要とされる場合がある。
【００８４】
信号成分のパワーのテーパリングは、送受信機素子の分布に応じて異なる可能性がある。本発明の一実施形態によれば、信号成分の大きさの最適な増幅又は減衰が、ターゲットを追跡するためのシステムの動作中に「オンザフライで」決定され得る。別の実施形態によれば、信号成分の大きさの最適な増幅又は減衰は事前に計算される。これらの大きさは、ルックアップテーブルの形式で記憶され、ターゲットを追跡するためのシステムの動作中に利用されてもよい。
【００８５】
送受信機素子１２のアレイ１１をサブアレイ１１０に分割する上記方式は、ターゲットパラメータを計算するためのモノパルス追跡技術を使用する。モノパルス技術は、アレイ１１の４つの象限Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤを使用する。素子はすべて、移相器（図２の２３３）を使用して一緒にステアリングされる。ターゲットは、４つの象限のすべての送受信機要素１２によって等しく照射される。偏波フェーズドアレイレーダシステムの信号プロセッサシステムは、４つの象限によって受信される第１の種類の偏波及び第２の種類の偏波の戻り信号成分を処理するために使用することができる。例えば、２つの種類の偏波は、水平偏波及び垂直偏波であってもよい。同様に、２つの種類の偏波は、左円偏光及び右円偏光であってもよい。
【００８６】
処理は、４つのサブアレイから受け取った１つ又は２つの種類の偏波を有する信号成分を足し合わせ、１つ又は２つの種類の偏波について、４つのサブアレイ和信号を計算することを含む。
【００８７】
第１の種類の偏波に関して、和信号Σ１は下式によって得られる。
Σ１＝Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１
ここで、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、及びＤ１は、４つのサブアレイＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤから受け取られる第１の種類の偏波を有する信号成分である。
【００８８】
第２の種類の偏波に関して、和信号Σ２は下式によって得られる。
Σ２＝Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２
ここで、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、及びＤ２は、４つのサブアレイＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤから受け取られる第２の種類の偏波を有する信号成分である。
【００８９】
モノパルス法によれば、和信号Σ１及びΣ２は、例えば、ターゲット距離を追跡するために使用することができる。
【００９０】
各種類の偏波についての仰角差信号は、２つの下側象限から受信された２つの種類の偏波を有する信号成分から、２つの上側象限から受信された１つ又は２つの種類の偏波を有する信号成分を減算することによって形成される。
【００９１】
第１の種類の偏波に関して、仰角差信号Δｅｌ１は下式によって得られる。
Δｅｌ１＝（Ａ１＋Ｂ１）−（Ｃ１＋Ｄ１）
【００９２】
第２の種類の偏波に関して、仰角差信号Δｅｌ２は下式によって得られる。
Δｅｌ２＝（Ａ２＋Ｂ２）−（Ｃ２＋Ｄ２）
【００９３】
ターゲット仰角はモノパルス比Δｅｌ１／Σ１及びΔｅｌ２／Σ２に比例するため、各種類の偏波についての仰角差信号は、水平に対するターゲットの相対位置の計算のために処理されてもよい。所望の場合、Δｅｌ１、Δｅｌ２、Σ１、及びΣ２の重み付けされた
組合せが、水平に対するターゲットの位置を計算するために使用されてもよい。組み合わせの例としては、限定はされないが、組み合わせ
【数１】
2019507357.tif 000003
を含み、ここで、α、β、γ、及びδは、対応する重みを示す。
【００９４】
各種類の偏波についての方位角差信号は、右側象限から受信された２つの種類の偏波を有する信号成分から、左側象限から受信された１つ又は２つの種類の偏波を有する信号成分を減算することによって形成される。
【００９５】
第１の種類の偏波に関して、方位角差信号Δａｚ１は下式によって得られる。
Δａｚ１＝（Ａ１＋Ｄ１）−（Ｂ１＋Ｃ１）
【００９６】
第２の種類の偏波に関して、方位角差信号Δａｚ２は下式によって得られる。
Δａｚ２＝（Ａ２＋Ｄ２）−（Ｂ２＋Ｃ２）
【００９７】
ターゲット方位角はモノパルス比Δａｚ１／Σ１及びΔａｚ２／Σ２に比例するため、各種類の偏波についての方位角差信号は、左又は右のターゲットの位置の計算のために処理され得る。所望の場合、Δａｚ１、Δａｚ２及びΣ１、Σ２の重み付けされた組合せが、左又は右のターゲットの位置を計算するために使用されてもよい。組み合わせの例としては、限定はされないが、組み合わせ
【数２】
2019507357.tif 000004
を含み、ここで、α、β、γ、及びδは、対応する重みを示す。
【００９８】
図４Ａ及び図４Ｂは、垂直偏波信号（曲線４１ａ及び４２ａ）及び水平偏波信号（曲線４１ｂ及び４２ｂ）について、方位面におけるターゲットの方位角に対して、（最大ゲイン値に正規化された）和信号パターン（曲線４１ａ及び４１ｂ）及び（最大ゲイン値に対して正規化された）方位角差信号パターン（曲線４２ａ及び４２ｂ）のシミュレーション結果の例を示す。シミュレーションは、０度のボアサイト角度、及び８．３λの直径を有する円形アレイについて実行された（ここで、λは動作波長である）。図４Ａ及び図４Ｂは、送受信機素子の分布が図３Ａに示される分布に対応する場合、すなわち、第１及び第２部分の送受信機素子のすべてがアレイの対応する象限部分Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤに位置する場合に対応する。
【００９９】
さらに、第１及び第２の部分の送受信機素子の大半のみが、アレイの対応する象限部分に配置され、少数の第１及び第２の部分の送受信機素子はアレイの隣接する象限部分に配置されるケースについてもシミュレーションが実行された。図５Ａ及び図５Ｂは、送受信機素子の分布が図３Ｂに示される分布に対応する場合の、方位面におけるターゲットの方位角に対する、（最大ゲイン値に正規化された）和信号パターン（曲線５１ａ及び５１ｂ）及び（最大ゲイン値に対して正規化された）方位角差信号パターン（曲線５２ａ及び５２ｂ）のシミュレーションの例を示す。
【０１００】
和信号と方位角差信号の値は、方位角の計算に使用することができる。図６は、垂直偏
波（曲線６１及び６３）及び水平偏波（曲線６２及び６４）を有する信号を受信するアレイの第１及び第２の部分の送受信機素子について得られたモノパルス比対方位角の依存性を示す。曲線６１及び６２は、図３Ａに示される送受信機素子の分布に対応し、曲線６３及び６４は、図３Ｂに示される送受信機素子の分布に対応する。
【０１０１】
図７Ａ及び図７Ｂは、垂直偏波信号（曲線７１ａ及び７２ａ）及び水平偏波信号（曲線７１ｂ及び７２ｂ）について、仰角面におけるターゲットの仰角に対して、（最大ゲイン値に正規化された）和信号パターン（曲線７１ａ及び７１ｂ）及び（最大ゲイン値に対して正規化された）仰角差信号パターン（曲線７２ａ及び７２ｂ）のシミュレーション結果の例を示す。シミュレーションは、０度のボアサイト角度、及び８．３λの直径を有する円形アレイについて実行された（ここで、λは動作波長である）。図７Ａ及び図７Ｂは、送受信機素子の分布が図３Ａに示される分布に対応する場合、すなわち、第１及び第２部分の送受信機素子のすべてがアレイの対応する象限部分Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤに位置する場合に対応する。
【０１０２】
和信号と仰角差信号の値は、仰角の計算に使用することができる。図８は、垂直偏波（曲線８１）及び水平偏波（曲線８２）を有する信号を受信するアレイの第１及び第２の部分の送受信機素子について得られたモノパルス比対仰角の依存性を示す。
【０１０３】
本発明の技術は、様々なボアサイト角度でスキャンする場合のターゲットパラメータの決定に使用することができる。
【０１０４】
図９Ａ及び図９Ｂは、垂直偏波信号（曲線９１ａ及び９２ａ）及び水平偏波信号（曲線９１ｂ及び９２ｂ）について、方位面におけるターゲットの方位角に対して、（最大ゲイン値に正規化された）和信号パターン（曲線９１ａ及び９１ｂ）及び（最大ゲイン値に対して正規化された）方位角差信号パターン（曲線９２ａ及び９２ｂ）のシミュレーション結果の例を示す。シミュレーションは、３０度のボアサイト角度、及び８．３λの直径を有する円形アレイについて実行された（ここで、λは動作波長である）。図９Ａ及び図９Ｂは、送受信機素子の分布が図３Ａに示される分布に対応する場合、すなわち、第１及び第２部分の送受信機素子のすべてがアレイの対応する象限部分Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤに位置する場合に対応する。
【０１０５】
さらに、第１及び第２の部分の送受信機素子の大半のみが、アレイの対応する象限部分に配置され、少数の第１及び第２の部分の送受信機素子はアレイの隣接する象限部分に配置されるケースについても、３０度のボアサイト角度の場合のシミュレーションが実行された。図１０Ａ及び図１０Ｂは、送受信機素子の分布が図３Ｂに示される分布に対応する場合の、方位面におけるターゲットの方位角に対する、（最大ゲイン値に正規化された）和信号パターン（曲線１０１ａ及び１０１ｂ）及び（最大ゲイン値に対して正規化された）方位角差信号パターン（曲線１０２ａ及び１０２ｂ）のシミュレーションの例を示す。
【０１０６】
３０度のボアサイト角度の場合の和信号と方位角差信号の値は、方位角の計算に使用することができる。図１１は、垂直偏波（曲線１１１及び１１３）及び水平偏波（曲線１１２及び１１４）を有する信号を受信するアレイの第１及び第２の部分の送受信機素子について得られたモノパルス比対方位角の依存性を示す。曲線１１１及び１１２は、図３Ａに示される送受信機素子の分布に対応し、曲線１１３及び１１４は、図３Ｂに示される送受信機素子の分布に対応する。
【０１０７】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、垂直偏波信号（曲線１２１ａ及び１２２ａ）及び水平偏波信号（曲線１２１ｂ及び１２２ｂ）について、方位面におけるターゲットの方位角に対して、（最大ゲイン値に正規化された）和信号パターン（曲線１２１ａ及び１２１ｂ）及び（
最大ゲイン値に対して正規化された）方位角差信号パターン（曲線１２２ａ及び１２２ｂ）のシミュレーション結果の例を示す。
【０１０８】
シミュレーションは、５０度のボアサイト角度、及び８．３λの直径を有する円形アレイについて実行された（ここで、λは動作波長である）。図１２Ａ及び図１２Ｂは、送受信機素子の分布が図３Ａに示される分布に対応する場合、すなわち、第１及び第２部分の送受信機素子のすべてがアレイの対応する象限部分Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤに位置する場合に対応する。
【０１０９】
さらに、第１及び第２の部分の送受信機素子の大半のみが、アレイの対応する象限部分に配置され、少数の第１及び第２の部分の送受信機素子はアレイの隣接する象限部分に配置されるケースについても、５０度のボアサイト角度の場合のシミュレーションが実行された。図１３Ａ及び図１３Ｂは、送受信機素子の分布が図３Ｂに示される分布に対応する場合の、方位面におけるターゲットの方位角に対する、（最大ゲイン値に正規化された）和信号パターン（曲線１３１ａ及び１３１ｂ）及び（最大ゲイン値に対して正規化された）方位角差信号パターン（曲線１３２ａ及び１３２ｂ）のシミュレーションの例を示す。
【０１１０】
５０度のボアサイト角度の場合の和信号と方位角差信号の値は、方位角の計算に使用することができる。図１４は、垂直偏波（曲線１４１及び１４３）及び水平偏波（曲線１４２及び１４４）を有する信号を受信するアレイの第１及び第２の部分の送受信機素子について得られたモノパルス比対方位角の依存性を示す。曲線１４１及び１４２は、図３Ａに示される送受信機素子の分布に対応し、曲線１４３及び１４４は、図３Ｂに示される送受信機素子の分布に対応する。曲線１４３及び１４４は互いに非常に近接していることに留意されたい。
【０１１１】
本発明の他の実施形態によれば、受信動作モードでは、偏波フェーズドアレイレーダシステム（図１の１０）でターゲットを追跡することができるように、干渉法が利用される。図１５Ａ及び図１５Ｂは、ターゲットパラメータの計算のために干渉法を利用する図１に示される偏波フェーズドアレイレーダシステムのアレイ１１の送受信機素子１２のアンテナ素子２１の配置の例を概略的に示す。干渉法を実現するために、送受信機素子１２のアレイ１１は、２つのサブアレイ１１００に分割される。ターゲット方位角及び仰角の決定のために、２つのサブアレイ１１００は、２つの方法でアレイ１１の２つの半分に配置される場合がある。
【０１１２】
具体的には、ターゲット方位角の決定のために、２つのサブアレイ１１００は右半分Ｘと左半分Ｙとから選択される。一方、ターゲット方位角の決定のために、２つのサブアレイ１１００はアレイの上半分Ｉと下半分Ｊとから選択される。
【０１１３】
各サブアレイ１１００は、送受信機素子の第１の部分（参照符号Ｘ１及びＪ１）及び送受信機素子の第２の部分（参照符号Ｙ２及びＩ２）を含む。
【０１１４】
一実施形態によれば、図１５Ａに示される送受信機素子の分布のために、各サブアレイ１１００において、送受信機素子Ｘ１は送受信機素子Ｘ２とインターリーブされ、送受信機素子Ｙ１は送受信機素子Ｙ２とインターリーブされる。同様に、図１５Ｂに示される送受信機素子の分布のために、各サブアレイ１１００において、送受信機素子Ｊ１は送受信機素子Ｊ２とインターリーブされ、送受信機素子Ｉ１は送受信機素子Ｉ２とインターリーブされる。
【０１１５】
一実施形態によれば、各サブアレイ１１００について、送受信機素子の第１及び第２の部分は、対応する半分に配置された位相中心を有する。特に、図１５Ａに示される送受信
機素子の分布について、送受信機素子Ｘ１及びＸ２の位相中心は半分Ｘに配置され、一方、送受信機素子Ｙ１及びＹ２の位相中心は半分Ｙに配置される。同様に、図１５Ｂに示される送受信機素子の分布について、送受信機素子Ｊ１及びＪ２の位相中心は半分Ｊに配置され、一方、送受信機素子Ｉ１及びＩ２の位相中心は半分Ｉに配置される。
【０１１６】
図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、第１及び第２の部分の送受信機素子のすべてが、アレイの対応する半分に配置される。しかし、必要に応じて、各サブアレイについて、第１及び／又は第２の部分の送受信機素子の大半のみがアレイの１つの半分に配置され、少数の第１及び／又は第２の部分の送受信機素子は、アレイの隣接する半分に配置されてもよい（ただし、第１及び第２の部分の送受信機素子の位相中心が対応する半分に配置されていることを条件とする）。
【０１１７】
例えば、図１６Ａに示すように、送受信機素子Ｘ１及びＸ２の大部分のみがアレイの右半分Ｘに配置され、一方、第１及び第２部分の送受信機素子の少数はアレイの隣接する半分Ｙに配置される。しかし、送受信機Ｘ１及びＸ２の位相中心は、半分Ｘに配置されるべきである。
【０１１８】
受信動作モードでは、各サブアレイ１１００は、送受信機素子の第１の部分によって第１の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するように構成され、送受信機素子の第２の部分によって第２の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するように構成される。送受信機素子の第１の部分は第１の所定の空間ダイナミック分布を有し、送受信機素子の第２の部分は第２の所定の空間ダイナミック分布を有する。
【０１１９】
本発明の一実施形態によれば、偏波フェーズドアレイレーダシステムの最適な性能（正確なビーム偏向角、低いサイドローブ、低いアクティブリターンロス、低い交差偏波など）を提供するために、第１及び第２の部分における送受信機素子の第１及び第２の所定の空間ダイナミック分布の最適化は、１つ又は複数のシステムパラメータに依存する。例えば、第１及び第２の所定の空間ダイナミック分布は、異なる動作周波数ごとに異なる。分布は、アレイ内の送受信機素子の数に応じて異なり、また、アンテナ素子間の結合などにも依存する。さらに、第１及び第２の所定の空間ダイナミック分布は、異なるターゲットレンジ、ターゲット仰角、及びターゲット方位角等のターゲットパラメータごとに異なる場合がある。
【０１２０】
特定の動作周波数、及び特定のターゲットパラメータのための、第１及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布は、標準的な最適化方法を用いて決定することができる。最適化方法の例には、限定はされないが、遺伝的アルゴリズム、ニュートン法、準ニュートン法、モンテカルロ法などが含まれる。これらの方法はそれ自体は公知であるので、以下では説明しない。
【０１２１】
第１及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布を計算する際には、様々な手法を用いることができる。例えば、第１及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布は、所望の動作周波数における所望のターゲット仰角及びターゲット方位角ごとに計算することができる。別の例によれば、ターゲット仰角及びターゲット方位角の全範囲がいくつかの部分範囲に分割されてもよい。したがって、ターゲット仰角及びターゲット方位角の各サブレンジについて、第１及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布を、所望の周波数において計算することができる。
【０１２２】
本発明の一実施形態によれば、第１及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布の計算は、本発明の偏波フェーズドアレイレーダシステムの信号プロセッサシステムにおいて、「オンザフライで」、すなわち、ターゲットを追跡し及びターゲットパラメータを
決定するためのシステムの動作中に実行される。
【０１２３】
本発明の別の実施形態によれば、第１及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布の計算は事前に、例えばルックアップテーブルの形式で実行される。したがって、ルックアップテーブルは、信号プロセッサシステムのメモリに格納され、ターゲットを追跡し及びターゲットパラメータを決定するためのシステムの動作中に使用され得る。
【０１２４】
本発明の一実施形態によれば、本発明の偏波フェーズドアレイレーダシステムの他の要素の最適化のために、第１及び第２の部分における送受信機素子の計算された分布を使用することができる。例えば、送受信機素子１２の増幅器／減衰器（図２の２４３）の最適な動作のために、第１の部分及び第２の部分における送受信機素子の最適な分布を使用して、アンテナ素子２１のアパーチャで受信される２偏波レーダ信号の受信信号成分を電力の所望のテーパリングを提供することができる。例えば、サイドローブのレベルを所望の大きさに低減するために、レーダ信号の信号成分の電力のテーパリングが必要とされる場合がある。
【０１２５】
信号成分の電力のテーパリングは、送受信機素子の分布に応じて異なる可能性がある。本発明の一実施形態によれば、信号成分の大きさの最適な増幅又は減衰が、ターゲットを追跡するためのシステムの動作中に「オンザフライで」決定され得る。別の実施形態によれば、信号成分の大きさの最適な増幅又は減衰は事前に計算される。これらの大きさは、ルックアップテーブルの形式で記憶され、ターゲットを追跡するためのシステムの動作中に利用されてもよい。
【０１２６】
送受信機素子１２のアレイ１１をサブアレイ１１００に分割する方式は、ターゲットパラメータを計算するための干渉法技術を使用する。干渉法技術は、ターゲット方位角の決定のために左右の半分（図１５Ａ又は図１６ＡのＸ及びＹ）を使用し、ターゲット仰角の決定のためにアレイ１１の上下の半分（図１５Ｂ又は図１６ＡのＩ及びＪ）を使用する。素子はすべて、移相器（図２の２３３）を使用して一緒にステアリングされる。ターゲットは、２つの半分のすべての送受信機素子１２によって等しく照射される。偏波フェーズドアレイレーダシステムの信号プロセッサシステムは、（アレイの左右の半分に配置された）送受信機素子の第１及び第２の部分によってそれぞれ受信された第１の種類の偏波及び第２の種類の偏波の戻り信号成分を処理するために使用することができる。例えば、２つの種類の偏波は、水平偏波及び垂直偏波であってもよい。同様に、２つの種類の偏波は、左円偏光及び右円偏光であってもよい。
【０１２７】
ターゲット方位角の決定のために、処理は、左右の半分Ｘ及びＹの第１及び第２の部分のサブアレイからそれぞれ受信された信号成分の間の位相差信号Δφ１及びΔφ２を生成するステップと、左右の半分Ｘ及びＹの第１及び第２の部分のアンテナ素子の位相中心間の距離Ｓ１及びＳ２を算出するステップとを含む。
【０１２８】
第１の種類及び第２の種類の偏波についてのそれぞれのターゲット方位角θａｚ１及びθａｚ２は、下式によって取得することができる。
【数３】
2019507357.tif 000005
【０１２９】
必要に応じて、位相差信号Δφ１及びΔφ２の重み付けされた組み合わせを使用して、ターゲット方位角が計算されてもよい。同様に、異なる偏波について計算されたターゲット方位角θａｚ１及びθａｚ２の重み付けされた組み合わせが使用されてもよい。
【０１３０】
ターゲット仰角の決定のために、処理は、上下の半分Ｉ及びＪの第１及び第２の部分のサブアレイからそれぞれ受信された信号成分の間の位相差信号Δφ１及びΔφ２を生成するステップと、上下の半分Ｉ及びＪの第１及び第２の部分のアンテナ素子の位相中心間の距離Ｓ１及びＳ２を算出するステップとを含む。
【０１３１】
第１及び第２の種類の偏波についてのそれぞれのターゲット方位角θｅｌ１及びθｅｌ２は、下式によって取得することができる。
【数４】
2019507357.tif 000006
【０１３２】
必要に応じて、位相差信号Δφ１及びΔφ２の重み付けされた組み合わせを使用して、ターゲット仰角が計算されてもよい。同様に、異なる偏波について計算されたターゲット仰角θｅｌ１及びθｅｌ２の重み付けされた組み合わせが使用されてもよい。
【０１３３】
垂直偏波及び水平偏波に対応する位相差信号Δφ１及びΔφ２対ターゲット方位角の間の依存性を計算するために、図１５Ａ及び１６Ａに示す送受信機素子の分布についてシミュレーションを行った。図１７は、ボアサイト角度が０度である場合のかかる依存性の例を示す。曲線１７１及び１７２は、図１５Ａに示される送受信機素子の分布、すなわち、垂直偏波及び水平偏波を有する送受信機素子のすべてがアレイの対応する半分Ｘ及びＹに配置される場合に対応する。一方、曲線１７３及び１７４は、送受信機素子Ｘ１及びＸ２の少数がアレイの隣接する半分Ｙに配置される場合に対応する、図１６Ａに示す送受信機素子の分布に対応する。
【０１３４】
本発明の技術は、様々なボアサイト角度でスキャンする場合の方位角及び仰角の決定に使用することができる。図１８及び図１９は、それぞれ、ボアサイト角度が３０°及び５０°である場合の垂直偏波及び水平偏波の位相差信号対ターゲットの方位角の間の依存性の例を示す。
【０１３５】
曲線１８１、１８２、１９１、及び１９２は、図１５Ａに示される送受信機素子の分布、すなわち、垂直偏波及び水平偏波を有する送受信機素子のすべてがアレイの対応する半分Ｘ及びＹに配置される場合に対応する。一方、曲線１８３、１８４、１９３、及び１９４は、図１６Ａに示される送受信機素子の分布に対応する。
【０１３６】
このように、本発明が関連する分野の当業者は、本発明を好ましい実施形態に関連して説明してきたが、本開示の基礎となる概念は、本発明の複数の目的を達成するための他の構造及び方法を設計するための基礎として容易に利用され得ることを理解するであろう。
【０１３７】
また、本明細書で使用される表現及び用語は、説明のためのものであり、限定的であるとみなされるべきではないことを理解されたい。
【０１３８】
したがって、本発明の範囲は、本明細書に記載される例示的な実施形態によって限定されると解釈されないことが重要である。添付の特許請求の範囲において規定される本発明の範囲内で他の変形形態も可能である。特徴、機能、要素、及び／又は特性の他の組み合わせ及び部分的組み合わせが、現在の請求項の補正、又は本願又は関連出願における新規請求項の提示を通じて請求される可能性がある。そのような補正された又は新規請求項は、該請求項が異なる組み合わせを対象とするか又は同じ組み合わせを対象とするか、原請求項に対して範囲が異なる、より広い、より狭い、又は同等であるかにかかわらず、本明細書の主題の範囲内に含まれるものと考えられる。
【図１】
2019507357.tif 000007
【図２】
2019507357.tif 000008
【図３Ａ】
2019507357.tif 000009
【図３Ｂ】
2019507357.tif 000010
【図４Ａ】
2019507357.tif 000011
【図４Ｂ】
2019507357.tif 000012
【図５Ａ】
2019507357.tif 000013
【図５Ｂ】
2019507357.tif 000014
【図６】
2019507357.tif 000015
【図７Ａ】
2019507357.tif 000016
【図７Ｂ】
2019507357.tif 000017
【図８】
2019507357.tif 000018
【図９Ａ】
2019507357.tif 000019
【図９Ｂ】
2019507357.tif 000020
【図１０Ａ】
2019507357.tif 000021
【図１０Ｂ】
2019507357.tif 000022
【図１１】
2019507357.tif 000023
【図１２Ａ】
2019507357.tif 000024
【図１２Ｂ】
2019507357.tif 000025
【図１３Ａ】
2019507357.tif 000026
【図１３Ｂ】
2019507357.tif 000027
【図１４】
2019507357.tif 000028
【図１５Ａ】
2019507357.tif 000029
【図１５Ｂ】
2019507357.tif 000030
【図１６Ａ】
2019507357.tif 000031
【図１６Ｂ】
2019507357.tif 000032
【図１７】
2019507357.tif 000033
【図１８】
2019507357.tif 000034
【図１９】
2019507357.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月20日(2017.12.20)
【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】
ターゲット仰角及びターゲット方位角から選択される少なくとも１つのターゲットパラメータを決定するための偏波フェーズドアレイレーダシステムであって、前記偏波フェーズドアレイレーダシステムは、
複数の送受信機素子（１２）を含むアレイ（１１）を備え、各送受信機素子は、単一の種類の偏波又は同時に２つの種類の偏波を有する２偏波レーダ信号のレーダ送信信号成分を送信し、また、単一の種類の偏波を有するレーダ受信信号成分を受信するように構成され、
送信モードにおいて、前記複数の送受信機素子（１２）の各々は、少なくとも１つの種類の偏波を有するレーダ信号成分を送信するように動作し、
受信モードにおいて、レーダ信号成分を処理するために、前記アレイ（１１）の前記複数の送受信機素子（１２）は２つのサブアレイ（１１００）に分割され、前記２つのサブアレイは、
（ｉ）前記ターゲット方位角を決定するための右半分（Ｘ）及び左半分（Ｙ）と、
（ｉｉ）前記ターゲット仰角を決定するための上半分（Ｉ）及び下半分（Ｊ）とから選択される２つの態様で前記アレイ（１１）の２つの半分に配置され、
各サブアレイ（１１００）は、それぞれ第１の種類の偏波及び第２の種類の偏波とともに動作する、前記送受信機素子（１２）の第１の部分（Ｘ１、Ｙ１、Ｊ１、又はＩ１）及び対応する前記送受信機素子（１２）の第２の部分（Ｘ２、Ｙ２、Ｊ２、又はＩ２）を含み、
各サブアレイ（１１００）について、前記送受信機素子の前記第１の部分（Ｘ１、Ｙ１、Ｊ１、又はＩ１）及び前記送受信機素子の前記第２の部分（Ｘ２、Ｙ２、Ｊ２、又はＩ２）は、前記対応する半分（Ｘ、Ｙ、Ｉ、又はＪ）に配置された位相中心を有し、
各サブアレイ（１１００）は、最適化のために構成され、かつ、前記送受信機素子の総数、動作周波数、及び前記少なくとも１つのターゲットパラメータから選択される少なくとも１つの特性に依存する、第１の所定のダイナミック分布を有する前記送受信機素子（１２）の前記第１の部分（Ｘ１、Ｙ１、Ｊ１、又はＩ１）によって、前記第１の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するように動作し、また同時に、最適化のために構成
され、かつ、前記送受信機素子（１２）の前記総数、前記動作周波数、及び前記少なくとも１つのターゲットパラメータから選択される少なくとも１つの特性に依存する、第２の所定のダイナミック分布を有する前記送受信機素子（１２）の前記第２の部分（Ｘ２、Ｙ２、Ｊ２、又はＩ２）によって、前記第２の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信し、および、
前記偏波フェーズドアレイレーダシステムは、前記送受信機素子（１２）に結合された信号処理システムを備え、前記信号処理システムは、レーダ干渉法技術を使用することによって単一の種類の偏波を有するレーダ受信信号成分を処理し、前記少なくとも１つのターゲットパラメータを生成するように構成されている、偏波フェーズドアレイレーダシステム。
【請求項２】
前記２つのサブアレイの各サブアレイ（１１００）について、前記第１及び第２の部分の前記送受信機素子のすべてが、前記アレイの前記対応する半分に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記２つのサブアレイの各サブアレイ（１１００）について、前記第１及び／又は第２の部分の前記送受信機素子の大部分は、前記アレイの１つの半分に配置され、前記第１及び／又は第２の部分の前記送受信機素子のうちの少数は、前記アレイの隣接する半分に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
ターゲットレンジ、ターゲット仰角、及びターゲット方位角から選択される少なくとも１つのターゲットパラメータを決定するための偏波フェーズドアレイレーダシステムであって、前記偏波フェーズドアレイレーダシステムは、
複数の送受信機素子（１２）を含むアレイ（１１）を備え、各送受信機素子（１２）は、単一の種類の偏波又は同時に２つの種類の偏波を有する２偏波レーダ信号のレーダ送信信号成分を送信し、また、単一の種類の偏波を有するレーダ受信信号成分を受信するように構成され、
送信モードにおいて、前記複数の送受信機素子（１２）は、少なくとも１つの種類の偏波を有するレーダ信号成分を送信するように動作し、
受信モードにおいて、レーダ信号成分を処理するために、前記アレイ（１１）の前記複数の送受信機素子（１２）は、前記アレイの左上象限部分（Ａ）、右上象限部分（Ｂ）、左下象限部分（Ｃ）、及び右下象限部分（Ｄ）から選択される前記アレイの４つの象限部分に配置された４つのサブアレイ（１１０）に分割され、
各サブアレイ（１１０）は、それぞれ第１の種類の偏波及び第２の種類の偏波とともに動作する、前記送受信機素子（１２）の第１の部分（Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、又はＤ１）及び対応する前記送受信機素子（１２）の第２の部分（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、又はＤ２）を含み、
各サブアレイ（１１０）について、前記送受信機素子の前記第１の部分（Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、又はＤ１）及び前記送受信機素子の前記第２の部分（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、又はＤ２）は、前記対応する象限部分（Ａ、Ｂ、Ｃ、又はＤ）に配置された位相中心を有し、そして、
各サブアレイ（１１０）は、
最適化のために構成され、かつ、前記送受信機素子（１２）の総数、動作周波数、及び前記少なくとも１つのターゲットパラメータから選択される少なくとも１つの特性に依存する、第１の所定のダイナミック分布を有する前記送受信機素子（１２）の前記第１の部分（Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、又はＤ１）によって、前記第１の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信し、また同時に、
最適化のために構成され、かつ、前記送受信機素子（１２）の前記総数、前記動作周波数、及び前記少なくとも１つのターゲットパラメータから選択される少なくとも１つの特性に依存する、第２の所定のダイナミック分布を有する前記送受信機素子（１２）の前
記第２の部分（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、又はＤ２）によって、前記第２の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するように動作し、および、
前記偏波フェーズドアレイレーダシステムは、前記送受信機素子（１２）に結合された信号処理システムを備え、前記信号処理システムは、モノパルスレーダ技術を使用することによって単一の種類の偏波を有するレーダ受信信号成分を処理し、前記少なくとも１つのターゲットパラメータを生成するように構成されている、偏波フェーズドアレイレーダシステム。
【請求項５】
前記４つのサブアレイの各サブアレイについて、前記第１及び第２の部分の前記送受信機素子のすべてが、前記アレイの前記対応する象限部分に配置される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記４つのサブアレイの各サブアレイについて、前記第１及び／又は第２の部分の前記送受信機素子の大部分は、前記アレイの１つの象限部分に配置され、前記第１及び／又は第２の部分の前記送受信機素子のうちの少数は、前記アレイの隣接する象限部分に配置される、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
各サブアレイについて、前記第１の部分の前記送受信機素子は、前記第２の部分の前記送受信機素子とインターリーブされる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１及び第２の部分の前記送受信機素子の前記第１及び第２の所定のダイナミック分布は、ルックアップテーブルの形式で記憶される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記２つの種類の偏波は、水平偏波及び垂直偏波から選択される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記２つの種類の偏波は、左円偏光及び右円偏光から選択される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数の送受信機素子の各送受信機素子は、
第１及び第２の種類の偏波を有する第１及び第２の信号成分を含む２偏波レーダ信号を送信及び受信するための第１及び第２のマルチモードアンテナフィードを備えるアンテナ素子と、
レーダ送信信号を生成するための無線周波数源と、
前記無線周波数源に電気的に結合された配電要素であって、前記無線周波数源によって生成された前記レーダ信号を、前記第１の種類の偏波を有する前記第１の信号成分を送信するための前記第１のマルチモードアンテナフィードに結合された第１のラインと、前記第２の種類の偏波を有する前記第２の信号成分を送信するための前記第２のマルチモードアンテナフィードに結合された第２のラインとの間で分配する、配電要素と、
前記第１及び第２のライン内であって、かつ、前記配電要素の下流に配置された第１及び第２の送信機移相器であって、それぞれ、前記第１及び第２のラインにおいて伝送される第１及び第２の送信信号成分に必要な位相シフトを提供する、第１及び第２の送信機移相器と、
前記第１及び第２の移相器の下流にそれぞれ配置された第１のデュプレクサ及び第２のデュプレクサであって、
送信モードにおいて、それぞれ、前記第１及び第２の種類の偏波を有する前記第１及び第２の送信信号成分を送信するための前記第１及び第２のマルチモードアンテナフィードに、シフトされた送信信号成分を前記第１及び第２の送信ラインにおいて供給し、また
、
受信モードにおいて、前記第１及び第２のマルチモードアンテナフィードによって供給される前記第１及び第２の種類の偏波を有する第１及び第２の受信信号成分を受信し、前記第１及び第２の受信信号成分を受信ラインに供給するように構成された、第１のデュプレクサ及び第２のデュプレクサと、
前記受信ライン内に配置され、かつ、前記第１及び第２のデュプレクサに結合された選択スイッチであって、前記アンテナ素子によって供給される、前記第１の種類の偏波を有する前記第１の受信信号成分の受信と、前記アンテナ素子によって供給される、前記第２の種類の偏波を有する前記第２の受信信号成分の受信との間で切り替えを行うように構成された、選択スイッチと、
前記選択スイッチに結合された受信機移相器であって、（ｉ）前記選択スイッチが第１の位置にある場合、前記第１の種類の偏波を有する前記第１の受信信号成分を前記選択スイッチから受信し、（ｉｉ）前記選択スイッチが第２の位置にある場合、前記第２の種類の偏波を有する前記第２の受信信号成分を受信し、（ｉｉｉ）前記受信機移相器を介して伝送される前記受信信号成分に必要な位相シフトを提供し、（ｉｖ）単一の種類の偏波のシフトされた受信信号成分を生成するように構成された、受信機移相器とを備える、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
各送受信機素子は、前記選択スイッチの下流に配置された増幅器／減衰器を備え、前記増幅器／減衰器は、前記アンテナ素子のアパーチャで受信される前記２偏波レーダ信号の前記受信信号成分の電力の所望のテーパリングのために構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記配電要素は、前記無線周波数源によって生成された前記送信信号を、前記第１のラインに中継される第１の送信信号成分、及び前記第２のラインに中継される第２の送信信号成分に同時に分割するように構成された、無線周波数電力１対２分配器を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記配電要素は、前記無線周波数源によって生成された前記レーダ送信信号を、スイッチ第１の位置において前記第１のラインに、及びスイッチ第２の位置において前記第２のラインに選択的に結合するように構成された、無線周波数電力スイッチを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
ターゲット仰角及びターゲット方位角から選択される少なくとも１つのターゲットパラメータを決定するための偏波フェーズドアレイレーダシステムの動作方法であって、前記方法は、
複数の送受信機素子（１２）を含むアレイ（１１）を提供するステップを含み、各送受信機素子（１２）は、単一の種類の偏波又は同時に２つの種類の偏波を有する２偏波レーダ信号のレーダ信号成分を送信し、また、単一の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するように構成され、
前記方法はさらに、
前記送信モードにおいて、
前記複数の送受信機素子（１２）が、少なくとも１つの種類の偏波を有するレーダ信号成分を送信させるように動作するステップと、
前記受信モードにおいて、
前記複数の送受信機素子（１２）の前記アレイから２つのサブアレイ（１１００）を選択するステップとを含み、前記２つのサブアレイは、
（ｉ）前記ターゲット方位角を決定するための右半分（Ｘ）及び左半分（Ｙ）と、
（ｉｉ）前記ターゲット仰角を決定するための上半分（Ｉ）及び下半分（Ｊ）とから選択される２つの態様で前記アレイ（１１）の２つの半分に配置され、
各サブアレイは、第１の種類の偏波とともに動作する、前記送受信機素子（１２）の第１の部分（Ｘ１、Ｙ１、Ｊ１、又はＩ１）及び第２の種類の偏波とともに動作する、対応する前記送受信機素子（１２）の第２の部分（Ｘ２、Ｙ２、Ｊ２、又はＩ２）を含み、
前記方法はさらに、各サブアレイ（１１００）について、
最適化のために構成された第１の所定のダイナミック分布を前記送受信機素子（１２）の前記第１の部分（Ｘ１、Ｙ１、Ｊ１、又はＩ１）に提供し、最適化のために構成された第２の所定のダイナミック分布を前記送受信機素子（１２）の前記第２の部分（Ｘ２、Ｙ２、Ｊ２、又はＩ２）に提供するステップであって、前記第１及び第２の所定のダイナミック分布は、前記送受信機素子の総数、動作周波数、及び前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータから選択される少なくとも１つの特性に依存する、ステップと、
前記送受信機素子の第１の部分（Ｘ１、Ｙ１、Ｊ１、又はＩ１）によって１つの種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信し、同時に、前記送受信機素子の第２の部分（Ｘ２、Ｙ２、Ｊ２、又はＩ２）によって前記第２の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するステップと、
レーダ干渉法技術を使用することによって前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータを計算するステップとを含む、方法。
【請求項１６】
少なくとも１つのターゲットパラメータを決定するための偏波フェーズドアレイレーダシステムの動作方法であって、前記方法は、
複数の送受信機素子（１２）を含むアレイ（１１）を提供し、各送受信機素子（１２）は、単一の種類の偏波又は同時に２つの種類の偏波を有する２偏波レーダ信号のレーダ信号成分を送信し、また、単一の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するように構成され、
前記方法はさらに、
前記送信モードにおいて、
前記複数の送受信機素子（１２）を、少なくとも１つの種類の偏波を有するレーダ信号成分を送信するように動作し、
前記受信モードにおいて、前記複数の送受信機素子（１２）の前記アレイ（１１）を、前記アレイの左上象限部分（Ａ）、右上象限部分（Ｂ）、左下象限部分（Ｃ）、及び右下象限部分（Ｄ）から選択される前記アレイ（１１）の４つの象限部分に配置された４つのサブアレイ（１１０）に分割するステップとを含み、
各サブアレイ（１１０）は、それぞれ第１の種類の偏波及び第２の種類の偏波とともに動作する、前記送受信機素子（１２）の第１の部分（Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、又はＤ１）及び対応する前記送受信機素子（１２）の第２の部分（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、又はＤ２）を含み、
前記方法はさらに、各サブアレイ（１１００）について、
最適化のために構成された第１の所定のダイナミック分布を前記送受信機素子（１２）の前記第１の部分（Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、又はＤ１）に提供し、最適化のために構成された第２の所定のダイナミック分布を前記送受信機素子（１２）の前記第２の部分（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、又はＤ２）に提供するステップであって、前記第１及び第２の所定のダイナミック分布は、前記送受信機素子の総数、動作周波数、及び前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータから選択される少なくとも１つの特性に依存する、ステップと、
前記送受信機素子の第１の部分（Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、又はＤ１）によって１つの種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信し、同時に、前記送受信機素子の第２の部分（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、又はＤ２）によって前記第２の種類の偏波を有するレーダ信号成分を受信するステップと、
モノパルス追跡技術を使用することによって前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータを計算するステップとを含む、方法。
【請求項１７】
前記モノパルス追跡技術を適用することによって前記ターゲットの前記少なくとも１つ
のパラメータを計算するステップは、
４サブアレイ和信号（Σ）を計算するために、前記４つのサブアレイから受信された少なくとも１つの種類の偏波を有する信号成分を足し合わせるステップと、
任意の２つのサブアレイから受信された少なくとも１つの種類の偏波を有する信号成分を足し合わせて第１の２サブアレイ和信号を計算し、他の２つのサブアレイから受信された少なくとも１つの種類の偏波を有する信号成分を足し合わせて第２の２サブアレイ和信号を計算するステップと、
前記第１の２サブアレイ和信号と前記第２の２サブアレイ和信号との間の差信号（Δ）を生成するステップと、
前記ターゲットの前記少なくとも１つのパラメータを生成するために、前記４サブアレイ和信号（Σ）及び前記差信号（Δ）を処理するステップとを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記レーダ干渉法技術を使用することによって前記少なくとも１つのターゲットパラメータを計算するステップは、
（ｉ）前記ターゲット方位角を決定するための右半分（Ｘ）及び左半分（Ｙ）、及び／又は
（ｉｉ）前記ターゲット仰角を決定するための上半分（Ｉ）及び下半分（Ｊ）、に配置された前記２つのサブアレイから受信された少なくとも１つの種類の偏波を有する前記信号成分間の位相差信号を生成するステップと、
前記第１の部分及び前記第２の部分から選択される、前記少なくとも１つの種類の偏波に対応する前記送受信機素子の少なくとも１つの部分について、前記２つのサブアレイの前記送受信機素子の位相中心間の距離を計算するステップと、
前記少なくとも１つのターゲットパラメータを生成するために、前記位相差信号及び前記位相中心間の距離を処理するステップとを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
サイドローブレベルを所望の大きさに低減するために、アンテナ素子のアパーチャで受信された前記レーダ信号の前記信号成分の電力をテーパリングするステップを含む、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記２つの種類の偏波は、水平偏波及び垂直偏波から選択される、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記２つの種類の偏波は、左円偏光及び右円偏光から選択される、請求項１５又は１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2019507357.tif 000036
2019507357.tif 000037