(57)【要約】飛行試験のレーダデータを利用してレーダシステムを試験するための方法が述べられる。この方法は、測定されたレーダデータをＧＰＳに基づく時間マーカと時間同期させるステップ、時間同期させられたレーダデータの少なくとも一部を記憶するステップ、ＧＰＳデータを記憶するステップ、記憶されたＧＰＳデータを処理することでレーダデータを受信したアンテナの物理的位置と対応させるステップ、レーダモデルを供給するステップ、および処理されたレーダモデルデータを記憶されたレーダデータと比較するステップを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定されたレーダデータをＧＰＳに基づく時間マーカと時間同期させるステップと、
時間同期させられたレーダデータの少なくとも一部を記憶するステップと、
ＧＰＳデータを記憶するステップと、
レーダデータを受信したアンテナの物理的位置と対応させるために、記憶されたＧＰＳデータを処理し、それによってレーダモデルを与えるステップと、
処理されたレーダモデルデータを記憶されたレーダデータと比較するステップと、
を含む飛行試験のレーダデータを利用してレーダシステムを試験するための方法。
【請求項２】
測定されたレーダデータを時間同期させるステップは、レーダデータサンプルをデジタル化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
時間同期させられたレーダデータの少なくとも一部を記憶するステップは、デジタル化されたレーダデータサンプルの約２５％を記憶するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
測定されたレーダデータを時間同期させるステップはさらに、
制御ワードを生成するステップと、
制御ワードをフォーマットするステップと、
フォーマットされた制御ワードをデジタル化されたレーダデータサンプルと共にデータストリーム内にセットするステップと、
データストリームをメモリ内に記憶するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
制御ワードを生成するステップは、デジタル化されたレーダデータサンプルのタイムマークを示す制御ワードを生成するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ＧＰＳデータを記憶するステップは、航空機ＧＰＳ（２６６）、地上局ＧＰＳ（２７０）、および遠隔局ＧＰＳ（２７４）のうちの少なくとも１つから得られるＧＰＳデータを記憶するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
記憶されたＧＰＳデータを処理するステップは、
航空機ＧＰＳアンテナとレーダアンテナの間の物理的間隔を測定するステップ、および
レーダアンテナの場所に対応するようにＧＰＳデータを調整するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
測定されたレーダデータを慣性計測装置（ＩＭＵ）（２６０）から得られるデータ、フライトビデオレコーダから得られるデータ、エアデータレコーダから得られるデータ、および電気信号モニタから得られるデータのうちの少なくとも１つと時間同期させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ＩＭＵデータをメモリ（２６４）内に記憶するステップと、
記憶されたＩＭＵデータを、レーダデータを受信したアンテナの物理的位置と対応するように処理するステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つのタイムマーク信号および少なくとも１つのタイミング計数信号を供給するように構成された航空機ＧＰＳ（２６６）と、
メモリ装置（２５８）と、
レーダデータのサンプルをデジタル化し、デジタル化されたレーダデータを、タイムマーク信号とタイミング計数信号を使用してＧＰＳデータと時間同期させ、レーダデータ、タイムマーク信号、およびタイミング計数信号に関連する制御ワードを生成し、前記メモリ装置内に記憶するために制御ワードとレーダデータをデータストリーム内にセットするように構成されたデータフォーマッタ（２５６）と、
を含むレーダデータ記録および処理のシステム（２５０）。
【請求項１１】
前記航空機ＧＰＳ（２６６）からデータを受信し、記憶するように構成された第２のメモリ装置（２６８）をさらに含む、請求項１０に記載のレーダデータ記録および処理のシステム（２５０）。
【請求項１２】
慣性計測装置（ＩＭＵ）（２６０）と、
ＩＭＵデータおよび前記ＧＰＳ（２６６）からのタイミング計数信号を受信するように構成され、さらに、ＩＭＵデータをタイミング計数信号と時間同期させるように構成されたコンピュータ（２６２）と、
時間同期させられたＩＭＵデータを前記コンピュータから受信するように構成された第３のメモリ装置（２６４）とをさらに含む、請求項１０に記載のレーダデータ記録および処理のシステム（２５０）。
【請求項１３】
地上局ＧＰＳ（２７０）と、
遠隔局ＧＰＳ（２７４）と、
航空機ＧＰＳのデータ、地上局ＧＰＳのデータ、および遠隔局ＧＰＳのデータを受信するように構成され、航空機ＧＰＳアンテナの位置を求めるために受信されたデータを利用するように構成された差分解法ユニット（２７８）とをさらに含む、請求項１２に記載のレーダデータ記録および処理のシステム（２５０）。
【請求項１４】
前記差分解法ユニット（２７８）が、航空機ＧＰＳアンテナの位置を約２〜５センチメートル以内で求めるように構成される、請求項１３に記載のレーダデータ記録および処理のシステム（２５０）。
【請求項１５】
航空機レーダアンテナが搭載される場所に航空機ＧＰＳアンテナが位置すると見えるように前記差分解法ユニット（２７８）から得られるデータを調整するように構成された訂正ユニット（２８０）をさらに含む、請求項１３に記載のレーダデータ記録および処理のシステム（２５０）。
【請求項１６】
前記訂正ユニット（２７８）が、航空機レーダアンテナが搭載される場所に前記ＩＭＵ（２６０）の航空機位置があると見えるように前記第３のメモリ装置（２６４）から得られるデータを調整するように構成される、請求項１５に記載のレーダデータ記録および処理のシステム（２５０）。
【請求項１７】
前記訂正ユニット（２８０）から受信したＩＭＵの場所データおよび航空機ＧＰＳアンテナの場所データに基づき、飛行中を通じてレーダアンテナの位置を求めるように構成される、請求項１６に記載のレーダデータ記録および処理のシステム（２５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してレーダシステムの試験動作に関し、さらに特定すると、レーダの正確に場所を決定するために衛星航法システム（ＧＰＳ）およびデジタル標高地図（ＤＥＭ）とレーダデータを同期することが可能なレーダ試験動作システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フライトのすべての局面での航空機の適切な航法は大部分を、その上を航空機が通過する地形および位置を求める性能に基づいている。この点について、レーダシステムなどの計測器および地図上の目標の高さを与える正確な電子的地形図の使用と組み合わせた高度計は、航空機の飛行経路の補助となる。電子的地形図はよく知られており、現在航空機の航法を補助するために使用されている。
【０００３】
パルスレーダ高度計は、その固有前縁エコー信号追跡能力に起因して優れた高度精度を実証する。パルスレーダ高度計は無線周波数（ＲＦ）エネルギーのパルスを送信し、エコーするエコーが受信され、追跡システムを使用して追跡される。レーダシステムの信号バースト間の時間間隔はパルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）と呼ばれる。バーストの頻度はパルス繰り返し周波数と呼ばれ、ＰＲＩの逆数である。
【０００４】
図１はドップラフィルタの使用による選択の結果として等ドップラ線（isodops）で例示されたドップラ効果により航空機２を示している。ドップラ構造の等ドップラ線の間の領域はスワス（swath）と称される。ドップラフィルタおよび結果として得られる等ドップラ線は当該技術分野でよく知られており、さらに詳細には説明しない。さらに、本明細書の航空機２は垂直方向速度ゼロを有すると仮定される。知られているように、もしも垂直方向速度が存在すると、ドップラ効果のメジアン８は垂直方向速度に応じてシフトする。もしも航空機２が下方向に垂直方向速度を有する場合、ドップラ効果のメジアンは図の右へとシフトする。もしも航空機２が上方向に垂直方向速度を有する場合、ドップラは図の左へとシフトする。再び繰り返すと本明細書全体の中で、説明を容易にするために垂直方向速度はゼロであることが仮定される。しかしながら、垂直方向速度が殆ど常に存在することは知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーダは航空機２からアンテナビーム１０によって境界を定められる地上区域を照射する。図１ａはドップラ効果と共にビーム１０の上面図を示しており、図１ｂは側面からビーム１０の送信を示している。特定の領域を走査するために、距離ゲートを使用して、ドップラフィルタによって作られたスワスをさらに分割する。特定のドップラスワスを走査するために、多くのレーダの距離ゲートは並列に動作する。各分割された領域への距離が求められると飛行経路の下の地形の輪郭を表す記録が作り出される。電子的地図が輪郭記録と共に使用されることで電子的地図上で航空機の位置を求める。このシステムは、含まれるすべての部品ならびに地形領域を網羅するために必要とされる多数の距離ゲートを伴って極めて複雑である。結果として、このシステムで必要とされる計算は極めて大規模になる。
【０００６】
複雑さに加えて、特定の地上領域もしくは目標までの距離の精度および確度は航空機搭載レーダプロセッサを使用して達成されなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様では、飛行試験のレーダデータを利用してレーダシステムを試験するための方法が提供される。この方法は、測定されたレーダデータをＧＰＳに基づく時間マーカと時間同期させるステップ、時間同期させられたレーダデータの少なくとも一部を記憶するステップ、およびＧＰＳデータを記憶するステップを含む。本方法はさらに、記憶されたＧＰＳデータを処理することでレーダデータを受信したアンテナの物理的位置と対応させるステップ、レーダモデルを供給するステップ、および処理されたレーダモデルデータを記憶されたレーダデータと比較するステップを含む。
【０００８】
別の態様では、レーダデータ記録および処理システムが提供される。このシステムは、少なくとも１つのタイムマーク信号および少なくとも１つのタイミング計数信号を供給するように構成される航空機ＧＰＳ、メモリ装置、およびデータフォーマッタを含む。データフォーマッタはレーダデータのサンプルをデジタル化し、デジタル化されたレーダデータを、タイムマーク信号およびタイミング計数信号を使用してＧＰＳデータと時間同期させ、レーダデータ、タイムマーク信号、およびタイミング計数信号に関連する制御ワードを作り出し、制御ワードおよびデータストリーム内のレーダデータを記憶のために前記メモリ装置に収納するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
航空機２の下の地形的特徴に関して航空機２を操縦するためのドップラレーダ／干渉計の組合せが本明細書で説明される。ここで使用されるように航空機はレーダシステムを組み入れることが可能なすべての飛行プラットホームを識別するために用いられ、限定はされないがジェット機、飛行機、無人の航空輸送手段、ミサイル、および誘導兵器を含む。レーダはまた、本明細書でしばしばデジタル標高地図（ＤＥＭ）と称される電子的地図を伴って航空機２の位置を求めるように機能する。航空機２の高度の決定に加えて、航空機２に最も近い地上の目標のＸＹＺ場所が特定の地形領域内の航空機２に関して求められることが可能である。航空機２が図１ａおよび１ｂに示されるように地形の上を飛んでいるとき、地図に従って航空機２の位置を求めることは重要である。ドップラフィルタおよび距離ゲートは送信アンテナからの送信ビーム１０と共に使用される。
【００１０】
一般的な高度距離追跡レーダでは、送信されたエネルギーが表面から反射されて戻される時間を測定することによって距離が測定され、表示される。図２を参照すると、レーダの送信器は送信パルス２０で示されるように所定の繰り返し速度で電磁エネルギーのバーストをアンテナから繰り返し送り出す。航空機の高度の関数である時間遅延の後に続いて、受信器に給電する受信アンテナによって地面反射パルス２２が受信される。地面反射２２の少なくとも一部を観測するために追跡レーダによって距離ゲート３０が利用される。
【００１１】
図３を参照すると、３つの受信アンテナ、すなわちアンテナＲ（右）４２、アンテナＬ（左）４４、およびアンビギュオウス（ambiguous:不確定、あいまい）アンテナ（Ａｎｔ  Ａｍｂ）４６が情報を受信するために使用される。３つのアンテナと共に、下記で左、右、および不確定とそれぞれ称される３つの処理チャネルがそれぞれ受信器、データ収集装置、距離ゲート、およびフィルタを有する。本明細書で述べられる処理と共に、３つのアンテナシステムの使用は最も近い目標の不確定の検出角度に対する解答を与える。不確定の検出角度は、送信されるＲＦ周波数の波長よりも長いアンテナ間隔のせいである。３つのエコーを受信することによって、処理システムは地上の最も近い目標の確定的な場所を求めることが可能であり、それが今度は機体座標内の航空機２の位置を場所特定するために利用される。機体座標は通常、既知のシステムによって求められる位置決めよりも好ましいが、なぜならばそれらのシステムは航空機２の機体が飛行線と整列しているかのように位置を決めるからである。航空機２はピッチング、ローリング、およびヨーイングをする傾向があるので、航空機２の機体は必ずしも飛行線と整列しているわけではない。
【００１２】
具体例では、処理システム（下記で説明）と共にアンテナＲ４２は、航空機２がスワス１４からスワス１２へと通過し終える前にスワス１２（図１に示される）内の最接近点４８までの距離をおおまかに求める針路距離探査を提供する。最接近点４８の決定は広帯域幅で高速の追跡ループによって実行され、それはスワス領域１２内の最接近点４８までの距離を迅速に求める。最接近点４８はアンテナＬ４４およびアンビギュオウスアンテナ４６を使用する追跡ループのための出発点を提供する。追跡ループは送信アンテナからのエコーを追跡するように距離ゲートを制御する。前の針路距離決定に基づいた最接近点４８の正確な距離にアンテナＬ４４とアンビギュオウスアンテナ４６に関する距離ゲートを設定するために狭帯域幅で高精度のプロセッサが使用される。３つの受信アンテナおよびそれらに付随する処理チャネルの操作は航空機２の真下のドップラスワス１４内の最も近い目標に距離ゲートの迅速かつ正確な設定を与え、それにより位相差が測定可能となり、３つのアンテナ間の既知の離間５０に加えて目標４８への直交距離が求められる。この直交距離は、目標４８への水平方向でかつ航空機２の機体座標に対して垂直の距離である。
【００１３】
図３は図面に入る方向に移動している航空機２を伴った風景を示している。時間間隔の位相比較時に、左、右、およびアンビギュオウスチャネルのドップラフィルタが航空機２の下の（図１に示される）スワス１４を選択するように設定される。さらに、両方の距離ゲートが前に求められた最も近い目標４８に直接向かう距離に設定される。この距離から、アンテナＲ４２はＲ１の距離で目標４８から信号を受信し、アンビギュオウスアンテナ４６はＲＡの距離で目標４８から信号を受信し、アンテナＬ４４はＲ２の距離で目標４８から信号を受信し、ここで距離の差は３つのアンテナの間のアンテナ離間５０の関数である。いったんエコー信号が受信されると、位相プロセッサ（以下に説明される）がＲ１とＲＡ、Ｒ２とＲＡ、およびＲ１とＲ２間の位相差を比較する。図に例示されるように、正確な距離差（Ｒ２−Ｒ１）、（ＲＡ−Ｒ１）、および（Ｒ２−ＲＡ）が位相差から出され、航空機機体座標内で目標４８への正確な直交距離を求めるために単純な三角法の関係式が使用される。
【００１４】
図３に例示されるように、距離差（Ｒ２−Ｒ１）、（ＲＡ−Ｒ１）、および（Ｒ２−ＲＡ）が求められた後、アンテナ間隔５０が分かって距離Ｒ１が測定されると、航空機機体座標内で直交距離（Ｙ）と垂直距離（Ｚ）もまた計算されることが可能である。それぞれのスワスで最も近い目標４８の正確な場所が求められ、それによって電子的地図上で航空機２を正確に場所特定する電子的地図との相互関係が示され得ることが重要である。例えば、通常の高速航空機巡航速度で、妥当なサイズのドップラフィルタを備えて構成されたレーダは、１５２４ｍ（５０００フィート）の高度で約３ｍ（１０フィート）のスワス幅を有する。そのとき、結果的に生じるＲ１と垂線２７の交差によって形成される入射角は３度未満程度である。基本的な三角法の関係式は、レーダの距離ゲートで測定した距離Ｒ１に通常の誤差（例えば１％）を伴うとしても（高度１５２４ｍ（５０００フィート）で１５．２４ｍ（５０フィート））、正確なアンテナ間隔５０、および正確な距離差（Ｒ２−Ｒ１）、（ＲＡ−Ｒ１）、および（Ｒ２−ＲＡ）を知ると、直交距離（Ｙ）は直面する極めて小さい入射角のせいで正確である。
【００１５】
図４は機体座標系を例示している。機体座標系は航空機機体２に関した座標系である。ｘ軸Ｘｍは航空機機体２の機首を通り抜ける軸である。ｙ軸ＹｍはＸｍから９０度であり、かつ航空機機体２の右に向かって正の軸である。ｚ軸ＺｍはＸｍとＹｍの両方から９０度であり、かつ航空機機体２の底部に垂直の軸である。航空機の操縦に関すると、正のローリングは右翼の落下方向であり、正のピッチングは機首上昇方向であり、正のヨーイングは機首右方向であり、すべて飛行線に関してである。
【００１６】
通常、航空機が航空機機体の座標と整列して飛行しないことは知られている。そのような飛行経路はしばしば飛行線と称される。したがって、ピッチング、ローリング、またはヨーイングのうちの１つまたは複数を伴って飛行しており、かつ堅固に装着されたレーダシステムを有する航空機は、機体座標内の目標の場所の判定で誤差要素を導入する。したがってレーダは通常では飛行線に関して動作するので、飛行線に関する座標系が開発され、しばしばドップラ座標系と称される。図５は航空機座標系とドップラ座標系の間の差異を例示している。ドップラ座標系のｘ軸Ｘｄは飛行線上にある。それぞれＸｄに対して直角であるｙ軸Ｙｄ、およびｚ軸ＺｄはＸｄを横切る方向、およびＸｄの上下方向として規定される。
【００１７】
したがって、もしも航空機２がピッチング、ローリング、またはヨーイングを伴わずに飛行している場合、機体座標系はドップラ座標系と揃う。正のローリングに関すると、ＸｍとＸｄはまだ揃っているが、ＹｄはＹｍよりも下に回転し、ＺｄはＺｍの左に回転する。正のヨーイングに関すると、ＸｄはＸｍの右に回転し、ＹｄはＹｍの後方に回転し、ＺｄとＺｍは揃っている。正のピッチングに関すると、ＸｄはＸｍの上方に回転し、ＹｄはＹｍと揃い、ＺｄはＺｍの前方に回転する。ピッチング、ローリング、およびヨーイングのうちの複数を有すること、および航空機機体座標内で目標の位置を求めることの複雑さは明らかである。
【００１８】
図６はドップラレーダ処理システム２００の一実施形態である。システム２００は反射されるレーダパルスを受信する３つのレーダアンテナを組み入れ、パルスはレーダ源に起源を発している。左アンテナ２０２はパルスを受信し、電気信号を受信器２０４へと転送する。受信器２０４は受信したレーダ信号をデータ収集ユニット２０６へと転送する。右アンテナ２０８は左アンテナ２０２よりもわずかに異なる時間にパルスを受信し、電気信号を受信器２１０へと転送する。受信器２１０は受信したレーダ信号をデータ収集ユニット２１２へと転送する。アンビギュオウスアンテナ２１４もやはり反射されたレーダ信号を受信し、受信した信号をサーキュレータ２１６へと送る。サーキュレータ２１６は送信信号をアンテナへと方向付け、アンテナからの受信信号を受信器２２０へと方向付けるように機能し、それにより、送信と受信の両方に単一のアンテナが使用されることを可能にする。受信器２２０は受信した信号をデータ収集ユニット２２２へと転送する。
【００１９】
データ収集ユニット２０６は左アンテナ２０２で受信された信号を表すデジタル信号を左の位相前処理ユニット２２４へと供給する。同様に、前処理ユニット２２６および２２８でデータ収集ユニット２２２および２１２それぞれから代表信号が受信される。データ収集ユニット２０６、２１２および２２２は、一実施形態では、受信された信号をサンプリングし、それにより、相対的に低速のコンピュータがデジタル化レーダデータを処理することが可能となるような速度までデータを削減するように構成される。一実施形態では、前処理ユニット２２４、２２６、および２２８はゲート測距機能を果たす。
【００２０】
位相プロセッサ２３０はアンテナで受信された左、右、およびアンビギュオウスの信号を表すゲート化され、フィルタで処理された信号を受信し、左とアンビギュオウスの信号、右とアンビギュオウスの信号、および右と左の信号それぞれの間の位相の関係を求める。目標への干渉角度を求めるために、直線距離、速度、および高度の示数と共に信号間の位相の関係が位相アンビギティー処理ユニット２３２内で使用される。機体座標プロセッサ２３３は干渉角度を利用して、例えばシステム２００を使用する航空機のＸＹＺ位置を本明細書で航空機機体座標としばしば称される現在の航空機位置に関して求める。
【００２１】
データ収集ユニット２２２から出る信号はまた、自動利得制御（ＡＧＣ）ユニット２３４でも受信される。ＡＧＣユニット２３４から出る信号は前処理ユニット２３６、２３８、および２４０へと送られる。前処理ユニット２３６から出るフィルタ処理された信号は、直線距離信号および高度情報を位相アンビギティー処理ユニット２３２に供給する距離追跡プロセッサ２４２へと送られる。前処理ユニット２３８はフィルタ処理された信号を距離検証プロセッサ２４４へと送る。前処理ユニット２４０は、ＡＧＣ２３４にフィードバック信号もまた供給する距離レベルプロセッサ２４６へとフィルタ処理された信号を送る。
【００２２】
少なくともひとつのアプリケーションにおいて、ドップラーレーダ処理システム２００は、衛星航法システム（ＧＰＳ）に対し代替を与えるために構成されている。既知の少なくとも幾つかのＧＰＳシステムは妨害され、そのために位置のナビゲーションおよび位置の正確な決定に役立たないシステムを提供していることは知られている。しかし、ＧＰＳシステムは精度ために注目されている。ＧＰＳ用のレーダ交換を提供するために、このようなレーダシステム、例えばシステム２００の精度は、試験されなければならない。
【００２３】
レーダシステム設備を試験する既知の方法は、飛行試験中に記録され且つ観測されるデータに基づいて飛行試験を行いそしてレーダ性能を分析することを伝統的に含む。飛行の後に、レーダと飛行試験に対して調整され、そして分析が繰り返される。分析、調整、飛行試験は、レーダシステム設備が最適化されていると考慮されるまで繰り返される。しかし、飛行試験は高価であり、反復される飛行試験は非常に高価であるばかりでなく幾分有効ではないと考えられている。
【００２４】
図７はレーダデータ、および他のセンサシステムから入るデータの収集および分析のためのレーダデータ記録および処理システム２５０のブロック図である。一回の飛行から収集されたデータが分析を実施するために使用され、最適と考えられ、かつＧＰＳシステムのそれと同等もしくは優れた性能を提供するために一回の調節がレーダシステム上で実施される。レーダデータ記録および処理システム２５０は、以下で述べられるように航空機ベースの機器２５２および地上ベースのその他の機器を含む。航空機ベースの機器２５２に関すると、（図６で説明されたレーダシステム２００と同様もしくは等価的に）レーダ２５４が処理されていないレーダデータをデータフォーマッタ２５６に供給する。データフォーマッタ２５６はレーダデータをデジタル化するように構成され、一実施形態では、データフォーマッタ２５６は１００ＭＨｚのレートで一度に３つのレーダチャネルから入るサンプルをデジタル化するように構成される。特定の実施形態では、記録するために充分に低いレートで帯域幅を保つために、全レーダデータサンプルのうちの２５％がメモリクラスタ２５８の中に記録される。サンプリングされたデータはデータフォーマッタ２５６によって３２ビットのワードへとフォーマットされ、記録のために複数の出力チャネルへと分割される。
【００２５】
一実施形態では、慣性計測装置（ＩＭＵ）２６０が航空機の速度、時間、および姿勢（ピッチング、ローリング、およびヨーイング）データをコンピュータ２６２へと供給し、それがＩＭＵ２６０から得た航空機の速度、時間、および姿勢のデータをハードディスクメモリ２６４に記憶するためにフォーマットする。コンピュータ２６２はまた、航空機ＧＰＳ２６６からタイミング計数信号を入力として受信し、それがＩＭＵデータをＧＰＳデータと時間同期させるために利用される。ＩＭＵ２６０に加えて、他のデータ源がハードディスクメモリ２６４への記憶のためにコンピュータ２６２にデータを供給することが検討される。付け加えると、これら他のデータ源（図示せず）は、コンピュータ２６２およびメモリ２６４と同様であるが別のコンピュータおよびメモリを利用して同期をとられ、フォーマットされ、かつ記憶される飛行データを供給する可能性がある。限定はされないが、他のデータ源の例はフライトビデオレコーダ、電気信号のオシロスコープ読み取り、エアデータレコーダ、あるいはいずれかの他のタイプの飛行データ源、またはレーダ２５４から得られるデータと同期をとられるデータを供給することが可能なデータ源を含む。
【００２６】
さらに、航空機の機器２５２は航空機ＧＰＳ２６６を含み、それは航空機ＧＰＳアンテナで受信された位置（緯度、経度、および高度）および時間のデータを供給するように構成される。一実施形態では、位置と時間は０．１秒の速度で供給される。ＧＰＳ２６６はさらにタイミングマーク信号を供給し、それが１つは直接データフォーマッタ２５６に向かい、他方でコンピュータ２６２を通り、レーダ２５４からのデータとＩＭＵ２６０からのデータを時間同期させることに役立つ。ＧＰＳ２６６からのデータはメモリ２６８内に記憶される。
【００２７】
適切な分析のために、フォーマットされて記憶されたレーダデータはＩＭＵ２６０からのデータおよびＧＰＳ２６６からのデータと時間同期させられる必要がある。この時間同期に対応するために、データフォーマッタ２５６はメモリ２５８への記憶のために、レーダデータと共にデータストリーム内にまたフォーマットされてセットされる制御ワードを発生するように構成される。さらに、ＧＰＳ２６６は毎秒１パルスの個別のタイミングマーク信号、および各タイミングマークのタイミング計数信号を出力し、それらは制御ワード生成に使用される。上述したように、データフォーマッタ２５６はこれらの信号を受信し、データストリーム内で信号が発生する時間にそれらの信号のための制御ワードを発生する。次の１秒マークの前に、ソフトウェアインターフェースを通じてレーダデータがフォーマッタ２５６に書き込まれることで最後のタイムマークが何時であったかを示す制御ワードを生成する。２つのタイミング信号は記憶されたデータストリーム内で各データポイントの確かな時間の判定を可能にする。特定の実施形態では、データフォーマッタ２５６とメモリ２５８はデータポートの利用を通じて最大で毎秒９２ＭＢのレーダデータを記録することが可能である。
【００２８】
飛行試験の後、メモリ２６４、２５８、および２６８に記憶されたデータは、例えば地上ベースのコンピュータを使用して分析される。一実施形態では、ＧＰＳ２６６からのデータは約１５メートルの精度であると考えられる。精度を向上させるために、地上のＧＰＳ２７０からのデータが収集され、メモリ２７２内に記憶される。一実施形態では、地上のＧＰＳ２７０からのデータは０．１秒のデータレートで地上局から入る位置と時間のデータを含む。さらに、一実施形態では、遠隔局から１５秒のデータレートで位置と時間の情報を提供するために遠隔ＧＰＳ２７４がインターネット２７６を通じてアクセスされる。３つのＧＰＳシステム、すなわち航空機ＧＰＳ２６６、地上局ＧＰＳ２７０、および遠隔ＧＰＳ２７４すべてからのデータは、航空機ＧＰＳのアンテナの「真の」ＧＰＳ位置を発生することが可能な差分解法ユニット２７８へと加えられる。一実施形態では、差分解法ユニット２７８は、約２〜５センチメートルの精度でＧＰＳアンテナの位置が求められるように構成される。
【００２９】
レーダ測定は１つまたは複数のレーダアンテナを使用して為される。しかしながら、レーダ性能を確認するために、本明細書でしばしばレーダデータもしくはレーダ飛行試験データと称されるレーダ測定値はレーダモデルからのデータと比較される。レーダモデルデータはデジタル標高地図（ＤＥＭ）を横断してモデルを「飛行させること」によって作り出される。レーダモデルは実際のレーダ、例えばレーダシステム２００の性能をシミュレートする。その結果、飛行試験時にＩＭＵ２６０から導き出され、メモリ２６４に記憶された航空機の姿勢がレーダモデル（下記で述べられる）に入力されることでそのモデルが、例えば記録されたローリング操作について実際のローリング操作時に実際のレーダが行うのと同じ方式でその実行を変えることを可能にする。
【００３０】
記録された飛行試験のＧＰＳ位置のデータは飛行試験時と同じ経路に従ってＤＥＭを横断してモデルを導くために使用される。ＩＭＵ２６０、およびその他の航空機のセンサおよび装置は、概して、航空機上でレーダアンテナからある程度の距離で配置される。他のシステム、例えばＧＰＳ２６６からのデータを使用してレーダ性能を正確に分析するために、訂正ユニット２８０はレーダアンテナとＧＰＳアンテナの間の間隔の物理的測定値に基づいて、あたかもＧＰＳアンテナの位置がレーダアンテナのそれと同等の位置に配置されたかのようにＧＰＳ測定値を調整するように構成される。同様の調整が他のセンサからの測定データについて為される。図７に示された実施形態では、メモリ２６４から得られるＩＭＵデータは、ＩＭＵ２６０とレーダ２５４用アンテナの間の物理的距離に基づいてＩＭＵ測定データを調整するように構成される訂正ユニット２８０にもやはり受信される。
【００３１】
訂正されたセンサデータ、すなわちレーダアンテナからの距離に基づいて調整されたセンサデータは、訂正されたＧＰＳ位置と訂正されたＩＭＵ姿勢をデジタル標高地図２８４データを横断して「飛行する」レーダモデル２８２への入力として供給するために利用される。レーダモデル２８２は、少なくとも飛行時に測定されるピッチング、ローリング、およびヨーイングに基づいて飛行時のレーダ性能とデータの正確なシミュレーションを提供する。飛行試験時にレーダ性能をシミュレートするレーダモデル２８２は地図を横切る記録されたＧＰＳ経路に従うことによって飛行試験時にとられる同じ正確な経路にわたって効果的にデジタル標高地図を横断して飛行させられる。その結果、レーダモデル２８２は記録されたレーダデータと比較または相関付けされることが可能なシミュレートされたレーダデータファイルを提供する。ＤＥＭおよびレーダモデル２８２によって与えられたデータは記録されたＧＰＳ入力と共に、レーダシステム性能の確認のための「真実解明」システムを形成する。レーダプロセッサ２８６はメモリ２５８内に記憶された時間同期データを含むレーダデータをメモリ２６４から得られるＩＭＵデータと共に利用することで時間、Ｘ、Ｙ、およびＺ機体座標内の測定された位置、および高度を含むレーダファイルを生成するように構成される。このレーダファイルはレーダモデル２８２によって作成されたシミュレートされたデータと比較され、それが、例えば飛行時に遭遇する乱気流を訂正する。レーダファイルとレーダモデル２８２から得られるデータの比較はレーダシステム性能の確認を提供する。
【００３２】
図８は、図７で上述したような収集されたレーダ飛行試験データおよびレーダモデルデータを使用してレーダシステムの精度を求めるための方法を例示するフロー図３００である。そのような方法はしばしば本明細書の中で地図相関アルゴリズムと称される。一実施形態では、地図相関アルゴリズムは３つのファイルを必要とする。レーダデータファイル３０２はコンピュータ（やはり図示せず）のメモリ内に記憶され、（図６に示された）上述のレーダシステム２００によって為された測定に基づいて作成され、（図７に示された）試験構成２５０を使用して収集される。レーダデータファイル３０２は時間刻印されたＸ、Ｙ、およびＺ機体座標および高度であるレーダデータ試験地点を含む。下記でさらに説明されるようにレーダデータ試験地点は、記録されたＧＰＳ位置データおよび記録されたＩＭＵ姿勢データに基づく経路に沿ってレーダモデル２８２がデジタル標高地図（ＤＥＭ）ファイル２８４の要素を処理するときにレーダモデル２８２によって作り出されるＸ、Ｙ、Ｚおよび高度と比較される。レーダデータファイル３０２内に記憶されたＸ、Ｙ、およびＺ機体座標は特定の時点に、例えばレーダ２００によって受信されたレーダエコーに基づいて算出された機体座標である。
【００３３】
デジタル標高地図（ＤＥＭ）２８４（やはり図７に示されている）は、通常では他の団体によって提供される地図である。１つのそのような例は地形の区域に関する緯度、経度、および標高値を与える政府関連機関を通じて供給される地図である。ＤＥＭは基本的に小さい格子に分割され、それは使用者が地形の区域内の最も高い地点を見つけることを可能にする。
【００３４】
ＧＰＳファイル３０６は飛行試験時に収集されるＧＰＳデータを使用して生成され、飛行試験はまた、レーダデータが収集されるときである。ＧＰＳファイル３０６は（図７に関連して上述したような）ディファレンシャルＧＰＳ情報をさらに含む可能性がある。通常、ＧＰＳファイル３０６は時間刻印された緯度、経度、および標高を含む。知られているＧＰＳシステムでは、レーダシステムによるデータ収集のレート未満のレートでデータが収集され、したがってレーダデータファイル３０２は通常、ＧＰＳファイル３０６よりも多数のデータポイントを有するであろう。補償のために、ＧＰＳファイル３０６は下記で述べられるように補間を受ける。
【００３５】
一実施形態では、レーダデータファイル３０２はノイズを削減するために場合によって設けられるローパスフィルタ３０８、および処理時間を短縮するためのデータ・デシメーションユニット３１０を利用して処理される。代替選択肢となる実施形態では、ローパスフィルタ３０８とデータ・デシメーションユニット３１０のうちの一方または他方を利用してレーダデータファイル３０２が処理される。さらなる代替選択肢の実施形態では、レーダデータファイル３０２の処理は存在しない。ローパスフィルタ３０８を利用する実施形態では、フィルタはファイル３０２内のデータを平滑化する傾向を有するであろう。デシメーションユニット３１０を利用する実施形態では、比較のサイズが下げられる。比較サイズの縮小は、通常、処理スピードの必要条件を下げるために為される。それゆえに或る種の実施形態では、レーダデータファイル３０２の要素はＧＰＳファイル３０６内の要素よりも短い時間分解能である。言い換えると、レーダデータファイル３０２内にはＧＰＳファイル３０６内よりも多くのサンプルが存在する。その補償のために、ＧＰＳデータが各データポイントの間で補間を受ける（３１２）ことでレーダデータファイル３０２内に存在するそれと同じ量のデータポイントを生成する。一実施形態では、ＧＰＳファイル３０６内に追加のデータポイントを生成するために直線近似補間法が使用され、それにより、２つのファイル（３０２と３０６）の中の要素もしくはデータポイントの数が等しくなる。補間の後に、レーダのデータポイントを入手可能なすべての時間についてそれに対応するＧＰＳポイントが存在するであろう。通常、ＤＥＭファイル２８４はそのまま受容可能であり、したがって補間もしくはその他の処理を必要としない。
【００３６】
ＧＰＳファイル３０６の中に追加のデータポイントを生成するための補間３１２の結果はＤＥＭファイル２８４内のすべてのデータポイントについて機体座標Ｘ、Ｙ、およびＺの値を生成する（３１４）ために使用される。言い換えると、ＤＥＭファイル２８４は、その座標系が航空機の座標系へと移されるように変換される。ＧＰＳファイル３０６、補間３１２、および作成された機体座標は（やはり図７に示された）レーダモデル２８２の少なくとも一部を構成する。
【００３７】
いったんすべてのＤＥＭポイントが機体座標へと変換され終わると、変換されたＤＥＭデータの少なくとも一部の周りにバウンディングボックスが適用され（３１６）、それにより、レーダデータファイル３０２に対してチェックすべきポイントの数を減少させる。バウンディングボックスの利用はレーダの飛行経路内にないＤＥＭポイントへの比較を防止し、地図相関アルゴリズムの実行に要する時間を削減する。一実施形態では、Ｘは、レーダデータファイル３０２から得られる機体座標Ｘの値を限界として使用するか、またはアンテナ角度と高度の組み合わせを使用するかのいずれかによって計算される値Ｌによって境界を決められるレーダデータファイル３０２から得られる機体座標の値である。Ｙ機体座標値の境界設定もやはり適用され（３２０）、それはＷの値を有し、スワス幅の値である。このスワス幅の値は試験下に置かれるレーダシステムのアンテナビーム幅の境界に相当するスワスの角度および高度を利用して計算される。
【００３８】
いったん境界設定が完成されると、その結果はＧＰＳデータポイントと整合するＤＥＭデータポイントの収集である。現在のＧＰＳ地点に最も近いＤＥＭデータポイントがバウンディングボックス内で求められる（３２４）。この最も近いポイントは、各々の所定の時間にレーダデータファイル３０２に対して比較される（３２６）Ｘ、Ｙ、およびＺ機体座標の値である。この比較３２６は出力ファイルに記憶され、それはレーダがどの程度良好に基準点に向かって実行していたかを示す相関をさらに提供する。そのような実施形態では、ＤＥＭファイル２８４は測定された「真」であると考えられる。特定の実施形態では、この手順はレーダファイル３０２内のすべての時間点について繰り返される。出力ファイルに記憶された値は、レーダシステム２００による正確な動作の確認のためにＤＥＭファイル２８４から得られる最も近いポイントＸ、Ｙ、およびＺに対してレーダのＸ、Ｙ、およびＺをプロットすることを可能にする。
【００３９】
図９は上述の処理を実行するために利用されるバウンディングボックス３５０を例示している。現在のＧＰＳデータポイント３５６から得られるＸ機体座標の範囲３５２のＬおよびＹ機体座標の範囲３５４のＷが示されている。別の代替選択肢の実施形態では、性能に応じて決まるが、フロー図３００に述べられる処理および装置が航空機に導入されることが可能であり、そのような相関付けがリアルタイムで達成される。付け加えると、飛行後の実施もまた考えられ、それは図７のレーダシステム２００のためのグランドの立証として役立つ。
【００４０】
上述のレーダシステム２００、レーダデータ収集２５０、およびレーダデータの処理方法３００と装置は、知られている全地球測位システムに代わるジャミングの無い代替選択肢の性能を提供および実証する。さらに、上述の処理は、現実のレーダデータの高速収集に基づいて、高精度のＤＥＭマッピングおよびＧＰＳデータに備えてレーダシステムの性能を確認することを可能にする。高速データ収集は、レーダ性能を調節するための繰り返しの飛行試験という不便を伴なうことなく、現実のレーダデータのオフライン処理、コンピュータのオフライン使用を提供する。さらに、このデータ収集と処理の技術は上述のレーダシステム２００以外のレーダプラットホームに適用されることが可能である。例えば、上述のデータ収集と処理は、１つの例であるが、レーダ高度計の性能を確認するために利用されることが可能である。
【００４１】
さらに、デジタル信号処理技術を使用すると、本レーダシステムは知られているレーダアンビギティー解決法よりも高速かつ正確な航空処理を実施することが可能である。様々な特定の実施形態の観点から本発明が述べられてきたが、特許請求項の精神および範囲の中で変更を伴なって本発明が実施される可能性があることを当業者は認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１ａ】レーダによって作られるスワスを例示する図である。
【図１ｂ】レーダ送信パターンを例示する図である。
【図２】レーダ信号波形を経時的に例示する図である。
【図３】３つのアンテナによって受信されるレーダ信号を例示する図である。
【図４】機体座標系を例示する図である。
【図５】図４の機体座標系に関してドップラ座標系を例示する図である。
【図６】レーダ信号処理システムを示すブロック図である。
【図７】レーダデータの収集および分析、他のセンサシステムからのデータのためのテスト構成のブロック図である。
【図８】デジタル標高地図（ＤＥＭ）および衛星航法（ＧＰＳ）データを利用する収集されたデータの分析を例示するブロック図である。
【図９】収集されたレーダデータに対する補償用のＤＭＡデータの範囲指定を例示するブロック図である。
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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