(57)【要約】  静止状態の下でドップラー信号をシミュレートするための方法が記述される。この方法は、反射信号周波数の整数倍数と反射信号周期の分数との和でレーダー反射信号をサンプリングするステップ（１５４）と、サンプルからベースバンド信号（１５２）を生成するステップとを含む。
2007500857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダー高度計（５０）において、静止状態の下でドップラー信号をシミュレートするための方法であって、
反射信号周波数の整数倍数と反射信号周期の分数との和でレーダー反射信号をサンプリングするステップ（１５４）と、
前記サンプルからベースバンド信号（１５２）を生成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
レーダー反射信号をサンプリングするステップが、
レーダー反射信号を中間周波数（ＩＦ）信号（１５０）にダウンサンプリングするステップと、
前記ＩＦ信号の周期の整数倍数と前記ＩＦ信号周期の分数との和で前記ＩＦ信号をサンプリングするステップ（１５４）と
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＩＦ信号（１５０）をサンプリングするステップが、
前記ＩＦ信号の周期の整数倍数と前記ＩＦ信号周期の分数との和であるデシメーション周期を受信するステップと、
前記ＩＦ信号を前記デシメーション周期でサンプリングするステップ（１５４）と、
前記ＩＦ信号サンプルからベースバンド信号（１５２）を提供するステップと
を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記反射信号周期の前記分数が、前記反射信号周期の負の分数である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記レーダー高度計（５０）が、ＩＦ信号（１５０）を受信する処理装置（６４）を含み、前記処理装置が、ベースバンドへのデシメーション機能と、デシメーション周波数論理（８６）と、レーダー高度計処理機能（８４）とを含み、前記方法が、
前記デシメーション周波数論理で、前記ＩＦ信号（１５０）の周期の整数倍数と前記ＩＦ信号周期の分数との和であるデシメーション周期を求めるステップと、
前記デシメーション周期を前記ベースバンドへのデシメーション機能に提供するステップと、
前記ベースバンドへのデシメーション機能を用いて、前記デシメーション周期で前記ＩＦ信号をサンプリングするステップ（１５４）と、
前記ＩＦ信号サンプルに基づいて、前記ベースバンドへのデシメーション機能から前記レーダー高度計処理機能にベースバンド信号（１５２）を提供するステップと
を含む請求項２に記載の方法。
【請求項６】
メモリ（７４）と、
第１の信号を変調するためのシーケンサ（６２）と、
前記変調された第１の信号を含むレーダー信号を地上に向けて送信するための、前記シーケンサに結合された送信機（６０）と、
地上から反射されたレーダー信号を受信するための受信機であって、前記受信されるレーダー信号が、前記変調された第１の信号を含む受信機（６８）と、
前記変調された第１の信号のデジタルサンプル（１５４）を中間周波数（ＩＦ）（１５０）で生成するための、前記受信機に結合されたデジタイザであって、前記ＩＦデジタルサンプルが前記メモリに記憶されるデジタイザ（７２）と、
前記メモリに結合された処理装置であって、前記記憶されたＩＦデジタルサンプルの周期の整数倍数と前記記憶されたＩＦデジタルサンプルの周期の分数との和で、前記記憶されたＩＦデジタルサンプルをサンプリングする処理装置（６４）と
を備えるレーダー高度計（５０）。
【請求項７】
前記処理装置（６４）が、
前記メモリに記憶された前記ＩＦデジタルサンプル（１５４）を受信する狭帯域フィルタ（８０）と、
前記狭帯域フィルタから、前記フィルタされたＩＦデジタルサンプルを受信するベースバンドへのデシメーション機能（８２）と、
前記ベースバンドへのデシメーション機能に、前記ＩＦ信号（１５０）の周期の整数倍数と前記ＩＦ信号の周期の選択された分数との和の周期を有する周波数で、前記狭帯域フィルタから受信される前記ＩＦデジタルサンプルをサンプリングさせるデシメーション周波数論理（８６）と、
前記ベースバンドへのデシメーション機能から受信されたベースバンド信号（１５２）に基づいて高度を求めるためのレーダー高度計処理装置であって、前記ベースバンド信号が、前記ベースバンドへのデシメーション機能によって取られたサンプル（１５４）であるレーダー高度計処理装置（８４）と
を備える請求項６に記載のレーダー高度計（５０）。
【請求項８】
前記ＩＦ信号（１５０）の周期の前記選択された分数が、前記デシメーション周波数論理（８６）でプログラム可能である請求項７に記載のレーダー高度計（５０）。
【請求項９】
前記ＩＦ信号（１５０）の周期の前記整数倍数が、前記デシメーション周波数論理（８６）でプログラム可能である請求項７に記載のレーダー高度計（５０）。
【請求項１０】
前記記憶されたＩＦデジタルサンプル（１５４）の周期の前記分数が、前記記憶されたＩＦデジタルサンプルの周期の負の分数である請求項６に記載のレーダー高度計（５０）。
【請求項１１】
レーダー高度計（５０）用のデシメーション周波数論理ユニットであって、ＩＦ信号（１５０）を受信する外部デバイスにサンプリングレートを提供するように構成され、前記サンプリングレートが、前記ＩＦ信号の周期の整数倍数と前記ＩＦ信号の周期の選択された分数との和の周期を有する周波数であるデシメーション周波数論理ユニット（８６）。
【請求項１２】
前記ＩＦ信号（１５０）の周期の前記選択された分数がプログラム可能である請求項１１に記載のデシメーション周波数論理ユニット（８６）。
【請求項１３】
前記ＩＦ信号（１５０）の周期の前記選択された分数が負である請求項１２に記載のデシメーション周波数論理ユニット（８６）。
【請求項１４】
ＩＦ信号（１５０）の周期の前記整数倍数がプログラム可能である請求項１１に記載のデシメーション周波数論理ユニット（８６）。
【請求項１５】
ゼロ反射を回避するように信号（１５０）をサンプリングするための方法であって、前記信号の周期の整数倍数と前記信号周期の分数との和で信号をサンプリングするステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ドップラー周波数を求めるためのサンプリング技法に関し、より具体的には、ゼロドップラー反射を克服するサンプリング技法を組み込むレーダー高度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
知られているパルスドップラーレーダー高度計は、処理されるデータの量を最小にするため、およびレーダー反射を正確に処理するのに必要とされる処理速度を最小にするために、受信されるレーダー反射をベースバンド周波数で処理する。そのようなレーダー高度計では、レーダー反射信号がベースバンド周波数に変換された後に、ドップラーシフト周波数のみが残る。しかし、静止状態の下では、例えば航空機が滑走路に停められているときには、ゼロドップラー周波数シフトが存在する。ゼロドップラー周波数シフトにより、ＤＣレベル信号がベースバンド処理回路に提供される。その結果、ベースバンド処理回路は、高度を求めるために利用することができるデータを提供しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
飛行前試験および較正を可能にするために、航空機が地上に静止している状態でレーダー高度計が適切に動作することが望ましい。ゼロドップラー周波数シフトの問題を修正するために他の試みが行われている。ゼロドップラー周波数シフトの問題に対する１つの知られている解決策は、ＲＦミキサ局部発振器の出力を、飛行中に通常生じるドップラーシフトの周波数にほぼ等しい信号出力を有する信号源とミックスすることを含む。しかし、この解決策は、レーダー高度計に追加のＲＦ回路を追加することを必要とし、これは、レーダー高度計にかなりの費用を追加する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、静止状態の下でドップラー信号をシミュレートするための方法が提供される。この方法は、反射信号周波数の整数倍数と反射信号周期の分数（フラクション、fraction）との和でレーダー反射信号をサンプリングするステップと、サンプルからベースバンド信号を生成するステップとを含む。
【０００５】
別の態様では、レーダー高度計が提供される。このレーダー高度計は、メモリと、第１の信号を変調するためのシーケンサと、変調された第１の信号を含むレーダー信号を地上に向けて送信するための、シーケンサに結合された送信機と、地上から反射されたレーダー信号を受信するための受信機であって、受信されるレーダー信号が、変調された第１の信号を含む受信機とを備える。また、高度計は、変調された第１の信号のデジタルサンプルを中間周波数（ＩＦ）で生成するための、受信機に結合されたデジタイザであって、ＩＦデジタルサンプルがメモリに記憶されるデジタイザと、記憶されたＩＦデジタルサンプルの周期の整数倍数と記憶されたＩＦデジタルサンプルの周期の分数との和で、記憶されたＩＦデジタルサンプルをサンプリングする、メモリに結合された処理装置とを備える。
【０００６】
さらに別の態様では、レーダー高度計用のデシメーション周波数論理ユニットが提供される。このユニットは、ＩＦ信号を受信する外部デバイスにサンプリングレートを提供するように構成され、このサンプリングレートは、ＩＦ信号の周期の整数倍数とＩＦ信号の周期の選択された分数との和の周期を有する周波数である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１に、中間周波数（ＩＦ）からベースバンド周波数へのダウンコンバージョンを例示する。そのようなダウンコンバージョンは、レーダー高度計によって受信されるレーダー反射信号に関する処理シーケンスの一部であり、時としてベースバンド周波数へのデシメーションと呼ばれる。例えば、知られているレーダー高度計では、ベースバンド周波数へのダウンコンバージョンは、通常、処理装置で、反射信号１０の周期の整数倍数の長さの周期で反射信号１０をサンプリングすることによって達成される。いくつかの高度計では、ベースバンド周波数は、それがＩＦのドップラーシフトの結果であるので、ドップラー周波数と呼ばれる。
【０００８】
図１に示されるように、反射信号１０は、４０ナノ秒よりもわずかに小さい周期を有し、すなわち、２５ＭＨｚとベースバンド（ドップラー）周波数との和の周波数である。２５ＭＨｚのＩＦ周波数を利用するレーダー高度計は、例えば、５ＭＨｚ、または２５ｋＨｚ、または１０ｋＨｚなどでサンプリングすることができる。したがって、反射信号１０に関するサンプリング間隔は、数学的には、ｎを整数として、ｎ×４０ナノ秒と表される。やはり図１に示されるように、反射信号１０は、反射信号１０の約４サイクル毎にサンプリングされる。したがって、サンプル点１２によって示されるサンプリングレートは、整数倍数の約４×４０ナノ秒、すなわち１６０ナノ秒毎であり、これは６．２５ＭＨｚのレートである。図１では、説明を容易にするために、６．２５ＭＨｚサンプリングレートが利用される。他のサンプリングレート、例えば２５ｋＨｚのサンプリングレートを使用することもでき、これは、２５ＭＨｚのＩＦ周波数の１０００サイクルに１回のサンプルである。知られているように、より低いサンプリング周波数は、信号処理をより少なくするが、しかし、エイリアシングを防止するために、サンプリング周波数は、最大期待ドップラー周波数の少なくとも２倍にすべきである。
【０００９】
反射信号１０は、例えば約１０００Ｈｚのドップラーシフトを含み、それにより反射信号１０の周波数は約２５．００１ＭＨｚになる。時として、ドップラー周波数に加えられる中間周波数は、シフトＩＦと呼ばれる。ドップラーシフトにより、反射信号１０は、反射信号１０を構成する個々のサイクルのわずかに異なる点でサンプリングされるようになる。反射信号１０のわずかに異なる点でのサンプル１２を利用して、ドップラーシフトの周波数で信号を生成する。そのような信号は、ベースバンド信号１４と呼ばれ、この信号１４は、ドップラー周波数であり、その後、例えば航空機の振幅の変化を求めるためにレーダー高度計によって処理される。
【００１０】
図２に、反射信号２０にドップラーシフトがない状態での、上の図１のサンプリングを例示する。信号２０がＩＦ周波数のドップラーシフトを含まないので、信号２０の周波数は、２５ＭＨｚの中間周波数で一定である。信号１０（図１に示される）と同様に、信号２０は、６．２５ＭＨｚのレートで、すなわち１６０ナノ秒に１回サンプリングされる。しかし、信号２０は２５ＭＨｚであり、１６０ナノ秒は、信号２０の周期（４０ナノ秒）の整数倍数であるので、サンプリング点２２は、反射信号２０の個々のサイクル内のほぼ同じ位置に生じる。したがって、そのようなサンプルから生成される信号２４はＤＣ信号であり、これは、ベースバンド周波数が生じないので、知られているレーダー高度計処理装置によって処理することができない。上述したように、信号２４は、時としてゼロ反射信号と呼ばれる。ゼロ反射信号がレーダー高度計の処理装置で受信される場合の一例は、レーダー高度計が静止しているとき、例えば航空機が滑走路に停められているときである。しかし、ゼロ反射信号は、飛行前試験および較正処置を実施するのを困難にする。
【００１１】
図３は、上述したゼロ反射信号の問題を補償するレーダー高度計５０のブロック図である。一実施形態では、レーダー高度計５０は、航空機内に組み込まれる。レーダー高度計５０は、フィルタ／ドライバ５２と、クロック５４と、温度センサ５６と、送信アンテナ５８と、送信機６０と、ドライバ６１と、シーケンサ６２と、処理装置６４と、受信アンテナ６６と、受信機６８と、ドライバ／感度範囲制御（ＳＲＣ）フィルタ６９と、中間周波数（ＩＦ）増幅器フィルタ７０と、デジタイザ７２と、メモリ７４と、送信パワーフィルタ／ドライバ７６とを含む。
【００１２】
送信機６０が、ＲＦエネルギーのパルスを、アンテナ５８を介して地上に向けて送信する。ＲＦエネルギーは、シーケンサ６２によって生成されるパルス圧縮バイフェーズ符号化形式で変調され、変調レーダー信号を生じる。送信機２０の出力パワーは、送信パワーフィルタ／ドライバ７６に結合された処理装置６４によって、閉ループの形で制御される。送信機６０の出力パワーは、低い検出確率に対して、処理装置６４によって最小にされる。
【００１３】
アンテナ６６が、地上から反射された変調レーダー信号を受信する。受信された信号は、受信機６８によって増幅されて、ＩＦにミックスダウンされ、さらに、ＩＦ増幅器フィルタ７０によって増幅されて、帯域制限される。デジタイザ７２が、図１および２に関して上述したように、受信信号をデジタル化し、デジタル化されたサンプルをメモリ７４に出力する。
【００１４】
シーケンサ６２は、現行高度遅延（処理装置６４によって求められ、内部レンジラインでシーケンサ６２に通信される）に対応する地上反射サンプルを選択し、選択されたサンプルをメモリ７４から処理装置６４に移す。次いで、処理装置６４が、レンジ内で、サンプルの次の組をより近付けて取るべきか遠ざけて取るべきかを判定し、新たな内部レンジコマンドを生成する。その結果、閉ループの高度追跡サーボが得られ、したがって、高度が変化するときに、処理装置６４が、レンジ追跡エラーの尺度を生成し、これを使用して、シーケンサ６２にフィードバックされる内部レンジコマンドを変える。処理装置６４は、内部レンジから出力高度を生成する。一実施形態では、処理装置６４は、デシメーション周波数論理を含み、これは、ドップラーシフトを含む場合があるＩＦ周波数をベースバンド周波数までダウンサンプリングする際に利用される。
【００１５】
図４は、処理装置６４の部分ブロック図である。上述したように、処理装置６４は、デジタル化されたＩＦ周波数の選択されたサンプルをメモリ７４から受信し、さらに、クロック信号を受信する。処理装置６４は、狭帯域フィルタ８０と、ベースバンドへのデシメーション機能８２と、レーダー高度計処理機能８４と、デシメーション周波数論理８６とを含む。サンプルがメモリ７４から受信されると、狭帯域フィルタ８０は、サンプルから雑音を除去し、このサンプルが、ベースバンドへのデシメーション機能８２に渡される。ベースバンドへのデシメーション機能８２は、デシメーション周波数論理８６からデシメーション周期を受信し、生じ得るゼロドップラー反射を補償するベースバンド信号を提供して、レーダー高度計処理機能８４による高度処理を可能にする。生じ得るゼロドップラー反射を補償するために、デシメーション周波数論理８６は、ベースバンドへのデシメーション機能８２に、中間周波数の周期の整数倍数と中間周波数の周期の選択された分数との和の周期を有する周波数で、狭帯域フィルタ８０から受信されるＩＦデジタルサンプルをサンプリングさせる。
【００１６】
さらに、デシメーション周波数論理８６の動作が一例によって例示されている。最大期待ドップラー周波数が約１２ｋＨｚである場合、ベースバンドへのデシメーション用に２５ｋＨｚサンプリング周波数を利用することができ、これはエイリアシングを防止する。２５ＭＨｚのＩＦ周波数では、周期が４０ナノ秒であり、１サイクルにつき４個の１０ナノ秒サンプルが存在する。２５ｋＨｚのサンプリング周波数では、周期が４００００ナノ秒であり、１サイクルにつき４０００個の１０ナノ秒サンプルが存在する。しかし、デシメーション周波数論理８６は、１つの説明的な例では、ＩＦ周波数のサンプル間に別途の１０ナノ秒遅延を追加することによってサンプリングレートを変化させる。別途の１０ナノ秒遅延の追加は、デシメーション周期を４００１０ナノ秒（約２４９９３Ｈｚ）に変え、すなわち、ＩＦ周波数の４０００周期よりもわずかに大きい周期毎に１サンプルである。デシメーション周波数論理８６は、一実施形態では、ＩＦ信号の周期の他の分数を利用することができるようにプログラム可能であり、例えば、約２４９８１Ｈｚのサンプリングレートのために、ＩＦ周波数のサンプル間に３０ナノ秒遅延を追加する。
【００１７】
中間周波数のサンプル間の遅延を低減することによる他の実施形態も存在する。そのような実施形態は、本明細書では、反射信号周波数の整数倍数への反射信号周期の負の分数の追加と呼ぶ。例えば、上述した２４９９３Ｈｚでのサンプリングではなく、３９９９０ナノ秒へのデシメーション周期の短縮は、サンプリング周波数を約２５００６Ｈｚにして、同様の結果を提供する。サンプリング周期の他の分数の短縮も、サンプルから信号を生成させ、例えば３９９７０ナノ秒へのデシメーション周期の短縮は、サンプリング周波数を約２５０１８Ｈｚにする。
【００１８】
デシメーション周波数論理８６によってサンプリングレートを調整することによって、レーダー高度計５０（図３に示される）はゼロドップラー反射を補償することができ、その際、調整されたサンプリングレートにより、非ゼロベースバンド周波数がレーダー高度計処理機能８４に提供され、機能８４が次いで、知られている高度処理技法の利用によって、レーダー高度計５０が設置されている乗物の高度を求める。変えられたデシメーション周期に加えてドップラーシフトを含むＩＦ周波数のサンプルの処理では、レーダー高度計処理装置８４は、レーダー高度計５０を組み込む乗物の高度を求める際に実際のドップラー周波数が利用されるように、変えられたデシメーション周期に起因する周波数を差し引くように構成される。
【００１９】
図５に、ゼロドップラー状態での、例えばレーダー高度計５０（図３に示される）における中間周波数（ＩＦ）信号１５０からベースバンド周波数へのダウンコンバージョンを例示する。上述したように、レーダー高度計５０は、処理装置６４（図４に示される）を組み込む。処理装置６４に関して、より詳細にはデシメーション周波数論理８６（図４に示される）に関して上述したように、ベースバンド信号１５２は、ゼロドップラー状態の下で、ＩＦ信号１５０の周期の整数倍数とＩＦ信号１５０の周期の慎重に選択された分数との和の周期を有する周波数でＩＦ信号１５０をサンプリングすることによって生成される。生じるベースバンド周波数（例えば信号１５２）は、実際のドップラーオフセットの周波数からずれる。
【００２０】
デシメーション周波数論理８６の動作を、以下の例でさらに説明する。選択されたＩＦ信号１５０の分数周期とＩＦ信号１５０の整数倍数との和が、２．９ｋＨｚベースバンド信号１５２をもたらす。したがって、ゼロドップラー状態の下では、ベースバンド信号１５２を構成するサンプル１５４は、信号１５２を２．９ｋＨｚの周波数にする。例えば１０００Ｈｚのドップラーシフトが生じるとき、ベースバンド信号１５２を構成するサンプル１５４は、３．９ｋＨｚ信号をもたらす。レーダー高度計５０およびデシメーション周波数論理８６に関して上で説明したように、ＩＦ信号１５０のサンプリング周波数へのオフセットの提供は、ゼロドップラー状態の下で信号１５２の非ゼロベースバンド周波数をもたらし、航空機が地上に静止した状態でレーダー高度計５０を操作できる性能を提供する。
【００２１】
静止した状態でのレーダー高度計の動作を可能にする性能は、以前には達成されていない飛行前試験および較正処置を簡単にする。知られているゼロドップラー補償技法に勝る上述した改良は、知られているゼロドップラー補償技法の場合のように費用がかかり複雑なＲＦ回路の追加を必要とせずに、レーダー高度計５０がこれらの性能を提供できるようにする。
【００２２】
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、特許請求の範囲の精神および範囲内で修正を加えて本発明を実施することができることを当業者は理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】サンプリングによる中間周波数（ＩＦ）からベースバンド周波数へのダウンコンバージョンを例示する図である。
【図２】ＩＦ信号にドップラーシフトが存在しない場合の、上の図１のＩＦ信号のサンプリングを例示する図である。
【図３】レーダー高度計のブロック図である。
【図４】図３のレーダー高度計の、デシメーション周波数論理を含む処理部分のブロック図である。
【図５】図４のデシメーション周波数論理に基づく、ゼロドップラー状態の下でのベースバンド信号の生成を例示する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2007500857.tif 000009