(57)【要約】  レーダ高度計（５０）に前方測距法を持たせる方法が記載される。この方法では、レーダ信号の副ローブ（２４）がアンテナから前方に放射されるように高度計のアンテナを配置し、副ローブのレーダエコーを処理して前方対象物（３０）までの距離を決定する。
2007516430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ信号の副ローブ（２４）が進行の前方方向にアンテナ（７２）から放射するように高度計のアンテナを配置するステップと、
して前方の対象物（３０）までの距離を決定するために副ローブのレーダエコーを処理するステップと、
を有するレーダ高度計（５０）に前方測距標識を組み込む方法。
【請求項２】
さらに、負のドップラエコーを減衰させるステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記処理するステップは、
正のドップラシフトを含むレーダエコー信号を処理するように制限されたドップラフィルタ（１０６）に前記レーダエコーを供給するステップと、
ビークルの速度と迎え角の少なくとも一部に基づいてレーダエコーを処理するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記供給するステップはドップラフィルタ（１０６）を帯域選択係数で構成するステップを有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
さらに、ビークルの速度と前方対象物までの検出距離の少なくとも一部に基づいて前方対象物に衝突するまでの時間と警報信号を与えるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
実質的にフライトラインに整列した少なくとも１つの副ローブ（２４）を有する信号を送信する、レーダ信号を送受信する少なくとも１つのアンテナ（６０、７２）と、
レーダエコーから高度を決定する距離追跡チャンネル（５４）と、
レーダエコー信号を受け取り、正のドップラシフトを与える副ローブからのレーダエコー信号を処理するように誓願された前方警報ユニット（５２）と、
を備えるレーダ高度計（５０）。
【請求項７】
前記前方測距ユニットは、
レーダエコー信号を受け取る距離ゲート兼相関器（１００）と、
前記距離ゲート兼相関器の出力を受け取る相関帯域通過フィルタ（１０２）と、
前記相関帯域通過フィルタの出力をドップラ周波数にダウンサンプリングするベースバンドＩ／Ｑミキサ（１０４）と、
前記ベースバンドＩ／Ｑミキサの出力をフィルタリングするドップラ帯域通過フィルタ（１０６）と、
含む、請求項６に記載のレーダ高度計（５０）。
【請求項８】
前記ドップラ帯域通過フィルタ（１０６）は正のドップラシフトを与える副ローブ（２４）からのレーダエコー信号に制限する、フィルタ係数（１１２）をさらに含む、請求項７に記載のレーダ高度計（５０）。
【請求項９】
前記前方警報ユニット（５２）は、負のドップラシフトによりレーダエコー信号を抑制する、請求項６に記載のレーダ高度計（５０）。
【請求項１０】
さらに前記ドップラ帯域通過フィルタ（１０６）の出力に基づいて警報信号（１１０）を与える、前方プロセッサ（１０８）をさらに備える、請求項７に記載のレーダ高度計（５０）。
【請求項１１】
レーダエコー信号を受け取る距離ゲート兼相関器（１００）と、
前記距離ゲート兼相関器の出力を受け取る相関帯域通過フィルタ（１０２）と、
前記相関帯域通過フィルタの出力をドップラ周波数にダウンサンプリングするベースバンドＩ／Ｑミキサ（１０４）と、
前記ベースバンドＩ／Ｑミキサの出力をフィルタリングするドップラ帯域通過フィルタ（１０６）とを備え、
正のドップラシフトを与える副ローブ（２４）からのレーダエコー信号をドップラ帯域通過フィルタにフィルタリング処理するように制限されている、
前方警報ユニット（５２）。
【請求項１２】
前記ドップラ帯域通過フィルタ（１０６）は、正のドップラシフトを与える副ローブ（２４）からのレーダエコー信号を前記ドップラ帯域通過フィルタにフィルタリングするように制限するフィルタ係数（１１２）を含む、請求項１１に記載の前方警報ユニット（５２）。
【請求項１３】
前記フィルタ係数（１１２）は、前記ドップラ帯域通過フィルタ（１０６）に負のドップラシフトによりレーダエコー信号を抑制させる、請求項１１に記載の前方警報ユニット（５２）。
【請求項１４】
前記ドップラ帯域通過フィルタ（１０６）の出力に基づいて警報信号（１１０）を与える前方プロセッサ（１０８）をさらに備える、請求項１１に記載の前方警報ユニット（５２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してレーダ高度計に関し、特に前方測距能力を備えたレーダ高度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
フライトの全段階において航空機の適切な航法を行うには通過中の地勢を決定する能力に大きな範囲で依存しており、さらに航空機の位置を決定する能力に基づいている。これに関して、航空機の計器類、センサ、レーダシステム、特にレーダ高度計が正確な電子地勢図と併用される。電子地勢図は地図上の対象物の高さを提供し、レーダ高度計と併せて航空機の航路の計画およびフライトを支援する。
【０００３】
したがって、レーダ高度計は一般に航空機内に実装される。典型的にレーダ高度計では、電磁エネルギーパルスを規則的な間隔でアンテナに供給し、アンテナからそのエネルギーを伝送ビームの形態で地表に放射する。レーダからの伝送ビームは、伝送ビームを反射するエリアを「照射する」または「描く」と時々言われる。アンテナの構成に基づいて、伝送ビームは主ローブと主ローブから角度をもって分離した１以上の副ローブで構成される。
【０００４】
さらに、レーダ高度計は、エコー、リターン信号とも呼ばれるエコー（リターン）パルスを受信する受信機を備える。エコーパルスは地表から反射してきた伝送ビームであり、受信アンテナで受信される。レーダ高度計のなかには送受信用のアンテナを利用するものも知られている。また、送信パルスとその関連するエコーパルス間の時間間隔を測定する閉ループ式サーボ追跡装置もレーダ高度計の一部を構成している。送信パルスとエコーパルスの時間間隔は航空機の高度に直接関係する。
【０００５】
しかし、ある地勢への制御されたフライトに依然として問題がある。例えば、航空機は非常に低い高度で飛行することが時々要求される。低い高度で飛行することは、一定の地勢形態が通常のフライト高度の場合のように航空機の下方で安全であるよりは、航路に航空機の直ぐ前方にある確率を増す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に既知の航空機に使用されるレーダ高度計は航路上の対象物を検知することができない。このような対象物として例えば、高層ビルや崖壁がある。レーダ高度計が搭載された航空機の場合、高度は決定可能であるが、例えば高価な走査レーザレーダが装備されているような場合を除いて、前方の対象物を識別できない。また、航空機に走査レーザレーダが装備されている場合でも雨や霧や煙のひとつ以上に遭遇すると往々にして効果がなくなるといった問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様において、レーダ高度計に前方測距構造を持たせる方法が提供される。本方法では、レーダ信号の副ローブがアンテナから前方向に放射するように高度計のアンテナを位置決し、副ローブのレーダエコーを処理して前方対象物までの距離を決定する。
【０００８】
別の態様として、少なくとも１つのアンテナ、距離追跡チャンネル及び前方警報ユニットを備えたレーダ高度計が提供される。アンテナはレーダ信号を送受信し、そしてアンテナは、フライトのラインに実質的に整列した少なくとも１つの副ローブを有する信号を送信可能である。距離追跡チャンネルは受信レーダ信号から高度を決定する。受信レーダエコー信号は前方警報ユニットにも受け取られるが、前方警報ユニットは正のドップラシフトを与える副ローブからの受信レーダエコーを処理するように制限されている。
【０００９】
さらに別の態様として、レーダエコー信号を受け取る距離ゲート兼相関器、距離ゲートの出力を受け取る相関帯域通過フィルタ、相関帯域通過フィルタの出力をドップラ周波数にダウンサンプリングするベースバンドＩ／Ｑミキサを備えた前方警報ユニットが提供される。さらに前方警報ユニットはベースバンドＩ／Ｑミキサの出力をフィルタリングするドップラ帯域通過フィルタを備える。したがって前方警報ユニットは、ドップラシフトが正である副ローブからの受信レーダエコー信号を処理するように制限されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、前方測距法すなわちルックアヘッド能力を備えるレーダ高度計を説明する。前方測距能力を持たせるため、レーダ高度計の伝送ビームの副ローブの１つが、高度計を設けた航空機の進行方向（典型的に前方）に送信されるようにレーダ高度計のアンテナを構成、配置する。主ローブと副ローブの成す分離角度に基づいて、副ローブの片方は前方に送信され（他方の副ローブは後方に送信される）。後述するように、レーダ高度計には正のドップラーシフトを与える副ローブビームのエコーを処理するように制限されたドップラ処理回路が設けられる。典型的に、正のドップラシフトは航空機の飛行ライン方向に送信した副ローブビームから得られる。
【００１１】
したがって、このレーダ高度計は、伝送ビームの主ローブに基づいて、技術上知られた下方監視高度機能を提供するとともに、伝送ビームの副ローブに基づいて前方の地勢または障害物の警報を提供するものである。この前方警報機能はレーダ高度計に僅かな信号処理機能を付加するだけで実現される。レーダエコーのうち、正のドップラシフトを与える副ローブにより照射されるエリアがドップラ信号処理により選び出される。したがって、レーダ高度計前方監視機能性は分離合成開口レーダにより提供される機能性に類似するが、合成開口レーダに導入される航空機の高重量や高コストは追加されない。
【００１２】
図１に主ローブ１２と２つの副ローブ１４、１６からなるレーダビーム１０を示す。代表的なレーダ高度計の場合、主ローブ１２の３ｄＢ幅は約４０度である。４０度の３ｂＢ幅に対しゼロ（ナル）間の幅は約９０度になる。副ローブ１４、１６の幅は主ローブ１２の半分であるので、副ローブ１４、１６のゼロ間幅は約４５度になる。したがって、主ローブ１２と各副ローブ１４、１６の隔たりは約６７．５度である。副ローブ１４、１６の幅は主ローブ１２の半幅であるので、副ローブ１４、１６の３ｄＢ幅は約２０度になる。
【００１３】
図２に示すレーダビームの場合、航空機２２の底部に取り付けたアンテナ（図示せず）から主ローブ２０が送信されるとともに、前方副ローブ２４と後方副ローブ２４が送信される。さらに図２に示すように、主ローブ２０と前方副ローブ２４間の分離角度は例えば、約６７．５度である。主ローブ２０の中心は航空機２２のほぼ直下を指しているので、前方副ローブ２４は主ローブ２０の中心線から約５７．５度乃至約７７．５度のエリアに送信される（例えば照射される）。前方を監視する副ローブ２４の照射範囲（６７．５±１０度）は航空機２２のフライトラインにある崖３０などの障害物を決定するのに通常十分である。
【００１４】
別の実施形態として、航空機１０のアンテナは例えば１０度のように何度か傾けて配置される。例えばアンテナを前方に傾けることにより、アンテナの主ローブ２０は航空機２２に対し垂直でなくなる。したがって、（１０度スキューの場合）前方副ローブ２４は約６７．５度から約８７．５度のエリアに送信され、ほぼ水平になる。なお、このスキューの場合、主ローブ２０の中心線は航空機２２の直下方向でなくなるが、航空機２２高度を与える測距機能を無効にするほどではない。
【００１５】
後で詳述するように、レーダ高度計は下方を監視する高度計ビーム、主ローブ２０を、前方、後方を照射する副ローブ２４、２６とともに提供し、前方副ローブ２４、後方副ローブ２６のいずれかからの正のエコーをドップラー処理することにより前方測距能力を許容する。実施形態にでは、後方副ローブ２６は処理される正のドップラシフトエコーを与える。後方へ飛行可能なヘリコプターはその例である。
【００１６】
図３はレーダ高度計５０のブロック図であり、この高度計にはレーダ伝送ビームの副ローブからのエコーを処理する信号処理回路、前方警報ユニット５２とも称される、が組み込まれている。前記のように、一実施形態において、前方警報ユニット５２はドップラシフトが正のエコーのみを処理する。さらにレーダ高度計５０は、技術上既知の距離追跡チャンネル５４とレベルチャンネル５６が備えられている。図示の実施形態において、レーダ高度計５０は受信アンテナ６０、アンテナ６０に接続された受信機６４、受信機６４に接続されたデジタイザ６６を備え、ここまではアンテナ６０受信信号の前処理用である。さらにレーダ高度計５０は送信機７０、送信アンテナ７２を備える。一実施形態において、送信機７０はパワーアンプ、変調器、単側波帯（ＳＳＢ）ミキサ、中間周波数（ＩＦ）オフセット発生器などで構成される。
【００１７】
レーダ高度計５０は送信アンテナ７２から地表に変調レーダ信号（例えば送信パルス）を送信する。レーダ信号は送信アンテナ７２から送信された後、航空機の下方、前方、後方にある地表などから、アンテナの主ローブ及び副ローブの反射信号が受信される。受信反射信号は受信機６４とデジタイザ６６で処理された後、前方警報ユニット５２、距離追跡チャンネル５４、レベルチャンネル５６にそれぞれある距離ゲートおよび相関器に渡さされる。受信アンテナ６０で受信される信号には送信パルスの主ローブと副ローブの反射波が含まれる。１つの送受信兼用アンテナを用いたレーダ高度計は周知であり、単一アンテナを共用するためのサーキュレータまたは送信／受信スイッチの付加により前方測距機能性に適用可能であると考えられる。
【００１８】
図３に示すように、レーダ高度計５０、特に前方警報ユニット５２は、例えばビークルの慣性航法システム（ＩＮＳ）からの飛体または航空機（Ａ／Ｃ）の垂直、水平速度データおよび仰え角を受ける。レーダ高度計５０からは、ビークル高度を識別する地上レベル（ＡＧＬ）高度データが（ディスプレイを介して）１人以上のパイロットに伝えられるとともに、高度データを利用するビークル内の他のシステムに提供される。
【００１９】
距離追跡チャンネル５４は、デジタイザ６６からのデジタル化したレーダエコー信号を受け取る距離ゲート／相関器８０を備える。さらに距離追跡チャンネル５４は相関帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）８２、航空機高度を決定する距離プロセッサ８８を備える。レベルチャンネル５６にもデジタイザ６６からのデジタル化したレーダエコー信号を受け取る距離ゲート／相関器９０が備えられる。さらに距離ゲート／相関器９０は距離プロセッサ８８から高度信号を受け取る。さらにレベルチャンネル５６は相関帯域通過フィルタ（ＢＰＳ）９２、レベルプロセッサ９８を備える。レベルプロセッサ９８の閉ループ制御機能により送信電力は受信回路の信号対雑音比を十分満たすようなレベルへ最小化する。良好な動作に必要な最小への送信電力の減少は、他のレーダ受信機による、レーダ高度計５０からの伝送の検出能力を低下する。
【００２０】
前方警報ユニット５２はデジタイザ６６からデジタル化したレーダエコー信号を受け取る距離ゲート／相関器１００を備える。さらに前方警報ユニット５２は相関帯域通過フィルタ（ＢＰＳ）１０２、レーダエコー信号をベースバンド周波数に逓低して負のドップラ信号を有効に除去するベースバンドＩ／Ｑミキサ１０４を備える。そのフィルタリングとミキシングは正のドップラーエコー（例えば、進行方向の副ローブエコー）のみ、これがドップラ帯域通過フィルタ１０６、前方警報プロセッサ１０８に供給される。前方警報プロセッサ１０８は、前方警報ユニット５２の決定した航路上対象物までの距離が警報１１０を駆動する閾値内になると、警報信号１１０を発生する。例えば警報信号１１０は、高度計５０が前方警報ユニット５２を介して航空機の進路前方１０００ヤード（約９１４メートル）の距離に対象物があることを決定した場合に発せられる。
【００２１】
レーダ信号が送信されると、そのエコー信号は、送信周波数と同じ周波数プラスまたはマイナス  ドップラシフトとして戻ってくる。進行方向を示す副ローブのレーダ受信エコーパルスは周波数が高くシフトし、正のドップラ信号になる。進行反対方向を示す副ローブのレーダ受信エコーパルスは周波数が低くシフトし、負のドップラシフト信号になる。ベースバンドＩ／Ｑミキサ１０４は負のドップラシフト信号をミキシングにする。ドップラ帯域通過フィルタ１０６を適切に調整することにより、進行方向を示す副ローブのレーダ受信エコー帯域が選択されそして境界付けられる。フィルタ１０６を航空機速度と迎え角から計算されたドップラに対する中心周波数に設定することにより、例えば、（図２に示す）地勢３０のドップラ照射エリアから反射したレーダエコー信号のみが前方警報ユニット５２で処理される。
【００２２】
動作において、ゲート／相関器９０、１００は高度エコーの最も近いターゲットまたは前縁に固定される。同時に、距離ゲート／相関器８０は計算したドップラ境界にある最も近いエコーまでの距離を継続して検索する。ここに距離は時間、すなわちエコー信号を受信するまでの時間と本質的に同じである。ドップラＢＰＦ１０６のドップラ周波数と帯域は、航空機速度と迎え角のデータに基づいてを調整され、図２に示すような、進行方向の望ましいドップラ照射エリア位置を求める。ドップラ帯域通過フィルタ１０６は、航空機の速度と迎え角（即ち、崖３０）に基づいてドップラ中心周波数と帯域が調整される。
【００２３】
ここに前方警報ユニット５２は付加的なドップラ帯域選択機能を利用して、飛行方向を示す正のドップラシフトを含むレーダエコーを表す信号にその処理を制限する。レーダ伝送ビームの副ローブからのレーダーエコー信号である実施形態の場合、この副ローブは進行方向に一般に送信される。換言すると、前方処理装置５２は、２０度前方副ローブ２４（図２に示すような）（例えば、副ローブ２４の反射）で境界付けられた照射エリア内から戻る、具体的には衝突を生じるエリアのみを照射するレーダエコー信号を処理ように制限されている。これは典型的には障害物の上方に所定の限界をもったフライトライン上にある。
【００２４】
後方飛行操縦中には、後方副ローブ２６が正のドップラエコーを与え、前方処理ユニット５２は２０度後方副ローブ２６（図２に示すような）で境界付けられたエリア内から戻るレーダエコー信号を処理ように制限される。負のドップラシフトを有するレーダエコーは帯域Ｉ／Ｑミキサ１０４により前方処理ユニット５２内で抑制され、正のドップラシフトを示す副ローブはドップラ帯域通過フィルタ１０６により所望の角度に制限される。航空機の迎え角、速度、クラブ角が監視され、決定したドップラ中心周波数に基づいて、フィルタ係数１１２がドップラ帯域通過フィルタ１０６に与えられる。
【００２５】
以下の計算により前方処理ユニット５２の動作をさらに説明する。Ｆｄ＝垂直から「ａ」度回転されたベクトルのドップラ周波数シフト（ヘルツ単位）、Ｖ＝フィート／秒単位のビークル速度、Ｌ＝フィート単位の波長とする。ドップラ周波数シフトはＦｄ＝（２Ｖ／Ｌ）sin(ａ)になる。例として、Ｖ＝４０キロノット、すなわち６８Ｆｔ／ｓｅｃ、４．３ＧＨｚレーダ周波数でＬ＝０．２２９フィートとすると、正のドップラシフトを与える飛行方向が前方であるとして、Ｆｄ＝２×（６８／０．２２９）×sin７５°またはＦｄ＝５７４Ｈｚと、垂直から前方７５度の角度に制限する要求されたドップラ中心周波数が決定される。また、ＢＷ＝２×（６８／０．２２９）×（sin７６−sin７４）またはＢＷ＝５．４Ｈｚとして、７５度のドップラベクトルに幅２度のカバー範囲を与えるドップラ帯域が算出される。
【００２６】
この計算例において、６８Ｆｔ／ｓｅｃの速度測定は例えばビークルの慣性測定ユニット（図示せず）から供給され、デジタル帯域通過ドップラフィルタ１０６のフィルタ係数１１２は測定速度とユーザ所望のカバー角に基づいて算出される。負のドップラエコーはＩ／Ｑミキサ１０４で減衰し、進行方向を示すドップラエコーである唯一の正のドップラエコーが処理されることになる。
【００２７】
なお図示していないが、前方処理ユニット５２は連続サーチモードで距離ゲートを制御し、ビークル速度と所望の衝突警報時間により決定される、近距離から遠距離までをサーチする動作を備えている。衝突の可能性が検知されると、ため速度と検知した距離に基づく衝突までの時間まで可聴警報が鳴ってパイロットに伝える。
【００２８】
以上、各種実施形態について本発明を説明したが、当業者には明らかなように本発明は特許請求の趣旨、範囲内で変更して実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】レーダ伝送ビームの主ローブと２つの副ローブを示す。
【図２】アンテナから送信されるレーダ伝送ビームの主ローブと２つの副ローブを示す。
【図３】副ローブのレーダエコーを処理する信号処理回路を組み込んだレーダ高度計のブロック図である。
【図１】
2007516430.tif 000003
【図２】
2007516430.tif 000004
【図３】
2007516430.tif 000005
【国際調査報告】
2007516430.tif 000006
2007516430.tif 000007
2007516430.tif 000008