(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーダー・アレイと、各々のレーダー・アレイに電力消費コマンドを発行するように構成される電力制御システムとを有する装置であって：
前記電力消費コマンドは、前記各々のレーダー・アレイのドウェル・スケジュールのうちの将来的なドウェル期間の所定の個数を考慮して、ドウェル毎の前記各々のレーダー・アレイによる直流(DC)電力消費を制御するように形成され、
前記電力制御システムは、前記複数のレーダー・アレイを含むレーダー・システムがDC電力源から引き出す総DC電力に関して所定のリップルより小さく維持するように、前記各々のレーダー・アレイのドウェル・スケジュールのうちの2つの連続する送信及び/又は受信タスク同士の間のエンプティ・ドウェル期間の継続時間を調整するように構成され、
前記電力制御システムは、全てのレーダー・アレイ全体についてのドウェル毎の総DC電力消費を制限するように更に構成され、
前記電力制御システムは前記複数のレーダー・アレイの各々に対する複数の回路を有し、各々の回路は、
各々の電力消費コマンドの電流コマンド部分及び基準電圧を受信するように構成される電圧エラー・フィードバック・ループ及び電流エラー・フィードバック・ループを有するDC/DCコンバータ；
前記DC/DCコンバータの出力に接続されるエネルギー・ストレージ；
前記DC/DCコンバータの出力に接続される1つ以上のリニア・レギュレータ；及び
前記1つ以上のリニア・レギュレータの1つ以上の出力に接続され、各々の電流消費コマンドの送信/受信コマンド部分を受信するように構成される無線周波数(RF)モジュール；
を有する、装置。
【請求項２】
前記電力制御システムは、前記レーダー・アレイの各々によるドウェル毎のDC電力消費のレートを決定するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記複数のレーダー・アレイの各々に対する複数の回路は、ともに制御される、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記エネルギー・ストレージは1つ以上のキャパシタを有する、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記電力制御システムは、個々のレーダー・アレイにおいて過剰な電力を消耗させるために、前記レーダー・アレイのうちの何れかに選択的に接続されるように構成される1つ以上の負荷を有する、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記電力制御システムは、前記レーダー・システムにより前記DC電力源から引き出される総DC電力を判定するために、前記レーダー・アレイに対する電力条件を総合するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記電力制御システムは、前記エンプティ・ドウェル期間の継続時間を長くするように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
複数のレーダー・アレイと、各々のレーダー・アレイに電力消費コマンドを発行するように構成される電力制御システムとを有する装置であって：
前記電力消費コマンドは、前記各々のレーダー・アレイのドウェル・スケジュールのうちの将来的なドウェル期間の所定の個数を考慮して、ドウェル毎の前記各々のレーダー・アレイによる直流(DC)電力消費を制御するように形成され、
前記電力制御システムは、前記複数のレーダー・アレイを含むレーダー・システムがDC電力源から引き出す総DC電力に関して所定のリップルより小さく維持するように、前記各々のレーダー・アレイのドウェル・スケジュールのうちの2つの連続する送信及び/又は受信タスク同士の間のエンプティ・ドウェル期間の継続時間を調整するように構成され、
前記電力制御システムは、全てのレーダー・アレイ全体についてのドウェル毎の総DC電力消費を制限するように更に構成され、
前記電力制御システムは、全てのレーダー・アレイについてドウェル毎の総DC電力消費を、次式に従って制限するように構成され：
【数ＣＬ４】
0006456491.tif 000004
ここで、fY0はドウェル期間tの開始時における個々のフェースfに対する初期のエネルギー・リソース状態であり、fDtはドウェル期間tの間に個々のフェースfにより消費される電力消費のレートであり、fStはドウェル期間tの間における個々のフェースfによる存在する送信/受信オペレーションのための電力消費のレートであり、fUtは個々のフェースfにおける過剰な電力を減らすためにドウェル期間tの間にフェースf以外の負荷に向けられる非配分電力のレートであり、dtはドウェル期間tの継続時間であり、Emin及びEmaxはそれぞれ所定のリップルより小さく維持するのに許容される最小及び最大エネルギーであり、及び、Pmax及びPminはそれぞれ所定のリップルより小さく維持するのに許容される最大及び最小電力であり、前記レーダー・アレイのうち異なるものは異なるフェースに対応する、装置。
【請求項９】
複数のレーダー・アレイと、各々のレーダー・アレイに電力消費コマンドを発行するように構成される電力制御システムとを有する装置であって：
前記電力消費コマンドは、前記各々のレーダー・アレイのドウェル・スケジュールのうちの将来的なドウェル期間の所定の個数を考慮して、ドウェル毎の前記各々のレーダー・アレイによる直流(DC)電力消費を制御するように形成され、
前記電力制御システムは、前記複数のレーダー・アレイを含むレーダー・システムがDC電力源から引き出す総DC電力に関して所定のリップルより小さく維持するように、前記各々のレーダー・アレイのドウェル・スケジュールのうちの2つの連続する送信及び/又は受信タスク同士の間のエンプティ・ドウェル期間の継続時間を調整するように構成され、
前記電力制御システムは、全てのレーダー・アレイ全体についてのドウェル毎の総DC電力消費を制限するように更に構成され、
ドウェル期間の開始時における個々のフェースに対する初期のエネルギー・リソース状態、ドウェル期間の間に個々のフェースにより消費される電力消費のレート、ドウェル期間の間における個々のフェースによる存在する送信/受信オペレーションのための電力消費のレート、個々のフェースにおける過剰な電力を減らすためにドウェル期間の間にフェース以外の負荷に向けられる非配分電力のレート、ドウェル期間の継続時間、所定のリップルより小さく維持するのに許容される最小及び最大エネルギー、及び、所定のリップルより小さく維持するのに許容される最大及び最小電力に基づいて、全てのレーダー・アレイ全体についてのドウェル毎の総DC電力消費を制限するように、前記電力制御システムが構成されており、前記レーダー・アレイのうち異なるものは異なるフェースに対応する、装置。
【請求項１０】
複数のレーダー・アレイを直流(DC)電力源に結合するステップ；
各々のレーダー・アレイのドウェル・スケジュールのうちの将来的なドウェル期間の所定の個数を考慮して、ドウェル毎の前記各々のレーダー・アレイによるDC電力消費を制御する電力消費コマンドを前記各々のレーダー・アレイに対して発行するステップ；
前記複数のレーダー・アレイを含むレーダー・システムがDC電力源から引き出す総DC電力に関して所定のリップルより小さく維持するように、前記各々のレーダー・アレイのドウェル・スケジュールのうちの2つの連続する送信及び/又は受信タスク同士の間のエンプティ・ドウェル期間の継続時間を調整するステップ；及び
全てのレーダー・アレイ全体についてのドウェル毎の総DC電力消費を制限するステップ；
を有する方法であって、
複数のレーダー・アレイの各々に対する複数の回路を有する電力制御システムを実現するステップを更に有し、各々の回路は、
各々の電力消費コマンドの電流コマンド部分及び基準電圧を受信するように構成される電圧エラー・フィードバック・ループ及び電流エラー・フィードバック・ループを有するDC/DCコンバータ；
前記DC/DCコンバータの出力に接続されるエネルギー・ストレージ；
前記DC/DCコンバータの出力に接続される1つ以上のリニア・レギュレータ；及び
前記1つ以上のリニア・レギュレータの1つ以上の出力に接続され、各々の電流消費コマンドの送信/受信コマンド部分を受信するように構成される無線周波数(RF)モジュール；
を有する、方法。
【請求項１１】
前記レーダー・アレイの各々によるドウェル毎のDC電力消費のレートを決定するステップを有する請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数のレーダー・アレイの各々に対する複数の回路は、ともに制御される、請求項10に記載の方法。
【請求項１３】
前記エネルギー・ストレージは1つ以上のキャパシタを有する、請求項10に記載の方法。
【請求項１４】
前記電力制御システムは、個々のレーダー・アレイにおいて過剰な電力を消耗させるために、前記アレイのうちの何れかに選択的に接続されるように構成される1つ以上の負荷を有する、請求項10に記載の方法。
【請求項１５】
前記レーダー・システムにより前記DC電力源から引き出される総DC電力を判定するために、前記レーダー・アレイに対する電力条件を総合するステップを更にする請求項10に記載の方法。
【請求項１６】
前記エンプティ・ドウェル期間の継続時間を延長するステップを更に有する請求項10に記載の方法。
【請求項１７】
複数のレーダー・アレイを直流(DC)電力源に結合するステップ；
各々のレーダー・アレイのドウェル・スケジュールのうちの将来的なドウェル期間の所定の個数を考慮して、ドウェル毎の前記各々のレーダー・アレイによるDC電力消費を制御する電力消費コマンドを前記各々のレーダー・アレイに対して発行するステップ；
前記複数のレーダー・アレイを含むレーダー・システムがDC電力源から引き出す総DC電力に関して所定のリップルより小さく維持するように、前記各々のレーダー・アレイのドウェル・スケジュールのうちの2つの連続する送信及び/又は受信タスク同士の間のエンプティ・ドウェル期間の継続時間を調整するステップ；及び
全てのレーダー・アレイ全体についてのドウェル毎の総DC電力消費を制限するステップ；
を有する方法であって、
全てのレーダー・アレイについてドウェル毎に総DC電力消費が、次式に従って制限され、
【数ＣＬ１４】
0006456491.tif 000005
ここで、fY0はドウェル期間tの開始時における個々のフェースfに対する初期のエネルギー・リソース状態であり、fDtはドウェル期間tの間に個々のフェースfにより消費される電力消費のレートであり、fStはドウェル期間tの間における個々のフェースfによる存在する送信/受信オペレーションのための電力消費のレートであり、fUtは個々のフェースfにおける過剰な電力を減らすためにドウェル期間tの間にフェースf以外の負荷に向けられる非配分電力のレートであり、dtはドウェル期間tの継続時間であり、Emin及びEmaxはそれぞれ所定のリップルより小さく維持するのに許容される最小及び最大エネルギーであり、及び、Pmax及びPminはそれぞれ所定のリップルより小さく維持するのに許容される最大及び最小電力であり、前記レーダー・アレイのうち異なるものは異なるフェースに対応する、方法。
【請求項１８】
複数のレーダー・アレイを直流(DC)電力源に結合するステップ；
各々のレーダー・アレイのドウェル・スケジュールのうちの将来的なドウェル期間の所定の個数を考慮して、ドウェル毎の前記各々のレーダー・アレイによるDC電力消費を制御する電力消費コマンドを前記各々のレーダー・アレイに対して発行するステップ；
前記複数のレーダー・アレイを含むレーダー・システムがDC電力源から引き出す総DC電力に関して所定のリップルより小さく維持するように、前記各々のレーダー・アレイのドウェル・スケジュールのうちの2つの連続する送信及び/又は受信タスク同士の間のエンプティ・ドウェル期間の継続時間を調整するステップ；及び
全てのレーダー・アレイ全体についてのドウェル毎の総DC電力消費を制限するステップ；
を有する方法であって、
ドウェル期間の開始時における個々のフェースに対する初期のエネルギー・リソース状態、ドウェル期間の間に個々のフェースにより消費される電力消費のレート、ドウェル期間の間における個々のフェースによる存在する送信/受信オペレーションのための電力消費のレート、個々のフェースにおける過剰な電力を減らすためにドウェル期間の間にフェース以外の負荷に向けられる非配分電力のレート、ドウェル期間の継続時間、所定のリップルより小さく維持するのに許容される最小及び最大エネルギー、及び、所定のリップルより小さく維持するのに許容される最大及び最小電力に基づいて、全てのレーダー・アレイ全体についてドウェル毎に総DC電力消費が制限され、前記レーダー・アレイのうち異なるものは異なるフェースに対応する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般にレーダー・システムに電力を供給することに関連し、特に、個々の負荷により消費される電力のスペクトル変動を制御することに関連する。
【背景技術】
【０００２】
ある種のレーダー・システムにより消費される電力のスペクトル(周波数)特性は非常に変動する可能性があり、電力生成部にストレスをかけ、及び/又は、同じ電源から電力を引き出す他のシステムに影響を及ぼす可能性がある。
【０００３】
従って、改善されたリアルタイムの電力スペクトル制御を行う必要がある。
【発明の概要】
【０００４】
レーダー・システムのための電力制御は、レーダー・システムの各アレイに電力消費コマンド(power  draw  commands)を発行する。各々の電力消費コマンドは、ドウェル期間(a  dwell  period)の開始時に個々のアレイで利用可能な全エネルギー・リソース(保存されているエネルギーを含む)と、ドウェル期間中に各アレイについて予想される電力消費レートと、ドウェル期間中に個々のアレイで余剰電力を減らすために散逸されるように設定される「消耗」電力のレート(a  rate  of  “waste”  power)とに基づいて、ドウェル毎に個々のレーダー・アレイにより消費される直流(DC)電力を制御する。アレイに対する消費電力を決定する際に、電力制御は、所定数の将来的なドウェル期間と、そのような期間に対してスケジューリングされる何らかの送信及び/又は受信タスクとを考慮に入れる。レーダー・システムがDC電力源から引き出す総DC電力に関し、所定のリップルより小さく維持する必要がある場合、電力制御は、1つ又は複数のアレイに対して、ドウェル・スケジュール内のエンプティ・ドウェル期間(empty  dwell  periods)の持続時間を調整する。
【０００５】
具体的な利点が言及されているが、様々な実施形態はそれらの利点のうち全部又は一部を含んでもよいし、或いは、全く含んでいなくてもよい。また、以下の説明及び図面を参照することで、他の技術的な利点が当業者にとって更に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本開示及びその利点の更なる完全な理解のために、添付図面に関連する以下の説明が参照され、図中、同様な番号は同様なパーツを表現する。
【０００７】
【図１】本開示の実施形態に従ってリアルタイム・マルチアレイ総電力スペクトル制御が実行されるシステムの上位概念的なブロック図。
【０００８】
【図２】本開示の実施形態に従うリアルタイム・マルチアレイ総電力スペクトル制御システムにおいて使用される回路の回路図。
【０００９】
【図３】本開示の実施形態に従うリアルタイム・マルチアレイ総電力スペクトル制御システムの動作を図式的に示す図。
【００１０】
【図４】本開示の実施形態に従うリアルタイム・マルチアレイ総電力スペクトル制御システムの動作を描写するプロットを示す図。
【００１１】
【図５】本開示の実施形態に従うリアルタイム・マルチアレイ総電力スペクトル制御プロセスのための上位概念的なフローチャートを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
例示的な実施形態が図示され以下において説明されるが、本開示の原理は、現在既知であるか未知であるかによらず、任意の様々な技術を利用して実現されてよいことが、先ず理解されるべきである。本開示は、図面に示され以下において説明される例示的な実施形態及び技術に、決して制限されるべきではない。更に、具体的に言及しない限り、図面に描かれている事項は必ずしも寸法を描いているわけではない。
【００１３】
アクティブ電子走査アレイ(an  active  electronically  scanned  array：AESA)方式のレーダーにより消費される電力は非常に変わり得るので、(船舶用、航空機用などのような)モバイル・プラットフォームにおけるそのようなレーダーに対しては、電力消費のスペクトル変動について厳しい条件が課される。例えば、所定の船舶におけるデュアル・バンド・レーダー(Dual  Band  Radar：DBR)に関する実例に基づくと、防空ミサイルSバンド(Air  and  Missile  Defense  S-Band：AMDR-S)レーダーに対する条件は(4アレイの合計を含み)：直流(DC)電力供給に関して全周波数にわたって合計されるリップルの全体的な二乗平均平方根(RMS)は、(約1000キロワット(kW)の)全電力DC負荷の5％未満でなければならない；リップルの単独成分は全電力DC負荷の3％を越えてはならず、2キロヘルツ(kHz)では更に小さなリップルしか許容されない；平均DC負荷からの電力消費のプラス又はマイナスの瞬時的な逸脱は、55kWより多くてはならず、或いは、全電力負荷の約5.5%より多くてはならない。
【００１４】
上記の条件を充足することは、例えば、対空戦(AAW)、弾道ミサイル防衛(BMD)等のような様々な波形タイプによる複数のミッションに対しては、複雑化してしまう。更に、複数のアレイによる動的な電力消費の合計が考慮されなければならない。更に、低遅延動作の要請は、スケジューリング判断予測を困難にする。
【００１５】
図1は、本開示の実施形態に従ってリアルタイム・マルチアレイ総電力スペクトル制御が実行されるシステムの上位概念的なブロック図である。システム100は、マルチアレイ・アンテナ102及び他のシステム103(例えば、モーター等)に結合されてそれらにDC電力を供給するDC電力伝送ケーブル101を含む。マルチアレイ・アンテナ・システム102は、複数のアレイ102a，...等により構成される(図示の例では4つのアレイ102a-102dにより構成され、それらは4つの「フェース(faces)」に対応する)。プログラム可能なハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにより構成される電力消費制御システム104は、アレイ102a-102dに通信可能に結合される。図1では少なくとも部分的にアレイ102a-102dから物理的に別々に描かれているが、電力消費制御システム104の一部分(例えば、スイッチ、「ダミー」負荷等)は、実際には、個々のアレイ102a-102d各々の中に配置される電力制御(部)105により実現されてもよい。(例えば)キャパシタ・バンクの形式のエネルギー・ストレージ106は、選択的に電力消費制御システム104の制御の下で、アレイ102a-102dに電気的に結合され(又は上述したようにアレイ102a-102dの中で実現され)、図1に示されるような単独の大容量エネルギー・ストレージとして実現されるのではなく、アレイ102a-102dの中で完全に又は部分的に分散されていてもよい。
【００１６】
電力消費制御システム104を実現するハードウェア及びソフトウェアの組み合わせは、電力消費判定アルゴリズムを含み、そのアルゴリズムは、カスタム化された線形最適化を利用して、ドウェル毎に(a  dwell-by-dwell  basis)アレイ102a-102dの各々について電力消費を算出する：
＜表I＞
【表１】
0006456491.tif 000002
上記の表Iにおける変数に関し、先頭の下付き文字f∈{1,2,3,4}は、マルチアレイ・アンテナ・システム・フェースを識別しており(すなわち、フェース1のアレイ102a；フェース2のアレイ102b；フェース3のアレイ102c；又はフェース4のアレイ102dである)、末尾の下付き文字は特定の送信/受信(Tx/Rx)ドウェル期間i，i+1，i+2，...等を示す。ドウェル期間の持続時間di，di+1，di+2，…等は、一般的には、同じ長さではない。電力消費のレートfDiはドウェル期間iの間に個々のフェースfから引き出される(であろう)電力であり、電力消費のレートfSiはドウェル期間iの間に個々のフェースfによる送信/受信に必要な電力量である。割り振られない(又は非配分の)電力量(unallocated  amount  of  power)fUiは、全RMSリップルを或る制限内に維持する必要がある場合に、ドウェル期間iの間に個々のフェースfにより(例えば、「ダミー」負荷により)「消耗される(wasted)」ことになる。
【００１７】
電力消費判定アルゴリズムで使用される制約は、次のように表現されてもよい：
【数１】
0006456491.tif 000003
ここで、fY0はドウェル期間の開始時における個々のfの初期エネルギー・リソース状態であり、Emin及びEmaxはそれぞれリップル制約の下で許容される最小及び最大エネルギーであり、Pmax及びPminはそれぞれリップル制約の下で許容される最大及び最小電力である。上記の最初の2つの数式において、ドウェル期間は末尾の下付き文字tにより示されており、個々のドウェル期間の持続時間はdtにより与えられ、hは現在のドウェル期間t=0に続くドウェル期間の所定個数である。従って、数式により規定されるリップル制約を適用する場合に、電力ドウェル判定アルゴリズムは、現在のドウェル期間の後に続くh-1個のドウェル期間を考慮に入れ、その期間は、アレイに送られる将来的な送信/受信アクションと、その間に生じる「エンプティ」ドウェル期間との双方を含む。
【００１８】
上記の数式はエネルギー及び電力の観点から表現されているが、当業者は、その表現が、電圧(又は電荷)及び電流の観点からの電力消費判定アルゴリズム制約を記述する直接的な方法によるものに、容易に書き直されることが可能であり、そのような観点からの表現は実現手段の設計において何らかの利点を有することを認めるであろう。
【００１９】
図2は、本開示の実施形態に従うリアルタイム・マルチアレイ総電力スペクトル制御システムにおいて使用される回路の回路図である。回路200は、電力消費制御システム104の一部分を形成する。回路200は、入力信号VINを受信する入力(部)201を含む。入力信号VINは、DC電力伝送ケーブル101からのDC電力信号であり、例えば1000ボルト(V)の大きさ(又は振幅)を有する。入力信号VINは、制御信号VCTRLとともにDC-DCコンバータ202により受信される。DC-DCコンバータ202は、制御信号VCTRLにより決定される比率で、入力信号VINに比例する電圧信号VO_DCDCを出力する。
【００２０】
DC-DCコンバータ202の出力電圧信号VO_DCDCに対する出力電流を表現する電流IO_DCDCは、伝達関数がHiである増幅器203により受信され、増幅器の出力は加算回路204の負入力で受信される。加算回路204の出力は電流エラー信号Ierrであり、電流エラー信号Ierrは伝達関数がGiである増幅器205により受信される。増幅器205の出力は、比例積分微分(a  proportional-integral-derivative：PID)コントローラ206により受信され、PIDコントローラ206は、受信した信号に電流フィードバック制御関数FIfb(s)を適用し、DC-DCコンバータ202により使用されるフィードバック制御電圧信号VCTRLを生成する。
【００２１】
DC-DCコンバータ202により出力される電圧信号VO_DCDCは、フィードバック・ループの第2部分において、伝達関数がHVである増幅器207により入力として受信される。増幅器207の出力は加算回路208の入力で受信され、加算回路208は入力(部)208から基準電圧VREFも受信する。加算回路208の出力は、伝達関数がGVである増幅器210により受信される電圧エラー信号VERRである。増幅器210の出力はPIDコントローラ211により受信され、PIDコントローラ211は、受信した信号に電圧フィードバック制御関数FVfb(s)を適用し、加算回路212により受信される出力を生成する。加算回路212は、入力(部)213から信号ICMDも受信し、加算回路204により受信される信号を出力する。信号ICMDは、キャパシタ・バンク(後述するエネルギー・ストレージ215)において一定の平均電圧を維持するために必要な電流消費を示す。
【００２２】
電圧信号VO_DCDCの信号ライン214は、エネルギー・ストレージ215に双方向に接続され、エネルギー・ストレージ215は(例えば)0.12ファラッド(F)のキャパシタであってもよい。そして、エネルギー・ストレージ215は、エネルギー・ストレージ215の両端にかかる信号ライン214の相対電圧レベルに依存して、信号ライン214からエネルギーを受信し或いは信号ライン214にエネルギーを与える。DC-DCコンバータ202からの電圧信号VO_DCDCはリニア・レギュレータ216によっても受信され、リニア・レギュレータ216は、出力における電圧信号の線形性を調整し、その電圧信号はRFモジュール217により受信される。RFモジュール217は、入力(部)218における送信/受信(T/R)コマンド信号も受信し、そのコマンド信号は、RFモジュール217が送信及び受信すべき時(本質的には、RFモジュール217をオン又はオフにする時)を指示する。入力(部)209における信号VREF、入力(部)213におけるICMD、及び、入力(部)218におけるT/Rコマンドは、まとめて、回路200に対するスケジューラ入力を構成する。
【００２３】
図3は、本開示の実施形態に従うリアルタイム・マルチアレイ総電力スペクトル制御システムの動作を図式的に示す。電力消費判定アルゴリズム(The  power  draw  decision  algorithm：PDDA)300は、電力消費制御システム104内で1つ以上のレーダー制御プロセッサ又はコントローラ(図示せず)において動作するレーダー制御ソフトウェアの一部を形成し、PDDA300は、電力消費制御システム104内の1つ以上のメモリ(図示せず)に保存されるドウェル・スケジュール301を受信する又はそれにアクセスする。ドウェル・スケジュール301は、送信及び受信アクションを含み、リップル制約を満足するための最適化を実現可能にしなければならない。ドウェル・スケジュール及び上記の数式に基づいて、PDDA300は、電力消費コマンド及びT/Rアクション・コマンドを、図2の回路200による一群のインスタンス(又は要素)に対して発行する。図示の例では、回路200のインスタンスによる4つのセット302、303、305及び305が、アレイ・フェース102の各々につき1つずつ提供されている。各々のセット302、303、304及び305は、通常的には、数百にも及ぶ回路200の複数のインスタンス(例えば、1セットにつき888個のインスタンス)を含む。回路200の全インスタンスにおけるエネルギー・ストレージ215は、まとめて、図1に示されるエネルギー・ストレージ106を形成する。所与のセット302、303、304又は305の回路200のインスタンスは、(互いに連動して)一緒に制御されるが、セット302、303、304及び305それら自体はPDDA300により互いに独立に制御される。
【００２４】
図4の(4A)ないし(4C)は、本開示の実施形態に従うリアルタイム・マルチアレイ総電力スペクトル制御システムの動作を描写するプロットである。図1、2及び3のハードウェア及びソフトウェアは、組み合わせられて動作し、ジャスト・イン・タイム電力配分システム(a  just-in-time  power  delivery  system)と考えられてよい。レーダー制御ソフトウェアの一部を為すスケジューラにより(必要に応じて)制御及び修正される全てのフェースのドウェル・スケジュールに基づいて、電力消費は、必要に応じてアレイ・フェース同士の間で速やかに切り替えられる。全てのアレイ・フェースにより引き出される瞬時的な総電力は、比較的一定の電力消費プラス(又はマイナス)小さなリップルに留まっている。
【００２５】
上述したように、制約を超えるリップルを生じさせる可能性がある過剰な供給電力は、供給ライン101に接続又はそこから分離するように切り替えられる各フェースのための負荷にルーティング(又は配分)され、所与のドウェル期間に対する電力量fUiを「消耗」又は散逸させる。アレイ・フェースに関する回路200のセット302、303、304又は305の全てのインスタンスに対するエネルギー・ストレージ215の集合体は、必要に応じて、ドウェル期間中にエネルギーを消費又は提供する。しかしながら、図4Aに示されるように、消耗電力fUi、及び/又は、エネルギー・ストレージ215からのエネルギーの消費又は提供の双方又は一方が、リップルがリップル制約を超えてしまうことを防止するために十分ではない場合、送信タスクも受信タスクも実行されない「エンプティ」ドウェル期間である継続時間が増やされる。図4Aでは、送信及び受信タスクのシーケンスが最上位のラインに示されている。明らかに、送信及び受信タスクのドウェル時間は均一である必要はなく、送信及び受信タスク間のエンプティ・ドウェル期間の継続時間もそれに応じて同様に変化してよい。ドウェル期間毎の(すなわち、送信/受信タスク毎の)総電力消費が図4Aの第2ラインに示されており、総エネルギー・リソースに基づく必要な正味の電力入力が第3ラインに示されている。図4Ａの末尾のトレースは、オン・アレイ・エネルギー変動(on-array  energy  fluctuations)を示す。最上位のラインにおける第1及び第2送信ジョブについて示されているように、連続する送信及び受信タスク同士の間にスペーシング制約が必要に応じて追加され、リップル制約の遵守を維持する。図4Aにより示される演算は全てのリソースについて独立に実行されるが、電力消費リップル制約を課すために、図示のタイプのスペーシング制約がスケジューラにより適用されなければならない場合を判定するために、集合体(aggregate)が使用される。
【００２６】
図4Bは、上から4つのトレースにおいて、実施形態による4つのアレイ・フェースの各々により消費される電力を示すことに加えて、一番下のトレースにおいて、4つ全部のフェースについて消費される総DC電力が示されている。PDDA300は、一番下のトレースに示されるように、トータルが比較的一定に留まるように、各フェースに対する電力を調整する。図4Cは、リアルタイム・マルチアレイ総電力スペクトル制御システムのパフォーマンスを示し、リップルが十分に3％未満になっている。
【００２７】
図5は、本開示の実施形態に従うリアルタイム・マルチアレイ総電力スペクトル制御プロセスのための上位概念的なフローチャートを示す。図示され及び説明される各プロセス・フロー及び/又はイベント・シーケンスは、明示的に言及されない限り又は自明でない限り(例えば、信号は送信前には受信できない等)、その順番で又は前後して生じる一連のステップ及び/又はイベントを含むが、(i)ステップの実行又はイベントの発生、(ii)同時に又は重なる方法以外で順になされるイベントの発生又はステップ若しくはその一部の実行、(iii)介在する又は中間のステップ又はイベントの発生無しに専ら描写されているイベントの発生又はステップの実行についての具体的な順序に関し、何らの推測も引き出されるべきでなはない。更に、当業者は、完全なプロセス及びイベント・シーケンスは図示も記述もされていないことを認めるであろう。むしろ、簡明化のため、本開示に特有の又は本開示の理解に必要な個々のプロセス及びイベント・シーケンスのみが十分に記述され説明される。
【００２８】
図5に示されるプロセス500は、上記の数式に従って各アレイに対する電力消費コマンドを算出する前に生じる。プロセス500は、初めに、各アレイ・フェースに関する現在のドウェル期間について、(存在する場合には)送信/受信タスク電力条件を判定するとともに(ステップ501)、フェースの総エネルギー・リソース及び個々のフェースの初期状態の下で各アレイ・フェースに必要な正味の電力入力を判定する(ステップ502)。そして、全てのアレイ・フェースに対する電力消費が合計される(ステップ502)。総電力消費により、リップル制約が充足されるか否かについての判定が為される(ステップ503)。充足されない場合、プロセスが次のドウェル期間について再開される前に、リップル制約の遵守を維持するために、1つ以上のフェースについて隣接するエンプティ・ドウェル期間の調整が為される(ステップ504)。
【００２９】
本開示によるリアルタイム・マルチアレイ総電力スペクトル制御システムは、リアルタイムの外的な電力消費コマンドとともに、複数のアレイにわたるドウェル毎の電力消費を連係させる。代替的な電力リップル制御システムは、フィードバックのみの制御技術及び受動的なフィルタ・バンクにより、或いは、リップルを減らすようにスケジューリング・アルゴリズムに対する変更を加えることにより、リップルを管理するかもしれない(例えばDBR)。しかしながら本開示においては、複数のアレイに関するドウェル毎の電力消費の連係した制御が、総電力消費における低いリップルを達成するように使用される。従来のフィードバックのみの制御及び局所的なフィルタリングではなく、各アレイに対する独立した制御信号が使用される。リアルタイムの最適化は、スケジューラにより約束されたものの範囲内で、アレイに未だ送信されていない将来的なT/Rアクションに依存する。このアプローチは、DC/DCコンバータの電力消費を、TRモジュールの電力消費から精密な時間スケールで分離する一方、スケジューリングの柔軟性を維持する(すなわち、リップルを減らすためにスケジューリング・ルールは変更される必要がない)。その結果、レーダー及び電力供給部の間の専用のフィルタ無しに、大規模なフェーズド・アレイ(単独の又は複数のフェース)に関して低いリップルが維持される。
【００３０】
本開示によるシステムは、代替的なリップル制御システムの大規模なオフ・アレイ・フィルタリング・ハードウェアを減らす又は排除し、その代替的なシステムはスペース、重量及び電力効率に関して高くつく。これは、スペース、重量及び電力(SWaP)のマージンを増やし、統合のコスト/リスクを減らし、メンテナンス・コストを減らす。地上のモバイル・システムでは、軽量化されたシステム及び高い信頼性が達成される。大きなフェーズド・アレイが設定される場合、生成器の長寿命化とともに、高い電力効率が提供される。海上及び航空システムに関し、あらゆる空間(立方センチメートル)、あらゆる重量(オンス)及びあらゆる電力(ワット)が精密に精査される設計において、優れたSWaPマージンが提供される。
【００３１】
本開示の範囲から逸脱することなく、本願で説明されたシステム、装置及び方法に対して、修正、追加又は省略がなされてよい。例えば、システム及び装置の複数のコンポーネントは統合又は分離されてもよい。更に、本願で開示されたシステム及び装置のオペレーションは、より多い、より少ない又は他のコンポーネントにより実行されてもよく、説明された方法は、より多い、より少ない又は他のステップを含んでもよい。更に、ステップは適切な任意の順序で実行されてよい。本願で使用されているように、「各々」は、ある集合のうちの各メンバ、或いは、ある集合の部分集合のうちの各メンバを指す。
【００３２】
本願に添付される特許請求の範囲の解釈に関し、本願に関して発行される特許文献の読者及び特許庁を支援する目的で、出願人は、「ための手段」又は「ためのステップ」という言葉が特定の請求項で明示的に使用されない限り、35U.S.C§112(f)に関わるように添付の請求項又は請求項の要素を意図してはいない点に留意すべきことを希望している。
【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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