(57)【要約】空中ボリューム監視のためのレーダシステムであって、このレーダは、別個のアンテナを有する送信機及び受信機を有する。受信機の開口部は、受信ビームが送信ビームより狭くなるように、送信機の開口部と比べて比較的大きく、それ自体は、監視対象のボリュームと比べて比較的小さい。レーダは、受信機の開口部から同時に複数の受信ビームを形成する手段を有し、複数の受信ビームは、それらが集合的に、送信ビームの角度ボリュームと実質的に一致するように構成され、送信機は、動作時、５０パーセントより大きいデューティサイクルで信号を送信するように配置される。この配置は、デュプレックス送信／受信アンテナと比べてより単純な構造を提供し、より高いデューティサイクルを可能にし、受信機のブランキングに関連した性能上のペナルティを回避し、送信アンテナが受受信アンテナより物理的に小さいかつ軽量なることを可能にして、送信アンテナがより高く取り付けられることをより容易にし、これは、送信アンテナが船舶又は同様のプラットフォーム上に取り付けられるとき、著しい利益をもたらす。【選択図】図４Ａ
2021510812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空域監視のためのレーダシステムであって、
監視対象空間の角度領域と比べて比較的狭い角度領域を有する送信ビームを提供するための関連する送信開口部を有する送信機と、ここで、前記送信機は、動作時、５０パーセントより大きいデューティサイクルで信号を送信するように配置されるものであり、
監視対象空間の角度領域にわたって前記送信ビームを走査する手段と、
受信開口部から形成される受信ビームが前記送信ビームより狭くなるように前記送信開口部より大きい関連する受信開口部を有する受信機と、ここで、前記送信開口部及び前記受信開口部は、別個であり、前記送信機及び前記受信機の両方が同時に動作することを可能にするように構成されるものであり、
前記受信開口部から同時に複数の受信ビームを形成する手段と、ここで、前記複数の受信ビームは、それらが集合的に、前記送信ビームの角度領域と実質的に一致するように構成されるものであり、
前記送信ビームの前記走査と一致するように、監視対象空間の角度領域にわたって前記複数の受信ビームを走査する手段と、
を備えるレーダシステム。
【請求項２】
前記送信機は、動作時、実質的連続信号を送信するように配置されている、請求項１に記載のレーダシステム。
【請求項３】
前記送信機は、前記受信機に関連する受信アンテナより地表から上方に配置された送信アンテナを備える、請求項１又は請求項２に記載のレーダシステム。
【請求項４】
前記送信アンテナは、前記受信アンテナより前記地表から少なくとも５メートル上方に配置されている、請求項３に記載のレーダシステム。
【請求項５】
更なる送信機を備え、ここで、前記送信機及び第２の送信機は、異なる周波数で動作するように配置され、前記受信機は、前記送信機及び前記更なる送信機の両方の送信周波数に敏感であるように配置されている、請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のレーダシステム。
【請求項６】
更なる受信機を備え、ここで、前記送信機及び前記更なる受信機は、前記送信開口部を共有し、前記レーダシステムは、第１のモードと第２のモードとの間で切替可能なように構成され、前記第１のモードでは、前記送信機は、動作時、５０パーセントより大きいデューティサイクルで信号を送信するように配置され、前記受信機は、ターゲットから反射した前記送信機からの信号を受信するように配置され、第２のモードでは、前記送信機は、パルス信号を送信するように配置され、前記更なる受信機は、前記ターゲットから反射した前記送信機からの前記信号を受信するように配置されている、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のレーダシステム。
【請求項７】
前記第１のモードでは、前記送信機は、実質的連続信号を送信するように配置されている、請求項６に記載のレーダシステム。
【請求項８】
前記送信機及び前記更なる受信機は、前記レーダシステムが動作中であるとき、受信アンテナの上に取り付けられている、請求項６又は７に記載のレーダシステム。
【請求項９】
レーダシステムは、前記第１のモードで動作するときレーダ地平線内でターゲットを走査し、前記第２のモードで動作するときレーダ地平線を越えてターゲットを走査するように適合される、請求項７又は８に記載のレーダシステム。
【請求項１０】
空域監視のためのレーダシステムを動作する方法であって、前記レーダシステムは、
送信開口部を有する送信機と、
受信開口部を有する受信機と、ここで、前記送信開口部及び前記受信開口部は、別個であり、前記送信機及び前記受信機の両方が同時に動作することを可能にするように構成されるものであり、
前記送信開口部は、監視対象空間の角度領域と比べて比較的狭い角度領域を有する送信ビームを提供し、
前記受信開口部は、この開口部から形成される受信ビームが前記送信ビームより狭くなるように、前記送信開口部より大きいものであり、を備え、
前記方法は、
５０パーセントより大きいデューティサイクルで送信ビームを提供するように前記送信機を動作することと、
監視対象空間の角度領域にわたって前記送信ビームを走査することと、
前記受信開口部から同時に複数の受信ビームを形成することと、ここで、前記複数の受信ビームは、それらが集合的に、前記送信ビームの角度領域と実質的に一致するように構成されるものであり、
前記送信ビームの前記走査と一致するように、監視対象空間の角度領域にわたって前記複数の受信ビームを走査することと、
を備える方法。
【請求項１１】
前記送信機は、実質的連続信号を送信するように動作される、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダシステムと、レーダシステムを動作する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
大抵の従来のレーダシステムは、送信及び受信するために共通アンテナ及び／又は反射器（故に開口部）を共有する、同一場所に配置された送信機及び受信機を備える。パルス信号を送信し、このパルスが対象まで行って来るのにかかる時間で、対象の範囲を決定することができる。
【０００３】
このようなレーダシステムは、様々なアプリケーション、例えば、ターゲット検出及び認識並びに空中捜索、で使用される。捜索レーダシステムの既知の設計は、２つの大きなクラスに分類される。これらのクラスは両方とも、パルス波形を送信及び受信する単一の共有送信／受信アンテナを使用する。
【０００４】
第１のクラスの捜索レーダシステムは、全ての分野で用途を見出し、すなわち陸海空を問わず使用可能であり、典型的に、関心領域にわたってラスタ走査される電磁放射の単一ビームを捜索のために送信する。このクラスの捜索レーダシステムの欠点は、これが捜索対象の領域内の全ての位置にレーダビームをステアリングする必要があるため、通常、このシステムの使用を、物理的に小さい機械式走査アンテナか、物理的に大きいアンテナを用いて必要な高速ビームステアリングを提供することができる電子式走査アンテナを有するレーダのいずれかに制限することである。
【０００５】
第２のクラスの捜索レーダシステムは、「多重ビーム（stacked beam）」アンテナを使用し、それは通常、地上及び海軍レーダでのみ見られる。このような既知のシステムでは、アンテナは典型的に、単一の広い、多くの場合成形されている、送信ビームで、高さ方向に積み重ねられたいくつかの同時受信ビームを提供する。この設計は、第１のクラスのレーダシステムが必要とする高速垂直ビームステアリングを不要にし、物理的に大きな機械式走査システムにより適している。
【０００６】
上で説明した第１及び第２のクラスの両方のレーダの性能は、３つの重要な要因に依存する捜索レーダ距離方程式によって統制される：
・捜索ドウェル（又は「タイムオンターゲット」）中にターゲットに伝達されることができる総送信エネルギ
・（ターゲットからの反射エネルギを遮断するための）受信アンテナの総表面積
・（エネルギ浪費を回避するための）送信ビームパターンと受信ビームパターンとの空間的マッチング
【０００７】
捜索ドウェル中にターゲットに伝達されることができる総送信エネルギは、レーダシステムの実効放射電力（ＥＲＰ、ビームフォーミングを使用して送信及び方向付けされる電力）とドウェル時間との積である。
【０００８】
ターゲットについて空間の領域を捜索するとき、より狭いビームを有するより大きいアンテナを使用することによって大きいＥＲＰが達成可能であるが、これが、同じ領域を同じ全体時間で捜索する場合には、より短いドウェル時間を必要とすることは、捜索レーダシステムの既知のアーチファクトである。より高いＥＲＰ及びより短いドウェル時間は（一次的に（to first order））補償するため、ターゲットへの総送信エネルギは、ほぼ一定のままである。故に、高利得の送信ビームは、検出目的のためのこのクラスのレーダでは必ずしも有利ではない。
【０００９】
原則として、可能な限り大きい受信アンテナ表面積を有することがシステム感度にとって常に有益である。しかしながら、周知のアンテナ回折理論は、より大きい受信アンテナが常により狭いビームを有することを要求する（一次的に、ビームの空間カバレッジ及びアンテナ面積は相互に関係している）。故に、より大きい受信アンテナは、そのより狭いビームが送信ビームのサイズと一致しなくなり、結果として、有用なエネルギの損失、ひいては感度の損失を招くため、必ずしも有益ではないことが分かっている（一次的に、送信ビーム及び受信ビームの空間カバレッジは、そのような損失をなくすために同じでなければならない）。
【００１０】
送信ビームパターンと受信ビームパターンとの空間的マッチングのためのこの要件は、送信アンテナと同じ角度領域を全体でカバーする複数の同時受信ビームを形成することによって克服され得る。既知のシステムでは、これは、例えば、単一の反射器アンテナ上の複数のフィードホーンを使用することによって以前に達成されている。デジタルビームフォーミングと電子式走査アンテナを併用することによって、同じ結果を達成することができる。このような設計では、アンテナは、各々が個々のデジタル化受信機に供給される複数のサブアレイに細分される。次いで、この複数の受信機のデジタル出力は、複数のビームを同時に生成するために、異なる方法でデジタルに組み合わられ得る。これらのビームの各々は、（アンテナの全体のサイズによって決まる）同じビーム幅を有するが、異なる方向に向けられ得るため、単一ビームより大きい空間領域を全体としてカバーすることができる「扇形」のビームを形成する。
【００１１】
これらのアプローチは、所与の領域をより迅速に捜索できるという重要な利点を有する領域捜索レーダを作るために使用されてきた。これは、広い送信ビーム（固定された「フラッドライト」又は広い走査ビームのいずれか）を、複数のビームが送信ビームと同じ空間領域を集合的にカバーするマルチビーム受信アンテナと併用することによって達成される。
【００１２】
これらの技術は、当技術分野ではすでに周知であり、「マルチビームレーダ」、「ホログラフィックレーダ」、及び「ＭＩＭＯレーダ」のような用語を使用して様々に説明されている。
【発明の概要】
【００１３】
本発明の態様によると、空域監視のためのレーダシステムが提供され、このレーダシステムは、送信開口部を有する送信機と、ここで、送信機は、動作時、５０パーセントより大きいデューティサイクルで信号を送信するように配置される、受信開口部を有する受信機と、ここで、送信開口部及び受信開口部は、別個であり、送信機及び受信機の両方が同時に動作することを可能にするように構成され、送信開口部は、監視対象空間の角度領域と比べて比較的狭い角度領域を有する送信ビームを提供する、監視対象空間の角度領域にわたって送信ビームを走査する手段と、ここで、受信開口部は、この開口部から形成される受信ビームが送信ビームより狭くなるように送信開口部より大きい、受信開口部から同時に複数の受信ビームを形成する手段と、ここで、複数の受信ビームは、それらが集合的に、送信ビームの角度領域と実質的に一致するように構成される、送信ビームの走査と一致するように、監視対象空間の角度領域にわたって複数の受信ビームを走査する手段とを備える。
【００１４】
本発明の別の態様によると、空域監視のためのレーダシステムを動作する方法が提供され、このレーダシステムは、送信開口部を有する送信機と、受信開口部を有する受信機と、ここで、送信開口部及び受信開口部は、別個であり、送信機及び受信機の両方が同時に動作することを可能にするように構成され、送信開口部は、監視対象空間の角度領域と比べて比較的狭い角度領域を有する送信ビームを提供し、受信開口部は、この開口部から形成される受信ビームが送信ビームより狭くなるように、送信開口部より大きい、を備え、この方法は、５０パーセントより大きいデューティサイクルで送信ビームを提供するように送信機を動作することと、監視対象空間の角度領域にわたって送信ビームを走査することと、受信開口部から同時に複数の受信ビームを形成することと、ここで、複数の受信ビームは、それらが集合的に、送信ビームの角度領域と実質的に一致するように構成される、送信ビームの走査と一致するように、監視対象空間の角度領域にわたって複数の受信ビームを走査することとを備える。下記は、本発明の両方の態様に関する。
【００１５】
送信機及び受信機が別個の開口部を有するため、各々のためのアンテナは、開口部を共有するデュプレックス送信／受信アンテナを用いる従来のレーダと比べてより単純な構造であり得る。これにより、受信機を保護するために必要な損失の多い二重化部品を除去することができ、これは更に、システムの感度を高め、自由空間に送信される電力を増加させ、受信感度を高める。これらの単純化は、レーダ性能の向上及びコストの削減という二重の利点を有する。
【００１６】
更に、広い帯域幅にわたって動作することができる受信専用アンテナを構築することは比較的容易である。
【００１７】
別個の開口部の使用は、従来の時分割送信／受信アンテナで通常実現可能なデューティサイクルより高いデューティサイクルでの送信機の動作を可能にする。送信機は、動作中、より高い性能が達成されることを可能にする実質的連続信号（substantially continuous signal）を送信するように配置され得る。
【００１８】
例として、領域Ａを有する送信／受信のための共通開口部を使用し、送信デューティサイクルＤ１及び電力密度ρで動作する従来のレーダを考察し、例えば、領域Ａ／Ｎ、ここでＮは１より大きい、の送信開口部、同じ電力密度ρ、デューティサイクルＤ２、及び領域Ａの受信開口部を有する本発明のシステムと比較する。これらの２つのシステムを使用して、同時に空間の同じ角度領域を調査する場合、Ｄ２＝Ｎ×Ｄ1を条件として、これら２つのシステムの性能は同じになることが示され得る。
【００１９】
受信機は連続的に動作することができるため、デュプレックスアンテナを使用する従来のレーダシステムの送信中の受信機のブランキングに関連した性能上のペナルティを回避することが可能である。
【００２０】
デュプレックスアンテナを用いる従来のレーダシステムでは、５％〜３３％の送信デューティサイクルが一般に用いられる。本システムが同等の性能を提供するためには、受信アンテナ開口部が送信アンテナ開口部の３〜２０倍のサイズであることを必要とするであろう。そのため、受信アンテナ開口部が、送信アンテナ開口部のサイズの少なくとも３倍であることが好ましい。
【００２１】
送信機の開口部は受信機より小さいため、送信アンテナは、受信アンテナより物理的に小さいかつ軽量であり得る。いくつかのアプリケーションでは、送信アンテナは、受信アンテナの上（必ずしも真上である必要はないが）に取り付けられ得る。この場合、それは、レーダシステムの上部重量を減らし、これは、アンテナを支持するのに必要なタワー／マストのサイズ及びコストを大幅に減らす。レーダシステムが船舶又は陸上車両によって運ばれる場合、これは、実質的により小さい車両設計が採用されることも可能にし得る。
【００２２】
非常に実質的な利益を得るために、送信機の開口部（故に送信アンテナ）が、受信機の開口部（故に受信アンテナ）より地表から少なくとも５ｍ上方に配置されていることが好ましい。
【００２３】
１つの配置では、レーダシステム（例えば、海軍レーダシステム）が提供され、ここにおいて、送信機は、受信アンテナより物理的に小さいアンテナを備え、送信アンテナは、送信アンテナ、故に送信機の開口部、が受信アンテナより高くなるように、（例えば、船（船舶、ボート、又は水上を移動する他の船）の）タワー及び／又はマストによって支持される。
【００２４】
受信アンテナは、必ずしもマスト／タワーによって支持される必要はないが、マスト／タワーの基部の周りに取り付けられ得る。
【００２５】
受信機は、電子式走査アレイアンテナを備え得る。
【００２６】
送信機は、電子式走査アレイアンテナを備え得る。
【００２７】
送信ビームの走査と、受信開口部からの同時の複数の受信ビームの形成及び走査とは、適切にプログラムされたビームフォーミングプロセッサを使用して、当業者に知られているデジタルビームフォーミング技法を使用して実行され得る。
【００２８】
レーダシステムは、第１及び第２の送信機を備え得、第１及び第２の送信機は、異なる周波数で動作するように配置され、受信機は、第１及び第２の送信機の両方の送信周波数に敏感であるように構成される。２つの別個の送信機を使用することによって、各々が、それらの特定の動作帯域に対して最適化されることができる（例えば、アンテナ設計、電力付加効率）。
【００２９】
異なる周波数の使用は、いくつかの利点を有する。例えば、それは：
レーダが、ターゲット認識の重要な助けとなる周波数依存型のターゲット特性を検出することを可能にする；
レーダが、シグネチャが周波数依存型であるターゲットをより良好に検出することを可能にする；
ダクティング、マルチパス、及び大気減衰のような周波数依存型の現象に対処するためにより良い能力を提供する；
２つの送信機を分離可能なソースとして使用して多入力多出力（ＭＩＭＯ）構成でレーダシステムが用いられることを可能にする。これにより、相応に改善された角度測定の角度精度を伴ったはるかに大きな受信アンテナの統合が可能になる；
改善された対妨信能力を提供する。
【００３０】
第１の送信機は、第１の送信アンテナを備え得、第２の送信機は、第２の送信アンテナを備え得る。第１及び第２の送信アンテナは両方とも、使用中、受信アンテナより地表から少なくとも５ｍ上方に位置し得る。
【００３１】
レーダシステムは、更なる受信機を備え得、送信機及び更なる受信機は、送信開口部を共有し、レーダシステムは、第１のモードと第２のモードとの間で切替可能なように構成され、第１のモードでは、送信機は、動作時、５０パーセントより大きいデューティサイクルで信号、有利には実質的連続信号、を送信するように配置され、受信機は、ターゲットから反射した送信機からの信号を受信するように配置され、第２のモードでは、送信機は、（例えば、５０％未満のデューティサイクルで）パルス信号を送信するように配置され、更なる受信機は、ターゲットから反射した送信機からの信号を受信するように配置される。
【００３２】
送信機及び更なる受信機のアンテナは、受信アンテナの上に有利に取り付けられる。
【００３３】
第１のモードでは、小さい送信開口部と大きい受信開口部との組合せが、レーダ地平線より上での長距離ターゲット検出を提供するが、第２のモードでは、高く取り付けられた送信／受信開口部が、送信／受信開口部の高さによって決定されるレーダ地平線までの（out to）短距離検出を提供する。
【００３４】
そのため、システムは、第１のモードで動作するとき（例えば、適切な方向の送信ビームによって）、レーダ地平線内のターゲットを走査し、第２のモードで動作するとき、レーダ地平線を越えてターゲットを走査するように有利に適合される。
【００３５】
レーダシステムは、陸海空及び宇宙を問わず、広範囲のプラットフォーム上で使用するための捜索レーダとして使用され得る。
【００３６】
本発明は、添付の図面を参照して例によって説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】別個の送信アンテナ及び受信アンテナを備えるレーダシステムの概略図である。
【図２】２つの送信アンテナ及び単一の受信アンテナを有するレーダシステムの概略図である。
【図３】送信／受信アンテナと、２つの動作モード間で切替可能なように適合された単一の受信アンテナとを有するレーダシステムの概略図である。
【図４Ａ】図３と同様であるが、単一の送信アンテナが船舶に取り付けられているレーダシステムの概略図であり、レーダ地平線より上の及びそれを越えた長距離監視のための第１のモードでのレーダシステムの動作を例示する。
【図４Ｂ】図３と同様であるが、単一の送信アンテナが船舶に取り付けられているレーダシステムの概略図であり、レーダ地平線までの短距離使用のための第２のモードでの使用を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１を参照すると、送信機１及び受信機２と、制御及び処理手段３とを有する、空中ボリューム監視のためのレーダシステムが概略的に示されている。レーダシステムは、コマンド及び制御システム並びに／又はディスプレイに接続さているか又はそれらを更に備え得、一方又は両方は、従来の形式であり得る。制御及び処理手段３は、当業者によって適切にプログラムされたデジタルコンピューティングハードウェアを使用して実装される。
【００３９】
送信機１は、領域α１の電子式走査送信専用アレイアンテナＴを備える。受信機２は、電子式走査受信アレイアンテナＲを備える。受信アンテナは、領域βを有し、ここでα＜βである。受信アンテナＲは、Ｎ個（ここでＮ＞１である）のサブアレイ（Ｓ）から構成されており、領域の各々は、α１にほぼ等しい。アンテナＴ及びＲは、別個のアンテナ開口部を有するために、物理的に別個である。アンテナＴは、使用中、物理的にアンテナＲの上になるように配置され得る。
【００４０】
純粋に例として、送信アンテナＴは、１０ＧＨｚで動作する０．２５ｍ×０．２５ｍの正方形の開口部を有することができ、これは、約７０の送信ビーム幅を発生させ、受信アンテナＲは、６４個のサブアレイに細分される１ｍ×４ｍの長方形であり得る。完全な受信アンテナのおおよそのビーム幅は１．７０°×０．４０°であるが、各サブアレイのビーム幅は、送信アンテナＴとほぼ同じである。
【００４１】
送信アンテナＴは、実質的連続波信号を提供するように動作するように配置され、典型的に、比較的狭帯域、約１０％未満の部分帯域幅、であるが、この帯域幅が異なり得ることは認識されるであろう。
【００４２】
受信機２は、各サブアレイに対して１つずつ、Ｎ個のサブアレイ受信機のセットを備え、Ｎ個のサブアレイ受信機のセットの各サブアレイ受信機は、離散デジタル出力を提供する。受信機からの出力は、アンテナＲでの受信時における複数の同時ビームの計算を可能にする処理手段３によって処理される。各ビームは、送信アンテナＴによって照射される空間のサブセットをカバーし、ビームの完全なセットは、送信アンテナＴによって照射される空間全体をカバーする。
【００４３】
使用時、連続波信号が送信アンテナＴ１から送信される。受信アンテナＲは、送信アンテナによって照射されたターゲットからのエコーを検出する。サブアレイのＮ個のサブアレイ受信機のセットからの出力は、デジタルビームフォーミングを使用して単一の（比較的狭い）ビームを生成するために、当業者に知られている技法を使用して組み合わせされ、このプロセスは、比較的広い送信ビームをカバーする狭いビームの空間的扇形を生成するために、わずかに異なる方向に複数の比較的狭いビームを同時に生成するために使用される。
【００４４】
上のステップは、受信アンテナＲの全領域を利用しながら、空間的にマッチングされた送信及び受信ビームを提供し、それによって最大感度を提供する。
【００４５】
本発明の利点を更に例示するために、以下の例を考察する：
１．領域Ａの送信／受信アンテナを使用し、単位領域あたりＰのピーク電力及び１／８の送信デューティサイクルで動作する従来のシングルバンドレーダ
２．各々がその関連受信機を有する、８つのサブアレイに分割される同じく領域Ａの受信専用アレイと、単位領域あたりＰのピーク電力でＣＷを送信する、領域Ａ／８の単一の送信アンテナとを用いる、上で説明したシングルバンドレーダシステム
【００４６】
これらの２つのシステムが、同時に同じ角度領域を捜索するためにほぼ同じレーダ性能を提供し、同様の総電力要件を有することは、当業者によって認識されるであろう。
【００４７】
しかしながら、上で説明した新規のレーダシステムは、主にその低コスト／単位領域の受信アレイを理由に、従来のシステムの２５％〜５０％のシステムコストを有し得る。
【００４８】
連続波送信を提供するように動作する送信アンテナＴは、最大レーダ感度を提供するが、送信アンテナＴが低減されたデューティサイクルで動作されても、システムが依然として動作することは認識されるであろう。システムが、送信／受信アンテナを使用する従来のソリューションに匹敵する性能を提供するために、送信機は、５０％を超えるデューティサイクルで動作する。
【００４９】
図２は、レーダシステムのためのアンテナの代替構成を例示する。領域α１の電子式走査送信専用アンテナＴ１を備える第１の送信機１と、領域α２の第２の電子式走査送信専用アンテナＴ２を備える第２の送信機１’と、比較的大きい領域βの電子式走査受信専用アンテナＲを有する受信機２とが示されており、ここでα１＜β及びα２＜βである。受信アンテナＲは、Ｎ個のサブアレイ（Ｓ）に細分され、それぞれの領域は、α１又はα２（異なる場合）の小さい方にほぼ等しい。受信アンテナＲは、送信アンテナＴ１，Ｔ２によって使用される任意の周波数を同時に受信することができる。
【００５０】
送信アンテナＴ１，Ｔ２は、異なる広い間隔の周波数で動作するように配置される。これらは、異なるターゲット又は環境現象が、検出を改善するために活用されることを確実にするように選ばれることができる。例えば、Ｔ１はＸ帯域（約１０ＧＨｚ）で動作し、Ｔ２はＳ帯域（約３ＧＨｚ）で動作し得る。Ｘ帯域は、より狭いビーム幅を提供するため、空間精度及び分解能が約３倍低いＳ帯域よりも、ターゲットロケーション及び追跡のためのより正確なデータを提供することができる。しかしながら、Ｓ帯域は、雨天時の減衰がＸ帯域の場合よりほぼ１桁（ｄＢ／ｋｍ）低いため、悪天候時における性能の劣化の影響をはるかに受けにくい。ターゲット特性はまた、帯域間で著しく異なる傾向があり、これは、ターゲット検出を増強すること及びターゲット認識を支援することの両方にとって有益であり得る。
【００５１】
比較的狭帯域の送信アンテナＴ１，Ｔ２は、デュアルバンド送信／受信アンテナでは達成できない方法で、最大効率で動作するように個々に最適化されることができる。
【００５２】
更なる利点は、このアンテナ配置により、２つの送信機Ｔ１及びＴ２を分離可能なソースとして使用して多入力多出力（ＭＩＭＯ）構成でレーダシステムが用いられることができることである。これにより、相応に改善された角度測定精度を伴ったはるかに大きな受信アンテナの統合が可能になる。
【００５３】
別の利点は、広い間隔の周波数を展開することによってかなりの対妨信能力を提供することである。
【００５４】
各送信アンテナＴ１，Ｔ２は、各々が、典型的に比較的狭帯域、約１０％未満の部分帯域幅、である実質的連続波（ＣＷ）信号を用いて空間の共通の（及び同じ角度の）領域を照射するように配置されるが、帯域幅が異なリ得ることは認識されるであろう。送信アンテナＴ１及びＴ２は、受信アンテナＲへの任意の結合を最小化するように、物理的に及び電子的に配置される。これは、レーダ装置（radar installation）に応じて様々な方法で達成され得る。例えば、空間が許す場合、それらは単に大きく分離され得、よりコンパクトな配置が必要とされる場合（例えば、船舶又は航空機上では）、典型的に、レーダ吸収材を用いる何らかの形式の遮蔽が用いられ得る。
【００５５】
信号は、送信アンテナＴ１，Ｔ２のうちの１つ又は複数から送信される。１つよりも多くの送信アンテナＴ１，Ｔ２が使用される場合、送信が、有利に、異なる周波数上で実行され、各周波数は、相互干渉が制御及び軽減され得ることを確実にするために、他のすべての周波数から十分に分離されていることは認識されるであろう。代わりに、何らかの形式の時間多重化が使用され得るが、不利なことに、これは、レーダシステムの平均電力（故に感度）を低下させる。
【００５６】
受信機２は、各サブアレイＳに対して１つずつ、各々が離散デジタル出力を有するＮ個のサブアレイ受信機のセットを備える。サブアレイ受信機のこのセットは、アンテナＲでの受信時における複数の同時ビームの計算を可能にする。各ビームは、送信アンテナによって照明される空間のサブセットをカバーし、ビームの完全なセットは、送信アンテナによって照射される空間全体をカバーする。
【００５７】
受信アンテナＲは、送信アンテナによって照射されたターゲットからのエコーを検出する。全てのサブアレイ受信機からの出力は、デジタルビームフォーミングを使用して単一の（比較的狭い）ビームを生成するために組み合わせされ、このプロセスは、比較的広い送信ビームをカバーする狭いビームの空間的扇形を生成するために、わずかに異なる方向に複数回同時に実行される。
【００５８】
受信アンテナＲは、全ての予想される送信周波数を包含する広帯域にわたって動作することができる。デジタルビームフォーミングは、送信周波数ごとに繰り返されるため、送信周波数ごとに独立した出力を提供する。
【００５９】
各々が他のすべての送信アンテナとは異なる周波数帯域で送信するように配置された２つよりも多い送信アンテナＴ１，Ｔ２が使用され得ることは認識されるであろう。
【００６０】
代替構成では、単一の送信アンテナが、２つの周波数帯域で信号を送信するように配置され得る。この配置は、２つのアンテナの場合に各々が最大効率で動作するように別々に最適化されることができるため、あまり好ましくない。追加的に、２つのアンテナの使用は、単一のアンテナにおける同時のマルチ周波数動作によって必要とされる効率の大きな低下を回避する。
【００６１】
図３は、２つの送信／受信アンテナＴ３，Ｔ４と、比較的大きい受信専用アンテナＲとを備える更なる変形アンテナ構成を有するレーダシステムを例示する。
【００６２】
レーダシステムは、システムが２つの動作モード間で切り替えられることを可能にする（例えば、レーダシステムコントローラの機能として実装される）モードセレクタ５を有する。第１のモードでは、システムは上で説明したように動作し、ここにおいて、２つの送信／受信アンテナＴ３，Ｔ４は、送信専用アンテナとして用いられる。第２のモードでは、送信／受信アンテナＴ３，Ｔ４は、従来の共通開口部アンテナとして用いられる。第２のモードの１つの配置では、受信アンテナは使用されない。第２のモードの変形配置では、受信アンテナは、送信／受信アンテナＴ３，Ｔ４の受信機能を高めるために使用される。この構成の利点は、アンテナが、実質的に異なる空間カバレッジを提供するように配設され得ることであり、例えば、アンテナＴ３，Ｔ４は、レーダ地平線を延長するために、受信アンテナＲから高さ方向に広く分離され得る。
【００６３】
図４Ａ及び図４Ｂは、船舶搭載空域監視レーダとして用いられる図３で説明された変形アンテナ配置の実装形態を例示する。
【００６４】
レーダシステムは、船舶ＶのマストＭの頂部の周りに取り付けられた比較的小さい送信／受信アンテナＴ３（２つ以上であり得る）と、船舶Ｖの上部構造上で下の方に又はマストＭの基部の周りに取り付けられた１つ又は複数の物理的にはるかに大きい受信専用アンテナＲとを備える。送信／受信アンテナＴ３は、より大きな受信アンテナＲより５メートル以上高くなるように有利に取り付けられる。より大きな船舶では、送信／受信アンテナは、受信アンテナより１０メートル以上高いであろう。送信／受信アンテナＴ３の比較的小さいサイズ及び重量は、マストの上部重量を最小にする。
【００６５】
レーダシステムは、所望の機能に応じて２つの動作モード間で切り替わることができる。図４Ａに例示されるようなレーダ地平線より上での監視の場合、レーダシステムは、比較的小さい送信／受信アンテナが、ＣＷ信号を提供するために送信専用モードで動作し、低めに取り付けられた大きいアンテナＲが受信するように動作する、図１に関連して説明したような第１のモードで動作する。このモードは、より優れた感度及び範囲を提供するため、レーダ地平線を超えてターゲットを検出するために使用されることができる。
【００６６】
第２のモードでは、比較的小さい送信／受信アンテナＴ３は、送信／受信アンテナの高さによって決定される距離であるレーダ地平線の外までの監視を提供するために、下方に向けられたビームを用いて従来のデュプレックス送信／受信方式で動作する。このモードでは、より大きな受信アンテナＲは使用されないが、レーダ地平線までの距離が比較的短いため、比較的小さい送信／受信アンテナＴ３のより低い感度でも、依然として、満足な性能を提供するのに十分である。レーダシステムが、他のプラットフォームにも同様に実装され得ること、例えば地上車両搭載レーダシステム又は固定位置レーダシステム、は認識されるであろう。
【図１】
2021510812.tif 000003
【図２】
2021510812.tif 000004
【図３】
2021510812.tif 000005
【図４Ａ】
2021510812.tif 000006
【図４Ｂ】
2021510812.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月31日(2020.7.31)
【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】
空域監視のためのレーダシステムであって、前記レーダシステムは、
監視対象空間の角度領域と比べて比較的狭い角度領域を有する送信ビームを提供するための関連する送信開口部を有する送信機と、
監視対象空間の角度領域にわたって前記送信ビームを走査する手段と、
受信開口部から形成される受信ビームが前記送信ビームより狭くなるように前記送信開口部より大きい関連する受信開口部を有する受信機と、ここで、前記送信開口部及び前記受信開口部は、別個であり、前記送信機及び前記受信機の両方が同時に動作することを可能にするように構成されるものであり、
前記受信開口部から同時に複数の受信ビームを形成する手段と、ここで、前記複数の受信ビームは、それらが集合的に、前記送信ビームの角度領域と実質的に一致するように構成されるものであり、
前記送信ビームの前記走査と一致するように、監視対象空間の角度領域にわたって前記複数の受信ビームを走査する手段と、
更なる受信機と、を備え、
前記送信機及び前記更なる受信機は、前記送信開口部を共有するように配置され、
前記レーダシステムは、第１のモードと第２のモードとの間で切替可能なように構成され、前記第１のモードでは、前記送信機は、動作時、５０パーセントより大きいデューティサイクルで信号を送信するように配置され、前記受信機は、ターゲットから反射した前記送信機からの信号を受信するように配置され、前記第２のモードでは、前記送信機は、パルス信号を送信するように配置され、前記更なる受信機は、前記ターゲットから反射した前記送信機からの信号を受信するように配置されている、レーダシステム。
【請求項２】
前記第１のモードでは、前記送信機は、動作時、実質的連続信号を送信するように配置されている、請求項１に記載のレーダシステム。
【請求項３】
前記送信機は、前記受信機に関連する受信アンテナより地表から上方に配置された送信アンテナを備える、請求項１又は請求項２に記載のレーダシステム。
【請求項４】
前記送信アンテナは、前記受信アンテナより前記地表から少なくとも５メートル上方に配置されている、請求項３に記載のレーダシステム。
【請求項５】
更なる送信機を備え、ここで、前記送信機及び第２の送信機は、異なる周波数で動作するように配置され、前記受信機は、前記送信機及び前記更なる送信機の両方の送信周波数に敏感であるように配置されている、請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のレーダシステム。
【請求項６】
前記第１のモードでは、前記送信機は、実質的連続信号を送信するように配置されている、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のレーダシステム。
【請求項７】
前記送信機及び前記更なる受信機は、前記レーダシステムが動作中であるとき、受信アンテナの上に取り付けられている、請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のレーダシステム。
【請求項８】
前記レーダシステムは、前記第１のモードで動作するときレーダ地平線内でターゲットを走査し、前記第２のモードで動作するときレーダ地平線を越えてターゲットを走査するように適合される、請求項６又は７に記載のレーダシステム。
【請求項９】
空域監視のためのレーダシステムを動作する方法であって、前記レーダシステムは、
送信開口部を有する送信機と、
受信開口部を有する受信機と、
更なる受信機とを備え、前記送信機及び前記更なる受信機は、前記送信開口部を共有するように配置され、
前記送信開口部及び前記受信開口部は、別個であり、前記送信機及び前記受信機の両方が同時に動作することを可能にするように構成されるものであり、
前記送信開口部は、監視対象空間の角度領域と比べて比較的狭い角度領域を有する送信ビームを提供し、
前記受信開口部は、この開口部から形成される受信ビームが前記送信ビームより狭くなるように、前記送信開口部より大きいものであり、
前記方法は、
送信ビームを提供するように前記送信機を動作することと、
監視対象空間の角度領域にわたって前記送信ビームを走査することと、
前記受信開口部から同時に複数の受信ビームを形成することと、ここで、前記複数の受信ビームは、それらが集合的に、前記送信ビームの角度領域と実質的に一致するように構成されるものであり、
前記送信ビームの前記走査と一致するように、監視対象空間の角度領域にわたって前記複数の受信ビームを走査することと、
前記レーダシステムを第１のモードと第２のモードの間で切替えることと、を備え、前記第１のモードでは、前記送信機は、５０パーセントより大きいデューティサイクルで信号を送信し、前記受信機は、ターゲットから反射した前記送信機からの信号を受信するように配置され、前記第２のモードでは、前記送信機は、パルス信号を送信するように配置され、前記更なる受信機は、前記ターゲットから反射した前記送信機からの信号を受信するように配置される、方法。
【請求項１０】
前記第１のモードでは、前記送信機は、実質的連続信号を送信するように動作される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記レーダシステムは、前記第１のモードで動作するとき、レーダ地平線内でターゲットを走査し、前記第２のモードで動作するとき、レーダ地平線を越えてターゲットを走査する、請求項９又は１０に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
第２のモードでは、比較的小さい送信／受信アンテナＴ３は、送信／受信アンテナの高さによって決定される距離であるレーダ地平線の外までの監視を提供するために、下方に向けられたビームを用いて従来のデュプレックス送信／受信方式で動作する。このモードでは、より大きな受信アンテナＲは使用されないが、レーダ地平線までの距離が比較的短いため、比較的小さい送信／受信アンテナＴ３のより低い感度でも、依然として、満足な性能を提供するのに十分である。レーダシステムが、他のプラットフォームにも同様に実装され得ること、例えば地上車両搭載レーダシステム又は固定位置レーダシステム、は認識されるであろう。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま付記しておく。
［１］  空域監視のためのレーダシステムであって、
監視対象空間の角度領域と比べて比較的狭い角度領域を有する送信ビームを提供するための関連する送信開口部を有する送信機と、ここで、前記送信機は、動作時、５０パーセントより大きいデューティサイクルで信号を送信するように配置されるものであり、
監視対象空間の角度領域にわたって前記送信ビームを走査する手段と、
受信開口部から形成される受信ビームが前記送信ビームより狭くなるように前記送信開口部より大きい関連する受信開口部を有する受信機と、ここで、前記送信開口部及び前記受信開口部は、別個であり、前記送信機及び前記受信機の両方が同時に動作することを可能にするように構成されるものであり、
前記受信開口部から同時に複数の受信ビームを形成する手段と、ここで、前記複数の受信ビームは、それらが集合的に、前記送信ビームの角度領域と実質的に一致するように構成されるものであり、
前記送信ビームの前記走査と一致するように、監視対象空間の角度領域にわたって前記複数の受信ビームを走査する手段と、
を備えるレーダシステム。
［２］  前記送信機は、動作時、実質的連続信号を送信するように配置されている、［１］に記載のレーダシステム。
［３］  前記送信機は、前記受信機に関連する受信アンテナより地表から上方に配置された送信アンテナを備える、［１］又は［２］に記載のレーダシステム。
［４］  前記送信アンテナは、前記受信アンテナより前記地表から少なくとも５メートル上方に配置されている、［３］に記載のレーダシステム。
［５］  更なる送信機を備え、ここで、前記送信機及び第２の送信機は、異なる周波数で動作するように配置され、前記受信機は、前記送信機及び前記更なる送信機の両方の前記送信周波数に敏感であるように配置されている、［１］乃至［４］のうちのいずれか一項に記載のレーダシステム。
［６］  更なる受信機を備え、ここで、前記送信機及び前記更なる受信機は、前記送信開口部を共有し、前記レーダシステムは、第１のモードと第２のモードとの間で切替可能なように構成され、前記第１のモードでは、前記送信機は、動作時、５０パーセントより大きいデューティサイクルで信号を送信するように配置され、前記受信機は、ターゲットから反射した前記送信機からの信号を受信するように配置され、第２のモードでは、前記送信機は、パルス信号を送信するように配置され、前記更なる受信機は、前記ターゲットから反射した前記送信機からの前記信号を受信するように配置されている、［１］乃至［５］のうちのいずれか一項に記載のレーダシステム。
［７］  前記第１のモードでは、前記送信機は、実質的連続信号を送信するように配置されている、［６］に記載のレーダシステム。
［８］  前記送信機及び前記更なる受信機は、前記レーダシステムが動作中であるとき、前記受信アンテナの上に取り付けられている、［６］又は［７］に記載のレーダシステム。
［９］  レーダシステムは、前記第１のモードで動作するときレーダ地平線内でターゲットを走査し、前記第２のモードで動作するときレーダ地平線を越えてターゲットを走査するように適合される、［７］又は［８］に記載のレーダシステム。
［１０］  空域監視のためのレーダシステムを動作する方法であって、前記レーダシステムは、
送信開口部を有する送信機と、
受信開口部を有する受信機と、ここで、前記送信開口部及び前記受信開口部は、別個であり、前記送信機及び前記受信機の両方が同時に動作することを可能にするように構成されるものであり、
前記送信開口部は、監視対象空間の角度領域と比べて比較的狭い角度領域を有する送信ビームを提供し、
前記受信開口部は、この開口部から形成される受信ビームが前記送信ビームより狭くなるように、前記送信開口部より大きいものであり、を備え、
前記方法は、
５０パーセントより大きいデューティサイクルで送信ビームを提供するように前記送信機を動作することと、
監視対象空間の角度領域にわたって前記送信ビームを走査することと、
前記受信開口部から同時に複数の受信ビームを形成することと、ここで、前記複数の受信ビームは、それらが集合的に、前記送信ビームの角度領域と実質的に一致するように構成されるものであり、
前記送信ビームの前記走査と一致するように、監視対象空間の角度領域にわたって前記複数の受信ビームを走査することと、
を備える方法。
［１１］  前記送信機は、実質的連続信号を送信するように動作される、［１０］に記載の方法。
【国際調査報告】
2021510812.tif 000008
2021510812.tif 000009
2021510812.tif 000010
2021510812.tif 000011