(57)【要約】  大気条件に関するデータを提供するためのレーダー装置であって、単一入力／出力ポートを備えた送受信機（１０）であって、周波数変調された連続的なレーダー波信号を生成し、およびそれを単一入力／出力ポート経由で第１のスイッチ（２０）へ方向づけるために配置された送受信機（１０）を備え、前記第１のスイッチは、送信のための第１のアンテナ（５０）を含む送信ブランチへ前記信号を方向づけるように配置され、前記レーダー装置は、送信ブランチから分離しており、受信した反射レーダー波を方向づけ、および反射レーダー波を第１のスイッチ経由で送受信機の単一入力／出力ポートへ信号として方向づけるよう配置された、受信ブランチをさらに含み、前記第１のスイッチが受信ブランチから送信ブランチを分離するために配置されることを特徴とする、レーダー装置。【選択図】図１
2021509723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気条件に関するデータを提供するためのレーダー装置であって、単一入力／出力ポートを備えた送受信機であって、周波数変調された連続的なレーダー波信号を生成し、およびそれを単一入力／出力ポート経由で第１のスイッチへ方向づけるよう配置された、送受信機を備え、前記第１のスイッチは、送信のための第１のアンテナを含む送信ブランチへ前記信号を方向づけるよう配置され、前記レーダー装置は、送信ブランチから分離しており、受信した反射レーダー波を方向づけ、および反射レーダー波を第１のスイッチ経由で送受信機の単一入力／出力ポートへ信号として方向づけるよう配置された、受信ブランチをさらに含み、前記第１のスイッチが受信ブランチから送信ブランチを分離するよう配置されることを特徴とする、レーダー装置。
【請求項２】
前記第１のスイッチがサーキュレータであることを特徴とする、請求項１に記載のレーダー装置。
【請求項３】
送信ブランチにおいて送信増幅器をさらに含むことを特徴とする、請求項１および２のいずれかに記載のレーダー装置。
【請求項４】
送信増幅器がおよそ３０ｄＢのゲインを提供するよう配置されることを特徴とする、請求項３に記載のレーダー装置。
【請求項５】
受信ブランチにおいて受信増幅器をさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載のレーダー装置。
【請求項６】
受信増幅器が低雑音増幅器であることを特徴とする、請求項５に記載のレーダー装置。
【請求項７】
受信増幅器がおよそ５０ｄＢのゲインを提供するよう配置されることを特徴とする、請求項５および６のいずれかに記載のレーダー装置。
【請求項８】
第１のアンテナが反射レーダー波も受信するよう配置されることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載のレーダー装置。
【請求項９】
第１のアンテナへ送信信号を方向づけるよう配置された第２のスイッチをさらに含む、請求項８に記載のレーダー装置。
【請求項１０】
第２のスイッチが反射レーダー波からの受信信号を受信ブランチへ方向づけるよう配置され、および、第２のスイッチが送信ブランチを受信ブランチから分離するよう配置されることを特徴とする、請求項９に記載のレーダー装置。
【請求項１１】
第２のスイッチがサーキュレータであることを特徴とする、請求項９および請求項１０のいずれかに記載のレーダー装置。
【請求項１２】
反射レーダー波を受信するために、受信ブランチにおいて、分離した第２のアンテナをさらに含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載のレーダー装置。
【請求項１３】
受信信号を処理するためのデジタルアナライザをさらに含む、請求項１から１２のいずれかに記載のレーダー装置。
【請求項１４】
送信ブランチにおいて、生成レーダー波信号の周波数を増加させるためのアップコンバーターをさらに含む、請求項１から１３のいずれかに記載のレーダー装置。
【請求項１５】
アップコンバーターが周波数を６〜６０ＭＨｚの範囲において増加させるよう配置されることを特徴とする、請求項１４のレーダー装置。
【請求項１６】
受信信号の周波数を増加するためのアップコンバーターをさらに含む、請求項１から１５のいずれかに記載のレーダー装置。
【請求項１７】
アップコンバーターが周波数をおよそ１００ｋＨｚだけ増加させるよう配置されることを特徴とする、請求項１６に記載のレーダー装置。
【請求項１８】
送受信機は、レーダー波信号の周波数が比較的瞬間的な最初の増加の後、時間をかけて徐々に減少するような、逆鋸歯状配置のレーダー波信号を生成するよう構成されることを特徴とする、請求項１から１７のいずれかに記載のレーダー装置。
【請求項１９】
送受信機がおよそ３５ＧＨｚの周波数でレーダー波信号を生成するよう構成されることを特徴とする、請求項１から１８のいずれかに記載のレーダー装置。
【請求項２０】
第１のスイッチおよび送受信機は単一のユニットに統合されることを特徴とする、請求項１から１９のいずれかに記載のレーダー装置。
【請求項２１】
大気条件に関するデータを提供するのために請求項１から２０のいずれかに記載のレーダー装置を操作する方法であって、周波数変調された連続的なレーダー波信号を生成する工程、信号を単一入力／出力ポート経由で第１のスイッチへ方向づける工程、および、送信ブランチ経由で第１のアンテナへ信号を方向づける工程を含み、前記方法は、反射レーダー波を受信する工程、および反射レーダー波を受信ブランチおよび第１のスイッチ経由で単一入力／出力ポート経由で送受信機へ方向づける工程をさらに含む、方法。
【請求項２２】
受信信号を処理する工程をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
生成レーダー波信号が第１のアンテナに達する前に生成レーダー波信号の周波数を増加させる工程をさらに含む、請求項２１および２２に記載の方法。
【請求項２４】
受信信号が送受信機に達する前に受信信号の周波数を増加させる工程をさらに含む、請求項２１から２３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２５】
レーダー波信号の周波数が比較的瞬間的な最初の増加の後、時間をかけて徐々に減少するような、逆鋸歯状配置のレーダー波信号を生成する工程をさらに含む、請求項２１から２４のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的に、大気条件に関するデータを提供するためのレーダー装置、およびそのような機器を操作する方法に関し、および、天候予測における、特段の、しかし排他的ではない有用性を見出す。
【背景技術】
【０００２】
レーダー装置は、長年、天候の予測を支援し、および航空機を空の乱気流や曇がより少ない領域へ導くために使用されてきた。しかしながら、公知のシステムは複雑かつ精巧であり、および従って、製造に費用がかかる。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、これらの問題を克服することができる装置を提供する。第１の態様において、本発明は、大気条件に関するデータを提供するためのレーダー装置であって、単一入力／出力ポートを備えた送受信機であって、周波数変調された連続的なレーダー波信号を生成し、およびそれを単一入力／出力ポート経由で第１のスイッチへ方向づけるよう配置された前記送受信機を備え、前記第１のスイッチは、送信のための第１のアンテナを含む送信ブランチへ前記信号を方向づけるよう配置され、前記レーダー装置は、送信ブランチからの分離しており、受信した反射レーダー波を方向づけ、および反射レーダー波を第１のスイッチ経由で送受信機の単一入力／出力ポートへ信号として方向づけるよう配置された、受信ブランチをさらに含み、そこにおいて、第１のスイッチは受信ブランチから送信ブランチを分離するよう配置される。
【０００４】
第１のスイッチは、交互に、送受信機だけを送信ブランチに接続し、および送受信機だけを受信ブランチに接続するよう配置され得る。第１のスイッチはサーキュレータであり得る。レーダー装置は、さらに送信ブランチにおいて送信増幅器を含み得る。送信増幅器は、およそ３０ｄＢのゲインを提供するよう配置され得るが、他のマグニチュードも考えられる。レーダー装置は、受信ブランチにおいて受信増幅器をさらに含み得る。受信増幅器は低雑音増幅器であり得る。受信増幅器はおよそ５０ｄＢのゲインを提供するよう配置され得るが、他のマグニチュードも考えられる。
【０００５】
送信ブランチと受信ブランチの分離は、システムの総合感度を増加させるために、生成された信号、および受信信号に分離して増幅が加えられることを可能にする場合がある。
【０００６】
第１のアンテナは反射レーダー波も受信するよう配置され得る。この点では、レーダー装置は、第１のアンテナへ送信信号を方向づけるよう配置された第２のスイッチをさらに含み得る。
【０００７】
言いかえれば、単一のアンテナが信号を送信、および受信するために使用され得る。
【０００８】
第２のスイッチは受信信号を反射レーダー波から受信ブランチへ方向づけるよう配置される場合があり、および、第２のスイッチは送信ブランチを受信ブランチから分離するよう配置される場合がある。
【０００９】
第２のスイッチは、交互に、第１のアンテナだけを送信ブランチに接続し、および第１のアンテナだけを受信ブランチに接続するよう配置される場合がある。
【００１０】
第２のスイッチはサーキュレータであり得る。
【００１１】
レーダー装置は、反射レーダー波を受信するために、受信ブランチにおいて、分離した第２のアンテナをさらに含む場合がある。
【００１２】
レーダー装置は、受信信号を処理するためのデジタルアナライザをさらに含む場合がある。これはディスプレイ、データ記憶装置、および通信装置を含む場合がある。
【００１３】
レーダー装置は、送信ブランチにおいて生成レーダー波信号の周波数を増加させるためにアップコンバーターをさらに含む場合がある。アップコンバーターは、周波数を６〜６０ＭＨｚの範囲において増加させるよう配置され得るが、他の周波数も考えられる。
【００１４】
レーダー装置は、受信信号の周波数を増加させるためのアップコンバーターをさらに含む場合がある。アップコンバーターは、周波数をおよそ１００ｋＨｚだけ増加させるよう配置される場合がある。
【００１５】
どちらかの、または両方のアップコンバーターは、信号評価における短距離に関連する、送信周波数付近で生み出される、不要な「ノイズ」から受信信号を離れてシフトするために有用な場合がある。このことは、装置の感度を増加させる場合がある。
【００１６】
送受信機は、レーダー波信号の周波数が比較的瞬間的な最初の増加の後、時間をかけて徐々に減少するような、逆鋸歯状配置のレーダー波信号を生成するよう構成される場合がある。
【００１７】
送受信機はおよそ３５ＧＨｚの周波数でレーダー波信号を生成するよう構成される場合がある。例えば、他の周波数は考えられるが、それは３５．２〜３５．５ＧＨｚの範囲にある場合がある。
【００１８】
第１のスイッチおよび送受信機は単一ユニットに統合される場合がある。
【００１９】
第２の態様において、本発明は、大気条件に関するデータを提供するために、第１の態様によるレーダー装置を操作する方法を提供し、前記方法は、周波数変調された連続的なレーダー波信号を生成する工程、信号を単一入力／出力ポート経由で第１のスイッチへ方向づける工程、および送信ブランチ経由で第１のアンテナへ信号を方向づける工程を含み、前記方法は、反射レーダー波を受信する工程、および反射レーダー波を受信ブランチ経由で単一入力／出力ポート経由で送受信機へ方向づける工程をさらに含む。
【００２０】
前記方法は、受信信号を処理する工程をさらに含む場合がある。前記方法は、生成レーダー波信号の周波数を、それが第１のアンテナに達する前に、増加させる工程をさらに含む場合がある。前記方法は、受信信号の周波数を、それが送受信機に達する前に、増加させる工程をさらに含む場合がある。前記方法は、レーダー波信号の周波数が比較的瞬間的な最初の増加の後、時間をかけて徐々に減少するような、逆鋸歯状配置のレーダー波信号を生成する工程をさらに含む場合がある。
【００２１】
国際電気通信連合（ＩＴＵ）が気象観測のための周波帯として公認した３５．２−３５．５ＧＨｚの周波数は、雲の透過および解像力が大幅に向上することを可能にする。
【００２２】
最もありふれたレーダー装置は、「雲プロファイラー」を含め、パルス発生レーダーを使用し、そこにおいて、受信モジュールは全強度の送信信号から受信器を保護するために短時間閉じられる。
【００２３】
反射信号をシステム雑音から識別することができるよう感度を大幅に増加させるために、ＦＭＣＷ波形の逆鋸歯状プロファイルは、アップコンバーションと共に作用する。前記波形は走査波形と記載される場合がある。
【００２４】
用語アンテナは空中線を含み得る。
【００２５】
本発明の上記および他の特徴、機能、および利点は、例示として本発明の原理を示す添付図面と合わせて、以下の詳細な記載から明らかとなる。この記載は、本発明の範囲を制限せずに、例示のためにのみなされる。以下に引用された参照符号は添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】レーダー装置の概略図である。
【図２】レーダー装置の概略図である。
【図３】送受信されたレーダー信号のグラフである。
【図４】送受信されたレーダー信号のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は一定の図面に関して記載されるが、本発明はそれに制限されず、特許請求の範囲によってのみ制限される。記載された図面は単に概略であり、および非限定的である。それぞれの図面は本発明の特徴のすべてを含むとは限らず、従って、必ずしも本発明の実施形態であると考えられる必要はない。図面において、いくつかの要素の寸法は説明の目的のために誇張されており、および実寸で描かれていない。次元および相対的な次元は本発明の実際の具体化に対応しない。
【００２８】
本明細書および特許請求の範囲における「第１の」、「第２の」、「第３の」、などの用語は、類似した要素を判別するために使用され、および必ずしも、時間的にも空間的にも、順位づけ、または他の方法において、順序を記載するものではない。そのように使用された前記用語は、適切な状況下で交換可能であり、および、運用は本明細書に記載もしくは例示された以外の順序においても可能である、と理解されるべきである。
【００２９】
さらに、本明細書および特許請求の範囲における「最上部」、「底部」、「の上（ｏｖｅｒ）」、「の下（ｕｎｄｅｒ）」、などの用語は、説明の目的のために使用され、および必ずしも相対的位置を記載するために使用されるのではない。そのように使用された前記用語は、適切な状況下で交換可能であり、および、運用は本明細書に記載もしくは例示された以外の配置方向においても可能である、と理解されるべきである。
【００３０】
特許請求の範囲において使用される用語「含む」は、そこに列挙される方法に制限されるものとして解釈されるべきではなく；それは他の要素または工程を除外しないことに留意されたい。それは、従って、明示された特徴、数、工程、または構成要素の存在を言及されたように規定するが、１つ以上の他の特徴、数、工程、または構成要素、またはそれらの群の存在や追加を妨げないと解釈されるべきである。従って、表現「手段ＡおよびＢを含む装置」の範囲は、構成要素ＡおよびＢからのみ成る装置に制限されるべきでない。それは、本発明に関して、装置の、だた関連する構成要素がＡおよびＢであることを意味する。
【００３１】
同様に、本明細書において使用される、用語「接続される」は、直接的な接続だけに制限されると解釈されるべきでないことに留意されたい。従って、表現「装置Ｂに接続される装置Ａ」の範囲は、装置Ａのアウトプットが装置Ｂの入力に直接接続される装置またはシステムに制限されるべきでない。それは、Ａの出力とＢの入力との間に他の装置または方法を含む経路が存在し得ることを意味する。「接続された」は、２つ以上の要素が直接物理的または電気的な接触のいずれかにあるか、または２つ以上の要素が互いに直接接触にはないが依然として互いに協力または相互作用することを意味し得る。例えば、無線接続が考えられる。
【００３２】
本明細書全体にわたって、「一実施形態」、「一態様」への参照は、実施形態または態様に関連して記載される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態または態様に含まれることを意味する。故に、本明細書全体にわたる様々な場所における句「１つの実施形態において」、「一実施形態において」、または「一態様において」の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態または態様に言及しているのではなく、しかし、異なる実施形態または態様に言及することがあり得る。さらに、１つ以上の実施形態または態様の中に本発明のいかなる実施形態の、または態様の特定の特徴、構造、または特性は、当業者にとってこの開示から明白なように、いかなる適切な方法においても組み合わされる場合がある。
【００３３】
同様に、本明細書において、本発明の様々な特徴が、開示を合理化し、およびより多くの様々な進歩性のある態様の理解を支援する目的で、時に単一の実施形態、図、またはそれらの記載にまとめてグループ化されることは好ましい。しかしながら、この開示方法は、請求された発明が各請求項において明白に詳述されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映すると解釈されるべきではない。さらに、いかなる個々の図面、または態様の記載は、必ずしも本発明の一実施形態であると考えられるべきではない。むしろ、以下の請求項が反映するように、進歩性のある態様は前述の開示された単一の実施形態のすべての特徴より少数の特徴に存在する。従って、本明細書に続く特許請求の範囲は、これによって、各々の請求項が本発明の個別の実施形態として独立していながら、本明細書に明白に組み入れられる。
【００３４】
さらに、当業者によって理解されるように、本明細書に記載されたいくつかの実施形態が他の実施形態に含まれるいくつかの特徴を含んでいるとき、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内にあり、さらなる実施形態を形成することを意味する。例えば、以下の請求項において、いずれの請求された実施形態も、あらゆる組み合わせにおいて使用することができる。
【００３５】
本明細書の記載において、多くの具体的な詳細が明らかにされる。しかしながら、本発明の実施形態がこれらの具体的な細部を伴わずに実行される場合があることは理解される。他の実例において、周知の方法、構造、および技術は、本明細書についての理解を不明瞭にしないために、詳細に示されてはいない。
【００３６】
本発明の論考において、パラメーターの許された範囲の上限、または下限に対する代替値の開示は、前記代替値の１つが他方より多分に好まれるという示唆と結び付けられて、前記代替値の、より好ましいものと劣って好ましいものとの間にある、前記パラメーターの各中間値が、それ自体、前記劣って好ましい値よりも好ましく、且つ前記劣って好ましい値と前記中間値の間にある各値よりも好ましい、ということを含意する陳述として解釈されるべきである。
【００３７】
用語「少なくとも１つの」の使用は、一定の状況下で、ただ１つだけを意味する場合がある。用語「いかなる（いずれか）」の使用は、一定の状況下で「すべての」および／または「各々の」を意味する場合がある。
【００３８】
ここで、本発明の原理は、典型的な特徴に関する少なくとも１つの図面の詳細な説明によって記載される。添付された特許請求の範囲の用語によってのみ制限される、基本的概念または技術的な教示は、本発明から外れずに、当業者の知識に従って他の配置を構成することが可能であるのは明らかである。
【００３９】
図１において、送受信機（１０）は、スイッチ（２０）に送られる信号を生成する。スイッチ（２０）は、送受信機からの入力を、装置の受信側（６０）、（７０）、（８０）にではなく、装置の送信側（３０）、（４０）、および（５０）に方向づけられることのみを可能とする。第１のスイッチはサーキュレータであり得る。送信アップコンバーター（３０）は信号の周波数がおよそ６〜６０ＭＨｚだけ増加されることを可能にするが、他の周波数マグニチュードも考えられる。それは送信アンテナ（５０）を経由するその後のブロードキャストために送信増幅器（４０）に渡される。送信アップコンバーター（３０）、および送信増幅器（４０）のいずれも、随意に存在する。
【００４０】
レーダー波が１つまたは複数の標的によって散乱され、反射された後、例えば、大気内では、いくらかは受信アンテナ（６０）によって収集される。この受信信号は、受信アップコンバーター（８０）に向けて、および続いてスイッチ（２０）に向けて方向づけられる前に、受信増幅器（７０）によって増幅される。受信アップコンバーター（８０）および受信増幅器（７０）はいずれも、随意に存在する。スイッチ（２０）は受信側から受け取った入力を、装置の送信側にではなく、送受信機（１０）に方向づけられることのみができるよう配置される。
【００４１】
送信アンテナ（５０）および分離した受信アンテナ（６０）の代わりに、単一の送信／受信アンテナが設けられる場合があることは理解されよう。このことは図２に示されており、そこでは送信アンテナ（５０）および受信アンテナ（６０）が、単一のアンテナ（１５０）に置き換えられている。単一のアンテナ（１５０）は、スイッチ（１５２）経由で装置の送信側（またはブランチ）および装置の受信側（またはブランチ）の両方に接続される。スイッチ（１５２）はサーキュレータであり得る。スイッチ（１５２）は、アンテナ（１５０）から受け取った入力を、装置の送信側にではなく、受信側に方向づけられることのみが可能となるよう配置される。同様に、それは、送受信機によって生成された信号を、受信側経由ではなく、送信側経由で単一のアンテナ（１５０）に到達させることのみが可能となるよう配置される。
【００４２】
いずれのケース（単一のアンテナまたは一対のアンテナ）についても、受信信号は、アップコンバーター（８０）によってその周波数をほぼ１００ＫＨｚだけシフトさせ得るが、他のマグニチュードも考えられる。信号は、また、送受信機（１０）において、および／またはデジタル処理装置／ディスプレイ（９０）において処理される。
【００４３】
装置の目的の１つは、比較的近くの大気現象から反射レーダー波を得ることである。従来のパルスレーダー・システムは、装置の受信側が送信信号を拾うことを防ぐために、装置の受信側を閉鎖しているため、このデータを受信することに困難を抱えている。本発明の装置は、サーキュレータおよび分離したアンテナの使用に支援されて、しかし必ずしも上記仕様にもっぱら依存するのではなく、これを克服し得る。さらに、受信アップコンバーター（８０）は、送信信号の周波数から受信信号の周波数をシフトし得る。代わりに、および／または、加えて、送信信号は、送信アップコンバーター（３０）を用いて、送受信機によって出力された信号から遠ざかるよう、周波数を増加させ得る。最後に、図４に示されるように、逆波形の送信信号を生成することもまた可能である。
【００４４】
図３において、標準の鋸歯状波形（１００）は、周波数をＹ軸（１１０）上に、および時間をＸ軸（１２０）上に有するグラフに示される。送信波形（１０１）は、信号が周波数を時間をかけて基線から徐々に増加させる傾斜した部分（１３０）を含み、基線に返す非常に瞬間的な減少（１４０）が後に続く。このことが繰り返され、「鋸歯状」のプロファイルを形成する。
【００４５】
受信波形（１０１Ａ）も示される。それは同じ鋸歯状のプロファイルを有する。受信信号は送信信号の後に受信されるため、その波形はわずかに右にシフトして示される。そのような受信信号は、信号評価における短距離に関連する、送信周波数近くに生じた、不要な「ノイズ」による干渉を受けている場合がある。これを緩和するべく、受信信号（１０１Ａ）をＸ軸から離れるように動かすために、アップコンバーターで受信信号をアップコンバートすることは可能である。しかしながら、受信信号をどれだけ遠くにアップコンバートできるかは制限があり、さもなければ、それが、２つの信号（送信（１０１）および受信（１０１Ａ））が互いに比較的近く、結果として受信信号と送信信号を区別するのが難しいという点で問題を引き起こす場合がある。この点では、受信信号の傾斜部分（１３０Ａ）は、送信信号の傾斜部分（１３０）に接近するであろう。
【００４６】
代替解決策は、図４において、周波数がＹ軸（１１０）上にあり、時間がＸ軸（１２０）上にあるグラフに示されるように、逆鋸歯状波形（２０１）の信号を送信することである。波形（２０１）は周波数を基線から非常に瞬間的に増加させる信号（２１０）を含み、周波数を基線に返して徐々に減少させる傾斜部分（２２０）が後に続く。このことが繰り返され、「逆鋸歯状」のプロファイルを形成する。
【００４７】
受信信号（２０１Ａ）は、再び、送信信号（２０１）のわずかに右に示される。それには同じ逆鋸歯状のプロファイルがある。今度は、波形がＸ軸から離れてシフトされるように、受信信号（２０１Ａ）がアップコンバートされれば、送信信号からより遠ざかり、それは、２つがより明確に判別されることを可能にする。この点では、受信信号の傾斜部分（２２０Ａ）は、送信信号の傾斜部分（２２０）からより遠ざかる。
【図１】
2021509723.tif 000003
【図２】
2021509723.tif 000004
【図３】
2021509723.tif 000005
【図４】
2021509723.tif 000006
【国際調査報告】
2021509723.tif 000007
2021509723.tif 000008