(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号内のパルス、並びに前記パルスの時間間隔及び周波数間隔を識別するための、一致検出マトリクスパルス検出器用の、検出器及び焦点面プロセッサであって、
所定の周波数帯域幅内の入力信号の光学像に応答する検出器配列であって、該検出器配列は、前記光学像に応じて検出器出力信号を発生する複数の検出器要素を含む検出器配列と、
前記検出器配列の各検出器要素に結合され、そこからの前記検出器出力信号を受信する時間積分器であって、前記時間積分器は選択されたレートで検出器出力信号それぞれをサンプリングし、検出器出力信号それぞれのサンプルを発生する時間積分器と、
前記時間積分器に結合され、そこから検出器出力信号それぞれのサンプルを受信する周波数積分器であって、前記周波数積分器は、前記時間積分器に対応する周波数帯域内の前記入力信号の考えられるパルスを識別するためにしきい値と比較するために検出器出力信号それぞれのサンプルを比較し、複数の検出器出力信号のサンプルを合成し、前記周波数積分器は、時間、周波数帯域及び前記識別された考えられるパルスに対応するしきい値を超える値と共に変わるパルス出力を発生する周波数積分器と、
前記周波数積分器に結合され、そこから前記パルス出力を受信する同調コマンド選択器であって、最大値から最小値へしきい値を超える値の順序に前記パルス出力を配列する同調コマンド選択器とを有する、検出器及び焦点面プロセッサ。
【請求項２】
前記時間積分器は、
ナイキストレート又はそれ以上で前記検出器配列の前記検出器出力信号をサンプリングするサンプル検出器であって、前記検出器出力信号の前記サンプルを発生するサンプル検出器と、
前記検出器出力信号の前記サンプルを増幅するために前記サンプル検出器に結合された増幅器と、
前記増幅器に互いに順次、直列に結合される複数の記憶素子であって、第１の記憶素子は、前記増幅器から順次受信された増幅サンプルを一時的に記憶し、前記第１の記憶素子は、その中での一時的な記憶のために第２の記憶素子に、一時的に記憶された増幅サンプルを順次転送し、最後の記憶素子の次の記憶素子は、前記直列における先行記憶素子から、一時的に記憶された増幅サンプルを順次受信し、前記最後の記憶素子の次の記憶素子は、前記一時的に記憶された増幅サンプルを、その中に一時的に記憶するために、最後の記憶素子に、前記一時的に記憶された増幅サンプルを順次転送する複数の記憶素子と、
前記複数の記憶素子より１少ない数に等しく、順次、直列に接続された複数の加算接合点であって、前記第１の加算接合点は第１記憶素子及び第２の記憶素子に結合して、その中に一時的に記憶された増幅サンプルを合成し、第２の加算結合点は第１の記憶素子及び次の記憶素子に結合して、その中に一時的に記憶された増幅サンプルを合成し、系列内の最後の加算結合点は、先行する加算接合点と、最後の記憶素子に結合して、その中に記憶された増幅サンプルを合成する複数の加算接合点と、
前記系列の第１の記憶素子と前記加算接合点の各々に結合されたマルチプレクサであって、前記マルチプレクサは、前記第１の記憶素子からの増幅サンプル及び前記複数の加算接合点からの前記合成された増幅サンプルを多重化し、前記検出器出力信号の前記多重化された合成増幅サンプルを前記周波数積分器へ出力する、マルチプレクサと
を有する、請求項１に記載の検出器及び焦点面プロセッサ。
【請求項３】
前記周波数積分器は、前記時間積分器からの検出器出力信号それぞれのサンプルを受信し、しきい値検出器によって設定されたしきい値レベルを超える値のパルス出力を発生するしきい値検出器を有する、請求項２に記載の検出器及び焦点面プロセッサ。
【請求項４】
前記検出器配列は、複数の線形に配置された検出器要素を有し、時間積分器は前記検出器配列の選択された周波数帯域幅をサンプルする、請求項１に記載の検出器及び焦点面プロセッサ。
【請求項５】
パルス検出器のための検出器及び焦点面プロセッサであって、
並列に配置された検出器要素の配列を有する検出器であって、前記検出器それぞれが、選択された周波数帯域幅内の入力信号を受信し、前記入力信号から検出器出力信号を発生する検出器と、
前記入力信号内のパルスの発生の時間の識別において使用するために、そこから受信された検出器出力信号それぞれのサンプルを生成するために前記検出器要素のうちの対応する検出器要素に個々に結合された複数の時間積分器と、
前記入力信号内の考えられるパルスを示す選択された周波数帯内のしきい値を超える複数の時間積分器からのサンプルの組合せ及び一時間積分器からの個々のサンプルを識別するために、前記時間積分器それぞれに結合され、そこから受信されたサンプルに応答する周波数積分器と、
前記周波数積分器に結合され、最大パルスから最小パルスへの順序にパルス出力を配列する同調コマンド選択器とを有する、検出器及び焦点面プロセッサ。
【請求項６】
前記同調コマンド選択は、発生の時間、周波数間隔及びパルスの継続時間に基づいて、前記入力信号内の選択されたパルスについての信号を出力する、請求項５に記載の検出器及び焦点面プロセッサ。
【請求項７】
前記周波数積分器は、前記時間積分器のサンプルとしきい値を比較し、パルスそれぞれが前記しきい値を超える量に基づいて、各パルスの出力を発生する、請求項５に記載の検出器及び焦点面プロセッサ。
【請求項８】
入力信号内の考えられるパルスを識別する焦点面プロセッサ用の時間積分器であって、
ナイキストレート又はそれ以上で検出器配列の検出器要素の検出器出力信号をサンプリングするサンプル検出器であって、前記検出器出力信号のサンプルを発生するサンプル検出器と、
前記検出器出力信号の前記サンプルを増幅するために前記サンプル検出器に結合された増幅器と、
前記増幅器に互いに順次、直列に結合される複数の記憶素子であって、第１の記憶素子は、前記増幅器から受信された連続した増幅サンプルを一時的に記憶し、前記第１の記憶素子は、その中での一時的な記憶のために第２の記憶素子に、一時的に記憶された増幅サンプルを順次転送し、最後から2番目の記憶素子は、前記直列における先行記憶素子から、一時的に記憶された増幅サンプルを順次受信し、前記最後から2番目の記憶素子は、前記一時的に記憶された増幅サンプルを、その中に一時的に記憶するために、最後の記憶素子に、前記一時的に記憶された増幅サンプルを順次転送する複数の記憶素子と、
前記複数の記憶素子より１少ない数に等しく、順次、直列に接続された複数の加算接合点であって、前記第１の加算接合点は前記第１記憶素子及び前記第２の記憶素子に結合して、その中に一時的に記憶された増幅サンプルを合成し、第２の加算結合点は前記第１の記憶素子及び次の記憶素子に結合して、その中に一時的に記憶された増幅サンプルを合成し、系列内の最後の加算結合点は、先行する加算接合点と、最後の記憶素子に結合して、その中に記憶された増幅サンプルを合成する複数の加算接合点と、
前記系列の第１の記憶素子、及び前記加算接合点それぞれに結合されたマルチプレクサであって、前記マルチプレクサは、前記第１の記憶素子からの増幅サンプル及び前記複数の加算接合点からの前記合成された増幅サンプルを多重化し、前記検出器出力信号の前記多重化された合成増幅サンプルを前記周波数積分器へ出力するマルチプレクサと
を有する時間積分器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、種々の変調と継続時間のパルスを含んでいる入力信号内のパルス検出に関連し、特に、光学的、アナログ及びディジタル処理によるパルス検出に関連している。
【０００２】
発明の背景
パルス検出器は、数ナノ秒かそれ以下から数ミリ秒かそれ以上の継続時間の、そして、チャープされた、位相シフトキーイング及び周波数シフトキーイングのような変調のパルス及び、加算的ガウス性雑音を含んでいる入力信号を受信する。パルス検出器の出力信号は、入力信号の各パルスの、発生の時間と継続時間、即ち、時間間隔、及び帯域幅及び中心周波数即ち、周波数間隔、を識別する信号である。
【０００３】
入力信号でパルスを発見する従来のシステムは、ディジタル技術に頼っている。従来のディジタルシステムは、電子的入力信号内のパルスを検出するために、よく知られている”一致検出マトリックス”（ＭＤＭ）アルゴリズム、あるいはそのアルゴリズムの変形、を実行した。ＭＤＭアルゴリズムは、効果的に、時間領域と周波数領域内のエネルギーの集中を検索する。エネルギーが見いだされる時間レコードの部分は、パルスが存在しうる時間間隔を示す。周波数領域でのエネルギーの位置は、パルスが存在する周波数間隔を表す。
【０００４】
正確に時間間隔と周波数間隔を見いだすために、多くの時間と周波数間隔が、信号エネルギーを検出して、そして位置を特定するために検索されなくてはならない。これらの時間と周波数間隔を検索する計算的な負荷は、従来のディジタルコンピュータが提供することができるよりはるかに大きい。そこで、以前のすべてディジタルプロセッサと比較して、より高速な及び少ない重量、体積及び電力及びコストの、多くの時間と周波数間隔を検索することによって、効率的にＭＤＭアルゴリズムを実行する、パルス検出システムの必要がある。
【０００５】
発明の概要
本発明に従って、ハイブリッドの光学的、電気的アナログ及び、ディジタルプロセッサを利用してＭＤＭアルゴリズムを実行する方法と装置が提供される。
【０００６】
本発明の一致検出マトリクス（ＭＤＭ）パルス検出器は、種々の変調と継続時間のパルスを含む入力信号により駆動される、ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）セルを照明するために平行にされたかつコヒーレントな光のビームを利用する。入力信号に応じてブラッグセルは、平行にされた光のビームを変調する。選択された長さを有する複数の細長い開口を有する光学板が、光学レンズ構成を通過した後に、変調された光のビームを受けるように配置される。光学レンズ構成が、光学板の面でブラッグセルを離れるビームの象を形成するために、空間的に変調された平行にされた光ビームの経路に、配置される。光学板の面で複数回数、ブラッグセル開口の像を繰り返すために、ホログラフィー要素が、像が形成されたビームの経路内に且つ光学レンズの近くに配置される。
【０００７】
空間的に変調された光のビームの経路内に第２の光学レンズ組立体が、光学板の下流に配置される。第２の光学レンズ構成は、光分布の空間フーリエ変換を発生し、それにより、第２の光学レンズ構成の焦点面内の光の強度は、光学板により修正されるブラッグセルを変調する信号のパワースペクトル密度に比例する結果となる。第２の光学レンズ構成の焦点面内の検出器配列は、各パルスの時間の位置と周波数間隔を有する入力信号内のパルスを識別するために、光強度に応答する。
【０００８】
さらに本発明に従って、光学板上の複数の像の選択されたものについての周波数積分器を有する一致検出マトリックスパルス検出器を実装するために、各検出器の後に続く焦点面プロセッサが設けられる。検出器と焦点面プロセッサは、更に、光学板上の複数の像の選択されたものについての時間積分器を含む。更に加えて、複数の像の選択されたもののための同調コマンド選択器が含まれる。
【０００９】
焦点面プロセッサの時間積分器は、焦点面の配列内の各検出器の出力に応答する、利得制御を有する。前置増幅器は、利得制御に応答しそして、それによって前置増幅器の利得を設定する。利得制御は、製造の不一致と雑音のスペクトル変化による、１つの検出器から次への利得変化を補正する。各検出器の出力は、ナイキストレート又はそれ以上でサンプルされ、増幅され、記憶されそして、続いて、マルチプレクサの記憶要素に読み込まれる。マルチプレクサ内の記憶されたサンプルは、読出され、そして、最初の記憶サンプルは、次の記憶要素に転送され、そして次のサンプルは、その場所に記憶される。次の記憶サンプルは、マルチプレクサの中に読まれ、そしてサンプルの和が、計算され、そして、マルチプレクサから読み出される。この処理は繰り返され、そして、各繰り返しについて、値はマルチプレクサから読み出される。
【００１０】
本発明に従った周波数積分器は、特定の時間積分器に対応している周波数帯域を識別するために、しきい値への比較のために、マルチプレクサ又は時間積分器からの出力を受信する、しきい値検出器を有する。時間、周波数帯域及び、しきい値に起因している値は、同調コマンド選択器に送られる。同調コマンド選択器は、最も大きいもので開始しそして最小のものへ継続する、周波数積分器からの出力を処理する。最も大きいものは、有効なパルスに対応する可能性が最も高い。これは、パルスの帯域通過（周波数間隔）の推定値と、パルス継続時間と到着時間（時間間隔）の推定値をもたらす。
【００１１】
本発明の技術的な特徴は、ＭＤＭアルゴリズムを実行するパルス検出のための光学的、電気的アナログ及びディジタルプロセッサである。本発明に従った実装は、データを、以前に実行された全てのディジタル技術より高速な、単位時間当りの基準で、処理されることを可能とする。更に多くの時間間隔と周波数間隔が、更に大きな時間と周波数位置精度となるパルスを検出するために、検索されることが可能である。更に加えて、更なる時間及び周波数間隔が、よりいっそう敏感なパルス検出器の結果となる。本発明の更なる利点は、パルス検出器の以前の全てのディジタル実行と比較されるときに、効率的な重量、体積、電力及びコストを提供する、入力信号内のパルス検出のための、光学的、電気的アナログ及びディジタル処理の方法である。
【００１２】
本発明のパルス検出器のいっそう完全な理解は、添付の図面と関連して、以下の詳細な説明を参照することによって得られうる。
【００１３】
図面の詳細な説明
図１は、入力信号内のパルスを検出し、そして次に検出されたパルスを特徴づけるための光学的／電気的アナログ／ディジタル処理を使用する、パルス検出器及び特徴付け器の概略図を示す。ミキサー１０は、信号の中心周波数がブラッグ（Ｂｒａｇｇ）セルの中心周波数に対応するように、ｆ０により、信号の周波数を下げる。結果の信号は、信号をディジタル化するアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器及びバッファ１２に与えられる。そして、バッファは一時的に、ディジタル化された信号を記憶する。信号は、パルス検出器１４にも入力される。記述されるように、パルス検出器１４は、（示されない）光学要素を含み、そしてパルス検出器への入力として、平行にされた光ビーム１６に応答する。パルス検出器は、パルスの存在を検出し、そして、その出力、即ち、パルスを含みうる時間と周波数間隔、を初期同調コマンドプロセッサ１８に送る。初期同調コマンドプロセッサ１８は、パルスを含みうる時間間隔を、バッファ１２に中継する。バッファ１２は、サブバンドチューナとパルス特性付けオペレータ２０へそれらの時間間隔のディジタル化された記録を送る。パルス検出器によってパルスであると考えられないバッファ１２に記憶された信号の部分が、捨てられる。初期同調コマンドプロセッサ１８は、同じく、候補パルスが、単一パルスよりむしろ共に時間と周波数で重なり合った、確かに２つのパルスであるかどうか決定する。プロセッサ１８は、同じく、パルスが、単一パルスよりむしろパルス列であると考えられるどうか決定する。この情報は、時間と周波数間隔とともに、初期同調コマンドを含む。初期同調コマンドは、サブバンドチューナとパルス特徴付け器２０に送られる。サブバンドチューナパラメータは、初期同調コマンドによって設定される。サブバンドチューナは、パルスと関連する雑音を減らすために、バッファ１２から対応する時間レコードをフィルターする。パルス特徴付け器２０は、パルス幅、到着時間、振幅及び変調の形式を決定する。
【００１４】
図２を参照すると、任意の継続時間と加算的なガウス雑音を有する、チャープ、位相シフトキーイングと周波数シフトキーイングのような種々の変調のパルスを含む入力信号は、ブラッグセル２２に与えられる。ブラッグセル２２は、入力信号に従って、光ビームを空間的に変調するために、平行にされた光ビーム１６を受ける。ブラッグセル２２を出ると、空間的に変調された光ビームは、検出器配列２８の上に信号スペクトル２６を生成する光学系２４に与えられる。検出器配列２８は、焦点面プロセッサ３０に適用されるアナログ信号の形式の信号スペクトル２６に応答する。焦点面プロセッサ３０は、一致検出マトリクス（ＭＤＭ）アルゴリズムを実行して、そして、パルスを含んでいる可能性が最も高い時間と周波数間隔を出力する。
【００１５】
図３は、一致検出マトリクス（ＭＤＭ）アルゴリズムを示す。雑音とともに検出のためのパルスを含んでいる入力信号Ｓｉ（ｔ）は、それぞれ通過帯域Δｆ１，Δｆ２，．．．，ΔｆＭをわたる帯域通過フィルタ３２−１、３２−２から３２−Ｍのバンクに与えられる。それぞれの通過帯域は、周波数に間隔を表す。効果的に、帯域通過フィルタは、その通過帯域をわたる入力内の電力を積分する。通過帯域は、入力信号によって占められうる全ての通過帯域をカバーするように選択される。明らかに、通過帯域の数は、非常に大きい。アルゴリズム実装の目標は、可能な限り多くの通過帯域をわたり積分することである。帯域通過フィルタ３２−１、３２−２から３２−Ｍの出力は、２乗ネットワーク３４−１、３４−２から３４−Ｍで２乗され、そして、他の組のフィルタバンク３６−１、３６−２から３６−Ｍに与えられる。これらのフィルタバンクは、図３に示されるように与えら得た入力の、継続時間ΔｔＩの時間積分を実行し、ここで、Ｉは１かＮである。ΔｔＩの値は、入力パルスの可能な継続時間をわたって及ぶ。もう１つのアルゴリズム実装の目標は、可能な限り多くの時間間隔をわたって積分することである。時間積分フィルタ３６−１、３６−２から３６−Ｍの最大出力は、通過帯域又は周波数間隔内の入力パルスと最もぴったりと一致するそれぞれの帯域通過フィルタ３２−１、３２−２から３２−Ｍからの及び、パルスの継続時間と最もぴったり一致する積分時間を有する時間積分フィルタからの信号出力を表す。時間積分フィルターの出力で最大値が発生する時間は、入力信号ｓｉ（ｔ）内のパルスの到着の時間を表す。フィルタバンク３６−１、３６−２から３６−Ｍの出力は、入力信号Ｓｉ（ｔ）内で検出されたＰ−最大の入力パルスを選択する、選択ネットワーク３８に与えられ、ここで、Ｐは一般的に、サブバンド同調及び特性付けブロックが処理することができる、単位時間当たりのパルスの数として選択される。選択ネットワーク３８の出力は、オリジナルの波形内のパルスの、発生の時間と継続時間（時間間隔）及び通過帯域（周波数間隔）を識別する出力信号Ｓｏ（ｔ）である。
【００１６】
本発明に従って、図４に示されるように、一致検出マトリクス（ＭＤＭ）アルゴリズムは、ハイブリッドの光学的、電気的アナログ及びディジタルプロセッサによって実行される。
【００１７】
図４は、本発明に従った、光学的／電気的アナログ／ディジタルパルス検出器の概略を示す。入力信号は、レーザ４０から平行にされた光ビーム１６によって照射されるブラッグセル２２を駆動する。ブラッグセル２２は、平行にされた光ビーム１６によって照射される、４２で示されるようなセル開口を有する。ブラッグセルは、空間的に開口を通過する平行にされた光ビーム１６を変調し、そしてブラッグセルを出ると、同じく光学ネットワーク２４の中の不透明板４８の面に、光学ネットワーク２４のレンズ４４と４６によって像が形成される。レンズ４４と４６の間に配置された、バイナリ光学板（又は、ホログラム）５０は、不透明板４８の像平面の表示によって示されるように、８回ブラッグセル開口４２の像を繰り返す。バイナリ光学板５０は、８以外の回数でブラッグセル開口４２の像を繰り返すように構成されうることは理解されるべきである。示された実施例では、バイナリ光学板５０は、８回ブラッグセル開口４２を繰り返すよう選択された。
【００１８】
図４で示されるように、不透明板４８は、ブラッグセル開口４２の像が繰り返される位置に配置された種々の長さのスリットを含んでいる。不透明板４８内のスリットは、それぞれの複製についてのブラッグセル開口の実効長を設定する。再び、不透明板４８での像の数とスリットの長さは、限定するのではなく、例である。図４で示されたスリット長は、ブラッグセル２２内で波が、スリットの長さを伝わるのに要する時間に関している。例えば、（一定の比例に合わせて図４に示されない）スリット長は、２ｎｓから、４ｎｓ、６ｎｓ、８ｎｓ、１０ｎｓ、０．１マイクロ秒、１マイクロ秒、そして２マイクロ秒、と変わる。不透明板４８の開口画像の各々のパワースペクトルを得るために、アナモルフィックレンズ５２が不透明板を通して通過する光の経路内に置かれる。アナモルフィックレンズ５２は、板４８のスリット内の光分布の空間のフーリエ変換をとり、その結果、アナモルフィックレンズ５２の焦点面の中の光の強度が、入力信号Ｓｉ（ｔ）のパワースペクトル密度に比例する。アナモルフィックレンズ５２は、垂直方向に、不透明板４８の開口の各々の像を形成し、そして、水平方向に像を変換する。アナモルフィックレンズ５２からの光は、不透明板４８の８つのスリットに対応している、８ラインの検出器を有する検出器配列５４によって検知される。検出器のラインは、板４８の対応するスリットから光を受け、そして検出する。
【００１９】
アナモルフィックレンズ５２の動作により、検出器５４のスリットの像は、垂直方向で重なり合わず、そして、水平方向の周波数軸でフーリエ変換の整列を実行する。このように、アナモルフィックレンズ５２は垂直方向に像を形成し、そして水平方向に変換する。これは、検出器５４に当るスペクトルを表している８つの独立した像があることを保証する。象の形成されたスペクトルは不透明板４８内のように時間に向けられ、すなわち、像の一番上のスペクトルが、２マイクロ秒の時間間隔であり、そして一番下の像についてのスペクトルが、２ｎｓ時間間隔である。
【００２０】
入力信号内のパルスの検出と特性づけのために、検出器５４からのアナログ出力を、時間及び周波数間隔へ処理する、焦点面プロセッサ５６が、検出器配列５４に結合される。焦点面プロセッサは、一般的には、検出器から得られるアナログ電流をとり、そしてその電流に数値演算あるいはアルゴリズムを実行する、電気的アナログプロセッサである。
【００２１】
焦点面プロセッサ５６は、ブラッグセル２２に与えられた入力信号内のパルスの検出を生じる数値演算を実行するために、検出器配列５４からの情報を処理する。数学的な演算は、入力信号の中で、パルスの時間間隔と周波数間隔を生じるために、共に時間と周波数で実行される。図５は、検出器配列５４の上にアナモルフィックレンズ５２によって形成された８つの像の各々についての８つの検出器配列５４−１から５４−８を含む、検出器５４と焦点面プロセッサ５６を示す。時及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８、時間積分器６０及び周波数積分器６２が、検出器配列５４−１から５４−４のそれぞれと関連する。焦点面プロセッサで非常に高速の回路の必要を減少させるために、焦点面配列とプロセッサは、１０ナノセカンド（ｎｓ）より短い継続時間を有するパルスについてのいくぶん異なったアプローチを利用する。この計算で使われたブラッグセルは、５００MHzの帯域幅を有する。２ｎｓパルスの最小帯域幅も、約５００ＭＨｚである。それ故に、２ｎｓパルスの周波数間隔がブラッグセル制限のために５００ＭＨｚ又はそれ以上であるという仮定がある。２ｎｓパルスのために帯域幅を決定することは試みられず、そしてそれ故に、周波数積分器が提供されない。図８に示されるように、１０ｎｓより短いパルスの時間間隔は、フィルターと検出器の後に続くしきい値によって決定されて、そして後に説明される。４ｎｓパルスについてのパルス処理は、４ｎｓパルスの帯域幅が、２５０  MHzから５００ＭＨｚのシステム限界に及ぶことができるという、２ｎｓパルスから異なる。それ故に、周波数積分器は、周波数間隔を推定するために必要とされる。６ｎｓと８ｎｓの焦点面プロセッサは、４ｎｓの焦点面プロセッサと同じ種類である。不透明板４８に示された残りの時間間隔像は、種々の時間スロットでパルス信号を処理するために、時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８、時間積分器６０及び周波数積分器６２を利用する。図５に示されたように、時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８の各々は、時間と周波数間隔選択ＩＩプロセッサ６４に出力を発生する。
【００２２】
４つの最長のパルス間隔、すなわち、１０ｎｓから１５０ｎｓ、０．２マイクロ秒から１．５マイクロ秒、２マイクロ秒から１５マイクロ秒、そして２０マイクロ秒から１５０マイクロ秒は、時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８とともに、時間積分と周波数積分の両方を必要とする。時間積分焦点面プロセッサ６０は、検出される時間間隔がブラッグセルウインドウの像内のスリットより長いので、これらの場合で必要とされる。
【００２３】
検出器配列の１つ又はそれ以上の行の出力は、焦点面プロセッサ５６によって処理されることに加えて、スペクトルの種々の点で背景雑音の推定値として、検出器配列のバス７６の上に移される。背景雑音レベルは、焦点面プロセッサ５６で利得設定に変換される。
【００２４】
図６を参照し、検出器配列５４−１から５４−８の１つの概略を示す。図６に示されたサイズは、典型的であり、そして各々の配列におよそ１，０００又はそれ以上の検出器があってもよい。検出器の数Ｎｄは、次の式によって与えられるように、焦点面プロセッサ５６の周波数分解能と帯域幅、ＢＷ、によって設定される：
【００２５】
【数１】
0004399448.tif 000002
この例では、５１２ＭＨｚの帯域幅が、ブラッグセル制限により設定されるとして５００ＭＨｚ帯域幅よりむしろ、使われる。５００ＭＨｚのブラッグセル制限が、公称の制限であり、そして、一般に、５００のＭＨｚより少し広いので、この帯域幅の使用は、焦点面プロセッサを単純化する。５１２ＭＨｚの帯域幅と０．５ＭＨｚの周波数分解能を仮定すること：
【００２６】
【数２】
0004399448.tif 000003
図７は、検出器配列５４−１から５４−４についての、焦点面プロセッサの時間積分器６０部分の概略図である。バスライン７６上の検出器配列５４の出力は、時間積分器６０の利得設定を決定するために利用される。増幅器７８の利得を設定するために使われることができるいくつかの戦略がある。１つのそのような戦略が次のようである。利得は、パルスとともに存在する雑音によって起こされた偽の警報を減少するのに役立つように設定されねばならない。偽の警報を減らすしきい値は、利得設定と関連して使用され、図７に示される焦点面プロセッサの部分の下流に（図９参照）存在する。パルスと関連する雑音のスペクトルが、パルスのスペクトルと共に含まれる。雑音は、パルス継続時間と比較して長い間隔で統計学的に安定と思われる。雑音のパワースペクトル密度は、パルスを含んでいないレコードの部分で推定される。図７で示されたバス７６から検出器出力を受け取るマイクロプロセッサは、雑音のパワースペクトル密度を推定する。雑音スペクトルの平均値は、パルスを通すがしかし雑音スペクトルの平均値を除去するように選択されたカットオン周波数で（図７に示されない）検出器出力を高域通過フィルターを行うことによって、除去されうる。代わりに、雑音スペクトルの平均値は、推定され、そして、検出器のすぐ後で検出器出力から引かれる（同じく図７に示されない）。最終結果は、雑音スペクトルの推定内の誤差だけを残して、雑音スペクトルの平均値が除去されたということである。図９のしきい値が固定されているままでいるために、雑音スペクトルでのｒｍｓ誤差が、全ての検出器出力について同じであるように、それぞれの検出器の利得が設定される。この技術が、しきい値が固定されそれにより、焦点面プロセッサの構成を単純化することを可能とするであろうことは、図９の議論でわかるであろう。利得調整信号は、検出器配列出力を処理するために、その利得を設定するために前置増幅器７８の入力に適用される。検出器配列５４内の特定の検出器要素の出力は、ナイキスト周波数又はそれ以上で、サンプラ８０によってサンプルされ、そして、前置増幅器の入力に与えられる。
【００２７】
前置増幅器７８から出力された増幅されたサンプルは、キャパシタ８２−１に記憶され、そして増幅器８６−１を通してマルチプレクサ８４の記憶要素ＳＶ１に読み取られる。マルチプレクサ８４に記憶された電荷は、周波数積分器６２への入力として、ライン８８に読み出される。検出器５４からの次のサンプルは、キャパシタ８２−１に記憶され、そして以前に記憶されたサンプルは、キャパシタ８２−２に転送される。キャパシタ８２−２に記憶されたサンプルは、キャパシタ８２−１からも新しい記憶されたサンプルを受ける、加算接合点９２−１に入力される。キャパシタ８２−１に記憶された最近のサンプルは、記憶要素ＳＶ１の中に読み込まれ、そしてキャパシタに８２−１と８２−２から読み出したサンプルの和は、増幅器８６−２を通して加算接合点９２−１出力され、そして、記憶要素ＳＶ２へ読み出される。再び、マルチプレクサ８４の全ての記憶された電荷は、周波数積分器６２へライン８８の上で読み出される。この処理は、連続的に転送されて、そしてキャパシタ８２−１、８２−２、８２−３から８２−１４に記憶された、サンプル検出器出力とともに継続する。図７に示されたように、これらのサンプルは加算器９２−１から９２−１３内で合計される。加算接合点９２からのサンプル出力の和は、増幅器８６を通して、マルチプレクサ８４の記憶要素へ与えられる。検出器配列５４の検出器をサンプリングし、そしてキャパシタ８２−１から８２−１４を通して連続的にサンプルを転送することについての処理は、繰り返され、そしてマルチプレクサ８４が記憶素子の各々内のサンプルを受けるときに、サンプルがとられそして周波数積分器６２に与えられるるたびに読まれるであろう合計の１４の値がある。
【００２８】
配列５４−５、５４−６、５４−７と５４−８の検出器に続く回路構成は、図７と異なり、図８に示されている。差は、高速の焦点面プロセッサを構成することについての困難性により引き起こされる。最新の高速の装置が進むにつれて、検出器の後の回路は、検出器配列５４−１、５４−２、５４−３と５４−４内と同じでもよい。図８に示されるように、サンプラは存在しないが、しかし利得設定戦略は、他の検出器配列と同じである。増幅器７８は、しきい値検出器６６へ入力信号を送る。しきい値は、所定の偽の警報レートのために検出の規定された確率を達成するように設定される。もししきい値が超えられない場合には、信号は捨てられる。もししきい値が超えられる場合には、タイマ７０が停止され、そして、パルスの到着を表している読みがしきいち値を超えている信号の時間レコードとともに時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８に送られる。タイマ７０は、パルスが受信された後に、又は、もしパルスが受信されない場合には予め定められた時間の後に、クリアされて、そして開始される。タイマスタート信号は、利得調整信号と同じバスの下方に送られることができる。
【００２９】
図９は、図５に示される、周波数積分器６２の各々のレイアウトを示す。図９は、図６で示された１，０２４の検出器を含んでいる検出器構成を示す。各々の検出器配列５４内の検出器の数が、焦点面プロセッサの帯域幅内の分解能要素の数とともに変化することは強調されるべきである。５００メガヘルツの帯域幅については、検出器配列５４−８は、ただ１つの分解能要素とそのために、検出器配列５４−８にただ１つの検出器を有する。図４で示されたように４ｎｓ開口についての検出器配列５４−７については、再び、５００メガヘルツの動作帯域幅を伴ない、検出器配列５４−７は、２つの分解能要素、すなわち、２つの検出器を有する。このように、分解能要素の数、すなわち、検出器配列５４の各々の検出器の数は、上述の式に従って、決定される。分解能要素の数に関して、最も強調する場合は、１，０２４の分解能要素（１，０２４の検出器）の検出器配列である。図９は、検出器要素の数が１，０２４である場合を示す。検出器配列５４−８については、前述のように、検出器配列の出力は、直接的に、時間及び周波数選択Ｉプロセッサ５８に与えられる。検出器配列５４−７については、周波数積分器レイアウトは、チャネルＳ１とＳ２を有し、１つのチャネルは、検出器配列５４−７内の各検出器のためである。
【００３０】
周波数積分器の動作で、マルチプレクサ８４からのライン８８上の検出器配列５４の１つの検出器要素についての時間積分器６０の出力は、しきい値検出器９４−１でしきい値と比較される。もしそのしきい値が超えられるなら、時間積分器６０の出力に対応する周波数帯域でパルスがありうる。パルスが、周波数帯域に存在するときには、時間、周波数帯域及びしきい値を超えた信号の大きさを表している値は、しきい値検出器９４−１から出力され、そして、時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８に与えられる。Ｓ１チャネルにつては、時間積分器６０の出力は加算接合点９６−１に適用される。同じくチャネルＳ２の時間積分器６０の出力も、加算接合点９６−１の入力に与えられる。チャンネルＳ２の時間積分器の出力は、しきい値検出器９４−３へ与えられ、そして、しきい値が超えられると、時間、周波数帯域及びしきい値が超えられた合計の値は、しきい値検出器９４−３から時間及び周波数選択Ｉプロセッサ５８へ出力される。
【００３１】
加算接合点９６−１内のチャネルＳ１とＳ２に関する時間積分器の合計は、しきい値検出器９４−２でしきい値と比較される。再び、もししきい値検出器９４−２にセットされたしきい値が超えられる場合には、チャネルＳ１とＳ２の時間、周波数帯域及び、しきい値が超えられた値が、時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８に送られる。効果的に、各個々のチャネルが試験され、すべての１０２４のチャネルがしきい値に対して、そして結果を時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８に送る。そして、隣接した対のチャネルは、加算され、今は５１２チャネルであり、そして再びしきい値に対して試験され、そして結果を次のプロセッサに送る。たった１つの対が、すなわち加算接合点９６−３が残るまで、これは継続する。和の１０のレベルがあり、そしてレベルｋで合計した数Ｎｏの出力が：
Ｎｏ＝２ｋ
であることは、容易に示される。
それゆえに、１０２４の検出器を有する配列については、ここで考えられる、１０のレベルの各加算接合点での合計されたサンプルの数が、それぞれ、１０２４、５１２、２５６、１２８、６４、３２、１６、８、４、２である。
【００３２】
図９では、Ｓ２とＳ５１１の間のチャネルの多くが、図を複雑にするのを避けるために示されないことは注意するべきである。これは、大きな数の時間積算器が、過度に図を複雑にするのを避けるために、関連するしきい値検出器と加算接合点とともに示されていない、図９のチャネルＳ５１４とＳ１０２３の間の状況と同様である。
【００３３】
本質的に、マルチプレクサ８４の出力をしきい値と比較することによって、周波数積分器はそれぞれの検出器要素で信号を検索する。積分器に接続されたしきい値が超えられるときに、時間積分器の出力に対応する周波数帯域の信号がありうる。しかしながら、チャネルＳ１とＳ２を参照して、（例として）しきい値検出器９４−１と９４−３のしきい値は、超えられない場合もあるが、しかしチャネルＳ１とＳ２についての信号の和は、加算接合点９６−１で結合されるときに、しきい値検出器９４−２のしきい値を越える場合もあり、それにより、関連する時間間隔と周波数間隔内に信号がありうる。
【００３４】
図１０を参照すると、検出器配列５４−１から５４−８の各々についての、周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８のブロック図が示されている。時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８は、間積分器６０の出力としきい値検出器９４のしきいち値の間の差を、順に最も大きいものから最も小さいものまで、選択して、そして配置する。再び、図１０で示された初期同調コマンド選択は、初期同調コマンド選択５８への入力の数が、関連する検出器配列内の検出器の数で変わる、一般的な表示である。例えば、１つの分解能要素（１つの検出器）を有する検出器配列５４−８について、図１０の初期同調コマンドは、バッファ及び比較回線９８へ１つのみの入力を含む。検出器配列５４−７については、帯域幅内に２つのみの分解能要素があり、そして、時間積分器からの３つの出力が、時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８に接続されている。検出器配列５４−７については、３つのみの入力が、バッファ及び比較回路９８に与えられる。このように、特定の検出器配列についての時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８の複雑さは、図９に示された周波数積分器と同様な方法で、変わる。最も多くの分解能要素と最も多くの検出器を有する検出器配列５４−１は、従って、その検出器配列と関連される初期動向コマンド選択５８への最も多くの入力を有する。
【００３５】
前述のように、時間及び周波数間隔選択処理は、最大のしきい値差から最小しきい値差へ、図９のしきい値検出器の出力を順序付けする。実際は、パルス特徴付け器とサブバンドチューナは、与えられた時間間隔で処理されることができるパルスの数で制限される。この結果は、単位時間当たりの、Ｐの最大の超過が、パルス特徴付け器に送られることであり、Ｐはパルス特徴付け器が単位時間あたりに処理することができる、最大の数である。最大のしきい値差は、有効なパルスに対応する可能性が最も高い。
【００３６】
時間及び周波数間隔選択Iプロセッサ５８の動作では、相互接続された周波数積分器６２からの出力が、バッファ及び比較回路９８に記憶される。もちろん、しきい値差がない場合に、バッファ及び比較回路への信号入力は、信号が時間積分器６０の出力に対応する周波数帯域に存在しないことを示すゼロである。
【００３７】
検出器配列５４−１から５４−７につての周波数積分器６２から出力は、各検出器要素についてのバッファ及び比較回線でバッファされ、そして全てのバッファされた値は、最大のしきい値差を選択するために比較される。図１０で示されるように、３２の検出器要素からの信号は、バッファされる。検出器要素のそれぞれについて最大のしきい値差は、相互に接続されたバッファ及び比較回路１００へ転送される。再び、相互に接続されたバッファ及び比較回路９８からバッファ及び比較回路１００で受信されたしきい値差は、比較され、そして、最大のしきい値差は、バッファ及び比較回路１０２に送られる。バッファ及び比較回路１０２は、バッファ及び比較回路１００からのしきい値差の選択を受信しそして、最大のしきい値差を比較してそして評価する処理が、バッファ及び比較回路１０２内でなされる。
【００３８】
動作では、時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８は、最初に、小グループの検出器要素の出力をソートし、そして第２のソートについてに最大のしきい値差を選ぶ。再び、最大のしきい値差は、バッファ及び比較回路１０２に記憶される。時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８の出力は、Ｎ−最大しきい値差であり、ここでＮはシステムの初期化でなされた選択である。これらのＮ−最大しきい値差は、時間及び周波数間隔選択ＩＩ特徴付け器６４への入力である。
【００３９】
８つのチャネルＳ−１からＳ−８を示す図９の例を考えると、時間及び周波数間隔選択ＩＩ特徴付け器６４へ与えられる、各々がＮ−最大しきい値差出力を有する時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８がある。このように、時間及び周波数間隔選択ＩＩ特徴付け器６４は、８つの別個の時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８の各々からＮ−入力を受信する。１０に等しいＮについて、時間及び周波数間隔選択ＩＩ特徴付け器６４は、８０入力を受信する。
【００４０】
構造上、時間及び周波数間隔選択ＩＩ特徴付け器６４は、時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８に類似している。即ち、時間及び周波数間隔選択ＩＩ特徴付け器６４へのＮかける８入力が、時間及び周波数間隔選択Ｉプロセッサ５８についての選択処理と同様な段階で、バッファされ、そして比較される。時間及び周波数間隔選択ＩＩ特徴付け器６４へのＰ−最大しきい値差入力は、ネットワーク２０でのサブバンド同調及びパルス特性付けのための信号Ｓｏ（ｔ）として出力される。
【００４１】
発明とその利点が詳細に記載されたが、添付の請求項とその等価なものによって定義されるような、種々の変更、代替と変更が発明の精神と範囲から離れることなしに可能であることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】センサのような入力信号を受信しそして、入力信号の中に含まれるパルスを特徴づけるか又は識別する出力信号を発生する、パルス検出器の単純化されたブロック図である。
【図２】本発明に従った、光学的、電気的アナログ及びディジタル処理の両方を組み込むパルス検出のための方法と機器のブロック図である。
【図３】パルスを検出する一致検出マトリクス（ＭＤＭ）アルゴリズムの概略図である。
【図４】ＭＤＭアルゴリズムを使用してパルス検出を実行するための、本発明従った光学的、電気的アナログ及びディジタルプロセッサの概略図である。
【図５】図４で示された、検出器配列と焦点面プロセッサの構造を示す図である。
【図６】図５に概略示された、構造内の検出器配列の１つの概略を示す図である。
【図７】一致検出マトリックスパルス検出器のための、検出器と焦点面プロセッサのための、時間積分器の代わりの実施例の概略図である。
【図８】一致検出マトリックスパルス検出器のための、検出器と焦点面プロセッサのための、時間積分器の代わりの実施例の概略図である。
【図９】ＭＤＭアルゴリズムパルス検出器のための、検出器と焦点面プロセッサのための、周波数積分器の概略を示す図である。
【図１０】時間及び周波数間隔選択ＩＩが続く時間及び周波数間隔選択Ｉのための、バッファと比較ラダーのブロック図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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