(57)【要約】位相安定された適応アレイシステムは、可動のアンテナアレイ５４Ａ −５４Ｎ と、アンテナアレイに結合しチャンネル信号をそれぞれ発生する複数の信号チャンネル５２Ａ −５２Ｎ を含んでおり、各チャンネルはチャンネル加重によりチャンネル信号を加重するための適応信号加重装置６０Ａ −６０Ｎ を含んでいる。システムはさらに、ビーム信号を形成するために加重されたチャンネル信号を結合するための結合装置と、位相補償加重をビーム走査位置に応じて変化するアレイ信号またはビーム信号へ与えるための位相補償装置６６をさらに含んでおり、それによって既知の方向の信号に対する応答はアレイが移動されながら、または加重が更新されるとき実質上一定に維持される。適応アレイの動作方法は、ターゲットに関してアンテナアレイを回転し、アンテナアレイに結合しそれぞれチャンネル信号を発生する複数の信号チャンネルを設け、各チャンネル信号をチャンネル加重により適応可能に加重し、ビーム信号を形成するため加重されたチャンネル信号を結合するステップを含んでいる。この方法はさらに、所定の角度位置でターゲットに応答して位相安定するために、アンテナ位置に応じて変化するアレイ信号またはビーム信号へ位相補償加重を与えるためのステップを含んでおり、それによって既知の方向の信号に対する応答はアンテナが回転されながら、または加重が更新されるとき実質上一定に維持される。【選択図】図１
2004506913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相安定化された適応アレイ（５０；８０ ）において、
運動するアンテナアレイ（５４Ａ −５４Ｎ ；８４Ａ −８４Ｎ ）と、
このアンテナアレイに結合され、チャンネル信号をそれぞれ生成し、チャンネル加重によりチャンネル信号を加重するための適応信号加重装置（６０Ａ −６０Ｎ 、６６；９０Ａ −９０Ｎ 、９４）をそれぞれ含んでいる複数の信号チャンネル（５２Ａ −５２Ｎ ；８２Ａ −８２Ｎ ）と、
ビーム信号を形成するために加重されたチャンネル信号を結合するための結合装置（６２；９２）と、
既知の方向における信号に対する応答がセンサアレイが運動しているとき、または加重が更新されているとき実質上一定に維持されるようにアンテナアレイの位置にしたがって変化する位相補償加重をアレイ信号またはビーム信号に与える位相補償装置（６６、６０Ａ −６０Ｎ ；９６、９８）とを具備していることを特徴とするシステム。
【請求項２】
アレイは回転アレイ（５４Ａ −５４Ｎ ）であり、位相補償装置（６６）はアンテナが角度φで回転されるとき以下のベクトル、即ち、
【数１】
2004506913.tif 000008
として規定された１組のチャンネル加重を方向θから到着した信号に与え、ここでｄｎ （θ，φ）はアンテナが角度φに回転されるとき、方向θから到着した信号に対するｎ番目のチャンネルの応答であることをさらに特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
利得補償装置は利得補正項とビーム信号とを乗算するための乗算器（９６）と、利得補正項ｇ（θ，φ）を与える装置（９８）を含んでおり、利得補正項は次の式で表され、
【数２】
2004506913.tif 000009
ここでターゲット信号は角度θであり、ビームは角度φである請求項１記載のシステム。
【請求項４】
ターゲットに関してアンテナアレイを回転させ、アンテナアレイに結合されてそれぞれチャンネル信号を生成する複数の信号チャンネルを設け、各チャンネル信号をチャンネル加重により適応可能に加重し、ビーム信号を形成するために加重されたチャンネル信号を結合するステップを含んでいる適応アレイの動作方法において、
所定の角度位置におけるターゲットに応答して位相を安定するために、
ビーム走査位置に応じて変化するアレイ信号またはビーム信号に対して位相補償加重を与えるステップを含んでおり、それによって既知の方向の信号に対する応答はアンテナアレイが回転されるとき、または加重が更新されるとき実質上一定に維持される方法。
【請求項５】
位相補償加重を与えるステップは、
アンテナが角度φで回転されるとき次の式で表されるベクトル、
【数３】
2004506913.tif 000010
として規定された１組のチャンネル加重を方向θから到着した信号に与え、ここでｄｎ （θ，φ）はアンテナが角度φで回転されるとき、方向θから到着した信号に対するｎ番目のチャンネルの応答である請求項４記載の方法。
【請求項６】
位相補償加重を与えるステップにおいて、
１組の利得補償加重ｇ（θ，φ）を与え、それは次の式で表され、
【数４】
2004506913.tif 000011
ここでターゲット信号は角度θであり、ビームは角度φであり、
利得補正項とビーム信号とが乗算される請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は適応アレイ、特に、干渉をゼロを維持しながら所望の信号において適応アレイの所望の利得を安定化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転プラットフォームにおける適応アレイを考慮する。これは干渉プラス雑音の統計を評価してそれを減衰するための加重を生成するためコヒーレントな処理間隔にわたってデータを集収することができる。アンテナが回転するとき、形成されるビームは変化するターゲットまたはクラッタに対して応答を有する。この変調はクラッタ消去およびターゲット検出能力を減少する。現在この問題を解決する方法は存在しない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
時間と共に変化する妨害環境において適応アレイに対して別の状態が生じる。例えば、時間変化はジャマー動作、アンテナの運動、またはジャマーの波形の変化から生じる。適応アレイのビーム操縦加重はジャマーについてゼロを維持するために周期的に更新されなければならず、これはアンテナパターンの時間変化を導入する。これは所望の信号およびクラッタを変調する。
本発明はこれらの問題に対する解決策を与える。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は干渉をゼロを維持しながら所望の信号において適応アレイの所望の利得を安定化する。これはアレイが回転するとき、または適応加重が変化するジャマーフィールドでゼロを維持するように更新されるとき、変化する複素数スカラと適応加重とを乗算することによって実現される。これは既知の方向における信号に対する応答が回転期間中、または加重が更新されるときに一定に維持されることを確実にする。本発明は回転または更新が急速であるシステムにおいてさえも有効である。
【０００５】
回転センサアレイ用の位相安定された適応アレイシステムを説明する。このシステムはアンテナアレイと、アンテナアレイに結合され、チャンネル信号をそれぞれ発生する複数の信号チャンネルとを含んでおり、各チャンネルはチャンネル加重によりチャンネル信号を加重するための適応信号加重装置を含んでいる。システムはさらに、ビーム信号を形成するために加重されたチャンネル信号を結合する結合装置を含んでいる。本発明の１特徴にしたがって、システムはさらに位相補償加重をアンテナ位置にしたがって変化するアレイ信号またはビーム信号へ与えるための位相補償装置を含んでおり、それによって既知の方向の信号に対する応答はセンサアレイが回転されるとき、または加重が更新されるとき実質上一定に維持される。
【０００６】
本発明の別の特徴は、適応アレイの動作方法であり、その方法は、ターゲットに関してアンテナアレイを回転させ、アンテナアレイに結合されてそれぞれチャンネル信号を発生する複数の信号チャンネルを設け、各チャンネル信号をチャンネル加重により適応可能に加重し、ビーム信号を形成するため加重されたチャンネル信号を結合するステップを含んでいる。方法はさらに、所定の角度位置でターゲットに応答して位相を安定させるために、アンテナ位置に応じて変化するアレイ信号またはビーム信号に位相補償加重を与えるためのステップを含んでおり、それによって既知の方向の信号に対する応答はセンサアレイが回転されるとき、または加重が更新されるとき実質上一定に維持される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のこれらおよび他の特徴と利点は添付図面に示されているように、その例示的な実施形態の以下の詳細な説明からさらに明白になるであろう。
安定されていない適応アレイシステム２０が図１の簡単な概略ブロック図で示されている。システムは複数のチャンネル２２Ａ 、２２Ｂ …２２Ｎ を含んでいる。各チャンネルは、アンテナ素子（２４Ａ 、２４Ｂ …２４Ｎ ）と、受信機（２６Ａ 、２６Ｂ …２６Ｎ ）と、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）（２８Ａ 、２８Ｂ …２８Ｎ ）と、加重乗算器（３０Ａ 、３０Ｂ …３０Ｎ ）とを含んでいる。チャンネルは（デジタルビーム形成システム用の）１つのアンテナまたはセンサから、または共に加算された多数のアンテナ（アナログビーム形成システムの出力）からである。デジタル化された入力チャンネル信号ｘ１ 、ｘ２ …ｘＮ はそれぞれのＡＤＣから出力され、加重ｗ１ 、ｗ２ …ｗＮ により乗算される。加重された入力チャンネル信号は、加算器３２で合計され、３４においてアレイ信号ｙを発生する。加重計算器３６は各チャンネルに与えられた加重ｗ１ 、ｗ２ …ｗＮ を適応可能に計算するためチャンネル信号ｘ１ 、ｘ２ …ｘＮ に応答する。アンテナが角度φに回転されるとき、ベクトルが以下の式であるとき、入力チャンネル（１つのセンサまたは形成されたビーム）の複素数応答を方向θから到着する信号に対して規定する。
【数５】
2004506913.tif 000003
ここでｄＮ （θ，φ）はアンテナが角度φに回転されるときの方向θから到着される信号に対するｎ番目のチャンネルの応答である。この複素数応答はＡＤＣ ２８Ａ−２８Ｃ により受信されるデータではなく、解析的にまたは例えば無響室のセンサ較正により決定されることができる。（任意の適応アレイ方法により決定されることができる）適応加重ベクトルｗは次式のように表される。
【数６】
2004506913.tif 000004
【０００８】
適応加重は決定され、ブロック適応方法で、ある時間インターバルの期間一定に維持される。時間に対する依存は表記を簡単にするために明白に示さない。
【０００９】
本発明の１特徴による位相安定制約は新しい時間変化加重ｗｎｅｗ （θ，φ）の生成を必要とし、ここでφはアンテナの回転角度であり、時間に直接対応し、次式によって、
【数７】
2004506913.tif 000005
ターゲットが方向θであるとき、アンテナはφの角度に回転され、Ｋは任意の複素数定数応答である。Ｋの値はシステムのダイナミック範囲に基づいてシステム設計者により選択され、典型的に１に設定されることができる。これは初期適応値ｗを選択し、アンテナが回転するときにｗの各素子の振幅および位相を単に同一に調節することによって実行されることができる。
【００１０】
少なくとも２つの主要な技術が存在し、それらによってアンテナが回転するときのｗの各素子の位相の調節が行われる。最も簡単な技術は、ｗを時間変化するｗｎｅｗ （θ，φ）と置換することを含んでいる。この技術は安定化された適応アレイシステム５０を示す図２の概略ブロック図で示されている。このシステムは複数のチャンネル５２Ａ 、５２Ｂ …５２Ｎ を含んでいる。各チャンネルはアンテナ素子（５４Ａ 、５４Ｂ …５４Ｎ ）、受信機（５６Ａ 、５６Ｂ …５６Ｎ ）、入力チャンネル信号ｘ１ 、ｘ２ …ｘＮ を発生するアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）（５８Ａ 、５８Ｂ …５８Ｎ ）、加重乗算器（６０Ａ 、６０Ｂ …６０Ｎ ）を含んでいる。加重された入力チャンネル信号は、加算器６２で合計され、６４でアレイ信号を発生する。加重計算器６６は入力チャンネル信号ａ１ 、ａ２ …ａＮ に応答し、それぞれのチャンネルに与えられる加重ｗｎｅｗ１（θ，φ）、ｗｎｅｗ２（θ，φ）…ｗｎｅｗ３（θ，φ）を適応可能に計算する。この場合、安定化された加重は次の式４により与えられる。
【数８】
2004506913.tif 000006
ここで“＊ ”はスカラの複素数共役（即ちｘ＝ａ＋ｊｂではｘ＊ ＝ａ−ｊｂ）を示しており、Ｈはベクトルの複素数共役転位を示している。式４は加重がアンテナの運動により影響される態様を示している。特に逆数では、応答ベクトルｄが変化するために、その振幅および位相がアンテナの回転するときに変化する量のｗとｄの内積が生成される。それ故、ｗｎｅｗ 係数の振幅および位相はアンテナが回転するときに変化する。
【００１１】
本発明の目的は位相の安定化であるが、一般に加重ベクトルの振幅と位相の両者を調節することが必要である。
【００１２】
図２の実施形態は、１つの項により加重ベクトルの各素子を効率的に乗算することにより位相安定を実現し、ビーム形成は線形動作であるので、演算数はビーム形成後に計算することによって減少されることができる。第２の技術は図３の簡単な概略ブロック図で示されており、安定化された適応アレイシステム８０のさらに別の実施形態を示している。このシステムは複数のチャンネル８２Ａ 、８２Ｂ …８２Ｎ を含んでいる。各チャンネルはアンテナ素子（８４Ａ 、８４Ｂ …８４Ｎ ）、受信機（８６Ａ 、８６Ｂ …８６Ｎ ）、デジタル化された入力チャンネル信号ａ１ 、ａ２ …ａＮ を発生するアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）（８８Ａ 、８８Ｂ …８８Ｎ ）、および加重乗算器（９０Ａ 、９０Ｂ …９０Ｎ ）を含んでいる。加重された入力チャンネル信号は加算器９２で合計される。加重計算器９４は信号ａ１ 、ａ２ …ａＮ に応答し、それぞれのチャンネルに与えられる加重ｗ１ 、ｗ２ …ｗＮ を適応可能に計算する。この実施形態では、これらの加重は図１の安定化されていないアレイに対して計算される加重である。
【００１３】
加算器９２の出力は次に１００ で安定されたアレイ出力を発生するために位相安定回路９８により与えられる利得補正項ｇ（θ，φ）により乗算器９６で乗算される。
【００１４】
図３で示されているケースでは、利得補正項は前述したように次の式５により与えられる。
【数９】
2004506913.tif 000007
【００１５】
本発明は回転するプラットフォーム上で、またはさらに一般的にシステムに関して適応アレイを使用する任意のシステムで使用されることができ、ここではアレイはターゲットに関して可動である。本発明はターゲットに関して物理的に移動する任意のアレイ、例えば任意の量だけ回転するアレイまたは操縦しているプラットフォーム上のアレイで使用されることができる。本発明は機械的に走査される走査アレイと、電子的に走査されるアレイとの両者で有用である。ビームを走査する両技術は当業者によく知られている。図４はこのようなシステム１００ のブロック図を一般的な形態で示している。このセンサシステムは回転または運動するアンテナアレイ１０２ と、アレイからの多数のチャンネルを処理するための受信機システム１０４ と、受信機システムからのアナログ信号をデジタル形態に変換するＡＤＣ機能１０６ と、図２または３の実施形態に関して前述したように位相安定化された加重を使用する位相安定化されたビーム形成装置１０８ と、結果的な信号を処理するためのシステムプロセッサ１１０ とを含んでいる。システムは制御装置機能１１２ を含んでおり、これは所望の応答ベクトルｄ（θ，φ）（式１）を与え、処理機能を制御するために使用されることができる。
【００１６】
本発明はまた、操縦が信号プロセッサにより知られているならば、航空機搭載適応アレイを操縦するために与えられることができ、これは典型的にＡＤＣ機能に後続する全ての処理タスクを実行する。適応航空機搭載レーダシステムは航空機が操縦されているならば良好に動作しない。特に戦闘機は高レベルの加速を受ける。操縦が信号プロセッサにより知られているならば、例えば、これが航空機からのナビゲーションシステムからデータを受信するならば、適応されたアレイ応答は本発明を使用して一定に保持されることができる。このような航空機アレイシステム１５０ は図５に示されている。このシステムはアンテナ素子１５２Ａ、１５２Ｂ…１５２Ｎと、受信機のバンク１５４Ａ、１５４Ｂ…１５４Ｎと、対応するＡＤＣ１５６Ａ、１５６Ｂ…１５６Ｎとを含んでいる。デジタル化された出力は位相安定ビーム形成装置１６０ により処理され、この位相安定ビーム形成装置１６０ は航空機の慣性ネビゲーションシステム（ＩＮＳ）１７０ から操縦情報を受信する。操縦情報はビーム形成装置により与えられる適切な位相安定加重を決定するために使用され、ビーム形成装置は航空機の操縦装置を補償するために位相安定化された出力信号１６２ を発生する。
【００１７】
前述の実施形態は本発明の原理を表す可能な特別な実施形態の単なる例示であることが理解されよう。他のアレンジメントは本発明の技術的範囲を逸脱せずに当業者によってこれらの原理にしたがって容易に実行されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
安定されていない適応アレイシステムの概略図。
【図２】
本発明を実施している安定された適応アレイシステムの概略図。
【図３】
本発明による安定された適応アレイシステムの代わりの実施形態の概略図。
【図４】
本発明による一般化されたセンサシステムの概略図。
【図５】
本発明を実施している航空機搭載センサシステムの簡単化されたブロック図。
【図１】
2004506913.tif 000012
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
2004506913.tif 000017
2004506913.tif 000018
2004506913.tif 000019
2004506913.tif 000020
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2004506913.tif 000026
2004506913.tif 000027
2004506913.tif 000028
2004506913.tif 000029
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004506913.tif 000032
2004506913.tif 000033