(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物による受信信号を検出するための受信機において、
受信信号に対応するとともに、可変利得値に応じて増幅される増幅信号を生成する増幅器と、
前記増幅器に接続された可変利得制御装置であって、前記増幅器の可変利得値がこの可変利得制御装置に応答し、この可変利得制御装置は、受信信号の予想入力パワーを計算し、前記計算済み予想入力パワーに応じて増幅器の前記可変利得値を調整するように構成された可変利得制御装置と、
前記増幅器および前記可変利得制御装置に応答する信号プロセッサであって、前記信号プロセッサは、受信信号の目標部分の予想入力パワーに応じて生のしきい値を決定し、その生のしきい値を前記可変利得値の関数としてスケーリングし、前記受信信号をそのスケーリングされた生のしきい値と比較するように構成された信号プロセッサであって、予想入力パワーに対するしきい値の非線形を補償する信号プロセッサと
を含み、
前記予想入力パワーは最大予想反射率を有する目標物によって返されると予測される反射パワーである、
ことを特徴とする受信機。
【請求項２】
電波を反射する目標物を検出するための目標検出システムにおいて、
電波を信号に変換し、信号を電波に変換するように構成された変換器と、
変換器に接続され、前記変換器に信号を供給して前記変換器を介して目標物に入射する電波を生成するように構成された送信機と、
変換器に接続され、目標物から反射した前記電波を検出するように構成された受信機であって、
変換器に接続され、前記検出済み反射電波に対応する信号を生成するように構成され、その信号が、時間の関数として変動する可変利得値に応じて増幅される増幅器と、
増幅器に応答し、前記信号をしきい値と比較するように構成されるとともに、そのしきい値が前記可変利得値の関数としてスケーリングされる信号処理システムであって、予想入力パワーに対するしきい値の非線形を補償する信号処理システムと
を含む受信機と
を含み、
前記予想入力パワーは最大予想反射率を有する目標物によって返されると予測される反射パワーである、
ことを特徴とする目標検出システム。
【請求項３】
目標物から反射したレーダ波に応答してアンテナによって生成された電気信号を受信するためのレーダ受信機において、
アンテナによって生成された信号に応答し、利得値に応じてアンテナからの信号を増幅して増幅信号を生成するように構成された増幅器と、
前記増幅器からの増幅信号に応答し、目標物から反射したレーダ波に対応する信号を検出し、目標物から反射したレーダ波に対応する信号に応じて検出信号を供給するように構成された包絡線検波器と、
前記包絡線検波器によって供給された前記検出信号に応答する処理ユニットであって、前記処理ユニットが、
前記増幅器に接続され、目標物から反射したレーダ波の予想入力パワーに応じて前記利得値を調整するように構成された利得制御装置と、
目標物から反射したレーダ波の前記予想入力パワーに応じてしきい値を生成するように構成され、前記利得値に応じて前記しきい値をスケーリングすると共に前記予想入力パワーに対するしきい値の非線形を補償するように構成されたしきい値生成器と、
前記包絡線検波器によって供給された前記検出信号に応答し、前記検出信号を前記スケーリング済みしきい値と比較するように構成された比較器と
を含む処理ユニットと
を含み、
前記予想入力パワーは最大予想反射率を有する目標物によって返されると予測される反射パワーである、
ことを特徴とするレーダ受信機。
【請求項４】
反射波信号内で反射目標物に対応する信号の目標部分を識別する方法において、
時間の関数として変動する利得値に応じて反射波信号を増幅するステップと、
時間の関数として反射波信号の予想入力パワーに対応するしきい値を決定するステップであって、前記しきい値は反射波信号に対する非線形が補償される、ステップと、
前記利得値に応じて前記しきい値をスケーリングするステップと、
前記増幅済み反射波信号を前記スケーリング済みしきい値と比較するステップと
を含み、
前記予想入力パワーは最大予想反射率を有する目標物によって返されると予測される反射パワーである、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、レーダ・システムに関し、より具体的には、レーダ受信機を較正し、目標物から反射したレーダ信号を処理するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
第２次世界大戦中、雨や雹などの降水からの反射を検出するためにセンチメートル波長を使用するレーダ・システムが発見された。この発見以降、レーダ・システムは、特に３ｃｍ〜１０ｃｍの波長範囲の気象システムを識別し、分類するために極めて有用な道具に発展した。たとえば、気象レーダ・システムは、雲など、航空機が接近する気象システム内の諸条件を識別するために、通常、航空機に取り付けられる。航空機のレーダ・システムから発射されるレーダ波は、雲中の降水から反射し、航空機に戻る。レーダ・システムは、雲の範囲および特性を識別するために反射波を検出し分析する。特に、反射信号のパワーは雲の反射率に比例し、この反射率は雲中の降雨量に関連する。その結果、パルス発射と検出との間の遅延を計時し、反射信号のパワーを一連のパワーしきい値と比較することにより、雲の範囲と特性を確立することができる。
【０００３】
しかし、目標物までの距離が増すにつれて、信号対雑音比が大幅に低下する。光波と同様、レーダ・パルスの強度は伝播距離の２乗に比例して衰える。したがって、反射波は目標物との間で両方向に移動するので、レーダ波は目標物の距離に比例してポイント目標物の４乗まで減衰する。ビームを完全にふさぐ目標物の場合、その関係は２乗までになる。ビームを部分的にふさぐ目標物の場合、その関係は２乗〜４乗の間になる。レーダ波は大気中の損失などのためにさらに減衰する。その結果、遠距離の目標物からの信号は比較的弱くなり、あらゆる環境で発生する暗騒音や受信機が発生する雑音によって反射信号が不明瞭になる傾向がある。したがって、遠距離目標物反射から有用な情報を抽出するためには、信号対雑音比の低下を補正するために検出した反射の増幅や処理が必要になる。
【０００４】
単純なレーダ・システム構成では、検出した信号がスケジュールに応じて増幅される。レーダ受信機は反射信号と雑音の両方を増幅するが、反射信号の振幅の方が雑音の振幅より大きいので、この増幅により、信号と雑音との差が拡大され、雑音と反射信号との区別が促進される。レーダ・パルスの既知の伝播速度を利用するため、利得は所定のスケジュールに応じて時間につれて変化する。レーダ・パルスの発射後、システムは、時間の関数として検出した信号を増分方式で増幅し始める。レーダ・パルスはほぼ一定の既知の速度で伝播し、減衰速度は分かっているので、反射信号の既知の減衰を補うために増幅レベルを時間に対して調整することができる。
【０００５】
通常、利得は、特定の反射率の目標物から受信する入力パワーのしきい値を一定レベルに維持するように調整される。たとえば、１時間当たり１０ミリメートルの雨を放出する雲は、特定の波長で特定の反射率を有することが分かっている。信号が距離につれて減衰する速度も分かっているので、（想定したビーム占拠割合に基づいて）信号の既知の減衰速度を補うように利得を予定することができる。
【０００６】
また、目標物から受信した信号についてはろ波と振幅分析が行われる。受信信号は複数の検出しきい値と比較されるが、それぞれのしきい値は目標物の範囲にある様々な反射率の目標物に対応する。反射信号の振幅が検出しきい値の少なくとも１つを超える場合、信号の関連部分が潜在的に関連目標物に関連するものとして扱われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このシステムの有効性は、レーダ検出器の特性と、その検出器が検出する信号によって制限される。信号対雑音比が高い場合、レーダ検出器のパワー出力は、アンテナに入射する信号のパワーに対してほぼ線形に変化する。しかし、信号対雑音比が減少するにつれて、特に低反射率目標物または非常に遠距離の目標物から受信した信号の場合、この関係は非線形になる。その結果、前述の一定の検出しきい値および予定利得は、低信号対雑音比を有する信号の場合に不適切に較正されたものになる。
【０００８】
低信号対雑音比を有する信号に関する適切な検出しきい値を得るため、現行システムは、アンテナに入射する信号のパワーに対して非線形に変化するように検出しきい値を調整する。しかし、しきい値は線形に変化しないので、経験的データに基づくデータ・テーブルに応じて調整される。すなわち、ハードウェア構成、動作パラメータ、目標物の反射率、利得、検出しきい値に基づいて時間の関数として関連データを集めるために、特定の構成でレーダ・システムがテストされる。次に、時間の関数として利得および検出しきい値を更新するために、レーダ受信機によるアクセスのため、ローカル・メモリにデータが格納される。したがって、パルスの発射後、レーダ検出器は、レーダ・システムの構成、目標物のタイプ、パルス発射後の経過時間によって決定される適切なテーブルを検査することにより、定期的にシステム・パラメータを更新する。このような変数に基づいて、テーブルは、着信信号を増幅するための経験的に検出した利得と、着信検出信号の強度を分類するための１組の検出しきい値とを示す。
【０００９】
このような従来のシステムは機能しうるものであるが、データ・テーブルの作成は、時間と労力を要する作業をもたらす。すべての時間間隔それぞれについて、しかも利得の調整のために、しきい値に関する経験的データを作成しなければならない。また、対応するしきい値を有する所与の反射率の目標物ごとに他の１組のデータが作成される。さらに、利得スケジュール用のデータおよびすべてのしきい値は、特定の送信機アンテナおよびパルス・パワーなど、レーダ・システムの単一構成にのみ対応する。その結果、利得調整のスケジュールとしきい値は、送信機およびアンテナのハードウェアおよび構成に応じて変化するので、様々な予想構成のそれぞれについてデータ・テーブルが作成される。たとえば、２通りのアンテナで構成可能なレーダ・システムは２通りの利得スケジュールと２組の検出しきい値データ・テーブルとを有する。というのは、目標物に入射するパルスのパワーが使用するアンテナに応じて変化するからである。
【００１０】
さらに、様々な動作パラメータを単純に変更するだけでも新しいデータ・テーブルが必要になる場合が多い。たとえば、発射パルスのパルス幅を変更すると、目標物からの戻り信号のパワーが変化する。その結果、元の検出しきい値データはもはや適用できなくなり、システム・パフォーマンスが低下する。
【００１１】
考えられる構成および検出しきい値の数が増加するにつれて、作成され、レーダ・システムに格納されるテーブルの数も増加する。これは、経験的データを生成する実験時間の増加だけでなく、レーダ検出器内のデータ・テーブルに必要な記憶容量の増加も意味する。このようなレーダ・システムは通常、小型アビオニクス・システムとともに使用されるので、追加のデータ・テーブルを収容するためのメモリの追加は、レーダ検出器のコストを増加するだけでなく、必ず追加しなければならない追加メモリ・コンポーネント用の十分な空間を見つけるという問題をももたらす。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の様々な態様によるレーダ・システムは、レーダ受信機が利得スケジュールならびに入力信号に応じて検出しきい値を調整するレーダ・システムである。生の検出しきい値は、予想入力パワー、すなわち、特定の範囲にある指定の反射率の目標物の入力パワーに対応して確立される。次にレーダ受信機は、特定の範囲について予定された利得を使用して生の検出しきい値をスケーリングする。次いで、その結果得られるスケーリング済みしきい値を使用して、着信信号を検出し分類する。
【００１３】
本発明の好ましい実施態様によれば、生のしきい値は予想入力パワーのみに基づくので、非線形特性についてのみ補正される。これに対して、予定利得については、発射パルスのパワーおよび経過時間に基づいて受信機に適切なダイナミック・レンジを提供するように独立して適応処理が行われる。したがって、利得スケジュールおよび生のしきい値は個別に生成され、それにより、経験的データ・テーブルの必要性が低減される。
【００１４】
したがって、本発明の様々な態様によるシステムは、多様性の増大と必要なハードウェアの低減という利点を含む。データ・テーブルが低減されるので、システムに必要な記憶容量は最小限になる。しかも、経験的データを生成するために必要な時間は同様に解消される。さらに、アンテナまたは動作特性の変更は比較的容易に変更される利得スケジュールにのみ影響するので、システムの構成はさらに多様になる。
【００１５】
本発明の様々な態様によるシステムの上記その他の利点は、添付図面を参照して以下に示す詳細な説明を読んで理解すれば、当業者には明らかになるだろう。
【００１６】
本発明の主題は、本明細書の冒頭部分で具体的に指摘され、明確に請求されている。しかし、構成および動作方法の両方に関する本発明の好ましい実施形態については、特許請求の範囲および添付図面とともに以下に示す説明を参照することにより、最もよく理解できるだろう。添付図面では、同様の番号は同様の要素を示す。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に図１を参照すると、本発明の様々な態様によるレーダ・システム１００は、変換器としてのアンテナ１０５と、レーダ信号を生成し、それを変換器１０５に供給するためにアンテナ１０５に接続された送信機１１０と、処理および分析のために変換器１０５からレーダ信号を受信するための受信機１１５とを含む。変換器１０５は、たとえば、アンテナ、電気機械変換器（応用例によっては使用可能なものなど）、またはその他の装置など、いずれかの変換器を適当に含む。本発明の特に好ましい態様によれば、変換器１０５は、レーダ応用向けのアンテナを含み、特定の応用例のための適当なサイズ、有効口径面積、ビーム幅、走査速度、有効範囲に応じて構成することができる。この好ましい実施形態によれば、アンテナ１０５は、マイクロ波送信機１１０および受信機１１５と互換性のある気象レーダ・アンテナとして構成されるが、本発明の様々な実施形態は他の無数の応用例で使用可能である。たとえば、システム１００は、表面捜索レーダ、火器管制レーダ、地震探索システム・ソナーなどに関しては適当であると思われる。
【００１８】
アンテナ１０５は、サーボ・モータおよび回転受け台とともに動作する機械走査式ホーンフィード・レフレクタとして、あるいは機械または電気走査式フェイズド・アレイ・アンテナとして構成される。しかも、アンテナ１０５は、レーダ波を発射するための送信機１１０と、反射波を検出するための受信機１１５とともに適切に動作する。あるいは、アンテナ１０５は、送信機１１０と受信機１１５の一方または両方のために複数のアンテナを含むこともできる。さらに、本発明の様々な形態によるレーダ・システム１００は、様々なサイズおよびタイプのアンテナ向けに適切に再構成可能である。たとえば、本発明の様々な形態によれば、レーダ・システム１００は、１２インチ、１５インチ、１８インチ、２１インチ、２４インチ、３０インチのラウンド・レフレクタ・アンテナならびにたとえば１２×１８インチの楕円レフレクタ・アンテナのような楕円アンテナなどの様々な構成のアンテナ１０５とともに適切に動作する。
【００１９】
アンテナ１０５は、送受切換器１２０を介して送信機１１０および受信機１１５の両方に選択的に接続される。送信機１１０は、マイクロ波信号を生成し、それをアンテナ１０５に供給して発射するように構成される。また、送信機１１０は、従来の高パワー低衝撃係数のパルス式マイクロ波レーダ送信機でもよい。たとえば、送信機１１０は、レーダの特定の応用例に応じてチューブタイプ送信機またはソリッドステート送信機のいずれか一方をでよい。あるいは、送信機１１０は、いずれかの波長、波形、パワー、持続時間の信号を使用するレーダ送信機とすることができる。
【００２０】
受信機１１５は、アンテナ１０５によって発射され、雲などの目標物から反射した検出レーダ波を受信するように、送受切換器１２０によりアンテナ１０５に選択的に接続される。ただし、本発明の原理は、気象レーダ・システムだけでなく、いかなる種類のレンジングシステムや追尾システムにも適用できることに留意されたい。これに関連して、レーダ波は、電気、ＲＦ、光、または煙など、いかなる信号も含むことができる。受信機１１５は、検出、処理、表示のために弱い反射波を増幅するように適切に構成される。受信機１１５は、受信信号に最小限の雑音を加え、反射信号を正確に処理し検出するように構成されることが好ましい。さらに、受信機１１５は、ろ波、増幅、パルス圧縮、検出、分析、クラッタ阻止、表示集積化など、オペレータに有用な情報を提供するのに必要な信号処理を行えるように構成される。
【００２１】
次に図２を参照すると、本発明の好ましい実施形態によるレーダ・システム１００は、様々な気象システム、特にそれぞれの雲２０５、２１０同士を識別し区別するために、航空機２００とともに使用することができる。簡単に言えば、送信機１１０はアンテナ１０５を駆動してマイクロ波放射のそれぞれのパルス２１５を生成し、そのパルスは大気中で光の速度でアンテナ１０５から雲２０５、２１０に向かって伝播する。入射波が雲２０５、２１０中で水滴に遭遇すると、エネルギーの一部分は雲２０５、２１０によって吸収されるかまたは伝送され、他の部分は航空機２００に向かって反射する。反射部分の大きさは、雲２０５、２１０の内部の水滴のサイズや密度の影響を受ける。その結果、このような反射に関する経験的観測とともに、水分の密度と、そのための雲２０５、２１０の内部および付近の諸条件の重大度は、パルス２１５の反射部分の大きさに基づいて推定することができる。したがって、パルス２１５の反射部分が航空機２００に向かって伝播すると、反射波はアンテナ１０５内で電気信号を生成し、その信号が受信機１１５によって検出される。
【００２２】
受信機１１５は、着信信号の増幅、ろ波、および分析を行う。このため、このような信号は、目標物から着信する電波の適当な特性にすることができる。通常、このような信号は電力振幅を含むが、他の特性も検出可能であるので有利である。したがって、本発明の様々な態様により、しかも図３を参照すると、適当なレーダ受信機１１５は、中間周波（ＩＦ）ステージ３００と、包絡線検波器３０５と、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）３１０と、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３１５とを含むことが好ましい。ＩＦステージ３００は、アンテナ１０５から受信した無線周波（ＲＦ）信号を中間周波数に変換するための適当な回路を含む。たとえば、ＩＦステージ３００は、ＲＦからＩＦ信号へ変換するための平衡ミキサを適当に含む。ＩＦステージ３００は、ＲＦ信号を適当な周波数、たとえば、３０または６０ＭＨｚに変換する。また、ＩＦステージ３００は、反射レーダ波からの弱い信号を増幅するための低雑音増幅器を含むことが好ましい。増幅器の利得は、たとえばＣＰＵ３１５から受信した信号などに応じて変動する。しかも、ＩＦステージ３００は、ろ波やパルス圧縮など、着信信号に関する他の所望の予備的処理を適当に実行する。
【００２３】
ＩＦステージ３００からの信号は、反射レーダ波に基づいて信号検出のために包絡線検波器３０５に伝送される。包絡線検波器３０５は、反射レーダ波に基づいて信号を識別するための適当な包絡線検波器３０５を含み、適当な基準を使用することができる。たとえば、包絡線検波器３０５は、半導体ダイオード検波器などの直線検波器または一連のカスケード式増幅器などの対数検波器のいずれかとして構成することができる。検波基準は、振幅、位相と振幅、同相分と直角分、その他の適当な信号特性に基づくものにすることができる。
【００２４】
包絡線検波器３０５によって信号が検出されると、その信号はＡＤＣ３１０を介してＣＰＵ３１５に伝送される。ＡＤＣ３１０は、包絡線検波器３０５から受信したアナログ信号をディジタル信号に変換する。ＡＤＣ３１０は、レーダ・システム１００の環境で動作するために十分な範囲と信頼性を有する適当なＡＤＣを含むことが好ましい。
【００２５】
包絡線検波器３０５によって伝送されたアナログ信号に対応するディジタル信号はＣＰＵ３１５によって受信され処理される。ＣＰＵ３１５は、レーダ受信機１１５が受信した信号を分析し、オペレータに有用な情報を送達し、ＩＦステージ３００の可変利得を制御するための主な処理作業を行う。図４を参照すると、ＣＰＵ３１５は、たとえば、マイクロプロセッサ４００と、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）４０５と、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）４１０と、オペレータ・インタフェース４１５とを含む、処理システムを適当に含む。マイクロプロセッサ４００は、着信信号を識別し分類するために適当なマイクロプロセッサを含む。マイクロプロセッサ４００の基本プログラミングはＲＯＭ４１０に適当に格納され、ＲＡＭ４０５は、動作中にマイクロプロセッサ４００がデータおよびプログラムを格納し、アクセスするための汎用メモリ機能を提供する。オペレータ・インタフェース４１５は、陰極線管または可聴警報など、オペレータまたは航空機２００のその他の構成要素に情報を供給するのに適した適当な機器または機械を駆動するためのインタフェースを適当に含む。
【００２６】
この構成のＣＰＵ３１５はここでは一例として示すものであり、適当なＣＰＵ３１５の考えられるすべての構成を説明しようとするものではないことに留意されたい。これに対して、本発明の様々な形態によるレーダ・システム１００とともに実行すべきＣＰＵ３１５の作業を実現するために、受入れ可能なＣＰＵ構成はいくつでも開発することができる。
【００２７】
ＣＰＵ３１５の例では、生の検出しきい値を確立し、スケーリング済みしきい値を計算し、時間不変要因についてスケーリング済みしきい値を調整し、包絡線検波器３０５からの信号を調整済みしきい値と比較することなどにより、ＩＦステージ３００の利得の可変制御と信号の処理など、いくつかの機能を適切に実行する。特にＣＰＵ３１５は、たとえば、ＲＯＭ４１０またはＲＡＭ４０５に格納可能な適当なスケジュールに応じてＩＦステージ３００の利得を調整する。本発明の好ましい形態によれば、このスケジュールは、反射信号の大きさが距離につれて減少するときにレーダ送信機１１０によるパルス２１５の発射後の経過時間の関数としてＩＦステージ３００の利得を増加してレーダ受信機１１５のダイナミック・レンジを調整するように適当に構成される。
【００２８】
しかし、本発明の好ましい実施形態によれば、利得スケジュールは、特定の入力パワー・レベルまたはしきい値を時間につれて均一レベルに維持するように構成されているわけではなく、単に反射信号の大きさが時間につれて減少するときにレーダ受信機１１５のダイナミック・レンジを最大限にするように構成されている。利得は、０．２５ｄＢ単位の増分で適切な時期に適当に調整されるか、または受信機１１５のダイナミック・レンジを最適化するように一定の時間間隔で調整することができる。
【００２９】
特定の時点の利得の大きさは、パルス２１５の発射以降の経過時間と送信機１１０およびアンテナ１０５の動作構成とに適当に基づくものである。アンテナのタイプ、パルス幅、パルス・タイプなど、アンテナ１０５および送信機１１０の構成は、発射したパルス２１５のパワーを左右し、したがって、それに対応して反射波のパワーを左右する。したがって、本発明の好ましい形態によれば、適切な利得スケジュールを確立するために、マイクロプロセッサ４００は、発射パルス２１５の関連特性、たとえば、パルス２１５のパワーを決定するために特定のメモリ位置にアクセスするかまたは各種装置をポーリングすることなどにより、送信機１１０およびディッシュ（反射・放射器）の動作構成を決定する。マイクロプロセッサ４００は、動作構成に基づいて、受信機１１５のダイナミック・レンジを最適化するために適切な利得スケジュールを確立する。好ましいことに、ＣＰＵ３１５は、最大予想入力パワー、すなわち、最大予想反射率を有する目標物によって返されると思われる反射パワーがＩＦステージ３００の最大出力よりわずかに低いレベルまで増幅されるように、ＩＦステージ３００の利得を調整する。
【００３０】
たとえば、マイクロプロセッサ４００は、様々な代替動作構成に基づいて複数の所定の利得スケジュールの１つを取り出すためにＲＡＭ４０５またはＲＯＭ４１０にアクセスすることができる。しかし、好ましい実施形態のマイクロプロセッサ４００は、動作構成に基づいて適切な利得スケジュールを計算する。ここでは、「計算」という用語は、参照テーブルを参照せずに利得スケジュールを決定することを意味する。マイクロプロセッサ４００は、動作構成情報を使用して目標物に送達されるパワーを確立することができるので、変動する距離で最大予想反射率を有する目標物について予想入力パワーを計算し、適切な利得スケジュールを生成することができる。
【００３１】
また、ＣＰＵ３１５は、ＡＤＣ３１０を介して包絡線検波器３０５から受信した信号を分析するために、生のしきい値を供給する。特に、ＣＰＵ３１５は、アンテナ１０５における反射波の入力パワーに基づいて、変動する距離で反射率が変動する目標物について様々な生の検出しきい値を確立するように適切に構成される。たとえば、ＣＰＵ３１５は、関連予想入力パワーに基づいて各しきい値を計算することにより、適切な生のしきい値を決定することができる。このようにして、受信機１１５が理想的な無制限ダイナミック・レンジ受信機であると想定して、生のしきい値を決定することができる。あるいは、ＣＰＵ３１５のＲＯＭ４１０またはＲＡＭ４０５は、特定の入力パワー値に対応する生のしきい値からなるテーブルを含むことができる。その結果、マイクロプロセッサ４００は、予想入力パワー・レベルに基づいて、そこに格納された特定のテーブルを参照することにより、適切なしきい値を決定する。当業者であれば、このようなテーブルは容易に入手可能なので、本発明の好ましい実施形態を理解するためにこれに関する説明は不要である。特に低信号対雑音比の状況では、入力パワーと適切なしきい値との関係は非線形なので、このような参照テーブルに必要な比較的小さいメモリよりパワーの処理の方がコストがかかるような多くの応用例では、テーブルを用意すると好ましい可能性がある。ただし、このテーブルは動作構成とは無関係に使用することができ、潜在的なすべての利得スケジュールおよび動作構成に必要なテーブルは１つだけであることに留意されたい。
【００３２】
本発明の様々な態様によれば、ＣＰＵ３１５は、利得に基づいて生のしきい値をスケーリングするようにさらに構成される。特に、マイクロプロセッサ４００は、スケーリング済みしきい値を生成するためにＩＦステージ３００の予定利得に応じて生の各しきい値を調整するように構成される。したがって、各しきい値は、実現された利得スケジュールとは無関係にＩＦステージ３００の利得に対応するように自動的に再計算される。
【００３３】
マイクロプロセッサ４００は、しきい値を洗練するために必要と思われる時間不変要因についてスケーリング済みしきい値を調整するようにさらに適切に構成される。たとえば、レーダ受信機１１５は、時間につれて変動しない固有の非線形性を含むことができ、これについてはスケーリング後にしきい値を訂正することができる。
【００３４】
前述のように、レーダ送信機１１０によって生成されたレーダ信号は、雲２０５または２１０あるいはその両方などの目標物から反射し、レーダ・システム１００に戻り、そこでアンテナ１０５によって検出される。次に図５を参照すると、付近の目標物から反射した信号は、レーダ・パルス２１５の発射後ただちに戻り、アンテナ１０５により非常に強い信号５００が生成される。しかし、遠距離の目標物から反射した信号５０５は、かなり遅れて戻り、比較的低い信号対雑音比を有するアンテナ１０５内で比較的低レベルの信号を生成する。
【００３５】
アンテナ１０５で生成された検出波に対応する電気信号は、レーダ受信機１１５のＩＦステージ３００に伝送される。利得スケジュールと、ＣＰＵ３１５に関連するタイマとを使用して、マイクロプロセッサ４００はＩＦステージ３００の利得を定期的に調整し、受信機１１５のダイナミック・レンジを最適化する。したがって、パルス２１５の発射直後の時間間隔では、増幅器の利得が非常に低いので、付近の目標物から反射した強い信号は受信機１１５のピーク容量を超えない。しかし、それ以降の時間間隔では、マイクロプロセッサ４００は、利得スケジュールに応じてＩＦステージ３００の利得を増加し、信号の減衰を相殺する。
【００３６】
ＣＰＵ３１５は、利得の調整ごとに適切なしきい値を適当に確立し調整する。たとえば、動作構成と経過時間情報とを使用して、マイクロプロセッサ４００は、様々なしきい値に関連するものなど、変動する反射率の目標物から受信する可能性のある予想入力パワーを決定することができる。関連入力パワー・レベルのそれぞれを計算した後、ＣＰＵ３１５は、たとえば、テーブルの計算または参照により、対応する生のしきい値を適当に生成する。次にＣＰＵ３１５は、現行利得に応じて生のしきい値をスケーリングし、次に時間不変訂正要因を使用してスケーリング済みしきい値を調整する。
【００３７】
ＩＦステージ３００からの増幅信号は、包絡線検波器３０５に伝送され、次にＡＤＣ３１０を介してＣＰＵ３１５に伝送される。ＡＤＣ３１０から受信した信号は、ＣＰＵ３１５が決定した訂正済みかつスケーリング済みしきい値と比較される。この信号がしきい値のいずれかを超える場合、超えられた最高しきい値が適当に銘記される。次にその信号は、オペレータ・インタフェース４１５へのクラッタ阻止および備えを実現するように、様々な処理技法に応じて処理される。
【００３８】
次に図６、７を参照すると、本実施形態の様々な態様によるレーダ・システム１００の動作は、動作のためにシステムを準備するように初期設定される（ステップ６００）。この初期設定では、ＩＦステージ３００の利得としきい値を適切な初期状態に設定し、送信機１１０をアンテナ１０５に接続し、受信機１１５を切断する。初期設定後、送信機１１０は活動化され（ステップ６０２）、それがアンテナ１０５を介してパルス２１５発射する。パルス２１５が生成されると、ＣＰＵ３１５はＣＰＵ３１５に関連するクロックを活動化する（ステップ６０４）。送信機１１０はアンテナ１０５から切断され、受信機１１５は接続される（ステップ６０６）。
【００３９】
受信機１１５は、たとえば、割込みまたは構成要素ポーリング・プロトコルを使用して、アンテナ１０５およびタイマから受信した信号を監視し始める。関連信号が包絡線検波器３０５によって検出されると、その信号はＡＤＣ３１０を介してＣＰＵ３１５に伝送される。マイクロプロセッサ４００は、訂正済みかつスケーリング済みしきい値用のメモリにアクセスし、その信号がしきい値のいずれかを超えるかどうかを判定し（ステップ６１０）、超える場合は、超えられた最高しきい値に基づいてその信号を分類する。次にその信号はさらに分析され、適切であれば、オペレータ・インタフェース４１５を介してシステムのオペレータまたはその他の構成要素に供給される（ステップ６１２）。
【００４０】
タイマが時間間隔の終わりを示す場合（ステップ６１４）、ＣＰＵ３１５は、これが現行伝送のために処理すべき最後の時間間隔であるかをどうかを判定する。最後の時間間隔である場合、ＣＰＵは、モードまたは表示範囲変更が要求されたかどうかを判定する（ステップ６１６）。要求されていない場合、プロセスは別のパルスを初期設定するために繰り返す。そうではない場合、ＣＰＵ３１５は、新しい伝送の開始に現在のＩＦステージ３００の適切な利得を適当に再計算する（ステップ６１８）。次にＣＰＵ３１５は、ＩＦステージ３００の利得を調整し（ステップ６２０）、各時間間隔ごとに適切な範囲にある関連目標反射率のそれぞれからの反射に関連すると思われるアンテナ１０５における入力パワーを計算する（ステップ６２２）。
【００４１】
各関連目標反射率ごとの予想入力パワー・レベルを決定すると、ＣＰＵ３１５は、対応する生のしきい値を決定する（ステップ６２４）。たとえば、ＣＰＵ３１５は、様々な入力レベルに対応する生のしきい値を含むメモリ内のテーブルを参照するか、または入力パワーに基づいて生のしきい値を計算することができる。次にＣＰＵ３１５は、ＩＦステージ３００の調整に使用するものと同じ利得値を使用して生のしきい値のそれぞれを調整する（ステップ６２６）。次に、スケーリング済みしきい値のそれぞれは、受信機１１５のハードウェアによって誘導される非線形など、時間不変の不規則性について適当に矯正される（ステップ６２８）。次にこのような値は、次のモードまたは表示範囲変更まで格納され（ステップ６３０）、その時点で再計算される。次にシステムは、パルスを伝送し、着信信号を監視し続ける。
【００４２】
本発明の様々な態様によるレーダ・システム１００は、利得を制御し、レーダ受信機１１５の検出しきい値を確立するための有利なシステムを提供する。特に、レーダ受信機１１５は、操作するための経験的データが少なく、データ・テーブルを格納するためのメモリも少なくて済む。また、適切なしきい値は、時間、動作構成、利得の関数として決定されるのではないが、関連期間の予想入力パワーのみの影響を受けるので、経験的データの必要性は解消されるかまたは大幅に低減される。その結果、入力パワーから生のしきい値への変換用の参照テーブルが十分小さくなる。しかし、現行利得に応じて生のしきい値をスケーリングすると、ＣＰＵ３１５が使用する利得としきい値が確実に互換性のあるものになる。さらに、本発明の様々な態様によるレーダ・システム１００は、どのようなアンテナおよび動作特性に関連しても動作可能なので、多様性の改善が見られる。動作構成だけをマイクロプロセッサ４００に供給すればよく、それ以上の経験的データまたは参照テーブルの必要性はない。
【００４３】
本発明の原理は図示の実施形態で明確になっているが、このような原理を逸脱せずに具体的な環境および動作要件に特に適応させた、本発明の実施に使用する構造、配置、割合、要素、材料、および構成要素の数多くの変更は、当業者にはただちに明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の様々な態様によるレーダ・システムの全般的ブロック図である。
【図２】目標物に向かって伝播し、目標物から反射するレーダ波を示す図である。
【図３】図１のレーダ受信機のブロック図である。
【図４】図３のＣＰＵのブロック図である。
【図５】目標物から反射され、時間の関数として受信機によって受信される信号の大きさを示すグラフである。
【図６】図１のレーダ・システムの動作を示す流れ図である。
【図７】図１のレーダ・システムの動作を示す流れ図である。
【符号の説明】
１００  レーダ・システム
１０５  アンテナ、変換器
１１０  送信機
１１５  受信機
１２０  送受切換器
【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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