(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機搭載レーダ装置からの送信波の受信に応答して所要の電波を発射するトランスポンダであって、送受信用のアンテナと、該アンテナを予め定められた周期で送信と受信とに切り替えるスイッチ回路と、受信期間中に受信したレーダ波をその期間に相当する時間だけ遅延させる遅延線と、遅延したレーダ波を増幅する第１の増幅器と、該第１の増幅器の出力を前記受信周期に続く送信周期に前記スイッチ回路を通して前記送受信用アンテナに接続する回路と、前記スイッチ回路の切替え周期を受信レーダ波のパルス内で複数回の受信と送信が繰り返されるように制御する第１の発振器と、前記遅延線と前記増幅器との間に接続されたドプラ変調用の位相変調器と、該位相変調器の出力信号の位相を、受信したレーダパルスに比べて十分に長い一定周期で０度から３６０度まで変化させる位相変調用発振器とを具備し、ドプラ変調された電波を送信するようにした救命用トランスポンダ装置。
【請求項２】
特定のレーダ周波数を検出して電源の供給を制御することにより電池消費を少なくする周波数応答電力低減回路を備え、前記周波数応答電力低減回路は、受信信号であるレーダ電波を送信用と前記周波数応答電力低減回路用とに分配する分配器と、前記分配器の出力から特定の周波数の信号を分離出力するためのバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの出力であるマイクロ波を振幅検波するための検波器と、前記検波器の出力である振幅検波信号を増幅するためのビデオ増幅器と、前記ビデオ増幅器の出力である振幅検波されたレーダパルスの尖頭値を記憶するためのホールド回路と、前記ホールド回路の出力電圧が第一の所定しきい値以下の場合に、前記救命用トランスポンダ装置の内部の各部回路への電源切断制御を行う電源スイッチ回路とを有する、請求項１に記載の救命用トランスポンダ装置。
【請求項３】
レーダ電波のパルスに応答し増幅器への電源供給を制御することにより電池消費を少なくするパルス応答電力低減回路を備え、前記パルス応答電力低減回路は、受信信号であるレーダ電波のマイクロ波を増幅するための第２の増幅器と、前記第２の増幅器の出力であるレーダ電波を送信用と前記パルス応答電力低減回路用とに分配する分配器と、前記分配器の出力信号であるマイクロ波を振幅検波するための検波器と、前記検波器の出力電圧が第二の所定のしきい値以下の場合に、前記第１の増幅器への電源切断制御を行う電源スイッチ回路とを有する、請求項１又は２に記載の救命用トランスポンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ応用装置としてのトランスポンダ装置の改良に関し、例えば、海難事故等により救命を必要とする漂流者が携帯することにより航空機搭載のドプラレーダによる広範囲な捜索を可能にするトランスポンダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の船舶用レーダに応答するトランスポンダ装置を救命ボートに装備し遭難者を捜索する方法においては、海面からの反射波によりトランスポンダの電波の受信が妨害されるので、トランスポンダの電波を探知することが困難であった。また、船舶用レーダによる捜索は、海面見通しが地球の丸みにより遠くまで取れない。
【０００３】
更に、船舶による捜索は、船の速度の制約から長い捜索時間を必要とした。
航空機搭載のレーダにより捜索する場合は、高い位置より捜索するために見通し距離が遠くまで取れるが、海面に電波が入射する角度が大きくなるため海面からの反射波の量が更に多くなりトランスポンダの信号を探知することが困難であった。
【０００４】
一方、航空機搭載のレーダの多くは、高速移動目標を探知するドプラレーダである。このドプラレーダは、地球からのレーダ反射波である海面反射等を移動目標指示装置（Moving Target Indicator (MTI))により除去し、高速移動体を安定に探知出来ることを特徴としている。ところが、従来のトランスポンダ装置を携帯している遭難者はほとんど移動しない固定目標であり、地球からのレーダ反射波である海面反射等をＭＴＩにより除去すると遭難者からの反射波も除去されるので、遭難者を検出することが出来なかった。
【０００５】
また、従来の救難用の信号を発振する装置を遭難者が携帯装備して、その信号の方位を探知することにより捜索する方法においては、救難信号の方位は分かるが位置情報がないため捜索に長い時間を要していた。
特公平４−１４７５８号公報には、レーダ波の受信パルス幅よりも充分に小さい時間で受信と送信を交互に切り換え、受信周期には送信波を輻射せず、送信周期に受信レーダ波の遅延増幅出力を返送するようにしたトランスポンダが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、船舶用レーダに応答する従来のトランスポンダでは広範囲にかつ短時間で遭難者の捜索を行うことが出来なかった。広範囲にかつ短時間で遭難者を捜索するためには、航空機搭載のドプラレーダで捜索できるようにする必要があるが、従来のトランスポンダ装置は遭難者により携帯されているときは遭難者と同じくほとんど移動しないので、航空機に搭載されたレーダによる探知が困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、上記特公平４−１４７５８号公報に記載のトランスポンダに、トプラレーダで容易に探知できる機能を付加することにより、航空機に搭載されたレーダによる探知を容易にした救命用トランスポンダ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の第一の態様により提供されるものは、航空機搭載レーダ装置からの送信波の受信に応答して所要の電波を発射するトランスポンダであって、送受信用のアンテナと、アンテナを予め定められた周期で送信と受信とに切り替えるスイッチ回路と、受信期間中に受信したレーダ波をその期間に相当する時間だけ遅延させる遅延線と、遅延したレーダ波を増幅する第１の増幅器と、第１の増幅器の出力を受信周期に続く送信周期にスイッチ回路を通して送受信用アンテナに接続する回路と、スイッチ回路の切替え周期を受信レーダ波のパルス内で複数回の受信と送信が繰り返されるように制御する第１の発振器と、遅延線と増幅器との間に接続されたドプラ変調用の位相変調器と、位相変調器の出力信号の位相を、受信したレーダパルスに比べて十分に長い一定周期で０度から３６０度まで変化させる位相変調用発振器とを具備し、ドプラ変調された電波を送信するようにした救命用トランスポンダ装置である。
【０００９】
遭難者が、高速移動目標相当のドプラ信号を送信する救命用トランスポンダ装置を携帯することにより、固定目標である遭難者を移動目標の如く見せかけることができるので、航空機搭載レーダで遭難者を短時間で安定に探知できる。
本発明の第二の態様によれば、上記救命用トランスポンダ装置は、特定のレーダ周波数を検出して電源の供給を制御することにより電池消費を少なくする周波数応答電力低減回路を備え、周波数応答電力低減回路は、受信信号であるレーダ電波を送信用と周波数応答電力低減回路用とに分配する分配器と、分配器の出力から特定の周波数の信号を分離出力するためのバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタの出力であるマイクロ波を振幅検波するための検波器と、検波器の出力である振幅検波信号を増幅するためのビデオ増幅器と、ビデオ増幅器の出力である振幅検波されたレーダパルスの尖頭値を記憶するためのホールド回路と、ホールド回路の出力電圧が第一の所定しきい値以下の場合に、救命用トランスポンダ装置の内部の各部回路への電源切断制御を行う電源スイッチ回路とを有する。
【００１０】
本発明の第三の態様によれば、上記救命用トランスポンダ装置は、レーダ電波のパルスに応答し増幅器への電源供給を制御することにより電池消費を少なくするパルス応答電力低減回路を備え、パルス応答電力低減回路は、受信信号であるレーダ電波のマイクロ波を増幅するための第２の増幅器と、第２の増幅器の出力であるレーダ電波を送信用とパルス応答電力低減回路用に分配する分配器と、分配器の出力信号であるマイクロ波を振幅検波するための検波器と、検波器の出力電圧が第二の所定のしきい値以下の場合に、第１の増幅器への電源切断制御を行う電源スイッチ回路とを有する。
【００１１】
上記第二及び第三の態様においては、レーダ波に同期して増幅器の電源を作動させることにより、救命用トランスポンダ装置の長時間の作動が可能になる。レーダ波の周期は、上記第二の態様のように特定のレーダ周波数を検出する方法と、上記第三の態様のようにレーダパルスの到来を検出する方法とがあり併用により低消費電力化が相乗する他、誤動作防止の効果が期待できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例では、遭難者が高速移動目標相当のドプラ信号を送信出来るトランスポンダ装置を携帯することにより、航空機搭載のドプラレーダで遭難者を短時間で安定に探知できるようにする。すなわち、ドプラ信号を送信することで、固定目標である遭難者を移動目標の如く見せかけることができる。
【００１３】
図１は本発明の第１の実施例による救難用トランスポンダ装置の構成を示すブロック図である。図中、１は送受信共用のアンテナ、２はアンテナ１を予め定められた周期で送信と受信とに交互に切り換えるスイッチ回路、３はスイッチ回路２の切り換え周期を、受信レーダ波の各パルス内で複数回の受信と送信が繰り返されるように制御する第１の発振器、４は受信期間中に受信したレーダ波をその期間に相当する時間だけ遅延する遅延線、５はマイクロ波位相変調器、６は位相変調器５において位相変調を生じさせるための第２の発振器、７は遅延したレーダ波を増幅するマイクロ波増幅器である。
【００１４】
増幅器７の出力は受信周期に続く送信周期にスイッチ回路２を通して送受信用アンテナ１に送出される。
本発明の実施例による救命用トランスポンダ装置では、位相変調器５を用いて高速移動目標に相当するドプラ変調された信号を送信するようにしている。即ち、航空機に搭載したドプラレーダからの信号が図１に示す救命用トランスポンダ装置により受信されると、その受信波は位相変調器５によりドプラ変調され、送信期間にて送信されることにより航空機搭載のドプラレーダによる探知が可能となる。
【００１５】
例えば、航空機搭載ドップラレーダの送信周波数が１０ＧＨｚの時、位相変調器５により返信周波数を１００ＭＨｚシフトさせれば、遭難者の見かけ上の速度は、航空機の１／１００倍の速度となる。
図２は図１に示したトランスポンダ装置による送受信動作の波形を示す図である。
【００１６】
図において、（ａ）は航空機搭載ドップラレーダからのレーダパルス（以下、レーダパルス（ａ）と称する）の波形、（ｂ）はレーダパルスの周期より充分に小さい周期の第１の発振器３の出力パルスである。第１の発振器３の出力は１／２デュウティで、パルス幅に相当する時間はマイクロ波遅延線４、マイクロ波位相変調器５、マイクロ波増幅器７の遅延時間合計に等しく設定する。
【００１７】
（ｃ）は送信波形であり、レーダパルス（ａ）を第１の発振器３の出力（ｂ）のＲで示すタイミングに受信して、遅延線４、位相変調器５、及び増幅器７による遅延時間分遅らせて送信する。この詳細は特公平４−１４７５８号公報に記載されている。
図３は図１に示したトランスポンダ装置による位相変調動作を説明する波形図である。
【００１８】
高速移動目標相当の送信電波とするためのドプラ変調は受信したレーダパルス（ａ）に比べて充分に長い周期Ｔfdの第２の発振器６の出力（ｅ）で位相変調器５の出力の位相を直線変調することにより行われる。
位相変調器５の出力信号の位相角は、第２の発振器６の出力に応じて、その周期Ｔfdの間で０から３６０度まで変化し、この変化を周期Ｔfd毎に繰り返す。したがって、このドプラ変調は周波数が１／Ｔfdの周波数変調となる。
【００１９】
図１に示した救命用トランスポンダ装置は、上記のように位相変調された信号を放射するので、航空機に搭載されたレーダはこの救命用トランスポンダ装置を高速移動目標とみなして短時間で確実に探知する。
位相変調器５と第２の発振器６の出力は図３に示した直線変調の他、デジタル的変調でも可能である。
【００２０】
図４は本発明の第２の実施例による救命用トランスポンダ装置の構成を示すブロック図であって、図１との相違点は、図４においては送受切り換えスイッチ２の出力にマイクロ波増幅器７を接続し、マイクロ波増幅器７の出力と送受信用アンテナ１との間に受信波と送信波を分離する方向性結合器８を接続し、方向性結合器８の出力はマイクロ波増幅器９の入力に接続し、マイクロ波増幅器９の出力はマイクロ波遅延線４に接続し、マイクロ波遅延線４の出力に位相変調器５を接続し、位相変調器５の出力をスイッチ２の入力に接続したことであり、スイッチ２が第１の発振器３により制御されること、及び位相変調器５が第２の発振器６により駆動されることは図１と同様である。
【００２１】
図４に示した救命用トランスポンダ装置の基本的動作は、図２及び図３により説明した図１の救命用トランスポンダ装置と同等である。ただし、図１に比べて図４では、マイクロ波増幅器７の出力中の雑音が方向性結合器８から受信側のマイクロ波増幅器９に回りコミュニケーション受信雑音が増加する欠点はあるが、マイクロ波増幅器７の出力の増大がスイッチ２の最大電力の制約を受けない利点がある。
【００２２】
図５は本発明の第３の実施例による救命用トランスポンダ装置を示すブロック図であって、図４との相違点は、図５においては、特定のレーダ周波数を検出して電源の供給を制御することにより電池消費を少なくするための回路として、周波数応答電力低減回路５０が設けられていることである。周波数応答電力低減回路５０は、特定周波数の信号だけを通過させるバンドパスフィルタ１２と、その出力を振幅検波する検波器１３と、その出力である振幅検波信号を増幅するためのビデオ増幅器１４と、ビデオ増幅器１４の出力の尖塔値を記憶するホールド回路１５と、ホールド回路１５の出力値をしきい値と比較してこの装置内の各部への電源の切断制御を行う電源スイッチ回路１６とを備えている。さらに、送信周期にのみ電源を供給するためのパルス応答電力低減回路５１は、マイクロ波増幅器９と、分配器１０と検波器１９と電源スイッチ回路１８とを備えている。ビデオ増幅器１４とホールド回路１５には電池１７から常に電源が供給されている。１１は方向性結合器８からの受信信号であるレーダ電波を、増幅器９とバンドパスフィルタ１２とに分配する分配器であり、１０は増幅器９の出力を遅延線４と検波器１９とに分配する分配器である。
【００２３】
図６は図５の装置における特定周波数受信動作波形であって、（ａ）は受信信号であるレーダパルスで図２の（ａ）と同じもの、（ｆ）はバンドパスフィルタ１２により受信信号から特定周波数の信号をフィルタリングしたものを検波器により振幅検波した信号をビデオ増幅器１４で増幅した信号、（ｇ）はホールド回路１５によりビデオ増幅器１４の出力信号（ｆ）の尖塔値を記憶した波形であり、第一の電源スイッチしきい値より高い場合は電源スイッチ１６が接となって、この救命用トランスポンダ装置の内部の各部に電池１７からの電力が供給される。したがって、レーダパルスの受信前はホールド回路の出力は電源スイッチしきい値より低いので、電力は供給されない。
【００２４】
図７は電源スイッチ１８の動作を説明する波形図であって、（ａ）は受信信号である１個のレーダパルスを示す波形図、（ｂ）は第１の発振器３の出力波形図、（ｃ）はスイッチ２よる送信波形図であって、これらは図２に示したものと同じである。（ｈ）は検波器１９の出力波形図、（ｉ）は電源スイッチ１８の出力波形図である。電源スイッチ１８の出力（ｉ）が第二の電源スイッチしきい値を越えたときのみ、増幅器７に電池１７からの電力を供給するようにした。
【００２５】
図６に示したようにホールト回路の出力が第一の電源スイッチしきい値をこえた時のみ、この救命用トランスポンダ装置の各部に電池１７からの電力を供給し、及び／又は図７に示したように電源スイッチ１８の出力（ｉ）が第二の電源スイッチしきい値を越えたときのみ、増幅器７に電池１７からの電力を供給するようにしたので、大幅に電力を節約できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送信信号を位相変調をすることにより航空機搭載のレーダからは擬似的に高速移動物体とみなすことができる救命用トランスポンダ装置が提供されるので、遭難者を航空機により広範囲に捜索することが可能となる効果を発揮し、海難事故等の遭難者の迅速な救助に寄与するところが大きい。
【００２７】
また、レーダパルスを受信しているときのみ、装置の各部に電力を供給するようにしたので、救命用トランスポンダ装置における消費電力を大幅に低減することができ、内蔵電池の有効期間を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による救命用トランスポンダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したトランスポンダ装置による送受信動作の波形を示す図である。
【図３】図１に示したトランスポンダ装置による位相変調動作を説明する波形図である。
【図４】本発明の第２の実施例による救命用トランスポンダ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施例による救命用トランスポンダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図５の装置における特定周波数受信動作波形図である。
【図７】図５の装置における電源スイッチ１８の動作を説明する波形図である。
【符号の説明】
１…送受信用アンテナ
２…スイッチ回路
３…第１の発振器
４…遅延線
５…位相変調器
６…第２の発振器
７…増幅器
９…第２の増幅器
１０…分配器
１１…分配器
１２…バンドパスフィルタ
１３…検波器
１４…ビデオ増幅器
１５…ホールド回路
１６…電源スイッチ回路
１７…電池
１８…電源スイッチ回路
１９…検波器
５０…周波数応答電力低減回路
５１…パルス応答電力低減回路
【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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