JPH05508228A - 較正装置付きエコー距離測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 較正装置付きエコー距離測定システム 本発明は距離測定一般に関するものであり、特にマイクロ波エコーを用いたレー ダ又は高度計に関するものである。

しかしながら、本発明は種類の異なる波を用いたソナーやレーザー距離計などの システムにも応用可能である。　測距レンジが極めて長いレーダや衛星に搭載さ れた高度計の精密な較正（キャリブレーション）を能動的な標的を用いて実現す ることは難しいが、それは数ミリセカンドという遅延時間を有するマイクロ波遅 延線を得ることが困難だからである。

レーダが発明されて以来、レンジの較正には較正標的が使用されてきた。金属反 射鏡で構成されたこれら受動的標的は、所望の精度のキャリブレーションが得ら れるように、標的のエコーと地面と環境の擾乱エコーとの間に充分な電力比が成 立するに足る等価レーダ断面を有していなければならない。これら標的は嵩張り 、運搬が困難であり、高価であって、入射波の偏波にしばしば影響される。それ ゆえ、受信アンテナと送信アンテナとを増幅器で接続して構成した能動的較正標 的が開発された。開発された標的はより小型でしかもエコーのパワーがキャリブ レーションの精度を改善する。これら標的はすべてレーダのフィールド内に設置 されねばならないが、例えば長レンジのレーダや、衛星や飛行機に搭載された高 度計レーダの場合には常にそのように設置することができるとは限らない。しか も、それら標的は依然として地面のエコーを免れない。レーダ標的を近づける為 には、それをエコー・シミュレーターに変換すること、即ち、能動的標的にマイ クロ波信号の経路に遅延線を設けることが必要である。

この件に関して参照することのできる記事として、’Ｄｅｌａマｅｄ−ｘｃ＋ｉ ｏｎ　＋ｅｌｌｅｅｔｏ＋　ｌｏｔ　ｅｘｌｅ＋ｎｔｌ　ｃａｌｉｂｒｓｌｉｏ ｎ　ｏｆ　ｓ７ｎ＋ｈｅｌｉｃ　ａｐｅｔｌｕｒｅ　＋ａｄａ＋、　Ｋ、　Ｋｏ ｍｉ７！ｍａ、Ｅｌｅｃｔ「ｏｎｉｃｓ　１ｅｔｌｅｔｓ　３０　ｔｈ　Ｍａｒ ｃｈ　１９８９　Ｖａｔ、２５．　Ｎｏ、７．　ｐ、４６８．’がある。

音響遅延線又は電子マイクロ波遅延線をもってしては所望の大きさの遅延を得る ことはできない。そのため、キャリブレーションのために、非常に長い遅延光フ ァイノ（からなる光遅延線を使用することが提案された。光ファイノ＜（ヨ減衰 しにくいので大きな遅延が実現可能であり、通過周波帯が大きいのでマイクロ波 シグナルを周波数を変えることなく、直接、光波にのせることができる。

また興味深いことに、かくして実現された遅延は光ファイバの通過帯域が大きい のでレーダーパルスのタイプに影響を受けないことが注目される。

この件に関して参照することのできる記事として、−’Ｗｉｄｃｂａｎｄ　１５ Ｑμｓ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｄｅｌａ７１ｉｎｅ　ｌｏｔ　５ａＮｌｌｉｌｅ　ａ １１ｉｍｅｌ＋ｉｃ　ｒｘｄｓｒ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ’　ｂｙ　Ｍ、　Ｍｇｉｇ ｎｍｎ、１．Ｊ、Ｂｅｒｎａ＋ｄ、Ｐ、ｄｅ　Ｃｈｘｔｅｘａ　Ｔｈ１ｅ＋＋７ ．　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　１ｅｔｔｅｒｓ　７１ｈ　Ｊｏ１７１９８８　Ｖ ｏｌ、２４．　Ｎｏ、Ｉ４．　Ｉｌ、　９０２；−’Ｒｘｄｘｒ　ｔｐｐｌｉｃ ｘｌｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｘ−ｂｘｎｄ　ｌ１ｂｅｒ　ｏｐｔｉｃ　１ｉｎｋｓ’　 ｂ７１、Ｌ、　Ｎｅｖｂｅｒｇ、　Ｃ，Ｍ、　ＧｅＣ，Ｇ、Ｄ、　Ｔｈｕ＋ｍｏ ｎｄ、０１４９−６４５Ｘ／８Ｂ１００００−０９８７＄０１．００　ｃ　１９ ８８１ＥＥＥ；−’Ｌｏｎｇ　ｍ１ｃｒｏｖｉｖｅ　ｄｅｌｒ７１ｉｂｅ＋　ｏ ｐｔｉｃ　１ｉｎｋ　ｌｏ「ｒａｄａ「ｌｅｓｔｉｎｇ’　ｂ７１．Ｌ、　Ｎｅ ｖｂｅ＋ｇ、　Ｇ、Ｄ、　Ｔｈｕ＋ｍｏｎｄ、　’ｉ１．　Ｙｅ＋、ＩＥＥＥＴ ｒｉｎｓｘｃ口ｏｎｓ　ｏｎ　ｍ１ｃｒｏｖｉｖｅ　ｔｈｅｏｒ７　ｘｎｄ　ｊ ｅｃｂ＋ｉｑｗｅｓ、Ｖｏｌ、３８．　Ｎｏ、５．　Ｍｕ、　１９９０．　があ る。

本発明が特に目的とすることは、増大し且つ／又は調節可能な測定すべき距離に 対応するキャリブレーションを、単純に且つ場合によっては隠密に行うことであ って、しかもそれを光遅延線を用いて行うことである。もう一つの目的としては 、この遅延線を含むキャリブレーション装置を軽く嵩張らないものにすることで ある。このような品質により、測定システムが単一のアセンブリとして一体化さ れた場合に、キャリブレーション装置を測定システムに組み入れることが実際に 可能となる。別の場合においては、このような品質により、この装置を、機能的 には測定システムに含まれているが物理的にはそれとは分離されている能動的較 正標的に組み入れることが可能となる。更に一般的な目的としては、最初のパル スから単純な方法で規則的に連続した出力パルスを形成できるようにすること又 はこれら出力パルスから一つを選別することができるようにすることである。

本発明によれば、キャリブレーション装置は一個の光遅延ループを含み、そのル ープは少なくとも一本の遅延光ファイバと一個の光カプラを有して再循環を実現 し、かくして同一の光初期信号に応答して複数の連続した光遅延信号を供給する 。

このような光遅延ルー゛プ付き装置は、保護された状態での長レンジのレーダの 能動的較正標的を実現する為のみならず、作動中のレーダの較正を行うためにも 使用でき、その際、外部から検出される信号を発信する必要もない（その時、経 路切換器を使用することもできる）。更に、高度測定レーダの較正を精密に行う ために衛星に搭載して使用することも検討しつる。

添付の図を用いて、本発明がどのように実施可能かを記述していくが、実施可能 態様はこれに限定されるものではない。

この図は本発明によるシステム゛の全体図を示す。

このシステムは発信手段２．４．６．８からなる。これら手段を以後、「測定発 信手段」と呼ぶこととする。これら手段は、初期測定電気信号ＭＡを供給し、ま た、走査放射からなり、この信号と既知の時間的関係で変調される出発波ＷＡを 発信する。更に詳しく言えば、それら手段は、測定信号を短いパルスの形で供給 するパルス・ジェネレーター２とそれに応答して出発波を供給するマイクロ波発 信器とからなる。導波管５はこの波をデュプレクサ６に導き、デュプレクサ６は ガイド７を介してそれをアンテナ８に導く。

システムは更にいわゆる「測定受信手段」８．６．１２を有してもいる。これら 手段は標的１０から返送される出発波の反射波からなる帰還波ＷＢを受信する。

これら手段がこれに応答して最終測定電気信号ＭＢを供給する。この信号はこの 帰還波と所定の時間的関係を有する。

更に詳細には、アンテナ８は標的１０から返送される波を受信して、それを、ガ イド７、デュプレクサ６及びガイド１１を介して、マイクロ波受信器１２の方に 導き、マイクロ波受信器１２は最終測定電気信号ＭＢを供給する。この信号は、 ユーザーの必要に応じて距離以外の標的のパラメータの測定を可能にする補助処 理装置１３において処理される。

測定クロノメータ１４は、初期計数信号Ｍ＾を最初に受信するために配置され、 少なくともシステムの測定コンフィギユレーションにおいては、当該初期計数信 号は初期測定信号ＭＡから構成される。このクロノメータは次いで最終計数信号 を受信し、この同じ測定コンフィギユレーションにおいて、当該最終計数信号は 最終測定信号ｌ！Ｂから構成される。その機能は、この最終計数信号がこの初期 計数信号に対して有する遅れを表す値を供給することである。この値を以後「遅 延値」と呼ぶことにする。この測定コンフィギユレーションにおいて、遅延値は 標的１０の距離を表す。

更に詳細には、この初期計数信号は常に初期測定信号ＭＡから構成される。

システムの較正装置１６は、初期較正信号ＣＡを受信し、少なくとも、この初期 較正信号に対して既知の較正された遅延を有する最終較正信号ＣＢを供給するよ う設計されている。システムの較正コンフィギユレーションにおいて、これら初 期較正及び最終信号は、前記初期計数及び最終信号を構成している。その時、そ れらによって測定クロノメータ１４の較正を行うキャリブレーション作業の実行 が可能となり、そのキャリブレーション作業を通じて、前記最終較正信号が前記 エコーのシミュレーションを構成する。

この較正装置の内部構造を更に明確にする。

コンフィギユレーション切替え手段により、その測定及び較正コンフィギユレー ションに、交互に又は同時に、システムを設置することが可能となる。これら手 段は、更に詳細には、システムが単一体からなる場合ζヨは経路切換器１８から なる。しかしながら、これら手段は、測定システムがそのような標的を有する場 合には、例えば能動較正標的の能動化手段で構成されてもよい。

経路切換器１８は最終測定信号ＭＢ及び最終較正信号ＣＢを受信して、これらの うちのどちらかをクロノメータ１４に向けて導き、最終計数信号を構成する。

較正装置１６は初期較正信号ＣＡと所定の時間関係にある初期光信号ＯＡを供給 する光手段２０を有する。更に詳細には、この光手段は光送信器であって、初期 測定信号ＭＡに応答してマイクロ波送信器４が発信した波のフラクションを受信 する。初期測定信号ＭＡが発信されるのはキャリブレーション処理の始め並びに 距離測定処理の始めにおいてである。このフラクションは初期較正信号ＣＡを構 成する。

既知の通り、較正装置は更に、少なくとも一本の光ファイバで構成された光遅延 線（Ｆ２．Ｆ３）を有している。

このような遅延線は光初期信号ＯＡのような線入力信号を受信するための入力Ｂ ３を有する。更に線出力Ｂ２を有しており、これら線入力信号の各々に応答して 、線入力信号に対して較正された遅延を伴う線出力信号ＯＣが供給される。

この線出力信号は光遅延信号ＯＲを生成する。

この部材の内部構造は本発明に特有のものであって、それによって、この部材が ただ一つだけでなく複数の光遅延信号を供給することを可能にしている。その構 造を更に明確にする。

検出アセンブリは各遅延光信号ＯＲを受信する。それに応答して検出遅延信号Ｄ Ｒが供給されるが、その際、最終較正信号ＣＢはそのような検出遅延信号で構成 される。

本発明によれば、光遅延線は光遅延ループ２２に含まれており、その光遅延ルー プは光カプラ２６をも有している。

このカブラは第一端子Ｂ１を有しており、それは初期光信号ＯＡを受信するため のループ入力を構成している。第二端子Ｂ２は、線出力信号ＯＣを受信するため の前記線出力を構成している。第三端子Ｂ３は、前記線入力を構成しているが、 それは光遅延線の中に、初期光信号と各線出力信号との循環フラクションを注入 するためのものであるが、その注入方法は、注入されたフラクションが前記線入 力信号ＯＢを構成するようにするものであり、こうして信号の再循環が実現され る。遅延線は、このとき単位遅延を構成する。

カプラ２６は更に、第四端子Ｂ４を有し、それは、線出力信号ＯＣから出るフラ クションによってそれぞれ構成された一連の遅延光信号ＯＲを供給するためのル ープ出力を構成している。これら遅延光信号は、初期光信号ＯＡに対して、較正 された遅延を有するが、それら遅延は単位遅延を連続する整数で掛は合せたもの に等しい。

ループ２２は更にループ増幅器２８を有する。増幅器２８は、線入力及び出力信 号が当該ループ及び光カプラ内において被るエネルギー損失を部分的に補正する ために直列に挿入された光増幅器である。

更に詳細には、光遅延線は増幅器２８に供給する第一光フアイバーＦ２と、同じ 長さで、この増幅器に供給される箪二光ファイバーＦ３とからなる。

検出アセンブリ３０．３２．３４は遅延光信号ＯＲを受信し、それに応答して対 応する一連の検出遅延信号ＤＲを供給する。更に詳細には、このアセンブリは、 各遅延光信号ＯＲに応答してマイクロ波遅延信号ＨＲを供給するための光検出器 ３０と、このマイクロ波遅延信号を増幅するためのマイクロ波増幅器３２と、こ のマイクロ波遅延信号ＨＲに応答して検出遅延信号を供給するためのマイクロ波 検出器３４とからなる。

較正装置は更に信号選択器３６を有する。この信号選択器３６は、この一連の検 出遅延信号ＤＲを受信して、この一連の信号の初期フラクションを停止するもの である。最初に検出された遅延信号は停止されることなく較正装置１６の出力に 伝達され、最終較正信号ＣＢを構成する。

この信号選択器３６は初期較正信号ＣＡと既知の時間関係にある選択トリガ信号 ＭＡによって起動させられて、一連の検出遅延信号ＤＲの中から最終較正信号Ｃ Ｂを選択する。更に詳細には、この選択トリガ信号は初期測定信号ＭＡによって 構成されている。

最終較正信号の選択は検出遅延信号のカウントを行うことによってもなしつる。

その時、選択器３６は例えば最初の四つの検出遅延信号を停止して三番目のもの を通過させ、それによってクロノメータ１４を停止させることになる最終較正信 号を構成する。停止される信号の数は調節可能である。この選択は調節可能な所 定の期間中に検出遅延信号を停止することによっても行い得る。この期間の決定 は、連続する二つの信号のギャップ内にあれば良いので、さほど精密に行う必要 はない。

初期較正信号ＣＡに対して最終較正信号ＣＢが有する遅延は、このようにして、 較正された単位遅延の調整可能な整数倍に等しくされる。

例えば、光発信器２０は電流によって変調可能な半導体で構成することもできる 。その発信光パワーは１ｍＷであり、光カプラ２６の入力において光ファイバー に注入される。ノイズ密度の強度は一１５０ｄＢｍ／Ｈｚである。

光カプラ２６は以下のカプリング値を呈しうる。

端子Ｂ１から端子Ｂ４に向かって　４５％端子Ｂ１から端子Ｂ３に向かって　４ ５％光増幅器２８はエルビウムでドープし光学的にボンピングされた光ファイバ ーで構成されてよい。その時、その増幅器は以下の特性を有しうる。

ゲイン＝２２ｄＢ 自発送信パワー密度＝−２０ｄＢｍ／ｎｍ光フィルター幅＝０．３ｎｍ 光ファイバーＦ２及びＦ３はそれぞれ５９ｋｍであってよいし、減衰は０．２ｄ Ｂ／ｋｍ、伝播時間はキロメートル当たり５マイクロセカンドで、単位遅延が５ ００マイクロセカンドになるようにしてもよい。

光検出器３０は５０オームのインピーダンスで負荷されたフォトダイオードで構 成されてもよい。

これ・らの条件で、発信器２０の変調が、信号ＣＡによって、＋ｌＱｄＢｍのオ ーダーの平均出力の正弦曲線状パルスの形で行われれば、一連のマイクロ波遅延 信号ＨＲがパルスの形で得られ、そのフォトダイオード３０の端子における出力 はおよそ以下の通りになる。

第一のパルスについては、　３０ｄＢｍ続くパルスのそれぞれについては、先行 するパルスの出力から３ｄＢを減じたもの これらの条件におけるノイズは約−１５０ｃｔＢｍ／Ｈｚのパワー密度を有する 。

要　約　書 較正装置（１６）は、２本の遅延ファイバー（Ｆ２．Ｆ３）から構成される循環 光遅延ループ（２２）と、光増幅器（２８）と、単一の初期信号（ＯＡ）に応答 して一連の複数の遅延光信号（ＯＲ）を供給するカプラ（２６）とを含む。本発 明は、特にレーダに適用される。

国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．ループ状に配置された光遅延ファイバー（Ｆ２，Ｆ３）と光カプラ（２６） とからなる光遅延線であって、このカプラの配置はこのファイバーの中に遅延さ せるべき初期光信号を注入し且つ循環させることができるように、そこで循環し た初期光信号の少なくとも一つのフラクションをこのファイバーの中に再注入す ることができるように、そして、このファイバーからそこで循環した初期光信号 の少なくとも一つのフラクションを抽出することができるようにするための配置 であり、このようにして、抽出されたフラクションが前記初期光信号に応答して 供給されるべき遅延光信号を構成することができるようにし、更に、光遅延ファ イバーの中を循環する光信号を増幅するために設けられたループ増幅器（２８） を有することを特徴とする光遅延線。
2. ２．遅延させるべき電気信号を遅延させるべき光信号に変換するための手段（２ ０）と、前記遅延させるべき光信号を受信し且つ遅延させるための請求項１に記 載の光遅延線と、前記光遅延信号を遅延された電気信号に変換するための手段（ ３０、３２、３４）とからなることを特徴とする電気信号遅延線。
3. ３．較正装置（１６）に用いられる遅延線が請求項２に記載の遅延線であること を特徴とする遅延線を用いる較正装置付きエコー距離測定システム。
4. ４．初期測定電気信号ＭＡを供給し且つこの信号と既知の時間的関係で変調され る出発波（ＷＡ）を発信するための測定発信手段（２、４、６、８）と、 標的（１０）によって返送された前記出発波のエコーによって構成された帰還波 ＷＢを受信し且つこの帰還波と所定の時間的関係にある最終測定電気信号ＭＢを 供給するための測定受信手段（８、６、１２）と、 少なくとも前記システムの測定コンフィギュレーションにおいて、初期測定信号 ＭＡによって構成された初期計数信号（ＭＡ）を受信し、前記測定コンフィギュ レーションにおいて、最終測定信号ＭＢで構成された最終計数信号（ＭＢ、ＣＢ ）を受信し、この最終計数信号がこの初期計数信号に対して有する遅れを表す遅 延値を供給するためのものであり、この測定コンフィギュレーションにおいて、 この遅延値が前記標的（１０）の距離を表す測定クロノメーター（１４）と、 初期較正信号（ＣＡ）を受信し、少なくとも、この初期較正信号に対して既知の 較正された遅延を有する最終較正信号（ＣＢ）を供給するためのものであって、 前記システムの較正コンフィギュレーションにおいて、これら初期及び最終較正 信号が、前記初期及び最終計数信号を構成しており、それによって前記測定クロ ノメータ（１４）の較正を行うキャリブレーション作業の実行が可能となり、そ のキャリブレーション作業を通じて、前記最終較正信号が前記エコーのシミュレ ーションを構成する較正装置（１６）と、前記システムを、前記測定及び／又は 較正コンフィギュレーションにおいて設置するためのコンフィギュレーション切 替え手段とからなる光遅延線を用いる較正装置付き反射波距離測定システムであ って、 前記較正装置（１６）が、 前記初期較正信号（ＣＡ）と所定の時間関係にある初期光信号（ＯＡ）を供給す る光手段（２０）と、この初期光信号を受信しそれに応答して遅延光信号を供給 するための少なくとも１つの遅延ファイバー（Ｆ２，Ｆ３）と、 この遅延光信号（ＯＲ）を受信し、それに応答して検出遅延信号ＤＲを供給し、 前記最終較正信号ＣＢが前記検出遅延信号で構成される検出アセンブリ（３０、 ３２、３４）とからなり、 前記光遅延線が請求項１に記載の遅延線であり、この遅延線が光遅延ループ（２ ２）を構成しており、前記光カプラ（２６）が、初期光信号（ＯＡ）受信するた めのループ入力を構成する第一端子（Ｂ１）と、前記光遅延ファイバーＯＣの中 を循環した光信号を受信するための第二端子（Ｂ２）と、このファイバーの中に この初期光信号及び前記光遅延ファイバー（０Ｂ）の中を循環した光信号の少な くとも一つのフラクションを注入することができるようにして再循環が実現でき るようにするための第三端子（Ｂ３）とを有し、これら信号の循環毎にこのファ イバーによって加えられた遅延が単位遅延を構成し、このカブラは、前記光遅延 ファイバー（ＯＣ）の中を循環した光信号から出るフラクションによってそれぞ れ構成された一連の前記光遅延信号（ＯＲ）を供給するためのループ出力を構成 している第四端子（Ｂ４）を有し、 前記ループ増幅器（２８）は前記光信号が前記ループ及び前記光カプラ（２６） 内において被るエネルギー損失を部分的に補正するためにこのループに直列に挿 入された光増幅器であり、 前記検出アセンブリ（３０、３２、３４）は前記一連の光遅延信号（ＯＲ）を受 信し、それに応答して対応する一連の前記検出遅延信号（ＤＲ）を供給し、 前記較正装置（１６）は結局、信号選択器（３６）を有し、この信号選択器（３ ６）は、この一連の検出遅延信号（ＤＲ）を受信し、この一連の信号の初期フラ クションを停止し、ついで、前記検出遅延信号の一つを伝達して最終較正信号（ ＣＢ）を構成することを特徴とする光遅延線を用いる較正装置付きエコー距離測 定システム。
5. ５．前記出発波がマイクロ波であることを特徴とする請求項４に記載のシステム 。
6. ６．前記信号選択器（３６）は前記初期較正信号（ＣＡ）と既知の時間関係にあ る選択トリガ信号（ＭＡ）によって起動させられて、前記一連の検出遅延信号（ ＤＲ）の中で前記最終較正信号（ＣＢ）を選択することを特徴とする請求項４に 記載のシステム。
7. ７．前記初期較正信号（ＣＡ）は前記出発波ＷＡの一つのフラクションによって 構成され、前記初期光信号（ＯＡ）を供給する前記光手段は前記初期較正信号（ ＣＡ）によって制御される光発信器（２０）であり、前記検出アセンブリは前妃 各光遅延信号（ＯＲ）に応答してマイクロ波遅延信号ＨＲを供給するための光検 出器（３０）と、このマイクロ波遅延信号を増幅するためのマイクロ波増幅器（ ３２）と、このマイクロ波遅延信号ＨＲに応答して前記検出遅延信号の一つを供 給するためのマイクロ波検出器（３４）とからなることを特徴とする請求項５に 記載のシステム。
8. ８．請求項４から７のいずれか一項に記載されたようなものであることを特徴と するエコー距離測定システムのための較正装置。