JPH07146363A - 障害物を警報するレーダー装置 - Google Patents
障害物を警報するレーダー装置Info
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- JPH07146363A JPH07146363A JP6161480A JP16148094A JPH07146363A JP H07146363 A JPH07146363 A JP H07146363A JP 6161480 A JP6161480 A JP 6161480A JP 16148094 A JP16148094 A JP 16148094A JP H07146363 A JPH07146363 A JP H07146363A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
- G01S13/904—SAR modes
- G01S13/9082—Rotating SAR [ROSAR]
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 オンライン運転でほぼリアルタイムで使用で
き、地図の作成、障害物の警報あるいは着陸支援の外
に、目標の解明や目標の追跡、および飛行物体の誘導に
も使用でき、合成アパーチャの全長が短距離で達成され
る、主にヘリコプターの周知の ROSAR法を改良する。 【構成】 プロセッサが基準関数を発生する第一チャン
ネルと、地上で反射した信号を受信する第二チャンネル
を有し、第一チャンネルに幾何学回路要素１と照射され
る領域を個々の距離間隔に分割するプロセッサ回路２
と、前記距離間隔の基準関数を計算して記憶器４に導入
するプロセッサ回路要素３を有し、第二チャンネルに、
エコー信号 Se の直交変調器５が配設され、このエコー
信号の成分 I e と Qe アナログ・デジタル変換器６に導
入し、そこから記憶器７に入力し、二つの記憶器４，７
に保存されている信号を同期して相関器８に伝送し、相
関器の相関信号を表示するためモニター９と評価ユニッ
ト１０に導入する。
き、地図の作成、障害物の警報あるいは着陸支援の外
に、目標の解明や目標の追跡、および飛行物体の誘導に
も使用でき、合成アパーチャの全長が短距離で達成され
る、主にヘリコプターの周知の ROSAR法を改良する。 【構成】 プロセッサが基準関数を発生する第一チャン
ネルと、地上で反射した信号を受信する第二チャンネル
を有し、第一チャンネルに幾何学回路要素１と照射され
る領域を個々の距離間隔に分割するプロセッサ回路２
と、前記距離間隔の基準関数を計算して記憶器４に導入
するプロセッサ回路要素３を有し、第二チャンネルに、
エコー信号 Se の直交変調器５が配設され、このエコー
信号の成分 I e と Qe アナログ・デジタル変換器６に導
入し、そこから記憶器７に入力し、二つの記憶器４，７
に保存されている信号を同期して相関器８に伝送し、相
関器の相関信号を表示するためモニター９と評価ユニッ
ト１０に導入する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、複数のアンテナが、
例えばヘリコプターのロータあるいはロータ軸の上部の
ターンスタイルにある回転アームの端部に配置され、RO
SAR 装置のプロセッサと、送信器と、受信器と、レーダ
ーパルスを送受信するアンテナとを備え、ヘリコプター
の障害物を警報する回転アテナに基礎を置く、合成アパ
ーチャを有するレーダー装置に関する。
例えばヘリコプターのロータあるいはロータ軸の上部の
ターンスタイルにある回転アームの端部に配置され、RO
SAR 装置のプロセッサと、送信器と、受信器と、レーダ
ーパルスを送受信するアンテナとを備え、ヘリコプター
の障害物を警報する回転アテナに基礎を置く、合成アパ
ーチャを有するレーダー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ドイツ特許第 39 22 086号明細書によれ
ば、送信器と受信器およびレーダーパルスを送受信する
一つのアンテナを有するレーダー装置が知られている。
その場合、アンテナは回転アーム、例えばヘリコプタの
ロータあるいはロータ軸上のターンスタイルの端部に配
設されている。回転アンテナの基礎に合成アパーチャを
備えているこのようなレーダー装置は ROSAR装置と称さ
れている。ロータの羽根の代わりにターンスタイルを使
用すると、基本的には ROSARの原理を変えるのでなく、
ただ横分解能が低いと言う難点があるが、合成アパーチ
ャの全長が短い距離の内で達成されると言う重要な利点
がある。更に、ターンスタイルは高い機械的な安定性を
有する。この種の装置は、オンライン運転でほぼリアル
タイムにして使用され、地図の作製、障害物の警報ある
いは着陸支援の外に、目標解明や目標追跡にも使用され
る。他の応用分野は飛行物体の誘導にある。周知の ROS
AR装置では、各距離間隔の結果が絶えず受信信号とこの
距離間隔に相当する基準関数との相関をとって得られ
る。
ば、送信器と受信器およびレーダーパルスを送受信する
一つのアンテナを有するレーダー装置が知られている。
その場合、アンテナは回転アーム、例えばヘリコプタの
ロータあるいはロータ軸上のターンスタイルの端部に配
設されている。回転アンテナの基礎に合成アパーチャを
備えているこのようなレーダー装置は ROSAR装置と称さ
れている。ロータの羽根の代わりにターンスタイルを使
用すると、基本的には ROSARの原理を変えるのでなく、
ただ横分解能が低いと言う難点があるが、合成アパーチ
ャの全長が短い距離の内で達成されると言う重要な利点
がある。更に、ターンスタイルは高い機械的な安定性を
有する。この種の装置は、オンライン運転でほぼリアル
タイムにして使用され、地図の作製、障害物の警報ある
いは着陸支援の外に、目標解明や目標追跡にも使用され
る。他の応用分野は飛行物体の誘導にある。周知の ROS
AR装置では、各距離間隔の結果が絶えず受信信号とこの
距離間隔に相当する基準関数との相関をとって得られ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、オ
ンライン運転でほぼリアルタイムにして使用され、しか
も地図の作成、障害物の警報あるいは着陸支援の外に、
目標の解明や目標の追跡、および飛行物体の誘導にも使
用でき、合成アパーチャの全長が短い距離の内で達成さ
れる、周知の ROSAR法を構成し、改良することにある。
ンライン運転でほぼリアルタイムにして使用され、しか
も地図の作成、障害物の警報あるいは着陸支援の外に、
目標の解明や目標の追跡、および飛行物体の誘導にも使
用でき、合成アパーチャの全長が短い距離の内で達成さ
れる、周知の ROSAR法を構成し、改良することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、冒頭に述べた種類のレーダー装置にあって、 a) 障害物の警報に注目される範囲外、例えば 500 m以
上の距離に対して装置が非集束法による信号処理を行
い、このため、或る振幅を越えた場合、相関の先端を自
動的に集束信号処理に切り換えるしきい値検出器が配置
されていて、 b) 距離間隔の大きさを可変して、距離間隔の数を少な
く維持し、近距離では距離間隔を短くし、半径方向の分
解能が遠距離より良好で、 c) 各アンテナに付属する送受信ユニットが信号評価に
関して異なった周波数、特にミリ波領域で動作し、 d) 合成アパーチャ（弱く束ねたアンテンを有する ROSA
R) の原理が実際のアパーチャ（強く束ねたアンテナ）
の原理と組み合われる、ことによって解決されている。
により、冒頭に述べた種類のレーダー装置にあって、 a) 障害物の警報に注目される範囲外、例えば 500 m以
上の距離に対して装置が非集束法による信号処理を行
い、このため、或る振幅を越えた場合、相関の先端を自
動的に集束信号処理に切り換えるしきい値検出器が配置
されていて、 b) 距離間隔の大きさを可変して、距離間隔の数を少な
く維持し、近距離では距離間隔を短くし、半径方向の分
解能が遠距離より良好で、 c) 各アンテナに付属する送受信ユニットが信号評価に
関して異なった周波数、特にミリ波領域で動作し、 d) 合成アパーチャ（弱く束ねたアンテンを有する ROSA
R) の原理が実際のアパーチャ（強く束ねたアンテナ）
の原理と組み合われる、ことによって解決されている。
【０００５】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００６】
【実施例】以下、この発明の方法を実施例である図面に
基づき説明する。図１はロータ軸の上にあるターンスタ
イルと共に ROSARの照明幾何学関係が模式的に示してあ
る（実寸ではない）。
基づき説明する。図１はロータ軸の上にあるターンスタ
イルと共に ROSARの照明幾何学関係が模式的に示してあ
る（実寸ではない）。
【０００７】ターンスタイルのアーム先端に装着された
アンテナにより、指向方向を下向きに斜めにすると、円
形リングが照明され、照明される帯状の幅はアンテナの
仰角εと俯角θ方向の開口角、およびキャリヤ・プラッ
トホームの高さ H0 に依存する。例えば障害物を監視す
るため直接半径方向に出射する場合、ヘリコプターの直
ぐ周囲が照明される。画像を発生するために必要なドッ
プラースペクトルはターンスタイルのアーム先端に装着
されたアンテナの回転により発生し、キャリヤ・プラッ
トホームの並進移動成分は必要でない。アンテナが回転
するの全周囲を見渡せる。つまり ROSARは 360°の全角
度範囲を覆う。この場合、送信と受信に必ず同じアンテ
ナが使用される。サンプリングに必要な送信パルスは、
所定のパルス繰り返し周波数の回転運動期間中にアンテ
ナを介して出射され、エコー信号を同じアンテナで受信
する。パルス繰り返し周波数 fp は、アンテナの直線運
動のように、受信信号のドップラー帯域によって確定す
る。ここで、レーダー装置としてパルスレーダーあるい
はこの代わりに FM-CWレーダーが問題になる。信号評価
と画像形成は、一緒に回転する送受信ユニット中で或る
データ前処理の後、ヘリコプターの機内で特別な ROSAR
プロセッサにより行われる。円形軌道に沿ったアンテナ
運動により、二つの送信パルスの間の時間間隔 Tp ＝ 1
/fp には、 ROSARの場合、角度範囲Δα＝ω0/fpが対応
する。ここでω0 はアンテナアームの角速度である。地
上で照明される帯領域は円形リングである。それ故、信
号処理は回転角α＝ω0 t の関数で行われる。結像され
た目標の位置は半径方向の距離と回転角度を与えること
によって完全に決まる。これには、アンテナの位置を回
転運動期間中に確認し、新たな回転毎にマークすること
も必要である。
アンテナにより、指向方向を下向きに斜めにすると、円
形リングが照明され、照明される帯状の幅はアンテナの
仰角εと俯角θ方向の開口角、およびキャリヤ・プラッ
トホームの高さ H0 に依存する。例えば障害物を監視す
るため直接半径方向に出射する場合、ヘリコプターの直
ぐ周囲が照明される。画像を発生するために必要なドッ
プラースペクトルはターンスタイルのアーム先端に装着
されたアンテナの回転により発生し、キャリヤ・プラッ
トホームの並進移動成分は必要でない。アンテナが回転
するの全周囲を見渡せる。つまり ROSARは 360°の全角
度範囲を覆う。この場合、送信と受信に必ず同じアンテ
ナが使用される。サンプリングに必要な送信パルスは、
所定のパルス繰り返し周波数の回転運動期間中にアンテ
ナを介して出射され、エコー信号を同じアンテナで受信
する。パルス繰り返し周波数 fp は、アンテナの直線運
動のように、受信信号のドップラー帯域によって確定す
る。ここで、レーダー装置としてパルスレーダーあるい
はこの代わりに FM-CWレーダーが問題になる。信号評価
と画像形成は、一緒に回転する送受信ユニット中で或る
データ前処理の後、ヘリコプターの機内で特別な ROSAR
プロセッサにより行われる。円形軌道に沿ったアンテナ
運動により、二つの送信パルスの間の時間間隔 Tp ＝ 1
/fp には、 ROSARの場合、角度範囲Δα＝ω0/fpが対応
する。ここでω0 はアンテナアームの角速度である。地
上で照明される帯領域は円形リングである。それ故、信
号処理は回転角α＝ω0 t の関数で行われる。結像され
た目標の位置は半径方向の距離と回転角度を与えること
によって完全に決まる。これには、アンテナの位置を回
転運動期間中に確認し、新たな回転毎にマークすること
も必要である。
【０００８】ROSARを実現する今までの研究では、一定
の角速度の一様な回転運動が前提となる。しかし、回転
アームは、実際には、理想的な円軌道からずれた決定論
的で推計学的な運動を行う。これ等の運動は測定され、
補正信号として ROSARプロセッサに導入される。更に、
ヘリコプターの曲線飛行あるいは前進飛行により照明幾
何学関係の仰角と方位角が変わる。この変化も信号処理
の枠内で、しかもヘリコプター内でレーダー画像を表示
する場合に計算に入れる必要がある。方位角では、キャ
リヤ・プラットホームの付加的な速度成分のため受信信
号が更にドップラー変調を受ける。
の角速度の一様な回転運動が前提となる。しかし、回転
アームは、実際には、理想的な円軌道からずれた決定論
的で推計学的な運動を行う。これ等の運動は測定され、
補正信号として ROSARプロセッサに導入される。更に、
ヘリコプターの曲線飛行あるいは前進飛行により照明幾
何学関係の仰角と方位角が変わる。この変化も信号処理
の枠内で、しかもヘリコプター内でレーダー画像を表示
する場合に計算に入れる必要がある。方位角では、キャ
リヤ・プラットホームの付加的な速度成分のため受信信
号が更にドップラー変調を受ける。
【０００９】ヘリ・レーダーの分解能は同じ反射面を有
する隣合った二つの目標を分離可能性に対する目安とな
り、角度として方位角と仰角で、また距離として半径方
向で与えられる。
する隣合った二つの目標を分離可能性に対する目安とな
り、角度として方位角と仰角で、また距離として半径方
向で与えられる。
【００１０】合成アパーチャの方法は、横方向の分解能
のためにアンテナローブを束ねることを利用するのでな
く、アンテナの長さを人為的に拡大するために目標を照
射している間に進むアンテナの距離を利用する。合成ア
パーチャは点状の目標が飛行距離に沿って移動する実際
のアンテナのローブ内で照射され、全ての受信エコーの
値と位相を記憶して生じる。目標を照射している間に移
動する飛行距離を合成アパーチャと称する。
のためにアンテナローブを束ねることを利用するのでな
く、アンテナの長さを人為的に拡大するために目標を照
射している間に進むアンテナの距離を利用する。合成ア
パーチャは点状の目標が飛行距離に沿って移動する実際
のアンテナのローブ内で照射され、全ての受信エコーの
値と位相を記憶して生じる。目標を照射している間に移
動する飛行距離を合成アパーチャと称する。
【００１１】この場合、アンテナと目標との間の距離が
変わるため、受信されたエコー信号は送信信号に対して
ドップラー周波数シフトを有する。その時、照明された
目標の各々が特異なドップラー周波数の波形によって識
別され、原理的に隣の目標特別できる。信号理論によれ
ば、受信器が予測される受信信号に同調させてあると、
最良の分解能が得られる。この要請は最適フィルタで満
たされる。この最適フィルタが相関器によって構成され
ていると、合成アパーチャを備えたレーダーでは、受信
信号と測定シーケンスから予測される関数の間のクロス
相関が行われる。この関数は基準関数と呼ばれる。基準
関数は所定の距離間隔の間でアンテナによって走査され
る間、地上で個々の目標に対する照射幾何学から導か
れ、半径方向の分解能は、通常のパルスレーダーの場合
のように、送信信号のパルス期間あるいはパルス幅で決
まる。
変わるため、受信されたエコー信号は送信信号に対して
ドップラー周波数シフトを有する。その時、照明された
目標の各々が特異なドップラー周波数の波形によって識
別され、原理的に隣の目標特別できる。信号理論によれ
ば、受信器が予測される受信信号に同調させてあると、
最良の分解能が得られる。この要請は最適フィルタで満
たされる。この最適フィルタが相関器によって構成され
ていると、合成アパーチャを備えたレーダーでは、受信
信号と測定シーケンスから予測される関数の間のクロス
相関が行われる。この関数は基準関数と呼ばれる。基準
関数は所定の距離間隔の間でアンテナによって走査され
る間、地上で個々の目標に対する照射幾何学から導か
れ、半径方向の分解能は、通常のパルスレーダーの場合
のように、送信信号のパルス期間あるいはパルス幅で決
まる。
【００１２】ROSAR の横分解能では、アンテナの運動が
円弧に沿って行われる。従って、横分解能は線形 SARの
理論から与えることができない。投影に関連する角度範
囲は、照射された目標の方向の羽根の移動が回転角の原
点を決める場合、ほぼ回転面の半円にわたって延びてい
る。合成アパーチャーの最大長さを半円に制限すること
によって、線形 SARと異なり ROSARでの分解能が更に距
離に依存していることが容易に分かる。
円弧に沿って行われる。従って、横分解能は線形 SARの
理論から与えることができない。投影に関連する角度範
囲は、照射された目標の方向の羽根の移動が回転角の原
点を決める場合、ほぼ回転面の半円にわたって延びてい
る。合成アパーチャーの最大長さを半円に制限すること
によって、線形 SARと異なり ROSARでの分解能が更に距
離に依存していることが容易に分かる。
【００１３】
【外１】
【００１４】
【外２】
【００１５】を用いて、
【００１６】
【外３】
【００１７】と計算される。ここで、λは送信信号の波
長で、 Lはアンテナアームの長さ、そひてγはアンテナ
の方位方向の開口角である。
長で、 Lはアンテナアームの長さ、そひてγはアンテナ
の方位方向の開口角である。
【００１８】
【外４】
【００１９】す。この概算では、可能性のある合成アン
テナの全長が達成されている、つまり
テナの全長が達成されている、つまり
【００２０】
【外５】
【００２１】であることを前提としている。そうでなけ
れば、
れば、
【００２２】
【外６】
【００２３】となる。目標０を照射している間、アパー
チャＳに属する回転角度範囲αS は、
チャＳに属する回転角度範囲αS は、
【００２４】
【外７】
【００２５】となる。合成アパーチャＳは、目標０を照
射する間に進む開口角γを有数アンテナＡの位相中心の
距離である。アンテナ距離は ROSARの場合、円軌道であ
るため、合成アパーチャＳは円弧部分として定義され
る。
射する間に進む開口角γを有数アンテナＡの位相中心の
距離である。アンテナ距離は ROSARの場合、円軌道であ
るため、合成アパーチャＳは円弧部分として定義され
る。
【００２６】図３は合成アパーチャＳを定義する幾何学
配置を示す。合成アパーチャＳの長さはアンテナＡの方
位方向の開口角度γ，目標０までの地上での距離 RG0お
よびアンテナアームの長さ Lに依存する。この場合、最
大アパーチャを回転面の半円に限定することを前提とす
る。何故なら、実際に目標への仰角の変化を誘起し、同
時にドップラー帯域を広げる角度範囲のみが横分解能に
寄与する。合成アパーチャの全長が目標までの距離の各
々で未だ達成されていないなら、達成可能な各あるいは
横分解能がそれに応じて悪化する。障害物警報レーダー
では、到達距離が短く、高い横分解能が必要であるの
で、アパーチャの全長 Sを早く達成する必要がある。合
成アパーチャの長さ Sはアンテナアームの長さ L（係数
L/RG0) に直接依存するので、 L＝ 1.5 mのターンスタ
イルを使用すると全く有利である。
配置を示す。合成アパーチャＳの長さはアンテナＡの方
位方向の開口角度γ，目標０までの地上での距離 RG0お
よびアンテナアームの長さ Lに依存する。この場合、最
大アパーチャを回転面の半円に限定することを前提とす
る。何故なら、実際に目標への仰角の変化を誘起し、同
時にドップラー帯域を広げる角度範囲のみが横分解能に
寄与する。合成アパーチャの全長が目標までの距離の各
々で未だ達成されていないなら、達成可能な各あるいは
横分解能がそれに応じて悪化する。障害物警報レーダー
では、到達距離が短く、高い横分解能が必要であるの
で、アパーチャの全長 Sを早く達成する必要がある。合
成アパーチャの長さ Sはアンテナアームの長さ L（係数
L/RG0) に直接依存するので、 L＝ 1.5 mのターンスタ
イルを使用すると全く有利である。
【００２７】合成アパーチャの主に可能な最大長さ S
max は L＝ 1.5 mを使用し、アンテナの方位方向の開口
角γの関数として、 γ＝ 45 °: Smax (RG0→∞）＝ 1.18 m γ＝ 70 °: Smax (RG0→∞）＝ 1.83 m となる。ヘリコプターの羽根の端部 ( RG0≒ 5 m) で
は、 L＝ 1.5 mのアパーチャの長さ Sは、方位方向の開
口角γの関数として、 γ＝ 45 °: Smax (RG0≒ 5 m）＝ 0.82 m γ＝ 70 °: Smax (RG0≒ 5 m）＝ 1.28 m となり、最大値の 70 ％である。
max は L＝ 1.5 mを使用し、アンテナの方位方向の開口
角γの関数として、 γ＝ 45 °: Smax (RG0→∞）＝ 1.18 m γ＝ 70 °: Smax (RG0→∞）＝ 1.83 m となる。ヘリコプターの羽根の端部 ( RG0≒ 5 m) で
は、 L＝ 1.5 mのアパーチャの長さ Sは、方位方向の開
口角γの関数として、 γ＝ 45 °: Smax (RG0≒ 5 m）＝ 0.82 m γ＝ 70 °: Smax (RG0≒ 5 m）＝ 1.28 m となり、最大値の 70 ％である。
【００２８】
【外８】
【００２９】、アンテナの方位方向の開口角γの関数と
して、
して、
【００３０】
【外９】
【００３１】となる。図４は例として L＝ 1.5 mとλ＝
6.25・10-3m を用い、アンテナの方位方向
6.25・10-3m を用い、アンテナの方位方向
【００３２】
【外１０】
【００３３】出には多分十分である。何故なら、線をた
だ検出するだけで、必ずしも分解する必要がないからで
ある。副ローブが隣のアンテナをアンテナファン内で乱
す場合には、γを小さく選ぶことができる。何故なら、
これに関連する低い横分解能も未だ十分であるからであ
る。
だ検出するだけで、必ずしも分解する必要がないからで
ある。副ローブが隣のアンテナをアンテナファン内で乱
す場合には、γを小さく選ぶことができる。何故なら、
これに関連する低い横分解能も未だ十分であるからであ
る。
【００３４】仰角方向の角度分解能は、開口角εの実際
のアンテナローブを束ねる能力によって決まる。つま
り、合成アパーチャの原理により分解能は改善されな
い。実際のアンテナローブの束ねに対する実際の値は 2
°〜 5°の間の範囲にある。
のアンテナローブを束ねる能力によって決まる。つま
り、合成アパーチャの原理により分解能は改善されな
い。実際のアンテナローブの束ねに対する実際の値は 2
°〜 5°の間の範囲にある。
【００３５】半径方向の分解能ΔRSminは、パルスレー
ダーの場合、圧縮された送信パルス期間τ，光速 cおよ
び B＝ 1/τを用いて、
ダーの場合、圧縮された送信パルス期間τ，光速 cおよ
び B＝ 1/τを用いて、
【００３６】
【外１１】
【００３７】と計算される。満足のゆく出力バランスを
達成するため、パルス圧縮法が使用される。しかし、パ
ルス圧縮で送信パルスの幅を人為的に拡大することによ
り、このパルス幅に比例した不感帯が生じる。そのた
め、パルスレーダーの代わりに有望な、FM-CWレーダー
がある。このレーダー法では、半径方向の分解能に必要
な帯域Ｂを得るには、送信周波数の線形変調によって行
われる。
達成するため、パルス圧縮法が使用される。しかし、パ
ルス圧縮で送信パルスの幅を人為的に拡大することによ
り、このパルス幅に比例した不感帯が生じる。そのた
め、パルスレーダーの代わりに有望な、FM-CWレーダー
がある。このレーダー法では、半径方向の分解能に必要
な帯域Ｂを得るには、送信周波数の線形変調によって行
われる。
【００３８】実現可能な経費で信号処理を保証するに
は、距離間隔の数、つまり分解セルの数をできる限り少
なくすることが提案されている。これは距離間隔の大き
さを可変して達成できる。即ち、近距離領域では距離間
隔が短い。つまり、半径方向の分解能が遠距離領域より
も良好である。図５は、距離間隔の長さで決まる、半径
方向の分解能ΔR Smini ( ここで i＝ 1〜 4である) の
それぞれに付属する図を示す。
は、距離間隔の数、つまり分解セルの数をできる限り少
なくすることが提案されている。これは距離間隔の大き
さを可変して達成できる。即ち、近距離領域では距離間
隔が短い。つまり、半径方向の分解能が遠距離領域より
も良好である。図５は、距離間隔の長さで決まる、半径
方向の分解能ΔR Smini ( ここで i＝ 1〜 4である) の
それぞれに付属する図を示す。
【００３９】線を検出する場合には、主に直角あるいは
数度の原点領域で当たる線は顕著な後方散乱信号を発生
する。何故なら、波長より長い寸法の線障害物は鏡面の
ように働くからである。 ROSAR法のより大きな利点は、
線を照射する間、アンテナの方位方向の比較的大きな開
口角により、直角照射がより高い確率で生じる点にあ
る。更に、導体片を照射する間、数度の回転角範囲で
は、この導体片の照射長さが数メータになる。その時、
上記導体片は受信信号内で一点以上の個別目標として現
れるのでなく、レーダー像ではエコー信号が統計的に重
畳した一連の隣接する点目標を表す。これ等の隣接する
点目標は、処理されたレーダー像内で、相関によりしき
い値検出器で基準関数に関連する。分解セルが十分小さ
ければ、隣のセルによりレーダー像中に「導体の線」が
生じる。この導体の線は特別な数学アルゴリズムを使用
してもレーダー像上に表示できる。つまり、直線上の点
が線となる。
数度の原点領域で当たる線は顕著な後方散乱信号を発生
する。何故なら、波長より長い寸法の線障害物は鏡面の
ように働くからである。 ROSAR法のより大きな利点は、
線を照射する間、アンテナの方位方向の比較的大きな開
口角により、直角照射がより高い確率で生じる点にあ
る。更に、導体片を照射する間、数度の回転角範囲で
は、この導体片の照射長さが数メータになる。その時、
上記導体片は受信信号内で一点以上の個別目標として現
れるのでなく、レーダー像ではエコー信号が統計的に重
畳した一連の隣接する点目標を表す。これ等の隣接する
点目標は、処理されたレーダー像内で、相関によりしき
い値検出器で基準関数に関連する。分解セルが十分小さ
ければ、隣のセルによりレーダー像中に「導体の線」が
生じる。この導体の線は特別な数学アルゴリズムを使用
してもレーダー像上に表示できる。つまり、直線上の点
が線となる。
【００４０】ROSAR を基礎にした障害物警報レーダーの
全構想には、ROSAR が障害物の警報にも、また地図作
成、つまり地球の地図作成にも利用できる必要であるこ
とを前提とししている。これには、アンテナが直接半径
方向に指向するように配置されたり、地表にも指向し、
地球の地図作成を可能にするように配置される。
全構想には、ROSAR が障害物の警報にも、また地図作
成、つまり地球の地図作成にも利用できる必要であるこ
とを前提とししている。これには、アンテナが直接半径
方向に指向するように配置されたり、地表にも指向し、
地球の地図作成を可能にするように配置される。
【００４１】回転アームの端部に装備されたアンテナに
より、円弧状の合成アパーチャが生じ、照射された領域
が主に方位と仰角のアンテナパラメータによって決ま
る。照射幾何学の境界条件はヘリコプターの飛行および
着地の技術構想により決まる。
より、円弧状の合成アパーチャが生じ、照射された領域
が主に方位と仰角のアンテナパラメータによって決ま
る。照射幾何学の境界条件はヘリコプターの飛行および
着地の技術構想により決まる。
【００４２】図６と図７は、アンテナの方位方向の開口
角γと共に、方位方向の照射領域に関して種々の実施例
を示す。図６には、全ての開口角が等しい大きさであ
る。つまり、ROSAR 原理による信号処理に対する運転パ
ラメータも等しい。図７では、ROSAR を基礎にした合成
アパーチャの原理により信号処理するため弱く束にされ
た二つのアンテナと、実際のアパーチャの原理により強
く束にされた二つのアンテナを使用する実施例を例示的
に示す。実際のアパーチャの原理では、横方向分解能は
アンテナを束ねる能力だけで得られる。実際のアパーチ
ャを使用するこの原理での難点は、横方向の分解能に制
限がある点にある。実際のアパーチャの利点は、信号処
理を非常に簡単に行える点にある。障害物の直ぐ近くで
は、実際のアパーチャが十分な分解能を与えるので使用
できる。
角γと共に、方位方向の照射領域に関して種々の実施例
を示す。図６には、全ての開口角が等しい大きさであ
る。つまり、ROSAR 原理による信号処理に対する運転パ
ラメータも等しい。図７では、ROSAR を基礎にした合成
アパーチャの原理により信号処理するため弱く束にされ
た二つのアンテナと、実際のアパーチャの原理により強
く束にされた二つのアンテナを使用する実施例を例示的
に示す。実際のアパーチャの原理では、横方向分解能は
アンテナを束ねる能力だけで得られる。実際のアパーチ
ャを使用するこの原理での難点は、横方向の分解能に制
限がある点にある。実際のアパーチャの利点は、信号処
理を非常に簡単に行える点にある。障害物の直ぐ近くで
は、実際のアパーチャが十分な分解能を与えるので使用
できる。
【００４３】図８〜図１０はアンテナの方位方向の開口
角εと共に方位方向の照射幾何学に対する実施例を示
す。この場合、角回転アームの端部にある多数のアンテ
ナが種々の開口角εと水平からの傾斜角（俯角）を持っ
て配置されるか、個々のアンテナが回転アームの上に分
布している。更に、これ等のアンテナは、障害物の警報
のためヘリコプターの飛行方向に向き、地面に傾いてい
て地表の地図作成ができるように指向できる。各アンテ
ナに付属する送受信ユニットとこれに関連する信号評価
に対するレーダー設計は、干渉による擾乱を防止するた
め、種々の周波数で動作する。
角εと共に方位方向の照射幾何学に対する実施例を示
す。この場合、角回転アームの端部にある多数のアンテ
ナが種々の開口角εと水平からの傾斜角（俯角）を持っ
て配置されるか、個々のアンテナが回転アームの上に分
布している。更に、これ等のアンテナは、障害物の警報
のためヘリコプターの飛行方向に向き、地面に傾いてい
て地表の地図作成ができるように指向できる。各アンテ
ナに付属する送受信ユニットとこれに関連する信号評価
に対するレーダー設計は、干渉による擾乱を防止するた
め、種々の周波数で動作する。
【００４４】更に、地図を作成するため、俯角をアンテ
ナ毎、従って、回転アーム毎に変えて地面で階段化され
た円リングを照射でき、アンテナ当たりの信号処理を加
速できる可能性もある（図１１）。
ナ毎、従って、回転アーム毎に変えて地面で階段化され
た円リングを照射でき、アンテナ当たりの信号処理を加
速できる可能性もある（図１１）。
【００４５】図１２には、ROSAR 装置のプロセッサの回
路図が示してある。この場合、ブロック回路図の上半分
には、基準関数を発生させるために必要な、第一チャン
ネルに相当する回路要素が示してあり、下半分には、地
面で反射した信号を受信するために使用され、第二チャ
ンネルに相当する回路要素が示してある。
路図が示してある。この場合、ブロック回路図の上半分
には、基準関数を発生させるために必要な、第一チャン
ネルに相当する回路要素が示してあり、下半分には、地
面で反射した信号を受信するために使用され、第二チャ
ンネルに相当する回路要素が示してある。
【００４６】第一チャンネルには幾何学回路要素１があ
る。この回路要素１は、地上のアンテナ高さ H0 と他の
パラメータ、特にロータアームの俯角、傾角および長さ
に基づき種々の値と関数を計算し、これ等の値や関数が
照射された領域を個々の距離間隔に分配するプロセッサ
回路２に導入される。このプロセッサ回路２はプロセッ
サユニット３に接続し、このプロセッサユニット３はプ
ロセッサ回路２の出力信号に基づき個々の距離間隔の基
準関数を計算する。相関に必要な基準関数は記憶器４に
導入される。
る。この回路要素１は、地上のアンテナ高さ H0 と他の
パラメータ、特にロータアームの俯角、傾角および長さ
に基づき種々の値と関数を計算し、これ等の値や関数が
照射された領域を個々の距離間隔に分配するプロセッサ
回路２に導入される。このプロセッサ回路２はプロセッ
サユニット３に接続し、このプロセッサユニット３はプ
ロセッサ回路２の出力信号に基づき個々の距離間隔の基
準関数を計算する。相関に必要な基準関数は記憶器４に
導入される。
【００４７】第二チャンネルでは、エコー信号 Se が直
交変調器5 に導入され、同相と直交成分 Ie と Qe に
分解される。両方の成分はアナログ・デジタル変換器６
に導入され、その出力端に離散的なサンプリング値が出
力する。この複素数エコー信号は相関のために記憶器７
に導入される。この記憶器７では、各距離間隔の受信信
号 SE がこれ等の間隔に属するエコー信号から組み立て
られる。記憶器４または７に保管された各信号は同期を
とって相関器８に導入され、相関関係が調べられる。相
関結果は表示器、例えばモニター９に表示されたり、更
に評価装置１０に導入される。
交変調器5 に導入され、同相と直交成分 Ie と Qe に
分解される。両方の成分はアナログ・デジタル変換器６
に導入され、その出力端に離散的なサンプリング値が出
力する。この複素数エコー信号は相関のために記憶器７
に導入される。この記憶器７では、各距離間隔の受信信
号 SE がこれ等の間隔に属するエコー信号から組み立て
られる。記憶器４または７に保管された各信号は同期を
とって相関器８に導入され、相関関係が調べられる。相
関結果は表示器、例えばモニター９に表示されたり、更
に評価装置１０に導入される。
【００４８】説明したプロセッサ回路要素に加えて、 −非収束信号処理、 −焦点振動計算、 −距離・曲率補正、および −運動誤差の補正、 を行う回路要素も用意されている。
【００４９】運動誤差を修正する動的センサは実質上異
なった加速度センサで構成されている。これ等の加速度
センサにより、積分あるいは二重積分して、速度と距離
に関する変化を測定できる。測定すべき運動誤差、つま
り理想的な円軌道からのずれは、例えばヘリコプターの
ロール（横揺れ）およびピッチ（縦揺れ）運動から生
じ、その結果としてアーム先端に組み込まれたアンテナ
を有するターンスタイルの運動から生じる。更に、運動
誤差は同様に補正する必要のあるヘリコプターの飛行速
度によって生じる。
なった加速度センサで構成されている。これ等の加速度
センサにより、積分あるいは二重積分して、速度と距離
に関する変化を測定できる。測定すべき運動誤差、つま
り理想的な円軌道からのずれは、例えばヘリコプターの
ロール（横揺れ）およびピッチ（縦揺れ）運動から生
じ、その結果としてアーム先端に組み込まれたアンテナ
を有するターンスタイルの運動から生じる。更に、運動
誤差は同様に補正する必要のあるヘリコプターの飛行速
度によって生じる。
【００５０】理想的な円軌道からずれているため、受信
信号に生じた位相誤差を測定して、受信信号が理想的な
円軌道に由来するかのように修正できる。補正する場
合、つまり理想的な円軌道に対してのみ、受信信号を理
想的な場合に対して常に計算される基準信号と相関させ
て、ROSAR 理論に対応する最適な相関結果と横方向分解
能を得る。
信号に生じた位相誤差を測定して、受信信号が理想的な
円軌道に由来するかのように修正できる。補正する場
合、つまり理想的な円軌道に対してのみ、受信信号を理
想的な場合に対して常に計算される基準信号と相関させ
て、ROSAR 理論に対応する最適な相関結果と横方向分解
能を得る。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の障害物
を警報するレーダー装置により、オンライン運転でほぼ
リアルタイムにして使用され、しかも地図の作成、障害
物の警報あるいは着陸支援の外に、目標の解明や目標の
追跡、および飛行物体の誘導にも使用でき、合成アパー
チャの全長が短い距離の内で達成される。
を警報するレーダー装置により、オンライン運転でほぼ
リアルタイムにして使用され、しかも地図の作成、障害
物の警報あるいは着陸支援の外に、目標の解明や目標の
追跡、および飛行物体の誘導にも使用でき、合成アパー
チャの全長が短い距離の内で達成される。
【図１】ロータ軸のロータの上部にあるターンスタイル
と共に ROSAR照射幾何学関係を示す模式図である。
と共に ROSAR照射幾何学関係を示す模式図である。
【図２】アンテナの方位方向の開口角γの関数としての
角度分解能の変化に関するグラフである。
角度分解能の変化に関するグラフである。
【図３】合成アパーチャＳを定義する幾何学配置の図面
である。
である。
【図４】アンテナの方位方向の種々の開口角に対する目
標までの距離の関数として横方向分解能の変化を示すグ
ラフである。
標までの距離の関数として横方向分解能の変化を示すグ
ラフである。
【図５】半径方向の分解能が遠距離より近距離で大き
く、距離間隔の長さが指定する半径方向の分解能に関す
る模式図面である。
く、距離間隔の長さが指定する半径方向の分解能に関す
る模式図面である。
【図６】全ての開口角が等しい大きさで、方位方向に照
射される領域に対する模式図面である。
射される領域に対する模式図面である。
【図７】弱く束ねて二つのアンテナが信号処理のため R
OSARを基礎にして合成アパーチャの原理に従って動作
し、強く束ねた二つのアンテナが実際のアパーチャの原
理に従って動作し、方位方向に照射される領域に関する
模式図面である。
OSARを基礎にして合成アパーチャの原理に従って動作
し、強く束ねた二つのアンテナが実際のアパーチャの原
理に従って動作し、方位方向に照射される領域に関する
模式図面である。
【図８】アンテナの仰角方向の開口角と共に仰角方向の
照射幾何学関係の一実施例の模式図面である。
照射幾何学関係の一実施例の模式図面である。
【図９】アンテナの仰角方向の開口角と共に仰角方向の
照射幾何学関係の他の実施例の模式図面である。
照射幾何学関係の他の実施例の模式図面である。
【図１０】アンテナの仰角方向の開口角と共に仰角方向
の照射幾何学関係の他の実施例の模式図面である。
の照射幾何学関係の他の実施例の模式図面である。
【図１１】地図作成用の円形リング照射の実施例を示す
模式図面である。
模式図面である。
【図１２】ROSAR 装置のプロセッサのブロック回路図で
ある。
ある。
１ 幾何学回路要素 ２ プロセッサ回路 ３ プロセッサ回路要素 ４，７ 記憶器 ５ 直交変調器 ６ アナログ・デジタル変換器 ８ 相関器 ９ 表示器 １０ 評価装置
Claims (10)
- 【請求項１】 複数のアンテナが、例えばヘリコプター
のロータあるいはロータ軸の上部のターンスタイルにあ
る回転アームの端部に配置され、ROSAR 装置のプロセッ
サと、送信器と、受信器と、レーダーパルスを送受信す
るアンテナとを備え、ヘリコプターの障害物を警報する
回転アテナに基礎を置く、合成アパーチャを有するレー
ダー装置において、 a) 障害物の警報に注目される範囲外、例えば 500 m以
上の距離に対して装置が非集束法による信号処理を行
い、このため、或る振幅を越えた場合、相関の先端を自
動的に集束信号処理に切り換えるしきい値検出器が配置
されていて、 b) 距離間隔の大きさを可変して、距離間隔の数を少な
く維持し、近距離では距離間隔を短くし、半径方向の分
解能が遠距離より良好で、 c) 各アンテナに付属する送受信ユニットが信号評価に
関して異なった周波数、特にミリ波領域で動作し、 d) 合成アパーチャ（弱く束ねたアンテンを有する ROSA
R) の原理が実際のアパーチャ（強く束ねたアンテナ）
の原理と組み合われる、 ことを特徴とするレーダー装置。 - 【請求項２】 送信周波数の線形変調が半径方向の分解
能を発生するのに必要な帯域を有する FM-CWレーダー装
置を使用することを特徴とする請求項１に記載のレーダ
ー装置。 - 【請求項３】 回転アームの端部に装着された複数のア
ンテナは、円弧状の合成アパーチャを発生し、直接半径
方向、あるいは直接地上に指向することを特徴とする請
求項１または２に記載のレーダー装置。 - 【請求項４】 ROSARを基礎とする合成アパーチャの原
理による信号処理用の弱く束にされた二つのアンテナ
は、共通の支持体の上で実際のアパーチャの原理による
強く束にされた二つのアンテナと組み合わせられること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のレーダ
ー装置。 - 【請求項５】 ヘリコプターの飛行方向で障害物を警報
するアンテナと、値面の地図作成のためのアンテナが地
上を指向させて配置されていることを特徴とする請求項
１〜４の何れか１項に記載のレーダー装置。 - 【請求項６】 各アンテナに付属する送受信ユニットは
異なった周波数で信号評価を行うために動作し、回転ア
ームと一緒に回転するように配設されていることを特徴
とする請求項１〜５の何れか１項に記載のレーダー装
置。 - 【請求項７】 地面で段付きの円リングを照射するため
に、仰角をアンテナ毎に可変できることを特徴とする請
求項１〜６の何れか１項に記載のレーダー装置。 - 【請求項８】 データ速度を低減するため、信号を処理
し、ロータアームのプロセッサ回路による画像発生する
前にデータ前処理を行うことを特徴とする請求項１〜７
の何れか１項に記載のレーダー装置。 - 【請求項９】 ロータアームからヘリコプターの機内に
データを伝送するため、電気または光学結合装置が配設
されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項
に記載のレーダー装置。 - 【請求項１０】 プロセッサが基準関数を発生する第一
チャンネルと地上で反射した信号を受信する第二チャン
ネルを有し、第一チャンネルに幾何学回路要素（１）と
照射される領域を個々の距離間隔に分割するプロセッサ
回路（２）および前記距離間隔の基準関数を計算して記
憶器（４）に導入するプロセッサ回路要素（３）を有
し、第二チャンネルに、エコー信号（Se) の直交変調器
（５）が配設され、このエコー信号の成分（Ie と
Qe ）をアナログ・デジタル変換器（６）に導入し、そ
こから記憶器（７）に入力され、二つの記憶器（４，
７）に保存されている信号が同期して相関器（８）に伝
送され、相関器の相関信号は表示するためモニター
（９）と評価ユニット（１０）に導入されることを特徴
とする請求項１〜９の何れか１項によるレーダー装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4323511A DE4323511C1 (de) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | Radargerät zur Hinderniswarnung |
| DE4323511:5 | 1993-07-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07146363A true JPH07146363A (ja) | 1995-06-06 |
| JP3050492B2 JP3050492B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=6492749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6161480A Expired - Fee Related JP3050492B2 (ja) | 1993-07-14 | 1994-07-13 | 障害物を警戒するレーダー装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5451957A (ja) |
| EP (1) | EP0634668B1 (ja) |
| JP (1) | JP3050492B2 (ja) |
| DE (2) | DE4323511C1 (ja) |
| HK (1) | HK1001501A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013250274A (ja) * | 2013-07-24 | 2013-12-12 | Mitsubishi Space Software Kk | 観測装置、観測対象推定装置、観測対象推定プログラムおよび観測対象推定方法 |
| JP2019090629A (ja) * | 2017-11-11 | 2019-06-13 | 西野 有 | 二次元走査型合成開口レーダー |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5614907A (en) * | 1996-03-14 | 1997-03-25 | Daimler-Benz Aerospace Ag | All weather visual system for helicopters |
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| DE19902008C2 (de) * | 1999-01-21 | 2001-04-12 | Daimler Chrysler Ag | Anordnung zur interferometrischen Radarmessung nach dem ROSAR-Prinzip |
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| US7002508B2 (en) | 1999-01-21 | 2006-02-21 | Eads Deutschland Gmbh | Method for interferometric radar measurement |
| US6211808B1 (en) * | 1999-02-23 | 2001-04-03 | Flight Safety Technologies Inc. | Collision avoidance system for use in aircraft |
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