JPS60225082A - パルス同期化装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明上レーダ距離測定装置に関する。特に、Ｉｆ−
のクロックＩ’ｌ１期した２つのノξルス列を同期させ
る装置に関する。

〔従来の技術〕

ノξルスレーダ装＃は、従来、目標までの最大距離によ
って決定される比較的カサニーティサイクルで作動きれ
て来た。その結果、充分なＳ／Ｎ比を得るためＫＦ−１
、高い送信機尖頭出力が必要であった。

デユーティサイクルは、パルス繰返し周波数を高くする
ことにより高めることができる。しかし、それは、同時
に数個のパルスが飛行中であることになる。このために
、距離測定が不明確になる問題を解消する手段を設ける
ことが必要となる。

非コヒーレント（ｎｏｎ−ｃｏｈｅｒｅｎｔ　）レーダ
の場合１ｃｉｊ、通常ランダムパルス位置周波＃１ジッ
タ（Ｊｉ目ｅｒ）の方式が採用される。この方式は、比
較的低いデユーティサイクルにおける改善には効果的で
あるが、デユーティサイクルが高くなると、改善度は、
急速ＶＣ劣化する。

パルス繰返し周波数を高め、しかも不明確さを解消する
ことは、ＲＦノξルス列を符号化することにより達成で
きる。符号化により、高度計ノξルス繰返し周波数金少
くとも、１０倍高くすることが可能である。その結果、
システムルーゾ感度を対応するだけ高めることができる
。

従来のＡルス高度計においては、任意の送信、ｅルスが
地上で反射されて、受信機で受信きれる壕で、次のパル
スの送信を待たねばならなかった。

そうすることにより、虚偽の一ロック・オン（１ｏｃｋ
　ｏｎ）’の可能性を回避した。

送信パルスシーケンスの適切な符号化と、受信機におけ
る符号シーケンスの相関と罠より、同時Ｖｃｅ数のノｅ
ルスが地上に向かい、−！た、地上から戻る状況を可能
にする。このことは、目標に対する潜在全平均ルアエネ
ルギーを麟し、特に、従来待時間が比較的長かった高高
度での感度を改善することＫなる。このような状況下で
は、送信機ノゼルス間隔ハ、アンテナのビーム幅内での
地上における１パルス拡がり！および符号曖昧距離除去
能力によってのみ制約きれる。

工見在１でに１解決きれていない符号化問題は、符号を
発生することにあったのではなく、単一のノ？ルスをで
はなく符号化語全体をその原符号化語に対して実質的に
無限の分解能で、かつ、広範囲な遅延時間にわたって、
時間的にその遅れを変化させる簡単な方法を確立するこ
とにあった。

〔問題を解決するための手段〕

パルス同期化装＃け、高周波クロックからパルス列を導
出するのに、プログラマブル遅延手段を利用する。この
プログラマブル遅延手段は、指令信号に応答してノξル
ス列を、高周波クロックに対して、一様に進壕せあるい
は遅らせる。

レーダ高度計に採用きれる場合、しばしば−ビデオ信号
と呼ばれる受信パＪレス列は、ビデオ信号に同期するよ
うに、時間を強制的に遅らせられ、かつビデオ信号と実
質的ＶｃｒＦＩｌ−の符号化特性をもったパルス列と比
較される。

比較結果が積分され、プログラマブル遅延ｆｊｌを制御
して、信号を適切に進ませたシ、遅らせたりする。同期
がとれると、１ストツプ〃ノぐルスがタイマーに与えら
れ、タイマー出力が、レーダから目標までの時間を示す
。

〔冥施例〕

理解を容易にするために、この発明の同期化装置をレー
ダ高度計に応用した例について記述する。

第１図のブロック図において、クロックＩＣ１ｊ、固定
繰返し周波数の等間隔パルス列である第１のクロック信
号０１を発生する。

除算器工１は、この第１のクロック信号Ｃ１を受けて、
整数Ｎで除算し、第１のノセルス列を出力する。

符号発生器１２Ｖｉ、第１の、ｅルス列を受けて、繰返
しパルス符号をもつ第２のパルス列を出力する。

第２のノぞルス列は、ノソルス発生器１３をトリガーす
る。

第２のパルス列の第２のパルス符号によって定められる
鋭いパルス列であるパルス発生器１３の出力は、送信機
１５へ入力され、次々にアンテナ１７から送信される。

パルス符号の各繰返しは語をよく知られた方法で定義す
る。

第１図に示すレーダ高度計の送信アンテナの出力は、コ
ヒーレントまたは非コヒーレントレーダノξルスなどの
繰返しレーダパルス符号である。繰返しノセルス符号が
、送信アンテナ１７から放射され、地上あるいけ他の目
標で反射され、受信アンテナ２０および受信機２１−＼
戻される。受信機２１は、ビデオ増幅器２２を付勢し、
ＪＲルス発生器１３の出力に対して、反射目標までの距
離を表わす時間だけの遅れをもった反射パルス列を得る
。送信アンテナ１７および受信アンテナ２０け、従来技
術の送受切換器から、給電される単一アンテナでもよい
。ビデオ増幅器２２からの出力パルスは、ゲート回路２
７および加算器２９を通って積分器３０により積分され
る。積分器３０の出力は、比較器３１へ加えられる。比
較器３１の出力は、指令信号５０として、アップダウン
ホールドカウンタ（ｕｐ−ｄｏｗｎ−ｈｏｌｄ　ｃｏｕ
ｎｔｅｒ　）　３４に加えられる。

また、比較器３１の出力は、探索／追跡ロジック（５ｅ
ａｒｃｈ−ａｎｄ−ｔｒａｃｋ　ｌｏｇｉｃ　）　３３
に入力さｆ、その出力は、追跡／非追跡指示器＋　Ｉｒ
ａｃｋ／ｎｏｎｌｒａ−ｃｋ　１ｎｄｉｃａｔｏｒ）　
３５　Ｋ：加えられる。

第１図に示されるごとく、第１のクロック信号Ｃ１はプ
ログラマブル遅延線２４全通って第２の除算器２３へ加
えられる。プログラマブル遅延線として示されるプログ
ラマブル遅延手段（以下遅延線と略す）２４の出力は、
第１のクロック信号に対し、遅れをもつことを除いて第
１のクロック信号０１と＃１とんど同一である第２のク
ロック信号０２である。第２のクロック信号Ｃ２は、第
２の除算器２３を通って同じ除数Ｎで除算され、第３の
パルス列となる。第３のノぐルス列は、実質的に符号発
生器１２と同一である第２の符号発生器２５全通り、時
間遅れをもつことを除いて、第２のパルス列と同一の繰
返し符号をもつ第４のパルス列となる。

遅延線２４は、カウンタ３４のディジタル出力で　；あ
る指令信号７６に従って時間遅ｎ’１発生させる。

カウンタ３４け、後述する工うに判断信号５０に従って
、クロック信号７５を計数する。第２のクロック信号と
第１のクロック信号の間に得られる全時間遅れは、ある
固定値（０を含む）と遅延線ヲ辿るクロック信号ＣＩの
周期と正確に一致する値との間になければならない。す
なわち、連続するあるいけ、一様な遅延の増分の整数値
の和は、クロック信号ＣＩの周期に等しくなければなら
ない。

カウンタ３４Ｖｉ、通常遅延線を通る信号よりも遥かに
遅い速度で、クロック信号７５によりクロックこれるの
で、遅延１１１２４ｆｃ通る遅れは、入カフ５に加えら
れる各クロック信号に対し、一様に一増分だけ変化する
。

遅延＃ｊ２４およびカウンタ３４の組合せによりカウン
タ３４によって与えられる連続するステップ変化の結果
、遅れが遅延線の最大遅れに達したとき、その遅れは、
自動的に遅延線の他端に切換えられ、カウンタがオーバ
フローあるいは、アンダーフローしたときの１０−ルオ
ーパ（ｒｏｌｌ−ｏｖ−ｅｒ）’と全く同じように再び
シーケンスを続ける。

遅延線の一方向（遅れ方向ないし進み方向）−＼の連続
的なシフトに対しては、位相が延線制御カウンタがロー
ルオーツ々する度に、クロック１０からのクロック入力
が完全Ｋｌサイクルスキップされたり、付加される結果
になる。

第１図において、除算器１１ｉｊ、単純なデイノタル除
算器であり、他の除数のための出力タップをもつ。した
がって、クロック信号７５Ｖｉ、図示のように、除算器
１１のタップの１つから取り出すことができる。そうす
ると不要かも知れないが、クロツク７５ｔｉクロツク信
号０１と同期する。

上述の微小増分の位相シフト技術は、単側波帯抑圧搬送
波変調器のそれと同様に機能する。

移相器からの平均出力周波数は、主クロックの周波数か
ら移相器が３６０°クロツクシフトを通して駆動される
割合だけ異なるという結果になる。

これは、符号発生器２５へ入力される第３のパルス列の
平均周波数を（微小増分で）効果的に増減する独特の周
波数制御メカニズムである。

符号発生器２５の出力はゲート発生５２６へ入力される
。クロック１０で与えられる第１のクロック信号が１６
レーダフイート（約３１ＭＨｚ　）の伝播時間Ｋｌしい
周期をもつように選ばれたとする。この選択においては
、ｌフィートの増分シフトに対して、ゲートクロックの
位相シフトメカニズムは、４ビツトディジタル制御機器
であればよい。

他の応用では、クロック周波数と増分シフトの他の組合
せが便利であるかも知れない。

ディスクリート部品による移相器あるいは、シフトレジ
スタよ〕もプログラマブル遅延線が経済的にのぞましい
。

第１図において、遅延線への指令信号７６Ｆ′ｉ、高度
計の探索あるいは追跡の最大要求速度に等しい速度でク
ロックされる４ビツトカウンタ３４によって駆動される
。

これは、クロック信号７５で決められる。これは、各シ
フ）Ｋ対し、ｌフィートの増分を選定したことによる。

必要に応じて、他の組合せを用いることができる。

例えば、２０００Ｈｚりａツク信号７５Ｖｉ２０００フ
ィート／秒のゲートシフト速度を生じる。カウンタ３４
への１アツプ／ダウン／ホールドｌの判断信号５０Ｖｉ
、高速の比較器３１から、入力される。比較器３１ｔ、
従来の高度計と同様に、ゲートされ、積分された積分器
３０からのルンジェラー（ｒａｎｇｅ　ｅｒｒｏｒ）’
信号を固定参照電圧信号ＲＢＦと比較して、追跡ループ
を閉じる。通常のＡＧＯおよび探索−追跡機能は、従来
の高度計におけると同様に構成される。

カウンタｔ−１６ビツトまで拡張して、最初の４ビツト
を遅延１）２４の駆動に用いるならば、特定の用途に対
しこのカウンタから直接に１６ビツトのディジタル高度
が抽出できる。しかし、大抵の航空機が必要とする％０
フィー゛トＩ遅れの調整を容易にするために、平均ディ
ジタル高度出力情報は、符号発生器１２から亀スタート
Ｉパルス４４を、また符号発生器２５から１ストップＩ
パルス４６ｔ−得る従来型の時間／ディジタル変換器４
０によって導出される。時間／ディジタル変換器４゜の
出力は高度を示す。もちろん、これは、システムが追跡
モードｌＣあるときに限られる。

ゲート発生器２６は、１組のＡＮＤゲート２６ａおよび
２６ｂとして示される。各ゲートは、第１の入力として
除算器２３からの短いゲートすなわち５ＹＮＯパルスを
受ける。ＡＮＤゲート２６ａは、第２の入力として、符
号発生器２５の出力を受ける。それゆえゲー）　２６　
ａ　Ｆｉ８ＹＮＯノＮルスの入力と同時罠、論理値％１
ｇまたは正の符号化ｉＲパルス列入力されるときにのみ
ノぞルス４２を出力する。同様にしてＡＮＤゲート２６
ｂは第２の入力として符号発生器２５の反転出方を受け
る。それゆえ、ゲート２６　ｂｔｌｓＹＮＯノセルスの
入力と同時に、論理値％□ｌまたは負の符号化ノゼルス
列が入力されるときにのみ、パルス４３を出方する。

ゲート回路２７は、ゲート発生器２６ｍの出力４２によ
って制御されるゲートスイッチ６ｏを含みビデオ増幅器
２２の出力が信号！１６１を通ることを、ゲート発生器
２６ｍの出力４２によって制御する。更に、ゲート回路
２７はゲート発生器２６ｂの出力４３によって制御され
るゲートスイッチ６２を含みビデオ増幅器２２の出力が
信号線６３を通ることを、ゲート発生器２６ｂの出力４
３に工って制御する。ゲート発生器２６とゲート回路２
７の組合せは次のように機能する。もし符号発生器１２
および２５で用意される第２のパルス列と第４のパルス
列の間の遅れが、送信され、地上で反射される各パルス
列に要求される時間と全く等しく、その結果、各繰返し
符号語の最初の戻り、すなわちビデオパルスが最初のゲ
ートパルスと同期しているならば、その語に含まれる全
てのビデオ／ぞルスは、ゲートパルスと同期して、最大
信号が加算器２９への入力線６１お工び６３を通って積
分器３０ぺ供給される。この状態では積分器３０の出力
は、比較器３１へＸ力される参照信号人力ＲＢＦ３２に
充分近い値になる。し友がって比較器３１け、カウンタ
３４が計数しないような高電圧信号５０を与える。この
ような状態では、遅１ｔｋｌｌＪ２＜Ｋｘつて用意され
る遅れは一定値にとど１す、符号発生器２５からの出力
パルス列がビデオ増幅器２２で示される受信ＡルスＩｃ
ＩＥ確に同期した状ｌＩＩを維持する。

もし、ビデオパルスが最初のゲートノぞルス以外の他の
ゲートパルスと同期するような遅れであると、他のビデ
オパルスのあるものけ、ゲートパルスのいずれとも同期
しないので、積分器にけ工９小さい信号が入力される。

比較器３１の出力５０け、この工うな状態を示し、カウ
ンタ３４が、計数を開始し、遅延線２４へ出力されるデ
ィジタル信号出力を一様ＶＣ＆比させ、符号発生器２５
で用意されるパルス列を更に１同期が揚られるまで遅ら
せる。

この発明の周波数制御機構を通して、ゲート発生器２６
に工って用意される全てのゲートは進められたり遅らさ
れたりするクロック信号０２によって受信パルスから導
出され几ピデオノＲルスに対し、内ｌｉｅ　Ｋ　Ｉ　Ｉ
ＮＢＯＵＮＤ）または外側に（ＯＵＴＢＯＵＮＤ）移動
する。これは除算器２３のパルス列出力の”ゲートクロ
ック”周波数を変化させること罠なる。°ゲートタロツ
ク”周波数が高くなると、ゲートは内側圧移動し、低く
なると、外側に移動する。°ゲートクロック”周波数が
変らなければ、ゲートは除算器１１により用意され几送
信ノぞルス九対して、静止状態にとどまる。

もし符号発生器１２お工び２５が乱数発生器ならばスイ
ッチ６０お工び６２に加えられるノぐルスの数の差は、
互いに１以内である。

加算器２９Ｖｉ正お工び直流反転ビデオ信号を加算する
ので、６語に対するビデオ信号にのったノイズ成分によ
る積分器３０の出力はＯＫ近い７したがって積分器出力
は、実質的に符号１ヒノセルスに一致するビデオ信号の
みを示す。

この回路構成は干渉および地上クラッタ、お工び虚偽信
号を十分に抑圧する。

第２Ａ〜２■図は、７ビツトｉすなわち７・ぞルス位置
をもつ語の簡単な例についての動作を示す。

第２Ａ図は、ゲート２６ａで用意されるゲート　；語パ
ルスＧが反射ビデオ、ｅルスＶＫ正しく同期した場合を
示す、第２Ｂ〜２Ｂ図は、ゲート語・ぞルスがｌ〜４７
ぐルス位置だけ早すぎる場合を、第２Ｆ〜２１図Ｈ、ゲ
−）語パルスが１〜４ノぞルス位置だけ遅すぎる場合を
示す。第２Ａ図では各ビデオ飴毎に、Ｘ印をつけた４ノ
ぞルスがゲートノにルスと一致し第２Ｂ〜２Ｉ図では、
２２ぞルスだけが一致することがわかる。

このような短い語に対しても、３以下の一致ノξルスに
対応する積分器出力は完全な同期がとれていないことを
示す。更にビット数を増した語に対しては同期と非同期
の間の出力差は、更に大きくなる。

第２Ａ〜２工図では、ビデオパルスとゲー）　ｉＲＲ２
Ｏ両方が矩形波として示されるがこのようなケースは実
際的＆Ｃｔ−ｊあり得ない。ゲートパルスは実質的に矩
形であるがビデオパルスは劣化ヲ避けられない。第３図
は、予測できるものに近い波形を示す。

曲線Ｇけゲートパルスを、曲＃ｉ！■は関連するビデオ
、ｅルスを示す０曲線が特定の面積Ａをもって相ＥＦｈ
入シ衣ｆ−ψ紳呂３１の出カーナｆｒｈも相応する判断
信号が０出力となり、カウンタ３４が°ホールｒ”状態
になる工うに電子回路が設定される。もし、第３Ｂ図Ａ
、に示す工うに面積が減小すると、カウンタ３４けカウ
ントアツプして、ゲートパルスＧを遅く発生する。反対
に、第３０図Ａｔに示すように面積が増加すると、カウ
ンタ３４はカウントダウンして、ゲートノぞルスＧを早
く発生する。これは、再び面ＰＲＡが得られるまで繰返
えされる。正しく同期し友ときくのみ、このような場合
の最大数が得られることは明白である。

〔動作〕

この装置の動作は以下の通りである。

クロック１０および符号発生器１２の制御の下に、疑似
乱数符号の連続パルス列がアンテナ１７から送信され、
同様のノぞルス列が、プログラマブル遅延線２４で遅ら
されて、ゲート発生器２６に供給される。

アンテナ２０から反射パルスは、ビデオノぐルスとして
ゲート回路２７に入力される。

シヌテムが探索モー？　（５ｅａｒｃｈ　ｒｎｏｄｅ　
）の場合１積分器出力が低く、カウンタ３４は、クロッ
ク入力信号７５毎に、予め決められた方向にその範囲を
繰返しステップ状に動かされる。掃引のある点で、ゲー
トパルスは、反射Ａルスと適正な同期状態になり、各ゲ
ートノぞルスがビデオノぞルスと重なる。

十分大きな信号が積分器３０を通って、与えられるとロ
ジック３３は探索モー１′から追跡モーＰＫ切換えられ
、そのモーｒけ追跡／非追跡指示器３５で表示される。

追跡モーＰでは、ビデオパルストケートノＲｋスが面積
Ａだけ重なると、積分器から比較器３１への信号は、参
照信号３２に等しく、比較器は、出力０となり、ロジッ
ク３３、カウンタ３４お工び指示器３６け、それらの現
在状態に留まる。

しかし、航空機の地上高さが変ると、ビデオ信号■の遅
れが変化し、重なり面積がＡ、ま７ｔｔｌＡ鵞に変化し
、比較器３１への信号が変化する。その結果°アップ”
あるいは１ダウン”出力がロジック３３１Ｃ加えられ、
カウンタ３４が、面積をＡの方向に変える向きに、プロ
グラマブル遅延線２４を調節する。

上述の説明から、この発明け、信号の曖昧さを惹き起す
ことなく、レーダシステムのノぞルス繰返し周波数を増
加させることができる疑似乱数ノぞルス符号を採用する
装置を含むことけ明白である。

この装置は、故意あるいけ偶然の干渉に対し、高い裕度
を有する。何故ならば、干渉信号が装置に明白な影響を
与えるくけ、特定の疑似乱数符号のノぞルスでなければ
ならないからである。

この発明の同期化装置は、レーダ高度計への適用例につ
いて説明した。この発明の多くの特徴と利点けこの発明
の構造と機能の詳細とともに％岐述した。しかし、この
発明の同期化装置は、共通のクロック信号またはノぞル
ス列に同期したあるいけそれから導出され、未知の状況
に工９時間的に離れた２つのパルス列を同期させること
が必要な場合には採用できる。

しかしながら、この発明の原理内において、かつ、請求
範囲の用語の意味範囲内において形状、寸法お工び部品
の配置の詳細を変更することは可能である。

′１ＩｉＦＶｃ１移相器またはシフトレジスタをプログ
ラマブル遅ａ４１２４の代りに用いることができる。

プログラマブル遅延線の出力は、第１のクロック信号に
対して遅れをもつ丸薬２のクロック信号を用意し、その
両信号とも、第１のクロック信号から、比較および同期
化の九めの、パルス列を導出するので、このような遅れ
をつくる方法は、多数ある。通常のシフトレジスタは、
プログラマブル遅延線を用意するための一つの手法であ
る。

他の例には、カウンタ３４の出力に応答して、第１のク
ロック信号に対して第２のクロック信号の位相ま友は遅
れを一様ＩＣ変化させるディスクリート部品による移相
器がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の原理を採用し九ノぞルスレーダ高
度計のブロック図を示す。 第２図は受信ビデオパルスと局部ゲートパルスの関係を
示す。 第３図は、個々のビデオ信号とゲートパルスの関係のグ
ラフ表示である。 １０・・・クロック １１．２３・・・除算器 １２．２５・・・符号発生器 １３・・・ノぞルス発生器 】５・・・送信機 １７・・・送信アンテナ ２０・・・受信アンテナ ２１・・・受信機 ２２・・・ビデオ増幅器 ２４・・・ゾログラマプル遅延線 ２６・・・ゲート発生器 ２７・・・ゲート回路 ２９・・・加算器 ３０・・・積分器 ３１・・・比較器 ３２・・・参照信号入力 ３３・・・探索／追跡ロジック ３４・・・カウンタ ３５・・・追跡／非追跡指示器 ３６・・・瞬時高度指示器 ３７・・・平均高度指示器 特許出願人　ハネウェル・インコーポレーテツド代理人
　弁理士　松　下　義　治

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）予め定められた繰返し周波数を有するノぐルス列
   を出力するノぞルス列出力手段と、前記のノぐルス列出
   力手段からの出力パルス列から未知の時間遅れをもつ°
   て導出されるパルス列を受信して出力するパルス列受信
   手段と、稜記の指令信号に応じて前記のパルス列出力手
   段からの出力パルス列から、該指令信号により定められ
   る時間だけ遅れていること以外は出力パルスと冥質的に
   同一であるパルス列を導出する時間遅れ手段と、 前記）ｅルス列受信手段から出力される未知の時間遅れ
   をもつパルス列と前記時間遅れ手段から出力されるノゼ
   ルス列に応答して少くともこれら両パルス列がほとんど
   同期しているかまたは同期していないかを示す判断信号
   を出力する比較手段と、前記比較手段からの判断信号に
   応答して、前記パルス列出力手段からの出力パルス列に
   対し一様な増分で、前記時間遅れ手段から出力されるパ
   ルス列を進ませまたは遅らせるための上記指令信号を出
   力する制御手段とからなるパルス同期化装置。
2. （２）　クレーム１において、制御手段はアツゾダウン
   カウンタからなり、指令信号は繰返されるディジタル計
   数値で表わされ、該カウンタは判断信号の状態に従って
   計数状態が選択的に制御されることを特徴とするパルス
   同期化装置。
3. （３）　クレーム２において、時間遅れ手段ハノソルス
   列出力手段からの出力パルス列信号を通すプログラマブ
   ル遅延線からなり、指令信号に従って定まる遅延時間を
   有することｔ−％徴とするノぞルス同期化装置。
4. （４）　クレーム２において、時間遅れ手段はノゼルス
   列出力手段からの出力・ぞルスｉｙす信号を指令信号に
   従ってシフトするシフトレジスタからなることを特徴と
   するパルス同期化装蓋。