(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022031853
(43)【公開日】2022-02-22
(54)【発明の名称】レーダシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
G01S 13/76 20060101AFI20220215BHJP
G01S 13/91 20060101ALI20220215BHJP
【ＦＩ】
G01S13/76
G01S13/91 200
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021197102
(22)【出願日】2021-12-03
(62)【分割の表示】P 2018524483の分割
【原出願日】2016-11-09
(31)【優先権主張番号】1519867.4
(32)【優先日】2015-11-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(71)【出願人】
【識別番号】306032578
【氏名又は名称】レオナルド・ユーケー・リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｌｅｏｎａｒｄｏ ＵＫ Ｌｔｄ
【住所又は居所原語表記】１ Ｅａｇｌｅ Ｐｌａｃｅ，Ｓｔ．Ｊａｍｅｓ’ｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，ＳＷ１Ｙ ６ＡＦ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100179062
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 正
(74)【代理人】
【識別番号】100199565
【弁理士】
【氏名又は名称】飯野 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100162570
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 早苗
(72)【発明者】
【氏名】ユアン・トーマス
(57)【要約】 （修正有）
【課題】電子走査質問機のためのモードＳ ＩＳＬＳ（Interrogation Side Lobe Suppression System）。
【解決手段】レーダシステム及び方法であって、主ビームと制御ビームとの間に９０°の位相オフセットを導入し、それにより、ＴＲＵの全電力能力が効率的に利用されること、及びモードＳにおける有効ビーム幅がシャープに規定されることを可能にする。このシステムは、モードＳのオールコール質問の同時のＩＳＬＳパルスの送信が、主ビームによって使用されるアレイと同じアレイを使用して送信されることを可能にする。
【選択図】図１
【解決手段】レーダシステム及び方法であって、主ビームと制御ビームとの間に９０°の位相オフセットを導入し、それにより、ＴＲＵの全電力能力が効率的に利用されること、及びモードＳにおける有効ビーム幅がシャープに規定されることを可能にする。このシステムは、モードＳのオールコール質問の同時のＩＳＬＳパルスの送信が、主ビームによって使用されるアレイと同じアレイを使用して送信されることを可能にする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
送信受信モジュールを備える電子走査ＳＳＲ質問機であって、前記送信／受信モジュールにわたって漸進的な位相テーパを適用することによって、ビームをステアリングするように適合される、電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項2】
複数の送信／受信モジュールを備える請求項１に記載の電子走査ＳＳＲ質問機であって、前記質問機が４つのチャネルを利用し、前記送信／受信モジュールが増幅器ラインナップを備える、電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項3】
前記質問機が、同時のＩＳＬＳパルスを用いたモードＳオールコールが可能であるように適合され、増幅器ラインナップにおいて、差パルスＰ５が主ビームパルスＰ６に足し合わされる、請求項１又は２に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項4】
増幅器ラインナップが、主ビーム及び制御ビームの線形重畳を可能にする線形増幅器チェーンを備える、請求項１～３のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項5】
増幅器ラインナップがさらに、精密制御の和及び差ビーム形成を可能にするために、主ビームと制御ビームとの間の位相コヒーレンスを維持する線形増幅器チェーンを備える、請求項１～４のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項6】
線形増幅器チェーンが、主ビームにおいて送信される電力を最大化するために、前記主ビームと制御ビームとの間に９０°の位相オフセットを導入する、請求項１～５のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項7】
線形増幅器チェーンが、有効ビームの境界規定のシャープさを最大化するために、主ビームと制御ビームとの間に９０°の位相オフセットを導入する、請求項１～６のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項8】
線形増幅器チェーンが、局所又は隣接空域における他のＡＴＣユーザに対する干渉を減少させるために、精密な送信機電力制御を可能にする、請求項１～７のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項9】
線形増幅器チェーンが、主ビーム及び制御ビームの相対電力密度を変えることによって、有効質問機ビーム幅の制御を可能にする、請求項１～８のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項10】
線形増幅器チェーンがクラスＡＢ増幅器を備え、それにより電力効率を改善し、温度管理を単純化する、請求項１～９のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項11】
請求項１～１０のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機を備える、レーダシステム。
【請求項12】
請求項１～１０のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機を備える、航空管制システム。
【請求項13】
添付の線図を参照して上で説明された、電子走査ＳＳＲ質問機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は二次レーダに関する。限定するわけではないが、より具体的には、それは電子走査質問機のためのモードＳ インタロゲーション サイドローブ サプレッション（ＩＳＬＳ）に関する。
【背景技術】
【0002】
二次監視レーダを使用した空域監視の一般原理
航空管制システムは、付近の航空機から飛行データを取得するために、二次監視レーダ（ＳＳＲ）を用いる。情報を求めるコード化された要求が、通常地上に配置される質問機によって、無線信号としてプラットフォームに送られる。この信号を受信すると、航空機上のトランスポンダが、要求されたデータを提供する応答を、質問機に送る。航空機までの距離は、双方向時間遅延及び質問時刻におけるアンテナ方位からのターゲットへの向きから取得されることができる。航空機データは、一次監視レーダ（ＰＳＲ）によって決定される位置と相関関係を持ち、ＳＳＲによって取得されるデータは、航空管制官に表示されるレーダ航跡にオーバレイされる。
航空管制システムは、付近の航空機から飛行データを取得するために、二次監視レーダ（ＳＳＲ）を用いる。情報を求めるコード化された要求が、通常地上に配置される質問機によって、無線信号としてプラットフォームに送られる。この信号を受信すると、航空機上のトランスポンダが、要求されたデータを提供する応答を、質問機に送る。航空機までの距離は、双方向時間遅延及び質問時刻におけるアンテナ方位からのターゲットへの向きから取得されることができる。航空機データは、一次監視レーダ（ＰＳＲ）によって決定される位置と相関関係を持ち、ＳＳＲによって取得されるデータは、航空管制官に表示されるレーダ航跡にオーバレイされる。
【0003】
質問機は通常、モードＳとして知られるシステムを使用する。モードＳの重要な特徴は、質問要求が、データを要求する対象の航空機のアドレスを含んでおり、その航空機におけるトランスポンダのみが返答する点である。これは、不必要な信号トラフィック及び無線干渉を減少させることを大きな利点とし、加えて、それをしなかった場合に潜在的に多くの返答のうちのいずれが求められた返答に対応するのかを決定するために要求されたであろう大規模な処理から、質問機を開放する。
【0004】
これは必然的に、航空機のアドレスはそもそも質問機によってどのように取得されるか、という疑問を生じさせる。２つの方法が存在する。
【0005】
１．航空機は、自身のアドレスを自発的に送信してアドレスがパッシブリスニングによって獲得されることを可能にする、好適なトランスポンダを装備する。質問機はすると、これらの新しく到着した航空機に要求される飛行データを獲得するためにロールコールとして質問されることになるアドレスのリストを、コンパイルすることができる。
【0006】
２．質問機は、その質問機について現在ロールコール中でないビーム内のすべての航空機がそれらのアドレスを用いて返答することになる、オールコール（アドレス指定されていない）質問を送ることができる。
【発明の概要】
【0007】
本明細書において説明されることになる本発明は、２番目の方法のみに適用される。
【0008】
本発明によれば、送信受信モジュールを備える電子走査ＳＳＲ質問機が提供され、質問機は、送信／受信モジュールにわたって漸進的な位相テーパ（ｐｈａｓｅ ｔａｐｅｒ）を適用することによってビームをステアリングするように適合される。
【0009】
このような方法で、本発明は、モードＳのオールコール質問の同時のＩＳＬＳパルスの送信が主ビームによって使用されるアレイと同じアレイを使用して送信されることを可能にする。従来の技術システムにおいては、アクティブな電子走査質問機を介して同時のＩＳＬＳパルスを送信する必要はこれまで生じなかった。
【0010】
本発明は、これより添付の線図を参照して説明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図3】図３は、送信受信ユニット（ＴＲＵ）に適用される無線周波数（ＲＦ）主（和）及び制御（差）ビームを低電力で生じさせる低電力質問機（ＬＰＩ：low power interrogator）を示す、本発明によるシステムの全般的なアーキテクチャの送信部分のみを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
質問サイドローブ抑制
ＩＳＬＳ（Interrogation Side-lobe Suppression）は、質問ビームの有効ビーム幅を減少させるために、二次監視レーダ（ＳＳＲ）で使用される。これは、トランスポンダの返答の数を明らかに減少させ、それは質問機の処理タスクを減少させ、且つ他のＳＳＲユーザへの一般的な干渉背景を減少させる。
ＩＳＬＳ（Interrogation Side-lobe Suppression）は、質問ビームの有効ビーム幅を減少させるために、二次監視レーダ（ＳＳＲ）で使用される。これは、トランスポンダの返答の数を明らかに減少させ、それは質問機の処理タスクを減少させ、且つ他のＳＳＲユーザへの一般的な干渉背景を減少させる。
【0013】
ＩＳＬＳの原理が、図１を参照して以下で説明される。
【0014】
ＳＳＲアンテナは、主ビーム及び制御ビームとして知られる２つのビームを送信するために使用される。主ビームは、質問要求の本体を含み、すべてのアンテナ要素が同相で励振されるものである和ビームとして送信される。このビームは、アンテナ軸に対称に配置されたメインローブと共にメインローブの両側のいくつかの補助（サイド）ローブを有する――下の図１を参照。
【0015】
制御ビームは、主ビームと同時に、ただしアンテナの一方の側の要素が同相で、他方の側の要素が逆相で励振されるものである差パターンとして送信される短いパルスである。これは、軸に対称なビームを生じさせるが、軸上の同相放射成分と逆相放射成分との間の高度のキャンセレーションに起因して、中心部に深いヌルを有する――下の図１を参照。しかしながら、図１はまた、ずれ角（angle off-axis）を増加させると主ビームの強度は減少する一方で制御ビームの強度は増加することを示す。それらが交差するポイントは、主ビームの強度が制御ビームの強度をそこで超えるビーム幅である、有効ビーム幅を決定する。
【0016】
図２を参照すると、Ｐ６と表される主ビームパルスは、データストリームに先立つプリアンブルに位相反転を含む。この位相反転がトランスポンダによって検出される場合、それはモードＳ送信の残りを処理し、そして適切に応答する。この位相反転が検出されない場合、トランスポンダはその送信を無視する。制御パルスＰ５は、Ｐ６において位相反転が発生している期間中に送信される。もしＰ５パルスが、それがＰ６における位相反転を圧倒する大きさである場合、トランスポンダは明らかに返答を行わない。よって、そこでトランスポンダが返答することになる有効ビーム幅は、制御ビームにおけるヌルがＰ６において位相反転が検出されることになることを意味する、主ビームの中央の領域にある。有効ビーム幅の外側では、位相反転はＰ５パルスによって消失する。
【0017】
モードＳの管理文書（governing document）であるＩＣＡＯ Ｖｏｌ４ Ａｎｎｅｘ１０は、Ｐ５パルスとＰ６パルスとの間の相対的な位相関係を規定しておらず、その結果、位相反転の検出などは、２つの信号の相対強度に依存するか、依存すると見なされる。
【0018】
モードＳ質問機のためのＳＳＲアンテナは通常、一次監視レーダ（ＰＳＲ）アンテナに取り付けられており、これらは通常、同じ回転板上で共に機械的に回転（走査）される。モードＳのための従来の質問機は、主ビーム及び制御ビームのための２つの別々の送信機を用い、それは、それらが同時に放射しなければならないからである。
【0019】
電子走査質問機におけるＩＳＬＳ
例えば、機械的に走査されるアンテナを設置するためのスペースが十分にない航空機上の空中質問機などで質問機が電子的に走査される必要がある場合、アンテナは、電子的にステアリング可能なアレイの形態をとる。各要素は、それの高電力送信機増幅器によって駆動され、漸進的な位相テーパが、ビームをステアリングするためにアレイにわたって適用される。この位相テーパの量を変えることで、ビームステアリング角がそれに応じて変化する。
例えば、機械的に走査されるアンテナを設置するためのスペースが十分にない航空機上の空中質問機などで質問機が電子的に走査される必要がある場合、アンテナは、電子的にステアリング可能なアレイの形態をとる。各要素は、それの高電力送信機増幅器によって駆動され、漸進的な位相テーパが、ビームをステアリングするためにアレイにわたって適用される。この位相テーパの量を変えることで、ビームステアリング角がそれに応じて変化する。
【0020】
図３は、無線周波数（ＲＦ）主（和）及び制御（差）ビームを低電力で生じさせる低電力質問機（ＬＰＩ）を示し、それらは送信受信ユニット（ＴＲＵ）に適用される。ＴＲＵは、（典型的には本発明のこの事例にあるように４つであるが、いくつの便利な数でもあり得る）アレイ要素の数に対応するある数の送信／受信モジュール（ＴＲＭ）を含む。ＴＲＵは、ＬＰＩからの複数の信号を、ＴＲＭへの入力のための４つの方向へ分割するビームスプリッタ／コンバイナモジュール（ＢＳＣＭ：beam splitter/combiner module）を含む。各ＴＲＭは、デジタル移相器、デジタル減衰器、（質問送信のための）高電力増幅器ラインナップ、及び（返答の受信のための）低雑音増幅器を含む。ＴＲＭのすべてがビームの形成及びステアリングに参加することが要求されるので、このアーキテクチャから、ＴＲＭが主（和）ビーム又は制御（差）ビームのいずれかに一意に割り当てられることができないことは明らかである。この状況は新しいものであることによく留意されたい。レガシー民間航空管制質問モード、モードＡ（便名）及びモードＣ（高度）、におけるＩＳＬＳパルスは、同時ではなく逐次的に送信されたので、その結果、この問題は生じなかった。
【0021】
しかしながら、これより以下で我々が示すように、ＴＲＭにおいて、従来の質問機で使用されたクラスＣ送信機ではなく線形増幅器（効率及び温度管理を考慮して好ましくはクラスＡＢ、又はクラスＡ）を使用することによって、主パターンと制御パターンは、ＴＲＵにおいて合成されることができる。さらに以下では、４つの要素のインプリメンテーションが言及されるが、この技法は、いかなる便利な数の要素、好ましくは偶数の、にも準用される。
【0022】
モードＳ ＩＳＬＳは、送信受信ユニットＴＲＵの各ＴＲＭの電力増幅器（ＰＡ）におけるＰ６（主ビーム）及びＰ５（制御）ビーム電圧振幅の線形重畳によって、電子走査質問機において機械化される。
【0023】
ここで一旦主ビームと制御ビームとを別々に考えてみたい。軸上（ビームステアリングの無い）において、主ビームは、同相で駆動されるすべてのアンテナ要素を用いて和パターンとして送信される。制御ビームは、２つの右側要素において反転された位相で、差パターンとして送信される。別々に送信される場合、その影響は、例示されるように、和パターンを生じさせ、そして差パターンを生じさせることになるだろう（上の図１参照）。
【0024】
するとアレイ要素内の合計電圧ｖｓは、アレイ要素電流ｉｓを生じさせることになる。空間中のポイントＰにおける和パターンＥｓのフィールドはｉｓに比例する（マクスウェルの方程式の線形性）ので、Ｐにおける合計フィールドは、増幅器ラインナップが線形であるため、ｖｓに正比例する。
【0025】
同じ根拠により、同じポイントＰにおける差パターンＥｄのフィールドは、全体のセットアップが線形であるので、ｖｄに正比例することが分かる。
【0026】
再び、システは線形であるので、重畳によって差電圧ｖｄに合計電圧ｖｓを足し合わせて、同じポイントＰにおいて干渉パターンＥｓ＋Ｅｄ及び要素電流ｉｓ＋ｉｄを与えることができる。しかし、これは従来のＳＳＲ質問機において別々の和及び差ビーム送信機によって生み出されたであろうものと全く同じ干渉パターンである。再現可能な干渉パターンが作り出されるようにするために、主ビーム及び制御ビームの位相はコヒーレントなままとなることが必要である。これらのコヒーレントなモードＳ送信は、ＬＰＩにおいて低電力で生成され、続いてＴＲＵにおいて重畳及び電力増幅される。簡単に言えば、システムは線形であるので、主パターン及び制御パターンは遠距離場において（受信トランスポンダの近隣においては尚更）干渉する独立した送信と考えられることができる。
【0027】
最後に、ビームをステアリングするために、適切な位相テーパが、４つのアレイ要素駆動電流の各々に、ＴＲＭによって適用されることができる。
【0028】
実際には、様々な信号の利得が容易に制御されることができるので（線形システム）、和及び差パターンの相対的な大きさ（強調）もまた変化させられることができ、有効ビーム幅が要望通りに調整されることを可能にする――クラスＣ増幅器を用いた従来のＳＳＲ質問機では通常利用可能でない特徴。追加的な利点として、線形増幅器ラインナップによって精密に与えられる出力電力を制御するための能力は、干渉を減少させるのを助けることは注目に値する。電力は、所望の航空機からの返答を引き出すために要求されるレベルにまで減少させられることができる。これは、管制空域内の又は管制空域に隣接したＳＳＲ質問機の使用権限を当局から得るのを助けることになる。
【0029】
各ＴＲＭの電力出力は、主パターンと差パターンとの間で共有されなければならないので、質問機の電力出力は、ＴＲＵの合計電力定格の半分のみである。しかしながら、主パターンにおいてこの最大の、ＴＲＵ電力の半分を達成するために、主ビーム及び制御ビームは相互にコヒーレントであり、且つ位相が直交しなければならず、さもなければ増幅器は、ビームパターンについての予測不可能な結果により限定する（非線形となる）恐れがある。位相の直交は、制御ビームの位相を、それがＬＰＩにおいて生成されるときに９０°オフセットすることによって、容易に生成されることができる。
【0030】
分析
主ビーム電力
Ｐ５及びＰ６パルスの許容振幅は、それらを直交に（すなわち９０°の相対位相差で）足し合わせるという単純な方法によって、Ｖ／２からＶ／√２に増加させられることができ、ここでＶは増幅器における最大電圧スウィングである。
主ビーム電力
Ｐ５及びＰ６パルスの許容振幅は、それらを直交に（すなわち９０°の相対位相差で）足し合わせるという単純な方法によって、Ｖ／２からＶ／√２に増加させられることができ、ここでＶは増幅器における最大電圧スウィングである。
【0031】
ＴＲＵの左側のチャネルでは、Ｐ６とＰ５が足し合わされ、以下が得られる。
【0032】
Ｖｔｏｔａｌ＝Ｖ／√２＋ｉＶ／√２
これらはベクトル的に足し合わされ、振幅｜Ｖｔｏｔａｌ｜＝Ｖが与えられ、それは最大電圧スウィングを超えない。［Ｐ５及びＰ６パルスが同相で足し合わされたとしたら、各ケースにおいて電圧振幅はＶ／２に限定されることになり、それは直交のケース（振幅Ｖ／√２）と比較して主ビームの電力出力を半分にすることになる。］
ＴＲＵの右側チャネルでは、Ｐ５が位相反転され、以下が得られる。
これらはベクトル的に足し合わされ、振幅｜Ｖｔｏｔａｌ｜＝Ｖが与えられ、それは最大電圧スウィングを超えない。［Ｐ５及びＰ６パルスが同相で足し合わされたとしたら、各ケースにおいて電圧振幅はＶ／２に限定されることになり、それは直交のケース（振幅Ｖ／√２）と比較して主ビームの電力出力を半分にすることになる。］
ＴＲＵの右側チャネルでは、Ｐ５が位相反転され、以下が得られる。
【0033】
Ｖｔｏｔａｌ＝Ｖ／√２－ｉＶ／√２
再びこれらは、ベクトル的に足し合わされ、振幅｜Ｖｔｏｔａｌ｜＝Ｖが与えられる。
再びこれらは、ベクトル的に足し合わされ、振幅｜Ｖｔｏｔａｌ｜＝Ｖが与えられる。
【0034】
合計電力出力は、すると以下のようになる。
｛［Ｖ／√２＋ｉＶ／√２］［Ｖ／√２－ｉＶ／√２］｝／Ｚ＝Ｖ２／Ｚ（左側のチャネル）
及び
｛［Ｖ／√２－ｉＶ／√２］［Ｖ／√２＋ｉＶ／√２］｝／Ｚ＝Ｖ２／Ｚ（右側のチャネル）
すべてのチャネルが最大電力（Ｖ２／Ｚ）を放射しているので、ＴＲＵの電力能力は最大限に利用される。
｛［Ｖ／√２＋ｉＶ／√２］［Ｖ／√２－ｉＶ／√２］｝／Ｚ＝Ｖ２／Ｚ（左側のチャネル）
及び
｛［Ｖ／√２－ｉＶ／√２］［Ｖ／√２＋ｉＶ／√２］｝／Ｚ＝Ｖ２／Ｚ（右側のチャネル）
すべてのチャネルが最大電力（Ｖ２／Ｚ）を放射しているので、ＴＲＵの電力能力は最大限に利用される。
【0035】
主ビームにおける電力はすると［Ｖ／√２］２／Ｚ＝Ｖ２／２Ｚ、又は当初の想定通り合計電力の半分である。
【0036】
モードＳの主チャネルと制御チャネルとの間の位相コヒーレンスは、常に維持されなくてはならないことは、上記から容易に理解される。もしＰ５とＰ６との間の位相差が９０°とは著しく異なる場合には、増幅器は飽和する恐れがある。すると、ＴＲＵ内での主ビーム及び制御ビームの生成のための線形性の議論の妥当性が問われる。
【0037】
トランスポンダの挙動に対する影響
「Ｐ５とＰ６との間の９０°のこの追加的な相対位相シフトは、返答するトランスポンダの挙動に対してどのような影響があるのか」という疑問が即座に生じる。
「Ｐ５とＰ６との間の９０°のこの追加的な相対位相シフトは、返答するトランスポンダの挙動に対してどのような影響があるのか」という疑問が即座に生じる。
【0038】
上述したように、ＩＣＡＯ Ａｎｎｅｘ１０自体は、Ｐ５とＰ６の位相間の明確な関係を規定していないので、これの影響は深刻になる可能性は低いことが即座に分かるだろう。また、Ｐ５及びＰ６パルスについて別々のクラスＣ送信機を活用する著者に知られた従来のモードＳ質問機が存在する。これらについて、パルスターンオンにおけるＰ５とＰ６との間の位相関係は、大体恣意的であり、そのような質問機は、実際には完全にうまく機能するようである。しかしながら、この問題はもっと厳密に、よく検討するべきである。
【0039】
軸方向に沿って主ビームを形成するために、アレイ要素は同相で駆動される。すべての要素について同じユニット振幅を仮定すると、あるずれ角（off-axis angle）についての遠距離場における主ビーム振幅Ｍは、以下によって与えられる。
【0040】
Ｍ＝１＋ｅｉφ＋ｅ２ｉφ＋ｅ３ｉφ （１）
ここでφ＝ｋ ｄ ｓｉｎθであり、ｋは波数（＝２π／λ）であり、ｄは、アンテナ要素ピッチであり、θはずれ角（the off-axis angle）である。距離Ｒにおける乗算伝播係数（multiplicative propagation factor）ｅｉｋＲ／Ｒは、分析において何の機能も果たさないので、省略されている。
ここでφ＝ｋ ｄ ｓｉｎθであり、ｋは波数（＝２π／λ）であり、ｄは、アンテナ要素ピッチであり、θはずれ角（the off-axis angle）である。距離Ｒにおける乗算伝播係数（multiplicative propagation factor）ｅｉｋＲ／Ｒは、分析において何の機能も果たさないので、省略されている。
【0041】
ビームをステアリングするために、一連の要素の駆動に対して追加的な漸進的な位相オフセット（位相テーパ）α、２α、３αを導入する必要がある。これをすることの影響は、空間中の全パターンをステアリングすることであり、これは局所トランスポンダの挙動に対しては何の影響もなく、よってそれは無視される。
同様に、制御ビームＣは、２つの右側の要素のサインを反転させることによって、又は追加的な位相シフトπを適用することによって同等に、構成される。
同様に、制御ビームＣは、２つの右側の要素のサインを反転させることによって、又は追加的な位相シフトπを適用することによって同等に、構成される。
【0042】
Ｃ＝１＋ｅｉφ－ｅ２ｉφ－ｅ３ｉφ （２）
和ビームＭについての等比級数を合計することとそれに続く何らかの三角法の操作は、振幅Ｍが以下によって与えられることを示す。
和ビームＭについての等比級数を合計することとそれに続く何らかの三角法の操作は、振幅Ｍが以下によって与えられることを示す。
【0043】
Ｍ＝４ｃｏｓφ ｃｏｓ（φ／２） ｅ３ｉφ／２ （３）
Ｐ６パルスの位相反転（Ｍ＿ビーム）において、Ｍビームの振幅のサインは、単純に反転させられる、すなわち、
Ｍ＿＝－４ｃｏｓφ ｃｏｓ（φ／２） ｅ３ｉφ／２ （４）
制御ビームＣについて（３）のようにすると、以下を生じさせる。
Ｐ６パルスの位相反転（Ｍ＿ビーム）において、Ｍビームの振幅のサインは、単純に反転させられる、すなわち、
Ｍ＿＝－４ｃｏｓφ ｃｏｓ（φ／２） ｅ３ｉφ／２ （４）
制御ビームＣについて（３）のようにすると、以下を生じさせる。
【0044】
Ｃ＝－４ｉ ｓｉｎφ ｃｏｓ（φ／２） ｅ３ｉφ／２ （５）
制御ビームは、主からのπ／２度の位相差に対応する追加的な因数ｉを含むことに留意されたい。また、正弦項の存在が原因で、主ビームと比較した制御ビームの位相は、照準を横切るとき量πだけ急増する。これは、左／右の照準決定を行うために単パルスで活用される。
制御ビームは、主からのπ／２度の位相差に対応する追加的な因数ｉを含むことに留意されたい。また、正弦項の存在が原因で、主ビームと比較した制御ビームの位相は、照準を横切るとき量πだけ急増する。これは、左／右の照準決定を行うために単パルスで活用される。
【0045】
位相反転が無いため、制御ビームについては（４）に対応する方程式は無い。
【0046】
主ビームと制御ビームとの間の位相シフトγの導入を可能にするために、制御ビームは、追加的な項ｅｉγで乗算される。γは、最終的にはπ／２（９０°）に設定されることになるが、当面は分析を一般的に保つ方がよい。これにより、以下が得られる。
【0047】
Ｃ＝－４ｉ ｓｉｎφ ｃｏｓ（φ／２） ｅ３ｉφ／２ｅｉγ （６）
トランスポンダにおいて、これらのビームは、Ｐ６位相反転の前では振幅Ｕ＝Ｍ＋ＫＣ、後ではＶ＝Ｍ＿＋ＫＣと、遠距離場において重畳され、ここで係数Ｋは、必要な場合、制御ビームの強調の導入を可能にする。通常Ｋ＝１（強調なし）である。
トランスポンダにおいて、これらのビームは、Ｐ６位相反転の前では振幅Ｕ＝Ｍ＋ＫＣ、後ではＶ＝Ｍ＿＋ＫＣと、遠距離場において重畳され、ここで係数Ｋは、必要な場合、制御ビームの強調の導入を可能にする。通常Ｋ＝１（強調なし）である。
【0048】
Ｕ＝４ｃｏｓ（φ／２）ｅ３ｉφ／２［ｃｏｓφ－ｉＫ ｓｉｎφ ｅｉγ］ （７）
Ｖ＝－４ｃｏｓ（φ／２）ｅ３ｉφ／２［ｃｏｓφ＋ｉＫ ｓｉｎφ ｅｉγ］ （８）
トランスポンダは、結果として得られる２つのベクトルＵとＶとの間の角度ωを検出し、この角度がπ／２とπとの間である場合、すなわち主ビームの位相反転が検出された場合に、応答する。ωを決定する際、両方のベクトルを乗じる共通の係数４ｃｏｓ（φ／２）ｅ３ｉφ／２は、無視されることができる。
Ｖ＝－４ｃｏｓ（φ／２）ｅ３ｉφ／２［ｃｏｓφ＋ｉＫ ｓｉｎφ ｅｉγ］ （８）
トランスポンダは、結果として得られる２つのベクトルＵとＶとの間の角度ωを検出し、この角度がπ／２とπとの間である場合、すなわち主ビームの位相反転が検出された場合に、応答する。ωを決定する際、両方のベクトルを乗じる共通の係数４ｃｏｓ（φ／２）ｅ３ｉφ／２は、無視されることができる。
【0049】
Ｕ及びＶを以下のように実部及び虚部に拡張することは便利である。
【0050】
Ｕ＝［（ｃｏｓφ＋Ｋ ｓｉｎφ ｓｉｎγ）－ｉＫ ｓｉｎφ ｃｏｓγ］ （９）
Ｖ＝－［（ｃｏｓφ＋Ｋ ｓｉｎφ ｓｉｎγ）＋ｉＫ ｓｉｎφ ｃｏｓγ］ （１０）
現段階では、Ｕ及びＶを（複素数ではなく）通常のベクトル（ordinary vectors）と考えて、それらのスカラー積をとることがより便利である。これにより、ｃｏｓωに関して角度が得られ、ｔａｎ関数の不便な不連続性が避けられる、すなわち、
Ｕ＝［（ｃｏｓφ＋Ｋ ｓｉｎφ ｓｉｎγ），－Ｋ ｓｉｎφ ｃｏｓγ］ （１１）
Ｖ＝［－（ｃｏｓφ＋Ｋ ｓｉｎφ ｓｉｎγ），－Ｋ ｓｉｎφ ｃｏｓγ］ （１２）
そしてωは、以下によって得られる。
Ｖ＝－［（ｃｏｓφ＋Ｋ ｓｉｎφ ｓｉｎγ）＋ｉＫ ｓｉｎφ ｃｏｓγ］ （１０）
現段階では、Ｕ及びＶを（複素数ではなく）通常のベクトル（ordinary vectors）と考えて、それらのスカラー積をとることがより便利である。これにより、ｃｏｓωに関して角度が得られ、ｔａｎ関数の不便な不連続性が避けられる、すなわち、
Ｕ＝［（ｃｏｓφ＋Ｋ ｓｉｎφ ｓｉｎγ），－Ｋ ｓｉｎφ ｃｏｓγ］ （１１）
Ｖ＝［－（ｃｏｓφ＋Ｋ ｓｉｎφ ｓｉｎγ），－Ｋ ｓｉｎφ ｃｏｓγ］ （１２）
そしてωは、以下によって得られる。
【0051】
ω＝ｃｏｓ－１｛（Ｕ．Ｖ）／（｜Ｕ｜｜Ｖ｜）｝ （１３）
ωの挙動は、Ｐ５ ＩＳＬＳパルスの位相オフセット及び制御ビームの強調の異なる値について調査された。以下の図４は、様々な強調で、同相のＰ５及びＰ６についてのＩＳＬＳ挙動を示す。予想されるように、制御ビームの強調を増加させることの影響は、明らかに有効ビーム幅を狭めることであり、位相オフセットのサインは挙動に影響を与えない。ビームのエッジは、検出された位相変化が９０°になるところである。
ωの挙動は、Ｐ５ ＩＳＬＳパルスの位相オフセット及び制御ビームの強調の異なる値について調査された。以下の図４は、様々な強調で、同相のＰ５及びＰ６についてのＩＳＬＳ挙動を示す。予想されるように、制御ビームの強調を増加させることの影響は、明らかに有効ビーム幅を狭めることであり、位相オフセットのサインは挙動に影響を与えない。ビームのエッジは、検出された位相変化が９０°になるところである。
【0052】
以下の図５は、強調なしで、Ｐ５とＰ６との間の位相オフセットを変えるためのＩＳＬＳ挙動を示す。位相オフセットを増加させることの影響は、有効ビーム幅に影響を与えることなく、ビーム内からビーム外への遷移をシャープにすることである。提案された９０°オフセットにおいて、遷移は非常にシャープである。これは、有効ビーム幅が明確に規定されていることをそれが意味するので、極めて望ましい特徴である。
【0053】
最後に、図６は、変化する強調の、Ｐ５とＰ６との間の提案された９０°の位相オフセットについてのＩＳＬＳ挙動である。各ケースにおいて、遷移は、それのシャープさを保つが、強調を増加させることは、有効ビーム幅を狭める。これは、変化する強調と組み合わせた９０°の位相オフセットの導入が、モードＳビーム幅の優れた制御を可能にすることを示す。
【0054】
よって結論は、９０°の位相オフセットを導入することの影響は、それが以下を可能にするので、全面的に有益であるということである。
【0055】
・ＴＲＵの全電力能力が効率的に利用されることになる。
【0056】
・モードＳにおける有効ビーム幅がシャープに規定されることになる。
【0057】
このような方法で、本発明は、モードＳのオールコール質問の同時のＩＳＬＳパルスの送信が、主ビームによって使用されるアレイと同じアレイを使用して送信されることを可能にする。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2021-12-10
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
同時のＩＳＬＳパルスを用いてモードＳオールコールを送信するように適合された電子走査ＳＳＲ質問機であって、前記電子走査ＳＳＲ質問機は送信モジュールを備え、各送信モジュールは、主ビームパルスと制御ビームパルスを線形に、コヒーレントに重畳するように適合された線形増幅器チェーンを備え、
前記電子走査ＳＳＲ質問機は、前記送信モジュール／受信モジュールにわたって漸進的な位相テーパを適用することによって、重畳された前記主ビームパルスと制御ビームパルスをステアリングするように適合されている、電子走査ＳＳＲ質問機。
前記電子走査ＳＳＲ質問機は、前記送信モジュール／受信モジュールにわたって漸進的な位相テーパを適用することによって、重畳された前記主ビームパルスと制御ビームパルスをステアリングするように適合されている、電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項2】
前記主ビームパルスＰ６と制御ビームパルスＰ５は直交に組み合わせられる、請求項１に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項3】
前記線形増幅器チェーンがクラスＡＢ増幅器を備える、請求項１又は２に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
【請求項4】
請求項１～３のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機を備える、レーダシステム。
【請求項5】
請求項１～３のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機を備える、航空管制システム。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0008】
本発明によれば、請求項１に係る電子走査ＳＳＲ質問機が提供される。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0057】
このような方法で、本発明は、モードＳのオールコール質問の同時のＩＳＬＳパルスの送信が、主ビームによって使用されるアレイと同じアレイを使用して送信されることを可能にする。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 送信受信モジュールを備える電子走査ＳＳＲ質問機であって、前記送信／受信モジュールにわたって漸進的な位相テーパを適用することによって、ビームをステアリングするように適合される、電子走査ＳＳＲ質問機。
［２］ 複数の送信／受信モジュールを備える［１］に記載の電子走査ＳＳＲ質問機であって、前記質問機が４つのチャネルを利用し、前記送信／受信モジュールが増幅器ラインナップを備える、電子走査ＳＳＲ質問機。
［３］ 前記質問機が、同時のＩＳＬＳパルスを用いたモードＳオールコールが可能であるように適合され、増幅器ラインナップにおいて、差パルスＰ５が主ビームパルスＰ６に足し合わされる、［１］又は［２］に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［４］ 増幅器ラインナップが、主ビーム及び制御ビームの線形重畳を可能にする線形増幅器チェーンを備える、［１］～［３］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［５］ 増幅器ラインナップがさらに、精密制御の和及び差ビーム形成を可能にするために、主ビームと制御ビームとの間の位相コヒーレンスを維持する線形増幅器チェーンを備える、［１］～［４］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［６］ 線形増幅器チェーンが、主ビームにおいて送信される電力を最大化するために、前記主ビームと制御ビームとの間に９０°の位相オフセットを導入する、［１］～［５］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［７］ 線形増幅器チェーンが、有効ビームの境界規定のシャープさを最大化するために、主ビームと制御ビームとの間に９０°の位相オフセットを導入する、［１］～［６］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［８］ 線形増幅器チェーンが、局所又は隣接空域における他のＡＴＣユーザに対する干渉を減少させるために、精密な送信機電力制御を可能にする、［１］～［７］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［９］ 線形増幅器チェーンが、主ビーム及び制御ビームの相対電力密度を変えることによって、有効質問機ビーム幅の制御を可能にする、［１］～［８］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［１０］ 線形増幅器チェーンがクラスＡＢ増幅器を備え、それにより電力効率を改善し、温度管理を単純化する、［１］～［９］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［１１］ ［１］～［１０］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機を備える、レーダシステム。
［１２］ ［１］～［１０］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機を備える、航空管制システム。
［１３］ 添付の線図を参照して上で説明された、電子走査ＳＳＲ質問機。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 送信受信モジュールを備える電子走査ＳＳＲ質問機であって、前記送信／受信モジュールにわたって漸進的な位相テーパを適用することによって、ビームをステアリングするように適合される、電子走査ＳＳＲ質問機。
［２］ 複数の送信／受信モジュールを備える［１］に記載の電子走査ＳＳＲ質問機であって、前記質問機が４つのチャネルを利用し、前記送信／受信モジュールが増幅器ラインナップを備える、電子走査ＳＳＲ質問機。
［３］ 前記質問機が、同時のＩＳＬＳパルスを用いたモードＳオールコールが可能であるように適合され、増幅器ラインナップにおいて、差パルスＰ５が主ビームパルスＰ６に足し合わされる、［１］又は［２］に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［４］ 増幅器ラインナップが、主ビーム及び制御ビームの線形重畳を可能にする線形増幅器チェーンを備える、［１］～［３］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［５］ 増幅器ラインナップがさらに、精密制御の和及び差ビーム形成を可能にするために、主ビームと制御ビームとの間の位相コヒーレンスを維持する線形増幅器チェーンを備える、［１］～［４］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［６］ 線形増幅器チェーンが、主ビームにおいて送信される電力を最大化するために、前記主ビームと制御ビームとの間に９０°の位相オフセットを導入する、［１］～［５］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［７］ 線形増幅器チェーンが、有効ビームの境界規定のシャープさを最大化するために、主ビームと制御ビームとの間に９０°の位相オフセットを導入する、［１］～［６］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［８］ 線形増幅器チェーンが、局所又は隣接空域における他のＡＴＣユーザに対する干渉を減少させるために、精密な送信機電力制御を可能にする、［１］～［７］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［９］ 線形増幅器チェーンが、主ビーム及び制御ビームの相対電力密度を変えることによって、有効質問機ビーム幅の制御を可能にする、［１］～［８］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［１０］ 線形増幅器チェーンがクラスＡＢ増幅器を備え、それにより電力効率を改善し、温度管理を単純化する、［１］～［９］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機。
［１１］ ［１］～［１０］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機を備える、レーダシステム。
［１２］ ［１］～［１０］のうちのいずれか１項に記載の電子走査ＳＳＲ質問機を備える、航空管制システム。
［１３］ 添付の線図を参照して上で説明された、電子走査ＳＳＲ質問機。
【外国語明細書】