特許 7500741 オブジェクトのレーダ断面積の決定

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-07

(45)【発行日】2024-06-17

(54)【発明の名称】オブジェクトのレーダ断面積の決定

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/41 20060101AFI20240610BHJP

【ＦＩ】

G01S7/41

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022548469

(86)(22)【出願日】2021-02-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-26

(86)【国際出願番号】 GB2021050287

(87)【国際公開番号】W WO2021161000

(87)【国際公開日】2021-08-19

【審査請求日】2022-08-29

(31)【優先権主張番号】2001743.0

(32)【優先日】2020-02-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(31)【優先権主張番号】20275031.1

(32)【優先日】2020-02-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】390038014

【氏名又は名称】ビ－エイイ－ システムズ パブリック リミテッド カンパニ－

【氏名又は名称原語表記】ＢＡＥ ＳＹＳＴＥＭＳ ｐｌｃ

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(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】100212705

【弁理士】

【氏名又は名称】矢頭 尚之

(74)【代理人】

【識別番号】100219542

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅 郁治

(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】ペトラス、アダム・トーマス

【審査官】▲高▼場 正光

(56)【参考文献】

【文献】W. A. van Cappellen et al.，Potentials of Ultra-Short-Pulse Time Domain Scattering Measurement，IEEE Antennas and Propagation Magazine，2000年08月01日，Vol. 42, No. 4，pp. 35-45

【文献】C. Alexandrov，Radar Target Signature Evaluation Using Numerical Deconvolution，2014 18th International Symposium on Electronical Apparatus and Technologies，2014年05月29日，pp. 1-4

【文献】F. Amin et al.，Implementation and Results of an RCS Measurement System in CATR，2012 IEEE Asia-Pacific Conference on Applied Electromagnetics (APACE 2012)，2012年12月11日，pp. 262-267

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００ － Ｇ０１Ｓ ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００ － Ｇ０１Ｓ １３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

オブジェクトのレーダ断面積を測定する方法であって、
パルスプロファイルを決定すること、前記パルスプロファイルは、パルス周波数、パルス幅、及びレンジウォーク長を含む、と、
１つまたは複数のレーダパルスを前記オブジェクトに送信することと、前記１つまたは複数のレーダパルスの各々は、前記パルスプロファイルを有し、
前記１つまたは複数のレーダパルスの各々について、所定の遅延時間におけるパルスリターン値を測定すること、前記所定の遅延時間における前記パルスリターン値は、前記オブジェクトに沿った所与の距離における前記オブジェクトによって反射された前記レーダパルスの前記パルスリターン値であり、と、
正規化された前記送信したレーダパルスの値にフーリエ変換を実行することと、
前記測定したパルスリターン値にフーリエ変換を実行することと、
前記測定したパルスリターン値のフーリエ変換を前記送信したレーダパルスの値のフーリエ変換で除算することと、
所与の距離におけるオブジェクトのレーダ断面積を決定するために、前記除算した値に逆フーリエ変換を実行することと、
を備える、方法。

【請求項2】

前記パルス周波数を前記決定することは、複数の異なる周波数における無線周波数干渉のレベルを決定するために無線周波数干渉リスニングテストを実行することと、最小レベルの無線周波数干渉が存在する周波数を前記複数の異なる周波数から選択することとを備える、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記方法は、前記１つまたは複数のレーダパルスについてのパルス幅を決定することをさらに備え、
前記決定されたパルス幅を有する前記１つまたは複数のパルスが送信され、
前記パルス幅を決定することは、
初期パルス幅を有するレーダパルスを送信および測定することと、
公称最大信号振幅が測定されるまで、前記初期パルス幅を増分値だけ反復的に増加させることと、
前記パルス幅を、前記公称最大信号振幅に関連付けられた前記パルス幅に等しく設定することと、
を備える、請求項１～２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項4】

前記方法は、
前記レーダパルスの前記送信中に前記オブジェクトを回転させることと、
前記測定されたパルスリターンを固定角度グリッド上に補間することと、
をさらに備え、
前記測定されたパルスリターン値を前記フーリエ変換することは、前記固定角度グリッドにおける各角度について実行される、
請求項１～２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記固定角度グリッドの角度ステップサイズが、最大離散フーリエ変換周波数に等しい、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

オブジェクトのレーダ断面積を測定するためのシステムであって、
パルスプロファイルを決定するように構成されたレーダコントローラと、前記パルスプロファイルは、パルス周波数、パルス幅、及びレンジウォーク長を含む、
１つまたは複数のレーダパルスを前記オブジェクトに送信するように構成されたレーダ送信機と、前記１つまたは複数のレーダパルスは、前記パルスプロファイルを有し、
１つまたは複数の所定の遅延時間におけるパルスリターン値を測定するように構成されたレーダ受信機と、前記１つまたは複数の前記所定の遅延時間におけるパルスリターン値は、前記オブジェクトに沿った所与の距離における前記オブジェクトによって反射された前記１つまたは複数のレーダパルスの前記パルスリターン値であり、
１つまたは複数のプロセッサと、
を備え、前記１つまたは複数のプロセッサは、
正規化された前記送信したレーダパルスの値にフーリエ変換を実行することと、
前記測定したパルスリターン値にフーリエ変換を実行することと、
前記測定したパルスリターン値のフーリエ変換を前記送信したレーダパルスの値のフーリエ変換で除算することと、
所与の距離におけるオブジェクトのレーダ断面積を決定するために、前記除算した値に逆フーリエ変換を実行することと、
を行うように構成される、システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、オブジェクトのレーダ断面積を測定または決定することに関する。

【背景技術】

【0002】

外部環境において、オブジェクト、特に低レーダシグネチャターゲット（例えば、低可観測性航空機等）のレーダ断面積を測定することは、モバイル電話、ＴＶ、衛星などの他の送信機、および航空交通管制レーダなどの他のレーダから存在する無線周波数干渉（ＲＦＩ）量に起因してますます困難になっている。

【0003】

従来、この問題は、信号対雑音比を増加させることを可能にするより大きい増幅器を実装することによって対処され得る。

【0004】

しかしながら、より大きい増幅器およびより高い電力信号を使用すると、エリア内の他の送信に望ましくない途絶を生じさせる恐れがあり、そのため、より大きい増幅器およびより高い電力信号の使用が制限されるか、または許可されない場合がある。

【発明の概要】

【0005】

従来、テストレンジ上のターゲットについてのレーダ断面積プロファイルは、送信されたレーダ信号の周波数をスイープしてターゲットを測定することによって取得される。

【0006】

対照的に、本発明は、タイムゲーティングを使用するとともにレーダシステムおよび後処理ソフトウェアの能力を利用して、送信されたレーダパルスを、測定中のターゲットが位置するテストレンジに沿って効果的に「ウォーク（walk）」させる。

【0007】

ターゲットは、低レベルのＲＦＩが存在する同じ周波数または狭周波数範囲を各々が有するレーダパルスのシーケンスによって測定される。各パルスについて、レーダ受信機は、パルスの送信からそれぞれの遅延時間が経過した後に、当該パルスについてのリターンを測定する。レーダパルスのシーケンスについての遅延時間は変更され、例えば、遅延時間は、レーダパルスのシーケンス内の各連続パルスについて固定時間Δｔだけ増加され得る。したがって、各パルスは、レーダアンテナからのそれぞれの距離（またはレンジ）でターゲットを測定する。このようにして、ターゲットからの情報が得られて、ターゲットについてのダウンレンジプロファイルを生成する。これは、有利なことに、ＲＦＩを軽減するのに役立つ。また、高価で大きい増幅器およびより高い電力伝送の使用が回避される傾向がある。

【0008】

本技法は、ＲＦＩが問題となる全範囲レーダシステム上で利用することができる。

【0009】

第１の態様において、本発明は、オブジェクトのレーダ断面積を測定する方法を提供する。本方法は、１つまたは複数のレーダパルスをオブジェクトに送信することと、１つまたは複数のパルスの各々は、所定のパルスプロファイルを有し、１つまたは複数のパルスの各々について、パルスリターンを測定することと、パルスリターンは、オブジェクトによって反射されたレーダパルスであり、所定のパルスプロファイルを使用して、測定された１つまたは複数のパルスリターンをデコンボリューションすることと、デコンボリューションされた１つまたは複数のパルスリターンを使用してオブジェクトのレーダ断面積を決定することと、を備えるものである。

【0010】

１つまたは複数のパルスは、所定の周波数で送信され得る。本方法は、１つまたは複数のレーダパルスを送信するための周波数を決定することをさらに備え得る。周波数を決定することは、複数の異なる周波数における無線周波数干渉のレベルを決定するために無線周波数干渉リスニングテストを実行することと、最小レベルの無線周波数干渉が存在する周波数を複数の異なる周波数から選択することとを備え得る。

【0011】

１つまたは複数のレーダパルスは、レーダアンテナによって送受信され得る。１つまたは複数のパルスリターンを測定することは、レーダアンテナからの複数の異なる距離でオブジェクトを測定するためにレーダリターンをタイムゲーティングすることを備え得る。

【0012】

本方法は、正則化定数を決定することをさらに備え得、測定された１つまたは複数のパルスリターンをデコンボリューションすることは、決定された正則化定数を使用して実行される。測定された１つまたは複数のパルスリターンをデコンボリューションすることは、Ｈ_ｆを計算することを備え得、ここで、

【数1】

であり、ここで、Ｈ_ｆは、オブジェクトのレーダプロファイルの離散フーリエ変換であり、γは、正則化定数（正の実数であり得る）であり、Ｐ_ｆは、基準パルスの離散フーリエ変換であり、Ｐ_ｆ ^＊は、Ｐ_ｆの複素共役であり、Δｔは、時間期間である。

【0013】

本方法は、スケーリング定数を決定することと、Ｈ_ｆにスケーリング定数を乗算することとをさらに備え得る。スケーリング定数を決定することは、較正プロセスを実行することを備え得る。スケーリング定数を決定するための較正プロセスは、レーダパルスを較正ターゲットに送信することと、較正ターゲットは、既知のレーダ断面積を有するオブジェクトであり、較正ターゲットに送信されたレーダパルスに関連付けられた較正パルスリターンを測定することと、測定された較正パルスリターンのピークを識別することと、識別されたピークにわたるレーダエネルギーをコヒーレントに加算することと、較正ターゲットについての既知の較正レベルを達成するために加算されたエネルギー値に乗算される定数値を、スケーリング定数として決定することと、を備え得る。正則化定数を決定することは、較正プロセスを実行することを備え得る。正則化定数を決定するための較正プロセスは、レーダパルスを較正ターゲットに送信することと、較正ターゲットは、既知のレーダ断面積を有するオブジェクトであり、較正ターゲットに送信されたレーダパルスに関連付けられた較正パルスリターンを測定することと、較正ターゲットが位置していない測定された較正パルスリターンのセクションを識別することと、識別されたセクションのノイズレベルを決定することと、決定されたノイズレベルおよび測定された較正パルスリターンを使用して信号対雑音レベルを定義することと、正則化定数の初期値を選択することと、最大の信号対雑音レベルに対応する精密化された正則化定数を決定するために、正則化定数の初期値に対して最適化プロセスを実行することと、を備え得る。精密化された正則化定数は、測定されたパルスリターンのデコンボリューションにおいて使用される正則化定数であり得る。最適化プロセスは、正則化定数についての可変値を使用して測定された較正パルスリターンをデコンボリューションすることを備える。最適化プロセスは、ニュートン－ラフソン法を実施することを備え得る。

【0014】

本方法は、１つまたは複数のパルスについてのパルス幅を決定することをさらに備え得る。決定されたパルス幅を有する１つまたは複数のパルスが送信され得る。パルス幅を決定することは、初期パルス幅を有するレーダパルスを送信および測定することと、公称最大信号振幅が測定されるまで、初期パルス幅を増分値だけ反復的に増加させることと、パルス幅を、公称最大信号振幅に関連付けられたパルス幅に等しく設定することと、を備え得る。

【0015】

本方法は、レーダパルスの送信中にオブジェクトを回転させることと、測定されたパルスリターンを固定角度グリッド上に補間することとをさらに備え得る。測定されたパルスリターンをデコンボリューションすることは、固定角度グリッドにおける各角度について実行され得る。固定角度グリッドの角度ステップサイズが、最大離散フーリエ変換周波数に等しくてよい。

【0016】

さらなる態様において、本発明は、オブジェクトのレーダ断面積を測定するためのシステムを提供する。本システムは、１つまたは複数のレーダパルスをオブジェクトに送信するように構成されたレーダ送信機と、１つまたは複数のレーダパルスは、所定のパルスプロファイルを有し、１つまたは複数のパルスリターンを測定するように構成されたレーダ受信機と、１つまたは複数のパルスリターンは、オブジェクトによって反射された１つまたは複数のレーダパルスであり、１つまたは複数のプロセッサと、を備え、１つまたは複数のプロセッサは、所定のパルスプロファイルを使用して、測定された１つまたは複数のパルスリターンをデコンボリューションすることと、デコンボリューションされた１つまたは複数のパルスリターンを使用してオブジェクトのレーダ断面積を決定することと、を行うように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ターゲットのレーダ断面積を測定するためのシステムを示す概略図（正確な縮尺でない）である。

【図2】ＲＣＳ測定システムを較正するための較正プロセスを示すプロセスフローチャートである。

【図3】ターゲットのＲＣＳを測定するためのプロセスを示すプロセスフローチャートである。

【図4a】図３のプロセス中に実行される較正ターゲットのレンジウォーク測定を例示する概略図（正確な縮尺でない）である。

【図4b】図３のプロセス中に実行される較正ターゲットのレンジウォーク測定を例示する概略図（正確な縮尺でない）である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は、ターゲット１０２のレーダ断面積（ＲＣＳ）を測定するためのシステム１００を示す概略図（正確な縮尺でない）である。

【0019】

ターゲット１０２は、ＲＣＳを知ることが望まれる任意の適切なタイプのオブジェクトであり得る。例えば、ターゲット１０２は航空機であり得、航空機のＲＣＳは、航空機のミッション制限または性能を評価するために測定される。ターゲット１０２は、テストレンジ１０４の一端に位置する。ターゲット１０２は、地面より上にターゲット１０２を保持する支持構造１０６に取り付けられる。支持構造１０６は、ターゲット１０２がレーダモジュール１０８によって測定されるときに、ターゲット１０２を連続的に回転させるように構成される。

【0020】

レーダモジュール１０８は、テストレンジ１０４のターゲット１０２とは反対側の端部に位置する。レーダモジュール１０８は、レーダアンテナ１１０と、レーダ送信機１１２と、レーダ受信機１１４と、レーダコントローラ１１６と、レーダ信号プロセッサ１１８とを備える。

【0021】

レーダモジュール１０８は、レーダ波をテストレンジ１０４に沿ってターゲット１０２に送信する送信モードで、またはターゲット１０２から反射されたレーダ波を受信する受信モードで動作し得る。

【0022】

レーダコントローラ１１６は、レーダモジュール１０８の動作をあらゆる面で制御するように構成され得る。レーダコントローラ１１６は、送信モード中、レーダアンテナ１１０によって送信されるべき適切な波形を決定および生成するように構成される。レーダコントローラ１１６は、レーダ送信機１１２に動作的に結合される。レーダコントローラ１１６は、生成した波形をレーダ送信機１１２に送信するように構成される。レーダ送信機１１２は、レーダアンテナ１１０に動作的に結合される。レーダ送信機１１２は、受信した波形の電力をブーストし、エネルギーを送信のためにレーダアンテナ１１０に送信するように構成される。レーダアンテナ１１０は、レーダ送信機１１２から受信した波形を送信するように構成される。レーダアンテナ１１０は、テストレンジ１０４の長さに沿ってターゲット１０２のほうに向けられる。

【0023】

したがって、レーダアンテナ１１０によって送信されるレーダ波（図１において矢印および参照番号１２０によって示される）は、ターゲット１０２に向かい衝突する。また、ターゲット１０２によって反射された入射レーダ波（図１において矢印および参照番号１２２によって示される）は、レーダアンテナ１１０に向かい、入射し、受信される。

【0024】

レーダアンテナ１１０は、レーダ受信機１１４にも動作的に結合される。レーダ受信機１１４は、レーダ信号プロセッサ１１８に動作的に結合される。レーダ受信機１１４は、受信モード中、レーダアンテナ１１０からの信号を収集し、それらをレーダ信号プロセッサ１１８に転送するように構成される。

【0025】

レーダ信号プロセッサ１１８は、レーダ受信機１１４から受信した信号（すなわち、ターゲット１０２から反射されたレーダ波に対応する信号）を処理し、ターゲット１０２のＲＣＳを決定するためにそれらの信号を処理するように構成される。この信号処理は、レーダコントローラ１１６からレーダ信号プロセッサ１１８によって受信された入力を使用し得る。この信号処理については、図２および図３を参照して以下でより詳細に後述する。

【0026】

上記配置構成を実現し、以下で後述する方法ステップを実行するための、レーダコントローラ１１６および／またはレーダ信号プロセッサ１１８を含む装置が、例えば１つまたは複数のコンピュータまたは他の処理装置もしくはプロセッサなどの任意の好適な装置を構成または適応させること、および／または追加のモジュールを提供することによって提供され得る。本装置は、コンピュータメモリ、コンピュータディスク、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ等、または、これらのもしくは他の記憶媒体の任意の組合せなどの機械可読記憶媒体において、または機械可読記憶媒体上に記憶された１つまたは複数のコンピュータプログラムの形態でデータおよび命令を含む、命令を実装し、かつデータを使用するためのコンピュータ、コンピュータのネットワーク、または１つまたは複数のプロセッサを備え得る。

【0027】

次に、図１に示され、より詳細に上述したシステム１００によって実行され得る方法について図２および図３を参照して説明する。図２および図３のフローチャートにおいて示され、以下で説明されるプロセスステップのうちの特定のものを省略してもよいこと、または、そのようなプロセスステップを、以下で提示され、図２および図３に示されるものとは異なる順序で実行してもよいことに留意されたい。さらに、すべてのプロセスステップは、便宜上また理解しやすくするために、別個の時間的に連続するステップとして図示されているが、プロセスステップのいくつかを、実際には、同時に、または少なくともある程度時間的に重複して実行してもよい。

【0028】

図２は、ＲＣＳ測定システム１００を較正するための較正プロセス２００の特定のステップを示すプロセスフローチャートである。

【0029】

ステップｓ２０２において、較正ターゲットがテストレンジ１０４上に設置される。この実施形態では、較正ターゲットは支持構造１０６に取り付けられる。

【0030】

較正ターゲットは、既知のＲＣＳシグネチャを有するオブジェクトである。適切な較正ターゲットの例には、球面または二面体のオブジェクトが含まれるが、これらに限定されない。

【0031】

ステップｓ２０４において、レーダ送信のための特定の周波数が決定または選択される。これは、例えば、レーダコントローラ１１６によって実行され得る。好ましくは、低いまたは最小レベルのＲＦＩが存在する特定の周波数が選択される。より好ましくは、実質的にＲＦＩが存在しない特定の周波数が選択される。特定の周波数の決定または選択は、システムの近傍でＲＦＩリスニングテストを実行することと、低いもしくは最小のＲＦＩが存在する、またはＲＦＩが存在しない周波数を選択することとを備え得る。

【0032】

ステップｓ２０６において、レーダ送信のためのパルス幅が決定または選択される。これは、例えば、レーダコントローラ１１６によって実行され得る。

【0033】

この実施形態では、パルス幅は、レーダモジュール１０８の内部ループを測定することによって決定される。この実施形態では、レーダモジュール１０８の伝送線は、受信機１１４内に直接配線されており、これはレーダモジュール１０８の内部ループを画定する。いくつかの実施形態では、受信機１１４が送信機１１２から受信された信号によって損傷を受けないように、電力を低減するために減衰器が挿入され得る。この実施形態では、レーダモジュール１０８の内部ループは、小さい初期最小パルス幅（例えば、５ナノ秒以下、例えば１ｎｓ、２ｎｓ、３ｎｓ、４ｎｓ、もしくは５ｎｓなど、または１０ナノ秒以下のパルス幅）を使用し、公称最大信号振幅が達成されるまで初期パルス幅を小さい増分（例えば、約２波長、例えば、約１ｎｓまたは約２ｎｓ）だけ反復的に増加させることによって測定される。公称最大信号振幅が達成されたことは、任意の適切な方法で決定され得る。例えば、公称最大信号振幅は、パルス幅の２回の反復する段階的増加が行われた後に、（レーダモジュールの内部ループを介して送信されたパルスからの）リターン電圧が増加しない（または閾値量、例えば約０．３ｄＢ未満だけ増加する）ことに応答して、達成されたとみなされ得る。

【0034】

ステップｓ２０８において、決定されたパルス幅は、例えばレーダモジュール１０８のメモリに記憶される。

【0035】

ステップｓ２１０において、レンジウォーク長が決定または選択される。これは、例えば、レーダコントローラ１１６によって実行され得る。

【0036】

この実施形態では、レンジウォーク長は、テストレンジ１０４の長さに沿った方向におけるターゲット１０２の長さ（図１では参照記号Ｌで示される）、およびパルス幅（ステップｓ２０６で決定される）の一方または両方に基づく。例えば、レンジウォーク長は、以下のように決定され得る。
Ｒ＝Ｌ＋２ｐ_ｗ＋Ａ （式１）
ここで、以下の通りである。
Ｒ＝レンジウォーク長、
Ｌ＝ターゲットのスイープされた長さ（ターゲットがその幾何学的重心が回転中心にある状態で配置されず、オフセットロケーションに配置される場合、ターゲットは、回転されると、より大きい長さをスイープアウトする）、
ｐ_ｗ＝パルス幅（項２ｐ_ｗは、ターゲット１０２の前後のパルス幅距離に対応する）、
Ａ＝マルチパスリターン、すなわちターゲット１０２上の複数のロケーションの散乱から生じるレーダリターンを考慮するための追加の距離。この追加の長さＡは、ターゲット１０２の長さに依存し得る（例えば、ターゲット１０２の長さの約５０％）。

【0037】

ステップｓ２１２において、決定されたレンジウォーク長（例えば、決定されたサンプル長およびサンプルの数）は、例えば、レーダモジュール１０８のメモリに記憶される。

【0038】

ステップｓ２１４において、レーダモジュール１０８の基準パルスが測定される。

【0039】

この実施形態では、レーダコントローラ１１６は、ステップｓ２０４およびｓ２０６においてそれぞれ決定された特定の周波数およびパルス幅を有する基準パルスを送信するようにレーダ送信機１１２を制御する。レーダ送信機１１２の出力は、レーダ受信機１１４にループバックされる。換言すれば、信号がレーダアンテナ１１０から送信されることなく、レーダモジュール１０８の内部ループを使用してインパルスが測定される。

【0040】

いくつかの実施形態では、レーダ受信機１１４を保護し、アナログデジタル（Ａ２Ｄ）変換器の飽和を防止するために、減衰器が内部ループに挿入される。

【0041】

ステップｓ２１６において、測定された基準パルスは、例えば、レーダモジュール１０８のメモリに記憶され得る。

【0042】

ステップｓ２１８において、測定された基準パルスは正規化される。この実施形態では、正規化された基準パルスは、パラメータｐ（ｔ）を定義し、これは、以下でより詳細に後述するように、後処理で使用される。正規化は、例えば、レーダ信号プロセッサ１１８によって実行され得る。正規化は、例えば、測定された基準パルスの定義された上昇パーセンタイルと下降パーセンタイルとの間の中間点を使用して基準パルスの中心を計算することと、例えば、虚数成分がパルス中心において０になるように、測定された基準パルスの位相を回転させることと、任意選択的に、リングダウンが存在する領域において基準パルスの終わりをウィンドウ処理／フィルタリング除去する（すなわち、除去する）こととを備え得る。

【0043】

この実施形態では、測定された基準パルスの位相は、（例えば、０に）正規化される。また、この実施形態では、測定された基準パルスの大きさは、（例えば、１に）正規化される。

【0044】

この実施形態では、測定された基準パルスは、後のデコンボリューション段階（以下でより詳細に後述するステップｓ２２６を参照）に備えて処理される。

【0045】

ステップｓ２２０において、正規化された基準パルスｐ（ｔ）は、例えば、レーダモジュール１０８のメモリに記憶される。

【0046】

ステップｓ２２２において、レーダモジュール１０８は、較正ターゲットを測定する。この実施形態では、較正ターゲットの「レンジウォーク」測定が実行される。

【0047】

図４ａおよび図４ｂは、ステップｓ２２２で実行される較正ターゲット４００の測定を例示する概略図（正確な縮尺でない）である。この実施形態では、較正ターゲットは、レーダパルスのシーケンスを使用して測定される。図４ａは、レーダパルスのシーケンス内の第１のパルスを例示し、図４ｂは、パルスのシーケンス内の第２のパルスを例示し、第２のパルスは、シーケンス内で第１のパルスに後続している。

【0048】

この実施形態では、レーダコントローラ１１６は、較正ターゲット４００に送信されることになるパルス４０２の適切な波形を決定および生成する。この実施形態では、送信されることになるパルス４０２は、ステップｓ２０６で決定されたパルス幅ｐ_ｗに等しいパルス幅を有する。決定されたレンジウォーク長Ｒは、サンプルの数（すなわち、シーケンス内のパルスの数）を定義し得る。レーダコントローラ１１６は、生成した波形をレーダ送信機１１２に送信する。レーダ送信機１１２は、受信した波形の電力をブーストし、エネルギーをレーダアンテナ１１０に送信する。レーダアンテナ１１０は、較正ターゲット４００に向けてパルス４０２のシーケンスを送信する１２０。パルス４０２は、ステップｓ２０４で決定または選択された特定の周波数で送信される。較正ターゲットは入射パルス４０２を反射する１２２。反射されたパルスは、レーダアンテナ１１０に入射する。レーダ受信機１１４は、反射されたレーダエネルギーに対応する信号をレーダアンテナ１１０から収集し、それらをレーダ信号プロセッサ１１８に転送する。

【0049】

この実施形態では、レーダ受信機１１４は、各パルス４０２の送信からそれぞれの遅延時間が経過した後に、当該パルス４０２についてのリターンを測定する。レーダパルス４０２のシーケンスについての遅延時間は変更される。これは、受信機１１４のタイムゲーティングを使用して達成される。特に、この実施形態では、レーダパルスのシーケンス内の各連続パルス４０２について、受信機１１４を起動／開放する前の（パルス送信からの）遅延時間は、固定時間Δｔだけ増加される。

【0050】

したがって、実際には、各パルス４０２は、レーダアンテナ１１０からのそれぞれの距離（またはレンジ）で較正ターゲット４００を「測定」する。換言すれば、複数のサンプルが測定され、各サンプルは、レーダモジュール１０８からの異なるそれぞれの距離におけるターゲット４００の異なるそれぞれの部分である。そのようなサンプルまたは測定値は、図４Ａおよび図４Ｂにおいて、斜線領域および参照番号４０６によって例示されている。このようにして、較正ターゲット４００のダウンレンジ画像が構築される。

【0051】

以下の情報は、後述するデコンボリューションプロセスを理解するのに有用である。

【0052】

レンジウォーク測定からのリターン信号は、以下のように定義することができる。

【数2】

ここで、

【数3】

は正規化された基準パルスであり、

【数4】

は測定中のオブジェクト（単数または複数）のダウンレンジプロファイルである。測定値ｗ（ｔ）は、オブジェクトにわたってサンプル位置を変化させることによって、すなわち、レンジウォークを実行することによって測定することができる。オブジェクトについてのダウンレンジプロファイルを得るために、上記式（式２）を解いてｈ（ｔ）を決定することができる。

【0053】

上記式（式２）は、周波数領域において解くのがより容易である傾向がある。

【0054】

畳み込み定理によって、次式となる。

【数5】

【0055】

スペクトル分割を適用すると、次式が得られる。

【数6】

ここで、
Ｈ（ｆ）＝Ｇ（ｈ（ｔ））、
Ｗ（ｆ）＝Ｇ（ｗ（ｔ））、
Ｐ（ｆ）＝Ｇ（ｐ（ｔ））であり、
Ｇは、フーリエ変換、すなわち、

【数7】

である。

【0056】

Ｈ（ｆ）を計算すると、フーリエ変換を逆にしてｈ（ｔ）を得ることができる。

【0057】

離散パルスを使用して、そのリターンが、Δｔだけ分離した離散時間期間で測定され、次いで次式となる。

【数8】

ここで、ｈ_ｔ、ｗ_ｔ、およびｐ_ｔは、ｈ（ｔ）、ｗ（ｔ）、およびｐ（ｔ）に対応する。ｈ_ｔ、ｗ_ｔ、およびｐ_ｔは、経時的（ｔ＝１、２、３、．．．）な値のシーケンスである。

【0058】

この場合、

【数9】

であり、ｆ＝０、１、２、３、．．．、Ｎ－１であり、
ここで、Ｈ_ｆ、Ｗ_ｆ、Ｐ_ｆは、それぞれ、ｈ_ｔ、ｗ_ｔ、およびｐ_ｔの離散フーリエ変換であり、
Ｎは、シリーズの各々における離散点Ｈ_ｆ、Ｗ_ｆ、Ｐ_ｆ、ｈ_ｔ、ｗ_ｔ、およびｐ_ｔの数である。

【0059】

Ｈ_ｆについて解くと、次式が得られる。

【数10】

【0060】

ベクトルＨ_ｆを計算すると、離散フーリエ変換を逆にしてｈ（ｔ）を得ることができる。しかしながら、式７の分母、すなわちＰ_ｆは、少なくともいくつかの周波数については０である場合がある。したがって、Ｈ_ｆは未定義であってよく、離散フーリエ変換は可逆的でなくてもよい。Ｐ_ｆが非０である場合でも、いくつかの周波数については小さい場合がある。このような周波数においてＰ_ｆにノイズがある場合、このノイズは大幅に増幅されることになる。

【0061】

この問題に対処する方法がいくつかある。例として、０もしくは小さい値のＰ_ｆまたは未定義のＨ_ｆの問題に対処するために、チホノフ正則化が実行され得る。チホノフ正則化を使用すると、式７は式８となる。

【数11】

ここで、γは、選択された正の実数（以下、「正則化定数」と呼ぶ）であり、Ｐ_ｆ ^＊は、Ｐ_ｆの複素共役である。

【0062】

ここで図２のプロセスの説明に戻り、ステップｓ２２４において、正則化定数γが決定される。これは、信号プロセッサ１１８によって実行され得る。

【0063】

γの選択は、ノイズの最小化と減衰とのトレードオフである。γが小さすぎる場合、解は、Ｐ_ｆが小さい周波数において非常にノイズが多くなる。これに対して、γが大きすぎる場合、すべての周波数が減衰される。

【0064】

この実施形態では、正則化定数γの値は以下のように決定される。

【0065】

最初に、測定されたレーダリターンの、オブジェクトが予想されないセクション（例えば、リーディングセクション）が、「ノイズ領域」として定義される。次いで、ノイズ領域の二乗平均平方根値を計算することによってノイズレベルが決定される。測定値のピークリターンおよび計算されたノイズレベルの両方が、信号対雑音レベルを定義するために使用される。次いで、デコンボリューションプロセス（式８によって定義される）が、γの可変値を用いて複数回実行される。最大の信号対雑音レベルに対応するγの初期値が選択される。次いで、このγの初期値は、例えば、ニュートン－ラフソン法などの適切な最適化プロセスを使用して改善または最適化されて、γの精密化された値が決定される。最適化プロセスは、例えば、実質的に最大（例えば、極大値）のＳＮＲが達成されるまでγの値を変化させることを備え得、最大ＳＮＲに対応するγの値は、「γの精密化された値」であり得る。次いで、γの精密化された値は、図３を参照して以下でより詳細に後述するように、ターゲット１０２の測定値とともに使用するために、例えばレーダモジュール１０８のメモリに記憶され得る。

【0066】

ステップｓ２２６において、決定された精密化／最適化された正則化定数γを使用して、較正ターゲットについてダウンレンジプロファイルｈ（ｔ）が決定され、すなわち、距離の関数としてのターゲットのレーダ断面積が決定される。これは、信号プロセッサ１１８によって実行され得る。

【0067】

この実施形態では、これは、決定された精密化／最適化された正則化定数γを使用してデコンボリューションを実行することによって実行される。より具体的には、較正ターゲットのプロファイルは、上記式８を使用してＨ_ｆを計算すること、およびＨ_ｆを周波数領域から時間領域ｈ_ｔに変換することによって決定され、ここで、Ｗ_ｆは、測定されたリターンｗ_ｔの離散フーリエ変換であり、Ｐ_ｆは、ｐ_ｔ（ｐ_ｔは、送信されたパルスの内部ループバックを表すものである）の離散フーリエ変換であり、γは、精密化／最適化された正則化定数であり、Δｔは、連続パルスが受信機によって測定される送信からの時間の合間の時間デルタである。

【0068】

ステップｓ２２８において、いわゆる「平方メートルスケール定数」が決定される。

【0069】

この時点までのデータ処理は、生の未較正データ、すなわち、レーダモジュール１０８内のアナログデジタル（Ａ２Ｄ）変換器上で測定された生の電圧を用いて実行され得る。この実施形態では、これらの電圧に定数を乗算して、電力レベルを等価平方メートルＲＣＳレベルに変換する。

【0070】

平方メートルスケール定数は、既知の較正ターゲットに関連付けられたピークを識別し、識別されたピークにわたるエネルギーをコヒーレントに加算することによって決定され得る。「コヒーレントに加算する」という用語は、本明細書では、対応する実数部および虚数部を加算することによる、すなわち、複素数の大きさを加算することとは対照的な、複素数の加算を指すために使用され得る。次いで、平方メートルスケール定数（すなわち、較正ターゲットについての既知の較正レベルを決定するために、加算されたエネルギー値に乗算される定数）が決定される。

【0071】

ステップｓ２３０において、決定された平方メートルスケール定数は、例えば、レーダモジュール１０８のメモリに記憶される。

【0072】

このように、ＲＣＳ測定システム１００を較正するための較正プロセス２００が提供される。ターゲット１０２を測定するときにレーダシステムを較正するための様々なパラメータが決定され、記憶される。これらのパラメータは、精密化／最適化された正則化定数γおよび平方メートルスケール定数を含む。

【0073】

図３は、ターゲット１０２のＲＣＳプロファイルを決定するための方法３００のある特定のステップを示すプロセスフローチャートである。この実施形態では、図３のプロセスは、図２のプロセスに続いて実行される。

【0074】

ステップｓ３０２において、ターゲット１０２がテストレンジ１０４上に設置される。この実施形態では、ターゲット１０２は、図１を参照してより詳細に上述したように、支持構造１０６に取り付けられる。

【0075】

ステップｓ３０４において、レーダモジュール１０８はターゲット１０２を測定する。この実施形態では、ターゲット１０２の「レンジウォーク」測定が実行される。これは、必要な変更を加えて、図２のステップｓ２２２を参照してより詳細に上述した較正ターゲットの場合と同じように実行することができる。

【0076】

この実施形態では、ターゲットの測定は、ステップｓ２０４で決定されたものと同じ特定の周波数を使用して、およびステップｓ２０６で決定されたものと同じパルス幅ｐ_ｗを用いて行われる。

【0077】

ターゲット１０２の測定は、ナイキストレート（Nyquist rate）、すなわち、使用されているレーダ信号（単数または複数）のためのナイキストサンプリング基準を満たす最小サンプリングレートで行われ得る。

【0078】

ステップｓ３０６において、レーダモジュール１０８に対するターゲット１０２の相対運動、すなわち回転が補償される。この動き補償は、レーダ信号プロセッサ１１８によって実行される信号後処理によって実行され得る。

【0079】

この実施形態では、ターゲット１０２は、連続的に回転されながら測定される。したがって、所与のレンジにおける離散的リターンは、定角で測定されない場合がある。この実施形態では、この動きを考慮するために、レーダリターンデータ（直交信号またはＩＱ信号であり得る）が、最大離散フーリエ変換周波数によって設定された角度ステップサイズを有する固定角度グリッド上に補間される。これは、ナイキストサンプリング基準を満たすことを確実にするのに役立つ。固定角度グリッドの角度ステップサイズは、ｗ（ｔ）、ｈ（ｔ）、またはｐ（ｔ）のフーリエ変換を行うことによって決定される最大周波数についてのナイキスト角度未満であり得る。代替的に、固定角度グリッドの角度ステップサイズは、（４ｃΔｔ）／Ｌラジアンであってもよい。固定角度グリッドの角度ステップサイズは、（４ｃΔｔ）／Ｌラジアン、およびｗ（ｔ）、ｈ（ｔ）、またはｐ（ｔ）のフーリエ変換を行うことによって決定される最大周波数についてのナイキスト角度の最小値であり得る。

【0080】

ステップｓ３０８において、固定角度グリッドにおける各角度について、正則化を介したデコンボリューションが実行される。これは、レーダ信号プロセッサ１１８によって実行され得る。

【0081】

より具体的には、この実施形態では、より詳細に上述した較正プロセス中に決定された較正パラメータ、すなわち、精密化／最適化された正則化定数γおよび平方メートルスケール定数を使用して、角度グリッドにおける補間された各離散角度に対してデコンボリューションプロセスが実行される。

【0082】

この実施形態のデコンボリューションプロセスは、上記式８を使用してＨ_ｆを計算することを備える。

【0083】

上記式８の右辺に平方メートルスケール定数が乗算され、較正されたスケールに値をスケーリングし得る。

【0084】

ステップｓ３０８において実行される正則化プロセスを介したデコンボリューションは、ターゲット１０２のダウンレンジプロファイルを生成する。

【0085】

ステップｓ３１０において、正則化プロセスを介したデコンボリューションの出力、すなわち、ターゲット１０２のダウンレンジプロファイルは、逆合成開口レーダ（ＩＳＡＲ）イメージングソフトウェアでの分析のために互換性のあるフォーマットにエクスポートされる。例えば、特定のＩＳＡＲイメージングソフトウェアは、周波数領域データを使用する。

【0086】

ステップｓ３１０において、ＩＳＡＲイメージングソフトウェアを使用して、ターゲット１０２のＲＣＳシグネチャが生成される。

【0087】

このように、ターゲット１０２のＲＣＳプロファイルを決定するための方法が提供される。

【0088】

上述した方法および装置は、同じ特定の周波数を有する一連のレーダパルスを使用してターゲットを測定する。この特定の周波数は、低レベルのＲＦＩが存在する周波数である。有利なことに、これはＲＦＩの影響を軽減するのに役立つ。また、高価で大きい増幅器およびより高い電力伝送の使用が回避される傾向がある。

【0089】

上述したシステムおよび方法は、低周波数におけるターゲットの測定を可能にするまたは改善するのに役立つ。低周波数におけるＲＦＩは、例えば、それらのより低い周波数で動作する他の送信機の数が増加することに起因して、より高い周波数におけるＲＦＩよりも悪化する傾向がある。

【0090】

上述したシステムおよび方法は、ターゲットの評価（例えば、航空機のミッション制限または性能の評価）を容易にするのに役立つ。また、上述したシステムおよび方法は、例えば、特定のタイプの航空機などの特定のターゲットに関して、レーダシステムの性能を評価するために使用され得る。
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
オブジェクトのレーダ断面積を測定する方法であって、
１つまたは複数のレーダパルスを前記オブジェクトに送信することと、前記１つまたは複数のパルスの各々は、所定のパルスプロファイルを有し、
前記１つまたは複数のレーダパルスの各々について、パルスリターンを測定することと、前記パルスリターンは、前記オブジェクトによって反射された前記レーダパルスであり、
前記所定のパルスプロファイルを使用して、前記測定された１つまたは複数のパルスリターンをデコンボリューションすることと、
前記デコンボリューションされた１つまたは複数のパルスリターンを使用して前記オブジェクトの前記レーダ断面積を決定することと、
を備える、方法。
［Ｃ２］
前記送信された１つまたは複数のパルスは、所定の周波数で送信される、Ｃ１に記載の方法。
［Ｃ３］
前記１つまたは複数のレーダパルスを送信するための前記周波数を決定することをさらに備え、前記周波数を前記決定することは、複数の異なる周波数における無線周波数干渉のレベルを決定するために無線周波数干渉リスニングテストを実行することと、最小レベルの無線周波数干渉が存在する周波数を前記複数の異なる周波数から選択することとを備える、Ｃ２に記載の方法。
［Ｃ４］
前記１つまたは複数のレーダパルスは、レーダアンテナによって送受信され、
前記１つまたは複数のパルスリターンを前記測定することは、前記レーダアンテナからの複数の異なる距離で前記オブジェクトを測定するために前記レーダリターンをタイムゲーティングすることを備える、
Ｃ１～３のいずれか一項に記載の方法。
［Ｃ５］
正則化定数を決定することをさらに備え、前記測定された１つまたは複数のパルスリターンを前記デコンボリューションすることは、前記決定された正則化定数を使用して実行される、Ｃ１～４のいずれか一項に記載の方法。
［Ｃ６］
前記測定された１つまたは複数のパルスリターンを前記デコンボリューションすることは、Ｈ _ｆ を計算することを備え、ここで、

【数12】

であり、ここで、
Ｈ _ｆ は、前記オブジェクトのレーダプロファイルの離散フーリエ変換であり、
γは、前記正則化定数であり、
Ｐ _ｆ は、基準パルスの離散フーリエ変換であり、
Ｐ _ｆ ^＊ は、Ｐ _ｆ の複素共役であり、
Δｔは、時間期間である、
Ｃ５に記載の方法。
［Ｃ７］
スケーリング定数を決定することと、Ｈ _ｆ に前記スケーリング定数を乗算することとをさらに備える、Ｃ６に記載の方法。
［Ｃ８］
スケーリング定数を前記決定することは、較正プロセスを実行することを備え、
前記較正プロセスは、
前記レーダパルスを較正ターゲットに送信することと、前記較正ターゲットは、既知のレーダ断面積を有するオブジェクトであり、
前記較正ターゲットに送信された前記レーダパルスに関連付けられた較正パルスリターンを測定することと、
前記測定された較正パルスリターンのピークを識別することと、
前記識別されたピークにわたるレーダエネルギーをコヒーレントに加算することと、
前記較正ターゲットについての既知の較正レベルを達成するために前記加算されたエネルギー値に乗算される前記定数値を前記スケーリング定数として決定することと、
を備える、Ｃ７に記載の方法。
［Ｃ９］
前記正則化定数を前記決定することは、較正プロセスを実行することを備え、
前記較正プロセスは、
前記レーダパルスを較正ターゲットに送信することと、前記較正ターゲットは、既知のレーダ断面積を有するオブジェクトであり、
前記較正ターゲットに送信された前記レーダパルスに関連付けられた較正パルスリターンを測定することと、
前記較正ターゲットが位置していない前記測定された較正パルスリターンのセクションを識別することと、
前記識別されたセクションのノイズレベルを決定することと、
前記決定されたノイズレベルおよび前記測定された較正パルスリターンを使用して信号対雑音レベルを定義することと、
前記正則化定数の初期値を選択することと、
最大の信号対雑音レベルに対応する精密化された正則化定数を決定するために、前記正則化定数の前記初期値に対して最適化プロセスを実行することと、
を備え、
前記精密化された正則化定数は、前記測定されたパルスリターンの前記デコンボリューションにおいて使用される前記正則化定数である、
Ｃ５～８のいずれか一項に記載の方法。
［Ｃ１０］
前記最適化プロセスは、前記正則化定数についての可変値を使用して前記測定された較正パルスリターンをデコンボリューションすることを備える、Ｃ９に記載の方法。
［Ｃ１１］
前記最適化プロセスは、ニュートン－ラフソン法を実施することを備える、Ｃ９または１０に記載の方法。
［Ｃ１２］
前記方法は、前記１つまたは複数のパルスについてのパルス幅を決定することをさらに備え、
前記決定されたパルス幅を有する前記１つまたは複数のパルスが送信され、
前記パルス幅を決定することは、
初期パルス幅を有するレーダパルスを送信および測定することと、
公称最大信号振幅が測定されるまで、前記初期パルス幅を増分値だけ反復的に増加させることと、
前記パルス幅を、前記公称最大信号振幅に関連付けられた前記パルス幅に等しく設定することと、
を備える、Ｃ１～１１のいずれか一項に記載の方法。
［Ｃ１３］
前記方法は、
前記レーダパルスの前記送信中に前記オブジェクトを回転させることと、
前記測定されたパルスリターンを固定角度グリッド上に補間することと、
をさらに備え、
前記測定されたパルスリターンを前記デコンボリューションすることは、前記固定角度グリッドにおける各角度について実行される、
Ｃ１～１２のいずれか一項に記載の方法。
［Ｃ１４］
前記固定角度グリッドの角度ステップサイズが、最大離散フーリエ変換周波数に等しい、Ｃ１３に記載の方法。
［Ｃ１５］
オブジェクトのレーダ断面積を測定するためのシステムであって、
１つまたは複数のレーダパルスを前記オブジェクトに送信するように構成されたレーダ送信機と、前記１つまたは複数のレーダパルスは、所定のパルスプロファイルを有し、
１つまたは複数のパルスリターンを測定するように構成されたレーダ受信機と、前記１つまたは複数のパルスリターンは、前記オブジェクトによって反射された前記１つまたは複数のレーダパルスであり、
１つまたは複数のプロセッサと、
を備え、前記１つまたは複数のプロセッサは、
前記所定のパルスプロファイルを使用して、前記測定された１つまたは複数のパルスリターンをデコンボリューションすることと、
前記デコンボリューションされた１つまたは複数のパルスリターンを使用して前記オブジェクトの前記レーダ断面積を決定することと、
を行うように構成される、システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】