JPH05501154A - 時間領域無線通信システム - Google Patents
時間領域無線通信システムInfo
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- JPH05501154A JPH05501154A JP2511830A JP51183090A JPH05501154A JP H05501154 A JPH05501154 A JP H05501154A JP 2511830 A JP2511830 A JP 2511830A JP 51183090 A JP51183090 A JP 51183090A JP H05501154 A JPH05501154 A JP H05501154A
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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】
□時間領域無線通信システム
発明の分野
この発明は一般に無線システムに関し、そこでは時間−間隔のζ 本質・的には
モノサイクル、がDCパルスから作られそして空間へ送信され、そこでは生じた
エネルギーバーストが、スペクトル強度が1本−質的に周りのノイズに没してお
りそしてしがしこれらのバーストに関連する情報が再生さ゛れ・るところの周波
数にしたがって分散され無線送信は従来周波数チャンネルの観点から主に行われ
てきた。従って、共存する無線通信は異なる利用者には、粋に同じ地域の、異な
る周波数または周波数チャンネルを指定することによって許容される。周波数が
制限されないところの通信を許容するそれは本質的にこの概念とは異質であゐ。
周波数をl111限しない応答の概念は既存の周波数占有サービスに大混乱を引
き起こすが、他方でそのような概念は真実でありそして、少な(とも理論的には
、無線スペクトルの重複使用は可能であるということは以前に示唆されている。
一つの示唆されたモードは、非常に短い、ナノセコンド程度のまたはそれ以下の
、無線パルスが広帯域のアンテナへ印加され、そのアンテナは短バースト信号を
送信することによって理想的に応答し、代表的には3から4の極性ロブからな吟
、そのロブは、エネルギーに似た、本質的に1llsに利用される無l5IIR
波数スペクトル11)上II (100M Hz )から、却ち、中1111G
Hz領域まで、を構成する。インパルス発生無線通信の基本的議論は論文題名°
時閏領域電磁気学とその応用−Pro eedlng 、of the IEE
E。
Vol、6,6.No、3.March1978に含まれている。この論文は特
に基本帯域レーダーに対してこの技術の採用を示唆し、5から5,000フイー
トのIINが示唆されている。注意されているように、この論文は1978年に
現れ、そして12年後の今でも、この技術の商用的な応用がほとんどなされてい
ないと思われる。
技術の理論的そして実験的検証から成功の欠如は主に幾つかの要因によるもので
あることが明かとなった。一つは、送信される極めて広い帯域の周aIkをアン
テナに実質的に要求する。アンテナは一般に制限された周波数帯域で紋針されて
おり、そして伝麓的には周波数の変更をしたときには、異なるアンテナまたは異
なるディメンジーンのアンテナが必要になる。このことは広帯域のアンテナが、
一般的に、存在しないということを言うべきではなく、出願人はビーコン、ホー
ン、そしてログ周期形式を含む多くの形式を検証しそしてインパルス無線おヨヒ
レーダー使眉が研究所を越えて広がるのt W #! l: するところの実用
的なアンテナを誰もまだ提供していないと い う こ と を決定 し た。
無線に対してインパルスまたは時間領域技術の採用を悩ませる第2の問題はモノ
サイクルバーストが、特に周りの輻針の高いレベルの存在下で、殆ど何処でも作
り出す広いスペクトラムの存在を有効に受信しそして検出するということである
。理想的には、必要なアンテナは本質的に送信されたスペクトラムを再生し、そ
してそれが与える受信器は打ち勝たねばならない高いノイズレベルにもかかわら
ず利用されることを可能にするところの特別な性質を持っている。出願人の参入
以前の技術の状態は理性のない力ずくの検出の、しきい値またはタイムしきい値
ゲート検出の、採用を含んでいた。しきい値検出は単に選定しきい値レベルより
も高い信号の通過を可能にするだけである。この接近の手法のwRIIIは周り
の信号を越えるに充分な振幅の48号を発生するならば、後者を発生する既存の
無線サービスは受容し難いくらいに妨害されるということであゐ。幾つかの理由
のために、信号の含まれた広いスペクトラム、例えば、 50 M Hzから5
GHz程度、によって作られたバイアスのためにたぶん、一様な検出の可能性は
不可能であると考えられてきた。
従って、上記の全ての間層を解決しそして出1人の観点では、その採用への そ
して、重要なことに、通信、テレメトリ、ナビゲーシ■ン、そしてレーダーを含
む、無線の全ての重要な電磁モードへの採用の、実際的障壁を取り除くところの
完全なインパルス時間領域通信システムを提供することがこの発明の目的である
。
発明の概要
アンテナ間層に関して、出願人は本質的に印加したり。
Cパルスをモノサイクルに変換するところの真にパルス応答のアンテナを決定し
た。それは普通のバット状アンテナの完全に反対であるところのグイポールであ
りそしてそこではグイボールの2つの三角形の素子はそれらのベースにZ接に隣
接して位置しておりそして2つの三角形素子の頂点間の線で分割されたベース上
の隣接点で駆動される。この分割線は2りの三角形素子のサイドまたは高さを表
示する。
更なる考察として、過去のパワー抑止は一般的には送417ンテナへの2から3
百ボルトの印加信号電圧の適用にtl+ @されていた。ここに間層があり、2
つの金属電極間にサントイ7チされたダイヤモンドのような、普通の絶緯クリス
タル1;よって形成されるところの送信器スイッチによって解決され、その金属
電極はアンテナの素子へ密接に結合されている。この材料は導電的な、またはよ
り抵抗の少ない、状態へ光の適当な波長ビーム、ダイヤモンドの場合は紫外線、
でそれを励起することによってスイッチされる。このようにして、非金属のトリ
ガー通信線は輻射′をピックアップしそして輻射するところのアンテナになり、
反対にアンテナに結合する信号を生じそしてそれから輻射された信号を妨害し1
両方のそれは信号のバーストの長さを引き延ばす傾向にあり、明かに反対の効果
である。
無線受信器に関して、類似の受信アンテナは代表的に上述の通信のために用いら
れたそれに採用される。第2に、送信された信号のそれに整合した時lII!信
号は、通信またはテレメトリにおけるように、受信信号がち検出されゐか、 ま
たは、例えば、 レーダーの場合のように、送信器から直接に受信されるかの何
れかである。そのとき、整合した時間信号は、代表的に簡単な半サイクルのエネ
ルギー、選択範囲でターゲットの変調または位置を決定するために受信信号と混
合されるかまたは乗算される。
更に、送信されたバースト信号は時間で可変(通信またはテレメトリのために変
調パターンに付加して)される、このことはシステムの安全性を非常に高めそし
て全部ではないが、はとんどの周りの信号、即ち、送信された“バースト信号と
同期していない周りの信号、有効なすぐに到達しうる信号、がら信号を区別する
。このことはまたより早い繰り返し率のレーダーの採用を可能にし、そのレーダ
ーは、変化またはブザー(震え)のない、継続する送信からの反射とそれ故の範
囲の閏のように範囲の曖昧さを作り出す、バースト信号は階段電圧変化が図示の
ようにそしてここで議論されたようにインパルス応この発明の更なゐ特徴として
、バースト信号の織り返し率は、例えば、100MHz、またはそれ以上、と全
く大きく、このことは非常に広い周波数分散を可能にし、そして与えられた全パ
ワーレベルに対して、どの周波数のエネルギーも極めて小さく、既存の無線周波
数ベースサービスの妨害の問題を取り除く。
この発明の更なる特徴として、移動しているターゲットは信号の混合と二重積分
に続くバンドパスフィルタによって検出される。この後のモードのときの発明の
更なる特徴として、受信の2チヤンネルが採用され、そこでは入力信号は選択範
囲、または時間の、局所的に発生された信号によって乗算され、そして同じ入力
信号は、僅かに遅れた、別のチャンネルの局所的に発生された信号と混合され、
その遅延はモノサイクルの時間の172程度である。このことは分離したシリー
スの通信を採用することなくターゲットの区別を行う。
この発明の別の特徴として、多重輻射器または受信器は、そこではそれらの結合
した効果が感知された(または送信された)出力の時間で変化しており、アンテ
ナの面に垂直な通路を強調するためかまたは選択された信号遅延通路によって行
われた垂直通路に向けられた通路相殺を生じるためにアレイ状で採用される。
この発明のまだ別の特徴として、無線アンテナ素子は反射器の前面に位置づけら
れ、そこでは素子と反射器の距離は素子または素子等から反射器への通信の時間
に従っており、その距離は代表的には3インチで、これはほぼ9インチの素子の
チップからチップの長さである。
図面の簡単な説明
第1[10は時間領域システムの結合ブロックダイヤグラムである。
第1bllElは第1IIで示される送信器の出力段の別の形のダイヤグラムで
ある。
第200はこの発明によりて予期された時間領域受信器のブロックダイヤグラム
である。
第3図は第1図と第1b因に示される回路の様相を図示している一組の電気的波
形である。
第4(Elは第2図に示される回路の動作の様相を図示する一組の電気的波形で
ある。
第5図はこの発明に一致して構成された基本的なレーダーシステムを図示する電
気的ブロックダイヤグラムであ る。
第6図と第7図は発明に一致したアンテナの構成を図示している。
第6b図はこの発明に一致して構成されたアンテナの別の形である。
第8図と第9図はアンテナアレイをダイヤグラム的に示す。
第9亀図は別のアンテナアレイを示す。
第10−15図は信号通信を行うためにアンテナのチャージとディスチャージに
採用される異なるスイッチングアセンブリを図示している。
第16図は特に監督が容易なレーダーシステムを図示している。
第18図と第19図はターゲットの3次元の場所に対して送信と受信のアンテナ
の一般的配置を図示している。
第1図を参照し、そして先ず送信I!(10)を参照し、100KHzの基本周
波数は発振1812によって発生され、代表的にはクリスタル制御発振器である
。その出力は、パルス信号は、 174分周614に印加され、その出力に25
KHz、0−SV (ボルト)の第3IP!Iの波形Aで示されるパルス信号を
提供する。これからは波形へのアルファベットの参照はそれらの文字の同一によ
ってのみそれらを簡単に同定しそして更に、第3図の、図に参照しない、25K
I(z出力は一般の通信信号としてそして電源、16への入力として採用される
。後者は−104され、それは300VD、Cバイアスを送信器lOの出力段1
8の非−妨害バイアスに供給し、その送信器はまたj 5 KHzの率でキーさ
れている。
1/4分周!514の出力は信号、バイアスやとして採、用されそしてパルス位
置変調器22ヘキヤパシタ20を介して供給され4る。パルス位置度ll器22
はその1人力1’、、 111. :+4+24とキャパシタ26とからなるR
CFit路を、含んでおり、そのR,C回路は矩形波入力を婢形Bで小される
ほぼ三角波に変換し、その三角波は抵抗25を横切って比較1s28の非反転入
力へ印加される。選択または参照の正電圧は、キャパシタ27でフィルタさ−れ
、キャパシタ28の非反転入力へ印加され、その正電圧はり、Cバイアス電源3
0の+5v端子29から抵抗32を介して供給される。従って、例えば、波形C
で図示されるように非反転入力に正にバイアスされた三角波が現れる。
比較器28の実際の導通レベルはキャパシタ36を介しで、抵抗37を横切って
、キャパシタ28の反転入力へ供給された入力信号によって決定され、抵抗38
を介してそして抵抗32を横切って電11130がらバイアスされてる。結合信
号入力は波形りで図示されている。信号入力は、必!ならば、増幅器35によっ
て増幅された、マイクロフォンからの可聴音出力である。別の例として、スイッ
チ39を閉じると、可聴音出力と信号オフセットまたはブザー(震え)の合計が
、信号発生B33の出力によって提供され、信号は抵抗41を横切って合計され
ている。4M号全発生器331例えば、サイン、パイナ1ハまたは他の信号を提
供し、そして図示されるように、。
バイナリ信号A゛を提供するとしてラベルされている。
かよ、うに、発生t33は零電圧と幾らかのディスクリ、−ト電・圧の間で変化
する一連のディスクリート電圧パルスとしてバイナリ信号電圧を提供し、その一
連の、ディスクリート電圧パルスは、文字、または数値、または単にランダムな
ものを表わしている。このように記述された入力結合によって、比較器28の出
力は三角波40(波形E)が有効変調信号42よりも高い値であるときに正の飽
和レベルに上昇しそして変調信号42が三角ai40よりも大きい値であるとき
に負の飽和レベルへ下降する。
比較器28の出力信号は波形Fで示され、そしてその作用は情報信号とブザー信
号の関数としてこの波形で示されるパルスのターンオンとターンオフとを可変す
ることである。かように、振幅信号でパルス位置変調が行われる。ブザー信号は
時間位置の付加されたディスクリートパターンが送信信号に含まれることを可能
にし、それを受信しそして変調するために、ブザー信号が正確に再生されること
を要求している。
比較器28の出力信号に関して、その負に向かう後端44の採用することで利益
があや、そしてこの後端は信号変調の関数として時間位置が変化するということ
は注意されるべきである。°波形Fでの“この後端は0オン”モノ、または単安
定マルチ46をトリガーし、その単安定マルチはほ
ぼ50ナノセコンドの゛オン゛時間を持っており、そしてその出力は波形Gで示
される。説明上、関連波形の前端または後端が適正に整列される一方で、 (g
隔が40マイクロセコンドの、破履で示されるように)パルス幅と間隔はスケー
ルに関係しない。よって、パルス波形Gの前端は時間的に後端44(波形F)に
相当しそして波形Gのパルス間の平均時間内のその時間位置は入力変調信号の比
Waへの関数として可変される。
単安定マルチ46の出力はトリガー増幅器として作動するNPN トランジスタ
のベース入力へダイオード48を介して抵抗50を横切って印加される。それは
抵抗54.9111f、1. 5Kt−A、I介して、 5Vti130の+5
v端子29からそのコレクタヘバイアスされている。はぼQ、1mfのキャパシ
タンスを持っているキャパシタ56はトランジスタ52のコレクタと接地との閏
で接続され、全バイアスポテンシャルがトランジスタを横切ってその主要なター
ンオン間に、50ナノセコンド間に、現れるのを可能にしている。トランジスタ
52の出力はトリガートランスの一次*aへそのエミッタと接地との間で結合さ
れている。加えて、 トランジスタ52はコモンエミッタ配列で接続されたアバ
ランシェトランジスタを経由してコレクタ負荷抵抗を経由してトランス60を駆
動tろ。急峻な前端でトランス60を駆動するためには、アバランシェモード作
動トランジスタが理想的である。 トリガートランス60の同一の二次巻線62
と64はNPNアバランシェ、またはアバランシェモード作動の、パワー出力段
18のトランジスタ66と68ヘベースーエミフタ入力な別々に供給する。2が
示されているが、適正′に結合されればlでも3以上でもよい。
アバランシェモード作動トランジスタ66と68では、そのようなモードは、例
えば2 N z z z z、特に金属製缶を持つ、とラベルされた多数のタイ
プのトランジスタで可能である。参照されたアバランシェモードはときどき第二
次ブレークダウンそ−ドとして参照されそしてトリガー°オン°されると、それ
らの抵抗値は急激に低く(内部的には光の速度に近く)なり、そしてそれらはコ
レクタ電流が充分に低下し導通をカットオフ(2から3マイクロアンペア)する
までこの状態に留まる。他のトランジスタ、タイプ2N4401のような、はま
た信頼できるアバランシェ特性を示す。
図示されているように、インパルスアンテナ200はDCII6Sによって抵抗
67と69とを介して上で議論されたようにトランジスタ66と68のアバラン
シェ電圧の合計であるところの全電圧ヘチャージされる。抵抗67と69は共に
上述のようにトランジスタ66と68がバイアスされるのを可能にするところの
抵抗値を持っている。相対的に低い値の抵抗値71と73はアンテナのカットオ
フ周波数以下のエネルギーを受信するように調整されている0作動に於て、パル
スがトランス60の一次巻線へ印加されると、 トランジスタ66と68は、抵
抗71と73を介して、アンテナ素子204と206を介しも 有効にシ鐙−ト
し、ターンオンされる。アンテナ200は波形Hで示されるモノサイクルの一般
波形を本質的に送信するためにパルスを微分すゐ。
第1b図は送信器出力段の別の実施例を図示している。
光応答アバランシェトランジスタ63、例えば、2N3033、を採用している
ということで第1a図に示されるものと変化している@ IIIX+1)コンポ
ーネントは類似の数値の設計で第1図に示されるそれへがしかしサフイクス゛a
0の付加で設計される。トランジスタ63はレーザーダイオードまたは急速ター
ンオンLED (光放出ダイオード)61によって、第1y+1に示されるよう
に一般に作動するアバランシェトランジスタ52によって順に駆動されて、 ト
リガーされる。光活性アバランシェ京たは他のアバランシェモード作動半導体ス
イッチ(現在存在のまたはまもなく出現の)、または一連のそれらの結合によっ
て、電fi65に対する電圧は数KV範囲に上昇されるので、本質的に好ましい
だけの高いパワー出力を可能にしている。この点で、そしてこの発明の特別な特
徴として、光トリガーされる。ガリュウムひ素、アバランシェモード作動スイッ
チが採用されている。
第1図に戻って参照すると、モノサイクル作製アンテナ200の出力は、素子2
04と206とを備え、代表的には離れた空間へ送信されそして代表的には類似
広帯域アンテナ、例えば、第二の場所での受信器のアンテナ200(第2図)に
よって受信される。
第2図は時間領域信号を受信し検出するように特に適合された無線受信器を図示
している。加えて、特別なオフセットまたはブザー信号、アナログまたはデジタ
ル、例えば第1図に示されるバイナリシーケンス+A+発生器33によって提供
されるような信号、と混合されている情報を検出するためのシステムを図示して
いる。第1図のスイッチ39は閉じておりそして送信器10によって送信された
信号はマイクロフォン34からの情報信号がバイナリシーケンス゛A″発生器3
3の出力と合計されているところのものであり、そして送信器10のパルス位置
出力はパルス位置が情報信号とオフセットまたはブザー信号の両方の関数である
ということは説明上前提となっていゐ、かように、送信された信号はパルス位置
変調信号として記述され、バイナリシーケンス+A+の時間オフセットパターン
によって行われるパルス位置の変化に従っている。
送信a10からの送信された信号はアンテナ200(第1図)によって受信され
、そしてこの信号は2つの基本的回路へ、復調回路222とテンプレート発生器
224へ、与えられる。このシステムに一致して、送信された信号のレプリカは
、波形H(第4111)は、受信信号の検出に採用され、基本的検出はマルチプ
ライヤまたはマルチプライイング混合器226で行われる。最大の応答のために
、テンプレート信号は、第4図の波形T1のように再生されろか、更に記述され
るように、入力と位相が近い混合器へ印加されねばならない。それは変調の関数
として第6図の波形で感知し得ない大きさだけ異なっており、代表的には1ナノ
セコンドパルスに対して、はぼ200マイクロセコンドのスイングを、生じる。
このような近い同期を行うために、テンプレート発生器224はクリスタル11
1Ialtで電圧II @lの発振器227を採用し、その発振器は受信信号に
したがりてその作動を同期させるところの制御電圧によって作動される0発振器
227は送信器10の繰り返し亭よりも高い周波数で動作し、そしてここでその
出力は周波数分周器230によって25KHzの動作周波数へ分周され、送信4
!10の分局器14の出力に等しくなる。
バイナリシーケンス+A0発生a33によって提供されたそれに一致しているブ
ザーのパターンを導入するために、類似の発生器228はバイナリ変化電圧をプ
ログラマブル遅延回路232へ供給し、そのプログラマブル遅延回路は情報変調
が付加されたときに第11!lのバイナリシーケンス+A°発生#s33によっ
て生じたものに相当する遅延パターンを分局器230の信号出力へ印加する、か
ように、例えば、このことは数4.2.6、そして8を意味する8ビツトバイナ
リ語であり、同じパターンはバイナリシーケンス+A+発生833によって発生
されそして送41 al 10によって送信されてきた。これは繰り返すバイナ
リパターンであることが前提である。従って、プログラマブル遅延232が先ず
それが4つのユニットによって分局器230から受信するパルスを遅延させる。
次に、同じことは数2そして等に対して、 4つの数字のシーケンスが完成する
まで、行われる。そのとき、シーケンスはスタートする。バイナリシーケンス発
生器が同期して作動させられるために、シーケンスのスタート時間は受4m器に
通信されねばならないが、または信号サンプリングが充分に多数の信号入力パル
スに対して、記述されるように、同期化システムの作動による同期化を確立する
ことである0mり返えしシーケンスが示唆される一方で、シーケンススタ、−ト
信号の送信とそれを検知し採用するための手段の受信器の準備とによってのよう
に、2つの発生器間の同期化がそんなに長くある必要がない、プログラマブル遅
延232tたはその出力に接続された二次遅延デバイスは付加的にそれが作動さ
れる関連回路に固有の回路遅延を取り除くために一般的回路遅延を提供する。ど
んなときでも、遅延232の遅延出力は、それはこれらの成分であるが、テンプ
レート発生器234の入力に提供され、そして第4圓の波形T1として図示され
る、送(I信号のレプリカを発生するために適用されている。差動増幅器246
は基本的に正しいまたは誤った信号を発振!!227へ印加す石ために必要とさ
れるDC電源を提供するために機能し、入力信号EAの平均時間と正確に位相が
あったレプリカ信号TIを混合器226へ提供されることができるようにしてい
る。
最も近い信号を発生するために、入力信号EAはテンプレート発生器234のテ
ンプレート信号出力の2つの間隔の、時間で、レプリカによって乗算される。こ
れらの第1は、TIとして示されるが、混合器236で入力信号EAによって乗
算されそして第2のテンプレート信号TIは混合器238で入力信号EAによっ
て乗算される。
第6@に注記されるように、T2はテンプレート信号T1の主ロブPの間隔の1
/2の期1IIIt!け遅延240によってイ@%T Iから遅延される。
混合6236の出力は積分器242で積分され、そしてその出力はサンプルホー
ルドユニット244によって遅延232でトリガーされるとサンプルホールドさ
れる。
サンプルホールドユニット24′4の出力は、入力信号EAとITIの積の積分
であるが、差動増幅器246の非反転入力へ印加され、M延232でトリガーさ
れゐと、サンプルホールド回路によってサンプルホールドされ、そして入力信号
E^とテンプレート信号T2の積分出力は差動増411器246の反転入力へ印
加される。 差動増幅6246の動作を検査するために、発振器22の出力の位
相が進んでいるならば、混合器236へ印加された信号TIとEiは位相がより
近くなり、そしてそれらの積は増大し、差動増幅器246の非反転入力への入力
信号の増大を引き起こすが、これに反して入力信号Eiに関するテンプレート信
号T2の進相作用は、それらの一致が減少し、混合M238の積出力の減少を引
き起こし差動増幅器246の反転入力への減少電圧入力を引き起こす。結果とし
て、差動増幅器246の出力は正の方向にX!動され、そしてこの極性信号は発
振器227が妨げるようにしている。正の方向の変化があるならば、結果は、差
動増1lII器246の非反転入力へよりもより高い電圧が反転入力へ印加され
ればされるほど、出力が減少し反対方向に発振器227を駆動するようになると
いうようなものである。 ターム+ n e a r” は、発振器227への
制御入力に印加されゐ前にローパスフィルタな介して差動増4@器の出力が通さ
れるということで用いられている。ローパスフィルタ253のカットオフ周波数
は非常に多数のパルスが位相シフト(例えば、10から下がってQ、0OIHz
)を生じるようにしているというふうにセットされてる。結果として1発振器2
27の応答は波形T1と波形TAが変調作用に関して位置が不変になるようにす
るところの出力を提供する。この制限を忘れないで、そして入カイ1号の同期検
出を獲得するため6;、テンプレート発生!234の出力T1は、テンプレート
と入力信号の主なロブの174期間に等しい期間だけ遅延され、これは入力信号
EAと共に信号TAとしてマルチブライイング混合器226へ印加される。
混合器226の信号入力で、単に如何なる信号も、またはノイズ信号もない場合
に、入力信号EAの間に、第41;示されるように正確に40. ミリセコンド
経過した時間があり、そして出力の最小時間変位が混合器22混合a226の信
号出力は積分器250で積分され、出力信号は増幅@252によって0.05の
因子だけ乗算される。増幅器252のこの1/2電圧出力は比較器254の反転
入力へ印加され、そしてこの電圧は積分器250のピーク出力の172を表す、
同時に、積分l1250の第二の出力は遅延256を介して比較!254の非反
転入力へ与えられ、これらの2つのユニットの可変動作に左右されない有効な比
較信号レベルを得るために増幅器252と比較器254の動作の安定化に要求さ
れる!!延である。比@!254の出力は入力信号EAの位置と共に変化する確
かな時間マーカーを表して臀−る、ローパスフィルタ253の故に、入力信号間
の平均間隔を表すところの遅延232の出力から提供されているセット入力がプ
リッププロップ258のリセット入力へ与えられ、かように、変調が時間を制御
するところの参照を提供している。フリ7プフロツプ258へセット入力として
提供される遅延232の出力によって関連づけられる。よって、例えば、プリッ
ププロップ258の出力はローパスフィルタ253によって命令される平均繰り
返し率に関連づけられた一定の時間で立ち上がる。かように、プリッププロップ
258の出力は入力信号の情報変調反映される時刻に零に戻される。我々は変調
と共に直接に変化するパルス幅ではなく一定振幅のパルス高さをもつ、7リツプ
フロフプ260の出力はローパスフィルタを介して与えられ、そのフィルタは信
号を信号をパルス幅変調と振幅信号変調から変換し、ラウドスピーカによって再
生される。
送信器10のバイナリシーケンス発生器33と受信器のバイナリシーケンス+A
+発生922Bとは本質的に同期して作動されると、送信器10の発生器33に
よって作用された時間位置の作用は信号に何等の変位作用を持たない。
上で示唆されるように、同期を確実にするために、バイナリシーケンス発生器、
発生器33、のスタート信号に関して送信器と受信器の間のシグナリングの形が
必要である。これは補助の送信!!または解読法によって行われ、そこでは受信
器のバイナリシーケンス発生器228の1つのに対するスタート信号が、バイナ
リシーケンス発生器33の1つのシーケンスの最後に提供される。これがないと
、フリーランニングモードでは、テンプレート発生H224による同期化が行わ
れ、その作動は短コードの、そして比較的に低いノイズレベルでは、比較的に短
く、長いコードに対して、またはノイズが問題である場合に、より長い期間が同
期化に必要になる。必要なところでは、受信ステーションは同期化が達成されて
ν1ゐという認知を元の送信ステーションへ逆に送信する。
前記のことから、出願人は通信に対して経済的なそして実用的な時間領域システ
ムを提供したことは評価されるべきである。単一の短パルス、例えば、ナノセコ
ンド、がパルス間が40マイクロセコンドである繰り返し率で送信されるシステ
ムが記述される一方で、より長髪−期間によって分離される一部のパルスが送ら
れるとし1うことを発明は予期している。変調に伴う多重位置シフトを検出する
ためにパルス間に単に空きがある一部として、例えば、8ビツトセツトが、送信
される。弧のはし1れつによりて、送信された情報信号は256倍にまで増大さ
れ、またはノイズから逃れることはこの技術と関連の技術によって本質的に改良
される。
第5rMはレンジを決定するためのこの発明のレーダーシステムを特に図示して
いる。インパルス応答の、またはインパルス、アンテナ200、または送信器2
39の第6a図に示されるアンテナ201は、僅かに離れた、o、osoインチ
、ベースを備えた三角素子AとBからなっている。ベースの長さと各素子のベー
スへ垂直な長さはほぼ4−172インチでそして第6と7国につし1て議論され
図示されている0代表的には、反射器は第8図に図示されるように使用される。
別の例として、第6図に示すように、ベースは2−174に減少され、そこでは
第6図に示されるように素子は半分である。しかしながら、重要なことは、供給
点から端部への通路の長さは両方とも同じであることである。
送信器は制御310によって基本的に制御される。送信信号バースト、例えば、
1秒間に10.000バーストの、タイミングを決定する送信シーケンス制御部
分312を含んでおり、その場合送信シーケンス制御312はリードに10.0
OOHzの出力を発生する0発振器316は高い率で、例えば、20MHz、作
動される。
送信シーケンス制御312の信号出力は送信器318の出力と受信器機能のタイ
ミングとの両方なMfHするためのマスターパルスとして用いられる実際のパル
スであるべき発振@316の特別なパルス出力を選択するために採用され石。発
振器316からの低いタイミング不確定の作動パルスを曖昧なくそして繰り返し
て選択するために、選択は制御312からの始動信号の後の発振器パルス間隔の
一部である0選択はDタイプフリップフロップ318.320、そして322を
採用する制御シーケンスを経て行われる。これはプリッププロップ318のQ出
力が高い状態へ移行するにし、そしてこの出力はプリッププロップ320のD入
力へ印加される。引き続いて、発振器316の出力はプリッププロップ320の
クロック入力に***を課する。そのときに、フリツプフロツブのD入力の高レ
ベルはQ出力へ移される。lI!1様に、フリッププロップ320のQ出力はフ
リ7ブフロツプ322のD人カへ提供され、そして発振器316がらのパルスの
次の前端はフリッププロップ322のQ出力が低くなりそして送信−受信サイク
ルの開始を始動するようにしている。
送信モードに対して、プリップフロップ322の非Q出力はアナログプログラマ
ブル遅延313へのそしてカウンタ315への入力として与えられる。カウンタ
315は、例えば、フリッププロップ322の非Q出カへ送られて選択された数
を1例えば、356、カウントし、そして耳びカウントを繰り返す、そのバイナ
リ出力はメモリユニット317.ROMまたはRA M、ヘアドレスとして与え
られ、そのメモリは数アドレス顛が、 またはランダムに選択された順で、数を
蓄積する。結果として、アドレスされると、ディスクリート出力数がD/A変換
器ユニット321へ与えられる。D/A(換器ユニット321はそのとき入力数
に比例したアナログ信号出力を提供する。この出力はD/A変換*aZtがらの
信号に比例した量だけブリップフロップ322がらのパルスの遅延に対してプロ
グラマブル遅延ユニット313を#!統的に作動させろために採用される。n延
のレンジは代表的にはパルス間の名目上の5タイミングであり、この場合、30
0ナノセコンド、そして実際には99ナノセコンドである。プログラマブルN延
ユニット31311’)NN、出力は受信する各パルスへ200ナノセコンドの
固定の遅延を提供する固定遅延ユニットへ与えられる。このような遅延パルスは
トリガー発生器323へ与えられる。トリガー発生aszs、例えば、アバラン
シェモード作動トランジスタ、は10.0OOHSの急速に立ち上がる電気的出
力または同様の応答の光出力、例えば、レーザーによる、駆動される送信器によ
って、を供給する。この発明の特徴と一致して、 トリガー発生8323は紫外
線レーザーである。どの場合でも、 トリガー発生器323のパルスは、例えば
、電気的作動のまたは光作動のスイッチ、 光ファイバ327を経た紫外線レー
ザートリff−デバイスに応答するダイヤモンドスイッチのような、スイッチ3
35に与えられターンオンする。
重要なことは、ナノセコンド以下でスイッチができなければならないということ
である。抵抗R1とR2を介して電−aBから、N 、t If、 100Vt
pら5OOOV、よ1)早くチャージされている、アンテナ200をディスチャ
ージするようにスイッチされる。
類似のインパルスアンテナzootたは200Jl (第6a図ンは、またはM
統的に開方、階段上の電圧変化をアンテナへ印加するスイッチアセンブリによっ
て、ターンまたはターンオフされる。トリガーされる時刻に短バースト信号32
9を本質的に送信することによって応答する。これらのバースト信号は第8と9
図に図示のアンテナ200の指向性または第1図のアンテナ200または第6a
[Klの200aで示される全方向性アンテナによって空間へ送信される。
送4M器319の近くまたは一緒に位置しており、例えば、送信アンテナのよう
な受信アンテナ200を経て、ターゲットからの反射信号は受信@326によっ
て受信される。受信信号は、増幅器328で増幅され混合器330へ与えられ、
供にテンプレート発生器332からの信号であり、遅延線336によって駆動さ
れ、それは、代表的には半サイクル出蟻、そして選択レンジのターゲットからの
信号の到着の予想時刻に一致している。
混合器330は2つの入力信号を乗算するために機能し、そして一致信号が在り
、類似のまたは非類似の極性一致信号とともに、 レンジのターゲットを示す、
意味のあるそして積分できる出力がある。混合器と続く回路は興なるレンジの後
で到着する信号に対して再使用され、このレンジまたは時間間隔は受信とレンジ
での積分に対して完全な処理の時間には充分である。付加的な類似の混合器そし
て続く回路セットは1つのセットに対して可能なその間のレンジセットを満たす
ために採用される。
ここでは目標は、真のターゲットが存在しないところで、積分によって与えられ
る多数の信号サンプリングに基づいたターゲットの存在または非存在を決定する
ことであるから、信号の受信時刻に相当する混合!!330によって受信された
信号の出現は振幅ばかりでなく極性もまた可変する信号を提供する。このシステ
ムは、タイムオーバーの一様な信号(a preponderince of
coherent signals)、時間領域通信のファセット、に応答して
、瞬時にではなく、ある時間間隔の後に、情報を決定するということは記憶され
るべきである。次に、テンプレート発生器は、受信されるべき有効信号ではなく
そしてそれと時間的に類似のまたは反対の極性関係を持っているテンプレート信
号バーストを発生する。上で示唆されるように、テンプレート信号にこの関係を
持たない受信信号は減衰させられる。1つの信号として、テンプレート信号は1
つの極性バースト信号でしかない。記述された時間関係を維持すると、有効な検
出を行うことができる。
説明上、送信アンテナ200または200aからの信号バーストに続く予期され
る信号反射に対する単一の時間スロットを注視することに関心がある。従って、
テンプレート発生器332は送信器の時間の関数として駆動される。これを行う
ために、コース遅延カウンタ335と微細な遅延をプログラムできる遅延線33
6が採用される。ダウンカウンタ335はリード338の制御入力に続いて生じ
る発振器216からのパルス出力、プログラマブル遅延ユニット313の出力、
の数をカウントダランする0発振器316から受信した後の多数のパルスはダウ
ンカウンタ335に於て制御1.310のリード340上のロードカウンタ34
1からの出力Xによってプログラムされ、そこではバイナリカウントがダウンカ
ウンタ335ヘロードされる制g4310に於て発生される。
例として、アンテナ200&からの信号の送信の17・5ナノセコンド後に生じ
る反射を注視することが良いとすると、このことを行うためには、発振as21
6のパルス出力の7、各パルスは50ナノセコンドの間隔、をカウントすること
を意味する〔 7゛ をダウンカウンタ335にロードする。そこでダウンカウ
ンタ335での350ナノセコンド遅延が達成され、がしかし遅延ユニット33
5によって注入された200ナノセコンドを減じると、送信アンテナ200また
は2001;よるバーストの送信の後でダウンカウンタ335の出力は150ナ
ノセコンドを生じる。175ナノセコンドの確かなタイミングを獲得するために
、付加的な遅延がプログラマブル遅延線336によって行われ、そのプログラマ
ブル遅延線はその7カウントが決められるとダウンカウンタ335の出力によっ
てトリガーされる。リードY上の制m310のロード遅延342によって普通の
仕方でプログラムされ、例として記載されるように、プログラマブル遅延線33
6を25ナノセコンドだけそれに供給された入力パルスを遅延させるようにプロ
グラムする。このようにして、送信アンテナ200によって送信された175セ
コンド後に、プログラマブル遅延M3’36はテンプレート発生器332ヘパル
ス出力を供給する。例えば、゛ 混合器330へ、正の半サイクルまたは矩形波
形パルスを、またはディスクリートシーケンス。のあるいはパターンの正と負の
脱線(ex ursions)を、供給するようにテンプレート発生器332は
時間整合されてい7る。
混合器330の出力はアナログ積分器350へ与えられる。テンプレート信号の
存在時間にテンプレート信号と受4M信号とのディスクリートネットの極性の類
似性または非類似性があるとき、テンブレート48号の期間゛を越えて有効に積
分するアナログ積分器35’Oは、ディスクリート電圧出力を提供する。受信信
号がそれに課せられたターゲット信号と供にバイアスされないならば、タイムベ
ース上に負の内容(content)と同じくらいに多くの正の内容を包含する
ことになり、そしてテンプレート信号で乗算されると、積はこの特徴を引継ぎ、
そして同様に、積分器350の出力には、負の場合と同じ程度に正の多くのディ
スクリート積がある。他方で、ターゲット信号内容と一緒に、1つの方向または
他の方向にバイアスがあり、即ち、1極性のアナログ積分器350の別のものよ
りもより多い信号出力がある。アナログ積分器350の信号出力は増幅6352
で増幅されそしてそれから、乗算プロセスと同期して、アナログ積分器350か
ら発するディスクリート信号はサンプルホールド354によって直接にサンプル
ホールドされる。これらのサンプルはそれから各サンプルをデジタル化するA/
D変換器356に与えられ、遅延ユニットによって提供された40マイクロセコ
ンドの固定の遅延の後でこのデジタル化を行う。遅延はサンプルホールドユニッ
ト354による処理に必要な時間を考慮している。いまやディスクリートな、デ
ジタル化された正および負の48号値はデジタル積分器362へA/DI換器3
56から与えられ、デジタル積分器は1つの極性または別の極性のネット電圧が
あるか否かを決めるためにそれらを合計し、そのような場合に、ターゲットが選
択レンジにあるということを指示する。多数の通信が、例えば、 lOl 10
0、または1000もの通信、シーケンスに行われるが、そこでは受信の同じ信
号の移行時間が観察され、そして類似通信の間に出現する如何なる信号もデジタ
ル積分器362で積分され、そしてこのようにランダムな極性の故に、有効に積
分することができない、周りの、非同期化信号、からの信号の再発見を可能にす
る。
レーダーユニットからの距離に従って信号反射の時間または距離位置が表示され
るようにする遅延線336(そして遅延[358)からの適正な信号によって時
間で同期化されたデジタル積分器362の出力はディスプレイ上に表示される。
第6図と第7図はアンテナ200の側面と正面を図示している。注意されるよう
に、アンテナ素子AとBは密接に隣接したベースを備えた三角形でありそしてス
イッチ225が示されるように素子のベースに密接に接続されている。例として
、そして上記されたように、各素子のベースはほぼ4−172インチでありそし
て各素子の高さはほぼ同じであるような1ナノセコンドまたはそれ以下で生じる
階段電圧変化を持っているインパルスから良質のバースト信号が輻射されるとい
うことがわかった。
別の例として、アンテナは、全ての場合に、第6a図に示されるそれと似ており
、その図では、アンテナ200aは半分にスライスされ2−174インチのベー
ス長さである。第6.7または6a図に図示されるアンテナの何れかは図のどれ
かのアンテナとして採用される。
第8と9国はアンテナアセンブリをダイヤグラム的に図示しており、そこでは、
マルチプル(mu l t l p 1 e)、この場合、 16、セパレート
アンテナ素子セット、例えば、アンテナ200のような、が採用され、各々はほ
ぼ3インチの距離離れた金属反射5200mの方に離れており、チップからチッ
プのアンテナ素子の長さは9インチである。アンテナは絶縁性のスタンドオフ3
00bで指示され、そしてスイッチ325(送信モード)は反射器300aの裏
面上にあるトリが一一によって与えられ、そしてこの位置を越えて送信線へ逆流
する如何なる空電輻射も効果的にシールドされる。多重アンテナはユニソンで(
In unison>作動され、即ち、全てのそれらはトリガーされ(送信の場
合)そして(受信の場合に)類似のタイミングで、結合され、その場合にアンテ
ナは全体としてアンテナアレイまたは反It器の表面に垂直なヴイユー(vie
w)または通路を持っている。別の例として、ビームステアリング(steer
ing)が好ましいところでは、結合によるタイミング、またはトリガーデバイ
ス(受信または送信)は変えられる。よって、例えば、受信の点で、役のアンテ
ナの全ての出力はlI似の時点で結合され、他の段の出方は全ての信号の最終的
な結合の前にM延される。I!!延はリード長さによって簡単に決定され、一般
に、多重効果はほとんど制限のない結合によって達成されうる。
別の例として、アンテナ素子は各素子が反射器を備えたまたは備えていないで駆
動される工ンドープアイヤ形式に配列されている。4つのエンド−ファイヤユニ
ットY1. Y2. Y3. そしてY4が採用されそしてコモン反射器の前面
に位置して第9JI[!Oと9b図に図示され配列されている。Nの例として、
反射器が取り除かれ、そして更に別の例として、吸収器がパック波を吸収するた
めにアレイの裏に置かれている。
第10図は送信するスイッチをダイヤグラム的に図示しており、そこでは基本的
なスイッチング素子はアバランシェモード作動トランジスタ400であゆ、その
エミッタとコレクタはJllll抗抵抗402してアンテナz。
Oのアンテナ素子AとBへ接続され、抵抗は、例えば、各25オーム(第61!
lに示されるアンテナには、2倍になる)である、アバランシェトランジスタの
トリが一才ンのときに、 トランジスタ400のアバランシェ作動点に一致して
い石ところの、DC電圧、例えば、 150Vにチャージされる。チャージはア
ンテナ素子AとBへ類似抵抗404を介してプラスとマイナス供給端子から行わ
れる。パルストランスの一次巻線は第smのトリガー回路323からのように、
トリガーパルスが供給され、そして二次41線はトランジスタ400のベース
とエミッタ間に接続されている。代表的には、 トリガーパルスの送信線は同軸
ケーブル410である。 トリガーオンされると、 トランジスタ400はアン
テナ素子AとBを短絡しそしてアンテナ200 (またはアンテナ200m)か
ら信号送信を供給する。
第11図は、この場合に、定電流源を経て、アンテナ素子AとBヘチャージ電圧
を印加する変更された形を示し、そしてそこではチャージ電圧はキャパシタ40
9を横切って同軸ケーブル4!2を介して供給され、そのケーブルはまたトラン
ス408へ、上述のように接続されて、 トリガー電圧を供給する。例えば、プ
ラス電圧は、遠隔地がら(示されない)、同軸ケーブル412の内部導体へ供給
される。この電圧は、それから同軸ケーブルの内部導体からパルストランス40
8と抵抗414、例えば、 IKオームの、を介してスイッチングトランジスタ
400(例えば、 150V)へ印加されるバイアス電圧を立たせる能力のあゐ
トランジスタ416のコレクタへ結合される。プラス電圧はまた抵抗418を、
例えば、220にオームの、を介してトランジスタ416のベースへ印加される
。定電流刺傷を行う制御回路は、キャパシタ422が横切っている、ツェナーダ
イオード420によって形成され、このツェナーダイオードはそれを横切って選
択された電圧、例えば、7−1/2Vをセットしている。この電圧は、それから
可変抵抗424を介してベースとエミッタ間の定電圧をセットするために、そし
てそこでトランジスタ41gのエミッターコレクタ回路を介して定電流をセット
する、例えばアンテナへ、ために、 トランジスタ416へ印加される。トラン
ジスタ400によるスイッチディスチャージの時間の保母90%内でアンテナ2
00上の全電圧チャージを行うようにセットされている。制御されたチャージ電
圧は抵抗406を介してアンテナ素子AとBへ与えられる。この場合、チャージ
、マツチング、負荷でいこう402はトランジスタ400とアンテナ素子AとB
の間に接続されている。
第12図はスイッチとして光応答素子、例えば、光応答アバランシェトランジス
タ424が採用され、別な例で、バルク半導体デバイス、またはダイヤモンドの
ようなりリスタル材料、バルク材料を横切ってスイッチング端子がある、スイッ
チとして採用される。電気的トリガーシステムの代わりに、ファイバー426が
、スイッチングを行う端子間の高い抵抗から低い抵抗へ急激な変化を供給すると
いうことを除いて、N動回路は第10図に示されるそれに類似している。
第13図は、光応答スイッチング素子424を、例えば光応答トランジスタ、備
えた定電流源を採用しているという点で、第11と12図の同友に類似してい為
。トリガー信号をもたらす同軸ケーブルはないので、バイアス電圧のために他の
手段が提供されねばならない。ある応用では、これはプラスとマイナス端子に高
い電圧源を提供するためにDC−DC変換器を備えたバッテリーである。
第14と第15図は多重スイッチング素子の採用を図示しており、実際に、抵抗
402とアンテナ素子AとBに直列の、コレクタとエミッタが接続された2つの
アバランシェモード作動トランジスタが各国に示されである。
注記されるように、 トリガートランス454のセパレートトランス二次巻線は
アバランシェモードトランジスタを別々にトリガーするために採用される。トラ
ンスの二次巻線は第1θ図に図示されるように同軸ケーブルを経て与えられる。
アンテナ素子AとB(200または2゜Oa)はプラスとマイナス供給端子から
ディスチャージの発生の間にチャージされる。第13図は付加的に第1Oと7図
に示され、る実施例に対して述べているように定電流源の採用を図示している。
実際に、第9図に示される同軸ケーブルを介して定電流源を与えるシステムは同
様に第14図に示される回路と一緒に採用される。
第16図を参照して、監視の容&さを意図し、そして特に、移動するターゲット
、特に人、の検出のための、レーダーシス、テムが図示されている。送信器50
0は信号発生器501によって発生される16MHzクロフク信号を含んでいる
。この信号はIMHzの出力信号を提出するために1716分周器402へ与え
られる。これらのl M Hz出力の一つは256をカウントしそして繰り返す
8ビフトカウンタへ与えられる。印加したアナログIII 114M号に比例し
た量だけ各パルスが遅延されるプログラマブルアナログ遅延ユニット506を介
して与えられる。D/A変換器509によってこのカウントに比例したアナログ
電圧に変換されそしてアナログ遅延ユニット506のW+ aX入力に印加され
るところの、カウンタ504からのカウントの大きさによってアナログ遅延ユニ
ット506は1111g4される。この配列によって、1/16分周!502か
らの各々のI M Hzパルスはディスクリート量遅延される。例えば、反射信
号の受信器510による充分な処理時間を可能にするために60ナノセコンドだ
け各パルスを遅延するところの固定N延ユニット508ヘパルスが与えられる。
固定遅延ユニット508の出力は、急速な立ち上がり時間のパルスを提供するト
リガー発生器512、例えば、アバランシェモ・−ド作動トランジスタ、に与え
られる。その出力は、第10と11図に回示さ゛れるアバランシェモード作動ト
ランジスタ、スイッチ514へ印加される。アンテナ20゛0(200a)は、
プラスとマイナス端子に提供された供給電圧を保持するところのキャパシタ50
7(第11図)から抵抗504を介して直接にチャージされる。
受信器510について考察すると、アンテナ512、アンテナ200玄たは20
0mと同じ、は信号反射を受信しそして混合5514へそれらを供給する。混合
1s514はアンテナ512からの受信信号をテンプレート発生器516からの
局部的に発生された信号とを乗算する。
テンプレート発生器516はアナログN延ユニット506と調整できる遅延ユニ
ット518のM延鎖回路を経てトリガーされ、その調整遅延ユニットは、1!定
遅延508によって達成された遅延と経過時間と選択されたターゲットからの時
間の合計に相当する時間でテンブレートイ8号の発生を達成するようにセットさ
れている。こん二うき514の出力は各テンプレート信号の期間に直接に積分す
る短タームアナログ積分器520へ与えられる。
その出力は、例えば、アクチブローパスフィルタであって、そして50ミリセコ
ンドの程度で、または、信号送信に従って、例えば、はぼso、ooo通信まで
も、積分する長ターム積分器522に与えられる。積分器522の出力は増幅器
524で増幅されそして調整ノ1イノでスフィルタ526を介してアラームへ通
される。この配列によって、移動するターゲットに相当するAC信号のみがフィ
ルタを介して通されそしてそのフィルタはターゲットに対するより低い速度制限
を確立するノ1イフィルタ526とターゲットのより高い速度を決定するローパ
スフィルタ528とからなっている0例えば、バイパスフィ ル タ 5 2
6 は 0. 1 フ ィ − ト / セ コ ン ド よ リ も 大 き
ν1速度でターゲットからの信号を通すようにセットされそして積分器−ロー
パスフィルタ522は50マイル/時間以下で移動するターゲットを表す信号を
通すようにセットされている。反射信号が同友のフィルタを通過するとすると、
アラームヴイジュアルが、作動される。
第17図は第16図の受信器610のフロント−エンド部分の変更例を図示して
いる。注記されるように、アンテナ200の2つの出力があり、1つはセパレー
ト混合6asoと652へ、混合器650はテンプレート発生器618からの出
力が直接に与えられ、そして混合器652は05ナノセコンド遅延ユニツト65
4によって0.5ナノセコンド遅延されるテンプレート発生MI618からの出
力が与えられている。混合器650と652の出力は短ターム積分器656と6
58で別々に積分される。各々のこれらの短ターム積分器の出力はセパレート長
ターム積分器460と462へ与えられ、その後でそれらの出力は差動増幅器6
64で結合される。差動増幅器664の出力はバイパスフィルタ626へ与えら
れ、そしてそれから、第16図について議論されたように、アラーム630へ与
えられる。別の例として、単一の長ターム積分器はその2つを置き換え、差動増
幅9664の後に置かれる。
この技術によって、幅広い境界の物体、例えば、樹、そして鋭い境界の物体、例
えば、人、の間の実時間の区別が達成される。よって、ある瞬間に反射成分がデ
ィスクリート信号を提供しそして後に、例えば、0,5ナノセコンド後に、何の
変化もないとすると、そのとき混合!650と652の出力に一定の差があるで
あろう、しかしながら、人の移動のような、変化が生じたときに、2つの異なる
時刻に生じる信号間の差に変化があり、モして差動増幅器564の出力に差があ
るであろう。この出力はバイパスフィルタ526(第12図)へ与えられそして
バイパスフィルタ526とローパスフィルタ52Bの要求に合致すると、アラー
ム530によって合図される信号のディスクリートな変化が現れる。
第16図に図示されるシステムによれば、速度の境界内そして作動の範囲内、I
k百フィートまたはそれ以上、での移動物体があるとき感知して、非常に感度よ
く検出し識別することができる。Mえば、lII定の選択されたペリメータ(p
erlmeter)のほぼ174−トノ範囲内の物体の移動は、作動の臨界でも
なくそして好ましい他の距離での感度を損なわないで、検出することができる。
事実、この特徴は、誤ったアラームをする:従来技術の基本的間層を軽#1.す
るとしてこのシステムの作動を一般に従来システムから区別する。このシステム
はビルディングの外での通行人には感応しない、他方、ビルディングに近付く人
を、または、ビルディングの内外で接近すゐ物体を、検出することが望まれるな
らば、レンジを関心のあるペリメータにセットすゐことのみが必要である。一般
に、壁は障壁ではない。事実、あるテストでは、積み重ねられた紙の4フイート
の厚さはべりメータ内でありな。このテストでは、ペリメータでのこの障壁の他
の餌の人の移動が検出された。
記述された作動は単一のペリメータを含んでいるが、簡単な手動のまたは自動の
調節によって、興なるレンジでのn1lllIを行うことができる。レンジは円
周のペリメータに従う、また1才指向性のアンテナ(反射器を備えたアンテナ2
00a)にまたはヤギ型アレイによれば、ディスクリートなアーク(arc)で
観測を行うことができ第18国は、例えば、 2oがら30フイートから数千フ
ィートの半径の領域をカバーする指向性作動の出願人のレーダーの応用を図示し
ている。この説明では、選定された中央の場所に移動アンテナ、非方向性として
垂直に指向した、または全方向性の、アンテナ700. が位置していることが
前提である。前に述べられたように、アンテナ、例えば、 200. はトリガ
ースイッチ送信器707によってパワーされる。奉−信号バーストが移動(tr
ansit)アンテナ200がら送信され石とすると、3609にそして空間へ
輻射される。ある選定された時刻では上述されたように、受信器708+ 71
0゜そして711は上述のようにテンプレート信号が与えられ、その確かなIl
閏に受信されている信号エコーを受信器がサンプルするようにしている。このプ
ロセスは増加的に増大するまたは減少する回Ik(t ime s)に対して繰
り返され、そして、移動回数のレンジを表す41号がメモリユニット712,7
14. そして716に蓄えられる。そのとき、各受信器に対するS動回数の組
合せの選択によって、三角化をなすものとして、メモリユニットから空間の特定
の場所を表す蓄積された信号を選択することは可能である。vL視のために、あ
るスキャンとの茅野スキャンから導かれた信号の結果はデジタル的に差し引かれ
、そしてユニットのレンジ内のある点での物体が新しい場所に移動すると、その
ときスキャン情報に差があるであろう。このことは何がが領域に入ったことを知
らせるであろう。一般にこのプロセスは、メモリユニット712、714、そし
て716を劃IO4し、そして引算をするためにメモリユニット712.714
、そして716から選択値X、Y、そして2を受信する比較器720を制御する
、齋き込み−読み取り11m718によって制御される。オシロスコープのよう
な、ディスプレイは、レーダーロケイションについて物体の変化の相対的な位置
を表示するために採用される。
第19rMは出願人の発明のレーダーシステムへの応用を図示し、そこでは、一
つの送信アンテナ、例えば、アンテナ200、があり、観測の方向についてディ
スクリートな平面位置に在り、第一の平面に平行な平面に3つのアンテナが在り
、そして第4の受信アンテナは第3の平面に位置している。そこで、送信アンテ
ナ404からの輻射、これはターゲットで反射されるが、通路長の差によって変
化する時間に4つの受信アンテナによって受信され石。厳密にインチに分解する
ために採用されることができるという出願人のシステムの独特の特性の故に、反
射から極端に詳細に分解することができる。送信するアンテナ804へ信号バー
ストを供給する送信器、例えば、200. による送信を制御800は指令する
。信号の反射はアンテナ806,808.810によって受信されそしてそれら
のアンテナは、例えば、視界の方向に一般的には垂直な平面に位置し、移動アン
テナ804が位置している平面がら離れている。第4の受信アンテナはff!視
界の方向に!ifiである第3の平面にありそして他の受信アンテナが位置して
いる平面から離れた平面にある。これによって、空間でのターゲットを、三角化
によって、位置づけるための手段が与えられ、そして3次元情報が表示できる充
分な信号情報が導かれる。受信器812.814.816.そして818がらの
受信信号は信号処理器と比較器とに別々に供給され、それは受信した全てのサン
プルをその受信時刻に従って蓄積するためのメそりを含んでいる。このデータか
ら、ターゲット特性、例えば、大きさそして反射性、 と同じように適正な情報
によって位置情報を計算することができる。以上のことからして、出願人があら
ゆる形式の通信が可能な完全なインパルスレーダーシステムを提供したというこ
とは評価されるべきで島ゐ。
特表千5−501154 (14)
FIG、3
;″°L−−−二−→−工→←几→←人→繁−−二一
Claims (19)
- 1.時間領域通信システムは以下の構成要素から成る。 無線送信器は以下のの手段から成る。 時間間隔の一連のパルスを発生するためのパルス発生手段、 一対の一般的には、二次元的に見たときに、三角形の輪郭をした素子からなるイ ンパルス応答送信アンテナそして対のベースは平行で製接している、D.C電源 該パルス発生手段に応答し、そしてDC電源に結合され、印加されたパワーと非 印加されたパワーとの状態の間の送信アンテナへのパワーをスイッチングするた めの該アンテナの該隣接ベースの間にある、そしてそこで一連の時間間隔のAC 無搬送バーストパルスを発生し、そしてそれらを自由空間へ送信するスイッチン グ手段 無線受信手段は以下の手段からなる 空間に在る該AC無搬送バースト信号から導出されろ、信号、受信信号、を受信 するための信号受信手段 該受信信号について時間−極性の等質性を保持する該テンプレート信号を提供す るための等質信号発生手段 該テンプレート信号と受信信号とを乗算しそして積信号を提供するための信号混 合手段該積信号の積分の選択された関数である積分信号を提供するために該積信 号に応答する積分手段該受信信号と該テンプレート信号との間の関係を指示する 出力を提供するために該積分信号に応答する出力手段。
- 2.請求の範囲1に記載のシステムであって、そこでは該等質信号発生手段は、 該AC無搬送バースト信号の該送信の発生後に選択された時刻に該テンプレート 信号を提供するために該AC無搬送バースト信号の送信の発生の時刻に応答する 手段と、そして該テンプレート信号の存在の時刻に相当する有限の受信信号の存 在を指示するための手段から成る該出力手段と、から成る。
- 3.請求の範囲1に記載のシステムであって、そこでは該パルス発生手段は以下 の手段から成る:再発生電気的パルスを提供するためのパルス手段一連の時間間 隔パルスを提供するために該パルス手段と情報信号の該源とに応答しそして少な くとも各パルスのディスクリートな端部は該情報信号の関数として時間位置が可 変である変調手段。
- 4.請求の範囲3に記載のシステムであって、そこでは該等質信号発生手段は、 該受信信号の受信の平均率で繰り返されるテンプレート信号を提供するために受 信信号に応答する手段からなり、そして該出力手段は、観測できる場合には、該 情報信号を指示するための感覚的に観測できる手段から成る。
- 5.請求の範囲4に記載のシステムであって、そこでは該出力手段は、可聴音の 再生器から成る。
- 6.請求の範囲1に記載のシステムであって、そこでは該信号受信手段は、素子 のペースが平行で隣接している、一封の一般的には三角形状の素子から成るモノ サイクル受信アンテナを含む。
- 7.請求の範囲1に記載のシステムであって、そこでは該スイッチング手段は、 アンテナスイッチングインビーダンスを含み、そして該スイッチング手段は、該 アンテナ素子を横切って直接に結合されている。
- 8.請求の範囲1に記載のシステムであって、そこでは該スイッチング手段は少 なくとも一つの光導通スイッチから成る。
- 9.時間−領域通信システムは以下の構成要素から成る広帯域アンテナ手段は、 電磁気信号を送信しそして受信するための少なくとも一つのダイポールアンテナ を含み、そしてそこでは一封の一般的には、平面で観察したときには、三角形の 素子から類に成り、そしてその対のペースは平行で隣接している、モノサイクル アンテナから成る少なくとも一つのダイポールアンテナがある無線送信器は以下 の手段からなる 一連の時間間隔パルスを発生するためのパルス発生手段 DC電源 パルス発生手段に応答しDC電源に結合されそして該送信アンテナへのパワー印 加の状態とパワー非印加の状態とをパワースイッチングするために該広帯域スイ ッチング手段のダイポールを横切って接続されそしてそれらを自由空間へ送信す るスイッチング手段無線受信手段は以下の手段からをる 空間に存在する大AC無搬送バースト信号から導出された、信号、受信信号を受 信するために該広帯域アンテナへ結合された信号受信手段 該受信信号について時間−極性等質性を維持するテンプレート信号を提供するた めの等質信号発生手段該テンプレート信号と受信信号とを乗算しそして積信号を 提供するための信号混合手段、そして該積信号の積分の選択された関数である積 分信号を提供するために該積信号に応答する積分手段該受信信号と該テンプレー ト信号の相関を指示する出力を提供するために該積分信号に応答する出力手段 少なくとも該スイッチング手段と該無線受信手段の群の一つは該モノサイクルア ンテナに結合されている。
- 10.請求の範囲9に記載のシステムであって、そこでは該パルス発生手段は希 望のパターンに一致して時間的に不規則に離れた該パルスを発生するための手段 を含んでいる。
- 11.請求の範囲9に記載のシステムであって、そこでは該パルス発生手段は情 報信号の関数としてり時間的に離れた信号を号生するための変調手段を含んでい る。
- 12.請求の範囲1に記載のシステムであって、そこでは該スイッチング手段は 以下の手段から成る:普通には高抵抗で光応答で低抵抗の材料の層該送信アンテ ナの該ベースの上のそして結合された一対の離れた電極 該電極間で非導通状態から導通状態へ該材料が転移するようを特性の材料の該層 へ光のデイスクリートな増加を印加するためにパルス発生手段に応答する光源か ら成るトリガー手段。
- 13.請求の範囲2に記載のシステムであって、そこでは該スイッチング手段は 該送信アンテナに隣接して位置している。
- 14.請求の範囲12に記載のシステムであって、そこでは 該スイッチング手段は該送信アンテナの該ベースに隣接して位置している;そし て 該システムは該トリガー手段から該スイッチング手段の該材料へ光を結合するた めの光管手段を含む。
- 15.請求の範囲12に記載りシステムであって、そこでは該材料がダイヤモン ドである。
- 16.請求の範囲3に記載のシステムであって、そこでは該パルス発生手段によ って発生された該パルスは時間間隔が不規則である。
- 17.請求の範囲16に記載のシステムであって、そこでは該パルスの間隔は不 規則に離れた時間間隔である。
- 18.請求の範囲1に記載のシステムであって、そこでは該等質信号発生手段は 該パルス発生手段の該パルス列に応答する。
- 19.請求の範囲2に記載のシステムであって、更に以下の手段から成る: 選択された範囲の周波数に応答する信号出力を提供するために該積分手段に応答 する帯域フィルタ;そして該出力手段は選択された範囲の速度内でそして選択さ れた範囲で移動するターゲットの存在を指示するために該帯域フィルタ手段の該 出力に応答する帯域フィルタ手段。
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