高仰角における対象を検出できる二次レーダ

本発明は、高仰角における対象を検出できる二次レーダに関する。

航空管制レーダは、一般に、水平方向と天頂との間にある全ての仰角をカバーするわけではない。レーダアンテナの位相中心の上の非カバーゾーンは、沈黙円錐と呼ばれる円錐を形成する。この沈黙円錐は、幾つかの航空管制レーダ機能に影響する可能性がある。

「エンルート(en−route)」レーダは、それらの最大放射方向における非常に長い射程によって特徴付けられる。交換の障害からそれらのレーダを解放することによる、高々度位置におけるそれらの設置は、この低仰角範囲の容量を利用する能力を保証する。これらのレーダにとって、沈黙円錐は、大きすぎると考えられ得る(例えば、民間飛行便の巡航高度(FL330)は、25kmで25°の仰角に対応する)。沈黙円錐はまた、空港レーダに対して問題をもたらす可能性がある。実際に、両方の場合に、沈黙円錐は、 − 高々度の飛行便に対する長期間の空白(エンルート構成)と、 − それほど長い期間ではないが、中高度を飛行する飛行便に対する空白(空港構成)と、 を誘発する。

従って、従来的には原則として、ATCレーダとも呼ばれる航空管制レーダのアンテナは、次の4つの目的を有するLVA(大型垂直開口)型のアンテナである。 − 「エンルート」使用(長い射程)のための大きな最大利得、典型的には5°〜10°の仰角間で27dBと、 − 精度を保証し、且つ汚染の影響を制限するための、方位角の狭いメインビーム(従来的には、8mのアンテナ幅に対応する2.5°)と、 − 空港構成において、数十メートルのタワーなどの近くの建物からの反射からアンテナを保護するために、地上に対する大きな低下、例えば0°〜−10°の仰角に対して1度当たり2dBの利得の低下と、 − 最後に、従来的には5°〜40°の長距離飛行(高度が安定している)用の準一定の、対象との送信又は受信レベルと、 である。

民間航空管制(ATC)セクタのアンテナは、航空監視へのそれらの適合のために、コセカント2乗放射パターンを示す。かかるパターンは、方位量子の単一探査において放射されるエネルギを垂直面において分配できるようにする。この放射パターンは、定高度軌道を示す対象用に、比較的一定した振幅の受信信号を取得できるようにする。図1は、この種のアンテナを用いて、ATCレーダのアンテナの典型的な利得を示す。より具体的には、それは、仰角によってパラメータ化された、且つ距離−高度図に投射されたアンテナ利得を曲線10によって示す。

これなどのコセカント2乗パターン用に、且つ定高度軌道で横断されるゾーンにおいて、アンテナ利得Gは、仰角βのコセカント2乗として実質的に変化する。つまりG(β)≒コセカント²βである。即ち、この利得の変動は、軌道のこの部分にわたる一定の受信信号レベルを保存するために、クロージングイン効果を補償する。更に、航空機の飛行上昇限度より高い高度における空域の監視を実行することは有用ではない。

実際には、沈黙円錐20は、どちらかと言えばアンテナの設計用の自由度として想定される。特に、要件は、どちらかと言えば約50°の仰角を超える保証されたフェージングに関係することになろう。図2は、従来のLVAアンテナの和経路21及び制御経路22を示す(それぞれは、それらのそれぞれの最大値に対して相対的である)。この図は、アンテナ利得が、高仰角(50°を超える角度)において急落することを示す。

従って、ATC界において用いられる現在のアンテナは、沈黙円錐における対象に対処するためには明らかに作られていない。

従って、ATCレーダに共通であるこの情勢を緩和するためのシステムレベルの解決法は、デュアルレーダ覆域を用いることに存する。かなり近くに一緒に存在するこれらの2つのレーダは、他方の沈黙円錐における検出をそれぞれ保証することを可能にする。

本発明の目的は、特に、この欠点を軽減することである。

この目的のために、本発明の主題は、和パターン、差パターン及び制御機能に割り当てられたパターンの3つの放射パターンを有するメインアンテナを装備する、沈黙円錐において高仰角で対象を検出できる二次レーダであって、前記アンテナに対応して、前記レーダが、 − アンテナと、前記アンテナ上に固定されて前記アンテナの後部に位置する後部放射素子とから構成された補助アンテナ装置と、 − 結合器であって、前記補助アンテナ装置が、 ・ 和パターン、差パターン及び制御機能に割り当てられたパターンの3つの放射パターンであって、前記制御パターンが、前記後部放射素子によって保証される3つの放射パターンを有し、 ・ 例えば60°〜90°の前記沈黙円錐を特徴付ける仰角領域において、その和パターンの最大利得を保証するように傾斜される結合器と、 を更に含み、 前記後部素子によって保証された前記制御パターンが、90°の仰角において、補助アンテナ装置の前記アンテナの和パターンの利得と等しい利得を示し、次に90°を超える仰角で最大利得を示し、前記結合器が、前記補助アンテナ装置の3つの放射パターンと前記アンテナの3つの放射パターンの結合を保証する二次レーダである。

補助アンテナ装置の前記アンテナは、例えばブーム型である。

補助アンテナ装置の前記アンテナの和パターンの位置は、例えば、前記アンテナの傾斜及びこれらの2つのアンテナ(前記アンテナ及び前記メインアンテナ)間の結合係数をそれぞれ変更することによって、前記メインアンテナのパターンに対して仰角及び利得において調整される。

補助アンテナ装置の前記アンテナの和パターンのフランクの峻度は、例えば、仰角素子の数を変更することによって調整される。

前記後部素子によって保証される制御パターンの位置は、例えば、垂直面における前記後部素子の傾斜を変更することによって、仰角において調整される。

前記メインアンテナは、例えば、広い垂直開口を備えたLVA型のアンテナ及び後部放射素子から構成される。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面に関連して続いて提供される説明の助けによって明らかになろう。

既に説明した、ATCレーダアンテナ利得の例示的な基本パターンである。

既に説明した、LVAアンテナの仰角における相対放射の典型的なパターンである。

Sモードで動作する二次レーダの例示的な現在のアーキテクチャである。

本発明によるレーダのアンテナの構造及び前記レーダへのその結合である。

本発明によるアンテナの例示的な実施形態である。

本発明に従ってアンテナを構成するアンテナの仰角における絶対放射の典型的なパターンである。

図3は、従来的には以下のものからなる、Sモードで動作する二次監視レーダ(続いてSSRレーダと呼ばれる)の例示的な現在のアーキテクチャを示す。即ち、 − 1030MHzの周波数におけるSSR/Sモード呼びかけ信号の放射、及び航空機に搭載されたトランスポンダから発生する1090MHzの周波数における応答の捕捉を保証する、一般にLVA型のSSRアンテナ1と、SSR機能のLバンドの3つの経路、即ち和経路Σ、差経路Δ及び制御経路Ω用の3つのRFウエハを有する標準回転ジョイント2と、 − 受動的冗長を保証する2つの独立システム(単に1つだけが表されている)を特に含むいわゆるMSSRキャビネット3であって、各システムが、SSR/Sモード処理専用の様々な機能を実行するキャビネット3と、 である。

MSSRキャビネット3は、送信機33のRF信号をアンテナ1のΣ、Δ、Ωパターンに、且つ相互的にこれらのパターンを受信機34に転送するためのRFユニット31を含む。各キャビネット3は、 − メインローブに存在する予測された対象に対して実行されるタスクの関数として呼びかけ信号を発生させる時空間管理部32と、 − 1030MHzの周波数でアンテナによって放射される呼びかけ信号を高出力RF信号に変換する送信機33と、 − 1090MHzの周波数における、アンテナによって受信されるRF信号を復調する受信機34と、 − アンテナのメインローブにおいて受信される応答の検出及び復号を保証する信号処理部35と、 − 基本検出(応答)に基づいて抽出されるブリップを形成する抽出器36であって、アンテナビームを管理するためのアセンブリ37の一部である抽出器36と、 を含む。

従来的には、MSSRキャビネット3はまた、一次及び二次処理、特に、 − 走査管理アセンブリ38内の一次及び二次ブリップの結合及びトラッキングと、 − 特にオフセット及び監視の管理と、 に共通の冗長資源を特に含むことができる。

キャビネットはまた、クライアントリンクとの冗長インターフェース39を含む。補助機能は、監視、ブリップオフセット及びトラック、並びに一次PSR、二次SSR/Sモード及びオフセット機能のパラメータ化を示すことによって、クライアントによるレーダの管理を可能にする。

Sモードにおいて、主として、航空機の動的管理は、 − 時空間管理部32及びブリップ抽出部36を含む、図3において矢印線30が横断する方位角ビームに関係するアクティビティに関するビーム管理部37と、 − 各航空機用の次のビーム走査におけるアクティビティのトラッキング及び予測を特に含む、図3において矢印線300が横断するアンテナ回転に関係するアクティビティに関する走査管理部38と、 によって制御される。

図4は、本発明によるATCレーダのアンテナ及びレーダへのその結合の構造を示す。有利なことに、本発明によれば、適応キットが、例えば図3に示されているアーキテクチャ型のATCレーダの既存のアーキテクチャに追加され、プロトコルが何であっても、沈黙円錐における全ての二次対象のトラッキングを保証可能にする。特に、このキットは、アンテナに適用される。それは、ブリップを抽出するための手段36に適用されたソフトウェア部で補足することが可能である。

キットは、例えば2〜4メートルの幅的に小さい寸法でもよい少なくとも1つのブームアンテナ41(典型的には高さ方向の1〜3の少数の放射素子しか含まない)、後部放射素子42、及び結合器43を含む。ブームアンテナ41は、結合器43によって同じ既存のアクセスポート上で(標準LVA型の)SSRアンテナ1に結合される。

修正は、 − アンテナ(機構、回転ジョイント、モータ…)の、又は − 送信及び受信チェーンのどちらのレベルにおいても必要ではない。

従って、本発明は、実施するのが単純で経済的である。

図5は、斜視図を介して、本発明によるレーダのアンテナアセンブリの例示的な実施形態を図4への補足として示す。このアセンブリは、 − メインアンテナを形成するSSRアンテナ1及びその後部放射素子12と、 − 補助アンテナ装置を形成するブームアンテナ41及びその後部放射素子42と、 から構成され、後部放射素子12、42は、続いて説明されるように制御機能に割り当てられる。

ブームアンテナ41は、同じ向きで、より正確にはSSRアンテナ1の前方に向けられてSSRアンテナ1の上に固定され、ブームアンテナ41は、SSRアンテナ1の向きに対して傾斜される。

SSRアンテナ1は、従来的には、放射バーアレイ51から構成される。LVA型のこのアンテナ1は、和、差及び制御の3つの放射パターンで動作するSSR監視用のATC市場の標準アンテナであってもよい。

放射バーからなる前面パネルの後部に位置する放射素子12は、特に、受信されるトランスポンダの地理的状況に関連して、SSRモード/Sモード用の制御機能を実行できるようにする。

ブームアンテナ41は、例えば、軍用レーダ用のIFFアンテナとしてしばしば用いられるブームアンテナであり、従って、LVA型のメインアンテナ1と同じタイプの放射パターン、即ち和、差及び制御を有する。

好ましくは、ゼロ利得値が、続いて説明される図6に示されているブームアンテナ41の和パターン63によって示されているようなメインローブの両側におけるフランクの急峻化を引き起こすことによって、そのメインローブに近くなるように、ブームアンテナ41は、少なくとも2つの仰角素子を含む。フランクの急峻化は、仰角アンテナ素子の数に依存する。

アンテナ41は、沈黙円錐においてその最大利得を適応させるように、且つちょうど90°を超える仰角及びまた40°未満の仰角の両方でその利得の最小化を保証するように、垂直面において傾斜される。

アンテナ41はまた、90°の仰角を超えて最大利得を示すために、同様に仰角において傾斜される図6で示されているその制御パターンΩ66専用の、後部に位置する放射素子42を含む。更に、ブームアンテナ41及び放射素子42の相互的な傾斜は、それらの利得が、90°の仰角に対して近いようにされる。従って、これは、ブームアンテナ41の方位角方向にはないトランスポンダをブロックすることを可能にし、従って、アンテナの後部で寄生応答を有するのを回避できるようにする。

結合器43は、ブームアンテナの和Σ、差Δ及び制御Ωの3つのパターンの結合を実行し、結合係数は、典型的には、25dB(ブームアンテナ41の和経路のパターン63の最大利得の値に従って調整される)と等しく、SSRアンテナ1の和Σ、差Δ及び制御Ωの3つのパターンを伴い、SSRアンテナの和利得安定状態(図6によって示されているように20°〜40°の仰角に及ぶ安定状態)未満の20dB程度の沈黙円錐における和パターンの最大利得を保証する目的を伴う。

既に挙げた図6は、SSRアンテナ1の和経路61用に、SSRアンテナ1の制御経路62用に、ブームアンテナ41の和経路63用に、且つ補助アンテナ装置の後部放射素子42の制御経路66用に上記のアンテナの仰角放射パターンを、横座標が仰角を表し且つ縦座標が絶対アンテナ利得を表す軸システムに示す。

これらのパターンによって示されているように、目的は、90°の仰角においてさえ、最大値未満の35〜40dB程度の最小利得を保証することである(高仰角の航空機は、必ずしも距離的に共に接近しているわけではなく、それらの検出に必要とされるアンテナ利得は、長距離航空機用のアンテナ利得より著しく小さく、典型的には35〜40dBである)。この目的は、ブームアンテナ41を傾斜させることによって達成され、この効果は、その仰角パターン、特にその和パターンを平行移動(横軸に沿った平行移動)させることである。ブームアンテナ41とSSRアンテナ1との間の結合係数の値は、利得を変更することによって、縦軸に沿ってパターンを更に調整することを可能にする。従って、パターンの位置の調整は、縦軸に沿った平行移動によって補足される。

従って、結合係数の値は、 − ブームアンテナ41によるSSRアンテナ1の汚染、即ち例えば40°未満の仰角で25dBを超える利得差異を回避するため、 ・ 伝送方向及び検出方向の非常に低い誘導損失を伴い、 ・ 方位角方向のビーム修正がほとんど伴わない、 − 高仰角における対象を検出する場合に、(空港レーダに典型的な)40°未満のより低い仰角の近い対象を「誤って伝える」ことによる汚染を回避するための両方のために定義される。

SSRアンテナ1とブームアンテナ41との間の和経路の利得等価ゾーン64は、約55°の仰角に典型的に位置する。この仰角値を超えると、ブームアンテナの利得63は、天頂までの和経路用の所望の最小の利得を保証するために、SSRアンテナ1の利得61より優勢になる。ブームアンテナ41の和経路63のパターンで送信されるレベルは、SSRアンテナ1の制御経路62のパターンレベルよりはるかに大きく、60°〜90°超の高仰角における対象がレーダの呼びかけ信号に応答することを保証することが検証され得る。SSRアンテナ1の後部素子12に関連付けられる制御経路62は、従来的には、90°〜180°の仰角用のアンテナの和放射パターン61の漏洩を通して呼びかけ信号を受信するトランスポンダのブロッキングを可能にする。

好ましくは、ブームアンテナの和放射パターン63は、沈黙円錐の外側のメインアンテナの放射パターン61を妨害しないように、幅が広すぎてはならない。ブームアンテナ41の後部に位置する放射素子42に関連付けられた制御経路66は、図6においてダッシュ65によって印を付けられた、90°の仰角を超える対象の応答の受信を回避できるようにする。SSRアンテナ1の制御パターン62に関する制御パターン66の仰角方向位置の調整は、後部放射素子42の傾斜を変更することによって、横軸に沿った平行移動により行われる。

従って、後部素子42を介してレーダによって送信される信号は、メインアンテナ1がこの対象の方位と反対の方向にある場合に、対象のトランスポンダのブロッキングを可能にする。この放射素子42の放射パターン及び向きは、この目的のために適合され、特に、最適なセッティングは、91°の前方におけるトランスポンダをブロックすることを可能にするべきである。

SSRアンテナ1及びブームアンテナ41の和経路の利得等価ゾーン64のまわりで、信号の位相的に未制御の再結合は、この図6の例において仰角方向に+/−5°程度、即ち+50°〜+60°のスパンにわたって検出損失を誘発する可能性がある。これらの誘発される影響を制限するために、2つの和経路61及び63によって1030MHzで送信される信号の整相を保証することが有用であり得る。

1 SSRアンテナ 2 標準回転ジョイント 3 キャビネット 12 後部放射素子 20 沈黙円錐 21 和経路 22 制御経路 31 RFユニット 32 時空間管理部 33 送信機 34 受信機 35 信号処理部 36 抽出器 37 ビーム管理アセンブリ 38 走査管理アセンブリ 39 冗長インターフェース 41 ブームアンテナ 42 後部放射素子 43 結合器 51 放射バーアレイ 61 SSRアンテナの和放射パターン 62 SSRアンテナの制御パターン 63 ブームアンテナの和放射パターン 64 和経路の利得等価ゾーン 65 ダッシュ 66 制御経路