デジタルレーダシュミレーションにおいて三次元的な気象情報を実時間で発生させる方法、デジタルレーダ地表シュミレータ装置及びデジタルレーダ地表シュミレータ用の実時間高解像度気象チャンネル
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にデジタルレ−ダ−ランドマス（広い陸地）シミュレ−ション（ＤＲＬＭＳ）、特に、飛行シミュレ−ションのための多重チャネルデジタルランドマスシミュレ−タへのモジュ−ル的付加として、調整可能なパラメ−タ−を有するリアルタイムの三次元高分解能レ−ダ−気象シミュレ−ションに関する。特に本発明は、気象パタ−ンのデ−タコンプレッション／デコンプレッションに対する技術と、気象減衰及び後方散乱、さらに気象拡大に対する技術と陸地地図の重ね合わせのための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュ−タ−イメ−ジ発生（ＣＩＧ）は、オブザ−バ−が飛行機を飛ばすようなあるタスクを実行できるように、オブザ−バ−や訓練者に情景を与える視覚トレ−ニングシミュレ−ションに使われている。飛行シミュレ−タ−では、例えば望ましい“ゲ−ミング地域”の三次元モデルが、磁気ディスクあるいは類似の大容量記憶装置メディアに準備され、ストアされる。視覚シミュレ−タは、陰極線管（ＣＲＴ）あるいは、類似のディスプレイのような電気光学表示システムにイメ−ジ発生器を組み合わせている。イメ−ジ発生器は、ディスクから三次元デ−タのブロックを読み、二次元情景表示にこのデ−タを変換する。二次元デ−タは、ディスプレイを介してオペレ−タあるいはトレ−ニ−に与えられるアナログビデオに変換される。生成された像は、もしオペレ−タが実際にシミュレ−トされるタスクを行っていたとしたら、見ることのできる本当の情景を表わしている。ディスプレイイメ−ジの発生は、アメリカテレビスタンダ−ドにおけるように、１秒ごとに３０フレ−ムを意味するために普通に受け入れられる“リアルタイム”にあると言われている。ＣＩＧシステムは、ブル−スＪ．シャクタ−（Ｂｒｕｃｅ Ｊ．Ｓｃｈａｃｔｅｒ）によって編集され、ウイリ−インタ−サイエンス（Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ）（１９８３）によって出版された“コンピュ−タ−イメ−ジ発生”と称された本に詳細に説明されている。
【０００３】レ−ダ−シミュレ−ションは、パイレットの訓練のための重要な道具である。高解像度において近年のレ−ダ−には多くの進歩がある。一般的に、レ−ダ−は、他の物の間における暴風回避、障害回避、悪天候での航行、目標捕捉に使用される。従って、デジタルレ−ダ−ランドマスシミュレ−タ−（ＤＲＬＭＳ）は、リアルタイムでランドマスデ−タの大いな増加量を処理することができなければならない。デ−タコンプレッションとデ−タ検索は、新しい技術とハ−ドウェアが開発される必要がある重要な領域となっており、その新しいハ−ドウェアは費用がかかり、ＤＲＬＭＳに対して要求される高いスル−プットレ−トを支持する。
【０００４】ハ−ツ（Ｈｅａｒｔｚ）に与えられたアメリカ特許Ｎｏ．３，７６９，４４２は、デジタルデ−タランドマスシミュレ−タ−を開示している。そこでは、山脈や谷のような人工的特徴（ｃｕｌｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅ）と突起した地形特徴が、一連の関連したエッジによって表わされる。それぞれのエッジは、ｘ、ｙ、ｚ座標における二つの端の位置と方向とによって規定されている。このエッジ情報は、オンラインメモリにストアされる。リアルタイムハ−ドウェアは、その後エッジに沿ってデ−タの端点の間を補間する。この技術は、エッジが長い場合に良いデ−タコンプレッションを生成することができる。この技術は、突起した地形特徴を符号化するだけであり、レベル２の３０メ−タ−の解像度とレベル１の１００メ−タ−の解像度で地理的な区域をコンプレッションしない。その後のハ−ツの特許Ｎｏ．４，０１７，９８５は、次のようなシステムを表わしており、地形はエッジによって囲まれた多数の面で合わされる。径方向の帰引に沿った地形は、フェイスの交点によって計算される。大きいフェイスに対しては、コンプレッション率は高い。しかし、高解像度デ−タベ−ス対して、フェイスの数が、表示画素の数に近づく場合、フェイスに対してストアされたデ−タは、各ピクセルに対して他にストアされたデ−タを越えてしまい、このコンプレッション技術の利点は、減少する。
【０００５】他に、デジタル移動マップ表示で、デ−タコンプレッションと再構成技術を説明したものがある。デ−タ検索、コンプレッションと再構成の要求は、デジタル移動マップ表示とＤＲＬＭＳとの間で類似している。一つの例として、チャン（Ｃｈａｎ）他に与えられたアメリカ特許Ｎｏ．４，５２０，５０６は、人工的特徴のコンプレッションに対する修正された境界／足跡へのアプロ−チを説明する。その概要は、直線と区域デ−タを含んでいる人工的特徴のコンプレッションが、開始点と終点デ−タとその間の傾斜を知ることによって、ラインを作り出す技術に基づいていることである。その領域を囲むエッジを表わしている情報を知って、その領域を再構築するためにスキャンラインデ−タは、区域の左と右のエッジを有するスキャンラインの交点によって規定された端点の値を知ることに満たされることができる。区域とラインとポイントデ−タは、優先順位に再構成される。又、コンプレッション技術は、エッジの端点によって特徴デ−タをエンコ−ドすることである。大きなコンプレッションは、ラインが長く、表面が大きい場合に、達成されることができる。
【０００６】気象シミュレ−ションは、二つの要素、すなわち、気象マス（ｍａｓｓ）自身のレ−ダ−反射の後方散乱のシミュレ−ションと、気象による地形の減衰のシミュレ−ションを有している。一般的な気象レ−ダ−シミュレ−タ−は、飛行機の気象インジゲ−タ−表示、すなわち、地形反射なしのクラウド（雲）形成の後方散乱をシミュレ−トする。気象レ−ダ−のアンテナ形状はたいてい、ペンシルビ−ムであり、地上マップレ−ダ−は、コセカントスクエア型ビ−ムを有する。一般的な気象レ−ダ−は、降水雲の層厚を示す異なったカラ−を有する。例えばロバ−トのアメリカ特許Ｎｏ．４，６６７，１９９に明らかである。一方、気象シミュレ−ションを有するデジタルレ−ダ−ランドマスシミュレ−タ−は、気象の後方散乱と、地形／タ−ゲットの減衰という両方の要素を有する。
【０００７】デジタルレ−ダ−ランドマスシミュレ−タ−や多重レ−ダ−ビ−ムパスを有する３次元気象マスをシミュレ−トするための気象レ−ダ−における高度な気象シミュレ−ションは、性能では劣らないが、コストが高く、リアルタイムに達成することが難しく、かつ、それが与える訓練と飛行機のシミュレ−タ−の全体的コストの両方の点から、釣り合いを失っていると考えられている。気象をモデリングするいくつかの方法は、産業界で見られる。
【０００８】今日、マ−ケットのＤＲＬＭＳでシミュレ−トされた３次元気象マスは、簡単な多角形あるいは、幾何学的物体（例えばシリンダ−）としてモデルされる。処理はリアルタイムでなされたが、気象は人工的に表われた。ＤＲＬＭＳと気象レ−ダ−の両方に含んでいる他の物は、反射率と高さを有する地形と同じ気象を作った。従って、気象はボトムと高さに対する調整を有しない。シミュレ−トされた気象は、クラウドのトップから地形のトップに到達する。地形のトップとクラウドの間にギャップはない。カウドレイ（Ｃｏｗｄｒｅｙ）に与えられたアメリカ特許Ｎｏ．４，４９３，６４７に開示された気象レ−ダ−シミュレ−タ−は、強度とボトムとトップを有する気象セルのマップからなる気象マスのレ−ダ−反射のシミュレ−ションを示した。しかし、気象レ−ダ−シミュレ−ションでは、ＤＲＬＭＳによって要求されるような地形（気象を隠す地形）と気象との相互作用は、無視された。さらに、気象降水量、ボトムと高さは、調整できなかった。
【０００９】高適合度なリアルタイムマルチチャネルデジタルレ−ダ−ランドマスシミュレ−タ−は、私の前の特許Ｎｏ．４，８９０，２４９に開示されている。このシミュレ−タ−は、十分に高適合度な機上レ−ダ−シミュレ−タ−への簡単なショアライン応用のためのレ−ダ−をシミュレ−トするためのモジュ−ル構成を有する。しかし、気象効果（影響）、すなわち、気象による気象後方散乱と、タ−ゲットと地上マップの減衰は、シミュレ−トされなかった。必要とされることは、気象環境効果による変化を伴なう地上マップレ−ダ−をシミュレ−トすることである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的は、飛行シミュレ−タ−のデジタルレ−ダ−ランドマスシミュレ−ションにおける改良されたレ−ダ−シミュレ−ションを提供することである。
【００１１】本発明の別の目的は、高さとボトムと降水量のオペレ−タ−調整可能パラメ−タ−を含んでいる３次元気象シミュレ−ションを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】本発明の好ましい実施例によれば、気象シミュレ−ションは、私の事前の特許Ｎｏ．４，８９０，２４９に説明されるようなＤＲＬＭＳにモジュ−ルを加えることである。そのＤＲＬＭＳは、四つのチャネルシステム、すなわち、人工的地形（ｃｕｌｔｕｒｅ）、高度（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）、アスペクト（ａｓｐｅｃｔ）と気象（ｗｅａｔｈｅｒ）であり、気象チャネルは、選択機構である。すべての四つのチャネルは、気象にシミュレ−トされたレ−ダ−ランドマスシミュレ−ションを提供するために一体化される。本発明を私の前のＤＲＬＭＳに搭載すれば、気象シミュレ−ションハ−ドウェアは大きく減少され、適合度が増加される。この発明によれば、気象により地形とタ−ゲットが十分にあるいは部分的に隠され、そしてその逆も起こる。ＤＲＬＭＳでの従来の気象シミュレ−ションとは違って、気象マスは、３次元でシミュレ−トされる。すなわち、それは、ボトムと高さを有している。気象マスは、単一の幾何学的物体から作られない。天気図は、気象パタ−ンとしてシステムにロ−ドされることができ、気象パタ−ンを、拡大し、回転し、並進することができる。加えて、気象チャネルは、チャフと電波妨害パタ−ンをシミュレ−トするために使用されることができる。
【００１３】
【実施例】特に図１の図面を参照すると、私の事前の特許Ｎｏ．４，８９０，２４９で表わされるような、モジュラ−ＤＲＬＭＳシステムが示されている。そのシステムは、モジュ−ル設計によって特徴付けられ、そのシステムは、すなわち、北／南アスペクトチャネル、高度チャネル、反射率あるいは人工地形チャネル、及び気象チャネルの四つのチャネルからなる。それぞれのチャネルは、チャネルのコントロ−ラとして機能するマイクロプロセッサを含んでいる。特に、北／南アスペクトチャネルは、いわゆるハ−ドディスクあるいはウインチェスタ−ディスクドライブと呼ばれているダイレクトアクセス記憶装置（ＤＡＳＤ）１０２にディスクコントロ−ラ１０１を介して接続されたマイクロプロセッサ１００を含んでいる。高度チャネルは、ＤＡＳＤ１０５にディスクコントロ−ラを介して接続されたマイクロプロセッサ１０３を含んでいる。反射率チャネルは、ＤＡＳＤ１０８にディスクコントロ−ラ１０７を介して接続されたマイクロプロセッサ１０６を含んでいる。気象チャネルは、ＤＡＳＤ１１１にディスクコントロ−ラ１１０を介して接続されたマイクロプロセッサ１０９を含んでいる。マイクロプロセッサ１００、１０３、１０６と１０９は、例えばインテル８０８６マイクロプロセッサであればよい。これらは順番に、ロ−カルランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、他の支持バッファ−レジスタと、入出力（Ｉ／Ｏ）集積回路（ＩＣ）のみならず、基礎入出力システム（ＢＩＯＳ）、オペレ−ティングシステム（ＯＳ）とプログラムコ−ドとを含んでいる読取り専用メモリ（ＲＯＭ）によって支持されている。入出力集積回路は本発明の部分を構成しない。さらに、マイクロプロセッサ１００、１０３、１０６と１０９は、共有バス１１２に接続され、マイクロプロセッサの一つ、反射率マイクロプロセッサ１０６は、マスタ−コントロ−ラとして動作する。
【００１４】それぞれのチャネルのデ−タは、コンプレッションされ、ホストコンピュ−タ−システム１１４にストアされる。ホスト１１４は、例えばテ−プドライブを有するグ−ルド３２８７の汎用コンピュ−タ−であればよい。他の汎用コンピュ−タ−が使用できるが、このコンピュ−タ−は、そのスピ−ドのために選ばれる。そのデ−タは、それぞれのチャネルに対してホスト１１４による異なったコンプレッションアルゴリズムを使用して、オフラインでコンプレッションされ、ＤＡＳＤ１０２、１０５、１０８と１１１の対応する一つにストアされる。さらに、それぞれのチャネルは、共通のタイミングコントロ−ラとスキャンジェネレ−タ−回路１１５を占有し、四つのチャネルの同期を維持する。ホスト１１４は、点線で示されるように、ＤＡＳＤ１０２、１０５、１０８と１１１に通信リンクを介して直接接続させることができ、あるいは、ホスト１１４によって生成されたコンプレッションデ−タは、フロッピ−ディスケットあるいは、ある他の適した媒体を介してＤＡＳＤ１０２、１０５、１０８と１１１に供給されることができる。
【００１５】反射率チャネルデ−タは、ランレングスコ−ディングを用いて、すなわち、ストアされる２進数としてコ−ド化されるゼロのランを用いてコンプレッションされる。ランレングスコ−ディングは、一般にイメ−ジエンコ−ドのために使用されており、このタイプのコ−ディングの一般説明は、プレンティスホ−ル（１９８０）によって出版されたリチャ−ド・Ｈ・ハミング“によるコ−ディングと情報理論”と称された本を参照することができる。高度チャネルデ−タは、微分コ−ディング技術を用いてコンプレッションされる。すなわち、以前の高度における高度差を表わしている“キ−”が、コ−ド化され、ストアされる。これらの“キ−”は、ゲ−ミング区域の座標と関連付けられている。デコンプレッションは、従って、ストアされた“キ−”を読み取り、スキャン開始位置での基準高度から始まる違いを累算することである。アスペクトチャネルデ−タは、ランレングスと微分コ−ディング技術の組み合わせを使用して、コンプレッションされる。このチャネルでのデコンプレッションは、反射率チャネルと高度チャネルで使用された技術のハイブリッドである。
【００１６】デ−タ検索処理では、ＤＡＳＤ１０２、１０５、１０８と１１１のデ−タは、各マイクロプロセッサ１００、１０３、１０６と１０９の制御を受けて読み取られる。ＤＡＳＤからの読み取られたデ−タがコンプレッションされるので、そのデ−タは、シミュレ−ション処理に使用されることができる前にまずデコンプレッションされなければならない。このために、それぞれのチャネルには、専用デコンプレッサと、まずデコンプレスし、そして、再構成されたデ−タを一時的にストアするためのイメ−ジメモリが設けられている。従って、北／南アスペクトチャネルは、デコンプレッサ１１６と、北／南アスペクトイメ−ジメモリ１１７とを含んでいる。高度チャネルは、デコンプレッサ１１８と、高度メモリ１１９を含んでいる。加えて、東／西アスペクトデ−タは、高度デ−タから再構成され、デコンプレッサ１１８から東／西アスペクトイメ−ジメモリ１２０にストアされる。反射率チャネルは、デコンプレッサ１２１と、反射率イメ−ジメモリ１２２を含んでいる。気象チャネルは、デコンプレッサ１２３と、気象イメ−ジメモリ１２４を含んでいる。イメ−ジメモリ１１７、１１９、１２０、１２２と１２４は、時々“ピンポン”メモリと呼ばれている。その理由は、それぞれが二つの独立メモリとして考えられ、そのメモリによれば、次の読み出し／書き込みメモリサイクルに対してリバ−スされるようにデ−タがそのうちの一つに書き込まれ、一方他の物から読み取られるからである。
【００１７】各イメ−ジメモリの一つにデコンプレッションされたデ−タをロ−ディングするプロセス完了は、そのチャネルのデコンプレッサによりフラグをセットすることによって対応するマイクロプロセッサに示される。反射率マイクロプロセッサ１０６は、それ自身のチャネルデコンプレッション処理の完了のフラグを調べるだけでなく、またすべてのデコンプレッション処理が完了されたことを見るために共有バス１１２を通って他のチャネルも調べる。すべてのデコンプレッション処理が完了した場合、反射率マイクロプロセッサ１０６は、“ピン・ポン”メモリをフリップするためにすべてのイメ−ジメモリにメモリバス１２６の信号を送る。類似信号が、デ−タ検索と再構成処理の次のサイクルの開始を示すために他のマイクロプロセッサ１００、１０３と１０９に共有バス１１２で送られる。イメ−ジメモリ１１７、１１９、１２０、１２２と１２４のデ−タの読取は、タイミングコントロ−ルとスキャン発生器１１５によって共有アドレスバス１２６上で制御される。
【００１８】アスペクトコンピュ−タ−１２８は、イメ−ジメモリ１１７からの北／南アスペクトデ−タとイメ−ジメモリ１２０からの東／西アスペクトデ−タを受信し、表面法線を生成するためにこのデ−タを処理する。その時、アスペクトレ−ダ−反射を生成するためにレ−ダ−入射ベクトルと表面法線の間のベクトルドット積を計算する。
【００１９】高度イメ−ジメモリ１１９からのデ−タは、シャド−イングハ−ドウェア１２９に出力され、ハ−ドウェア１２９は、地形によるシャド−イングを計算する。コンバ−タハ−ドウェア１３０はまた、イメ−ジメモリ１１９からデ−タを受信し、地上範囲と地形高度から、距離を計算する。気象減衰ハ−ドウェア１３２は、トップとボトム、降水等の気象パラメ−タ−と距離とから気象による減衰を計算する。
【００２０】レ−ダ−数式ハ−ドウェア（ｒａｄａｒ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｈａｒｄｗａｒｅ）１３３は、アスペクトコンピュ−タ−１２８からの計算されたアスペクト、シャド−イングハ−ドウェア１２９からのシャド−イングと気象ハ−ドウェア１３２からの気象減衰と共にイメ−ジメモリ１２２からの反射率情報を集め、例えば、時間的感度調整器（ＳＴＣ）と、アンテナの形状とパルス長エラ−等の所定のレ−ダ−セットパラメ−タ−に対し合計レ−ダ−反射を計算し、気象による後方散乱と減衰効果を含ませる。タ−ゲットバッファ−１３４は、タ−ゲットジェネレ−タ１３５からタ−ゲットのアスペクト情報と反射率情報とを受信する。タ−ゲットジェネレ−タは、例えばモトロ−ラ６８０２０マイクロプロセッサを使用するマイクロプロセッサ基礎システムである。このデ−タは、ソ−タ−１３６によって適切な範囲位置で地形デ−タに挿入される。レンジビン（ｒａｎｇｅｂｉｎ）でのレ−ダ−反射は、ディスプレイインタ−フェイス１３８を通って陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイに出力する前に、ビ−ム幅インテグレ−タ１３７によって方位角ビ−ム幅に亘って積分される。もしディスプレイがラスタ−ディスプレイである場合、スキャンコンバ−タ（図示されていない）がディスプレイインタ−フェイス１３８の代わりに要求される。
【００２１】このシステムでは、自己位置、距離範囲情報などが、タ−ゲットジェネレ−タ−１３５から反射率マイクロプロセッサ１０６に入力される。マイクロプロセッサ１０６は、その時共有バス１１２を介して他のマイクロプロセッサ１００、１０３と１０９に情報を与える。それぞれのチャネルに対して、マイクロプロセッサは、デコンプレッションされたデ−タの関連タイル（ｔｉｌｅ）を検索し、対応するマイクロプロセッサのバッファにデ−タを提供する。それぞれのチャネルの専用デコンプレッサハ−ドウェアは、タイルのコンプレッションされたデ−タを処理し、そのタイルに対するグリッドデ−タを再生する。
【００２２】反射率デ−タは、４ビットの反射率にコンプレッションされたランレングスである。もしランレングスが２５６よりも大きい場合、より多くのワ−ドが、反復に対して必要とされる。１０２４×１０２４画素のコンプレッションされたデ−タタイルは、それぞれのチャネルのＤＡＳＤにおけるデ−タブロックにストアされる。それぞれのマイクロプロセッサは、そのＤＡＳＤからのコンプレッションされたデ−タを検索し、それをコンプレッションされたデ−タワ−ドをデコ−ドするデコンプレッサレジスタに転送する。反射率チャネルあるいは人工的地形チャネルに対し、上記のことが反射率値とランレングスに関してなされる。反射率デコンプレッサ１２１は、そして関連したランレングスに等しい画素数に対する同反射率を繰り返すことによって、画素当たりの反射率値を再構成する。
【００２３】本発明は、図１に示されるモジュラ−ＤＲＬＭＳの気象チャネルに特に関している。デ−タフロ−は、以下の通りである。デ−タベ−スジェネレ−タ１１４は、デジタル化された気象パタ−ンを取り扱っており、ゲ−ミング区域にすべての気象パタ−ンを含む気象チャネルディスク１１１にロ−ドする前に、それらをコンプレッションする。上述した反射率、高度とアスペクトチャネルにおけるように、天気図は、それらの地理的場所に対応するディスク１１１にロ−ドされる。ディスクからの気象パタ−ンは、ディスクコントロ−ラ１１０を通ってマイクロプロセッサ１０９によって検索される。コンプレッションされたデ−タは、マイクロプロセッサのメモリにロ−ドされ、デ−タのタイルは、反射率デコンプレッサ１２１と同じデコンプレッサ１２３によってデコンプレッションされ、イメ−ジメモリ１２４にロ−ドされる。もし気象パタ−ンの並進動作がある場合、マイクロプロセッサ１０９は、気象速度ベクトルを与えられ、気象パタ−ン動作の外観を作るために気象パタ−ンの地理的な場所をリアルタイムフレ−ム速度（２秒）で計算する。
【００２４】マイクロプロセッサ１０９とデコンプレッサ１２３からのイメ−ジメモリ１２４へのロ−ディングとデコンプレッション処理は、上述されたように反射率チャネルに類似している。しかし、気象処理のためのＤＲＬＭＳシステムには、いくつかの付加と変更がある。気象パタ−ンは、並進動作に加えて回転し、拡張するための能力を有することを必要とする。これは、スキャンジェネレ−タ１１５をプログラムすることによってなされる。気象パタ−ンロ−テ−ションに対しては、おいて、スキャンジェネレ−タ１１５が、スキャン角にデルタ角偏差を与えられるといったように、スキャンジェネレ−タ１１５が気象チャネルに対して修正される。従って、修正されたスキャン角のスポ−ク（ｓｐｏｋｅ）に沿ったｘとｙ座標が、気象イメ−ジメモリのスキャンジェネレ−タによって計算される。この処理は、ディスクにストアされた気象パタ−を効果的に回転する。気象拡大あるいは縮小に対して、スキャンジェネレ−タによって計算されたｘとｙ座標には、スケ−ルファクタ−が掛けられる。
【００２５】基礎的なコンプレッションされていないクラウドテンプレ−トは図２に示されていて、本当のレ−ダ−天気図も使用できるが、単に合成的に生成された気象パタ−ンが示されている。図示されたサンプルは、四つの強度レベルを有するが、好ましい実施例の最大数は１６である。デ−タベ−スコンピュ−タ−１１４では、それは４ビット強度値からなるそれぞれの要素を有するＮｘＭマトリックスの形をしている。マトリックス内での任意の“ナル”デ−タは、強度“０”を使用して表わされているが、すべての有効なクラウドテンプレ−ト情報は“１”から“１５”の強度を有する。次のオフライン処理ステップのランレングスは、情報をコンプレッションするためにテンプレ−トマトリックスをコ−ド化する。結果として得られるファイルは、二つの異なるデ−タ構成、すなわち、ラインポインタ−とランレングスデ−タからなる。コンプレッションされたデ−タは、ディスク１１１にストアされ、検索され、デコンプレッションされて地域の再構成された気象パタ−ンを有する気象イメ−ジメモリ１２４にロ−ドされる。
【００２６】さて図３を参照すると、気象モデルジオメトリ−と、シミュレ−ションパラメ−タ−が示されている。これらは、気象トップ（ｈＴ）、気象ボトム（ｈＢ）と俯角（φ）を含んでいる。この説明では、自分自身の位置は、レ−ヤ−の上でも下でもどこでもよく、また地形あるいはタ−ゲットもそうであってもよい。減衰距離（ＣＴ）は、特別気象減衰回路基板１３２（図１）によって計算される。レ−ダ−効果基板１３３（図１）は、天気図、減衰距離と降水確率により気象減衰を計算する。気象処理に要求される二つの要素、すなわち、後方散乱（気象マス自身のレ−ダ−反射）と気象による地形の減衰を処理することが修正される。気象の後方散乱と地形の減衰は、リアルタイム帰引の間に異なった時間でなされる。図１では、スキャンジェネレ−タ−１１５は、スポ−クの帰引で気象減衰された地形反射を処理する。スポ−ク帰線時間において、気象後方散乱だけが処理されるように修正される。従って、選択減衰された地形／タ−ゲットと気象後方散乱のレ−ダ−反射は、ディスプレイのディスプレイインタ−フェ−ス１３８に出力する前に帰引と帰線時間の両方に対する所定のレンジビンのレ−ダ−反射を総計するソ−タ−１３６にロ−ドされる。次に各要素のさらに詳細な説明をする。
【００２７】気象デ−タベ−ス降水ファクタ−は、雨の密度、雨あるいは雪状態、温度とレ−ダ−の周波数の関数である。一般に以下のように表わされる。
【００２８】ＡＣ＝αｒβ （１）ＡＣは、キロメ−タ−当りのデシベルでの減衰であり、ｒは、毎時のミリメ−タ−での降水率であり、αとβは、所定レ−ダ−の周波数の関数である。これらのパラメ−タ−はまた、温度や偏りに依存しているが、これらの小さな依存は、普通実施に対しては無視されることができる。だから、所定の降水率に対して、減衰ファクタ−を、計算できる。Ｘバンドレ−ダ−において、反射率ファクタ−Ｆ、あるいは雨の後方散乱は、以下のように、公知のマ−シャルパルマ−関係式によって与えられる。
【００２９】Ｆ＝２００ｒ１．６ （２）上記の式から、クラウドの反射率Ｆは地形を減衰するための能力に正比例する。たとえばＸバンドレ−ダ−に対する減衰ＡＣは、１９５９年にシカゴ大学から出版されたＬ．Ｊ．バトンによる“レ−ダ−気象学”の以下の式が満される。
【００３０】ＡＣ＝２．９・１０−４Ｆ０．７２ （３）従って、Ｆにおける気象反射率マップを与えると、減衰ファクタ−Ａが導かれることができる。同じように、雪の減衰はまた、異なった式によってその反射率から導かれることができる。
【００３１】デ−タベ−スを準備するに際して、クラウド反射率パタ−ンあるいは、いくつかの基礎的なクラウドタイプの“テンプレ−ト”ライブラリ−が、動作より先に設計された。このテンプレ−トは、総合的にあるいは天気図から導かれることができる。それぞれのテンプレ−トによって規定される大きな特性は、少なくともクラウド境界と強度であり、選択的にサイズを含んでいてもよい。このように、ハ−ドウェアによるオンライン拡張が提供される。オンライン処理の間、オペレ−タ−は、クラウド拡大、ロ−テ−ションと位置を与えることができる。クラウドテンプレ−トは、本質的に地理的な領域の複合物を作るためにそれぞれの他のオフライン上に置かれることができる反射率マップである。テンプレ−トは、外部境界の外側では反射率がゼロであるように設計されている。天気図は、反射率コンプレッションにおけるようにコンプレッションされる。
【００３２】気象チャネルハ−ドウェア気象チャネルハ−ドウェアは、私の事前の特許Ｎｏ．４，８９０，２４９に開示されたＤＲＬＭＳシステムに四番目のチャネルを設ける。一つの基板がこのチャネルに使用され、いくつかのシステム変更がなされる。気象シミュレ−ションへのテンプレ−ト／マップのアプロ−チの利点は、任意の不規則な形の天気図をシミュレ−トできることである。しかし、天気図は、２次元気象反射に与えることができるだけである。図４に示されるように、気象減衰回路基板１３２は、３次元気象の反射を表わすためにレ−ダ−効果回路基板１３３の修正と一緒に付加される。３次元気象は、トップとボトムと減衰を有する。それは、正確な部分減衰が計算される気象レ−ヤ−の自分自身と、地形とタ−ゲットとの浸透も許している。気象範囲は、自分自身が気象マスに近付くときに気象の拡大を許可するために、図３に示されたＲＧの代わりに、修正された“地上”範囲ＲＣＧによって生成される。
【００３３】チャフと電波妨害をシミュレ−トするために使用されることができる気象チャネルハ−ドウェアは、図４に示されている。チャフは、３次元のような気象であるが、異なった反射パタ−ンである。設計では、気象マスとチャフは、相互にオ−バ−ラップしない。天気図とチャフマップは、ある地理的な位置においてコンプレッションされた形でディスクに物理的に位置される。それらは、気象マイクロプロセッサ１０９へのコントロ−ル入力によって、使用可能あるいは、使用不可能にできる。気象／チャフが使用可能な場合、気象マイクロプロセッサ１０９は、ディスク１１１から選択された距離範囲のコンプレッションされた気象デ−タタイルを検索する。ディスク１１１はその時、気象／チャフデコンプレッション器１２３にこのデ−タを出力し、１０２４×１０２４画素タイルサイズのマップを再構成し、メモリ１２４ａにデ−タをストアする。電波妨害シミュレ−ションは、同じ気象デ−タ検索とデコンプレッションハ−ドウェアを使用するが、次の二つの第二イメ−ジメモリ更新の開始前に、気象パタ−ンのデコンプレッション後に残っている時間を使用して、電波妨害パタ−ンを出力する。電波妨害イメ−ジメモリ１２４ｂは、イメ−ジパタ−ンをストアし、電波妨害が呼び出された場合に使用可能である。電波妨害情報は、ソ−タ−バッファ−１３６（図１に図示）に出力され、画面に電波妨害パタ−ンを与える前にそこにあるすべてのレ−ダ−情報をオ−バ−レイする。
【００３４】気象減衰モジュ−ル１３２（図５を参照）は、レ−ダ−数式回路基板１３３に修正された減衰距離ＣＴを発生する。この基板１３３の詳細のブロックダイアグラムは、以下に詳細に説明される図６に示されている。気象減衰モジュ−ル１３２は、クラウドトップ／ボトム（ｈＴ、ｈＢ）と、（インストラクタ−とによってセットされ、タ−ゲットジェネレ−タ１３５から入力される）降水率の入力と、（シャド−イングコンピュ−タ−１２９からの）俯角φのサイン／コサインと、（距離コンバ−タ−１３０からの）高度ｚと、自分自身の高さｈとを受信し、クラウド距離を計算する。考慮されるための異なったケ−スがある。異なった場合は、以下に示されている：自分自身の位置とタ−ゲット／地形が、クラウドの外側にある場合、及びクラウドの上かあるいは下のいづれかにある場合である。この場合では、パイロットと地形／タ−ゲットの間にクラウドはなく、それで減衰もない。
【００３５】ｈ、ｚ＞ｈＴ、かつ、ｈ、ｚ＜ｈＢの場合、 ＣＴ＝０ （４）
である。
【００３６】第二のケ−スは、自分自身とタ−ゲット／地形の両方がクラウド内である場合である。この場合では、減衰距離が自己自身とタ−ゲット／地形の間にある。
【００３７】ｈＴ＞ｈ＞ｈＢ、かつ、ｈＴ＞ｚ＞ｈＢの場合、ＣＴ＝（ｈ−ｚ）／ｓｉｎφである。 （５）
である。
【００３８】第三のケ−スは、自分自身がクラウド外にあるか地形／タ−ゲットがクラウド外にあるかその逆の場合である。クラウド上に自分自身があり、地形／タ−ゲットがクラウド内にある場合には、ｈ＞ｈＴ、かつ、ｈＴ＞ｚ＞ｈＢであり、 ＣＴ＝（ｈＴ−ｚ）／ｓｉｎφ （６）
である。
【００３９】地上マッピングレ−ダ−を仮定すると、ｈＢ＞ｈ、かつ、ｈＴ＞ｚ＞ｈＢの場合が考慮されないように、レ−ダ−は見下している。自分自身がクラウド内にあり、タ−ゲット／地形がクラウドの下にある場合には、ｈＢ＞ｚ、かつ、ｈＴ＞ｈ＞ｈＢであり、 ＣＴ＝（ｈ−ｈＢ）／ｓｉｎφ （７）
である。
【００４０】図５では、パラメ−タ−ｈ、ｈＴ、ｈＢとｚは、デコンプレッサ２１１によって相互に比較され、デコ−ダ−２１２によってデコ−ドされる。デコ−ダ−２１２は、セレクタ２１３が上述されたケ−スに対してＣＴを計算するために要求されたラッチ２００内のデ−タを選択することを、可能にする。加算器２１４は、分子に対して要求された減算を提供し、一方俯角φのテ−ブルルックアップは、すべての式の分母を提供する。マルチプライヤ２１７は、図６に示されるレ−ダ−数式基板１３３に出力されるＣＴの計算を行う。インストラクタ−によって入力される降水量は、減衰器２１６による一定乗数として供給される。後方散乱に対しては、修正された地上範囲Ｒｃｇが、使用される。図３に示されるように、俯角φは、天気図の程度までより小さくなり、Ｒｃｇは大きくなる。気象イメ−ジメモリ１２４ａへのアドレスとしての修正された地上範囲Ｒｃｇは、地形の地上範囲Ｒｇと、その高度と、俯角φを知って計算される。Ｒｃｇを計算するための式は、
【００４１】
【数１】
である。Ｒｏは、選択された距離範囲である。この技術は、自分自身が気象マスに近づくときに後方散乱と減衰の気象マス拡大を許す。
【００４２】レ−ダ−効果基板上述された気象減衰基板は、クラウド減衰ＣＴと後方散乱天気図索引アドレスＲｃｇの距離を計算する。レ−ダ−効果基板１３３は、シミュレ−トされたレ−ダ−効果を生成するためにすべてのレ−ダ−デ−タと環境デ−タとを集める。気象処理では、レ−ダ−効果基板は、天気図情報を受信し、後方散乱あるいは減衰のいずれかに対してそれを処理する。後方散乱では、減衰によって修正されるような、反射率テンプレ−トが、スクリ−ンに表示される。すなわち、地形の気象減衰に関しては、モジュレ−トされた地形反射が表示される。地形減衰は、図１に示されるようにスキャンジェネレ−タ１１５によって発生したスポ−クの帰引でなされており、後方散乱は、掃引の帰線でなされている。これらは、後方散乱と減衰の両方の複合ディスプレイを与えるために、ソ−タ−バッファ−１３６で相互に重畳される。
【００４３】図６は、レ−ダ−効果基板のブロックダイアグラムを示している。それは三つのセクションに分けられることができる。トップセクションは、範囲情報を処理する。このセクションは、ＳＴＣによる範囲減衰を提供する。すなわち、所定のレ−ダ−に特定な距離を有するモジュレ−ションファクタ−であるタ−ゲットジェネレ−タ−１３５からのＳＴＣブロック３０１におけるイネ−ブルと、タ−ゲットジェネレ−タ−１３５から大気減衰ブロック３０２に入力される減衰ファクタ−ＡＡを有する空気による大気減衰とである。コンバ−タ−１３０から範囲ブロック３０３に入力される距離Ｒは、減衰計算に要求されるような本当の距離を与えるために、タ−ゲットジェネレ−タ−１３５から入力されるレンジスケ−ルブロック３０４において、レンジスケ−ルによってスケ−ルバックされるべきである。これらの入力は、以下の値を出力として提供する範囲減衰テ−ブル索引ＲＯＭ３１１をアドレスする。
【００４４】
【数２】
範囲の関数としてのテ−ブルＳＴＣ振幅は、所定のレ−ダ−セットのためのオフラインを作られている。
【００４５】レ−ダ−効果基板の真ん中のセクションは、クラウド効果からレ−ダ−効果計算を処理する。タ−ゲットジェネレ−タ−１３５は、式（１）から降水量による減衰ＡＣを計算する。同様に、後方散乱に対して、クラウド反射率Ｆが式（２）から計算される。これらの値は、クラウド減衰ブロック３０５に入力される。気象減衰基板１３２からの計算された値ＣＴは、減衰ブロック３０６に入力される。アドレスＲｃｇから読み取るような、気象イメ−ジメモリ１２４ａからの気象の反射率最大値Ｒｃは、クラウド基準ブロック３０７に入力される。減衰に対して、これらの値は、以下の値を出力として提供するために気象テ−ブル検索ＲＯＭ３１２をアドレスするために使用される。
【００４６】
【数３】
ＡＣは、式（１）からのものである。後方散乱シミュレ−ションでは、気象反射率ＲＣは、タ−ゲットジェネレ−タ−１３５によって計算された式（２）から得られる降水からの反射率Ｆによって修正される。後方散乱の気象テ−ブル索引ＲＯＭ３１２の出力は、以下の値である。：
【００４７】
【数４】
そのモデルは、ＣＴあるいはＦが大きくなるように悪天候フロントをシミュレ−トする。スキャンジェネレ−タ−１１５は、イメ−ジメモリ１２４にストアされた天気図が読み取られる場合に、帰線時間の間での帰引ゲ−トタイミング信号による地形減衰あるいは後方散乱減衰のいずれかとして、気象テ−ブル索引ＲＯＭ３１２の正確な出力を選ぶために、セレクタ−３０８に出力を提供する。
【００４８】レ−ダ−効果基板のボトムセクションは、タ−ゲットジェネレ−タ−によってえられたアンテナ横俯角と振幅Ｂで所定レ−ダ−の垂直方向のアンテナ形状反射を処理する。アスペクトコンピュ−タ−１０２（図１R>１）は、アスペクトブロック３０９に入力を提供する。メモリ１２２からの反射率イメ−ジは、地形反射率ブロック３１０に入力される。これらの値は乗算され、マルチプライヤ３１４で積出力が求められる。気象後方散乱あるいはチャフでは、アスペクト掛ける地形反射率出力が、マルチプレクサ３１３によって“１”出力にされ、マルチプライヤ３２１を通った気象反射率だけがアスペクトなしで表示される。シャド−イングコンピュ−タ−１２９（図１）は、俯角φブロック３１５で俯角φの値を提供し、タ−ゲットジェネレ−タ−は、ブロック３１６でアンテナ横俯角を提供する。これらは、加算された出力を提供するために加算器３１７で加算される。振幅Ｂは、振幅ブロック３１８でタ−ゲットジェネレ−タ−によって供給される。加算器３１７の振幅ブロック３１８の出力は、形状索引テ−ブルＲＯＭ３１９をアドレスするために使われおり、ＲＯＭ３１９は地上レ−ダ−への空気に対するアンテナゲインパタ−ンを表わしているＢｃｓｃ２φを出力として提供している。
【００４９】範囲減衰テ−ブル索引ＲＯＭ３１１と気象索引テ−ブルＲＯＭ３１２の出力は、マルチプライヤ３２１で乗算され、第一の積を作る。マルチプレクサ３１３と形状索引テ−ブルＲＯＭ３１９の出力は、第二の積を作るためにマルチプライヤ３２２で乗算される。マルチプライヤ３２１と３２２からの第一と第二の積は、気象効果に対するレ−ダ−式に結果を提供するために、マルチプライヤ３２３で乗算される。マルチプライヤ３２３の出力はラッチ３２５にラッチされ、ラッチ３２５の出力は、図１に示されるソ−タ−１３６に供給される。
【００５０】従って本発明は、デジタルレ−ダ−ランドマスシミュレ−ションにおける気象シミュレ−ションへのユニ−クなモジュラ−アプロ−チを提供する。この結果は、３次元における気象をシミュレ−トし、ゲ−ミング区域での気象のさまざまなパラメ−タ−をセットする際に大きな柔軟性をインストラクタ−に許す。これは、最小の計算ハ−ドウェアで達成される。
【００５１】本発明は、一つの好ましい実施例をもとにして説明されたが、当業者なら、本発明の範囲内で種々の変更が可能であることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】気象チャネルを有するモジュラ−ＤＲＬＭＳのブロックダイアグラムである。
【図２】一般的な天気図の実例である。
【図３】気象層の幾何的な図である。
【図４】気象チャネルハ−ドウェアのブロックダイアグラムである。
【図５】気象減衰ボ−ドのブロックダイアグラムである。
【図６】気象処理を有するレ−ダ−数式ボ−ドのブロックダイアグラムである。
【符号の説明】
１０９…マイクロプロセッサ、１１０…ディスクコントロ−ラ、１１１…ディスク、１２３…気象デコンプレッサ、１２４ａ…気象／チャフマップイメ−ジメモリ−、１２４ｂ…電波妨害マップバッファ−、１３２…気象減衰。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にデジタルレ−ダ−ランドマス（広い陸地）シミュレ−ション（ＤＲＬＭＳ）、特に、飛行シミュレ−ションのための多重チャネルデジタルランドマスシミュレ−タへのモジュ−ル的付加として、調整可能なパラメ−タ−を有するリアルタイムの三次元高分解能レ−ダ−気象シミュレ−ションに関する。特に本発明は、気象パタ−ンのデ−タコンプレッション／デコンプレッションに対する技術と、気象減衰及び後方散乱、さらに気象拡大に対する技術と陸地地図の重ね合わせのための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュ−タ−イメ−ジ発生（ＣＩＧ）は、オブザ−バ−が飛行機を飛ばすようなあるタスクを実行できるように、オブザ−バ−や訓練者に情景を与える視覚トレ−ニングシミュレ−ションに使われている。飛行シミュレ−タ−では、例えば望ましい“ゲ−ミング地域”の三次元モデルが、磁気ディスクあるいは類似の大容量記憶装置メディアに準備され、ストアされる。視覚シミュレ−タは、陰極線管（ＣＲＴ）あるいは、類似のディスプレイのような電気光学表示システムにイメ−ジ発生器を組み合わせている。イメ−ジ発生器は、ディスクから三次元デ−タのブロックを読み、二次元情景表示にこのデ−タを変換する。二次元デ−タは、ディスプレイを介してオペレ−タあるいはトレ−ニ−に与えられるアナログビデオに変換される。生成された像は、もしオペレ−タが実際にシミュレ−トされるタスクを行っていたとしたら、見ることのできる本当の情景を表わしている。ディスプレイイメ−ジの発生は、アメリカテレビスタンダ−ドにおけるように、１秒ごとに３０フレ−ムを意味するために普通に受け入れられる“リアルタイム”にあると言われている。ＣＩＧシステムは、ブル−スＪ．シャクタ−（Ｂｒｕｃｅ Ｊ．Ｓｃｈａｃｔｅｒ）によって編集され、ウイリ−インタ−サイエンス（Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ）（１９８３）によって出版された“コンピュ−タ−イメ−ジ発生”と称された本に詳細に説明されている。
【０００３】レ−ダ−シミュレ−ションは、パイレットの訓練のための重要な道具である。高解像度において近年のレ−ダ−には多くの進歩がある。一般的に、レ−ダ−は、他の物の間における暴風回避、障害回避、悪天候での航行、目標捕捉に使用される。従って、デジタルレ−ダ−ランドマスシミュレ−タ−（ＤＲＬＭＳ）は、リアルタイムでランドマスデ−タの大いな増加量を処理することができなければならない。デ−タコンプレッションとデ−タ検索は、新しい技術とハ−ドウェアが開発される必要がある重要な領域となっており、その新しいハ−ドウェアは費用がかかり、ＤＲＬＭＳに対して要求される高いスル−プットレ−トを支持する。
【０００４】ハ−ツ（Ｈｅａｒｔｚ）に与えられたアメリカ特許Ｎｏ．３，７６９，４４２は、デジタルデ−タランドマスシミュレ−タ−を開示している。そこでは、山脈や谷のような人工的特徴（ｃｕｌｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅ）と突起した地形特徴が、一連の関連したエッジによって表わされる。それぞれのエッジは、ｘ、ｙ、ｚ座標における二つの端の位置と方向とによって規定されている。このエッジ情報は、オンラインメモリにストアされる。リアルタイムハ−ドウェアは、その後エッジに沿ってデ−タの端点の間を補間する。この技術は、エッジが長い場合に良いデ−タコンプレッションを生成することができる。この技術は、突起した地形特徴を符号化するだけであり、レベル２の３０メ−タ−の解像度とレベル１の１００メ−タ−の解像度で地理的な区域をコンプレッションしない。その後のハ−ツの特許Ｎｏ．４，０１７，９８５は、次のようなシステムを表わしており、地形はエッジによって囲まれた多数の面で合わされる。径方向の帰引に沿った地形は、フェイスの交点によって計算される。大きいフェイスに対しては、コンプレッション率は高い。しかし、高解像度デ−タベ−ス対して、フェイスの数が、表示画素の数に近づく場合、フェイスに対してストアされたデ−タは、各ピクセルに対して他にストアされたデ−タを越えてしまい、このコンプレッション技術の利点は、減少する。
【０００５】他に、デジタル移動マップ表示で、デ−タコンプレッションと再構成技術を説明したものがある。デ−タ検索、コンプレッションと再構成の要求は、デジタル移動マップ表示とＤＲＬＭＳとの間で類似している。一つの例として、チャン（Ｃｈａｎ）他に与えられたアメリカ特許Ｎｏ．４，５２０，５０６は、人工的特徴のコンプレッションに対する修正された境界／足跡へのアプロ−チを説明する。その概要は、直線と区域デ−タを含んでいる人工的特徴のコンプレッションが、開始点と終点デ−タとその間の傾斜を知ることによって、ラインを作り出す技術に基づいていることである。その領域を囲むエッジを表わしている情報を知って、その領域を再構築するためにスキャンラインデ−タは、区域の左と右のエッジを有するスキャンラインの交点によって規定された端点の値を知ることに満たされることができる。区域とラインとポイントデ−タは、優先順位に再構成される。又、コンプレッション技術は、エッジの端点によって特徴デ−タをエンコ−ドすることである。大きなコンプレッションは、ラインが長く、表面が大きい場合に、達成されることができる。
【０００６】気象シミュレ−ションは、二つの要素、すなわち、気象マス（ｍａｓｓ）自身のレ−ダ−反射の後方散乱のシミュレ−ションと、気象による地形の減衰のシミュレ−ションを有している。一般的な気象レ−ダ−シミュレ−タ−は、飛行機の気象インジゲ−タ−表示、すなわち、地形反射なしのクラウド（雲）形成の後方散乱をシミュレ−トする。気象レ−ダ−のアンテナ形状はたいてい、ペンシルビ−ムであり、地上マップレ−ダ−は、コセカントスクエア型ビ−ムを有する。一般的な気象レ−ダ−は、降水雲の層厚を示す異なったカラ−を有する。例えばロバ−トのアメリカ特許Ｎｏ．４，６６７，１９９に明らかである。一方、気象シミュレ−ションを有するデジタルレ−ダ−ランドマスシミュレ−タ−は、気象の後方散乱と、地形／タ−ゲットの減衰という両方の要素を有する。
【０００７】デジタルレ−ダ−ランドマスシミュレ−タ−や多重レ−ダ−ビ−ムパスを有する３次元気象マスをシミュレ−トするための気象レ−ダ−における高度な気象シミュレ−ションは、性能では劣らないが、コストが高く、リアルタイムに達成することが難しく、かつ、それが与える訓練と飛行機のシミュレ−タ−の全体的コストの両方の点から、釣り合いを失っていると考えられている。気象をモデリングするいくつかの方法は、産業界で見られる。
【０００８】今日、マ−ケットのＤＲＬＭＳでシミュレ−トされた３次元気象マスは、簡単な多角形あるいは、幾何学的物体（例えばシリンダ−）としてモデルされる。処理はリアルタイムでなされたが、気象は人工的に表われた。ＤＲＬＭＳと気象レ−ダ−の両方に含んでいる他の物は、反射率と高さを有する地形と同じ気象を作った。従って、気象はボトムと高さに対する調整を有しない。シミュレ−トされた気象は、クラウドのトップから地形のトップに到達する。地形のトップとクラウドの間にギャップはない。カウドレイ（Ｃｏｗｄｒｅｙ）に与えられたアメリカ特許Ｎｏ．４，４９３，６４７に開示された気象レ−ダ−シミュレ−タ−は、強度とボトムとトップを有する気象セルのマップからなる気象マスのレ−ダ−反射のシミュレ−ションを示した。しかし、気象レ−ダ−シミュレ−ションでは、ＤＲＬＭＳによって要求されるような地形（気象を隠す地形）と気象との相互作用は、無視された。さらに、気象降水量、ボトムと高さは、調整できなかった。
【０００９】高適合度なリアルタイムマルチチャネルデジタルレ−ダ−ランドマスシミュレ−タ−は、私の前の特許Ｎｏ．４，８９０，２４９に開示されている。このシミュレ−タ−は、十分に高適合度な機上レ−ダ−シミュレ−タ−への簡単なショアライン応用のためのレ−ダ−をシミュレ−トするためのモジュ−ル構成を有する。しかし、気象効果（影響）、すなわち、気象による気象後方散乱と、タ−ゲットと地上マップの減衰は、シミュレ−トされなかった。必要とされることは、気象環境効果による変化を伴なう地上マップレ−ダ−をシミュレ−トすることである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的は、飛行シミュレ−タ−のデジタルレ−ダ−ランドマスシミュレ−ションにおける改良されたレ−ダ−シミュレ−ションを提供することである。
【００１１】本発明の別の目的は、高さとボトムと降水量のオペレ−タ−調整可能パラメ−タ−を含んでいる３次元気象シミュレ−ションを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】本発明の好ましい実施例によれば、気象シミュレ−ションは、私の事前の特許Ｎｏ．４，８９０，２４９に説明されるようなＤＲＬＭＳにモジュ−ルを加えることである。そのＤＲＬＭＳは、四つのチャネルシステム、すなわち、人工的地形（ｃｕｌｔｕｒｅ）、高度（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）、アスペクト（ａｓｐｅｃｔ）と気象（ｗｅａｔｈｅｒ）であり、気象チャネルは、選択機構である。すべての四つのチャネルは、気象にシミュレ−トされたレ−ダ−ランドマスシミュレ−ションを提供するために一体化される。本発明を私の前のＤＲＬＭＳに搭載すれば、気象シミュレ−ションハ−ドウェアは大きく減少され、適合度が増加される。この発明によれば、気象により地形とタ−ゲットが十分にあるいは部分的に隠され、そしてその逆も起こる。ＤＲＬＭＳでの従来の気象シミュレ−ションとは違って、気象マスは、３次元でシミュレ−トされる。すなわち、それは、ボトムと高さを有している。気象マスは、単一の幾何学的物体から作られない。天気図は、気象パタ−ンとしてシステムにロ−ドされることができ、気象パタ−ンを、拡大し、回転し、並進することができる。加えて、気象チャネルは、チャフと電波妨害パタ−ンをシミュレ−トするために使用されることができる。
【００１３】
【実施例】特に図１の図面を参照すると、私の事前の特許Ｎｏ．４，８９０，２４９で表わされるような、モジュラ−ＤＲＬＭＳシステムが示されている。そのシステムは、モジュ−ル設計によって特徴付けられ、そのシステムは、すなわち、北／南アスペクトチャネル、高度チャネル、反射率あるいは人工地形チャネル、及び気象チャネルの四つのチャネルからなる。それぞれのチャネルは、チャネルのコントロ−ラとして機能するマイクロプロセッサを含んでいる。特に、北／南アスペクトチャネルは、いわゆるハ−ドディスクあるいはウインチェスタ−ディスクドライブと呼ばれているダイレクトアクセス記憶装置（ＤＡＳＤ）１０２にディスクコントロ−ラ１０１を介して接続されたマイクロプロセッサ１００を含んでいる。高度チャネルは、ＤＡＳＤ１０５にディスクコントロ−ラを介して接続されたマイクロプロセッサ１０３を含んでいる。反射率チャネルは、ＤＡＳＤ１０８にディスクコントロ−ラ１０７を介して接続されたマイクロプロセッサ１０６を含んでいる。気象チャネルは、ＤＡＳＤ１１１にディスクコントロ−ラ１１０を介して接続されたマイクロプロセッサ１０９を含んでいる。マイクロプロセッサ１００、１０３、１０６と１０９は、例えばインテル８０８６マイクロプロセッサであればよい。これらは順番に、ロ−カルランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、他の支持バッファ−レジスタと、入出力（Ｉ／Ｏ）集積回路（ＩＣ）のみならず、基礎入出力システム（ＢＩＯＳ）、オペレ−ティングシステム（ＯＳ）とプログラムコ−ドとを含んでいる読取り専用メモリ（ＲＯＭ）によって支持されている。入出力集積回路は本発明の部分を構成しない。さらに、マイクロプロセッサ１００、１０３、１０６と１０９は、共有バス１１２に接続され、マイクロプロセッサの一つ、反射率マイクロプロセッサ１０６は、マスタ−コントロ−ラとして動作する。
【００１４】それぞれのチャネルのデ−タは、コンプレッションされ、ホストコンピュ−タ−システム１１４にストアされる。ホスト１１４は、例えばテ−プドライブを有するグ−ルド３２８７の汎用コンピュ−タ−であればよい。他の汎用コンピュ−タ−が使用できるが、このコンピュ−タ−は、そのスピ−ドのために選ばれる。そのデ−タは、それぞれのチャネルに対してホスト１１４による異なったコンプレッションアルゴリズムを使用して、オフラインでコンプレッションされ、ＤＡＳＤ１０２、１０５、１０８と１１１の対応する一つにストアされる。さらに、それぞれのチャネルは、共通のタイミングコントロ−ラとスキャンジェネレ−タ−回路１１５を占有し、四つのチャネルの同期を維持する。ホスト１１４は、点線で示されるように、ＤＡＳＤ１０２、１０５、１０８と１１１に通信リンクを介して直接接続させることができ、あるいは、ホスト１１４によって生成されたコンプレッションデ−タは、フロッピ−ディスケットあるいは、ある他の適した媒体を介してＤＡＳＤ１０２、１０５、１０８と１１１に供給されることができる。
【００１５】反射率チャネルデ−タは、ランレングスコ−ディングを用いて、すなわち、ストアされる２進数としてコ−ド化されるゼロのランを用いてコンプレッションされる。ランレングスコ−ディングは、一般にイメ−ジエンコ−ドのために使用されており、このタイプのコ−ディングの一般説明は、プレンティスホ−ル（１９８０）によって出版されたリチャ−ド・Ｈ・ハミング“によるコ−ディングと情報理論”と称された本を参照することができる。高度チャネルデ−タは、微分コ−ディング技術を用いてコンプレッションされる。すなわち、以前の高度における高度差を表わしている“キ−”が、コ−ド化され、ストアされる。これらの“キ−”は、ゲ−ミング区域の座標と関連付けられている。デコンプレッションは、従って、ストアされた“キ−”を読み取り、スキャン開始位置での基準高度から始まる違いを累算することである。アスペクトチャネルデ−タは、ランレングスと微分コ−ディング技術の組み合わせを使用して、コンプレッションされる。このチャネルでのデコンプレッションは、反射率チャネルと高度チャネルで使用された技術のハイブリッドである。
【００１６】デ−タ検索処理では、ＤＡＳＤ１０２、１０５、１０８と１１１のデ−タは、各マイクロプロセッサ１００、１０３、１０６と１０９の制御を受けて読み取られる。ＤＡＳＤからの読み取られたデ−タがコンプレッションされるので、そのデ−タは、シミュレ−ション処理に使用されることができる前にまずデコンプレッションされなければならない。このために、それぞれのチャネルには、専用デコンプレッサと、まずデコンプレスし、そして、再構成されたデ−タを一時的にストアするためのイメ−ジメモリが設けられている。従って、北／南アスペクトチャネルは、デコンプレッサ１１６と、北／南アスペクトイメ−ジメモリ１１７とを含んでいる。高度チャネルは、デコンプレッサ１１８と、高度メモリ１１９を含んでいる。加えて、東／西アスペクトデ−タは、高度デ−タから再構成され、デコンプレッサ１１８から東／西アスペクトイメ−ジメモリ１２０にストアされる。反射率チャネルは、デコンプレッサ１２１と、反射率イメ−ジメモリ１２２を含んでいる。気象チャネルは、デコンプレッサ１２３と、気象イメ−ジメモリ１２４を含んでいる。イメ−ジメモリ１１７、１１９、１２０、１２２と１２４は、時々“ピンポン”メモリと呼ばれている。その理由は、それぞれが二つの独立メモリとして考えられ、そのメモリによれば、次の読み出し／書き込みメモリサイクルに対してリバ−スされるようにデ−タがそのうちの一つに書き込まれ、一方他の物から読み取られるからである。
【００１７】各イメ−ジメモリの一つにデコンプレッションされたデ−タをロ−ディングするプロセス完了は、そのチャネルのデコンプレッサによりフラグをセットすることによって対応するマイクロプロセッサに示される。反射率マイクロプロセッサ１０６は、それ自身のチャネルデコンプレッション処理の完了のフラグを調べるだけでなく、またすべてのデコンプレッション処理が完了されたことを見るために共有バス１１２を通って他のチャネルも調べる。すべてのデコンプレッション処理が完了した場合、反射率マイクロプロセッサ１０６は、“ピン・ポン”メモリをフリップするためにすべてのイメ−ジメモリにメモリバス１２６の信号を送る。類似信号が、デ−タ検索と再構成処理の次のサイクルの開始を示すために他のマイクロプロセッサ１００、１０３と１０９に共有バス１１２で送られる。イメ−ジメモリ１１７、１１９、１２０、１２２と１２４のデ−タの読取は、タイミングコントロ−ルとスキャン発生器１１５によって共有アドレスバス１２６上で制御される。
【００１８】アスペクトコンピュ−タ−１２８は、イメ−ジメモリ１１７からの北／南アスペクトデ−タとイメ−ジメモリ１２０からの東／西アスペクトデ−タを受信し、表面法線を生成するためにこのデ−タを処理する。その時、アスペクトレ−ダ−反射を生成するためにレ−ダ−入射ベクトルと表面法線の間のベクトルドット積を計算する。
【００１９】高度イメ−ジメモリ１１９からのデ−タは、シャド−イングハ−ドウェア１２９に出力され、ハ−ドウェア１２９は、地形によるシャド−イングを計算する。コンバ−タハ−ドウェア１３０はまた、イメ−ジメモリ１１９からデ−タを受信し、地上範囲と地形高度から、距離を計算する。気象減衰ハ−ドウェア１３２は、トップとボトム、降水等の気象パラメ−タ−と距離とから気象による減衰を計算する。
【００２０】レ−ダ−数式ハ−ドウェア（ｒａｄａｒ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｈａｒｄｗａｒｅ）１３３は、アスペクトコンピュ−タ−１２８からの計算されたアスペクト、シャド−イングハ−ドウェア１２９からのシャド−イングと気象ハ−ドウェア１３２からの気象減衰と共にイメ−ジメモリ１２２からの反射率情報を集め、例えば、時間的感度調整器（ＳＴＣ）と、アンテナの形状とパルス長エラ−等の所定のレ−ダ−セットパラメ−タ−に対し合計レ−ダ−反射を計算し、気象による後方散乱と減衰効果を含ませる。タ−ゲットバッファ−１３４は、タ−ゲットジェネレ−タ１３５からタ−ゲットのアスペクト情報と反射率情報とを受信する。タ−ゲットジェネレ−タは、例えばモトロ−ラ６８０２０マイクロプロセッサを使用するマイクロプロセッサ基礎システムである。このデ−タは、ソ−タ−１３６によって適切な範囲位置で地形デ−タに挿入される。レンジビン（ｒａｎｇｅｂｉｎ）でのレ−ダ−反射は、ディスプレイインタ−フェイス１３８を通って陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイに出力する前に、ビ−ム幅インテグレ−タ１３７によって方位角ビ−ム幅に亘って積分される。もしディスプレイがラスタ−ディスプレイである場合、スキャンコンバ−タ（図示されていない）がディスプレイインタ−フェイス１３８の代わりに要求される。
【００２１】このシステムでは、自己位置、距離範囲情報などが、タ−ゲットジェネレ−タ−１３５から反射率マイクロプロセッサ１０６に入力される。マイクロプロセッサ１０６は、その時共有バス１１２を介して他のマイクロプロセッサ１００、１０３と１０９に情報を与える。それぞれのチャネルに対して、マイクロプロセッサは、デコンプレッションされたデ−タの関連タイル（ｔｉｌｅ）を検索し、対応するマイクロプロセッサのバッファにデ−タを提供する。それぞれのチャネルの専用デコンプレッサハ−ドウェアは、タイルのコンプレッションされたデ−タを処理し、そのタイルに対するグリッドデ−タを再生する。
【００２２】反射率デ−タは、４ビットの反射率にコンプレッションされたランレングスである。もしランレングスが２５６よりも大きい場合、より多くのワ−ドが、反復に対して必要とされる。１０２４×１０２４画素のコンプレッションされたデ−タタイルは、それぞれのチャネルのＤＡＳＤにおけるデ−タブロックにストアされる。それぞれのマイクロプロセッサは、そのＤＡＳＤからのコンプレッションされたデ−タを検索し、それをコンプレッションされたデ−タワ−ドをデコ−ドするデコンプレッサレジスタに転送する。反射率チャネルあるいは人工的地形チャネルに対し、上記のことが反射率値とランレングスに関してなされる。反射率デコンプレッサ１２１は、そして関連したランレングスに等しい画素数に対する同反射率を繰り返すことによって、画素当たりの反射率値を再構成する。
【００２３】本発明は、図１に示されるモジュラ−ＤＲＬＭＳの気象チャネルに特に関している。デ−タフロ−は、以下の通りである。デ−タベ−スジェネレ−タ１１４は、デジタル化された気象パタ−ンを取り扱っており、ゲ−ミング区域にすべての気象パタ−ンを含む気象チャネルディスク１１１にロ−ドする前に、それらをコンプレッションする。上述した反射率、高度とアスペクトチャネルにおけるように、天気図は、それらの地理的場所に対応するディスク１１１にロ−ドされる。ディスクからの気象パタ−ンは、ディスクコントロ−ラ１１０を通ってマイクロプロセッサ１０９によって検索される。コンプレッションされたデ−タは、マイクロプロセッサのメモリにロ−ドされ、デ−タのタイルは、反射率デコンプレッサ１２１と同じデコンプレッサ１２３によってデコンプレッションされ、イメ−ジメモリ１２４にロ−ドされる。もし気象パタ−ンの並進動作がある場合、マイクロプロセッサ１０９は、気象速度ベクトルを与えられ、気象パタ−ン動作の外観を作るために気象パタ−ンの地理的な場所をリアルタイムフレ−ム速度（２秒）で計算する。
【００２４】マイクロプロセッサ１０９とデコンプレッサ１２３からのイメ−ジメモリ１２４へのロ−ディングとデコンプレッション処理は、上述されたように反射率チャネルに類似している。しかし、気象処理のためのＤＲＬＭＳシステムには、いくつかの付加と変更がある。気象パタ−ンは、並進動作に加えて回転し、拡張するための能力を有することを必要とする。これは、スキャンジェネレ−タ１１５をプログラムすることによってなされる。気象パタ−ンロ−テ−ションに対しては、おいて、スキャンジェネレ−タ１１５が、スキャン角にデルタ角偏差を与えられるといったように、スキャンジェネレ−タ１１５が気象チャネルに対して修正される。従って、修正されたスキャン角のスポ−ク（ｓｐｏｋｅ）に沿ったｘとｙ座標が、気象イメ−ジメモリのスキャンジェネレ−タによって計算される。この処理は、ディスクにストアされた気象パタ−を効果的に回転する。気象拡大あるいは縮小に対して、スキャンジェネレ−タによって計算されたｘとｙ座標には、スケ−ルファクタ−が掛けられる。
【００２５】基礎的なコンプレッションされていないクラウドテンプレ−トは図２に示されていて、本当のレ−ダ−天気図も使用できるが、単に合成的に生成された気象パタ−ンが示されている。図示されたサンプルは、四つの強度レベルを有するが、好ましい実施例の最大数は１６である。デ−タベ−スコンピュ−タ−１１４では、それは４ビット強度値からなるそれぞれの要素を有するＮｘＭマトリックスの形をしている。マトリックス内での任意の“ナル”デ−タは、強度“０”を使用して表わされているが、すべての有効なクラウドテンプレ−ト情報は“１”から“１５”の強度を有する。次のオフライン処理ステップのランレングスは、情報をコンプレッションするためにテンプレ−トマトリックスをコ−ド化する。結果として得られるファイルは、二つの異なるデ−タ構成、すなわち、ラインポインタ−とランレングスデ−タからなる。コンプレッションされたデ−タは、ディスク１１１にストアされ、検索され、デコンプレッションされて地域の再構成された気象パタ−ンを有する気象イメ−ジメモリ１２４にロ−ドされる。
【００２６】さて図３を参照すると、気象モデルジオメトリ−と、シミュレ−ションパラメ−タ−が示されている。これらは、気象トップ（ｈＴ）、気象ボトム（ｈＢ）と俯角（φ）を含んでいる。この説明では、自分自身の位置は、レ−ヤ−の上でも下でもどこでもよく、また地形あるいはタ−ゲットもそうであってもよい。減衰距離（ＣＴ）は、特別気象減衰回路基板１３２（図１）によって計算される。レ−ダ−効果基板１３３（図１）は、天気図、減衰距離と降水確率により気象減衰を計算する。気象処理に要求される二つの要素、すなわち、後方散乱（気象マス自身のレ−ダ−反射）と気象による地形の減衰を処理することが修正される。気象の後方散乱と地形の減衰は、リアルタイム帰引の間に異なった時間でなされる。図１では、スキャンジェネレ−タ−１１５は、スポ−クの帰引で気象減衰された地形反射を処理する。スポ−ク帰線時間において、気象後方散乱だけが処理されるように修正される。従って、選択減衰された地形／タ−ゲットと気象後方散乱のレ−ダ−反射は、ディスプレイのディスプレイインタ−フェ−ス１３８に出力する前に帰引と帰線時間の両方に対する所定のレンジビンのレ−ダ−反射を総計するソ−タ−１３６にロ−ドされる。次に各要素のさらに詳細な説明をする。
【００２７】気象デ−タベ−ス降水ファクタ−は、雨の密度、雨あるいは雪状態、温度とレ−ダ−の周波数の関数である。一般に以下のように表わされる。
【００２８】ＡＣ＝αｒβ （１）ＡＣは、キロメ−タ−当りのデシベルでの減衰であり、ｒは、毎時のミリメ−タ−での降水率であり、αとβは、所定レ−ダ−の周波数の関数である。これらのパラメ−タ−はまた、温度や偏りに依存しているが、これらの小さな依存は、普通実施に対しては無視されることができる。だから、所定の降水率に対して、減衰ファクタ−を、計算できる。Ｘバンドレ−ダ−において、反射率ファクタ−Ｆ、あるいは雨の後方散乱は、以下のように、公知のマ−シャルパルマ−関係式によって与えられる。
【００２９】Ｆ＝２００ｒ１．６ （２）上記の式から、クラウドの反射率Ｆは地形を減衰するための能力に正比例する。たとえばＸバンドレ−ダ−に対する減衰ＡＣは、１９５９年にシカゴ大学から出版されたＬ．Ｊ．バトンによる“レ−ダ−気象学”の以下の式が満される。
【００３０】ＡＣ＝２．９・１０−４Ｆ０．７２ （３）従って、Ｆにおける気象反射率マップを与えると、減衰ファクタ−Ａが導かれることができる。同じように、雪の減衰はまた、異なった式によってその反射率から導かれることができる。
【００３１】デ−タベ−スを準備するに際して、クラウド反射率パタ−ンあるいは、いくつかの基礎的なクラウドタイプの“テンプレ−ト”ライブラリ−が、動作より先に設計された。このテンプレ−トは、総合的にあるいは天気図から導かれることができる。それぞれのテンプレ−トによって規定される大きな特性は、少なくともクラウド境界と強度であり、選択的にサイズを含んでいてもよい。このように、ハ−ドウェアによるオンライン拡張が提供される。オンライン処理の間、オペレ−タ−は、クラウド拡大、ロ−テ−ションと位置を与えることができる。クラウドテンプレ−トは、本質的に地理的な領域の複合物を作るためにそれぞれの他のオフライン上に置かれることができる反射率マップである。テンプレ−トは、外部境界の外側では反射率がゼロであるように設計されている。天気図は、反射率コンプレッションにおけるようにコンプレッションされる。
【００３２】気象チャネルハ−ドウェア気象チャネルハ−ドウェアは、私の事前の特許Ｎｏ．４，８９０，２４９に開示されたＤＲＬＭＳシステムに四番目のチャネルを設ける。一つの基板がこのチャネルに使用され、いくつかのシステム変更がなされる。気象シミュレ−ションへのテンプレ−ト／マップのアプロ−チの利点は、任意の不規則な形の天気図をシミュレ−トできることである。しかし、天気図は、２次元気象反射に与えることができるだけである。図４に示されるように、気象減衰回路基板１３２は、３次元気象の反射を表わすためにレ−ダ−効果回路基板１３３の修正と一緒に付加される。３次元気象は、トップとボトムと減衰を有する。それは、正確な部分減衰が計算される気象レ−ヤ−の自分自身と、地形とタ−ゲットとの浸透も許している。気象範囲は、自分自身が気象マスに近付くときに気象の拡大を許可するために、図３に示されたＲＧの代わりに、修正された“地上”範囲ＲＣＧによって生成される。
【００３３】チャフと電波妨害をシミュレ−トするために使用されることができる気象チャネルハ−ドウェアは、図４に示されている。チャフは、３次元のような気象であるが、異なった反射パタ−ンである。設計では、気象マスとチャフは、相互にオ−バ−ラップしない。天気図とチャフマップは、ある地理的な位置においてコンプレッションされた形でディスクに物理的に位置される。それらは、気象マイクロプロセッサ１０９へのコントロ−ル入力によって、使用可能あるいは、使用不可能にできる。気象／チャフが使用可能な場合、気象マイクロプロセッサ１０９は、ディスク１１１から選択された距離範囲のコンプレッションされた気象デ−タタイルを検索する。ディスク１１１はその時、気象／チャフデコンプレッション器１２３にこのデ−タを出力し、１０２４×１０２４画素タイルサイズのマップを再構成し、メモリ１２４ａにデ−タをストアする。電波妨害シミュレ−ションは、同じ気象デ−タ検索とデコンプレッションハ−ドウェアを使用するが、次の二つの第二イメ−ジメモリ更新の開始前に、気象パタ−ンのデコンプレッション後に残っている時間を使用して、電波妨害パタ−ンを出力する。電波妨害イメ−ジメモリ１２４ｂは、イメ−ジパタ−ンをストアし、電波妨害が呼び出された場合に使用可能である。電波妨害情報は、ソ−タ−バッファ−１３６（図１に図示）に出力され、画面に電波妨害パタ−ンを与える前にそこにあるすべてのレ−ダ−情報をオ−バ−レイする。
【００３４】気象減衰モジュ−ル１３２（図５を参照）は、レ−ダ−数式回路基板１３３に修正された減衰距離ＣＴを発生する。この基板１３３の詳細のブロックダイアグラムは、以下に詳細に説明される図６に示されている。気象減衰モジュ−ル１３２は、クラウドトップ／ボトム（ｈＴ、ｈＢ）と、（インストラクタ−とによってセットされ、タ−ゲットジェネレ−タ１３５から入力される）降水率の入力と、（シャド−イングコンピュ−タ−１２９からの）俯角φのサイン／コサインと、（距離コンバ−タ−１３０からの）高度ｚと、自分自身の高さｈとを受信し、クラウド距離を計算する。考慮されるための異なったケ−スがある。異なった場合は、以下に示されている：自分自身の位置とタ−ゲット／地形が、クラウドの外側にある場合、及びクラウドの上かあるいは下のいづれかにある場合である。この場合では、パイロットと地形／タ−ゲットの間にクラウドはなく、それで減衰もない。
【００３５】ｈ、ｚ＞ｈＴ、かつ、ｈ、ｚ＜ｈＢの場合、 ＣＴ＝０ （４）
である。
【００３６】第二のケ−スは、自分自身とタ−ゲット／地形の両方がクラウド内である場合である。この場合では、減衰距離が自己自身とタ−ゲット／地形の間にある。
【００３７】ｈＴ＞ｈ＞ｈＢ、かつ、ｈＴ＞ｚ＞ｈＢの場合、ＣＴ＝（ｈ−ｚ）／ｓｉｎφである。 （５）
である。
【００３８】第三のケ−スは、自分自身がクラウド外にあるか地形／タ−ゲットがクラウド外にあるかその逆の場合である。クラウド上に自分自身があり、地形／タ−ゲットがクラウド内にある場合には、ｈ＞ｈＴ、かつ、ｈＴ＞ｚ＞ｈＢであり、 ＣＴ＝（ｈＴ−ｚ）／ｓｉｎφ （６）
である。
【００３９】地上マッピングレ−ダ−を仮定すると、ｈＢ＞ｈ、かつ、ｈＴ＞ｚ＞ｈＢの場合が考慮されないように、レ−ダ−は見下している。自分自身がクラウド内にあり、タ−ゲット／地形がクラウドの下にある場合には、ｈＢ＞ｚ、かつ、ｈＴ＞ｈ＞ｈＢであり、 ＣＴ＝（ｈ−ｈＢ）／ｓｉｎφ （７）
である。
【００４０】図５では、パラメ−タ−ｈ、ｈＴ、ｈＢとｚは、デコンプレッサ２１１によって相互に比較され、デコ−ダ−２１２によってデコ−ドされる。デコ−ダ−２１２は、セレクタ２１３が上述されたケ−スに対してＣＴを計算するために要求されたラッチ２００内のデ−タを選択することを、可能にする。加算器２１４は、分子に対して要求された減算を提供し、一方俯角φのテ−ブルルックアップは、すべての式の分母を提供する。マルチプライヤ２１７は、図６に示されるレ−ダ−数式基板１３３に出力されるＣＴの計算を行う。インストラクタ−によって入力される降水量は、減衰器２１６による一定乗数として供給される。後方散乱に対しては、修正された地上範囲Ｒｃｇが、使用される。図３に示されるように、俯角φは、天気図の程度までより小さくなり、Ｒｃｇは大きくなる。気象イメ−ジメモリ１２４ａへのアドレスとしての修正された地上範囲Ｒｃｇは、地形の地上範囲Ｒｇと、その高度と、俯角φを知って計算される。Ｒｃｇを計算するための式は、
【００４１】
【数１】
である。Ｒｏは、選択された距離範囲である。この技術は、自分自身が気象マスに近づくときに後方散乱と減衰の気象マス拡大を許す。
【００４２】レ−ダ−効果基板上述された気象減衰基板は、クラウド減衰ＣＴと後方散乱天気図索引アドレスＲｃｇの距離を計算する。レ−ダ−効果基板１３３は、シミュレ−トされたレ−ダ−効果を生成するためにすべてのレ−ダ−デ−タと環境デ−タとを集める。気象処理では、レ−ダ−効果基板は、天気図情報を受信し、後方散乱あるいは減衰のいずれかに対してそれを処理する。後方散乱では、減衰によって修正されるような、反射率テンプレ−トが、スクリ−ンに表示される。すなわち、地形の気象減衰に関しては、モジュレ−トされた地形反射が表示される。地形減衰は、図１に示されるようにスキャンジェネレ−タ１１５によって発生したスポ−クの帰引でなされており、後方散乱は、掃引の帰線でなされている。これらは、後方散乱と減衰の両方の複合ディスプレイを与えるために、ソ−タ−バッファ−１３６で相互に重畳される。
【００４３】図６は、レ−ダ−効果基板のブロックダイアグラムを示している。それは三つのセクションに分けられることができる。トップセクションは、範囲情報を処理する。このセクションは、ＳＴＣによる範囲減衰を提供する。すなわち、所定のレ−ダ−に特定な距離を有するモジュレ−ションファクタ−であるタ−ゲットジェネレ−タ−１３５からのＳＴＣブロック３０１におけるイネ−ブルと、タ−ゲットジェネレ−タ−１３５から大気減衰ブロック３０２に入力される減衰ファクタ−ＡＡを有する空気による大気減衰とである。コンバ−タ−１３０から範囲ブロック３０３に入力される距離Ｒは、減衰計算に要求されるような本当の距離を与えるために、タ−ゲットジェネレ−タ−１３５から入力されるレンジスケ−ルブロック３０４において、レンジスケ−ルによってスケ−ルバックされるべきである。これらの入力は、以下の値を出力として提供する範囲減衰テ−ブル索引ＲＯＭ３１１をアドレスする。
【００４４】
【数２】
範囲の関数としてのテ−ブルＳＴＣ振幅は、所定のレ−ダ−セットのためのオフラインを作られている。
【００４５】レ−ダ−効果基板の真ん中のセクションは、クラウド効果からレ−ダ−効果計算を処理する。タ−ゲットジェネレ−タ−１３５は、式（１）から降水量による減衰ＡＣを計算する。同様に、後方散乱に対して、クラウド反射率Ｆが式（２）から計算される。これらの値は、クラウド減衰ブロック３０５に入力される。気象減衰基板１３２からの計算された値ＣＴは、減衰ブロック３０６に入力される。アドレスＲｃｇから読み取るような、気象イメ−ジメモリ１２４ａからの気象の反射率最大値Ｒｃは、クラウド基準ブロック３０７に入力される。減衰に対して、これらの値は、以下の値を出力として提供するために気象テ−ブル検索ＲＯＭ３１２をアドレスするために使用される。
【００４６】
【数３】
ＡＣは、式（１）からのものである。後方散乱シミュレ−ションでは、気象反射率ＲＣは、タ−ゲットジェネレ−タ−１３５によって計算された式（２）から得られる降水からの反射率Ｆによって修正される。後方散乱の気象テ−ブル索引ＲＯＭ３１２の出力は、以下の値である。：
【００４７】
【数４】
そのモデルは、ＣＴあるいはＦが大きくなるように悪天候フロントをシミュレ−トする。スキャンジェネレ−タ−１１５は、イメ−ジメモリ１２４にストアされた天気図が読み取られる場合に、帰線時間の間での帰引ゲ−トタイミング信号による地形減衰あるいは後方散乱減衰のいずれかとして、気象テ−ブル索引ＲＯＭ３１２の正確な出力を選ぶために、セレクタ−３０８に出力を提供する。
【００４８】レ−ダ−効果基板のボトムセクションは、タ−ゲットジェネレ−タ−によってえられたアンテナ横俯角と振幅Ｂで所定レ−ダ−の垂直方向のアンテナ形状反射を処理する。アスペクトコンピュ−タ−１０２（図１R>１）は、アスペクトブロック３０９に入力を提供する。メモリ１２２からの反射率イメ−ジは、地形反射率ブロック３１０に入力される。これらの値は乗算され、マルチプライヤ３１４で積出力が求められる。気象後方散乱あるいはチャフでは、アスペクト掛ける地形反射率出力が、マルチプレクサ３１３によって“１”出力にされ、マルチプライヤ３２１を通った気象反射率だけがアスペクトなしで表示される。シャド−イングコンピュ−タ−１２９（図１）は、俯角φブロック３１５で俯角φの値を提供し、タ−ゲットジェネレ−タ−は、ブロック３１６でアンテナ横俯角を提供する。これらは、加算された出力を提供するために加算器３１７で加算される。振幅Ｂは、振幅ブロック３１８でタ−ゲットジェネレ−タ−によって供給される。加算器３１７の振幅ブロック３１８の出力は、形状索引テ−ブルＲＯＭ３１９をアドレスするために使われおり、ＲＯＭ３１９は地上レ−ダ−への空気に対するアンテナゲインパタ−ンを表わしているＢｃｓｃ２φを出力として提供している。
【００４９】範囲減衰テ−ブル索引ＲＯＭ３１１と気象索引テ−ブルＲＯＭ３１２の出力は、マルチプライヤ３２１で乗算され、第一の積を作る。マルチプレクサ３１３と形状索引テ−ブルＲＯＭ３１９の出力は、第二の積を作るためにマルチプライヤ３２２で乗算される。マルチプライヤ３２１と３２２からの第一と第二の積は、気象効果に対するレ−ダ−式に結果を提供するために、マルチプライヤ３２３で乗算される。マルチプライヤ３２３の出力はラッチ３２５にラッチされ、ラッチ３２５の出力は、図１に示されるソ−タ−１３６に供給される。
【００５０】従って本発明は、デジタルレ−ダ−ランドマスシミュレ−ションにおける気象シミュレ−ションへのユニ−クなモジュラ−アプロ−チを提供する。この結果は、３次元における気象をシミュレ−トし、ゲ−ミング区域での気象のさまざまなパラメ−タ−をセットする際に大きな柔軟性をインストラクタ−に許す。これは、最小の計算ハ−ドウェアで達成される。
【００５１】本発明は、一つの好ましい実施例をもとにして説明されたが、当業者なら、本発明の範囲内で種々の変更が可能であることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】気象チャネルを有するモジュラ−ＤＲＬＭＳのブロックダイアグラムである。
【図２】一般的な天気図の実例である。
【図３】気象層の幾何的な図である。
【図４】気象チャネルハ−ドウェアのブロックダイアグラムである。
【図５】気象減衰ボ−ドのブロックダイアグラムである。
【図６】気象処理を有するレ−ダ−数式ボ−ドのブロックダイアグラムである。
【符号の説明】
１０９…マイクロプロセッサ、１１０…ディスクコントロ−ラ、１１１…ディスク、１２３…気象デコンプレッサ、１２４ａ…気象／チャフマップイメ−ジメモリ−、１２４ｂ…電波妨害マップバッファ−、１３２…気象減衰。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 デジタルレーダンュミレーションにおいて二次元的な気象情報を実時間で発生させる方法であって、オフラインで受け取ったデジタル気象データを圧縮し、シュミレーションに使用する圧縮気象データを得る工程と、前記圧縮気象データを、後で行うシュミレーションでアクセス・再構成することができるようにデータベース内に格納する工程と、前記データベース内に格納された圧縮気象データに同期をとって継続的にアクセスし、それを展開し、一時的に格納する工程と、気象塊の頂データ、底データ及び前記気象塊に対する俯角データを入力する工程と、気象塊の広がりデータ、回転データ及び移動データを入力する工程と、前記気象塊に対して近づくシュミレーションにおいて変化する気象塊の広がり、回転、移動を演算する工程と、前記頂データ、底データ及び俯角データ、もしくは前記演算した変化する気象塊の広がり、回転及び移動の各データに基づいて、修正減衰距離を求める工程と、前記修正減衰距離を用いて前記一時的に格納していた展開気象データを処理し、実時間で変化する気象状態のシュミレーションを行う工程とを有することを特徴とする前記方法。
【請求項２】 請求項１記載のデジタルレーダシュミレーションにおいて三次元的な気象情報を実時間で発生させる方法において、前記頂データ、底データの入力工程は、気象反射率図を用いて実行されることを特徴とする前記方法。
【請求項３】 請求項２記載のデジタルレーダシュミレーションにおいて三次元的な気象情報を実時間で発生させる方法において、前記修正減衰距離を演算する工程は、前記修正減衰距離を演算するために前記気象反射率図を用い、さらに前記気象反射率図を用いて気象に対する後方散乱を演算する工程を有することを特徴とする前記方法。
【請求項４】 請求項１記載のデジタルレーダシュミレーションにおいて三次元的な気象情報を実時間で発生させる方法において、チャフの位置及び反射率を入力する工程と、レーダ電波妨害を演算する工程とをさらに有することを特徴とする前記方法。
【請求項５】デジタル地表シュミレータ装置であって、方位、高度、反射率、気象に関するオフラインのデジタルデータをシュミレーション用の圧縮データに圧縮する手段と、後でアクセス及び再構成ができるように前記圧縮データをデータベース内に格納する手段と、データベース内の圧縮データにアクセスし、方位、高度、反射率の各データを再構成して格納し、これら各データを同期して継続的に実時間で取り出すための第１、第２、第３のチャンネルと、走査角及び水平俯角を生成し、レーダ入力ベクトルを演算する手段と、前記第１のチャンネルに接続されていて、レーダ方位エコーを生成する方位演算手段と、前記第２のチャンネルに接続されていて、高度及び傾斜距離による影を地表距離の関数として演算する影付け変換手段と、前記第３のチャンネル、方位演算手段、影付け変換手段に接続されていて、シュミレーションレーダ画像を演算するレーダ数式手段と、レーダ数式手段に接続されていて、シュミレーションレーダ画像を表示する表示手段と、データベース内の圧縮データへのアクセス、気象データの再構成及び格納をし、同期して継続的に実時間で気象データの検索をする第４のチャンネルとを具備し、第４のチャンネルが、雲頂データ、雲底データ、気象の広がり、回転、平行移動のデータ、シュミレーションレーダアンテナパターンの水平俯角、地表の高度、飛行高度を一時的に格納するデータ入力手段と、データ入力手段に一時的に格納されたデータに応じて雲に対する自己と地表とのそれぞれの相対的位置を検出する検出手段と、検出手段に応じてデータ入力手段からデータを選択し、気象効果による自己と地表との間の修正減衰距離を演算し、自己がシュミレーション気象内の雲に接近するに連れて変化する雲の広がり、回転、平行移動を演算する演算手段とを具備し、レーダ数式手段が修正減衰距離に応じて気象効果によるシュミレーションレーダ画像を実時間で修正すること特徴とする前記装置。
【請求項６】 請求項５記載のデジタルレーダ地表シュミレータ装置において、前記雲頂データ及び雲底データを有する気象図を格納する気象図手段をさらに具備して得ることを特徴とする前記装置。
【請求項７】 請求項６記載のデジタルレーダ地表シュミレータ装置において、前記演算手段は、気象図を用いて気象による修正減衰距離と背景散乱の両者を演算することを特徴とする前記装置。
【請求項８】 請求項５記載のデジタルレーダ地表シュミレータ装置において、前記データ入力手段は、チャフ距離及び反射データをも一時的に格納し、前記演算手段は、レーダ妨害をも演算することを特徴とする前記装置。
【請求項９】 デジタルレーダ地表シュミレータ用の実時間高解像度気象チャンネルであって、オフラインのデジタル気象データをシュミレーション用の圧縮気象データベースとして圧縮する圧縮手段と、前記データベースにアクセスして、気象データの再構成及び格納をし、気象データを同期して継続的に実時間で検索するデータ格納検索手段と、データ格納検索手段に接続されていて、雲頂データ、雲底データ、雲の広がり、回転、平行移動データ、シュミレーションレーダアンテナパターンの水平俯角、地表の高さ、飛行高度を一時的に格納するデータ入力手段と、データ入力手段に一時的に格納されているデータに応じて、雲に対する自己及び地表の相対的位置を検出する検出手段と、検出手段に応じてデータ入力手段からデータを選択し、シュミレーション気象内の雲に近づくに連れて変化する雲の広がり、回転、平行移動を実時間で演算する演算手段と、演算手段が雲頂、雲底、水平俯角の角データ及び雲の広がり、回転、平行移動の演算結果の両者から気象による自己と地表との間の修正減衰距離を演算することを特徴とする前記チャンネル。
【請求項１０】 請求項９記載のデジタルレーダ地表シュミレータ用の実時間高解像度気象チャンネルにおいて、前記雲頂データ及び雲底データを有する気象図を格納する気象図手段をさらに具備して得ることを特徴とする前記チャネル。
【請求項１１】 請求項１０記載のデジタルレーダ地表シュミレータ用の実時間高解像度気象チャンネルにおいて、前記演算手段は、気象図を用いて気象による修正減衰距離と背景散乱の両者を演算することを特徴とする前記チャンネル。
【請求項１２】 請求項９記載のデジタルレーダ地表シュミレータ用の実時間高解像度気象チャンネルにおいて、前記データ入力手段は、チャフ距離及び反射データをも一時的に格納し、前記演算手段は、レーダ妨害をも演算することを特徴とする前記チャンネル。
【請求項１】 デジタルレーダンュミレーションにおいて二次元的な気象情報を実時間で発生させる方法であって、オフラインで受け取ったデジタル気象データを圧縮し、シュミレーションに使用する圧縮気象データを得る工程と、前記圧縮気象データを、後で行うシュミレーションでアクセス・再構成することができるようにデータベース内に格納する工程と、前記データベース内に格納された圧縮気象データに同期をとって継続的にアクセスし、それを展開し、一時的に格納する工程と、気象塊の頂データ、底データ及び前記気象塊に対する俯角データを入力する工程と、気象塊の広がりデータ、回転データ及び移動データを入力する工程と、前記気象塊に対して近づくシュミレーションにおいて変化する気象塊の広がり、回転、移動を演算する工程と、前記頂データ、底データ及び俯角データ、もしくは前記演算した変化する気象塊の広がり、回転及び移動の各データに基づいて、修正減衰距離を求める工程と、前記修正減衰距離を用いて前記一時的に格納していた展開気象データを処理し、実時間で変化する気象状態のシュミレーションを行う工程とを有することを特徴とする前記方法。
【請求項２】 請求項１記載のデジタルレーダシュミレーションにおいて三次元的な気象情報を実時間で発生させる方法において、前記頂データ、底データの入力工程は、気象反射率図を用いて実行されることを特徴とする前記方法。
【請求項３】 請求項２記載のデジタルレーダシュミレーションにおいて三次元的な気象情報を実時間で発生させる方法において、前記修正減衰距離を演算する工程は、前記修正減衰距離を演算するために前記気象反射率図を用い、さらに前記気象反射率図を用いて気象に対する後方散乱を演算する工程を有することを特徴とする前記方法。
【請求項４】 請求項１記載のデジタルレーダシュミレーションにおいて三次元的な気象情報を実時間で発生させる方法において、チャフの位置及び反射率を入力する工程と、レーダ電波妨害を演算する工程とをさらに有することを特徴とする前記方法。
【請求項５】デジタル地表シュミレータ装置であって、方位、高度、反射率、気象に関するオフラインのデジタルデータをシュミレーション用の圧縮データに圧縮する手段と、後でアクセス及び再構成ができるように前記圧縮データをデータベース内に格納する手段と、データベース内の圧縮データにアクセスし、方位、高度、反射率の各データを再構成して格納し、これら各データを同期して継続的に実時間で取り出すための第１、第２、第３のチャンネルと、走査角及び水平俯角を生成し、レーダ入力ベクトルを演算する手段と、前記第１のチャンネルに接続されていて、レーダ方位エコーを生成する方位演算手段と、前記第２のチャンネルに接続されていて、高度及び傾斜距離による影を地表距離の関数として演算する影付け変換手段と、前記第３のチャンネル、方位演算手段、影付け変換手段に接続されていて、シュミレーションレーダ画像を演算するレーダ数式手段と、レーダ数式手段に接続されていて、シュミレーションレーダ画像を表示する表示手段と、データベース内の圧縮データへのアクセス、気象データの再構成及び格納をし、同期して継続的に実時間で気象データの検索をする第４のチャンネルとを具備し、第４のチャンネルが、雲頂データ、雲底データ、気象の広がり、回転、平行移動のデータ、シュミレーションレーダアンテナパターンの水平俯角、地表の高度、飛行高度を一時的に格納するデータ入力手段と、データ入力手段に一時的に格納されたデータに応じて雲に対する自己と地表とのそれぞれの相対的位置を検出する検出手段と、検出手段に応じてデータ入力手段からデータを選択し、気象効果による自己と地表との間の修正減衰距離を演算し、自己がシュミレーション気象内の雲に接近するに連れて変化する雲の広がり、回転、平行移動を演算する演算手段とを具備し、レーダ数式手段が修正減衰距離に応じて気象効果によるシュミレーションレーダ画像を実時間で修正すること特徴とする前記装置。
【請求項６】 請求項５記載のデジタルレーダ地表シュミレータ装置において、前記雲頂データ及び雲底データを有する気象図を格納する気象図手段をさらに具備して得ることを特徴とする前記装置。
【請求項７】 請求項６記載のデジタルレーダ地表シュミレータ装置において、前記演算手段は、気象図を用いて気象による修正減衰距離と背景散乱の両者を演算することを特徴とする前記装置。
【請求項８】 請求項５記載のデジタルレーダ地表シュミレータ装置において、前記データ入力手段は、チャフ距離及び反射データをも一時的に格納し、前記演算手段は、レーダ妨害をも演算することを特徴とする前記装置。
【請求項９】 デジタルレーダ地表シュミレータ用の実時間高解像度気象チャンネルであって、オフラインのデジタル気象データをシュミレーション用の圧縮気象データベースとして圧縮する圧縮手段と、前記データベースにアクセスして、気象データの再構成及び格納をし、気象データを同期して継続的に実時間で検索するデータ格納検索手段と、データ格納検索手段に接続されていて、雲頂データ、雲底データ、雲の広がり、回転、平行移動データ、シュミレーションレーダアンテナパターンの水平俯角、地表の高さ、飛行高度を一時的に格納するデータ入力手段と、データ入力手段に一時的に格納されているデータに応じて、雲に対する自己及び地表の相対的位置を検出する検出手段と、検出手段に応じてデータ入力手段からデータを選択し、シュミレーション気象内の雲に近づくに連れて変化する雲の広がり、回転、平行移動を実時間で演算する演算手段と、演算手段が雲頂、雲底、水平俯角の角データ及び雲の広がり、回転、平行移動の演算結果の両者から気象による自己と地表との間の修正減衰距離を演算することを特徴とする前記チャンネル。
【請求項１０】 請求項９記載のデジタルレーダ地表シュミレータ用の実時間高解像度気象チャンネルにおいて、前記雲頂データ及び雲底データを有する気象図を格納する気象図手段をさらに具備して得ることを特徴とする前記チャネル。
【請求項１１】 請求項１０記載のデジタルレーダ地表シュミレータ用の実時間高解像度気象チャンネルにおいて、前記演算手段は、気象図を用いて気象による修正減衰距離と背景散乱の両者を演算することを特徴とする前記チャンネル。
【請求項１２】 請求項９記載のデジタルレーダ地表シュミレータ用の実時間高解像度気象チャンネルにおいて、前記データ入力手段は、チャフ距離及び反射データをも一時的に格納し、前記演算手段は、レーダ妨害をも演算することを特徴とする前記チャンネル。
【図３】
【図２】
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【特許番号】特許第３１５４５１７号（Ｐ３１５４５１７）
【登録日】平成１３年２月２日（２００１．２．２）
【発行日】平成１３年４月９日（２００１．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−１８０５２１
【出願日】平成３年６月２６日（１９９１．６．２６）
【公開番号】特開平４−２３３５７３
【公開日】平成４年８月２１日（１９９２．８．２１）
【審査請求日】平成３年６月２６日（１９９１．６．２６）
【審判番号】平９−６１５６
【審判請求日】平成９年４月２１日（１９９７．４．２１）
【出願人】（３９００３９１４７）レイセオン・カンパニー (149)
【氏名又は名称原語表記】Ｒａｙｔｈｅｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ
【合議体】
【参考文献】
【文献】特公 平１−５４７４８（ＪＰ，Ｂ２）
【登録日】平成１３年２月２日（２００１．２．２）
【発行日】平成１３年４月９日（２００１．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成３年６月２６日（１９９１．６．２６）
【公開番号】特開平４−２３３５７３
【公開日】平成４年８月２１日（１９９２．８．２１）
【審査請求日】平成３年６月２６日（１９９１．６．２６）
【審判番号】平９−６１５６
【審判請求日】平成９年４月２１日（１９９７．４．２１）
【出願人】（３９００３９１４７）レイセオン・カンパニー (149)
【氏名又は名称原語表記】Ｒａｙｔｈｅｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ
【合議体】
【参考文献】
【文献】特公 平１−５４７４８（ＪＰ，Ｂ２）
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