コホー

COHOはCoherent Oscillatorの略で、空洞マグネトロンに基づくレーダーシステムで使用される技術で、移動ターゲット インジケーターディスプレイを実装できます。信号は送信時ではなく受信時にのみコヒーレントであるため、この概念は受信時コヒーレントとも呼ばれます。信号の処理方法により、この技術を使用するレーダーは疑似コヒーレント レーダーと呼ばれます。

COHO はアナログ電子機器で安価に実装できるため、1950 年代から 1970 年代にかけて広く使用されていました。新しいソリッド ステート システムと完全デジタル処理が安価になったため、COHO はあまり使用されなくなり、現在では特定の低コスト システムにのみ使用されています。

基本的に、移動ターゲット表示(MTI) システムは、パルスレーダーの受信信号の 2 つのパルスを比較することによって機能します。移動するターゲットは「ブリップ」をわずかにシフトしますが、これはオペレーターが確認できないほど小さい場合があります。特に長距離レーダーでは、高速ターゲットの動きでさえ検出できないほど小さい場合があります。MTI は、1 つの受信信号を保存し、それを次のパルスと比較することによって機能します。次に、1 つの信号を反転して加算することで、2 つの信号を比較します。移動していないオブジェクトからの信号はこのように打ち消されますが、小さな動きでも、アナログ位相検出器で簡単に検出できる位相シフトが発生します。

MTI では、パルスをパルス繰り返し周波数の長さだけ保存する必要があります。マイクロ波領域で高周波信号をきれいに保存できるアナログ デバイスは一般的ではないため、解決策としては、はるかに低い周波数の中間周波数(IF) 信号をパルスのベースとして使用し、これを周波数逓倍器に送り、増幅してからクライストロンなどのデバイスで放送します。受信時には、信号経路が逆転し、元の IF に似た出力が生成されます。この低い周波数は、アナログ遅延線などのいくつかのアナログ デバイスに保存できます。

この概念は、クライストロンのような増幅器を使用するレーダーではうまく機能します。クライストロンは、通常、水晶発振器のような非常に安定したソースである別のデバイスからの入力信号を増幅します。ただし、キャビティ マグネトロンはこのようには機能しません。その物理的構造の結果として、電気エネルギーが供給されると、1 つのステップでマイクロ波周波数出力が生成されます。元の信号を生成する発振器がないため、比較する参照信号がありません。さらに問題を複雑にしているのは、マグネトロンの出力がパルスごとに周波数がわずかに変化し、位相が強く変化することがよくあることです。位相差を使用してターゲットを検出するため、デバイスを MTI に適合させることがさらに難しくなります。

COHO は、マグネトロンの出力を使用して安定した基準信号を生成することで、これらの問題を解決します。これは、方向性結合器を使用して少量の出力を取り出し、それを受信機の最初の段階に供給することで実現します。これにより、放送の正確な位相を含む IF 信号が生成されます。通常、出力は 1 ～ 60 MHz の範囲で、遅延ラインでの保存に適しています。

この IF 信号は、まず位相ロック ループまたは同様のシステムに送信され、正確で安定した基準信号が提供されます。COHO 回路のこの部分は、安定発振器または STALO と呼ばれます。

レーダーに見える物体は信号を反射し、信号の位相はアンテナからの正確な距離によって異なります。この返送信号も IF セクションで増幅されます。次に、この受信機からの出力は位相検出器で STALO 信号と比較されます。検出器は、物体がある場所ではどこでも発生する、信号の位相が異なる場合にのみ信号を出力します。その結果、一連の短い出力パルスが生成されます。この信号はビデオとして使用したり、レーダー ディスプレイに直接送信したりできます。

この技術自体は、移動するターゲットを明らかにするものではなく、パルス間の比較が必要です。これは、位相検出器の出力を分割し、半分をパルス繰り返し周波数と同じ遅延時間で音響遅延ラインに送ることで実現できます。つまり、最後のパルスからの信号は、次のパルスが受信されるのと同時に遅延ラインから出ます。次に、通常は遅延ラインからの信号の 1 つが反転され、新しい信号に追加されます。これにより、2 つの信号が変化した部分のみの出力信号が生成されます。

ターゲットが移動しており、レーダーに対する正確な距離が変化する場合、受信信号の位相はパルスごとに変化し、最終的なビデオに信号が生成されます。移動していないターゲットは、パルスごとに（ほぼ）同じ位相を持ち、その信号は除去されます。視線に沿ったターゲットの速度によってパルスごとの位相の変化が決まるため、一連のパルスにわたって位相の差は変化します。位相の変化率は、完全にコヒーレントなドップラー レーダーで見られるドップラー周波数と同じであり、ターゲットの半径方向の速度を決定するために使用できます。

COHO 設計の大きな欠点は、周波数可変レーダーでは使用できないことです。これらのレーダーはパルスごとに周波数が変化するため、COHO のようなパルス比較技術は機能しません。これらの用途には、クライストロンのようなコヒーレント信号源が必要です。また、記憶装置は通常、変更する必要のある機械的な遅延で実装されているため、パルス幅やパルス繰り返し周波数などのレーダーのパラメータを変更することは困難ですが、事前に設定された選択肢の中からいくつか選択することはできます。

COHO は 1950 年代初頭から 1960 年代にかけて広く使用されていましたが、ますます強力なクライストロンと新しい進行波管システムの導入により、1970 年代までにほとんどの軍用レーダーからマグネトロンが排除されました。さまざまな固体素子に基づく最近のシステムもコヒーレントです。信号の処理と保存に必要な性能を備えたデジタル エレクトロニクスが現在では一般的になり、COHO のような技術をあらゆる信号に適用できるようになりました。独立した COHO システムは、特定のクラスの低コスト レーダーを除いて使用されなくなりました。

• 「COHO」。レーダーチュートリアル。
• 「疑似コヒーレントレーダー」。レーダーチュートリアル。
• ロング、モーリス (2004)。航空機搭載型早期レーダー警報システムの概念。SciTech Publishing。