JP2011021912A

JP2011021912A - Radar device

Info

Publication number: JP2011021912A
Application number: JP2009165065A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Hamada; 友和浜田; Takeshi Kumamoto; 剛熊本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-07-13
Filing date: 2009-07-13
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-07-13
Also published as: JP5472902B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radar device controlling beam width and antenna gain of an array antenna as needed even after an opening space of the array antenna has been set. <P>SOLUTION: When transmitting transmission signals from antenna elements 24-1 to 24-n, opening length and opening area of the array antenna are controlled by turning on/off transmission/reception modules 23-1 to 23-n by a scanning control section 30, thus controlling beam width and antenna gain of transmission beams. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、例えば複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナを備えたレーダ装置に関する。 The present invention relates to a radar apparatus including an array antenna composed of, for example, a plurality of antenna elements.

レーダ装置は、複数のアンテナ素子で構成されたアクティブフェーズドアレーアンテナを備え、各アンテナ素子を介して送信する信号の位相を制御することにより、送信信号の指向性を自由に設定する。このとき、アレーアンテナのアンテナ利得及び、送信ビーム及び受信ビームのビーム幅は、基本的にはアレーアンテナのアンテナ開口面積及び送信信号の周波数によって決定される（例えば、特許文献１参照）。 The radar apparatus includes an active phased array antenna composed of a plurality of antenna elements, and freely sets the directivity of the transmission signal by controlling the phase of the signal transmitted through each antenna element. At this time, the antenna gain of the array antenna and the beam widths of the transmission beam and the reception beam are basically determined by the antenna aperture area of the array antenna and the frequency of the transmission signal (see, for example, Patent Document 1).

従来のレーダ装置では、アレーアンテナのアンテナ開口面積が一度設定されてしまうと、開口面積を変更することが困難であるため、ビーム幅及びアンテナ利得の変更は困難であった。このとき、所定の処理によりビーム幅及びアンテナ利得の不足を補うことが可能である。ただし、レーダ装置の捜索範囲によっては、レーダリソースのロスが生じるという問題がある。例えば、捜索範囲が遠距離となる場合には、送信信号のパルス幅を長くとることで、アンテナ利得の不足を補うことが可能であるが、距離ブラインドが発生するという問題がある。また、捜索範囲が遠距離となる場合には、送信信号のパルス数を増加させることで、アンテナ利得の不足を補うことが可能であるが、目標の捜索時間が長くなり、データレートが低下するという問題がある。また、捜索範囲が広範囲に及ぶ場合には、複数の送信ビームを時系列に捜索することで、ビーム幅の狭さを補うことが可能であるが、探知時間が長くなり、データレートが低下するという問題がある。 In the conventional radar apparatus, once the antenna aperture area of the array antenna is set, it is difficult to change the aperture area, and thus it is difficult to change the beam width and the antenna gain. At this time, the shortage of the beam width and the antenna gain can be compensated by a predetermined process. However, there is a problem that a loss of radar resources occurs depending on the search range of the radar apparatus. For example, when the search range is a long distance, it is possible to compensate for the shortage of the antenna gain by increasing the pulse width of the transmission signal, but there is a problem that a distance blind occurs. In addition, when the search range is a long distance, it is possible to compensate for the shortage of antenna gain by increasing the number of pulses of the transmission signal, but the target search time becomes long and the data rate decreases. There is a problem. In addition, when the search range covers a wide range, it is possible to compensate for the narrowness of the beam width by searching a plurality of transmission beams in time series, but the detection time becomes longer and the data rate decreases. There is a problem.

なお、特許文献１では、送信信号の周波数に応じて、アレーアンテナにおけるアンテナ素子のうち予め設定されたアンテナ素子をオフにすることで、送信信号の周波数が変化した場合でも同一のビーム幅を保つ技術が提案されている。しかしながら、特許文献１では、周波数が変化した場合にビーム幅を維持することについては記載されているが、一度開口面積が設定されてしまったアレーアンテナのビーム幅及びアンテナ利得を、必要に応じて制御することに関しては記載されていない。 In Patent Document 1, the same beam width is maintained even when the frequency of the transmission signal changes by turning off a preset antenna element among the antenna elements in the array antenna according to the frequency of the transmission signal. Technology has been proposed. However, Patent Document 1 describes maintaining the beam width when the frequency changes, but the beam width and antenna gain of the array antenna once the aperture area has been set can be set as necessary. There is no mention of controlling.

特開２００４−２４７９２２号公報JP 2004-247922 A

以上のように、従来のレーダ装置では、アレーアンテナの開口面積が一度設定されてしまうと、アレーアンテナのビーム幅及びアンテナ利得の変更が困難であり、ビーム幅及びアンテナ利得の不足を補おうとした場合、レーダリソースのロスが生じるという問題があった。 As described above, in the conventional radar apparatus, once the aperture area of the array antenna is set, it is difficult to change the beam width and antenna gain of the array antenna, and an attempt is made to compensate for the shortage of the beam width and antenna gain. In this case, there is a problem that a loss of radar resources occurs.

この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、アレーアンテナの開口面積が設定されてしまった後であっても、アレーアンテナのビーム幅及びアンテナ利得を必要に応じて制御することが可能なレーダ装置を提供することにある。 The present invention has been made under the circumstances described above, and its purpose is to control the beam width and antenna gain of the array antenna as necessary even after the aperture area of the array antenna has been set. Is to provide a simple radar device.

上記目的を達成するため、本発明に係るレーダ装置は、送信信号を生成する信号生成部と、前記生成された送信信号を複数系統に分配する分配部と、前記系統毎に設置され、前記分配された送信信号の位相を変化させる複数の送信モジュールと、前記複数の送信モジュールにそれぞれ接続され、前記送信信号を空間へ向けて送信する複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子により所望の方向に送信ビームを発生させるように前記複数の送信モジュールにおける位相変化を制御し、前記送信ビームのビーム幅及びアンテナ利得が所望のビーム幅及びアンテナ利得となるようにアンテナ開口長及びアンテナ開口面積を決定し、前記アンテナ開口長及びアンテナ開口面積を満たすように前記複数の送信モジュールのうちいずれかをオン／オフ制御する制御部とを具備する。 To achieve the above object, a radar apparatus according to the present invention is provided with a signal generation unit that generates a transmission signal, a distribution unit that distributes the generated transmission signal to a plurality of systems, and the distribution A plurality of transmission modules that change the phase of the transmitted signal, a plurality of antenna elements that are respectively connected to the plurality of transmission modules and that transmit the transmission signal toward a space, and a desired direction by the plurality of antenna elements The phase change in the plurality of transmission modules is controlled so that a transmission beam is generated in the antenna, and the antenna aperture length and antenna aperture area are determined so that the beam width and antenna gain of the transmission beam become the desired beam width and antenna gain. Then, one of the plurality of transmission modules is turned on / off so as to satisfy the antenna opening length and the antenna opening area. And a control unit for controlling.

上記構成によるレーダ装置では、送信ビームのビーム幅及びアンテナ利得が所望のビーム幅及びアンテナ利得となるように、送信モジュールをオン／オフ制御するようにしている。これにより、アンテナ開口長及びアンテナ開口面積がすでに設定された場合であっても、アンテナ開口長及びアンテナ開口面積を変更することが可能であるため、送信ビームのビーム幅及びアンテナ利得を制御することが可能となる。 In the radar apparatus having the above configuration, the transmission module is controlled to be turned on / off so that the beam width and antenna gain of the transmission beam become the desired beam width and antenna gain. Thereby, even when the antenna aperture length and the antenna aperture area are already set, the antenna aperture length and the antenna aperture area can be changed, so that the beam width and the antenna gain of the transmission beam can be controlled. Is possible.

この発明によれば、アレーアンテナの開口面積が設定されてしまった後であっても、アレーアンテナのビーム幅及びアンテナ利得を必要に応じて制御することが可能なレーダ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a radar apparatus that can control the beam width and antenna gain of an array antenna as necessary even after the aperture area of the array antenna has been set. .

本発明の一実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the radar apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図１のレーダ装置の送受信モジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the transmission / reception module of the radar apparatus of FIG. 図１のビーム形成部の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the beam formation part of FIG. 図１のアレーアンテナの開口とビーム幅を示す図である。It is a figure which shows the opening and beam width of the array antenna of FIG. 図１のアレーアンテナの開口とビーム幅を示す図である。It is a figure which shows the opening and beam width of the array antenna of FIG. 図１のアレーアンテナの開口とビーム幅を示す図である。It is a figure which shows the opening and beam width of the array antenna of FIG. 図１のレーダ制御部が捜索距離に応じてビーム幅及びアンテナ利得を制御する際の図である。It is a figure at the time of the radar control part of FIG. 1 controlling a beam width and an antenna gain according to a search distance. 従来のレーダ装置により所定の捜索範囲を捜索する際の図である。It is a figure at the time of searching a predetermined | prescribed search range with the conventional radar apparatus. 本発明のレーダ装置に用いることが可能な受信モジュールの機能構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a function structure of the receiving module which can be used for the radar apparatus of this invention.

以下、図面を参照しながら本発明に係るレーダ装置の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a radar apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図１におけるレーダ装置は、レーダ制御部１０、アクティブフェーズドアレーアンテナ２０、走査制御部３０、ビーム形成部４０及び信号処理部５０を具備する。レーダ制御部１０は、レーダ装置全体の動作を制御するものであり、目標の捜索範囲に応じたタイミングで動作するようにアレーアンテナ２０及び走査制御部３０へ制御信号を出力する。 FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a radar apparatus according to an embodiment of the present invention. The radar apparatus in FIG. 1 includes a radar control unit 10, an active phased array antenna 20, a scanning control unit 30, a beam forming unit 40, and a signal processing unit 50. The radar control unit 10 controls the operation of the entire radar apparatus, and outputs a control signal to the array antenna 20 and the scanning control unit 30 so as to operate at a timing according to a target search range.

アレーアンテナ２０は、送信機２１、電力分配器２２、送受信モジュール２３−１〜２３−ｎ、アンテナ素子２４−１〜２４−ｎ及び受信機２５を備える。送信機２１は、レーダ制御部１０からの制御信号に従って送信信号を生成する。電力分配器２２は、送信信号を分配し、分配後の信号を送受信モジュール２３−１〜２３−ｎへ供給する。送受信モジュール２３−１〜２３−ｎは、電力分配器２２から供給された信号をアンテナ素子２４−１〜２４−ｎを介して送信する。また、送受信モジュール２３−１〜２３−ｎは、アンテナ素子２４−１〜２４−ｎにより受信信号を受信する。受信機２５は、送受信モジュール２３−１〜２３−ｎからの信号に対して受信処理を施し、処理後の信号をビーム形成部４０へ出力する。 The array antenna 20 includes a transmitter 21, a power distributor 22, transmission / reception modules 23-1 to 23-n, antenna elements 24-1 to 24-n, and a receiver 25. The transmitter 21 generates a transmission signal in accordance with a control signal from the radar control unit 10. The power distributor 22 distributes the transmission signal and supplies the distributed signal to the transmission / reception modules 23-1 to 23-n. The transmission / reception modules 23-1 to 23-n transmit signals supplied from the power distributor 22 via the antenna elements 24-1 to 24-n. In addition, the transmission / reception modules 23-1 to 23-n receive reception signals by the antenna elements 24-1 to 24-n. The receiver 25 performs reception processing on the signals from the transmission / reception modules 23-1 to 23-n and outputs the processed signals to the beam forming unit 40.

図２は、本発明の一実施形態に係るレーダ装置の送受信モジュール２３−１〜２３−ｎの構成を示す模式図である。送受信モジュール２３−１〜２３−ｎは、スイッチ２３１、位相器２３２、切替器２３３、高出力増幅器２３４、低雑音増幅器２３５及びサーキュレータ２３６を備える。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the transmission / reception modules 23-1 to 23-n of the radar apparatus according to the embodiment of the present invention. The transmission / reception modules 23-1 to 23-n include a switch 231, a phase shifter 232, a switch 233, a high output amplifier 234, a low noise amplifier 235, and a circulator 236.

スイッチ２３１は、後述する走査制御部３０の制御に従って信号の導出をオン／オフする。位相器２３２は、走査制御部３０の制御に従い、受け取った信号の位相を制御する。このときの位相制御量は、走査制御部３０により、ビーム走査角に応じてアンテナ素子２４−１〜２４−ｎ毎に設定される。これにより、送信時にはアンテナ素子２４−１〜２４−ｎにより所望の方向に送信ビームが形成される。また、受信時にはアンテナ素子２４−１〜２４−ｎにより得られた複数の受信信号に基づいてビーム形成部４０で所望の受信ビームが形成されることとなる。切替器２３３は、走査制御部３０の制御に従って信号の導出先を切り替える。高出力増幅器２３４は、入力された送信信号を高出力で増幅する。低雑音増幅器２３５は、入力された受信信号を低雑音で増幅する。 The switch 231 turns on / off the signal derivation according to the control of the scanning control unit 30 described later. The phase shifter 232 controls the phase of the received signal according to the control of the scanning control unit 30. The phase control amount at this time is set by the scanning control unit 30 for each of the antenna elements 24-1 to 24-n according to the beam scanning angle. Thereby, at the time of transmission, a transmission beam is formed in a desired direction by the antenna elements 24-1 to 24-n. At the time of reception, a desired reception beam is formed by the beam forming unit 40 based on a plurality of reception signals obtained by the antenna elements 24-1 to 24-n. The switch 233 switches the signal destination according to the control of the scanning control unit 30. The high output amplifier 234 amplifies the input transmission signal with high output. The low noise amplifier 235 amplifies the input received signal with low noise.

上記走査制御部３０は、レーダ制御部１０からの制御信号に従い、送受信モジュール２３−１〜２３−ｎのスイッチ２３１に対してオン／オフ制御を行う。また、走査制御部３０は、レーダ制御部１０からの制御信号に従い、切替器２３３に対して切替制御を行う。また、走査制御部３０は、レーダ制御部１０からの制御信号に従い、位相器２３２の制御を行う。 The scanning control unit 30 performs on / off control on the switches 231 of the transmission / reception modules 23-1 to 23-n in accordance with a control signal from the radar control unit 10. In addition, the scanning control unit 30 performs switching control on the switch 233 in accordance with a control signal from the radar control unit 10. Further, the scanning control unit 30 controls the phase shifter 232 according to the control signal from the radar control unit 10.

ビーム形成部４０は、例えば、図３に示す構成をとる。ビーム形成部４０は、ビーム形成処理部４１−１〜４１−ｍを備える。ビーム形成部４０は、ビーム形成処理部４１−１〜４１−ｍによりｍ種類の合成ビームを形成する。 The beam forming unit 40 has, for example, the configuration shown in FIG. The beam forming unit 40 includes beam forming processing units 41-1 to 41-m. The beam forming unit 40 forms m types of combined beams by the beam forming processing units 41-1 to 41-m.

ビーム形成処理部４１−１〜４１−ｍは、それぞれミキサ素子４１１及び合成部４１２を備える。例えば、ビーム形成処理部４１−１は、ミキサ素子４１１−１１〜４１１−１ｎ及び合成部４１２−１を備える。ミキサ素子４１１−１１〜４１１−１ｎ，４１１−２１〜４１１−２ｎ，…，４１１−ｎ１〜４１１−ｎｍそれぞれには、ビーム形成処理部４１−１〜４１−ｍで所望の合成ビームが形成されるように、予め設定されたウェイトが付加される。 Each of the beam forming processing units 41-1 to 41-m includes a mixer element 411 and a combining unit 412. For example, the beam forming processing unit 41-1 includes mixer elements 411-11 to 411-1n and a combining unit 412-1. In each of the mixer elements 411-11 to 411-1n, 411-21 to 411-2n,..., 411-n1 to 411-nm, desired composite beams are formed by the beam forming processing units 41-1 to 41-m. In this way, a preset weight is added.

ビーム形成処理部４１−１は、受信機２５から出力されたｎ系統の受信信号に対してミキサ素子４１１−１１〜４１１−１ｎでそれぞれ重み付けを行う。ビーム形成処理部４１−１は、ミキサ素子４１１−１１〜４１１−１ｎからの信号を合成部４１２−１で合成し、その合成信号を信号処理部５０へ出力する。なお、ビーム形成処理部４１−１は、必ずしも受信機２５からのｎ系統の受信信号に基づいて合成ビームを形成する必要はない。例えば、ビーム形成処理部４１−１は、受信機２５からの受信信号のうちいずれかの複数の受信信号に基づいて合成ビームを形成するようにしてもよい。また、ビーム形成処理部４１−２〜４１−ｍは、ビーム形成処理部４１−１と同様の処理を行い、合成部４１２−２〜４１２−ｍから合成信号を信号処理部５０へ出力する。 The beam forming processing unit 41-1 weights the n-system received signals output from the receiver 25 by the mixer elements 411-11 to 411-1n. The beam forming processing unit 41-1 combines the signals from the mixer elements 411-11 to 411-1n by the combining unit 412-1 and outputs the combined signal to the signal processing unit 50. Note that the beam forming processing unit 41-1 does not necessarily need to form a combined beam based on the n systems of received signals from the receiver 25. For example, the beam forming processing unit 41-1 may form a combined beam based on any of a plurality of received signals among the received signals from the receiver 25. Further, the beam forming processing units 41-2 to 41-m perform the same processing as the beam forming processing unit 41-1, and output the combined signals from the combining units 412-2 to 412-m to the signal processing unit 50.

信号処理部５０は、ビーム形成部４０からの信号に対して信号処理を行い、レーダ制御部１０へ出力する。 The signal processing unit 50 performs signal processing on the signal from the beam forming unit 40 and outputs the signal to the radar control unit 10.

次に、上記構成における動作を説明する。 Next, the operation in the above configuration will be described.

まず、アレーアンテナ２０が送信信号を送信する際の動作について説明する。レーダ制御部１０は、外部から入力されたパラメータに従って、アレーアンテナ２０及び走査制御部３０を制御する。ここで、外部から入力されたパラメータとは、アレーアンテナ２０からの送信ビームのビーム幅、アンテナ利得、同時送信ビーム本数及び周波数等である。一般的にビーム幅は以下の式により算出される。 First, an operation when the array antenna 20 transmits a transmission signal will be described. The radar control unit 10 controls the array antenna 20 and the scanning control unit 30 according to parameters input from the outside. Here, the parameters input from the outside are the beam width of the transmission beam from the array antenna 20, the antenna gain, the number of simultaneous transmission beams, the frequency, and the like. In general, the beam width is calculated by the following equation.

Ｂ＝Ｋ・λ／Ｌ（１）
ここで、Ｂはビーム幅を示し、Ｋは定数を示し、Ｌは開口寸法を示す。また、アンテナ利得は以下の式により算出される。 B = K · λ / L (1)
Here, B represents the beam width, K represents a constant, and L represents the aperture size. The antenna gain is calculated by the following formula.

Ｇ＝（４πＡ）／λ^２（２）
ここで、Ｇはアンテナ利得を示し、Ａは開口面積を示す。 G = (4πA) / λ ² (2)
Here, G represents the antenna gain, and A represents the aperture area.

例えば、レーダ制御部１０は、外部からビーム幅Ｂ及びアンテナ利得Ｇが所定の値となるように指定された場合、ビーム幅Ｂ及びアンテナ利得Ｇが指定された値となるように開口寸法Ｌ、開口面積Ａ及び波長λを決定する。そして、レーダ制御部１０は、決定した波長λに基づく周波数ｆの送信信号を捜索範囲に応じたタイミングで生成するように送信機２１へ制御信号を出力する。また、レーダ制御部１０は、アレーアンテナ２０の開口寸法及び開口面積が、決定した開口寸法Ｌ及び開口面積Ａとなるように、走査制御部３０に対して制御信号を出力する。 For example, when the beam width B and the antenna gain G are designated from the outside so that the beam width B and the antenna gain G are set to predetermined values, the radar control unit 10 is configured so that the beam width B and the antenna gain G have the specified values. The aperture area A and the wavelength λ are determined. Then, the radar control unit 10 outputs a control signal to the transmitter 21 so as to generate a transmission signal having a frequency f based on the determined wavelength λ at a timing corresponding to the search range. In addition, the radar control unit 10 outputs a control signal to the scanning control unit 30 so that the opening size and the opening area of the array antenna 20 become the determined opening size L and opening area A.

また、レーダ制御部１０は、外部からビーム幅Ｂ及び周波数ｆが所定の値となるように指定された場合、ビーム幅Ｂ及び周波数ｆが指定された値となり、かつ、アンテナ利得Ｇが最適な値となるように開口寸法Ｌ及び開口面積Ａを決定する。そして、レーダ制御部１０は、周波数ｆの送信信号を捜索範囲に応じたタイミングで生成するように送信機２１へ制御信号を出力する。また、レーダ制御部１０は、アレーアンテナ２０の開口寸法及び開口面積が、決定した開口寸法Ｌ及び開口面積Ａとなるように、走査制御部３０に対して制御信号を出力する。 Further, when the beam width B and the frequency f are designated from the outside so that the beam width B and the frequency f are set to predetermined values, the radar control unit 10 has the beam width B and the frequency f set to the specified values and the antenna gain G is optimal. The opening dimension L and the opening area A are determined so as to be values. Then, the radar control unit 10 outputs a control signal to the transmitter 21 so as to generate a transmission signal of the frequency f at a timing corresponding to the search range. In addition, the radar control unit 10 outputs a control signal to the scanning control unit 30 so that the opening size and the opening area of the array antenna 20 become the determined opening size L and opening area A.

また、レーダ制御部１０は、外部から同時送信ビーム本数が指定された場合、指定されたビーム本数を満たし、かつ、ビーム幅Ｂ及びアンテナ利得Ｇが最適な値となるように開口数Ｓ、開口寸法Ｌ、開口面積Ａ及び波長λを決定する。そして、レーダ制御部１０は、決定した波長λに基づく周波数ｆの送信信号を捜索範囲に応じたタイミングで生成するように送信機２１へ制御信号を出力する。また、レーダ制御部１０は、アレーアンテナ２０の開口数、開口寸法及び開口面積が、決定した開口数Ｓ、開口寸法Ｌ及び開口面積Ａとなるように、走査制御部３０に対して制御信号を出力する。 In addition, when the number of simultaneous transmission beams is designated from the outside, the radar control unit 10 satisfies the designated number of beams, and the numerical aperture S and the aperture so that the beam width B and the antenna gain G become optimum values. The dimension L, the opening area A, and the wavelength λ are determined. Then, the radar control unit 10 outputs a control signal to the transmitter 21 so as to generate a transmission signal having a frequency f based on the determined wavelength λ at a timing corresponding to the search range. Also, the radar control unit 10 sends a control signal to the scanning control unit 30 so that the numerical aperture, aperture size, and aperture area of the array antenna 20 are the determined numerical aperture S, aperture size L, and aperture area A. Output.

さらに、レーダ制御部１０は、外部から捜索範囲の指定を受けた場合、その捜索範囲を捜索するのに適した送信ビームを形成するようにアレーアンテナ２０及び走査制御部３０を制御する。 Further, when receiving a search range specification from the outside, the radar control unit 10 controls the array antenna 20 and the scanning control unit 30 so as to form a transmission beam suitable for searching the search range.

例えば、レーダ制御部１０は、外部から捜索範囲Ｄが指定された場合、捜索範囲Ｄにおける捜索距離に応じて送信ビームのビーム幅Ｂ及びアンテナ利得Ｇを制御する。すなわち、レーダ制御部１０は、遠距離捜索が必要である範囲はビーム幅Ｂよりもアンテナ利得Ｇを重視して、開口寸法Ｌ、開口面積Ａ及び波長λを決定する。また、レーダ制御部１０は、近距離捜索が必要である範囲はアンテナ利得Ｇよりもビーム幅Ｂを重視して、開口寸法Ｌ、開口面積Ａ及び波長λを決定する。そして、レーダ制御部１０は、決定した波長λに基づく周波数ｆの送信信号を捜索距離に応じたタイミングで生成するように送信機２１へ制御信号を出力する。また、レーダ制御部１０は、アレーアンテナ２０の開口寸法及び開口面積が、決定した開口寸法Ｌ及び開口面積Ａとなるように、走査制御部３０に対して制御信号を出力する。送信機２１は、レーダ制御部１０からの制御信号に従って送信信号を生成し、生成した送信信号を電力分配器２２へ出力する。電力分配器２２は、送信機２１からの送信信号を各送受信モジュール２３−１〜２３−ｎへ分配する。走査制御部３０は、レーダ制御部１０からの制御信号に従って、送受信モジュール２３−１〜２３−ｎのスイッチ２３１をオン／オフ制御する。すなわち、レーダ制御部１０で決定された開口数Ｓ、開口寸法Ｌ及び開口面積Ａが実現されるように、スイッチ２３１をオン又はオフとすることで、送信信号を処理する送受信モジュールの数を制御する。また、走査制御部３０は、レーダ制御部１０により指定された方向に送信ビームが指向性を有するように位相器２３２を制御する。また、走査制御部３０は、送信信号の送信時においては、レーダ制御部１０の制御に従い、切替器２３３を高出力増幅器２３４側へ切り替える。 For example, when the search range D is designated from the outside, the radar control unit 10 controls the beam width B and the antenna gain G of the transmission beam according to the search distance in the search range D. That is, the radar control unit 10 determines the aperture size L, the aperture area A, and the wavelength λ in the range where the long-distance search is necessary, with the antenna gain G more important than the beam width B. Further, the radar control unit 10 determines the aperture size L, the aperture area A, and the wavelength λ in the range in which the short-range search is necessary, placing importance on the beam width B rather than the antenna gain G. Then, the radar control unit 10 outputs a control signal to the transmitter 21 so as to generate a transmission signal having a frequency f based on the determined wavelength λ at a timing corresponding to the search distance. In addition, the radar control unit 10 outputs a control signal to the scanning control unit 30 so that the opening size and the opening area of the array antenna 20 become the determined opening size L and opening area A. The transmitter 21 generates a transmission signal in accordance with the control signal from the radar control unit 10 and outputs the generated transmission signal to the power distributor 22. The power distributor 22 distributes the transmission signal from the transmitter 21 to each of the transmission / reception modules 23-1 to 23-n. The scanning control unit 30 performs on / off control of the switches 231 of the transmission / reception modules 23-1 to 23-n according to a control signal from the radar control unit 10. That is, the number of transmission / reception modules that process transmission signals is controlled by turning on or off the switch 231 so that the numerical aperture S, the aperture size L, and the aperture area A determined by the radar control unit 10 are realized. To do. Further, the scanning control unit 30 controls the phase shifter 232 so that the transmission beam has directivity in the direction specified by the radar control unit 10. Further, the scanning control unit 30 switches the switch 233 to the high output amplifier 234 side in accordance with the control of the radar control unit 10 when transmitting the transmission signal.

送受信モジュール２３−１〜２３−ｎのうち、走査制御部３０によりスイッチ２３１がオンとされた送受信モジュールは、送信信号を位相器２３２で位相制御し、高出力増幅器２３４で増幅した後、アンテナ素子２４−１〜２４−ｎから出力する。また、走査制御部３０は、複数の送信ビームを同時に形成する旨の指示があった場合、スイッチ２３１をオン／オフ制御してアレーアンテナ２０上に、指定された個数の開口面を形成させる。そして、走査制御部３０は、位相器２３２を開口面毎に制御することで、複数の送信ビームを同時に形成する。 Among the transmission / reception modules 23-1 to 23-n, the transmission / reception module whose switch 231 is turned on by the scanning control unit 30 controls the phase of the transmission signal by the phase shifter 232, amplifies it by the high output amplifier 234, and then the antenna element. Output from 24-1 to 24-n. In addition, when instructed to simultaneously form a plurality of transmission beams, the scanning control unit 30 performs on / off control of the switch 231 to form a specified number of aperture surfaces on the array antenna 20. And the scanning control part 30 forms a some transmission beam simultaneously by controlling the phase shifter 232 for every opening surface.

次に、アレーアンテナ２０が送信信号の反射信号を受信する際の動作について説明する。レーダ制御部１０は、外部から入力されたパラメータに従って、アレーアンテナ２０の開口数Ｓ、開口面積Ａ及び開口寸法Ｌ等を決定し、走査制御部３０を制御する。ここで、外部から入力されるパラメータとは、受信ビームのビーム幅、アンテナ利得、同時受信ビーム本数及び周波数等である。 Next, the operation when the array antenna 20 receives the reflected signal of the transmission signal will be described. The radar control unit 10 determines the numerical aperture S, the aperture area A, the aperture size L, and the like of the array antenna 20 in accordance with parameters input from the outside, and controls the scanning control unit 30. Here, the parameters input from the outside are the beam width of the reception beam, the antenna gain, the number of simultaneous reception beams, the frequency, and the like.

走査制御部３０は、レーダ制御部１０からの制御信号に従って、送受信モジュール２３−１〜２３−ｎのスイッチ２３１をオン／オフ制御する。すなわち、レーダ制御部１０で決定された開口数Ｓ、開口寸法Ｌ及び開口面積Ａが実現されるように、スイッチ２３１をオン又はオフとすることで、受信信号を処理する送受信モジュールの数を制御する。また、走査制御部３０は、複数の受信ビームを同時に形成する旨の指示があった場合には、スイッチ２３１をオン／オフ制御してアレーアンテナ２０上に、指定された個数の開口面を形成させる。 The scanning control unit 30 performs on / off control of the switches 231 of the transmission / reception modules 23-1 to 23-n according to a control signal from the radar control unit 10. That is, the number of transmission / reception modules that process the received signal is controlled by turning on or off the switch 231 so that the numerical aperture S, the aperture size L, and the aperture area A determined by the radar control unit 10 are realized. To do. In addition, when instructed to form a plurality of reception beams at the same time, the scanning control unit 30 controls on / off of the switch 231 to form a specified number of aperture surfaces on the array antenna 20. Let

また、走査制御部３０は、レーダ制御部１０により指定された方向に受信ビームが指向性を有するように位相器２３２を制御する。また、走査制御部３０は、受信時においては、レーダ制御部１０の制御に従い、切替器２３３を低雑音増幅器２３４側へ切り替える。 Further, the scanning control unit 30 controls the phase shifter 232 so that the received beam has directivity in the direction specified by the radar control unit 10. Further, the scanning control unit 30 switches the switch 233 to the low noise amplifier 234 side in accordance with the control of the radar control unit 10 during reception.

アンテナ素子２４−１〜２４−ｎは、反射信号を受信し、それぞれに接続された送受信モジュール２３−１〜２３−ｎへ供給する。送受信モジュール２３−１〜２３−ｎは、受信信号を低雑音増幅器２３５で増幅し、位相器２３２で位相制御する。送受信モジュール２３−１〜２３−ｎは、位相制御後の受信信号に対して受信機２５で受信処理を行う。受信機２５は、入力された合成信号をＩＦ（Intermediate Frequency）帯の周波数へ周波数変換し、アナログ−デジタル変換してデジタル信号に変化する。さらに受信機２５は、デジタル信号を直交検波して複素形式のＩ／Ｑ信号に変換する。 The antenna elements 24-1 to 24-n receive the reflected signals and supply them to the transmission / reception modules 23-1 to 23-n connected thereto. The transmission / reception modules 23-1 to 23-n amplify the received signal with the low noise amplifier 235 and perform phase control with the phase shifter 232. The transmission / reception modules 23-1 to 23-n perform reception processing on the reception signal after the phase control by the receiver 25. The receiver 25 frequency-converts the input composite signal to an IF (Intermediate Frequency) band frequency, converts the analog signal into a digital signal, and changes the digital signal. Further, the receiver 25 performs quadrature detection on the digital signal and converts it into a complex I / Q signal.

ビーム形成部４０は、ｎ系統のＩ／Ｑ信号が入力された場合、これらｎ系統のＩ／Ｑ信号をビーム形成処理部４１−１〜４１−ｍでそれぞれ重み付け加算することで、ｍ種類の合成ビームを形成する。一般的に合成ビームは、以下の式により算出される。

When n systems of I / Q signals are input, the beam forming unit 40 weights and adds these n systems of I / Q signals by the beam forming processing units 41-1 to 41-m, respectively. Form a composite beam. In general, the combined beam is calculated by the following equation.

ただし、Ｘ１〜Ｘｎは受信信号を示し、Ｗ１，１〜Ｗｍ，ｎはウェイト４１１に付加されるウェイト係数である。 Here, X1 to Xn indicate received signals, and W1, 1 to Wm, n are weight coefficients added to the weight 411.

信号処理部５０は、このｍ種類の合成ビームに基づいて信号処理を行うことで、目標の検出及び追尾等を行う。 The signal processing unit 50 performs target detection, tracking, and the like by performing signal processing based on the m kinds of combined beams.

図４〜図６は、アレーアンテナ２０の開口と、ビーム幅Ｂ及びアンテナ利得Ｇを示す模式図である。図３はアレーアンテナが全開口の場合の図であり、図４は部分開口の場合の図であり、図５は部分開口が２個ある場合の図である。送信信号の周波数が同一である場合、開口面積はＡ０＞Ａ１＞Ａ２＞Ａ３となり、アンテナ利得はＧ０＞Ｇ１＞Ｇ２＞Ｇ３となり、ビーム幅はＢ０＜Ｂ１＜Ｂ２＜Ｂ３となる。 4 to 6 are schematic diagrams showing the aperture of the array antenna 20, the beam width B, and the antenna gain G. FIG. 3 is a diagram in the case where the array antenna has a full aperture, FIG. 4 is a diagram in the case of a partial aperture, and FIG. 5 is a diagram in the case of two partial apertures. When the frequencies of the transmission signals are the same, the aperture area is A0> A1> A2> A3, the antenna gain is G0> G1> G2> G3, and the beam width is B0 <B1 <B2 <B3.

また、図７は、レーダ制御部１０が捜索距離に応じてビーム幅Ｂ及びアンテナ利得Ｇを制御する際の模式図を示す。図７において、斜線部は捜索範囲を示す。レーダ制御部１０は、捜索範囲内の遠距離範囲では、ビーム幅Ｂが狭く、アンテナ利得Ｇが高くなるように、開口寸法Ｌ、開口面積Ａ及び波長λを決定する。また、レーダ制御部１０は、捜索範囲内の近距離範囲では、ビーム幅Ｂは広く、アンテナ利得Ｇは低くなるように、開口寸法Ｌ、開口面積Ａ及び波長λを決定する。 FIG. 7 is a schematic diagram when the radar control unit 10 controls the beam width B and the antenna gain G according to the search distance. In FIG. 7, the hatched portion indicates the search range. The radar control unit 10 determines the aperture size L, the aperture area A, and the wavelength λ so that the beam width B is narrow and the antenna gain G is high in the long range within the search range. Further, the radar control unit 10 determines the aperture size L, the aperture area A, and the wavelength λ so that the beam width B is wide and the antenna gain G is low in the short range within the search range.

以上のように、上記一実施形態におけるレーダ装置は、送受信モジュールのオン／オフを制御して、アレーアンテナ２０の開口寸法及び開口面積を制御するようにしている。これにより、レーダ装置は、必要に応じて送信ビーム及び受信ビームのビーム幅Ｂ及びアンテナ利得Ｇを制御することが可能となる。このように、捜索範囲が遠距離となる場合には、開口面積を大きくとることで、アンテナ利得を増大させることが可能となるため、従来のようにパルス幅を長くする必要やパルス数を増やす必要がなくなる。すなわち、距離ブラインドが短縮され、捜索時間が短縮されることとなる。また、捜索範囲が広範囲となる場合には、ビーム幅が大きくなるように開口寸法をとることが可能となるため、従来のように複数の送信ビームを時系列に捜索する必要がなくなる。すなわち、捜索時間が短縮されることとなる。 As described above, the radar apparatus according to the above-described embodiment controls on / off of the transmission / reception module to control the opening size and the opening area of the array antenna 20. As a result, the radar apparatus can control the beam width B and the antenna gain G of the transmission beam and the reception beam as necessary. As described above, when the search range is a long distance, it is possible to increase the antenna gain by increasing the aperture area. Therefore, it is necessary to increase the pulse width and increase the number of pulses as in the past. There is no need. That is, the distance blind is shortened and the search time is shortened. In addition, when the search range is wide, it is possible to take an aperture size so that the beam width becomes large, so that it is not necessary to search a plurality of transmission beams in time series as in the conventional case. That is, the search time is shortened.

また、上記一実施形態に係るレーダ装置は、所定の捜索範囲が設定された場合、その捜索範囲内の捜索距離に応じて送信ビーム及び受信ビームのビーム幅Ｂ及びアンテナ利得Ｇを切り替えるようにしている。図８は、従来のレーダ装置により所定の捜索範囲を捜索する際の模式図を示す。従来のレーダ装置では、アレーアンテナのビーム幅及びアンテナ利得を変更させることが困難であるため、捜索範囲全体を一定のビーム幅で捜索する必要があった。このため、破線により囲まれた位置に無駄な捜索領域が存在することとなる。これに対し、本発明に係るレーダ装置はアレーアンテナのビーム幅及びアンテナ利得を変更することが可能であるため、図７に示すように、無駄な捜索領域が図８に対して少ない。つまり、本発明に係るレーダ装置は、レーダリソースのロスを抑えることが可能となる。 In addition, when a predetermined search range is set, the radar apparatus according to the above embodiment switches the beam width B and the antenna gain G of the transmission beam and the reception beam according to the search distance within the search range. Yes. FIG. 8 is a schematic diagram when searching for a predetermined search range by a conventional radar device. In the conventional radar apparatus, it is difficult to change the beam width and antenna gain of the array antenna, and therefore it is necessary to search the entire search range with a constant beam width. For this reason, a useless search area exists at a position surrounded by a broken line. On the other hand, since the radar apparatus according to the present invention can change the beam width and antenna gain of the array antenna, as shown in FIG. That is, the radar apparatus according to the present invention can suppress loss of radar resources.

また、上記一実施形態に係るレーダ装置は、送受信モジュールのオン／オフを制御することで、アレーアンテナ２０において複数の部分開口を形成する。そして、レーダ装置は、部分開口毎に送受信モジュールの位相器を制御することで、それぞれのビームに指向性を持たせるようにしている。これにより、複数の送信ビームを同時に形成することが可能となる。すなわち、レーダ装置は、捜索角によって捜索距離が変わるような場合、広範囲の捜索をレーダリソースの無駄なく、同時に、かつ短い捜索時間で行うことが可能である。 Further, the radar apparatus according to the embodiment forms a plurality of partial openings in the array antenna 20 by controlling on / off of the transmission / reception module. The radar apparatus controls the phase shifter of the transmission / reception module for each partial aperture so that each beam has directivity. Thereby, a plurality of transmission beams can be formed simultaneously. That is, when the search distance changes depending on the search angle, the radar apparatus can perform a wide range search without waste of radar resources and at the same time with a short search time.

また、上記一実施形態に係るレーダ装置では、ビーム形成部４０はｍ種類のビーム形成処理部４１−１〜４１−ｍを備え、ｍ種類の合成ビームを形成するようにしている。これにより、レーダ装置は、複数の部分開口が形成される場合には、部分開口毎の受信信号に基づいて受信ビームを形成することが可能となる。レーダ装置は、複数の受信ビームを同時に形成することで、受信ビーム毎に目標の検出及び追尾等を行う。すなわち、レーダ装置は、受信マルチビームとすることで、広範囲かつ効率的な捜索が可能であり、捜索データレートの向上を図ることができる。したがって、本発明に係るレーダ装置は、アレーアンテナの開口面積が設定されてしまった後であっても、アレーアンテナのビーム幅及びアンテナ利得を必要に応じて制御することができる。また、本発明に係るレーダ装置は、送信ビームは広いビーム幅により広範囲な覆域をカバーし、受信ビームでは狭いビーム幅により観測精度の向上を図るとともに、送信ビームの覆域内に複数の受信ビームを同時形成することができる。 In the radar apparatus according to the embodiment, the beam forming unit 40 includes m types of beam forming processing units 41-1 to 41-m, and forms m types of combined beams. Thereby, when a plurality of partial apertures are formed, the radar apparatus can form a reception beam based on the reception signal for each partial aperture. The radar apparatus forms a plurality of reception beams at the same time, and performs target detection and tracking for each reception beam. That is, the radar apparatus can perform a wide range and efficient search by using the reception multi-beam, and can improve the search data rate. Therefore, the radar apparatus according to the present invention can control the beam width and antenna gain of the array antenna as necessary even after the aperture area of the array antenna has been set. In the radar apparatus according to the present invention, the transmission beam covers a wide coverage area with a wide beam width, and the reception beam has a narrow beam width to improve observation accuracy, and a plurality of reception beams are included in the transmission beam coverage area. Can be formed simultaneously.

なお、この発明は上記一実施形態に限定されるものではない。例えば上記一実施形態では、アンテナ素子２４−１〜２４−ｎに送受信モジュール２３−１〜２３−ｎがそれぞれ接続され、この送受信モジュール２３−１〜２３−ｎにより受信信号が処理される例について説明したが、送受信モジュールの代わりに図９に示す受信モジュール２６を設置し、この受信モジュール２６により受信信号を処理する場合であっても同様に実施可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above embodiment, the transmission / reception modules 23-1 to 23-n are connected to the antenna elements 24-1 to 24-n, respectively, and reception signals are processed by the transmission / reception modules 23-1 to 23-n. Although described, the reception module 26 shown in FIG. 9 is installed in place of the transmission / reception module, and the reception module 26 can process the reception signal in the same manner.

また、上記一実施形態では、送受信モジュール２３−１〜２３−ｎがスイッチ２３１を有する例について説明したが、スイッチ２３１は、送受信モジュールの内部に設置されていなくても、送受信モジュールと電力分配合成器との間に設置されていれば同様に実施可能である。 In the above embodiment, the transmission / reception modules 23-1 to 23-n have been described as having the switch 231. It can be implemented in the same way as long as it is installed between the containers.

さらに、この発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。 Furthermore, the present invention can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the spirit of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.

１０…レーダ制御部
２０…アクティブフェーズドアレーアンテナ
２１…送信機
２２…電力分配器
２３−１〜２３−ｎ…送受信モジュール
２３１…スイッチ
２３２…位相器
２３３…切替器
２３４…高出力増幅器
２３５…低雑音増幅器
２３６…サーキュレータ
２４−１〜２４−ｎ…アンテナ素子
２５…受信機
２６…受信モジュール
３０…走査制御部
４０…ビーム形成部
４１−１〜４１−ｍ…ビーム形成処理部
４１１−１１〜４１１−１ｎ、…、４１１−ｍ１〜４１１−ｍｎ…ミキサ素子
４１２−１〜４１２−ｍ…合成部
５０…信号処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Radar control part 20 ... Active phased array antenna 21 ... Transmitter 22 ... Power distributor 23-1 to 23-n ... Transmission / reception module 231 ... Switch 232 ... Phaser 233 ... Switch 234 ... High output amplifier 235 ... Low noise Amplifier 236 ... Circulators 24-1 to 24-n ... Antenna element 25 ... Receiver 26 ... Reception module 30 ... Scan control unit 40 ... Beam forming units 41-1 to 41-m ... Beam forming processing units 411-11 to 411- 1n,..., 411-m1 to 411-mn, mixer elements 412-1 to 412-m, combining unit 50, signal processing unit

Claims

A signal generator for generating a transmission signal;
A distribution unit that distributes the generated transmission signal to a plurality of systems;
A plurality of transmission modules installed for each system and changing the phase of the distributed transmission signal;
A plurality of antenna elements connected to the plurality of transmission modules, respectively, for transmitting the transmission signal toward space;
The phase change in the plurality of transmission modules is controlled so that a transmission beam is generated in a desired direction by the plurality of antenna elements, so that the beam width and antenna gain of the transmission beam become the desired beam width and antenna gain. A radar comprising: a control unit that determines an antenna aperture length and an antenna aperture area, and controls on / off of any of the plurality of transmission modules so as to satisfy the antenna aperture length and the antenna aperture area; apparatus.

The radar apparatus according to claim 1, wherein the control unit performs on / off control of any of the plurality of transmission modules so that a plurality of transmission beams are formed.

The control unit is configured such that an antenna aperture length and an antenna aperture area according to the search distance so that a beam width and an antenna gain of the transmission beam become a beam width and an antenna gain suitable for a search distance in a specified search range. The radar apparatus according to claim 1, wherein any one of the plurality of transmission modules is controlled to satisfy the antenna aperture length and the antenna aperture area.

When the plurality of antenna elements receive a reflected signal in which the transmission signal is reflected by an object,
A plurality of receiving modules connected to each of the plurality of antenna elements to change the phase of the received signal;
Adding a weight set in advance to each reception signal from the plurality of reception modules, and combining the reception signal with the weight added to generate a combined signal;
A signal processing unit that performs signal processing based on the combined signal, and further includes a signal processing unit that searches and tracks a target;
The control unit controls a phase change in the plurality of reception modules so that a reception beam is formed when a plurality of reception signals obtained by the plurality of antenna elements are combined, and a beam width of the reception beam and The antenna aperture length and the antenna aperture area are determined so that the antenna gain has a desired beam width and antenna gain, and one of the plurality of receiving modules is turned on / off so as to satisfy the antenna aperture length and the antenna aperture area. The radar apparatus according to claim 1, wherein the radar apparatus is turned off.

The control unit performs on / off control of any of the plurality of reception modules so that a plurality of partial openings are formed by the plurality of antenna elements,
The combining unit adds a weight set in advance for each of a plurality of reception signals from the same partial opening among the plurality of partial openings among the reception signals from the plurality of reception modules controlled to be on, 5. The radar apparatus according to claim 4, wherein a plurality of the reception beams are formed by synthesizing reception signals with weights added for each of the same partial apertures.

The control unit has an antenna aperture length and an antenna aperture area according to the search distance so that the beam width and antenna gain of the received beam become a beam width and antenna gain suitable for a search distance in a specified search range. The radar apparatus according to claim 4, wherein one of the plurality of receiving modules is controlled to be on / off so as to satisfy the antenna aperture length and the antenna aperture area.