JP4834508B2 - Radar equipment - Google Patents

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Description

本発明は、レーダ装置に関し、特に、1次元DBF(Digital Beam Forming)アレイアンテナを用いて時間−周波数軸上における不要波の抑圧、角度分解能の向上、マルチパス環境下における角度精度の向上を図るための技術に関する。   The present invention relates to a radar apparatus, and in particular, uses a one-dimensional DBF (Digital Beam Forming) array antenna to suppress unwanted waves on a time-frequency axis, improve angular resolution, and improve angular accuracy in a multipath environment. For technology.

図7は、従来の1次元DBFアレイアンテナを用いたレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、四角開口アンテナ1、ビーム合成器2および信号処理器3から構成されている。   FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a radar apparatus using a conventional one-dimensional DBF array antenna. The radar apparatus includes a square aperture antenna 1, a beam combiner 2, and a signal processor 3.

四角開口アンテナ1は、n個(nは正の整数)のサブアレイがEL(エレベーション)方向に配列された1次元DBFアレイアンテナから構成されている。なお、n個のサブアレイは、開口2分割されているが図示は省略している。各サブアレイは、周知であるので図示は省略するが、複数のアンテナ素子、これら複数のアンテナ素子にそれぞれ対応した複数の送受信モジュールおよび複数の送受信モジュールに対する電力分配および合成を行う1個の給電回路から構成されている。   The square aperture antenna 1 includes a one-dimensional DBF array antenna in which n (n is a positive integer) subarrays are arranged in the EL (elevation) direction. Note that the n subarrays are divided into two openings, but are not shown. Each sub-array is well known and is not shown in the figure, but includes a plurality of antenna elements, a plurality of transmission / reception modules respectively corresponding to the plurality of antenna elements, and a single feeding circuit that performs power distribution and combination for the plurality of transmission / reception modules. It is configured.

四角開口アンテナ1を構成するn個のサブアレイは、モノパルス合成することにより得られた和信号Σ1〜Σnおよび差信号Δ1〜Δnをそれぞれ生成してビーム合成器2に送る。   The n sub-arrays constituting the square aperture antenna 1 generate sum signals Σ1 to Σn and difference signals Δ1 to Δn obtained by monopulse synthesis, and send them to the beam combiner 2.

ビーム合成器2は、四角開口アンテナ1から送られてくる和信号Σ1〜Σnおよび差信号Δ1〜Δnを合成し、和信号であるΣビーム、アジマス方向の差信号であるΔAZビームおよびエレベーション方向の差信号であるΔELビームを含むモノパルスビームを形成し、信号処理器3に送る。   The beam combiner 2 synthesizes the sum signals Σ1 to Σn and the difference signals Δ1 to Δn sent from the square-aperture antenna 1, and the Σ beam that is the sum signal, the ΔAZ beam that is the difference signal in the azimuth direction, and the elevation direction A monopulse beam including a ΔEL beam which is a difference signal of the signal is formed and sent to the signal processor 3.

信号処理器3は、ビーム合成器2から送られてくるモノパルスビームに対して信号処理を実施することにより各種信号を生成し、処理後データとして後段の機器に送る。   The signal processor 3 generates various signals by performing signal processing on the monopulse beam sent from the beam combiner 2 and sends it as post-processing data to subsequent devices.

なお、DBF方式に関する技術として、特許文献1は、フェイズド・アレイ・アンテナ (PAA)構成の送信系を受信時にも共用して活用することにより、装置規模を削減したレーダ装置を開示している。このレーダ装置は、全ての素子アンテナからの受信信号からDBF処理した受信ビームを形成するとともに、送信信号を分配する方位信号分配器を共通的に使用して送信に使用した素子アンテナからの受信信号を合成してPA処理した受信ビームを形成することにより、DBF処理する受信信号の処理領域を低減するように構成されている。
特開平11−258331号公報
As a technique related to the DBF method, Patent Document 1 discloses a radar apparatus in which the scale of the apparatus is reduced by using a phased array antenna (PAA) transmission system in common during reception. This radar apparatus forms a reception beam subjected to DBF processing from reception signals from all element antennas, and uses a common direction signal distributor that distributes transmission signals to receive signals from element antennas used for transmission. Are combined to form a reception beam that has been subjected to PA processing, thereby reducing the processing area of the reception signal that is subjected to DBF processing.
JP 11-258331 A

上述したように、従来のレーダ装置では、アンテナ開口面において多次元の信号処理を実施するには、アンテナ素子単位か、少なくともサブアレイ単位の入力信号が必要であり、2次元のフルDBFアレイアンテナか、位相中心をずらせたサブアレイ毎にアナログ合成する回路が必要になる。その結果、回路規模が大きくなるという問題点がある。   As described above, in the conventional radar apparatus, in order to perform multidimensional signal processing on the antenna aperture plane, input signals in units of antenna elements or at least in subarray units are required, and a two-dimensional full DBF array antenna is required. A circuit for analog synthesis is required for each subarray whose phase center is shifted. As a result, there is a problem that the circuit scale becomes large.

本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、回路規模を大きくせずに、不要波の抑圧、角度分解能の向上、マルチパス環境下おける角度精度の向上等を図ることができるレーダ装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its problems are, for example, suppression of unnecessary waves, improvement of angular resolution, and improvement of angular accuracy in a multipath environment without increasing the circuit scale. An object of the present invention is to provide a radar apparatus that can achieve the above.

上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、円開口が形成されるように一方向に配置し、且つ該一方向に直交する方向に開口分割した複数のサブアレイを含み該複数のサブアレイアンテナにより位相中心の異なる2次元のサブアレイ信号を生成する1次元DBF(Digital Beam Forming)アレイアンテナと、1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成前のサブアレイ信号に対して信号処理を行う信号処理器とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention, arranged in one direction so as circular openings are formed, and unrealized plurality of the plurality of sub-arrays having an opening divided in a direction perpendicular to said one direction For a one-dimensional DBF (Digital Beam Forming) array antenna that generates a two-dimensional sub-array signal having a different phase center by the sub- array antenna and a sub-array signal before monopulse synthesis sent from a plurality of sub-arrays of the one-dimensional DBF array antenna And a signal processor for performing signal processing.

また、請求項2記載の発明は、円開口が形成されるように一方向に配置し、且つ該一方向に直交する方向に開口分割した複数のサブアレイを含み該複数のサブアレイアンテナにより位相中心の異なる2次元のサブアレイ信号を生成する1次元DBF(Digital Beam Forming)アレイアンテナと、1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成された信号をモノパルス合成前のサブアレイ信号に変換するサブアレイ分割処理器と、サブアレイ分割処理器から送られてくるモノパルス合成前のサブアレイ信号に対して信号処理を行う信号処理器とを備えたことを特徴とする。 Further, a second aspect of the present invention, arranged in one direction so as circular openings are formed, and the phase center of the plurality of sub-arrays having an opening divided in a direction perpendicular to said one direction by unrealized plurality of subarray antenna 1-dimensional DBF (Digital Beam Forming) array antenna that generates 2-dimensional sub-array signals of different sizes and monopulse-combined signals sent from multiple sub-arrays of 1-dimensional DBF array antennas into sub-array signals before mono-pulse synthesis And a signal processor for performing signal processing on a subarray signal before monopulse synthesis sent from the subarray division processor.

また、請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2記載の発明において、円開口の一部として配置された小型アンテナを備え、信号処理器は、1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成前のサブアレイ信号および小型アンテナから送られてくる信号に対して信号処理を行うことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the signal processor includes a small antenna arranged as a part of a circular opening, and the signal processor includes a plurality of subarrays of the one-dimensional DBF array antenna. Signal processing is performed on the sub-array signal before monopulse synthesis sent from, and the signal sent from the small antenna.

また、請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の発明において、信号処理器は、STAP(Space Time Adaptive Processing)処理を実行するSTAP処理器から成ることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the method according to any one of the first to third aspects, wherein the signal processor comprises a STAP processor that performs a STAP (Space Time Adaptive Processing) process. Features.

また、請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の発明において、サブアレイ信号に基づきMUSIC(Multiple Signal Classification)処理を行うMUSIC処理器を備えたことを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 3, further comprising a MUSIC processor for performing MUSIC (Multiple Signal Classification) processing based on the subarray signal. To do.

また、請求項6記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の発明において、複数のサブアレイアンテナからなる2次元のサブアレイアンテナを用いて円開口内で位相中心の異なるビームを形成し、形成されたビームのうちの最大レベルを有するビームを用いる開口ダイバーシティ処理を適用して測角を行う開口ダイバーシティ処理器を備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the beams having different phase centers in a circular aperture are formed using a two-dimensional subarray antenna comprising a plurality of subarray antennas. And an aperture diversity processor for measuring an angle by applying an aperture diversity process using a beam having the maximum level among the formed beams .

請求項1記載の発明によれば、円開口が形成されるように一方向に配置し、且つ該一方向に直交する方向に開口分割した複数のサブアレイを含み該複数のサブアレイアンテナにより位相中心の異なる2次元のサブアレイ信号を生成する1次元DBFアレイアンテナを構成したので、位相中心の異なる複数のサブアレイを、回路規模を増大させずに構成することができる。例えば、1次元DBFアレイアンテナは、一方向は、N個のサブアレイに分割でき、それに直交する方向は、開口2分割されている場合には、2分割されたサブアレイの出力を用いれば、N×2個の位相中心の異なるサブアレイの出力を得ることができる。したがって、この1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成前のN×2個の位相中心の異なるサブアレイ信号を用いて、多次元の信号処理を実施することにより、不要波の抑圧性能の向上を図ることができる。 According to the first aspect of the invention, arranged in one direction so as circular openings are formed, and the phase center of the plurality of sub-arrays having an opening divided in a direction perpendicular to said one direction by unrealized plurality of subarray antenna Since the one-dimensional DBF array antenna that generates two-dimensional sub-array signals having different phases is configured, a plurality of sub-arrays having different phase centers can be configured without increasing the circuit scale. For example, a one-dimensional DBF array antenna can be divided into N sub-arrays in one direction, and the direction orthogonal thereto can be divided into N × N by using the output of the sub-array divided into two when the aperture is divided into two. The output of two subarrays with different phase centers can be obtained. Therefore, by performing multidimensional signal processing using N × 2 subarray signals having different phase centers before monopulse synthesis sent from a plurality of subarrays of the one-dimensional DBF array antenna, unnecessary waves can be generated. The suppression performance can be improved.

また、請求項2記載の発明によれば、請求項1の場合と同様の構成を有する1次元DBFアレイアンテナの、位相中心が異なる複数のサブアレイからモノパルス合成された信号を一旦モノパルス合成前の信号に変換し、このモノパルス合成前のN×2個の位相中心の異なるサブアレイ信号を用いて、多次元の信号処理を実施することにより、不要波の抑圧性能の向上を図ることができる。   According to the second aspect of the present invention, a signal obtained by monopulse synthesis from a plurality of sub-arrays having different phase centers of a one-dimensional DBF array antenna having the same configuration as that of the first aspect is a signal before monopulse synthesis. And the multi-dimensional signal processing is performed using the N × 2 sub-array signals having different phase centers before the monopulse synthesis, thereby improving the unnecessary wave suppression performance.

また、請求項3記載の発明によれは、小型アンテナを追加したので信号処理に使用する信号数を増やすことができる。その結果、不要波の抑圧性能をさらに向上させることができる。   According to the invention of claim 3, since a small antenna is added, the number of signals used for signal processing can be increased. As a result, unnecessary wave suppression performance can be further improved.

また、請求項4記載の発明によれば、信号処理器として、時間―空間処理であるSTAP処理を実施するように構成したので、クラッタや妨害波を空間−周波数フィルタにより自動的に抑圧することができる。   According to the invention described in claim 4, since the signal processor is configured to perform the STAP process which is the time-space process, the clutter and the interference wave can be automatically suppressed by the space-frequency filter. Can do.

また、請求項5記載の発明によれば、MUSIC処理を実施するように構成したので、空間平均処理による相関行列を用いて、目標間の相関を低減した上で高い角度分解能で目標を観測できる。   According to the fifth aspect of the invention, since the MUSIC process is performed, the target can be observed with a high angular resolution while reducing the correlation between the targets by using the correlation matrix by the spatial averaging process. .

また、請求項6記載の発明によれば、複数のサブアレイアンテナからなる2次元のサブアレイアンテナを用いて位相中心の異なるビームを形成し、形成されたビームのうちの最大レベルを有するビームを用いることにより、マルチパスフェージングを抑えて、マルチパス環境下でも高い測角精度を得ることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, a beam having a different phase center is formed using a two-dimensional subarray antenna including a plurality of subarray antennas , and the beam having the maximum level among the formed beams is used. Therefore, it is possible to suppress multipath fading and obtain high angle measurement accuracy even in a multipath environment.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

背景技術の欄で説明した1次元DBFアレイアンテナの場合、EL面はサブアレイに分割することができるが、AZ面はモノパルス信号を出力できるように構成されているだけであり、しかも、サブアレイの位相中心は中央に揃えられている。そのため、AZ方向の自由度は「1」になる。自由度は、EL面およびAZ面において大きい方が不要波の抑圧性能が向上するので、自由度を増やすことが望ましい。本発明の実施例1に係るレーダ装置は、EL面およびAZ面の自由度を増して不要波の抑圧性能を向上させるようにしたものである。   In the case of the one-dimensional DBF array antenna described in the background section, the EL plane can be divided into subarrays, but the AZ plane is only configured to output a monopulse signal, and the phase of the subarray The center is aligned with the center. Therefore, the degree of freedom in the AZ direction is “1”. As the degree of freedom increases in the EL plane and the AZ plane, it is desirable to increase the degree of freedom because the unnecessary wave suppression performance is improved. The radar apparatus according to the first embodiment of the present invention increases the degree of freedom of the EL plane and the AZ plane to improve unnecessary wave suppression performance.

図1は、本発明の実施例1に係るレーダ装置の構成を示す図である。このレーダ装置は、円開口アンテナ4、小型アンテナ5およびSTAP(Space Time Adaptive Processing)処理器6から構成されている。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The radar apparatus includes a circular aperture antenna 4, a small antenna 5, and a STAP (Space Time Adaptive Processing) processor 6.

円開口アンテナ4は、1次元DBFアレイアンテナから構成されており、この円開口アンテナ4においては、EL方向は1次元DBF、AZ方向はアナログ合成が行われる。AZ方向に関しては、モノパルスビームを作成するためにもともと開口2分割されており、EL方向をN(Nは正の整数)分割した単位で区分して合成されるので、N×2分割単位のサブアレイの出力(モノパルス合成前の信号)が得られる。   The circular aperture antenna 4 is composed of a one-dimensional DBF array antenna. In the circular aperture antenna 4, the EL direction is one-dimensional DBF and the AZ direction is analog-synthesized. The AZ direction is originally divided into two apertures in order to create a monopulse beam, and the EL direction is divided and synthesized in units of N (N is a positive integer), so a subarray of N × 2 division units. Output (signal before monopulse synthesis).

各サブアレイは、円開口が形成されるように配置されているので、各サブアレイの位相中心はそれぞれ異なる。したがって、この円開口アンテナ4は、N×2の自由度を持っている。この円開口アンテナ4を構成するN×2分割単位のサブアレイの出力は、サブアレイ信号L1〜LNおよびR1〜RNとしてSTAP処理器6に送られる。   Since each subarray is arranged so that a circular opening is formed, the phase center of each subarray is different. Therefore, this circular aperture antenna 4 has N × 2 degrees of freedom. The output of the subarray of N × 2 division units constituting this circular aperture antenna 4 is sent to the STAP processor 6 as subarray signals L1 to LN and R1 to RN.

なお、小型アンテナ5はオプションであり、自由度が不足する場合に、円開口の一部として追加的に配置される。この小型アンテナ5が配置される位置および数は任意である。小型アンテナ5から出力される信号S1〜SP(Pは正の整数)は、STAP処理器6に送られる。   Note that the small antenna 5 is an option and is additionally disposed as a part of the circular opening when the degree of freedom is insufficient. The position and number of the small antennas 5 are arbitrary. Signals S1 to SP (P is a positive integer) output from the small antenna 5 are sent to the STAP processor 6.

STAP処理器6は、サブアレイ信号を用いて多次元の信号処理であるSTAP処理を実施する。この場合、STAP処理器6に入力される入力信号を図2に示す。入力信号は、2次元サブアレイによる空間でAZ方向およびEL方向の位置が異なる2次元信号であり、時間軸上では、複数のPRI単位の各々に対するレンジセル毎の信号となる。この信号を用いることにより、空間−時間(周波数)の多次元の信号処理であるSTAP処理が可能となる。   The STAP processor 6 performs STAP processing, which is multidimensional signal processing, using subarray signals. In this case, an input signal input to the STAP processor 6 is shown in FIG. The input signal is a two-dimensional signal having different positions in the AZ direction and the EL direction in a space defined by a two-dimensional subarray, and is a signal for each range cell for each of a plurality of PRI units on the time axis. By using this signal, STAP processing which is multidimensional signal processing of space-time (frequency) can be performed.

なお、STAP処理の詳細は、例えば「Richard Klemm,”SPACE-TIME ADAPTIVE PROCESSING”,IEEE RADAR,SONAR,NAVIGATION AND AVIONICS 9,pp.110-118(1998)」に説明されている。   The details of the STAP processing are described in, for example, “Richard Klemm,“ SPACE-TIME ADAPTIVE PROCESSING ”, IEEE RADAR, SONAR, NAVIGATION AND AVIONICS 9, pp. 110-118 (1998)”.

STAP処理の最適ウェイトWoptは、直接解法の場合は、次式で表すことができる。なお、直接解法(SMI方式等)の詳細は、例えば「菊間信良、“アレーアンテナによる適応信号処理”科学技術出版(1999) pp.35-37,98-99」に説明されている。

Figure 0004834508
The optimum weight Wopt of the STAP process can be expressed by the following equation in the case of the direct solution method. The details of the direct solution method (SMI method, etc.) are described in, for example, “Nobuyoshi Kikuma,“ Adaptive Signal Processing by Array Antenna ”Science and Technology Publication (1999) pp. 35-37, 98-99”.
Figure 0004834508

ここで、
Rxx:入力信号xの相関行列
S :スアリングベクトル

Figure 0004834508
here,
Rxx: Correlation matrix of input signal x S: Suaring vector
Figure 0004834508

上記は、リニアアレイの場合である。       The above is the case of a linear array.

θb :ビーム指向方向
m :周波数バンク番号(m=1〜M)
k :波数ベクトル
dn :サブアレイnの位相中心の位置ベクトル(n=1〜2N)
H :複素共役転置
j :虚数単位
STAP処理器6は、図3に示すように、PRI単位やレンジセル単位のディレイτとウェイトWによるTDL(タップドディレイライン)により構成される。なお、TDL型アダプティブアレイについては、例えば、「菊間信良、”アレーアンテナによる適応信号処理”、科学技術出版(1999) pp.17-21」に説明されている。
θb: beam directing direction m: frequency bank number (m = 1 to M)
k: wave vector dn: position vector of phase center of subarray n (n = 1 to 2N)
H: Complex conjugate transposition j: Imaginary unit The STAP processor 6 includes a TDL (tapped delay line) with a delay τ and a weight W in PRI units or range cell units as shown in FIG. The TDL type adaptive array is described in, for example, “Nobuyoshi Kikuma,“ Adaptive Signal Processing by Array Antenna ”, Science and Technology Publication (1999) pp. 17-21”.

ウェイトの演算方法としては、例えばMSN(Maximum Signal to Noise Ratio)法といった他の方法を用いることもできる。MSN法については、例えば、「菊間信良、“アレーアンテナによる適応信号処理”、科学技術出版(1999) pp.67-86」に説明されている。   As a weight calculation method, for example, another method such as MSN (Maximum Signal to Noise Ratio) method may be used. The MSN method is described in, for example, “Nobuyoshi Kikuma,“ Adaptive Signal Processing by Array Antenna ”, Science and Technology Publishing (1999) pp. 67-86”.

なお、上述した実施例1に係るレーダ装置では、円開口アンテナ4として、円開口を有する1次元DBFアレイアンテナを用いているが、開口形状は、必ずしも真円である必要はなく、例えば楕円であってもよい。要は、複数のサブアレイの位相中心が2次元に配置されるようにサブアレイが配置されたアンテナであれば、種々の開口形状のアンテナを使用することができる。   In the radar apparatus according to the first embodiment described above, a one-dimensional DBF array antenna having a circular aperture is used as the circular aperture antenna 4. However, the aperture shape does not necessarily have to be a perfect circle, for example, an ellipse. There may be. In short, antennas having various aperture shapes can be used as long as the subarrays are arranged so that the phase centers of the plurality of subarrays are two-dimensionally arranged.

図4は、本発明の実施例2に係るレーダ装置の構成を示す図である。このレーダ装置は、円開口アンテナ4、小型アンテナ5、STAP処理器6およびサブアレイ分割処理器7から構成されている。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. This radar apparatus includes a circular aperture antenna 4, a small antenna 5, a STAP processor 6, and a subarray division processor 7.

円開口アンテナ4は、1次元DBFアレイアンテナから構成されており、この円開口アンテナ4においては、EL方向は1次元DBF、AZ方向はアナログ合成が行われる。AZ方向に関しては、図示しない給電回路からモノパルス合成された和信号Σと差信号Δが得られる。これら和信号Σと差信号Δから、開口2分割した信号は、次式によって得られる。

Figure 0004834508
The circular aperture antenna 4 is composed of a one-dimensional DBF array antenna. In the circular aperture antenna 4, the EL direction is one-dimensional DBF and the AZ direction is analog-synthesized. With respect to the AZ direction, a sum signal Σ and a difference signal Δ obtained by monopulse synthesis are obtained from a power supply circuit (not shown). From these sum signal Σ and difference signal Δ, a signal divided into two apertures is obtained by the following equation.
Figure 0004834508

ここで、
Xl ;開口2分割の一面
Xr ;開口2分割の他面
Σ ;和信号
Δ;AZ面差信号
(2)式より、開口分割信号は、次式により算出できる。

Figure 0004834508
here,
Xl: One surface divided into two apertures Xr; Other surface divided into two apertures Σ; Sum signal Δ; AZ surface difference signal From the equation (2), the aperture divided signal can be calculated by the following equation.
Figure 0004834508

また、AZ方向に関しては、モノパルスビームを作成するためにもともと開口2分割されており、EL方向をN分割した単位で区分して合成されるので、N×2分割単位のサブアレイの出力(モノパルス合成された信号)が得られる。各サブアレイは、円開口が形成されるように配置されているので、各サブアレイの位相中心はそれぞれ異なる。   In addition, the AZ direction is originally divided into two apertures in order to create a monopulse beam, and the EL direction is divided into N divided units and synthesized. Therefore, the output of the subarray of N × 2 divided units (monopulse synthesis) Signal) is obtained. Since each subarray is arranged so that a circular opening is formed, the phase center of each subarray is different.

したがって、この円開口アンテナ4は、N×2の自由度を持っている。この円開口アンテナ4を構成するN×2分割単位のサブアレイの出力は、サブアレイ信号Σ1〜ΣNおよびΔ1〜ΔNとしてサブアレイ分割処理器7に送られる。   Therefore, this circular aperture antenna 4 has N × 2 degrees of freedom. The output of the subarray of N × 2 division units constituting the circular aperture antenna 4 is sent to the subarray division processor 7 as subarray signals Σ1 to ΣN and Δ1 to ΔN.

サブアレイ分割処理器7は、モノパルス合成されたサブアレイ信号Σ1〜ΣNおよびΔ1〜ΔNを、モノパルス合成前のサブアレイ信号L1〜LNおよびR1〜RNに変換し、STAP処理器6に送る。STAP処理器6は、上述した実施例1に係るレーダ装置のそれと同じである。   The subarray division processor 7 converts the subarray signals Σ1 to ΣN and Δ1 to ΔN that have been monopulse synthesized into subarray signals L1 to LN and R1 to RN before monopulse synthesis, and sends them to the STAP processor 6. The STAP processor 6 is the same as that of the radar apparatus according to the first embodiment described above.

なお、小型アンテナ5はオプションであり、自由度が不足する場合に、円開口の一部として追加的に配置される。この小型アンテナ5が配置される位置および数は任意である。小型アンテナ5から出力される信号S1〜SP(Pは正の整数)は、サブアレイ分割処理器7を介してSTAP処理器6に送られる。   Note that the small antenna 5 is an option and is additionally disposed as a part of the circular opening when the degree of freedom is insufficient. The position and number of the small antennas 5 are arbitrary. Signals S1 to SP (P is a positive integer) output from the small antenna 5 are sent to the STAP processor 6 via the subarray division processor 7.

本発明の実施例3に係るレーダ装置は、実施例1または実施例2に係るレーダ装置のサブアレイ信号を用いてMUSIC処理を実施し、測角を行うようにしたものである。なお、MUSIC処理については、例えば、「菊間信良、“アレーアンテナによる適応信号処理”、科学技術出版(1999) pp.194-199」に説明されている。   The radar apparatus according to Example 3 of the present invention is configured to perform MUSIC processing using the subarray signal of the radar apparatus according to Example 1 or Example 2 to perform angle measurement. The MUSIC processing is described in, for example, “Nobuyoshi Kikuma,“ Adaptive Signal Processing by Array Antenna ”, Science and Technology Publication (1999) pp.194-199”.

図5は、本発明の実施例4に係るレーダ装置の構成を、円開口アンテナ4および小型アンテナ5を除いて部分的に示す図である。このレーダ装置は、実施例1に係るレーダ装置のSTAP処理器6がビーム形成信号処理器8に置き換えられ、さらに、MUSIC処理器9が追加されて構成されている。   FIG. 5 is a diagram partially showing a configuration of a radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, excluding the circular aperture antenna 4 and the small antenna 5. This radar apparatus is configured by replacing the STAP processor 6 of the radar apparatus according to the first embodiment with a beam forming signal processor 8, and further adding a MUSIC processor 9.

ビーム形成信号処理器8は、円開口アンテナ4からのサブアレイ信号X1〜X2Nに基づきビームを形成するための信号処理を行い、この信号処理の結果を処理後データとして出力する。   The beam forming signal processor 8 performs signal processing for forming a beam based on the subarray signals X1 to X2N from the circular aperture antenna 4, and outputs the result of this signal processing as post-processing data.

MUSIC処理器9は、円開口アンテナ4からのサブアレイ信号X1〜X2Nに基づきMUSIC処理を実行する。このMUSIC処理のスペクトラムは次式で表すことができる。

Figure 0004834508
The MUSIC processor 9 executes MUSIC processing based on the subarray signals X1 to X2N from the circular aperture antenna 4. The spectrum of this MUSIC process can be expressed by the following equation.
Figure 0004834508

ここで、
En :相関行列Rxxの熱雑音の固有ベクトル
a :方向ベクトル

Figure 0004834508
here,
En: Eigenvector of thermal noise of correlation matrix Rxx a: Direction vector
Figure 0004834508

上記はリニアアレイの場合である。             The above is for a linear array.

θ :到来波の方向
j :虚数単位
この実施例2に係るレーダ装置によれば、MUSIC処理によって測角を行うように構成したので、空間平均処理による相関行列を用いて目標間の相関を低減した上で高い角度分解能で目標を観測できる。
θ: Direction of incoming wave j: Imaginary unit According to the radar apparatus according to the second embodiment, the angle measurement is performed by the MUSIC process, and thus the correlation between the targets is reduced using the correlation matrix by the spatial averaging process. In addition, the target can be observed with high angular resolution.

本発明の実施例4に係るレーダ装置は、実施例1または実施例2に係るレーダ装置のサブアレイ信号を用いて開口ダイバーシティ処理を実行し、開口ダイバーシティの効果を得て測角を行うようにしたものである。なお、開口ダイバーシティに関しては、本願出願人が先に出願した特願2006−103482に説明されているので、必要に応じて参照されたい。   The radar apparatus according to the fourth embodiment of the present invention performs aperture diversity processing using the subarray signal of the radar apparatus according to the first or second embodiment, and performs angle measurement by obtaining the effect of the aperture diversity. Is. The aperture diversity is described in Japanese Patent Application No. 2006-103482 filed earlier by the applicant of the present application, and should be referred to as necessary.

図6は、本発明の実施例4に係るレーダ装置の構成を、円開口アンテナ4および小型アンテナ5を除いて部分的に示す図である。このレーダ装置は、実施例1に係るレーダ装置のSTAP処理器6がビーム形成信号処理器8に置き換えられ、さらに、開口ダイバーシティ処理器10が追加されて構成されている。ビーム形成信号処理器8は、実施例3に係るレーダ装置のそれと同じである。   FIG. 6 is a diagram partially showing a configuration of a radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, excluding the circular aperture antenna 4 and the small antenna 5. This radar apparatus is configured by replacing the STAP processor 6 of the radar apparatus according to the first embodiment with a beam forming signal processor 8 and further adding an aperture diversity processor 10. The beam forming signal processor 8 is the same as that of the radar apparatus according to the third embodiment.

開口ダイバーシティ処理器10は、開口ダイバーシティ処理を実行する。開口ダイバーシティは、マルチパスに対して、同一開口内のサブアレイの位相中心を変えることにより、直接波とマルチパス波に対する位相関係を変えるものであり、最大になるレベルのビームΣrを選定して検出し、測角用の基準ビームとするものである。

Figure 0004834508
The aperture diversity processor 10 performs aperture diversity processing. Aperture diversity changes the phase relationship between the direct wave and the multipath wave by changing the phase center of the subarray in the same aperture for the multipath, and detects the beam Σr with the maximum level. The reference beam for angle measurement is used.
Figure 0004834508

ここで、
max[ ] ;最大値
bq ;サブアレイ合成による位相中心の異なるビーム信号(q=1〜Q)
この開口ダイバーシティ処理により、マルチパス環境下であってもレベルの高い信号による検出を行うことができるので、マルチパスフェージングによってレベル低下が生じ、測角が不可能になるという事態の発生を防ぐことができる。
here,
max []; Maximum value bq; Beam signal with different phase center by subarray synthesis (q = 1 to Q)
This aperture diversity processing enables detection with a high level signal even in a multipath environment, thus preventing the occurrence of a situation where the level is lowered due to multipath fading and angle measurement becomes impossible. Can do.

本発明は、不要波の抑圧、角度分解能の向上、マルチパス環境下における角度精度の向上が要求されるレーダ装置に利用可能である。   The present invention can be used for a radar apparatus that is required to suppress unwanted waves, improve angular resolution, and improve angular accuracy in a multipath environment.

本発明の実施例1に係るレーダ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radar apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係るレーダ装置における多次元信号処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the multidimensional signal processing in the radar apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係るレーダ装置で使用されるSTAP処理器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the STAP processor used with the radar apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係るレーダ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radar apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係るレーダ装置の構成を部分的に示す図である。It is a figure which shows partially the structure of the radar apparatus which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係るレーダ装置の構成を部分的に示す図である。It is a figure which shows partially the structure of the radar apparatus which concerns on Example 4 of this invention. 従来のレーダ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional radar apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 四角開口アンテナ
2 ビーム合成器
3 信号処理器
4 円開口アンテナ
5 小型アンテナ
6 STAP処理器
7 サブアレイ分割処理器
8 ビーム形成信号処理器
9 MUSIC処理器
10 開口ダイバーシティ処理器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Square aperture antenna 2 Beam combiner 3 Signal processor 4 Circular aperture antenna 5 Small antenna 6 STAP processor 7 Subarray division processor 8 Beamforming signal processor 9 MUSIC processor 10 Aperture diversity processor

Claims (6)

円開口が形成されるように一方向に配置し、且つ該一方向に直交する方向に開口分割した複数のサブアレイを含み該複数のサブアレイアンテナにより位相中心の異なる2次元のサブアレイ信号を生成する1次元DBF(Digital Beam Forming)アレイアンテナと、
前記1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成前のサブアレイ信号に対して信号処理を行う信号処理器と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
Place in one direction so as circular opening is formed, and generates a two-dimensional sub-array signals with different phase centers of a plurality of sub-arrays of unrealized plurality of subarray antenna which is open divided in a direction perpendicular to said one direction A one-dimensional DBF (Digital Beam Forming) array antenna;
A signal processor for performing signal processing on a subarray signal before monopulse synthesis sent from a plurality of subarrays of the one-dimensional DBF array antenna;
A radar apparatus comprising:
円開口が形成されるように一方向に配置し、且つ該一方向に直交する方向に開口分割した複数のサブアレイを含み該複数のサブアレイアンテナにより位相中心の異なる2次元のサブアレイ信号を生成する1次元DBF(Digital Beam Forming)アレイアンテナと、
前記1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成された信号をモノパルス合成前のサブアレイ信号に変換するサブアレイ分割処理器と、
前記サブアレイ分割処理器から送られてくるモノパルス合成前のサブアレイ信号に対して信号処理を行う信号処理器と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
Place in one direction so as circular opening is formed, and generates a two-dimensional sub-array signals with different phase centers of a plurality of sub-arrays of unrealized plurality of subarray antenna which is open divided in a direction perpendicular to said one direction A one-dimensional DBF (Digital Beam Forming) array antenna;
A subarray split processor for converting monopulse synthesized signals sent from a plurality of subarrays of the one-dimensional DBF array antenna into subarray signals before monopulse synthesis;
A signal processor that performs signal processing on a subarray signal before monopulse synthesis sent from the subarray division processor;
A radar apparatus comprising:
前記円開口の一部として配置された小型アンテナを備え、
前記信号処理器は、前記1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成前のサブアレイ信号および前記小型アンテナから送られてくる信号に対して信号処理を行うことを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーダ装置。
Comprising a small antenna arranged as part of the circular opening;
The signal processor performs signal processing on a sub-array signal before monopulse synthesis sent from a plurality of sub-arrays of the one-dimensional DBF array antenna and a signal sent from the small antenna. Item 3. The radar device according to item 1 or item 2.
前記信号処理器は、STAP(Space Time Adaptive Processing)処理を実行するSTAP処理器から成ることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のレーダ装置。   The radar apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the signal processor includes a STAP processor that executes a Space Time Adaptive Processing (STAP) process. 前記サブアレイ信号に基づきMUSIC(Multiple Signal Classification)処理を行うMUSIC処理器を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のレーダ装置。   The radar apparatus according to claim 1, further comprising a MUSIC processor that performs MUSIC (Multiple Signal Classification) processing based on the subarray signal. 前記複数のサブアレイアンテナからなる2次元のサブアレイアンテナを用いて円開口内で位相中心の異なるビームを形成し、形成されたビームのうちの最大レベルを有するビームを用いる開口ダイバーシティ処理を適用して測角を行う開口ダイバーシティ処理器を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のレーダ装置。 A two-dimensional subarray antenna comprising a plurality of subarray antennas is used to form a beam having a different phase center within a circular aperture, and measurement is performed by applying aperture diversity processing using a beam having the maximum level among the formed beams. The radar apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising an aperture diversity processor that performs cornering .
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