JP2000171544A - Phased array radar - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、フェーズドアレイ
レーダに関し、特に全周捜索時間を短縮する円筒型フェ
ーズドアレイレーダに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phased array radar, and more particularly, to a cylindrical phased array radar for reducing the time required for a full-circle search.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、この種の円筒型フェーズドアレイ
レーダは、例えば特開平９−０３６６３７号公報に示さ
れるように、全周の目標を捜索、追尾するために用いら
れている。2. Description of the Related Art Conventionally, a cylindrical phased array radar of this type has been used for searching for and tracking a target around the entire circumference, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-366637.
【０００３】図１０は、従来の円筒型フェーズドアレイ
レーダの一例を示す系統図である。円筒状に半波長以下
の間隔で配置された複数のコラムアレイ１−１〜１−２
４の一部を励振し、その励振範囲を切り換えることによ
り円周方向にビーム走査を行っている。励振範囲の切り
換えは制御部３４の制御信号により、方位切換部３１の
コラムアレイ切換スイッチ３２−１〜３２−８を切り換
えることにより行う。分配合成器３３は方位切換部３１
からの受信信号の合成及び送受信部３５からの励振信号
の分配を行うものである。FIG. 10 is a system diagram showing an example of a conventional cylindrical phased array radar. A plurality of column arrays 1-1 to 1-2 arranged in a cylindrical shape at an interval of half a wavelength or less.
The beam scanning is performed in the circumferential direction by exciting a part of the laser beam 4 and switching the excitation range. The excitation range is switched by switching the column array switches 32-1 to 32-8 of the azimuth switching unit 31 in accordance with the control signal of the control unit 34. The distributing / combining unit 33 includes the direction switching unit 31.
And a distribution of the excitation signal from the transmission / reception unit 35.
【０００４】送信系においては、送受信部３５で出力さ
れた励振信号は、分配合成器３３により分配された後、
制御部３４により所望のビーム方向から算出された励振
開口（以下開口と略す）のコラムアレイ１−１〜１−８
に入力されるように、方位切換部３１内のコラムアレイ
切換スイッチ３２−１〜３２−８によって切り換えられ
る。In the transmission system, the excitation signal output from the transmission / reception unit 35 is distributed by the distribution / combination unit 33,
Column arrays 1-1 to 1-8 of excitation apertures (hereinafter abbreviated as apertures) calculated from a desired beam direction by the control unit 34
Are switched by column array changeover switches 32-1 to 32-8 in the direction changeover unit 31.
【０００５】受信系においては、送信系の逆で、コラム
アレイ１−１〜１−８から入力された受信信号は、方位
切換部３１をとおり、分配合成器３３で合成され、送受
信部３５で受信され、信号処理部３６で信号処理され
る。In the receiving system, the receiving signals input from the column arrays 1-1 to 1-8 pass through the azimuth switching unit 31 and are combined by the distribution / combination unit 33. The signal is received and processed by the signal processing unit 36.
【０００６】本円筒型フェーズドアレイレーダは、ビー
ムを電子的に走査しているため、機械回転式レーダと違
って追尾ビームを自由に設定できる特長がある。The cylindrical phased array radar has a feature that the tracking beam can be freely set unlike a mechanical rotary radar because the beam is electronically scanned.
【０００７】また、捜索時間を短縮する方法として、例
えば特開平３−１７９２８２公報に示されるように、平
面型フェーズドアレイレーダでは、デジタルビーム形成
（以降ＤＢＦと称す）を用いたマルチビーム形成に関す
る技術が開示されている。As a method of shortening the search time, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-179282, a technique relating to multi-beam formation using digital beam formation (hereinafter referred to as DBF) in a planar phased array radar. Is disclosed.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、従来
の円筒型フェーズドアレイレーダでは全周捜索時間が長
いので、複数の近距離目標や高い飛行性能をもつ目標の
捜索・追尾データレートが充分でないことである。The first problem is that the conventional cylindrical phased array radar has a long search time around the entire circumference, so that the search / tracking data rate of a plurality of short-range targets or targets having high flight performance is high. Is not enough.
【０００９】その理由は、従来円筒型フェーズドアレイ
レーダではビーム走査は方位方向に順次切り換えて行う
ため、全周捜索に時間がかかるためである。また、捜索
時間がかかるため、追尾ビーム走査の時間が充分取れな
いためである。The reason is that beam scanning is sequentially switched in the azimuth direction in the conventional cylindrical phased array radar, so that it takes a long time to search all around. In addition, it takes a long time to search, so that sufficient time for tracking beam scanning cannot be obtained.
【００１０】第２の問題点は、捜索時間短縮のため多数
のマルチビームを形成すると回路規模が大きくなり、ま
た複雑化することである。The second problem is that if a large number of multi-beams are formed to shorten the search time, the circuit scale becomes large and the circuit becomes complicated.
【００１１】その理由は、アナログビーム合成の場合、
複数の高価なビーム形成回路が必要になることによる。
ＤＢＦの場合はビーム数に応じて演算量が大きくなるこ
とにより、演算プロセッサ数が大幅に増大することによ
る。The reason is that in the case of analog beam synthesis,
This is because a plurality of expensive beam forming circuits are required.
In the case of the DBF, the amount of calculation increases in accordance with the number of beams, and thus the number of calculation processors greatly increases.
【００１２】本発明の目的は、全周電子ビーム走査が可
能な円筒フェーズドアレイレーダにおいて、同時に全周
捜索を行う円筒フェーズドアレイレーダを提供すること
である。It is an object of the present invention to provide a cylindrical phased array radar capable of scanning the entire circumference at the same time in a cylindrical phased array radar capable of scanning the entire circumference.
【００１３】本発明の他の目的は、ＤＢＦにおいて、各
コラムアレイに与える開口分布を決定するウエイト数を
最小限にし、メモリに格納できるようにすることで、ビ
ーム形成に要する演算量を低減する円筒フェーズドアレ
イレーダを提供することである。Another object of the present invention is to reduce the number of calculations required for beam forming by minimizing the number of weights for determining the aperture distribution given to each column array in a DBF and enabling the data to be stored in a memory. It is to provide a cylindrical phased array radar.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明のフェーズドアレ
イレーダは、送信方位無指向性ビームを放射する送信無
指向性アンテナと、全方位方向に均等に並ぶ受信デジタ
ルビーム形成マルチビームを形成する円筒型受信フェー
ズドアレイアンテナと、デジタルビーム形成を行うビー
ム形成器とを有し、全周捜索することを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION A phased array radar according to the present invention includes a transmitting omnidirectional antenna for emitting a transmitting omnidirectional beam, and a receiving digital beamforming multibeam uniformly arranged in all directions. It has a type receiving phased array antenna and a beamformer for performing digital beamforming, and is characterized in that it performs a full circumference search.
【００１５】その送信無指向性アンテナは、送信用励振
信号を外部制御信号により位相制御する複数の移相器
と、移相器に対応する複数の方位無指向性素子アンテナ
を有し、移相器への移相量により仰角方向にビーム走査
することが可能である。The transmitting omnidirectional antenna has a plurality of phase shifters for controlling the phase of a transmission excitation signal by an external control signal, and a plurality of azimuth omnidirectional element antennas corresponding to the phase shifters. Beam scanning can be performed in the elevation direction depending on the amount of phase shift to the detector.
【００１６】また、フェーズドアレイレーダ円筒型受信
フェーズドアレイアンテナは、ビーム方位数を円筒型受
信フェーズドアレイアンテナを構成するコラムアレイ数
を整数倍する手段を有し、ビーム形成器のビーム形成に
要する演算量を低減することを特徴とする。Also, the phased array radar cylindrical receiving phased array antenna has means for multiplying the number of beam azimuths by an integral number of the number of column arrays constituting the cylindrical receiving phased array antenna. It is characterized in that the amount is reduced.
【００１７】更に、円筒型受信フェーズドアレイアンテ
ナは、円筒状に半波長以下の間隔で配置された複数の受
信用素子アンテナと、個々の受信用素子アンテナ信号の
振幅と位相を制御信号により制御し、受信する受信モジ
ュールと、振幅と位相制御された複数の受信信号を合成
するＲＦ合成器と、合成されたＲＦ信号をＩＦ信号に変
換する周波数変換器と、ＩＦ信号に変換されたアナログ
信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を有し
ている。Further, the cylindrical receiving phased array antenna controls a plurality of receiving element antennas which are cylindrically arranged at an interval of half a wavelength or less, and controls the amplitude and phase of each receiving element antenna signal by a control signal. Receiving module, an RF synthesizer for synthesizing a plurality of received signals whose amplitude and phase are controlled, a frequency converter for converting the synthesized RF signal to an IF signal, and an analog signal converted to the IF signal. An A / D converter for converting the signal into a digital signal.
【００１８】また更に、円筒型受信フェーズドアレイア
ンテナは、円筒状に半波長以下の間隔で配置された複数
の受信用素子アンテナと、個々の受信用素子アンテナ信
号の振幅と位相を制御信号により制御し、振幅と位相制
御された複数の受信信号を周波数変換し、変換されたア
ナログ信号をデジタル信号に変換する受信モジュール
と、変換された受信デジタル信号を伝送するデータバス
と、ウエイトデータとともにコラムアレイの受信デジタ
ルデータを合成する仰角ビーム合成器とを有する。Further, the cylindrical receiving phased array antenna has a plurality of receiving element antennas arranged in a cylindrical shape at an interval of half a wavelength or less, and the amplitude and phase of each receiving element antenna signal are controlled by a control signal. A receiving module that converts the frequency of a plurality of received signals whose amplitude and phase are controlled, and converts the converted analog signals into digital signals, a data bus that transmits the converted received digital signals, and a column array together with the weight data. And an elevation beam combiner for combining the received digital data.
【００１９】更にまた、デジタルビーム形成を行うビー
ム形成器は、受信デジタルデータを少なくとも１本のビ
ームを形成するＮ個の開口毎にグループ分けし、全周の
マルチビーム形成用のウエイトデータを格納するウエイ
トメモリと、ウエイトメモリからのウエイトデータによ
り重み付けをして、マルチビーム形成の演算を行う演算
部とを有する。Further, the beamformer for performing digital beamforming divides the received digital data into groups of at least N apertures forming at least one beam, and stores weight data for multi-beam formation around the entire circumference. And a calculation unit for performing multi-beam forming calculation by weighting with weight data from the weight memory.
【００２０】また、デジタルビーム形成を行うビーム形
成器は、デジタルビームを任意の形状、等間隔とするビ
ーム形成手段を有し、重点捜索範囲とその他の範囲でビ
ームの密度を変えることを特徴とする。Further, the beamformer for performing digital beamforming has beamforming means for making the digital beam an arbitrary shape and at equal intervals, and is characterized in that the beam density is changed between the focused search range and the other range. I do.
【００２１】本発明のフェーズドアレイレーダは、全方
位方向に同時に電波を放射できる送信手段（図１の２
１）と、全方位方向に受信ＤＢＦマルチビームを形成す
る手段（図１の２２）と、を有する。The phased array radar of the present invention is a transmitting means (2 in FIG. 1) capable of simultaneously radiating radio waves in all directions.
1) and means (22 in FIG. 1) for forming a reception DBF multi-beam in all directions.
【００２２】またＤＢＦに要する演算量を低減するため
の手段（図１の３）を有する。Further, there is provided means (3 in FIG. 1) for reducing the amount of calculation required for the DBF.
【００２３】本発明では、全方位方向に同時に電波を放
射できる送信手段である送信方位無指向性アンテナで送
信方位無指向性ビームを放射することにより、全方位方
向から目標の反射信号を得られる。また、全方位方向に
受信マルチビームを形成する手段である円筒型受信フェ
ーズドアレイアンテナで、ＤＢＦにより指向性の高いマ
ルチビームを全方位方向に形成することで、同時に全方
位方向から目標の反射信号を受信し、目標毎に分別でき
るので、瞬時に全周捜索を行うことができる。According to the present invention, a reflected signal of a target can be obtained from all directions by radiating a transmission omnidirectional beam by a transmission omnidirectional antenna which is a transmitting means capable of simultaneously radiating radio waves in all directions. . In addition, by using a cylindrical receiving phased array antenna which is a means for forming a receiving multi-beam in all directions, a multi-beam with high directivity is formed in all directions by the DBF, and at the same time, a reflected signal of a target from all directions is obtained. Is received and can be separated for each target, so that an all-around search can be performed instantaneously.
【００２４】また、本発明では、ＤＢＦに要する演算量
を低減するための手段であるビーム形成器により、受信
ビーム形成に要する演算量を低減でき、マルチビームに
よる回路の複雑化を抑えることが可能になる。Further, according to the present invention, a beamformer, which is a means for reducing the amount of operation required for the DBF, can reduce the amount of operation required for receiving beam formation, and can suppress the complexity of the circuit due to multi-beams. become.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００２６】図１を参照すると、本発明のフェーズドア
レイレーダは、送信方位無指向性ビーム２３を送信する
送信方位無指向性アンテナ２１と、前記送信無指向性ア
ンテナ２１に励振信号を送信する送信部８と、全周に受
信マルチビームを形成する円筒型受信フェーズドアレイ
アンテナ２２と、ＤＢＦによりマルチビーム形成を行う
ビーム形成部３と、前記円筒型受信フェーズドアレイア
ンテナ２２と前記ビーム形成部３の制御を行う制御部５
と、各種レーダ信号処理を行う信号処理部６とから構成
される。Referring to FIG. 1, a phased array radar according to the present invention includes a transmission azimuth omnidirectional antenna 21 for transmitting a transmission azimuth omnidirectional beam 23 and a transmission for transmitting an excitation signal to the transmission omnidirectional antenna 21. Unit 8, a cylindrical reception phased array antenna 22 that forms a reception multi-beam over the entire circumference, a beam formation unit 3 that performs multi-beam formation by a DBF, and the cylindrical reception phased array antenna 22 and the beam formation unit 3. Control unit 5 for controlling
And a signal processing unit 6 for performing various radar signal processes.
【００２７】図２を参照すると、送信無指向性アンテナ
２１は、ｋ個の方位無指向性素子アンテナ４１−１〜４
１−ｋと、前記方位無指向性素子アンテナ４１−１〜４
１−ｋに与える励振信号の位相を制御する移相器４２−
１〜４２−ｋとから構成される。Referring to FIG. 2, transmitting omnidirectional antenna 21 includes k azimuth omnidirectional element antennas 41-1 to 4-4.
1-k and the azimuth omnidirectional element antennas 41-1 to 4-4
1-Phase shifter 42 for controlling the phase of the excitation signal given to k
1 to 42-k.
【００２８】円筒型受信フェーズドアレイアンテナ２２
は、円筒状に半波長以下の間隔で配置された複数の受信
信号をデジタル信号に変換するコラムアレイ１−１〜１
−Ｎから構成される。ビーム形成部３は、全周のマルチ
ビーム形成用のウエイトデータを格納するウエイトメモ
リ３−２とマルチビーム形成のための演算を行う演算部
３−１からなる。[0028] Cylindrical receiving phased array antenna 22
Are column arrays 1-1 to 1-1 for converting a plurality of received signals arranged in a cylinder at an interval of half a wavelength or less into digital signals.
-N. The beam forming unit 3 includes a weight memory 3-2 for storing weight data for multi-beam formation over the entire circumference and a calculation unit 3-1 for performing calculations for multi-beam formation.
【００２９】図３を参照すると、コラムアレイ１−１〜
１−Ｎの構成の一例を示している。ｍ個の素子アンテナ
１０−１〜１０−ｍと制御信号に従い受信信号の振幅・
位相制御を行うＲＸモジュール１１−１〜１１−ｍと振
幅・位相制御された受信信号を合成するＲＦ合成器１２
とＲＦ信号をＩＦ信号に変換する周波数変換器１３とア
ナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１４
から構成される。Referring to FIG. 3, column arrays 1-1 to 1
1 shows an example of the configuration of 1-N. The amplitude of the received signal according to the m element antennas 10-1 to 10-m and the control signal
RX modules 11-1 to 11-m for performing phase control and RF combiner 12 for combining received signals subjected to amplitude and phase control
And a frequency converter 13 for converting an RF signal to an IF signal and an A / D converter 14 for converting an analog signal to a digital signal
Consists of
【００３０】次に、本発明の実施の形態の動作につい
て、まず図７を用いて動作の概要を示す。Next, the operation of the embodiment of the present invention will be outlined with reference to FIG.
【００３１】送信方位無指向性アンテナ２１から全方位
方向に送信方位無指向性ビーム２３を放射する。本図で
は送信方位無指向性ビーム２３は、仰角０°に放射され
た場合を示す。ビームは全方位に放射されるので、全方
位から目標の反射信号が得られる。円筒型受信フェーズ
ドアレイアンテナ２２は、ＤＢＦにより指向性の高いビ
ームを全方位方向に多数形成し、複数の方向から返って
くる反射信号を分別できるので、同時に全方位方向の捜
索・追尾が可能になり、全周捜索時間を短縮できる。し
かし、送信ビームを無指向性にすることにより送信アン
テナ利得が低下し、最大探知距離が短くなる。この場
合、送信電力、送信パルス幅、積分回数を増やすことに
より、最大探知距離を伸ばすことができる。積分回数は
捜索時間を増大させるが、実際の運用では、短距離モー
ド、長距離モードなどモードにより積分回数を変化させ
ることにより、従来より全周捜索時間を短縮できる。A transmission azimuth omnidirectional beam 23 is radiated from the transmission azimuth omnidirectional antenna 21 in all directions. In the figure, the transmission azimuth omnidirectional beam 23 is radiated at an elevation angle of 0 °. Since the beam is emitted in all directions, a target reflected signal can be obtained from all directions. The cylindrical receiving phased array antenna 22 forms a large number of highly directional beams in all directions by the DBF and can separate the reflected signals returned from a plurality of directions, thereby enabling simultaneous search and tracking in all directions. In other words, the time required to search the entire circumference can be reduced. However, by making the transmission beam non-directional, the transmission antenna gain is reduced, and the maximum detection distance is shortened. In this case, the maximum detection distance can be increased by increasing the transmission power, the transmission pulse width, and the number of integrations. Although the number of integrations increases the search time, in actual operation, by changing the number of integrations in a mode such as a short-distance mode or a long-distance mode, the entire circumference search time can be reduced as compared with the conventional method.
【００３２】次に図１を用いて動作の詳細について示
す。送信系では、まず送信部８より出力される励振信号
は送信方位無指向性アンテナ２１に入力される。送信方
位無指向性アンテナ２１については図２も用いて説明す
る。励振信号は移相器４２−１〜４２−ｋで制御器５か
らの制御信号に従い位相制御され、方位無指向性素子ア
ンテナ４１−１〜４１−ｋで空間に放射される。この
際、移相器に与える移相量を変えることにより送信方位
無指向性ビーム２３は、仰角方向にビーム走査が可能に
なる。また、仰角方向にファンビームを形成することも
可能になる。Next, the operation will be described in detail with reference to FIG. In the transmission system, first, the excitation signal output from the transmission unit 8 is input to the transmission azimuth omnidirectional antenna 21. The transmission direction omnidirectional antenna 21 will be described with reference to FIG. The phase of the excitation signal is controlled by the phase shifters 42-1 to 42-k in accordance with the control signal from the controller 5, and is radiated to space by the omnidirectional element antennas 41-1 to 41-k. At this time, by changing the amount of phase shift given to the phase shifter, the beam of the transmission omnidirectional beam 23 can be scanned in the elevation direction. It is also possible to form a fan beam in the elevation direction.
【００３３】次に受信系について詳細に説明する。円周
上に半波長以下の等しい間隔で並べられたコラムアレイ
１−１〜１−Ｎの詳細を図３に示す。ｍ個の素子アンテ
ナ１０−１〜１０−ｍに入力される受信信号は、ＲＸモ
ジュール１１−１〜１１−ｍで制御部５からの制御信号
に従い振幅・位相制御され、ＲＦ合成器１２で合成され
ることにより、仰角方向に所望のビームを形成する。そ
の後、周波数変換器１３で中間周波数（ＩＦ）信号に周
波数変換した後、Ａ／Ｄ変換器１４でデジタル信号に変
換する。コラムアレイ１−１〜１−Ｎから出力される受
信デジタルデータは、すべてビーム形成部３の演算部３
−１に入力される。演算部３−１では受信デジタルデー
タをそれぞれ１本ないし数本のビームを形成するＮ個の
開口４−１〜４−Ｎ毎にグループ分けする。図１におい
ては各開口は１本のビームを形成する場合を示してい
る。ウエイトメモリ３−２は一つの開口で形成するビー
ムの本数分のウエイトデータ群をメモリに格納してい
る。これは後で図８を用いて説明するが、ビーム方位数
を全コラムアレイ数の整数倍にして、すべての開口で同
じウエイトデータ群を利用できる。Ｎ個の開口４−１〜
４−Ｎ毎にグループ分けされた受信デジタルデータをウ
エイトメモリ３−２からのウエイトデータ群で重み付け
をしてデジタルビーム合成することにより、送信方位無
指向性ビーム２３の電波放射範囲すべてを覆えるような
全周マルチビームを形成できる。これにより、送信方位
無指向性ビームが放射される範囲すべてを瞬時に捜索・
追尾できる。この際、ＤＢＦを使用しているため、アナ
ログビーム合成で生じるマルチビーム化による損失の問
題は発生しない。Next, the receiving system will be described in detail. FIG. 3 shows details of the column arrays 1-1 to 1-N arranged on the circumference at equal intervals of half a wavelength or less. Received signals input to m element antennas 10-1 to 10-m are subjected to amplitude and phase control in accordance with control signals from control unit 5 by RX modules 11-1 to 11-m, and are combined by RF combiner 12. Thus, a desired beam is formed in the elevation direction. Thereafter, the frequency converter 13 converts the frequency to an intermediate frequency (IF) signal, and then the A / D converter 14 converts the signal to a digital signal. The received digital data output from the column arrays 1-1 to 1-N are all processed by the arithmetic unit 3 of the beam forming unit 3.
-1 is input. The arithmetic unit 3-1 divides the received digital data into groups of N apertures 4-1 to 4-N forming one or several beams, respectively. FIG. 1 shows a case where each aperture forms one beam. The weight memory 3-2 stores weight data groups corresponding to the number of beams formed by one aperture in the memory. As will be described later with reference to FIG. 8, the same weight data group can be used in all apertures by setting the number of beam directions to an integral multiple of the number of all column arrays. N openings 4-1 to 4-1
By weighting the received digital data grouped for each 4-N with the weight data group from the weight memory 3-2 and synthesizing the digital beam, the entire radio wave radiation range of the transmission azimuth omnidirectional beam 23 can be covered. Such an all-around multi-beam can be formed. As a result, the entire range where the omni-directional beam is radiated is searched instantaneously.
Can track. At this time, since the DBF is used, the problem of loss due to multi-beam generation that occurs in analog beam combining does not occur.
【００３４】次に図８を用いて、ビーム形成のための演
算量の低減について説明する。図８では一つの開口はｎ
個のコラムアレイを有し、開口あたり３つのビーム
ｂ1、ｂ2、ｂ3を形成する場合を示している。１ビーム
あたりｎ個のウエイトデータｗ1a、
ｗ2a、．．．．．．、ｗnaが必要になるので、開口あた
り３つのビームを形成するので、３×ｎ個のウエイトデ
ータが必要になる。開口数は全周Ｎ個であるので、ウエ
イトデータ数はさらにＮ倍されることになるが、本発明
ではビーム方位数を全コラム数の整数倍とすることで、
３×ｎ個のウエイトデータのみで、全周マルチビームす
べてを形成できる。これは円筒型フェーズドアレイアン
テナの特徴を利用している。すべての開口は同じ大き
さ、形状、コラムアレイ数であるため、開口正面からの
ビーム変位量が同じであれば同一のウエイトとすること
ができる。Ｎ個の開口が少しずつ方位方向にずれて配置
されると、同じウエイトでＮ本のビームが形成できるこ
とになり、Ｎ個の開口で全周を覆えれば、全周マルチビ
ームが形成できる。Next, with reference to FIG. 8, a reduction in the amount of calculation for beam forming will be described. In FIG. 8, one opening is n
This figure shows a case in which three column arrays are formed and three beams b 1 , b 2 and b 3 are formed per aperture. N weight data w 1a per beam,
w 2a,. . . . . . , W na are required, and three beams are formed per aperture, so that 3 × n weight data is required. Since the numerical aperture is N in the entire circumference, the number of weight data is further multiplied by N. In the present invention, by setting the beam azimuth to an integral multiple of the total number of columns,
All the multi-circumference multi-beams can be formed only by 3 × n weight data. This utilizes the characteristics of a cylindrical phased array antenna. Since all apertures have the same size, shape, and number of column arrays, the same weight can be used if the amount of beam displacement from the front of the aperture is the same. If the N apertures are slightly shifted in the azimuthal direction, N beams can be formed with the same weight, and if the entire circumference is covered with the N apertures, a multi-perimeter multi-beam can be formed.
【００３５】ビーム幅とビーム本数の関係で開口あたり
１本のビームでは隙間が生じる場合は、一つの開口あた
りのビーム数を増やすこと、つまり開口正面からのビー
ム変位量を複数持つことにより対応できる。この際、開
口あたりのビーム数は整数とすることで、すべての開口
で同じウエイトを利用することができる。このようにし
て、ウエイト数を低減し、固定の値とすることでメモリ
に格納できるため、ウエイト計算用の演算回路を省くこ
とができ、回路の複雑化を抑えられる。When there is a gap with one beam per aperture due to the relationship between the beam width and the number of beams, it can be dealt with by increasing the number of beams per aperture, that is, by having a plurality of beam displacements from the front of the aperture. . At this time, by setting the number of beams per aperture to an integer, the same weight can be used for all apertures. In this way, since the number of weights can be reduced and set to a fixed value and stored in the memory, the arithmetic circuit for calculating the weight can be omitted, and the complexity of the circuit can be suppressed.
【００３６】次に、本発明の第２の実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００３７】図４を参照すると送信方位無指向性アンテ
ナ２１の別の構成を示している。ｋ個の方位無指向性素
子アンテナ４１−１〜４１−ｋから構成される。この場
合、送信方位無指向性ビーム２３の仰角方向の形状は一
つに固定されるが価格を抑えることができる効果も有す
る。Referring to FIG. 4, another configuration of the transmission azimuth omnidirectional antenna 21 is shown. It is composed of k omnidirectional omnidirectional element antennas 41-1 to 41-k. In this case, although the shape of the transmission azimuth omnidirectional beam 23 in the elevation direction is fixed to one, there is also an effect that the price can be suppressed.
【００３８】次に、本発明の第３の実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００３９】図５を参照するとコラムアレイ１−１〜１
−Ｎの構成の一例を示している。アレイアンテナ９と受
信信号の増幅、周波数変換、Ａ／Ｄ変換を行うＲＸモジ
ュール１５−１から構成される。アレイアンテナ９は固
定の仰角方向しか全方位受信マルチビームを形成できな
いが、価格を抑えることができる効果も有する。Referring to FIG. 5, column arrays 1-1 to 1 are provided.
An example of the configuration of -N is shown. It comprises an array antenna 9 and an RX module 15-1 for performing amplification, frequency conversion, and A / D conversion of a received signal. The array antenna 9 can form an omnidirectional reception multi-beam only in a fixed elevation direction, but also has the effect of reducing the cost.
【００４０】次に、本発明の第４の実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００４１】図６を参照するとコラムアレイ１−１〜１
−Ｎの構成の一例を示している。ｍ個の素子アンテナ１
０−１〜１０−ｍと受信信号の増幅、周波数変換、Ａ／
Ｄ変換を行うＲＸモジュール１５−１〜１５−ｍと受信
デジタル信号を伝送するデータバス１６とウエイトデー
タとともにコラムアレイの受信デジタルデータを合成す
る仰角ビーム合成器１７から構成される。Referring to FIG. 6, column arrays 1-1 to 1-1
An example of the configuration of -N is shown. m element antennas 1
0-1 to 10-m and amplification of received signal, frequency conversion, A /
It comprises RX modules 15-1 to 15-m for performing D conversion, a data bus 16 for transmitting a received digital signal, and an elevation beam combiner 17 for combining received digital data of a column array together with weight data.
【００４２】ｍ個の素子アンテナ１０−１〜１０−ｍに
入力される受信信号は、ＲＸモジュール１５−１〜１５
−ｍで増幅され、ＩＦ信号に周波数変換され、デジタル
信号にＡ／Ｄ変換される。この受信デジタル信号は、デ
ータバス１６を通り、仰角ビーム合成器１７でウエイト
データと合わせてＤＢＦされ、仰角方向に所望のビーム
を形成する。価格は高くなるが、ウエイトデータを複数
用意することにより、仰角方向にもマルチビームを形成
することができるという効果も有する。The received signals input to the m element antennas 10-1 to 10-m are transmitted to RX modules 15-1 to 15-15.
The signal is amplified by −m, frequency converted to an IF signal, and A / D converted to a digital signal. The received digital signal passes through the data bus 16 and is subjected to DBF together with the weight data by the elevation beam combiner 17 to form a desired beam in the elevation direction. Although the price is high, by preparing a plurality of weight data, there is also an effect that a multi-beam can be formed also in the elevation direction.
【００４３】次に、本発明の第５の実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。Next, a fifth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００４４】図９を参照すると、ビーム形成器３はマル
チビーム形成のための演算を行う演算部３−１とビーム
形成するためのウエイトを計算するウエイト計算部３−
３から構成される。Referring to FIG. 9, the beamformer 3 has an operation unit 3-1 for performing an operation for multi-beam formation and a weight calculation unit 3- for calculating a weight for beam formation.
3
【００４５】ウエイト計算部は、固定のウエイトではな
く、計算によりウエイトを算出するので、演算回路は大
きくなるが、ビーム形状に関する自由度が大きくなると
いう効果を有する。このため、重点方位のビーム数を増
やし、その他の領域のビーム数を減らすことが可能にな
る。The weight calculation unit calculates the weight by calculation, not by a fixed weight, so that the arithmetic circuit is large, but the degree of freedom regarding the beam shape is large. For this reason, it is possible to increase the number of beams in the important direction and reduce the number of beams in other regions.
【００４６】[0046]
【発明の効果】第１の効果は、全周捜索時間を短縮でき
ることである。The first effect is that the time required for the entire circumference search can be reduced.
【００４７】その理由は、送信方位無指向性ビームを放
射する送信方位無指向性空中線とＤＢＦマルチビームを
形成する円筒型受信フェーズドアレイアンテナとによ
り、同時に全方位方向の捜索を行えるためである。The reason is that the omnidirectional search can be simultaneously performed by the transmitting omnidirectional aerial which emits the transmitting omnidirectional beam and the cylindrical receiving phased array antenna which forms the DBF multi-beam.
【００４８】第２の効果は、ビーム形成に要する演算量
を低減でき、回路の複雑化を抑えられることである。The second effect is that the amount of calculation required for beam forming can be reduced, and the complexity of the circuit can be suppressed.
【００４９】その理由は、ビーム方位数（マルチビーム
数）を全コラムアレイ数の整数倍とすることで、予め固
定のウエイトをウエイトバッファに格納することがで
き、ウエイト計算用の回路を省けるためである。The reason is that by setting the number of beam azimuths (the number of multi-beams) to an integral multiple of the number of all column arrays, a fixed weight can be stored in the weight buffer in advance, and the circuit for calculating the weight can be omitted. It is.
【図１】本発明の第１の実施の形態の系統図である。FIG. 1 is a system diagram of a first embodiment of the present invention.
【図２】図１の一部分の詳細系統図の一例である。FIG. 2 is an example of a detailed system diagram of a part of FIG. 1;
【図３】図１の一部分の詳細系統図の一例である。FIG. 3 is an example of a detailed system diagram of a part of FIG. 1;
【図４】本発明の第２の実施の形態の系統図である。FIG. 4 is a system diagram of a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第３の実施の形態の系統図である。FIG. 5 is a system diagram of a third embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第４の実施の形態の系統図である。FIG. 6 is a system diagram according to a fourth embodiment of the present invention.
【図７】本発明の動作を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the present invention.
【図８】本発明の演算量を低減させるための手段を示す
図である。FIG. 8 is a diagram showing a means for reducing the amount of calculation according to the present invention.
【図９】本発明の第５の実施の形態の系統図である。FIG. 9 is a system diagram of a fifth embodiment of the present invention.
【図１０】従来の円筒フェーズドアレイアンテナの系統
図である。FIG. 10 is a system diagram of a conventional cylindrical phased array antenna.
【符号の説明】 １―１〜１−Ｎ コラムアレイ ２−１〜２−Ｎ ビーム ３ ビーム形成部 ３−１ 演算部 ３−２ ウエイトメモリ ３−３ ウエイト計算部 ４−１〜４−Ｎ ビーム２−１〜２−Ｎに対応するア
ンテナ開口 ５ 制御部 ６ 信号処理部 ７−１〜７−Ｎ ビーム２−１〜２−Ｎを形成するた
めに開口４−１〜Ｎに与えるウエイト群 ８ 送信部 ９ アレイアンテナ １０−１〜１０−ｍ 素子アンテナ １１−１〜１１−ｍ ＲＸモジュール（ＩＦ信号出
力） １２ ＲＦ合成器 １３ 周波数変換器 １４ Ａ／Ｄ変換器 １５−１〜１５−ｍ ＲＸモジュール（デジタル信号
出力） １６ データバス １７ 仰角ビーム合成器 ２１ 送信方位無指向性アンテナ ２２ 円筒型受信フェーズドアレイアンテナ ２３ 送信方位無指向性ビーム ２４ 受信マルチビーム ３１ 方位切換部 ３２−１〜３２−８ コラムアレイ切換スイッチ ３３ 分配合成器 ３４ 制御部 ３５ 送受信部 ３６ 信号処理部 ４１−１〜４１−ｋ 方位無指向性素子アンテナ ４２−１〜４２−ｋ 移相器[Description of Signs] 1-1 to 1-N Column Array 2-1 to 2-N Beam 3 Beam Forming Unit 3-1 Operation Unit 3-2 Weight Memory 3-3 Weight Calculation Unit 4-1 to 4-N Beam Antenna apertures corresponding to 2-1 to 2-N 5 Control unit 6 Signal processing unit 7-1 to 7-N Weight group given to apertures 4-1 to N for forming beams 2-1 to 2-N 8 Transmitter 9 Array antenna 10-1 to 10-m Element antenna 11-1 to 11-m RX module (IF signal output) 12 RF synthesizer 13 Frequency converter 14 A / D converter 15-1 to 15-m RX Module (digital signal output) 16 Data bus 17 Elevation beam combiner 21 Transmitting omnidirectional antenna 22 Cylindrical receiving phased array antenna 23 Transmitting omnidirectional beam 24 Reception multibeam 31 Azimuth switching unit 32-1 to 32-8 Column array switching switch 33 Distributing / combining unit 34 Control unit 35 Transmitting / receiving unit 36 Signal processing unit 41-1 to 41-k Azimuth omnidirectional element antenna 42-1 to 42-k Phase shift vessel
Claims (9)
無指向性アンテナと、全方位方向に均等に並ぶ受信デジ
タルビーム形成マルチビームを形成する円筒型受信フェ
ーズドアレイアンテナと、デジタルビーム形成を行うビ
ーム形成器とを有し、全周捜索することを特徴とするフ
ェーズドアレイレーダ。1. A transmitting omnidirectional antenna that radiates a transmitting azimuth omnidirectional beam, a receiving-type digital beam forming arrayed evenly in all directions, a cylindrical receiving phased array antenna that forms a multi-beam, and a digital beam forming. A phased array radar having a beamformer and performing a full circumference search.
送信無指向性アンテナが、 送信用励振信号を外部制御信号により位相制御する複数
の移相器と、 前記移相器に対応する複数の方位無指向性素子アンテナ
を有し、前記移相器への移相量により仰角方向にビーム
走査することを特徴とする請求項１記載のフェーズドア
レイレーダ。2. A transmission omni-directional antenna for radiating the transmission azimuth omni-directional beam, comprising: a plurality of phase shifters for controlling a phase of a transmission excitation signal by an external control signal; and a plurality of phase shifters corresponding to the phase shifters. 2. The phased array radar according to claim 1, further comprising an azimuth omnidirectional element antenna, and performing beam scanning in an elevation direction by an amount of phase shift to the phase shifter.
送信無指向性アンテナが、 複数の方位無指向性素子アンテナを有する請求項１記載
のフェーズドアレイレーダ。3. The phased array radar according to claim 1, wherein the transmitting omnidirectional antenna that radiates the transmitting omnidirectional beam has a plurality of directional omnidirectional element antennas.
ナが、 ビーム方位数を前記円筒型受信フェーズドアレイアンテ
ナを構成するコラムアレイ数を整数倍する手段を有し、
前記ビーム形成器のビーム形成に要する演算量を低減す
ることを特徴とする請求項１記載のフェーズドアレイレ
ーダ。4. The cylindrical reception phased array antenna has means for multiplying the number of beam directions by an integer times the number of column arrays constituting the cylindrical reception phased array antenna.
2. The phased array radar according to claim 1, wherein a calculation amount required for beam forming by said beam former is reduced.
ナが、 円筒状に半波長以下の間隔で配置された複数の受信用素
子アンテナと、 個々の受信用素子アンテナ信号の振幅と位相を制御信号
により制御し、受信する受信モジュールと、 振幅と位相制御された複数の受信信号を合成するＲＦ合
成器と、 合成されたＲＦ信号をＩＦ信号に変換する周波数変換器
と、 ＩＦ信号に変換されたアナログ信号をデジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器と、を有する請求項１記載のフェー
ズドアレイレーダ。5. A cylindrical receiving phased array antenna, comprising: a plurality of receiving element antennas arranged cylindrically at an interval of half a wavelength or less; and controlling the amplitude and phase of each receiving element antenna signal by a control signal. And a receiving module for receiving the signals; an RF combiner for combining a plurality of received signals whose amplitude and phase are controlled; a frequency converter for converting the combined RF signal to an IF signal; and an analog signal converted to an IF signal. 2. The phased array radar according to claim 1, further comprising: an A / D converter that converts a signal into a digital signal.
ナが、 円筒状に半波長以下の間隔で配置された複数の受信用素
子アンテナと、 個々の受信用素子アンテナ信号の振幅と位相を制御信号
により制御し、振幅と位相制御された複数の受信信号を
合成し、合成されたＲＦ信号をＩＦ信号に変換し、ＩＦ
信号に変換されたアナログ信号をデジタル信号に変換す
る受信モジュールと、を有する請求項１記載のフェーズ
ドアレイレーダ。6. A receiving phased array antenna having a cylindrical shape, comprising: a plurality of receiving element antennas which are cylindrically arranged at an interval of half a wavelength or less; and controlling the amplitude and phase of each receiving element antenna signal by a control signal. Then, a plurality of received signals whose amplitude and phase are controlled are combined, the combined RF signal is converted into an IF signal, and IF
The phased array radar according to claim 1, further comprising: a receiving module configured to convert an analog signal converted into a signal into a digital signal.
ナが、 円筒状に半波長以下の間隔で配置された複数の受信用素
子アンテナと、 個々の受信用素子アンテナ信号の振幅と位相を制御信号
により制御し、振幅と位相制御された複数の受信信号を
周波数変換し、変換されたアナログ信号をデジタル信号
に変換する受信モジュールと、 変換された受信デジタル信号を伝送するデータバスと、 ウエイトデータとともにコラムアレイの受信デジタルデ
ータを合成する仰角ビーム合成器と、を有する請求項１
記載のフェーズドアレイレーダ。7. The cylindrical receiving phased array antenna, comprising: a plurality of receiving element antennas arranged in a cylindrical shape at an interval of less than half a wavelength; and controlling the amplitude and phase of each receiving element antenna signal by a control signal. A receiving module that converts the frequency of a plurality of received signals whose amplitude and phase are controlled, and converts the converted analog signal into a digital signal; a data bus that transmits the converted received digital signal; and a column array together with the weight data And an elevation beam combiner for combining the received digital data.
The described phased array radar.
成器が、 受信デジタルデータを少なくとも１本のビームを形成す
るＮ個の開口毎にグループ分けし、全周のマルチビーム
形成用のウエイトデータを格納するウエイトメモリと、 前記ウエイトメモリからのウエイトデータにより重み付
けをして、マルチビーム形成の演算を行う演算部とを有
する請求項１記載のフェーズドアレイレーダ。8. A beamformer for performing digital beamforming, divides received digital data into groups of N apertures for forming at least one beam, and stores weight data for multibeam formation around the entire circumference. 2. The phased array radar according to claim 1, further comprising: a weight memory that performs weighting with weight data from the weight memory, and a calculation unit that performs a multi-beam forming calculation.
成器が、 前記デジタルビームを任意の形状、等間隔とするビーム
形成手段を有し、 重点捜索範囲とその他の範囲でビームの密度を変えるこ
とを特徴とする請求項１記載のフェーズドアレイレー
ダ。9. A beamformer for performing digital beamforming, comprising: a beamformer for making the digital beam an arbitrary shape and at an equal interval; and changing a beam density between a focused search area and another area. The phased array radar according to claim 1, wherein:
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