JP2002538467A - スプーファ、ブランカ、およびキャンセラを有するレーダーシステム - Google Patents

スプーファ、ブランカ、およびキャンセラを有するレーダーシステム

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Abstract

(57)【要約】 主ビームとブランカビームとに単数または複数のナルを誘導するための開ループナリング回路を含む、ブランカおよびサイドローブキャンセラを備えるレーダーシステムが記載される。この構成によって、ブランカは強いサイドローブジャミングが存在する場合でもノイズの増幅に起因する従来の問題点を伴わずに動作可能である。さらに、一対の直交線形アレイを含む、開ループナリングを実施するアンテナ構造も記載される。ジャマー方向で主ビームとブランカビームとを照準するためにアレイの1つはアジムスでは全方向性、エレベーションでは指向性であり、別のアレイはエレベーションでは全方向性、アジマスでは指向性である。一実施形態では、レーダーシステムはさらにスプーファを含み、交差線形アレイは送信時にスプーファ信号を処理し、受信時にブランカ信号を処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】技術分野 本発明は、強力なサイドローブジャミングが存在する場合でも有効な動作が可
能である、サイドローブ干渉の影響を軽減するためのブランカを有するフェイズ
ドアレイレーダーシステムを提供する装置と技術とに関する。
【0002】 本願は、35U.S.C.§119(e)に基づく、1999年2月16日に
出願された米国仮出願第60/120,280号に対する優先権を主張するもの
である。
【0003】背景技術 レーダーシステムの分野では公知であるように、ジャミングは敵のレーダーシ
ステムに電子的に干渉するために使用される技術である。ジャマー(妨害器)は
敵のレーダー受信機を飽和させ、またはそれ以外の方法で有効に使用不能にする
ように設計されたレーダー信号を発生し、送信する。
【0004】 ジャマーは妨害すべきシステムの標準的な動作周波数帯域の情報に基づいて、
ジャミング信号を発生することができる。ジャマー信号は、妨害されるレーダー
システムの瞬時周波数の情報、または推定に基づいて、限定された周波数間隔に
わたって送信することができる(この技術はリピータジャミングと呼ばれること
がある)。スマートジャマーは送信されたレーダー信号の周波数を判定し、判定
された周波数での狭い帯域にわたってジャミングエネルギを集束する能力を備え
ている(この技術はスポットジャミングと呼ばれることがある)。別の種類のジ
ャミングはバレッジジャミング(広帯域妨害)と呼ばれ、ジャミング信号が広帯
域の周波数にわたって放射される。
【0005】 メインビーム(主ビーム)もしくは総和ビームのサイドローブ内にジャマー信
号を含む干渉信号の作用に対抗するための様々な技術が利用されている。このよ
うな技術の1つはサイドローブ相殺(キャンセル)と呼ばれ、この場合は、主ビ
ームのサイドローブが最小化されサイドローブ相殺と呼ばれ、主ビームのサイド
ローブが最小化、好適にはナル(ゼロ)にされる。サイドローブキャンセラはジ
ャマーの方向における主ビームのサイドローブにナルを誘導する(生じさせる)
ためにも利用できる。この目的のため、補助アンテナ(単数または複数、典型的
にはジャマーごとに1つのアンテナ素子)は、ジャマー方向のサイドローブにナ
ルを生じさせるために、補助アンテナの出力が主ビームに加算されるために必要
な重みを決定するためにジャマー信号を受信し、処理する。
【0006】 好適には、サイドローブ相殺のために使用される補助アンテナは、例えば全方
向性、または等方向性アンテナによって得られるような比較的広い視野を有して
いる。しかし、このようなアンテナの利得は、例えば6dB程度と比較的低く、
ジャマーの方向でサイドローブを効果的にナルにするためには相当の利得を誘導
する必要がある。例えば、ピークサイドローブの利得が+20dBiである主ビ
ームパターン(これは良好な設計のアンテナアレイのrmsエラーサイドローブ
レベルに対応する)を考察されたい。−15dBiのサイドローブ内のジャマー
の場合、補助チャネルは+6−(−15)=21dBだけ減衰される。しかし、
+20dBiのサイドローブ内のジャマーには補助チャネルを14dB増幅する
必要がある(20dBi=+6+14)。補助チャネルでのこのような利得の誘
導は熱雑音を増幅し、これが主ビームと結合することによって、主ビームの感度
を劣化させる。その上、1つのサイドローブをナリング(ナル処理)すると他の
方向でのサイドローブを増大させる傾向がある。しかし、このような欠点にも関
わらず、サイドローブキャンセラはサイドローブジャミングの作用を相殺させる
有効な方法であり得る。
【0007】 ブランキングはサイドローブ干渉の作用を軽減するために用いられるもう一つ
の技術である。ブランカは専用の受信アンテナと処理チャネルとを使用し、信号
処理は主ビームの処理と整合される。ブランキングチャネルの利得は主ビームサ
イドローブの利得よりも大きい。主ビームの目標方向が妥当であるかどうかを判
定するために、主ビームプロセッサの出力およびブランカプロセッサの出力が比
較される。より具体的には、サイドローブ干渉が強い場合は、ブランカチャネル
内の信号強度は主ビームチャネル内の信号強度よりも高くなり、主ビームの出力
は排除される。あるいは、主ビームチャネル内の信号強度がブランカチャネル内
の信号強度よりも高い場合は、主ビームの目標方向は妥当であるものと見なされ
る。このようにしてブランキングされる干渉信号には、強いサイドローブクラッ
タ、より大きい航空機、リピータジャマー、またはチャープ信号のようなレーダ
ー信号を放射するジャマーが含まれる。
【0008】 しかし、ブランカに伴う1つの問題点は、そのアンテナ利得がサイドローブ利
得よりも大きい必要があることにある。サイドローブキャンセラの場合と同様に
、ブランカが有しているよりも多くのdBi利得を有するサイドローブをブラン
キングするには、ブランカの出力信号を増幅しなければならない。増幅器の利得
がこのように高いと、システムのノイズレベルが増幅され、その結果、主ビーム
の感度が劣化する。その上、ブランカアンテナが主ビームのアパーチャから間隔
を隔てている場合、マルチパス反射がブランカ内への受信信号の強度を低下させ
、一方、主ビーム内への受信信号の強度を高め、その結果、ブランカの性能に悪
影響を及ぼすことがある。このような欠点の結果、ブランカは強いサイドローブ
ジャミングがある場合には使用不能になることがある。
【0009】 ブランカとサイドローブキャンセラとは異なる種類のジャミングの作用を軽減
するのに有用であり、またそれぞれには問題点、特にノイズの激化という問題点
が伴うので、一般にこのような技術は一時に一方だけ使用される。すなわち、サ
イドローブジャミングがある場合は、ジャマーの方向でナルを誘導するためにキ
ャンセラが使用されてブランカはターンオフされ、一方、リピータジャミングが
ある場合は、ブランカが使用されてキャンセラはオフに切換えられる。
【0010】 ある種のレーダーシステムの付加的な機構はスマートジャマーの作用を軽減す
るために使用されるスプーファ(spoofer)である。スマートジャマーは送信さ
れたレーダー信号を聴取してその周波数を推測し、次に、この推測された周波数
におけるレーダー帯域の小部分にジャミングエネルギを集束することができる。
スプーファはジャマーが実際のレーダー信号の周波数を確認することを防止する
ために、スマートサイドローブジャマーを混乱させることができるスプーファ信
号を発生する波形発生器を含んでいる。すなわち、スプーファ信号は実際のレー
ダー信号をカモフラージュするために選択される。このことは、例えばノイズの
様な信号を送信すること、またはレーダー信号のレプリカを送信するような様々
な方法で達成できる。一例として、スプーファ信号は動作の全周波数範囲にわた
って実際のレーダー信号の振幅よりも振幅が大きい掃引(スイープ)正弦波でよ
い。スプーファアンテナはほぼ全方向性であることが望ましいと同時に、スプー
ファの電力は比較的低いことも望ましい。
【0011】 スプーファは標準的には主送信アンテナから間隔を隔てた別個の送信アンテナ
を使用する。その理由は、非放射ミサイルは、実際のレーダー信号の周波数の周
囲の周波数で放射されるレーダー信号である「能動おとり」(アクティブデコイ
:active decoy) を追跡できるからである。スプーファアンテナが主送信アンテ
ナと一体である場合は、それを使用すると非放射ミサイルがレーダーシステムを
追跡するであろう。
【0012】発明の概要 本発明によると、レーダーシステムは、主ビームパターンを有する主アンテナ
と、ブランカビームパターンを有するブランカアンテナとを含むレーダー信号を
受信するためのアンテナと、ジャマーの方向にナルを有する総和ビームを形成す
るために、また、ジャマーの方向にナルを有するブランカビームを形成するため
に前記主アンテナに結合された、ナリング回路を備えたビーム形成ネットワーク
と、を含んでいる。このレーダーシステムはさらに、前記総和ビーム内で受信さ
れたレーダー信号を処理するための第1の信号プロセッサと、前記ブランカビー
ム内で受信されたレーダー信号を処理するための第2の信号プロセッサと、前記
主ビーム内で受信されたレーダー信号が妥当な目標を表す場合にこれを判定する
ために、前記総和ビーム内で受信された信号レベルと、前記ブランカビーム内で
受信された信号レベルとを比較するための比較回路と、を含んでいる。このよう
な構成によって、レーダーシステムはノイズ増幅に起因することがある従来の問
題点を伴わずに、強いサイドローブジャミングが存在する場合に動作することが
できる。
【0013】 本発明の別の特徴によると、レーダーシステムはさらに、ジャマーの方向を検
出(検知)するために前記ビーム形成ネットワークに結合された開ループECM
ナリングマップ回路を含み、ナリング回路は前記総和ビームパターンと、前記ブ
ランカビームパターンとにナルを誘導することで、検知されたジャマー方向に応
答する。レーダーシステムはさらに、複数個の補助アンテナと、該複数個の補助
アンテナに結合されたサイドローブキャンセラとを含んでいる。このような構成
によって、サイドローブキャンセラが付加的にジャミングを阻止することで、サ
イドローブキャンセラのある種の欠点が克服される。より具体的には、開ループ
ナリングによって、サイドローブ補助アンテナは、ジャマーの方向に開ループナ
リングがない場合のようにジャミング方向に主ビームよりも少ない利得を有する
のではなく、ジャミング方向に主ビームよりも多くの利得を有する。
【0014】 上記のことは、ジャマーの方向でブランカビームパターンと主ビームパターン
とに単数または複数のナルを誘導するための開ループ・ナリング回路を使用する
ことによって達成される。主ビームパターンは総和ビーム(単数または複数)、
および△Az、△Elおよび△△のような差分チャネルを含んでいる。すなわち
、従来のブランカは過剰なノイズが主ビーム内に結合されることを防止するため
に、強いジャミングがある場合にはサイドローブのジャマー信号に対するブラン
カチャネルの感度を最小限にすることによって使用不能にされたのに対して、ブ
ランカは強いサイドローブジャミングがある場合にもオン状態に留められる。言
い換えると、ジャマーの方向ではブランカにゼロ(ナル)を誘導し、しかしその
他の方向では高利得を与えることによって、サイドローブ干渉およびバレッジジ
ャミングに関するブランカの効力が保持され、一方ではその感度が低下し、ひい
てはジャミングがある場合のブランカの動作と関連して発生するノイズ問題も軽
減される。
【0015】 さらに、この構成によって、強いサイドローブジャミングがある場合にキャン
セラの動作と関連する従来の問題点を伴わずに、全方向性のサイドローブキャン
セラアンテナ(単数または複数)を使用できる。すなわち、従来は強いジャミン
グがある場合に、サイドローブを効果的に相殺するためにキャンセラチャネルに
相当の利得を誘導する必要があったのに対して、サイドローブは主ビームおよび
ブランカビーム内の開ループ・ナリングによって既に軽減されているので、ジャ
ミング信号の作用を更に軽減し、サイドローブを相殺するために必要なキャンセ
ラの利得は低減される。言い換えると、主ビームおよびブランカビームにナルを
誘導することによって、サイドローブキャンセラの動作はより簡単になり(すな
わち必要な利得が減少し)、それによってノイズの増幅に関連する問題点が軽減
される。このように、サイドローブジャミングに関するキャンセラの効力は保持
されるが、サイドローブジャミングが存在する場合のキャンセラの動作に関連す
る従来のノイズの問題はなくなる。
【0016】 本発明の別の特徴によると、レーダーシステムは互いに直交して配置された一
対の線形アレイを有するアンテナを含んでいる。このような構成によって、一方
の線形アレイは10°程度の限定されたエレベーション(仰角)の有効範囲を除
く全方位の(すなわちアジマス(方位角)で全方向性である)有効範囲をもたら
す。第2の線形アレイはジャマーの方向でビームを照準するために、エレベーシ
ョンで全方向性であり、アジマスでは適応利得を有する。第2の線形アレイによ
って受信された信号を第1の線形アレイによって受信された信号から減算するこ
とによって発生された差分ビームは、アジマスでは全方向性であり、ジャマーの
方向にナルを有する合成ビームを供給する。
【0017】 この構成によって、ブランカビームはジャマーの方向に−15dBiのナルを
有し、従って強いサイドローブジャミングがある場合でも動作することができる
。さらに、キャンセラの補助アンテナはジャミングの方向では(ジャマーの方向
で20dBiのサイドローブの場合の)ブランカビームよりも14dB少ない利
得ではなく、21dB多い利得を有している。
【0018】 レーダーシステムがさらにスプーファを備えている一実施形態では、第1の線
形アレイは受信時にはブランカアンテナを、また送信時にはスプーファアンテナ
を供給する。アンテナビームパターン内でナル(単数または複数)を使用するこ
とによって、スプーファが必要とする電力は−15dBiの主ビーム内では+2
0dBiのサイドローブにおけるよりも少ないので、スプーファに関連する電力
は有利に低減される。さらに、ナリングによって、スプーファ信号を目標検知追
随装置が追跡するかなりのリスクが加わることなく、スプーファアンテナを主ビ
ームアパーチャと統合することができる。
【0019】発明を実施するための最良の形態 本発明の前述の特徴、並びに本発明自体は、図面の以下の説明からより完全に
理解されよう。
【0020】 本発明の詳細な説明をする前に、従来形のブランキングおよび相殺方法の幾つ
かの限界を克服するスプーフィング、ブランキング、およびサイドローブ相殺の
概念を検討することが有用であろう。
【0021】 スプーファは標準的には、スマートサイドローブジャマーがレーダー周波数お
よびスポットジャム(点妨害)を推測できず、それによってバレッジジャミング
の帯域幅とスポットジャミングの帯域幅との比率によってジャマーのERPが上
昇するように、ジャマーの方向に信号を放射する。DRFM(デジタルRFメモ
リ)を使用している精巧なジャマーの場合、スポットジャミングはレーダー探索
帯域幅と同様に狭く、またジャミング帯域幅と信号帯域幅との比率は30dBも
の高さである。スプーファの波形は各々がレーダー信号のエンベロープと位相変
調を伴い、レーダーに割当てられた周波数スロットもしくは帯域内の全動作帯域
にわたって分散された多重信号を含み、ジャマーによって認識されるスプーファ
信号はサイドローブ内のレーダー信号よりも高い。
【0022】 ブランカチャネルは標準的には主ビームチャネルの場合と同一の、信号処理に
マッチドフィルタ(整合フィルタ)を備える。その入力は、干渉信号を誘発する
可能性がある角度領域での主ビームのサイドローブよりも利得が高いアンテナか
らの入力である。プロセッサの出力におけるチャネル間を比較して、サイドロー
ブチャネル内の信号がより強い場合には主ビームチャネル内での検出を無視(阻
止)する。このプロセスでブランキングされる信号には、強いサイドローブクラ
ッタ、より大型の航空機、リピータジャマー、チャープ信号のようなレーダを放
射するジャマーが含まれる。サイドローブブランカに伴う主要な問題点は、主ビ
ームの性能の劣化によるブランカチャネル内のノイズを最小限にするために、主
ビームサイドローブに対する適切な利得を達成できないことにある。マルチパス
反射が主ビームへの受信信号を増大しつつ、ブランカへの受信信号を減少させる
ことがあるので、前記の問題点は、サイドローブブランカの位相中心が主ビーム
の位相中心から逸れている場合に悪化する。
【0023】 サイドローブ相殺は標準的にはジャマーごとに少なくとも1つの補助チャネル
を必要とする。補助チャネルアンテナは、ブランカと同様に、ジャマーの方向で
の主ビームサイドローブよりも利得が大きい。標準的には近似全方向性アンテナ
が補助アンテナ用に使用されるが、充分に強い信号を提供するために必要な増幅
には2つの悪影響がある。第1に、サイドローブキャンセラ(SLC)からのノ
イズが主ビームに加えられ、感度が劣化すること、および第2に他の方向でのサ
イドローブが増大することである。
【0024】 ここでソリッドステート・モジュールのフェーズドアレイレーダに関連して上
記の問題点の解決方法を説明する。概念を説明するためにXバンドにおけるN=
10,000エレメント(素子)のアレイを有するアンテナの例を説明する。素
子は走査角に左右される余弦利得を有するものと想定されているので、ブロード
サイド素子の利得は、次のようになる。
【0025】
【数1】 但しλ=.03m、Ae =λ2/π=3x10-42(素子ごとに)、全アパーチ
ャーについて3m2。素子は4°rmsのフェーズエラーに較正されていると想
定されるので、rmsサイドローブレベルは、次のようになる。
【0026】
【数2】 但し、 ε2=サイドローブ内に再指向される電力部分(fraction of power) σθ=rmsレーダーフェーズエラー σa=rms分数振幅エラー である。
【0027】 このように、電子対策(ECM)マップを使用して、主ビームよりも低いサイ
ドローブレベル10log(4N)+15=61dBに等しい−15dBiのエ
ラー限度フロアーを有するジャマーの方向にナルを配することができる。その結
果、慣行の重み付けをしたこれらのサイドローブレベルを得るには過度に大きな
損失をもたらすことになろう。開ループ・ナリングは重い重み付けによる損失な
く、ジャマーの方向で低サイドローブの利点を達成する。
【0028】 サイドローブキャンセラは付加的なジャミング排除を構成する。6dBの利得
を有する単一素子は主ビームよりも+6dBi−(−15dBi)=21dBi
だけ高い信号強度を生ずる。補助チャネルに適用される(信号プロセッサでデジ
タル式になされる)減衰によって、ノイズ繰越(キャリーオーバ)損失が1dB
未満である相殺が可能となる。さらに、開ループ・ナリングによって、必要とさ
れる相殺は標準的には従来のシステムよりも20dB少なく、キャンセラシステ
ムは主チャネルと補助チャネル間の位相および振幅の不均衡に対する感受性が低
くなる。
【0029】 従来のフェーズドアレイレーダーは慣行として象限対称素子、またはサブアレ
イを結合して、総和Σ、アジマス△Az、およびエレベーション(△El)ビー
ムを形成してきた。以下に示すように、△Azおよび△Elチャネルの積として
示される△△出力もある。この第4のチャネルは自由度がさらに高いので、アレ
イは主ビームジャマーをナリングし、しかもなお標準化されたアジマス、および
エレベーション・チャネルを提供できる。下記のようになる。
【0030】
【数3】 この式は、2つのビーム(△△および△Az、または△△および△El)から正
規化されたモノパルス推定が得られ、その双方ともジャマーにて照準可能であり
、オフーナル目標応答を生成しつつ、ジャマーをナリングできる。修正された角
度のチャネル(△El’、△AZ’、および△△’)は総計チャネルを多重化す
る重みを適応させて、閉ループナルを生成する。
【0031】 スプーフィング、ブランキング、およびジャマー相殺のアーキテクチャは前述
のとおりである。nのジャマーを相殺するのに必要な全方向性の補助素子の数を
△−△チャネルだけ増大することができる単一の主ビームジャマーを包含するた
めにアーキテクチャを拡張すると、ジャマーがサイドローブ内にあるか、主ビー
ム内にあるかに関わりなく、1つのジャマーを相殺するために△△チャネルが使
用される。
【0032】 ジャマーのナリングは単一のプロセスで実行しなければならないことは既に指
摘したとおりである。全てのジャマーは全ての基準素子に存在するので、例えば
、サイドローブ相殺および主ローブ相殺を逐次動作として実行することは不可能
である。その理由はおそらくは標準的に、関心はサイドローブジャマーまたは主
ビームジャマーにあったが、双方を同時に処理することにはないからである。
【0033】 4象限のアンテナビームがあり、左上の象限を象限Aとし、右上の象限を象限
Bとし、左下の象限を象限Cとし、右下の象限を象限Dとし、また、文字vはエ
レベーション軸を、uはアジマス軸を表すものとすると、
【0034】
【数4】 α、βはビームを操舵するためのuとv内の素子の位相コマンドである。
【0035】
【数5】
【0036】
【数6】
【0037】
【数7】
【0038】
【数8】
【0039】
【数9】
【0040】
【数10】
【0041】
【数11】 主ビームジャミングの場合は、次のようになる。
【0042】
【数12】
【0043】
【数13】
【0044】
【数14】 従来のサイドローブキャンセラ/ブランカの限界の幾つかには、補助アンテナ
用の有効範囲の視野が広く、そのために補助アンテナ用設計が低利得である結果
、サイドローブキャンセラ内のキャリーオーバノイズが高くなること、サイドロ
ーブブランカ(SLB)内の感度損失、およびサイドローブキャンセラ/ブラン
カ(SLC/SLB)内のマルチパス(多重経路)ロービングへの妨害感受性(
脆弱度)が含まれるということが理解されるべきである。ブランカの動作では、
ブランカチャネルは別個の受信機/信号プロセッサに整合フィルタを有しており
、また、目標の宣言には出力チャネル信号がブランカチャネルの出力を超える必
要がある。別の主要な問題点は、SNR損および多重経路損を回避するため、補
助アンテナに充分な利得を供給することである。ブランカはΣチャネル、αチャ
ネル、およびβチャネルに加えて別個の(第4の)チャネルであることができる
。システムがサイドローブ相殺を利用する場合は、理想的には4つのチャネルの
全てがキャンセラを有し、幾つかのブランカはジャミングが存在しない場合だけ
動作すべきである。スプーファの動作では、スプーファは帯域にわたって分散さ
れるノイズ状の、またはレーダー波形のレプリカ状の信号を放射する。スプーフ
ァがない場合は、スマートジャマーはレーダー信号を受信し、レーダー帯域の小
部分をジャミングし、J/Nを20−30dBまで増大させる。標準的には、短
距離レーダーのドウェル(dwell)は長く、長距離レーダーはジャマーの範囲を
超えた目標を有している。目的は、全帯域幅と探索信号帯域との比率が30dB
だけレーダー送信サイドローブからの信号よりも大きい、スマートジャマーによ
って確認されたスプーファ信号を得ることである。サイドローブキャンセラの動
作時には、サイドローブ相殺にはジャマーごとに少なくとも1つの補助素子が必
要である。SLB、SLCと同様に、補助アンテナは予測されるジャマーの視野
をカバーし、しかも高い利得を有する必要がある。近似全方向アンテナを使用し
た場合、限界には主ビーム信号に加わるSLCからのノイズが含まれ、さらに他
の方向でのサイドローブが増大する。
【0045】 前記の限界を克服するため、ソリッドステートのフェーズドアレイレーダーの
ための動作のシステム概念にはジャマーの位置を特定するECMマップが含まれ
る。開ループ受信重みは(位相/振幅モジュールのセッティングを利用して(−
15dBiまでのエラーによって制限される)ジャマー方向にナルを配する。単
一素子のオムニ素子アンテナは補助アンテナ用に6dBの利得を供給する。信号
チャネルへのSLCの利得は+15−(−6)=21dBであり、これがキャリ
ーオーバノイズを最小限にする。相殺要求は従来のシステムの場合、標準的には
20dB低く、多重経路に対する感度が低いことが判明している。
【0046】 企図されているシステムで使用されるアンテナにはビームAを供給するための
垂直線形アレイが含まれ、この垂直線形アレイは高電力ジャマー用の高利得の近
地平線を供給するために整相(phased)されるが、これはエレベーションがより
高く、電力が低いジャマー用の中位の利得を含めるようにテーパを付けることが
できる。アンテナはさらに、ビームBを供給する水平線形アレイを含んでおり、
かかる水平線形ビームはエレベーションで全方向性であるが、ジャマーの方向で
ビームを照準する。(SLB機能用に)アジマスでは均一の利得を有し、かつ(
SLC機能用に)ジャマー方向に−15dBiのナルを有する差分(ビームAマ
イナスビームB)出力ビームも供給される。ビームAはさらに送信時のスプーフ
ァビームとしての役割も果たす。その重要な機能にはSLC感度損を最小限にし
、ブランカおよびSLCに対する多重経路作用を軽減し、ジャマー方向以外での
SLCによるサイドローブの増大を回避し、SLBおよびSLC機能の同時的な
動作を防止し、スマート(DRFM)ジャマーを無効にするための低電力のスプ
ーファ能力を提供することが含まれる。
【0047】 ここで図1を参照すると、レーダーシステム10はブランカチャネル13とサ
イドローブキャンセラ16とを有する受信機14を備え、さらにスプーファ18
を含む送信機12を備えている。送信機12は、レーダー信号送信機24に結合
するために、Xバンドのような動作帯域にわたって所定の周波数スロット、もし
くは周波数帯域でレーダー信号を発生するレーダー波形発生器を有する主チャネ
ル20を含んでいる。送信機24はレーダー信号を増幅し、当該の目標を検知す
るためのレーダー信号を送信するため、増幅された信号25をレーダー送信アン
テナ26に結合する。
【0048】 スプーファ18はアンテナ26によって送信された実際のレーダー信号からの
スマートサイドローブジャマーを逸らし、またはそうでなければ混乱させること
ができるスプーファ信号を発生するためのスプーファ波形発生器30を含んでい
る。言い換えると、スプーファ信号はスマートサイドローブジャマーがレーダー
信号25の周波数を確認することを効果的に防止するために選択される。一例と
して、スプーファ信号はレーダー信号と同じエンベロープを有しているが、レー
ダー信号25に割当てられた周波数スロットもしくは周波数帯域内で全動作帯域
にわたって異なる位相変調を有しており、これは少なくともサイドローブ内では
レーダー信号の振幅よりも振幅が大きい。スプーファ信号はスプーファアンテナ
34にさらに結合し、このアンテナによって送信されるようにスプーファ送信機
32に結合される。スプーファ信号はジャマーの方向に放射される。当業者には
様々な送信機とアンテナ構成を図1の送信機12と共に使用できることが理解さ
れよう。
【0049】 受信機14は、複数のN個の主ビームサブアレイと、総和ビームパターンすな
わち信号Σ42、ブランカビームパターンすなわち信号BL43、アジマス差分
パターンすなわち信号△Az44、エレベーション差分パターンすなわち信号△
El46、およびオプションの差分/差分パターンすなわち信号△△48を形成
するための、(例えばスプリッタ、移相器、加算および差分回路を含む)関連す
る電子エレメント(素子)とを有している。アンテナアレイ40内にはさらに、
サイドローブキャンセラ16と共に使用される複数のn個の補助アンテナ1’も
備えられている。例示的な実施形態では、アンテナアレイ40は、位相および振
幅制御機能を有するソリッドステート・モジュールの平面アレイである。
【0050】 ブランカチャネル13はディスクリートな(別個の)ブランカアンテナ70を
含んでおり、これは例示した実施形態では線形アレイの形式で備えられている。
アレイ素子からの信号は加算器72によって加算されて、ブランカビームパター
ンすなわち信号43が供給される。
【0051】 各々のビームパターンすなわち信号はそれぞれの移動目標指示(MTI)回路
76に結合されて処理される。各々のMTI回路は、クラッタの作用を軽減する
ように設計された遅延ラインフィルタのようなフィルタを含む。そのために、入
力されたビームパターンすなわち信号によって供給される時間領域レーダー信号
は周波数領域信号に変換され、各々のMTIと関連するそれぞれの帯域フィルタ
内にノッチを生成するため、(周知の、またはモデル化されたクラッタ周波数の
関数であり、またサイドローブキャンセラとその他のチャネルとの間の共分散の
概算から計算される)所定の重みが加算され、通過帯域内のビームパターンを修
正する。その結果生成された信号は次にそれぞれのMTI回路76の出力で時間
領域へと再変換される。
【0052】 サイドローブキャンセラ16について検討すると、n個のサイドローブキャン
セラ補助アンテナ1’の各々も同様に前述の種類のMTI回路76に結合されて
処理される。それぞれのパターンのサイドローブをナリングするために各チャネ
ルに誘導される必要がある複数の重みを決定ために適応重み付け回路80は、補
助アンテナによって受信され、それぞれのMTI回路76によって修正された信
号に応答する。例示した実施形態では、サイドローブキャンセラ16はジャマー
の方向でサイドローブ相殺を行う。このように、ジャマーごとに少なくとも1個
の補助アンテナが必要である。補助アンテナ1’は全方向性アンテナである。
【0053】 各チャネル内でのさらなる信号処理は従来のとおり、パルス圧縮回路82、ド
ップラ整合フィルタ84、およびしきい値検出回路90によって行われる。ブラ
ンカチャネルおよび総和チャネルは同一の統合フィルタを有することに留意され
たい。
【0054】 また、図2を参照すると、総和ビームパターン42がブランカビームパターン
43に関連して示されている。総和ビームパターンには中心ビーム42aと、複
数のサイドローブ42bとが含まれる。前述のように、ブランカビーム43の利
得は主ビームのサイドローブ42bの利得よりも大きい。
【0055】 ブランカチャネルへの入力は干渉信号を誘発する可能性がある角度領域の主ビ
ームのサイドローブの利得よりも大きい利得を有するアンテナ70からの入力で
あるので、主ビームの検知が妥当であるか否かを判定するために、比較回路90
によるブランカチャネルと主ビームチャネルの出力の比較を利用することができ
る。より具体的には、主ビーム内の検知の結果がブランカビーム内の検知よりも
強い場合は、主ビーム検知は(ブランカによって過度の干渉が検知されなかった
ので)、妥当であるものと判定される。あるいは、ブランカビーム内の検知が主
ビーム内での検知よりも強い場合は、主ビーム検知は過度の干渉がある故に妥当
ではないものとして拒絶される。
【0056】 しかし、前述のように、ブランカアンテナ70には高い利得が要求されるので
、システムのノイズレベルは増幅され、その結果主ビームの感度が劣化する。そ
の結果、図1に示した種類のブランカは標準的には強いサイドローブジャミング
が存在する場合には無効である。
【0057】 図1と同様の素子には同様の参照符号を付してある図3を参照すると、本発明
によるソリッドステート・フェーズドアレイレーダーシステム100は送信機1
04と受信機106を含んでいることが示されている。レーダーシステム100
は少なくとも以下の重要な特徴において図1のレーダーシステム10と異なる。
第1に、ブランカおよびスプーファ機能用に、並びに主ビームおよびサイドロー
ブキャンセラ機能用に複合アンテナアレイ120が使用され、また第2に、レー
ダーシステム100には主ビームおよびブランカチャネル内のジャマーの方向に
開ループナリングを含んでいる。例示した実施形態では、複合アンテナアレイ1
20は図6を参照して後述するように、一対の交差線形アレイを含んでいる。例
示した実施形態ではさらに、開ループナリングはECMマッピング回路112と
重みプロセッサ114とを含む開ループナリング回路52によって実施される。
【0058】 アンテナアレイ120は主ビームアパーチャ並びに、図6を参照して後述する
ブランカおよびスプーファ機能用に使用される交差線形アレイを含んでいる。こ
のように、スプーファ送信機32はスプーファ波形発生器30に応答して、スプ
ーファ信号33を送信のためにアンテナアレイ120に送出する。さらに、アン
テナアレイ120は総和ビームパターンΣ60、ブランカビームパターンBL6
2、アジマス差分パターン△Az64、エレベーション差分パターン△El66
、およびオプションの差分/差分パターン△△68を生成するために、(例えば
スプリッタ、移相器、加算および差分回路を含む)電子装置を含んでいる。
【0059】 より具体的には、開ループナリング回路52を考察すると、ECMマッピング
回路112はジャマーの方向をマッピングするために動作可能である。これはジ
ャマーを含む領域に沿ってアレイビーム(単数または複数)を走査し、ジャマー
の位置を測定し、記憶することによって達成される。マッピング回路112によ
って提供されるジャマー方向の情報を用いて、重みプロセッサ114は位相/振
幅アンテナモジュールのセッティングを調整することにより、ジャマーの方向に
ナルを誘導するためにアンテナ120に必要な複数の重み140を計算する。角
度ビームごとの重みは、所望のナルを生成するために最適なフィルタ重み理論を
使用して計算される。結果として生じた各々のビームパターンはこのように、ジ
ャマーの方向にナルを有し、ナリングされた総和ビームパターンΣ60、ナリン
グされたブランカビームパターンBL62、ナリングされたアジマス差分パター
ン△Az64、ナリングされたエレベーション差分パターン△EL66、および
ナリングされた差分/差分パターン△△68と呼ぶことができる。
【0060】 補助素子124は、各々がサイドローブキャンセラ16に結合されたn個の全
方向アンテナ素子(エレメント)によって提供される。より具体的には、各補助
素子は図示のようにサイドローブキャンセラ16のそれぞれのMTI回路76に
結合される。
【0061】 更に図4をも参照すると、ナリングされた総和ビームパターン60は例示され
た2つのジャマー方向150、152にナルを有し、他の方向ではブランカ利得
を保存するものとして示されている。このような構成によって総和ビーム60は
有利に、これらの方向でのジャミング・エネルギに感応しない。
【0062】 図5を参照すると、ナリングされたブランカビームパターン62は同じジャマ
ー方向150、152にナルを有するものとして示されている。このような構成
によって、ブランカは強いサイドローブジャミングが存在する場合でも動作状態
を保つことができる。
【0063】 ここで前述の開ループナリング技術の利点は、サイドローブキャンセラ16の
ある種の欠点を克服することにあることが理解されよう。より具体的には、サイ
ドローブキャンセラ16は付加的なジャミング排除を構成する。上記の開ループ
ナリングの結果、サイドローブ補助アンテナ124はジャマー方向で、ブランカ
ビームよりも開ループナリングがなされなかった場合のようにブランカビームよ
りも14dB少ない利得を有するのではなく、ブランカビームよりも21dB多
い利得を有する。より具体的には、6dBの利得を有する単一の補助素子は主ビ
ームよりも+6dBi−(−15dBi)=21dBだけ多い信号を生成する。
補助チャネルに対してなされる、(信号プロセッサでデジタル式に行われる)減
衰によって、1dB未満のノイズキャリーオーバ損で相殺が可能になる。さらに
、開ループナリングによって、必要な相殺は標準的には従来システムよりも20
dB低く、それによってキャンセラシステムの主チャネルと補助チャネル間の位
相および振幅の不均衡に対する妨害感受性が低くなる。
【0064】 オプションの△△チャネルは前述の開ループナリングを増強するために利用可
能である。特に、△△出力は△AzとElチャネルの積である。△△チャネルは
1つのジャマーを相殺するための付加的な補助チャネルとして利用できる。より
具体的には、△△チャネルはサイドローブジャマーまたは主ローブジャマーの何
れかをナリングするために利用でき、しかも正規化されたアジマスおよびエレベ
ーションチャネルを許容する。その理由は、双方ともオフーナル目標応答を生成
しつつ、ジャマーをナリングするためにジャマーに照準可能である2つのビーム
(△△および△Azまたは△El)から正規化されたモノパルス推定が得られる
からである。角度修正チャネル(△El’、△Az’および△△’)は総和チャ
ネルを乗算する重みを適応化して、閉ループナルを生成する。
【0065】 図6をも参照すると、アンテナアレイ120のブランカおよびスプーファ部を
備える好適な構成は、互いに直角に配置さた一対の線形アレイ170、180を
含んでいることが図示されている。アンテナ170と180は直角であり、した
がってその他の方向では高利得を維持しつつ、ジャマー方向では開ループナルを
誘導する能力を備えている。交差線形アレイは直交アンテナの一例である。当業
者には、本明細書に記載している開ループナリングおよびその利点を達成するた
めには他のアンテナ構造も可能であり、ひいては本発明の趣旨と範囲に含まれる
ことが理解されよう。
【0066】 交差線形アレイ170、180は図示のように主アンテナアレイのアパーチャ
174と一体にしてもよく、あるいは主アパーチャの外側に配置してもよい。線
形アレイを主アパーチャと一体化することの利点は、アパーチャの総領域が小さ
く、主ビームおよびブランカビームの位相中心が同一であるために多重経路作用
が軽減されることにある。
【0067】 ビーム170はu方向(アジマス)で全方向性であり、v方向(エレベーショ
ン)で指向性である。例示した実施形態では、ビームはエレベーションではほと
んどの干渉信号を確認できる10°程度をカバーする。
【0068】 例示した実施形態では、アレイ120は10,000の素子を含んでおり、各
々が走査角に左右される余弦利得を有するものと想定されている。図示した方形
アンテナの場合、各々の線形アレイ170、180は20dBe(26dBi)
の利得を有する√10,000=100の素子を有している。ビーム幅は、λ/
(100λ/2)=20mrであるので、約10のビームが10°のエレベーシ
ョン幅をカバーする。これらのビームの利得は20dBeから10dBまで低減
されるが、それでもなお全方向性のサイドローブキャンセラの補助アンテナより
も10dB高い。素子の利得は下記で得られる。
【0069】
【数15】 λ=.03m、Ae=λ2/π=3x10-4(素子ごとに)、全アパーチャについ
て3m2。素子は4°rmsのフェーズエラーに較正されているので、rmsサ
イドローブレベルは、次のようになる。
【0070】
【数16】 ビーム180はv方向(エレベーション)で全方向性であり、u方向(アジマ
ス)で指向性である。特に、ジャマーのアジマス方向で水平の線形アレイ180
のビームを照準するためにビーム180が使用される。ビーム170と180が
アンテナアレイ120によって差分され、かつ重み付けされると、その結果生ず
るビームはアジマスで全方向性であり、図4のナリングされた総和ビームによっ
て示されているように、ジャマーの方向に−15dBiのナルを有している。
【0071】 図7を参照すると、線形アレイ170のパターンが示されており、x軸はエレ
ベーションの場合の余弦方向である。図8を参照すると、線形アレイ180のパ
ターンが示されており、x軸はアジマスの場合の余弦方向である。
【0072】 有利には、線形アレイ170、180はスプーファ信号の送信と、ブランカ信
号の受信に利用される。それが可能である理由は、送信時に開ループナリングが
なされると、目標検知追随装置がナルに起因する低電力のためにスプーファ信号
を捕捉する可能性が低くなるからであり、従って、スプーファアンテナを主送信
/受信アンテナと一体化させることが可能である。
【0073】 図1に示すように、レーダーシステム10は5個のSLCループと、ブランカ
、エレベーション、アジマス、および主ビームを含んでいる。パルス圧縮および
MTI波形を利用したシステムの場合、第1の処理ステップ(A/Dコンバータ
の後)は、3−5パルスキャンセラを使用してクラッタを除去することである。
重みはSLCと他のチャネルとの共分散の概算から計算される。パルス圧縮/ド
ップラ・フィルタリングの後に検知のしきい値設定(thresholding)が続き、主ビ
ームの検知はこれがブランカチャネルよりも強い場合のみ報告される。
【0074】 ブランカチャネルは本明細書中では総和チャネルおよび差分チャネルと同様、
別のビームとして処理される。このように、サイドローブバラージジャミングの
存在下で副ロープのパルス化された干渉のブランキングが保存されている場合は
、ブランカチャネル内のジャマーのサイドローブ相殺を行う必要がある。
【0075】 困難な点は、同時にSLC補助アンテナがブランカ以上の利得を有する必要が
ある一方で、ブランカが高い利得を有する必要があることに起因する。 互いに直角の一対の線形アンテナAとBを示した図6にそのアプローチが示さ
れている。これらは主アンテナの外側にあってもよいが、この例では主アパーチ
ャと一体に示されている。その利点には、アパーチャの総領域が小さくなり、ブ
ランカビームと主ビームとに同一の位相中心を有するようにすることで、多重経
路作用が軽減されることがある。
【0076】 ビームAおよびBは送信時にはスプーファとして、また受信時にはブランカと
して二重の機能を果たす。ビームAはu方向(アジマス)では全方向性であり、
一方v方向では指向性であり、水平と、ほとんどの干渉が捕捉される約10°ま
でのエレベーションとをカバーする。図示した方形アンテナの場合、各々の線形
アレイは20dBe(26dBi)の利得を伴う√10,000=100の素子
を有している。ビーム幅は、λ/(100λ/2)=20mrであるので、約1
0のビームが10°のエレベーション幅をカバーする。これらのビームの利得は
20dBeから10dBeに縮小するが、それでもなお全方向性のSLC補助ア
ンテナよりも10dB高い。
【0077】 ビームBはv(エレベーション)方向で全方向性であり、ジャマーのアジマス
方向のビームを照準するために利用される。AとBが異なる場合は、修正された
ビームはアジマスで全方向性となるが、ジャマーの方向では−15dBiのナル
を有する。このように、SLC補助アンテナはジャミング方向でブランカビーム
よりも10dB少ない利得ではなく、21dB多い利得を有する。それによって
ブランカはサイドローブバラージジャミング内で動作することが可能になる。
【0078】 上記の概念は主ビームとブランカビームの双方で、サイドローブジャミング環
境におけるレーダー用の近熱雑音制限性能をもたらす方法を提供する。ほとんど
の既存のシステムではバレッジジャミング内でブランカは無効になる。この概念
はサイドローブブランキングおよびジャマー相殺を必要とするシステムに適用で
きる。
【0079】 これまで本発明の好適な実施形態を説明してきたが、当業者にはこれらの概念
を組込んだ別の実施形態も採用可能であることが理解されよう。従って、これら
の実施形態は開示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣
旨と範囲によってのみ限定されるべきものである。本明細書中に引用した全ての
刊行物および参考文献は全体を参照することで本明細書中に明白に援用されてい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ブランカ、サイドローブキャンセラおよびスプーファを含むレーダーシステム
を示す図である。
【図2】 図1のシステムの例示的な受信アンテナパターン(総和パターン)と、ブラン
カビームパターンを示す図である。
【図3】 ジャマー方向でのナリングを利用したブランカ、サイドローブキャンセラ、お
よびスプーファを含むレーダーシステムを示す図である。
【図4】 図3のシステムからナリングされた総和ビームパターンを示す図である。
【図5】 図3のシステムからナリングされたブランカビームパターンを示す図である。
【図6】 図3のシステムと共に使用されるブランカ/スプーファ構成を示す図である。
【図7】 図6の交差線形アレイの1つのパターンを示す図である。
【図8】 図6の交差線形アレイのもう1つのパターンを示す図である。

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主ビームパターンを有する主アンテナと、ブランカビームパ
    ターンを有するブランカアンテナとを含む、レーダー信号を受信するためのアン
    テナと、 ジャマーの方向にナルを有する総和ビームを形成するとともに、前記ジャマー
    の方向にナルを有するブランカビームを形成するために前記主アンテナに結合さ
    れた、ナリング回路を備えたビーム形成ネットワークと、 前記総和ビーム内で受信されたレーダー信号を処理するための第1の信号プロ
    セッサと、 前記ブランカビーム内で受信されたレーダー信号を処理するための第2の信号
    プロセッサと、 前記主ビーム内で受信されたレーダー信号が妥当な目標を表す場合にこれを判
    定するために、前記総和ビーム内で受信された信号レベルと、前記ブランカビー
    ム内で受信された信号レベルとを比較するための比較回路と、 を備えるレーダーシステム。
  2. 【請求項2】 前記ジャマーの方向を検出するために前記ビーム形成ネット
    ワークに結合されたECMマップ回路をさらに含み、前記ナリング回路は、検出
    されたジャマーの方向に応答して前記総和ビームパターンと、前記ブランカビー
    ムパターンとにナルを生じさせる、請求項1に記載のレーダーシステム。
  3. 【請求項3】 前記アンテナはさらに複数の補助アンテナを含むとともに、
    前記レーダーシステムはさらにサイドローブキャンセラを含む、請求項1に記載
    のレーダーシステム。
  4. 【請求項4】 前記サイドローブキャンセラは、 前記補助アンテナによって受信されたレーダー信号に応答して、複数のサイド
    ローブ相殺重みを決定する適応的重み付け回路と、 前記サイドローブ相殺重みの1つを、前記総和ビームによって受信された前記
    レーダー信号に加算するための総和ビーム加算器と、 前記サイドローブ相殺重みの1つを、前記ブランカビームによって受信された
    前記レーダー信号に加算するためのブランカ加算器と、 を含む請求項3に記載のレーダーシステム。
  5. 【請求項5】 前記複数の補助アンテナは各々が全指向性アンテナである、
    請求項3に記載のレーダーシステム。
  6. 【請求項6】 レーダー信号を送信するためのレーダー送信機と、 スマートサイドローブジャマーが該送信されたレーダー信号の周波数を検出す
    ることを阻止することが可能なスプーファ信号を送信するスプーファと、 を含む送信機をさらに備える、請求項1に記載のレーダーシステム。
  7. 【請求項7】 前記受信アンテナは互いに直交して配置された一対の線形ア
    レイを含む請求項1に記載のレーダーシステム。
  8. 【請求項8】 サイドローブ干渉の作用を軽減するためのブランカを有する
    種類のレーダーシステムであって、 ジャマーの方向でブランカビームパターンおよび主ビームパターンにナルを生
    じさせる開ループナリング回路を含むレーダーシステム。
  9. 【請求項9】 (a)(i)主アンテナと、 (ii)該主アンテナと結合され、該主アンテナによって受信されたレーダ
    ー信号に応答して、該受信されたレーダー信号に関連する目標を検出するための
    主ビームプロセッサと、 を含む主ビームチャネルと、 (b)サイドローブ干渉の作用を軽減するためのブランカであって、 (i)ブランカアンテナと、 (ii)該ブランカアンテナと結合され、該ブランカアンテナによって受信
    されたレーダー信号を処理するためのブランカプロセッサと、 を含むブランカと、 (c)前記主アンテナおよび前記ブランカアンテナとに結合され、ジャマーの
    方向のそれぞれのビームパターンの各々にナルを生じさせるナリング回路と、 を含むレーダーシステム。
  10. 【請求項10】 前記ナリング回路は、 EMCマップ回路と、 ビームステアリングプロセッサとを含む、請求項9に記載のレーダーシステム
  11. 【請求項11】 補助アンテナと、 適応的重み付け回路と、 総和回路と、 を含むサイドローブキャンセラをさらに備える、請求項9に記載のレーダーシス
    テム。
  12. 【請求項12】 スプーファをさらに含む請求項9に記載のレーダーシステ
    ム。
  13. 【請求項13】 主ビームパターンとブランカビームパターンとを使用して
    レーダー信号を受信するステップと、 総和ビーム内で受信されたレーダー信号を処理するステップと、 前記ブランカビーム内で受信されたレーダー信号を処理するステップと、 前記主ビーム内で受信されたレーダー信号が妥当な目標を表す場合にこれを判
    定するために、前記総和ビーム内で受信された信号レベルと、前記ブランカビー
    ム内で受信された信号レベルとを比較するステップと、 を含む、レーダーシステムの動作方法。
  14. 【請求項14】 ジャマーの方向を検使用するステップと、 前記ジャマーの方向で前記総和ビームパターンにナルを生じさせ、前記ジャマ
    ーの方向で前記ブランカビームパターンにナルを生じさせるステップと、 をさらに含む請求項13に記載のレーダーシステムの動作方法。
  15. 【請求項15】 複数のサイドローブ相殺重みを決定するステップと、 前記サイドローブ相殺重みの1つを前記総和ビームによって受信された前記レ
    ーダー信号に加算するステップと、 前記サイドローブ相殺重みの1つを前記ブランカビームによって受信された前
    記レーダー信号に加算するステップと、 をさらに含む請求項13に記載のレーダーシステムの動作方法。
  16. 【請求項16】 レーダー信号を送信するステップと、 スマートサイドローブジャマーが該送信されたレーダー信号の周波数を検出す
    ることを阻止することが可能なスプーファ信号を送信するステップと、 をさらに含む請求項13に記載のレーダーシステムの動作方法。
  17. 【請求項17】 受信されたレーダー信号に関連する目標を検出するステッ
    プと、 ブランカを使用してサイドローブ干渉の作用を軽減するステップと、 ジャマーの方向で主ビームパターンとブランカビームパターンとにナルを生じ
    させるステップと、 を含むレーダーシステムの動作方法。
  18. 【請求項18】 送信信号をマスクするスプーファ信号を生じさせるステッ
    プを含む、請求項17に記載のレーダーシステムの動作方法。
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