JP2003014843A

JP2003014843A - レーダ装置

Info

Publication number: JP2003014843A
Application number: JP2001200921A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Watanabe; 祥史渡邊
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2001-07-02
Publication date: 2003-01-15
Anticipated expiration: 2021-07-02
Also published as: JP3829659B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のデジタルビームフォーミングでモノパ
ルス測角を実施しているレーダ装置において、同一ビー
ム内に複数目標が存在する場合、目標の検出角度誤差が
大きく、検出精度の劣化が生じる課題があった。【解決手段】受信信号のΣ信号及びΔ信号から目標存
在方向を検出するモノパルス測角方式と、高分解能信号
処理演算を実施し目標存在角度を検出する高分解能測角
方式を有し、モノパルス測角方式により算出した角度誤
差結果から目標が単一または複数存在するか否かの判定
を行い、目標の存在状況に応じて測角方式を切り換える
ことにより、角度検出誤差を少なくかつ効率的に測角が
行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、目標物体の存在
方向を測角するレーダ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のデジタルビームフォーミン
グでモノパルス測角を実施しているレーダ装置の構成の
一例である。図において、１は一定の周波数の連続波ｆ
_ＲＦ及びｆ_ＬＯを発生する発振器、２は発振器１から出
力された信号を増幅し、一定のパルス繰り返し周期で信
号を変調する送信機、３は送信機２から出力された信号
を放射する送信アンテナ、４は目標からの反射波を受信
する複数の素子アンテナＡ_＃１〜Ａ_＃ｎを配列したアレ
ーアンテナ、５は受信信号を増幅する低雑音増幅器、６
は発振器１から出力された信号ｆ_ＬＯにより、低雑音増
幅器５から出力された受信信号を中間周波数帯にダウン
コンバートする合成器、７は合成器６から出力された受
信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、
８は低雑音増幅器５と合成器６とＡ／Ｄ変換器７より構
成される受信モジュールであり、アレーアンテナ４の各
素子アンテナＡ_＃１〜Ａ_＃ｎ毎に受信モジュールＲＭ
_＃１〜ＲＭ_＃ｎが準備されている。９は各受信モジュー
ルＲＭ_＃１〜ＲＭ_＃ｎから出力されるデジタル信号Ｓ₁
〜Ｓ_ｎをデジタル演算し、任意方向の受信マルチビーム
を形成するデジタルビームフォーマ、１０はデジタルビ
ームフォーマ９で形成された受信ビームに等価的にΣ信
号とΔ信号を形成するモノパルス演算器、１１はモノパ
ルス演算器１０から出力されたΣ信号とΔ信号の比から
角度誤差Δεmを検出する角度検出器、１２は検出され
た角度誤差を表示する表示器である。

【０００３】次に、従来のデジタルビームフォーミング
でモノパルス測角を実施しているレーダ装置の動作につ
いて説明する。発振器１で、一定の周波数の信号ｆ_ＲＦ
が発生され、送信機２にて、一定の繰り返し周期で周波
数変調及び電力増幅され、送信アンテナ３を介して目標
に向けられて電波が放射される。目標からの反射信号は
アレーアンテナ４の各素子アンテナＡ_＃１〜Ａ_＃ｎで受
信され、受信モジュール８の各受信モジュールＲＭ_＃１
〜ＲＭ_＃ｎに入力される。各受信モジュールＲＭ _＃１〜
ＲＭ_＃ｎ内部では、低雑音増幅器５にて、電力増幅さ
れ、合成器６にて、周波数変換され、Ａ／Ｄ変換器７に
て、アナログ信号からデジタル信号に変換され、デジタ
ル信号Ｓ₁〜Ｓ_ｎとして出力される。デジタルビームフ
ォーマ９において、デジタル演算処理である離散フーリ
エ変換処理が実施され、これにより受信マルチビームが
形成される。この形成された受信ビームに対し、モノパ
ルス演算器１０において、モノパルス演算処理が実施さ
れΣ信号とΔ信号を形成し、角度検出器１１において、
Σ信号とΔ信号の比から誤差電圧が求められ、アンテナ
ボアサイト方向からの角度誤差Δεmを検出し、目標方
向の角度を算出し、表示器１２にて、出力表示される。

【０００４】図５は、前述記載のモノパルスによる測角
の基本概念を示す原理図を示す。図５（ａ）はΣ信号と
Δ信号のビームパターンであり、図５（ｂ）は誤差電圧
と角度誤差との関係を示した図である。図５（ｂ）に示
す振幅軸方向はアンテナボアサイト方向を示しており、
Σ信号とΔ信号の比が、アンテナボアサイト方向からの
角度誤差Δεm、つまり目標方向との角度のずれを示し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のデジタルビーム
フォーミングでモノパルス測角を実施しているレーダ装
置は、単一目標の角度を検出する場合には、演算速度及
び精度面において有効な方式である。しかし、同一ビー
ム内に複数目標が存在する場合、目標の検出角度誤差が
大きく、検出精度の劣化が生じていた。

【０００６】図６は、前述記載の同一ビーム内に目標
Ａ，Ｂが存在する時を示す概念図である。図６（ａ）は
同一ビーム内に複数目標（図中では目標Ａ，Ｂの２目
標）が存在する状態を示しており、図６（ｂ）は目標
Ａ、Ｂが存在した時のΣ信号とΔ信号の概念図である。
図６（ｂ）に示すように、目標Ａ、Ｂが存在した時のΣ
信号とΔ信号は、目標Ａと目標Ｂの各々のΣ信号Σ_ａ、
Σ_ｂ及びΔ信号Δ_ａ、Δ_ｂの成分を合成した出力
Σ_ａｂ、Δ_ａｂとなる。つまり、Σ信号とΔ信号の比か
ら角度を検出するモノパルス測角方式では、合成したΣ
信号とΔ信号により角度検出を実施するため、実際の目
標方向の角度に対し、誤差が大きく生じていた。

【０００７】この発明は上記のような課題を解決し、同
一ビーム内に複数目標が存在する状況において、角度検
出誤差を少なくかつ効率的に目標方向の角度を得ること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係わるレー
ダ装置は、目標物体の存在する方向、速度、或いは距離
などを測定、捕捉、追尾するレーダ装置において、受信
信号に対しモノパルス演算を実施しΣ信号とΔ信号を形
成し、得られたΣ信号及びΔ信号から目標存在方向を検
出するモノパルス測角方式と、高分解能信号処理演算を
実施し目標存在角度を検出する高分解能測角方式とを有
し、モノパルス測角方式により算出した角度誤差結果か
ら目標存在数を判定し、この判定結果から高分解能測角
方式を選定する回路を備えたことを特徴とする装置であ
る。

【０００９】第２の発明に係わるレーダ装置は、第１の
発明において、高分解能測角方式を選定するための基準
となる目標存在数を判定する際、目標の種類を分別する
ための情報として参照する類別情報記憶器を備えたこと
を特徴とする装置である。

【００１０】第３の発明に係わるレーダ装置は、第２の
発明において、目標情報を収集、記憶する目標情報記憶
器と、高分解能信号処理演算を実施する複数の高分解能
処理器を有するマルチ高分解能処理器と、記憶された目
標情報から、運用時の状況に応じた高分解能信号処理演
算を選定する方式選定回路と、選定された高分解能信号
処理演算により算出する角度誤差結果を記憶する記憶器
Ｂを備えたことを特徴とする装置である。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１の構成を示す図である。図において、１
は発振器、２は送信機、３は送信アンテナ、４はアレー
アンテナ、５は低雑音増幅器、６は合成器、７はＡ／Ｄ
変換器、８は低雑音増幅器と合成器６とＡ／Ｄ変換器７
をまとめ総称した受信モジュール、９はデジタルビーム
フォーマ、１０はモノパルス演算器、１１は角度検出
器、１２は表示器、１３はセレクタ回路、１４は角度記
憶器Ａ、１５は目標存在数検出器、１６は高分解能処理
器、１７は角度記憶器Ｂ、１８は選定回路である。

【００１２】次に図１を用いて上記実施の形態の動作を
説明する。発振器１で、一定の周波数の信号ｆ_ＲＦが発
生され、送信機２にて、一定の繰り返し周期で周波数変
調及び電力増幅され、送信アンテナ３を介して目標に向
けられて電波が放射される。目標からの反射信号はアレ
ーアンテナ４の各素子アンテナＡ_＃１〜Ａ_＃ｎで受信さ
れ、受信モジュール８の各受信モジュールＲＭ_＃１〜Ｒ
Ｍ_＃ｎに入力される。各受信モジュールＲＭ_＃１〜ＲＭ
_＃ｎ内部では、低雑音増幅器５にて、電力増幅され、合
成器６にて、周波数変換され、Ａ／Ｄ変換器７にて、ア
ナログ信号からデジタル信号に変換され、デジタル信号
Ｓ₁〜Ｓ_ｎとして出力される。デジタルビームフォーマ
９において、デジタル演算処理である離散フーリエ変換
処理が実施され、これにより受信マルチビームが形成さ
れる。この形成された受信ビームに対し、モノパルス演
算器１０において、モノパルス演算処理が実施されΣ信
号とΔ信号を形成し、角度検出器１１において、Σ信号
とΔ信号の比から誤差電圧が求められ、アンテナボアサ
イト方向からの角度誤差Δεmを検出し、目標方向の角
度を算出し、表示器１２にて、出力表示される。

【００１３】角度検出器１１でモノパルス演算器１０の
出力Σ信号とΔ信号の比を算出し誤差電圧を求める際、
仮に図６（ａ）に示すように同一ビーム内に２目標存在
した場合、誤差電圧の実数部は数１で虚数部は数２で示
される。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで、θ_ｉは目標Ａと目標Ｂとの合成波
の到来角、θ_aは目標Ａからの到来角、Δθは目標Ａと
目標Ｂの到来角の角度差、Φは目標Ａと目標ＢのΣ信号
の相対位相、Ｐは目標Ａと目標Ｂの合成したΣ信号の振
幅比である。

【００１６】

【数２】

【００１７】ここで、目標が単一目標である場合、つま
り目標Ａと目標Ｂが同じ位置の場合、２目標間の角度差
Δθは０であり、誤差電圧は数１、数２より（実数部,
虚数部）＝（θ_a，０）となり、実数値を持つ値とな
る。しかし、２目標の場合には数２より虚数部にも値を
持つこととなる。

【００１８】この発明に係わるレーダ装置においては、
更に角度検出器１１で算出された誤差電圧の実数部と虚
数部の出力結果を時系列に角度記憶器Ａ１４に記憶し、
目標存在数検出器１５にて時系列毎の虚数部の出力結果
を観測する。ここで、観測値として「０」が連続して出
力されれば単一目標として判断し、目標存在数検出器１
５からセレクタ回路１３に「０」の信号を出力し、ま
た、観測値が「０」以外の値、もしくは変動する場合に
は複数目標として判断し、目標存在数検出器１５からセ
レクタ回路１３に「１」の信号を出力し、更に、観測値
が「０」近傍で小さく変動する場合には不定として判断
し、目標存在数検出器１５からセレクタ回路１３に「−
１」の信号を出力する。

【００１９】また、セレクタ回路１３ではデジタル信号
Ｓ₁〜Ｓ_ｎが出力される経路の切換が実施され、目標存
在数検出器１５から「０」の信号が出力された場合、デ
ジタルビームフォーマ９へ出力するよう経路が切り換え
られ、目標存在数検出器１５から「１」の信号が出力さ
れた場合、高分解能処理器１６へ出力するよう経路が切
り換えられ、目標存在数検出器１５から「−１」の信号
が出力された場合、デジタルビームフォーマ９と高分解
能処理器１６の両方へ出力するよう経路が切り換えられ
る。

【００２０】次に、高分解能処理器１６へ経路が切り換
えられた場合、各受信モジュールＲＭ_＃１〜ＲＭ_＃ｎで
出力されたデジタル信号Ｓ₁〜Ｓ_ｎは、高分解能処理器
１６で高分解能信号処理演算（例えば、公開番号特開
平１０−０６２５０６「測角装置」に公開されている
測角アルゴリズム等）が実施され、高分解能な測角値が
算出され、角度記憶器Ｂ１７に記憶される。ただし、高
分解能信号処演算はモノパルス演算より演算量が多く、
処理に要する時間が長くなる。そのため、時々刻々変化
する目標の捕捉、追尾を実施するレーダ装置としては、
高分解能測角方式のみの機能を有したレーダ装置、また
は、高分解能測角方式のみを使用した場合では、高分解
能な測角を得ることは可能となるが、常時、処理負荷が
かかる演算を実施しなければならないため、運用の点で
は効率が低下してしまう。

【００２１】選定回路１８では、角度記憶器Ａ１１に記
憶された実数部の出力結果と、角度記憶器Ｂ１７からの
出力結果を比較照合し、目標方向の角度が算出され、表
示器１２にて、角度表示される。

【００２２】また、本実施の形態では、目標存在数検出
器１５の出力について、単一目標と判断したら「０」、
複数目標と判断したら「１」、不定目標と判断したら
「−１」を設定しているが、目標存在数検出以後のアル
ゴリズムに応じて、適宜「１」と「２」及び「３」等と
設定しても本発明と同等の効果が得られる。

【００２３】この発明により、得られた目標存在数検出
信号を基に、単一目標が存在する場合には従来のモノパ
ルス測角方式に切り換え、複数目標が存在する場合には
角度分解能を向上させる高分解能測角方式に切り換える
ことができるため、同一ビーム内に存在する複数目標に
対し、角度検出誤差を少なく検出可能となる。更に、上
記２種類の測角方式を切り換えて運用するため、処理負
荷のかかる高分解能測角方式を常時使用する必要がな
く、レーダ装置として効率的な運用が可能となる。

【００２４】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２の構成を示す図である。図において、１〜１８は
実施の形態１と同一のものであるため、説明は省略す
る。１９は類別情報記憶器であり、目標の類識別情報を
記憶する回路である。実施の形態１では、目標存在数検
出器１５の出力結果を得るのに、角度検出器１１の結果
により決定するのに対し、実施の形態２では、更に目標
類識別情報も使用し目標存在数を決定するものである。

【００２５】次に図２を用いて上記実施の形態の動作を
説明する。１〜１４，１６〜１８の送受信、モノパルス
測角処理、高分解能測角処理は実施の形態１と同一であ
る。

【００２６】ここで、この発明に係わるレーダ装置にお
いては、更に類別情報記憶器１９により、目標の形状情
報、例えば、飛しょう体、航空機、艦船等の目標画像の
情報が記憶され、目標に対応して飛しょう体であれば
「１」、航空機であれば「０」、艦船であれば「−１」
を出力し、目標存在数検出器１５に入力される。目標存
在数検出器１５では、上記類別情報記憶器１９の出力結
果と、角度記憶器Ａ１４の出力結果から、運用時に事象
の起こり得る確率を考慮に入れた目標存在数を判定する
ための判定表が作成される。表１は判定表の一例であ
る。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１の判定表より単一目標と判定したら
「０」、複数目標と判定したら「１」、不定目標と判定
したら「−１」を目標存在数検出器１５から出力するも
のとする。

【００２９】また、本実施の形態では、目標存在数検出
器１５の出力について、単一目標と判断したら「０」、
複数目標と判断したら「１」、不定目標と判断したら
「−１」を設定しているが、目標存在数検出以後のアル
ゴリズムに応じて、適宜「１」と「２」及び「３」等に
と設定しても本発明と同等の効果が得られることは、実
施の状態１と同じである。

【００３０】この発明により、運用時に事象の起こり得
る確率を考慮に入れた判定表により目標存在数検出信号
を生成するため、より確実に目標存在数検出の規定が可
能となる。その結果、単一目標が存在する場合には従来
のモノパルス測角方式に、複数目標が存在する場合には
角度分解能を向上させる高分解能測角方式に切り替える
ことができるため、同一ビーム内に存在する複数目標に
対し、角度検出誤差を少なく検出可能となる。更に、上
記２種類の測角方式を切り換え運用するため、処理負荷
のかかる高分解能測角方式を常時使用する必要がなく、
レーダ装置として効率的な運用が可能となる。

【００３１】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３の構成を示す図である。図において、１〜１５，
１７〜１９は実施の形態２と同一のものであるため、説
明は省略する。２０は目標情報記憶器であり、外部シス
テムから提供される目標の速度、距離等の初期情報を記
憶する回路、２１は高分解能処理器１〜ｋのうち最適な
一つを選択するための方式選定回路、２２は複数の高分
解能信号処理演算を実施する高分解能処理器１〜ｋを有
したマルチ高分解能処理器である。実施の形態２では、
目標存在数検出器１５の出力について、複数目標と判定
した時、一つの固定した高分解能信号処理演算を使用
し、高分解能測角処理を実施するものであったが、実施
の形態３では、複数の高分解能処理器を有し、外部シス
テムから提供される目標情報から最適な高分解能信号処
理演算を選定し実施するものである。

【００３２】次に図３を用いて上記実施の形態の動作を
説明する。１〜１５，１７〜１９の送受信、モノパルス
測角処理、目標存在数検出処理は実施の形態２と同一で
ある。

【００３３】ここで、この発明に係わるレーダ装置にお
いては、更に目標情報記憶器２０に外部システムから提
供される目標の速度、位置等の初期情報が記憶される。
方式選定回路２１では、目標情報記憶器２０と類別情報
記憶器１９の出力結果から、マルチ高分解能処理器２２
の高分解能処理器１〜ｋのうち最適な処理器が選定さ
れ、選定信号が出力される。マルチ高分解能処理器２２
では、方式選定回路２１で選定された高分解能処理器で
高分解能信号処理演算が実施され、測角値Δεsが算出
される。角度記憶器Ｂ１７では、マルチ高分解能処理器
２２で出力された測角値Δεsが時系列に記憶され、選
定回路１９において、角度記憶器Ａ１５の測角値Δεm
と角度記憶器Ｂ１８の測角値Δεsの一方が選定され
る。

【００３４】なお、本実施の形態における高分解能処理
器１〜ｋで実施される高分解能信号処理演算は、例え
ば、ＥＳＰＲＩＴ（ＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆＳｉｇ
ｎａｌＰａｒａｍｅｔｅｒｓＶｉａＲｏｔａｔｉｏｎ
ａｌＩｎｖａｒｉａｎｃｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ：以
下ＥＳＰＲＩＴ）、ＭＵＳＩＣ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＳ
ｉｇｎａｌＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ：以下ＭＵ
ＳＩＣ）、最尤推定法等であり、その演算方式の特徴と
して、処理速度についてはＥＳＰＲＩＴ＞ＭＵＳＩＣ＞
最尤推定法、測角精度についてはＥＳＰＲＩＴ＜ＭＵＳ
ＩＣ＜最尤推定法の関係があげられる。方式選定回路２
１の出力として、高速目標であるなら処理方式としてＥ
ＳＰＲＩＴを選定するため「１」を出力し、遠距離目標
であるなら処理方式としてＭＵＳＩＣを選定するため
「２」を出力し、類識別結果で分離した目標の高精度な
測角情報が必要な場合、処理方式として最尤推定法を選
定するため「３」を出力する。なお、使用する高分解能
信号処理演算及び選定基準等については、適宜設計者が
選択する必要がある。

【００３５】この発明により、得られた目標存在数検出
信号を基に、単一目標が存在する場合には従来のモノパ
ルス測角方式に、複数目標が存在する場合には角度分解
能を向上させる高分解能測角方式に切り換えることがで
きるため、同一ビーム内に存在する複数目標に対し、角
度検出誤差を少なく検出可能となる。更に、上記２種類
の測角方式を切り換えて運用するため、処理負荷のかか
る高分解能測角方式を常時使用する必要がなく、レーダ
装置として効率的な運用が可能となる。

【００３６】更に、高分解能測角方式の場合、目標の類
識別情報と外部システムから提供される目標情報の双方
により、可変に高分解能信号処理演算を選択実施するた
め、運用時の状況に応じ、例えば、高速目標のため短時
間で演算処理を実施しなければならない時、時間的余裕
はあるが精度良く測角する必要がある時等、高分解能信
号処理演算の特徴に応じた高分解能信号処理方式を選定
可能となる。そのため、高分解能測角方式を選択した場
合においても、効率的に測角値を得ることが可能とな
る。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、得
られた目標存在数検出信号を基に測角方式を可変に選択
できるため、同一ビーム内に存在する複数目標に対し、
角度検出誤差を少なく検出可能となる。更に、可変に選
択できることにより、レーダ装置として効率的な運用が
可能となる。

【００３８】また、第２の発明によれば、目標存在数検
出の際、モノパルス測角結果と目標の類識別情報の双方
を使用することにより第１の発明の効果に加え、より確
実に目標存在数検出の規定が可能となる。

【００３９】また、第３の発明によれば、複数目標と判
定時に目標の類識別情報と外部システムから提供される
目標情報の双方により、可変に高分解能信号処理方式を
選択、実施するため、第２の効果に加え、高分解能測角
方式を選択した場合においても、より効率的に測角値を
得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１の構成を示す図であ
る。

【図２】この発明の実施の形態２の構成を示す図であ
る。

【図３】この発明の実施の形態３の構成を示す図であ
る。

【図４】従来のレーダ装置の構成を示す図である。

【図５】モノパルスによる測角の基本原理を示す概念
図である。

【図６】同一ビーム内に目標Ａ，Ｂが存在する時を示
す概念図である。

【符号の説明】１発振器、２送信機、３送信アンテナ、４アレ
ーアンテナ、５低雑音増幅器、６合成器、７Ａ／
Ｄ変換器、８受信モジュール、９デジタルビームフ
ォーマ、１０モノパルス演算器、１１角度検出器、
１２表示器、１３セレクタ回路、１４角度記憶器
Ａ、１５目標存在数検出器、１６高分解能処理器、
１７角度記憶器Ｂ、１８選定回路、１９類別情報記
憶器、２０目標情報記憶器、２１方式選定回路、２
２マルチ高分解能処理器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標物体の存在する方向、速度、或いは
距離などを測定、捕捉、追尾するレーダ装置において、
受信信号に対しモノパルス演算を実施しΣ信号とΔ信号
を形成し、得られたΣ信号及びΔ信号から目標存在方向
を検出するモノパルス測角方式と、高分解能信号処理演
算を実施し目標存在角度を検出する高分解能測角方式と
を有し、上記モノパルス測角方式により算出した角度誤
差結果から目標存在数を判定し、この判定結果から上記
高分解能測角方式を選定する回路を備えたことを特徴と
するレーダ装置。
【請求項２】上記高分解能測角方式を選定するための
基準となる目標存在数を判定する際、目標の種類を分別
するための情報として参照する類別情報記憶器を備えた
ことを特徴とする、請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】目標情報を収集、記憶する目標情報記憶
器と、高分解能信号処理演算を実施する複数の高分解能
処理器を有するマルチ高分解能処理器と、上記記憶され
た目標情報から、運用時の状況に応じた高分解能信号処
理演算を選定する方式選定回路と、選定された高分解能
信号処理演算により算出する角度誤差結果を記憶する記
憶器Ｂを備えたことを特徴とする、請求項２記載のレー
ダ装置。