JP2006258644A - Phased-array antenna radar and transmitting chirp signal acquisition method for calibration - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定の間隔で配列された複数の放射素子と、前記放射素子毎に設けられた複数の送受信モジュールを有するフェーズドアレイアンテナを備えたフェーズドアレイアンテナレーダに関する。 The present invention relates to a phased array antenna radar including a plurality of radiating elements arranged at a predetermined interval and a phased array antenna having a plurality of transmission / reception modules provided for each of the radiating elements.
レーダ装置では、しばしば送受信モジュールを利用したフェーズドアレイアンテナが利用される。フェーズドアレイアンテナとは、所定の間隔で配列された複数の放射素子(アンテナ・アレイ)の各々に、所定の位相関係の高周波電流を給電し、各放射素子の特性を合波することで、任意の指向特性が得られるアンテナである。このフェーズドアレイアンテナは、機械的構成を用いることなく、各放射素子相互の位相関係を変化させることで指向性を走査することができるので、移動体(特に航空機)あるいは人工衛星に搭載されるアンテナとして用いられることが多い。 In a radar apparatus, a phased array antenna using a transmission / reception module is often used. A phased array antenna is an arbitrary one that feeds a high-frequency current having a predetermined phase relationship to each of a plurality of radiating elements (antenna arrays) arranged at predetermined intervals, and combines the characteristics of the radiating elements. It is an antenna that can obtain the directivity characteristics. Since this phased array antenna can scan the directivity by changing the phase relationship between the radiating elements without using a mechanical configuration, the antenna is mounted on a mobile object (especially an aircraft) or an artificial satellite. Often used as
送受信モジュールを利用したフェーズドアレイアンテナでは、個々の送受信モジュールのRF特性がアンテナで送受信されるチャープ波形に影響を与える。特に、送受信モジュールは、通常、他のRF機器と異なり、温度が一定に保たれる機体内部ではなく、アンテナ表面すなわち機体外部に暴露されている。そのため、送受信モジュールのRF特性の温度による影響は無視できず、チャープ圧縮性能に影響を与える。 In a phased array antenna using a transmission / reception module, the RF characteristics of each transmission / reception module affect the chirp waveform transmitted / received by the antenna. In particular, the transmission / reception module is usually exposed to the antenna surface, that is, the outside of the airframe, not the inside of the airframe where the temperature is kept constant, unlike other RF devices. Therefore, the influence of temperature on the RF characteristics of the transmission / reception module cannot be ignored and affects the chirp compression performance.
このような特性変動の問題を解消するために、従来、航空機あるいは人工衛星のプラットフォームに搭載される合波開口レーダ等のレーダ装置において、観測モードとは別に受信部のリニアリティや飽和レベル等の測定(校正)に使用するための校正用チャープ信号を送信する校正モードを設定し、受信部のRF特性を校正する方法(特許文献1)、あるいはモニタ用のアンテナを使用し、モニタ用のアンテナから送信した信号をレーダ用アンテナで受信、あるいは逆にレーダ用アンテナから送信した信号をモニタ用のアンテナで受信することにより、校正情報を取得する方法(特許文献2)等が提案されている。 In order to eliminate the problem of such characteristic fluctuations, conventionally, in a radar apparatus such as a combined aperture radar mounted on an aircraft or satellite platform, the linearity and saturation level of the receiver are measured separately from the observation mode. A method for setting a calibration mode for transmitting a chirp signal for calibration for use in (calibration) and calibrating the RF characteristics of the receiver (Patent Document 1), or using a monitor antenna, from the monitor antenna A method of acquiring calibration information by receiving a transmitted signal with a radar antenna or conversely receiving a signal transmitted from a radar antenna with a monitoring antenna has been proposed (Patent Document 2).
図9は、校正モードが設定されたフェーズドアレイアンテナレーダの従来例を示すブロック構成図であり、図10は、その動作を示すタイミングチャートである。このフェーズドアレイアンテナレーダは、フェーズドアレイアンテナ1と電気回路部2より構成され、各々は送受信兼用アンテナケーブル31により接続されている。
FIG. 9 is a block diagram showing a conventional example of a phased array antenna radar in which the calibration mode is set, and FIG. 10 is a timing chart showing its operation. This phased array antenna radar is composed of a phased array antenna 1 and an
図9において、フェーズドアレイアンテナ1は、電気回路部2の送信機22からの送信信号を複数の送受信モジュール12に分波すると共に、各送受信モジュール12からの信号を合波し電気回路部2の受信機23に出力する分合波器13と、送信のタイミングで分合波器13からの送信信号の位相シフトと増幅を行い放射素子11に出力すると共に、受信のタイミングでは放射素子11からの受信信号の位相シフトと増幅を行い分合波器13に出力する複数の送受信モジュール12と、各送受信モジュール12に接続され送信信号の放射とターゲットからの反射波の受信を行う放射素子11とによって構成される。
In FIG. 9, the phased array antenna 1 demultiplexes the transmission signal from the
各送受信モジュール12は、分合波器13からの送信信号の位相シフトを行うと共に受信信号の位相シフトを行う移相器121と、送信信号の増幅を行う送信用のアンプ123と、放射素子11への送信と放射素子11からの受信を切り替える切替器124と、終端器126と、終端器126と放射素子11からの受信を切り替える切替器125と、受信信号の増幅を行う受信用のアンプ127と、送信用のアンプ123または受信用のアンプ127と移相器121との間に接続された送受切り替え用の切替器122とによって構成される。
Each transmission / reception module 12 performs a phase shift of the transmission signal from the multiplexer /
また電気回路部2は、送信信号を発生するチャープ信号発生器21と、周波数変換・アンプ221、切替器222、およびサーキュレータ223を有する送信機22と、減衰器232、切替器233、および周波数変換・アンプ231を有する受信機23と、受信機23から入力された信号のサンプリングを行い各種の処理を行うデータ処理装置24と、データ処理装置でサンプリング及び処理されたデジタルデータを記録するデータレコーダ25と、フェーズドアレイアンテナ1及び電気回路部2の各機器を制御する制御装置26とによって構成される。
The
送信機22の切替器222は、観測モード時には、チャープ信号発生器21で発生され周波数変換・アンプ221で周波数変換及び増幅された送信信号を、サーキュレータ223を介してフェーズドアレイアンテナ1側へ出力し、校正モード時には、チャープ信号発生器21で発生され周波数変換・アンプ221で周波数変換及び増幅された送信信号を、受信機23側へ折り返し信号として出力するように切り替え制御される。また受信機23の切替器233は、観測モード時には、フェーズドアレイアンテナ1で受信され、サーキュレータ223を介して入力された反射信号を周波数変換・アンプ231へ出力し、校正モード時には、送信機22の切替器222および受信機23の減衰器232を介して入力された前記折り返し信号を周波数変換・アンプ231へ出力するように切り替え制御される。
In the observation mode, the
次に、従来のフェーズドアレイアンテナレーダの動作について、図9〜図10を参照して説明する。 Next, the operation of the conventional phased array antenna radar will be described with reference to FIGS.
観測モード時には、フェーズドアレイアンテナ1からの送信波の放射は一定のパルス繰り返し周期で行い、送信と送信の間のタイミングでターゲットからの反射波の受信を行う。従って、観測モード時の送信タイミングでは、送受信モジュール12内の切替器122は移相器121と送信アンプ123を接続するルートを設定し、切替器124は送信アンプ123と放射素子11を接続するルートを設定し、切替器125は終端器126と受信アンプ127を接続するルートを設定する。また、観測モード時の受信タイミングでは、切替器122は受信アンプ127と移相器121を接続するルートを設定し、切替器124と切替器125は放射素子11と受信アンプ127を接続するルートを設定する。
In the observation mode, the transmission wave from the phased array antenna 1 is radiated at a constant pulse repetition period, and the reflected wave is received from the target at a timing between transmissions. Therefore, at the transmission timing in the observation mode, the
観測モード時の送信タイミングにおいてチャープ信号発生器21で発生した送信信号は、送信機22で周波数変換及び増幅され、分合波器13で複数の送受信モジュール12に分配され、送受信モジュール12で位相シフト及び増幅されて放射素子11に出力され、フェーズドアレイアンテナ1から所定の指向特性を持つ電磁波として放射される。一方、観測モード時の受信タイミングにおいて放射素子11で受信された受信信号は、送受信モジュール12で増幅及び位相シフトされ、分合波器13で合波され、受信機23で周波数変換及び増幅され、データ処理装置24でサンプリング及び各種の処理を実行された後、デジタル化した受信信号としてデータレコーダに記録される。
The transmission signal generated by the
一方、校正モード時には、チャープ信号発生器21で発生した送信信号は、送信機22内の切替器222により受信機23側へ折り返され、受信機23内の減衰器232および切替器233を経由して周波数変換・アンプ231へ入力され、周波数変換及び増幅されてデータ処理装置24でサンプリング及び各種の処理を実行された後、デジタル化した受信信号としてデータレコーダに記録される。データレコーダに記録された校正信号は、データレコーダに記録された受信信号の再生用の参照関数に使用される。また、校正信号データを解析することで、本装置の校正に使用される。
On the other hand, in the calibration mode, the transmission signal generated by the
上記従来の技術では、観測モードとは別のタイミングで校正モードによる送信波形取得を実施しているが、このレーダ装置が航空機や人工衛星等のように高速で移動する装置に搭載されている場合、これらの機体外部に暴露されているフェーズドアレイアンテナは、観測モード時と校正モード時とでその周囲環境(温度等)が大きく変動するため、両者のタイミングのずれに伴う温度変動等によるチャープ特性の変動の影響も無視できない。 In the above conventional technology, transmission waveform acquisition is performed in the calibration mode at a timing different from the observation mode, but this radar device is mounted on a device that moves at high speed such as an aircraft or an artificial satellite These phased array antennas exposed to the outside of the fuselage vary greatly in the surrounding environment (temperature, etc.) between the observation mode and calibration mode, so the chirp characteristics due to temperature fluctuations due to timing differences between the two The effects of fluctuations cannot be ignored.
さらに、上記従来技術においては、フェーズドアレイアンテナと電気回路部は、送受信兼用アンテナケーブルで接続されており、観測モードとは別のタイミングで設定された校正モードにおいて、校正用の送信チャープ信号の記録は、送信チャープ信号のルートを送信機から直接受信機に折り返すルートに切り替えることで実施されるため、記録される校正信号には、電気回路部の特性しか反映されない。 Furthermore, in the above-described prior art, the phased array antenna and the electric circuit unit are connected by a transmission / reception antenna cable, and recording of a transmission chirp signal for calibration is performed in a calibration mode set at a timing different from the observation mode. Is implemented by switching the route of the transmission chirp signal to the route that directly loops back from the transmitter to the receiver, so that only the characteristics of the electric circuit section are reflected in the recorded calibration signal.
しかしフェーズドアレイアンテナの場合、フェーズドアレイアンテナ側の各送受信モジュールには移相器およびアンプが含まれており、これらの移相器およびアンプの特性も観測モード時に測定される信号に影響を及ぼす要因となる。従ってその特性変動は無視できないが、上記従来の技術では、校正信号のチャープ圧縮に際して、送受信モジュールのRF特性を含めた測定が行われないために、完全な校正ができないという問題がある。 However, in the case of a phased array antenna, each transmission / reception module on the phased array antenna side includes a phase shifter and an amplifier. The characteristics of these phase shifters and amplifiers also affect the signal measured in the observation mode. It becomes. Therefore, although the characteristic variation cannot be ignored, the above-described conventional technique has a problem in that complete calibration cannot be performed because the measurement including the RF characteristic of the transmission / reception module is not performed during the chirp compression of the calibration signal.
また、特許文献2に記載されているように、モニタ用のアンテナを使用し、モニタ用のアンテナから送信した信号をレーダ用アンテナで受信、あるいは逆にレーダ用アンテナから送信した信号をモニタ用のアンテナで受信する方法の場合は、モニタ用のアンテナを使用するため、モニタ用のアンテナとレーダ用アンテナとの間の精度が十分に取れない上に送信と受信で別々に校正しなければならないため、精度的に送信信号自身の校正には使用できないという問題点がある。またモニタ用のアンテナを別途設けなければならないためにその構成も複雑となる。
Further, as described in
本発明の目的は、十分な精度でレーダ装置全体をカバーして、受信信号の圧縮用参照関数として使用できる送信チャープ信号の記録が可能な手段を比較的簡単な構成で提供することにある。 An object of the present invention is to provide a means capable of recording a transmission chirp signal that covers the entire radar apparatus with sufficient accuracy and can be used as a reference function for compression of a reception signal with a relatively simple configuration.
本発明の他の目的は、送受信モジュールのRF特性を含めて、チャープ圧縮性能の向上を図ることにある。 Another object of the present invention is to improve the chirp compression performance including the RF characteristics of the transceiver module.
本発明のさらに他の目的は、観測モードと校正モードの送信タイミングを一致させることにより、両者のタイミングのずれに伴うチャープ特性の変動の影響が生じない校正手段を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a calibration means in which the transmission timings of the observation mode and the calibration mode are matched so that the influence of fluctuations in the chirp characteristics due to the timing difference between them does not occur.
本発明のフェーズドアレイアンテナレーダにおける校正用チャープ信号取得方法は、複数の放射素子と、該複数の放射素子にそれぞれ対応して設けられた複数の送受信モジュールを有するフェーズドアレイアンテナを備えたフェーズドアレイアンテナレーダの観測モード時の送信タイミングにおいて、前記各放射素子から放射するために前記各送受信モジュール内の送信用移相器および送信用アンプにより位相シフトおよび増幅された送信チャープ信号の一部を分波し、該分波した送信チャープ信号を前記各送受信モジュール内の受信用アンプおよび受信用移相器を経由して折り返し、該折り返した送信チャープ信号を受信してデータ処理し、校正信号として記録することを特徴とする。 A calibration chirp signal acquisition method in a phased array antenna radar according to the present invention includes a plurality of radiating elements and a phased array antenna having a plurality of transmitting / receiving modules provided corresponding to the plurality of radiating elements, respectively. At the transmission timing in the radar observation mode, a part of the transmission chirp signal phase-shifted and amplified by the transmission phase shifter and transmission amplifier in each transmission / reception module for radiating from each radiating element is demultiplexed. Then, the demultiplexed transmission chirp signal is turned back through the reception amplifier and the reception phase shifter in each of the transmission / reception modules, the returned transmission chirp signal is received, processed, and recorded as a calibration signal. It is characterized by that.
また、本発明のフェーズドアレイアンテナレーダは、所定の間隔で配列された複数の放射素子と、前記放射素子毎に設けられ当該放射素子に送信信号を出力するとともに当該放射素子で受信された信号を入力する複数の送受信モジュールからなるフェーズドアレイアンテナを有するとともに、前記各送受信モジュール内に備えられた送信用移相器および送信用アンプにより位相シフトおよび増幅された観測モード時の送信チャープ信号の送信と同期して該送信チャープ信号の一部を分波する機能と、該分波された送信チャープ信号の一部を前記各送受信モジュール内に備えられた受信用アンプおよび受信用移相器を経由させて折り返す機能と、該折り返された送信チャープ信号を受信してデータ処理することにより校正信号を生成する機能を備えていることを特徴とする。 The phased array antenna radar according to the present invention includes a plurality of radiating elements arranged at predetermined intervals, a transmission signal provided for each of the radiating elements, and a signal received by the radiating element. A transmission chirp signal in an observation mode having a phased array antenna composed of a plurality of input / output modules and being phase-shifted and amplified by a transmission phase shifter and a transmission amplifier provided in each of the transmission / reception modules; A function of demultiplexing a part of the transmission chirp signal in synchronization, and a part of the demultiplexed transmission chirp signal via a reception amplifier and a reception phase shifter provided in each of the transmission / reception modules And a function for generating a calibration signal by receiving the folded transmission chirp signal and processing the data. For example, characterized in that is.
通常、レーダ装置では、送信系のルートと受信系のルートが一部共用されていることが多く、上記従来の構成においても、フェーズドアレイアンテナの分合波器及び送受信モジュールの中の移相器は送信と受信とで共用されているが、本発明では、アンテナの放射素子直前を除き、送信系のルートと受信系のルートを独立させることにより、アンテナの放射素子直前において観測モード時の送信チャープ信号の一部を折り返し可能にしている。 Usually, in a radar apparatus, a transmission system route and a reception system route are often shared, and even in the conventional configuration described above, a phased array antenna multiplexer / demultiplexer and a phase shifter in a transmission / reception module However, in the present invention, the transmission in the observation mode is performed immediately before the radiating element of the antenna by making the transmission system route and the receiving system route independent, except for the radiating element of the antenna. A part of the chirp signal can be folded.
またそのために、本発明では、電気回路部とフェーズドアレイアンテナ間を接続するアンテナケーブルは、送信と受信で共用することなく送信専用と受信専用の各アンテナケーブルをそれぞれ用意し、また、フェーズドアレイアンテナ内でアンテナケーブルに接続される分合波器も、送信専用アンテナケーブルと接続される分波器と受信専用アンテナケーブルと接続される合波器を別に用意する。さらに、各送受信モジュール内の移相器として、送信専用と受信専用のものを各々用意するとともに、送受信モジュール内の送信アンプの後段及び受信アンプの前段にて、分波器・切替器を通して送信系から受信系への折り返しルートを用意する。 Therefore, in the present invention, the antenna cable for connecting the electric circuit section and the phased array antenna is prepared for each of the transmission-only and reception-only antenna cables without being shared for transmission and reception, and the phased-array antenna As for the multiplexer / demultiplexer connected to the antenna cable, a duplexer connected to the transmission dedicated antenna cable and a multiplexer connected to the reception dedicated antenna cable are separately prepared. In addition, as a phase shifter in each transmission / reception module, a transmission-only and a reception-only one are prepared, and a transmission system is passed through a duplexer / switching device at a stage after the transmission amplifier in the transmission / reception module and at a stage before the reception amplifier. Prepare a return route from to the receiving system.
即ち本発明では、チャープ信号発生器で生成し送信機で周波数・レベル変換したチャープ信号を、送信系の分波器で各送受信モジュールに分波し、各送受信モジュールにおいて増幅してアンテナの放射素子から送信する。またこの送信の際、送受信モジュール内で送信波を分波し、受信系のルートに折り返す。そして、折り返した信号を受信系の合波器で合波し、受信機で周波数・レベル変換した後、データ処理装置でサンプリング(A/D変換)することで、送信チャープ信号をデジタルデータとして記録する。 That is, in the present invention, a chirp signal generated by a chirp signal generator and frequency / level converted by a transmitter is demultiplexed to each transmission / reception module by a transmission-system demultiplexer, and amplified by each transmission / reception module to be radiated from the antenna. Send from. At the time of this transmission, the transmission wave is demultiplexed in the transmission / reception module and turned back to the route of the reception system. The folded signal is multiplexed by a receiving multiplexer, frequency / level converted by a receiver, and then sampled (A / D converted) by a data processing device, thereby recording a transmission chirp signal as digital data. To do.
さらに、前記アンテナの放射素子から送信された送信チャープ信号に対するターゲットからの反射波は、通常のレーダ装置と同様、送信と送信の間のタイミングで受信され、受信系の合波器で合波され、受信機で周波数・レベル変換され、データ処理装置でサンプリング(A/D変換)することで、受信チャープ信号として記録される。 Furthermore, the reflected wave from the target with respect to the transmission chirp signal transmitted from the radiating element of the antenna is received at the timing between transmission and transmission in the same manner as in a normal radar device, and is multiplexed by a receiving system multiplexer. The frequency and level are converted by the receiver, and the data is sampled (A / D converted) by the data processor, and recorded as a received chirp signal.
本発明によれば、チャープ信号発生器で生成した送信チャープ信号を、送受信モジュール内で折り返して校正用のチャープ信号を取得するので、より実際の送信波に近い送信チャープ信号情報を取得することができ、チャープ圧縮性能を向上することが可能である。 According to the present invention, the transmission chirp signal generated by the chirp signal generator is folded back in the transmission / reception module to obtain a calibration chirp signal, so that transmission chirp signal information closer to the actual transmission wave can be acquired. It is possible to improve the chirp compression performance.
さらに本発明では、観測と同時に送信波形取得を行うため、観測と校正とのタイムラグを生じないので、温度の時間的変動によるチャープ特性の変動も補正することができ、チャープ圧縮性能を向上することが可能である。 Furthermore, in the present invention, since the transmission waveform is acquired simultaneously with the observation, the time lag between the observation and the calibration does not occur. Therefore, the fluctuation of the chirp characteristic due to the temporal fluctuation of the temperature can be corrected, and the chirp compression performance is improved. Is possible.
また、本発明によれば、観測と同時に校正用の送信波形取得することができるので、観測モードとは別のタイミングで設定された校正モードで送信波形取得を実施する必要がない分、観測の機会を増やすことができる。 In addition, according to the present invention, since a transmission waveform for calibration can be acquired simultaneously with observation, it is not necessary to perform transmission waveform acquisition in a calibration mode set at a timing different from the observation mode. Opportunities can be increased.
また、送受信モジュールの送信アンプの出力を折り返すことで、従来の技術ではできなかった送信電力レベルを含むラジオメトリック校正が可能となり、ラジオメトリック精度を向上させることが可能である。 Further, by folding back the output of the transmission amplifier of the transmission / reception module, radiometric calibration including a transmission power level that cannot be achieved by the conventional technique can be performed, and the radiometric accuracy can be improved.
図1は、本発明の実施形態を示すフェーズドアレイアンテナレーダのブロック構成図である。 FIG. 1 is a block diagram of a phased array antenna radar showing an embodiment of the present invention.
本実施形態のフェーズドアレイアンテナレーダも、フェーズドアレイアンテナ1と電気回路部2より構成されているが、フェーズドアレイアンテナ1と電気回路部2間の接続には、送信専用アンテナケーブル32と受信専用アンテナケーブル33が用いられる。
The phased array antenna radar according to the present embodiment is also composed of the phased array antenna 1 and the
フェーズドアレイアンテナ1は、電気回路部2の送信機22からの送信信号を複数の送受信モジュール12に分波する分波器131と、各送受信モジュール12からの信号を合波し電気回路部2の受信機23に出力する合波器132と、送信のタイミングで分波器131からの送信信号の位相シフトと増幅を行って放射素子11に出力すると共に送信信号の一部を合波器132に折返し、受信のタイミングでは放射素子11からの受信信号の位相シフトと増幅を行って合波器132に出力する複数の送受信モジュール12と、各送受信モジュール12に接続され送信信号の放射とターゲットからの反射波の受信を行う複数の放射素子11とを有している。
The phased array antenna 1 includes a
送受信モジュール12は、分波器131からの送信信号の位相シフトを行う送信用の移相器1211と、送信信号の増幅を行う送信用のアンプ123と、送信信号を分波し主信号を送信ルートに回すと共に送信信号の一部を受信側に折り返す分波器128と、放射素子11への送信と放射素子11からの受信を切り替える切替器124と、終端器126と、終端器126と放射素子11からの受信を切り替える切替器125と、分波器128からの折返した送信信号と放射素子11からの受信信号とを切り替える切替器129と、受信信号または折り返した送信信号の増幅を行う受信用のアンプ127と、アンプ127で増幅された受信信号または折り返した送信信号の位相シフトを行う受信用の移相器1212とを有している。
The transmission / reception module 12 demultiplexes the transmission signal and transmits the main signal, a
電気回路部2は、送信信号を発生するチャープ信号発生器21と、発生した送信信号の周波数変換及び増幅を行い送信専用アンテナケーブル32を介してフェーズドアレイアンテナ1の分波器131に出力する送信機22と、受信専用アンテナケーブル33を介してフェーズドアレイアンテナ1の合波器132から受信したターゲットからの反射波の受信信号または送受信モジュール12内で折り返された送信信号を入力し、これらの信号の周波数変換及び増幅を行いデータ処理装置24に出力する受信機23と、受信機から入力された信号のサンプリングを行い各種の処理を行うデータ処理装置24と、データ処理装置でサンプリング及び処理されたデジタルデータを記録するデータレコーダ25と、フェーズドアレイアンテナ1及び電気回路部2の各機器を制御する制御装置26とを有している。
The
図2は、本実施形態のフェーズドアレイアンテナレーダの動作タイミングチャートであり、図3および図4は、本実施形態の送信タイミング(送信波の放射を行うタイミング)における信号の流れ、および受信タイミング(ターゲットからの反射波を受信するタイミング)における信号の流れを示している。以下、本実施形態の動作について、図1〜図4を参照して説明する。 FIG. 2 is an operation timing chart of the phased array antenna radar according to the present embodiment. FIGS. 3 and 4 illustrate signal flows and reception timings at the transmission timing (timing for transmitting a transmission wave) according to the present embodiment. The signal flow at the timing of receiving the reflected wave from the target is shown. Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
フェーズドアレイアンテナ1からの送信波の放射は一定のパルス繰り返し周期で行う。本実施形態では同じタイミングで折り返した送信信号の受信を行う。その後、送信と送信の間のタイミングでターゲットからの反射波の受信を行う。 The transmission wave from the phased array antenna 1 is emitted at a constant pulse repetition period. In the present embodiment, a transmission signal that is turned back at the same timing is received. Thereafter, the reflected wave is received from the target at a timing between transmissions.
チャープ信号発生器21で発生した送信信号は、送信機22で周波数変換及び増幅され、送信専用アンテナケーブル32を介してフェーズドアレイアンテナ1側の分波器131へ出力される。分波器131では、入力された送信信号を複数の送受信モジュール12に分波する。各送受信モジュール12は分波された送信信号に対して送受信モジュール毎に所定の位相シフトと増幅を行って放射素子11に出力することによりフェーズドアレイアンテナ1からの放射を行う。この時、送受信モジュール12内の切替器124は、分波器128と放射素子11をつなぐルートを設定する。
The transmission signal generated by the
この送信波の放射と同時に、送受信モジュール12内の移相器1211及びアンプ123で位相シフトおよび増幅された送信信号の一部は、送受信モジュール12内の分波器128で分波され、受信側に折り返される。そのためこの時の、送受信モジュール12内の切替器125は終端器126と切替器129をつなぐルートを設定し、切替器129は分波器とアンプ127をつなぐルートを設定するように制御される。
Simultaneously with the radiation of the transmission wave, a part of the transmission signal phase-shifted and amplified by the
折り返された送信信号(校正信号)は、送受信モジュール12内のアンプ127及び移相器1212で増幅及び位相シフトされ、合波器132に出力される。合波器132では各送受信モジュール12で折り返された送信信号(校正信号)を合波し、受信専用アンテナケーブル33を介して受信機23へ出力する。受信機23では入力された送信信号(校正信号)の周波数変換及び増幅を行い、データ処理装置24では周波数変換及び増幅された送信信号(校正信号)のサンプリングを行い各種の処理を行った上でデジタル化した校正信号としてデータレコーダに記録する。
The folded transmission signal (calibration signal) is amplified and phase-shifted by the
一方、送信パルス繰返し周期間の受信タイミングにおいては、送受信モジュール内の各切替器124、125、129は放射素子11からアンプ127をつなぐルートに設定するように制御される。従って、放射素子11で受信した受信信号は、送受信モジュール12内の送受信モジュール12内のアンプ127及び移相器1212で増幅及び位相シフトされ、合波器132に出力される。合波器132では各送受信モジュール12で増幅及び位相シフトされた受信信号を合波し、受信専用アンテナケーブル33を介して受信機23へ出力する。
On the other hand, at the reception timing between the transmission pulse repetition periods, the
受信機23では入力された受信信号の周波数変換及び増幅を行い、データ処理装置24では周波数変換及び増幅された受信信号のサンプリングを行い各種の処理を行った上でデジタル化した受信信号をデータレコーダに記録する。
The
なお、送信タイミングでデータレコーダに記録した校正信号は、受信タイミングでデータレコーダに記録した受信信号の再生用の参照関数に使用する。また、校正信号データを解析することで、本発明による本装置の位相・振幅特性を解析し、校正に使用する。さらに、レベルを確認することで、本装置の送信電力レベルを含む装置全体のレベル解析を行い、受信信号のラジオメトリック校正を行うことも可能である。 The calibration signal recorded in the data recorder at the transmission timing is used as a reference function for reproducing the reception signal recorded in the data recorder at the reception timing. Further, by analyzing the calibration signal data, the phase / amplitude characteristics of the apparatus according to the present invention are analyzed and used for calibration. Further, by checking the level, it is possible to perform level analysis of the entire apparatus including the transmission power level of the present apparatus and to perform radiometric calibration of the received signal.
また、上記実施例では、観測モード時の送信タイミングにおいて送信される前記送信チャープ信号の一部を分波して前記折り返した送信チャープ信号を受信し、データ処理して前記校正信号を得ているが、別途、校正モードを設定して前記送信チャープ信号を送信し、前記折り返した送信チャープ信号のみを受信してデータ処理し、前記校正信号を得るようにしても、チャープ信号発生器で生成した送信チャープ信号は、送受信モジュール内で折り返さるので、送受信モジュールのRF特性を含めたより実際の送信波に近い送信チャープ信号情報を取得することができる。 Further, in the above embodiment, a part of the transmission chirp signal transmitted at the transmission timing in the observation mode is demultiplexed to receive the folded transmission chirp signal, and the data is processed to obtain the calibration signal. However, it is generated by the chirp signal generator even if the calibration mode is set and the transmission chirp signal is transmitted, only the folded transmission chirp signal is received and data processing is performed to obtain the calibration signal. Since the transmission chirp signal is folded back in the transmission / reception module, transmission chirp signal information closer to the actual transmission wave including the RF characteristics of the transmission / reception module can be acquired.
図5〜図7は、本実施形態のフェーズドアレイアンテナレーダにおける、各送受信モジュールの動作確認を行う場合の実施例を示しており、図5は、その信号の流れ、図6〜図7は、そのタイミングチャートを示している。 5 to 7 show an example in the case of confirming the operation of each transmission / reception module in the phased array antenna radar of the present embodiment, FIG. 5 shows the signal flow, and FIGS. The timing chart is shown.
送受信モジュールの一台毎の動作確認を行う場合、図5に示すように、複数の送受信モジュール12の内、一台を除きアンプ123及び124をオフ状態(信号を増幅しない)とする。従って、分波器131から送受信モジュール12に入力された送信信号の内、一台のみから折り返された送信信号の一部が合波器132に校正信号として出力され、受信機23、データ処理装置24を経由し、データレコーダに記録される。
When checking the operation of each transmission / reception module, as shown in FIG. 5, except for one of the plurality of transmission / reception modules 12, the
上記記録動作を、図6に示すタイミングのように、動作している一台の送受信モジュール12を順次切り替えることにより、全ての送受信モジュール12からの前記校正信号をデータレコーダに記録する。そしてデータレコーダに記録された各送受信モジュール12からの校正信号をそれぞれ解析し、レベルを確認することにより、各送受信モジュール12の正常動作の確認が可能となる。従って、本実施形態のフェーズドアレイアンテナレーダによれば、従来の技術ではできなかった送受信モジュール一台毎の動作確認が可能となる効果がある。 In the recording operation, the calibration signals from all the transmission / reception modules 12 are recorded in the data recorder by sequentially switching one transmission / reception module 12 as shown in the timing of FIG. Then, by analyzing the calibration signal from each transmission / reception module 12 recorded in the data recorder and confirming the level, the normal operation of each transmission / reception module 12 can be confirmed. Therefore, according to the phased array antenna radar of the present embodiment, there is an effect that it is possible to check the operation of each transmission / reception module, which was not possible with the prior art.
また、この時、移相器1211及び1212の位相シフト量の設定を図7に示すタイミングのように次々と変更しても良い。そして、データレコーダに記録された校正信号の位相を確認することで、各移相器の正常動作の確認が可能となる。さらに、各移相器の位相を確認し、確認結果を基に適切な位相を改めて設定することで、フェーズドアレイアンテナが形成するアンテナパターンを最適化できる効果がある。
At this time, the setting of the phase shift amount of the
図8は、本実施形態のフェーズドアレイアンテナレーダにおいて、オンボード校正を行う場合の実施例を示すブロック構成図である。 FIG. 8 is a block configuration diagram showing an example in the case of performing on-board calibration in the phased array antenna radar of the present embodiment.
本実施例は、図1に示す実施形態において、データ処理装置24でサンプリング・処理した校正信号のデータを信号ケーブル27により制御装置26に出力し、制御装置26で、校正信号のデータを解析することにより、装置の動作状態を把握し、異常発生時には制御装置26が装置の停止制御を行う等の処置を実行する。
In this embodiment, the calibration signal data sampled and processed by the
本実施例によれば、装置の異常発生時に速やかに対処することが可能となり、二次故障の伝搬などを避けることができる効果がある。 According to the present embodiment, it is possible to quickly cope with the occurrence of an abnormality in the apparatus, and there is an effect that it is possible to avoid the propagation of a secondary failure.
また、図7の実施例の移相器の位相確認と組み合わせて、各送受信モジュールにおける移相器の位相量を確認し、制御装置26で自動的に適切な位相を設定しなおすことにより、リアルタイムでフェーズドアレイアンテナが形成するアンテナパターンを最適化することも可能となる。
Further, in combination with the phase confirmation of the phase shifter of the embodiment of FIG. 7, the phase amount of the phase shifter in each transmission / reception module is confirmed, and the
また図8の実施例では、データ処理装置24から制御装置26に校正信号を出力する構成としているが、校正信号をデータレコーダ25から制御装置26に出力する構成としても良い。
8, the calibration signal is output from the
1 フェーズドアレイアンテナ
2 電気回路部
11 放射素子
12 送受信モジュール
13 分合波器
21 チャープ信号発生器
22 送信機
23 受信機
24 データ処理装置
25 データレコーダ
26 制御装置
27 信号ケーブル
31 送受信兼用アンテナケーブル
32 送信専用アンテナケーブル
33 受信専用アンテナケーブル
121,1211,1212 移相器
122,124,125,129,222,233 切替器
123,127 アンプ
126 終端器
128 分波器
131 分波器
132 合波器
221,231 周波数変換・アンプ
232 減衰器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (12)
前記各放射素子から放射するために前記各送受信モジュール内の送信用移相器および送信用アンプにより位相シフトおよび増幅された送信チャープ信号の一部を分波し、該分波した送信チャープ信号を前記各送受信モジュール内の受信用アンプおよび受信用移相器を経由して折り返し、該折り返した送信チャープ信号を受信してデータ処理し、校正信号として記録することを特徴とするフェーズドアレイアンテナレーダにおける校正信号取得方法。 A calibration signal acquisition method in a phased array antenna radar comprising a plurality of radiating elements and a phased array antenna having a plurality of transmission / reception modules respectively provided corresponding to the plurality of radiating elements,
A part of the transmission chirp signal phase-shifted and amplified by the transmission phase shifter and transmission amplifier in each transmission / reception module for radiating from each of the radiating elements is demultiplexed, and the demultiplexed transmission chirp signal is In the phased array antenna radar, wherein the signal is looped back via a receiving amplifier and a receiving phase shifter in each transmitting / receiving module, the looped transmission chirp signal is received, processed, and recorded as a calibration signal. Calibration signal acquisition method.
前記各送受信モジュール内に備えられた送信用移相器および送信用アンプにより位相シフトおよび増幅された送信チャープ信号の一部を分波する機能と、該分波された送信チャープ信号の一部を前記各送受信モジュール内に備えられた受信用アンプおよび受信用移相器を経由させて折り返す機能と、該折り返された送信チャープ信号を受信してデータ処理することにより校正信号を生成する機能を備えていることを特徴とするフェーズドアレイアンテナレーダ。 In a phased array antenna radar including a plurality of radiating elements and a phased array antenna having a plurality of transmission / reception modules respectively provided corresponding to the plurality of radiating elements,
A function of demultiplexing a part of the transmission chirp signal phase-shifted and amplified by the transmission phase shifter and transmission amplifier provided in each of the transmission / reception modules, and a part of the demultiplexed transmission chirp signal A function of looping back via a reception amplifier and a phase shifter for reception provided in each of the transmission / reception modules, and a function of generating a calibration signal by receiving the looped transmission chirp signal and processing the data A phased array antenna radar characterized by
チャープ信号発生器と、該チャープ信号発生器で発生された送信チャープ信号を周波数変換及び増幅して送信パルスとして出力する送信機と、該送信機から出力された前記送信パルスを前記フェーズドアレイアンテナへ伝送する送信専用アンテナケーブルと、前記フェーズドアレイアンテナ内に備えられて前記送信専用アンテナケーブルを介して入力された前記送信パルスを前記複数の送受信モジュールに分波する分波器と、前記フェーズドアレイアンテナ内に備えられて前記複数の送受信モジュール内でその一部が折り返された前記送信パルスを合波するとともに前記送信パルスによる放射に対する反射波として前記複数の放射素子で受信されて前記複数の送受信モジュールから出力される受信信号を合波する合波器と、該合波器から出力される前記合波折り返し送信パルスと合波受信信号を受信機へ伝送する受信専用アンテナケーブルと、該受信専用アンテナケーブルを介して入力された前記合波折り返し送信パルスと合波受信信号をそれぞれ周波数変換及び増幅する前記受信機と、該受信機で周波数変換及び増幅された前記合波折り返し送信パルスを処理して校正信号を生成するとともに、該受信機で周波数変換及び増幅された前記合波受信信号を処理して受信データを生成するデータ処理装置と、前記送信パルスの送信タイミングと同期して前記校正信号を生成するルートを設定するとともに前記送信パルス繰返し周期間の受信タイミングにおいては前記受信データを生成するルートを設定する制御を行う制御装置とを備えていることを特徴とするフェーズドアレイアンテナレーダ。 In a phased array antenna radar including a plurality of radiating elements and a phased array antenna having a plurality of transmission / reception modules respectively provided corresponding to the plurality of radiating elements,
A chirp signal generator, a transmitter for frequency-converting and amplifying the transmission chirp signal generated by the chirp signal generator and outputting it as a transmission pulse, and the transmission pulse output from the transmitter to the phased array antenna A transmission-dedicated antenna cable for transmission, a duplexer provided in the phased-array antenna and demultiplexing the transmission pulse input via the transmission-dedicated antenna cable to the plurality of transmission / reception modules, and the phased-array antenna The plurality of transmission / reception modules that are included in the plurality of transmission / reception modules and that are partly folded in the plurality of transmission / reception modules and that are received by the plurality of radiating elements as reflected waves with respect to the radiation by the transmission pulses. A multiplexer that multiplexes the received signal output from, and the output from the multiplexer A dedicated reception antenna cable for transmitting the combined folded transmission pulse and the combined received signal to the receiver, and frequency conversion of the combined folded transmission pulse and the combined received signal input through the dedicated antenna cable, respectively. And the receiver that amplifies, and the combined return transmission pulse that is frequency-converted and amplified by the receiver is processed to generate a calibration signal, and the combined-received signal that is frequency-converted and amplified by the receiver A data processing device for processing received data and generating a route for generating the calibration signal in synchronization with the transmission timing of the transmission pulse, and the reception data at the reception timing during the transmission pulse repetition period. A phased array antenna comprising: a control device configured to control to set a route to be generated Radar.
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