JP2008014762A

JP2008014762A - 電子走査式レーダ装置

Info

Publication number: JP2008014762A
Application number: JP2006185463A
Authority: JP
Inventors: Toshio Nanba; 敏男難波
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2026-07-05
Also published as: JP4868962B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、送受信モジュールの故障を検出可能な電子走査式レーダ装置を提供する。
【解決手段】送受切替器３ｃにおける漏洩送信パルス信号を選択的に導出可能な切替器７と、漏洩送信パルス信号の信号レベルを検出可能なレベル検出部（検出器）８と、検出された漏洩送信パルス信号の信号レベルと、予め設定された許容基準値とを比較する異常検出部１０とを設けたので、簡単な構成で、送受信モジュール３の故障の有無を容易に検出ができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、多数並設された送受信モジュールを有し、内蔵された移相器に対する移相制御により合成アンテナパターンのビーム方向を変化させることが可能な電子走査式レーダ装置の改良に関する。

アクティブフェーズドアレイレーダ等の電子走査式レーダ装置では、移相器や送受切替器とともに送信部及び受信部をモジュール化し、移相器に対する移相制御によりビーム制御が行われるように構成される。（例えば、非特許文献１参照。）。

送受信モジユールを多数並設した従来の電子走査式レーダ装置の概略構成を図３に示す。

すなわち、送信信号発生部１にて生成されたレーダの送信パルス信号は、分配器２を介して分配され、多数の送受信モジュール３（３１，３２，・・・３ｎ）が並設されたモジュール群に供給される。

各送受信モジュール３は、アンテナ３ａと、そのアンテナ３ａに接続された移相器３ｂと、その移相器３ｂに接続されサーキュレータからなる送受切替器３ｃと、その送受切替器３ｃに接続された送信部３ｄ及び受信部３ｅとで構成されている。

分配器２で分配された送信パルス信号は、送信部３ｄにおいて増幅され、送受切替器３ｃ、移相器３ｂを介してアンテナ３ａに供給されるので、レーダの送信パルス信号は、並設されたアンテナ３ａにより形成された合成アンテナパターンを介して空間に向けて放射される。合成アンテナパターンは、不図示の制御手段による移相器３ｂに対する移相制御により形成される。

アンテナ３ａを介して空間に放射された送信パルス信号の目標からの反射信号は、アンテナ３ａを介して受信され、移相器３ｂ、送受切替器３ｃを順次介して、受信部３ｅに供給され低雑音増幅されて出力される。

アンテナ３ａを介して受信され受信部３ｅで増幅されて出力される各送受信モジュール３（３１，３２，・・・３ｎ）からの目標反射信号は、合成器４に供給されて合成された後、信号処理部５に供給され、ここで周波数変換及びＡ／Ｄ変換、及び検波が行われて出力され、表示器６に表示される。

このように、電子走査式レーダ装置は、並設された各アンテナ３ａのアンテナパターンの合成により、所望のアンテナビームが形成され、そのアンテナビームを介して送信パルス信号の送受信が行われるものであるが、移相器３ｂをはじめ、各送受信モジュール３（３１，３２，・・・３ｎ）を構成した送信部３ｄや受信部３ｅ等の能動素子が故障すると、所望の合成アンテナビームを形成した送受信が適切に行われ得なくなり、目標探知や目標追尾等のレーダとしての性能低下につながる要因となった。

そこで従来から、電子走査式レーダ装置における送受信モジュールの故障の有無を検出する方法が種々考案されており、例えば、移相器の動作電流をモニターすることで、移相器の故障の有無や動作不良を検出する方法も提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。

また、個々の送受信モジュールに対する移相設定値を変化させ、そのときの受信電力最大値と最小値との差から故障の有無を判定する方法も提案されている。（例えば、特許文献２参照。）。
吉田孝監修「改定レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、平成８年１０月１日発行ｐ．１６７特開平２−９０７０４号公報特開２０００−１５５１６８号公報

電子走査式レーダ装置を構成する送受信モジュールにおける故障や動作不良を検出する方法は、従来から種々考案されている。

しかしながら、モニターにより、モジュールを構成する移相器等の個々の故障や動作不良を検出しようとすると、予めモニター回路をそれぞれモジュールに組み込む複雑な構成となり、また送受信モジュールとしての機能動作を点検するために、複雑な計算により移相器３ｂの移相量を種々変化させる必要があった。

そこで本発明は、複雑な計算や制御を行うことなく、簡単な構成で、送受信モジュールの異常や故障を容易に検出可能な電子走査式レーダ装置を提供することを目的とする。

本発明の電子走査式レーダ装置は、送信パルス信号を生成する信号発生器と、この信号発生器で生成された前記送信パルス信号を分配して出力する分配器と、この分配器で分配された前記送信パルス信号をそれぞれ導入し、送受切替器を介して空間に向けて放射するとともに目標からの反射パルス信号を前記送受切替器を介して導出する複数個の送受信モジュールと、これら複数個の送受信モジュールにそれぞれ対応して接続されるとともに、前記送信パルス信号の前記送受切替器を介して受信出力側に漏洩する漏洩送信パルス信号を選択的に切替え導出可能な切替器と、この切替器を介して導出された前記漏洩送信パルス信号の信号レベルを検出可能な検出器と、この検出器で検出された前記漏洩送信パルス信号の信号レベル値と、予め設定された許容基準値とを比較する比較器と、前記複数個の送受信モジュールに接続され、前記送受切替器を介して受信された目標からの反射信号を検波して出力する信号処理器とを具備することを特徴とする。

本発明の電子走査式レーダ装置は、送受信モジュールの故障あるいは機能低下は、レーダ送信パルス信号の送受切替器を介した受信部への漏洩量の変化となって現れることが多いことに着目してなされたもので、上記のように、送受切替器における漏洩送信パルス信号を選択的に導出可能な切替器と、漏洩送信パルス信号の信号レベルを検出可能な検出器と、検出された漏洩送信パルス信号の信号レベルと、予め設定された許容基準値とを比較する比較器とを設けたので、簡単な構成で、当該送受信モジュールの故障の有無を容易に検出することができる。

以下、本発明の電子走査式レーダ装置の一実施例について図１及び図２面を参照して詳細に説明する。なお、図３に示した従来の構成と同一構成には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

すなわち、図１は本発明に係る電子走査式レーダ装置の第１の実施例を示した構成図である。

送信信号発生部１からの送信パルス信号は、分配器２を介して複数（ｎ）に分配され、分配器２で分配された各送信パルス信号は、複数（ｎ）の切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）に供給される。

切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）は、通常時はＯＮ操作により、信号を接続中継して導出するが、必要に応じて選択的に遮断（ＯＦＦ）可能に構成されている。

従って、運用時は、分配器２で分配された各送信パルス信号は、切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）のスイッチ７ａのＯＮ操作を経て導出され、対応して接続されるように並設された送受信モジュール３（３１，３２，３３，・・・３ｎ）の送信部３ｄに供給される。

送信部３ｄに供給された送信パルス信号は増幅され、従来と同様に、サーキュレータからなる送受切替器３ｃ、移相器３ｂを介してアンテナ３ａに供給されるので、レーダの送信パルス信号は、各送受信モジュール３のアンテナ３ａによって形成されたビームパターンで空間に向け放射される。

受信部３ｅで増幅された反射信号は、切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）の他方のスイッチ７ｂの一端に供給される。スイッチ７ｂは通常時（運用時）はＯＮ操作により、受信部３ｅから供給された受信信号を中継導出するが、対応したスイッチ７ａと連動して、必要に応じて選択的に遮断（ＯＦＦ）動作可能に構成されている。

従って、受信部３ｅから供給された反射信号は、切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）のスイッチ７ｂのＯＮ操作により、合成器４に供給され、合成器４に供給され合成された目標反射信号は、信号処理部５に供給される。

信号処理部５に供給された目標反射信号は、従来と同様に、ここで周波数変換及びＡ／Ｄ変換及び検波された後、表示器６に供給されるので、検波された反射信号の表示器６への表示により、オペレータは目標位置等を視認することができる。

そこで、この実施例では、信号処理部５の出力端に、レベル検出部８が接続されている。レベル検出部８は、制御部９からの制御信号に基づき、信号処理部５からの検波出力信号が供給され、その供給された検波出力信号の信号レベルを検出して異常検出部１０の比較判定器１０ａに供給するように構成されている。

そこで、制御部９は、各切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）を駆動制御し、送信信号発生部１から出力送信されるレーダ送信パルス信号のパルス幅に同期したタイミングで、複数（ｎ）個ある切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）のうち、いずれか１の切替器７のみを選択的にＯＮ動作させ、他の全ての切替器７がＯＦＦ動作するように制御する。

従って、制御部９は、切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）のＯＮ動作に対応した受信部３ｅの出力、すなわち漏洩送信パルス信号が合成器４、信号処理部５を順次介してレベル検出部８に供給されるように制御する。

レベル検出部８は、切替器７におけるいずれか１の選択的なＯＮ動作に同期したタイミングでのみ、その漏洩送信パルス信号の信号レベルを検出し、切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）全てがＯＮ動作する通常の運用時において、受信された目標反射信号の信号レベルを検出することはない。

そこで、異常検出部１０は、比較判定器１０ａとともに基準値テーブル１０ｂとを備えている。

基準値テーブル１０ｂには、送受信モジュール３（３１，３２，３３，・・・３ｎ）の正常動作時における、送受切替器３ｃを介した送信部３ｄから受信部３ｅへのレーダ送信パルス信号の漏洩量の許容値が予め設定され、記憶されている。

送受信モジュール３の故障時において、サーキュレータからなる送受切替器３ｃの送信信号の受信部３ｅへの廻り込み量が増加する現象が現れるが、送受切替器３ｃにおける送信側から受信側への回り込み量、すなわち漏洩量は、製造上のばらつき等もあり、個々に異なるのは避けられない。

そこで、この実施例の電子走査式レーダ装置は、送受切替器３ｃにおける送信側から受信側への信号の漏洩量から、当該送受信モジュール３の故障の有無、あるいは機能低下の有無を判定するために、その当該送受信モジュール３における漏洩量が、正常であるとされる限度値が予め設定され、異常検出部１０の基準値テーブル１０ｂに記憶されている。

なお、当該送受信モジュール３における漏洩量が正常であるとされる限度値は、製造出荷時あるいは据付け検査時における、正常とされる状態における実測値に基づき設定することができる。

そこで、この実施例の電子走査式レーダ装置は、制御部９の切替器７に対する制御により、いずれか１の送受信モジュール３を選択すると同時に、その選択した送受信モジュール３に対応した漏洩基準値を読み出し、比較判定器１０ａに供給するように基準値テーブル１０ｂを制御する。

従って、比較判定器１０ａは、レベル検出部８における検出漏洩パルス信号の信号レベルと、基準値テーブル１０ｂから読み出し供給された漏洩基準値と比較し、もしも、レベル検出部８における検出漏洩パルス信号の信号レベルが読み出し供給された漏洩基準値を超えたときには、その旨、報知部１１に伝送し、警報が発せられるように構成されている。

上記構成により、通常の運用状態では、図３に示した状態と同一の接続状態となり、目標検出及び追尾等が可能であり、非運用時において、制御部９は、切替器７及びレベル検出部８並びに基準値テーブル１０ｂを駆動制御して、任意の送受信モジュール３を選択指定して、送信パルス信号の漏洩量が正常とされる許容範囲内にあるか否か、すなわち当該送受信モジュール３の故障の有無あるいは機能低下の有無、すなわち異常の有無を容易に検知できる。

上記第１の実施例では、切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）は一対のスイッチ７ａ，７ｂを有するものとして説明したが、切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）は一方のスイッチ７ｂのみを有するものであっても、同様に目的を達成することができる。

すなわち、スイッチ７ｂのみを切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）が備えた場合の本発明による電子走査式レーダ装置の第２の実施例を、図２を参照して説明する。

すなわち、第２の実施例に係る電子走査式レーダ装置は、上記第１の実施例とは、切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）の構成が相違し、分配器２の出力が従来と同様に、各対応する送受信モジュール３（３１，３２，３３，・・・３ｎ）の送信部３ｄに直接供給されるように構成されている。

図２に示した構成の電子走査式レーダ装置によれば、制御部９は、いずれか１の切替器７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）を選択し、他の切替器７のスイッチ７ｂをＯＦＦとさせた状態で、送信信号発生部１で発生出力される送信パルス信号に対応した漏洩パルス信号の振幅レベルを、当該選択されたいずれか１の切替器７を介して、レベル検出部８が検出するように制御する。

このレベル検出部８における検出に基づき、異常検出部１０の比較判定器１０ａは、基準値テーブル１０ｂから読み出した対応する許容基準値との比較判定により、当該漏洩パルス信号の振幅レベルが適正であるか否か、すなわち当該送受信モジュールに異常がないか否かを判定し、異常があれば、報知部１１にて警報を発するので、オペレータは、迅速かつ的確に送受信モジュールの異常の有無を個別に判定することができる。

なお、上記各実施例の説明では、レベル検出部８は、送受切替器３ｃを介して直接、受信部３ｅに漏洩する送信パルス信号を検出する旨説明したが、送信パルス信号が移相器３ｂ、あるいはアンテナ３ａで反射した信号が、送受切替器３ｃを介して受信部３ｅに漏洩する信号成分をも漏洩送信パルス信号に含むことができる。

すなわち、送受信モジュール３は、送受切替器３ｃと移相器３ｂとの間のインピーダンス不整合、あるいは移相器３ｂとアンテナ３ａとの間の同じくインピーダンス不整合によっても、これらに起因した反射信号が送受切替器３ｃを介して受信部３ｅに供給されるので、インピーダンス不整合が経年変化等により生じ、許容できる漏洩量を超えた場合も、その異常を検出できる。

また、制御部９の制御により、異常検出部１０はリアルタイムで、異常の有無を検出する旨説明したが、異常検出部１０にメモリを備え、レベル検出部８から順次供給される漏洩検出信号を一旦記憶し、オフラインで、制御部９の制御によりその記憶された漏洩検出信号のレベルと、対応する基準値テーブル１０ｂから読み出した対応する許容基準範囲とを比較して、異常や故障の有無を判定するようにしても良い。

いずれにしても、本実施例による電子走査式レーダ装置によれば、送受信モジュールの異常の有無を、送信パルス信号の漏洩量が許容範囲内にあるか否かで判定するという簡単な構成で実現できる。

本発明による電子走査式レーダ装置の第１の実施例を示した構成図である。本発明による電子走査式レーダ装置の第２の実施例を示した構成図である。従来の電子走査式レーダ装置を示した構成図である。

符号の説明

１送信信号発生部（信号発生器）
２分配器
３（３１，３２，３３，・・・３ｎ）送受信モジュール
３ａアンテナ
３ｂ移相器
３ｃ送受切替器
３ｄ送信部
３ｅ受信部
４合成器
５信号処理部（信号処理器）
６表示器
７（７１，７２，７３，・・・７ｎ）切替器
８レベル検出部（検出器）
９制御部
１０異常検出部
１０ａ比較判定器（比較器）
１０ｂ基準値テーブル
１１報知部

Claims

送信パルス信号を生成する信号発生器と、
この信号発生器で生成された前記送信パルス信号を分配して出力する分配器と、
この分配器で分配された前記送信パルス信号をそれぞれ導入し、送受切替器を介して空間に向けて放射するとともに目標からの反射パルス信号を前記送受切替器を介して導出する複数個の送受信モジュールと、
これら複数個の送受信モジュールにそれぞれ対応して接続されるとともに、前記送信パルス信号の前記送受切替器を介して受信出力側に漏洩する漏洩送信パルス信号を選択的に切替え導出可能な切替器と、
この切替器を介して導出された前記漏洩送信パルス信号の信号レベルを検出可能な検出器と、
この検出器で検出された前記漏洩送信パルス信号の信号レベル値と、予め設定された許容基準値とを比較する比較器と、
前記複数個の送受信モジュールに接続され、前記送受切替器を介して受信された目標からの反射信号を検波して出力する信号処理器と
を具備することを特徴とする電子走査式レーダ装置。
前記送受信モジュールは、アンテナと、アンテナに接続された移相器と、移相器に接続された前記送受切替器と、送受切替器に接続された送信部及び受信部とで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子走査式レーダ装置。