JP2011226796A

JP2011226796A - レーダ装置

Info

Publication number: JP2011226796A
Application number: JP2010093949A
Authority: JP
Inventors: Setsundo Shimizu; 節人清水
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】従来のレーダ装置は、目標とクラッタをドップラ周波数で分離し、狭帯域フィルタを通過した目標の電力で利得制御を行っていたため、電力が大きいクラッタを受信した時に、受信系が飽和するという問題があった。
【解決手段】受信系の初段に阻止帯域の異なる複数のノッチフィルタを備え、外部に備えた速度センサ及び姿勢角センサからの情報をもとにクラッタ周波数を計算し、適合する阻止帯域のノッチフィルタを選択する。選択したノッチフィルタは、受信した目標信号のみ通過させ、クラッタを減衰させる。これにより、クラッタにより受信系が飽和する問題を解消する。なお、受信系の初段にフィルタを配置すると、ＮＦが劣化し、低Ｓ／Ｎの目標の検出が困難になる問題があるため、高度が低くクラッタ電力が大きい時のみ、ノッチフィルタを通過させるよう、切換えを行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、移動目標とクラッタをドップラ周波数により周波数軸上で分離するパルスドップラ方式のレーダ装置に関するものである。

従来のレーダ装置は、受信した目標とクラッタを増幅及びダウンコンバートした後で、ドップラ周波数で分離された目標信号のみを狭帯域フィルタに通過させ、狭帯域フィルタの帯域外のクラッタを抑圧する従来技術が知られている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−９１６４４号（第５頁、第１図）

従来のレーダ装置において、クラッタを抑圧する方法として、特許文献１のごとき受信した移動目標とクラッタを増幅及びダウンコンバートした後で、ドップラ周波数で分離された目標のみを狭帯域フィルタに通過させ、狭帯域フィルタの帯域外のクラッタを抑圧する方法があった。

しかし、特許文献１のレーダ装置は、狭帯域フィルタ通過後の目標の電力で利得制御を行っていたため、狭帯域フィルタの帯域外のクラッタによる利得制御が行われないため、電力が大きいクラッタが受信された場合に、狭帯域フィルタの前段において受信系が飽和する問題があった。

この発明は係る課題を解決するためのものであり、電力が大きいクラッタが受信された場合であっても受信系の飽和を防止して、安定して目標を検出及び追尾可能なレーダ装置を提供する。

この発明のレーダ装置は、飛しょう体に搭載され、追尾対象の目標と前記飛しょう体との速度差によって生じるドップラ周波数を検知することにより、クラッタから前記目標を抽出して目標を追尾するパルスドップラ方式のレーダ装置であって、前記目標の方向から受信した受信波の出力先を切り換えるスイッチ部と、前記スイッチ部の各々の出力先に接続され阻止周波数帯域の異なる複数のフィルタから構成されるノッチフィルタと、前記受信波においてクラッタからの反射波の周波数を計算するクラッタ周波数計算部と、前記スイッチ部に対して前記受信波の出力先を指定するフィルタ選択部と、前記目標の検出及び追尾処理を行う信号処理部を備え、前記フィルタ選択部は、前記クラッタ周波数計算部が計算した前記クラッタからの反射波の周波数に基き前記クラッタからの反射波を抑圧可能なフィルタを前記ノッチフィルタから選択し、選択した当該フィルタを前記スイッチ部の出力先に指定し、前記信号処理部は、前記ノッチフィルタを通過した前記受信波に基き前記目標の検出及び追尾処理を行う。

この発明によれば、電力が大きいクラッタが受信された場合においても、受信系の初段のアンプに入力される前にクラッタを抑圧するため、狭帯域フィルタの前段において受信系が飽和することなく、安定して目標を検出及び追尾することができる。

この発明の実施の形態によるレーダ装置の構成図である。この発明の実施の形態によるレーダ装置が、飛しょう体に搭載された場合を例に、メインビームクラッタとの関係について説明する図である。

実施の形態．
以下、図を用いてこの発明に係わる実施の形態について説明する。
図１は実施の形態によるレーダ装置の構成を示している。図１において１は空間に電波を放射し、目標およびクラッタからの反射波を受信するためのアンテナ、２はアンテナのビーム振り角を検出するための角度検出器、３は送信機からの送信信号をアンテナに出力し、アンテナからの受信波をスイッチに出力するためのサーキュレータ、４は送信機、５はフィルタ選択部からの指令により受信波の出力先を切り換えるスイッチ、６は阻止周波数帯域の異なる複数のフィルタから構成されるノッチフィルタ、７はレーダ装置の高度を検出する高度センサ、８はレーダ装置を搭載する飛しょう体の姿勢角を検出する姿勢角センサ、９はレーダ装置を搭載する飛しょう体の速度を検出する速度センサ、１０はクラッタ周波数計算部の計算したクラッタ周波数および高度センサからの高度情報にもとづき、受信波をノッチフィルタに入力するか否か、また、ノッチフィルタに入力する場合はメインビームクラッタ周波数に適合する帯域を選択し、スイッチに指令を出力するためのフィルタ選択部、１１は姿勢角センサからの姿勢角情報、角度検出器からのアンテナビーム振り角および速度センサからの速度情報をもとにメインビームクラッタ周波数を計算するためのクラッタ周波数計算部である。なお、メインビームクラッタとは図２で説明するように、アンテナ１から放射されたメインビームが海面又は地面等で反射された反射エコーであり、メインビームクラッタ周波数とはその周波数のことをいう。

１２は自動利得制御部から出力される利得制御量にしたがい、受信波の利得を可変するための可変ゲインアンプ、１３は受信波から不要波を除去し、目標信号のみを通過させるためのフィルタ、１４は局発信号を発生するための発振器、１５は発振器が発生する局発信号を入力し、受信信号をダウンコンバートするためのミキサ、１６は受信波から不要波を除去し、目標信号のみを通過させるための狭帯域フィルタ、１７は受信波を増幅するためのアンプ、１８は受信波を検波し、電圧に変換するための検波器、１９は検波された電圧をもとに目標信号レベルが一定となるよう可変ゲインアンプの利得制御量を可変ゲインアンプに出力する自動利得制御部、２０は発振器が発生する局発信号を入力し、受信信号をダウンコンバートするためのミキサ、２１は局発信号を発生するための発振器、２２は目標の検出及び追尾に係わる処理を実施するための信号処理器である。
なお、図１に記載するレーダ装置には各種の構成部品及び装置が設けられているが、ここではこの発明の要旨とする部分のみを説明する。

次に、動作について説明する。
送信機４は送信波を発生しサーキュレータ３に出力する。サーキュレータ３は、入力した送信波をアンテナ１に出力する。アンテナ１は入力した送信波を空間に放射するとともに、目標からの反射波（以下、目標信号という）とクラッタからの反射波を入力し、サーキュレータ３に出力する（以下、目標信号とクラッタからの反射波とのことを受信波という）。
サーキュレータ３は受信波をスイッチ５に出力する。ここでサーキュレータ３は、送信機４から入力した送信波をアンテナ１にのみ出力し、アンテナ１から入力した受信波をスイッチ５のみに出力するよう作用する。
スイッチ５は、フィルタ選択部１０からの指令により、受信波をノッチフィルタ６または可変ゲインアンプ１２に切り換えて出力する。
角度検出器２はアンテナビーム振り角を検出し、クラッタ周波数計算部１１に出力する。

次に、クラッタ周波数計算部１１の動作について説明する。
図２は本発明に係わるレーダ装置が飛しょう体に搭載された場合を例にメインビームクラッタとの関係について示したものであり、（ａ）はレーダ装置の運用状況を説明する図であり、（ｂ）は受信波の周波数と受信電力の関係を説明する図である。
飛しょう体に搭載されたレーダ装置が、俯角θの方向に速度Ｖで移動した時のメインビームクラッタ周波数ｆ_ＭＢＣは式（１）により求められる。
θは角度検出器２で検出されたアンテナビーム振り角θ_ａと姿勢角センサ８で検出された飛しょう体の姿勢角θ_Ｍを加算したものである。また、Ｖは速度センサ９で検出される。また、λはレーダ装置の送信波の波長である。

また、レーダ装置のアンテナビーム幅をθ_Ｂとすると、メインビームクラッタの周波数帯域幅Ｂは、式（２）により求められる。

クラッタ周波数計算部１１は、角度検出器２から出力されるθ_ａと姿勢角センサ８から出力されるθ_Ｍと、速度センサ９から出力されるＶを入力し、式（１）のとおりメインビームクラッタ周波数を計算し、フィルタ選択部１０に出力する。

高度センサ７は、飛しょう体に搭載されたレーダ装置の高度ｈを検出し、フィルタ選択部１０に出力する。フィルタ選択部１０は、式（３）のとおり海面または地面までの距離Ｒを計算する。

海面または地面までの距離Ｒが大きいとクラッタ受信電力が小さくなり、距離Ｒが小さいとクラッタ受信電力は大きくなる。フィルタ選択部１０は、距離Ｒからレーダ方程式にもとづき、クラッタ受信電力を計算し、その計算結果が受信系の飽和入力電力よりも小さい場合は、スイッチ５の出力先として可変ゲインアンプ１２を選択するよう指令する。また、計算結果が受信系の飽和入力電力を上回る場合には、スイッチ５の出力先としてノッチフィルタ６の中から、式（１）で計算したメインビームクラッタ周波数に相当する周波数帯の出力先を選択するよう指令する。

ノッチフィルタ６は、阻止周波数帯域の異なる複数のノッチフィルタから構成され、スイッチ５から出力された受信波のうち、クラッタ成分を減衰させ、目標信号のみを通過させる。なお、ノッチフィルタの帯域幅は、式（２）に示すメインビームクラッタの周波数帯域幅を十分カバーする範囲の帯域幅であり、レーダ装置の運用条件からあらかじめ設定しておくものである。

可変ゲインアンプ１２はスイッチ５またはノッチフィルタ６を通過した目標信号を増幅し、フィルタ１３に出力する。フィルタ１３は不要波を除去し、目標信号のみを通過させ、ミキサ１５に出力する。ミキサ１５は、発振器１４が発生する局発信号を入力し、目標信号をダウンコンバートし、狭帯域フィルタ１６に出力する。狭帯域フィルタ１６は、不要波を除去し、目標信号のみを通過させ、アンプ１７に出力する。アンプ１７は、目標信号を増幅し、検波器１８とミキサ２０に出力する。検波器１８は、目標信号を検波し、電圧に変換して自動利得制御部１９に出力する。自動利得制御部１９は、検波された電圧をもとに目標信号レベルが一定となるよう可変ゲインアンプ１２の利得を制御する。

ミキサ２０は、発振器２１が発生する局発信号を入力し、目標信号をダウンコンバートし、ビデオ信号として信号処理器２２に出力する。信号処理器２２は目標の検出及び追尾に係わる処理を実施する。

この実施の形態は以上のように構成されているので、電力が大きいクラッタが受信された場合において、ノッチフィルタ６によりクラッタを受信系の初段で抑圧することにより、後段のアンプにおいてクラッタによる飽和を防止し、安定して目標を検出及び追尾することができる。

また、受信系の初段にフィルタを配置するとＮＦが劣化し、低Ｓ／Ｎの目標の検出が困難になる問題がある。このため、レーダ装置の高度が高く、クラッタ受信電力が小さい時には、ノッチフィルタ６を使用せず、受信波を直接、スイッチ５から可変ゲインアンプ
１２に出力することにより、ＮＦの劣化を抑え、低Ｓ／Ｎの目標の検出も可能とすることができる。

１アンテナ、２角度検出器、３サーキュレータ、４送信機、５スイッチ、６ノッチフィルタ、７高度センサ、８姿勢角センサ、９速度センサ、１０フィルタ選択部、１１クラッタ周波数計算部、１２可変ゲインアンプ、１３フィルタ、１４発振器、１５ミキサ、１６狭帯域フィルタ、１７アンプ、１８検波器、１９自動利得制御部、２０ミキサ、２１発信器、２２信号処理器。

Claims

飛しょう体に搭載され、追尾対象の目標と前記飛しょう体との速度差によって生じるドップラ周波数を検知することにより、クラッタから前記目標を抽出して目標を追尾するパルスドップラ方式のレーダ装置であって、
前記目標の方向から受信した受信波の出力先を切り換えるスイッチ部と、
前記スイッチ部の各々の出力先に接続され阻止周波数帯域の異なる複数のフィルタから構成されるノッチフィルタと、
前記受信波においてクラッタからの反射波の周波数を計算するクラッタ周波数計算部と、
前記スイッチ部に対して前記受信波の出力先を指定するフィルタ選択部と、
前記目標の検出及び追尾処理を行う信号処理部を備え、
前記フィルタ選択部は、前記クラッタ周波数計算部が計算した前記クラッタからの反射波の周波数に基き前記クラッタからの反射波を抑圧可能なフィルタを前記ノッチフィルタから選択し、選択した当該フィルタを前記スイッチ部の出力先に指定し、
前記信号処理部は、前記ノッチフィルタを通過した前記受信波に基き前記目標の検出及び追尾処理を行うことを特徴とするレーダ装置。
前記フィルタ選択部は、前記クラッタからの反射波の受信電力が予め定めた電力より小さい場合は、前記スイッチ部の出力先として前記受信波が前記ノッチフィルタを通過しない迂回経路を指定し、
前記信号処理部は、前記ノッチフィルタを通過しないで迂回した前記受信波に基き、前記目標の検出及び追尾処理を行うことを特徴とするレーダ装置。