JP2015169506A - Target tracking radar device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、目標を追尾する目標追尾レーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a target tracking radar apparatus that tracks a target.
従来のレーダ装置では、位置の推定誤差や予測誤差が拡大した目標や、接近速度に基づいて緊急目標と判断された目標に対して、当該目標に繰り返しビームを照射する際の時間間隔を短くするビーム制御を実施している(例えば、特許文献1、2参照)。
また、従来のレーダ装置においては、捜索を目的としたビーム走査を減少させ、全追尾目標のビーム走査の割合を増加させることで目標追尾の追随性を確保することを行っていた。
In a conventional radar apparatus, a time interval when a target is repeatedly irradiated with a target is shortened for a target whose position estimation error or prediction error is enlarged or a target determined as an emergency target based on the approach speed. Beam control is performed (for example, refer to
In the conventional radar apparatus, the tracking of the target tracking is ensured by reducing the beam scanning for the purpose of searching and increasing the ratio of the beam scanning of all tracking targets.
フェーズド・アレイ・アンテナを用いて目標の追尾と捜索を同時に行なうレーダ装置においては、追尾を行なう多数目標の個々の追尾状態に対応して目標の追随性を向上するために、推定誤差・予測誤差が大きい目標や接近速度の大きい目標に対して、観測回数を多く配分するビーム制御が必要となる。
しかしながら、従来、最も追尾が解除されやすい横方向に移動する横行目標に対し、追随性の向上を図る具体的な対策についての開示はなかった。
In a radar device that simultaneously tracks and searches for a target using a phased array antenna, an estimation error / prediction error is required to improve target tracking in response to individual tracking states of multiple targets to be tracked. Beam control that distributes the number of observations to a target with a large or a target with a high approach speed is required.
However, conventionally, there has been no disclosure of specific measures for improving the followability with respect to a traversing target that moves in the lateral direction in which tracking is most easily canceled.
パルス・ドップラ・レーダで目標が検出できない横行目標に対しては、目標が検出できる状態となるまでビームを照射することで、目標を見失い追尾が解除されることを防いでいる。従来のフェーズド・アレイ・アンテナのレーダ装置による多目標追尾では、時分割でビームを照射するため、ビーム照射間隔が延伸されて、横行目標を見失い易いという課題があった。
また、従来のビーム制御では、接近速度の大きい脅威度の高い目標や、予測誤差の大きい目標に対して、優先度を上げてビームの照射間隔を短くすることは実施していたが、最も見失い易い横行目標に対しては、ビーム照射の優先度を上げることは実現されておらず、追尾が解除されやすくなる課題があった。
For a traversing target whose target cannot be detected by the pulse Doppler radar, the target is lost and tracking is canceled by irradiating the beam until the target can be detected. In the conventional multi-target tracking by the radar device of the phased array antenna, since the beam is irradiated in time division, there is a problem that the beam irradiation interval is extended and the traversing target is easily lost.
In addition, in conventional beam control, it has been practiced to increase the priority and shorten the beam irradiation interval for targets with high threats and high threats, and targets with large prediction errors. For easy traversing targets, raising the priority of beam irradiation has not been realized, and there has been a problem that tracking is easily canceled.
一方で、追尾の追随性を向上させるために追尾目標に対するビーム照射回数を多くとると走査範囲内での捜索速度が低下し、新規目標の探知が遅くなるという課題があった。 On the other hand, if the number of times of beam irradiation with respect to the tracking target is increased in order to improve the tracking followability, there is a problem that the search speed within the scanning range decreases and the detection of the new target becomes slow.
この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、目標ドップラ周波数から目標が横行状態か否かを判断し、横行目標に対してビーム照射を優先的に実施することで、横行目標に対する追尾の追随性を向上可能な目標追尾レーダ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and determines whether or not the target is in a traversing state from the target Doppler frequency, and performs beam irradiation with respect to the traversing target preferentially. It is an object of the present invention to provide a target tracking radar device that can improve tracking of a target.
この発明に係る目標追尾レーダ装置は、送信機と、前記送信機からの信号を外部空間に放射するフェーズド・アレイ・アンテナと、前記フェーズド・アレイ・アンテナで受信した受信信号を検波する受信機と、前記受信信号から、目標での反射信号である目標信号を検出する信号処理部と、前記目標信号のドップラ周波数を算出する周波数算出部と、前記ドップラ周波数に基づき、前記目標が、前記目標と前記フェーズド・アレイ・アンテナを結ぶ直線に対し横方向に横切る方向に移動する横行状態であるか否かを判断する横行目標判定器と、前記フェーズド・アレイ・アンテナのビーム指向を制御するビーム配分器と、を備え、前記ビーム配分器は、前記横行目標判定器の判断によって前記目標が前記横行状態である場合に、前記横行状態にある目標に対しビームを指向する回数を増加する制御指令を、前記フェーズド・アレイ・アンテナに出力する A target tracking radar apparatus according to the present invention includes a transmitter, a phased array antenna that radiates a signal from the transmitter to an external space, and a receiver that detects a reception signal received by the phased array antenna. A signal processing unit that detects a target signal that is a reflected signal at a target from the received signal, a frequency calculation unit that calculates a Doppler frequency of the target signal, and the target based on the Doppler frequency, A traversing target determiner that determines whether or not the traversing state moves laterally with respect to a straight line connecting the phased array antenna, and a beam distributor that controls the beam pointing of the phased array antenna And when the target is in the traversing state according to the judgment of the traversing target determiner, the beam distributor A control command to increase the number of directing the beam to a certain target, and outputs to the phased-array antenna
この発明に係る目標追尾レーダ装置によれば、目標ドップラ周波数に基づいて横行目標を判断することで、横行目標に対するビーム指向回数を増加させることにより、横行目標に対して追尾が解除されることを抑制する効果がある。また、横行目標状態から脱した場合、目標に対するビーム指向回数を減少させて捜索速度の低下を抑制する効果がある。 According to the target tracking radar apparatus according to the present invention, by determining the traversing target based on the target Doppler frequency, the tracking of the traversing target can be canceled by increasing the number of beam pointing with respect to the traversing target. There is an inhibitory effect. Further, when the traversing target state is escaped, there is an effect of reducing the search speed by decreasing the number of beam pointing with respect to the target.
実施の形態1.
以下、図を用いて、この発明の実施の形態1に係る目標追尾レーダ装置について説明する。
図1は、実施の形態1による目標追尾レーダ装置100の構成を示した図である。目標追尾レーダ装置100は、フェーズド・アレイ・アンテナ1(「フェーズドアレイアンテナ1」という)、送信機2、受信機3、信号処理部4、データ処理部5、ビーム配分器8を備える。データ処理部5は、目標周波数算出器6と横行目標判定器7から構成される。
フェーズドアレイアンテナ1は、ビーム走査制御により瞬時に任意の方向にビームを指向することが可能なアンテナである。
図1において、送信機2で発生した高周波パルス信号は、フェーズドアレイアンテナ1を介して外部空間に放射される。フェーズドアレイアンテナ1は、ビーム分配器8によるビーム走査制御指令により、ビーム幅θのペンシルビームで走査領域を全て走査するともに、登録した目標に対してビーム走査を行い目標追尾を行う。フェーズドアレイアンテナ1は、機械駆動のアンテナと異なりランダムなビーム走査が可能である。
目標からの反射信号がフェーズドアレイアンテナ1により受信されると、その受信信号は受信機3に入力される。受信機3において検波された受信信号は信号処理部4に送られ、信号処理部4において目標信号の検出を実施する。
データ処理部5の内部では、検出した目標が横行目標であるか否かを判定する。データ処理部5の目標周波数算出部6は検出した目標信号の周波数を算出する。横行目標判定器7は、算出した目標信号の目標ドップラ周波数と、目標の背景となる地面の周波数とを比較することで、目標が横行状態に該当するかを判定する。
横行目標判定器7が、横行状態と判定した場合、その判定結果を受けたビーム配分器8は、横行目標に対するビーム指向回数を増加させるように、フェーズドアレイアンテナ1に対してビーム走査制御指令90を送出する。
Hereinafter, the target tracking radar apparatus according to
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of target
The
In FIG. 1, the high-frequency pulse signal generated by the
When the reflected signal from the target is received by the
Inside the
When the traversing
図2〜図7は、本実施の形態に係る目標追尾レーダ装置100のビーム制御方法を説明する図である。
図2、図3は当初、複数個の目標全てが自機12の方向に移動する場合のビーム制御方法を説明する図である。図4、図5は、複数個の目標のうち1つの目標が、自機12に向かう方向に対して横方向に移動する横行目標である場合のビーム制御方法を説明する図である。図6、図7は、横行目標が解消され、複数個の目標全てが自機12の方向に移動する直進目標である場合のビーム制御方法を説明する図である。
2-7 is a figure explaining the beam control method of the target
2 and 3 are diagrams for explaining a beam control method in the case where all of a plurality of targets initially move in the direction of the own machine 12. 4 and 5 are diagrams for explaining a beam control method in the case where one of a plurality of targets is a traversing target that moves laterally with respect to the direction toward the aircraft 12. FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining a beam control method in the case where the traversing target is eliminated and all of the plural targets are straight ahead targets that move in the direction of the aircraft 12.
図2において、自機12に搭載される目標追尾レーダ装置100は、走査領域を走査すると共に、第1の目標9、第2の目標10、第3の目標11の3個の目標追尾を行う。第1の目標9、第2の目標10、第3の目標11は、例えば飛しょう体である。
図2において、第1の目標9、第2の目標10、第3の目標11は各々自機12に向けて最短距離で飛しょうしている。
In FIG. 2, the target
In FIG. 2, the
図3は、図2の状況において、目標追尾レーダ装置100が実行するフェーズドアレイアンテナ1のビーム走査順序50を示した図である。
図3のビーム走査順序50において、T1は第1の目標9の追尾処理、T2は第2の目標10の追尾処理、T3は第3の目標11の追尾処理、Sは捜索処理を実行する時間帯を示す。このとき、ビーム配分器8は、第1の目標9の走査、走査領域の走査、第2の目標10の走査、走査領域の走査、第3の目標11の走査、走査領域の走査の順に走査を行うビーム走査制御指令をフェーズドアレイアンテナ1に出力する。
すなわち、ビーム配分器8は、図3に示すとおり捜索ビーム照射18後に、目標1ビーム照射15、目標2ビーム照射16、目標3ビーム照射17を順番に起動し、目標による起動回数に差異がないようにビーム指向を制御する。
FIG. 3 is a diagram showing a beam scanning order 50 of the
In the beam scanning order 50 of FIG. 3, T1 is the tracking process for the
That is, the
このとき、フェーズドアレイアンテナ1は第1の目標9、第2の目標10、第3の目標11の順番で目標追尾を行うため、第1の目標9の追尾処理を行う時間間隔は図3で示すTaの時間となる。
At this time, since the
図4は、図2で示した3個の目標のうち、1つの目標が横行目標となった状態を表した図である。第1の目標9の移動軌跡の一例を破線の軌跡9aで表す。軌跡9aで示すように、自機12の方向に接近してきた第1の目標9は、あるタイミングその進行方向を変えた後、再び自機12の方向に接近する軌跡を取る。図4において、第1の目標9は、自機12と第1の目標9とを結ぶ直線に対し横方向に横切る方向に移動する横行状態となっている。この横行状態となっている目標のことを、横行目標という。第2の目標10と、第3の目標11は進行方向を変えず、引き続き自機12の方向に向け飛しょうしている。
FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which one of the three targets illustrated in FIG. 2 is a traversing target. An example of the movement locus of the
このとき、目標追尾レーダ装置100のフェーズドアレイアンテナ1は、捜索した目標を追尾する追尾ビーム走査13と、目標を捜索する捜索ビーム走査14を実行する。
At this time, the phased
図5は、図4の状況において、目標追尾レーダ装置100が実行するフェーズドアレイアンテナ1のビーム走査順序51を示した図である。図2の状況と同様に、目標追尾レーダ装置100は3個の目標の各々についての追尾処理と走査領域の捜索処理を実行するが、本実施の形態に係るビーム配分器8は、第1の目標9の走査、走査領域の走査、第2の目標10の走査、第2の目標10の走査に続いて第1の目標9の走査、走査領域の走査、第3の目標11の走査、第3の目標11の走査に続いて第1の目標9の走査、走査領域の走査、順に走査を行うビーム走査制御指令をフェーズドアレイアンテナ1に出力する。
すなわち、ビーム配分器8は、追尾目標(ここでは、第1の目標9)が横行目標となった場合、横行目標は図5に示すように走査範囲の捜索ビーム照射18の後、次の捜索ビーム照射18までに第1の目標9へのビーム照射15を毎回起動して、ビーム照射を行う。他の目標の第2の目標10へのビーム照射16、第3の目標11へのビーム照射17は図5に示すように順番に従って追尾ビームを指向する。
FIG. 5 is a diagram showing a beam scanning order 51 of the phased
That is, when the tracking target (here, the first target 9) becomes a traversing target, the
このように、横行目標(第1の目標9)に対してビーム照射15を毎回起動してビーム照射を行うため、第1の目標9の追尾処理を行う時間間隔は図5で示すTbの時間となり、図3で示すTaより短い時間とすることができる。これにより、横行目標に対して追尾が解除されることを抑制できる。
Thus, since the beam irradiation 15 is activated every time for the traversing target (first target 9) to perform the beam irradiation, the time interval for performing the tracking process of the
次に、図6は図4で示した横行目標(第1の目標9)が機動を続け、横行目標状態から脱して、自機12に向けて直線的に飛しょうしている状態を表している。 Next, FIG. 6 shows a state in which the traversing target (first target 9) shown in FIG. 4 continues to move, escapes from the traversing target state, and flies linearly toward the aircraft 12. Yes.
図7は、図6の状況におけるフェーズドアレイアンテナ1のビーム走査順序52を示した図である。図7のように、第1の目標9が横行目標状態から脱した場合は、ビーム分配器8は、第1の目標9に対する追尾ビームの起動回数を減少させるビーム走査制御指令をフェーズドアレイアンテナ1に出力する。
すなわち、横行目標がなくなった状態においてビーム配分器8は、図7に示すとおり捜索ビーム照射18後に、目標1ビーム照射15、目標2ビーム照射16、目標3ビーム照射17を順番に起動し、目標による起動回数の差異がなくなるようにビーム指向を制御する。
FIG. 7 is a diagram showing a beam scanning order 52 of the phased
That is, the
このように、本実施の形態に係る目標追尾レーダ装置は、追尾目標が横行目標であるか否かに基づいてビーム走査順序を変更するようにした。
追尾目標が横行目標である場合には当該目標へのビーム照射の時間間隔を短くし、ビーム照射回数を多くするようにしたので、追尾処理中に最も目標を見失い易い横行目標に対しても追尾が解除されることなく、目標追尾の信頼性を向上することができる。
Thus, the target tracking radar apparatus according to the present embodiment changes the beam scanning order based on whether or not the tracking target is a traversing target.
When the tracking target is a traversing target, the beam irradiation time interval for the target is shortened and the number of beam irradiations is increased, so tracking is also performed for the traversing target that is most likely to be missed during the tracking process. The reliability of target tracking can be improved without canceling.
実施の形態2.
実施の形態1では、データ処理部5は、算出した目標信号の目標ドップラ周波数と目標の背景となる地面の周波数とを比較することにより、目標が横行目標であるか否かを判定し、目標が横行状態であると判定した場合、ビーム配分器8は横行目標に対するビーム指向回数を増加させるようにした。
本実施の形態では、横行目標に対するビーム指向回数を増加させるタイミングを調整する。
In the first embodiment, the
In the present embodiment, the timing for increasing the number of beam pointing with respect to the traversing target is adjusted.
図8は、実施の形態2による目標追尾レーダ装置101の構成を示した図である。
実施の形態2に係る目標追尾レーダ装置101は、フェーズドアレイアンテナ1、送信機2、受信機3、信号処理部4、データ処理部5b、ビーム配分器8bを備える。
データ処理部5bは、目標周波数算出器6と横行目標判定器7と目標周波数変化率算出器20から構成される。このように、本実施の形態においては、目標周波数変化率算出器20が追加される。なお、実施の形態1と同じ機能の構成については同一番号を付して、その説明を省略する。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of the target tracking
A target tracking
The data processing unit 5 b includes a
次に、本実施の形態に係るデータ処理部5bの動作について説明する。
データ処理部5b内の目標周波数算出部6は、実施の形態1と同様にして検出した目標信号の周波数を算出する。
横行目標判定器7は、目標周波数算出部6で算出した目標信号の目標ドップラ周波数と、目標の背景となる地面の周波数とを比較することで、目標が横行状態に該当するかを判定する。
また、本実施の形態において、目標周波数変化率算出器20は、目標周波数算出部6で算出した目標ドップラ周波数の時間変化率を算出し、算出した目標ドップラ周波数の変化率をビーム配分器8bに出力する。
ビーム配分器8bは、目標ドップラ周波数の変化率と予め定めた値との比較を行い、目標ドップラ周波数の変化率が予め定めた値以上のときは、目標の指向方向の変化が速いと判断して、横行目標に対するビーム指向回数を増やすタイミングを早くするように、フェーズドアレイアンテナのビーム指向を制御する。また、目標ドップラ周波数の変化率が予め定めた値より小のときは、目標の指向方向の変化が緩やかであると判断して、横行目標に対するビーム指向回数を増やすタイミングも遅くするように、フェーズドアレイアンテナのビーム指向を制御する。
Next, the operation of the data processing unit 5b according to the present embodiment will be described.
The target
The traversing
Further, in the present embodiment, the target frequency
The beam distributor 8b compares the rate of change of the target Doppler frequency with a predetermined value. When the rate of change of the target Doppler frequency is equal to or greater than the predetermined value, the beam distributor 8b determines that the change in the target pointing direction is fast. Thus, the beam orientation of the phased array antenna is controlled so as to increase the timing of increasing the number of beam orientations with respect to the traversing target. In addition, when the rate of change of the target Doppler frequency is smaller than a predetermined value, it is determined that the change in the target directivity direction is gradual and the timing for increasing the number of beam directing times for the traversing target is also delayed. Controls the beam orientation of the array antenna.
このように本実施の形態に係る目標追尾レーダ装置によれば、目標のドップラ周波数の変化率を算出する目標周波数変化率算出器を備えるようにした。これにより、目標が横方向を向く動作速度に応じて、横行目標に対するビーム指向回数を増加させるタイミングを調整可能となり、追尾を解除され難くして、目標追尾の信頼性を向上することができる。 As described above, the target tracking radar apparatus according to the present embodiment includes the target frequency change rate calculator that calculates the change rate of the target Doppler frequency. Accordingly, it is possible to adjust the timing for increasing the number of beam pointing with respect to the traversing target in accordance with the operation speed at which the target is directed in the horizontal direction, making it difficult to cancel tracking and improving the reliability of target tracking.
1 フェーズドアレイアンテナ、2 送信機、3 受信機、4 信号処理部、5、5b データ処理部、6 目標周波数算出器、7 横行目標判定器、8、8b ビーム配分器、9 第1の目標(横行目標)、10 第2の目標(直進目標)、11 第3の目標(直進目標)、12 自機、13 追尾ビーム走査、14 捜索ビーム走査、15 目標1ビーム照射、16 目標2ビーム照射、17 目標3ビーム照射、18 捜索ビーム照射、19 目標1(直進)、20 目標周波数変化率算出器、50、51、52 ビーム走査順序、90 ビーム走査制御指令、100 101 目標追尾レーダ装置、Ta、Tb 観測間隔。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記送信機からの信号を外部空間に放射するフェーズド・アレイ・アンテナと、
前記フェーズド・アレイ・アンテナで受信した受信信号を検波する受信機と、
前記受信信号から、目標での反射信号である目標信号を検出する信号処理部と、
前記目標信号のドップラ周波数を算出する周波数算出部と、
前記ドップラ周波数に基づき、前記目標が、前記目標と前記フェーズド・アレイ・アンテナを結ぶ直線に対し横方向に横切る方向に移動する横行状態であるか否かを判断する横行目標判定器と、
前記フェーズド・アレイ・アンテナのビーム指向を制御するビーム配分器と、
を備える目標追尾レーダ装置であって、
前記ビーム配分器は、前記横行目標判定器の判断によって前記目標が前記横行状態である場合に、前記横行状態にある目標に対しビームを指向する回数を増加する制御指令を、前記フェーズド・アレイ・アンテナに出力することを特徴とする目標追尾レーダ装置。 A transmitter,
A phased array antenna that radiates the signal from the transmitter to external space;
A receiver for detecting a received signal received by the phased array antenna;
A signal processing unit for detecting a target signal that is a reflected signal at a target from the received signal;
A frequency calculation unit for calculating a Doppler frequency of the target signal;
A traversing target determiner that determines, based on the Doppler frequency, whether the target is in a traversing state in which the target moves in a direction transverse to a straight line connecting the target and the phased array antenna;
A beam distributor for controlling the beam orientation of the phased array antenna;
A target tracking radar device comprising:
The beam distributor, when the target is in the traversing state as determined by the traversing target determiner, sends a control command to increase the number of times the beam is directed to the target in the traversing state, the phased array A target tracking radar device characterized by outputting to an antenna.
前記ビーム分配器は、前記変化率が予め定めた値より大である場合に、前記横行状態の目標に対してビームを指向する回数を増加するタイミングを早くする制御指令を前記フェーズド・アレイ・アンテナに出力し、前記変化率が予め定めた値より小さい場合に、前記横行状態の目標に対してビームを指向する回数を増加するタイミングを遅くする制御指令を前記フェーズド・アレイ・アンテナに出力することを特徴とする請求項1、2いずれか記載の目標追尾レーダ装置。 A Doppler frequency change rate calculator for calculating a change rate of the Doppler frequency;
The beam splitter sends a control command for increasing a timing for increasing the number of times of directing a beam to the target in the traversing state when the rate of change is larger than a predetermined value. When the rate of change is smaller than a predetermined value, a control command for delaying the timing of increasing the number of times the beam is directed to the target in the traversing state is output to the phased array antenna. The target tracking radar apparatus according to claim 1, wherein:
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