JP2018004538A - Radio guidance device and radio guidance method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電波誘導装置と電波誘導方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a radio wave induction device and a radio wave induction method.
従来の誘導飛翔体には、目標の探知・追跡を行う電波シーカと目標との近接を検出して近接起爆信号を出力する近接信管が搭載されている。電波シーカは飛翔体の進行方向頭部に取り付けられ、主に目標の方向を測角し、その方向に飛翔体を誘導制御する。また、近接信管は飛翔体の胴体中央に取り付けられ、目標との近接距離を感知して飛翔体を起爆させる。すなわち、飛翔体が直撃しない場合、飛翔体の進行方向に目標が存在しないため、飛翔体の胴体で目標までの近接距離を検出し起爆させるものであり、距離情報のみを使用するFMCW(Frequency Modulated Continues Wave)方式が一般的である。 Conventional guided vehicles are equipped with a proximity fuze that detects the proximity of a radio wave seeker that detects and tracks a target and outputs a proximity initiation signal. The radio wave seeker is attached to the head of the traveling direction of the flying object, and mainly measures the direction of the target and guides and controls the flying object in that direction. Also, the proximity fuze is attached to the center of the fuselage, and detects the proximity distance to the target to detonate the flying object. In other words, when the flying object does not hit directly, there is no target in the traveling direction of the flying object, so the proximity of the flying object to the target is detected and detonated, and FMCW (Frequency Modulated) that uses only distance information. The Continues Wave method is common.
ところで、近年になって、飛翔体への実装における省スペースの観点から、電波シーカとしての探知・追跡機能と近接信管としての近接検出機能を兼ね備えたセンサ(以下、電波誘導装置)が求められている。従来、それができなかった理由は、電波シーカに送信ブラインドがあり、近接距離において電波が受信できないこと、電波シーカの取り付け位置と近接信管の取り付け位置が異なっていること、近接したことを検出させるためには電波シーカの視野を広角にする必要があることがあげられる。 By the way, in recent years, a sensor (hereinafter referred to as a radio wave induction device) having both a detection / tracking function as a radio wave seeker and a proximity detection function as a proximity fuze is required from the viewpoint of space saving in mounting on a flying object. Yes. The reason why this was not possible in the past is that the radio wave seeker has a transmission blind and cannot receive radio waves at close distances, the radio wave seeker mounting position is different from the proximity fuze mounting position, and the proximity is detected. To this end, it is necessary to make the field of view of the radio wave seeker wide.
以上述べたように、従来の誘導飛翔体では、電波シーカと近接信管が別個に装備されており、実装の省スペース化の課題となっている。 As described above, in the conventional guided flying object, the radio wave seeker and the proximity fuze are separately provided, which is a problem of space saving in mounting.
本実施形態は、上記課題を鑑みてなされたもので、探知・追跡機能に加え、近接距離での送信ブラインドがなく、送受信ビームを広角化して近接検出機能を実現させることのできる電波誘導装置と電波誘導方法を提供することを目的とする。 The present embodiment has been made in view of the above problems, and in addition to a detection / tracking function, there is no transmission blind at a close distance, and a radio wave induction device capable of realizing a proximity detection function by widening a transmitted / received beam and An object is to provide a radio wave guidance method.
一実施形態に係る電波誘導装置によれば、フェーズドアレイによるアンテナビームのパターンを適応制御して、目標の探知及び追跡を行う探知・追跡モードと目標との近接距離を検出する近接検出モードとを備え、前記探知・追跡モード時に送信、受信共にアンテナビームをペンシルビームとし、近接検出モード時に前記フェーズドアレイと同一面に配列される1素子による送信を行って前記ペンシルビームより広角の送信ファンビームを形成し、DBFによって前記送信ファンビームの覆域内に複数の受信ビームを形成する。 According to the radio wave guiding device according to the embodiment, the antenna beam pattern by the phased array is adaptively controlled, and the detection / tracking mode for detecting and tracking the target and the proximity detection mode for detecting the proximity distance to the target are set. In the detection / tracking mode, the antenna beam is used as a pencil beam for both transmission and reception. In the proximity detection mode, transmission is performed by one element arranged on the same plane as the phased array, and a transmission fan beam having a wider angle than the pencil beam is transmitted. And a plurality of reception beams are formed in the coverage area of the transmission fan beam by DBF.
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る電波誘導装置は、探知/追跡モードと近接検出モードを有する。図1(a)、(b)にそれぞれ探知/追跡モード、近接検出モードのビーム形成の様子を示す。すなわち、探知/追跡モードでは、送信ビーム及び受信ビームを共にペンシルビームにして、飛翔体の頭部から進行方向に向けて送出して、進行方向に存在する目標を捕捉/追跡する。近接検出モードでは、送信ビームをファンビーム、受信ビームをマルチビームで形成し、送信ファンビームの覆域で広範囲に受信マルチビームを形成して、近接して進行方向から外れた目標を的確に捕捉可能としている。
(First embodiment)
The radio wave guidance device according to the first embodiment has a detection / tracking mode and a proximity detection mode. FIGS. 1A and 1B show beam forming states in the detection / tracking mode and the proximity detection mode, respectively. That is, in the detection / tracking mode, the transmission beam and the reception beam are both made into a pencil beam and transmitted from the head of the flying object toward the traveling direction to capture / track a target existing in the traveling direction. In the proximity detection mode, the transmission beam is formed with a fan beam and the reception beam is formed with a multi-beam, and the reception multi-beam is formed over a wide area in the coverage area of the transmission fan beam to accurately capture a target that is close to and deviating from the traveling direction It is possible.
図2は、第1の実施形態に係る電波誘導装置の構成を示すブロック図である。この電波誘導装置は、図2に示すように、アンテナ部11、送信系統12、受信系統13、信号処理部(CPUまたはGPU)14及び制御系統15で構成され、上記探知/追跡モード、近接検出モードを備える。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the radio wave guidance device according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the radio wave guiding apparatus includes an
上記アンテナ部11は、フェーズドアレイを構成するN×M個の素子アンテナ11111〜111NMと、素子アンテナ毎の送受信モジュール11211〜112NMと、近接用送信素子113とを備える。近接用送信素子113は、上記フェーズドアレイと同じ配列面に形成される1素子であり、上記素子アンテナ111i(iは11〜NM)のいずれかを共用してもよい。素子アンテナ111iに対する送受信モジュール112iは、図3に示すように、送信信号の位相をビーム形成に合わせて制御する送信用移相器A1と、送信信号を電力増幅する送信アンプA2と、素子アンテナ111iに送信信号を送り、素子アンテナ111iの受信信号を取り出すサーキュレータA3と、受信信号を低雑音で増幅する受信アンプA4と、受信信号の位相をビーム形成に合わせて制御する受信用移相器A5とを備える。
The
上記送信系統12は、D/A変換器121と、送信器122と、近接送信スイッチ123と、アナログ分配器124とを備える。
The
送信系統12において、探知/追跡モードでは、D/A変換器111から出力されるIF(中間波周波数)帯の送信信号を送信器112によりRF(送信周波数)帯の送信信号に変換し、アナログ分配器124にてアンテナ部11の送受信モジュール112iに給電し、各送受信モジュール112iでの送信用移相器A1の位相制御により、任意の方向に送信ペンシルビームを形成し、送信波を出力する。
In the
送信系統12において、近接検出モードでは、近接送信スイッチ123により、アンテナ部11の送受信モジュールを経由しない近接用送信素子113に送信信号を送り、当該素子からファンビームによる電波を放射する。また、時分割DBFビーム形成毎にD/A変換器121から出力する送信信号の周波数をステップさせることによりマルチパルスで広帯域化する。
In the
上記受信系統13は、スイッチ素子13111〜131NMと、アナログ給電回路(和/方位差/仰角差を演算)132と、DBF(Digital Beam Forming)スイッチ133と、和/素子、方位差、仰角差それぞれに対応する受信器1341〜1343と、A/D変換器1351〜1353とを備える。
The
受信系統13において、探知/追跡モード時では、素子スイッチ131iをアナログ給電回路132側に切り替えて、送受信モジュール112iから出力される受信信号をアナログ給電回路132に送る。アナログ給電回路132は、各素子出力の和信号(和ビーム)と、方位差信号及び仰角差信号(差ビーム)を生成する。和信号はDBFスイッチ133を介して受信器1341に送られ、方位差信号、仰角差信号はそれぞれ受信器1342,1343に送られ、それぞれIF帯に周波数変換された後、A/D変換器1351〜1353によってデジタル信号に変換されて信号処理部14に送られる。この場合、ビーム形成はアナログ給電回路132にて行われる。
In the
このアナログ給電回路132は、図4に示すように、縦M素子×横N素子を開口A〜Dに分割し、各素子入力をM×2個の横N/2合成回路1321i,1322iと4個の縦M/2合成回路13231〜13234により開口合成信号A,B,C,Dとしてラットレース回路1324に送り、このラットレース回路1324により、開口合成信号A,B,C,Dから和信号(A+B+C+D)、仰角差信号(A+B)−(C+D)、方位差信号(A+C)−(B+D)を生成する。
As shown in FIG. 4, the analog
受信系統13において、近接検出モードでは、素子スイッチ131iをDBFスイッチ133側に切り替えて、送受信モジュール112iから出力される受信信号をDBFスイッチ133に送る。DBFスイッチ133は、順次、素子信号を1,2,…,K(K=N×M)と切り替えて出力する。順次切り替わった素子信号は、受信器1341、A/D変換器1351を経由して信号処理部14に送られる。
In the
上記信号処理部14は、受信系統13で得られた探知/追跡モード時の和信号、方位差信号、仰角差信号、近接検出モード時の素子信号列をそれぞれI/Q検波してその検波信号をメモリし、メモリした信号から複数のアンテナパターンを算出する。そして、それぞれのパターン算出結果に基づいて起動/捜索/追跡/近接検出の指示を制御系統15に送る。
The
上記制御系統15は、タイミング発生回路151と、スイッチ制御回路152と、移送制御回路153とを備える。タイミング発生回路151は、信号処理部14からの起動/捜索/追跡/近接検出の指示に従って、アンテナ部11、送信系統12、受信系統13を起動し、各モードの処理動作に応じたタイミング信号をアンテナ部11、送信系統12、受信系統13、さらにはスイッチ制御回路152及び移送制御回路153に送る。スイッチ制御回路152は、送信系統12の近接・送信スイッチ123、受信系統の素子スイッチ131iを探知/追跡モード、近接検出モードに従って切替制御する。移送制御回路153は、探知/追跡モード、近接検出モードに従って送受信モジュール112iの送信用移相器A1、受信用移相器A5の移送量を制御する。
The
上記構成による電波誘導装置において、以下にその処理動作を説明する。 The processing operation of the radio wave guidance device having the above configuration will be described below.
まず、アンテナ開口素子と時分割DBFのスイッチ制御時間とサンプリングについて、図5を参照して説明する。図5において、(a)はM行N列のアンテナ素子とそれぞれのライン出力のパルス番号を示しており、(b)はパルス繰り返し周期PRI、送信パルス幅τ、受信時間tr、サンプリング期間tSP、スイッチ切替時間tSWを示している。この場合、パルス繰り返し周期PRIは、
PRI=τ+Tr+TSP+tSW
で示される。近接検出モード時のため、スイッチ切替時間は送信パルス前(事前)に行う。1PRIのレンジ数をJ、全パルス数をKとして、サンプリングする信号列を表すと以下の様になる。
PRI = τ + Tr + T SP + t SW
Indicated by Because it is in proximity detection mode, the switch switching time is performed before (in advance) the transmission pulse. The signal sequence to be sampled is represented as follows, where J is the number of 1PRI ranges and K is the total number of pulses.
例えば、上記のレンジ1(1列)について説明する。開口のアンテナ素子数(縦M行×横N列)でサンプリング信号を並べ直すと、レンジ行列XNMは以下の式となる。
ここで、次式の様に、上記レンジ行列XNMにビーム指向ウェイトWpmnを乗算してアンテナビームの開口電圧Y(AZp,ELp)を求めることでビーム形成する。
このとき、ビーム形成ウェイトWpnmをL種別に持ち、同時に演算することにより、アンテナビームをL種同時に形成することができる。同様な処理を2,3,…,Kレンジのデータについて行うことにより、全レンジについてビームを形成することができる。 At this time, L types of beam forming weights W pnm are assigned to the L types, and simultaneous calculations can be performed to form L types of antenna beams. By performing the same processing on the data in the 2, 3,..., K range, a beam can be formed for the entire range.
次に、モノパル測角のためのΣ、ΔAZ,ΔELを形成する手法について説明する。アナログでの形成を図4で示した通りに行う。すなわち、先に(2)式から、仮想開口を4分割して形成したA、B、C、Dの開口電圧を計算し、A+B+C+Dとなる演算結果が和ビーム、(A+B)−(C+D)とした演算結果が仰角差ビーム、(A+C)−(B+D)とした演算結果が方位差ビームとなる。和ビームと差ビームから、位相モノパルスの誤差電圧εを次式から求め、この誤差電圧εに基づいて測角する。
すなわち、上記誤算電圧εと角度(AZ、EL)を予めテーブル化しておき、観測した誤差電圧εによりテーブルを引用して、角度(AZ、EL)を出力すればよい。 That is, the miscalculated voltage ε and the angle (AZ, EL) may be tabulated in advance, and the angle (AZ, EL) may be output by quoting the table with the observed error voltage ε.
次に、合成帯域処理を行うための送信波周波数とサンプル時間とデータの並べ替えについて、図6を参照して説明する。 Next, rearrangement of the transmission wave frequency, sample time, and data for performing the synthesis band processing will be described with reference to FIG.
先ず、図6(a)に示すように、送信周波数をf1とし、各レンジデータ(1レンジからJレンジ)をK素子分サンプルし、各レンジのデータをK素子に並び替えてビーム形成を行う。次に、送信周波数をf2とし、各レンジデータ(1レンジからJレンジ)をK素子分サンプルし、各レンジのデータをK素子に並び替えてビーム形成を行う。同様に、周波数ステップ毎に上記の処理を繰り返す。最後に、送信周波数をfsとし、各レンジデータ(1レンジからJレンジ)をK素子分サンプルし、各レンジのデータをK素子に並び替えてビーム形成を行う。ビーム形成を行ったf1、f2、…、fsの結果から、図6(b)に示すようにレンジ1〜Jの合成帯域処理を行い、高分解能化する。
First, as shown in FIG. 6A, the transmission frequency is set to f1, each range data (1 range to J range) is sampled for K elements, and the data of each range is rearranged into K elements to perform beam formation. . Next, the transmission frequency is set to f2, each range data (1 range to J range) is sampled for K elements, and the data of each range is rearranged into K elements to perform beam formation. Similarly, the above processing is repeated for each frequency step. Finally, the transmission frequency is fs, each range data (1 range to J range) is sampled for K elements, and the data of each range is rearranged into K elements to perform beam forming. From the results of f1, f2,..., Fs that have undergone beam forming, synthetic band processing in
以上のように、本実施形態の構成によれば、目標探知、目標追跡、近接検知に対し、アンテナパターンを適応可変することにより、それぞれの場面で目的を達成することができる。すなわち、目標探知、目標追跡においては、送信、受信共にアンテナビームを1本のペンシルビームとすることで、送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力を最大とすることができる。一方、近接検知においては、フェーズドアレイの中の素子アンテナ1素子による送信を行うことで、送信ファンビームを形成し、受信ビームではDBFによる複数ビーム形成を行うことで広角範囲の目標検知が可能となる。 As described above, according to the configuration of the present embodiment, the objective can be achieved in each scene by adaptively varying the antenna pattern for target detection, target tracking, and proximity detection. That is, in target detection and target tracking, the transmission antenna gain, the reception antenna gain, and the transmission power can be maximized by using a single pencil beam for both transmission and reception. On the other hand, in proximity detection, a transmission fan beam is formed by transmitting with one element antenna in the phased array, and a target detection in a wide angle range is possible by forming a plurality of beams by DBF in the reception beam. Become.
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、図3、図7、図8を参照して説明する。なお、第1の実施形態に対して、探知、追跡及び近接検出の全てについて、時分割でフルDBF形成を行う場合を説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 3, 7, and 8. In the first embodiment, a case where full DBF formation is performed in a time division manner for all of detection, tracking, and proximity detection will be described.
図7は、第2の実施形態に係る電波誘導装置の構成を示すブロック図であり、上記のビーム形状の切り替えを行うためのハード系統を示している。この電波誘導装置は、第1の実施形態と同様に、アンテナ部11、送信系統12、受信系統13、信号処理部(CPUまたはGPU)14及び制御系統15で構成され、上記探知/追跡モード、近接検出モードを備える。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the radio wave guiding apparatus according to the second embodiment, and shows a hardware system for switching the beam shape described above. As in the first embodiment, the radio wave guidance device includes an
アンテナ部11は、第1の実施形態と同様に、フェーズドアレイの素子アンテナ111i毎に送受信モジュール112iを備える。上記送受信モジュール112iは、図3に示したように、送信用移相器A1、送信アンプA2、サーキュレータA3、受信アンプA4、受信用移相器A5で構成される。
As in the first embodiment, the
上記送信系統12において、探知/追跡モードでは、D/A変換器111から出力されるIF(中間波周波数)帯の送信信号を送信器112によりRF(送信周波数)帯の送信信号に変換し、アナログ分配器124にてアンテナ部11の送受信モジュール112iに給電し、各送受信モジュール112iでの送信用移相器A1の位相制御により、任意の方向に送信ペンシルビームを形成し、送信波を出力する。
In the
上記送信系統12は、D/A変換器121と、送信器122と、近接送信スイッチ123と、アナログ分配器124とを備える。送信系統12において、近接検出モードでは、近接送信スイッチ123により、アンテナ部11の送受信モジュールを経由しない近接用送信素子113に送信信号を送り、当該素子からファンビームによる電波を放射する。また、時分割DBFビームの形成毎にD/A変換器111から出力される送信信号の周波数をステップさせることにより、マルチパルスで広帯域化する。
The
上記受信系統13は、DBF(Digital Beam Forming)スイッチ133と、受信器134と、A/D変換器135とを備える。受信系統13において、探知/追跡モード、近接検出モードでは、いずれも送受信モジュール112iから出力される受信信号をDBFスイッチ133に送る。このDBFスイッチ133は、素子信号を1,2,…,K(K=N×M)と順に切り替えて受信器134に送る。受信器134の受信出力はA/D変換器135にてデジタル信号に変換された後、信号処理部14に供給される。
The
上記信号処理部14及び制御系統15は、いずれも第1の実施形態と同様であるので、ここでは重複する説明を省略する。
上記構成による電波誘導装置において、以下にその処理動作を説明する。
Since both the
The processing operation of the radio wave guidance device having the above configuration will be described below.
まず、探知/追跡モード時のアンテナ開口素子と時分割DBFのスイッチ制御時間とサンプリングについて、図8を参照して説明する。図8において、(a)はM行N列のアンテナ素子とそれぞれのライン出力のパルス番号を示しており、(b)はパルス繰り返し周期PRI、送信パルス幅τ、受信時間tr、サンプリング期間tSP、スイッチ切替時間tSWを示している。この場合、パルス繰り返し周期PRIは
PRI=τ+Tr+TSP+tSW
となる。スイッチ切り替えは送信パルス後とする。
First, the antenna aperture element and the time division DBF switch control time and sampling in the detection / tracking mode will be described with reference to FIG. In FIG. 8, (a) shows antenna elements of M rows and N columns and pulse numbers of respective line outputs, and (b) shows a pulse repetition period PRI, a transmission pulse width τ, a reception time tr , and a sampling period t. SP and switch switching time tSW are shown. In this case, the pulse repetition period PRI is
PRI = τ + Tr + T SP + t SW
It becomes. The switch is switched after the transmission pulse.
近接検出モード時のアンテナ開口素子と時分割DBFのスイッチ制御時間とサンプリング時間は、図5の説明と同じである。スイッチ切替は事前(送信パルス前)に行う。また、メモリする信号の説明は、探知/追跡、近接検出の各モードにおいて第1の実施形態の説明と同じである。近接検出モード時のビーム形成は、信号処理部14において、L本(複数ビーム)の和信号、仰角差信号、方位差信号を形成する。近接検出モード時の合成帯域処理についても第1の実施形態と同じで、K(=N素子×M素子)パルスでビーム形成毎に、送信周波数をステップさせ、ビーム毎、レンジ毎に信号処理部14にて合成帯域処理を行い高分解能化する。
The switch control time and sampling time of the antenna aperture element and time-division DBF in the proximity detection mode are the same as described in FIG. Switchover is performed in advance (before transmission pulse). The description of the signal to be stored is the same as that in the first embodiment in each of the detection / tracking mode and the proximity detection mode. In the beam formation in the proximity detection mode, the
したがって、上記構成による電波誘導装置によれば、目標探知、目標追跡においては、送信、受信共にアンテナビームを1本のペンシルビームとして、送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力を最大とすることができ、近接検知においては、フェーズドアレイの中の素子アンテナ1素子による送信を行って送信ファンビームを形成し、受信ビームではDBFによる複数ビーム形成を行うことで広角範囲の目標検知が可能となる。 Therefore, according to the radio wave guidance device having the above-described configuration, in the target detection and target tracking, the transmission antenna gain, the reception antenna gain, and the transmission power can be maximized by setting the antenna beam as one pencil beam for both transmission and reception. In proximity detection, transmission by one element antenna in the phased array is performed to form a transmission fan beam, and the reception beam is subjected to multiple beam formation by DBF, thereby enabling target detection in a wide angle range.
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、図3、図9〜図12を参照して説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 9 to 12.
第3の実施形態は、第2の実施形態に対して、アンテナ部11の素子をA軸とB軸に沿って十字型に配列し、仮想アレイとして演算するものである。
In the third embodiment, the elements of the
図9(a)は、本実施形態に係るアンテナ部11における縦M素子(A軸)と横M素子(B軸)の十字型のアレイ配列を示し、図9(b)は、縦M素子(A軸)と横M素子(B軸)の受信信号から仮想的な素子配置の補間信号を計算したときの仮想アレイを示す。図9に示すように、A軸、B軸の各素子からのデータを時分割に取り出してメモリさせ、各軸の素子同士の出力を乗算することにより、全面M×M素子配列した場合と同じビームを形成することができる。また、このとき複数のビーム形成ウェイトを使用することで、複数本のビーム形成が可能となる。
9A shows a cross-shaped array arrangement of vertical M elements (A axis) and horizontal M elements (B axis) in the
図10は、第3の実施形態に係る電波誘導装置の構成を示すブロック図であり、上記のビーム形状の切り替えを行うためのハード系統を示している。図10において、アンテナ部11及び受信系統13をそれぞれA系統(11A,13A)、B系統(11B,13B)に分割される。それぞれの構成は、図7に示した第2の実施形態と同様であり、フェーズドアレイの素子アンテナ111i毎に送受信モジュール112iを具備する。送受信モジュール112は、図3に示した系統(送信用移相器A1、送信アンプA2、サーキュレータA3、受信アンプA4、受信用移相器A5)を示す。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the radio wave guiding apparatus according to the third embodiment, and shows a hardware system for switching the beam shape described above. In FIG. 10, the
上記構成において、探知/追跡モード時の送信は、D/A変換器121から出力されたIF(中間波周波数)信号を送信器122によりRF(送信周波数)信号とし、アナログ分配器124にて各素子に給電する。各素子の送信用移相器A1により任意の方向に送信ペンシルビームを形成し送信波を出力する。
In the above-described configuration, transmission in the detection / tracking mode is performed by using the IF (intermediate wave frequency) signal output from the D /
近接検出モード時の送信は、近接送信スイッチ123により送受信モジュールを経由しないで近接用の送信素子113から電波を放射する。また、時分割DBFビーム形成毎にD/A変換器121から出力する送信信号の周波数をステップさせることによりマルチパルスで高帯域化する。探知/追跡、近接検出それぞれの受信は、A軸、B軸の各送受信モジュール出力信号をDBFスイッチ133により同時に順次切り替えて、2つの受信器134(A,B)に入力する。2つの受信器134(A,B)の出力は2つのA/D変換器135(A,B)にてデジタル信号とした後に信号処理部14に送られる。
For transmission in the proximity detection mode, radio waves are radiated from the
ここで、探知/追跡モード時のアンテナ開口素子とDBFスイッチ133の時分割スイッチ制御時間とサンプリングとの関係について、図11を参照して説明する。図11(a)は、アンテナ素子数が縦M素子(A軸)と横M素子(B軸)を十字型に形成した時分割処理パネル、図11(b)はA軸とB軸で同時に1素子毎にサンプリングする時分割サンプルの様子を示している。
Here, the relationship between the time division switch control time of the antenna aperture element and the
図11に示すように、縦軸(A軸)と横軸(B軸)の時分割サンプルは同時に行われる。パルス繰り返し周期をPRI、送信パルス幅をτ、受信時間をtr、サンプリング期間をtSP、スイッチ切替時間をtSWとすると、
PRI=τ+Tr+TSP+tSW
で示される。スイッチ切替時間は送信パルス後とする。
As shown in FIG. 11, the time-division sampling of the vertical axis (A axis) and the horizontal axis (B axis) is performed simultaneously. If the pulse repetition period is PRI, the transmission pulse width is τ, the reception time is t r , the sampling period is t SP , and the switch switching time is t SW ,
PRI = τ + Tr + T SP + t SW
Indicated by The switch switching time is after the transmission pulse.
近接検出モード時のアンテナ開口素子とDBFスイッチ133の時分割スイッチ制御時間とサンプリングとの関係について図12を参照して説明する。近接検出モード時のスイッチ切替時間は、送信パルス前(事前)に行う。
A relationship between the time division switch control time of the antenna aperture element and the
1PRIのレンジ数をJ、全パルス数をMとしてサンプリングする信号列を表すと、A軸とB軸でそれぞれ以下の様になる。 If a signal sequence is sampled with J as the number of 1PRI ranges and M as the total number of pulses, the results are as follows for the A-axis and B-axis, respectively.
A軸について
B軸について
まず、アレイの位相中心に入力される信号Xinとして、2軸の信号XaとXbは、例えば上記のレンジ1についてサンプルした信号列を示すと次式となる。
次に信号処理部は以下の仮想アレイ演算により全素子信号を計算する。
ここで、AZはAZa(A軸アレイからみたAZ軸の観測角)、AZb(B軸アレイからみたAZ軸の観測角を示す。同様にELはELa(A軸アレイからみたEL軸の観測角)、ELb(B軸アレイからみたEL軸の観測角)を示す。 Here, AZ indicates AZa (observation angle of the AZ axis viewed from the A-axis array), AZb (observation angle of the AZ axis viewed from the B-axis array. Similarly, EL is ELa (observation angle of the EL axis viewed from the A-axis array) ), ELb (observation angle of the EL axis viewed from the B-axis array).
また、XMMは受信素子信号を示す。次に(2)式の右辺の行列の各成分にビーム指向ウェイトWpnmを乗算することにより、ビーム形成を行う。
また、Wpnmを複数種類持つことで、形成ビームを複数形成することができる。 Moreover, a plurality of forming beams can be formed by having a plurality of types of W pnm .
次に、モノパル測角のためのΣ、ΔAZ,ΔELを形成する手法については、アナログでの形成を図4で示した通り、仮想開口を4分割してA、B、C、Dの開口電圧を(3)式から先に計算し、A+B+C+Dとなる演算をしたものが和ビーム、(A+B)−(C+D)としたものが仰角差ビーム、(A+C)−(B+D)としたものが方位差ビームとなる。和ビームと差ビームから次のように測角する。
この誤算電圧εと角度(AZ、EL)を予めテーブル化しておき、観測した誤差電圧εによりテーブルを引用して、角度(AZ、EL)を出力すればよい。この場合の合成帯域処理とデータサンプル及びデータ並び替えについては第1の実施形態の説明と同じとなるので、ここではその説明を省略する。 The miscalculated voltage ε and the angle (AZ, EL) may be tabulated in advance, and the angle (AZ, EL) may be output by quoting the table with the observed error voltage ε. Since the synthesis band processing, data samples, and data rearrangement in this case are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted here.
以上のように、本実施形態に係る電波誘導装置によっても、目標探知、目標追跡においては、送信、受信共にアンテナビームを1本のペンシルビームとして、送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力を最大とすることができ、近接検知においては、フェーズドアレイの中の素子アンテナ1素子による送信を行って送信ファンビームを形成し、受信ビームではDBFによる複数ビーム形成を行うことで広角範囲の目標検知が可能となる。 As described above, even with the radio wave guidance device according to the present embodiment, in target detection and target tracking, the antenna beam is used as one pencil beam for both transmission and reception, and the transmission antenna gain, reception antenna gain, and transmission power are maximized. In proximity detection, transmission by one element antenna in the phased array is performed to form a transmission fan beam, and the reception beam is subjected to multiple beam formation by DBF to achieve target detection in a wide angle range. It becomes possible.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
11…アンテナ部、11111〜111NM…素子アンテナ、11211〜112NM…送受信モジュール、A1…送信用移相器、A2…送信アンプ、A3…サーキュレータ、A4…受信アンプ、A5…受信用移相器、113…近接用送信素子、12…送信系統、121…D/A変換器、122…送信器、123…近接送信スイッチ、124…アナログ分配器、13…受信系統、13111〜131NM…スイッチ素子、132…アナログ給電回路(和/方位差/仰角差演算)、133…DBFスイッチ、134,1341〜1343…、135,1351〜1353…A/D変換器、14…信号処理部(CPUまたはGPU)、15…制御系統、151…タイミング発生回路、152…スイッチ制御回路、153…移送制御回路。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記探知・追跡手段は、送信、受信共にアンテナビームをペンシルビームとし、
近接検出手段は、前記フェーズドアレイと同一面に配列される1素子による送信を行って前記ペンシルビームより広角の送信ファンビームを形成し、DBF(デジタル・ビーム・フォーミング)によって前記送信ファンビームの覆域内に複数の受信ビームを形成する電波誘導装置。 A detection / tracking means for detecting and tracking a target by adaptively controlling a pattern of an antenna beam by a phased array, and a proximity detection means for detecting a proximity distance to the target,
The detection / tracking means uses a pencil beam as an antenna beam for both transmission and reception.
Proximity detection means performs transmission by one element arranged on the same plane as the phased array to form a transmission fan beam having a wider angle than the pencil beam, and covers the transmission fan beam by DBF (digital beam forming). A radio wave guidance device that forms multiple receive beams in the area.
近接検出手段は、スイッチで切り替えることで時分割方式のフルDBFを実行し、
前記フルDBFでは、パルス毎に前記フェーズドアレイの素子出力をスイッチで切り替え、前記素子出力のデジタル信号を用いて、和ビーム(Σ)、差ビーム(ΔAZ、ΔEL)のモノパルスビームを形成する請求項1記載の電波誘導装置。 The detection / tracking means performs beam forming by analog synthesis,
The proximity detection means performs a time-division full DBF by switching with a switch,
In the full DBF, the element output of the phased array is switched by a switch for each pulse, and a monopulse beam of a sum beam (Σ) and a difference beam (ΔAZ, ΔEL) is formed using a digital signal of the element output. 1. The radio wave induction device according to 1.
前記仮想2次元素子DBFは、第1の軸の一次元に配列したM素子のデジタル受信信号と、それと異なる第2の軸の一次元に配列したM素子のデジタル受信信号に対して、時分割かつ順次に素子信号の乗算Xan×Xbm(n=1〜M、m=1〜M)を実施することで、M×M素子の仮想アレイ信号を生成し、前記時分割かつ順次に素子信号に所定のウェイトを乗算して加算することにより、和ビーム(Σ)、差ビーム(ΔAZ、ΔEL)のモノパルスビームを形成する請求項1記載の電波誘導装置。 The detection / tracking means and the proximity detection means implement a time-division type virtual two-dimensional element DBF by switching with a switch in the detection, tracking and proximity detection,
The virtual two-dimensional element DBF is time-divided with respect to a digital received signal of M elements arranged in one dimension in the first axis and a digital received signal of M elements arranged in one dimension in a second axis different from the first axis. In addition, by multiplying element signals sequentially Xan × Xbm (n = 1 to M, m = 1 to M), a virtual array signal of M × M elements is generated, and the element signals are sequentially divided into the element signals. The radio wave guiding apparatus according to claim 1, wherein a monopulse beam of a sum beam (Σ) and a difference beam (ΔAZ, ΔEL) is formed by multiplying and adding a predetermined weight.
前記探知・追跡モードでは、送信、受信共にアンテナビームをペンシルビームとし、
近接検出モードでは、前記フェーズドアレイと同一面に配列される1素子による送信を行って前記ペンシルビームより広角の送信ファンビームを形成し、DBF(デジタル・ビーム・フォーミング)によって前記送信ファンビームの覆域内に複数の受信ビームを形成する電波誘導方法。 It has a detection / tracking mode for detecting and tracking a target by adaptively controlling a pattern of an antenna beam by a phased array, and a proximity detection mode for detecting a proximity distance to the target,
In the detection / tracking mode, the antenna beam is a pencil beam for both transmission and reception.
In the proximity detection mode, transmission is performed by one element arranged on the same plane as the phased array to form a transmission fan beam having a wider angle than the pencil beam, and the transmission fan beam is covered by DBF (digital beam forming). A radio wave induction method for forming a plurality of reception beams in a region.
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