JP2716401B2 - Video radar penetrating concrete - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にレーダに関
し、特に、コンクリートおよび漆喰のバリア等の不透明
な構造物の後方に位置する物体のレーダ像を生成する映
像レーダに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to radar, and more particularly to an image radar for producing radar images of objects located behind opaque structures such as concrete and stucco barriers.
【0002】[0002]
【従来の技術】視界から制限された地域の監視は、警察
および軍人等には大きな助けとなる。警察官は、コンク
リートおよび漆喰等の構造物の内部の人物を識別し、位
置を知る必要がある。インパルスレーダがこの応用に使
用されることが求められていたが、テレビおよび別の通
信用送信機からの干渉等の多数の問題があった。2. Description of the Related Art Surveillance of areas restricted from view is of great help to police and military personnel. Police officers need to identify and locate people inside structures such as concrete and plaster. While impulse radar was required to be used in this application, there were a number of problems, such as interference from televisions and other communications transmitters.
【0003】本発明による映像レーダは、本発明の出願
人によって開発され、本発明の出願人によって出願され
た米国特許出願第08/028,451号明細書(March 9, 1993
)に記載されている3次元映像レーダにおいて使用さ
れた着想を改善したものである。3次元映像レーダシス
テムは、超広帯域線形FMミリメートル波レーダ技術を
使用して高解像度のターゲット情報を供給する。3次元
映像レーダは、遠隔地域を連続的に長期監視し、全ての
監視活動を完全にビデオに記録する。3次元映像レーダ
は、56GHzおよび14GHzで動作する2重バンド
レーダを使用する。3次元映像レーダは、石膏(壁)ボ
ード、木材、および幾つかの形式の煉瓦等の材料を貫通
することが証明された。しかしながら、3次元映像レー
ダはコンクリートまたは漆喰構造またはバリアを通して
見ることができない。その理由は、コンクリート材料
は、バリアの反対側にある物体の実際の映像を過剰に失
わせるためである。An image radar according to the present invention has been developed by the applicant of the present invention and is described in US patent application Ser. No. 08 / 028,451 (March 9, 1993) filed by the present applicant.
) Is an improvement on the idea used in the 3D video radar. Three-dimensional video radar systems use ultra-wideband linear FM millimeter wave radar technology to provide high resolution target information. Three-dimensional imaging radar continuously monitors long-term remote areas and records all surveillance activities completely in video. Three-dimensional video radar uses a dual band radar operating at 56 GHz and 14 GHz. Three-dimensional imaging radar has been shown to penetrate materials such as gypsum (wall) boards, wood, and some types of bricks. However, three-dimensional imaging radar cannot be seen through concrete or stucco structures or barriers. The reason is that concrete material causes excessive loss of the actual image of the object on the other side of the barrier.
【0004】特に、コンクリートの貫通の問題を解決す
るための試みにおいて、500MHz乃至2GHzの周
波数の範囲内で動作する本発明の出願人によって開発さ
れたレーダを使用して実験室試験が行われた。線形周波
数変調連続波(FMCW)レーダおよびインパルスレー
ダの両方が試験された。これらの低周波(超広帯域)レ
ーダによって、数デシベル(db)の許容可能な減衰
が、通常の補強されたブロック壁、コンクリートプレハ
ブ補強壁およびカリフォルニア漆喰材料等でも生じるこ
とが証明された。これらの試験によって約6インチの距
離分解能が可搬の設備で達成できることも証明された。In particular, in an attempt to solve the problem of concrete penetration, laboratory tests were carried out using a radar developed by the applicant of the present invention operating in the frequency range from 500 MHz to 2 GHz. . Both linear frequency modulated continuous wave (FMCW) radar and impulse radar were tested. These low-frequency (ultra-wideband) radars have proven that acceptable decibels (db) of a few decibels (db) also occur with conventional reinforced block walls, concrete prefabricated reinforced walls and California stucco materials. These tests have also demonstrated that a distance resolution of about 6 inches can be achieved with portable equipment.
【0005】もっと低い周波で減少された減衰は、レー
ダエネルギの波長に関するコンクリート内の“骨材”の
寸法に関係すると考えられている。コンクリートの砂利
の典型的な寸法は、56GHzの周波数において1/4
波長(.050インチ)よりも大きい。1GHzにおい
て、1/4波長は3インチであり、コンクリートが波に
与える影響は明らかに少なくなる。[0005] It is believed that the reduced attenuation at lower frequencies is related to the size of the "aggregate" in concrete with respect to the wavelength of the radar energy. Typical dimensions of concrete gravel are 1/4 at a frequency of 56 GHz.
Greater than the wavelength (0.050 inch). At 1 GHz, the quarter wavelength is 3 inches, and the effect of concrete on waves is significantly less.
【0006】これらの低い周波における1つの重要な制
限はアンテナビームの寸法である。56GHzで動作す
るレーダは、16フィートの距離で2インチの寸法のビ
ームを生成する0.6°のペンシルビーム(2方向)を
達成することができる。56GHzのレーダアンテナ
は、直径が1フィートの放物面の皿状反射器である。1
4GHzのレーダは、同じ皿形のアンテナを使用し、2
方向の1.5°のビーム幅を有する。1GHzで0.6
°のビームを達成するためには、直径が56フィートの
アンテナが必要とされる。これは全く実用的ではないの
で、低い周波で動作するレーダのための許容可能な角度
分解能を達成するためには、異なる技術が使用されなけ
ればならない。[0006] One important limitation at these low frequencies is the size of the antenna beam. A radar operating at 56 GHz can achieve a 0.6 ° pencil beam (two directions) producing a beam of 2 inches dimensions at a distance of 16 feet. The 56 GHz radar antenna is a parabolic dish reflector with a diameter of one foot. 1
The 4 GHz radar uses the same dish antenna and
It has a beam width of 1.5 ° in the direction. 0.6 at 1 GHz
To achieve a beam of °, an antenna with a diameter of 56 feet is required. Since this is not practical at all, different techniques must be used to achieve acceptable angular resolution for radars operating at low frequencies.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、コンクリートおよび漆喰のバリア等の不透明な構造
物の後方に位置するターゲットを映す映像レーダシステ
ムを提供することである。さらに、本発明の目的は、不
透明な構造物の後方に位置するターゲットの3次元の映
像を供給する映像レーダシステムを提供することであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide an image radar system for projecting targets located behind opaque structures such as concrete and stucco barriers. It is a further object of the present invention to provide an image radar system for providing a three-dimensional image of a target located behind an opaque structure.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、コンクリート
および漆喰のバリア等の不透明な構造物の後方に配置さ
れた目標のレーダ像を生成するためのコンクリート貫通
映像レーダシステムである。本発明の映像レーダシステ
ムは、コンクリートまたは漆喰の壁等を貫通するレーダ
信号を供給し、それらの後方の目標の像を供給する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a concrete penetration imaging radar system for generating a radar image of a target located behind an opaque structure such as a concrete and stucco barrier. The imaging radar system of the present invention provides radar signals that penetrate concrete or plaster walls and the like, and provides images of targets behind them.
【0009】本発明は、不透明な構造物の後方に位置さ
れた目標の像を生成する映像レーダシステムにおいて、
600MHz乃至1.3GHzの範囲の周波数に同調可
能な低電力の周波数変調連続波レーダ送信機と、このレ
ーダ送信機に結合された送信アンテナと、3個以上の受
信アンテナとを具備しているアンテナアレイと、アンテ
ナアレイの各受信アンテナに結合されたレーダ受信機
と、レーダ受信機に結合されているコンピュータプロセ
ッサと、コンピュータプロセッサに結合されたレーダ表
示器と、アンテナアレイ、レーダ送信機、レーダ受信
機、およびコンピュータプロセッサに結合され、それら
に電力を供給する電源とを具備し、アンテナアレイの隣
接する各アンテナは相互間の距離が3乃至12フィート
の範囲で互いに距離を隔てて配置され、コンピュータプ
ロセッサは、目標から得られたレーダ反射信号の各受信
アンテナに到着する到着時間差処理を使用してレーダ反
射信号を処理して前記アンテナアレイの前方における目
標の角度をアンテナアレイ中の個々のアンテナにおける
目標からのレーダ反射信号の到着時間差から決定するよ
うに構成されていることを特徴とする。このように本発
明では複数の受信アンテナを使用して目標からのレーダ
反射信号の各受信アンテナに到着する到着時間差(TD
OA)処理を使用してレーダ反射信号を処理することに
よって、物理的に小型で可搬のアンテナを使用して目標
の方向の角度決定を行い、それによって高い角度分解能
で目標の位置を検出することを可能にしたものである。
例えば前述のような56GHzの周波数を使用する通常
の方式のレーダでは良好な角度分解能を得ることはでき
ないが、本発明のレーダ装置ではアンテナの間隔に応じ
て5°乃至10°の角度分解能を得ることができる。The present invention is a video radar system for generating an image of a target located behind an opaque structure.
An antenna comprising a low power frequency modulated continuous wave radar transmitter tunable to a frequency in the range of 600 MHz to 1.3 GHz, a transmitting antenna coupled to the radar transmitter, and three or more receiving antennas. An array, a radar receiver coupled to each receive antenna of the antenna array, a computer processor coupled to the radar receiver, a radar display coupled to the computer processor, an antenna array, a radar transmitter, and a radar receiver. And a power supply coupled to and powering the computer processor, wherein adjacent antennas of the antenna array are spaced apart from each other in a range of 3 to 12 feet from each other; A processor arrives at each receiving antenna for a radar return signal obtained from the target. Configured to process radar return signals using time difference processing to determine a target angle in front of the antenna array from arrival time differences of radar return signals from targets at individual antennas in the antenna array. It is characterized by. As described above, in the present invention, the arrival time difference (TD) in which the radar reflected signal from the target arrives at each receiving antenna using a plurality of receiving antennas.
Processing the radar return signal using OA) processing to determine the angle of the target direction using a physically small and portable antenna, thereby detecting the position of the target with high angular resolution. This is what made it possible.
For example, a normal type radar using a frequency of 56 GHz as described above cannot obtain a good angular resolution, but the radar apparatus of the present invention obtains an angular resolution of 5 ° to 10 ° depending on the antenna interval. be able to.
【0010】1フィート以上の補強されたコンクリート
またはそれに相当する厚さの土の貫通を実行するために
縮小された本発明の映像レーダシステムの1実施例が示
されている。映像レーダシステムは、軽量であり、可搬
で、丈夫である。映像レーダシステムは、ターゲットの
距離および方位角の情報を提供する。2つの映像レーダ
は同時に使用されて水平走査と垂直走査の両方の情報を
提供し、3次元の像の表示を生成する。本発明のレーダ
システムは通信干渉による影響を受けず、また、従来の
映像レーダ以上に目標の識別に関する情報を提供する。One embodiment of the imaging radar system of the present invention is shown reduced to perform penetration of reinforced concrete or equivalent thick soil of one foot or more. Video radar systems are lightweight, portable, and robust. The video radar system provides target range and azimuth information. The two video radars are used simultaneously to provide both horizontal and vertical scan information and produce a three-dimensional image display. The radar system of the present invention is not affected by communication interference and provides more information about target identification than conventional video radar.
【0011】1GHzの映像レーダシステムの実験室試
験によって、6インチの補強されたコンクリートの壁お
よび通常のカリフォルニアスタイルの漆喰の壁の反対側
で2乃至60フィート歩いているレーダシステムの位置
に関連する人物の検出および位置決定が行われた。実験
は、レーダシステムを壁に直接隣接して配置した場合
と、壁から30フィート離して配置した場合とで行われ
た。実験において、利得が12dBのアンテナを使用し
てわずか5ミリワットの平均電力で動作する実験プロト
タイプハードウェアが使用された。高電力の送信機は、
映像レーダシステムの距離が数百フィート以上に増加す
るために使用されることができる。Laboratory tests of a 1 GHz imaging radar system have shown that the location of a radar system walking 2 to 60 feet opposite a 6 inch reinforced concrete wall and a regular California style stucco wall. Human detection and position determination were performed. Experiments were performed with the radar system placed directly adjacent to the wall and 30 feet away from the wall. In the experiments, experimental prototype hardware was used that operated at an average power of only 5 milliwatts using a 12 dB gain antenna. High power transmitters
It can be used to increase the distance of a video radar system to hundreds of feet or more.
【0012】本発明によって、脅威兵器システムおよび
人員および設備の検出、識別、追跡および監視の維持の
能力が与えられる。本発明は、警察の捜査察、麻薬の取
締り、地中の地雷の探知、および自動車のアプリケーシ
ョンに使用される。このレーダシステムによって、不透
明な構造物の後方に位置する目標の解像度の高い像が供
給される。レーダシステムは、視界がいかなる状態であ
っても動作し、広い環境範囲て動作する。The present invention provides the ability to maintain detection, identification, tracking and monitoring of threat weapon systems and personnel and equipment. The invention finds use in police surveillance, drug crackdown, detection of underground mines, and automotive applications. The radar system provides a target high-resolution image located behind an opaque structure. Radar systems operate in any field of view and operate over a wide range of environments.
【0013】本発明のレーダシステムに使用されたセン
サの種類は、温度センサ、音響(ソーナー)センサ、R
Fセンサ、レーザセンサ、およびその他の光電式センサ
を含み、一般的にこれらのセンサは人間が運搬できるも
のである。The types of sensors used in the radar system of the present invention include a temperature sensor, an acoustic (soner) sensor, and an R sensor.
Includes F-sensors, laser sensors, and other photoelectric sensors, which are generally portable by humans.
【0014】[0014]
【実施例】本発明の種々の特徴および利点は、添付され
た図面に関連した以下の詳細な説明に関して容易に理解
されるであろう。図面において、参照番号は、同一の構
造の素子を示している。図1において、本発明の原理に
従った映像レーダシステム10、すなわち、コンクリート
貫通映像レーダシステム10の動作シナリオを表す模式図
が示されている。映像レーダシステム10は、例えば自動
車11上に配置されており、それは、例えば折りたたみ式
延長はしご20の形態に形成され、自動車11の最上部に固
定されたアンテナアレイ12で構成されている。レーダ信
号13(点線のビームによって示されている)は、アンテ
ナ12から放射され、例えばコンクリートの壁14または漆
喰の壁14等の構造物14またはバリア14を貫通する。レー
ダ信号13は、バリア14の後方に位置している移動する目
標15、人間15、もしくはターゲット15から反射する。バ
リア14の後方の移動する目標15または人間15の像は、レ
ーダシステム10によって発生され、レーダ表示器18上に
表示される。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The various features and advantages of the present invention will be readily understood with reference to the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings. In the drawings, reference numerals indicate elements having the same structure. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an operation scenario of an image radar system 10 according to the principles of the present invention, that is, a concrete penetration image radar system 10. The image radar system 10 is arranged, for example, on a motor vehicle 11, which is formed, for example, in the form of a folding extension ladder 20 and comprises an antenna array 12 fixed to the top of the motor vehicle 11. A radar signal 13 (indicated by the dashed beam) is emitted from the antenna 12 and penetrates a structure 14 or barrier 14 such as, for example, a concrete wall 14 or a plaster wall 14. The radar signal 13 reflects from a moving target 15, a person 15, or a target 15 located behind a barrier 14. An image of a moving target 15 or person 15 behind the barrier 14 is generated by the radar system 10 and displayed on a radar display 18.
【0015】図2および図3は、アンテナアレイ、送信
機、およびその信号プロセッサをそれぞれ詳細に表す映
像レーダシステム10の詳細なブロック図を示している。
図2は、映像レーダシステム10と、特に詳細なアンテナ
アレイ12と、その送信機17の詳細なシステムブロック図
を示している。映像レーダシステム10は、例えば木材、
漆喰、およびコンクリート等の通常の構造物材料で構成
されている構造物14またはバリア14によって見えなくさ
れた運動目標15を検出するために構成された、運動検出
コンクリート貫通レーダシステム10である。図2に示さ
れているように、映像レーダシステム10は、低電力で、
周波数の同調が可能な連続波(CW)送信機17とアンテ
ナアレイ12と、レーダ受信機38と、コンピュータプロセ
ッサ19と、電源21と、レーダ表示器18とを含む超広帯域
線形周波数変調連続波レーダ16を具備している。アンテ
ナアレイ12は、図1に示されているように、多重素子側
視型CWアレイのアンテナアレイ12を具備している。ア
ンテナアレイ12は、以下に図5のa乃至cに関してより
詳細に説明されている。アンテナアレイ12は、送信アン
テナ31と、3個の受信アンテナ32-1,32-2,32-3を具備し
ている。送信アンテナ31は、電力スプリッタ33および電
力増幅器34によって送信機17に結合されている。各受信
アンテナ32-1,32-2,32-3は、それぞれが前置増幅器35お
よびミキサ36を含んでいる別個の受信機38-1,38-2,38-3
によって3つのポートを有するマルチプレクサ37に結合
されている。マルチプレクサ37の出力はコンピュータプ
ロセッサ19に結合されている。FIGS. 2 and 3 show detailed block diagrams of the video radar system 10, which detail the antenna array, the transmitter, and its signal processor, respectively.
FIG. 2 shows a detailed system block diagram of the video radar system 10, the particularly detailed antenna array 12, and its transmitter 17. The video radar system 10 is, for example, wood,
A motion detection concrete penetrating radar system 10 configured to detect a motion target 15 obscured by a structure 14 or barrier 14 made of conventional structural materials such as plaster and concrete. As shown in FIG. 2, the video radar system 10 is low power,
An ultra-wideband linear frequency modulated continuous wave radar including a frequency tunable continuous wave (CW) transmitter 17, an antenna array 12, a radar receiver 38, a computer processor 19, a power supply 21, and a radar display 18. 16 are provided. As shown in FIG. 1, the antenna array 12 includes an antenna array 12 of a multi-element side-view CW array. The antenna array 12 is described in more detail below with respect to FIGS. The antenna array 12 includes a transmitting antenna 31 and three receiving antennas 32-1, 32-2, and 32-3. Transmit antenna 31 is coupled to transmitter 17 by a power splitter 33 and a power amplifier. Each receiving antenna 32-1, 32-2, 32-3 has a separate receiver 38-1, 38-2, 38-3, each including a preamplifier 35 and a mixer 36.
To a multiplexer 37 having three ports. The output of multiplexer 37 is coupled to computer processor 19.
【0016】低電力で、周波数の同調が可能な連続波
(CW)送信機17は、コンピュータプロセッサ19に結合
され、そこから掃引開始パルスを受信するように構成さ
れたカウンタ51を具備している。カウンタ51は、そのカ
ウンティングを制御するクロック58に結合されている。
カウンタ51は、エラー修正器53によって電圧制御発振器
54に結合されたデジタル−アナログ変換器52に結合され
た出力を有している。デジタル−アナログ変換器52は、
線形掃引信号をエラー修正器53に供給するように構成さ
れている。電力スプリッタ56は電圧制御発振器54に結合
され、出力がエラー修正器53への第2の入力に結合され
ているスロープエラー検出器57に信号を供給し、また、
電力スプリッタ56は、送信機17の出力を供給する低電力
増幅器55に結合されている。映像レーダシステム10は、
600MHz乃至1.3GHzの任意の周波数で動作す
るように構成されている。The low power, frequency tunable continuous wave (CW) transmitter 17 includes a counter 51 coupled to the computer processor 19 and configured to receive a sweep start pulse therefrom. . Counter 51 is coupled to a clock 58 which controls its counting.
The counter 51 is controlled by a voltage controlled oscillator by an error corrector 53.
It has an output coupled to a digital to analog converter 52 coupled to 54. The digital-analog converter 52 is
It is configured to supply a linear sweep signal to the error corrector 53. Power splitter 56 is coupled to voltage controlled oscillator 54 and provides a signal to a slope error detector 57 whose output is coupled to a second input to error corrector 53;
Power splitter 56 is coupled to a low power amplifier 55 that provides the output of transmitter 17. The video radar system 10
It is configured to operate at any frequency from 600 MHz to 1.3 GHz.
【0017】映像レーダシステム10の送信機17は、超広
帯域線形周波数変調連続波レーダ16に供給する。図4
は、送信機17によって使用される線形周波数変調連続波
(CW)レーダ信号を表すグラフ図である。線形周波数
変調連続波レーダ16は、コンクリートの壁等の、不透明
な構造物14を通して像の目標15に対して使用されたとき
に、通常のインパルスレーダにまさる多数の利点を有す
る。The transmitter 17 of the video radar system 10 supplies an ultra-wideband linear frequency modulated continuous wave radar 16. FIG.
FIG. 3 is a graph illustrating a linear frequency modulated continuous wave (CW) radar signal used by the transmitter 17. Linear frequency modulated continuous wave radar 16 has a number of advantages over conventional impulse radar when used on an image target 15 through an opaque structure 14, such as a concrete wall.
【0018】送信機17は、700MHzの帯域の約60
0MHz乃至1.3GHzの動作周波数範囲を有してい
る。この帯域によって、約7インチの距離分解能が生じ
る。送信機17は、信号プロセッサ43からの命令によって
制御される。映像レーダシステム10の基本的な出力電力
レベルは、短距離動作には10ミリワットである。高電
力増幅器34は、長距離動作のために必要とされるときに
レーダの電力レベルを増加させる(17db)ために設
けられる。The transmitter 17 has a bandwidth of about 60 MHz in the 700 MHz band.
It has an operating frequency range from 0 MHz to 1.3 GHz. This band produces a distance resolution of about 7 inches. The transmitter 17 is controlled by a command from the signal processor 43. The basic output power level of video radar system 10 is 10 milliwatts for short range operation. A high power amplifier 34 is provided to increase the radar power level (17 db) when needed for long range operation.
【0019】図2に示されているように、コンピュータ
プロセッサ19は、入力がマルチプレクサ37の出力に結合
されている距離フィルタおよび増幅器41と、アナログ−
デジタル(A/D)変換器42と、コンピュータ49と、デ
ジタル信号プロセッサ43とを具備している。コンピュー
タ49の1つの出力はレーダ表示器18に結合され、もう1
つの出力は送信機17に結合されている。As shown in FIG. 2, computer processor 19 includes a distance filter and amplifier 41 having an input coupled to the output of multiplexer 37, and an analog-to-analog
It includes a digital (A / D) converter 42, a computer 49, and a digital signal processor 43. One output of computer 49 is coupled to radar display 18 and another
The two outputs are coupled to a transmitter 17.
【0020】図3は、コンピュータプロセッサ19の詳細
を表す映像レーダシステム10のブロック図である。デジ
タル信号プロセッサ43は、マルチプレクサ37から得られ
た入力信号を受信するアナログ−デジタル変換器42の出
力に結合されている。アナログ−デジタル変換器42の出
力は、高速フーリエ変換(FFT)プロセッサ44に結合
されており、高速フーリエ変換(FFT)プロセッサ44
は、コヒーレントな積分フィルタ45によってフィルタ処
理された出力信号を供給し、フィルタ45は、検出器46に
結合されている。ポスト検出器積分器47は、マイクロ・
ドップラー音響出力信号を発生し、また、しきい値比較
器48に供給される信号を供給する。しきい値比較器48の
出力は、例えばIBM486パーソナルコンピュータ等
のコンピュータ49に結合されている。コンピュータ49
は、システム10によって生成されたレーダ像を表示する
表示器18に結合されている。ソフトウェア50は、コンピ
ュータ49上で実行し、レーダ像が発生するようにレーダ
信号を処理する。FIG. 3 is a block diagram of the video radar system 10 showing details of the computer processor 19. Digital signal processor 43 is coupled to the output of analog-to-digital converter 42, which receives the input signal obtained from multiplexer 37. The output of the analog-to-digital converter 42 is coupled to a fast Fourier transform (FFT) processor 44, which provides a fast Fourier transform (FFT) processor 44.
Provides an output signal filtered by a coherent integration filter 45, which is coupled to a detector 46. The post detector integrator 47
It generates a Doppler acoustic output signal and also provides a signal that is provided to a threshold comparator. The output of threshold comparator 48 is coupled to a computer 49, such as an IBM 486 personal computer. Computer 49
Is coupled to a display 18 for displaying radar images generated by the system 10. Software 50 executes on a computer 49 and processes radar signals to generate a radar image.
【0021】映像レーダシステム10は、7インチの距離
分解能を生成する700MHzの帯域幅を有している。
100フィート以上の距離において人物15の検出を確実
にするのに必要な送信機17の出力電力レベルは、約10
ミリワットである。現実の距離は、コンクリートの含水
量、アスペクト角、および監視地域に位置しているその
他の目標を含む幾つかの要因に依存する。動作上の経験
によって、これらの環境特性は時にシステムの動作を制
限することが示されている。高電力送信機17は、映像レ
ーダシステム10の距離性能を増加させるために使用さ
れ、それに対応して、主要電力および重量が増加する。Video radar system 10 has a 700 MHz bandwidth that produces a 7 inch range resolution.
The output power level of the transmitter 17 required to ensure detection of the person 15 at distances greater than 100 feet is approximately 10
Milliwatts. The actual distance will depend on several factors, including the moisture content of the concrete, the aspect angle, and other targets located at the monitored area. Operational experience has shown that these environmental characteristics sometimes limit the operation of the system. The high power transmitter 17 is used to increase the range performance of the video radar system 10, with a corresponding increase in primary power and weight.
【0022】コンクリートまたはそのような構造物14を
貫通する超広帯域で低い周波のレーダ信号は、ターゲッ
ト角の決定を行うことを示している。小さく、低い周波
のアンテナは広いビーム幅と低い利得を有している。望
ましい5°の角度分解能を達成するために、映像レーダ
システム10において使用されるために多重素子側視型ア
レイアンテナ12が開発されている。多重素子側視型アレ
イアンテナ12は、図5のa乃至cに示されている。図5
のaはアンテナ12の平面図を示しており、図5のbは部
分的に折りたたまれた状態の図5のaのアンテナ12の側
面図を示しており、図5のcは図5のaのアンテナ12の
端面図を示している。An ultra-wideband, low frequency radar signal that penetrates concrete or such a structure 14 indicates that a target angle determination is to be made. Small, low frequency antennas have a wide beam width and low gain. To achieve the desired 5 ° angular resolution, a multi-element side-view array antenna 12 has been developed for use in the imaging radar system 10. The multi-element side-view array antenna 12 is shown in FIGS. FIG.
5a shows a plan view of the antenna 12, FIG. 5b shows a side view of the antenna 12 of FIG. 5a in a partially folded state, and FIG. 5c shows a side view of the antenna 12 in FIG. 3 shows an end view of the antenna 12 of FIG.
【0023】特定の例において、アレイアンテナ12は、
システム10の要求に依存して、3乃至5個の広帯域アン
テナ素子31,32 で構成されている。1つのアンテナ素子
31、すなわち送信アンテナ31は、レーダ信号を送信する
ために使用される。残りのアンテナ素子32-1,32-2,32-3
は、バリア14の後方の目標15から反射された受信レーダ
反射信号を受信するために使用される。送信および受信
アンテナ素子31,32 は、スペーサ61を使用して3乃至1
2フィートの距離を隔てて互いに分離され、反射された
エネルギの到着時間差(TDOA)測定を行うのに必要
な空間の差を与える。受信アンテナ素子32-1,32-2,32-3
は、2つの受信アンテナ素子だけを使用したときに通常
生じる方位角の曖昧さを解決するために適合されてい
る。スペーサ61とアンテナ素子31, 32-1,32-2,32-3は、
ファイバグラス支持構造62によって一緒に固定されてい
る。ファイバグラス支持構造62は、アンテナ12の各素子
を電気的に絶縁し、かつ支持する。In a particular example, array antenna 12 includes
Depending on the requirements of the system 10, it comprises three to five broadband antenna elements 31,32. One antenna element
The transmission antenna 31 is used for transmitting a radar signal. Remaining antenna elements 32-1,32-2,32-3
Is used to receive the received radar return signal reflected from the target 15 behind the barrier 14. The transmitting and receiving antenna elements 31 and 32 are 3 to 1
Separated from each other by a distance of two feet, they provide the spatial difference required to make a time difference of arrival (TDOA) measurement of the reflected energy. Receiving antenna element 32-1,32-2,32-3
Is adapted to resolve the azimuth ambiguity typically encountered when only two receiving antenna elements are used. The spacer 61 and the antenna elements 31, 32-1, 32-2, 32-3 are
Secured together by a fiberglass support structure 62. The fiberglass support structure 62 electrically insulates and supports each element of the antenna 12.
【0024】4つのアンテナ素子31, 32-1,32-2,32-3の
それぞれは、典型的に一辺が14インチの正方形であ
る。4つのアンテナ素子31,32 のそれぞれは、約1/4
インチの厚さを有している。4つのアンテナ素子31,32
のそれぞれは、その端部において接続され、長さ約8フ
ィート×幅15インチの延長はしご20のようなアレイ12
を形成する。アレイ12の各アンテナ素子31,32 とスペー
サ61は、その端部において折りたたまれ、それによって
アレイ12全体は、14インチ×28インチ×6インチの
スーツケース内に収まる。Each of the four antenna elements 31, 32-1, 32-2, 32-3 is typically a square having a side of 14 inches. Each of the four antenna elements 31, 32 is approximately 1/4
It has a thickness of inches. Four antenna elements 31, 32
Are connected at their ends to form an array 12 such as an extended ladder 20 of about 8 feet long by 15 inches wide.
To form Each antenna element 31, 32 and spacer 61 of the array 12 is folded at its ends, so that the entire array 12 fits within a 14 "x 28" x 6 "suitcase.
【0025】アンテナ12の特定の構成は、どのようなこ
とに使用するかに非常に依存している。警察等によって
使用されるために設計されたある構成は、図1および5
に示されているように、通常のはしごのような折りたた
み式延長はしご20の形式に設置されたレーダシステム10
を有する。送信および受信アンテナ素子31,32 は、実質
的に互いに同一のものである。アンテナ素子31,32 は、
折りたたみ式延長はしご20の横桟を構成している指数的
に先細の放射体である。それらは、折りたたみ式延長は
しご20の形式を有している直線状支持構造62に沿って間
隔を隔てて設けられている。アンテナ素子31, 32-1,32-
2,32-3は、超広帯域および低周波数で最適に動作するよ
うに設計された広帯域の“指数的に先細”のアレイであ
る。送信機17、受信機38、および電源21は、延長はしご
20の支持構造62の長手方向に沿ってそれぞれ配置され
る。はしご20は監視用自動車11上に設置され、図5のb
に示されているように折りたたまれて積込まれ、そこに
おいてファイバグラス支持体62を具備しているはしごの
レールは折りたたみジョイント63によって折りたたまれ
る。The particular configuration of antenna 12 is very dependent on what it is used for. One configuration designed for use by police and the like is shown in FIGS.
The radar system 10 installed in the form of a folding ladder 20 like a normal ladder, as shown in
Having. The transmitting and receiving antenna elements 31, 32 are substantially identical to each other. The antenna elements 31 and 32 are
The collapsible extension ladder is an exponentially tapered radiator that makes up the crosspiece of the ladder 20. They are spaced along a linear support structure 62 having the form of a collapsible extension ladder 20. Antenna element 31, 32-1,32-
2,32-3 are wideband "exponentially tapered" arrays designed to operate optimally at ultra-wideband and low frequencies. Transmitter 17, receiver 38, and power supply 21 are extended ladders.
The twenty support structures 62 are respectively arranged along the longitudinal direction. Ladder 20 is installed on surveillance vehicle 11, and FIG.
The ladder rails with fiberglass supports 62 are folded by folding joints 63, as shown in FIG.
【0026】信号プロセッサ43は、3つの受信アンテナ
32-1,32-2,32-3のそれぞれからの増幅された信号を処理
する3つの信号プロセッサチャンネル(コンピュータ49
およびコンピュータメモリで実行するソフトウェア50に
よって構成されている)を具備している。高速アナログ
−デジタル変換器42は、実質的に各アンテナ素子32-1,3
2-2,32-3からのレーダ反射データを変換する。デジタル
化されたデータは、高速フーリエ変換(FFT)プロセ
ッサ44によって6インチの距離ビンに変換される。デジ
タル信号の相関は、走査オン受信オンリー処理およびタ
ーゲットの検出を行うためにコンピュータ49において行
われる。映された目標への方位角および距離は、例えば
可搬ラップトップパーソナルコンピュータ等に設けられ
た通常のパーソナルコンピュータの表示器18を使用して
平面位置表示(PPI)に変換される。信号プロセッサ
43と表示器18とを含んでいるコンピュータ49は、アンテ
ナアレイ12から数百フィートまでの所に位置される。The signal processor 43 has three receiving antennas.
Three signal processor channels (computer 49) for processing the amplified signals from each of 32-1, 32-2, and 32-3.
And software 50 running on a computer memory). The high-speed analog-to-digital converter 42 substantially includes each of the antenna elements 32-1, 3
Convert radar reflection data from 2-2 and 32-3. The digitized data is converted by a fast Fourier transform (FFT) processor 44 into 6 inch distance bins. Digital signal correlation is performed in computer 49 to perform scan-on-receive-only processing and target detection. The azimuth and distance to the projected target are converted to a planar position display (PPI) using a display 18 of a normal personal computer provided in a portable laptop personal computer or the like, for example. Signal processor
Computer 49, including 43 and indicator 18, is located a few hundred feet from antenna array 12.
【0027】デジタル信号プロセッサ43は、レーダシス
テム10の中心部である。システム10を制御し、レーダ信
号を処理する全てのソフトウェア50はコンピュータ49内
に含まれている。システム10はソフトウェアによって駆
動されるので、容易に表示に変更され、レーダ16から得
られたレーダ信号を処理する。映像レーダシステム10は
距離と方向の2次元の表示を供給するので、表示器18は
非常に簡単にされている。これによってレーダ16の操作
はより簡単になる。The digital signal processor 43 is the central part of the radar system 10. All software 50 for controlling the system 10 and processing radar signals is contained within the computer 49. Because the system 10 is driven by software, it is easily changed to a display and processes radar signals obtained from the radar 16. Since the video radar system 10 provides a two-dimensional display of distance and direction, the display 18 is very simple. This makes operation of the radar 16 easier.
【0028】3次元のレーダ像の表示を供給するため
に、1つは水平解像を行い、もう1つは垂直解像を行う
2つの映像レーダシステム10が使用され、出力は統合さ
れた単一の表示器18に表示される。2つのレーダシステ
ム10のそれぞれのアンテナ12は互いに直交して配置され
て水平および垂直解像度を供給する。To provide a three-dimensional radar image display, two video radar systems 10 are used, one with horizontal resolution and one with vertical resolution, and the output is an integrated single. It is displayed on one display 18. The antennas 12 of each of the two radar systems 10 are arranged orthogonal to one another to provide horizontal and vertical resolution.
【0029】デジタル信号プロセッサ43および表示器18
は、例えばIBMのタイプ486ラップトップコンピュ
ータによって提供される。表示器18の解像度は、320
×200画素グリッドである。データは、表示器18上に
上下反転した図として表示される。移動している目標15
および/または固定目標15は表示器18上で観察される。
時刻歴のリプレイおよびクラッタの消去によって、移動
している目標15の追跡は容易になる。表示器18の選択さ
れた部分は、従来のグラフィックソフトウェアにおいて
行われていたように、表示された像を拡大するようにズ
ームする。選択された目標の情報は、分配のためにコン
ピュータディスク(図示されていない)またはプリンタ
(図示されていない)上で印刷されたハードコピーに記
憶される。これは、コンピュータ動作システムを使用し
た通常の方法で行われていたことである。Digital signal processor 43 and display 18
Is provided, for example, by an IBM type 486 laptop computer. The resolution of the display 18 is 320
× 200 pixel grid. The data is displayed on the display 18 as an inverted figure. Goal 15 Moving
And / or the fixed target 15 is viewed on a display 18.
Replaying the time history and eliminating clutter facilitates tracking of moving targets 15. A selected portion of the display 18 zooms to enlarge the displayed image, as is done in conventional graphics software. The information of the selected target is stored on a computer disk (not shown) or a hard copy printed on a printer (not shown) for distribution. This was done in the usual way using a computer operating system.
【0030】映像レーダシステム10の動作が以下に説明
される。“到着時間差”(TDOA)処理として知られ
ている合成アンテナビーム成形の方法は、本発明による
システム10において使用される。この種類の処理方法を
使用して、レーダ信号は信号送信アンテナ31から送信さ
れる。少なくとも2つの別個の受信アンテナ32-1,32-2
および受信機38-1,38-2 は、システム10の視界内の目標
15から反射されたエネルギを受信するために使用され
る。受信アンテナ32-1,32-2 に関する目標15の角度は、
分離された受信アンテナ32-1,32-2 における到着時間差
から推測される。The operation of the video radar system 10 will be described below. A method of combined antenna beamforming, known as "time difference of arrival" (TDOA) processing, is used in system 10 according to the present invention. Using this type of processing method, the radar signal is transmitted from the signal transmitting antenna 31. At least two separate receiving antennas 32-1, 32-2
And receivers 38-1, 38-2 are located within the field of view of the system 10.
Used to receive the energy reflected from 15. The angle of the target 15 with respect to the receiving antennas 32-1 and 32-2 is
It is inferred from the arrival time difference between the separated receiving antennas 32-1 and 32-2.
【0031】目標15が受信アンテナ32-1,32-2 の前方の
直接正面線上にある場合、反射されたエネルギが両方の
受信アンテナ32に到達するのにかかる時間は全く同じで
ある。目標15が中心に対して一方の側または別の側にあ
る場合、エネルギは一方のアンテナ32-2に到達する前に
他方のアンテナ32-1に到達する。時間におけるこの差
は、目標15への角度オフセットに直接に関係する。受信
アンテナ32-1と32-2との間の距離およびコンピュータプ
ロセッサ19のTDOAを解像する能力は、システム10の
最終的な角度分解能を決定する。図6において、2つの
受信アンテナ32-1,32-2 によって受信された信号の到着
時間差が示されている。図6において、受信アンテナ32
-1,32-2 と、レーダ反射信号の信号到着角度との間の関
係が示されている。If the target 15 is directly in front of the receiving antennas 32-1, 32-2, the time it takes for the reflected energy to reach both receiving antennas 32 is exactly the same. If the target 15 is on one side or the other with respect to the center, the energy reaches the other antenna 32-1 before reaching the one antenna 32-2. This difference in time is directly related to the angular offset to the target 15. The distance between the receiving antennas 32-1 and 32-2 and the ability of the computer processor 19 to resolve the TDOA determine the ultimate angular resolution of the system 10. FIG. 6 shows the arrival time difference between signals received by the two receiving antennas 32-1 and 32-2. In FIG. 6, the receiving antenna 32
The relationship between -1,32-2 and the signal arrival angle of the radar reflected signal is shown.
【0032】距離(S)は、受信アンテナ32-1,32-2 の
中心−中心間の間隔である。レーダ波の速度(C)は、
0.984e9フィート/秒である。時間差は、次のよ
うに角度オフセット(B)に関連している。The distance (S) is the distance between the centers of the receiving antennas 32-1 and 32-2. The velocity (C) of the radar wave is
0.984e9 feet / sec. The time difference is related to the angle offset (B) as follows.
【0033】TDOA=S/c・sin(B) Sの大きさはフィートで表され、ここにおいてcは1ナ
ノ秒につき約1フィートであり、到着距離の差(RDO
A)はTDOAに等しく、TDOAは次のように表され
る。TDOA = S / c · sin (B) The magnitude of S is expressed in feet, where c is about 1 foot per nanosecond and the difference in arrival distances (RDO)
A) is equal to TDOA, and TDOA is expressed as:
【0034】TDOA=S・sin(B)ナノ秒 =RDOA(フィート)(近似的) 多数のターゲットを処理するために、各受信機は十分な
距離分解能を有して視界における全ての反射表面を“分
離”しなければならない。UHFレーダにおいて、距離
分解能は約0.5フィートである。アンテナの1つが受
信の線に垂直な線に沿って別のアンテナから10フィー
トの間隔を隔てられている場合、角度分解能(B)は次
のようになる。TDOA = S · sin (B) ns = RDOA (feet) (approximate) In order to process a large number of targets, each receiver has sufficient range resolution to reflect all reflective surfaces in the field of view. You have to “separate”. In UHF radar, the range resolution is about 0.5 feet. If one of the antennas is spaced 10 feet from another along a line perpendicular to the line of reception, the angular resolution (B) is:
【0035】B=sin-1(0.5/10) =2.9°(近似的) これは、距離が少なくとも1フィート離れ、角度が少な
くとも2.9°離れている2つの小さいターゲットが表
示器上で分離されることができることを示している。B = sin -1 (0.5 / 10) = 2.9 ° (approximate) This shows two small targets at a distance of at least one foot and an angle of at least 2.9 °. It can be separated on the vessel.
【0036】以下、受信におけるTDOA角度走査につ
いて説明される。図7において、第1および第2のアン
テナ32-1,32-2 のための受信機距離セルが示されてお
り、そこにおいて、同じ目標(T1)15は、TDOAの
ために異なった距離セルにあることが示されている。第
1の受信アンテナ32-1から受信された信号は、第1の受
信機38-1において処理される。目標15は検出され、それ
らの振幅値は距離ビン中に設置される。同時に、同じ処
理が第2のアンテナ32-2の第2の受信機38-2において達
成される。単一の目標15のみが存在する場合、目標15に
対する角度は、図7に示されているように第1と第2の
アンテナ32-1,32-2 の間の距離セルの数の差をカウント
することによって決定される。この差はTDOAであ
る。この例において、距離セルが6インチ離れており、
2つの受信アンテナ32-1,32-2 が4フィート離れている
場合、距離における1フィートの差に対応する目標15に
対する真の方位(B)は、次のようになる。Hereinafter, TDOA angle scanning in reception will be described. In FIG. 7, receiver distance cells for the first and second antennas 32-1, 32-2 are shown, where the same target (T1) 15 is a different distance cell for TDOA. It is shown that there is. The signal received from the first receiving antenna 32-1 is processed in the first receiver 38-1. Targets 15 are detected and their amplitude values are placed in distance bins. At the same time, the same processing is achieved at the second receiver 38-2 of the second antenna 32-2. If only a single target 15 is present, the angle to the target 15 will be the difference in the number of range cells between the first and second antennas 32-1, 32-2 as shown in FIG. Determined by counting. This difference is TDOA. In this example, the distance cells are 6 inches apart,
If the two receiving antennas 32-1 and 32-2 are four feet apart, the true azimuth (B) for target 15 corresponding to a one foot difference in distance is:
【0037】B=sin-1(1/4)=14.5° これは、目標15が第1の受信アンテナ32-1よりも第2の
受信アンテナ32-2の近くに現れることを示している。目
標15が第1の受信アンテナ32-1の距離セル8 にある場
合、角度は+29°である。TDOAによって第2の受
信アンテナ32-1からの目標15が距離セル4 の代りに距離
セル5 (セルが1つ異なる)に位置された場合、目標15
への方位は7.2°である。目標15がアンテナビーム内
で実際にはどこにあるのかという不明確さが存在し、そ
れはいずれの指向性アンテナにも通常のことである。T
DOA処理を使用して、目標15の位置の不明確さが距離
セルの寸法に関係され、それは14.5°の角度に関し
て±3.6°である。B = sin −1 ( 1 /) = 14.5 ° This indicates that the target 15 appears closer to the second receiving antenna 32-2 than to the first receiving antenna 32-1. I have. If the target 15 is in the distance cell 8 of the first receiving antenna 32-1, the angle is + 29 °. If the target 15 from the second receiving antenna 32-1 is located in the distance cell 5 (different cell by one) instead of the distance cell 4 by TDOA, the target 15
Is 7.2 °. There is uncertainty about where the target 15 is actually in the antenna beam, which is normal for any directional antenna. T
Using the DOA process, the ambiguity of the location of target 15 is related to the size of the distance cell, which is ± 3.6 ° for an angle of 14.5 °.
【0038】各距離セルの間の間隔は、受信アンテナ32
-1,32-2 の面に垂直な線に関して特定の方位線に相関す
る。上述の例において示されているように、±1個の距
離セルの差は、アンテナ32-1,32-2 に垂直な線に関して
±7.2°オフセットされた方位線上の目標15を表して
いる。±2個の距離セルである目標15は±14.5°の
線上にある。角度の間隔は±30°の走査と比例し、±
60°以上の角度に急速に広がる。以下の表Iは、1つ
の距離セル毎の距離分解能とそれに対するアンテナ32の
間隔との関係を示している。フィートで表された到着距
離の差とそれに対するアンテナの間隔によって、アンテ
ナの走査角度が(±)度で与えられる。それはまた、以
下に説明される本発明による“走査オン受信”システム
10のビーム指向角を示す。表Iは、線形で1方向の角度
効果を示している。2方向の効果はより複雑であるが、
当業者の適切なプログラミングによってソフトウェア50
において容易に補償される。The distance between each distance cell is determined by the receiving antenna 32
The line perpendicular to the -1,32-2 plane correlates to a specific azimuth line. As shown in the example above, the difference of ± 1 range cells represents the target 15 on the azimuth line offset ± 7.2 ° with respect to the line perpendicular to the antennas 32-1 and 32-2. I have. Target 15, a ± 2 distance cell, is on the ± 14.5 ° line. The angular spacing is proportional to ± 30 ° scan, ±
Spreads rapidly over 60 °. Table I below shows the relationship between the distance resolution for each distance cell and the distance between the antennas 32 corresponding thereto. The difference in arrival distance in feet and the spacing of the antennas relative thereto gives the scanning angle of the antenna in (±) degrees. It also provides a "scan-on-receive" system according to the invention described below.
Shows a beam pointing angle of 10. Table I shows the linear, one-way angle effect. The two-way effect is more complicated,
Software 50 by the appropriate programming of those skilled in the art
Is easily compensated for.
【0039】 表I 距離セルの差 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 (フィート) アンテナの分離 (フィート) 1 30.0 90.0 - - - - - - 2 14.5 30.0 48.6 90.0 - - - - 3 9.6 19.5 30.0 41.8 56.4 90.0 - - 4 7.2 14.5 22.0 30.0 38.7 48.6 61.0 90.0 5 5.7 11.5 17.5 23.6 30.0 36.9 44.4 53.1 6 4.8 9.6 14.5 19.5 24.6 30.0 35.7 41.8 7 4.1 8.2 12.4 16.6 20.9 25.4 30.0 34.8 8 3.6 7.2 10.8 14.5 18.2 22.0 25.9 30.0 9 3.2 6.4 9.6 12.8 16.1 19.5 22.9 26.4 10 2.9 5.7 8.6 11.5 14.5 17.5 20.5 23.6 以下、時間シフト角度走査が図7に関して説明される。
レーダシステム10の直接正面にある目標15を検出するた
めに、第1の受信機38-1からの各距離セルは、第2のメ
モリ72に記憶された第2の受信機38-2における対応する
距離セルによって乗算されて第1のメモリ71に記憶され
る。出力は、反射する目標15が2つの受信アンテナ32-
1,32-2 の前面に直接に垂直である場合にのみ生じる。
これは、垂直に近い角度のときに当てはまり、そこにお
いて目標15のRDOAは6インチ以下に相当する。RD
OAが大きくなるとき、第2の受信機38-2における目標
15は異なる距離セル内(すなわち4対6)に存在する。Table I Distance cell difference 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 (feet) Antenna separation (feet) 1 30.0 90.0------2 14.5 30.0 48.6 90.0----39.6 19.5 30.0 41.8 56.4 90.0--4 7.2 14.5 22.0 30.0 38.7 48.6 61.0 90.0 5 5.7 11.5 17.5 23.6 30.0 36.9 44.4 53.1 6 4.8 9.6 14.5 19.5 24.6 30.0 35.7 41.8 7 4.1 8.2 12.4 16.6 20.9 25.4 30.0 34.8 8 3.6 7.2 10.8 14.5 18.2 22.0 25.9 30.0 9 3.2 6.4 9.6 12.8 16.1 19.5 22.9 26.4 10 2.9 5.7 8.6 11.5 14.5 17.5 20.5 23.6 Below, the time-shift angle scan is described with reference to FIG.
To detect a target 15 directly in front of the radar system 10, each distance cell from the first receiver 38-1 is stored in the second receiver 38-2 stored in the second memory 72. Are multiplied by the corresponding distance cell and stored in the first memory 71. The output is that the target 15 to be reflected has two receiving antennas 32-
Only occurs if it is directly perpendicular to the front of 1,32-2.
This is true at near vertical angles, where the RDOA of target 15 is less than 6 inches. RD
When OA increases, the target in the second receiver 38-2
15 are in different distance cells (ie 4 to 6).
【0040】図8に関して、第2の受信機38-2における
距離セルは、時間においてシフトされ、その後、第1の
受信機38-1からの距離セルによってソフトウェアにおい
て乗算(X)される。角度オフセットは、2つの距離セ
ルのメモリ71と72との間の時間オフセットに直接に依存
する。図8において、第2の受信機38-2の距離セルは、
時間において2つの距離セルにシフトされる。このシフ
トは、距離セルが6インチであり、アンテナの間隔が4
フィートである場合には、全ての目標15に対する14.
5°の走査角度シフトに比例する。Referring to FIG. 8, the distance cells at the second receiver 38-2 are shifted in time and then multiplied (X) in software by the distance cells from the first receiver 38-1. The angle offset depends directly on the time offset between the memories 71 and 72 of the two distance cells. In FIG. 8, the distance cell of the second receiver 38-2 is:
Shifted to two distance cells in time. This shift is due to the distance cell being 6 inches and the antenna spacing being 4 inches.
If feet, 14. for all goals 15.
It is proportional to the scan angle shift of 5 °.
【0041】第2のメモリ72を1つの距離セルにシフト
し、対応する角度における目標15を評価するこの処理
は、距離セルの数がアンテナの分離した距離と等しくな
るまで距離セルの各セットに対して続行される。その
後、処理は繰返され、負の時間方向における距離セルの
第2のセットをシフトしてアンテナアレイ12の中心線の
反対側の全ての目標15を評価する。目標15までの真の距
離は、乗算の結果として生じる出力73によって図に示さ
れているように、全距離シフトによって決定される(距
離セル差が1/2異なる)。This process of shifting the second memory 72 to one distance cell and evaluating the target 15 at the corresponding angle is performed for each set of distance cells until the number of distance cells is equal to the discrete distance of the antenna. Will continue. Thereafter, the process is repeated, shifting the second set of distance cells in the negative time direction to evaluate all targets 15 on the opposite side of the antenna array 12 centerline. The true distance to target 15 is determined by the total distance shift, as shown by the output 73 resulting from the multiplication (distance cell differences differ by 1 /).
【0042】表Iのデータを使用して、アンテナ32-1,3
2-2 の間の4フィートの間隔と、0.5フィートの距離
セルの間隔は、中心に対して各側上に±90°までの8
方向の走査線を与える。また、アンテナ32-1,32-2 間の
間隔が増加するにつれて、使用できる走査線の数も増加
することが示されている。アンテナの間隔と、それに対
する表示器18上の走査線の数(または解像度)との妥協
がある。Using the data in Table I, the antennas 32-1,3
The two-four-foot spacing between 2-2 and the 0.5-foot distance cell spacing shall be 8 ± 90 ° on each side with respect to the center
Direction scan line. It is also shown that as the distance between the antennas 32-1 and 32-2 increases, the number of scan lines that can be used increases. There is a compromise between antenna spacing and the number (or resolution) of scan lines on the display 18 for it.
【0043】この簡単なTDOAアプローチは単一の目
標15には十分に作用するが、2つだけの受信アンテナ32
-1,32-2 のアンテナビーム幅内の1以上の目標15には不
明確さを生じてしまう。目標15が2つの場合、目標15の
位置に関して4つの可能な解決方法がある。この問題を
解決するために、異なる間隔の3つの受信アンテナ32-
1,32-2,32-3が必要とされる。角度分解能の度合と、不
明確さを減少することは、各受信アンテナ32-1,32-2,32
-3の間の間隔の関数である。本発明によるシステム10に
よって、システムが最適に動作するようにこの間隔の修
正が行われる。付加的な処理モードとして、運動目標の
データのみがコンピュータ49における相関処理によって
使用され、増強された目標の表示を提供する。This simple TDOA approach works well for a single target 15, but only two receive antennas 32
One or more targets 15 within the antenna beamwidth of -1,32-2 will cause ambiguity. With two targets 15, there are four possible solutions for the position of the target 15. In order to solve this problem, three receiving antennas 32-
1,32-2,32-3 are required. Reducing the degree of angular resolution and ambiguity is achieved for each receiving antenna 32-1, 32-2, 32
It is a function of the interval between -3. This interval correction is made by the system 10 according to the invention so that the system operates optimally. As an additional mode of processing, only athletic target data is used by the correlation process in computer 49 to provide an enhanced target display.
【0044】動作において、再び図3および4に関し
て、電圧制御発振器(VCO)54は600MHz乃至1
300MHzで高解像度モードで動作する。このVCO
54は、低電力増幅器55と同じ位置に配置されている。低
電力増幅器55とアンテナアレイ12を相互接続するために
同軸ケーブルが使用される。電力スプリッタ33および電
力増幅器34は送信アンテナ31に直接設置される。電力ス
プリッタ33は、3つの受信機ミキサ36のそれぞれに局部
発振器信号を供給する3つの付加的な出力を供給する。
1つの低雑音前置増幅器35およびミキサ36は、各受信機
38内に含まれている。In operation, referring again to FIGS. 3 and 4, the voltage controlled oscillator (VCO) 54 operates from 600 MHz to 1 MHz.
Operates in high resolution mode at 300 MHz. This VCO
54 is arranged at the same position as the low power amplifier 55. A coaxial cable is used to interconnect the low power amplifier 55 and the antenna array 12. The power splitter 33 and the power amplifier 34 are installed directly on the transmitting antenna 31. Power splitter 33 provides three additional outputs that provide a local oscillator signal to each of three receiver mixers 36.
One low noise preamplifier 35 and mixer 36 are connected to each receiver.
Included within 38.
【0045】各ミキサ36の出力は、レーダ16の連続した
線形FM掃引において受信機38の間で切換えを行う3つ
のポートを有するマルチプレクサ37(それは受信機アン
テナ32の1つに位置されている)に供給される。多重化
された出力は、アナログ−デジタル変換器42に供給され
る前にフィルタ処理および増幅される。The output of each mixer 36 is a three-port multiplexer 37 that switches between receivers 38 in a continuous linear FM sweep of radar 16 (it is located at one of the receiver antennas 32). Supplied to The multiplexed output is filtered and amplified before being provided to the analog-to-digital converter 42.
【0046】図9は、3つの受信アンテナ32-1,32-2,32
-3によって受信された信号の到着時間差を示している。
3つ以上のアンテナ32は不明確さを解決するために使用
される。受信された到着データの角度の処理は、上述の
ように行われるが、アンテナ32-1,32-2,および32-2,32-
3,および32-1,32-3 のそれぞれの対に対して行われる。
レーダ信号の処理によって、不明確さが減少され、ま
た、例えば長い壁等の、延長されたターゲットの検出が
行われる。FIG. 9 shows three receiving antennas 32-1, 32-2, and 32.
-3 indicates the arrival time difference of the received signal.
More than two antennas 32 are used to resolve ambiguity. The processing of the angle of the received arrival data is performed as described above, but the antennas 32-1, 32-2, and 32-2, 32-
3 and 32-1, 32-3.
Processing of the radar signal reduces ambiguity and provides for detection of extended targets, such as long walls.
【0047】本明細書において、例えばコンクリートま
たは漆喰等の不透明なバリアの後方に位置している目標
のレーダ像を生成する新しい改良された映像レーダシス
テムを説明してきた。上述の実施例は、本発明の原理の
適用を表す多数の特定の実施例のうちの幾つかであるこ
とが理解されるべきである。明らかに、多数の別の配置
が本発明の技術的範囲から逸脱することなしに当業者に
よって容易に実施されることができる。A new and improved imaging radar system has been described herein for generating a radar image of a target located behind an opaque barrier, such as concrete or plaster. It should be understood that the above-described embodiments are some of many specific embodiments that represent applications of the principles of the present invention. Obviously, many alternative arrangements can be readily implemented by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
【図1】本発明の原理による映像レーダシステムを使用
した動作シナリオの模式図。FIG. 1 is a schematic diagram of an operation scenario using a video radar system according to the principles of the present invention.
【図2】アンテナアレイおよび送信機を詳細に表してい
る本発明の映像レーダシステムの詳細なブロック図。FIG. 2 is a detailed block diagram of the video radar system of the present invention showing the antenna array and the transmitter in detail.
【図3】信号プロセッサを詳細に表している本発明の映
像レーダシステムの詳細なブロック図。FIG. 3 is a detailed block diagram of the video radar system of the present invention showing the signal processor in detail.
【図4】図1乃至3の映像レーダシステムにおいて使用
されている線形周波数変調連続波(CW)レーダ信号を
示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing a linear frequency modulated continuous wave (CW) radar signal used in the video radar system of FIGS.
【図5】図1の映像レーダシステムにおいて使用されて
いるアンテナの平面図と、部分的に折りたたまれた状態
のアンテナの側面図と、そのアンテナの端面図。5 is a plan view of an antenna used in the video radar system of FIG. 1, a side view of the antenna in a partially folded state, and an end view of the antenna.
【図6】2つの受信アンテナによって受信された信号の
到着時間差の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of an arrival time difference between signals received by two receiving antennas.
【図7】受信機の距離セルのシフトの説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram of a shift of a distance cell of the receiver.
【図8】到着時間差による角度走査の説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram of angle scanning based on an arrival time difference.
【図9】3つの受信アンテナによって受信された信号の
到着時間差の説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram of an arrival time difference between signals received by three receiving antennas.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−220481(JP,A) 特開 平2−129577(JP,A) 特開 平7−50610(JP,A) 特開 平3−58504(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-220481 (JP, A) JP-A-2-129577 (JP, A) JP-A-7-50610 (JP, A) JP-A-3-320 58504 (JP, A)
Claims (12)
の像を生成する映像レーダシステムにおいて、600MHz乃至1.3GHzの範囲の周波数に同調可
能な 低電力の周波数変調連続波レーダ送信機と、前記レーダ 送信機に結合された送信アンテナと、3個以
上の受信アンテナとを具備しているアンテナアレイと、 アンテナアレイの各受信アンテナに結合されたレーダ受
信機と、 レーダ受信機に結合されているコンピュータプロセッサ
と、 前記コンピュータプロセッサに結合されたレーダ表示器
と、前記 アンテナアレイ、前記レーダ送信機、前記レーダ受
信機、および前記コンピュータプロセッサに結合され、
それらに電力を供給する電源とを具備し、 前記アンテナアレイの隣接する各アンテナは相互間の距
離が3乃至12フィートの範囲で互いに距離を隔てて配
置され、 前記コンピュータプロセッサは、目標から得られたレー
ダ反射信号の各受信アンテナに到着する到着時間差処理
を使用してレーダ反射信号を処理して前記アンテナアレ
イの前方における目標の角度を前記アンテナアレイ中の
個々のアンテナにおける目標からのレーダ反射信号の到
着時間差から決定するように構成されていることを特徴
とする 映像レーダシステム。1. A video radar system for producing an image of a target located behind an opaque structure , tunable to a frequency in the range of 600 MHz to 1.3 GHz.
A low power frequency modulated continuous wave radar transmitter, a transmitting antenna coupled to the radar transmitter , and three or more
An antenna array and a reception antenna of the above, the radar receiver coupled to the receiving antennas of the antenna array, and a computer processor coupled to the radar receiver, radar display coupled to the computer processor vessel and said antenna array, said radar transmitter, the radar receiver, and coupled to the computer processor,
Them; and a power supply for supplying power, each antenna adjacent the antenna array distance between each other
At a distance of 3 to 12 feet apart
Is location, the computer processor is obtained from the target rate
Arrival time difference processing of the reflected signal arriving at each receiving antenna
Process the radar reflected signal using the antenna array
The angle of the target in front of b in the antenna array
Arrival of radar return signals from targets at individual antennas
It is configured to be determined from the arrival time difference
Imaging radar system that.
ご形に形成されている請求項1記載のレーダシステム。2. The antenna array according to claim 1, wherein said antenna array is a folding type .
2. The radar system according to claim 1, wherein the radar system is formed in the shape of a gouge.
面とする複数のアンテナから構成されている請求項1記
載のレーダシステム。3. The antenna array transmits and receives on one surface.
2. The radar system according to claim 1, comprising a plurality of antennas serving as surfaces .
れ結合された複数の独立した受信機を具備し、そこにお
いて独立したそれぞれの受信機は前置増幅器およびミキ
サを含んでいる請求項1記載のレーダシステム。4. The receiver according to claim 1, wherein the receiver comprises a plurality of independent receivers each coupled to an individual receiving antenna, wherein each independent receiver includes a preamplifier and a mixer. Radar system.
ッサとの間に結合された3つのポートを有するマルチプ
レクサを具備している請求項1記載のレーダシステム。5. The radar system according to claim 1, further comprising a multiplexer having three ports coupled between each mixer and the computer processor.
パルスを受信するカウンタと、 カウンタに結合され、そのカウンティングを制御するク
ロックと、 カウンタに結合され、線形掃引出力信号を供給するデジ
タル−アナログ変換器と、 デジタル−アナログ変換器に結合されたエラー修正器
と、 エラー修正器に結合された電圧制御発振器と、 電圧制御発振器に結合された電力スプリッタと、 エラー修正器に結合されたスロープエラー検出器と、 送信機出力を供給する電力スプリッタに結合された低電
力増幅器とを具備している請求項1記載のレーダシステ
ム。6. A transmitter coupled to the computer processor for receiving a sweep start pulse therefrom; a clock coupled to the counter for controlling its counting; and a clock coupled to the counter for providing a linear sweep output signal. A digital to analog converter, an error corrector coupled to the digital to analog converter, a voltage controlled oscillator coupled to the error corrector, a power splitter coupled to the voltage controlled oscillator, and coupled to the error corrector The radar system of claim 1, comprising: a slope error detector configured; and a low power amplifier coupled to a power splitter providing a transmitter output.
と、 距離フィルタおよび増幅器に結合されたアナログ−デジ
タル変換器と、 アナログ−デジタル変換器に結合されたコンピュータ
と、 コンピュータに結合されたデジタル信号プロセッサとを
具備している請求項1記載のレーダシステム。7. A computer processor, comprising: a distance filter and an amplifier coupled to the multiplexer; an analog to digital converter coupled to the distance filter and amplifier; a computer coupled to the analog to digital converter; The radar system according to claim 1, further comprising a digital signal processor.
信号プロセッサを具備し、このデジタル信号プロセッサ
は、 フィルタ処理された出力信号を供給する高速フーリエ変
換プロセッサと、 この高速フーリエ変換プロセッサに結合されてそれから
供給された出力信号をフィルタ処理するコヒーレントな
積分フィルタと、 コヒーレントな積分フィルタに結合された検出器と、 この検出器に結合され、マイクロ・ドップラー音響出力
信号を発生するポスト検出器積分器と、 ポスト検出器積分器とコンピュータとに結合されたしき
い値比較器と、 コンピュータにレーダ信号を処理させ、レーダ像を発生
させるソフトウェアとを具備している請求項1記載のレ
ーダシステム。 8. The computer processor according to claim 1, wherein the computer processor is a digital processor.
Comprising a signal processor, the digital signal processor, coherent integration filter and the fast Fourier transform processor for supplying a filtered output signal, filtering the output signal supplied therefrom is coupled to the fast Fourier transform processor A detector coupled to the coherent integration filter; a post-detector integrator coupled to the detector to generate a micro-Doppler acoustic output signal; a detector coupled to the post-detector integrator and the computer. 2. The radar system according to claim 1, comprising a threshold comparator and software for causing a computer to process the radar signal and generate a radar image.
ーサと、 複数のスペーサと、複数のアンテナとに結合され、それ
らを電気的に絶縁し、かつ支持する支持構造とを具備し
ている請求項1記載のレーダシステム。9. The apparatus according to claim 1, further comprising: a plurality of spacers separating each antenna; a plurality of spacers; and a support structure coupled to the plurality of antennas to electrically insulate and support them. 2. The radar system according to 1.
形である請求項1記載のレーダシステム。10. The radar system according to claim 1, wherein each antenna in the antenna array is square.
りたみ可能にする複数のジョイントを具備している請求
項9記載のレーダシステム。11. The radar system according to claim 9, wherein the antenna array further comprises a plurality of joints that allow the array to be folded.
構造の長手方向に沿って配置されている請求項9記載の
レーダシステム。12. The radar system according to claim 9, wherein the transmitter, the receiver, and the power supply are arranged along a longitudinal direction of the support structure.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7139264A JP2716401B2 (en) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | Video radar penetrating concrete |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7139264A JP2716401B2 (en) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | Video radar penetrating concrete |
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---|---|
JPH08334559A JPH08334559A (en) | 1996-12-17 |
JP2716401B2 true JP2716401B2 (en) | 1998-02-18 |
Family
ID=15241241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP7139264A Expired - Lifetime JP2716401B2 (en) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | Video radar penetrating concrete |
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KR101606989B1 (en) * | 2014-06-13 | 2016-03-28 | 재단법인대구경북과학기술원 | Method and apparatus for processing radar signal |
US11002819B2 (en) * | 2018-04-24 | 2021-05-11 | The Boeing Company | Angular resolution of targets using separate radar receivers |
Family Cites Families (3)
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JPH03220481A (en) * | 1990-01-25 | 1991-09-27 | Mitsubishi Electric Corp | Target detector |
JP2586331B2 (en) * | 1993-05-27 | 1997-02-26 | 日本電気株式会社 | Transceiver for mobile satellite communications |
-
1995
- 1995-06-06 JP JP7139264A patent/JP2716401B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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JPH08334559A (en) | 1996-12-17 |
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