JP3015494B2 - モノパルス測角レーダ装置 - Google Patents

モノパルス測角レーダ装置

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JP3015494B2
JP3015494B2 JP3104281A JP10428191A JP3015494B2 JP 3015494 B2 JP3015494 B2 JP 3015494B2 JP 3104281 A JP3104281 A JP 3104281A JP 10428191 A JP10428191 A JP 10428191A JP 3015494 B2 JP3015494 B2 JP 3015494B2
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elevation
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば航空管制用二
次監視レーダ(SSR:Secondary Surceillance Rada
r)装置に用いられ、水平ビーム幅の仰角依存性に起因
する測角精度の仰角依存性を補償する機能を備えるモノ
パルス測角レーダ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】SSR装置における一般的なモノパルス
測角にあっては、図3(a)に示すようなアンテナの和
(Σ)パターン及び差(Δ)パターンの振幅比の関数f
(Δ/Σ)として、アンテナの指向方位(ボアサイト方
位)と目標の真方位との差(オフボアサイト角)に関連
づけて図3(b)に示すSカーブ特性を作成し、処理シ
ステム中にテーブルの形式で用意する。そして、受信機
のf(Δ/Σ)信号出力からSカーブ特性を参照してオ
フボアサイト角を求めることにより、少数の応答パルス
から精度よく目標方位(オフボアサイト方位)が得られ
るようになっている。
【0003】ところで、SSR装置では次世代運用モー
ドとしてモードSが開発されつつある。このモードSは
航空機アドレスを選択指定して行う個別質問応答の機能
を生かし、監視性能を向上させると共に、空対地間のデ
ータリンク通信機能を具備するようにしたものである。
また、SSR装置にはアンテナを機械的に定速回転さ
せ、水平面内にアンテナビームを形成する機械回転方式
と、例えばアレイアンテナを円筒型に配列し、電子的に
走査することにより任意の方位に任意の時点で水平面内
にヒームを指向させる電子走査方式とがある。
【0004】上記機械回転方式は、アンテナビームが定
速で全周をくまなく走査するため、監視性能に優れてい
る。しかしながら、定速回転であるがゆえ、モードSで
使用すると、アンテナビームの照射範囲内に航空機目標
が入るまで時間がかかるため、通信可能となるまでデー
タを格納しておく必要がある。このため、データ通信容
量の限界と、通信の要求を生じてから通信が完了するま
での遅延時間特性の限界が大きな問題となる。
【0005】上記電子走査方式は、電子的走査により、
任意の方位に任意の時点でビームを指向させることがで
きるので個別質問応答に優れ、モードSで使用した場合
にデータ通信容量及び遅延時間特性の大幅な向上を可能
にする。その詳細は、レーダ空中線の電子走査化の研究
報告書(航空振興財団,昭61−03)に記載されてい
る。
【0006】しかしながら、上記円筒型アレイアンテナ
はその形状に起因して不可避的に水平ビーム幅及びSカ
ーブ特性が顕著な仰角依存性を示す。図4にその様子を
示す。図4において、θ0 はフォーカシング仰角であ
り、放射波面の位相が揃う仰角をいう。このことから、
仰角によっては不要応答の増加を招き、SSRの監視機
能として必須要件であるモノパルス測角特性の劣化をも
たらす懸念がある。
【0007】これを避けるためには、円筒型アレイアン
テナの直径を、例えば10数メートル程度以上に大きく
し、かつ多数のアレイを用いてアレイ間隔を短縮する等
の手段が必要となると考えられる。しかし、これでは物
理的及び経済的に実現不可能に近く、大きな制約とな
る。
【0008】また、SSR装置においてモノパルス測角
を行うには、上記円筒型アレイアンテナのように水平ビ
ーム幅及びSカーブ特性が顕著な仰角依存性を示すアン
テナを用いる場合、目標の仰角に応じてSカーブ特性テ
ーブルを用意する必要がある。しかしながら、モノパル
ス測角を行う目標検出の段階で予め目標の仰角を知るこ
とは原理的に不可能なため、SSRとして一括質問応答
を行うような場合に対応することができない。
【0009】したがって、SSR等のモノパルス測角方
式を採るレーダ装置にあっては、円筒型アレイアンテナ
のように水平ビーム幅及びSカーブ特性の顕著な仰角依
存性を有するアンテナを用いると、測角精度も顕著な仰
角依存性を示すため、目標方位を正しく測定することが
できない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
のモノパルス測角レーダ装置では、水平ビーム幅及びS
カーブ特性が顕著な仰角依存性を示すアンテナを用いる
と、測角精度も顕著な仰角依存性を示すため、モノパル
ス測角特性の劣化をもたらし、目標方位を正しく測定す
ることができない。
【0011】この発明は上記の問題を解決するためにな
されたもので、水平ビーム幅及びSカーブ特性が顕著な
仰角依存性を示すアンテナを用いても、測角精度の仰角
依存性を補償することができ、これによって例えばSS
R装置に用いて高精度な監視機能を実現し、モードSの
採用にも十分対応可能なモノパルス測角レーダ装置を提
供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明に係るモノパルス測角レーダ装置は、仰角に
応じて水平ビーム幅が変化するアンテナと、このアンテ
ナにより互いに近接する第1及び第2のビーム指向方位
にそれぞれ和パターン及び差パターンを生成し、さらに
それぞれのビーム指向方位のアンテナ出力から和パター
ンと差パターンの振幅比に対応した第1及び第2の信号
を出力する送受信機と、予め前記第1及び第2のビーム
指向方位における規定仰角範囲のオフボアサイト角対仰
角特性がテーブル化されて格納されるテーブル格納部
と、このテーブル格納部を参照し前記送受信機から出力
される第1及び第2の信号それぞれに対応する規定仰角
範囲の水平方位変化特性を求め、さらに各水平方位変化
特性を重ね合わせて一致する仰角及び方位を検出し、こ
れを目標に対する真のオフボアサイト情報として出力す
るモノパルス測角処理部とを具備して構成される。
【0013】
【作用】上記構成によるモノパルス測角レーダ装置で
は、互いに異なる仰角において異なる水平ビーム幅を有
するアンテナを用い、このアンテナの第1、第2のビー
ム指向方位のアンテナ出力から各和のパターン及び差の
パターンを生成し、さらにその振幅比に基づく第1、第
2の信号を生成して、テーブル格納部に格納された対応
するオフボアサイト角対仰角特性テーブルから第1の複
数の方位角及び第2の複数の方位角を求め、これらの方
位角から目標に対する真のオフボアサイト情報として出
力する。
【0014】
【実施例】以下、図1及び図2を参照してこの発明の一
実施例を説明する。
【0015】図1はその構成を示すもので、1はアンテ
ナアレイを円筒状に配列し、電子走査によって水平面内
にビームを形成する電子走査式アンテナである。このア
ンテナ1は前述したように水平ビーム幅及びSカーブ特
性が仰角依存性を示す。このアンテナ1には送受信機2
が接続される。この送受信機2は、アンテナ1の走査面
をN(Nは自然数)分割し、所定時間毎に分割した各方
位に順にビームを形成させ、連続する2方位のアンテナ
出力から各和のパターンΣM ,ΣM+1 及び差のパターン
ΔM ,ΔM+1 (Mは0〜N−1の整数)を生成し、さら
にその振幅比の関数f(Δ/Σ)M ,f(Δ/Σ)M+1
を生成する。この送受信機2の出力f(Δ/Σ)M ,f
(Δ/Σ)M+1 はモノパルス測角処理部3に送られる。
【0016】一方、テーブル格納部4には、予め各ビー
ム指向方位毎に仰角の下限及び上限について、オフボア
サイト角対仰角特性がテーブル化されて格納されてい
る。上記モノパルス測角処理部3はこのテーブル格納部
4を参照し、各ビーム指向方位に対応するテーブルから
入力関数f(Δ/Σ)M ,f(Δ/Σ)M+1 に対応する
下限仰角及び上限仰角範囲の水平方位変化を求め、さら
に両者を重ね合わせて一致する仰角及び方位を検出し、
これを目標に対する真のオフボアサイト情報として出力
する。上記構成において、以下、図2を参照してその作
用を説明する。
【0017】いま、図1に示すように、航空機目標Tが
ビーム指向方位[1],[2]の間に存在しているとす
る。送受信機2はアンテナ1の出力から各方位[1],
[2]における和のパターンΣ1 ,Σ2 及び差のパター
ンΔ1 ,Δ2 を生成し、さらにその振幅比の関数f(Δ
/Σ)1 ,f(Δ/Σ)2 を生成する。この送受信機2
の出力f(Δ/Σ)1 ,f(Δ/Σ)2 はモノパルス測
角処理部3に送られる。
【0018】一方、テーブル格納部4には、予め各ビー
ム指向方位[1],[2]における下限仰角θ1 び上限
仰角θ2 のオフボアサイト角対仰角特性がテーブル化さ
れて格納されている。ビーム指向方位[1]の特性を図
2(a)に、[2]の特性を図(c)に示す。但し、θ
1 、θ2 はそれぞれ垂直面内覆域から推定される上限と
する。
【0019】上記モノパルス測角処理部3は、各ビーム
指向方位[1],[2]に対応するテーブルを参照し、
入力関数f(Δ/Σ)1 ,f(Δ/Σ)2 に対応する下
限仰角θ1 及び上限仰角θ2 範囲に対応する水平方位範
囲φ11〜φ12,φ21〜φ22を求める。さらに、その両範
囲の水平方位と仰角との関係を求めた後、両者を重ね合
わせて一致する仰角及び方位を検出する。この様子を図
2(b)に示す。同図において、曲線Aは方位[1]、
曲線Bは方位[2]に対応する水平方位と仰角との関係
を示している。
【0020】ここで、曲線AとBは同一の目標Tからほ
ぼ同時に得られたものであるので、当該目標Tの真のオ
フボアサイト方位及び仰角は曲線AとBの交点から一意
に定まると結論付けられる。この方式は、概念的にはf
(Δ/Σ)1及びf(Δ/Σ)2 のそれぞれに対して予
め用意されているオフボアサイト角対仰角特性のテーブ
ルを重ね合わせて交点を見出だすものと理解できるが、
実際には可能なf(Δ/Σ)1 ,f(Δ/Σ)2 のあら
ゆる組み合わせに対して曲線A,Bの交点を予め求め、
これをテーブルとして用意しておき、f(Δ/Σ)1
f(Δ/Σ)2の値を得次第、このテーブルを参照して
オフボアサイト角及び仰角を求めれば効率的である。
【0021】したがって、上記構成によるモノパルス測
角レーダ装置は、水平ビーム幅及びSカーブ特性に仰角
依存性を示すアンテナを用いても、それに起因する測角
精度の仰角依存性を補償することができるので、モノパ
ルス測角を正確に行うことができる。これにより、例え
ば円筒型アレイアンテナによる電子走査等の活用が可能
になり、SSRの一括質問応答等、応用範囲を広げるこ
とができる。
【0022】尚、上記モノパルス測角処理部3は電子計
算機を用いてソフトウェアによって処理可能である。そ
の他、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である
ことはいうまでもない。
【0023】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、水平ビ
ーム幅及びSカーブ特性が顕著な仰角依存性を示すアン
テナを用いても、測角精度の仰角依存性を補償すること
ができ、これによって例えばSSR装置に用いて高精度
な監視機能を実現し、モードSの採用にも十分対応可能
なモノパルス測角レーダ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るモノパルス測角レーダ装置の一
実施例を示すブロック構成図。
【図2】同実施例の測角方法を説明するための特性図。
【図3】モノパルス測角レーダ装置の一般的な測角方法
を説明するための特性図。
【図4】円筒型アレイアンテナが持つ水平ビーム幅及び
Sカーブ特性が顕著な仰角依存性を示す特性図。
【符号の説明】
1…円筒型アレイアンテナ、2…送受信機、3…モノパ
ルス測角処理部、4…テーブル格納部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 仰角に応じて水平ビーム幅が変化するア
    ンテナと、 このアンテナにより互いに近接する第1及び第2のビー
    ム指向方位にそれぞれ和パターン及び差パターンを生成
    し、さらにそれぞれのビーム指向方位のアンテナ出力か
    ら和パターンと差パターンの振幅比に対応した第1及び
    第2の信号を出力する送受信機と、 前記第1及び第2のビーム指向方位における規定仰角範
    囲のオフボアサイト角対仰角特性から前記送受信機から
    出力される第1及び第2の信号それぞれに対応する規定
    仰角範囲の水平方位変化特性を求め、さらに各水平方位
    変化特性を重ね合わせたときに一致する仰角及び方位を
    目標に対する真のオフボアサイト情報として出力するモ
    ノパルス測角処理手段とを具備するモノパルス測角レー
    ダ装置。
  2. 【請求項2】 仰角に応じて水平ビーム幅が変化するア
    ンテナと、 このアンテナにより互いに近接する第1及び第2のビー
    ム指向方位にそれぞれ和パターン及び差パターンを生成
    し、さらにそれぞれのビーム指向方位のアンテナ出力か
    ら和パターンと差パターンの振幅比に対応した第1及び
    第2の信号を出力する送受信機と、 予め前記第1及び第2のビーム指向方位における規定仰
    角範囲のオフボアサイト角対仰角特性がテーブル化され
    て格納されるテーブル格納部と、 このテーブル格納部を参照し前記送受信機から出力され
    る第1及び第2の信号それぞれに対応する規定仰角範囲
    の水平方位変化特性を求め、さらに各水平方位変化特性
    を重ね合わせて一致する仰角及び方位を検出し、これを
    目標に対する真のオフボアサイト情報として出力するモ
    ノパルス測角処理部とを具備するモノパルス測角レーダ
    装置。
  3. 【請求項3】 仰角に応じて水平ビーム幅が変化するア
    ンテナと、 このアンテナにより、予め決められた複数の方位の内の
    任意の方位に、互いに近接する一対のビームを形成する
    ものとし、各ビームの指向方位にそれぞれ和パターン及
    び差パターンを生成し、さらにそれぞれのビーム指向方
    位のアンテナ出力から和パターンと差パターンの振幅比
    に対応した第1及び第2の信号を出力する送受信機と、 前記予め決められた複数の方位それぞれについて、前記
    一対のビーム指向方位それぞれにおける規定仰角範囲の
    オフボアサイト角対仰角特性から前記送受信機から出力
    され得る第1及び第2の信号それぞれに対応する規定仰
    角範囲の水平方位変化特性を求め、さらに各水平方位変
    化特性を重ね合わせたとき一致する仰角及び方位の情報
    が予めテーブル化されて格納されるテーブル格納部と、 前記送受信機から出力される第1及び第2の信号が与え
    られるとき、前記テーブル格納部を参照して対応する仰
    角及び方位の情報を選び、これを目標に対する真のオフ
    ボアサイト情報として出力するモノパルス測角処理部と
    を具備するモノパルス測角レーダ装置。
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