JP3443701B2 - 電子走査型レーダ装置及び測角処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子走査アンテナ
を使用して目標を検出するレーダ装置に係り、特に小型
化、低価格化が要求される飛しょう体搭載用小型レーダ
装置やエアボーン用レーダ装置などに適するものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、レーダ装置にあっては、
自ら目標方向へ電波を照射し、目標によって反射された
信号を処理することで目標情報（距離、角度等）を得
る。これらのレーダ装置において、目標の角度誤差の算
出方式として現在最も多く用いられているものがモノパ
ルス方式である。

【０００３】図５にモノパルス方式を用いた電子走査ア
ンテナを使用したレーダ装置の一例を示す。図５におい
て、１１は電子走査アンテナであり、移相量制御器１２
からの移相量に応じて方位方向、高低方向に送信ビーム
及び受信ビームを振ることができる。このアンテナ１１
の励振電力はコンパレータ（分配合成器）１３を通じて
与えられる。

【０００４】送信機１４は一定の繰り返し周期で送信パ
ルスを発生する。この送信パルスはサーキュレータ１５
を介してコンパレータ１３に送られてアンテナ１１から
指定方向へ放射される。この方向に目標物体があると、
送信パルスが目標で反射され、その反射パルスが電子走
査アンテナ１１に返ってくる。

【０００５】ここで、モノパルス方式とは、一部が重な
り合った２個のアンテナビームを一組として用い、角度
誤差を検出する方式である。方位、高低の両方について
角度誤差を検出するときは、図５中に示すように例えば
アンテナ１１の放射素子を方位方向、高低方向に４分割
して４個のアンテナビーム（図５ではＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）
を形成する。

【０００６】これら４個のアンテナビームを形成する放
射素子の出力Ａ〜Ｄはコンパレータ１３に供給される。
このコンパレータ１３は各領域Ａ〜Ｄの放射素子出力を
合成して和信号（Σ）と差信号（Δ）を得る。差信号
（Δ）としては、方位角差信号（ΔＡｚ）及び高低角差
信号（ΔＥｌ）が生成される。和信号（Σ）はサーキュ
レータ１５を介して３チャネル受信機１６に供給され、
方位角差信号（ΔＡｚ）及び高低角差信号（ΔＥｌ）は
直接３チャネル受信機１６に供給されてそれぞれビデオ
検波され、測角演算処理装置１７に供給される。

【０００７】具体的な測角演算処理を図６に示す。方位
方向及び高低方向の角度−利得特性を表すビームパター
ンは、それぞれ図６（ａ）に示すようなΣパターン（実
線）、Δパターン（点線）となる。測角演算処理では、
この特性を利用し、差信号（Δ）を和信号（Σ）で除
す、すなわち正規化するという方法を用いている。この
とき、角度誤差電圧をεv とすると、 εv ＝Δ／Σ となり、図６（ｂ）に示すようなモノパルスＳ字カーブ
特性に当てはめることで、角度誤差ε0 が得られる。そ
こで、計測中心方向をθa 、モノパルス方式で得られた
角度誤差をε0とすると、目標方向θ0は θ0 ＝θa ＋ε0 で表される。

【０００８】以上のモノパルス方式は、１回の受信パル
スの和及び差信号を同時に処理する必要があるため、図
５に示すように、通常３系統の受信系統が必要である
（方位方向と高低方向を時分割で処理するシステムで
は、受信系統が２系統の場合もある）。

【０００９】また、モノパルス方式以外にも比較的古い
タイプのレーダにおいては、アンテナビームを目標近傍
へ連続的に走査し、その受信信号強度を平均化すること
により測角を行う方式がある。代表的な例としてはコニ
カルスキャン方式などがある。

【００１０】しかしながら、これらの従来方式では、必
要となる受信系統が１系統（和信号系統）であり、ハー
ドウェアが簡素となる利点がある反面、受信信号の時間
的変動の影響を受けやすい欠点がある。これは送受信ビ
ームが目標近傍を連続的に走査するため、送信ビームの
中心方向が時間的に刻々と変化し、常に異なる方向を向
いていることになるからである。

【００１１】この場合、目標の近傍に複雑なクラッタが
存在すると、そのクラッタから反射する電波と目標から
反射する電波とが合成されて入射される。このため、ビ
ーム走査方向によりクラッタから反射する電波が著しく
変化した場合には、これに伴って受信信号も変動してし
まうことになる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、現在
のレーダ装置における角度誤差の算出には、受信信号強
度の変動要素の影響を受けにくいモノパルス方式が一般
的であり、良好な角度誤差精度が得られる反面、受信系
が３系統必要であり、ハードウェア規模が大きく、それ
に伴い製品価格も高くなる欠点がある。

【００１３】また、従来のコニカルスキャン方式などの
ビーム走査方式による測角は、ハードウェアが簡素化で
きる反面、送信ビームが常にその放射方向を変更するた
めに目標から反射された電波の受信信号強度が時間的に
変動する。そのため、測角精度が悪化するという欠点が
あった。

【００１４】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、モノパルス方式と同等の機能を有し、ハ
ードウェア規模の縮小及びそれに伴う低価格化をも可能
とする電子走査型レーダ装置及び測角処理方法を提供す
ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明に係る電子走査レーダ装置は、一定の繰り返
し周期で送信パルスを生成する送信パルス生成手段と、
前記送信パルスを放射する送信ビーム、前記送信パルス
の反射パルスを受信する受信ビームをそれぞれ指定方向
に形成する電子走査型アンテナと、この電子走査型アン
テナに対し、前記送信ビームを指定された計測中心方向
に向けて複数回繰り返して形成する送信ビーム形成制御
手段と、前記送信パルスの繰り返し周期毎に、前記送信
パルスの送信期間終了後、前記計測中心方向に対して点
対称となるように、水平方向の左右に順次規定量のオフ
セットを持たせて切り替えて第１及び第２の受信ビーム
を形成する水平方向受信ビーム形成、高低方向の上下に
順次規定量のオフセットを持たせて切り替えて第３及び
第４の受信ビームを形成する高低方向受信ビーム形成を
交互に行う受信ビーム形成制御手段と、この手段で前記
送信パルスの繰り返し周期毎に切り替えられる第１及び
第２の受信ビーム、第３及び第４の受信ビームの各組の
受信信号を順次取り込んで、それぞれ周波数変換を施し
てビデオ検波する受信手段と、この受信手段で得られた
対称関係にある第１及び第２の受信ビームのビデオ検波
信号、第３及び第４の受信ビームのビデオ検波信号の各
組から前記計測中心方向に対する目標方向の水平方向の
角度誤差及び高低方向の角度誤差をそれぞれ求め、前記
計測中心方向の角度に加算することで目標方向の水平方
向角度及び高低方向角度を求める測角手段とを具備して
構成される。

【００１６】特に、本発明に係る測角処理方法は、前記
送信ビームを指定された計測方向に向けて形成し、受信
ビームを送信パルスの繰り返し周期ごとに少なくとも水
平方向、高低方向のいずれか一方について、計測中心点
を対称にオフセットを持たせて切り替えて形成し、対称
関係にある受信ビームの受信信号を用いて計測中心点に
対する目標方向の角度誤差を求めることを特徴とする。

【００１７】すなわち、本発明は、送信ビーム及び受信
ビームの電波放射方向を切り替えることにより、送信ビ
ームを常に一定方向に放射し、受信信号の時間的変動を
極力低減させ、その受信信号を包括的に処理し、角度誤
差を算出する測角処理手段を具備したことを特徴とす
る。

【００１８】特に旧タイプのビーム走査方式による測角
方式との違いは、上述のように目標から反射する電波の
時間的変動を極力低減するために、送信ビーム方向は常
に計測中心方向に照射し、受信ビームのみ送信ビームか
らある規定値だけオフセットした角度にて受信するとこ
ろである。

【００１９】上記手段を具備した測角処理方法にあって
は、単一受信系（和信号系）のみを使用して、角度誤差
を算出することが可能となり、レーダ装置のハードウェ
ア規模の縮小に伴う小型化及び低価格化が実現できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００２１】図１は本発明の実施形態とする電子走査型
レーダ装置の構成を示すものである。図１において、１
はビームの方向を送信／受信にて高速に切替が可能な電
子走査アンテナであり、そのビーム形成方向は移相量制
御器２から与えられる移相量によって決定される。移相
量制御器２は、計測方向情報が与えられると、その方向
に対応した移相量をアンテナ１に送出する。

【００２２】送信機３は一定周期で送信パルスを生成出
力しており、この送信パルスはサーキュレータ４を介し
てアンテナ１に送られ、移相量制御器２からの移相量に
応じた方向へ送出される。アンテナ１は、移相量制御器
２からの移相量に対応した受信ビームを形成し、送信パ
ルスの反射波を受信すると、全ての放射素子出力を合成
して和信号（Σ）を生成する。この和信号はサーキュレ
ータ４を介して１チャネル受信機５に送られ、ビデオ検
波される。この受信機５の出力はマルチパルス測角処理
装置６に供給される。

【００２３】このマルチパルス測角処理装置６は、図２
に示すように、移相量制御器４に対して、送信ビームを
指定方向に形成するように指示し、さらに送信ビームの
計測中心Ｔに対して点対称となるように水平方向、高低
方向にオフセットを持った受信ビームＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
を、図３に示すように送信繰り返し周期（ＰＲＩ）で切
り替えて形成するように指示する。そして、それぞれの
受信ビームＡ〜Ｄによって得られるビデオ信号を順次取
り込んで保存しておき、水平方向にオフセットを持つ受
信ビームＡとＢのビデオ信号から水平方向の目標角度を
求め、高低方向にオフセットを持つ受信ビームＣとＤの
ビデオ信号から高低方向の目標角度を求める。

【００２４】上記構成において、以下にその処理動作を
説明する。

【００２５】まず、初期設定として、マルチパルス測角
処理装置６から移相量制御器２に計測方向（目標の存在
がわかっている場合には、その方向）情報を与え、さら
に、計測中心Ｔの方向に対する受信ビームＡ〜Ｄの水
平、高低方向のオフセット量を設定する。これにより、
アンテナ１は、送信時に計測中心Ｔの方向に対応する移
相量が設定され、受信時に計測中心Ｔの方向に対して水
平方向、高低方向にオフセットする移相量が１ＰＲＩ毎
に順次切り替えられて設定される。

【００２６】最初の１ＰＲＩ内での処理は次の通りであ
る。まず、電子走査アンテナ１へ計測中心Ｔの方向にビ
ーム形成が可能な移相量を設定し、送信機３から電子走
査アンテナ１へ給電することにより、計測中心Ｔに向け
て空間に送信波を放射する。次に受信時であるが、送信
期間終了直後に計測中心Ｔから水平左方向に所定角度だ
けずれたＡ方向にビーム形成が可能な移相量を電子走査
アンテナ１に設定し、目標からの反射波を受信する。そ
の受信波は受信機５にて周波数変換を行ってビデオ検波
した後、マルチパルス測角処理装置６に入力され、受信
信号Ｓa として一時保管される。

【００２７】次のＰＲＩ内処理では、送信ビームは前Ｐ
ＲＩと同じ計測中心Ｔに向けて電波を放射する。受信時
には前ＰＲＩと点対称（この時の基準点は計測中心Ｔと
なる）の方向である計測中心Ｔから水平右方向に所定角
度だけずれたＢ方向にビーム形成が可能な移相量を電子
走査アンテナ１に設定し、目標から反射する電波を受信
し、その受信波を受信機５にて周波数変換を行ってビデ
オ検波した後、受信信号Ｓb としてマルチパルス測角処
理装置６にて保存する。

【００２８】次のＰＲＩ内処理では、送信ビームは前Ｐ
ＲＩと同じ計測中心Ｔに向けて電波を放射する。受信時
には計測中心Ｔから高低上方向に所定角度だけずれたＣ
方向にビーム形成が可能な移相量を電子走査アンテナ１
に設定し、目標から反射する電波を受信し、その受信波
を受信機５にて周波数変換を行ってビデオ検波した後、
受信信号Ｓc としてマルチパルス測角処理装置６にて保
存する。

【００２９】次のＰＲＩ内処理では、送信ビームは前Ｐ
ＲＩと同じ計測中心Ｔに向けて電波を放射する。受信時
には前ＰＲＩと点対称（この時の基準点は計測中心Ｔと
なる）の方向である計測中心Ｔから高低下方向に所定角
度だけずれたＤ方向にビーム形成が可能なように移相量
を電子走査アンテナ１に設定し、目標から反射する電波
を受信し、その受信波を受信機５にて周波数変換を行っ
てビデオ検波した後、受信信号Ｓd としてマルチパルス
測角処理装置６にて保存する。

【００３０】マルチパルス測角処理装置６では、上記４
個のビーム受信信号Ｓa 〜Ｓd から以下の手法によって
目標方向Ｍを測角する。まず、方位方向の受信ビーム
Ａ、Ｂのパターンは、図４（ａ）に示すように、計測中
心Ｔに向けられた送信ビームのパターン（実線）に対し
て左右対称になる。このため、受信ビームＡ、Ｂの受信
信号出力電圧をＳa 、Ｓb とすると、目標方向の角度誤
差電圧εhvは、 εhv＝（Ｓa −Ｓb ）／（Ｓa ＋Ｓb ） のように表現できる。角度誤差と角度誤差電圧との間に
は図４（ｂ）に示すようなＳ字カーブ特性が得られる。
この特性に角度誤差電圧εhvを当てはめて角度誤差ε0
を求め、次式のように角度誤差εh0を計測中心Ｔの方向
θhaに加算することで、目標水平方向角度θh0を求める
ことができる。

【００３１】θh0＝θha＋εh0 同様の測角処理を受信ビームＣ、Ｄの受信信号出力電圧
Ｓc 、Ｓd を用いて行うことで、目標高低方向角度θv0
を求めることができる。よって、両角度の値を合成すれ
ば、目標方向Ｍを求めることができる。

【００３２】したがって、上記構成によれば、全ＰＲＩ
ともある一定の方向である計測中心Ｔ方向に電波を放射
することにより、従来からのコニカルスキャン方式など
のビーム走査方式と比較して受信信号Ｓの時間的変動が
低減できる。また、この一連の送受信動作を繰り返し、
その一連の動作から得られる受信信号Ｓを包括的に処理
することにより、計測中心Ｔの点と目標方向Ｍの角度誤
差εを計測することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、モノパル
ス方式と同等の機能を有し、ハードウェア規模の縮小及
びそれに伴う低価格化をも可能とする電子走査型レーダ
装置及び測角処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態とする電子走査型レーダ装
置の構成を示すブロック図。

【図２】 同実施形態の送信ビーム及び受信ビームのパ
ターン形成方向を示すパターン配置図。

【図３】 同実施形態における受信ビーム形成方向の切
替処理を示すタイミング図。

【図４】 同実施形態の測角処理内容を説明するための
図。

【図５】 従来のモノパルス方式による電子走査型レー
ダ装置の構成を示すブロック図。

【図６】 上記モノパルス方式による測角処理内容を説
明するための図。

【符号の説明】

１…電子走査アンテナ ２…移相量制御器 ３…送信機 ４…サーキュレータ ５…１チャネル受信機 ６…マルチパルス測角処理装置 １１…電子走査アンテナ １２…移相量制御器 １３…コンパレータ（分配合成器） １４…送信機 １５…サーキュレータ １６…３チャネル受信機 １７…測角演算処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 敏也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝小向工場内 (72)発明者 中村 智 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝小向工場内 (72)発明者 蜂須 裕之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝小向工場内 (56)参考文献 特開 平６−3444（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−49278（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−127282（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定の繰り返し周期で送信パルスを生成す
   る送信パルス生成手段と、 前記送信パルスを放射する送信ビーム、前記送信パルス
   の反射パルスを受信する受信ビームをそれぞれ 指定方向
   に形成する電子走査型アンテナと、 この電子走査型アンテナに対し、前記送信ビームを指定
   された計測中心方向に向けて複数回繰り返して形成する
   送信ビーム形成制御手段と、 前記送信パルスの繰り返し周期毎に、前記送信パルスの
   送信期間終了後、前記計測中心方向に対して点対称とな
   るように、水平方向の左右に順次規定量のオフセットを
   持たせて切り替えて第１及び第２の受信ビームを形成す
   る水平方向受信ビーム形成、高低方向の上下に順次規定
   量のオフセットを持たせて切り替えて第３及び第４の受
   信ビームを形成する高低方向受信ビーム形成を交互に行
   う受信ビーム形成制御手段と、 この手段で前記送信パルスの繰り返し周期毎に切り替え
   られる第１及び第２の受信ビーム、第３及び第４の受信
   ビームの各組の受信信号を順次取り込んで、それぞれ周
   波数変換を施してビデオ検波する受信手段と、 この受信手段で得られた対称関係にある第１及び第２の
   受信ビームのビデオ検波信号、第３及び第４の受信ビー
   ムのビデオ検波信号の各組から前記計測中心方向に対す
   る目標方向の水平方向の角度誤差及び高低方向の角度誤
   差をそれぞれ求め、前記計測中心方向の角度に加算する
   ことで目標方向の水平方向角度及び高低方向角度を求め
   る測角手段とを具備することを特徴とする電子走査型レ
   ーダ装置。
2. 【請求項２】一定の繰り返し周期で送信パルスを生成
   し、前記送信パルスを放射する送信ビームを指定された
   計測中心方向に向けて形成し、前記送信パルスの繰り返
   し周期毎に、前記送信パルスの送信期間終了後、計測中
   心方向に対して点対称となるように、水平方向の左右に
   順次規定量のオフセットを持たせて切り替えて第１及び
   第２の受信ビームを形成する水平方向受信ビーム形成、
   高低方向の上下に順次規定量のオフセットを持たせて切
   り替えて第３及び第４の受信ビームを形成する高低方向
   受信ビーム形成を交互に行い、それぞれの受信ビームの
   受信信号を周波数変換してビデオ検波し、対称関係にあ
   る第１及び第２の受信ビームのビデオ検波信号、第３及
   び第４の受信ビームのビデオ検波信号の各組から前記計
   測中心方向に対する目標方向の水平方向の角度誤差及び
   高低方向の角度誤差をそれぞれ求め、前記計測中心方向
   の角度に加算することで目標方向の水平方向角度及び高
   低方向角度を求める測角処理方法。