JP3721104B2

JP3721104B2 - Tracking radar

Info

Publication number: JP3721104B2
Application number: JP2001250634A
Authority: JP
Inventors: 勉渡部; 成三上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2021-08-21
Also published as: JP2003066138A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェーズドアレイアンテナを用いた追尾レーダに関し、特に、方位方向または仰角方向のうち少なくとも一方向に駆動可能な駆動機能を有する追尾レーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フェーズドアレイアンテナを用いた追尾レーダとしては、図８に示す追尾レーダが知られている。以下、図８に示す従来の追尾レーダの基本的な動作について説明する。
まず、送信器５により生成された送信信号がサーキュレータ４を介して電力分配合成器３に供給され、電力分配合成器３により信号分配された送信信号が移相器２−１〜２−Ｋに供給される。この間、後述する追随処理器９から出力されるビーム走査角（θｓ）が走査制御器１１に供給され、ビーム走査角（θｓ）に応じて位相制御された移相器２−１〜２−Ｋによりアンテナ素子１−１〜１−Ｋからなるフェーズドアレイアンテナに給電され、送信ビームが形成されて空間放射される。
【０００３】
この送信信号は、目標物により反射されてアンテナ素子１−１〜１−Ｋに入射されて受信信号として移相器２−１〜２−Ｋに供給され、移相器２−１〜２−Ｋにより位相制御された後に電力分配合成器３により信号合成され、サーキュレータ４を介して受信器６により周波数変換された後にＡ／Ｄ変換およびＩ／Ｑ直交検波される。この信号は、目標検出器７によりスレッショルドレベルを越える信号強度のときに目標検出され、目標検出された信号は測角演算器８により測角演算されてビーム走査角（θｓ）に対する測角誤差角（θＥ）が得られる。追随処理器９では測角誤差角（θＥ）に基づいて次の目標位置が追尾フィルタにより予測演算され、走査制御器１１に設定されるとともに、目標位置情報が表示器１０に表示される。
【０００４】
ここで、フェーズドアレイアンテナを使用する場合、その角度覆域（ビーム走査により、目標追随できる角度範囲）を越えて移動する目標物に対しては、フェーズドアレイアンテナを駆動する必要がある。そこで、目標物が設定された角度範囲を超えて移動した場合には、追随処理器９から出力される駆動制御信号は、駆動制御器１２を介して駆動部１３に入力され、フェーズドアレイアンテナが方位方向、高低方向のうち少なくとも一方向に駆動される。この駆動部１３には角度検出器１３１が内蔵されており、角度検出器１３１により検出されたフェーズドアレイアンテナの駆動角度が角度データ（θM ）として駆動制御器１２を介して追随処理器９に入力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフェーズドアレイアンテナを駆動制御する機能を有した追尾レーダでは、大きな角速度で駆動制御すると駆動角度誤差が大きくなり、これがビーム幅より大きくなると追尾している目標物を見失うという問題があった。
【０００６】
このため、目標追随を継続するためには、回転速度を低速にする必要があった。以下、追随処理器９での処理内容を詳細に説明する。
追随処理器９では、前回のビーム走査角θｓ（ｎ−１）と測角演算器８により演算された前回の側角誤差角θＥ（ｎ−１）に基づいて、今回の目標予測位置θｐ（ｎ）を求め、
【数１】
θｐ（ｎ）＝θｓ（ｎ−１）＋θＥ（ｎ−１）（１）
表示器１０に出力している。
【０００７】
そして、追随処理器９では、時刻ｎでの今回の目標予測位置θｐ（ｎ）、角度検出器１３１により検出された前回および前前回の角度データ（θM ）に基づいて、時刻ｎにおけるビーム走査角（θｓ（ｎ））を求め、
【数２】
θｓ（ｎ）＝θｐ（ｎ）−｛θM （ｎ−１）−θM （ｎ−２）｝（２）
走査制御器１１に出力している。
なお、角度検出器１３１により検出された角度データ（θM ）は、駆動制御器１２を介して追随処理器９に入力されるまでに遅延時間があるため、時刻（ｎ−２）と（ｎ−１）の角度データから移動角度を求め、時刻ｎでの移動角度として扱っていた。
【０００８】
一方、フェーズドアレイアンテナの回転起動時や停止時には、アンテナ系の慣性モーメントに起因した過渡特性が作用するので、角度検出器１３１により検出される時間ごとの駆動部１３の移動角度（θM ）が異なっている。
そこで、従来の追尾レーダでは、回転起動時や停止時の過渡特性がビーム幅に対して、無視できる程度となるように駆動回転を低速に設定する必要があった。このため、大きな角速度を有してフェーズドアレイアンテナの角度覆域外へ移動する目標物の追尾を維持することができなかった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、大きな角速度を有してフェーズドアレイの角度覆域外へ移動する目標物をも追尾を維持することができる追尾レーダを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、複数の素子アンテナ及び移相器から構成されるフェーズドアレイアンテナを駆動する駆動手段を有する追尾レーダにおいて、前記フェーズドアレイアンテナにより受信される受信信号から目標物を検出する目標検出手段と、前記目標検出手段により目標物として検出された信号からビーム走査角に対する測角誤差角を演算する測角演算手段と、前記測角演算手段により演算されたビーム走査角に対する測角誤差角に基づいて目標予測位置を予測演算し、この目標予測位置が前記フェーズドアレイアンテナの追尾覆域内の所定の角度範囲を超えたかどうかを判断し、この目標予測位置が所定の角度範囲を超えた場合には、追尾覆域内において目標物の追尾を維持するように前記駆動制御信号を生成して前記駆動手段に出力する追随処理手段と、前記追随処理手段により生成された駆動制御信号に応じてフェーズドアレイアンテナを駆動するための移動角度を予測演算して前記追随処理手段に出力する駆動角演算手段とを要旨とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記駆動角演算手段は、前記追随処理手段により生成された駆動制御信号に応じて、前記フェーズドアレイアンテナの駆動手段に関する回転起動時や停止時の移動角度の過渡特性を示す所定の演算式により移動角度を予測演算することを要旨とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記フェーズドアレイアンテナの移動角を検出する駆動角検出手段を備え、前記駆動角演算手段は、前記追随処理手段により生成された駆動制御信号に応じて、前記フェーズドアレイアンテナの駆動手段に関する回転起動時や停止時の移動角度の過渡特性を記憶する前記タイムテーブルから出力される移動角度を累積積分して積分値を求める積分手段と、前記駆動角検出手段により検出されたフェーズドアレイアンテナの移動角から前記積分値を減算して補正角を求める減算手段と、移動角度と前記補正角とを加算して補正後値を求め、この補正後値を移動角度として前記追随処理手段に出力する加算手段とを有することを要旨とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る追尾レーダの構成を示すブロック図である。
【００１５】
図１において、送信器５では、周期的に送信信号を生成してサーキュレータ４に供給し、さらに、サーキュレータ４を介して電力分配合成器３に供給する。電力分配合成器３では、この送信信号を分配して移相器２−１〜２−Ｋに供給する。
この間、後述する追随処理器９から出力されるビーム走査角（θｓ）を受け取った走査制御器１１は、このビーム走査角（θｓ）に応じて移相器２−１〜２−Ｋを位相制御し、移相器２−１〜２−Ｋから出力される送信信号をアンテナ素子１−１〜１−Ｋからなるフェーズドアレイアンテナに給電して送信ビームを形成し空間放射する。
【００１６】
この送信信号は、目標物により反射されてアンテナ素子１−１〜１−Ｋに入射されて受信信号として移相器２−１〜２−Ｋに供給される。移相器２−１〜２−Ｋでは、受信信号を位相制御して電力分配合成器３に供給して信号合成し、サーキュレータ４を介して受信器６により周波数変換を行った後にＡ／Ｄ変換およびＩ／Ｑ直交検波する。この信号は、目標検出器７により設定されたスレッショルドレベルを越える信号強度のときに目標検出を行い、目標検出された信号は測角演算器８において、測角演算されてビーム走査角（θｓ）に対する測角誤差角（θＥ）を得る。追随処理器９では、測角誤差角（θＥ）に基づいて次の目標位置を追尾フィルタにより予測演算し、ビーム走査角（θｓ）を走査制御器１１に設定するとともに、目標位置情報（θｐ）を表示器１０に表示する。
【００１７】
ここで、フェーズドアレイアンテナを使用する場合、その角度覆域（ビーム走査により、目標追随できる角度範囲）を越えて移動する目標物に対しては、フェーズドアレイアンテナを駆動する必要がある。そこで、目標物が設定された角度範囲を超えて移動した場合には、追随処理器９から出力される駆動制御信号は、駆動制御器１２を介して駆動部１３に入力され、フェーズドアレイアンテナを方位方向、高低方向のうち少なくとも一方向に駆動する。
【００１８】
この駆動部１３には、角度検出器１３１が内蔵されており、角度検出器１３１により検出されたフェーズドアレイアンテナの駆動角度が角度データ（θM ）として駆動制御器１２に入力されている。
詳しくは、追随処理器９では、測角演算器８により演算された測角誤差角に基づいて目標位置情報を予測し、フェーズドアレイアンテナの追尾覆域内の基準となる角度範囲を超えたかどうかを判断する。追随処理器９は、フェーズドアレイアンテナの角度覆域を越える目標物に対して、駆動制御により追随を継続するため、予め設定された角度範囲を超えて移動する目標物がある場合、駆動制御信号として駆動開始指令を出力し、一方、予め設定された角度範囲内で目標物が移動する場合、駆動制御信号として停止指令を出力する。
【００１９】
追随処理器９から出力される駆動制御信号（駆動開始指令および停止指令）は２系統に分配され、一方の駆動制御信号は、駆動制御器１２を介して駆動部１３へ入力され、フェーズドアレイアンテナを駆動する。
他方の駆動制御信号を入力した駆動角演算器１４は、駆動部１３の移動角度に相当する移動角度データ（ｄθM ）を演算して追随処理器９へ出力する。
【００２０】
次に、図２に示す駆動角演算器１４のブロック図を参照して、その構成を説明する。
基準信号発生器１４１により発生された基準信号ｎと、追随処理器９から出力された駆動制御信号（駆動開始指令および停止指令）がアドレス発生器１４３に入力されている。アドレス発生器１４３は、基準信号ｎを計数するカウンタを有し、駆動制御信号がローレベル時にクリアされハイレベルに切り替わった後に例えば０から基準信号ｎの計数を開始してその出力をアドレスＡＤＤとしてタイムテーブル１４５に出力するとともに、このアドレスＡＤＤとほぼ同期して読み出し信号ＯＥを出力する。
【００２１】
アドレス発生器１４３から出力されたアドレスＡＤＤと読み出し信号ＯＥがタイムテーブル１４５に入力されており、タイムテーブル１４５は移動角度データ（ｄθM ）を追随処理器９へ出力する。タイムテーブル１４５に記憶されている移動角度データ（ｄθM ）は、駆動部１３の回転起動時や停止時の過渡特性を考慮したデータである。
【００２２】
次に、図１，図２に示すブロック図、図３に示す移動角度データのグラフを参照して、本実施の形態に係る追尾レーダの動作を説明する。
送信器５により周期的に生成された送信信号がサーキュレータ４を介して電力分配合成器３に供給され、電力分配合成器３によりこの送信信号が分配されて移相器２−１〜２−Ｋに供給される。
【００２３】
この間、追随処理器９から出力されるビーム走査角（θｓ）を受け取った走査制御器１１によりこのビーム走査角（θｓ）に応じて移相器２−１〜２−Ｋが位相制御され、移相器２−１〜２−Ｋから出力される送信信号がアンテナ素子１−１〜１−Ｋに給電されて送信ビームが形成され空間放射される。
【００２４】
この送信信号は、目標物により反射されてアンテナ素子１−１〜１−Ｋに入射されて受信信号として移相器２−１〜２−Ｋに供給される。そして、移相器２−１〜２−Ｋにより受信信号が位相制御されて電力分配合成器３に供給されて信号合成され、サーキュレータ４を介して受信器６により周波数変換された後にＡ／Ｄ変換およびＩ／Ｑ直交検波される。この信号は目標検出器７によりスレッショルドレベルを越える信号強度のときに目標検出が行われ、目標検出された信号は測角演算器８において、測角演算されてビーム走査角（θｓ）に対する測角誤差角（θＥ）が得られる。
【００２５】
追随処理器９では、測角誤差角（θＥ）に基づいて次の目標位置が追尾フィルタにより予測演算され、ビーム走査角（θｓ）が走査制御器１１に出力され、目標位置情報（θｐ）が表示器１０に表示される。
上述したように、フェーズドアレイアンテナがその角度覆域（ビーム走査により、目標追随できる角度範囲）を越えて移動する目標物に対しては、フェーズドアレイアンテナを駆動する必要があるので、目標物が設定された角度範囲を超えて移動した場合には、追随処理器９から出力される駆動制御信号は、駆動制御器１２を介して駆動部１３に入力され、フェーズドアレイアンテナを方位方向、高低方向のうち少なくとも一方向に駆動する。
【００２６】
追随処理器９では、測角演算器８により演算された測角誤差角に基づいて目標位置情報を予測し、フェーズドアレイアンテナの追尾覆域内から追尾覆域外へ移動して基準となる角度範囲を超えたかどうかを判断する。予め設定された角度範囲を超えて移動する目標物がある場合、駆動制御信号として駆動開始指令が出力され、一方、予め設定された角度範囲内で目標物が移動する場合、駆動制御信号として停止指令が出力される。
【００２７】
追随処理器９から出力される駆動制御信号（駆動開始指令および停止指令）は２系統に分配され、一方の駆動制御信号は、駆動制御器１２を介して駆動部１３へ入力され、フェーズドアレイアンテナが駆動される。
他方の駆動制御信号は、駆動角演算器１４に設けられたアドレス発生器１４３に入力される。アドレス発生器１４３では、駆動制御信号がローレベル時にクリアされハイレベルに切り替わった後にカウンタにより０から計数を開始され、アドレスＡＤＤと読み出し信号ＯＥがタイムテーブル１４５に出力される。
【００２８】
タイムテーブル１４５では、アドレスＡＤＤと読み出し信号ＯＥに従って駆動部１３の回転起動時や停止時の過渡特性を考慮した移動角度データ（ｄθM ）が、図３に示すように、逐次に読み出され追随処理器９へ出力される。
【００２９】
この追随処理器９では、時刻ｎでの目標予測位置θｐ（ｎ）、移動角度データ（ｄθM ）に基づいて、時刻ｎにおけるビーム走査角（θｓ（ｎ））を求めており、
【数３】
θｓ（ｎ）＝θｐ（ｎ）−ｄθM （ｎ）（３）
ビーム走査角（θｓ）が走査制御器１１に出力される。
【００３０】
本実施の形態における効果は、フェーズドアレイアンテナにより受信される受信信号から目標物を検出してビーム走査角に対する測角誤差角を演算し、このビーム走査角に対する測角誤差角に基づいて予測演算された目標予測位置が、フェーズドアレイアンテナの追尾覆域内の所定の角度範囲を超えたかどうかを判断し、目標予測位置が所定の角度範囲を超えた場合には、追尾覆域内において目標物の追尾を維持するように駆動制御信号を生成し、この駆動制御信号に応じてフェーズドアレイアンテナを駆動するための移動角度を予測演算するので、フェーズドアレイアンテナにより空間放射されるビームのビーム幅よりも大きな角速度でフェーズドアレイアンテナを駆動制御する場合でも、移動角度を高精度に推定でき、追尾している目標物を角度覆域内から見失うことがなく、高速に回転駆動することができるため、大きな角速度を有して移動する目標物をフェーズドアレイアンテナの角度覆域内で追尾を維持することができる。
【００３１】
さらに、フェーズドアレイアンテナの駆動部１３に関する回転起動時や停止時の駆動角度の過渡特性をタイムテーブルから読み出して利用することで、駆動角度を予測することができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る追尾レーダの構成は、図１に示すの第１の実施の形態に係る追尾レーダの構成と同様である。
本実施の形態における特徴は、駆動角演算器１４の内部に、追随タイミングｔを計時するタイマ（図示しない）と、演算プログラムを記憶するＲＯＭ（図示しない）と、制御データを一時的に記憶するＲＡＭ（図示しない）と、演算プログラムに従って移動角度データ（ｄθM ）を演算するＣＰＵ（図示せず）とが設けられていることにある。
【００３３】
駆動角演算器１４の内部に設けられたＲＯＭには、移動角度データ（ｄθM ）を求めるための演算式、
【数４】
ｄθM ＝θ´＝ａ＋ｂｔ＋ｃｔ＾2 ＋ｄｔ＾3 ＋・・・（４）
が演算プログラムとして記憶されている。なお、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、フェーズドアレイアンテナを駆動するために設けられていモータのモータ特性や慣性モーメントにより決定される係数である。
【００３４】
次に、図１に示すブロック図、図４に示す移動角度データの演算式を参照して、本実施の形態に係る追尾レーダの動作を説明する。なお、本実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した内容と同様の部分を省略し、駆動角演算器１４の動作について説明する。
【００３５】
駆動角演算器１４では、追随処理器９から出力される駆動制御信号（駆動開始指令および停止指令）を監視しており、駆動制御信号がローレベルになったときにタイマが０にクリアされ、駆動制御信号がローレベルからハイレベルに切り替わった後にこのタイマにより追随タイミングｔが計時を開始される。
【００３６】
ここで、追随処理器９から駆動制御信号が出力された直後、すなわち、追随タイミングｔが０＜ｔ＜ｔ１の場合に、式（４）に示す係数ａ，ｂ，ｃ，ｄに対して、係数ａ＝０、係数ｂ，ｃ，ｄをそれぞれ一定値として扱う。
一方、追随タイミングｔがｔ１＜ｔの場合に、式（４）に示す係数ａ，ｂ，ｃ，ｄに対して、係数ａ＝一定値、係数ｂ＝ｃ＝ｄ＝０として扱う。
【００３７】
本実施の形態における効果は、第１の実施の形態における効果に加えて、フェーズドアレイアンテナの駆動部１３に関する回転起動時や停止時の駆動角度の過渡特性を演算式から算出することで、駆動角度を予測することができる。
【００３８】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る追尾レーダの構成を示すブロック図である。
本実施の形態における特徴は、第１の実施の形態において用いられている駆動角演算器１４に代わって、駆動角演算器１５を設けたことにある。駆動角演算器１５の内部には、タイムテーブル１４５から出力される移動角度データ（ｄθM ）から積分値θM １を求める積分器１５１と、角度検出器１３１から検出された角度データ（θM ０）から積分値θM １を減算して補正角（θM ０−θM １）を求める減算器１５３と、移動角度データ（ｄθM ）と補正角（θM ０−θM １）とを加算して補正後データ（ｄθMh）を求める加算器１５５が新たに設けられている。
【００３９】
次に、図５,図６に示すブロック図、図７に示す移動角度データのグラフを参照して、本実施の形態に係る追尾レーダの動作を説明する。なお、本実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した内容と同様の部分を省略し、駆動角演算器１５の動作について説明する。
【００４０】
追随処理器９から出力される駆動制御信号（駆動開始指令および停止指令）が、駆動角演算器１５に設けられたアドレス発生器１４３に入力され、駆動制御信号がローレベル時にクリアされハイレベルに切り替わった後にカウンタにより０から計数を開始され、アドレスＡＤＤと読み出し信号ＯＥがタイムテーブル１４５に出力される。
【００４１】
タイムテーブル１４５では、アドレスＡＤＤと読み出し信号ＯＥに従って駆動部１３の回転起動時や停止時の過渡特性を考慮した移動角度データ（ｄθM ）が、図７（ａ）に示すように、逐次に読み出され積分器１５１へ出力される。
【００４２】
積分器１５１では、タイムテーブル１４５から出力される移動角度データ（ｄθM ）に減算器１５３から出力される補正角（θM ０−θM １）が乗算されて求められた積分値θM １が減算器１５３に出力される。
減算器１５３では、角度検出器１３１から検出された角度データ（θM ０）から積分値θM １が減算されて求められた補正角（θM ０−θM １）が加算器１５５に出力される。
【００４３】
加算器１５５では、図７（ｂ）に示すように、タイムテーブル１４５から出力された移動角度データ（ｄθM ）と補正角（θM ０−θM １）とが加算されて求められた補正後データ（ｄθMh）として、
【数５】
ｄθMh＝ｄθM ＋θM ０−θM １（５）
が追随処理器９に出力される。
【００４４】
本実施の形態における効果は、第１の実施の形態における効果に加えて、駆動角演算器１５では、角度検出器１３１から検出された角度データ（θM ０）と、駆動角演算器１５で累積積分された角度データ（θM １）との差異を減算器１５３で補正角（θM ０−θM １）として演算し、タイムテーブル１４５から出力される移動角度データ（ｄθM ）を補正角（θM ０−θM １）を用いて定期的に補正するので、移動角度データ（ｄθM ）からオフセット誤差を取り除くことができ、移動角度データの演算精度の向上に寄与することができる。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、フェーズドアレイアンテナにより受信される受信信号から目標物を検出してビーム走査角に対する測角誤差角を演算し、このビーム走査角に対する測角誤差角に基づいて予測演算された目標予測位置が、フェーズドアレイアンテナの追尾覆域内の所定の角度範囲を超えたかどうかを判断し、目標予測位置が所定の角度範囲を超えた場合には、追尾覆域内において目標物の追尾を維持するように駆動制御信号を生成し、この駆動制御信号に応じてフェーズドアレイアンテナを駆動するための移動角度を予測演算するので、フェーズドアレイアンテナにより空間放射されるビームのビーム幅よりも大きな角速度でフェーズドアレイアンテナを駆動制御する場合でも、移動角度を高精度に推定でき、追尾している目標物を角度覆域内から見失うことがなく、高速に回転駆動することができるため、大きな角速度を有して移動する目標物をフェーズドアレイアンテナの角度覆域内で追尾を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る追尾レーダの構成を示すブロック図である。
【図２】駆動角演算器１４の構成を示すブロック図である。
【図３】タイムテーブル１４５から出力される移動角度データのグラフを示す図である。
【図４】移動角度データの演算式を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る追尾レーダの構成を示すブロック図である。
【図６】駆動角演算器１５の構成を示すブロック図である。
【図７】移動角度データのグラフを示す図である。
【図８】従来の追尾レーダの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１−１〜１−Ｋアンテナ素子
２−１〜２−Ｋ移相器
３電力分配合成器
４サーキュレータ
５送信器
６受信器
７目標検出器
８測角演算器
９追随処理器
１０表示器
１１走査制御器
１２駆動制御器
１３駆動部
１４，１５駆動角演算器
１３１角度検出器
１４１基準信号発生器
１４３アドレス発生器
１４５タイムテーブル
１５１積分器
１５３減算器
１５５加算器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tracking radar using a phased array antenna, and more particularly to a tracking radar having a drive function capable of driving in at least one of an azimuth direction and an elevation angle direction.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a tracking radar shown in FIG. 8 is known as a tracking radar using a phased array antenna. The basic operation of the conventional tracking radar shown in FIG. 8 will be described below.
First, the transmission signal generated by the transmitter 5 is supplied to the power distribution synthesizer 3 via the circulator 4, and the transmission signals distributed by the power distribution synthesizer 3 are sent to the phase shifters 2-1 to 2-K. Supplied. During this time, a beam scanning angle (θs) output from a follow-up processor 9 described later is supplied to the scanning controller 11, and phase shifters 2-1 to 2-K whose phases are controlled according to the beam scanning angle (θs). Is fed to the phased array antenna including the antenna elements 1-1 to 1-K, and a transmission beam is formed and spatially radiated.
[0003]
This transmission signal is reflected by the target, is incident on the antenna elements 1-1 to 1-K, is supplied to the phase shifters 2-1 to 2-K as reception signals, and is supplied to the phase shifters 2-1 to 2-K. After phase control by K, the signal is synthesized by the power distribution synthesizer 3, frequency-converted by the receiver 6 via the circulator 4, and then A / D converted and I / Q quadrature detected. This signal is detected by the target detector 7 when the signal intensity exceeds the threshold level, and the target detected signal is subjected to angle measurement by the angle calculation unit 8 to obtain an angle measurement error angle with respect to the beam scanning angle (θs). (ΘE) is obtained. In the tracking processor 9, the next target position is predicted and calculated by the tracking filter based on the angle measurement error angle (θE), set in the scanning controller 11, and target position information is displayed on the display 10.
[0004]
Here, when using a phased array antenna, it is necessary to drive the phased array antenna for a target that moves beyond its angular coverage (an angular range in which the target can be followed by beam scanning). Therefore, when the target moves beyond the set angle range, the drive control signal output from the following processor 9 is input to the drive unit 13 via the drive controller 12, and the phased array antenna is Driven in at least one of the azimuth and elevation directions. The drive unit 13 includes an angle detector 131, and the drive angle of the phased array antenna detected by the angle detector 131 is input to the tracking processor 9 through the drive controller 12 as angle data (θM). Is done.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional tracking radar having the function of driving and controlling the phased array antenna, there is a problem that when the driving control is performed at a large angular velocity, the driving angle error becomes large, and when this is larger than the beam width, the target being tracked is lost.
[0006]
For this reason, in order to continue following the target, it is necessary to reduce the rotation speed. Hereinafter, the processing content in the following processor 9 will be described in detail.
In the following processor 9, based on the previous beam scanning angle θs (n−1) and the previous side angle error angle θE (n−1) calculated by the angle calculator 8, the current target predicted position θp ( n)
[Expression 1]
θp (n) = θs (n−1) + θE (n−1) (1)
It is output to the display 10.
[0007]
Then, in the following processor 9, the beam scanning angle at time n is based on the current target predicted position θp (n) at time n and the previous and previous previous angle data (θM) detected by the angle detector 131. (Θs (n)) is obtained,
[Expression 2]
θs (n) = θp (n) − {θM (n−1) −θM (n−2)} (2)
It is output to the scanning controller 11.
Since the angle data (θM) detected by the angle detector 131 has a delay time until it is input to the following processor 9 via the drive controller 12, the time (n-2) and (n− The movement angle was obtained from the angle data of 1) and handled as the movement angle at time n.
[0008]
On the other hand, when the phased array antenna starts and stops rotating, transient characteristics due to the moment of inertia of the antenna system act, so that the moving angle (θM) of the driving unit 13 detected by the angle detector 131 varies with time. ing.
Therefore, in the conventional tracking radar, it is necessary to set the drive rotation at a low speed so that the transient characteristics at the time of starting and stopping the rotation are negligible with respect to the beam width. For this reason, it has been impossible to maintain tracking of a target that has a large angular velocity and moves outside the angular coverage of the phased array antenna.
[0009]
The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a tracking radar that can keep track of a target that has a large angular velocity and moves outside the angular coverage of a phased array. It is in.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a tracking radar having a driving means for driving a phased array antenna composed of a plurality of element antennas and a phase shifter, and is received by the phased array antenna. Target detection means for detecting a target from the signal, angle measurement calculation means for calculating a measurement error angle with respect to a beam scanning angle from a signal detected as a target by the target detection means, and calculation by the angle measurement calculation means. Predicting and calculating the target predicted position based on the angle measurement error angle with respect to the beam scanning angle, determining whether or not the target predicted position exceeds a predetermined angle range within the tracking coverage of the phased array antenna, If the angle exceeds a predetermined angle range, the drive control signal is set so as to maintain the tracking of the target in the tracking coverage area. A tracking processing unit that generates and outputs to the driving unit, and predicts a movement angle for driving the phased array antenna in accordance with the drive control signal generated by the tracking processing unit and outputs the prediction to the tracking processing unit. The gist of the driving angle calculation means.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-described problem, the drive angle calculation means is configured to start or stop rotation of the phased array antenna drive means in accordance with a drive control signal generated by the following processing means. The gist of the invention is to predict and calculate the movement angle using a predetermined calculation formula indicating the transient characteristics of the movement angle .
[0013]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 3 includes drive angle detection means for detecting a movement angle of the phased array antenna, wherein the drive angle calculation means is a drive control signal generated by the tracking processing means. According to the integration means for accumulating and integrating the moving angle output from the time table storing the transient characteristics of the moving angle at the time of rotation start and stop related to the driving means of the phased array antenna, Subtracting means for subtracting the integral value from the moving angle of the phased array antenna detected by the driving angle detecting means to obtain a correction angle; and adding the moving angle and the correction angle to obtain a corrected value; that it and an addition means for outputting to the tracking processing unit the value as the movement angle is gist.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the tracking radar according to the first embodiment of the present invention.
[0015]
In FIG. 1, the transmitter 5 periodically generates a transmission signal and supplies it to the circulator 4, and further supplies it to the power distribution synthesizer 3 via the circulator 4. The power distribution synthesizer 3 distributes this transmission signal and supplies it to the phase shifters 2-1 to 2-K.
During this time, the scanning controller 11 that has received the beam scanning angle (θs) output from the following processor 9 described later controls the phase shifters 2-1 to 2-K according to the beam scanning angle (θs). Then, the transmission signals output from the phase shifters 2-1 to 2-K are fed to the phased array antenna including the antenna elements 1-1 to 1-K to form a transmission beam and radiate spatially.
[0016]
This transmission signal is reflected by the target, enters the antenna elements 1-1 to 1-K, and is supplied to the phase shifters 2-1 to 2-K as reception signals. In the phase shifters 2-1 to 2 -K, the received signals are phase-controlled and supplied to the power distribution / combining device 3 to synthesize signals, and after frequency conversion is performed by the receiver 6 via the circulator 4, A / D Conversion and I / Q quadrature detection. This signal is subjected to target detection when the signal intensity exceeds the threshold level set by the target detector 7, and the signal detected by the target is subjected to angle measurement by the angle measuring calculator 8 to be a beam scanning angle (θs). A measurement error angle (θE) with respect to is obtained. The tracking processor 9 predicts and calculates the next target position by the tracking filter based on the angle measurement error angle (θE), sets the beam scanning angle (θs) in the scanning controller 11, and sets the target position information (θp). Is displayed on the display 10.
[0017]
Here, when using a phased array antenna, it is necessary to drive the phased array antenna for a target that moves beyond its angular coverage (an angular range in which the target can be followed by beam scanning). Therefore, when the target moves beyond the set angle range, the drive control signal output from the following processor 9 is input to the drive unit 13 via the drive controller 12, and the phased array antenna is transmitted. Drive in at least one of the azimuth and elevation directions.
[0018]
The drive unit 13 includes an angle detector 131, and the drive angle of the phased array antenna detected by the angle detector 131 is input to the drive controller 12 as angle data (θM).
Specifically, the tracking processor 9 predicts target position information based on the angle measurement error angle calculated by the angle calculation calculator 8 and determines whether or not the angle range that is a reference in the tracking coverage of the phased array antenna has been exceeded. to decide. The tracking processor 9 continues to follow the target that exceeds the angular coverage of the phased array antenna by drive control. Therefore, when there is a target that moves beyond a preset angle range, the drive control signal When the target moves within a preset angle range, a stop command is output as a drive control signal.
[0019]
The drive control signals (drive start command and stop command) output from the following processor 9 are distributed to two systems, and one drive control signal is input to the drive unit 13 via the drive controller 12, and the phased array antenna Drive.
The drive angle calculator 14 to which the other drive control signal is input calculates movement angle data (dθM) corresponding to the movement angle of the drive unit 13 and outputs it to the following processor 9.
[0020]
Next, the configuration of the driving angle calculator 14 shown in FIG. 2 will be described with reference to the block diagram.
The reference signal n generated by the reference signal generator 141 and the drive control signals (drive start command and stop command) output from the following processor 9 are input to the address generator 143. The address generator 143 has a counter for counting the reference signal n. After the drive control signal is cleared and switched to the high level when the drive control signal is at the low level, for example, counting of the reference signal n is started from 0 and the output is used as the address ADD In addition to outputting to the time table 145, the read signal OE is output almost in synchronization with the address ADD.
[0021]
The address ADD and read signal OE output from the address generator 143 are input to the time table 145, and the time table 145 outputs movement angle data (dθM) to the following processor 9. The movement angle data (dθM) stored in the time table 145 is data that takes into account the transient characteristics when the drive unit 13 is started and stopped.
[0022]
Next, the operation of the tracking radar according to the present embodiment will be described with reference to the block diagrams shown in FIGS. 1 and 2 and the movement angle data graph shown in FIG.
A transmission signal periodically generated by the transmitter 5 is supplied to the power distribution synthesizer 3 via the circulator 4, and the transmission signal is distributed by the power distribution synthesizer 3 to be phase shifters 2-1 to 2 -K. To be supplied.
[0023]
During this time, the phase shifters 2-1 to 2-K are phase-controlled according to the beam scanning angle (θs) by the scanning controller 11 that has received the beam scanning angle (θs) output from the following processor 9. Transmission signals output from the phase shifters 2-1 to 2-K are fed to the antenna elements 1-1 to 1-K to form a transmission beam, which is spatially radiated.
[0024]
This transmission signal is reflected by the target, enters the antenna elements 1-1 to 1-K, and is supplied to the phase shifters 2-1 to 2-K as reception signals. The received signals are phase-controlled by the phase shifters 2-1 to 2 -K, supplied to the power distribution / combining device 3, synthesized, and frequency-converted by the receiver 6 through the circulator 4. Conversion and I / Q quadrature detection. This signal is detected by the target detector 7 when the signal intensity exceeds the threshold level. The signal detected by the target is subjected to angle measurement by the angle measuring calculator 8 to measure the angle with respect to the beam scanning angle (θs). An error angle (θE) is obtained.
[0025]
In the tracking processor 9, the next target position is predicted and calculated by the tracking filter based on the angle measurement error angle (θE), the beam scanning angle (θs) is output to the scanning controller 11, and the target position information (θp) is obtained. Displayed on the display 10.
As described above, for a target in which the phased array antenna moves beyond its angular coverage (an angular range in which the target can be followed by beam scanning), it is necessary to drive the phased array antenna. When moving beyond the set angle range, the drive control signal output from the tracking processor 9 is input to the drive unit 13 via the drive controller 12, and the phased array antenna is moved in the azimuth and elevation directions. Drive in at least one direction.
[0026]
The tracking processor 9 predicts the target position information based on the angle measurement error angle calculated by the angle calculation calculator 8, and moves from the tracking coverage of the phased array antenna to the outside of the tracking coverage to set a reference angle range. Determine whether it has been exceeded. When there is a target that moves beyond the preset angle range, a drive start command is output as the drive control signal, while when the target moves within the preset angle range, it stops as the drive control signal A command is output.
[0027]
The drive control signals (drive start command and stop command) output from the following processor 9 are distributed to two systems, and one drive control signal is input to the drive unit 13 via the drive controller 12, and the phased array antenna Is driven.
The other drive control signal is input to an address generator 143 provided in the drive angle calculator 14. In the address generator 143, when the drive control signal is cleared and switched to the high level when it is at the low level, the counter starts counting from 0, and the address ADD and the read signal OE are output to the time table 145.
[0028]
In the time table 145, the movement angle data (dθM) considering the transient characteristics at the time of starting and stopping the rotation of the drive unit 13 in accordance with the address ADD and the read signal OE is sequentially read and followed up as shown in FIG. Is output to the device 9.
[0029]
The following processor 9 obtains the beam scanning angle (θs (n)) at time n based on the target predicted position θp (n) and movement angle data (dθM) at time n.
[Equation 3]
θs (n) = θp (n) −dθM (n) (3)
The beam scanning angle (θs) is output to the scanning controller 11.
[0030]
The effect of the present embodiment is that a target is detected from a received signal received by a phased array antenna, a measurement error angle with respect to the beam scanning angle is calculated, and a prediction calculation is performed based on the measurement error angle with respect to the beam scanning angle. It is determined whether the target predicted position exceeds a predetermined angle range within the tracking coverage of the phased array antenna. If the target predicted position exceeds the predetermined angular range, tracking of the target within the tracking coverage is performed. The drive control signal is generated so as to maintain the phase difference, and the movement angle for driving the phased array antenna is predicted according to the drive control signal, so that it is larger than the beam width of the spatially radiated beam by the phased array antenna. even if the drive control of the phased array antenna at an angular velocity, can be estimated movement angle with high precision, the target being tracked The without losing the angle covered region, it is possible to rotationally drive at high speed, it is possible to maintain tracking a target object moving with a large angular velocity of the phased array antenna angle covered in the region.
[0031]
Furthermore, the drive angle can be predicted by reading out and using the transient characteristics of the drive angle at the time of starting and stopping the rotation related to the drive unit 13 of the phased array antenna.
[0032]
(Second Embodiment)
The configuration of the tracking radar according to the second embodiment of the present invention is the same as the configuration of the tracking radar according to the first embodiment shown in FIG.
The feature of the present embodiment is that a timer (not shown) for measuring the follow timing t, a ROM (not shown) for storing a calculation program, and control data are temporarily stored in the drive angle calculator 14. A RAM (not shown) and a CPU (not shown) for calculating movement angle data (dθM) according to a calculation program are provided.
[0033]
The ROM provided in the drive angle calculator 14 has an arithmetic expression for obtaining the movement angle data (dθM),
[Expression 4]
dθM = θ ′ = a + bt + ct ^ 2 + dt ^ 3 + (4)
Is stored as a calculation program. The coefficients a, b, c, and d are coefficients determined by the motor characteristics and the moment of inertia of the motor provided for driving the phased array antenna.
[0034]
Next, the operation of the tracking radar according to the present embodiment will be described with reference to the block diagram shown in FIG. 1 and the calculation formula of the movement angle data shown in FIG. In the present embodiment, the same parts as those described in the first embodiment are omitted, and the operation of the drive angle calculator 14 will be described.
[0035]
The drive angle calculator 14 monitors the drive control signals (drive start command and stop command) output from the following processor 9, and the timer is cleared to 0 when the drive control signal becomes low level. After the drive control signal is switched from the low level to the high level, the timer starts timing of the following timing t.
[0036]
Here, immediately after the drive control signal is output from the tracking processor 9, that is, when the tracking timing t is 0 <t <t1, the coefficients a, b, c, and d shown in Expression (4) are: Coefficient a = 0 and coefficients b, c, and d are each treated as a constant value.
On the other hand, when the follow timing t is t1 <t, the coefficients a, b, c, and d shown in Expression (4) are handled as a coefficient a = constant value and a coefficient b = c = d = 0.
[0037]
In addition to the effect in the first embodiment, the effect in the present embodiment is obtained by calculating the transient characteristic of the drive angle at the time of rotation start and stop related to the drive unit 13 of the phased array antenna from the arithmetic expression. The angle can be predicted.
[0038]
(Third embodiment)
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the tracking radar according to the third embodiment of the present invention.
The feature of this embodiment is that a drive angle calculator 15 is provided in place of the drive angle calculator 14 used in the first embodiment. The driving angle calculator 15 includes an integrator 151 for obtaining an integrated value θM 1 from the moving angle data (dθM) output from the time table 145, and angle data (θM 0) detected by the angle detector 131. A subtractor 153 that subtracts the integral value θM 1 to obtain a correction angle (θM 0−θM 1), and adds the movement angle data (dθM) and the correction angle (θM 0−θM 1) to obtain corrected data (dθMh). ) Is newly provided.
[0039]
Next, the operation of the tracking radar according to the present embodiment will be described with reference to the block diagrams shown in FIGS. 5 and 6 and the movement angle data graph shown in FIG. In the present embodiment, the same parts as those described in the first embodiment are omitted, and the operation of the drive angle calculator 15 will be described.
[0040]
The drive control signals (drive start command and stop command) output from the following processor 9 are input to the address generator 143 provided in the drive angle calculator 15 and cleared when the drive control signal is at low level and set to high level. After switching, the counter starts counting from 0, and the address ADD and the read signal OE are output to the time table 145.
[0041]
In the time table 145, the movement angle data (dθM) considering the transient characteristics at the time of starting and stopping the rotation of the drive unit 13 according to the address ADD and the read signal OE is sequentially read as shown in FIG. And output to the integrator 151.
[0042]
In the integrator 151, the integral value θM 1 obtained by multiplying the movement angle data (dθM) output from the time table 145 by the correction angle (θM 0−θM 1) output from the subtractor 153 is the subtractor 153. Is output.
The subtractor 153 outputs a correction angle (θM 0−θM 1) obtained by subtracting the integral value θM 1 from the angle data (θM 0) detected by the angle detector 131 to the adder 155.
[0043]
In the adder 155, as shown in FIG. 7B, corrected data (dθM) output from the time table 145 and the correction angle (θM 0−θM 1) are added to obtain corrected data ( dθMh)
[Equation 5]
dθMh = dθM + θM 0−θM 1 (5)
Is output to the following processor 9.
[0044]
In addition to the effect in the first embodiment, the effect in this embodiment is that the drive angle calculator 15 accumulates the angle data (θM 0) detected from the angle detector 131 and the drive angle calculator 15. The difference from the integrated angle data (θM 1) is calculated as a correction angle (θM 0-θM 1) by the subtractor 153, and the movement angle data (dθM) output from the time table 145 is corrected to the correction angle (θM 0- Since the correction is periodically performed using θM 1), the offset error can be removed from the movement angle data (dθM), which contributes to the improvement of the calculation accuracy of the movement angle data.
[0045]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the target is detected from the received signal received by the phased array antenna, the angle measurement error angle with respect to the beam scanning angle is calculated, and the angle measurement error angle with respect to the beam scanning angle is calculated. It is determined whether or not the target predicted position calculated and predicted has exceeded a predetermined angle range within the tracking coverage of the phased array antenna, and if the target predicted position exceeds the predetermined angular range, the target within the tracking coverage is determined. A drive control signal is generated so as to maintain tracking of an object, and a moving angle for driving the phased array antenna is predicted according to the drive control signal, so that the beam width of the beam radiated spatially by the phased array antenna even if the drive control of the phased array antenna with greater angular velocity than the can estimate the moving angle with high accuracy, the eyes being tracked Without losing sight of the object angle covering the region, it is possible to rotationally drive at high speed, it is possible to maintain tracking a target object moving with a large angular velocity of the phased array antenna angle covered in the region.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a tracking radar according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a drive angle calculator 14;
FIG. 3 is a diagram showing a graph of movement angle data output from a time table 145;
FIG. 4 is a diagram illustrating an arithmetic expression for movement angle data.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a tracking radar according to a third embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating a configuration of a drive angle calculator 15. FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a graph of movement angle data.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional tracking radar.
[Explanation of symbols]
1-1 to 1-K antenna elements 2-1 to 2-K phase shifter 3 power distribution synthesizer 4 circulator 5 transmitter 6 receiver 7 target detector 8 angle calculator 9 following processor 10 display 11 scanning Controller 12 Drive controller 13 Drive unit 14, 15 Drive angle calculator 131 Angle detector 141 Reference signal generator 143 Address generator 145 Time table 151 Integrator 153 Subtractor 155 Adder

Claims

In a tracking radar having a driving means for driving a phased array antenna composed of a plurality of element antennas and a phase shifter,
Target detection means for detecting a target from a received signal received by the phased array antenna;
Angle measurement calculation means for calculating a measurement error angle with respect to a beam scanning angle from a signal detected as a target by the target detection means;
Predicting and calculating the target prediction position based on the angle measurement error angle with respect to the beam scanning angle calculated by the angle measurement calculation means, and whether or not the target prediction position exceeds a predetermined angle range within the tracking coverage of the phased array antenna When the target predicted position exceeds a predetermined angle range, the tracking processing means generates the drive control signal and outputs the drive control signal to the driving means so as to maintain the tracking of the target in the tracking coverage area. When,
And a drive angle calculating means for predicting and calculating a movement angle for driving the phased array antenna in accordance with the drive control signal generated by the following processing means and outputting to the following processing means. Radar.

The drive angle calculation means includes
In accordance with the drive control signal generated by the following processing means, the movement angle is predicted and calculated by a predetermined arithmetic expression indicating a transient characteristic of the movement angle at the time of rotation start and stop related to the drive means of the phased array antenna. The tracking radar according to claim 1.

Drive angle detection means for detecting the movement angle of the phased array antenna,
The drive angle calculation means includes
In accordance with the drive control signal generated by the following processing means, cumulative integration of the movement angle output from the time table that stores transient characteristics of the movement angle at the time of rotation start and stop related to the drive means of the phased array antenna Integration means for obtaining an integral value,
Subtracting means for subtracting the integral value from the moving angle of the phased array antenna detected by the driving angle detecting means to obtain a correction angle;
By adding the movement angle and the correction angle calculated the corrected value, the tracking radar of claim 1, wherein that you and an addition means for outputting the corrected value to the tracking processing unit as moving angle .