JP3723854B2

JP3723854B2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP3723854B2
Application number: JP2003324874A
Authority: JP
Inventors: 良二前川
Original assignee: 防衛庁技術研究本部長
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: JP2005091157A

Description

本発明は、レーダ装置に係り、特に不要信号の到来方向（方位角、仰角）を高精度に測角するレーダ装置に関するものである。

従来の電子走査アレイからなるレーダ装置により不要信号を探知する方式としては、例えば下記特許文献１に開示されたものがある。

特開昭６４−６６５８３号公報

この特許文献１のレーダ装置を図５の構成図で説明する。

図５において、１は主アンテナ（電子走査アレイ・アンテナ）、２は移相器群、３は分配回路、５はアンテナ駆動部、６は移相器駆動回路、７はビーム制御回路、８は送信機、１０は送受切換器、１１は高周波増幅回路、１２は第１混合回路、１３は第２混合回路、１４は中間周波増幅回路、１５は信号検出回路、１７は情報処理回路、１８は表示部、１９は基準信号発生回路である。また、１６は不要信号到来方向検出回路、９は副アンテナ、４は不要波分析回路である。

次に、上記構成におけるレーダ装置の動作について説明する。

基準信号発生回路１９は送信種信号と第１局部発振周波数を発生させ、両者を送信機８で周波数混合させる。送信機８で周波数混合された信号は送信信号となって送受切換器１０を経由して分配回路３により移相器群２に分配される。分配された送信信号は、移相器群２により所定の位相量が与えられ、所定の方向に指向するビームを形成した主アンテナ１のアンテナ素子から空間に放射される。

また、上記移相器群２の各移相器には、基準信号発生回路１９から出力されたビーム走査角度制御信号及びレーダ出力タイミングに基づくビーム制御回路７の制御信号により、移相器駆動回路６が各移相器に対応して演算した移相設定量が供給される。

このようにして所定の方向へ放射された送信信号は目標によってその一部が反射され、当該所定の方向に指向するビームの主アンテナ１で受信された反射波は受信信号として、主アンテナ１、移相器群２、分配回路３、送受切換器１０を経由して高周波増幅回路１１で低雑音増幅される。

次いで、受信信号は第１混合回路１２で基準信号発生回路１９からの基準信号である第１局部発振周波数と混合されて第１中間周波信号に変換された後、第２混合回路１３で同じく基準信号発生回路１９からの基準信号である第２局部発振周波数と混合されて第２中間周波信号に変換される。

さらに、第２中間周波信号は、中間周波増幅回路１４で増幅されて信号検出回路１５の入力となる。この信号検出回路１５は一般的にＭＴＩと称される移動目標検出回路及び各種の検出基準により目標と不要反射波とを識別する目標検出回路等で構成するもので、この信号検出回路１５の出力は情報処理回路１７で追尾計算され、表示部１８に表示される。

なお、図５の従来技術に関するレーダ装置では、垂直面内に広く、水平面内で狭いファン・ビームを有する副アンテナ９を、主アンテナ１の方位方向走査に対応させて方位方向にアンテナ駆動部５で機械的に回転させることにより、不要波を検出している。

次に、図６は垂直面内のビーム走査手順を模式的に表わしたものであり、縦軸に高度、横軸に距離をとっている。図中の矢印に沿って♯１、♯２、…、♯ｎと順にビーム走査していく。

また、図７は主アンテナ１における１仰角走査時間内の送受信波を示す。不要信号の到来方向の検出は、このビームによってなされる目標探知と並行して行われ、主アンテナ１が仰角方向にビームを走査している間、副アンテナ９では不要信号を観測でき、その時間内で不要波分析回路４により周波数を掃引して、不要信号周波数を探知する。不要信号の到来方向は、不要信号を探知した時点でのアンテナ駆動部５における方位情報で知ることができる。

基準信号発生回路１９において、不要波分析回路４からの不要信号周波数、方位情報に基づき、その方位に主アンテナ１が指向した時点で、それまでの図７に示した送信パルス繰り返し周期を図８に示すもの（図８では不要波観測時間は受信領域とされていない）に変更し、この不要波観測時間内のみ図９に示す被不要波チャンネルに受信同調させる。これにより不要波の仰角方向の測定も可能となる。

以上のようなレーダ装置では、目標探知周波数と異なる帯域での不要信号観測が可能となり、また、その方向探知が方位方向の測定に限られることなく仰角方向の測定をも行うことができる。

従来の不要波検出機能を備えたレーダ装置では、以上のように構成されており、電子走査アレイ・レーダ全般に適用できる方式ではあるが、不要波の到来方向を測定するために副アンテナを機械回転しなければならず、かかる副アンテナを回転動作させるためのアンテナ駆動装置が必要となる問題点があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、副アンテナを機械回転させることなく、不要波の周波数、到来方位角、仰角の検出を可能とするレーダ装置を提供することを目的とする。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本発明に係るレーダ装置は、任意の方向にビームを指向させて送信信号を放射し、該指向させたビームの反射波により目標を探知するアレーアンテナからなる主アンテナと、
前記主アンテナにより指向されるビームの指向範囲を少なくとも受信領域とする副アンテナと、
前記副アンテナにより受信した受信信号における前記主アンテナにより指向されたビームに対する依存性を確認し、依存性がないとき前記受信信号を不要信号であると判定し、該不要信号の周波数を分析する不要波分析回路と、
前記主アンテナが目標の探知を行う所定の時間帯とは別に、前記主アンテナにより不要信号の到来方向を観測する時間帯を設け、該時間帯においてのみ前記主アンテナによる受信信号の周波数を前記不要波分析回路により周波数分析された不要信号の周波数に同調させる基準信号を発生する基準信号発生回路と、
前記基準信号発生回路により発生された基準信号に基づいて周波数が同調された前記主アンテナによる受信信号のうち、所定の閾値以上の電圧レベルを有する受信信号の到来方向を不要信号の到来方向として検出する不要信号到来方向検出回路とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、電子走査アレイアンテナからなる主アンテナのビーム指向方向をカバーできるほど十分広いビームを有する副アンテナと、不要波分析回路によるレーダ全帯域の不要信号周波数検出機能とを有することにより、その不要信号周波数検出結果を用いて不要信号周波数に同調し各方向に主アンテナのビームを指向することで不要波の到来方向を検出でき、副アンテナを機械回転させることなく不要波の周波数、到来方位角、仰角の検出を可能とするレーダ装置を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の実施の形態として、一実施の形態を図面に従って説明する。

図１は本発明の実施の形態に係るレーダ装置の構成図であり、図５に示した従来のレーダ装置の構成図との相違点について説明する。

図１において、図５と同一符号は同一構成を示しており、その説明は省略する。新たな構成として、２０は従来とは異なる機能を有する副アンテナ、２２は従来とは異なる信号処理を行う基準信号発生回路、２３は各方向からの信号の同時受信を可能とするＤＢＦ（Digital Beam Forming）処理回路である。

次に、上記新たな構成の主な機能について説明する。副アンテナ２０は、従来の垂直面内で広く、水平面内で狭いファン・ビームを有し機械回転しながら不要波を受信する副アンテナ９とは異なり、図２に示すようにレーダのビーム指向方向をカバーできる（主アンテナにより指向されるビームの指向範囲を少なくとも受信領域とする）ほど垂直方向にも水平方向にも十分広いビームを有し、機械回転も電子走査も行うことなく不要波を受信し、不要波分析回路２１で周波数を分析する。したがって、副アンテナ２０を機械回転させる必要はなく、図５のアンテナ駆動部５を設ける必要はない。

また、基準信号発生回路２２は、従来の送信パルス繰返周期ごとに通常の目標信号受信に必要な時間に不要信号観測時間を加えた基準信号発生回路１９とは異なり、送信パルス繰返周期ごとに不要信号観測時間を加えるのではなく、例えば、図３に示すように目標信号受信のための１スキャンが終わった後等に、各方向に主アンテナ１のビームを指向させ、不要信号の到来方向を観測するための時間を加えたものである。

そして、中間周波増幅回路１４のあとに追加したＤＢＦ処理回路２３は、主アンテナ１のビームパターン形成をディジタル処理により実現するものであり、図４に示すように同時に複数の異なるアンテナビームパターンを形成できる。

次に、本実施の形態に係るレーダ装置の特徴点を中心に動作について説明する。

図３に主アンテナ１による１仰角走査時間内の送受信波を示す。本実施の形態では、副アンテナ２０による不要信号の検出は主アンテナ１によってなされる目標探知と並行して行われ、主アンテナ１が仰角方向にビームを走査している間、副アンテナ２０では不要信号を観測でき、その時間内において不要波分析回路２１で周波数を掃引して、不要信号周波数を検出する。

次に、１仰角走査時間外の不要波観測時間内のみ、主アンテナ１により不要波の到来方向を観測することで、レーダ探知使用チャンネルに対する全方向での不要波の到来状況を知ることもできる。

ここで、副アンテナ２０による不要信号の検出は、主アンテナ１により指向されるビームに対する副アンテナ２０での受信信号の依存性を確認し、依存性が無ければ受信した信号が不要信号であると判定することにより検出が行われる。

より具体的には、主アンテナ１から所定距離にある目標に対してビームを指向させた場合に、反射波が受信されるまでにはある程度の時間がかかるが、不要信号は主アンテナ１から指向されるビームの時間にかかわり無く、副アンテナ２０により受信されることが考えられる。このような受信信号は、通常の目標からの反射波とは考えにくいため、不要信号として判定することができる。

次に、主アンテナ１による不要信号の到来方向の検出には、基準信号発生回路２２により、例えば、図３に示すように目標信号受信のための１スキャンが終わった後等に、各方向にビームを指向し不要信号の到来方向を観測するための時間を設ける。そして、基準信号発生回路２２によりその時間内のみ受信信号の周波数を不要波周波数に同調させるべく、第１混合回路１２及び第２混合回路１３に対して基準信号を出力する。

なお、基準信号発生回路２２からビーム走査角度制御信号及びビーム出力タイミングをビーム制御回路７に出力し、主アンテナ１で各方位角、各仰角にビームを指向して受信信号を得ることにより、副アンテナ２０の全受信領域における受信信号の到来状況を知ることができ、到来方位角、仰角が検出できる。

しかし、主アンテナ１が垂直方向にも、水平方向にも狭いペンシルビームを有している場合は、不要信号の到来方向を精度良く検出できるものの、各方位角、各仰角にビームを指向して不要信号を受信するのに時間がかかってしまう。

そこで、ＤＢＦ処理回路２３により、同時に複数の異なる方向にペンシルビームを形成することで、不要信号の到来方向の検出精度を落とすことなく、主アンテナで各方位角、各仰角にビームを指向する時間を短縮することができる。

なお、主アンテナの例えば上下半分のみを用いてＤＢＦ処理すると仰角方向のビーム幅が太くなる。同じ仰角幅に対して不要波を検出するのであれば、ビーム幅が大きいほうが仰角方向のスキャン時間を少なくでき、不要波の到来方向を検出する時間を短縮できる。ただし、ビーム幅が太るため、不要波到来仰角の検出精度は悪くなる。

このようにして得られた全方向での主アンテナ１による受信信号に基づいて、不要信号到来方向検出回路１６は、各受信信号の電圧レベルを検出し、例えば、各受信信号の平均値を閾値と設定し、かかる閾値よりも大きな電圧レベルを有する受信信号の到来方向を不要信号の到来方向として検出し、表示部１８にて表示する。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

本発明の実施の形態に係るレーダ装置の構成図である。実施の形態に係るレーダ装置の主アンテナの指向範囲と副アンテナの受信領域を示す説明図である。実施の形態に係るレーダ装置の不要波到来方向検出用タイミング（全方向走査時間分）の説明図である。実施の形態に係るレーダ装置のＤＢＦ処理による同時複数ビーム指向の説明図である。従来のレーダ装置の構成図である。従来のレーダ装置の一般的なビーム走査の説明図である。従来のレーダ装置の送信タイミング（１仰角走査時間分）の説明図である。従来のレーダ装置の基準信号発生回路で発生する送信タイミング図である。従来のレーダ装置において基準信号発生回路の制御機能により不要波観測時間のみ同調受信された受信信号を示す説明図である。

符号の説明

１主アンテナ
２移相器群
３分配回路
４不要波分析回路
５アンテナ駆動部
６移相器駆動回路
７ビーム制御回路
８送信機
９副アンテナ
１０送受切換器
１１高周波増幅回路
１２第１混合回路
１３第２混合回路
１４中間周波増幅回路
１５信号検出回路
１６不要信号到来方向検出回路
１７情報処理回路
１８表示部
１９基準信号発生回路
２０副アンテナ
２１不要波分析回路
２２基準信号発生回路
２３ＤＢＦ処理回路

Claims

任意の方向にビームを指向させて送信信号を放射し、該指向させたビームの反射波により目標を探知するアレーアンテナからなる主アンテナと、
前記主アンテナにより指向されるビームの指向範囲を少なくとも受信領域とする副アンテナと、
前記副アンテナにより受信した受信信号における前記主アンテナにより指向されたビームに対する依存性を確認し、依存性がないとき前記受信信号を不要信号であると判定し、該不要信号の周波数を分析する不要波分析回路と、
前記主アンテナが目標の探知を行う所定の時間帯とは別に、前記主アンテナにより不要信号の到来方向を観測する時間帯を設け、該時間帯においてのみ前記主アンテナによる受信信号の周波数を前記不要波分析回路により周波数分析された不要信号の周波数に同調させる基準信号を発生する基準信号発生回路と、
前記基準信号発生回路により発生された基準信号に基づいて周波数が同調された前記主アンテナによる受信信号のうち、所定の閾値以上の電圧レベルを有する受信信号の到来方向を不要信号の到来方向として検出する不要信号到来方向検出回路とを備えたことを特徴とするレーダ装置。