JP3763000B2

JP3763000B2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP3763000B2
Application number: JP2003325300A
Authority: JP
Inventors: 隆柿元
Original assignee: 防衛庁技術研究本部長
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: JP2005091174A

Description

本発明は、航空機、船舶等を探知するために、地上、機上、艦上等に設置されるレーダ装置に係り、特に遠距離の目標を検知するためのレーダ装置の改良に関するものである。

従来のレーダ装置においては、目標の検知感度を向上するため１つの方向に対して、所定の繰返し時間（ＰＲＴという、ただし逆数のパルス繰返し周波数ＰＲＦを用いる場合もある）で複数回電波を放射するものがある。この場合、一般的には、ｎ回目のレーダ電波による反射波はｎ＋１回目のレーダ電波の放射以前に受信されるように、希望する最大探知距離Ｒと電波放射繰返し時間（以下ＰＲＴと言う）の関係を、
２Ｒ／Ｃ＜ＰＲＴ
と決定している。ここでＣは光速である。レーダ装置は基本的に放射電波の反射波が次の放射までの間に帰ってきた場合にその時間から目標までの距離を算定するように構成されている。探知距離を遠くするにはＰＲＴを大きくすればよいが、放射される電波の単位時間密度が下がり感度が低下するので、あるところで妥協せざるを得ない。こうして探知距離Ｒが決定されるが、勿論、目標が距離Ｒより遠方に出現することがあり、この場合、ｎ＋１回目の電波放射の後にｎ回目の電波の反射波が到来する。このような反射波を高次エコーと呼ぶ。

高次エコーからも目標が検出できれば、結果的に最大探知距離が遠くなったことになるので都合がよい。しかし、高次エコーにて目標を検出する場合には、受信したエコーが１回目の放射電波の反射なのか、ｎ回目の放射電波の反射なのか、容易には識別できないために種々の工夫がなされている。

図６は高次エコーにより目標を検出する従来の概念を示すものである。図において１０１はパルス繰返し周期がＰＲＴ１の電波放射（パルス）を示し、１０２はその反射波が次のパルス放射の後に帰っている（２次エコーと言う）ことを示している。目標が遠距離にあった場合、１ＰＲＴ内では目標のエコーが帰って来ず、高次のエコーとなってしまう。この場合、レーダ装置は基本的には、１ＰＲＴ内におけるレンジング（距離の決定）しかできず、目標のエコーが何次のエコーで帰ってきたのか分からないので、複数の距離算定結果が得られることになる。これをレンジアンビギュイティ（距離の曖昧さ）と呼ぶ。このレンジアンビギュイティを無くすために、図６の１０１の所定回数の放射（ヒット）の後に、図６の１０３に示す異なるパルス繰返し周期（ＰＲＴ２）で電波を放射し、この受信波１０４からも複数の距離算定結果を得、両算定結果の内で一致した結果があれば、それが真の距離であると判断する。受信波１０２で２次エコーとして受信したものが、受信波１０４では３次エコーとして受信されていることを示している。勿論、ＰＲＴ１とＰＲＴ２とは、公約数を持たない関係の値に選定されている。図６では２つのＰＲＴの場合を示したが、一般には複数のＰＲＴが使用されている。

このように複数のＰＲＴの電波を放射する場合の従来のレーダ装置のブロック図を図７に示す。図において、２は空中線へ送信信号を送出する送信機、３は送信信号を空間に電波として放射及び空間からの電波を受信する空中線、４は空中線からの信号を増幅及び周波数変換する受信機、８は複数のＰＲＴから得られる情報から目標の距離を算出するレンジング処理器である。従来のレーダ装置において高次エコーにて目標を検出する場合の処理は上記のように構成され、レンジアンビギュイティを無くすために、複数のＰＲＴを適用し、レンジング処理器８により目標の距離を算出していた。

また、従来のレーダ装置において、高次エコーにて目標を検出する場合のビーム制御の概念図を図８に示す。高次エコーを用いる場合、最後の放射（ヒットと言う）の電波を受信するためには、最後の放射の後、エコーの利用したい次数分に相当する時間を受信のためにとらなければならない。一般には所要のヒット数を得るために、次数分のヒット数を余分にかけるようにしている。これをステヒットと呼んでいる。従来のレーダ装置では、ＰＲＴを切り替えて送信する毎に、あるいは方位角を切り替えて送信を行なう毎に（ステップを切換えると言う）ステヒットが次数分必要であった。

この場合のレーダ装置のブロック図を図９に示す。図９において、２は空中線へ送信信号を送出する送信機、３は送信信号を空間に電波として放射及び空間からの電波を受信する空中線、４は空中線からの信号を増幅及び周波数変換する受信機、９は空中線のビーム指向を制御するビーム制御器である。従来のレーダ装置において高次エコーにて目標を検出する場合の処理は上記のように構成され、ステップを切換える毎にステヒットが必要となっていた。

以上に説明したように、従来のレーダ装置においては、高次エコーにて目標を検出する場合は、レンジアンビギュイティを除去するために複数のＰＲＴを適用して、複数回の距離探知を行なった後に距離を確定していたため、距離確定にかかる時間が長いという課題があった。

また、ステップ毎にステヒットが次数分必要であることも距離確定に要する時間が長くなる原因となっていた。

本発明は、上記の課題を解消し、距離確定に係る時間が短くてすむレーダ装置を提供するものである。

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、本願請求項１の発明に係るレーダ装置は、
空中線と、
この空中線から電波として送信するパルスの周波数を制御する送信周波数制御器と、
この送信周波数制御器で制御されて前記パルス毎に変更して複数の周波数のパルスを送信する送信機と、
それぞれが前記複数の周波数の内の一つに対応し、目標で反射した前記電波を前記空中線から受信する複数の受信機と、
前記複数の受信機からの信号をＭ中１処理して、目標からの複数の次数の反射波を抽出するＭ中１処理器とを備えることを特徴としている。

本願請求項２の発明に係るレーダ装置は、
空中線と、
この空中線から電波として送信するパルスの周波数を制御する送信周波数制御器と、
この送信周波数制御器で制御されて前記パルス毎に変更して複数の周波数のパルスを送信する送信機と、
それぞれが前記複数の周波数の内の一つに対応し、目標で反射した前記電波を前記空中線から受信する複数の受信機と、
前記複数の受信機からの信号をＭ中Ｎ処理して、目標からの複数の次数の反射波を抽出するＭ中Ｎ処理器とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、ヒット毎に送信周波数を変更し、それぞれが前記周波数のいずれかに対応した複数の受信機を備える場合、受信した複数の周波数の複数の受信信号をＭ中１処理することにより、受信信号の次数を判別し、レンジアンビギュイティを除去でき、結果が素早く算出できる。

また、ヒット毎に送信周波数を変更し、それぞれが前記周波数のいずれかに対応した複数の受信機を備える場合、受信した複数の周波数の複数の受信信号をＭ中Ｎ処理することにより、受信信号の次数を判別し、レンジアンビギュイティを除去でき、正確さと素早さとを任意に調整できる。

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

参考例．
以下、参考例のレーダ装置を図について説明する。図１は参考例のレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１において１は送信機２が送信する電波の周波数を任意に変更できる送信周波数制御器である。２は空中線へ送信信号を送出する送信機、３は送信信号を空間に電波として放射及び空間からの電波を受信する空中線、１０は第１の受信機、１１は第２の受信機であり、それぞれの機能は従来装置の受信機４と同一であり、目標で反射した前記電波を前記空中線から受信するものである。１２は両受信機からの信号をＮＣＩＮＴ処理（位相を考慮せずに重ね合わせる処理、数値積分処理とも言う）するＮＣＩＮＴ処理器である。ここで送信周波数制御器１は利用しようとする高次エコーの次数の数に相当する異なる周波数を発生できるものであり、第１の受信機１０、第２の受信機１１はこの周波数（ここでは例として第１の受信機１０はｆ１、第２の受信機１１はｆ２）に対応している。したがって図１では受信機は２台しか記載していないが、利用する次数がｎまでならｎ台の受信機を使用するのである。

上記のように構成されたレーダ装置の動作概念を、２次エコーを利用するものを例として図２に示す。１２１は図１のレーダ装置が送信するパルスを示し、例えば２次エコー受信を実施する場合には送信周波数をヒット毎にｆ１、ｆ２、ｆ１、ｆ２・・・と変更し、同じＰＲＴでレーダ波を送信している。そして、受信系はこの次数分だけ準備されているので、１２２に示すように、ｆ１での送信終了後から次のｆ１での送信開始までの間、第１の受信機１０により周波数ｆ１で受信する。また、１２３に示すように、ｆ２での送信終了後から次のｆ２での送信開始までの間、第２の受信機１１により周波数ｆ２で受信する。

例えば、第１の受信機１０が送信周波数ｆ１での送信の直後（ｆ２の送信が開始されるまでの図示範囲１２２ａ）にｆ１の信号を受信した場合、それは奇数次のエコーであるが、３次以上では距離がありすぎるので１次エコーであると容易に判定できる。また、第１の受信機１０が送信周波数ｆ２での送信の直後（次のｆ１の送信が開始されるまでの図示範囲１２２ｂ）に、１２２Ｘに示すように、ｆ１の信号を受信した場合、それは偶数次のエコーであるが、４次以上では距離がありすぎるので２次エコーであると容易に判定できる。即ち１２２ａは１次エコーの受信期間、１２２ｂは２次エコーの受信期間となる。第２の受信機１１についても同様であり、１２３Ｘはｆ２による送信の２次エコーを示している。

図３は上記のようにして受信した信号をＮＣＩＮＴ処理する処理形態について説明する図である。図２の２つの受信機の受信波１２２と１２３は、タイミングが１ＰＲＴ分ずれているから、エコー１２２Ｘと１２３Ｘの距離をそれぞれ個別に分析しなければならないことになり処理回路が２つ必要となる。これでは不経済なので、ＮＣＩＮＴ処理により２つの信号を重ね合わせて１つの信号とした後、重ね合わされたエコーの距離を解析する。図３の１２４は２つの信号を重ね合わせたものを示し、１２４Ｘはエコーを重ねたものである。波形１２４の前半にあるエコーは１次エコー、後半にあるエコーは２次エコーである。この処理は２つの信号を重ねることにより偶発的に１回だけ混入したノイズの除去にも効果がある。

このようにして、受信のタイミングから、受信した信号の次数が判定できるので、一種類のＰＲＴで送信してもレンジアンビギュイティを除去することができる。ＮＣＩＮＴ処理器１２は数値積分処理器とも言う。

実施の形態１．
参考例の図１に示したＮＣＩＮＴ処理器１２による処理は、受信エコーから偶発的に混入したノイズを除去する効果があるが、重ね合わせる次数分の信号を受信し終わるまで結果がでない。しかし、誤り率よりも、早い距離算定結果が得られる方が良いという場合もある。このような場合に適用可能な本発明の実施の形態１のレーダ装置について、以下に説明する。

図４は本発明の実施の形態１のレーダ装置を示すブロック図であり、１３はＭ中１処理をするＭ中１処理器である。図４の構成は参考例の図１のＮＣＩＮＴ処理器１２をＭ中１処理器１３に置き換えた構成となっている。Ｍ中１処理についてはレーダの分野では公知の処理なので詳細な説明を省略するが、第１又は第２の受信機１０、１１のいずれかが受信した１つのエコーについて、直ちに距離の算定を行なうものである。参考例のＮＣＩＮＴ処理の代わりにＭ中１処理を実施することにより、より素早い距離算定結果が得られ、しかも単一ＰＲＦにてレンジアンビギュイティを除去できる。

実施の形態２．
参考例の処理では、正確な結果が得られるものの、処理時間が長く、実施の形態１の処理では、不正確だが結果の出力が素早く行なわれる。これら２つの方法の中間的な状態、即ち、素早さもある程度期待でき、正確さもある程度得られるものを本実施の形態で説明する。図５は本発明の実施の形態２のレーダ装置の構成を示すブロック図であり、参考例のＮＣＩＮＴ処理器１２の代わりにＭ中Ｎ処理器７を加えたものである。Ｍ中Ｎ処理についてはレーダの分野では公知の処理であるので詳細な説明は省略するが、第１又は第２の受信機１０、１１が所定の回数受信した信号中のエコーの出現率が所定の率以上となったとき、距離算定を行なうものである。参考例のＮＣＩＮＴ処理１２の代わりにＭ中Ｎ処理を実施しているので、Ｍ，Ｎの値を選定することにより、所定の性能を得、かつ、単一ＰＲＦにてレンジアンビギュイティを除去できる。

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。

参考例のレーダ装置を示すブロック図である。図１のレーダ装置の動作概念を説明するタイミング説明図である。図１の動作を説明する処理動作説明図である。本発明の実施の形態１のレーダ装置を示すブロック図である。本発明の実施の形態２のレーダ装置を示すブロック図である。従来の目標検出に関する処理の動作概念図である。従来の目標検出に関する処理を示すブロック図である。従来のビーム制御に関する処理の動作概念図である。従来のビーム制御に関する処理を示すブロック図である。

符号の説明

１送信周波数制御器
２送信機
３空中線
４，１０，１１受信機
７Ｍ中Ｎ処理器
８レンジング処理器
９ビーム制御器
１２ＮＣＩＮＴ処理器
１３Ｍ中１処理器
１２１送信パルスタイミング
１２２第１の受信機の受信タイミング
１２２ａｌ次受信時間範囲
１２２ｂ２次受信時間範囲
１２３第２の受信機の受信タイミング
１２４ＮＣＩＮＴ処理した波形

Claims

空中線と、
この空中線から電波として送信するパルスの周波数を制御する送信周波数制御器と、
この送信周波数制御器で制御されて前記パルス毎に変更して複数の周波数のパルスを送信する送信機と、
それぞれが前記複数の周波数の内の一つに対応し、目標で反射した前記電波を前記空中線から受信する複数の受信機と、
前記複数の受信機からの信号をＭ中１処理して、目標からの複数の次数の反射波を抽出するＭ中１処理器とを備えることを特徴としたレーダ装置。
空中線と、
この空中線から電波として送信するパルスの周波数を制御する送信周波数制御器と、
この送信周波数制御器で制御されて前記パルス毎に変更して複数の周波数のパルスを送信する送信機と、
それぞれが前記複数の周波数の内の一つに対応し、目標で反射した前記電波を前記空中線から受信する複数の受信機と、
前記複数の受信機からの信号をＭ中Ｎ処理して、目標からの複数の次数の反射波を抽出するＭ中Ｎ処理器とを備えることを特徴としたレーダ装置。