JP3918573B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、広帯域フェーズドアレイアンテナが設けられ、レーダおよび警戒受信等の複数機能を有したレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図５はレーダ、警戒受信等の複数機能を一つの広帯域フェーズドアレイアンテナにより実施可能な従来のレーダ装置の構成を示すものである。
【０００３】
図５において、１はサブアレイ１−１乃至１−４から構成される広帯域フェーズドアレイアンテナ、２は送受信切換用のサーキュレータ、３は機能切換用のスイッチ、４はモノパルスコンパレータ、５は周波数変換器、６はＡ／Ｄ変換器、７は受信信号分析処理器、８は受信信号識別処理器、９は制御器、１０はモノパルス処理器、１１はレーダ信号処理器、１２は励振機、１３はビーム制御器である。
【０００４】
また、図６は広帯域フェーズドアレイアンテナ１のサブアレイの代表例として、サブアレイ１−１の細部構成を示すものである。図において、１４は素子アンテナ、１５は素子アンテナ１４と接続された送受信モジュール、１６は送受信モジュール１５に設けられ、入出力端が素子アンテナ１４と接続されたサーキュレータ、１７はサーキュレータ１６の出力端に接続された低雑音増幅器、１８はサーキュレータ１６の入力端に接続された高出力増幅器、１９はスイッチ、２０はスイッチ１９に接続され、ビーム制御器１３の制御指令Ｓ１６によって位相を制御する移相器、２１は移相器２０に接続された給電回路である。
広帯域フェーズドアレイアンテナ１は、素子アンテナ１４、送受信モジュール１５、および給電回路２１に広帯域性のあるデバイス（部品）を用いて構成したものである。また、通常のフェーズドアレイアンテナでは、所定の周波数におけるビーム走査角を制御するのに対して、広帯域フェーズドアレイアンテナ１では、ビーム制御器１３が周波数に応じて移相器に対する制御指令Ｓ１６を変化させ、ビーム走査角と共に、ビーム制御に必要な演算を周波数に対応して行う。
【０００５】
次に、従来のレーダ装置における警戒受信時の動作について図面を参照しながら説明する。
広帯域フェーズドアレイアンテナ１により受信された高周波受信信号はサーキュレータ２を経て、スイッチ３に伝送される。この時、スイッチ３は周波数変換器５に接続され、サーキュレータ２からの高周波受信信号は、周波数変換器５にて局発信号Ｓ１〜Ｓ７に基いて中間周波数に変換され、Ａ／Ｄ変換器６にてディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器６でディジタル信号に変換された後、受信信号分析処理器７にて受信信号の詳細な周波数の分析が行われ、受信信号識別処理器８にて目標の識別が為される。受信信号識別処理器８で識別された目標の情報に基づいて、制御器９より目標の周波数情報Ｓ８及び制御信号Ｓ９を励振機１２、およびビーム制御器１３に送出すると共に、スイッチ３の接続をモノパルスコンパレータ４側に切換える。
【０００６】
４つのサブアレイ１−１乃至１−４からの受信信号Σ１〜Σ４は、モノパルスコンパレータ４に入力され、モノパルスコンパレータ４にて次の式１〜３に基いた計算結果が各々出力される。周波数変換器５は、この出力を局発信号Ｓ１〜Ｓ７に基いて中間周波数に変換し、Ａ／Ｄ変換器６にてディジタル信号に変換された後に、モノパルス処理器１０、レーダ信号処理器１１を経て、制御器９より識別された目標の角度情報を図示しない表示器へ出力する。
【０００７】
Σ＝１／２×（Σ１＋Σ２＋Σ３＋Σ４） ・・・（式１）
ΔAZ＝１／２×（（Σ１＋Σ３）―（Σ２＋Σ４））・・・（式２）
ΔEL＝１／２×（（Σ１＋Σ２）―（Σ３＋Σ４））・・・（式３）
【０００８】
以上により、警戒受信時には、広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナの受信信号に基いて、相手側のレーダが送信する電波を受信、分析し、相手方位や味方識別を行う。また、この受信処理においては広い周波数範囲をカバーする必要がある。
【０００９】
なお、レーダ動作時については、送信信号の送信動作が加わるのみで、受信処理については概略同等の流れで処理が行われる。すなわち、励振機１２の送信信号Ｓ１１〜Ｓ１４は、サーキュレータ２を介して広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１に送出される。また、制御器９からの制御信号Ｓ１５に基いて、ビーム制御器１３が、各サブアレイ１−１〜１−４のそれぞれの送受信モジュール１５における、スイッチ１９、移相器２０等に対して制御信号Ｓ１６を送出し、ビーム方向の制御が行われて、広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１から電波が送信される。送信された電波は目標物で反射され、目標物からの反射波を受信して信号処理することにより、目標物の方位や距離を探知することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来はレーダ、警戒受信等の複数機能を一つの広帯域フェーズドアレイアンテナにより実施する場合、警戒能力を確保するために中心周波数に対して１００％以上もの周波数帯域で動作させる必要があるため、モノパルス処理により目標の角度情報を精度良く得ようとした場合、広帯域特性を有するモノパルスコンパレータが必要となる。
広帯域を有するモノパルスコンパレータは、レーダの追尾に必要な振幅・位相精度が得にくいことから、精度が必要な場合には高周波受信信号の周波数に対応して振幅・位相の変動を補正するイコライザー回路を追加する必要があり、狭帯域のコンパレータよりも装置規模が大きくなる。また、このイコライザーの補正量は、アナログ部品の性質から製造・調整時に固定値として設定されることになり、キャリブレーションを行っても、この補正量を容易に変更することが困難である。
【００１１】
また、警戒受信の際に複数の異なる周波数の信号を同時に受信するためには、広帯域フェーズドアレイアンテナをサブアレイに開口分割し、サブアレイ毎の高周波受信信号を個別に受信処理する必要があり、モノパルスコンパレータの出力信号と各サブアレイからの出力信号に対応して、周波数変換器やＡ／Ｄ変換器が多数必要となる。例えば、図５の例では、サブアレイの分割数が４であるのに対し、周波数変換器５やＡ／Ｄ変換器６の個数はそれよりも多く、具体的には７つ設けられている。また、広帯域モノパルスコンパレータの前段に機能切換のスイッチが必要である。よって、ハードウェア及びソフトウェア構成の複雑化が問題となっていた。
【００１２】
この発明は、係る課題を解決するために為されたものであり、広帯域にわたって目標の角度情報を精度良く得ることができ、また、装置規模をより簡素化させたモノパルスコンパレータを得ることを目的としたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明によるレーダ装置は、縦横均等にＮ分割された開口面を有し、当該開口面に対応した素子アンテナと送受信モジュールを有するＮ個（Ｎ≧４、Ｎは偶数）のサブアレイから成る広帯域フェーズドアレイアンテナと、上記広帯域フェーズドアレイアンテナの各々のサブアレイに接続され、当該サブアレイの受信信号を周波数変換するＮ個の周波数変換器と、上記各々の周波数変換器に接続され、当該周波数変換器の出力信号をディジタル信号に変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器と、上記サブアレイ毎に、温度や周波数等に関して、位相・振幅のバラツキを補正するデータを予め記憶してある振幅・位相補正メモリと、上記振幅・位相補正データメモリからの各々の補正データおよび上記各々のＡ／Ｄ変換器のディジタル信号における周波数情報に基づき、当該各々のディジタル信号のサブアレイ間の振幅および位相バラツキを補正する補正処理器と、上記補正処理器からの振幅・位相バラツキを補正された上記上記サブアレイの各々のモノパルス和信号Σを、加算・減算することによりモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ）を算出するディジタルモノパルスコンパレータと、上記ディジタルモノパルスコンパレータからのモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ )から目標の角度情報を得るモノパルス処理器とを備えたものである。
【００１４】
また、この発明によるレーダ装置は、縦横均等にＮ分割された開口面を有し、当該開口面に対応した素子アンテナと送受信モジュールを有するＮ個（Ｎ≧４、Ｎは偶数）のサブアレイから成る広帯域フェーズドアレイアンテナと、上記広帯域フェーズドアレイアンテナの各々のサブアレイに接続され、当該サブアレイの受信信号を所望の周波数帯域でフィルター処理するＮ個のフィルタバンクと、上記各々のフィルタバンクに接続され、当該フィルタバンクの受信信号を周波数変換するＮ個の周波数変換器と、
上記各々の周波数変換器に接続され、当該周波数変換器の出力信号をディジタル信号に変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器と、上記サブアレイ毎に、温度や周波数等に関して、位相・振幅のバラツキを補正するデータを予め記憶してある振幅・位相補正メモリと、上記振幅・位相補正データメモリからの各々の補正データおよび上記各々のＡ／Ｄ変換器のディジタル信号における周波数情報に基づき、当該各々のディジタル信号のサブアレイ間の振幅および位相バラツキを補正する補正処理器と、上記補正処理器からの振幅・位相バラツキを補正された上記上記サブアレイの各々のモノパルス和信号Σを、加算・減算することによりモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ）を算出するディジタルモノパルスコンパレータと、上記ディジタルモノパルスコンパレータからのモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ )から目標の角度情報を得るモノパルス処理器とを備えたものである。
【００１５】
また、この発明によるレーダ装置は、縦横均等にＮ分割された開口面を有し、当該開口面に対応した素子アンテナと送受信モジュールを有するＮ個（Ｎ≧４、Ｎは偶数）のサブアレイから成る広帯域フェーズドアレイアンテナと、上記広帯域フェーズドアレイアンテナの各々のサブアレイに接続され、当該サブアレイの出力信号をディジタル信号に変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器と、上記各々のＡ／Ｄ変換器からのディジタル信号より、所望の帯域の信号を抽出するＮ個のディジタルフィルタと、上記サブアレイ毎に、温度や周波数等に関して、位相・振幅のバラツキを補正するデータを予め記憶してある振幅・位相補正メモリと、上記振幅・位相補正データメモリからの各々の補正データおよび上記Ｎ個のディジタルフィルタのディジタル信号における周波数情報に基づき、当該各々のディジタル信号のサブアレイ間の振幅および位相バラツキを補正する補正処理器と、上記補正処理器からの振幅・位相バラツキを補正された上記上記サブアレイの各々のモノパルス和信号Σを、加算・減算することによりモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ）を算出するディジタルモノパルスコンパレータと、上記ディジタルモノパルスコンパレータからのモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ )から目標の角度情報を得るモノパルス処理器とを備えたものである。
【００１６】
さらにまた、上記補正手段は、ディジタル信号の振幅および位相のバラツキを補正するための補正データが、周波数に対応付けて格納されたメモリを備えたものであっても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に関わるレーダ装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、レーダ、警戒受信等の複数機能を一つの広帯域フェーズドアレイアンテナにより実施可能な、この発明の実施の形態１に関わるレーダ装置の構成を示す図である。
図１において、１はサブアレイ１−１乃至１−４から構成される広帯域フェーズドアレイアンテナ、２は送受信切換用のサーキュレータ、５ｂは周波数変換器、６ｂはＡ／Ｄ変換器、７ｂは受信信号分析処理器、８ｂは受信信号識別処理器、９ｂは制御器、１０はモノパルス処理器、１１はレーダ信号処理器、１２ｂは励振機、１３はビーム制御器、２２は振幅・位相補正データメモリ、２３は補正処理器、２４はディジタルモノパルスコンパレータである。
【００１８】
周波数変換器５ｂ、Ａ／Ｄ変換器６ｂ、補正処理器２３、および受信信号分析処理器７ｂは、サーキュレータ２と同等の数Ｎ個であり、また、この個数Ｎは、広帯域フェーズドアレイアンテナ１のサブアレイの分割数Ｎと同等の数となっている。サブアレイの分割は、通常、アジマスとエレベーションの２方向にモノパルスを行うため、縦横均等に４分割する。このサブアレイの分割数Ｎはさらに増やすことも可能であるが、基本的には与えられた広帯域フェーズドアレイアンテナ１に与えられた開口面を均等分割し、Ｎは偶数（Ｎ≧４）となる。また、アジマスもしくはエレベーションのどちらか一方のみの角度情報をレーダ装置が検出する場合には、Ｎ＝２でも良い。この実施の形態では、４分割の場合（Ｎ＝４）の例に限って説明を行う。
【００１９】
ここで、広帯域フェーズドアレイアンテナ１、サーキュレータ２、モノパルス処理器１０、レーダ信号処理器１１、およびビーム制御器１３は、図５に示した従来のレーダ装置と同等のものである。また、広帯域フェーズドアレイアンテナ１のサブアレイの細部構成は、図６に示したように、素子アンテナ１４、送受信モジュール１５、サーキュレータ１６、低雑音増幅器１７、高出力増幅器１８、スイッチ１９、移相器２０、および給電回路２１から成る。
【００２０】
次に、この発明の実施の形態１に関わるレーダ装置における警戒受信時の動作について図面を参照しながら説明する。
広帯域フェーズドアレイアンテナ１により受信された高周波受信信号はサーキュレータ２を経て、周波数変換器５ｂにて局発信号Ｓ１〜Ｓ４により中間周波数に変換される。この中間周波数に変換された信号は、Ａ／Ｄ変換器６ｂにてディジタル信号に変換された後に、受信信号分析処理器７ｂにて受信信号の詳細な周波数の分析によって周波数が割り出される。受信信号識別処理器８ｂでは、この周波数分析結果に基づいて目標を識別し、制御器９ｂはこの目標の識別に応じて、目標の周波数情報Ｓ１７を励振機１２ｂおよび振幅・位相補正データメモリ２２に出力し、制御信号Ｓ１５をビーム制御器１３に出力する。
【００２１】
ここで、振幅・位相補正メモリ２２には、Σ１〜Σ４の各チャンネル間（サブアレイ間）の位相・振幅のバラツキを補正するデータを記憶してある。この補正データは周波数（温度）毎に持っており、キャリブレーション信号を用いた計測を実施して設定する。すなわち、広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１に周波数が既知の基準信号をキャリブレーション信号として入力し、受信信号分析処理器７ｂからの出力信号の振幅、位相の状態を制御器９で観測するとともに、図示しない温度センサで広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１の温度を観測し、周波数や温度を変化させたときのこれらの観測結果に基づいて、周波数（温度）の情報に応じた補正量を設定する。
【００２２】
次に、Ａ／Ｄ変換器６ｂにてディジタル変換された４つのサブアレイの受信信号Σ１〜Σ４は、補正処理器２３に入力される。また、振幅・位相補正データメモリ２２は制御器９ｂから周波数情報Ｓ１７（温度情報）が入力されると、予め格納された補正データを参照し、該周波数情報Ｓ１７（温度情報）に基いて、デジタルモノパルスコンパレータ２４の各チャンネルに対応した補正データＳ２１〜Ｓ２４を取り出し、この取り出されたデータを補正処理器２３に送出する。補正処理器２３は、Ａ／Ｄ変換器６ｂおよび振幅・位相補正データメモリ２２からの補正データＳ２１〜Ｓ２４に基いて、サブアレイ間の振幅・位相バラツキを補正し、ディジタルモノパルスコンパレータ２４にΣ１〜Σ４のディジタル化された補正信号を入力する。ディジタルモノパルスコンパレータ２４は、上述した式１〜３に基いて、入力されるディジタル化された補正信号を、加算・減算することによりモノパルス和信号Σと差信号（ΔAZ、ΔEL）を算出し、この算出結果をモノパルス処理器１０に入力する。一般に、モノパルスコンパレータの性能は、Σ１〜Σ４の各チャンネルの加算・減算によって和信号・差信号を求める際の、各々の振幅・位相の精度によって決まる。振幅・位相がずれていると、和・差の演算結果に誤差を生じるため、補正処理器２３によって温度変化や経時変化（例えば周波数変化）に応じた補正処理を行う。
【００２３】
なお、従来のモノパルスコンパレータ４は、４つの１８０度ハイブリッドが相互に接続されて構成され、Σ１〜Σ４のアナログ信号に対して１８０度ハイブリッドで位相差を与えることにより、符号を反転させた引き算を行い、式１〜式３の演算をアナログ信号の演算で処理する。したがって、従来のモノパルスコンパレータ４では、アナログ演算処理が１８０度ハイブリッドの性能に依存して位相誤差が発生することになり、デジタル演算によって補正処理を容易に行えるディジタルモノパルスコンパレータ２４と比べて演算誤差が大きくなる。さらに、ディジタルモノパルスコンパレータ２４はＣＰＵとメモリＩＣによって機器を構成できるのに対し、従来のモノパルスコンパレータ４は５ｃｍ角程度の大きさを有するアナログ部品で構成されるため、この実施の形態１は従来に比べて回路規模的に小さく機器を構成することができる。
【００２４】
次に、モノパルス処理器１０では、ディジタルモノパルスコンパレータ２４からの入力信号（和信号と差信号）に基いて、検知された目標の角度（方位）情報を求め、この情報をレーダ信号処理器１１に出力して各種信号処理が行われる。レーダ信号処理器１１から出力される目標の角度情報は、制御器９ｂを介して図示しない表示器へ出力される。
このように警戒受信時には、広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１の受信信号に基いて、相手側のレーダが送信する電波を受信、分析し、相手方位や味方識別を行う。
【００２５】
上述において、警戒受信時の動作について説明したが、レーダ動作時については送信信号の送信動作が加わるのみで、受信処理の流れは概ね同様である。すなわち、励振機１２ｂの送信信号Ｓ１１〜Ｓ１４は、サーキュレータ２を介して広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１に送出される。また、制御器９からの制御信号Ｓ１５に基いて、ビーム制御器１３が、各サブアレイ１−１〜１−４のそれぞれの送受信モジュール１５における、スイッチ１９、移相器２０等に対して制御信号Ｓ１６を送出し、ビーム方向の制御が行われて、広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１から電波が送信される。送信された電波は目標物で反射され、目標物からの反射波が広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１で受信される。この受信信号は、広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１の後段の各変換器、および処理器を介してレーダ信号処理器１１に入力され、レーダ信号処理器１１の信号処理により、目標物の方位とともに距離を探知することができる。
【００２６】
以上、この実施の形態１に関わるレーダ装置は、複数個の素子アンテナ１４と送受信モジュール１５から成るサブアレイＮ個（４つ）により構成される広帯域フェーズドアレイアンテナ１を具備し、各々のサブアレイには周波数変換器５ｂとＡ／Ｄ変換器６ｂが独立に接続され、受信信号をディジタル変換した後に、受信信号の周波数情報に基づき振幅・位相補正データメモリ２２に格納した補正データによりディジタル受信信号のサブアレイ間の振幅・位相補正処理を行い、ディジタルモノパルスコンパレータ２４にてモノパルス和信号及び差信号を算出し、モノパルス処理を行うことによって、目標の角度情報を得る構成にすることにより、モノパルスコンパレータの広帯域特性が振幅・位相補正データメモリ２２のデータを準備することにより確保され、広帯域にわたり目標の角度情報を精度良く得ることが可能となる。
【００２７】
また、モノパルスコンパレータをディジタル演算にて実施するため、従来と比べて装置規模の小型化が可能となる。
【００２８】
さらに、周波数変換器５ｂやＡ／Ｄ変換器６ｂの所要数が従来と比べて少なくなるので、装置規模の小型化の効果が大きい。
【００２９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に関わるレーダ装置について、図面を参照しながら説明する。図２は、レーダ、警戒受信等の複数機能を一つの広帯域フェーズドアレイアンテナにより実施可能な、この発明の実施の形態２に関わるレーダ装置の構成を示す図である。
【００３０】
図２において、１は広帯域フェーズドアレイアンテナ、２は送受信切換用のサーキュレータ、２５はフィルタバンク、５ｂは周波数変換器、６ｂはＡ／Ｄ変換器、７ｂは受信信号分析処理器、８ｂは受信信号識別処理器、９ｂは制御器、１０はモノパルス処理器、１１はレーダ信号処理器、１２ｂは励振機、１３はビーム制御器、２２は振幅・位相補正データメモリ、２３は補正処理器、２４はディジタルモノパルスコンパレータである。
ここで、１、２、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂ、１０、１１、１２ｂ、１３、２２〜２４の構成や動作は実施の形態２と同等のものである。
【００３１】
また、サブアレイの細部構成は図６に示したように、素子アンテナ１４、送受信モジュール１５、サーキュレータ１６、低雑音増幅器１７、高出力増幅器１８、スイッチ１９、移相器２０、および給電回路２１から成る。
【００３２】
また、図３はフィルタバンク２５の細部構成を示すものであり、２６及び２８はスイッチ、２７a〜２７Nは各々通過帯域がシフトしているＮ個（Ｎは整数）の帯域通過フィルタである。スイッチ２６は、その切換え動作によって帯域通過フィルタ２７a〜２７Nの一端のいずれか１つに接続されるとともに、スイッチ２８がスイッチ２６の接続されたものと同じ帯域通過フィルタ２７の他端に接続される。
【００３３】
次に、この発明の実施の形態２に関わるレーダ装置における警戒受信時の動作について図面を参照しながら説明する。
広帯域フェーズドアレイアンテナ１により受信された高周波受信信号は、サーキュレータ２を経て、フィルタバンク２５にて所望の帯域の高周波受信信号を抽出し、周波数変換器５ｂにて局発信号により中間周波数に変換し、Ａ／Ｄ変換器６ｂにてディジタル信号に変換した後に、受信信号分析処理器７ｂにて受信信号の詳細な周波数の分析を行い、受信信号識別処理器８ｂにて目標と識別されると、制御器９ｂより目標の周波数情報及び制御信号を励振機１２ｂ、ビーム制御器１３、振幅・位相補正データメモリ２２、フィルタバンク２５に送出する。
フィルタバンク２５は、注目する周波数対の信号のみを取り出すために、制御器９ｂからの制御信号に基いてスイッチ２６、２８を切換え、この切換えによって帯域通過フィルタ２７ａ〜２７Ｎの中から所望のフィルタを選択する。また、警戒受信時には、制御器９ｂからの制御信号に基いてローカル周波数をスイープすると共に、スイッチ２６、２８を順に切換えて、観測周波数を変化させつづける。なお、後述のレーダ動作時には、基本的に送信・受信同一の周波数で行うため、フィルタバンク２５のスイッチ２６、２８は、ある特定の周波数に固定されて使用される。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換器６ｂにてディジタル変換された４つのサブアレイの受信信号Σ１〜Σ４は、振幅・位相補正データメモリ２２に格納された補正データから、制御器９ｂからの周波数情報に対応するデータを取り出して補正処理器２３に送出し、補正処理器２３にてサブアレイ間振幅・位相バラツキを補正し、ディジタルモノパルスコンパレータ２４にて式１〜式３の演算を行い、その結果を各々出力した後に、モノパルス処理器１０、レーダ信号処理器１１を経て、制御器９からの目標の角度情報を図示しない表示器へ出力する。
【００３５】
上述により、警戒受信時の動作について説明したが、レーダ動作時については送信信号の送信動作が加わるものの、受信処理の流れは同様である。
【００３６】
以上により、この発明の請求項２に関わるレーダ装置は、複数個の素子アンテナ１４と送受信モジュール１５から成るサブアレイ４つにより構成される広帯域フェーズドアレイアンテナ１を具備し、各々のサブアレイにはフィルタバンク２５、周波数変換器５ｂ、Ａ／Ｄ変換器６ｂが独立に接続され、受信信号をディジタル変換した後に、受信信号の周波数情報に基づき振幅・位相補正データメモリ２２に格納した補正データによりディジタル受信信号のサブアレイ間の振幅・位相補正処理を行い、ディジタルモノパルスコンパレータ２４にてモノパルス和信号及び差信号を算出し、モノパルス処理を行うことによって、目標の角度情報を得る構成にすることにより、モノパルスコンパレータの広帯域特性が、振幅・位相補正データメモリ２２のデータを準備することにより確保され、広帯域にわたり目標の角度情報を精度良く得ることが可能となると共に、フィルタバンク２５により所望の帯域の高周波信号を抽出することにより、周波数変換時に発生する不要信号を抑圧することが可能となる。
【００３７】
さらに、モノパルスコンパレータをディジタル演算にて実施するため、装置規模の小型化が可能となる。
【００３８】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に関わるレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図４は、レーダ、警戒受信等の複数機能を一つの広帯域フェーズドアレイアンテナにより実施可能な、この発明の実施の形態３に関わるレーダ装置の構成を示す図である。
【００３９】
図４において、１は広帯域フェーズドアレイアンテナ、２は送受信切換用のサーキュレータ、６ｂはＡ／Ｄ変換器、２９はディジタルフィルタ、７ｂは受信信号分析処理器、８ｂは受信信号識別処理器、９ｂは制御器、１０はモノパルス処理器、１１はレーダ信号処理器、１２ｂは励振機、１３はビーム制御器、２２は振幅・位相補正データメモリ、２３は補正処理器、２４はディジタルモノパルスコンパレータである。ここで、１、２、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂ、１０、１１、１２ｂ、１３、２２〜２４の構成や動作は実施の形態２と同等のものである。
【００４０】
また、サブアレイの細部構成は図６に示されたものと同様であり、素子アンテナ１４、送受信モジュール１５、サーキュレータ１６、低雑音増幅器１７、高出力増幅器１８、スイッチ１９、移相器２０、給電回路２１から成る。
【００４１】
次に、この発明の実施の形態３に関わるレーダ装置における警戒受信時の動作について、図面を参照しながら説明する。
広帯域フェーズドアレイアンテナ１により受信された高周波受信信号は、サーキュレータ２を経て、Ａ／Ｄ変換器６ｂにてディジタル信号に変換し、ディジタルフィルタにて所望の周波数帯域の信号を抽出した後に、受信信号分析処理器７ｂにて受信信号の詳細な周波数の分析を行い、受信信号識別処理器８ｂにて目標と識別されると、制御器９ｂより目標の周波数情報及び制御信号を励振機１２、ビーム制御器１３、振幅・位相補正データメモリ２２、ディジタルフィルタ２９に送出する。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換器６ｂにてディジタル変換された４つのサブアレイの受信信号Σ１〜Σ４は、ディジタルフィルタ２９を経て、振幅・位相補正データメモリに格納された補正データから、制御器９ｂからの周波数情報に対応するデータを補正処理器に送出し、補正処理器２３にてサブアレイ間振幅・位相バラツキを補正し、ディジタルモノパルスコンパレータ２４にて式１〜３の結果を各々出力した後に、モノパルス処理器１０、レーダ信号処理器１１を経て、制御器９ｂからの目標の角度情報を、図示しない表示器へ出力する。
【００４３】
上述により、警戒受信時の動作について説明したが、レーダ動作時については送信信号の送信動作が加わるのみで、受信処理の流れは同様である。
【００４４】
以上により、複数個の素子アンテナ１４と送受信モジュール１５から成るサブアレイ４つにより構成される広帯域フェーズドアレイアンテナ１を具備し、各々のサブアレイにはＡ／Ｄ変換器６ｂが独立に接続され、受信信号をディジタル変換し、ディジタルフィルタ２９により所望の帯域の信号を抽出した後に、受信信号の周波数情報に基づき振幅・位相補正データメモリ２２に格納した補正データによりディジタル受信信号のサブアレイ間の振幅・位相補正処理を行い、ディジタルモノパルスコンパレータ２４にてモノパルス和信号及び差信号を算出し、モノパルス処理を行って目標の角度情報を得る構成にすることにより、モノパルスコンパレータの広帯域特性は振幅・位相補正データメモリ２２のデータを準備することにより確保され、広帯域にわたり目標の角度情報を精度良く得ることが可能となって、高周波受信信号を直接ディジタル変換する構成であるため、アナログでの周波数変換に必要なハードウェアを大幅に削減可能となる。
【００４５】
さらに、モノパルスコンパレータをディジタル演算にて実施するため、装置規模の小型化が可能となる。
【００４６】
【発明の効果】
この発明によるレーダ装置は、ディジタル演算を行うモノパルスコンパレータを用いることにより、モノパルスコンパレータの広帯域特性が、振幅・位相補正データメモリのデータを準備することにより確保され、広帯域にわたり目標の角度情報を精度良く得ることが可能となる。
また、モノパルスコンパレータをディジタル演算にて実施するため、装置規模の小型化が可能となる。
【００４７】
また、フィルタバンクを用いることにより所望の帯域の高周波信号を抽出することにより、周波数変換時に発生する不要信号を抑圧することが可能となる。
【００４８】
さらに、高周波受信信号を直接ディジタル変換する構成であるため、アナログでの周波数変換に必要なハードウェアを大幅に削減可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に関わるレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態２に関わるレーダ装置の構成を示す図である。
【図３】 フィルタバンクの細部構成を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態３に関わるレーダ装置の構成を示す図である。
【図５】 従来のレーダ装置の構成を示す図である。
【図６】 サブアレイの細部構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 広帯域フェーズドアレイアンテナ、 ２サーキュレータ、 ３ スイッチ、 ４ モノパルスコンパレータ、 ５ｂ 周波数変換器、 ６ｂ Ａ／Ｄ変換器、 ７ｂ 受信信号分析処理器、 ８ｂ 受信信号識別処理器、 ９ 制御器、 １０ モノパルス処理器、 １１ レーダ信号処理器、 １２ｂ 励振機、 １３ ビーム制御器、 １４ 素子アンテナ、 １５ 送受信モジュール、１６ サーキュレータ、 １７ 低雑音増幅器、 １８ 高出力増幅器、 １９ スイッチ、 ２０ 移相器、 ２１ 給電回路、 ２２ 振幅・位相補正データメモリ、 ２３ 補正処理器、 ２４ ディジタルモノパルスコンパレータ、 ２５ フィルタバンク、 ２６ スイッチ、 ２７a〜２７N 帯域通過フィルタ、 ２８ スイッチ、 ２９ ディジタルフィルタ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、広帯域フェーズドアレイアンテナが設けられ、レーダおよび警戒受信等の複数機能を有したレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図５はレーダ、警戒受信等の複数機能を一つの広帯域フェーズドアレイアンテナにより実施可能な従来のレーダ装置の構成を示すものである。
【０００３】
図５において、１はサブアレイ１−１乃至１−４から構成される広帯域フェーズドアレイアンテナ、２は送受信切換用のサーキュレータ、３は機能切換用のスイッチ、４はモノパルスコンパレータ、５は周波数変換器、６はＡ／Ｄ変換器、７は受信信号分析処理器、８は受信信号識別処理器、９は制御器、１０はモノパルス処理器、１１はレーダ信号処理器、１２は励振機、１３はビーム制御器である。
【０００４】
また、図６は広帯域フェーズドアレイアンテナ１のサブアレイの代表例として、サブアレイ１−１の細部構成を示すものである。図において、１４は素子アンテナ、１５は素子アンテナ１４と接続された送受信モジュール、１６は送受信モジュール１５に設けられ、入出力端が素子アンテナ１４と接続されたサーキュレータ、１７はサーキュレータ１６の出力端に接続された低雑音増幅器、１８はサーキュレータ１６の入力端に接続された高出力増幅器、１９はスイッチ、２０はスイッチ１９に接続され、ビーム制御器１３の制御指令Ｓ１６によって位相を制御する移相器、２１は移相器２０に接続された給電回路である。
広帯域フェーズドアレイアンテナ１は、素子アンテナ１４、送受信モジュール１５、および給電回路２１に広帯域性のあるデバイス（部品）を用いて構成したものである。また、通常のフェーズドアレイアンテナでは、所定の周波数におけるビーム走査角を制御するのに対して、広帯域フェーズドアレイアンテナ１では、ビーム制御器１３が周波数に応じて移相器に対する制御指令Ｓ１６を変化させ、ビーム走査角と共に、ビーム制御に必要な演算を周波数に対応して行う。
【０００５】
次に、従来のレーダ装置における警戒受信時の動作について図面を参照しながら説明する。
広帯域フェーズドアレイアンテナ１により受信された高周波受信信号はサーキュレータ２を経て、スイッチ３に伝送される。この時、スイッチ３は周波数変換器５に接続され、サーキュレータ２からの高周波受信信号は、周波数変換器５にて局発信号Ｓ１〜Ｓ７に基いて中間周波数に変換され、Ａ／Ｄ変換器６にてディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器６でディジタル信号に変換された後、受信信号分析処理器７にて受信信号の詳細な周波数の分析が行われ、受信信号識別処理器８にて目標の識別が為される。受信信号識別処理器８で識別された目標の情報に基づいて、制御器９より目標の周波数情報Ｓ８及び制御信号Ｓ９を励振機１２、およびビーム制御器１３に送出すると共に、スイッチ３の接続をモノパルスコンパレータ４側に切換える。
【０００６】
４つのサブアレイ１−１乃至１−４からの受信信号Σ１〜Σ４は、モノパルスコンパレータ４に入力され、モノパルスコンパレータ４にて次の式１〜３に基いた計算結果が各々出力される。周波数変換器５は、この出力を局発信号Ｓ１〜Ｓ７に基いて中間周波数に変換し、Ａ／Ｄ変換器６にてディジタル信号に変換された後に、モノパルス処理器１０、レーダ信号処理器１１を経て、制御器９より識別された目標の角度情報を図示しない表示器へ出力する。
【０００７】
Σ＝１／２×（Σ１＋Σ２＋Σ３＋Σ４） ・・・（式１）
ΔAZ＝１／２×（（Σ１＋Σ３）―（Σ２＋Σ４））・・・（式２）
ΔEL＝１／２×（（Σ１＋Σ２）―（Σ３＋Σ４））・・・（式３）
【０００８】
以上により、警戒受信時には、広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナの受信信号に基いて、相手側のレーダが送信する電波を受信、分析し、相手方位や味方識別を行う。また、この受信処理においては広い周波数範囲をカバーする必要がある。
【０００９】
なお、レーダ動作時については、送信信号の送信動作が加わるのみで、受信処理については概略同等の流れで処理が行われる。すなわち、励振機１２の送信信号Ｓ１１〜Ｓ１４は、サーキュレータ２を介して広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１に送出される。また、制御器９からの制御信号Ｓ１５に基いて、ビーム制御器１３が、各サブアレイ１−１〜１−４のそれぞれの送受信モジュール１５における、スイッチ１９、移相器２０等に対して制御信号Ｓ１６を送出し、ビーム方向の制御が行われて、広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１から電波が送信される。送信された電波は目標物で反射され、目標物からの反射波を受信して信号処理することにより、目標物の方位や距離を探知することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来はレーダ、警戒受信等の複数機能を一つの広帯域フェーズドアレイアンテナにより実施する場合、警戒能力を確保するために中心周波数に対して１００％以上もの周波数帯域で動作させる必要があるため、モノパルス処理により目標の角度情報を精度良く得ようとした場合、広帯域特性を有するモノパルスコンパレータが必要となる。
広帯域を有するモノパルスコンパレータは、レーダの追尾に必要な振幅・位相精度が得にくいことから、精度が必要な場合には高周波受信信号の周波数に対応して振幅・位相の変動を補正するイコライザー回路を追加する必要があり、狭帯域のコンパレータよりも装置規模が大きくなる。また、このイコライザーの補正量は、アナログ部品の性質から製造・調整時に固定値として設定されることになり、キャリブレーションを行っても、この補正量を容易に変更することが困難である。
【００１１】
また、警戒受信の際に複数の異なる周波数の信号を同時に受信するためには、広帯域フェーズドアレイアンテナをサブアレイに開口分割し、サブアレイ毎の高周波受信信号を個別に受信処理する必要があり、モノパルスコンパレータの出力信号と各サブアレイからの出力信号に対応して、周波数変換器やＡ／Ｄ変換器が多数必要となる。例えば、図５の例では、サブアレイの分割数が４であるのに対し、周波数変換器５やＡ／Ｄ変換器６の個数はそれよりも多く、具体的には７つ設けられている。また、広帯域モノパルスコンパレータの前段に機能切換のスイッチが必要である。よって、ハードウェア及びソフトウェア構成の複雑化が問題となっていた。
【００１２】
この発明は、係る課題を解決するために為されたものであり、広帯域にわたって目標の角度情報を精度良く得ることができ、また、装置規模をより簡素化させたモノパルスコンパレータを得ることを目的としたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明によるレーダ装置は、縦横均等にＮ分割された開口面を有し、当該開口面に対応した素子アンテナと送受信モジュールを有するＮ個（Ｎ≧４、Ｎは偶数）のサブアレイから成る広帯域フェーズドアレイアンテナと、上記広帯域フェーズドアレイアンテナの各々のサブアレイに接続され、当該サブアレイの受信信号を周波数変換するＮ個の周波数変換器と、上記各々の周波数変換器に接続され、当該周波数変換器の出力信号をディジタル信号に変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器と、上記サブアレイ毎に、温度や周波数等に関して、位相・振幅のバラツキを補正するデータを予め記憶してある振幅・位相補正メモリと、上記振幅・位相補正データメモリからの各々の補正データおよび上記各々のＡ／Ｄ変換器のディジタル信号における周波数情報に基づき、当該各々のディジタル信号のサブアレイ間の振幅および位相バラツキを補正する補正処理器と、上記補正処理器からの振幅・位相バラツキを補正された上記上記サブアレイの各々のモノパルス和信号Σを、加算・減算することによりモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ）を算出するディジタルモノパルスコンパレータと、上記ディジタルモノパルスコンパレータからのモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ )から目標の角度情報を得るモノパルス処理器とを備えたものである。
【００１４】
また、この発明によるレーダ装置は、縦横均等にＮ分割された開口面を有し、当該開口面に対応した素子アンテナと送受信モジュールを有するＮ個（Ｎ≧４、Ｎは偶数）のサブアレイから成る広帯域フェーズドアレイアンテナと、上記広帯域フェーズドアレイアンテナの各々のサブアレイに接続され、当該サブアレイの受信信号を所望の周波数帯域でフィルター処理するＮ個のフィルタバンクと、上記各々のフィルタバンクに接続され、当該フィルタバンクの受信信号を周波数変換するＮ個の周波数変換器と、
上記各々の周波数変換器に接続され、当該周波数変換器の出力信号をディジタル信号に変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器と、上記サブアレイ毎に、温度や周波数等に関して、位相・振幅のバラツキを補正するデータを予め記憶してある振幅・位相補正メモリと、上記振幅・位相補正データメモリからの各々の補正データおよび上記各々のＡ／Ｄ変換器のディジタル信号における周波数情報に基づき、当該各々のディジタル信号のサブアレイ間の振幅および位相バラツキを補正する補正処理器と、上記補正処理器からの振幅・位相バラツキを補正された上記上記サブアレイの各々のモノパルス和信号Σを、加算・減算することによりモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ）を算出するディジタルモノパルスコンパレータと、上記ディジタルモノパルスコンパレータからのモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ )から目標の角度情報を得るモノパルス処理器とを備えたものである。
【００１５】
また、この発明によるレーダ装置は、縦横均等にＮ分割された開口面を有し、当該開口面に対応した素子アンテナと送受信モジュールを有するＮ個（Ｎ≧４、Ｎは偶数）のサブアレイから成る広帯域フェーズドアレイアンテナと、上記広帯域フェーズドアレイアンテナの各々のサブアレイに接続され、当該サブアレイの出力信号をディジタル信号に変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器と、上記各々のＡ／Ｄ変換器からのディジタル信号より、所望の帯域の信号を抽出するＮ個のディジタルフィルタと、上記サブアレイ毎に、温度や周波数等に関して、位相・振幅のバラツキを補正するデータを予め記憶してある振幅・位相補正メモリと、上記振幅・位相補正データメモリからの各々の補正データおよび上記Ｎ個のディジタルフィルタのディジタル信号における周波数情報に基づき、当該各々のディジタル信号のサブアレイ間の振幅および位相バラツキを補正する補正処理器と、上記補正処理器からの振幅・位相バラツキを補正された上記上記サブアレイの各々のモノパルス和信号Σを、加算・減算することによりモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ）を算出するディジタルモノパルスコンパレータと、上記ディジタルモノパルスコンパレータからのモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ )から目標の角度情報を得るモノパルス処理器とを備えたものである。
【００１６】
さらにまた、上記補正手段は、ディジタル信号の振幅および位相のバラツキを補正するための補正データが、周波数に対応付けて格納されたメモリを備えたものであっても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に関わるレーダ装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、レーダ、警戒受信等の複数機能を一つの広帯域フェーズドアレイアンテナにより実施可能な、この発明の実施の形態１に関わるレーダ装置の構成を示す図である。
図１において、１はサブアレイ１−１乃至１−４から構成される広帯域フェーズドアレイアンテナ、２は送受信切換用のサーキュレータ、５ｂは周波数変換器、６ｂはＡ／Ｄ変換器、７ｂは受信信号分析処理器、８ｂは受信信号識別処理器、９ｂは制御器、１０はモノパルス処理器、１１はレーダ信号処理器、１２ｂは励振機、１３はビーム制御器、２２は振幅・位相補正データメモリ、２３は補正処理器、２４はディジタルモノパルスコンパレータである。
【００１８】
周波数変換器５ｂ、Ａ／Ｄ変換器６ｂ、補正処理器２３、および受信信号分析処理器７ｂは、サーキュレータ２と同等の数Ｎ個であり、また、この個数Ｎは、広帯域フェーズドアレイアンテナ１のサブアレイの分割数Ｎと同等の数となっている。サブアレイの分割は、通常、アジマスとエレベーションの２方向にモノパルスを行うため、縦横均等に４分割する。このサブアレイの分割数Ｎはさらに増やすことも可能であるが、基本的には与えられた広帯域フェーズドアレイアンテナ１に与えられた開口面を均等分割し、Ｎは偶数（Ｎ≧４）となる。また、アジマスもしくはエレベーションのどちらか一方のみの角度情報をレーダ装置が検出する場合には、Ｎ＝２でも良い。この実施の形態では、４分割の場合（Ｎ＝４）の例に限って説明を行う。
【００１９】
ここで、広帯域フェーズドアレイアンテナ１、サーキュレータ２、モノパルス処理器１０、レーダ信号処理器１１、およびビーム制御器１３は、図５に示した従来のレーダ装置と同等のものである。また、広帯域フェーズドアレイアンテナ１のサブアレイの細部構成は、図６に示したように、素子アンテナ１４、送受信モジュール１５、サーキュレータ１６、低雑音増幅器１７、高出力増幅器１８、スイッチ１９、移相器２０、および給電回路２１から成る。
【００２０】
次に、この発明の実施の形態１に関わるレーダ装置における警戒受信時の動作について図面を参照しながら説明する。
広帯域フェーズドアレイアンテナ１により受信された高周波受信信号はサーキュレータ２を経て、周波数変換器５ｂにて局発信号Ｓ１〜Ｓ４により中間周波数に変換される。この中間周波数に変換された信号は、Ａ／Ｄ変換器６ｂにてディジタル信号に変換された後に、受信信号分析処理器７ｂにて受信信号の詳細な周波数の分析によって周波数が割り出される。受信信号識別処理器８ｂでは、この周波数分析結果に基づいて目標を識別し、制御器９ｂはこの目標の識別に応じて、目標の周波数情報Ｓ１７を励振機１２ｂおよび振幅・位相補正データメモリ２２に出力し、制御信号Ｓ１５をビーム制御器１３に出力する。
【００２１】
ここで、振幅・位相補正メモリ２２には、Σ１〜Σ４の各チャンネル間（サブアレイ間）の位相・振幅のバラツキを補正するデータを記憶してある。この補正データは周波数（温度）毎に持っており、キャリブレーション信号を用いた計測を実施して設定する。すなわち、広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１に周波数が既知の基準信号をキャリブレーション信号として入力し、受信信号分析処理器７ｂからの出力信号の振幅、位相の状態を制御器９で観測するとともに、図示しない温度センサで広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１の温度を観測し、周波数や温度を変化させたときのこれらの観測結果に基づいて、周波数（温度）の情報に応じた補正量を設定する。
【００２２】
次に、Ａ／Ｄ変換器６ｂにてディジタル変換された４つのサブアレイの受信信号Σ１〜Σ４は、補正処理器２３に入力される。また、振幅・位相補正データメモリ２２は制御器９ｂから周波数情報Ｓ１７（温度情報）が入力されると、予め格納された補正データを参照し、該周波数情報Ｓ１７（温度情報）に基いて、デジタルモノパルスコンパレータ２４の各チャンネルに対応した補正データＳ２１〜Ｓ２４を取り出し、この取り出されたデータを補正処理器２３に送出する。補正処理器２３は、Ａ／Ｄ変換器６ｂおよび振幅・位相補正データメモリ２２からの補正データＳ２１〜Ｓ２４に基いて、サブアレイ間の振幅・位相バラツキを補正し、ディジタルモノパルスコンパレータ２４にΣ１〜Σ４のディジタル化された補正信号を入力する。ディジタルモノパルスコンパレータ２４は、上述した式１〜３に基いて、入力されるディジタル化された補正信号を、加算・減算することによりモノパルス和信号Σと差信号（ΔAZ、ΔEL）を算出し、この算出結果をモノパルス処理器１０に入力する。一般に、モノパルスコンパレータの性能は、Σ１〜Σ４の各チャンネルの加算・減算によって和信号・差信号を求める際の、各々の振幅・位相の精度によって決まる。振幅・位相がずれていると、和・差の演算結果に誤差を生じるため、補正処理器２３によって温度変化や経時変化（例えば周波数変化）に応じた補正処理を行う。
【００２３】
なお、従来のモノパルスコンパレータ４は、４つの１８０度ハイブリッドが相互に接続されて構成され、Σ１〜Σ４のアナログ信号に対して１８０度ハイブリッドで位相差を与えることにより、符号を反転させた引き算を行い、式１〜式３の演算をアナログ信号の演算で処理する。したがって、従来のモノパルスコンパレータ４では、アナログ演算処理が１８０度ハイブリッドの性能に依存して位相誤差が発生することになり、デジタル演算によって補正処理を容易に行えるディジタルモノパルスコンパレータ２４と比べて演算誤差が大きくなる。さらに、ディジタルモノパルスコンパレータ２４はＣＰＵとメモリＩＣによって機器を構成できるのに対し、従来のモノパルスコンパレータ４は５ｃｍ角程度の大きさを有するアナログ部品で構成されるため、この実施の形態１は従来に比べて回路規模的に小さく機器を構成することができる。
【００２４】
次に、モノパルス処理器１０では、ディジタルモノパルスコンパレータ２４からの入力信号（和信号と差信号）に基いて、検知された目標の角度（方位）情報を求め、この情報をレーダ信号処理器１１に出力して各種信号処理が行われる。レーダ信号処理器１１から出力される目標の角度情報は、制御器９ｂを介して図示しない表示器へ出力される。
このように警戒受信時には、広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１の受信信号に基いて、相手側のレーダが送信する電波を受信、分析し、相手方位や味方識別を行う。
【００２５】
上述において、警戒受信時の動作について説明したが、レーダ動作時については送信信号の送信動作が加わるのみで、受信処理の流れは概ね同様である。すなわち、励振機１２ｂの送信信号Ｓ１１〜Ｓ１４は、サーキュレータ２を介して広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１に送出される。また、制御器９からの制御信号Ｓ１５に基いて、ビーム制御器１３が、各サブアレイ１−１〜１−４のそれぞれの送受信モジュール１５における、スイッチ１９、移相器２０等に対して制御信号Ｓ１６を送出し、ビーム方向の制御が行われて、広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１から電波が送信される。送信された電波は目標物で反射され、目標物からの反射波が広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１で受信される。この受信信号は、広帯域アクティブフェーズドアレイアンテナ１の後段の各変換器、および処理器を介してレーダ信号処理器１１に入力され、レーダ信号処理器１１の信号処理により、目標物の方位とともに距離を探知することができる。
【００２６】
以上、この実施の形態１に関わるレーダ装置は、複数個の素子アンテナ１４と送受信モジュール１５から成るサブアレイＮ個（４つ）により構成される広帯域フェーズドアレイアンテナ１を具備し、各々のサブアレイには周波数変換器５ｂとＡ／Ｄ変換器６ｂが独立に接続され、受信信号をディジタル変換した後に、受信信号の周波数情報に基づき振幅・位相補正データメモリ２２に格納した補正データによりディジタル受信信号のサブアレイ間の振幅・位相補正処理を行い、ディジタルモノパルスコンパレータ２４にてモノパルス和信号及び差信号を算出し、モノパルス処理を行うことによって、目標の角度情報を得る構成にすることにより、モノパルスコンパレータの広帯域特性が振幅・位相補正データメモリ２２のデータを準備することにより確保され、広帯域にわたり目標の角度情報を精度良く得ることが可能となる。
【００２７】
また、モノパルスコンパレータをディジタル演算にて実施するため、従来と比べて装置規模の小型化が可能となる。
【００２８】
さらに、周波数変換器５ｂやＡ／Ｄ変換器６ｂの所要数が従来と比べて少なくなるので、装置規模の小型化の効果が大きい。
【００２９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に関わるレーダ装置について、図面を参照しながら説明する。図２は、レーダ、警戒受信等の複数機能を一つの広帯域フェーズドアレイアンテナにより実施可能な、この発明の実施の形態２に関わるレーダ装置の構成を示す図である。
【００３０】
図２において、１は広帯域フェーズドアレイアンテナ、２は送受信切換用のサーキュレータ、２５はフィルタバンク、５ｂは周波数変換器、６ｂはＡ／Ｄ変換器、７ｂは受信信号分析処理器、８ｂは受信信号識別処理器、９ｂは制御器、１０はモノパルス処理器、１１はレーダ信号処理器、１２ｂは励振機、１３はビーム制御器、２２は振幅・位相補正データメモリ、２３は補正処理器、２４はディジタルモノパルスコンパレータである。
ここで、１、２、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂ、１０、１１、１２ｂ、１３、２２〜２４の構成や動作は実施の形態２と同等のものである。
【００３１】
また、サブアレイの細部構成は図６に示したように、素子アンテナ１４、送受信モジュール１５、サーキュレータ１６、低雑音増幅器１７、高出力増幅器１８、スイッチ１９、移相器２０、および給電回路２１から成る。
【００３２】
また、図３はフィルタバンク２５の細部構成を示すものであり、２６及び２８はスイッチ、２７a〜２７Nは各々通過帯域がシフトしているＮ個（Ｎは整数）の帯域通過フィルタである。スイッチ２６は、その切換え動作によって帯域通過フィルタ２７a〜２７Nの一端のいずれか１つに接続されるとともに、スイッチ２８がスイッチ２６の接続されたものと同じ帯域通過フィルタ２７の他端に接続される。
【００３３】
次に、この発明の実施の形態２に関わるレーダ装置における警戒受信時の動作について図面を参照しながら説明する。
広帯域フェーズドアレイアンテナ１により受信された高周波受信信号は、サーキュレータ２を経て、フィルタバンク２５にて所望の帯域の高周波受信信号を抽出し、周波数変換器５ｂにて局発信号により中間周波数に変換し、Ａ／Ｄ変換器６ｂにてディジタル信号に変換した後に、受信信号分析処理器７ｂにて受信信号の詳細な周波数の分析を行い、受信信号識別処理器８ｂにて目標と識別されると、制御器９ｂより目標の周波数情報及び制御信号を励振機１２ｂ、ビーム制御器１３、振幅・位相補正データメモリ２２、フィルタバンク２５に送出する。
フィルタバンク２５は、注目する周波数対の信号のみを取り出すために、制御器９ｂからの制御信号に基いてスイッチ２６、２８を切換え、この切換えによって帯域通過フィルタ２７ａ〜２７Ｎの中から所望のフィルタを選択する。また、警戒受信時には、制御器９ｂからの制御信号に基いてローカル周波数をスイープすると共に、スイッチ２６、２８を順に切換えて、観測周波数を変化させつづける。なお、後述のレーダ動作時には、基本的に送信・受信同一の周波数で行うため、フィルタバンク２５のスイッチ２６、２８は、ある特定の周波数に固定されて使用される。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換器６ｂにてディジタル変換された４つのサブアレイの受信信号Σ１〜Σ４は、振幅・位相補正データメモリ２２に格納された補正データから、制御器９ｂからの周波数情報に対応するデータを取り出して補正処理器２３に送出し、補正処理器２３にてサブアレイ間振幅・位相バラツキを補正し、ディジタルモノパルスコンパレータ２４にて式１〜式３の演算を行い、その結果を各々出力した後に、モノパルス処理器１０、レーダ信号処理器１１を経て、制御器９からの目標の角度情報を図示しない表示器へ出力する。
【００３５】
上述により、警戒受信時の動作について説明したが、レーダ動作時については送信信号の送信動作が加わるものの、受信処理の流れは同様である。
【００３６】
以上により、この発明の請求項２に関わるレーダ装置は、複数個の素子アンテナ１４と送受信モジュール１５から成るサブアレイ４つにより構成される広帯域フェーズドアレイアンテナ１を具備し、各々のサブアレイにはフィルタバンク２５、周波数変換器５ｂ、Ａ／Ｄ変換器６ｂが独立に接続され、受信信号をディジタル変換した後に、受信信号の周波数情報に基づき振幅・位相補正データメモリ２２に格納した補正データによりディジタル受信信号のサブアレイ間の振幅・位相補正処理を行い、ディジタルモノパルスコンパレータ２４にてモノパルス和信号及び差信号を算出し、モノパルス処理を行うことによって、目標の角度情報を得る構成にすることにより、モノパルスコンパレータの広帯域特性が、振幅・位相補正データメモリ２２のデータを準備することにより確保され、広帯域にわたり目標の角度情報を精度良く得ることが可能となると共に、フィルタバンク２５により所望の帯域の高周波信号を抽出することにより、周波数変換時に発生する不要信号を抑圧することが可能となる。
【００３７】
さらに、モノパルスコンパレータをディジタル演算にて実施するため、装置規模の小型化が可能となる。
【００３８】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に関わるレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図４は、レーダ、警戒受信等の複数機能を一つの広帯域フェーズドアレイアンテナにより実施可能な、この発明の実施の形態３に関わるレーダ装置の構成を示す図である。
【００３９】
図４において、１は広帯域フェーズドアレイアンテナ、２は送受信切換用のサーキュレータ、６ｂはＡ／Ｄ変換器、２９はディジタルフィルタ、７ｂは受信信号分析処理器、８ｂは受信信号識別処理器、９ｂは制御器、１０はモノパルス処理器、１１はレーダ信号処理器、１２ｂは励振機、１３はビーム制御器、２２は振幅・位相補正データメモリ、２３は補正処理器、２４はディジタルモノパルスコンパレータである。ここで、１、２、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂ、１０、１１、１２ｂ、１３、２２〜２４の構成や動作は実施の形態２と同等のものである。
【００４０】
また、サブアレイの細部構成は図６に示されたものと同様であり、素子アンテナ１４、送受信モジュール１５、サーキュレータ１６、低雑音増幅器１７、高出力増幅器１８、スイッチ１９、移相器２０、給電回路２１から成る。
【００４１】
次に、この発明の実施の形態３に関わるレーダ装置における警戒受信時の動作について、図面を参照しながら説明する。
広帯域フェーズドアレイアンテナ１により受信された高周波受信信号は、サーキュレータ２を経て、Ａ／Ｄ変換器６ｂにてディジタル信号に変換し、ディジタルフィルタにて所望の周波数帯域の信号を抽出した後に、受信信号分析処理器７ｂにて受信信号の詳細な周波数の分析を行い、受信信号識別処理器８ｂにて目標と識別されると、制御器９ｂより目標の周波数情報及び制御信号を励振機１２、ビーム制御器１３、振幅・位相補正データメモリ２２、ディジタルフィルタ２９に送出する。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換器６ｂにてディジタル変換された４つのサブアレイの受信信号Σ１〜Σ４は、ディジタルフィルタ２９を経て、振幅・位相補正データメモリに格納された補正データから、制御器９ｂからの周波数情報に対応するデータを補正処理器に送出し、補正処理器２３にてサブアレイ間振幅・位相バラツキを補正し、ディジタルモノパルスコンパレータ２４にて式１〜３の結果を各々出力した後に、モノパルス処理器１０、レーダ信号処理器１１を経て、制御器９ｂからの目標の角度情報を、図示しない表示器へ出力する。
【００４３】
上述により、警戒受信時の動作について説明したが、レーダ動作時については送信信号の送信動作が加わるのみで、受信処理の流れは同様である。
【００４４】
以上により、複数個の素子アンテナ１４と送受信モジュール１５から成るサブアレイ４つにより構成される広帯域フェーズドアレイアンテナ１を具備し、各々のサブアレイにはＡ／Ｄ変換器６ｂが独立に接続され、受信信号をディジタル変換し、ディジタルフィルタ２９により所望の帯域の信号を抽出した後に、受信信号の周波数情報に基づき振幅・位相補正データメモリ２２に格納した補正データによりディジタル受信信号のサブアレイ間の振幅・位相補正処理を行い、ディジタルモノパルスコンパレータ２４にてモノパルス和信号及び差信号を算出し、モノパルス処理を行って目標の角度情報を得る構成にすることにより、モノパルスコンパレータの広帯域特性は振幅・位相補正データメモリ２２のデータを準備することにより確保され、広帯域にわたり目標の角度情報を精度良く得ることが可能となって、高周波受信信号を直接ディジタル変換する構成であるため、アナログでの周波数変換に必要なハードウェアを大幅に削減可能となる。
【００４５】
さらに、モノパルスコンパレータをディジタル演算にて実施するため、装置規模の小型化が可能となる。
【００４６】
【発明の効果】
この発明によるレーダ装置は、ディジタル演算を行うモノパルスコンパレータを用いることにより、モノパルスコンパレータの広帯域特性が、振幅・位相補正データメモリのデータを準備することにより確保され、広帯域にわたり目標の角度情報を精度良く得ることが可能となる。
また、モノパルスコンパレータをディジタル演算にて実施するため、装置規模の小型化が可能となる。
【００４７】
また、フィルタバンクを用いることにより所望の帯域の高周波信号を抽出することにより、周波数変換時に発生する不要信号を抑圧することが可能となる。
【００４８】
さらに、高周波受信信号を直接ディジタル変換する構成であるため、アナログでの周波数変換に必要なハードウェアを大幅に削減可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に関わるレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態２に関わるレーダ装置の構成を示す図である。
【図３】 フィルタバンクの細部構成を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態３に関わるレーダ装置の構成を示す図である。
【図５】 従来のレーダ装置の構成を示す図である。
【図６】 サブアレイの細部構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 広帯域フェーズドアレイアンテナ、 ２サーキュレータ、 ３ スイッチ、 ４ モノパルスコンパレータ、 ５ｂ 周波数変換器、 ６ｂ Ａ／Ｄ変換器、 ７ｂ 受信信号分析処理器、 ８ｂ 受信信号識別処理器、 ９ 制御器、 １０ モノパルス処理器、 １１ レーダ信号処理器、 １２ｂ 励振機、 １３ ビーム制御器、 １４ 素子アンテナ、 １５ 送受信モジュール、１６ サーキュレータ、 １７ 低雑音増幅器、 １８ 高出力増幅器、 １９ スイッチ、 ２０ 移相器、 ２１ 給電回路、 ２２ 振幅・位相補正データメモリ、 ２３ 補正処理器、 ２４ ディジタルモノパルスコンパレータ、 ２５ フィルタバンク、 ２６ スイッチ、 ２７a〜２７N 帯域通過フィルタ、 ２８ スイッチ、 ２９ ディジタルフィルタ。
Claims (4)
- 縦横均等にＮ分割された開口面を有し、当該開口面に対応した素子アンテナと送受信モジュールを有するＮ個（Ｎ≧４、Ｎは偶数）のサブアレイから成る広帯域フェーズドアレイアンテナと、
上記広帯域フェーズドアレイアンテナの各々のサブアレイに接続され、当該サブアレイの受信信号を周波数変換するＮ個の周波数変換器と、
上記各々の周波数変換器に接続され、当該周波数変換器の出力信号をディジタル信号に変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器と、
上記サブアレイ毎に、温度や周波数等に関して、位相・振幅のバラツキを補正するデータを予め記憶してある振幅・位相補正メモリと、
上記振幅・位相補正データメモリからの各々の補正データおよび上記各々のＡ／Ｄ変換器のディジタル信号における周波数情報に基づき、当該各々のディジタル信号のサブアレイ間の振幅および位相バラツキを補正する補正処理器と、
上記補正処理器からの振幅・位相バラツキを補正された上記上記サブアレイの各々のモノパルス和信号Σを、加算・減算することによりモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ）を算出するディジタルモノパルスコンパレータと、
上記ディジタルモノパルスコンパレータからのモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ )から目標の角度情報を得るモノパルス処理器と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 縦横均等にＮ分割された開口面を有し、当該開口面に対応した素子アンテナと送受信モジュールを有するＮ個（Ｎ≧４、Ｎは偶数）のサブアレイから成る広帯域フェーズドアレイアンテナと、
上記広帯域フェーズドアレイアンテナの各々のサブアレイに接続され、当該サブアレイの受信信号を所望の周波数帯域でフィルター処理するＮ個のフィルタバンクと、
上記各々のフィルタバンクに接続され、当該フィルタバンクの受信信号を周波数変換するＮ個の周波数変換器と、
上記各々の周波数変換器に接続され、当該周波数変換器の出力信号をディジタル信号に変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器と、
上記サブアレイ毎に、温度や周波数等に関して、位相・振幅のバラツキを補正するデータを予め記憶してある振幅・位相補正メモリと、
上記振幅・位相補正データメモリからの各々の補正データおよび上記各々のＡ／Ｄ変換器のディジタル信号における周波数情報に基づき、当該各々のディジタル信号のサブアレイ間の振幅および位相バラツキを補正する補正処理器と、
上記補正処理器からの振幅・位相バラツキを補正された上記上記サブアレイの各々のモノパルス和信号Σを、加算・減算することによりモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ）を算出するディジタルモノパルスコンパレータと、
上記ディジタルモノパルスコンパレータからのモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ )から目標の角度情報を得るモノパルス処理器と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 縦横均等にＮ分割された開口面を有し、当該開口面に対応した素子アンテナと送受信モジュールを有するＮ個（Ｎ≧４、Ｎは偶数）のサブアレイから成る広帯域フェーズドアレイアンテナと、
上記広帯域フェーズドアレイアンテナの各々のサブアレイに接続され、当該サブアレイの出力信号をディジタル信号に変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器と、
上記各々のＡ／Ｄ変換器からのディジタル信号より、所望の帯域の信号を抽出するＮ個のディジタルフィルタと、
上記サブアレイ毎に、温度や周波数等に関して、位相・振幅のバラツキを補正するデータを予め記憶してある振幅・位相補正メモリと、
上記振幅・位相補正データメモリからの各々の補正データおよび上記Ｎ個のディジタルフィルタのディジタル信号における周波数情報に基づき、当該各々のディジタル信号のサブアレイ間の振幅および位相バラツキを補正する補正処理器と、
上記補正処理器からの振幅・位相バラツキを補正された上記上記サブアレイの各々のモノパルス和信号Σを、加算・減算することによりモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ）を算出するディジタルモノパルスコンパレータと、
上記ディジタルモノパルスコンパレータからのモノパルス和信号Σと差信号（ΔＡＺ、ΔＥＬ )から目標の角度情報を得るモノパルス処理器と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 上記補正手段は、ディジタル信号の振幅および位相のバラツキを補正するための補正データが、周波数に対応付けて格納されたメモリを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーダ装置。
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