JP4545320B2

JP4545320B2 - スプーファ、ブランカ、およびキャンセラを有するレーダーシステム

Info

Publication number: JP4545320B2
Application number: JP2000602657A
Authority: JP
Inventors: スチューデル，フリッツ
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2020-02-14
Also published as: WO2000052497A9; WO2000052497A2; JP2002538467A; DE60044122D1; IL144487A0; IL144487A; WO2000052497A3; AU5438500A; EP1159635A2; EP1159635B1; US6538597B1

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、強力なサイドローブジャミングが存在する場合でも有効な動作が可能である、サイドローブ干渉の影響を軽減するためのブランカを有するフェイズドアレイレーダーシステムを提供する装置と技術とに関する。
【０００２】
本願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づく、１９９９年２月１６日に出願された米国仮出願第６０／１２０，２８０号に対する優先権を主張するものである。
【０００３】
背景技術
レーダーシステムの分野では公知であるように、ジャミングは敵のレーダーシステムに電子的に干渉するために使用される技術である。ジャマー（妨害器）は敵のレーダー受信機を飽和させ、またはそれ以外の方法で有効に使用不能にするように設計されたレーダー信号を発生し、送信する。
【０００４】
ジャマーは妨害すべきシステムの標準的な動作周波数帯域の情報に基づいて、ジャミング信号を発生することができる。ジャマー信号は、妨害されるレーダーシステムの瞬時周波数の情報、または推定に基づいて、限定された周波数間隔にわたって送信することができる（この技術はリピータジャミングと呼ばれることがある）。スマートジャマーは送信されたレーダー信号の周波数を判定し、判定された周波数での狭い帯域にわたってジャミングエネルギを集束する能力を備えている（この技術はスポットジャミングと呼ばれることがある）。別の種類のジャミングはバレッジジャミング（広帯域妨害）と呼ばれ、ジャミング信号が広帯域の周波数にわたって放射される。
【０００５】
メインビーム（主ビーム）もしくは総和ビームのサイドローブ内にジャマー信号を含む干渉信号の作用に対抗するための様々な技術が利用されている。このような技術の１つはサイドローブ相殺（キャンセル）と呼ばれ、この場合は、主ビームのサイドローブが最小化されサイドローブ相殺と呼ばれ、主ビームのサイドローブが最小化、好適にはナル（ゼロ）にされる。サイドローブキャンセラはジャマーの方向における主ビームのサイドローブにナルを誘導する（生じさせる）ためにも利用できる。この目的のため、補助アンテナ（単数または複数、典型的にはジャマーごとに１つのアンテナ素子）は、ジャマー方向のサイドローブにナルを生じさせるために、補助アンテナの出力が主ビームに加算されるために必要な重みを決定するためにジャマー信号を受信し、処理する。
【０００６】
好適には、サイドローブ相殺のために使用される補助アンテナは、例えば全方向性、または等方向性アンテナによって得られるような比較的広い視野を有している。しかし、このようなアンテナの利得は、例えば６ｄＢ程度と比較的低く、ジャマーの方向でサイドローブを効果的にナルにするためには相当の利得を誘導する必要がある。例えば、ピークサイドローブの利得が＋２０ｄＢｉである主ビームパターン（これは良好な設計のアンテナアレイのｒｍｓエラーサイドローブレベルに対応する）を考察されたい。−１５ｄＢｉのサイドローブ内のジャマーの場合、補助チャネルは＋６−（−１５）＝２１ｄＢだけ減衰される。しかし、＋２０ｄＢｉのサイドローブ内のジャマーには補助チャネルを１４ｄＢ増幅する必要がある（２０ｄＢｉ＝＋６＋１４）。補助チャネルでのこのような利得の誘導は熱雑音を増幅し、これが主ビームと結合することによって、主ビームの感度を劣化させる。その上、１つのサイドローブをナリング（ナル処理）すると他の方向でのサイドローブを増大させる傾向がある。しかし、このような欠点にも関わらず、サイドローブキャンセラはサイドローブジャミングの作用を相殺させる有効な方法であり得る。
【０００７】
ブランキングはサイドローブ干渉の作用を軽減するために用いられるもう一つの技術である。ブランカは専用の受信アンテナと処理チャネルとを使用し、信号処理は主ビームの処理と整合される。ブランキングチャネルの利得は主ビームサイドローブの利得よりも大きい。主ビームの目標方向が妥当であるかどうかを判定するために、主ビームプロセッサの出力およびブランカプロセッサの出力が比較される。より具体的には、サイドローブ干渉が強い場合は、ブランカチャネル内の信号強度は主ビームチャネル内の信号強度よりも高くなり、主ビームの出力は排除される。あるいは、主ビームチャネル内の信号強度がブランカチャネル内の信号強度よりも高い場合は、主ビームの目標方向は妥当であるものと見なされる。このようにしてブランキングされる干渉信号には、強いサイドローブクラッタ、より大きい航空機、リピータジャマー、またはチャープ信号のようなレーダー信号を放射するジャマーが含まれる。
【０００８】
しかし、ブランカに伴う１つの問題点は、そのアンテナ利得がサイドローブ利得よりも大きい必要があることにある。サイドローブキャンセラの場合と同様に、ブランカが有しているよりも多くのｄＢｉ利得を有するサイドローブをブランキングするには、ブランカの出力信号を増幅しなければならない。増幅器の利得がこのように高いと、システムのノイズレベルが増幅され、その結果、主ビームの感度が劣化する。その上、ブランカアンテナが主ビームのアパーチャから間隔を隔てている場合、マルチパス反射がブランカ内への受信信号の強度を低下させ、一方、主ビーム内への受信信号の強度を高め、その結果、ブランカの性能に悪影響を及ぼすことがある。このような欠点の結果、ブランカは強いサイドローブジャミングがある場合には使用不能になることがある。
【０００９】
ブランカとサイドローブキャンセラとは異なる種類のジャミングの作用を軽減するのに有用であり、またそれぞれには問題点、特にノイズの激化という問題点が伴うので、一般にこのような技術は一時に一方だけ使用される。すなわち、サイドローブジャミングがある場合は、ジャマーの方向でナルを誘導するためにキャンセラが使用されてブランカはターンオフされ、一方、リピータジャミングがある場合は、ブランカが使用されてキャンセラはオフに切換えられる。
【００１０】
ある種のレーダーシステムの付加的な機構はスマートジャマーの作用を軽減するために使用されるスプーファ（spoofer）である。スマートジャマーは送信されたレーダー信号を聴取してその周波数を推測し、次に、この推測された周波数におけるレーダー帯域の小部分にジャミングエネルギを集束することができる。スプーファはジャマーが実際のレーダー信号の周波数を確認することを防止するために、スマートサイドローブジャマーを混乱させることができるスプーファ信号を発生する波形発生器を含んでいる。すなわち、スプーファ信号は実際のレーダー信号をカモフラージュするために選択される。このことは、例えばノイズの様な信号を送信すること、またはレーダー信号のレプリカを送信するような様々な方法で達成できる。一例として、スプーファ信号は動作の全周波数範囲にわたって実際のレーダー信号の振幅よりも振幅が大きい掃引（スイープ）正弦波でよい。スプーファアンテナはほぼ全方向性であることが望ましいと同時に、スプーファの電力は比較的低いことも望ましい。
【００１１】
スプーファは標準的には主送信アンテナから間隔を隔てた別個の送信アンテナを使用する。その理由は、非放射ミサイルは、実際のレーダー信号の周波数の周囲の周波数で放射されるレーダー信号である「能動おとり」（アクティブデコイ：active decoy) を追跡できるからである。スプーファアンテナが主送信アンテナと一体である場合は、それを使用すると非放射ミサイルがレーダーシステムを追跡するであろう。
【００１２】
発明の概要
本発明によると、レーダーシステムは、主ビームパターンを有する主アンテナと、ブランカビームパターンを有するブランカアンテナとを含むレーダー信号を受信するためのアンテナと、ジャマーの方向にナルを有する総和ビームを形成するために、また、ジャマーの方向にナルを有するブランカビームを形成するために前記主アンテナに結合された、ナリング回路を備えたビーム形成ネットワークと、を含んでいる。このレーダーシステムはさらに、前記総和ビーム内で受信されたレーダー信号を処理するための第１の信号プロセッサと、前記ブランカビーム内で受信されたレーダー信号を処理するための第２の信号プロセッサと、前記主ビーム内で受信されたレーダー信号が妥当な目標を表す場合にこれを判定するために、前記総和ビーム内で受信された信号レベルと、前記ブランカビーム内で受信された信号レベルとを比較するための比較回路と、を含んでいる。このような構成によって、レーダーシステムはノイズ増幅に起因することがある従来の問題点を伴わずに、強いサイドローブジャミングが存在する場合に動作することができる。
【００１３】
本発明の別の特徴によると、レーダーシステムはさらに、ジャマーの方向を検出（検知）するために前記ビーム形成ネットワークに結合された開ループＥＣＭナリングマップ回路を含み、ナリング回路は前記総和ビームパターンと、前記ブランカビームパターンとにナルを誘導することで、検知されたジャマー方向に応答する。レーダーシステムはさらに、複数個の補助アンテナと、該複数個の補助アンテナに結合されたサイドローブキャンセラとを含んでいる。このような構成によって、サイドローブキャンセラが付加的にジャミングを阻止することで、サイドローブキャンセラのある種の欠点が克服される。より具体的には、開ループナリングによって、サイドローブ補助アンテナは、ジャマーの方向に開ループナリングがない場合のようにジャミング方向に主ビームよりも少ない利得を有するのではなく、ジャミング方向に主ビームよりも多くの利得を有する。
【００１４】
上記のことは、ジャマーの方向でブランカビームパターンと主ビームパターンとに単数または複数のナルを誘導するための開ループ・ナリング回路を使用することによって達成される。主ビームパターンは総和ビーム（単数または複数）、および△Ａｚ、△Ｅｌおよび△△のような差分チャネルを含んでいる。すなわち、従来のブランカは過剰なノイズが主ビーム内に結合されることを防止するために、強いジャミングがある場合にはサイドローブのジャマー信号に対するブランカチャネルの感度を最小限にすることによって使用不能にされたのに対して、ブランカは強いサイドローブジャミングがある場合にもオン状態に留められる。言い換えると、ジャマーの方向ではブランカにゼロ（ナル）を誘導し、しかしその他の方向では高利得を与えることによって、サイドローブ干渉およびバレッジジャミングに関するブランカの効力が保持され、一方ではその感度が低下し、ひいてはジャミングがある場合のブランカの動作と関連して発生するノイズ問題も軽減される。
【００１５】
さらに、この構成によって、強いサイドローブジャミングがある場合にキャンセラの動作と関連する従来の問題点を伴わずに、全方向性のサイドローブキャンセラアンテナ（単数または複数）を使用できる。すなわち、従来は強いジャミングがある場合に、サイドローブを効果的に相殺するためにキャンセラチャネルに相当の利得を誘導する必要があったのに対して、サイドローブは主ビームおよびブランカビーム内の開ループ・ナリングによって既に軽減されているので、ジャミング信号の作用を更に軽減し、サイドローブを相殺するために必要なキャンセラの利得は低減される。言い換えると、主ビームおよびブランカビームにナルを誘導することによって、サイドローブキャンセラの動作はより簡単になり（すなわち必要な利得が減少し）、それによってノイズの増幅に関連する問題点が軽減される。このように、サイドローブジャミングに関するキャンセラの効力は保持されるが、サイドローブジャミングが存在する場合のキャンセラの動作に関連する従来のノイズの問題はなくなる。
【００１６】
本発明の別の特徴によると、レーダーシステムは互いに直交して配置された一対の線形アレイを有するアンテナを含んでいる。このような構成によって、一方の線形アレイは１０°程度の限定されたエレベーション（仰角）の有効範囲を除く全方位の（すなわちアジマス（方位角）で全方向性である）有効範囲をもたらす。第２の線形アレイはジャマーの方向でビームを照準するために、エレベーションで全方向性であり、アジマスでは適応利得を有する。第２の線形アレイによって受信された信号を第１の線形アレイによって受信された信号から減算することによって発生された差分ビームは、アジマスでは全方向性であり、ジャマーの方向にナルを有する合成ビームを供給する。
【００１７】
この構成によって、ブランカビームはジャマーの方向に−１５ｄＢｉのナルを有し、従って強いサイドローブジャミングがある場合でも動作することができる。さらに、キャンセラの補助アンテナはジャミングの方向では（ジャマーの方向で２０ｄＢｉのサイドローブの場合の）ブランカビームよりも１４ｄＢ少ない利得ではなく、２１ｄＢ多い利得を有している。
【００１８】
レーダーシステムがさらにスプーファを備えている一実施形態では、第１の線形アレイは受信時にはブランカアンテナを、また送信時にはスプーファアンテナを供給する。アンテナビームパターン内でナル（単数または複数）を使用することによって、スプーファが必要とする電力は−１５ｄＢｉの主ビーム内では＋２０ｄＢｉのサイドローブにおけるよりも少ないので、スプーファに関連する電力は有利に低減される。さらに、ナリングによって、スプーファ信号を目標検知追随装置が追跡するかなりのリスクが加わることなく、スプーファアンテナを主ビームアパーチャと統合することができる。
【００１９】
発明を実施するための最良の形態
本発明の前述の特徴、並びに本発明自体は、図面の以下の説明からより完全に理解されよう。
【００２０】
本発明の詳細な説明をする前に、従来形のブランキングおよび相殺方法の幾つかの限界を克服するスプーフィング、ブランキング、およびサイドローブ相殺の概念を検討することが有用であろう。
【００２１】
スプーファは標準的には、スマートサイドローブジャマーがレーダー周波数およびスポットジャム（点妨害）を推測できず、それによってバレッジジャミングの帯域幅とスポットジャミングの帯域幅との比率によってジャマーのＥＲＰが上昇するように、ジャマーの方向に信号を放射する。ＤＲＦＭ（デジタルＲＦメモリ）を使用している精巧なジャマーの場合、スポットジャミングはレーダー探索帯域幅と同様に狭く、またジャミング帯域幅と信号帯域幅との比率は３０ｄＢもの高さである。スプーファの波形は各々がレーダー信号のエンベロープと位相変調を伴い、レーダーに割当てられた周波数スロットもしくは帯域内の全動作帯域にわたって分散された多重信号を含み、ジャマーによって認識されるスプーファ信号はサイドローブ内のレーダー信号よりも高い。
【００２２】
ブランカチャネルは標準的には主ビームチャネルの場合と同一の、信号処理にマッチドフィルタ（整合フィルタ）を備える。その入力は、干渉信号を誘発する可能性がある角度領域での主ビームのサイドローブよりも利得が高いアンテナからの入力である。プロセッサの出力におけるチャネル間を比較して、サイドローブチャネル内の信号がより強い場合には主ビームチャネル内での検出を無視（阻止）する。このプロセスでブランキングされる信号には、強いサイドローブクラッタ、より大型の航空機、リピータジャマー、チャープ信号のようなレーダを放射するジャマーが含まれる。サイドローブブランカに伴う主要な問題点は、主ビームの性能の劣化によるブランカチャネル内のノイズを最小限にするために、主ビームサイドローブに対する適切な利得を達成できないことにある。マルチパス反射が主ビームへの受信信号を増大しつつ、ブランカへの受信信号を減少させることがあるので、前記の問題点は、サイドローブブランカの位相中心が主ビームの位相中心から逸れている場合に悪化する。
【００２３】
サイドローブ相殺は標準的にはジャマーごとに少なくとも１つの補助チャネルを必要とする。補助チャネルアンテナは、ブランカと同様に、ジャマーの方向での主ビームサイドローブよりも利得が大きい。標準的には近似全方向性アンテナが補助アンテナ用に使用されるが、充分に強い信号を提供するために必要な増幅には２つの悪影響がある。第１に、サイドローブキャンセラ（ＳＬＣ）からのノイズが主ビームに加えられ、感度が劣化すること、および第２に他の方向でのサイドローブが増大することである。
【００２４】
ここでソリッドステート・モジュールのフェーズドアレイレーダに関連して上記の問題点の解決方法を説明する。概念を説明するためにＸバンドにおけるＮ＝１０，０００エレメント（素子）のアレイを有するアンテナの例を説明する。素子は走査角に左右される余弦利得を有するものと想定されているので、ブロードサイド素子の利得は、次のようになる。
【００２５】
【数１】

但しλ＝．０３ｍ、Ａ_e ＝λ²／π＝３ｘ１０^-4ｍ²（素子ごとに）、全アパーチャーについて３ｍ²。素子は４°ｒｍｓのフェーズエラーに較正されていると想定されるので、ｒｍｓサイドローブレベルは、次のようになる。
【００２６】
【数２】

但し、
ε²＝サイドローブ内に再指向される電力部分(fraction of power)
σθ＝ｒｍｓレーダーフェーズエラー
σ_a＝ｒｍｓ分数振幅エラー
である。
【００２７】
このように、電子対策（ＥＣＭ）マップを使用して、主ビームよりも低いサイドローブレベル１０ｌｏｇ（４Ｎ）＋１５＝６１ｄＢに等しい−１５ｄＢｉのエラー限度フロアーを有するジャマーの方向にナルを配することができる。その結果、慣行の重み付けをしたこれらのサイドローブレベルを得るには過度に大きな損失をもたらすことになろう。開ループ・ナリングは重い重み付けによる損失なく、ジャマーの方向で低サイドローブの利点を達成する。
【００２８】
サイドローブキャンセラは付加的なジャミング排除を構成する。６ｄＢの利得を有する単一素子は主ビームよりも＋６ｄＢｉ−（−１５ｄＢｉ）＝２１ｄＢｉだけ高い信号強度を生ずる。補助チャネルに適用される（信号プロセッサでデジタル式になされる）減衰によって、ノイズ繰越（キャリーオーバ）損失が１ｄＢ未満である相殺が可能となる。さらに、開ループ・ナリングによって、必要とされる相殺は標準的には従来のシステムよりも２０ｄＢ少なく、キャンセラシステムは主チャネルと補助チャネル間の位相および振幅の不均衡に対する感受性が低くなる。
【００２９】
従来のフェーズドアレイレーダーは慣行として象限対称素子、またはサブアレイを結合して、総和Σ、アジマス△Ａｚ、およびエレベーション（△Ｅｌ）ビームを形成してきた。以下に示すように、△Ａｚおよび△Ｅｌチャネルの積として示される△△出力もある。この第４のチャネルは自由度がさらに高いので、アレイは主ビームジャマーをナリングし、しかもなお標準化されたアジマス、およびエレベーション・チャネルを提供できる。下記のようになる。
【００３０】
【数３】

この式は、２つのビーム（△△および△Ａｚ、または△△および△Ｅｌ）から正規化されたモノパルス推定が得られ、その双方ともジャマーにて照準可能であり、オフーナル目標応答を生成しつつ、ジャマーをナリングできる。修正された角度のチャネル（△Ｅｌ’、△ＡＺ’、および△△’）は総計チャネルを多重化する重みを適応させて、閉ループナルを生成する。
【００３１】
スプーフィング、ブランキング、およびジャマー相殺のアーキテクチャは前述のとおりである。ｎのジャマーを相殺するのに必要な全方向性の補助素子の数を△−△チャネルだけ増大することができる単一の主ビームジャマーを包含するためにアーキテクチャを拡張すると、ジャマーがサイドローブ内にあるか、主ビーム内にあるかに関わりなく、１つのジャマーを相殺するために△△チャネルが使用される。
【００３２】
ジャマーのナリングは単一のプロセスで実行しなければならないことは既に指摘したとおりである。全てのジャマーは全ての基準素子に存在するので、例えば、サイドローブ相殺および主ローブ相殺を逐次動作として実行することは不可能である。その理由はおそらくは標準的に、関心はサイドローブジャマーまたは主ビームジャマーにあったが、双方を同時に処理することにはないからである。
【００３３】
４象限のアンテナビームがあり、左上の象限を象限Ａとし、右上の象限を象限Ｂとし、左下の象限を象限Ｃとし、右下の象限を象限Ｄとし、また、文字ｖはエレベーション軸を、ｕはアジマス軸を表すものとすると、
【００３４】
【数４】

α、βはビームを操舵するためのｕとｖ内の素子の位相コマンドである。
【００３５】
【数５】

【００３６】
【数６】

【００３７】
【数７】

【００３８】
【数８】

【００３９】
【数９】

【００４０】
【数１０】

【００４１】
【数１１】

主ビームジャミングの場合は、次のようになる。
【００４２】
【数１２】

【００４３】
【数１３】

【００４４】
【数１４】

従来のサイドローブキャンセラ／ブランカの限界の幾つかには、補助アンテナ用の有効範囲の視野が広く、そのために補助アンテナ用設計が低利得である結果、サイドローブキャンセラ内のキャリーオーバノイズが高くなること、サイドローブブランカ（ＳＬＢ）内の感度損失、およびサイドローブキャンセラ／ブランカ（ＳＬＣ／ＳＬＢ）内のマルチパス（多重経路）ロービングへの妨害感受性（脆弱度）が含まれるということが理解されるべきである。ブランカの動作では、ブランカチャネルは別個の受信機／信号プロセッサに整合フィルタを有しており、また、目標の宣言には出力チャネル信号がブランカチャネルの出力を超える必要がある。別の主要な問題点は、ＳＮＲ損および多重経路損を回避するため、補助アンテナに充分な利得を供給することである。ブランカはΣチャネル、αチャネル、およびβチャネルに加えて別個の（第４の）チャネルであることができる。システムがサイドローブ相殺を利用する場合は、理想的には４つのチャネルの全てがキャンセラを有し、幾つかのブランカはジャミングが存在しない場合だけ動作すべきである。スプーファの動作では、スプーファは帯域にわたって分散されるノイズ状の、またはレーダー波形のレプリカ状の信号を放射する。スプーファがない場合は、スマートジャマーはレーダー信号を受信し、レーダー帯域の小部分をジャミングし、Ｊ／Ｎを２０−３０ｄＢまで増大させる。標準的には、短距離レーダーのドウェル（dwell）は長く、長距離レーダーはジャマーの範囲を超えた目標を有している。目的は、全帯域幅と探索信号帯域との比率が３０ｄＢだけレーダー送信サイドローブからの信号よりも大きい、スマートジャマーによって確認されたスプーファ信号を得ることである。サイドローブキャンセラの動作時には、サイドローブ相殺にはジャマーごとに少なくとも１つの補助素子が必要である。ＳＬＢ、ＳＬＣと同様に、補助アンテナは予測されるジャマーの視野をカバーし、しかも高い利得を有する必要がある。近似全方向アンテナを使用した場合、限界には主ビーム信号に加わるＳＬＣからのノイズが含まれ、さらに他の方向でのサイドローブが増大する。
【００４５】
前記の限界を克服するため、ソリッドステートのフェーズドアレイレーダーのための動作のシステム概念にはジャマーの位置を特定するＥＣＭマップが含まれる。開ループ受信重みは（位相／振幅モジュールのセッティングを利用して（−１５ｄＢｉまでのエラーによって制限される）ジャマー方向にナルを配する。単一素子のオムニ素子アンテナは補助アンテナ用に６ｄＢの利得を供給する。信号チャネルへのＳＬＣの利得は＋１５−（−６）＝２１ｄＢであり、これがキャリーオーバノイズを最小限にする。相殺要求は従来のシステムの場合、標準的には２０ｄＢ低く、多重経路に対する感度が低いことが判明している。
【００４６】
企図されているシステムで使用されるアンテナにはビームＡを供給するための垂直線形アレイが含まれ、この垂直線形アレイは高電力ジャマー用の高利得の近地平線を供給するために整相（phased）されるが、これはエレベーションがより高く、電力が低いジャマー用の中位の利得を含めるようにテーパを付けることができる。アンテナはさらに、ビームＢを供給する水平線形アレイを含んでおり、かかる水平線形ビームはエレベーションで全方向性であるが、ジャマーの方向でビームを照準する。（ＳＬＢ機能用に）アジマスでは均一の利得を有し、かつ（ＳＬＣ機能用に）ジャマー方向に−１５ｄＢｉのナルを有する差分（ビームＡマイナスビームＢ）出力ビームも供給される。ビームＡはさらに送信時のスプーファビームとしての役割も果たす。その重要な機能にはＳＬＣ感度損を最小限にし、ブランカおよびＳＬＣに対する多重経路作用を軽減し、ジャマー方向以外でのＳＬＣによるサイドローブの増大を回避し、ＳＬＢおよびＳＬＣ機能の同時的な動作を防止し、スマート（ＤＲＦＭ）ジャマーを無効にするための低電力のスプーファ能力を提供することが含まれる。
【００４７】
ここで図１を参照すると、レーダーシステム１０はブランカチャネル１３とサイドローブキャンセラ１６とを有する受信機１４を備え、さらにスプーファ１８を含む送信機１２を備えている。送信機１２は、レーダー信号送信機２４に結合するために、Ｘバンドのような動作帯域にわたって所定の周波数スロット、もしくは周波数帯域でレーダー信号を発生するレーダー波形発生器を有する主チャネル２０を含んでいる。送信機２４はレーダー信号を増幅し、当該の目標を検知するためのレーダー信号を送信するため、増幅された信号２５をレーダー送信アンテナ２６に結合する。
【００４８】
スプーファ１８はアンテナ２６によって送信された実際のレーダー信号からのスマートサイドローブジャマーを逸らし、またはそうでなければ混乱させることができるスプーファ信号を発生するためのスプーファ波形発生器３０を含んでいる。言い換えると、スプーファ信号はスマートサイドローブジャマーがレーダー信号２５の周波数を確認することを効果的に防止するために選択される。一例として、スプーファ信号はレーダー信号と同じエンベロープを有しているが、レーダー信号２５に割当てられた周波数スロットもしくは周波数帯域内で全動作帯域にわたって異なる位相変調を有しており、これは少なくともサイドローブ内ではレーダー信号の振幅よりも振幅が大きい。スプーファ信号はスプーファアンテナ３４にさらに結合し、このアンテナによって送信されるようにスプーファ送信機３２に結合される。スプーファ信号はジャマーの方向に放射される。当業者には様々な送信機とアンテナ構成を図１の送信機１２と共に使用できることが理解されよう。
【００４９】
受信機１４は、複数のＮ個の主ビームサブアレイと、総和ビームパターンすなわち信号Σ４２、ブランカビームパターンすなわち信号ＢＬ４３、アジマス差分パターンすなわち信号△Ａｚ４４、エレベーション差分パターンすなわち信号△Ｅｌ４６、およびオプションの差分／差分パターンすなわち信号△△４８を形成するための、（例えばスプリッタ、移相器、加算および差分回路を含む）関連する電子エレメント（素子）とを有している。アンテナアレイ４０内にはさらに、サイドローブキャンセラ１６と共に使用される複数のｎ個の補助アンテナ１’も備えられている。例示的な実施形態では、アンテナアレイ４０は、位相および振幅制御機能を有するソリッドステート・モジュールの平面アレイである。
【００５０】
ブランカチャネル１３はディスクリートな（別個の）ブランカアンテナ７０を含んでおり、これは例示した実施形態では線形アレイの形式で備えられている。アレイ素子からの信号は加算器７２によって加算されて、ブランカビームパターンすなわち信号４３が供給される。
【００５１】
各々のビームパターンすなわち信号はそれぞれの移動目標指示（ＭＴＩ）回路７６に結合されて処理される。各々のＭＴＩ回路は、クラッタの作用を軽減するように設計された遅延ラインフィルタのようなフィルタを含む。そのために、入力されたビームパターンすなわち信号によって供給される時間領域レーダー信号は周波数領域信号に変換され、各々のＭＴＩと関連するそれぞれの帯域フィルタ内にノッチを生成するため、（周知の、またはモデル化されたクラッタ周波数の関数であり、またサイドローブキャンセラとその他のチャネルとの間の共分散の概算から計算される）所定の重みが加算され、通過帯域内のビームパターンを修正する。その結果生成された信号は次にそれぞれのＭＴＩ回路７６の出力で時間領域へと再変換される。
【００５２】
サイドローブキャンセラ１６について検討すると、ｎ個のサイドローブキャンセラ補助アンテナ１’の各々も同様に前述の種類のＭＴＩ回路７６に結合されて処理される。それぞれのパターンのサイドローブをナリングするために各チャネルに誘導される必要がある複数の重みを決定ために適応重み付け回路８０は、補助アンテナによって受信され、それぞれのＭＴＩ回路７６によって修正された信号に応答する。例示した実施形態では、サイドローブキャンセラ１６はジャマーの方向でサイドローブ相殺を行う。このように、ジャマーごとに少なくとも１個の補助アンテナが必要である。補助アンテナ１’は全方向性アンテナである。
【００５３】
各チャネル内でのさらなる信号処理は従来のとおり、パルス圧縮回路８２、ドップラ整合フィルタ８４、およびしきい値検出回路９０によって行われる。ブランカチャネルおよび総和チャネルは同一の統合フィルタを有することに留意されたい。
【００５４】
また、図２を参照すると、総和ビームパターン４２がブランカビームパターン４３に関連して示されている。総和ビームパターンには中心ビーム４２ａと、複数のサイドローブ４２ｂとが含まれる。前述のように、ブランカビーム４３の利得は主ビームのサイドローブ４２ｂの利得よりも大きい。
【００５５】
ブランカチャネルへの入力は干渉信号を誘発する可能性がある角度領域の主ビームのサイドローブの利得よりも大きい利得を有するアンテナ７０からの入力であるので、主ビームの検知が妥当であるか否かを判定するために、比較回路９０によるブランカチャネルと主ビームチャネルの出力の比較を利用することができる。より具体的には、主ビーム内の検知の結果がブランカビーム内の検知よりも強い場合は、主ビーム検知は（ブランカによって過度の干渉が検知されなかったので）、妥当であるものと判定される。あるいは、ブランカビーム内の検知が主ビーム内での検知よりも強い場合は、主ビーム検知は過度の干渉がある故に妥当ではないものとして拒絶される。
【００５６】
しかし、前述のように、ブランカアンテナ７０には高い利得が要求されるので、システムのノイズレベルは増幅され、その結果主ビームの感度が劣化する。その結果、図１に示した種類のブランカは標準的には強いサイドローブジャミングが存在する場合には無効である。
【００５７】
図１と同様の素子には同様の参照符号を付してある図３を参照すると、本発明によるソリッドステート・フェーズドアレイレーダーシステム１００は送信機１０４と受信機１０６を含んでいることが示されている。レーダーシステム１００は少なくとも以下の重要な特徴において図１のレーダーシステム１０と異なる。第１に、ブランカおよびスプーファ機能用に、並びに主ビームおよびサイドローブキャンセラ機能用に複合アンテナアレイ１２０が使用され、また第２に、レーダーシステム１００には主ビームおよびブランカチャネル内のジャマーの方向に開ループナリングを含んでいる。例示した実施形態では、複合アンテナアレイ１２０は図６を参照して後述するように、一対の交差線形アレイを含んでいる。例示した実施形態ではさらに、開ループナリングはＥＣＭマッピング回路１１２と重みプロセッサ１１４とを含む開ループナリング回路５２によって実施される。
【００５８】
アンテナアレイ１２０は主ビームアパーチャ並びに、図６を参照して後述するブランカおよびスプーファ機能用に使用される交差線形アレイを含んでいる。このように、スプーファ送信機３２はスプーファ波形発生器３０に応答して、スプーファ信号３３を送信のためにアンテナアレイ１２０に送出する。さらに、アンテナアレイ１２０は総和ビームパターンΣ６０、ブランカビームパターンＢＬ６２、アジマス差分パターン△Ａｚ６４、エレベーション差分パターン△Ｅｌ６６、およびオプションの差分／差分パターン△△６８を生成するために、（例えばスプリッタ、移相器、加算および差分回路を含む）電子装置を含んでいる。
【００５９】
より具体的には、開ループナリング回路５２を考察すると、ＥＣＭマッピング回路１１２はジャマーの方向をマッピングするために動作可能である。これはジャマーを含む領域に沿ってアレイビーム（単数または複数）を走査し、ジャマーの位置を測定し、記憶することによって達成される。マッピング回路１１２によって提供されるジャマー方向の情報を用いて、重みプロセッサ１１４は位相／振幅アンテナモジュールのセッティングを調整することにより、ジャマーの方向にナルを誘導するためにアンテナ１２０に必要な複数の重み１４０を計算する。角度ビームごとの重みは、所望のナルを生成するために最適なフィルタ重み理論を使用して計算される。結果として生じた各々のビームパターンはこのように、ジャマーの方向にナルを有し、ナリングされた総和ビームパターンΣ６０、ナリングされたブランカビームパターンＢＬ６２、ナリングされたアジマス差分パターン△Ａｚ６４、ナリングされたエレベーション差分パターン△ＥＬ６６、およびナリングされた差分／差分パターン△△６８と呼ぶことができる。
【００６０】
補助素子１２４は、各々がサイドローブキャンセラ１６に結合されたｎ個の全方向アンテナ素子（エレメント）によって提供される。より具体的には、各補助素子は図示のようにサイドローブキャンセラ１６のそれぞれのＭＴＩ回路７６に結合される。
【００６１】
更に図４をも参照すると、ナリングされた総和ビームパターン６０は例示された２つのジャマー方向１５０、１５２にナルを有し、他の方向ではブランカ利得を保存するものとして示されている。このような構成によって総和ビーム６０は有利に、これらの方向でのジャミング・エネルギに感応しない。
【００６２】
図５を参照すると、ナリングされたブランカビームパターン６２は同じジャマー方向１５０、１５２にナルを有するものとして示されている。このような構成によって、ブランカは強いサイドローブジャミングが存在する場合でも動作状態を保つことができる。
【００６３】
ここで前述の開ループナリング技術の利点は、サイドローブキャンセラ１６のある種の欠点を克服することにあることが理解されよう。より具体的には、サイドローブキャンセラ１６は付加的なジャミング排除を構成する。上記の開ループナリングの結果、サイドローブ補助アンテナ１２４はジャマー方向で、ブランカビームよりも開ループナリングがなされなかった場合のようにブランカビームよりも１４ｄＢ少ない利得を有するのではなく、ブランカビームよりも２１ｄＢ多い利得を有する。より具体的には、６ｄＢの利得を有する単一の補助素子は主ビームよりも＋６ｄＢｉ−（−１５ｄＢｉ）＝２１ｄＢだけ多い信号を生成する。補助チャネルに対してなされる、（信号プロセッサでデジタル式に行われる）減衰によって、１ｄＢ未満のノイズキャリーオーバ損で相殺が可能になる。さらに、開ループナリングによって、必要な相殺は標準的には従来システムよりも２０ｄＢ低く、それによってキャンセラシステムの主チャネルと補助チャネル間の位相および振幅の不均衡に対する妨害感受性が低くなる。
【００６４】
オプションの△△チャネルは前述の開ループナリングを増強するために利用可能である。特に、△△出力は△ＡｚとＥｌチャネルの積である。△△チャネルは１つのジャマーを相殺するための付加的な補助チャネルとして利用できる。より具体的には、△△チャネルはサイドローブジャマーまたは主ローブジャマーの何れかをナリングするために利用でき、しかも正規化されたアジマスおよびエレベーションチャネルを許容する。その理由は、双方ともオフーナル目標応答を生成しつつ、ジャマーをナリングするためにジャマーに照準可能である２つのビーム（△△および△Ａｚまたは△Ｅｌ）から正規化されたモノパルス推定が得られるからである。角度修正チャネル（△Ｅｌ’、△Ａｚ’および△△’）は総和チャネルを乗算する重みを適応化して、閉ループナルを生成する。
【００６５】
図６をも参照すると、アンテナアレイ１２０のブランカおよびスプーファ部を備える好適な構成は、互いに直角に配置さた一対の線形アレイ１７０、１８０を含んでいることが図示されている。アンテナ１７０と１８０は直角であり、したがってその他の方向では高利得を維持しつつ、ジャマー方向では開ループナルを誘導する能力を備えている。交差線形アレイは直交アンテナの一例である。当業者には、本明細書に記載している開ループナリングおよびその利点を達成するためには他のアンテナ構造も可能であり、ひいては本発明の趣旨と範囲に含まれることが理解されよう。
【００６６】
交差線形アレイ１７０、１８０は図示のように主アンテナアレイのアパーチャ１７４と一体にしてもよく、あるいは主アパーチャの外側に配置してもよい。線形アレイを主アパーチャと一体化することの利点は、アパーチャの総領域が小さく、主ビームおよびブランカビームの位相中心が同一であるために多重経路作用が軽減されることにある。
【００６７】
ビーム１７０はｕ方向（アジマス）で全方向性であり、ｖ方向（エレベーション）で指向性である。例示した実施形態では、ビームはエレベーションではほとんどの干渉信号を確認できる１０°程度をカバーする。
【００６８】
例示した実施形態では、アレイ１２０は１０，０００の素子を含んでおり、各々が走査角に左右される余弦利得を有するものと想定されている。図示した方形アンテナの場合、各々の線形アレイ１７０、１８０は２０ｄＢｅ（２６ｄＢｉ）の利得を有する√１０，０００＝１００の素子を有している。ビーム幅は、λ／（１００λ／２）＝２０ｍｒであるので、約１０のビームが１０°のエレベーション幅をカバーする。これらのビームの利得は２０ｄＢｅから１０ｄＢまで低減されるが、それでもなお全方向性のサイドローブキャンセラの補助アンテナよりも１０ｄＢ高い。素子の利得は下記で得られる。
【００６９】
【数１５】

λ＝．０３ｍ、Ａ_e＝λ²／π＝３ｘ１０^-4（素子ごとに）、全アパーチャについて３ｍ²。素子は４°ｒｍｓのフェーズエラーに較正されているので、ｒｍｓサイドローブレベルは、次のようになる。
【００７０】
【数１６】

ビーム１８０はｖ方向（エレベーション）で全方向性であり、ｕ方向（アジマス）で指向性である。特に、ジャマーのアジマス方向で水平の線形アレイ１８０のビームを照準するためにビーム１８０が使用される。ビーム１７０と１８０がアンテナアレイ１２０によって差分され、かつ重み付けされると、その結果生ずるビームはアジマスで全方向性であり、図４のナリングされた総和ビームによって示されているように、ジャマーの方向に−１５ｄＢｉのナルを有している。
【００７１】
図７を参照すると、線形アレイ１７０のパターンが示されており、ｘ軸はエレベーションの場合の余弦方向である。図８を参照すると、線形アレイ１８０のパターンが示されており、ｘ軸はアジマスの場合の余弦方向である。
【００７２】
有利には、線形アレイ１７０、１８０はスプーファ信号の送信と、ブランカ信号の受信に利用される。それが可能である理由は、送信時に開ループナリングがなされると、目標検知追随装置がナルに起因する低電力のためにスプーファ信号を捕捉する可能性が低くなるからであり、従って、スプーファアンテナを主送信／受信アンテナと一体化させることが可能である。
【００７３】
図１に示すように、レーダーシステム１０は５個のＳＬＣループと、ブランカ、エレベーション、アジマス、および主ビームを含んでいる。パルス圧縮およびＭＴＩ波形を利用したシステムの場合、第１の処理ステップ（Ａ／Ｄコンバータの後）は、３−５パルスキャンセラを使用してクラッタを除去することである。重みはＳＬＣと他のチャネルとの共分散の概算から計算される。パルス圧縮／ドップラ・フィルタリングの後に検知のしきい値設定(thresholding)が続き、主ビームの検知はこれがブランカチャネルよりも強い場合のみ報告される。
【００７４】
ブランカチャネルは本明細書中では総和チャネルおよび差分チャネルと同様、別のビームとして処理される。このように、サイドローブバラージジャミングの存在下で副ロープのパルス化された干渉のブランキングが保存されている場合は、ブランカチャネル内のジャマーのサイドローブ相殺を行う必要がある。
【００７５】
困難な点は、同時にＳＬＣ補助アンテナがブランカ以上の利得を有する必要がある一方で、ブランカが高い利得を有する必要があることに起因する。
互いに直角の一対の線形アンテナＡとＢを示した図６にそのアプローチが示されている。これらは主アンテナの外側にあってもよいが、この例では主アパーチャと一体に示されている。その利点には、アパーチャの総領域が小さくなり、ブランカビームと主ビームとに同一の位相中心を有するようにすることで、多重経路作用が軽減されることがある。
【００７６】
ビームＡおよびＢは送信時にはスプーファとして、また受信時にはブランカとして二重の機能を果たす。ビームＡはｕ方向（アジマス）では全方向性であり、一方ｖ方向では指向性であり、水平と、ほとんどの干渉が捕捉される約１０°までのエレベーションとをカバーする。図示した方形アンテナの場合、各々の線形アレイは２０ｄＢｅ（２６ｄＢｉ）の利得を伴う√１０，０００＝１００の素子を有している。ビーム幅は、λ／（１００λ／２）＝２０ｍｒであるので、約１０のビームが１０°のエレベーション幅をカバーする。これらのビームの利得は２０ｄＢｅから１０ｄＢｅに縮小するが、それでもなお全方向性のＳＬＣ補助アンテナよりも１０ｄＢ高い。
【００７７】
ビームＢはｖ（エレベーション）方向で全方向性であり、ジャマーのアジマス方向のビームを照準するために利用される。ＡとＢが異なる場合は、修正されたビームはアジマスで全方向性となるが、ジャマーの方向では−１５ｄＢｉのナルを有する。このように、ＳＬＣ補助アンテナはジャミング方向でブランカビームよりも１０ｄＢ少ない利得ではなく、２１ｄＢ多い利得を有する。それによってブランカはサイドローブバラージジャミング内で動作することが可能になる。
【００７８】
上記の概念は主ビームとブランカビームの双方で、サイドローブジャミング環境におけるレーダー用の近熱雑音制限性能をもたらす方法を提供する。ほとんどの既存のシステムではバレッジジャミング内でブランカは無効になる。この概念はサイドローブブランキングおよびジャマー相殺を必要とするシステムに適用できる。
【００７９】
これまで本発明の好適な実施形態を説明してきたが、当業者にはこれらの概念を組込んだ別の実施形態も採用可能であることが理解されよう。従って、これらの実施形態は開示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨と範囲によってのみ限定されるべきものである。本明細書中に引用した全ての刊行物および参考文献は全体を参照することで本明細書中に明白に援用されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】ブランカ、サイドローブキャンセラおよびスプーファを含むレーダーシステムを示す図である。
【図２】図１のシステムの例示的な受信アンテナパターン（総和パターン）と、ブランカビームパターンを示す図である。
【図３】ジャマー方向でのナリングを利用したブランカ、サイドローブキャンセラ、およびスプーファを含むレーダーシステムを示す図である。
【図４】図３のシステムからナリングされた総和ビームパターンを示す図である。
【図５】図３のシステムからナリングされたブランカビームパターンを示す図である。
【図６】図３のシステムと共に使用されるブランカ／スプーファ構成を示す図である。
【図７】図６の交差線形アレイの１つのパターンを示す図である。
【図８】図６の交差線形アレイのもう１つのパターンを示す図である。

Claims

主ビームパターンを有する主アンテナと、ブランカビームパターンを有するブランカアンテナ（１７０，１８０）とを含む、複数のアンテナ（１７４）と、
ジャマーの方向にナルを有する総和ビームパターンを形成するために前記主アンテナに結合され、また前記ジャマーの方向にナルを有するブランカビームパターンを形成するために前記ブランカアンテナ（１７０、１８０）に結合された、ナリング回路（５２）を備えたビーム形成ネットワーク（５２、１２０）と、
前記総和ビームパターン及び前記ブランカビームパターン内で受信されたレーダー信号を処理するための手段（７６、８２、８４、８６）と、
前記総和ビームパターン内で受信された信号レベルと、前記ブランカビームパターン内で受信された信号レベルとを比較し、前記主ビームパターン内で受信されたレーダー信号が妥当な目標を表す場合にこれを判定するための比較回路（９０）とを備え、
前記ナリング回路（５２）は前記ジャマーの方向にナリングするための開ループ回路であり、前記ナリング回路（５２）は前記検出されたジャマー方向に応答して、前記総和ビームパターンと前記ブランカビームパターンとにナルを生じさせ、スプーファ（１８）は前記ブランカアンテナ（１７０、１８０）に結合され、前記ブランカアンテナは線形アレイ（１７０、１８０）を備えていることを特徴とするレーダーシステム。
サイドローブキャンセラ（１６）に結合されている複数の補助アンテナ（１２４）によって特徴付けられる、請求項１に記載のレーダーシステム。
前記サイドローブキャンセラ（１６）は、
前記補助アンテナ（１２４）によって受信されたレーダー信号に応答して、複数のサイドローブ相殺重みを決定する適応的重み付け回路（８０）と、
前記サイドローブ相殺重みの１つを、前記総和ビームパターン内で受信された前記レーダー信号（６０）に加算するための総和ビーム加算器（７５）と、
前記サイドローブ相殺重みの１つを、前記ブランカビームパターン内で受信された前記レーダー信号（６２）に加算するためのブランカ加算器（７５）と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載のレーダーシステム。
前記複数の補助アンテナ（１２４）は各々が全指向性アンテナであることを特徴とする、請求項２又は３に記載のレーダーシステム。
レーダー信号を送信するレーダー送信機（２０）によって特徴付けられる請求項１から４いずれか１項に記載のレーダーシステム。
前記ブランカアンテナは互いに直交して配置された一対の線形アレイ（１７０、１８０）を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーダーシステム。
前記ナリング回路（５２）は前記ジャマーの方向を検出するためにＥＣＭマップ回路（１１２）を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーダーシステム。
補助アンテナ手段（１２４）と、
適応的重み付け回路（８０）と、
総和回路（７５）と、
を含むサイドローブキャンセラを特徴とする、請求項２に記載のレーダーシステム。
レーダー信号を送信するステップと、
主ビームパターンとブランカビームパターンとを使用して前記レーダー信号を受信するステップと、
前記主ビームパターンから総和ビームパターンを形成するステップと、
前記総和ビームパターン内で受信されたレーダー信号を処理するステップと、
前記ブランカビームパターン内で受信されたレーダー信号を処理するステップと、
前記総和ビームパターン内で受信された信号レベルと、前記ブランカビームパターン内で受信された信号レベルとを比較（９０）し、前記主ビームパターン内で受信されたレーダー信号が妥当な目標を表す場合にこれを判定する、比較するステップと、
ジャマーの方向を検出するステップと、
前記総和ビームパターン内で検出された前記ジャマーの方向におけるナルを生じさせると共に、前記ブランカビームパターン内で検出された前記ジャマーの方向にナルを生じさせるためのナリングを実行するステップと、
を含み、
前記ナリングは開ループナリングであり、前記送信するステップにより、スプーファ信号（３３）はスマートサイドローブジャマーが前記送信されたレーダー信号の周波数を検出することを妨げることができ、ブランカビームパターンを用いてレーダー信号を受信するステップは線形アレイ（１７０、１８０）を備えるブランカアンテナにおいてレーダー信号を受信することを含み、スプーファ信号を送信するステップは前記ブランカアンテナからの前記スプーファ信号を放射することを含むことを特徴とする、レーダーシステムの動作方法。
複数のサイドローブ相殺重みを決定するステップ（８０）と、
前記サイドローブ相殺重みの１つを前記総和ビームパターンによって受信された前記レーダー信号に加算するステップと、
前記サイドローブ相殺重みの１つを前記ブランカビームパターンによって受信された前記レーダー信号に加算するステップと、
を含むことを特徴とする請求項９に記載のレーダーシステムの動作方法。