JP4834390B2

JP4834390B2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP4834390B2
Application number: JP2005347670A
Authority: JP
Inventors: 隆之中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2025-12-01
Also published as: JP2007155381A

Description

本発明は、射撃統制装置に搭載されるレーダや警戒レーダ等に用いられるレーダ装置にかかわり、特に本来のレーダ機能の他に妨害波の到来方向をも検知するレーダ装置に関する。

射撃統制装置等に搭載されているレーダ装置では、このレーダ装置の受信能力を低下させるために外部から妨害波を照射されることがある。このような場合には、この妨害波に対抗するために、その電波の到来方向をできるだけ早く特定する必要がある。

射撃統制装置に搭載されるレーダ装置では、射撃を行うための目標の探索や追尾を行うためにレーダアンテナが配置されているので、専用のアンテナを用いることなく、この本来有するレーダアンテナを用いて妨害波の到来方向を検知することができれば、コスト低減のために好ましい。

そこで、このように上記のレーダ装置においてその電波受信機能を用いて、より遠くから到来する妨害波の方向を検知する機能を兼ね備えたレーダ装置が従来から知られている。例えば特許文献１に記載のレーダ装置では、レーダ送受信する空中線と妨害信号を受信する空中線とを共用化することにより、ＥＳＭの受信感度をレーダのそれと同等にしている。しかし、このようなレーダ装置では、本来のレーダによる所定方向からの電波の受信時にその方向からの妨害波を検知し、これを各方向毎に繰り返すことによって、広い角度範囲での妨害波の到来方向を検知する。すなわち、特定方向のレーダ送受信時にはその方向からの妨害波の有無を検知するのみであり、したがってレーダによる走査が一通り完了しないと、妨害波の方向を検知することができないので、妨害波の到来方向の検知に時間がかかるという問題点がある。

一般に、射撃統制用レーダの捜索・追随は、方位角、高低角ともに広範囲に実施され、更にそれらのビームは非常に細くされるため、捜索・追随の範囲すべてを網羅するためには、数百から数千箇所のビーム走査が必要であり、時間的には数秒から数十秒かかる。したがって、妨害波の監視についても同じ範囲を監視するには、同程度の時間が必要となり、瞬時に妨害波の到来方向を知ることができなかった。

妨害波の到来方向の監視については、妨害波の性質からこちらの射撃統制装置の捜索・追尾の可能な範囲に比して、数倍程度も遠距離から到来するので一般的には低仰角でかつ方位角方向のみの監視を行えば十分であるが、射撃を実施するための捜索・追尾のために使用するアンテナと共用する場合には、高低方向についても広範囲のビーム走査を行うことになり、妨害波の到来方向の監視と必ずしも両立しないという問題点があった。
特開平８−５４４５７号公報

本発明は上記のような従来の妨害波検知機能を有するレーダ装置の問題点にかんがみてなされたもので、より早く、妨害波など遠くから到来する電波の方向を検知することが可能なレーダ装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１によれば、行方向及び列方向に配設された複数のアンテナ素子と、これら複数のアンテナ素子により送信される送信信号を発生する送信器と、前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号を処理する受信信号処理回路と、前記複数のアンテナ素子に各々対応して設けられ、これらのアンテナ素子から送信される信号及びこれらのアンテナ素子により受信される信号に所定の移相量を与える複数の移相回路と、前記送信器から出力される送信信号を分配して前記複数の移相回路に供給すると共に前記複数の移相回路を通った前記受信信号を合成して前記受信信号処理回路に供給する分配合成回路と、前記複数の移相回路に所定のタイミングで移相データを供給する移相制御回路と、を備え、前記移相制御回路は、前記送信器から前記送信信号を出力し、前記複数のアンテナ素子からレーダ送信信号を送信し、前記複数のアンテナ素子で受信したレーダ反射信号を受信する毎に、前記アンテナ素子の行毎に受信方向を変えて方位方向に受信走査がなされるように前記移相回路に供給される移相データを変えることを特徴とするレーダ装置を提供する。

本発明によれば、より早く、妨害波など遠くから到来する電波の方向を検知することが可能なレーダ装置が得られる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１に本発明一実施形態の全体構成例を示す。この実施形態では、垂直方向の平面（アンテナ素子構成面）に、横方向（行方向）及び縦方向（列方向）に２次元的にアンテナ素子Ｅ１１，Ｅ２１，・・・，Ｅｎ１，Ｅ１２，Ｅ２２，・・，Ｅｎ２，・・・，Ｅ１ｍ、Ｅ２ｍ，・・・Ｅｎｍが配設される。なお、これらのアンテナ素子を一般的に述べるときにはＥｉｊと表す。これらのアンテナ素子は、開口面上に横方向，縦方向に所定間隔を設けることにより実現される。

この実施形態のレーダ装置は、上述のアンテナ素子Ｅｉｊとこれらのアンテナ素子Ｅｉｊに各々接続され送信信号受信信号の送受を行う送受信回路１２ｉｊ（１２１１，１２２１，・・・，１２ｎ１，１２１２，１２２２，・・，１２ｎ２，・・・，１２１ｍ、１２２ｍ，・・・１２ｎｍ）と、これらの送受信回路１２ｉｊに接続された移相回路１３ｉｊ（１３１１，１３２１，・・・，１３ｎ１，１３１２，１３２２，・・，１３ｎ２，・・・，１３１ｍ、１３２ｍ，・・・１３ｎｍ）と、これらの移相回路１３ｉｊに接続された分配合成回路１４と、この分配合成回路１４にその第２端子Ｐ２を接続された３端子サーキュレータ１５と、この３端子サーキュレータ１５の第１端子Ｐ１に接続されこのサーキュレータ１５を介して移相回路１３ｉｊに送る送信信号を作成する送信器１６と、移相回路１３ｉｊを介して合成された分配合成回路１４の出力を３端子サーキュレータ１５の第２端子から入力され第３端子に出力された信号を受信して信号処理を行う受信信号処理回路１７と、この受信信号処理回路１７出力を入力されて電波の到来方向を検知する電波到来方向検知回路１８と、送受信回路１２ｉｊ及び移相回路１３ｉｊの送受信タイミング及び移相を制御する移相制御回路１９とを有する。

アンテナ素子Ｅｉｊは、上述のように、行方向、列方向にｍ行×ｎ列に、開口面上に設けられ構成される。これらのアンテナ素子Ｅｉｊに接続された送受信回路１２ｉｊは、移相回路１３ｉｊから供給された送信信号を受けて対応するアンテナ素子Ｅｉｊにこの送信信号を増幅して供給し、またこのアンテナ素子Ｅｉｊにより受信された電波から受信信号を取り出し、この受信信号を移相回路１３ｉｊに供給する機能を有する。

移相回路１３ｉｊは、分配合成回路１４から供給される送信信号に後述する所定量の移相量を付与して送受信回路１２ｉｊに供給し、送受信回路１２ｉｊから供給される受信信号に後述する所定量の移相量を付与して分配合成回路１４に供給する。

分配合成回路１４は、３端子サーキュレータ１５の第２端子Ｐ２から入力された送信信号を分配して各移相回路１３ｉｊに供給し、各移相回路１３ｉｊから入力された受信信号を合成して３端子サーキュレータの第２端子Ｐ２に供給する。

送信器１６は、パルス状の送信信号を３端子サーキュレータ１５の第１端子Ｐ１に供給し、受信信号処理回路１７は、３端子サーキュレータ１５の第３端子Ｐ３から出力された受信信号を供給されて信号処理し電波到来方向検知回路１８に出力する。

電波到来方向検知回路１８は、受信信号処理回路１７から入力された信号から妨害電波の到来方向を検知する。

制御回路１９は、図２に示すように、各送受信回路１２ｉｊに、送信制御信号Ｃｔ及び受信制御信号Ｃｒを供給し、各移相回路１３ｉｊに移相設定信号Ｓｓ、移相データＳｄ及び移相データストローブＤＳを送る。

これらの制御信号による送受信及び移相制御の動作を図５（ａ）〜（ｍ）に示す波形を用いて説明する。図５（ａ）は、このレーダ装置から送信信号（例えば送信パルス）を送るタイミングを示し、Ｔ１は送信ビームＢ１ｔの送信期間、Ｔ２は送信ビームＢ２ｔの送信期間、Ｒ１はビームＢ１ｒに対応する反射波の受信期間、ＤＲ１は妨害波の受信期間を示している。レーダ受信期間Ｒ１に受信される電波は、ビームＢ１の送信信号に対する各種物体からのレーダ反射信号であるが、妨害波受信期間ＤＲ１に受信される電波は、それらの物体より遠くから送信されて来る妨害波の受信期間である。

ここで、このレーダ装置の全体の動作の概略をまず述べる。最初にレーダ送信期間Ｔ１に送信ビームＢ１ｔがアンテナ素子Ｅｉｊから送信される。送信の直前に各移相回路１３ｉｊに所定の移相量を与えられるので、これらの移相量に基づいて、例えば図３（ａ）に示す方向に送信ビームＢ１ｔが送信されることになる。そのレーダ反射信号はレーダ受信期間Ｒ１において上記アンテナ素子Ｅｉｊで受信される。上記各移相回路１３ｉｊの移相量が上記送信の場合と同じであれば、その方向からの反射波Ｂ１ｒがレーダ受信期間Ｒ１に受信されることになる。このレーダ受信期間Ｒ１の後の妨害波受信期間ＤＲ１では、各移相回路１３ｉｊでの移相量を変化させることにより、受信波の指向性を方位方向で変える。図４（ａ）（ｂ）はこの受信電波の指向性を変化させる様子を示す図である。図３、図４において、３１、４１は、各アンテナ素子Ｅｉｊの開口により全体として形成されるアンテナ素子構成面である。

１行目のｎ個の移相回路１３１１〜１３ｎ１の移相量が、電波受信期間Ｒ１における移相量と同じであればその方向からの電波ｂ１をアンテナ素子Ｅ１１〜Ｅｎ１で受信することになり、次に、２行目のｎ個の移相回路１３１２〜１３ｎ２に所定の移相量を与えていれば、図４（ａ）（ｂ）に示す受信ビームｂ２方向の電波を２列目のアンテナ素子Ｅ１２〜Ｅｎ２で受信することになる。最後には、ｍ行目の移相回路１３１ｍ〜１３ｎｍに所定の移相量を与えられて、ｍ行目のアンテナ素子Ｅ１ｍ〜Ｅｎｍで受信ビームｂｍを受信する。

このように、この実施形態のレーダ装置において、各行毎に移相回路の移相量を変えていくことにより、図４（ａ）に示すように、電波ビームｂ１〜ｂｍの電波を順次受信すること、すなわち方位方向で受信走査を行うことが可能となる。

次に、移相回路Ｅｉｊの移相量を変えて、送信期間Ｔ２において図３（ｂ）の送信ビームＢ１ｔに示す方向にビームを送信し、受信期間Ｒ２（図示せず）にその方向からビームを受信する。その後、移相回路Ｅｉｊの移相量を行毎に変化させて再び、方位方向で受信走査を行う。以下同様に、レーダ装置での１回のレーダ信号の送受信を行う度毎に方位方向で、受信ビームの走査を行う。

次に、この実施形態のレーダ装置の動作の詳細を説明する。図２に示す移相回路１３ｉｊには、図３（ａ）に示す送信ビームＢ１ｔを送信するための所定の移相量が送られ、設定されている。

移相制御回路１９から、図５（ｂ）に示す送信制御信号Ｃｔが、各送受信回路１２ｉｊに送られる一方、図１に示す送信器１６から変調された送信パルスが３端子サーキュレータ１５を介して分配合成回路１４に送られ、分配されて移相回路１３ｉｊに送られる。これらの移相回路１３ｉｊで所定の移相量を与えられて送受信回路１２ｉｊに送られアンテナ素子Ｅｉｊから送信される。

移相回路１３ｉｊには所定の移相量が与えられており、図３（ａ）（ｂ）に示す方向にレーダ送信ビームＢ１ｔが送信されることになる。この送信ビームＢ１ｔに対応して反射された電波はレーダ受信期間Ｒ１においてアンテナ素子Ｅｉｊに受信される。

このとき、移相制御回路１９からは、受信制御信号Ｃｒ１、Ｃｒ２，・・Ｃｒｍが送受信回路１２ｉｊに入れられている。レーダ受信期間Ｒ１では、これらの受信制御信号Ｃｒ１、Ｃｒ２，・・Ｃｒｍは同じタイミングであり、この期間内で同じようにレーダ受信がなされ、図３（ａ）に示すように移相回路１３ｉｊの移相量に応じた受信ビームＢ１ｒが受信される。これらの反射信号は、移相回路１３ｉｊを通って分配合成回路１４において合成され、合成された信号は３端子サーキュレータ１５の第２端子Ｐ２から入力され第３端子から出力されて受信処理回路１７に供給される。受信信号処理回路１７で反射信号は復調され信号処理された後、レーダ信号として表示などのために処理される。

一方、これらの処理と並行して、データ伝送期間Ｄｄｒ１では、レーダ受信に続いて妨害波の受信走査を行うために必要な移相量を決める移相データが、移相回路１９から、各移相回路１３ｉｊに送られる。

すなわち、妨害波検知データ伝送期間ＤＤ１では、図４に示す受信ビームｂ１を形成するため所定の移相量を与えるために必要な移相データを、移相データ信号Ｓｄ１として、１行目の移相回路１３１１〜１３ｎ１に供給する（図５（ｆ））。同時に、受信ビームｂ２を形成するため所定の移相量を与えるために必要な移相データを、移相データ信号Ｓｄ２として、２行目の移相回路１３１２〜１３ｎ２に供給する（図５（ｇ））。以下同様に、受信ビームｂｍを形成するため所定の移相量を与えるために必要な移相データを、移相データ信号Ｓｄｍとして、ｍ行目の移相回路１３１ｍ〜１３ｎｍに供給する（図５（ｈ））。

このように伝送された移相データは、移相データストローブＤｓ１〜Ｄｓｎにより与えられるタイミングで、各列の移相回路１３ｉ１〜１３ｉｍに取り込まれる。

ここで、各移相回路１３ｉｊは、図６に示されているように、移相データＳｄｊとして送られてきたデータを移相データストローブにより一旦記憶しておく移相データ記憶回路６２ｉｊと、移相設定信号により通過する信号に実際に所定の移相量を与える信号移相回路６１ｉｊとから成っている。

したがって、移相データＳｄｊ（ｊ＝１〜ｍ）に各行毎に移相データが供給されるが、列毎に共通の移相データストローブＤｓｉ（ｉ＝１〜ｎ）で各移相回路の移相データ記憶回路６２ｉｊに取り込まれ、移相データ記憶回路６２ｉｊにて与えられている移相量を移相設定信号Ｓｓが供給されたタイミングで、信号移相回路６１ｉｊに設定される。

各移相データは、妨害波検知のための走査が行われる妨害波受信期間ＤＲ１の前に各移相回路１３ｉｊに送られ、移相設定信号Ｓｓｄ１（図５（ｍ）参照）により、各移相データ記憶回路６２ｉｊに記憶されている移相データに基づいて信号移相回路６１ｉｊに所定の移相量が設定される。

図４（ａ）（ｂ）示すように妨害波検知のために各行毎の受信走査が行われて得られた受信電波はアンテナ素子Ｅｉｊから送受信回路１２ｉｊを通って移相回路で所定の移相量を与えられて分配合成回路１４においてアナログ信号として合成される。合成された受信信号は３端子サーキュレータの第２端子Ｐ２から入力され、第３端子Ｐ３から出力されて受信信号処理回路１７に入力される。受信合成信号は受信信号処理回路１７において復調され、電波到来方向検知回路１８に入力されて、妨害波の検知のための処理がなされる。

一方、このように、妨害波受信期間ＤＲ１で妨害波検知のための受信ビームの走査及び処理を行っているとき、図５（ｆ）〜（ｋ）に示すように、次の送信ビームＢ２ｔを送信するための移相データＤｒ２が、移相制御回路１９から各行毎に移相回路１３ｉｊに送られ、移相データストローブによって、各移相データ記憶回路６２ｉｊに取り込まれ記憶される。これらの移相データに対応する移相量は、移相設定信号Ｓｓ２によって各移相回路１３ｉｊの信号移相回路６１ｉｊに設定される。

以上述べたように、従来はｍ方向の電波を受信するには、ｍ回分移相データを送る必要があったが、この実施形態によれば、ｍ方向の電波を受信する場合でも移動データの伝送時間は従来の１回分の時間で済む。

このように、本実施形態においては、レーダ信号の１回の送受信（レーダ送信信号の送出とレーダ反射信号の受信）がなされる度毎に、妨害波検知のための方位方向の受信走査がなされる。１回のレーダ信号の送受信において妨害波の方位方向を検知することが可能となる。また、妨害波検知のための受信走査は方位方向のみ行っており、仰角方向には行わない。したがって、仰角方向にも受信走査を行う従来の場合よりも、比較的短時間で、妨害波の方位方向を検知することができ、本来のレーダ装置の送受信に与える影響は少なくてすむ利点もある。

この発明によれば、電波の到来方向を特定できるように電波監視を行いたい場合に、フェーズドアレイレーダの縦方向毎に受信制御信号を伝送するラインを設けてこの受信制御信号を制御し、受信信号を処理することによって妨害波の到来方向を、従来に比して短い時間で特定することが可能となる。

なお、上記実施形態では、妨害波検知のための受信走査を行う直前のレーダ信号の送受信は１方向のみとして説明したが、これに限られず、１回の送受信の後に受信走査を行うならばレーダ送受信としてどのような走査を行ってもよい。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変形して実施可能である。

本発明一実施形態による全体の構成を示す図。本発明一実施形態において移相制御回路から送受信回路及び移相回路への制御信号の送信の詳細を説明するための図。本発明一実施形態において、レーダ送信信号とレーダ反射信号の様子を説明するための図。本発明一実施形態において、レーダ信号の送受信の後の受信走査を説明するための図。本発明一実施形態において、移相制御回路から送受信回路及び移相回路への制御信号が送られるタイミングの詳細を説明するための図。本発明一実施形態における移相回路の構成例を示す図。

符号の説明

Ｅ１１，Ｅ２１，・・・，Ｅｎ１，Ｅ１２，Ｅ２２，・・，Ｅｎ２，・・・，Ｅ１ｍ、Ｅ２ｍ，・・・Ｅｎｍ・・・アンテナ素子、
１２ｉｊ（１２１１，１２２１，・・・１２ｎ１，１２１２，１２２２，・・，１２ｎ２，・・・，１２１ｍ、１２２ｍ，・・・１２ｎｍ・・・送受信回路、
移相回路１３ｉｊ（１３１１，１３２１，・・・，１３ｎ１，１３１２，１３２２，・・，１３ｎ２，・・・，１３１ｍ、１３２ｍ，・・・１３ｎｍ）・・・移相回路、
１４・・・分配合成回路、
１５・・・３端子サーキュレータ、
１６・・・送信器、
１７・・・受信信号処理回路、
１８・・・電波到来方向検知回路、
１９・・・移相制御回路、
３１，４１・・・アンテナ素子構成面、
Ｔ１・・・レーダ送信期間、
Ｒ１・・・レーダ受信期間、
ＤＲ１・・・妨害波受信期間、
６１ｉｊ・・・信号移相回路、
６２ｉｊ・・・移相データ記憶回路。

Claims

行方向及び列方向に配設された複数のアンテナ素子と、
これら複数のアンテナ素子により送信される送信信号を発生する送信器と、
前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号を処理する受信信号処理回路と、
前記複数のアンテナ素子に各々対応して設けられ、これらのアンテナ素子から送信される信号及びこれらのアンテナ素子により受信される信号に所定の移相量を与える複数の移相回路と、
前記送信器から出力される送信信号を分配して前記複数の移相回路に供給すると共に前記複数の移相回路を通った前記受信信号を合成して前記受信信号処理回路に供給する分配合成回路と、
前記複数の移相回路に所定のタイミングで移相データを供給する移相制御回路と、を備え、
前記移相制御回路は、前記送信器から前記送信信号を出力し、前記複数のアンテナ素子からレーダ送信信号を送信し、前記複数のアンテナ素子で受信したレーダ反射信号を受信する毎に、前記アンテナ素子の行毎に受信方向を変えて方位方向に受信走査がなされるように前記移相回路に供給される移相データを変えることを特徴とするレーダ装置。
前記複数の移相回路は、各々、前記移相制御回路から供給される移相データを記憶する移相データ記憶回路と、この移相データ記憶回路により記憶されている移相データに基づき移相設定信号が供給されるタイミングで所定の移相量を設定される信号移相回路とを有することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。