JP6223230B2 - Radar apparatus and target detection method - Google Patents
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Description
この発明は、不要な干渉波を抑圧して、目標を検出するレーダ装置及び目標検出方法 に関するものである。 The present invention relates to a radar apparatus and a target detection method for detecting a target by suppressing unnecessary interference waves.
目標を検出するレーダ装置では、電子的にアンテナ放射パターンを制御することが可能なフェーズドアレーアンテナが広く利用されている。
フェーズドアレーアンテナは、例えば、複数の素子アンテナと、素子アンテナと接続された複数の移相器と、移相器を制御する移相器制御装置とから構成される。
フェーズドアレーアンテナでは、励振振幅を自在に制御することが容易でないため、通常は、励振位相だけを制御するようにしている。不要な干渉波を抑圧するためには、サイドローブレベルを低減する必要があるが、励振位相の制御だけでは、サイドローブレベルを十分に低減することが困難であった。
In radar devices that detect targets, phased array antennas that can electronically control antenna radiation patterns are widely used.
The phased array antenna includes, for example, a plurality of element antennas, a plurality of phase shifters connected to the element antennas, and a phase shifter control device that controls the phase shifters.
In a phased array antenna, since it is not easy to freely control the excitation amplitude, usually only the excitation phase is controlled. In order to suppress unnecessary interference waves, it is necessary to reduce the side lobe level, but it has been difficult to sufficiently reduce the side lobe level only by controlling the excitation phase.
以下の非特許文献1や特許文献1には、フェーズドアレーアンテナの励振振幅を制御する技術として、時間ウエイトの概念を利用する時間変調アレーアンテナが開示されている。
この技術は、複数の励振状態でそれぞれ受信あるいは送信した信号を時間平均(時間積分)することにより、等価的に所定の振幅分布を与えた状態と同じ効果(放射特性)を得るものである。
非特許文献1では、スイッチのON/OFFを制御することで、時分割で励振状態を切り替えるようにしており、特許文献1では、移相器の移相量を制御することで、時分割で励振状態を切り替えるようにしている。
This technique obtains the same effect (radiation characteristics) as a state where a predetermined amplitude distribution is equivalently given by time averaging (time integration) of signals received or transmitted in a plurality of excitation states.
In
従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、スイッチのON/OFFや移相器の移相量を制御して励振状態を切り替えるようにすれば、フェーズドアレーアンテナの励振振幅を制御することができる。しかし、不要な干渉波を抑圧するために、サイドローブレベルを低減するには、パルス信号(送信信号)の繰り返し送信周期に対応する短い時間間隔で、スイッチのON/OFFや移相器の移相量を制御する必要があるが、スイッチのON/OFFや移相器の移相量の制御はハードウェアでの制御となるため、高速な制御が可能なハードウェアを実装する必要があるなどの実装上の制約を受けてしまう課題があった。 Since the conventional radar apparatus is configured as described above, the excitation amplitude of the phased array antenna is controlled by switching the excitation state by controlling the ON / OFF of the switch and the phase shift amount of the phase shifter. be able to. However, in order to reduce the side lobe level in order to suppress unnecessary interference waves, the switch is turned ON / OFF or the phase shifter is shifted at short time intervals corresponding to the repetitive transmission cycle of the pulse signal (transmission signal). It is necessary to control the phase amount. However, since ON / OFF of the switch and control of the phase shift amount of the phase shifter are controlled by hardware, it is necessary to implement hardware capable of high-speed control. There was a problem that received restrictions on the implementation of.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、移相器の移相量等の高速な制御が可能なハードウェアを実装することなく、フェーズドアレーアンテナの励振振幅を制御して、不要な干渉波を抑圧することができるレーダ装置及び目標検出方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and controls the excitation amplitude of the phased array antenna without implementing hardware capable of high-speed control of the phase shift amount of the phase shifter. An object of the present invention is to obtain a radar apparatus and a target detection method that can suppress unnecessary interference waves.
この発明に係るレーダ装置は、送信信号として第1の信号を生成するとともに、第1の信号と複素共役の関係にある第2の信号を生成する信号生成手段と、信号生成手段により生成された第1の信号と第2の信号を交互に出力する信号切替手段と、信号切替手段から交互に出力される第1及び第2の信号を複数の信号に分配する信号分配手段と、信号分配手段により分配された第1及び第2の信号の位相を調整する複数の移相器と、移相器により位相が調整された第1及び第2の信号を空間に放射する複数の素子アンテナと、素子アンテナから第1の信号が放射された後、第1の信号が目標に反射された第1の反射信号を入射し、素子アンテナから第2の信号が放射された後、第2の信号が目標に反射された第2の反射信号を入射する受信アンテナと、受信アンテナから入射された第1の反射信号と受信アンテナから入射された第2の反射信号の複素共役信号との時間平均を算出する時間平均手段とを設け、目標検出手段が、時間平均手段の算出結果から目標を検出するようにしたものである。 The radar apparatus according to the present invention generates a first signal as a transmission signal, and generates a second signal having a complex conjugate relationship with the first signal, and the signal generation unit generates the second signal. Signal switching means for alternately outputting the first signal and the second signal, signal distribution means for distributing the first and second signals alternately output from the signal switching means to a plurality of signals, and signal distribution means A plurality of phase shifters that adjust the phase of the first and second signals distributed by the plurality of element antennas that radiate the first and second signals whose phases are adjusted by the phase shifter to the space; After the first signal is radiated from the element antenna, the first signal is incident on the first reflected signal reflected from the target, and after the second signal is radiated from the element antenna, the second signal is A receiver that receives the second reflected signal reflected by the target. A tenor, and a time averaging means for calculating a time average of a first conjugate signal incident from the receiving antenna and a complex conjugate signal of the second reflected signal incident from the receiving antenna are provided. The target is detected from the calculation result of the averaging means.
この発明によれば、送信信号として第1の信号を生成するとともに、第1の信号と複素共役の関係にある第2の信号を生成する信号生成手段と、信号生成手段により生成された第1の信号と第2の信号を交互に出力する信号切替手段と、信号切替手段から交互に出力される第1及び第2の信号を複数の信号に分配する信号分配手段と、信号分配手段により分配された第1及び第2の信号の位相を調整する複数の移相器と、移相器により位相が調整された第1及び第2の信号を空間に放射する複数の素子アンテナと、素子アンテナから第1の信号が放射された後、第1の信号が目標に反射された第1の反射信号を入射し、素子アンテナから第2の信号が放射された後、第2の信号が目標に反射された第2の反射信号を入射する受信アンテナと、受信アンテナから入射された第1の反射信号と受信アンテナから入射された第2の反射信号の複素共役信号との時間平均を算出する時間平均手段とを設け、目標検出手段が、時間平均手段の算出結果から目標を検出するように構成したので、移相器の移相量等の高速な制御が可能なハードウェアを実装することなく、フェーズドアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナの励振振幅を制御して、不要な干渉波を抑圧することができる効果がある。 According to the present invention, the first signal is generated as the transmission signal, the signal generating unit generates the second signal having a complex conjugate relationship with the first signal, and the first signal generated by the signal generating unit. Switching means for alternately outputting the first signal and the second signal, signal distribution means for distributing the first and second signals alternately output from the signal switching means to a plurality of signals, and distribution by the signal distribution means A plurality of phase shifters for adjusting the phases of the first and second signals generated; a plurality of element antennas for radiating the first and second signals whose phases are adjusted by the phase shifters; After the first signal is radiated from the first antenna, the first signal reflected by the target is incident on the first reflected signal. After the second signal is radiated from the element antenna, the second signal becomes the target. A receiving antenna that receives the reflected second reflected signal; A time averaging means for calculating a time average of the first reflected signal incident from the transmission antenna and the complex conjugate signal of the second reflected signal incident from the reception antenna is provided, and the target detection means Since the target is detected from the calculation result, the excitation amplitudes of the multiple element antennas constituting the phased array antenna can be obtained without implementing hardware capable of high-speed control such as the phase shift amount of the phase shifter. This has the effect of controlling and suppressing unnecessary interference waves.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるレーダ装置を示す構成図である。
図1において、送信機1は信号生成部2、共役波形変換部3、信号切替部4及び周波数変換部5から構成されており、送信信号(例えば、パルス信号)として高周波信号を生成し、その高周波信号をフェーズドアレーアンテナ6に出力する。
信号生成部2は目標検出に用いるレーダ波である複素信号s1(第1の信号)を生成し、その複素信号s1を共役波形変換部3及び信号切替部4に出力する。
共役波形変換部3は信号生成部2から出力された複素信号s1を共役波形変換することで、その複素信号s1と複素共役の関係にある複素信号s2(第2の信号)を生成し、その複素信号s2を信号切替部4に出力する。
なお、信号生成部2及び共役波形変換部3から信号生成手段が構成されている。
1 is a block diagram showing a radar apparatus according to
In FIG. 1, a
The
Conjugated waveform converting unit 3 by complex signal s 1 conjugated waveform conversion outputted from the
The signal generating
信号切替部4は信号生成部2により生成された複素信号s1と、共役波形変換部3により生成された複素信号s2を交互に選択して周波数変換部5に出力する信号切替処理を実施する。なお、信号切替部4は信号切替手段を構成している。
周波数変換部5は信号切替部4から交互に出力される複素信号s1,s2の周波数を変換して高周波信号s(n)を生成し、その高周波信号s(n)をフェーズドアレーアンテナ6に出力する。
s(n)=s1,s2,s1,s2,・・・・,s1,s2
Implementation and the signal switching unit 4 complex signal s 1 which is generated by the
The
s (n) = s 1 , s 2 , s 1 , s 2 ,..., s 1 , s 2
フェーズドアレーアンテナ6は合成分配器7、移相器8−1〜8−K及び素子アンテナ9−1〜9−Kから構成されており、送信機1から出力された高周波信号s(n)を空間に放射する。
合成分配器7は送信機1から出力された高周波信号s(n)の電力を均等にK個に分配して、その分配した高周波信号s(n)を移相器8−1〜8−Kに出力する。なお、合成分配器7は信号分配手段を構成している。
The phased array antenna 6 is composed of a combiner / distributor 7, phase shifters 8-1 to 8-K, and element antennas 9-1 to 9-K, and receives a high-frequency signal s (n) output from the
The synthesizer / distributor 7 equally distributes the power of the high-frequency signal s (n) output from the
移相器8−1〜8−Kは移相器制御部11の制御の下で、合成分配器7により分配された高周波信号s(n)の位相を調整し、位相調整後の高周波信号s(n)を素子アンテナ9−1〜9−Kに出力する。
素子アンテナ9−1〜9−Kは移相器8−1〜8−Kから出力された位相調整後の高周波信号s(n)を空間に放射する。
The phase shifters 8-1 to 8-K adjust the phase of the high-frequency signal s (n) distributed by the combiner / distributor 7 under the control of the phase
The element antennas 9-1 to 9-K radiate the phase-adjusted high-frequency signal s (n) output from the phase shifters 8-1 to 8-K to the space.
励振位相設定部10は所望の放射パターンの実現に必要な素子アンテナ9−1〜9−Kの励振位相βk(k=1,2,・・・,K)を設定する設定部である。
移相器制御部11は励振位相設定部10により設定された励振位相βkにしたがって移相器8−1〜8−Kの移相量を制御する制御装置である。
この実施の形態1では、フェーズドアレーアンテナ6の励振振幅を制御する目的で、移相器8−1〜8−Kの移相量を制御するものではないので、送信機1の信号切替部4で複素信号sが切り替えられても、移相器8−1〜8−Kの移相量は同一の移相量に固定されており、パルス信号(送信信号)の繰り返し送信周期に対応する短い時間間隔で、移相器8−1〜8−Kの移相量を制御する必要がない。
したがって、移相器8−1〜8−Kの移相量を高速に制御可能なハードウェアを実装する必要がない。
The excitation
The phase
In the first embodiment, since the amount of phase shift of the phase shifters 8-1 to 8-K is not controlled for the purpose of controlling the excitation amplitude of the phased array antenna 6, the signal switching unit 4 of the
Therefore, it is not necessary to mount hardware capable of controlling the phase shift amount of the phase shifters 8-1 to 8-K at high speed.
受信アンテナ21はフェーズドアレーアンテナ6と異なる位置に配置されており、フェーズドアレーアンテナ6から高周波信号s(n)が放射された後、その高周波信号s(n)が目標に反射された反射信号x(n)を入射する。即ち、複素信号s1から生成された高周波信号の反射信号(第1の反射信号)と、複素信号s2から生成された高周波信号の反射信号(第2の反射信号)を交互に入射する。
なお、受信アンテナ21は、フェーズドアレーアンテナであってもよいし、単一のアンテナであってもよい。
受信機22は受信アンテナ21から入射された反射信号x(n)を検波し、その反射信号x(n)を後段の信号処理に供する信号(例えば、ベースバンドのディジタル信号(複素信号)に変換する。
この実施の形態1では、受信機22から複素信号s1に対応する複素信号x1と、複素信号s2に対応する複素信号x2が交互に出力されるものとする。
x(n)=x1,x2,x1,x2,・・・・,x1,x2
The receiving
The
The
In the first embodiment, it is assumed that the complex signal x 1 corresponding to the complex signal s 1 and the complex signal x 2 corresponding to the complex signal s 2 are alternately output from the
x (n) = x 1 , x 2 , x 1 , x 2 ,..., x 1 , x 2
時間平均処理部23は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、受信機22から複素信号x1と複素信号x2を交互に受けると、その複素信号x2を共役波形変換することで、その複素信号x2と複素共役の関係にある複素信号x2 *を生成し、その複素信号x1と複素信号x2 *との時間平均を算出する処理を実施する。なお、時間平均処理部23は時間平均手段を構成している。
信号処理部24は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、時間平均処理部23の算出結果から目標を検出する処理や、目標を追尾する処理などを実施する。なお、信号処理部24は目標検出手段を構成している。
図2はこの発明の実施の形態1によるレーダ装置の処理内容(目標検出方法)を示すフローチャートである。
また、図3はこの発明の実施の形態1によるレーダ装置で処理される信号波形を示す説明図である。
The time
The
FIG. 2 is a flowchart showing the processing contents (target detection method) of the radar apparatus according to
FIG. 3 is an explanatory diagram showing signal waveforms processed by the radar apparatus according to
次に動作について説明する。
まず、励振位相設定部10は、所望の放射パターンの実現するために必要な素子アンテナ9−1〜9−Kの励振位相βk(k=1,2,・・・,K)を設定する(ステップST1)。
移相器制御部11は、励振位相設定部10が励振位相βkを設定すると、その励振位相βkにしたがって移相器8−1〜8−Kの移相量を設定する。
この実施の形態1では、励振位相βkが時分割で変化しない固定の値であるものを想定しているので、移相器8−1〜8−Kの移相量を高速に制御する必要がない。
この実施の形態1では、上記のように、励振位相βkが固定の値であるものを想定しているが、複素共役の関係にある2つの複素信号の組をM個(2×M個の複素信号)蓄積し、2×M個の複素信号の時間平均をとることで干渉波を抑圧することを想定しているので、M個の励振位相βkを設定するようにしてもよい。
M個の励振位相βkを設定する場合、移相器8−1〜8−Kの移相量を時分割で制御する必要があるが、複素信号s1と複素信号s2を切り替える周期の2倍の周期で切り替えればよいため、従来例よりは制御速度が遅いものとなる。
Next, the operation will be described.
First, the excitation
When the excitation
In the first embodiment, since it is assumed that the excitation phase β k is a fixed value that does not change in time division, it is necessary to control the phase shift amount of the phase shifters 8-1 to 8-K at high speed. There is no.
In the first embodiment, as described above, it is assumed that the excitation phase β k is a fixed value. However, there are M (2 × M) sets of two complex signals having a complex conjugate relationship. It is assumed that the interference wave is suppressed by accumulating and taking the time average of 2 × M complex signals, so that M excitation phases β k may be set.
When setting the M excitation phase beta k, it is necessary to control in a time division amount of phase shift of the phase shifter 8-1 to 8-K, the period for switching the complex signal s 1 and the complex signal s 2 Since switching may be performed at twice the cycle, the control speed is slower than the conventional example.
送信機1の信号生成部2は、目標検出に用いるレーダ波である複素信号s1を生成し、その複素信号s1を共役波形変換部3及び信号切替部4に出力する(ステップST2)。
共役波形変換部3は、信号生成部2から複素信号s1を受けると、その複素信号s1を共役波形変換することで、その複素信号s1と複素共役の関係にある複素信号s2を生成し、その複素信号s2を信号切替部4に出力する(ステップST3)。
s2=s1 * (1)
式(1)において、*は複素共役を示す記号である。
なお、複素信号s1の位相成分がφであるとすると、複素信号s2の位相成分は−φとなる。
Signal generating
Conjugated waveform converting unit 3 receives the complex signal s 1 from the
s 2 = s 1 * (1)
In the formula (1), * is a symbol indicating a complex conjugate.
If the phase component of the complex signal s 1 is φ, the phase component of the complex signal s 2 is −φ.
信号切替部4は、信号生成部2により生成された複素信号s1と、共役波形変換部3により生成された複素信号s2を交互に選択して周波数変換部5に出力する信号切替処理を実施する(ステップST4)。
したがって、信号切替部4から、s1→s2→s1→s2→s1→s2→・・・の順番で、複素信号が周波数変換部5に出力される。
周波数変換部5は、信号切替部4から複素信号s1,s2を受けると、例えば、その複素信号s1,s2をD/A変換してから、周波数をアップコンバートすることで、高周波信号s(n)を生成し、その高周波信号s(n)をフェーズドアレーアンテナ6に出力する。
s(n)=s1,s2,s1,s2,・・・・,s1,s2 (2)
式(2)の右辺におけるs1,s2は、周波数変換後の複素信号(高周波信号)である。
Signal switching unit 4, the complex signal s 1 which is generated by the
Therefore, complex signals are output from the signal switching unit 4 to the
When the
s (n) = s 1 , s 2 , s 1 , s 2 ,..., s 1 , s 2 (2)
S 1 and s 2 on the right side of Expression (2) are complex signals (high-frequency signals) after frequency conversion.
フェーズドアレーアンテナ6の合成分配器7は、送信機1から高周波信号s(n)を受けると、その高周波信号s(n)の電力を均等にK個に分配して、その分配した高周波信号s(n)を移相器8−1〜8−Kに出力する。
移相器8−1〜8−Kは、移相器制御部11の制御の下で、合成分配器7により分配された高周波信号s(n)の位相を調整し、位相調整後の高周波信号s(n)を素子アンテナ9−1〜9−Kに出力する。
これにより、図3(a)に示すように、素子アンテナ9−1〜9−Kから位相調整後の高周波信号s(n)が空間に放射される(ステップST5)。
When the combiner / distributor 7 of the phased array antenna 6 receives the high-frequency signal s (n) from the
The phase shifters 8-1 to 8-K adjust the phase of the high-frequency signal s (n) distributed by the synthesis distributor 7 under the control of the phase
Thereby, as shown in FIG. 3A, the high-frequency signal s (n) after phase adjustment is radiated into the space from the element antennas 9-1 to 9-K (step ST5).
受信アンテナ21は、図3(b)に示すように、フェーズドアレーアンテナ6から高周波信号s(n)が放射された後、その高周波信号s(n)が目標に反射された反射信号x(n)を入射する(ステップST6)。
即ち、受信アンテナ21は、複素信号s1から生成された高周波信号の反射信号(第1の反射信号)と、複素信号s2から生成された高周波信号の反射信号(第2の反射信号)を交互に入射する。
受信機22は、受信アンテナ21から入射された反射信号x(n)を検波し、例えば、その反射信号x(n)の周波数をダウンコンバートしてからA/D変換することで、ベースバンドのディジタル信号(複素信号)を時間平均処理部23に出力する。
この実施の形態1では、受信機22から複素信号s1に対応する複素信号x1と、複素信号s2に対応する複素信号x2が交互に出力される。
x(n)=x1,x2,x1,x2,・・・・,x1,x2 (3)
式(3)の右辺におけるx1,x2は、周波数変換後の複素信号(反射信号)である。
As shown in FIG. 3B, the receiving
That is, the receiving
The
In the first embodiment, a complex signal x 1 corresponding to the complex signal s 1 and a complex signal x 2 corresponding to the complex signal s 2 are alternately output from the
x (n) = x 1 , x 2 , x 1 , x 2 ,..., x 1 , x 2 (3)
X 1 and x 2 on the right side of Equation (3) are complex signals (reflected signals) after frequency conversion.
時間平均処理部23は、受信機22から複素信号s1に対応する複素信号x1を受けると、その複素信号x1を図示せぬメモリに格納する(ステップST7)。
また、時間平均処理部23は、受信機22から複素信号s2に対応する複素信号x2を受けると、その複素信号x2を共役波形変換することで、その複素信号x2と複素共役の関係にある複素信号x2 *を生成し、その複素信号x2 *を図示せぬメモリに格納する(ステップST7)。
When receiving the complex signal x 1 corresponding to the complex signal s 1 from the
The time
M組の複素信号x1,x2 *(2×M個の複素信号x)が蓄積されるまでステップST4〜ST7の処理が繰り返し実行され、M組の複素信号x1,x2 *が蓄積されると、ステップST9の処理に移行する(ステップST8)。
時間平均処理部23は、図示せぬメモリに蓄積されているM組の複素信号x1,x2 *の時間平均(時間積分)を算出する(ステップST9)。
時間平均=((x1+x2 *)+(x1+x2 *)+・・・+(x1+x2 *))/2M (4)
信号処理部24は、時間平均処理部23の算出結果から目標を検出する処理や、目標を追尾する処理などを実施する。
目標の検出処理や追尾処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
The processes of steps ST4 to ST7 are repeatedly performed until M sets of complex signals x 1 and x 2 * (2 × M complex signals x) are accumulated, and M sets of complex signals x 1 and x 2 * are accumulated. Then, the process proceeds to step ST9 (step ST8).
The time
Time average = ((x 1 + x 2 * ) + (x 1 + x 2 * ) +... + (X 1 + x 2 * )) / 2M (4)
The
Since the target detection process and the tracking process itself are known techniques, a detailed description thereof will be omitted.
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、送信側では、信号切替部4が、信号生成部2により生成された複素信号s1と、共役波形変換部3により生成された複素信号s2を交互に選択して周波数変換部5に出力することで、複素共役の関係がある2つの高周波信号を交互に空間に放射する一方、受信側では、複素信号s1に対応する複素信号x1と、複素信号s2に対応する複素信号x2と複素共役の関係にある複素信号x2 *とをM組蓄積して、M組の複素信号x1,x2 *の時間平均を算出するように構成したので、移相器8−1〜8−Kの移相量の高速な制御が可能なハードウェアを実装することなく、フェーズドアレーアンテナ6を構成する素子アンテナ9−1〜9−Kの励振振幅を制御して、不要な干渉波を抑圧することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the first embodiment, on the transmission side, the signal switching unit 4 performs the complex signal s 1 generated by the
この実施の形態1では、フェーズドアレーアンテナ6から放射される高周波信号s(n)がパルス信号であるものを示したが、フェーズドアレーアンテナ6から放射される高周波信号s(n)がパルス信号のような間欠的な信号に限るものではなく、連続的な信号であってもよい。
フェーズドアレーアンテナ6から連続的な信号が放射される場合、受信側では、目標に反射された連続的な信号の一部が受信されればよい。また、処理遅延などにより信号周期より短い平均時間を算出するものであってもよい。
In the first embodiment, the high frequency signal s (n) radiated from the phased array antenna 6 is a pulse signal. However, the high frequency signal s (n) radiated from the phased array antenna 6 is a pulse signal. It is not limited to such an intermittent signal, but may be a continuous signal.
When a continuous signal is radiated from the phased array antenna 6, a part of the continuous signal reflected by the target may be received on the receiving side. Further, an average time shorter than the signal period may be calculated by processing delay or the like.
この実施の形態1では、フェーズドアレーアンテナ6が1台である例を示しているが、異なる場所に配置されている複数台のフェーズドアレーアンテナ6を同期させて、高周波信号s(n)を空間に放射するマルチスタティックレーダを構成するようにしてもよい。 In the first embodiment, an example in which there is one phased array antenna 6 is shown, but a plurality of phased array antennas 6 arranged at different locations are synchronized to generate a high-frequency signal s (n) as a space. A multi-static radar that emits light may be configured.
実施の形態2.
図4はこの発明の実施の形態2によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
送信アンテナ31は送信機1から出力された高周波信号s(n)を空間に放射するものであり、送信アンテナ31は、フェーズドアレーアンテナであってもよいし、単一のアンテナであってもよい。
FIG. 4 is a block diagram showing a radar apparatus according to
The
フェーズドアレーアンテナ32は素子アンテナ33−1〜33−K、移相器34−1〜34−K及び合成分配器35から構成されており、送信アンテナ31と異なる位置に配置されている。
フェーズドアレーアンテナ32の素子アンテナ33−1〜33−Kは送信アンテナ31から高周波信号s(n)が放射された後、その高周波信号s(n)が目標に反射された反射信号x(n)を入射する。即ち、複素信号s1から生成された高周波信号の反射信号(第1の反射信号)と、複素信号s2から生成された高周波信号の反射信号(第2の反射信号)を交互に入射する。
The phased
The element antennas 33-1 to 33-K of the phased
移相器34−1〜34−Kは移相器制御部11の制御の下で、素子アンテナ33−1〜33−Kから入射された反射信号x(n)の位相を調整し、位相調整後の反射信号x(n)を合成分配器35に出力する。
合成分配器35は移相器34−1〜34−Kによる位相調整後の反射信号x(n)を合成して、その合成信号を受信機22に出力する。即ち、移相器34−1〜34−Kにより位相が調整された複数の第1の反射信号を合成して第1の合成信号を受信機22に出力し、移相器34−1〜34−Kにより位相が調整された複数の第2の反射信号を合成して第2の合成信号を受信機22に出力する。なお、合成分配器35は信号合成手段を構成している。
この実施の形態2のレーダ装置の処理内容を示すフローチャートは、上記実施の形態1における図2のフローチャートと同様である。
The phase shifters 34-1 to 34-K adjust the phase of the reflected signal x (n) incident from the element antennas 33-1 to 33-K under the control of the phase
The combiner / distributor 35 combines the reflected signals x (n) after the phase adjustment by the phase shifters 34-1 to 34-K, and outputs the combined signal to the
The flowchart showing the processing contents of the radar apparatus of the second embodiment is the same as the flowchart of FIG. 2 in the first embodiment.
次に動作について説明する。
まず、励振位相設定部10は、所望の放射パターンの実現するために必要な素子アンテナ33−1〜33−Kの励振位相βk(k=1,2,・・・,K)を設定する(ステップST1)。
移相器制御部11は、励振位相設定部10が励振位相βkを設定すると、その励振位相βkにしたがって移相器34−1〜34−Kの移相量を設定する。
この実施の形態2では、励振位相βkが時分割で変化しない固定の値であるものを想定しているので、移相器34−1〜34−Kの移相量を高速に制御する必要がない。
この実施の形態2でも、上記実施の形態1と同様に、M個の励振位相βkを設定するようにしてもよい。
Next, the operation will be described.
First, the excitation
When the excitation
In the second embodiment, since it is assumed that the excitation phase β k is a fixed value that does not change in a time division manner, it is necessary to control the phase shift amount of the phase shifters 34-1 to 34-K at high speed. There is no.
In the second embodiment, M excitation phases βk may be set as in the first embodiment.
送信機1の信号生成部2は、上記実施の形態1と同様に、目標検出に用いるレーダ波である複素信号s1を生成し、その複素信号s1を共役波形変換部3及び信号切替部4に出力する(ステップST2)。
共役波形変換部3は、信号生成部2から複素信号s1を受けると、上記実施の形態1と同様に、その複素信号s1を共役波形変換することで、その複素信号s1と複素共役の関係にある複素信号s2を生成し、その複素信号s2を信号切替部4に出力する(ステップST3)。
Similar to the first embodiment, the
Conjugated waveform converting unit 3, when the
信号切替部4は、上記実施の形態1と同様に、信号生成部2により生成された複素信号s1と、共役波形変換部3により生成された複素信号s2を交互に選択して周波数変換部5に出力する信号切替処理を実施する(ステップST4)。
したがって、信号切替部4から、s1→s2→s1→s2→s1→s2→・・・の順番で、複素信号が周波数変換部5に出力される。
周波数変換部5は、信号切替部4から複素信号s1,s2を受けると、例えば、その複素信号s1,s2をD/A変換してから、周波数をアップコンバートすることで、高周波信号s(n)を生成し、その高周波信号s(n)を送信アンテナ31に出力する。
これにより、図3(a)に示すように、送信アンテナ31から高周波信号s(n)が空間に放射される(ステップST5)。
Signal switching unit 4, as in the first embodiment, the complex signal s 1 which is generated by the
Therefore, complex signals are output from the signal switching unit 4 to the
When the
Thereby, as shown to Fig.3 (a), the high frequency signal s (n) is radiated | emitted to space from the transmission antenna 31 (step ST5).
フェーズドアレーアンテナ32の素子アンテナ33−1〜33−Kは、図3(b)に示すように、送信アンテナ31から高周波信号s(n)が放射された後、その高周波信号s(n)が目標に反射された反射信号x(n)を入射する(ステップST6)。
即ち、素子アンテナ33−1〜33−Kは、複素信号s1から生成された高周波信号の反射信号(第1の反射信号)と、複素信号s2から生成された高周波信号の反射信号(第2の反射信号)を交互に入射する。
移相器34−1〜34−Kは、移相器制御部11の制御の下で、素子アンテナ33−1〜33−Kから入射された反射信号x(n)の位相を調整し、位相調整後の反射信号x(n)を合成分配器35に出力する。
As shown in FIG. 3B, the element antennas 33-1 to 33-K of the phased
That is, the antenna elements 33-1 to 33-K includes a reflection signal of the high frequency signal generated from the complex signal s 1 (first reflected signal), the reflected signal of the high frequency signal generated from the complex signal s 2 (second 2 reflected signals) are incident alternately.
The phase shifters 34-1 to 34-K adjust the phase of the reflected signal x (n) incident from the element antennas 33-1 to 33-K under the control of the phase
合成分配器35は、移相器34−1〜34−Kから位相調整後の反射信号x(n)を受けると、位相調整後の反射信号x(n)を合成して、その合成信号を受信機22に出力する。
即ち、合成分配器35は、移相器34−1〜34−Kから第1の反射信号を受けると、複数の第1の反射信号を合成して第1の合成信号を受信機22に出力し、移相器34−1〜34−Kから第2の反射信号を受けると、複数の第2の反射信号を合成して第2の合成信号を受信機22に出力する。
When the combiner / distributor 35 receives the phase-adjusted reflection signal x (n) from the phase shifters 34-1 to 34-K, the combiner / distributor 35 combines the phase-adjusted reflection signal x (n). Output to the
That is, when the combiner / distributor 35 receives the first reflected signal from the phase shifters 34-1 to 34-K, the combiner / distributor 35 combines the plurality of first reflected signals and outputs the first combined signal to the
受信機22は、合成分配器35から合成信号を受けると、その合成信号を検波し、例えば、その合成信号の周波数をダウンコンバートしてから、A/D変換することで、ベースバンドのディジタル信号(複素信号)を時間平均処理部23に出力する。
この実施の形態2では、受信機22から第1の合成信号より得られる複素信号x1(複素信号s1に対応する複素信号x1)と、第2の合成信号より得られる複素信号x2(複素信号s2に対応する複素信号x2)とが交互に出力される。
When the
In the second embodiment, the complex signal x 1 from the
時間平均処理部23は、受信機22から複素信号s1に対応する複素信号x1を受けると、上記実施の形態1と同様に、その複素信号x1を図示せぬメモリに格納する(ステップST7)。
また、時間平均処理部23は、受信機22から複素信号s2に対応する複素信号x2を受けると、上記実施の形態1と同様に、その複素信号x2を共役波形変換することで、その複素信号x2と複素共役の関係にある複素信号x2 *を生成し、その複素信号x2 *を図示せぬメモリに格納する(ステップST7)。
When the time
When the time
M組の複素信号x1,x2 *(2×M個の複素信号x)が蓄積されるまでステップST4〜ST7の処理が繰り返し実行され、M組の複素信号x1,x2 *が蓄積されると、ステップST9の処理に移行する(ステップST8)。
時間平均処理部23は、上記実施の形態1と同様に、図示せぬメモリに蓄積されているM組の複素信号x1,x2 *の時間平均(時間積分)を算出する(ステップST9)。
時間平均=((x1+x2 *)+(x1+x2 *)+・・・+(x1+x2 *))/2M (5)
信号処理部24は、上記実施の形態1と同様に、時間平均処理部23の算出結果から目標を検出する処理や、目標を追尾する処理などを実施する。
The processes of steps ST4 to ST7 are repeatedly performed until M sets of complex signals x 1 and x 2 * (2 × M complex signals x) are accumulated, and M sets of complex signals x 1 and x 2 * are accumulated. Then, the process proceeds to step ST9 (step ST8).
Similar to the first embodiment, the time
Time average = ((x 1 + x 2 * ) + (x 1 + x 2 * ) +... + (X 1 + x 2 * )) / 2M (5)
As in the first embodiment, the
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、送信側では、信号切替部4が、信号生成部2により生成された複素信号s1と、共役波形変換部3により生成された複素信号s2を交互に選択して周波数変換部5に出力することで、複素共役の関係がある2つの高周波信号を交互に空間に放射する一方、受信側では、複素信号s1に対応する複素信号x1と、複素信号s2に対応する複素信号x2と複素共役の関係にある複素信号x2 *とをM組蓄積して、M組の複素信号x1,x2 *の時間平均を算出するように構成したので、移相器34−1〜34−Kの移相量の高速な制御が可能なハードウェアを実装することなく、フェーズドアレーアンテナ32を構成する素子アンテナ33−1〜33−Kの励振振幅を制御して、不要な干渉波を抑圧することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the second embodiment, on the transmission side, the signal switching unit 4 performs the complex signal s 1 generated by the
実施の形態3.
図5はこの発明の実施の形態3によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
フェーズドアレーアンテナ40は合成分配器41、移相器42−1〜42−K及び素子アンテナ43−1〜43−Kから構成されており、送信機1から出力された高周波信号s(n)を空間に放射する一方、その高周波信号s(n)が目標に反射された反射信号x(n)を入射する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing a radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The phased
合成分配器41は送信機1から出力された高周波信号s(n)の電力を均等にK個に分配して、その分配した高周波信号s(n)を移相器42−1〜42−Kに出力する。
また、合成分配器41は移相器42−1〜42−Kによる位相調整後の反射信号x(n)を合成して、その合成信号を受信機22に出力する。即ち、移相器42−1〜42−Kにより位相が調整された複数の第1の反射信号を合成して第1の合成信号を受信機22に出力し、移相器42−1〜42−Kにより位相が調整された複数の第2の反射信号を合成して第2の合成信号を受信機22に出力する。
なお、合成分配器41は信号分配手段及び信号合成手段を構成している。
The synthesizer /
The combiner /
Note that the combiner /
移相器42−1〜42−Kは移相器制御部11の制御の下で、合成分配器41により分配された高周波信号s(n)の位相を調整し、位相調整後の高周波信号s(n)を素子アンテナ43−1〜43−Kに出力する。
また、移相器42−1〜42−Kは移相器制御部11の制御の下で、素子アンテナ43−1〜43−Kから入射された反射信号x(n)の位相を調整し、位相調整後の反射信号x(n)を合成分配器41に出力する。
The phase shifters 42-1 to 42-K adjust the phase of the high-frequency signal s (n) distributed by the combiner /
The phase shifters 42-1 to 42-K adjust the phase of the reflected signal x (n) incident from the element antennas 43-1 to 43-K under the control of the phase
素子アンテナ43−1〜43−Kは移相器42−1〜42−Kから出力された位相調整後の高周波信号s(n)を空間に放射する一方、その高周波信号s(n)が目標に反射された反射信号x(n)を入射する。即ち、複素信号s1から生成された高周波信号の反射信号(第1の反射信号)と、複素信号s2から生成された高周波信号の反射信号(第2の反射信号)を交互に入射する。
この実施の形態3のレーダ装置の処理内容を示すフローチャートは、上記実施の形態1における図2のフローチャートと同様である。
The element antennas 43-1 to 43-K radiate the phase-adjusted high-frequency signal s (n) output from the phase shifters 42-1 to 42-K to the space, while the high-frequency signal s (n) is the target. Is reflected by the reflected signal x (n). That is, the high-frequency signal reflection signal (first reflection signal) generated from the complex signal s 1 and the high-frequency signal reflection signal (second reflection signal) generated from the complex signal s 2 are alternately incident.
The flowchart showing the processing contents of the radar apparatus according to the third embodiment is the same as the flowchart of FIG. 2 in the first embodiment.
次に動作について説明する。
まず、励振位相設定部10は、所望の放射パターンの実現するために必要な素子アンテナ43−1〜43−Kの励振位相βk(k=1,2,・・・,K)を設定する(ステップST1)。
移相器制御部11は、励振位相設定部10が励振位相βkを設定すると、その励振位相βkにしたがって移相器42−1〜42−Kの移相量を設定する。
この実施の形態3では、励振位相βkが時分割で変化しない固定の値であるものを想定しているので、移相器42−1〜42−Kの移相量を高速に制御する必要がない。
この実施の形態3でも、上記実施の形態1と同様に、M個の励振位相βkを設定するようにしてもよい。
Next, the operation will be described.
First, the excitation
When the excitation
In the third embodiment, since it is assumed that the excitation phase β k is a fixed value that does not change in time division, it is necessary to control the phase shift amount of the phase shifters 42-1 to 42-K at high speed. There is no.
In the third embodiment, M excitation phases βk may be set as in the first embodiment.
送信機1の信号生成部2は、上記実施の形態1と同様に、目標検出に用いるレーダ波である複素信号s1を生成し、その複素信号s1を共役波形変換部3及び信号切替部4に出力する(ステップST2)。
共役波形変換部3は、信号生成部2から複素信号s1を受けると、上記実施の形態1と同様に、その複素信号s1を共役波形変換することで、その複素信号s1と複素共役の関係にある複素信号s2を生成し、その複素信号s2を信号切替部4に出力する(ステップST3)。
Similar to the first embodiment, the
Conjugated waveform converting unit 3, when the
信号切替部4は、上記実施の形態1と同様に、信号生成部2により生成された複素信号s1と、共役波形変換部3により生成された複素信号s2を交互に選択して周波数変換部5に出力する信号切替処理を実施する(ステップST4)。
したがって、信号切替部4から、s1→s2→s1→s2→s1→s2→・・・の順番で、複素信号が周波数変換部5に出力される。
周波数変換部5は、信号切替部4から複素信号s1,s2を受けると、例えば、その複素信号s1,s2をD/A変換してから、周波数をアップコンバートすることで、高周波信号s(n)を生成し、その高周波信号s(n)をフェーズドアレーアンテナ40に出力する。
Signal switching unit 4, as in the first embodiment, the complex signal s 1 which is generated by the
Therefore, complex signals are output from the signal switching unit 4 to the
When the
フェーズドアレーアンテナ40の合成分配器41は、送信機1から高周波信号s(n)を受けると、その高周波信号s(n)の電力を均等にK個に分配して、その分配した高周波信号s(n)を移相器42−1〜42−Kに出力する。
移相器42−1〜42−Kは、移相器制御部11の制御の下で、合成分配器41により分配された高周波信号s(n)の位相を調整し、位相調整後の高周波信号s(n)を素子アンテナ43−1〜43−Kに出力する。
これにより、図3(a)に示すように、素子アンテナ43−1〜43−Kから位相調整後の高周波信号s(n)が空間に放射される(ステップST5)。
When the combiner /
The phase shifters 42-1 to 42-K adjust the phase of the high-frequency signal s (n) distributed by the combiner /
As a result, as shown in FIG. 3A, the phase-adjusted high-frequency signal s (n) is radiated into the space from the element antennas 43-1 to 43-K (step ST5).
素子アンテナ43−1〜43−Kは、図3(b)に示すように、位相調整後の高周波信号s(n)を空間に放射した後、その高周波信号s(n)が目標に反射された反射信号x(n)を入射する(ステップST6)。
即ち、素子アンテナ43−1〜43−Kは、複素信号s1から生成された高周波信号の反射信号(第1の反射信号)と、複素信号s2から生成された高周波信号の反射信号(第2の反射信号)を交互に入射する。
移相器42−1〜42−Kは、移相器制御部11の制御の下で、素子アンテナ43−1〜43−Kから入射された反射信号x(n)の位相を調整し、位相調整後の反射信号x(n)を合成分配器41に出力する。
As shown in FIG. 3B, the element antennas 43-1 to 43-K radiate the phase-adjusted high-frequency signal s (n) to the space, and then the high-frequency signal s (n) is reflected to the target. The reflected signal x (n) is incident (step ST6).
That is, the antenna elements 43-1 to 43-K includes a reflection signal of the high frequency signal generated from the complex signal s 1 (first reflected signal), the reflected signal of the high frequency signal generated from the complex signal s 2 (second 2 reflected signals) are incident alternately.
The phase shifters 42-1 to 42-K adjust the phase of the reflected signal x (n) incident from the element antennas 43-1 to 43-K under the control of the phase
合成分配器41は、移相器42−1〜42−Kから位相調整後の反射信号x(n)を受けると、位相調整後の反射信号x(n)を合成して、その合成信号を受信機22に出力する。
即ち、合成分配器41は、移相器42−1〜42−Kから第1の反射信号を受けると、複数の第1の反射信号を合成して第1の合成信号を受信機22に出力し、移相器42−1〜42−Kから第2の反射信号を受けると、複数の第2の反射信号を合成して第2の合成信号を受信機22に出力する。
When the combiner /
That is, when the combiner /
受信機22は、合成分配器41から合成信号を受けると、上記実施の形態2と同様に、その合成信号を検波し、その合成信号の周波数をダウンコンバートしてから、A/D変換することで、ベースバンドのディジタル信号(複素信号)を時間平均処理部23に出力する。
この実施の形態3では、受信機22から第1の合成信号より得られる複素信号x1(複素信号s1に対応する複素信号x1)と、第2の合成信号より得られる複素信号x2(複素信号s2に対応する複素信号x2)とが交互に出力される。
When receiving the combined signal from the combiner /
In the third embodiment, a complex signal x 1 from the
時間平均処理部23は、受信機22から複素信号s1に対応する複素信号x1を受けると、上記実施の形態1と同様に、その複素信号x1を図示せぬメモリに格納する(ステップST7)。
また、時間平均処理部23は、受信機22から複素信号s2に対応する複素信号x2を受けると、上記実施の形態1と同様に、その複素信号x2を共役波形変換することで、その複素信号x2と複素共役の関係にある複素信号x2 *を生成し、その複素信号x2 *を図示せぬメモリに格納する(ステップST7)。
When the time
When the time
M組の複素信号x1,x2 *(2×M個の複素信号x)が蓄積されるまでステップST4〜ST7の処理が繰り返し実行され、M組の複素信号x1,x2 *が蓄積されると、ステップST9の処理に移行する(ステップST8)。
時間平均処理部23は、上記実施の形態1と同様に、図示せぬメモリに蓄積されているM組の複素信号x1,x2 *の時間平均(時間積分)を算出する(ステップST9)。
信号処理部24は、上記実施の形態1と同様に、時間平均処理部23の算出結果から目標を検出する処理や、目標を追尾する処理などを実施する。
The processes of steps ST4 to ST7 are repeatedly performed until M sets of complex signals x 1 and x 2 * (2 × M complex signals x) are accumulated, and M sets of complex signals x 1 and x 2 * are accumulated. Then, the process proceeds to step ST9 (step ST8).
Similar to the first embodiment, the time
As in the first embodiment, the
以上で明らかなように、この実施の形態3によれば、送信側では、信号切替部4が、信号生成部2により生成された複素信号s1と、共役波形変換部3により生成された複素信号s2を交互に選択して周波数変換部5に出力することで、複素共役の関係がある2つの高周波信号を交互に空間に放射する一方、受信側では、複素信号s1に対応する複素信号x1と、複素信号s2に対応する複素信号x2と複素共役の関係にある複素信号x2 *とをM組蓄積して、M組の複素信号x1,x2 *の時間平均を算出するように構成したので、移相器42−1〜42−Kの移相量の高速な制御が可能なハードウェアを実装することなく、フェーズドアレーアンテナ40を構成する素子アンテナ43−1〜43−Kの励振振幅を制御して、不要な干渉波を抑圧することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the third embodiment, on the transmission side, the signal switching unit 4 performs the complex signal s 1 generated by the
実施の形態4.
上記実施の形態1〜3では、フェーズドアレーアンテナ6,32,40を構成する素子アンテナ9−1〜9−K,33−1〜33−K,43−1〜43−Kの配置については特に言及していないが、この実施の形態4では、素子アンテナ9−1〜9−K,33−1〜33−K,43−1〜43−Kの配置が、共役中心の対称形をなしているものとする。
共役中心の対称形をなす素子アンテナ9−1〜9−K,33−1〜33−K,43−1〜43−Kの配置としては、一直線上に等間隔で配置されるものや、等間隔の正方配列で配置されるものなどが考えられる。
Embodiment 4 FIG.
In the first to third embodiments, the arrangement of the element antennas 9-1 to 9-K, 33-1 to 33-K, and 43-1 to 43-K constituting the phased
As the arrangement of the element antennas 9-1 to 9-K, 33-1 to 33-K, and 43-1 to 43-K that are symmetrical with respect to the conjugate center, those arranged at equal intervals on a straight line, etc. The thing arrange | positioned by the square arrangement | sequence of an interval can be considered.
図6は複数の素子アンテナの配置が、共役中心の対称形をなしている例を示す説明図であり、特に図6(a)は複数の素子アンテナが一直線上に等間隔で配置されている例を示し、図6(b)は複数の素子アンテナが等間隔の正方配列で配置されている例を示している。
例えば、図1の素子アンテナ9−1〜9−Kが一直線上に等間隔で配置されている場合のフェーズドアレーアンテナ6の動作を説明する。なお、素子アンテナ9−1〜9−Kの素子数が偶数本であるものとする。
FIG. 6 is an explanatory view showing an example in which the arrangement of a plurality of element antennas is symmetrical with respect to the conjugate center. In particular, FIG. 6A shows a plurality of element antennas arranged on a straight line at equal intervals. An example is shown, and FIG. 6B shows an example in which a plurality of element antennas are arranged in an equally spaced square array.
For example, the operation of the phased array antenna 6 when the element antennas 9-1 to 9-K in FIG. 1 are arranged on a straight line at equal intervals will be described. It is assumed that the element antennas 9-1 to 9-K have an even number of elements.
素子アンテナ9−1〜9−Kの素子数がK、素子間隔がd、高周波信号s(n)の波長がλ、高周波信号s(n)の放射方向がθであるとすると、素子アンテナ9−1〜9−Kにおける素子間の位相差ベクトルである方向ベクトルaは、下記の式(6)のように表される。
Assuming that the number of elements of the element antennas 9-1 to 9-K is K, the element interval is d, the wavelength of the high frequency signal s (n) is λ, and the radiation direction of the high frequency signal s (n) is θ. A direction vector a which is a phase difference vector between elements at −1 to 9-K is expressed as the following Expression (6).
このとき、励振位相設定部10により励振位相βkが対称形に設定されると、移相器8−1〜8−Kの励振位相ベクトルであるウエイトベクトルWは、下記の式(7)のように表される。
At this time, when the excitation phase β k is set symmetrically by the excitation
信号生成部2により生成された複素信号s1から生成される高周波信号をsで表すと、フェーズドアレーアンテナ6から放射される信号y1は、下記の式(8)のように表される。ただし、伝搬路や雑音などの影響は無視している。
When a high-frequency signal generated from the complex signal s 1 generated by the
また、信号生成部2により生成された複素信号s1と複素共役の関係がある複素信号s2から生成される高周波信号をs*で表すと、フェーズドアレーアンテナ6から放射される信号y2は、下記の式(9)のように表される。ただし、伝搬路や雑音などの影響は無視している。
Further, when a high-frequency signal generated from the complex signal s 2 having a complex conjugate relationship with the complex signal s 1 generated by the signal generator 2 is represented by s * , the signal y 2 radiated from the phased array antenna 6 is Is expressed as the following equation (9). However, effects such as propagation path and noise are ignored.
次に、共役中心の対称となるアンテナ配置における方向ベクトルaの構造に着目すると、下記の式(10)の関係を満足する。
Next, paying attention to the structure of the direction vector a in the antenna arrangement that is symmetric with respect to the conjugate center, the relationship of the following expression (10) is satisfied.
このため、式(9)は、下記の式(11)のように変形することができる。
For this reason, Formula (9) can be transformed into the following Formula (11).
受信側において、フェーズドアレーアンテナ6から放射される信号y1と、フェーズドアレーアンテナ6から放射される信号y2の共役信号y2 *との平均を取ると、時間平均後の信号y3は、下記の式(12)のように表される。
In the receiving side, a signal y 1 emitted from the phased array antenna 6, taking the average of the conjugate signal y 2 * signal y 2 emitted from the phased array antenna 6, the signal y 3 times the average later, It is expressed as the following formula (12).
式(12)から明らかなように、時間平均後に得られるフェーズドアレーアンテナ6から放射される信号y3は、ウエイトベクトルWの実部で表現できる励振振幅分布で受信したことに等しいものとなる。
即ち、移相器8−1〜8−Kによって移相状態を切り替えなくても、移相器8−1〜8−Kの固定励振位相βを、実部(0度)とのなす角を予め考慮して設定するだけで、従来の時間変調アレーアンテナと同等に、低サイドローブ特性を得ることができる。
よって、この実施の形態4によれば、素子アンテナ配列及び励振位相を対称形にすることで、移相器8−1〜8−Kの移相量を高速に切り替えるハードウェアを実装することなく、アンテナ放射パターンの低サイドローブ化が可能なレーダ装置を実現することができる。
As is clear from the equation (12), the signal y 3 radiated from the phased array antenna 6 obtained after time averaging is equivalent to that received with the excitation amplitude distribution that can be expressed by the real part of the weight vector W.
That is, even if the phase shift state is not switched by the phase shifters 8-1 to 8 -K, the angle formed by the real part (0 degree) is the fixed excitation phase β of the phase shifters 8-1 to 8 -K. A low sidelobe characteristic can be obtained just by setting in advance, as in the case of a conventional time-modulated array antenna.
Therefore, according to the fourth embodiment, by making the element antenna arrangement and the excitation phase symmetrical, it is possible to implement hardware for switching the phase shift amount of the phase shifters 8-1 to 8-K at high speed. Therefore, it is possible to realize a radar apparatus that can reduce the side lobe of the antenna radiation pattern.
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1 送信機、2 信号生成部(信号生成手段)、3 共役波形変換部(信号生成手段)、4 信号切替部(信号切替手段)、5 周波数変換部、6 フェーズドアレーアンテナ、7 合成分配器(信号分配手段)、8−1〜8−K 移相器、9−1〜9−K 素子アンテナ、10 励振位相設定部、11 移相器制御部、21 受信アンテナ、22 受信機、23 時間平均処理部(時間平均手段)、24 信号処理部(目標検出手段)、31 送信アンテナ、32 フェーズドアレーアンテナ、33−1〜33−K 素子アンテナ、34−1〜34−K 移相器、35 合成分配器(信号合成手段)、40 フェーズドアレーアンテナ、41 合成分配器(信号分配手段、信号合成手段)、42−1〜42−K 移相器、43−1〜43−K 素子アンテナ。 1 transmitter, 2 signal generator (signal generator), 3 conjugate waveform converter (signal generator), 4 signal switcher (signal switcher), 5 frequency converter, 6 phased array antenna, 7 combining distributor ( Signal distribution means), 8-1 to 8-K phase shifter, 9-1 to 9-K element antenna, 10 excitation phase setting unit, 11 phase shifter control unit, 21 receiving antenna, 22 receiver, 23 time average Processing unit (time averaging unit), 24 signal processing unit (target detection unit), 31 transmitting antenna, 32 phased array antenna, 33-1 to 33-K element antenna, 34-1 to 34-K phase shifter, 35 synthesis Distributor (signal combiner), 40 phased array antenna, 41 combiner distributor (signal distributor, signal combiner), 42-1 to 42-K phase shifter, 43-1 to 43-K element antenna
Claims (9)
前記信号生成手段により生成された第1の信号と第2の信号を交互に出力する信号切替手段と、
前記信号切替手段から交互に出力される第1及び第2の信号を複数の信号に分配する信号分配手段と、
上記信号分配手段により分配された第1及び第2の信号の位相を調整する複数の移相器と、
前記移相器により位相が調整された第1及び第2の信号を空間に放射する複数の素子アンテナと、
前記素子アンテナから第1の信号が放射された後、前記第1の信号が目標に反射された第1の反射信号を入射し、前記素子アンテナから第2の信号が放射された後、前記第2の信号が前記目標に反射された第2の反射信号を入射する受信アンテナと、
前記受信アンテナから入射された第1の反射信号と、前記受信アンテナから入射された第2の反射信号の複素共役信号との時間平均を算出する時間平均手段と、
前記時間平均手段の算出結果から前記目標を検出する目標検出手段と
を備えたレーダ装置。 A signal generating means for generating a first signal as a transmission signal and generating a second signal in a complex conjugate relationship with the first signal;
Signal switching means for alternately outputting the first signal and the second signal generated by the signal generating means;
Signal distribution means for distributing the first and second signals alternately output from the signal switching means to a plurality of signals;
A plurality of phase shifters for adjusting the phases of the first and second signals distributed by the signal distribution means;
A plurality of element antennas that radiate the first and second signals, the phases of which are adjusted by the phase shifter, into space;
After the first signal is radiated from the element antenna, the first reflected signal is reflected by the target, and after the second signal is radiated from the element antenna, the first signal is radiated. A receiving antenna that receives a second reflected signal in which two signals are reflected from the target;
Time averaging means for calculating a time average of the first reflected signal incident from the receiving antenna and the complex conjugate signal of the second reflected signal incident from the receiving antenna;
A radar apparatus comprising: target detection means for detecting the target from the calculation result of the time averaging means.
前記信号生成手段により生成された第1の信号と第2の信号を交互に出力する信号切替手段と、
前記信号切替手段から交互に出力される第1及び第2の信号を空間に放射する送信アンテナと、
前記送信アンテナから第1の信号が放射された後、前記第1の信号が目標に反射された第1の反射信号を入射し、前記送信アンテナから第2の信号が放射された後、前記第2の信号が前記目標に反射された第2の反射信号を入射する複数の素子アンテナと、
前記素子アンテナから入射された第1及び第2の反射信号の位相を調整する複数の移相器と、
前記複数の移相器により位相が調整された第1の反射信号を合成して第1の合成信号を生成するとともに、前記複数の移相器により位相が調整された第2の反射信号を合成して第2の合成信号を生成する信号合成手段と、
前記信号合成手段により生成された第1の合成信号と、前記信号合成手段により生成された第2の合成信号の複素共役信号との時間平均を算出する時間平均手段と、
前記時間平均手段の算出結果から前記目標を検出する目標検出手段と
を備えたレーダ装置。 A signal generating means for generating a first signal as a transmission signal and generating a second signal in a complex conjugate relationship with the first signal;
Signal switching means for alternately outputting the first signal and the second signal generated by the signal generating means;
A transmission antenna that radiates the first and second signals alternately output from the signal switching means to the space;
After the first signal is radiated from the transmitting antenna, the first signal is incident on the first reflected signal reflected from the target, and after the second signal is radiated from the transmitting antenna, the first signal is emitted. A plurality of element antennas that receive a second reflected signal in which two signals are reflected by the target;
A plurality of phase shifters for adjusting the phases of the first and second reflected signals incident from the element antenna;
A first reflected signal whose phase is adjusted by the plurality of phase shifters is synthesized to generate a first synthesized signal, and a second reflected signal whose phase is adjusted by the plurality of phase shifters is synthesized. A signal synthesis means for generating a second synthesized signal;
Time averaging means for calculating a time average of the first combined signal generated by the signal combining means and the complex conjugate signal of the second combined signal generated by the signal combining means;
A radar apparatus comprising: target detection means for detecting the target from the calculation result of the time averaging means.
前記信号生成手段により生成された第1の信号と第2の信号を交互に出力する信号切替手段と、
アンテナ開口を形成する複数の素子アンテナと、
前記信号切替手段から交互に出力される第1及び第2の信号を複数の信号に分配する信号分配手段と、
上記信号分配手段により分配された第1及び第2の信号の位相を調整して、位相調整後の第1及び第2の信号を前記素子アンテナに出力することで、位相調整後の第1及び第2の信号を空間に放射させる一方、前記第1の信号が目標に反射されて前記素子アンテナから入射された第1の反射信号及び前記第2の信号が前記目標に反射されて前記素子アンテナから入射された第2の反射信号の位相を調整する複数の移相器と、
前記複数の移相器により位相が調整された第1の反射信号を合成して第1の合成信号を生成するとともに、前記複数の移相器により位相が調整された第2の反射信号を合成して第2の合成信号を生成する信号合成手段と、
前記信号合成手段により生成された第1の合成信号と、前記信号合成手段により生成された第2の合成信号の複素共役信号との時間平均を算出する時間平均手段と、
前記時間平均手段の算出結果から前記目標を検出する目標検出手段と
を備えたレーダ装置。 A signal generating means for generating a first signal as a transmission signal and generating a second signal in a complex conjugate relationship with the first signal;
Signal switching means for alternately outputting the first signal and the second signal generated by the signal generating means;
A plurality of element antennas forming an antenna aperture;
Signal distribution means for distributing the first and second signals alternately output from the signal switching means to a plurality of signals;
By adjusting the phases of the first and second signals distributed by the signal distribution means and outputting the first and second signals after phase adjustment to the element antenna, the first and second signals after phase adjustment are output. While the second signal is radiated to the space, the first signal is reflected by the target and the first reflected signal and the second signal incident from the element antenna are reflected by the target and the element antenna. A plurality of phase shifters for adjusting the phase of the second reflected signal incident from
A first reflected signal whose phase is adjusted by the plurality of phase shifters is synthesized to generate a first synthesized signal, and a second reflected signal whose phase is adjusted by the plurality of phase shifters is synthesized. A signal synthesis means for generating a second synthesized signal;
Time averaging means for calculating a time average of the first combined signal generated by the signal combining means and the complex conjugate signal of the second combined signal generated by the signal combining means;
A radar apparatus comprising: target detection means for detecting the target from the calculation result of the time averaging means.
信号切替手段が、前記信号生成処理ステップで生成された第1の信号と第2の信号を交互に出力する信号切替処理ステップと、
信号分配手段が、前記信号切替処理ステップで交互に出力される第1及び第2の信号を複数の信号に分配する信号分配処理ステップと、
複数の移相器が、上記信号分配処理ステップで分配された第1及び第2の信号の位相を調整する位相調整処理ステップと、
複数の素子アンテナが、前記位相調整処理ステップで位相が調整された第1及び第2の信号を空間に放射する信号放射ステップと、
受信アンテナが、前記素子アンテナから第1の信号が放射された後、前記第1の信号が目標に反射された第1の反射信号を入射し、前記素子アンテナから第2の信号が放射された後、前記第2の信号が前記目標に反射された第2の反射信号を入射する信号入射ステップと、
時間平均手段が、前記信号入射ステップで入射された第1の反射信号と、前記信号入射ステップで入射された第2の反射信号の複素共役信号との時間平均を算出する時間平均処理ステップと、
目標検出手段が、前記時間平均処理ステップでの算出結果から前記目標を検出する目標検出処理ステップと
を備えた目標検出方法。 A signal generation step of generating a first signal as a transmission signal and generating a second signal having a complex conjugate relationship with the first signal;
A signal switching processing step in which the signal switching means alternately outputs the first signal and the second signal generated in the signal generation processing step;
A signal distribution unit that distributes the first and second signals alternately output in the signal switching processing step into a plurality of signals;
A phase adjustment processing step in which a plurality of phase shifters adjust the phases of the first and second signals distributed in the signal distribution processing step;
A signal radiation step in which a plurality of element antennas radiate the first and second signals, the phases of which are adjusted in the phase adjustment processing step, into space;
After the first signal is radiated from the element antenna, the receiving antenna enters the first reflected signal reflected from the target, and the second signal is radiated from the element antenna. Thereafter, a signal incident step in which the second signal is incident on a second reflected signal reflected by the target;
A time averaging means for calculating a time average between the first reflected signal incident in the signal incident step and the complex conjugate signal of the second reflected signal incident in the signal incident step;
A target detection method, comprising: a target detection unit that detects a target from a calculation result in the time average processing step.
信号切替手段が、前記信号生成処理ステップで生成された第1の信号と第2の信号を交互に出力する信号切替処理ステップと、
送信アンテナが、前記信号切替処理ステップで交互に出力される第1及び第2の信号を空間に放射する信号放射ステップと、
複数の素子アンテナが、前記送信アンテナから第1の信号が放射された後、前記第1の信号が目標に反射された第1の反射信号を入射し、前記送信アンテナから第2の信号が放射された後、前記第2の信号が前記目標に反射された第2の反射信号を入射する信号入射ステップと、
複数の移相器が、前記信号入射ステップで入射された第1及び第2の反射信号の位相を調整する位相調整処理ステップと、
信号合成手段が、前記位相調整処理ステップで位相が調整された複数の第1の反射信号を合成して第1の合成信号を生成するとともに、前記位相調整処理ステップで位相が調整された複数の第2の反射信号を合成して第2の合成信号を生成する信号合成処理ステップと、
時間平均手段が、前記信号合成処理ステップで生成された第1の合成信号と、前記信号合成処理ステップで生成された第2の合成信号の複素共役信号との時間平均を算出する時間平均処理ステップと、
目標検出手段が、前記時間平均処理ステップでの算出結果から前記目標を検出する目標検出処理ステップと
を備えた目標検出方法。 A signal generation step of generating a first signal as a transmission signal and generating a second signal having a complex conjugate relationship with the first signal;
A signal switching processing step in which the signal switching means alternately outputs the first signal and the second signal generated in the signal generation processing step;
A signal radiation step in which a transmission antenna radiates the first and second signals alternately output in the signal switching processing step to space; and
After the first signal is radiated from the transmitting antenna, the plurality of element antennas enter the first reflected signal reflected by the target and the second signal is radiated from the transmitting antenna. A signal incident step in which the second signal is incident on the second reflected signal reflected by the target;
A phase adjustment processing step in which a plurality of phase shifters adjust the phases of the first and second reflected signals incident in the signal incident step;
The signal combining means generates a first combined signal by combining the plurality of first reflected signals whose phases are adjusted in the phase adjustment processing step, and a plurality of the phases whose phases are adjusted in the phase adjustment processing step A signal synthesis processing step of synthesizing the second reflected signal to generate a second synthesized signal;
Time averaging processing step in which time averaging means calculates a time average between the first synthesized signal generated in the signal synthesis processing step and the complex conjugate signal of the second synthesized signal generated in the signal synthesis processing step. When,
A target detection method, comprising: a target detection unit that detects a target from a calculation result in the time average processing step.
信号切替手段が、前記信号生成処理ステップで生成された第1の信号と第2の信号を交互に出力する信号切替処理ステップと、
信号分配手段が、前記信号切替処理ステップで交互に出力される第1及び第2の信号を複数の信号に分配する信号分配処理ステップと、
複数の移相器が、前記信号分配処理ステップで分配された第1及び第2の信号の位相を調整して、位相調整後の第1及び第2の信号を素子アンテナに出力することで、位相調整後の第1及び第2の信号を空間に放射させる一方、前記第1の信号が目標に反射されて前記素子アンテナから入射された第1の反射信号及び前記第2の信号が前記目標に反射されて前記素子アンテナから入射された第2の反射信号の位相を調整する位相調整処理ステップと、
信号合成手段が、前記位相調整処理ステップで位相が調整された複数の第1の反射信号を合成して第1の合成信号を生成するとともに、前記位相調整処理ステップで位相が調整された複数の第2の反射信号を合成して第2の合成信号を生成する信号合成処理ステップと、
時間平均手段が、前記信号合成処理ステップで生成された第1の合成信号と、前記信号合成処理ステップで生成された第2の合成信号の複素共役信号との時間平均を算出する時間平均処理ステップと、
目標検出手段が、前記時間平均処理ステップでの算出結果から前記目標を検出する目標検出処理ステップと
を備えた目標検出方法。 A signal generation step of generating a first signal as a transmission signal and generating a second signal having a complex conjugate relationship with the first signal;
A signal switching processing step in which the signal switching means alternately outputs the first signal and the second signal generated in the signal generation processing step;
A signal distribution unit that distributes the first and second signals alternately output in the signal switching processing step into a plurality of signals;
A plurality of phase shifters adjust the phases of the first and second signals distributed in the signal distribution processing step, and output the first and second signals after phase adjustment to the element antenna, While the phase-adjusted first and second signals are radiated to the space, the first reflected signal and the second signal reflected from the target antenna and incident from the element antenna are reflected by the target. A phase adjustment processing step of adjusting the phase of the second reflected signal reflected from the element antenna and reflected from the element antenna;
The signal combining means generates a first combined signal by combining the plurality of first reflected signals whose phases are adjusted in the phase adjustment processing step, and a plurality of the phases whose phases are adjusted in the phase adjustment processing step A signal synthesis processing step of synthesizing the second reflected signal to generate a second synthesized signal;
Time averaging processing step in which time averaging means calculates a time average between the first synthesized signal generated in the signal synthesis processing step and the complex conjugate signal of the second synthesized signal generated in the signal synthesis processing step. When,
A target detection method, comprising: a target detection unit that detects a target from a calculation result in the time average processing step.
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