JP6452412B2

JP6452412B2 - 誘導装置

Info

Publication number: JP6452412B2
Application number: JP2014243682A
Authority: JP
Inventors: 浩一村本; 恭明島津
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: JP2016109433A

Description

本発明は、航空機または飛しょう体などの飛行物体（以下、適宜「自機」と称する）を誘導する誘導装置に関する。

飛行物体の誘導には、自機のレーダ波を用いるアクティブ方式、当該飛行物体を発射した発射母体からのイルミネータ（Illuminator）を用いるセミアクティブ（Semi-active）方式が主である（例えば非特許文献１参照）。しかし、ステルス（Stealth）化された目標は照射された方向にはレーダ波が戻らないように工夫されており、従来の方式では目標からの反射電力が小さく、目標を検出および追尾することが困難となっている。そこで、ステルス化目標への対処のため、別の方角にある他のレーダからのレーダ波を用いたマルチスタティック（Multi-static）によるパッシブ誘導方式がある。

Merrill I.Skolnik,「RADAR HANDBOOK SECOND EDITION」 McGraw-Hill Publishing Company,1990年、P19.15

マルチスタティックで使用できるレーダは低周波帯を使用したものが多く、精度が悪い。このため、誘導の初期または中期（以下「初中期」と称する）では、自機のレーダ（RADAR）が発する電波の送信周波数と異なる周波数を有する他のレーダからのレーダ波を用いたパッシブ（Passive）方式を使用し、誘導の終末期では、自機のレーダ波を用いたアクティブ（Active）方式に切り替える手法とすることが一般的な考え方である。しかしながら、この一般的な方式では、目標情報の抽出に時間がかかり、アクティブ誘導への移行が遅くなることで十分な終末期の誘導時間（以下「終末誘導時間」と称する）が確保できないという課題があった。

また、捜索または追尾空域に、接近した複数の目標が存在する場合には、初中期時において、十分な角度分離性能が得られないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、初中期時の角度分離性能を向上させ、十分な終末誘導時間を確保できる誘導装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、自機レーダから送信される第１のレーダ信号を用いたアクティブ方式での信号処理と、前記自機レーダ以外の他のレーダから送信される第２のレーダ信号を用いたパッシブ方式での信号処理と、を併用して目標への誘導を行う誘導装置であって、初中期において、前記パッシブ方式による受信と、前記アクティブ方式による送受信とを同時に行い、前記パッシブ方式の信号処理では、複数の受信ビームパターンを使用したＤＢＦ処理を行い、前記パッシブ方式によって目標が検出された場合、前記他のレーダで検出された受信ビームの方向に前記自機レーダの送信ビームを指向して目標への誘導を行い、前記他のレーダの位置が既知である場合、前記ＤＢＦ処理によるビームを前記他のレーダの方向に形成し、前記他のレーダの送信ビームのサイドローブを受信して、前記他のレーダのパルス諸元を得ることを特徴とする。

本発明によれば、初中期時の角度分離性能を向上させ、十分な終末誘導時間を確保することができる、という効果を奏する。

本実施の形態に係る誘導装置の構成例を示すブロック図本実施の形態の誘導装置における送受信のタイミングを説明するタイムチャート本実施の形態の誘導装置における誘導の概念を説明する図パッシブ・アクティブ併用方式での初中期誘導の概念を説明する図パッシブ・アクティブ併用方式での終末誘導の概念を説明する図

以下に、本発明の実施の形態に係る誘導装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

実施の形態．
以下では、まず図４および図５を用いて、パッシブ方式とアクティブ方式とを併用する方式（以下「パッシブ・アクティブ併用方式」と称する）での初中期誘導および終末誘導の概念について説明する。図４は、パッシブ・アクティブ併用方式での初中期誘導の概念を説明する図であり、図５は、パッシブ・アクティブ併用方式での終末誘導の概念を説明する図である。

パッシブ・アクティブ併用方式が適用される一般的な誘導システムにおいて、初中期誘導はパッシブ方式であり、図４に示すように、自機３０と、当該自機３０とは別の場所にあるレーダ３１とが、誘導システムにおける主たる構成要素となる。自機３０は、自機レーダ３０ａを備えている。レーダ３１は、空間に幾つかの送信ビームを放射するが、その中の一つである送信ビーム３２が目標３３に向けて放射される。送信ビーム３２による目標３３からの反射波は、デジタルビームフォーミング（Digital Beam Forming：ＤＢＦ）処理を行うための複数の受信ビームパターン３４ａ，３４ｂ，３４ｃによって、自機レーダ３０ａにて受信される。図４の例では、受信ビームパターン３４ｂによって目標３３からの反射波を検出できる。自機レーダ３０ａは、受信ビームパターン３４ｂによる検出情報を用いて目標３３への誘導を行う。

一方、終末誘導では、アクティブ方式が用いられる。初中期誘導において、パッシブ方式で誘導されて目標３３に接近した自機３０は、アクティブ方式による追尾が可能となると、検出した目標３３の情報に基づいて送信ビームの方向を算出し、送受信ビームパターン３５による送受信を行う。自機レーダ３０ａの送信周波数は、レーダ３１の送信周波数より高周波であり、初中期誘導時よりも高精度で目標３３に対する誘導が可能となる。

しかしながら、自機レーダ３０ａは、レーダ３１からの照射波による反射波と自機レーダ３０ａからの送信波による反射波の双方を同時に受信することができない。また、自機レーダ３０ａの送信周波数がレーダ３１の送信周波数より高周波であるため、送受信ビームパターン３５は、送信ビーム３２よりもビーム幅が細くなり、一度で目標を探知できず、近辺を捜索する必要がある。このため、目標の捕捉から追尾に時間を要することになり、終末誘導時間が確保できなくなるという問題があった。

次に、本実施の形態の誘導装置における誘導の概念を、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態の誘導装置における誘導の概念を説明する図である。

図３において、レーダ３１は、空間に電波を放射し、例えば送信ビーム３２が目標３３に向けて放射されると、目標３３からの反射波が、自機レーダ３０ａにおいて受信される。自機レーダ３０ａは、複数の受信ビームパターン３４ａ，３４ｂ，３４ｃを使用したＤＢＦ処理、すなわちパッシブ方式による受信処理を行う。同時に自機レーダ３０ａも送受信ビームパターン３５によるアクティブ方式で送受信処理を行う。例えば、受信ビームパターン３４ｂで目標３３からの反射波を検出すれば、自機レーダ３０ａは、自機レーダ３０ａの送受信ビームパターン３５を使用して、受信ビームパターン３４ｂに合わせた捜索を行う。自機３０と目標３３との相対距離が遠い場合でも、自機レーダ３０ａのアクティブ方式の送受信での目標検出確率は０％ではない。このため、相対距離が近づくにつれて目標の検出確率は上昇し、従来の切り替え距離より、遠方で目標を検出することができるため、終末誘導時間を確保することができる。

次に、本実施の形態に係る誘導装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る誘導装置の構成例を示すブロック図である。なお、以下の説明において、目標３３の検出および追尾のために目標３３に照射される信号を「レーダ信号」と称する。さらに、レーダ信号のうち、自機レーダ３０ａから照射されるレーダ信号を「自機レーダ信号」または「第１のレーダ信号」と称し、自機レーダ３０ａ以外の他のレーダから照射されるレーダ信号を「他レーダ信号」または「第２のレーダ信号」と称する。図３および図４に示したレーダ３１からのレーダ信号は、ここで言う「他レーダ信号」または「第２のレーダ信号」の１つである。

本実施の形態に係る誘導装置１００は、図１に示すように、レーダ信号を生成する信号生成部４０と、レーダ信号を目標３３に照射し、また、目標３３からの反射信号を受信する送受信部５０と、目標３３からの反射信号に基づいて目標３３の検出処理および追尾誘導処理を行う信号処理部６０と、を備えて構成される。

信号生成部４０は、レーダ信号の基となる信号を生成する発振器１と、発振器１の出力信号をアクティブ送受信用の局発周波数に変換する周波数変換器２と、発振器１の出力信号をパッシブ受信用の局発周波数に変換する周波数変換器３と、周波数変換器２からの信号をアクティブ送信信号に変換する励振器４と、を備える。なお、周波数変換器２と周波数変換器３とを符号無しで区別する場合には、周波数変換器２を「第１の周波数変換器」と称し、周波数変換器３を「第２の周波数変換器」と称する。

送受信部５０は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の送受信ブロック１５（１５_１，１５_２，……，１５_ｎ）を備える。各送受信ブロック１５の構成は同一であり、以下、第１の送受信ブロックである送受信ブロック１５_１について説明する。送受信ブロック１５_１は、励振器４からの信号を増幅する増幅器５と、送信時には増幅器５の出力を空間に放射し、受信時には目標３３または背景からの信号を受信するアンテナ７と、目標３３からの受信信号を増幅する低雑音増幅器８と、送信時には増幅器５の出力をアンテナ７に送り、受信時にはアンテナ７からの信号を低雑音増幅器８に送る送受信切替器６と、低雑音増幅器８からの受信信号と周波数変換器２からの局発周波数をミキシングして中間周波数にダウンコンバートする周波数変換器９と、周波数変換器９がダウンコンバートした中間周波数信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０と、Ａ／Ｄ変換器１０からのデジタル信号に基づいて同相信号（In-phase信号：以下、必要に応じて「Ｉ信号」と称する）および９０°位相をずらした信号（Quadrature信号：以下、必要に応じて「Ｑ信号」と称する）を生成する位相検波器１１と、低雑音増幅器８からの受信信号と周波数変換器３からの局発周波数をミキシングして中間周波数にダウンコンバートする周波数変換器１２と、周波数変換器１２がダウンコンバートした中間周波数信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３と、Ａ／Ｄ変換器１０からのデジタル信号に基づいて同相信号（Ｉ信号）および９０°位相をずらしたＱ信号を生成する位相検波器１４と、を備える。なお、周波数変換器９と周波数変換器１２とを符号無しで区別し、且つ、上述した周波数変換器２および周波数変換器３のそれぞれとも符号無しで区別する場合には、周波数変換器９を「第３の周波数変換器」と称し、周波数変換器１２を「第４の周波数変換器」と称する。また、Ａ／Ｄ変換器１０とＡ／Ｄ変換器１３とを符号無しで区別する場合には、Ａ／Ｄ変換器１０を「第１のＡ／Ｄ変換器」と称し、Ａ／Ｄ変換器１３を「第２のＡ／Ｄ変換器」と称する。また、位相検波器１１と位相検波器１４とを符号無しで区別する場合には、位相検波器１１を「第１の位相検波器」と称し、位相検波器１４を「第２の位相検波器」と称する。

信号処理部６０は、送受信ブロック１５_１，１５_２，１５_３，……，１５_ｎの位相検波器１１から出力されるＩ信号およびＱ信号を用いて、送信ビームと同じ範囲をカバーする受信ビームを形成した受信信号を生成するビーム形成部１６と、ビーム形成部１６からの受信信号を処理して目標の検出処理を行う目標検出処理部１７と、送受信ブロック１５_１，１５_２，１５_３，……，１５_ｎの位相検波器１４から出力されるＩ信号およびＱ信号を用いて、他レーダ信号を広範囲に受信するための複数の受信ビームを形成するビーム形成部１８と、ビーム形成部１８から伝達される複数の受信信号ごとに目標の検出処理を行う目標検出処理部１９と、目標検出処理部１７からの処理結果および目標検出処理部１９から処理結果から目標への誘導情報を演算する追尾誘導処理部２０と、を備える。

上記の構成において、ビーム形成部１６に入力される信号は、自機レーダ信号を処理する位相検波器１１から出力されるＩ信号およびＱ信号である。ビーム形成部１６が形成する受信ビームは、送信ビームと同じ範囲をカバーすればよいため、ビーム形成部１６から目標検出処理部１７に入力される受信信号線は１つでよい。一方、ビーム形成部１８に入力される信号は、他レーダ信号を処理する位相検波器１４から出力されるＩ信号およびＱ信号である。ビーム形成部１８は、他レーダ信号を広範囲に受信するための複数の受信ビームを形成する必要がある。このため、ビーム形成部１８と目標検出処理部１９との間には、ビーム形成部１８が出力する複数の受信ビームに対応する受信信号を入力するための複数の受信信号線が設けられる。なお、ビーム形成部１６とビーム形成部１８とを符号無しで区別する場合には、ビーム形成部１６を「第１のビーム形成部」と称し、ビーム形成部１８を「第２のビーム形成部」と称する。また、目標検出処理部１７と目標検出処理部１９とを符号無しで区別する場合には、目標検出処理部１７を「第１の目標検出処理部」と称し、目標検出処理部１９を「第２の目標検出処理部」と称する。

つぎに、本実施の形態の誘導装置における要部動作について、図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態の誘導装置における送受信のタイミングを説明するタイムチャートであり、自機はアクティブ方式で送受信し、他のレーダからの信号はパッシブ方式で同時に受信している場合の、他のレーダの送受信タイミングと自機レーダの送受信タイミングをタイムチャートで示している。なお、以下の説明において、他のレーダの送信周期およびパルス幅などの情報（以下「パルス諸元」と称する）は、既知であると仮定する。なお、ここでいう「既知」の意味には、他のレーダのパルス諸元自体を事前に知らなくても、他のレーダの位置が既知である場合を含んでいる。他のレーダの位置が既知であれば、ＤＢＦのビームを当該他のレーダの方向に形成し、他のレーダの送信ビームのサイドローブを受信して、パルス諸元を得ることができるからである。

図２において、上から１段目は自機レーダの送信パルスを示しており、当該送信パルスの送出タイミングを識別するため、送信パルスにＴＭ１〜ＴＭ４の符号を付している。また、上から２段目は他のレーダの送信パルスを示しており、当該送信パルスの送出タイミングを識別するため、送信パルスにＴＲ１〜ＴＲ３の符号を付している。なお、自機レーダの送信周波数ｆ１は、他のレーダの送信周波数ｆ２よりも大きい。すなわちｆ１＞ｆ２の関係がある。

上から３段目は自機レーダの受信タイミングを示しており、識別のために当該受信タイミングにＲＭ１−１〜ＲＭ１−７、ＲＭ２−１〜ＲＭ２−７、ＲＭ３−１〜ＲＭ３−７、ＲＭ４−１〜ＲＭ４−７の符号を付している。送信パルスＴＭ１に対する受信タイミングは、頭に“ＲＭ１”の文字が付され、受信順序を表す番号を“−”記号に続く数値で表している。

上から４段目は他のレーダの受信タイミングを示しており、識別のために当該受信タイミングにＲＲ１−０〜ＲＲ１−９、ＲＲ１−１１〜ＲＲ１−２１、ＲＲ２−０、ＲＲ２−２〜ＲＲ２−１４、ＲＲ２−１６〜ＲＲ２−２１、ＲＲ３−０〜ＲＲ３−５の符号を付している。送信パルスＴＲ１に対する受信タイミングは、頭に“ＲＲ１”の文字が付され、受信順序を表す番号を“−”記号に続く数値で表している。

図２において、当然のことながら、自機レーダにおける送信時のタイミングでは、自機レーダおよび他レーダ信号を受信することはできない。ここで、自機レーダにおいては、送信パルスの送出タイミングを自機にて把握することができるので、送信パルスの送出タイミングの期間は、受信タイミングから除外されている。一方、自機レーダと他のレーダの送信タイミングは非同期のため、他のレーダの受信タイミングには欠落が生じることになる。図２において、他のレーダの受信タイミングにおける欠落部分を破線で示しており、破線部Ｋ１〜Ｋ４がこれに該当する。例えば、破線部Ｋ１では、ＲＲ１−９の一部、ＲＲ１−１０の全部、ＲＲ１−１１の一部が欠落している。ＲＲ１−９およびＲＲ１−１１の幅が小さくなっているのは、受信タイミングの一部が欠落しているためである。しかしながら、自機レーダの送信タイミングと他のレーダの送信タイミングとは非同期のため、他のレーダの受信タイミングにおいて、同じ受信番号が連続して欠落することはない。例えば、図２の破線部Ｋ２において、受信タイミングの欠落は、ＲＲ２−１の全部とＲＲ２−２の一部であり、ＲＲ１にて欠落が生じている受信順序が“９”、“１０“、“１１”については欠落が生じていない。このため、自機レーダが送信パルスを送出して信号処理を行っている間においても、他のレーダの送信パルスによる反射信号の検出が可能となる。すなわち、本実施の形態の誘導装置では、パッシブ方式による受信とアクティブ方式による送受信とを同時に行うことが可能となる。

つぎに、図２で説明した処理の概念および図１の構成に基づいて、本実施の形態に係る誘導装置の全体的な動作説明を行う。まず、レーダ３１の送信パルスが目標３３または背景に照射され、目標３３または背景から反射した複数の受信信号がアンテナ７で受信される。自機レーダ３０ａの送信周波数はレーダ３１の送信周波数より高周波帯であり、アンテナ７は、レーダ３１の周波数帯と、他のレーダの周波数帯よりも高域にある自機レーダ３０ａの周波数帯とをカバーする帯域を有している。アンテナ７は、アンテナ素子を並べた素子アンテナで構成することが可能である。

目標３３が検出できるまでは、目標３３の正確な位置が不明であり、広範囲に待ち受ける必要がある。このため、ビーム形成部１８にて複数の受信ビームを形成し、目標検出処理部１９にて各々の受信ビームに対して目標検出処理を行う。目標３３が検出された場合、追尾誘導処理部２０で計算を実施し目標３３に誘導すると共に、レーダ３１で検出された受信ビームの方向に自機レーダ３０ａの送信ビームを指向し、自機レーダ３０ａから送信パルスを照射し、目標３３からの受信信号をアンテナ７で受信する。ビーム形成部１６で形成する受信ビームは送信ビームと同じ方向に形成し、目標検出処理部１７にて目標検出処理を行う。上述のように、自機レーダ３０ａの送信周波数は、レーダ３１の送信周波数より高周波帯であり、角度分離性能が向上する。このため、自機レーダ３０ａで目標が検出できた場合、追尾誘導処理部２０は、目標検出処理部１７の処理結果を用いて計算を実施し、目標３３に対する誘導処理を行う。

以上説明したように、本実施の形態に係る誘導装置によれば、パッシブ方式による受信処理とアクティブ方式による送受信処理とを同時に行うことができるため、アクティブ方式による終末誘導時間の確保が可能となる。

また、本実施の形態に係る誘導装置によれば、初中期では、パッシブ方式による受信とアクティブ方式による送受信とを同時に行い、パッシブ方式によって目標が検出された場合に、他のレーダで検出された受信ビームの方向に自機レーダの送信ビームを指向して目標への誘導を行うこととしたので、初中期時において、角度分離性能を向上することが可能となる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１発振器、２周波数変換器（第１の周波数変換器）、３周波数変換器（第２の周波数変換器）、４励振器、５増幅器、６送受信切替器、７アンテナ、８低雑音増幅器、９周波数変換器（第３の周波数変換器）、１０Ａ／Ｄ変換器（第１のＡ／Ｄ変換器）、１１位相検波器（第１の位相検波器）、１２周波数変換器（第４の周波数変換器）、１３Ａ／Ｄ変換器（第２のＡ／Ｄ変換器）、１４位相検波器（第２の位相検波器）、１５，１５_１，１５_２，１５_３，１５_ｎ送受信ブロック、１６ビーム形成部（第１のビーム形成部）、１７目標検出処理部（第１の目標検出処理部）、１８ビーム形成部（第２のビーム形成部）、１９目標検出処理部（第２の目標検出処理部）、２０追尾誘導処理部、３０自機、３０ａ自機レーダ、３１レーダ、３２送信ビーム、３３目標、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ受信ビームパターン、３５送受信ビームパターン、４０信号生成部、５０送受信部、６０信号処理部、１００誘導装置。

Claims

自機レーダから送信される第１のレーダ信号を用いたアクティブ方式での信号処理と、前記自機レーダ以外の他のレーダから送信される第２のレーダ信号を用いたパッシブ方式での信号処理と、を併用して目標への誘導を行う誘導装置であって、
初中期において、前記パッシブ方式による受信と、前記アクティブ方式による送受信とを同時に行い、前記パッシブ方式の信号処理では、複数の受信ビームパターンを使用したＤＢＦ処理を行い、前記パッシブ方式によって目標が検出された場合、前記他のレーダで検出された受信ビームの方向に前記自機レーダの送信ビームを指向して目標への誘導を行い、
前記他のレーダの位置が既知である場合、前記ＤＢＦ処理によるビームを前記他のレーダの方向に形成し、前記他のレーダの送信ビームのサイドローブを受信して、前記他のレーダのパルス諸元を得る
ことを特徴とする誘導装置。
前記第１のレーダ信号の基となる信号を生成する信号生成部と、
前記第１のレーダ信号を目標に照射し、前記目標から反射した前記第１のレーダ信号および前記第２のレーダ信号による反射信号を受信する送受信部と、
前記反射信号に基づいて前記目標の検出処理および追尾誘導処理を行う信号処理部と、
を備え、
前記送受信部には、アクティブ送受信用の局発周波数に変換する周波数変換器に並列して、パッシブ受信用の局発周波数に変換する周波数変換器が設けられると共に、前記第１のレーダ信号の周波数と前記第２のレーダ信号の周波数の双方に対応できる帯域を有するアンテナが設けられ、
前記信号処理部には、前記自機レーダの送信ビームに相当する受信ビームを生成するビーム形成部に並列して、前記他のレーダの受信ビームを複数生成するビーム形成部が設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の誘導装置。
前記自機レーダの送信周波数は、前記他のレーダの送信周波数よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の誘導装置。
前記自機レーダの受信タイミングと、前記他のレーダの受信タイミングとは非同期であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の誘導装置。