JP6602681B2 - Antenna device and radar device - Google Patents

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Description

本実施形態は、アンテナ装置及びレーダ装置に関する。   The present embodiment relates to an antenna device and a radar device.

従来のレーダ装置では、アンテナ装置におけるDBF(Digital Beam Forming)により、送信ビーム及び受信ビームをそれぞれペンシルビームにして、目標の捜索及び追跡を行っている。   In a conventional radar apparatus, search and tracking of a target are performed by using a transmission beam and a reception beam as pencil beams by DBF (Digital Beam Forming) in an antenna apparatus.

DBF(Digital Beam Forming)、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.289-291(1996)DBF (Digital Beam Forming), Yoshida, "Revised Radar Technology", IEICE, pp.289-291 (1996) MIMO(Multiple Input Multiple Output),JIAN LI,PETER STOICA,‘MIMO RADAR SIGNAL PROCESSING’, WILEY, pp. 1-5(2009)MIMO (Multiple Input Multiple Output), JIAN LI, PETER STOICA, ‘MIMO RADAR SIGNAL PROCESSING’, WILEY, pp. 1-5 (2009) パルス圧縮、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.275-280(1996)Pulse compression, Yoshida, 'Revised radar technology', IEICE, pp.275-280 (1996) CFAR処理、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996)CFAR processing, Yoshida, 'Revised radar technology', IEICE, pp.87-89 (1996) テーラー分布、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.134-135(1996)Taylor distribution, Yoshida, 'Revised radar technology', IEICE, pp.134-135 (1996) 測角方式(モノパルス)、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.260-264(1996)Angle measurement system (monopulse), Yoshida, 'Revised radar technology', IEICE, pp. 260-264 (1996) アダプティブ処理(MSN方式等)、菊間、‘アレーアンテナによる適応信号処理’、科学技術出版、pp.67-86(2004)Adaptive processing (MSN method, etc.), Kikuma, 'Adaptive signal processing with array antenna', Science and Technology Publishing, pp.67-86 (2004) STAP(ポストドップラー型STAP等)、Richard Klemm,‘Applications of Space-Time Adaptive Processing’, IEEE Radar, Sonar and Navigation series14, p.720-724(2004)STAP (Post-Doppler STAP, etc.), Richard Klemm, “Applications of Space-Time Adaptive Processing”, IEEE Radar, Sonar and Navigation series 14, p.720-724 (2004) アクティブフェーズアレイ、パッシブフェーズイドアレイ、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.288-289(1996)Active Phase Array, Passive Phase Id Array, Yoshida, 'Revised Radar Technology', IEICE, pp.288-289 (1996) 空間給電型アレイ、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.132-134(1996)Space-fed array, Yoshida, 'Revised radar technology', IEICE, pp.132-134 (1996) 位相によるパターン成形、Robert C.Voges, ‘Phase Optimization of Antenna Array Gain with Constrained Amplitude Excitation’, IEEE Trans. Antennas & Propagation, AP-20, No.4, pp.432-436(1972)Pattern shaping by phase, Robert C. Voges, ‘Phase Optimization of Antenna Array Gain with Constrained Amplitude Excitation’, IEEE Trans. Antennas & Propagation, AP-20, No.4, pp.432-436 (1972) マルチビーム、電子情報通信学会編、アンテナ工学ハンドブック第2版、Ohmsha、pp.419-424(2008)Multibeam, edited by IEICE, Antenna Engineering Handbook 2nd edition, Ohmsha, pp.419-424 (2008)

以上述べたように、従来のレーダ装置では、アンテナ装置におけるDBFにより、送信ビーム及び受信ビームをそれぞれペンシルビームにして、目標の捜索及び追跡を行っている。但し、この場合は、1ポジションあたりの時間制約があり、ヒット数が少ないため、低いSNであり、データレートも遅く、初探知が遅れ、追跡ロストする課題があった。   As described above, in the conventional radar apparatus, the target beam is searched and tracked by using the DBF in the antenna apparatus as the transmission beam and the reception beam, respectively, as the pencil beam. However, in this case, there is a time constraint per position, and since the number of hits is small, the SN is low, the data rate is slow, the initial detection is delayed, and there is a problem of lost tracking.

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、データレートを向上させ、初探知を高速化し、追跡ロストを低減することのできるアンテナ装置とレーダ装置を提供することを目的とする。   The present embodiment has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an antenna device and a radar device that can improve a data rate, speed up initial detection, and reduce tracking loss.

上記の課題を解決するために、本実施形態に係るアンテナ装置は、第1の軸(A軸)に沿って一次元に配列したN(N≧1)個のサブアレイでそれぞれビーム合成することにより信号Xan(n=1〜N)を得る第1の受信アレイと、前記第1の軸と異なる第2の軸(B軸)に沿って一次元に配列したM(M≧1)個のサブアレイでそれぞれビーム合成することにより信号Xbm(m=1〜M)を得る第2の受信アレイと、前記第1の軸と前記第2の軸の各々のサブアレイのビーム出力に対してSNを向上させる信号処理を行ってから乗算Xan×Xbm(n=1〜N、m=1〜M)処理することによりN×Mサブアレイの仮想アレイ信号を生成し、それぞれの仮想アレイ信号にウェイトを乗算し加算して、所定の角度範囲のマルチビームを形成する受信装置とを具備する構成である。 In order to solve the above-described problem, the antenna device according to the present embodiment performs beam synthesis on each of N (N ≧ 1) subarrays arranged one-dimensionally along the first axis (A axis). A first receiving array for obtaining signals Xan (n = 1 to N), and M (M ≧ 1) subarrays arranged one-dimensionally along a second axis (B axis) different from the first axis The SN is improved with respect to the beam output of the second receiving array that obtains the signal Xbm (m = 1 to M) by combining the beams with each of the subarrays of the first axis and the second axis . After signal processing, multiplication Xan × Xbm (n = 1 to N, m = 1 to M) is performed to generate a virtual array signal of an N × M subarray, and each virtual array signal is multiplied by a weight and added. To form a multi-beam within the specified angular range. And a receiving device.

また、本実施形態に係るレーダ装置は、観測範囲に送信ファンビームを形成する送信アンテナと、第1の軸(A軸)に沿って一次元に配列したN(N≧1)個のサブアレイでそれぞれビーム合成することにより信号Xan(n=1〜N)を得る第1の受信アレイと、前記第1の軸と異なる第2の軸(B軸)に沿って一次元に配列したM(M≧1)個のサブアレイでそれぞれビーム合成することにより信号Xbm(m=1〜M)を得る第2の受信アレイと、前記第1の軸と前記第2の軸の各々のサブアレイのビーム出力に対してSNを向上させる信号処理を行ってから乗算Xan×Xbm(n=1〜N、m=1〜M)処理することによりN×Mサブアレイの仮想アレイ信号を生成し、それぞれの仮想アレイ信号にウェイトを乗算し加算して、前記観測範囲内に所定の角度範囲のマルチビームを形成する受信装置とを具備する構成である。 Further, the radar device according to this embodiment includes a transmitting antenna that forms a transmission fan beam in the observation range, with the first axis N which are arranged one-dimensionally along the (A axis) (N ≧ 1) subarrays A first receiving array that obtains signals Xan (n = 1 to N) by beam combining, respectively, and M (M) arranged one-dimensionally along a second axis (B axis) different from the first axis ≧ 1) and a second receiver array to obtain a signal Xbm (m = 1~M) by each beam synthesized subarrays, the beam output of each subarray of the first axis and the second axis On the other hand, after performing signal processing for improving SN, multiplication Xan × Xbm (n = 1 to N, m = 1 to M) is performed to generate a virtual array signal of N × M subarrays, and each virtual array signal Multiply by weight and add And a receiving device that forms a multi-beam within a predetermined angle range within the observation range.

第1の実施形態に係るアンテナ装置が適用されるレーダ装置の概略構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a radar apparatus to which an antenna apparatus according to a first embodiment is applied. 図1に示すレーダ装置の全体系統の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the whole system | strain of the radar apparatus shown in FIG. 図1に示す受信アンテナのサブアレイ系統の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the subarray system | strain of the receiving antenna shown in FIG. 図3に示す受信アンテナの2次元仮想アレイによる受信方式を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the receiving system by the two-dimensional virtual array of the receiving antenna shown in FIG. 図4に示す2次元仮想アレイを備える機上搭載レーダ装置の観測座標系を示す図。The figure which shows the observation coordinate system of the onboard radar apparatus provided with the two-dimensional virtual array shown in FIG. 第1の実施形態において、受信処理の手順を示すフローチャート。5 is a flowchart illustrating a procedure of reception processing in the first embodiment. 第1の実施形態において、観測空間におけるサブアレイビーム形成と全体ビーム形成の様子を示す概念図。The conceptual diagram which shows the mode of the subarray beam formation in the observation space, and the whole beam formation in 1st Embodiment. 第2の実施形態に係るアンテナ装置が適用されるレーダ装置の概略構成を示す概念図。The conceptual diagram which shows schematic structure of the radar apparatus with which the antenna apparatus which concerns on 2nd Embodiment is applied. 第2の実施形態において、観測空間におけるサブアレイビーム形成と全体ビーム形成の様子を示す概念図。The conceptual diagram which shows the mode of the subarray beam formation in the observation space, and the whole beam formation in 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るアンテナ装置が適用されるレーダ装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the radar apparatus with which the antenna apparatus which concerns on 3rd Embodiment is applied. 図10に示す送信装置の構成を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of the transmission device illustrated in FIG. 10. 第3の実施形態において、送信装置の配置例と、送信ビームと受信マルチビームが形成される様子を示す概念図。FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating an arrangement example of transmission apparatuses and a state in which transmission beams and reception multi-beams are formed in the third embodiment. 図10に示すレーダ装置の処理の流れを示すフローチャート。11 is a flowchart showing a processing flow of the radar apparatus shown in FIG. 第3の実施形態において、観測空間におけるサブアレイビーム形成と全体ビーム形成の様子を示す概念図。The conceptual diagram which shows the mode of the subarray beam formation in the observation space, and the whole beam formation in 3rd Embodiment. 第4の実施形態において、観測空間におけるサブアレイビーム形成と全体ビーム形成の様子を示す概念図。The conceptual diagram which shows the mode of the subarray beam formation in the observation space, and the whole beam formation in 4th Embodiment.

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。なお、以下の説明において、アンテナ装置の実施形態はレーダ装置に適用されるものとする。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the description of each embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the following description, it is assumed that the embodiment of the antenna device is applied to a radar device.

(第1の実施形態)(2次元DBF)
図1乃至図6を参照して、第1の実施形態について説明する。
(First embodiment) (two-dimensional DBF)
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

図1は第1の実施形態に係るアンテナ装置が適用されるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図1において、10は受信アンテナを構成するサブアレイ、20はサブアレイ単位で受信信号のデジタル化、ノイズ除去等の処理を行う信号処理器であり、それぞれA軸Nch×サブアレイビーム数の系統とB軸Mch×サブアレイビーム数の系統に設けられる。各サブアレイビーム出力は仮想アレイ変換器30に送られ、N×Mch×サブアレイビーム数によるマルチビームが形成される。ここで形成されたマルチビームの各ビーム出力はビーム合成器40で所定ビーム数に合成され、信号処理器50に送られる。この信号処理器50は、入力合成ビーム出力から目標を検出し追跡するレーダ信号を生成出力する。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radar apparatus to which the antenna apparatus according to the first embodiment is applied. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a sub-array constituting the receiving antenna, and 20 denotes a signal processor that performs processing such as digitization of received signals and noise removal in units of sub-arrays. A system of A axis Nch × number of sub-array beams and B axis It is provided in a system of Mch × number of subarray beams. Each subarray beam output is sent to the virtual array converter 30 to form a multi-beam of N × Mch × number of subarray beams. The beam outputs of the multi-beams formed here are combined into a predetermined number of beams by the beam combiner 40 and sent to the signal processor 50. The signal processor 50 generates and outputs a radar signal for detecting and tracking the target from the input combined beam output.

上記構成において、さらに具体的な系統構成を図2に示し、各サブアレイの系統構成を図3に示す。まず、A軸サブアレイ10Aは、図3に示すように、sn個のアンテナ素子111〜11snと、sn個の増幅器121〜12snと、周波数変換器13と、AD変換器14と、サブアレイビーム合成器15を備える。sn個のアンテナ素子111〜11snは、A軸方向に一次元に配列される。増幅器121〜12snは、それぞれ対応するアンテナ素子111〜11snから出力される信号を低雑音で増幅する。周波数変換器13は、sn個の増幅器121〜12snから出力される信号をそれぞれベースバンドに周波数変換する。AD変換器14は、ベースバンドに周波数変換された信号をデジタル化してSnチャンネルの受信信号を得る。サブアレイビーム合成器15は、デジタル化された受信信号によりBsチャンネルのマルチビーム出力を得る。   In the above configuration, a more specific system configuration is shown in FIG. 2, and the system configuration of each subarray is shown in FIG. First, as shown in FIG. 3, the A-axis subarray 10A includes sn antenna elements 111 to 11sn, sn amplifiers 121 to 12sn, a frequency converter 13, an AD converter 14, and a subarray beam combiner. 15. The sn antenna elements 111 to 11 sn are arranged one-dimensionally in the A-axis direction. The amplifiers 121 to 12 sn amplify the signals output from the corresponding antenna elements 111 to 11 sn with low noise. The frequency converter 13 frequency-converts the signals output from the sn amplifiers 121 to 12 sn into basebands. The AD converter 14 digitizes the signal frequency-converted to baseband to obtain a Sn channel received signal. The sub-array beam combiner 15 obtains a Bs channel multi-beam output from the digitized received signal.

上記A軸サブアレイ10Aで得られたサブアレイビーム数Bsの受信信号は、図2に示すように、信号処理器20Aによって周波数変換、デジタル化、サブアレイビーム合成(高速フーリエ変換(FFT)、パルス圧縮(PC)等)がなされた後、サブアレイのビーム毎に分岐出力され、Bs系統それぞれの仮想アレイ変換器30iに送られる。同様に、M系統それぞれのB軸サブアレイ10Bで得られたサブアレイビーム数Bsの受信信号は、信号処理器20Bによってデジタル化された後、サブアレイのビーム毎に分岐出力され、Bs系統それぞれの仮想アレイ変換器30i(i=1〜Bs)に送られ、N×Mch×サブアレイビーム数によるマルチビームが形成される。ここで形成されたマルチビームの各ビーム出力はビーム合成器40iによって所定ビーム数Baに合成され、信号処理器50iによってレーダ出力(Baビーム)が形成される。これにより、全体でBs×Baビームが同時に形成される。   As shown in FIG. 2, the received signal having the number Bs of subarray beams obtained by the A-axis subarray 10A is frequency converted, digitized, subarray beam synthesized (fast Fourier transform (FFT), pulse compressed) by the signal processor 20A. PC) and the like) are branched and output for each beam of the sub-array and sent to the virtual array converter 30i of each Bs system. Similarly, the received signal of the number Bs of subarray beams obtained by the B-axis subarray 10B of each of the M systems is digitized by the signal processor 20B, and then is branched and output for each beam of the subarrays. It is sent to the converter 30i (i = 1 to Bs), and a multi-beam with N × Mch × number of subarray beams is formed. The beam outputs of the multi-beams formed here are combined into a predetermined number of beams Ba by the beam combiner 40i, and a radar output (Ba beam) is formed by the signal processor 50i. As a result, a Bs × Ba beam is simultaneously formed as a whole.

図4に、上記構成の受信アンテナにおける2次元仮想アレイの概観を示し、その原理を説明する。
まず、縦方向のA軸アレイN列分については、アンテナ素子XA1〜XANの信号を周波数変換しAD変換する。同様に横方向のB軸アレイM列分については、アンテナXB1〜XBMの信号を周波数変換しAD変換する。両軸の信号を用いて、仮想アレイ素子の生成により素子信号毎に乗算演算を行い、N×Mの仮想アレイ信号を生成する。これを定式化すると以下のようになる。まず、観測方向(AZ,EL)を含めた2軸の入力信号を、それぞれXa,Xbと表すと次式となる。なお、座標系を図5に示す。

Figure 0006602681
FIG. 4 shows an overview of a two-dimensional virtual array in the receiving antenna having the above-described configuration, and explains the principle thereof.
First, for the N columns of the A-axis array in the vertical direction, the signals of the antenna elements XA1 to XAN are subjected to frequency conversion and AD conversion. Similarly, for the horizontal B axis array M columns, the signals of the antennas XB1 to XBM are subjected to frequency conversion and AD conversion. Using the signals of both axes, a multiplication operation is performed for each element signal by generating a virtual array element to generate an N × M virtual array signal. This is formulated as follows. First, when the biaxial input signals including the observation directions (AZ, EL) are expressed as Xa and Xb, respectively, the following equations are obtained. The coordinate system is shown in FIG.
Figure 0006602681

Figure 0006602681
Figure 0006602681

Figure 0006602681
Figure 0006602681

なお、A軸アレイとB軸アレイの離隔距離が大きい場合を考えて、AZ角とEL角を、添え字のa,bをつけて区分けしているが、離隔距離が小さい場合には、A軸アレイとB軸アレイからみたAZ角とEL角は等しくなる。この時の角度をそれぞれAZ,ELとする。 Considering the case where the separation distance between the A-axis array and the B-axis array is large, the AZ angle and the EL angle are separated by adding subscripts a and b, but if the separation distance is small, A The AZ angle and the EL angle as seen from the axis array and the B axis array are equal. The angles at this time are AZ and EL, respectively.

以上より、仮想平面アレイの位相中心に入力される信号xinとして、2軸の信号XaとXbは次式となる。

Figure 0006602681
From the above, as the signal xin input to the phase center of the virtual plane array, the biaxial signals Xa and Xb are expressed by the following equations.
Figure 0006602681

この信号を用いて、本発明手法の要点である両ベクトルの乗算を行うと、次式となる。

Figure 0006602681
When this signal is used to multiply both vectors, which is the main point of the method of the present invention, the following equation is obtained.
Figure 0006602681

次に、各要素は次式となる。

Figure 0006602681
Next, each element becomes the following equation.
Figure 0006602681

ここで、A軸アレイとB軸アレイの離隔距離が小さい場合を考えて、ka=kbとすると、次式となる。

Figure 0006602681
Here, when the distance between the A-axis array and the B-axis array is small, and ka = kb, the following equation is obtained.
Figure 0006602681

これは、乗算演算により、anとbmの位置ベクトルの加算の位置に仮想素子信号が生成されることを示している。   This indicates that a virtual element signal is generated at the position where the position vectors of an and bm are added by multiplication.

受信ビーム出力は、ビーム合成において、(5)式の要素にサイドローブ低減用のウェイトとして、サイドローブ低減用のテーラーウェイト(非特許文献5参照)等を乗算し、ビーム指向方向制御用の複素ウェイトを乗算後、DBF(Digital Beam Forming、非特許文献1参照)による加算を行い、次式となる。

Figure 0006602681
The received beam output is obtained by multiplying the element in equation (5) by a sidelobe reduction tailor weight (see Non-Patent Document 5) or the like as a sidelobe reduction weight in beam synthesis, and thereby complexing for beam pointing direction control. After multiplying the weight, addition by DBF (Digital Beam Forming, see Non-Patent Document 1) is performed, and the following equation is obtained.
Figure 0006602681

ビーム指向方向制御用のウェイトWpnmは次式で表現できる。

Figure 0006602681
The weight Wpnm for controlling the beam direction can be expressed by the following equation.
Figure 0006602681

Figure 0006602681
Figure 0006602681

この仮想アレイ信号Xnmを用いて、マルチビームを形成するには、(8)式のAZp、ELpを複数設定すればよい。   In order to form a multi-beam using this virtual array signal Xnm, a plurality of AZp and ELp in equation (8) may be set.

以上、本実施形態は、A軸とB軸の2軸の受信信号を用いて、乗算演算により仮想アレイ素子信号を生成しているが、これはMIMO(Multiple Input Multiple Output,非特許文献2参照)において、Nchの送信信号とMchの受信信号より、N×Mの仮想アレイ信号を得る方式に相当する。この場合、送信し受信する方式の場合には自動的に乗算演算を実施しているのに対して、本方式では受信×受信の乗算演算を行っていることに相当する。   As described above, in the present embodiment, the virtual array element signal is generated by the multiplication operation using the two-axis received signals of the A axis and the B axis. This is referred to as MIMO (Multiple Input Multiple Output, Non-Patent Document 2). ) Corresponds to a method of obtaining an N × M virtual array signal from an Nch transmission signal and an Mch reception signal. In this case, the multiplication operation is automatically performed in the case of the transmission and reception method, whereas in this method, the multiplication operation of reception × reception is performed.

ここで、仮想アレイの各素子信号の信号成分とノイズ成分を考えると、次式で表現できる。

Figure 0006602681
Here, when considering the signal component and noise component of each element signal of the virtual array, it can be expressed by the following equation.
Figure 0006602681

したがって、仮想アレイ素子信号のSN(信号対ノイズ電力比)は次式となる。

Figure 0006602681
Therefore, the SN (signal to noise power ratio) of the virtual array element signal is given by the following equation.
Figure 0006602681

これは、仮想アレイ素子信号のSN(信号対ノイズ電力比)が2乗になることを表している。この場合、SN≧0dBであれば、SNは2乗により向上するが、SN<0dBであると、2乗により、更にSNが低下することになる。このため、仮想アレイ素子ではSN≧0dBであることが望ましい。   This indicates that the SN (signal-to-noise power ratio) of the virtual array element signal is square. In this case, if SN ≧ 0 dB, the SN is improved by the square, but if SN <0 dB, the SN is further reduced by the square. For this reason, it is desirable that SN ≧ 0 dB in the virtual array element.

これを実現するために、図1に示すように、サブアレイ10A,10BでDBF(Digital Beam Forming、非特許文献1参照)合成し、さらに信号処理器20A,20Bで高速フーリエ変換(FFT)、パルス圧縮(PC)等(非特許文献3参照)を行ってSN≧0dBにした後、仮想アレイ変換器30で仮想アレイ信号を生成する。仮想アレイ生成後、ビーム合成器40で全体ビームを形成し、信号処理器50で検出処理(CFAR、非特許文献4参照)等の信号処理を行い、レーダ信号出力とする。この信号処理としては、クラッタ等の不要波を抑圧するMTI(Moving Target Indicator)、アダプティブアレイ(非特許文献7参照)、STAP(Space Time Adaptive Processing、非特許文献8参照)等の処理を追加してもよい。   In order to realize this, as shown in FIG. 1, DBF (Digital Beam Forming, see Non-Patent Document 1) synthesis is performed by the subarrays 10A and 10B, and fast Fourier transform (FFT) and pulse are further performed by the signal processors 20A and 20B. After performing compression (PC) or the like (see Non-Patent Document 3) to make SN ≧ 0 dB, the virtual array converter 30 generates a virtual array signal. After the virtual array is generated, the entire beam is formed by the beam combiner 40, and signal processing such as detection processing (CFAR, see Non-Patent Document 4) is performed by the signal processor 50 to obtain a radar signal output. As this signal processing, processing such as MTI (Moving Target Indicator) for suppressing unnecessary waves such as clutter, adaptive array (see Non-Patent Document 7), STAP (Space Time Adaptive Processing, Non-Patent Document 8) and the like are added. May be.

図2に、サブアレイビーム数Bsと、仮想アレイ変換(30)後のビーム合成(40)のビーム形成数Baと、全体ビーム形成数Bs×Baの関係をわかりやすくしたものを示す。ここでは、アンテナ開口長の小さいサブアレイの広ビーム幅によるマルチビームとアンテナ開口長の大きな全体開口の狭ビーム幅のマルチビーム形成の関係を示している。   FIG. 2 shows the relationship between the number of sub-array beams Bs, the number of beam formation Ba in beam synthesis (40) after virtual array conversion (30), and the total number of beam formations Bs × Ba. Here, there is shown a relationship between multi-beam formation with a wide beam width of a subarray having a small antenna aperture length and multi-beam formation with a narrow beam width of an entire aperture having a large antenna aperture length.

図3はサブアレイ1個分の系統であり、アンテナ111〜11snで受信した信号を増幅器121〜12snで低雑音増幅し、AD変換器14でデジタル信号に変換し、サブアレイビーム合成器15でサブアレイ内のマルチビームを形成する。   FIG. 3 shows a system for one subarray. Signals received by the antennas 111 to 11 sn are amplified with low noise by the amplifiers 121 to 12 sn, converted into digital signals by the AD converter 14, and converted into digital signals by the subarray beam combiner 15. Form a multi-beam.

ビーム形成手法の処理フローを図6に示す。サブアレイや全体ビーム合成におけるマルチビーム形成においては、FFT等により同時にビーム形成できる手法もあるが、ここでは、わかりやすいようにビーム番号毎にループを形成して、指向方向を変更するように記述している。   A processing flow of the beam forming method is shown in FIG. In multi-beam formation in sub-array and whole beam synthesis, there is a method that can form beams simultaneously by FFT etc., but here, for easy understanding, a loop is formed for each beam number and the directing direction is changed. Yes.

まず、サブアレイによる受信を行い(ステップS11)、初期ビーム番号(指向方向に対応)のサブアレイの出力を合成し(ステップS12)、信号処理によりサブアレイビームを形成する(ステップS13)。ここで、ビーム番号が最終値を示すまでビーム番号を繰り上げて指向方向を順次変更する(ステップS14,S15)。   First, reception by the sub-array is performed (step S11), the outputs of the sub-arrays having the initial beam numbers (corresponding to the pointing direction) are synthesized (step S12), and a sub-array beam is formed by signal processing (step S13). Here, the beam number is incremented until the beam number indicates the final value, and the directivity direction is sequentially changed (steps S14 and S15).

上記ステップS14でビーム番号の変更が終了したことが確認された場合には、仮想アレイ変換を行い(ステップS16)、全体ビームを合成し(ステップS17)、信号処理によって目標検出を行う(ステップS18)。ここで、目標検出において、ビーム番号が終了したか判断し(ステップS19)、ビーム番号が終了するまで指向方向を順次変更する(ステップS20)。ビーム番号が終了した場合には、そのときの指向方向をレーダ出力とし(ステップS21)、一連の処理を終了する。   When it is confirmed in step S14 that the beam number has been changed, virtual array conversion is performed (step S16), the entire beam is synthesized (step S17), and target detection is performed by signal processing (step S18). ). Here, in the target detection, it is determined whether or not the beam number has ended (step S19), and the directivity direction is sequentially changed until the beam number ends (step S20). When the beam number ends, the pointing direction at that time is set as a radar output (step S21), and a series of processing ends.

すなわち、上記ビーム形成手法において、サブアレイ出力では、図7(a)に示すように、観測空間をサブアレイのマルチビームで分割する。更に、仮想アレイ変換(30)による仮想アレイ信号生成後のビーム合成(40)による全体ビーム形成で、図7(b)に示すように、高角度分解能のビームを得る。また、モノパル測角(非特許文献6参照)のためのΣ、ΔAZ,ΔELについては、全体ビーム合成において、仮想アレイを開口分割して信号を用いて形成すればよい。サイドローブを低減したテイラーウェイト(非特許文献5参照)等を設定する際には、仮想アレイ信号に対して設定すればよい。   That is, in the beam forming method, at the subarray output, as shown in FIG. 7A, the observation space is divided by the multibeams of the subarray. Furthermore, as shown in FIG. 7B, a beam having a high angular resolution is obtained by forming the entire beam by beam synthesis (40) after the virtual array signal is generated by the virtual array conversion (30). Further, Σ, ΔAZ, and ΔEL for monopal angle measurement (see Non-Patent Document 6) may be formed using signals by dividing the virtual array by aperture in the whole beam synthesis. When setting a Taylor weight with reduced side lobes (see Non-Patent Document 5) or the like, it may be set for a virtual array signal.

仮想アレイ素子信号を生成した後、ビーム合成器40により全体ビームを形成し、CFAR(非特許文献4参照)等による信号処理(50)による検出処理を実施する。   After generating the virtual array element signal, the entire beam is formed by the beam combiner 40, and detection processing by signal processing (50) by CFAR (see Non-Patent Document 4) or the like is performed.

なお、サブアレイからのマルチビーム出力のデータ容量が大きく処理規模が増える場合には、観測空間を分割して、時分割で順に処理してもよい。   In addition, when the data capacity of the multi-beam output from the subarray is large and the processing scale increases, the observation space may be divided and processed sequentially in time division.

以上のように、第1の実施形態では、一次元に配列したN(N≧1)個のサブアレイによる受信アレイ(Xan、n=1〜N)(A軸)と、それと異なる軸(B軸)の一次元に配列したM(M≧1)サブアレイによる受信アレイ(Xbm、m=1〜M)において、A軸とB軸の各々のサブアレイのビーム出力に対して、信号処理した後、両軸のサブアレイ信号の乗算Xan×Xbm(n=1〜N、m=1〜M)によりN×Mサブアレイの仮想アレイ信号を生成して、その素子信号に所定のウェイトを乗算して加算して、所定の角度範囲のマルチビームを形成する。   As described above, in the first embodiment, the receiving array (Xan, n = 1 to N) (A axis) including N (N ≧ 1) subarrays arranged in one dimension and an axis different from the receiving array (B axis) ) In the receiving array (Xbm, m = 1 to M) of the M (M ≧ 1) subarrays arranged in one dimension, signal processing is performed on the beam outputs of the subarrays of the A axis and the B axis. A virtual array signal of an N × M subarray is generated by multiplication of the axis subarray signal Xan × Xbm (n = 1 to N, m = 1 to M), and the element signal is multiplied by a predetermined weight and added. A multi-beam having a predetermined angle range is formed.

すなわち、本実施形態によれば、異なる2軸のN段とM列のサブアレイ信号を用いて、信号処理することにより、SN(信号対雑音電力)を向上させた上で、仮想的な面アレイのN×Mのサブアレイ信号を生成して、マルチビームを形成することができる。   That is, according to the present embodiment, the signal processing is performed using the different two-axis N-stage and M-column sub-array signals to improve SN (signal to noise power), and then the virtual surface array. N × M subarray signals can be generated to form a multi-beam.

(第2の実施形態)(アナログビームを用いた2次元DBF)
第1の実施形態では、サブアレイ合成の際に、DBF(Digital Beam Forming、非特許文献1)を用いる場合について述べた。この場合、各アンテナ素子毎に周波数変換及びAD変換が必要となり、またビーム数が多いと、データ転送量も多くなり、ハードウェア(HW)も処理規模も増える。本実施形態では、その対策としてサブアレイ内でアナログビーム形成する手法について述べる。
Second Embodiment (two-dimensional DBF using an analog beam)
In the first embodiment, the case where DBF (Digital Beam Forming, Non-Patent Document 1) is used for subarray synthesis has been described. In this case, frequency conversion and AD conversion are required for each antenna element, and if the number of beams is large, the amount of data transfer increases and the hardware (HW) and processing scale also increase. In the present embodiment, as a countermeasure, a method of forming an analog beam in the subarray will be described.

全体系統は図1と同様であるため、その説明は省略する。本実施形態におけるサブアレイ系統を図8に示す。図8において、サブアレイ内の各アンテナ素子1111〜111Sn,…,11m1〜11mSnで受信した信号は、増幅器1211〜〜121Sn,…,12m1〜12mSnで低雑音増幅され、移相器1611〜〜161Sn,…,16m1〜16mSnでビーム走査のための移相量が設定された後、アナログ合成器171〜17Snにより合成し、出力数Bs0=Ps×Snする。このアナログ合成の単位は、面を分割した単位でも、列や段毎に合成した場合でもよいのは言うまでもない。この分割したアナログビーム出力を得た後、周波数変換器181〜18Bs0により中間周波数に周波数変換され、AD変換器191〜19Bs0によりデジタル信号に変換され、サブアレイビーム形成器19aでDBF処理されてマルチビームが出力される。   Since the whole system is the same as that of FIG. 1, the description is abbreviate | omitted. The subarray system in this embodiment is shown in FIG. In FIG. 8, signals received by the antenna elements 1111 to 111Sn,..., 11m1 to 11mSn in the subarray are amplified with low noise by amplifiers 1211 to 121Sn,. .., 16m1 to 16mSn, the phase shift amount for the beam scanning is set, and then synthesized by the analog synthesizers 171 to 17Sn, and the output number Bs0 = Ps × Sn. Needless to say, the unit of analog synthesis may be a unit obtained by dividing a plane, or may be synthesized for each column or stage. After obtaining this divided analog beam output, it is frequency converted to an intermediate frequency by frequency converters 181 to 18Bs0, converted to a digital signal by AD converters 191 to 19Bs0, DBF processed by subarray beamformer 19a, Is output.

上記構成によるサブアレイ系統において、ビーム形成の様子を図9に示す。ここでは、わかりやすいように、アナログビームをAZ面(EL面)に形成する場合について述べるが、観測空間を任意の方向にP個に分割する手法でもよい。   FIG. 9 shows how the beam is formed in the sub-array system having the above configuration. Here, for ease of understanding, the case where an analog beam is formed on the AZ plane (EL plane) will be described, but a method of dividing the observation space into P pieces in an arbitrary direction may be used.

サブアレイ内では、図9(a)に示すように、移相器(16)によってAZ面(EL面)のアナログビームを形成し、さらに、アナログビーム出力を用いて内でEL面(AZ面)のDBFによりマルチビームを形成する。   In the sub-array, as shown in FIG. 9A, an analog beam on the AZ plane (EL plane) is formed by the phase shifter (16), and the EL plane (AZ plane) is further generated using the analog beam output. A multi-beam is formed by the DBF.

アナログビーム出力を複数に分割するには、図8に示すように複数の移相器(16)を用いて、移相器数分のアナログ合成器(17)、周波数変換器(18)、AD変換器(19)を構成すればよい。また、移相器(16)の個数はそのままにして、アナログ合成器(17)としてバトラーマトリクスやマトリクス給電回路(非特許文献12参照)等を用いて複数ビームを形成するようにしてもよい。また、複数のアナログビームで観測範囲を覆うことができれば、移相器を不要にする等の簡易な構成にしてもよく、他にも、アナログビームとDBFの組み合わせを用いる本実施形態の主旨の範囲で、他の構成でもよい。サブアレイのビーム出力数としては、図8に示すように、アナログ合成器17でPs(Ps=1〜P)本形成すると、出力数はBs0=Ps×Sn(アナログ合成器数)となり、各々に周波数変換器(18)とAD変換器(19)を備え、さらにサブアレイビ−ム形成器(19a)でDBFによりBs本に増やすことになる。次に、このマルチビーム出力#1〜#Bsに対して、SNを向上するために信号処理(20)を行う。   In order to divide the analog beam output into a plurality of parts, as shown in FIG. 8, a plurality of phase shifters (16) are used, as many analog synthesizers (17), frequency converters (18), AD, as there are phase shifters. What is necessary is just to comprise a converter (19). Alternatively, the number of phase shifters (16) may be left as they are, and a plurality of beams may be formed using a Butler matrix, a matrix feeding circuit (see Non-Patent Document 12), or the like as the analog synthesizer (17). In addition, if the observation range can be covered with a plurality of analog beams, a simple configuration such as eliminating a phase shifter may be used. Besides, the gist of the present embodiment using a combination of analog beams and DBFs. Other configurations may be possible within the scope. As shown in FIG. 8, when the Ps (Ps = 1 to P) lines are formed by the analog synthesizer 17, the number of outputs becomes Bs0 = Ps × Sn (the number of analog synthesizers). A frequency converter (18) and an AD converter (19) are provided, and the number of Bs is increased by DBF in the subarray beam former (19a). Next, signal processing (20) is performed on the multi-beam outputs # 1 to #Bs in order to improve SN.

次に、サブアレイのマルチビーム出力に対して、仮想アレイ信号を生成し、全体ビーム形成する。これにより、図9(b)に示すように角度軸で高分解能なマルチビーム(Bs×Ba本)を形成することができる。このとき、観測空間内で、サブアレイビームを走査して同時に観測するか、時分割にビーム形成して、それぞれ処理しながら、全体観測範囲を覆う。   Next, a virtual array signal is generated for the multi-beam output of the subarray, and the entire beam is formed. As a result, as shown in FIG. 9B, it is possible to form a high resolution multi-beam (Bs × Ba) on the angle axis. At this time, in the observation space, the sub-array beam is scanned and observed simultaneously, or beam formation is performed in a time division manner, and the entire observation range is covered while processing each.

以上のように、上記構成によるレーダ装置では、サブアレイ内の少なくとも一部のAZ軸またはEL軸をアナログビーム合成とし、各サブアレイ内において、観測範囲をP個に分割し、各々の分割範囲をP(p=1〜P)通りの指向方向を変えたアナログビームによる出力を用いて、必要に応じて更にDBF(Digital Beam Forming)を用いてビーム形成したサブアレイ出力に対して信号処理する。   As described above, in the radar apparatus having the above-described configuration, at least a part of the AZ axis or EL axis in the subarray is analog beam synthesis, and the observation range is divided into P pieces in each subarray, and each division range is defined as P. Signal processing is performed on the sub-array output formed by beam forming using DBF (Digital Beam Forming) as necessary, using the output of the analog beam whose direction is changed (p = 1 to P).

すなわち、異なる2軸のN段とM列のサブアレイ信号として、アナログビーム形成することにより、処理規模を削減して、信号処理することにより、SN(信号対雑音電力)を向上させた上で、仮想的な面アレイのN×Mのサブアレイ信号を生成して、マルチビームを形成することができる。   That is, by forming analog beams as N-stage and M-column sub-array signals of two different axes, reducing the processing scale, and performing signal processing to improve SN (signal to noise power), An N × M subarray signal of a virtual surface array can be generated to form a multi-beam.

(第3の実施形態)(第1の実施形態+送信装置を付加したレーダ装置)
第1の実施形態では受信装置について述べたが、送信装置を付加することによりレーダ装置を構成することができる。全体系統を図10に示し、図10に示す送信装置100の系統を図11に示す。
(Third Embodiment) (First Embodiment + Radar Device with Transmitter Added)
In the first embodiment, the receiving apparatus has been described. However, a radar apparatus can be configured by adding a transmitting apparatus. The entire system is shown in FIG. 10, and the system of the transmission apparatus 100 shown in FIG. 10 is shown in FIG.

図10において、100は送信装置である。受信装置の構成は、図2に示した構成と同じである。   In FIG. 10, reference numeral 100 denotes a transmission device. The configuration of the receiving apparatus is the same as that shown in FIG.

図11において、送信信号を送信分配器105でMt系統に分配して送信分配器1041〜104Mtに送り、さらに送信分配器1041〜104MtによりそれぞれNt系統に分配し、送信移相器1031〜103NtMtにより移相量を設定して送信ビームの指向方向を制御し、送信増幅器1021〜102NtMtにより高出力増幅した後、アンテナ素子1011〜101NtMtから空間に放射する。この送信装置100における送信アレイの配置は任意であるが、図12に示すように、L型に配置した受信アレイの内側の空間に配置すると、有効にスペースを使うことになる。   In FIG. 11, the transmission signal is distributed to the Mt system by the transmission distributor 105 and sent to the transmission distributors 1041 to 104Mt, and further distributed to the Nt system by the transmission distributors 1041 to 104Mt, respectively. The amount of phase shift is set to control the directing direction of the transmission beam, and after high-power amplification by the transmission amplifiers 1021 to 102NtMt, the antenna elements 1011 to 101NtMt radiate into the space. Although the arrangement of the transmission array in the transmission apparatus 100 is arbitrary, as shown in FIG. 12, if it is arranged in the space inside the reception array arranged in the L shape, the space is effectively used.

なお、送信装置は受信アレイと独立に設定できるため、送信アレイは任意の形状でよく、極端には固体化送信機や電子管の送信機を用いて、アンテナはパラボラアンテナにすることもできる。   Since the transmission device can be set independently of the reception array, the transmission array may have an arbitrary shape. In an extreme case, the antenna can be a parabolic antenna using a solidified transmitter or an electron tube transmitter.

上記構成によるレーダ装置の処理フローを図13に示す。図13において、サブアレイや全体ビーム合成におけるマルチビーム形成においては、FFT等により同時にビーム形成できる手法もあるが、ここではわかりやすいようにビーム番号毎にループを形成して、指向方向を変更するように記述している。   FIG. 13 shows a processing flow of the radar apparatus having the above configuration. In FIG. 13, there is a technique in which beam formation can be performed simultaneously by FFT or the like in multi-beam formation in subarray or whole beam synthesis. Here, for easy understanding, a loop is formed for each beam number to change the directing direction. It is described.

まず、観測空間に向けて送信ビームを形成し(ステップS31)、その観測空間に順次受信マルチビームを形成してサブアレイ毎に受信し(ステップS32)、各サブアレイの出力からサブアレイ毎の合成ビームを形成する(ステップS33)。ここで、信号処理によりビーム受信信号を取り出し(ステップS34)、ビーム番号が最終値を示すまでビーム番号を繰り上げて指向方向を順次変更する(ステップS35,S36)。   First, a transmission beam is formed toward the observation space (step S31), a reception multi-beam is sequentially formed in the observation space and received for each subarray (step S32), and a combined beam for each subarray is output from the output of each subarray. Form (step S33). Here, the beam reception signal is extracted by signal processing (step S34), and the beam number is incremented until the beam number indicates the final value, and the directing direction is sequentially changed (steps S35 and S36).

上記ステップS35でビーム番号の変更が終了したことが確認された場合には、仮想アレイ変換を行い(ステップS37)、全体ビームを合成し(ステップS38)、信号処理によって目標検出を行う(ステップS39)。ここで、目標検出において、ビーム番号が終了したか判断し(ステップS40)、ビーム番号が終了するまで指向方向を順次変更する(ステップS41)。ビーム番号が終了した場合には、そのときの指向方向をレーダ出力とし(ステップS42)、一連の処理を終了する。   If it is confirmed in step S35 that the beam number has been changed, virtual array conversion is performed (step S37), the entire beam is synthesized (step S38), and target detection is performed by signal processing (step S39). ). Here, in the target detection, it is determined whether or not the beam number has ended (step S40), and the directing direction is sequentially changed until the beam number ends (step S41). When the beam number ends, the directivity direction at that time is set as a radar output (step S42), and a series of processing ends.

ビーム形成手法としては、例えば図14に示すように、送信はファンビーム(観測空間を送信ビーム形成範囲とする)、受信はマルチビームにする手法がある。送信ファンビ−ムを形成するには、送信アンテナの位相を制御する(非特許文献11参照)。広いファンビームを形成するには、アンテナ開口面で2次の形状の位相分布や、ランダム位相による場合が考えられる。   As a beam forming method, for example, as shown in FIG. 14, there is a method of transmitting a fan beam (observation space is a transmission beam forming range) and receiving a multi-beam. In order to form a transmission fan beam, the phase of the transmission antenna is controlled (see Non-Patent Document 11). In order to form a wide fan beam, it is conceivable to use a quadratic phase distribution or a random phase on the antenna opening surface.

受信のビーム形成手法としては、第1の実施形態と同様であり、送信ビームを形成した範囲のマルチビームを用いればよい。受信ビームの形成について図14(a)にサブアレイビーム形成、図14(b)に全体ビーム形成の様子に示す。送信ビームは観測空間全体または分割した範囲を覆い、その中のサブアレイビームをサブアレイ内で形成し、仮想アレイ生成後、角度軸高分解能ビームを全体ビームで形成する。   The reception beam forming method is the same as that in the first embodiment, and a multi-beam in a range where a transmission beam is formed may be used. FIG. 14A shows the formation of the reception beam, and FIG. 14B shows the overall beam formation. The transmission beam covers the entire observation space or a divided range, and a subarray beam in the observation space is formed in the subarray, and after generating the virtual array, an angular axis high resolution beam is formed by the entire beam.

なお、サブアレイからのマルチビーム出力のデータ容量が大きく処理規模が増える場合には、観測空間を分割して、時分割で順に処理してもよい。   In addition, when the data capacity of the multi-beam output from the subarray is large and the processing scale increases, the observation space may be divided and processed sequentially in time division.

以上のように、本実施形態では、一次元に配列したN(N≧1)個のサブアレイによる受信アレイ(Xan、n=1〜N)(A軸)と、それと異なる軸(B軸)の一次元に配列したM(M≧1)サブアレイによる受信アレイ(Xbm、m=1〜M)において、A軸とB軸の各々のサブアレイのビーム出力に対して、信号処理した後、両軸のサブアレイ信号の乗算Xan×Xbm(n=1〜N、m=1〜M)によりN×Mサブアレイの仮想アレイ信号を生成して、その素子信号に所定のウェイトを乗算して加算して、所定の角度範囲のマルチビームを形成し、送信は所定の角度範囲にビームを形成して観測する。   As described above, in this embodiment, the receiving array (Xan, n = 1 to N) (A axis) by N (N ≧ 1) subarrays arranged in one dimension and the axis (B axis) different therefrom In the receiving array (Xbm, m = 1 to M) of M (M ≧ 1) subarrays arranged in a one-dimensional manner, signal processing is performed on the beam output of each of the A-axis and B-axis subarrays. A virtual array signal of an N × M subarray is generated by multiplication of the subarray signal Xan × Xbm (n = 1 to N, m = 1 to M), and the element signal is multiplied by a predetermined weight and added. A multi-beam with an angular range of is formed, and transmission is performed by forming a beam within a predetermined angular range.

すなわち、送信ビームと共に、異なる2軸のN段とM列のサブアレイ信号を用いて信号処理することにより、SN(信号対雑音電力)を向上させた上で、仮想的な面アレイのN×Mのサブアレイ信号を生成して、マルチビームを形成するレーダ装置を構成することができる。   That is, signal processing is performed using N-stage and M-column subarray signals of two different axes together with the transmission beam, thereby improving SN (signal to noise power) and then N × M of the virtual plane array. A radar apparatus that generates sub-array signals and forms a multi-beam can be configured.

(第4の実施形態)(第2の実施形態+送信装置を付加したレーダ装置)
第2の実施形態では、受信装置について述べたが、送信装置を付加することによりレーダ装置を構成することができる。全体系統及び送信装置の系統は、それぞれ図10及び図11と同様である。第3の実施形態と異なる点は、第2の実施形態と同様に、受信サブサレイ内でアナログビーム形成を用いる点であり、受信の同時マルチビームの形成範囲内で送信ビームを形成する。
(Fourth Embodiment) (Second Embodiment + Radar Device with Transmission Device Added)
In the second embodiment, the receiving apparatus has been described. However, a radar apparatus can be configured by adding a transmitting apparatus. The entire system and the transmission system are the same as those in FIGS. 10 and 11, respectively. The difference from the third embodiment is that, similarly to the second embodiment, analog beam forming is used in the reception sub-sales, and the transmission beam is formed within the formation range of the reception simultaneous multi-beam.

送信ビーム形勢範囲内のサブアレイビーム形成と全体ビーム形成について、図15に示す。比較してわかるように、ビーム形成方法が異なり、図15に示すように、観測空間に対して送信ビームを形成し、受信は第2の実施形態と同様に、サブアレイでアナログビーム形成するため、送信範囲内のマルチビームとなる。ここでは、その出力を用いて仮想アレイを生成し、角度軸高分解能のビームを形成する。観測空間内で、サブアレイビームを走査して時分割に処理しながら、全体観測範囲を覆う。   FIG. 15 shows sub-array beam formation and overall beam formation within the transmission beam shape range. As can be seen from the comparison, the beam forming method is different, and as shown in FIG. 15, a transmission beam is formed in the observation space, and the reception is analog beam forming in the sub-array as in the second embodiment. Multi-beam within the transmission range. Here, a virtual array is generated using the output to form a beam with high resolution on the angle axis. The entire observation range is covered while scanning the subarray beam in the observation space and processing in time division.

なお、第3及び第4の実施形態では、パルス送信のレーダ装置について述べたが、連続波レーダでもよい。また、第3実施形態及び第4の実施形態における送信アンテナとしては、送信モジュールを配列したアクティブフェーズドアレイ(非特許文献9参照)の構成とは限らない。例えば、アクティブフェーズドアレイを1次放射器として、その前面に移相器を配列した空間給電型(非特許文献10参照)のアレイや、固体化送信機や電子管と組み合わせたパッシブフェーズドアレイ(非特許文献9参照)、空間給電型アレイ、パラボラアンテナ等でもよい。   In the third and fourth embodiments, the pulse transmission radar device has been described. However, a continuous wave radar may be used. In addition, the transmission antenna in the third embodiment and the fourth embodiment is not limited to the configuration of an active phased array (see Non-Patent Document 9) in which transmission modules are arranged. For example, a space-feed type array (see Non-Patent Document 10) in which an active phased array is used as a primary radiator and a phase shifter is arranged in front of the active phased array, or a passive phased array combined with a solid-state transmitter or an electron tube (Non-Patent Document) Reference 9), a spatially fed array, a parabolic antenna, or the like may be used.

以上のように、本実施形態では、サブアレイ内の少なくとも一部のAZ軸またはEL軸出力をアナログビーム合成とし、観測範囲をP個に分割し、各々の分割範囲をP(p=1〜P)通りの指向方向を変えたアナログビームによる出力を用いて送信ビームを形成し、ビーム形成したサブアレイの受信出力に対して、信号処理する。   As described above, in this embodiment, at least a part of the AZ axis or EL axis output in the sub-array is analog beam synthesis, the observation range is divided into P pieces, and each division range is set to P (p = 1 to P). ) A transmission beam is formed using the output of the analog beam whose direction is changed, and signal processing is performed on the reception output of the beam-formed subarray.

すなわち、本実施形態では、異なる2軸のN段とM列のサブアレイ信号として、アナログビーム形成することによって処理規模を削減している。さらに、信号処理によりSN(信号対雑音電力)を向上させた上で、仮想的な面アレイのN×Mのサブアレイ信号を生成して、マルチビームを形成し、送信ビームと組み合わせることで、レーダ装置を構成することができる。   That is, in this embodiment, the processing scale is reduced by forming analog beams as N-stage and M-column subarray signals of different two axes. Furthermore, after improving SN (signal-to-noise power) by signal processing, an N × M subarray signal of a virtual surface array is generated, a multi-beam is formed, and combined with a transmission beam, radar A device can be configured.

なお、上記実施形態はそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   In addition, the said embodiment is not limited as it is, In the implementation stage, a component can be deform | transformed and embodied in the range which does not deviate from the summary. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

10…受信サブアレイ、20…信号処理器、30…仮想アレイ変換器、40…ビーム合成器、50…信号処理器、
10A…A軸サブアレイ、10B…B軸サブアレイ、111〜11sn…アンテナ素子、121〜12sn…増幅器、13…周波数変換器、14…AD変換器、15…サブアレイビーム合成器、20A,20B…信号処理器、30i…仮想アレイ変換器、40i…ビーム合成器、50i…信号処理器、
1111〜111Sn,…,11m1〜11mSn…アンテナ素子、1211〜〜121Sn,…,12m1〜12mSn…増幅器、16,1611〜〜161Sn,…,16m1〜16mSn…移相器、17,171〜17Sn…アナログ合成器、18,181〜18Bs0…周波数変換器、19,191〜19Bs0…AD変換器、19a…サブアレイビーム形成器、
100…送信装置、1011〜101NtMt…アンテナ素子、1021〜102NtMt…送信増幅器、1031〜103NtMt…送信移相器、1041〜104Mt…送信分配器、105…送信分配器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Reception subarray, 20 ... Signal processor, 30 ... Virtual array converter, 40 ... Beam combiner, 50 ... Signal processor,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10A ... A-axis subarray, 10B ... B-axis subarray, 111-11 sn ... Antenna element, 121-12 sn ... Amplifier, 13 ... Frequency converter, 14 ... AD converter, 15 ... Subarray beam combiner, 20A, 20B ... Signal processing 30i ... virtual array converter, 40i ... beam combiner, 50i ... signal processor,
1111 to 111Sn, ..., 11m1 to 11mSn ... Antenna elements, 1211 to 121Sn, ..., 12m1 to 12mSn ... Amplifiers, 16, 1611 to 161Sn, ..., 16m1 to 16mSn ... Phase shifters, 17, 171 to 17Sn ... Analog Synthesizer, 18, 181-18Bs0 ... frequency converter, 19, 191-19Bs0 ... AD converter, 19a ... subarray beamformer,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Transmitting device, 1011 to 101NtMt ... Antenna element, 1021 to 102NtMt ... Transmission amplifier, 1031 to 103NtMt ... Transmission phase shifter, 1041 to 104Mt ... Transmission distributor, 105 ... Transmission distributor.

Claims (6)

第1の軸(A軸)に沿って一次元に配列したN(N≧1)個のサブアレイでそれぞれ素子出力をビーム合成することにより信号Xan(n=1〜N)を得る第1の受信アレイと、
前記第1の軸と異なる第2の軸(B軸)に沿って一次元に配列したM(M≧1)個のサブアレイでそれぞれ素子出力をビーム合成することにより信号Xbm(m=1〜M)を得る第2の受信アレイと、
前記第1の軸と前記第2の軸の各々のサブアレイのビーム出力に対してSNを向上させる信号処理を行ってから乗算Xan×Xbm(n=1〜N、m=1〜M)処理することによりN×Mサブアレイの仮想アレイ信号を生成し、それぞれの仮想アレイ信号にウェイトを乗算し加算して、所定の角度範囲のマルチビームを形成する受信装置と
を具備するアンテナ装置。
First reception for obtaining a signal Xan (n = 1 to N) by beam-combining element outputs with N (N ≧ 1) sub-arrays arranged one-dimensionally along the first axis (A axis). An array,
Signals Xbm (m = 1 to M) are obtained by beam-combining the element outputs with M (M ≧ 1) subarrays arranged one-dimensionally along a second axis (B axis) different from the first axis. A second receiving array
Signal processing for improving SN is performed on the beam output of each sub-array of the first axis and the second axis, and then multiplication Xan × Xbm (n = 1 to N, m = 1 to M) is performed. An antenna device comprising: a receiving device that generates a virtual array signal of N × M subarrays, multiplies each virtual array signal by a weight, and adds the weights to form a multi-beam in a predetermined angle range.
前記第1の受信アレイ及び前記第2の受信アレイは、それぞれサブアレイ内の少なくとも一部のAZ軸またはEL軸をアナログビーム合成とし、各サブアレイ内において、観測範囲をP個に分割し、各々の分割範囲をP(p=1〜P)通りの指向方向を変えたアナログビームによる出力を前記サブアレイの出力として用いる請求項1記載のアンテナ装置。   Each of the first receiving array and the second receiving array is configured such that at least a part of the AZ axis or EL axis in the sub-array is analog beam synthesis, and the observation range is divided into P in each sub-array, 2. The antenna apparatus according to claim 1, wherein an output of an analog beam whose division range is changed in P (p = 1 to P) directivity directions is used as an output of the subarray. 前記第1の受信アレイ及び前記第2の受信アレイは、前記アナログビームによる出力を用いて、更にDBF(Digital Beam Forming)によりビーム形成して前記サブアレイの出力とする請求項2記載のアンテナ装置。   3. The antenna apparatus according to claim 2, wherein the first receiving array and the second receiving array use the output of the analog beam, and further form a beam by DBF (Digital Beam Forming) to output the subarray. 観測範囲に送信ファンビームを形成する送信アンテナと、
第1の軸(A軸)に沿って一次元に配列したN(N≧1)個のサブアレイでそれぞれ素子出力をビーム合成することにより信号Xan(n=1〜N)を得る第1の受信アレイと、
前記第1の軸と異なる第2の軸(B軸)に沿って一次元に配列したM(M≧1)個のサブアレイでそれぞれ素子出力をビーム合成することにより信号Xbm(m=1〜M)を得る第2の受信アレイと、
前記第1の軸と前記第2の軸の各々のサブアレイのビーム出力に対してSNを向上させる信号処理を行ってから乗算Xan×Xbm(n=1〜N、m=1〜M)処理することによりN×Mサブアレイの仮想アレイ信号を生成し、それぞれの仮想アレイ信号にウェイトを乗算し加算して、前記観測範囲内に所定の角度範囲のマルチビームを形成する受信装置と
を具備するレーダ装置。
A transmission antenna that forms a transmission fan beam in the observation range;
First reception for obtaining a signal Xan (n = 1 to N) by beam-combining element outputs with N (N ≧ 1) sub-arrays arranged one-dimensionally along the first axis (A axis). An array,
Signals Xbm (m = 1 to M) are obtained by beam-combining the element outputs with M (M ≧ 1) subarrays arranged one-dimensionally along a second axis (B axis) different from the first axis. A second receiving array
Signal processing for improving SN is performed on the beam output of each sub-array of the first axis and the second axis, and then multiplication Xan × Xbm (n = 1 to N, m = 1 to M) is performed. And a receiver that generates a virtual array signal of N × M subarrays, multiplies each virtual array signal by a weight and adds the weights, and forms a multi-beam in a predetermined angular range within the observation range. apparatus.
前記第1の受信アレイ及び前記第2の受信アレイは、それぞれサブアレイ内の少なくとも一部のAZ軸またはEL軸をアナログビーム合成とし、各サブアレイ内において、観測範囲をP個に分割し、各々の分割範囲をP(p=1〜P)通りの指向方向を変えたアナログビームによる出力を前記サブアレイの出力として用いる請求項4記載のレーダ装置。   Each of the first receiving array and the second receiving array is configured such that at least a part of the AZ axis or EL axis in the sub-array is analog beam synthesis, and the observation range is divided into P in each sub-array, The radar apparatus according to claim 4, wherein an output by an analog beam whose division range is changed in P (p = 1 to P) directivity directions is used as an output of the subarray. 前記第1の受信アレイ及び前記第2の受信アレイは、前記アナログビームによる出力を用いて、更にDBF(Digital Beam Forming)によりビーム形成して前記サブアレイの出
力とする請求項5記載のレーダ装置。
The radar apparatus according to claim 5, wherein the first receiving array and the second receiving array use the output of the analog beam and further form a beam by DBF (Digital Beam Forming) to output the subarray.
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JP7254476B2 (en) * 2018-10-19 2023-04-10 株式会社東芝 Target detection device, guidance device, flying object, and target detection method
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