JPH01263579A - 航空機搭載用レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、航空機の低空飛行時の地形回避における地
形の認識時間の短縮に関するものである。

〔従来の技術〕

第Ｓ図は従来の航空機搭載用地形回避レーダの構成を示
す図である。、（１１は２個の近接した素子アンテナ、
　ａＳはマジックＴ等で構成したハイブリッド回路、■
は２個の素子アンテナ（りとハイブリッド回路ａ傷から
構成されるモノパルスアンテナ、　ａｎは局部発振器、
（２）はミキサ、　（１（ｌは！Ｆ増幅器、（至）は振
幅検波器、αＤは位相検波器、（７）は高度差検出器、
舖はモノパルスアンテナｃ！ｌを制御するアンテナ制御
部である。

次に動作について説明する。

２個の近接した素子アンテナ＋１）は、マジックＴ等で
構成したハイブリッド回路α［有］の２個のアームに接
続され、このハイブリッド回路α９の２個のアームに、
和および差の信号が現われる。この信号は、おのおのミ
キサ（２）において局部発振器（Ｌ、Ｏ。

：Ｌｏｃａｌ　　０ｓｃｉｌｌａｔｏｒ）（２＋）より
出力される周波数信号でミキシングされ、ＩＦ倍信号変
換後、ＩＦ増幅器σＧに入力される。和および差のＩＦ
’信号は９位相検出器ａ９に供給され、和および差のＩ
Ｆ倍信号比を求めることにより第８図に示すような。

角度誤差信号に変換される。

差の信号の極性、いいかえれば角度誤差の極性は、和の
信号の位相と、差の信号の位相を比較して検出する。和
のチャンネルのＩＦ倍信号、　Ａｓ閏ωｚｙｔ　で表わ
すと、差のチャンネルの信号は。

Ａｄｃｅｓωｘｙｔｔたは、−ＡｄａｙＩωｙｔで表わ
され、アンテナ軸のどちら側に目標があるかでその極性
が決まる。−Ａｄ（２）ω工ｙｔ＝Ａｄ可ω工ｙ（ｔ＋
π）であるから、和の信号と同相か逆相かを検出するこ
とになる。

次いで位相検波器ａＤより出力された角度誤差信号は高
度差検出器（））とアンテナ制御部−に入力される。ア
ンテナ制御部ｆｉｌｌに入力された角度誤差信号はアン
テナサーボ系を駆動する。

またＩＦ増幅器αＧより出力される和の信号Σのみ振幅
検波器＠に入力されレンジを計算する。振幅検波器（至
）より出力された距離信号は高度差検出器（７）に入力
される。

次いで高度差検出器（７）では次の動作を行っている。

第４図のように前方の障害物はΣとΔを用いてモノパル
ス演算をすることにより、高い測角精度で垂直方向に分
離される。そして、ある水平方向の角度において、レン
ジをある間隔でサンプリングし、それぞれのレンジＲＫ
における障害物Ｑ４とアンテナ中心軸（アンテナから水
平に延びる軸）（ハ）とのオフセット角度Δθ（ＲＫ）
を測定する。これらの２つの情報であるレンジＲＫ　と
オフセット角度Δθ（Ｉ′、ｚ）からΔＨ（Ｒｃ）　＝
　ＲＫｔｕΔθ（Ｒｘ　）を計算することにより各レン
ジでのアンテナ中心軸からの高度差ΔＨ（ＲＫ）の情報
が得られ、レンジＲＫと高度差ΔＨ（ＲｌＣ）　　を組
合せることにより地形の傾斜を知ることができた。そし
である角度範囲をもった水平方向を、−本のビームで走
査しながら同じ方法で信号処理をすることにより、全体
の地形を探知して、地形を回避していた。

〔発明が解決しようとするＩＩＩＰり 従来の航空機搭載用レーダ装置の地形回避手段は以上の
ように構成されているので、フレーム内を一本のビーム
で走査しなければならず、地形を判断するのに時間がか
かり、障害物に衝突する危険がある。航空機が低空で飛
行する時、障害物をできるだけ早く発見すればそれだけ
迅速に地形を回避することができ、安全に飛行できるわ
けである。

この発明は上記のような課題を屏消するためになされた
もので、７エイズドアレイアンテナを並列処理すること
によシ多数のビームを形成することができλ′３特徴を
利用して、フレーム内を多数のビームで探知することに
より地形回避の対処時間を短縮できる筑空機搭載用レー
ダ装置である。

〔課望を解決するための手段〕

この発明に係る航空機搭載用レーダ装置は、各素子の信
号を並列処理するために第１図に示す受信器を各素子に
各々とりつけ、！ルチビームを形成するために受信器の
後にデジタルマルチビーム形成手段をとシつけ、各レン
ジごとの受信信号を記憶するためにデジタルマルチビー
ム形成手段の後にメモリをとりつけたものである。

〔作用〕

この発明においては、受信器に接続されたデジタルマル
チビーム形成手段によシマルチビームを形成し、メモリ
で各レンジビンの各帯域の受信信号を記憶し、マルチビ
ーム測角手段で４９合う帯域の受信信号（和信号Ｅと差
信号ｌ）よりモノパルス演算で角度信号に変換し、高度
差検出器で地形を判別する。

〔実施例〕

以下０本発明の実施例を図について説明する。

第２図において、Ｎ個の素子アンテナ＋１）で受信され
た高周波信号は、ＲＦアンプ（８）で増幅された後、ミ
キサ（９）で中間周波数に変換され、再びＩＦアンプα
Ｑで増幅される。この中間周波数は位相検波器αＤで位
相検波され、！チャンネル及びＱチャンネルからなる複
素ビデオ信号に変換される。複素ビデオ信号はＬ　Ｐ　
Ｆ　ｔ１３で帯域制限された後、Ａ／Ｄ変換器ａ３でデ
ジタル複素ビデオ信号に変換され、さらにビーム形成の
際のサイドロープ低減のための重み付けが出力レベルＶ
＠整器α讐で行われた後、デジタルマルチビーム形成手
段（４）へ入力される。

このとき、第２図に示すように、Ｎ個の素子アンテナの
並んでいる方向をＸ軸とし、高周波信号即ち電波の到来
方向とＸ軸とのなす角を電波の到来角度αとし、素子ア
ンテナ（１）の間隔をｄ、波長をλとすると、＠合った
素子アンテナで受信される信号の位相差は、２π（ｄａ
１ｓα）／λとなるから。

マルチビーム形成手段（４）でに下記筒（１１式％式％
（１） を計算することによって、αｒ　＝ａｙ−’　（ｒλ／
Ｎｄ）に最大利得を有するビームをＮ本（ｒ＝−Ｎ／２
゜−Ｎ／２−）−１，・・・、０．・・−、Ｎ／２−１
　）同時に形成できる。但し、第（！）式において、Ｗ
区はサイドローブ抑圧のための重み係数で、各アンテナ
素子（１）に接続された受信機（３）内の出力レベル調
整器Ｉで与えられる。との時、第ｒ番目のビームのビー
ム幅δｒは下記筒（２）式 ％式％ で与えられ、第ｒ番目と第ｒ　−１番目のビームの間隔
Δαｒは。

Δαｒ＝αｒ−αｒ−１＝λ／Ｎ　ｄ　ｆｌＩＩ（”　
ｒ　　　　　　（３）で与えられる。第（２）式のｗ＃
ｆ、重み係数ＷＸによって決まる定数で、一般にＱ、８
８〜１．３　程度に設定される。

デジタルマルチビーム形成手段（４）によって、各周波
数成分毎にＮ本のマルチビームが形成され。

受信信号は各レンジビ／ごとにメモリ（５）に記憶され
、マルチビーム測角手段（６）へ入力される。マルチビ
ーム形成手段（９）で形成されたＮ本のマルチビームＢ
ｒｔｉｓ第（１）式よ） ただしＳｋ＝■Ｖｅｘｐ（ｊ　・２πｋ（ｄｃｏｓ’）
／λ）とおいた。

隣接した２つのビームＢｒとＢｒ−１は角αｒとαｒ　
−１を用いて、それぞれ。

で表現できる。

ここで、２つのビームの角度の平均値を心　とすると。

α、＝（αｒ＋αｒ−１）／　２　　　　　−　（７１
となシ、ビーム間隔Δ（ｌｆを用いて。

α「＝αｒ＋Δαｒ　／　２　　　　　　　　　　　　
（８１αｒ−１＝αｒ−Δαｒ　／　２　　　　　　−
　（９１で表現できる。このとき。

（２）α「＃仰αｒ−血αｒ＋Δαｒ　／　２　　　□
αＧ（２）αｒ−１＃−αｒ十内α「ＱΔαｒ　／　２
　　　　　　　ａｌ）の近似式が成立する。第０１式及
び第６０式を第（５）式及び第（６）式へ代入して、２
つのビームの和Σ「と差Δｒを求めると （２ｃｆ＋ｓ（πｋｄｄｎ：ｒ　ｌαｒ／λ））　　　
−（１３（２ｊｄｎ（πｋｄｄｎｄｒΔαｒ／２））　
　□α３となる。即ちマルチビーム形成手段（４）よシ
出る信号は、第Ω式及び第６３式で示される和信号Σｒ
と差信号Δｒとを出力する。ΣｒとΔｒとは和・差信号
入力装置αジ　と除算器ａ１１　に入力され。

（２ｊ血（Ｋｋｄｇ＆＋；ｒΔαｒ／λ）（２ｃｃｇ（
ｆｋｄｍ；ｒΔαｒ／λ）が出力される。

今、電波の到来角度をαとし、αｒ＝４５’、　　アン
テナ開口径Ｎｄ＝３２λ　のアンテナを仮定すると、ａ
とＢｒ及びＢｒ−１の関係に第５図（イ）及び（ロ）で
表現でき、αと２つのビームの和信号Σｒとの関係は第
６図、αと２つのビームの差信号Δｒとの関係は第７図
、そしてαとｌｒ／Ｘｒとの関係は第８図で表現できる
。第Ｓ図〜第Ｔ図のグラフにおいて、横軸は電波の到来
角度αを単位（度）で表し。

縦軸は利得を単位（ａＢ）で表す。また、第８図のグラ
フにおいて、横軸は電波の到来角度ａを単位Ｃ９で表し
、縦軸はむ／Σｒを無名数で表す。

第８図より明らかなように、Δｒ／Σｒを求めることが
できれば、容易に電波の到来角度αを計測することがで
きる。

以上のように、マルチビーム測角手段（６）を用いると
とくよシ、電波の到来角度αを２つのビームの方向角α
ｒ　とαｒ　−１との間で、高精度に計測できる。

なお、上記実施例では、素子アンテナがＸ軸方向に直線
状に並ぶリニア・アレーアンテナの場合について説明し
たが、素子アンテナがＸ及びＹ軸の２次元配列として平
面状に並ぶグラナ−・アレーアンテナの場合にも、Ｘ及
びＹ軸の両方向について上記実施例と同様の構成をとる
ことによって同様の効果が得られる。

このようにして同時に多数のビームが得られ。

測角精度の高いマルチビームを形成することによシ時間
の短縮が実現できる。モノパルス演算器で得られた角度
情報は従来の技術を使うことによフ高度差検出器（７）
に入力され、さらに距離情報も高度検出器（７）に入力
され高度差を検出し、地形が観測される。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、各素子アンテナに各々
受信器をとりつけ、並列に信号処理をすることによりマ
ルチビームが得られ、モノパルス演算器を構成すること
によ）測角精度が得られるので、高精度な地形の観測と
地形回避の時間の短縮が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による航空機搭載用レーダ
の構成図、第２図は受信器の詳細な構成図、第３図は、
マルチビーム測角手段の詳細な構成図、！ｓ４図は、航
空機搭載用レーダの地形回避の概念図、第５図〜第ａ図
はそれぞれこの発明の一実施例による航空機搭載用レー
ダ装置のモノパルス演算器の動作原理を説明するための
図、第９図は従来の航空機搭載用レーダ装置の動作原理
を説明するための図である。 （１）・・・素子アンテナ、（２）・・・アレイアンテ
ナ、（３）・・・受信器、（４）・・・デジタルマルチ
ビーム形成手段、　（５）・・・メモリ、（６）・・・
マルチビーム測角手段、（））・・・高度差検出器、（
８）・・・ＲＦアンプ、（９）・・・ミキサ、αＦ・・
ＩＰアンプ、ａト・・位相検波器、　ａＢ・・・ローパ
スフィルター、ａ３・・・Ａ／Ｄ変換器、ａ番・・・出
力レベル調整器、α９・・・加算器、舖・・・除算器、
１１７１・・・角度変換器。 αｌ・・・アンテナ制御部、αト・・ハイブリッド回路
、（至）・・・モノパルスアンテナ、（財）・・・局部
発振器、（２）・・・きキサ、（至）・・・振幅検波器
、　０４・・・障害物、（ハ）・・・アンテナ中心軸。 なお１図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の素子アンテナのそれぞれに接続された各受信機か
   ら出力されるデジタル複素ビデオ信号よりマルチビーム
   を形成するアンテナを用いた航空機搭載用レーダ装置に
   おいて、上記各受信機から出力されるビデオ信号をマル
   チビームに変換させるためのデジタルマルチビーム形成
   手段と、このデジタルマルチビーム形成手段により出力
   される隣接した２つのビームの和信号と差信号を入力し
   、この２つの信号を除算する除算器と、除算器の出力を
   電波の到来角度に変換する角度変換器とからなるマルチ
   ビーム測角手段と、このマルチビーム測角手段により得
   られた角度情報及びデジタル複素ビデオ信号より得られ
   る距離情報を用いて、アンテナ中心軸とサンプリングさ
   れた各レンジに対応する障害物との高度差を算出する高
   度差検出手段とを備えたことを特徴とする航空機搭載用
   レーダ装置。