JPH0282184A - 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９周波数変調によって航空機目標までの距離
を測定するパルス・ドツプラ方式のレーダ装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第４図は従来の高いパルス繰返し周波数で周波数変調を
施した送信波にょシ航空機目標までの距離を測定するレ
ーダ装置を示した構成図であり。

図において、（１）は直線状周波数変調の送信波を発生
し、高いパルス繰返し周波数でパルス変調して送出する
とともに受信信号を増幅し、クラッタ除去後ディジタル
信号に変換する励振・受信器、（２）は送信波を大電力
に増幅して空間に放射し目標からの反射波を受信する空
中線、（３）は上記励振・受信器（１）からのディジタ
ル信号を受けて種々の信号処理を施し目標までの測距を
行う信号処理器であり、（４）はクラツメ除去フィルタ
、（５）はドツプラ・フィルタ、（６）は信号検出器、
αυは目標数判断回路。

（８）は測距回路、Ｈは目標距離等を表示する表示器で
ある。

第５図はレーダ装置が飛しよう体等に搭載されて移動し
ながらアンテナ・ビームを走査して目標を捜索している
概念図であり２図においてα力はレーダ装置、（Ｉ３は
メインビーム、α４はサイドローブ。

α→は目標機、αｅは大地である。

第６図はジェット−エンジン中コンプレッサのブレード
に平面電波が入射し、負方向のドツプラ偏移を受けるこ
とを説明するための概念図であり。

図において、α力はブレードである〇 第Ｔ図は第５図に示す状態においてレーダ装置が受信し
定信号の周波数スペクトラムであり２図において＋Ｉ８
はメインビーム・クラッタ、α１はサイドローブ・クラ
ッタ、翰は目標ドツプラ信号、　２１＋はシェラトモエ
ンジン・モジュレーションニヨルドツプラ信号である。

第８図は測距を行うときの周波数変調され几送信波及び
受信信号の時間的周波数変化を示しｔ図であり１図にお
いて、＠は送信波の周波数変化特性、＠は目標ドツプラ
信号の周波数変化特性、　０４はジェット−エンジンφ
モジュレーションニヨルドツプラ信号の周波数変化特性
である。

第９図は両ＦＭフェーズで得られ比複数のドツプラ周波
数信号を用いて距離を算出するときの組合せを示した図
である。

次に動作について説明する。励振・受信器（１）からの
一定周波数と直線状周波数変調が交互に繰返され北送信
波は高いパルス繰返し周波数でパルス変調されて空中線
（２）に送られる。空中線（２）ではこの送信波を大電
力に増幅し、アンテナ・ビームを形成する。そして電子
的にアンテナ−ビームを走査しながら目標を捜索し、不
要なりラックと共に目標からの受信信号を受信する。第
５図において。

レーダ装置（１３を搭載しｔ飛しよう体などが自速ＶＴ
で飛行しており、ダウンルック状態でレーダ装置ａｇが
目標機αりを捜索し九場合、メインピームロｊとサイド
ローブＩが大塊化を照射することによって不要なりラッ
クを受信し、メインビームＩが目標機θ９からの信号を
受信する。このとき目標機αＳからの信号は目標機α９
のジェット−エンジンのブレードの回転によって引き起
こされる変調によりドツプラ周波数が複数となって発生
する。第６図に示すように、ブレードａηは移動方向に
対して電波の照射面が遠ざかるように回転するのでドツ
プラ偏移は低くなる方向に作用する。そして、ブレード
同の形状が複雑で傾きや回転数も異なりサブハーモニッ
クの変調波成分を発生させる。２１点を照射してい九電
波が、ブレードの若干の回転によりＰ２　点を照射する
ことになるので、目標機σ１が近づいているにも係わら
ずブレードは遠ざかるよう釦作用し、その結果目標機α
りとの相対速度ＶＲに起因するドツプラ周波数より低い
ドツプラ周波数が複数発生する。

速度ＶＴ　で飛行する目標機のドツプラ周波数で１　　
は次式で示される◇ 之だしｆｏ　は送信周波数、Ｃｏ　は光速、θは速度ベ
クトルＶＴ　　とアンテナ・ビームとのなス角度である
。

次にジェット・エンジン中モジュレーションによる周波
数偏移景をｆ、ｒＥＭ　とすると複数のドツプラ周波数
は次式で示される。

ｆＯ ｆ２＝　ｆｔ　−ｆ、ｙ耐＝　−（Ｖｒ　＋　ＶＴ）　
ａｓθ−ｆ、ＴＦＪｉｌ・・・（２） し０ ・・・（３） しＯ ・・・（４） （ｋ−１）　ｆｙ圏　　　　　　　　　　　　　・・・
（５）以上に示し九クラッタ及び信号の周波数スペクト
ラムは第１図に示される。

目標との相対速度によって決まり、（１）式で与えられ
る目標の真のドツプラ周波数−とそれよりも低い周波数
で（２）〜（５）式で与えられるジェット−エンジン・
モジュレーション信号Ｃ４及びメインビーム・クラッタ
αｌとサイドロープ・クラッタ（Ｌｌが受信信号には含
まれている。励振・受信機（１）は、この受信信号を空
中線（２）から受けてまず第１に低雑音で増幅し２局発
信号によυ中間周波数に変換してクラッタを除去しｔ後
位相検波によりビデオ帯のドツプラ信号を得てディジタ
ル信号に変換する。

次にディジタル信号は信号処理器（３）に入力され。

再度クラッタ除去フィルタ（４）によりクラッタが完全
に除去される。その後高速フーリエ変換によるドツプラ
・フィルタ（５）によって狭帯域ドツプラ信号と々す、
この出力を振幅検波後雑音と振幅比較する信号検出器（
６）で信号として検出される。第８図に示すように一定
周波数のＦ’ＭフェーズＣと直線状周波数変調のＩＩＰ
ＭフェーズＢのそれぞれで複数のドツプラ周波数信号が
検出される。ＦＭフェーズＣでは、ｆ１＊　ｆ２　＊　
ｆ５　ｒ　’４　　の周波数の４つのドツプラ周波数信
号が受信されるＦＭフェーズＢでは目標の距離に応じｔ
値だけ周波数の偏移したｇｌ　、　ｇ２１　ｇａｓ　、
　ｇ４　の周波数の４つのドツプラ周波数信号が受信さ
れる。送信波の周波数変化特性器に対して目標ドツプラ
信号の周波数変化特性（ハ）はｆｌだけ周波数が高（な
シ次式で示される時間τだけ遅れている。

Ｒ τ２　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（Ｑ）Ｏ ｔだしＲは目標距離である。

同様にして、ジェットφエンジンーモジュレーションに
よるドツプラ信号の周波数変化特性０４も送信波に対し
てｆ２．　ｆ３　、　ｆ４　　だけ周波数が高（なり時
間τだけ遅れている。

もし信号が１つのみであればＰＭフェーズＣで検出され
次局波数ｆ１　　とＦ’ＭフェーズＢで検出され次局波
数ｇ１　　より目標距離は次式で求められる。

しＯ ただし、ｙはＦＭフェーズＢの周波変調度である。

Ｏ Ｒ＝　−（ｆｌ−６１）　　　　　　　　　　　　　　
・・・（８）２Ｆ′ ところが信号が２つ以上になるとＦＭフェーズＣとＦＭ
フェーズＢの２つの組合せでは４つの組合せの目標距離
が得られてしまう。そこで、従来のレーダ装置ではもう
１つのＦ’ＭフェーズＡを追加して１周波数変調度を変
えて使用することにより２目標の距離を求めることは可
能であつ几。しかし、第８図に示すように３つ以上のド
ツプラ周波数信号があつｔ場合には、３つの７Ｍフェー
ズを用いても３つの目標の距離を求めることは困難であ
る。この九め、目標数判断回路αυは、ドツプラ周波数
信号が１個の場合にはＰＭフェーズＣとＦＭフェーズＢ
を用い、２個の場合にはＦＭフェーズＯ，ＦＭフェーズ
Ｂ、ＦＭフェーズＡの３つを用いて測距回路（８）に目
標信号の周波数を送って（８）式による演算を実行させ
てい７ｔｃｔ７ｔ、３個以上の場合には、第９図に示す
ように多数の組合せがあり、Ｎ個の場合にはＭＸＮ通り
となる。几だしＦＭフェーズＢの周波数１ｄＦＭフェー
ズＣよりも必ず小さくなるのでＲ２１、Ｒ５１、Ｒ４１
、Ｒ４２、Ｒ４Ｓは負となり演算の対象外となる。実際
には（Ｎ−１１）×Ｎ÷２通りの距離演算組合せがある
。このように真の目標距離を求めることができないもの
として測距不能としてい九〇 〔発明が解決しようとする課題〕 従来のレーダ装置では、上記のような方法で目標距離を
演算していたｔめ、目標が１つでそのジェット・エンジ
ン・モジュレーションにヨリ複数のドツプラ周波数信号
が検出された場合においても測距不能としてい比。信号
が検出されており。

かつ１つの目標のみのときでも測距不能とするのはレー
ダ装置の性能を大幅に劣化させるという問題を有してい
九〇 この発明はこのような課題を解決する九めになされ比モ
ので、ジェット・エンジン拳モジュレーションによる複
数のドツプラ周波数の差がほとんど等間隔であることに
着目し、３つ以上の信号を検出しても、２つの周波数変
調フェーズでの複数ドツプラ周波数差の組合せについて
周波数の高い方から順次演算を行って、真の目標距離を
短時間でかつ簡単に得られるようにし九レーダ装置を得
ることを目的とする。

〔課題を解決する九めの手段〕

この発明に係わるレーダ装置は、このような目的を達成
するため、信号処理器において、信号検出後に周波数判
断回路により高いドツプラ周波数の方から選定して、順
次２つの周波数変調フェーズでの周波数差から距離演算
を実行し１次に距離判定回路によって目標距離演算結果
がレーダ最大探知距離性能以内であるかどうかを判断す
ることによって短時間でかつ簡単に真の目標距離をｎ出
しようとするものである。

〔作用〕

この発明において、複数のドツプラ周波数信号を検出し
几後に周波数判断回路により高いドツプラ周波数の方か
ら選定して、２つの周波数変調フェーズでの周波数差か
ら距離演算を行い次に距離判定回路により目標距離が妥
当な値であるかを判断することにより、短時間でしかも
容易に真の目標距離を得て、レーダ装置の性能低下を防
止することが可能と々る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図に基づいて説明する。第
１図は、この発明に係わるレータ゛装置１の構成である
。図においてｆｉｌ〜ｆ６）、　（８）、　＋１１は上
記従来のレーダ装置と同一の機器又は部分である。この
発明において、（７）は複数のドツプラ周波数信号を周
波数の高い方から選定する周波数判断回路であり、（９
）は距離判定回路で、距離演算結果がレーダの探知性能
と比較して妥当であるかを判定する働きを行う。第２図
は２つの周波数変調フェーズで検出しｔ４つのドツプラ
周波数信号を用いてすべての組合せについて距離を演算
し几結果を示している。第３図はこの発明における信号
処理器の周波数判断回路から距離判定回路までの距離演
算処理フローチャートを示している。

次にこの発明によるレーダ装置の動作について説明する
。ｒＭｈｍ・受信器（１）からの送信波が空中線（２）
より空間に放射され再度空中線（２）で受信されｔ後、
励Ｗ−受信器（１）において増幅２周波数変換。

クラッタ除去１伎相検波を施されディジタル信号に変換
されて信号処理器（３）に入力される。そして信号処理
器（３）ではクラッタ除去フィルタ（４）によるクラッ
タ除去、ドツプラーフィルタ（５）による狭帯域ドツプ
ラ周波数信号としての抽出、信号検出器（６）による撮
幅検波と雑音中からの信号検出が行われてドツプラ周波
数信号として検出されるまでは従来のレーダ装置と同様
である。目標機ａ５のジェット・エンジンのブレードα
ηの回転に起因して発生スルシェツト番エンジン・モジ
ュレーションによる複数のドツプラ周波数信号が受信さ
れるが。

これらの信号は、目標との相対速度によって決まる信号
よりも周波数が低く、その周波数間隔ｆＪＦＪｖｌはほ
とんど等間隔である。ま几、ジェット・エンジン・モジ
ュレーションによるドツプラ周波数信号（７）ＦＭフェ
ーズＣとＦＩＭフェーズＢにおける周波数差は、距離に
よって決まり、その値はほとんど同じである。第２図は
このことを図に表わし友ものであり、ｆｌ　　は目標と
の相対速度によって決まる真のドツプラ周波数である。

ｆ２　、　ｆ３　、　ｆ４　は。

ジェット・エンジン・モジュレーションによるドツプラ
周波数である。そしてｇｌ　　は直線状周波数変調時に
受信され比真のドツプラ周波数であシ。

Ｒ ｆｌ　　に対して（７）式で示される（Ｆ’−；）だけ
低い周波数となる。同様にｇ２　、　ｇ５　、　ｇ４　
　もそれぞれｆ２゜またｒ　　ｆ１〜’４　＊　ｇ１〜
ｇ４　の各信号の周波数間隔はｆ’ｙｍ　となって等し
くなる。し比がって距離演算の組み合せはＦＭフェーズ
ＣよりもＦＭフェーズＢの方が必ず低くなることを考え
ると、その周波数差が負のときは除外できるので（４＋
３＋２＋１　）の１０通りとなる。この発明において求
め九い真の目標距離はｆｌ　　とｇｌ　　で演算し几Ｒ
Ｏである。

ＲＱ　以外の似せの距＠　Ｒ１，Ｒ２、Ｒ５は次式で示
される。

Ｃ，） ＝　Ｒｏ　＋　（ｇ３−　ｇ４）　−＝　Ｒｏ　＋　Ｒ
：ｒｍＦ ・・・ｔｌｌ ・・・αυ Ｏ Ｒｓ　＝　Ｒｏ　＋　（ｇ１ｇ４）　　＝　Ｒｏ　＋　
３ＲＪＥＭ　　　−・−０３Ｆ 次にレーダの最大探知距離性能ＲｍがＲＪＫＭ　　より
も小さければＲＪＥＭ以下の距離演算結果のみを真の距
離とすることが可能となり＋　　Ｒ１−ＲＪＩＣＭ　＋
　１％Ｒ２＝　２ＲＪｙ４　＋　ＲＯは似せの距離とし
て除外することが可能となる。以上の原理を利用し信号
検田器（６）の出力に周波数判断回路（７）を新設し、
そこで選んだ周波数によって測距回路（８）で従来と同
じ演算を行い、その出力を距離判定回路（９）によって
真の距離と似せの距離を区別して、真の目標距離を出力
して表示器＋ＩＩ表示する。第３図は周波数判断回路（
７）から距、雉判定回路（９）までの距離演算フローチ
ャートであり、まず第１に周波数判断回路（７）はステ
ップ（７）でＦＭフェーズＣから信号周波数の大きい頴
に信号を選択し９次にステップ（イ）でＦＭフェーズＢ
からも信号同波数の大きい順に信号を選択する。そして
ステップ（つ）でこの両者の差をとってその差が正の場
合には測距回路（８）に周波数差を送り出す。もしその
差が負の場合２例えば第２図においてＦＭフェーズＢで
ｇｌ　　よりもかつｆｌ　　よりも大きな周波数ｇｏ　
があった場合ｆ１−ｇｏく０となり、ステップ（イ）で
再度ＦＭフェーズＢでのｇ。

の次に大きなｇｌ　　を選ぶことになるので次にはｆｌ
−ｇｌ＞Ｏという結果が得られ測距可能となる。

次に周波数差が正の場合には測距回路（８）はステップ
に）で（８）式に基づいて距離演算を行う。第２図に示
すようにｆｌとｇｌで演算しｔ結果は真の距離ＲＯが得
られ、距離判定回路（９）に入力される。ステップ（３
）で距離がＲ，ＴＥＷ　より小さければステップ≠）で
真の目標距離と決定し２表示の几めに送出され大きけれ
ば、似せの距離として最初に戻る。例えば、第２図にお
いてｇｌ　　が検出されなかった場合、　　ｆｌとｇ２
　、　ｇ３　、　ｇ４による距離はいずれもＲＩＭＭと
同じかそれ以上である九め、似せの距離と判断される。

そして次にステップ（７）においてＦＭフェーズＣでｆ
ｌ　　の次に大きい周波数ので２　が選ばれるが、　　
ｒ２とｇ２であればｆｌとｇｌと同じ組合せでアルのテ
シェット・エンジン−モジュレーション信号によっても
真の距離が求められることになる。

このように短時間でかつ簡単に真の目標距離が得られる
つ なお上記実施例は電子的にビーム走査を行う空中線を用
いたレーダ装置を示したが機械式走査のアンテナの空中
線を用いｔレーダ装置を用いることも可能であり、ま九
、信号処理器はノ・−ドウエアによる構成でもソフトウ
ェアによる構成でも実現可能である。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明は、従来のレーダ装置の測距演算
方式を利用し１周波数判断回路と距離判定回路を信号処
理器の測距回路の前後に追加するだけの簡単な構成で航
空機目標のジェット・エンジン舎ブレードの回転に起因
するジェット・エンジン舎モジュレーションによる多数
のドツプラ周波数信号を検出した場合でも短時間でかつ
匍単に真の目標距離をｌｊし、レーダ探知性能の劣化を
防止するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例によるレーダ装置を示す
概略の構成図、第２図はこの発明における周波数変調測
距を行う組合わせを示す図、第３図は、この発明におけ
る距離演算フローチャート。 第４図は従来のレーダ装置を示す概略の構成図。 第５図はレーダ装置が飛行しながら目標機を捜索してい
る概念図、第６図はジェット・エンジン・ブレードの回
転による負方向のドツプラ偏移を説明するための概念図
、第７図は第５図に示すレーダ装置が受信し比信号の周
波数スペクトラム、第８図は送信波と受信波の時間的変
化を示し次回。 第９図は複数のドツプラ周波数信号を用いて距離演算を
行うときの組合わせを示す図である。図において（１）
は励振・受信器、（２）は空中線、（３）は信号処理器
、（４）はクラッタ除去フィルタ、（５）はドツプラ・
フィルタ、（６）は信号検出器、（７）は周波数判断回
路、（８）は測距回路、（９）は距離判定回路、α１は
表示器、　ａＩｌは目標数判断回路、１１３はレータ装
Ｎ、　（１３けメインビーム、Ｉはサイドローブ、αり
は目標機。 ＋ｌｅは大地、　ａ７１はブレード、α樽はメインビー
ム・クラッタ、負傷はサイドローフ゛クラッタ、■は目
標ドツプラ１言号、Ｑυはジェット・エンジン・モジュ
レーションによるドツプラ信号、＠は送信波の周波数変
化）特性、器は目標ドツプラ信号の周波ａ変化％ｔ’ｌ
、　１２ｔＮｄ、’、＞エツト−エンジン・モジュレー
ションによるドツプラ信号の周波数変化特性、ｆｌ。 ｆ２　ｔ　ｆ５　ｒ　ｆ４　＊　ｇｌ　＋　ｇ２　ｐ　
ｇ３　ｐ　ｇ４　　はドツプラ周波数。 ｆＪＦＭハシエツトのエンジン・モジュレーション周波
数、　　ＲＱ　は真の目標距離、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は似
せの距離、Ｆは直線状周波数変調の周波数変調度。 ＲＪ践はｆ、ｒＥＭを用いて演算し九距離、ＰＲＦはパ
ルス繰返し周波数、　　ｆＱ　は送信波の周波数、Ｒ１
１〜Ｒ４４はｆ１〜ｆ４とｇ１〜ｇ４の組合せにより演
算し几距離、ア〜力は信号処理器の周波数判断回路から
距離判定回路までの距離演算フローの各ステップである
。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示すものと
する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　一定周波数の送信波と直線状周波数変調の送信波を交
   互に所定の期間発生し、この送信波を所定のパルス幅と
   所定のパルス繰返し周波数でパルス変調して空中線へ送
   出するとともに、受信信号を増幅後局発信号により周波
   数変換してクラツタ等の不要信号を除去し、位相検波後
   ディジタル信号に変換する励振・受信器と、上記励振・
   受信器からの送信波を空間に放射し、目標からの反射信
   号を受信する空中線と、上記励振・受信器からのディジ
   タル受信信号に含まれるクラツタを除去し、目標からの
   ドップラ周波数を一定周波数での送信期間と直線状周波
   数変調での送信期間とで周波数分析により検出し、その
   両期間で得られたドップラ周波数の差から目標までの距
   離を算出する信号処理器と、目標諸元を表示する表示器
   とを具備し、さらに上記信号処理器は目標機からのドッ
   プラ周波数信号が目標機のエンジン・コンプレッサ・プ
   レートの回転により周波数変調を受けて、一定周波数送
   信期間と、直線状周波数変調送信期間の両方において、
   それぞれ複数のドップラ周波数信号を受信した場合、両
   者の複数のドップラ周波数差の組合せについて周波数の
   高い方から順次演算を行つて真の目標距離を得る手段を
   有することを特徴とするレーダ装置。