JPH03179282A

JPH03179282A - バイスタティック・レーダ装置

Info

Publication number: JPH03179282A
Application number: JP1318120A
Authority: JP
Inventors: Shoji Matsuda; 庄司松田; Masaya Takase; 雅也高瀬
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-12-06
Filing date: 1989-12-06
Publication date: 1991-08-05
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPH0713657B2

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、船舶等を探知するために、地上１機
上、ＰＭ上等に設置されるレーダに関し、特に、送信局
と受信局を分離して設置するバイスタテインク・レーダ
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、バイスタティック・レーダ装置では送信ビーム
と受信ビームの交差する空間エリアの中に存在する目標
以外は探知できない。従って送信エネルギーを有効に利
用して空間を捜索するため、まず考えられる方式として
、例えばマグロウヒル社より１９７０年に発行されたエ
ム　アイ　スコルニック氏による文献「レーダ　ハンド
ブックＪ　（Ｍ、Ｉ。

５ｋｏｌｎｉｋ、　”Ｒａｄａｒ　Ｂａｎｋｂｏｏｋ”
、　ＭｃＧｒａｗ　ｔｌｉｌＬ　Ｉｎｃ。

１９７０）のｐｐ、３６−１４〜ｐｐ、３６−１５に記
載されているように、受信側で送信ビームの照射エリア
全体をカバーするような多数のマルチ・ビームを同時に
形成する方式がある。

しかし、この方式では送受信局間の距離が大きいか、ま
たはレーダの捜索エリアが広い場合、非常に多くの受信
ビームが必要となり、装置規模が現実的でなくなるとい
う欠点がある。

従って、従来は、例えばアイイーイーイー　プロシーデ
ィング誌に１９８６年に発表されたイー　ハンレ氏によ
る「サーベイ　オブ　パイスタティック　アンド　マル
チスタティック　レーダ」（Ｅ。

Ｈａｎｌｅ、　　５ｕｒｖｅｙ　ｏｆ　ｂｉｓｔａｔｉ
ｃ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉｓｔａｔｉｃ　ｒａｄａｒ　、
　ＩＥＥＥ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　Ｖｏｌ、１３３
．　Ｐａｒｔ　Ｆ、　Ｎｏ。

７、１９８６）のｐｐ、５９２〜ｐｐ、５９４に記載さ
れているように、送信ビーム内の送信エネルギーの伝搬
に応じて受信ビームを高速に走査する「パルス・チエイ
ス」と呼ばれる方式があった。

第５図はこのパルス・チエイス方式の構成の一例を示す
系統図であり、同図において、１は送信機、２は送信ア
ンテナ、３は送信ビームの走査信号を発生する送信ビー
ム制御器、４は目標、５は受信アンテナ、６は受信ビー
ムを高速走査するためのビーム走査信号を発生する受信
ビーム制御器、７はディジタル・ビーム・フォーマ−１
８はパルス圧縮処理やドツプラー処理等を行う信号処理
器、９は受信信号から目標を抽出し、位置標定や追尾処
理を行うデータ処理器、１０は表示器である。

次に動作について説明する。

送信局において、送信機１で発生された送信信号は送信
アンテナ２により空間へ放射される。ここで、送信アン
テナ２で形成されるビームは送信ビーム制御器３で発生
されるビーム走査信号に基づき、所要の捜索空間を順次
走査する。もし、送信ビーム内に目標４があれば、これ
からの反射信号は受信局の受信アンテナ５で受信される
。このとき、受信ビームは第６図に示すように、送信信
号の伝搬に応じて送信ビームの照射エリアを高速に走査
する。受信ビームの走査速度は次式で表わせる。

θｊ　　　　　　　　　　　　ｂ　ｓｉｎ　　φＴここ
で、−θφ、／θｔは受信ビームの走査角速度、Ｃは光
速、ｂは送信局Ｔと受信局Ｒとの間の距離、φアは送信
局と受信局を結ぶベースラインｎと送信ビームとのなす
角、φ７は同じくペニスラインと受信ビームのなす角で
ある。（１）式で示したように、受信ビームの走査速度
は送信ビームの指向角度φ１に依存するので、送信局の
送信ビーム制御器３で発生した送信ビームの走査信号は
受信局へ伝送され、受信ビーム制御器６で（１）式に従
って受信ビームの走査信号を発生する。この走査信号に
基づき、ディジタル・ビーム・フォーマ−７は受信アン
テナ５の各素子からの受信信号をディジタル的に合成し
て所望の受信ビームを形成する。

なおディジタル・ビーム・フォーミングの原理は、例え
ば雑誌「マイクロウェーブ　ジャーナル」に１９８７年
に発表された、エイチ　ステイスコール氏による論文「
ディジタル　ビームフオーミングアンテナズ　アン　イ
ントロダクションＪ　　（Ｈ。

５ｔｅｙｓｋａｌ、　’″Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｂｅａｍｆ
ｏｒｍｉｎｇ　Ａｎｔｅｎｎａｓ、　ＡｎＩｎｔｒｏｄ
ｕｃｔｉｏｎ　、　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｊｏｕｒｎａ
ｌ、　Ｊａｎｕａｒｙ１９８７、　ｐｐ、１０７〜ｐｐ
、　１２４　）等で広く知られているので、ここでは説
明を省略する。

このようにして受信された信号は、信号処理器８で必要
に応してパルス圧縮処理やレンジング処理並びにクラッ
タ抑圧のための移動目標検出処理。

パルス・ドツプラ処理等のドツプラ処理を行った時、デ
ータ処理器９で目標信号の抽出１位置標定及び追尾処理
が行われる。なお、位置標定にはレンジング処理の結果
の他、通常、受信ビーム制御器６からの受信ビーム指向
角の情報も用いられる。

これらの処理結果は表示器ＩＯに表示される。

ここで述べた従来の方式は１本の受信ビームを走査する
ものであるので、送信ビーム照射エリア内をもれなく捜
索するためには受信ビーム幅をある程度広げておく必要
がある。これを第７図及び第８図を用いて説明する。

受信ビーム幅に対する第１の制約は送信ビーム幅による
ものである。第７図に示すように、受信局Ｒで同一時刻
に受信される目標位置の軌跡は送信局と受信局を焦点と
する楕円となる。送信ビームがこの楕円を横切る点をＡ
、Ｂとすると、受信ビーム幅はこの２点Ａ、Ｂを見込む
角以上に広げておく必要がある。この制約から得られる
最小受信ビーム幅をθ□とすると、θ□は次式で与えら
れる。

ｓｉｎ　　ψ丁ここで、θ、は送信ビーム幅、φアは送信局と受信局を
結ぶベースラインと送信ビームのなす角、φ８はこのベ
ースラインと受信ビームのなす角である。（２）式から
れかるように送信ビーム幅に比例して受信ビーム幅は広
くする必要がある。

受信ビーム幅に対する第２の制約は送信パルス幅による
ものである。第８図（ａ）は送受信のビーム関係を示す
模式図であり、同図（ｂ）は受信信号のタイミング・チ
ャートである。今、同図（ａ）で送信局Ｔから放射され
る送信ビーム内にある目標Ａからの反射信号Ｐ、が受信
局Ｒにおいて時刻ＬＡで受信され始めたとする。送信開
始時刻を１＝０とすると、同図（ａ）の記号を用いてｔ
Ａは次式で表わされる。

但し、Ｃは光速ここで、送信パルス幅またはＣＷレーダの場合の送信フ
レーム・タイムをτとすると、目標Ａからの反射信号Ｐ
Ａは同図（ｂ）で示すように時刻ｔ。

〜（ｔＡ＋τ）の時間帯に受信されることになるので、
この時間内は受信ビームは目標Ａを照射しておく必要が
ある０次に同じ送信ビーム内で次式で示す位置にある目
標Ｂを考える。

ＴＶ＋’ＵＦＩ＝丁Ｘ　＋　Ｔｎ！；、　＋　ｃ　ｒ　
　　　　−（４）目ＩＢからの反射信号Ｐ、は同図（ｂ
）で示すように、時刻ｔ、〜（ｔｇ＋τ）の時間帯に受
信されるので、時刻ｔＩ！には受信ビームは目標Ｂを照
射し始めなければならない。ここで、（４）式を用いる
と、となるので、言い換えると、時刻ｔＡ＋τ（−１、）で
は受信ビームは目標Ａと目標Ｂを同時に照射する必要、
がある。

この関係を式で示すと、所要受信ビーム幅θ□は次式と
なる。

（６）式は送信パルス幅τが長いほど受信ビーム幅を広
くする必要があることを示している。

これら２つの制約条件の両方を満足する受信ビーム幅θ
８は次式で書くことができる。

θ＝＝ｍａｘ（θ□、θ、Ｉ２）　　　　　　　−（７
）このことから送信ビーム幅が広い場合や送信パルス幅
または送信フレーム・タイムが長い場合、受信ビームを
ある程度広くしなければならないことがわかる。

なお、上記の説明は便宜上、送信アンテナ２は電子ビー
ム走査を行うフェーズド・アレイ・アンテナとしたが、
これを機械的にビーム走査を行うアンテナと考えてもよ
く、この場合は送信ビーム制御器３をビーム指向角度の
検出器に読みかえればよい。また、同様に受信アンテナ
５はディジタル・ビーム・フォーマ−７を伴うディジタ
ル・ビーム・フォーミング・アンテナとしたが、これを
アンテナ各素子の位相制御により電子的にビーム走査を
行うフェーズド・アレイ・アンテナと考えてもさしつか
えない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のバイスタティック・レーダは以上のように構威さ
れているので、送信ビーム幅を広くしたり、送信パルス
幅（パルス・レーダの場合）または送信フレーム・タイ
ム（ＣＷレーダの場合）を長くすると、受信ビーム幅を
広くする必要があるため、探知距離の減少、目標分解能
や位置情度の劣化及びクラッタ受（８Ｍ、力の増加を伴
うという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、送信ビーム幅や送信パルス幅（または送信フ
レーム・タイム）にかかわらず、受信ビーム幅を尖鋭化
し、かつ必要最小限の受信ビーム本数で所要空間をもれ
なく走査するバイスタティック・レーダ装置を得ること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るバイスタティック・レーダ装置は従来のパ
ルス・チエイス方式で必要な受信ビーム幅相当の角度を
複数の尖鋭なビームの束で構威し、かつ送信ビーム内の
送信信号の伝搬に伴い、受信時間帯の終了したビームを
、順次上記ビーム束に隣接する位置にステップ走査して
いくものである。

〔作用〕

この発明においては、受信ビームは所要角度範囲をマル
チ・ビームでカバーするため１つ１つのビーム幅は尖鋭
化することができ、また受信時間帯が終了したビームは
、順次１つ先のビーム位置へ送っていくので、受信ビー
ム本数を必要最小限に抑えることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例によるバイスタティック・レ
ーダ装置を示し、本実施例は送信ビーム。

受信ビームともペンシル・ビームの場合の例ヲ示してい
る。第１図において、１は送信機、２は送信アンテナ、
３は送信ビーム制御器、４は目標、５は受信アンテナ、
６はｎ本の受信ビームを順次走査するためのビーム走査
信号を発生する受信ビーム制御器、７はｎ個のディジタ
ル・ビーム・フォーマ−１８はｎ個の信号処理器、９は
データ処理器、１０は表示器である。

次に本実施例の動作について説明する。

送信局において、送信機１で発生された送信信号は送信
アンテナ２を介して空間へ放射される。

ここで、送信アンテナ２のビームは送信ビーム制御器３
で発生されるビーム走査信号に基づき、所要捜索空間を
順次走査する。目標４からの反射信号は受信局の受信ア
ンテナ５で受信される。このとき、受信ビームは（７）
式で示した所要角度範囲θ７を含む複数本のマルチ・ビ
ームで構威し、送信ビーム内の送信信号の伝搬に応じて
ビームを１つずつ先の位置へ走査していく。これを第２
図を用いて説明する。

同図は簡単のため、ビーム幅θＲ／２のビームを３本用
いた場合で、かつ送信パルス幅τが長く、θつ一〇。　
　　　　　　　　　　　　・・・（８）と考えられる場
合を示している。

今、同図（ａ）に示す送信ビーム内の各点Ａ、Ｂ。

Ｃ，Ｄ、　Ｅ、　　Ｆからの反射信号が受信され始める
時刻を同図へ）に示すように、ｔ＝ｔ＋　、ｔｚ　、ｔ
ｉＬａ、Ｌｓ、ｆ、ｂ　とする。ビーム■は点Ａから点
Ｂにいたるエリアからの反射信号を時刻１．からｔ４の
時間帯に受信する。ビーム■及び■も同様に各４点Ｂか
ら点Ｃ９点Ｃから点りの間のエリアからの反射信号を時
刻ｔ２からｔ５．ｔ３からｔ、ｈの間に受信する。ここ
で、時刻Ｌ４になればビーム■の受信信号帯は終了する
ので、このビームをビーム■の位置へ移動し、点りから
点Ｅのエリアの受信に用いる。さらに時刻ｔ、になれば
ビーム■をビーム■の位置に移動する。以下、このよう
に時間τ／２毎にビームを順次移動していけば、３本の
ビームで全エリアを捜索したことになる。

また、同図では同時３本のビームを用いた例を示したが
、−Ｃにｎ個のマルチビームを用いた場合、１本当たり
のビーム幅θ７は以下で示すように、おおよそ１／（ｎ
−１）に狭くできる。

但し、αはビーム切換のための遅延時間に相当する角度
である。

なお、第２図ではθ８＝θＲ２の場合を図示したが、θ
８＝θ□の場合も本質的に何ら変わることなく、θ８を
分割した複数本の受信ビームで全エリアの捜索ができる
。

第１図の受信ビーム制御器６は上述のような手順で受信
ビームのスケジューリングを行い、ｎ個のディジタル・
ビーム・フォーマ−７に対し、ビーム指向角度信号を送
出する。ビーム・フォーマ−７はこの信号に基づき、ｎ
本のマルチ・ビームを形成する。各々のビームの受信信
号はそれぞれ信号処理器８を介してデータ処理器９で統
合され、必要に応じて目標抽出１位置標定、追尾等の処
理が行われた後、表示器ｌｏに表示される。

このように、本実施例では送信ビーム幅や送信パルス幅
の制約を受けることなく、受信ビーム幅の尖鋭化を行う
ことができる。

ナオ、本実施例では送信、受信ともペンシル・ビームの
場合を示したが、ファン・ビームについても同一の効果
があることは言うまでもない。即ち、例えば送信、受信
とも仰角方向に広いファン・ビームとすると、第２図は
これらのビームを水平面内で示した図とみなすことがで
きる。

次に本発明の第２の実施例につき図を用いて説明する。

この実施例は送信ビームを仰角方向のファン・ビーム、
受信ビームをペンシル・ビームとした場合の例である。

第３図は本実施例の構成を示す系統図であり、送信局側
の送信機１．送信アンテナ２及び送信ビーム制御器３は
送信ビームがファン・ビームである点を除いて第１の実
施例と同様の動作である。

次にその動作を説明すると、目標４からの受信信号は受
信局の受信アンテナ５で受信される。ここで受信ビーム
は第４図に示すように、仰角方向は所要仰角範囲をカバ
ーするＭ本の固定のマルチ・ビームであり、方位方向は
第１の実施例と同様の手法で０本のビームを送信信号の
伝搬に応じて順次切り換えていくものである。このため
、ビーム・フォーマ−は方位方向と仰角方向に分けて構
成される。方位方向のビーム・フォーマ−１１は受信ビ
ーム制御器６からの方位走査信号に基づき、方位方向に
０本のビーム合成を行う。仰角方向のビーム・フォーマ
−１２はさらに仰角方向にＭ木のビーム合成を行う。従
って、瞬時には（ＭＸｎ）本のマルチ・ビームが形成さ
れる。ビーム合成後の信号処理器８．データ処理器９及
び表示器１０の動作は第１の実施例と同様である。

この実施例によれば、送信ファン・ビームに対しても尖
鋭な受信ビームを用いることができ、かつ必要最小限の
本数の受信ビームで送信ビーム内の全エリアを捜索する
ことができる。

なお、これまで述べた実施例では送信アンテナは電子走
査型のフェーズド・アレイ・アンテナを使用したが、機
械的にビーム走査を行っても同様の効果があることは言
うまでもない。

また、受信ビームの本数ｎは特に固定する必要はなく、
例えば送信局と受信局からの目標の見込み角θ１とθ９
の差が小さくなるほど、即ち目標が遠距離になるほどビ
ーム数を減らすことも可能である。

〔発明の効果〕

以上のよ、うに、この発明に係るバイスタティック・レ
ーダ装置によれば、尖鋭な受信ビームの束で送信信号の
伝搬に応じて順次ビーム走査を行うように構成したので
、受信ビームの狭ビーム化による探知距離の増加１分解
能や位置精度の向上及びクラッタ受信電力の減少という
効果があるとともに、受信ビーム数が最小限で済むため
、装置規模が比較的小さくて済むという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例によるノくイスタテイ
ック・レーダ装置の構成を示す系統図、第２図は第１の
実施例の動作説明図、第３図はこの発明の第２の実施例
の構成を示す系統図、第４図は第２の実施例の動作説明
図、第５図は従来のノくイスタテイック・レーダ装置の
構成を示す系統図、第６図は従来方式の動作説明図、第
７図及び第８図は所要の受信ビーム幅の説明に供する説
明図である。図において、１は送信機、２は送信アンテナ、３は送信
ビーム制御器、４は目標、５は受信アンテナ、６は受信
ビーム制御器、７はディジタル・ビーム・フォーマ−１
８は信号処理器、９はデータ処理器、１０は表示器、１
１は方位方向ビームフォーマ−１２は仰角方向ビーム・
フォーマ−である。なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ペンシル・ビームまたはファン・ビームをアンテ
ナから送信する送信局と、送信局から離れて設置され、送信ビームに交差する複数
本の受信用ペンシル・ビームまたはファン・ビームの束
を同時に形成する受信局とから構成され、かつ、１つ１つの受信ビームの受信時間帯が終了した時
点で、順次その受信ビームを送信信号の伝搬方向に沿っ
た次のビーム位置へステップ走査することを特徴とする
バイスタティック・レーダ装置。