JPH0394185A - レーダシステム - 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、レーダで見つけ難いステルス化対策が講し
られて，レーダ反射断面積（後方散乱断面積）が極度に
小さくなった航空機等の目標を有効に検知するレーダシ
ステムに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ステルス化対策が講じられた航空機を有効に検知
し得るレーダは存在しなかった。すなわち、航空機に限
らず、電波の入射方向に垂直な断面の寸法が波長に比べ
て充分大きい目標体からの散乱波は、レーダと反対の方
向に強いローブを形威して散乱されることが分かってお
り、この散乱波（前方散乱波）の利用がステルス化航空
機を検知する上で１つの鍵であると考えられていたが、
これまで、この前方散乱波の有効利用によるステルス化
航空機検出用レーダの具体例は見当たらない。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、航空機からの全方向散乱波を利用するレーダ
としては、既にパイスタティソクレーダ／マルチスタテ
ィックレーダが提案されている（Ｊ．Ｗ．Ｃａｓｐｅｒ
ｓ，　　Ｂｉｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　Ｍｕｌｔｉｓｔａ
ｔｉｃ　Ｒａｄａｒ　．Ｒａｄａｒ　　Ｈａｎｄｂｏｏ
ｋ，Ｍ．Ｉ．Ｓｋｏｌｎｉｃ，Ｅｄ．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ
，ＭｃＧｒａｗ−旧１１，ｃｈ．　３６（１９７０））
。しかし、これらは送信機と受信機とを分割配置するこ
とによって得られる利点，例えば、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎ
ｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ　；連続波）レーダ動作が可能とな
ることやクラック抑圧が容易になることなどを生かして
、通常レーダとしての性能・機能を一層高めようとする
ものであって、後方乃至側方散乱波の殆ど存在しないス
テルス化航空機の検知には有効ではない。その上、既存
のパイスタティック／マルチスタティソクレーダは、い
ずれも受信信号等を連携動作する他サイトへ伝送するた
めに、通信リンクを必要としていた。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、ステルス化対策が講じられた目標を通信リンク
を必要とせずに有効に検知することができるレーダシス
テムを得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るレーダシステムは、測距信号にることに
よって電波の往復距離を求める主サイ１一と、この主サ
イトを中心としたほぼ円求める主サイトからの送信波の
目標による前方散乱波を受信．増幅してレトロディレク
ティブアンテナ動作によってこれを再び目標方向へ送り
返す複数個の副サイトとから戒り、主サイトに、受信波
の測距信号と送信波の測距信号とにより主サイトから目
標を経由して２つの副サイトに至るまでの往復距離を求
める第１の手段と、これら２つの距離データと主サイト
のアンテナ方位角データとを用いて目標の座標計算を行
う第２の手段とを備えたものである。

〔作用〕

この発明に係るレーダシステムは、送受信機能を備える
主サイトを中心として、ほぼ円弧上に複数個のレトロデ
ィレクティブアンテナ（副サイト）をほぼ等間隔に配置
することによって、上記円弧内に進入した目標の前方散
乱波を少なくとも２ケ所の副サイ１−で受信できるよう
になし、受信波を１曽幅後、レトロディレクティゾアン
テナのもつ特性によって、これを再び目標の方向へ高利
得で送り返し、これによって生じた新たな前方散乱波を
主サイトで受信ずることによって、ステルス化対策が講
しられた目標の検知を可能とすると共に、専用の通信リ
ンクを不要とした。すなわち、レトロディレクティブア
ンテナ（副サイト）は、目標の前方散乱波を受信し、受
信信号を増幅し、再び目標方向へ高利得で送り返す作用
をする。従って、目標による前方散乱波を往復利用でき
、主サイトにおいて目標のエコー信号を高レヘルで受信
することが可能となる。この受信信号から目標を中継点
とした主サイトー副サイト（２ケ所）間の往復距離が求
められるから、計算によって目標の座標位置が求められ
る。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図〜第３図について説
明する。第１図はこの発明のシステム展開図、第２図は
主サイトの主要構或回路を示すブロック図、第３図は１
つの副ザイ１・の主要｛１ｌ成回路を示すブロソク図で
ある。まず、第１図において、１ばＣＷの電波をペンシ
ルビームで送受信し、変調波の送受信位相差から電波の
往復距離を、又、搬送波のドソプラ偏移から距離変化率
を求め得るように回路を構威した主ザイＩ・、２はペン
シルヒム、３は目標機、４ａ，４ｂ，４ｃはいずれも目
標機３による前方散乱波のパターンを示している。又、
５〜８はＣＷ電波を受信すると同時に電波到来方向にア
ンテナ利得が最大となるように自動的にアレイ各素子の
位相調整が行われる，いわゆるレトロディレクティブ機
能と、受信波に含まれる測距信号（変調波）とドップラ
信号を保持し増幅して送り返す，いわゆるレンジアンド
レンジレートトランスポンダの機能を併せ持つように回
路を構威した副サイトである。なお、初期受信利得を大
きくするために、アンテナのアレイ各素子は垂直方向に
は同相もしくはそれに近い給電としてあり、従って、前
記のレトロディレクティブ機能は水平方向にのみ動作す
る。又、各副サイ１・５５一 ６ 〜８は主サイト１からの直接波の受信を避けるために地
平線下で、主サイｌ−　１を中心にほぼ円求める更に識
別のために動作周波数を変えてある。すなわち、副サイ
トから送り返される電波の周波数は、副サイト５，６．
１の順にｆ，（２１ｆ２＋２１　．　　ｆ，＋２１　　
とし、副サイト８で再び（，＋２１　　とし、以下副サ
イ１〜の数に応してこれが繰り返される。

次に、第２図において、９は基準ＣＷ信号を発生する基
準発振器、１０は基準発振器９の出力を必要に応してＣ
Ｗ位相変調し得る位相変調器、１１は基準周波数を送信
周波数ｆ。に変換するアンプコンパータ、１２は高電力
増幅器、ｌ３はサーキュレータ、１４はペンシルビーム
を形或するフェーズドアレイアンテナ、１５はアンテナ
１４のビーム指向方向を制御するビーム；ＪＩＩ１回路
、１６ａ．１６ｂ，１６ｃはそれぞれ周波数ｒ％２）ｆ
２（２１　，ｆ３（２１　を通過させる帯域通過フィル
タ、１７ａ．１７ｂ，１７ｃは低雑音増幅器、１８ａ，
１８ｂ，１８ｃは周波数ｆ％２）？ｚ　＋２）　．　　
ｆ，＋２１　をそれぞれｆ，　　＋３１　．　　ｆ２（
３１（３１３＋に変換するダウンコンハータである。又
、１９ａ，］．９ｂ，１９ｃぱそれぞれダウンコンハタ
１　８　ａ，　　１　８　ｂ，　　１　８　ｃの出力信
号から早い位相変動を除き、ドップラ偏移を受けた搬送
波周波数ｆ，　　”　　＋２　ｆｄｌｒ　　ｆ２（３１
　　＋２　ｆ，■，ｆｉ　”　　＋　２　ｆｄｓのみを
通過させるための位相保持回路、２０ａ，２０ｂ，２０
ｃは、ダウンコンバータＬ８ａ，１８ｂ，１８ｃの出力
信号が測距のための位相変調を受けている場合、この変
調波（受信測距信号）を抽出する位相復調器である。

２Ｉは必要に応して位相変調器１０に送信測距信号を送
り、その１部と受信測距信号とを位相比較することによ
って送信電波の往復距離を求める測距部（第１の手段）
である。なお、測距部２ｌの動作は、いわゆるレンジア
ンドレンジレート測定の測距動作と基本的には同しであ
るから、ここでは説明を省略ずる。２２は測距部２１で
得られた２つの距離データｒ１とｒｚ　　（又はｒ２と
ｒ３ｒ，とｒｌ）とアンテナ方位角データとを用いて？
標の３次元座標計算を行う計算機（第２の手段）である
。又、２　３　ａ，　　２　３　ｂ，　　２　３　ｃは
それぞれ周波数ｆＩ　＋３１．ｆ２（３１　，ｆ３Ｈｌ
　の基準発振器、２　４　ａ，　　２　４　ｂ，　　２
　４　ｃは位相保持回路１９ａ，１９ｂ，１９Ｃ（７）
出力と基準発振器２３ａ　　２３ｂ，２３ｃの出力から
、それぞれ２ｆｄ＋，２ｆｄ■．２ｆｄ３なるドソプラ
周波数を抽出するドソプラ抽出回路である。

次に、第３図において、２５はアンテナの放劃面、２６
は放射面２５を構戒する縦長アレイアンテナの１つで、
垂直方向にｃｏｓｅｃ２θ形相当のパターンを得るよう
に各素子の位相と振幅が調整されている。２７はサーキ
ュレータ、２８は周波数ｆｏ用帯域通過フィルタ、２９
ぱ低雑音増幅器、３０は受信周波数ｆｏ十ｆｄｌを（ｌ
（１１　　＋ｆａ＋ニ変換するダウンコンバータ、３１
は基準周波数ｒ．を供給する基準発振器、３２は位相保
持回路、３３は周波数ｆｌ　（１１　　→−ｆ，，を（
　，　　（”　　＋　ｆ　ａＩニ変換するアップコンバ
ータ、３４は基準周波数ｆＬ■を供給する基準発振器で
ある。一方、３５は位相保持回路３２の人力信号と、こ
れから早い位相変化の除かれた出力信号によって、位相
変調波，すなわち測距信号を抽出ずる位相復調器、３６
は副サイトの位置を示す座標を必要に応じて主サイト側
へ伝送するためのＰＳＫ変調器、３７は位相復調器３５
の出力（測距信号）とＰＳＫ変調器３６の出力（位置座
標信号）とを合威し増幅する加算増幅器である。３日は
アンプコンバータ３３の出力．すなわち周波数ｆ　，　
　＋２１　　＋ｆｄ＋の搬送波を加算増幅器３７の出力
信号によって位相変調する位相変調器、３９は電力増幅
器である。

なお、第３図の回路において、各周波数の間に次の関係
が或立していれば、アンテナ放射面２５へ入射する電波
の到来方向に向かって再放射する電波を発生する特性，
いわゆるレトロディレクティブ特性を形或し得ることは
周知であるので（太田尭久他，“Ｌバンドレトロディレ
クティブアレーアンテナの試作”，三菱電機技報，　Ｖ
ｏｌ．　５５Ｎｏ．４，ｐｐ．５０−５４．　１９８１
．）　、ここではその動作説１！ＩＩを省略する。

＝９ １０ ？ｔ＋＞ｆ，）＝　ｆ　　（２１ ｆＬｌ　＋　ｒＬｚ　　ｆ６　　＝ｆｌ　　”ｆ■〈〈
ｆｏ また、位相復調器３５，ＰＳＫ変調器３６及び加算増幅
器３７から或る一点破線で示した部分は、中央部縦長ア
レイアンテナのみに付加され、その加算増幅器３７の出
力は中央部以外の各縦長アレイアンテナの位相変調器３
８へも供給されるようになっている。

次に動作について説明する。

今、第１図において、主サイトｌからペンシルビーム２
でＣｗの電波を放射しながら、副サイト５から副サイト
８にかけて空間を走査しているものとする。このとき、
セクタＡ内に目標機３が進入し、ペンシルビーム２で照
射されると、目標機３は一般的にはほぼ全周方向に電波
を散乱させるであろう。ところが、目標機３にステルス
化対策が講じられている場合は様子が異なる。つまり、
この場合は殆どの方向で散乱波の強度が低下するものの
、送信源と反対方向に散乱される，いゎゆる前方散乱波
４ａだけは、元来の強いピーク値を保ってローブ状に発
生する。このことは理論的にも実験的にも証明されてい
る。すなわち、前方散乱断面積σ，ば目標機３のヒーム
を遮ぎる垂直断面の面積をＡ。．電波の波長をλとすれ
ば、目標機３の材質に無関係にσ　＝　ｇ４＝＋”で表
される。

この発明は、この強い前方散乱波を目標機の検出と、検
出データの伝送のために有効利用するものである。

以下、第１図〜第３図によって、ペンシルビム２がセク
タＡ内で目標３を照射している場合について、動作を詳
細に説明する。

まず、第２図の基準発振器９で発生した基準ＣＷ信号を
位相変調器１０を無変調で通過させてアソブコンハータ
１１に送り、ここでこれをｆ。

に変換する。これは高電力増幅器１２で必要なレヘルに
増幅されると、サーキュレーク１３を経由してフェーズ
ドアレイアンテナｌ４によりペンシルビームとして空間
に放射される。このペンシルビームはビーム制御回路１
５によって指向方向が制御され、所望の覆域を走査する
。

第１図に示されたこのペンシルビーム２は、今、目標機
３の方向を指向しているから、放射されたｆｏのＣＷ電
波は目標ａ３を照射し、強いピーク値をもつロープ状前
方散乱波４ａを発生する。この前方散乱波４ａは、目標
機３の移動に伴ってドソブラ偏移を受けているが、その
１部は副サイト５及び６に向かい、前者ではｒ。＋ｆ　
ｄｌ＋後者ではｆＯ＋ｆｄＺなる周波数のＣＷ電波が受
信される。

ここでｆ　ｄｌｒ　　ｆｄ２はドップラ周波数である。

第３図において、前方散乱波４ａの１部が副サイト５の
アンテナ放射面２５に入射すると、これは多数の縦長ア
レイアンテナ２６によって分割受信され、同様に処理さ
れる。すなわち、１つの縦長アレイアンテナ２６で受信
された散乱波は、サキュレータ２７，帯域通過フィルタ
２８を経て、低雑音増幅器２９で増幅され、ダウンコン
バータ３０に送られて基準発振器３１の出力（周波数ｆ
　Ｌｌ）と混合され、Ｂ　　Ｎ＋　　＋（，，に周波数
変換される。次に、位相保持回路３２でコヒーレント？
号とされ、次のアソプコンバータ３３で６　準Ｑ振器３
４の出力（周波数ｆ　ｔｚ）と混合され、ｆ　，　　＋
２＋　　＋　ｆ■に周波数変換される。このとき、ｆ＋
　　”　　−ｆｌ．＋十ｆＬ２　　ｆｏなる関係を満た
している。ここまでの処理によって、縦長アレイアンテ
ナ２６への散乱波入射位相に応した所要の位相補償が行
われ、次の位相変調器３８を経て電力増幅器３９で増幅
され、サーキュレータ２７を経由し縦長アレイアンテナ
２６から空間に放射される．、空間ではそれぞれに所要
の位相補償の行われた多数の縦長アレイアンテナからの
放射波が、散乱波到来方向にほぼ同相で合威され、目標
機３の方向に強い放射波を生ずる。

このようにして副サイト５と６から再放射された．それ
ぞれｆ，　　＋２＋　　＋ｆｄ■とｆ２（２〉　十ｆ，
２の２つの電波は、第１図に示すように目標機３で散乱
されると、それぞれ前方散乱波４ｂと４０を発生するか
ら、これらの１部が主サイト１において受信される。受
信波は目標機３の移動に伴って再びドップラ偏移を受け
、ｆ，”）＋ｆ，，十ｆ，，１３ １４ ？びｆ２（２》　＋ｆｄ■＋ｆｄ■゛なる周波数となる
。

ここで、ｆｄｌ　　＋　　ｆｄ２′は新たに生したドソ
プラ周波数で、ｆｄｌ’　”’ｄｌ＋　　ｆｄ２゜＝ｆ
，２であるからこれらぱｆ　，　　＋２１　　＋２　（
ｄ＋及び（２＋２１　　＋２ｆ，■と近似される。

第２図に示す主サイトのフェースドアレイアンテナ１４
で受信されたｆｌ　　”　　＋２ｆａＩ及びｆ２（２１
　　＋２　（ｄ■なる周波数のｃｗ受信波は、サキュレ
ータ１３を経てそれぞれ帯域通過フィルタ１６ａ及び１
６ｂの出力端に表れる。これらはそれぞれ低雑音増幅器
１７ａ，１７ｂで増幅され、ダウンコンハータ１８ａ，
１８ｂによりそれぞれｆ＋　　”　　＋２　ｆｄ，．ｆ
ｚ　”　　＋２　１ｄｚにＪＩ波数ｉ換され、次の位相
保持回路１９ａ，１９ｂに送られる。

以上のようにして、第２図の基準発振器９で発生した基
＄ＣＷ信号が、主サイト１一目標機３一副サイト５及び
６一目標機３一主サイト１と言う経路をたどって、最終
的にｆＩ　＋３１＋２　ｆ■及びｆ２（３１　　＋　２
　ｆｄ■なる周波数のＣＷ受信信号にな？訳で、ここに
おいて基準ＣＷ信号を測距部２１から出力する送信測距
信号により位相変調器１０で位相変調を行えば、第３図
の位相保持回路３２の人力側に到達した被変３）Ｂ　ｃ
　ｗ信号は、もし縦長アレイアンテナ２６がアンテナ放
射面２５の中央に位置している場合には、次の位相復調
器３５に送られ測距信号が抽出される。この信号は加算
増幅器３７で、ＰＳＫ変調器３６の出力（位置座標信号
）と共に増幅され、アソプコンハータ３３の出力の位相
変調信号となる。このようにして、副サイ１へから放射
される電波は測距信号と位置座標信号とによって変調を
受けるから、第２図の主サイトにおけるダウンコンバー
タ１８ａ，１８ｂの出力端に表れるｆ　，　　（ｆｆ）
　　＋　２ｆｄＩ及びｆ２（′Ｊ）＋２ｆｄ■なる周波
数の受信波も同様に変調を受けた信号となる。よって、
位相保持回路１９ａ１９ｂの出力端にそれぞれｆ，　　
＋３１　　＋２　（，，，（２ｆ３１　　＋’ｌ　ｆ，
■の搬送波が、又、位相復調器２０ａ，２０ｂの出力端
には変調信号が得られ、測距部２１で送・受測距信号を
位相比較することにより主サイト１から目標機３を経由
して副サイト５及び６に至る往復時間を求めることがで
きる（電子回路の固定遅延時間は除去する）。これによ
り、主サイト１から目標ｊａ３を経由して副サイト５に
至る距離ｒ，と、同しく副サイｌ−　６に至る距離ｒ２
が得られるから、これらと主サイト１のアンテナ方位角
データとを計算機２２に送れば、目標機３の３次元座標
が、主サイト１と副サイト５を焦点とする楕円面と、主
サイト１と副サイト６を焦点とする楕円面，および主サ
イト１と目標機３を含み、大地に垂直な平面の共有点の
座標として求められる。このとき副サイトが移動してい
る場合は、位置座標データによって焦点座標の更新を行
う。

一方、位相保持回路１９ａ，１９ｂの出力端に得られる
搬送波はドソプラ抽出回路２４ａ，２４ｂに送られ、基
準発振器２３ａ，２３ｂの出力と比較して距離変化率デ
ータが抽出される。これは必要に応じて目標機３の移動
速度・方向の確定などに利用される。

又、以上は目標機３がセクタＡ内に進入した場合につい
て述べたが、セクタＢ，Ｃ，一向に進入した場合および
それらの境界線上に進入した場合についても、応答する
副サイト５，６→６，７→７，８と変るだけで、システ
ムは全く同様に作動することは言うまでもない。

なお、上記実施例では、主ザイト１から目標機３を経由
した副サイト５および６までの往復距離の測定のために
、送信ＣＷ電波を正弦波で位相変調する方法，いわゆる
レンジアンドレンジレート測定法を用いたが、送信ＣＷ
電波をＰＣＭ変調する方法を用いてもよい。この場合、
第２図の測距部２１では、送・受信測距信号の位相差測
定を行う代わりに、変調パルスと復調されたパルスの時
間差を直接測定して往復距離を求める。又、送信波をパ
ルス変調し、２つの副サイトからのパルス応答信号の時
間差を計測するシステムとすることもできる。又、主サ
イト１および副サイト５〜８の受信回路には、通常のモ
ノスタティソクレーダでよく行われるように、挾帯域の
並列フィルタ群１７ ＝１８ （フィルタハンク）を設けて信号対雑音比の向」一を図
ることも可能である。又、主サイトｌは副サイト５〜８
からの送信波を目標機３を経由して受信する機能だけで
なく、通常のモノスタティソクレーダと同じように、主
ザイト送信波の目標機３による後方散乱波を主サイトで
受信ずる機能を同時に備えさせることもできる。このよ
うなモノスタティソク／バイスタティック併用のハイブ
リソドシステムでは、副サイト５〜８から見通しの効か
ない主サイト１の近傍領域にある目標機の探知，追尾も
可能となり、レーダ覆域が増大する。同様に、副サイト
５〜８は目標機３による前方散乱波を受信．増幅して送
り返すだけでなく、受信波を自副サイトで処理，活用す
ることもできる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、レーダシステムを主
サイトとこれを中心としてほぼ円弧上に配置する複数個
の副サイトから構戒し、各副サイトにはレトロディレク
ティブアンテナを採用したので、目標の前方散乱波を往
復利用することができ、これによりステルス化対策が講
じられた目標の検知，位置決定および追尾等が可能で、
且つ、専用の通信リンクを必要としないレーダシステム
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図はこの発明のシステム展開図、第２図は主サイト
の主要構戒回路を示すブロック図、第３図は１つの副サ
イトの主要構或回路を示すブロック図である。 ２１は測距部（第１の手段）、２２は計算機（第２の手
段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測距信号によって変調を受けた送信波を放射し、得られ
   た受信波の測距信号と前記送信波の測距信号とを比較す
   ることによって電波の往復距離を求める主サイトと、こ
   の主サイトを中心としたほぼ円弧上に配置され、主サイ
   トからの送信波の目標による前方散乱波を受信、増幅し
   てレトロディレクティブアンテナ動作によってこれを再
   び目標方向へ送り返す複数個の副サイトとから成り、主
   サイトに、受信波の測距信号と送信波の測距信号とによ
   り主サイトから目標を経由して２つの副サイトに至るま
   での往復距離を求める第１の手段と、これら２つの距離
   データと主サイトのアンテナ方位角データとを用いて目
   標の座標計算を行う第２の手段とを備えたことを特徴と
   するレーダシステム。