JPH04323586A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、航空機が低空飛行す
る際、障害物の高度差及び断面情報の検出時間を短縮す
る航空機搭載用レーダ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の航空機搭載用レーダ装置の
構成を示す図であり、図中、１は送信機、２は送受切換
器、３モノパルスアンテナ、４はモノパルスアンテナ３
から出力される和信号Σ０　及び差信号Δ０　にそれぞ
れ接続された受信機、５は信号処理器、６は表示器、７
はモノパルスアンテナ３を駆動するアンテナ駆動器であ
る。 図６は従来の航空機搭載用レーダ装置の構成品である信
号処理器５の構成を示す図であり、図中、８はバッファ
回路、９は信号検出器、１０は割算器、１１は高度差検
出器、１２は距離算出器、１３は地形断面探知機である
。

【０００３】次に動作について説明する。送信機１では
一定のパルス繰り返し周期を持った送信パルス信号が発
生され、送受切換器２を介して、モノパルスアンテナ３
から外部空間に放射される。そして障害物からの反射信
号はモノパルスアンテナ３で受信され、和信号Σ０　及
び差信号Δ０　に変換される。さらに受信機４はモノパ
ルスアンテナ３で変換された和信号Σ０　及び差信号Δ
０　をそれぞれビデオ信号に変換する。

【０００４】次いで信号処理器５は、障害物の高度差を
検出する機能及び障害物の断面情報を検出する機能を備
えており、それぞれの機能に対応した高度差検出器１１
及び地形断面探知機１３について別々に説明する。まず
、高度差検出器１１において、信号処理器５中のバッフ
ァ回路８はビデオ信号に変換された和信号Σ及び差信号
Δをレンジビン毎に格納して、和信号Σを信号検出器９
に出力し、和信号Σ及び差信号Δを割算器１０に出力す
る。信号検出器９は入力された和信号ΣからＣＦＡＲ（
Ｃｏｎｓｔａｎｔ　　Ｆａｌｓｅ　　Ａｌａｒｍ　　Ｒ
ａｔｅ）回路等により信号を検出し、後段の高度差検出
器１１で処理すべきレンジビンの範囲を判別し、そのレ
ンジビン番号を高度差検出器１１に出力する。一方割算
器１０は入力した和信号Σ及び差信号Δを和親号Σに対
する差信号Δの比Δ／Σに変換し、高度差検出器１１に
出力する。

【０００５】次いで高度差検出器１１の動作を図７を用
いて説明する。図７は高度差検出器１１の処理概念図で
あり、図中、１４は航空機、１５は障害物である。この
図は高度Ｈ０　の航空機１４に搭載された航空機搭載用
レーダ装置から前方の障害物１５の高度差を検出してい
るところを示している。ここで、信号検出器９から出力
されたレンジビンの範囲のうち、あるレンジビン番号ｉ
番目に存在する点Ａについて処理内容を説明する。点Ａ
のアンテナ中心軸からの角度Δθｉ　は割算器１０から
出力された和信号Σｉ　に対する差信号Δｉ　の比Δｉ
　／Σｉ　を用いて、式（１）によって算出することが
できる。 Δθｉ　＝Ｋｍ・Δｉ　／Σｉ　　　　　　　　（１）
　　ここで、Ｋｍ＝誤差感度

【０００６】また、レンジビン番号ｉ番目に存在する点
の距離Ｒｉ　は式（２）によって算出できる。 Ｒｉ　＝ｉ・ΔＲ　　　　（２）ここで、ΔＲ＝レンジ
ビン幅式（１）及び式（２）より点Ａのアンテナ中心軸
からの高度差ΔＨｉ　は式（３）により算出される。 ΔＨｉ　＝Ｒｉ　・ｔａｎΔθｉ ＝ｉ・ΔＲ・ｔａｎ（Ｋｍ・Δｉ　／Σｉ　）　　　　
（３）そして信号検出器９から出力されたレンジビンの
範囲についてレンジビン毎に式（１）、式（２）及び式
（３）で表わされる処理を繰返すことにより障害物の高
度差を検出する。さらに以上の処理はある方位方向につ
いての処理であり、モノパルスアンテナ３を機械的に駆
動させるアンテナ駆動器７にょって所望の覆域内を方位
方向にビーム走査し、それぞれの方位方向で同一の処理
を行うことによって、所望の覆域内の障害物の高度差を
検出することができる。この高度差を輝度情報に変換し
、表示器６に出力させて方位方向及びレンジに対応した
高度差を画面に表示する。

【０００７】次いで地形断面探知機１３について説明す
ると、信号処理器５中のバッファ回路８はビデオ信号に
変換された和信号Σ及び差信号Δをレンジビン毎に格納
して、和信号Δを信号検出器９に出力し、和信号Σ及び
差信号Δを割算器１０に出力する。信号検出器９は入力
された和信号ΣからＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ　　Ｆ
ａｌｓｅ　　Ａｌａｒｍ　　Ｒａｔｅ）回路等により信
号を検出し、後段の距離算出器１２で処理すべきレンジ
ビンの範囲を判別し、そのレンジビン番号を距離算出器
１２に出力する。一方割算器１０は入力した和信号Σ及
び差信号Δから和信号Σに対する差信号Δの比（以下「
Δ／Σ信号」と呼ぶ）を算出し、距離算出器１２に出力
する。 距離算出器１２は信号検出器１２は信号検出器９から出
力されたレンジビンの範囲内で、割算器１０から出力さ
れたΔ／Σ信号の極性が反転するレンジビンを検出する
。Δ／Σの極性が反転するレンジビン番号がｉ番目の時
、スラントレンジＲＳ　は式（４）で算出することがで
き、地形断面探知機１３に出力される。 ＲＳ　＝ｉ・ΔＲ　　　　　　　　　　（４）ここで、
ΔＲ＝レンジビン幅

【０００８】次いで地形断面探知機１３の説明を図８を
用いて説明する。図８は地形断面探知器１３の処理概念
図であり、図中、１４は航空機、１５は障害物である。 この図は高度Ｈ０　の航空機１４に搭載された航空機搭
載用レーダ装置から前方の障害物１５の自機飛行方向の
断面情報を検出しているところを示している。また、図
中のΣはモノパルスアンテナ３の和のパターンを示し、
Δ（＋）及びΔ（−）は差パターンであり（）内の＋は
和パターンと同相、−は和のパターンと逆相であること
を示す。指向方向θｊ　のアンテナビームの中心軸と障
害物との交点を点Ｐｊ　とすると、距離算出機１１の処
理によって、Δ／Σ信号の極性が負から正に反転するレ
ンジビンを検出し、スラントレンジＲｓｊを式（４）を
用いて求める。そして点Ｐｊ　の水平距離Ｒｊ　と高度
Ｈｊ　を式（５）、式（６）で算出する。 Ｒｊ　＝Ｒｓｊ・ｃｏｓθｊ　　　　　　　　　　　（
５）Ｈｊ　＝Ｈ０　−ΔＨＪ ＝Ｈ０　−Ｒｓｊ・ｓｉｎθｊ　　　　　（６）

【００
０９】そして指向方向θｊ＋１　のアンテナビームの中
心軸と障害物との交点を点Ｐｊ＋１とすると点Ｐｊ　と
点Ｐｊ＋１　との間の傾きＴｊ　は式（５）及び式（６
）より式（７）で算出する。

【００１０】

【数１】

【００１１】次いでアンテナ駆動器７によってアンテナ
ビームを自機飛行方向の垂直面に沿ってビーム走査を行
い、それぞれの高低角方向で同一の処理を行うことによ
り、水平距離Ｒに対する障害物の傾きＴを算出する。こ
の障害物の傾きＴを輝度情報に変換し、表示器６に出力
して、水平距離Ｒに対する障害物の傾きＴを表示させる
ことにより、地形等の障害物の断面情報を認識すること
ができる。

【００１２】以上の処理を行うことによって方位方向に
ビームを走査し、地形の高度差を検出し、さらに高低角
方向にビームを走査することによって、地形の断面情報
を認識することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の航空機搭載用レ
ーダ装置は以上のように構成されているので、前方の障
害物の高度差及び断面情報を検出する際、所望の領域内
を一本のアンテナビームで走査し、障害物からの反射信
号を取得しているので、障害物の断面情報を検出する時
間が長くなるという課題があった。

【００１４】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、複数の素子アンテナで受信した受
信デジタル信号を一旦バッファメモリに格納し、その受
信デジタル信号を時分割にフーリエ変換することにより
パルス繰返し周期（以下「ＰＲＩ」と呼ぶ。）の間に複
数の受信ビームを形成して、各受信ビーム毎に障害物の
高度差及び断面情報を検出することにより、障害物の高
度差及び断面情報の検出時間を短縮できる航空機搭載用
レーダ装置を得ることを目的とする。

【００１５】また、この発明の別の発明は、上記目標に
加えて、送信パルス信号を複数のサブパルスに分割し、
送信ビーム指向方向にそれらのサブパルスをそれぞれ対
応させて狭ビームでビーム走査することによって、信号
対雑音電力比を改善させることができる航空機搭載用レ
ーダ装置を得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる航空機
搭載用レーダ装置は、所望の覆域内にファンビームで送
信パルス信号を送信することができる送信装置を設け、
方位角が同一で高低角の異なる一対の受信ビームを形成
すると共に、方位角が同一で高低角が連続的に異なる複
数の受信ビームを時分割で複数本形成できるビーム形成
回路を設け、その後段に上記複数の受信ビームのうち方
位方向には高低角の異なる一対の受信ビームで受信した
受信信号の和と差を算出すると共に、高低角方向には互
いに隣接する２本の受信ビームで受信した受信信号の和
と差を算出するモノパルス演算回路を設けたものである
。

【００１７】また、この発明の別の発明に係わる航空機
搭載用レーダ装置は、上記送信装置の代わりに、任意の
方向に指向する送信ビームを形成するために送信パルス
信号の位相を制御する移相器と、この移相器の出力信号
を増幅する増幅器と、送信パルス信号を複数のサブパル
スに分割して各移相器に供給する送信パルス変調回路と
、上記各サブパルスを放射する方位方向を制御するビー
ム制御回路と、これらの各サブパルスの放射方向に送信
ビームを形成するために必要な移相量を算出する移相量
算出回路を設けたものである。

【００１８】

【作用】この発明においては、複数の素子アンテナを介
して受信した障害物からの反射信号をデジタル化した受
信デジタル信号を一旦バッファメモリに格納し、その受
信デジタル信号をビーム形成回路で時分割にフーリエ変
換することにより、１ＰＲＩの間に異なる方位方向を指
向する複数の受信ビームを形成すると共に、方位角が同
一で高低角が連続的に異なる複数の受信ビームを形成し
、受信ビーム毎に受信信号を処理することによって障害
物の高度差及び断面情報を検出する時間を短縮できる。

【００１９】また、この発明の別の発明においては、上
記作用に加えて、送信器で発生した送信パルス信号を複
数のサブパルスに分割し、複数の素子アンテナに対応し
て設けられた増幅器及び移相器を用いて空間合成した狭
ビームを方位方向さらに高低角方向に走査しながら、送
信パルス信号のパルス幅内に、上記複数のサブパルスを
順次異なる方向に放射することによって、有効放射電力
を増大させ、信号雑音電力比を改善することができる。

【００２０】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。なお、従来技術と同一の構成要素については、同
一番号を付して、その説明を省略する。

【００２１】図１はこの発明の一実施例の構成を示す図
で、図中、１６は送信アンテナ、１７は送信アンテナ１
６及び送信機１とから構成される送信装置、１８は素子
アンテナ、１９は複数の素子アンテナ１８から構成され
るアレイアンテナ、２０はバッファメモリ、２１はビー
ム形成回路、２２はモノパルス演算回路である。

【００２２】次に動作を図１及び図２を用いて説明する
。図２はこの発明の航空機搭載用レーダ装置の受信ビー
ム形成方法を示す図であり、図中、２３はこの発明の航
空機搭載用レーダ装置、２４は所望の覆域、Ｂｊ１ある
いはＢｊ２は方位方向の受信ビームであり、Ｂ’ｊ　は
各々の受信ビームである（ここでｊは自然数である）。 送信機１で発生した送信パルス信号は、送信アンテナ１
６を介して、図２に示すように所望の覆域２４をカバー
するようなファンビームによって送信される。

【００２３】次いで複数の素子アンテナ１８で構成され
ているアレイアンテナテナ１９は障害物からの反射信号
を受信し、各素子アンテナ１８に接続された受信機４に
それぞれ出力する。各々の受信機４は入力した受信信号
を増幅・検波後デジタル化し、この受信デジタル信号を
バッファメモリ２０に出力する。そしてバッファメモリ
２０は入力した受信デジタルをビーム形成回路２１に出
力し、ビーム形成回路２１は入力した受信デジタル信号
をフーリエ変換して一対の受信ビームＢｊ１及びＢｊ２
を形成し、この処理を時分割で繰り返すことにより、各
々方位角の異なった一対の受信ビームを形成する。さら
に入力した受信デジタル信号をフーリエ変換して高低角
方向に複数の受信ビームＢ’ｊ　を時分割で形成する。 以上の処理を行うことにより、ビーム形成回路２１は第
２図に示すような十字型の受信ビームＢｊ１、Ｂｊ２及
びＢ’ｊ　を形成することができる。なお、一対の受信
ビームＢｊ１とＢｊ２及び高低角方向に隣接する受信ビ
ームＢ’ｊ　とＢ’ｊ＋１　のビーム中心の間隔は、後
段のモノパルス演算回路２２でモノパルス演算を行うた
め、当該分野の技術者には周知の通り、ビーム幅をθｂ
とすると０．３・θｂ程度である。

【００２４】そしてモノパルス演算回路２２は一対の受
信ビームＢｊ１とＢｊ２及び高低角方向に隣接する受信
ビームＢ’ｊ　及びＢ’ｊ＋１　で得られた受信記号を
入力し、それらの受信信号を加算して、和信号Σｊ　を
算出する。さらにそれらの受信信号を減算し、差信号Δ
ｊ　を算出する。このようにして、モノパルス演算回路
２１はそれぞれの高低角方向の和信号Σｊ　及び差信号
Δｊ　を算出し、信号処理器５に出力する。

【００２５】次いで信号処理器５は入力された高低角方
向毎の和信号Σｊ　及び差信号Δｊ　をバッファメモリ
回路８に格納し、方位方向及び高低角方向毎に従来の航
空機搭載用レーダ装置と同一の処理を行うことによって
、地形等の障害物の高度差及び断面情報が得られる。

【００２６】実施例２．次いでこの発明の一実施例を図
について説明する。図３はこの発明の別の発明の航空機
搭載用レーダ装置の構成を示す図である。図において２
、４、１８〜２２及び５〜６までは上記この発明の航空
機搭載用レーダ装置の構成と全く同一であり、２５は送
受信モジュール、２６は増幅器、２７は移相器であり、
送受信モジュール２６は受信機４、送受切換器２、増幅
器２６及び移相器２７から構成されている。１は送信機
、２８は全ての移相器２７に接続されている送信パルス
変調回路、２９はビーム制御回路、３０は全ての移相器
２７に接続されている位相量算出回路である。

【００２７】次に動作について図３及び図４を用いて説
明する。図４（ａ）はこの発明の別の発明の航空機搭載
用レーダ装置の送信ビームの走査方法及び受信ビームの
形成方法を示す図であり、図４（ｂ）はこの発明の別の
発明の航空機搭載用レーダ装置の送信タイミングを示す
図である。図中、３１はこの発明の別の発明の航空機搭
載用レーダ装置であり、送信ビームは図に示すとおり十
字型になっているので、まず、方位方向について説明す
ると、Ｂｊ１あるいはＢｊ２（ここでｊは自然数である
。）は各々の受信ビーム、Ｂｊ　は送信ビーム、θｊ　
は送信ビームＢｊ　の指向方向の方位角であり、送信ビ
ームＢｊ　の形状は、受信ビームＢｊ１とＢｊ２を合成
したものと同一である。そして、高低角方向について説
明すると、Ｂｊ　（ここでｊは自然数である。）は各々
の受信ビーム、Ｂ’ｊ，　ｊ＋１は送信ビーム、θ’ｊ
　は送信ビームＢｊ，　ｊ＋１の指向方向の高低角であ
り、送信ビームＢ’ｊ，　ｊ＋１の形状は、受信ビーム
Ｂ’ｊ　とＢ’ｊ＋１　を合成したものと同一である。

【００２８】次いで、送信ビームの形成方法について説
明すると、送信ビームは方位方向に走査され、次に高低
角方向に走査することにより、図４（ａ）に示すとおり
送信ビームも十字型に形成される。まず、方位方向の送
信方法について説明すると、送信機１で発生した送信パ
ルス信号は送信パルス変調回路２８に入力される。送信
パルス変調回路２８では送信パルス信号を図４（ｂ）に
示すような送信タイミングで複数のサブパルスに分割し
、さらに分配して複数の移相器２７に入力される。また
、ビーム制御回路２１は各サブパルスを放射する方位方
向θｊ　を指示し、移相量算出回路３０はこれら各サブ
パルスの放射方向θｊ　に送信ビームを形成するために
必要な各移相器２７の移相量φ１　〜φｍ　を算出し、
位相器２７に出力する。このようにして、移相器２７に
入力した各々のサブパルスはビーム制御回路２９で制御
されたビーム指向方向に、増幅器２６、送受切換器２を
介してアレイアンテナ１９から放射される。

【００２９】次いで、高低角方向の送信ビームの走査方
法について説明すると、方位方向の場合と同様であり、
送信パルスを発生させ、図４（ｂ）に示すような送信タ
イミングで複数のサブパルスに分割し、さらに分配して
複数の移相器２７に入力される。また、ビーム制御回路
２９は各サブパルスを放射する高低方向θ’ｊ　を指示
し、移相量算出回路３０はこれら各サブパルスの放射方
向θ’ｊ　に送信ビームを形成するために必要な各移相
器２７の移相量φ’１　〜φ’ｍ　を算出し、移相器２
７に出力する。このようにして、移相器２７に入力した
各々のサブパルスはビーム制御回路２９で制御されたビ
ーム指向方向に、増幅器２６、送受切換器２を介してア
レイアンテナ１９から放射される。

【００３０】以上のように、送信ビームＢｊ　及びＢ’
ｊ　，ｊ＋１は送信パルス信号のパルス幅内でＢ１　、
Ｂ２　・・・・と方位方向に順次ビーム走査を行い、さ
らにＢ１，２、Ｂ２，３・・・と高低角方向に順次ビー
ム走査を行いながら、各々のサブパルスを所望の覆域内
２４に放射する。

【００３１】次いでアレイアンテナ１９は障害物からの
反射信号を受信し、送受切換器２を介して、受信機４に
出力する。各々の受信機４は入力した受信信号を増幅・
検波後デジタル化し、この受信デジタル信号をバッファ
メモリ２０に出力する。そして受信デジタル信号はビー
ム形成回路２０に出力され、ビーム形成回路２１は入力
した受信デジタル信号をフーリエ変換することにより、
各サブパルスを放射した方位方向θｊ　毎に高低角の異
なる一対の受信ビームＢｊ１及びＢｊ２、高低角方向θ
’ｊ　毎に隣接する受信ビームＢ’ｊ　及びＢ’ｊ＋１
　を１ＰＲＩ間に時分割で複数個形成する。そしてモノ
パルス演算回路２２及び信号処理器５は上記この発明の
航空機搭載用レーダ装置と同一の処理を行って、地形等
の障害物の断面情報を検出する。

【００３２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、各素子
アンに各々受信機を接続し、１ＰＲＩの間に時分割で多
数の受信ビームが得られるようにバッファメモリ及びビ
ーム形成回路を設けたので、１ＰＲＩの間に障害物から
の受信信号が得ることができ、障害物の断面情報を検出
する処理時間を短縮することができる。

【００３３】またこの発明の別の発明によれば、上記効
果に加えて、送信パルス信号の複数のサブパルスに分割
し、送信パルス信号のパルス幅内に各サブパルスを狭ビ
ームで順次高低角の個となる方向に放射することよって
、有効放射電力を増大させ、信号対雑音電力比の改善が
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による航空機搭載用レーダ
装置の構成図である。

【図２】この発明の航空機搭載用レーダ装置の受信ビー
ムの形成方法を示す図である。

【図３】この発明の別の発明の一実施例による航空機搭
載用レーダ装置の構成図である。

【図４】（ａ）はこの発明の別の発明の航空機搭載用レ
ーダ装置の送信ビームの走査方法及び受信ビームの形成
方法を示す図であり、（ｂ）はこの発明の別の発明の航
空機搭載用レーダ装置の送信タイミングを示す図である
。

【図５】従来の航空機搭載用レーダ装置の構成図である
。

【図６】従来の航空機搭載用レーダ装置の構成品である
信号処理器の構成図である。

【図７】障害物の高度差を検出する処理概念図である。

【図８】障害物の断面情報を検出する処理概念図である
。

【符号の説明】

１６　　送信アンテナ １７　　送信装置 １８　　素子アンテナ １９　　アレイアンテナ ２０　　バッファメモリ ２１　　ビーム形成回路 ２２　　モノパルス演算回路 ２５　　送受信モジュール ２６　　増幅器 ２７　　移相器 ２８　　送信パルス変調回路 ２９　　ビーム制御回路 ３０　　移相量算出回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アレイアンテナの各素子アンテナで受
   信した受信信号より複数の受信ビームを形成して前方の
   障害物を検出する航空機搭載用レーダ装置において、所
   望の覆域内に送信パルス信号を放射する送信装置と、上
   記各素子アンテナに対応して設けられ、上記受信信号を
   増幅・検波後デジタル化する複数の受信機と、上記複数
   の受信機の出力信号を格納するバッファメモリと、この
   バッファメモリの出力信号より方位角が同一で高低角が
   異なる一対の受信ビームを任意の方位方向に形成すると
   共に、方位角が同一で高低角が連続的に異なる複数の受
   信ビームを時分割で複数本形成するビーム形成回路と、
   上記複数の受信ビームのうち方位方向には高低角が異な
   る一対の受信ビームで受信した信号の和と差を算出する
   と共に、高低角方向には互いに隣接する２本の受信ビー
   ムで受信した信号の和と差を算出するモノパルス演算回
   路と、このモノパルス演算回路の出力信号より上記障害
   物の高度差を検出し、断面情報を抽出する信号処理器を
   具備した航空機搭載用レーダ装置。
2. 【請求項２】　　アレイアンテナの各素子アンテナで受
   信した受信信号より複数の受信ビームを形成して前方の
   障害物を検出する航空機搭載用レーダ装置において、上
   記各素子アンテナに対応して設けられ任意の方向を指向
   する送信ビームを形成するために送信パルス信号に位相
   を制御する移相器と、この移相器の出力信号を増幅する
   増幅器と、上記送信パルス信号を複数のサブパルスに分
   割して上記各移相器に供給する送信パルス変調回路と、
   上記各サブパルスを放射方向に制御するビーム制御回路
   と、これら各サブパルスの放射方向に送信ビームを形成
   するために必要な上記各移相器の移相量を算出する移相
   量算出回路と、上記各素子アンテナに対応して設けられ
   、上記受信信号を増幅・検波後デジタル化する複数の受
   信機と、上記複数の受信機の出力信号を格納するバッフ
   ァメモリと、このバッファメモリの出力信号より方位方
   向には上記各サブパルスを放射した方位方向毎に高低角
   の異なる一対の受信ビームを形成すると共に、高低角方
   向には上記角サブパルスを放射した各々の方向の受信ビ
   ームを時分割で複数本形成するビーム形成回路と、上記
   複数の受信ビームのうち方位方向には低角が異なる一対
   の受信ビームで受信した信号の和と差を算出すると共に
   、高低角方向には互いに隣接する２本の受信ビームで受
   信した信号の和と差を算出するモノパルス演算回路と、
   このモノパルス演算回路の出力信号より上記障害物の高
   度差を検出し、断面情報を抽出する信号処理器を具備し
   た航空機搭載用レーダ装置。