JPH06242229A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明の目的は、所望のアンテナビーム方向
に対して信号内でビーム方向が変化せず、理論的には無
限大の周波数帯域を持つ信号の送受信が可能で、これに
よって高い距離分解能が得られるレーダ装置を提供する
ことにある。 【構成】この発明に係るレーダ装置は、少なくとも受信
信号について、各アンテナ素子または各サブアレイの合
成開口中心点での経路長を信号の放射時間あるいは到来
時間としてとらえ、アンテナビームの形成方向につい
て、各アンテナ素子またはサブアレイの合成開口中心点
で受ける電波の到来時間が位相一致面で同一となるよう
に、各系統の受信信号を適宜遅延して時間補正すること
で、所望の方向で信号の全エネルギーが受信できるよう
にし、これによって理論的には無限大の周波数帯域を持
つ信号を受信可能とし、高い距離分解能が得られるよう
にしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数のアンテナ素子
を有し、各アンテナ素子の位相を制御することによりア
ンテナビーム方向を制御する電子走査アンテナを用い
て、内部で広い周波数帯域の変調が行なわれた信号を、
アンテナビームを偏心させることなく送受信する高分解
能レーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的なレーダ装置は、図４に示
すように、電子走査アンテナ１１、送受信装置１２、信
号処理装置１３、表示装置１４、ビーム指向方向制御装
置１５で構成される。

【０００３】電子走査アンテナ１１は、アレイアンテナ
１１１、送受切換部１１２、位相制御部１１３、送信系
と受信系の増幅／周波数変換回路１１４，１１５を備え
る。アレイアンテナ１１１は多数のアンテナ素子ａをア
レイ状に配列したものである。送受切換部１１２は各ア
ンテナ素子ａにサーキュレータｂを接続して送信系路と
受信系路を切り換えることで、アンテナ素子ａを送受共
用とする。位相制御部１１３はアンテナ素子毎に送信系
と受信系の移相器ｃ，ｄを備え、個々の移相器ｃ，ｄの
位相量を位相制御信号に応じて設定する。

【０００４】送信系は、送受信装置１２からの送信パル
スを増幅／周波数変換回路１１４で周波数変換及び電力
増幅した後、送信ビーム形成用の移相器ｃに通し、サー
キュレータｂを介してアンテナ素子ａに送る。ここで、
ビーム指向方向制御装置１５からの位相制御信号により
移相器ｃの位相量を制御することで、送信ビームの指向
方向を任意に設定することができる。

【０００５】受信系は、各アンテナ素子ａで受けた送信
パルスの反射信号を、サーキュレータｂを介し、受信ビ
ーム形成用の移相器ｄに通して増幅／周波数変換回路１
１５に送り、低雑音増幅及び周波数変換を行った後、送
受信装置１２に送る。ここで、ビーム指向方向制御装置
１５からの位相制御信号により移相器ｄの位相量を制御
することで、受信ビームの指向方向を任意に設定するこ
とができる。

【０００６】送受信装置１２は送信信号発生回路１２１
で繰返し送信パルスを生成して電子走査アンテナ１１へ
送出すると共に、このアンテナ１１から送られてくる受
信信号を検波回路１２２で直交検波する。これによっ
て、送信パルスの反射パルス受信信号（アナログビデオ
信号）を得る。このアナログビデオ信号は信号処理装置
１３に送られる。

【０００７】この信号処理装置１３は入力したアナログ
ビデオ信号をデジタルビデオ信号に変換した後、クラッ
タ抑圧処理を施し、振幅レベルを検出し、そのレベル変
化から目標を他のエコーと弁別し、目標位置を自動検出
する。検出された目標位置情報は表示装置１４に送ら
れ、所定の形式で表示される。

【０００８】ビーム指向方向制御装置１５は目的とする
方位、仰角に送信ビームあるいは受信ビームが形成され
るように位相制御信号を生成し、電子走査アンテナ１１
の位相制御部１１３に送出する。この指向方向の設定に
は、外部から任意の方向を直接指示する場合や、信号処
理装置１３で得られた目標位置情報を基に目標方向にビ
ームを形成させる追尾処理による場合がある。ところ
で、上記の構成のレーダ装置では、アンテナビーム方向
θと制御すべきアンテナ素子の位相量Δφは、よく知ら
れているように、 Δφ＝（２πｘ／λ） sinθ

【０００９】で表される。ここで、ｘはアンテナ開口の
位相中心からの距離、λは波長である。通常の移相器の
場合、制御可能な位相量は０から２πの倍数を引き去っ
た余りである。一方、制御すべきアンテナ素子の位相量
は、上式から明らかなように、信号の波長すなわち周波
数に依存している。

【００１０】したがって、通常の帯域を持つ信号の送受
信に際しては問題ないが、高い距離分解能を得るための
広い周波数帯域を持った信号の送受信に際しては、その
波長が信号の内部で変化するため、上記のように周波数
に対して一定の位相量が与えられた移相器を通過する
と、波長の変化に応じてアンテナビーム方向が信号内で
変化してしまう。よって、上記構成のレーダ装置では、
所望の方向に信号の全エネルギーが送受信されないとい
う問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のレーダ装置では、高い距離分解能を得るための広い
周波数帯域を持った信号の送受信に際し、その波長が信
号の内部で変化するため、一定の位相量が与えられた移
相器の通過時に、周波数（波長）の変化に応じてアンテ
ナビーム方向が信号内で変化してしまい、所望の方向に
信号の全エネルギーが送受信されないという問題があっ
た。

【００１２】この発明は上記の課題を解決するためにな
されたもので、所望のアンテナビーム方向に対して信号
内でビーム方向が変化せず、理論的には無限大の周波数
帯域を持つ信号の送受信を行なうことができ、これによ
って高い距離分解能が得られるレーダ装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明に係るレーダ装置は、複数のアンテナ素子を
アレイ状に配列した電子走査アンテナを用いて任意の方
向にアンテナビームを形成し、内部で周波数変調された
信号を送受するレーダ装置において、前記複数のアンテ
ナ素子またはこれらのアンテナ素子の送受信信号をまと
めて扱うサブアレイの各受信信号を時間補正信号に応じ
て遅延する受信時間補正手段と、前記アンテナビームの
形成方向について各アンテナ素子またはサブアレイの合
成開口中心点で受ける電波の到来時間が位相一致面で同
一となるように前記時間補正信号を生成する受信ビーム
指向方向制御手段とを具備して構成される。

【００１４】

【作用】上記構成によるレーダ装置では、少なくとも受
信信号について、各アンテナ素子または各サブアレイの
合成開口中心点での径路長を信号の放射時間あるいは到
来時間としてとらえ、アンテナビームの形成方向につい
て、各アンテナ素子またはサブアレイの合成開口中心点
で受ける電波の到来時間が位相一致面で同一となるよう
に、各系統の受信信号を適宜遅延して時間補正すること
で、所望の方向で信号の全エネルギーが受信できるよう
にし、これによって理論的には無限大の周波数帯域を持
つ信号を受信可能とし、高い距離分解能が得られるよう
にした。

【００１５】

【実施例】以下、図１を参照してこの発明の一実施例を
詳細に説明する。

【００１６】図１はこの発明に係るレーダ装置の構成を
示すものである。図１において、２１は電子走査アンテ
ナ、２２は送受信装置、２３は信号処理装置、２４は表
示装置、２５はビーム指向方向制御装置である。

【００１７】電子走査アンテナ２１はｎ個のサブアレイ
２１１１〜２１１ｎと、各サブアレイ２１１１〜２１１
ｎの送信系及び受信系別にそれぞれ遅延素子ｅ，ｆを設
けてなる時間補正部２１２と、送信系及び受信系にそれ
ぞれ設けられる増幅／周波数変換回路２１３，２１４を
備える。

【００１８】各サブアレイ２１１１〜２１１ｎは共に同
一構成であり、それぞれ複数のアンテナ素子ａをアレイ
状に配列されるアレイアンテナＡ１、各アンテナ素子ａ
にサーキュレータｂを接続してアンテナ素子ａを送受共
用とする送受切換部Ａ２、送信系及び受信系にそれぞれ
移相器ｃ，ｄを設け、各移相器ｃ，ｄの位相量を位相制
御信号に応じて設定することで送受信時のビーム方向を
制御する位相制御部Ａ３で構成される。

【００１９】時間補正部２２はサブアレイ２１１１〜２
１１ｎ毎に送信系と受信系の遅延素子ｅ，ｆを備え、個
々の遅延素子ｅ，ｆの遅延時間を時間補正信号に応じて
設定する。

【００２０】送信系は、送受信装置２２からの送信パル
スを増幅／周波数変換回路２１３で周波数変換及び電力
増幅した後、サブアレイ毎に分配し、それぞれ送信系の
遅延素子ｅで時間補正し、さらに送信ビーム形成用の移
相器ｃに通し、サーキュレータｂを介してアンテナ素子
ａに送る。ここで、ビーム指向方向制御装置１５からの
時間補正信号により遅延素子ｅの遅延時間を制御すると
共に、位相制御信号により移相器ｃの位相量を制御する
ことで、送信ビームの指向方向を設定する。

【００２１】受信系は、各サブアレイ２１１１〜２１１
ｎにおいて、アンテナ素子ａで受けた送信パルスの反射
信号を、サーキュレータｂを介し、受信ビーム形成用の
移相器ｄに通した後、まとめて受信系の遅延素子ｆに入
力し、時間補正を行なって増幅／周波数変換回路１１５
に送り、低雑音増幅及び周波数変換を行ない、送受信装
置２２に送る。ここで、ビーム指向方向制御装置１５か
らの位相制御信号により移相器ｄの位相量を制御すると
共に、時間補正信号により遅延素子ｆの遅延時間を制御
することで、受信ビームの指向方向を設定する。

【００２２】送受信装置２２は送信信号発生回路２２１
で繰返し送信パルスを生成して電子走査アンテナ２１へ
送出すると共に、このアンテナ２１から送られてくる受
信信号を検波回路２２２で直交検波する。これによっ
て、送信パルスの反射パルス受信信号（アナログビデオ
信号）を得る。このアナログビデオ信号は信号処理装置
２３に送られる。

【００２３】この信号処理装置２３は入力したアナログ
ビデオ信号をデジタルビデオ信号に変換した後、クラッ
タ抑圧処理を施し、振幅レベルを検出し、そのレベル変
化から目標を他のエコーと弁別し、目標位置を自動検出
する。検出された目標位置情報は表示装置２４に送ら
れ、所定の形式で表示される。

【００２４】ビーム指向方向制御装置２５は目的とする
方位、仰角に送信ビームあるいは受信ビームが形成され
るように、位相制御信号を生成し、電子走査アンテナ２
１の各サブアレイ２１１１〜２１１ｎにおける位相制御
部Ａ３に送出すると同時に、時間補正信号を生成し、電
子走査アンテナ２１の時間補正部２１２に送出する。こ
の指向方向の設定には、外部から任意の方向を直接指示
する場合や、信号処理装置２３で得られた目標位置情報
を基に目標方向にビームを形成させる追尾処理による場
合がある。

【００２５】すなわち、上記のレーダ装置では、高距離
分解能を得るために、広帯域の送信信号が送受信装置２
２から送出され、電子走査アンテナ２１へ出力されてい
るものとして、電子走査アンテナ２１を複数のサブアレ
イ２１１１〜２１１ｎで構成し、サブアレイ毎に送信系
と受信系の遅延素子を持ち、各遅延素子の遅延時間を補
正することで、サブアレイ間の送信時の放射時間差、受
信時の電波到来時間差を補正できるようにしている。上
記構成において、以下図２を参照してその作用を説明す
る。

【００２６】いま、図２に示すような電子走査アンテナ
を考えた場合、ある方向にビームを走査するためには、
各アンテナ素子ａで送受信される信号の位相が所望のビ
ーム方向で一致する必要がある。したがって、従来の電
子走査アンテナでは、移相器ｃまたはｄによって位相を
一致させる方式を採用している。

【００２７】しかしながら、この方式は、すでに述べた
ように、広い周波数帯域を持つ信号に対しては問題があ
る。これは、各アンテナ素子ａから位相の一致点までの
経路長Ｌを位相量として取り扱うことに起因している。
すなわち、経路長Ｌは物理的な長さであり、周波数に依
存しないにもかかわらず、位相量として取り扱うため周
波数に依存してしまい、広い周波数帯域を持つ信号を瞬
時に取り扱う際に問題となる。

【００２８】そこで、この発明では各アンテナ素子ａの
経路長Ｌを信号の放射時間あるいは到来時間として考え
る。図２における経路長Ｌを放射時間あるいは到来時間
Ｔとして考えると、 Ｔ＝Ｌ／ｃ＝（ｘ・ sinθ）／ｃ と表わされ、信号の持つ周波数とは無関係とすることが
できる。尚、上式において、ｃは高速を表わしている。

【００２９】以上のことから、ビーム指向方向に合わせ
て各アンテナ素子ａの送受信信号を時間補正すること
で、信号の周波数によらずに位相一致を実現できる。但
し、実際には、個々のアンテナ素子の配置間隔は経路長
Ｌが問題となるほど広くないので、アレイアンテナを複
数個のサブアレイに分割し、個々のサブアレイの開口位
相中心との関係で時間補正を行い、サブアレイ内で位相
制御を行うことで、その目的を十分達成できる。

【００３０】そこで、上記の実施例では、送信信号につ
いて、増幅／周波数変換後、遅延素子ｅによるサブアレ
イ毎の時間補正と、サブアレイ内のアンテナ素子ａ毎の
移相器ｃによる位相制御とを組み合わせて処理するよう
にしている。これにより、送信信号の周波数を変化させ
ても、所望の送信ビーム方向に信号の全エネルギーを集
中させることができる。

【００３１】また、受信信号については、送信信号とは
逆に、アンテナ素子毎の移相器ｄによる位相制御、サブ
アレイ毎の遅延素子ｆによる時間補正を経て合成するよ
うにしている。これにより、受信信号が広帯域であり、
波長が信号の内部で変化しても、所望の受信ビーム方向
に信号の全エネルギーを集中させることができる。

【００３２】したがって、上記構成によるレーダ装置
は、所望のアンテナビーム方向に対して信号内でのビー
ム方向を一致させることができ、理論的には無限大の周
波数帯域を持つ信号の送受信が可能となり、これによっ
て高い距離分解能が得られるようになる。

【００３３】図３はこの発明を受信系にのみ適用した場
合の実施例を示すもので、３１は電子走査アンテナ、３
２は送受信装置、３３は信号処理装置、３４は表示装
置、３５はビーム指向方向制御装置である。尚、信号処
理装置３３、表示装置３４及びビーム指向方向制御装置
３５は、いずれも図１の信号処理装置２３、表示装置２
４及びビーム指向方向制御装置２５と全く同一であるの
で、ここではその説明を省略する。

【００３４】電子走査アンテナ３１は、アレイアンテナ
３１１、送受切換部３１２、位相制御部３１３、送信系
の増幅／周波数変換回路３１４，受信系の増幅／周波数
変換３１５１〜３１５ｍを備える。アレイアンテナ３１
１はｍ個のアンテナ素子ａをアレイ状に配列したもので
ある。送受切換部３１２は各アンテナ素子ａにサーキュ
レータｂを接続して送信経路と受信経路を切り換えるこ
とで、アンテナ素子ａを送受共用とする。位相制御部３
１３は送信系にアンテナ素子毎に移相器ｃを備え、個々
の移相器ｃの位相量を位相制御信号に応じて設定する。

【００３５】送信系は、送受信装置３２からの送信パル
スを増幅／周波数変換回路３１４で周波数変換及び電力
増幅した後、送信ビーム形成用の移相器ｃに通し、サー
キュレータｂを介してアンテナ素子ａに送る。ここで、
ビーム指向方向制御装置３５からの位相制御信号により
移相器ｃの位相量を制御することで、送信ビームの指向
方向を任意に設定することができる。

【００３６】受信系は、各アンテナ素子ａで受けた送信
パルスの反射信号を、サーキュレータｂを介し、そのま
まアンテナ素子毎に設けられた増幅／周波数変換回路３
１５１〜３１５ｍに送り、それぞれ低雑音増幅及び周波
数変換を行った後、送受信装置３２に送る。

【００３７】送受信装置３２は送信信号発生回路３２１
で繰返し送信パルスを生成して電子走査アンテナ３１へ
送出すると共に、このアンテナ３１から送られてくるｍ
系統の受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換回路３２２１〜３
２２ｍでデジタル信号に変換した後、時間補正部３２３
の各遅延回路３２３１〜３２３ｍを介して合成回路３２
４に送り、信号処理装置３３へ合成出力する。

【００３８】ここで、上記時間補正部３２３は、ビーム
指向方向制御装置からの時間補正信号により各アンテナ
素子毎の遅延回路３２３１〜３２３ｍの遅延時間をビー
ム指向方向に合わせて設定することができるようになっ
ている。

【００３９】上記構成によるレーダ装置では、高距離分
解能を得るために、内部に広帯域の周波数変調を施した
送信信号が送受信装置３２から送出され、電子走査アン
テナ３１に供給される。電子走査アンテナ３１におい
て、送信信号は増幅／周波数変換された後、アンテナビ
ームの指向方向を制御する移相器ｃにより位相制御さ
れ、空間に放射される。移相器ｃの位相量は、送信信号
が通過する際にその内部の周波数に応じて適切に可変さ
れ、広帯域を持つ送信信号内部でアンテナビーム指向方
向が変化するのを防止する。

【００４０】すなわち、送信信号については、予め周波
数変化がわかるので、ビーム指向方向設定のための位相
制御と共に、周波数変化に応じて移相器ｃの位相量を制
御することで、設定したビーム指向方向の変化を防止す
ることができる。

【００４１】一方、受信信号については、連続して受信
されるため、前述したように移相器の位相を変化させて
もアンテナビーム指向方向の変化を防ぐことはできな
い。そこで、電子走査アンテナ３１において、各アンテ
ナ素子ａで受信された受信信号を、それぞれ増幅／周波
数変換し、送受信装置３２において、Ａ／Ｄ変換回路３
２２１〜３２２ｍでデジタル信号に変換した後、遅延回
路３２３１〜３２３ｍによってそれぞれの到来時間を補
正する遅延時間を与えて、合成回路３２４で合成する。

【００４２】これにより、各アンテナ素子毎の受信信号
を位相制御することなく電波到来時間を補正することが
できるので、周波数に無関係にアンテナビームの指向方
向を任意に制御することができる。尚、この発明は上記
実施例に限定されるものではなく、その他、この発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々変形しても、同様に実施可
能である。

【００４３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、所望の
アンテナビーム方向に対して信号内でビーム方向が変化
せず、理論的には無限大の周波数帯域を持つ信号の送受
信を行なうことができ、これによって高い距離分解能が
得られるレーダ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るレーダ装置の一実施例の構成を
示すブロック図。

【図２】同実施例の動作を説明するための模式図。

【図３】この発明に係る他の実施例の構成を示すブロッ
ク図。

【図４】従来のレーダ装置の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１１，２１，３１…電子走査アンテナ、１１１，３１
１，Ａ１…アレイアンテナ、２１１１〜２１１ｎ…サブ
アレイ、１１２，３１２，Ａ２…送受切換部、１１３，
３１３，Ａ３…位相制御部、１１４，１１５，２１３，
２１４，３１４，３１５１〜５１５ｍ…増幅／周波数変
換回路、１２，２２，３２…送受信装置、１３…信号処
理装置、１２１，２２１，３２１…送信信号発生回路、
１２２，２２２…検波回路、３２２１〜３２２ｍ…Ａ／
Ｄ変換回路、３２３１〜３２３ｍ…遅延回路、３２４…
合成回路、１４，２４，３４…表示装置、１５，２５，
３５…ビーム指向方向制御装置、ａ…アンテナ素子、ｂ
…サーキュレータ、ｃ，ｄ…移相器、ｅ，ｆ…遅延素
子。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のアンテナ素子をアレイ状に配列した
   電子走査アンテナを用いて任意の方向にアンテナビーム
   を形成し、内部で周波数変調された信号を送受するレー
   ダ装置において、 前記複数のアンテナ素子の各受信信号を時間補正信号に
   応じて遅延する受信時間補正手段と、 前記アンテナビームの形成方向について各アンテナ素子
   で受ける電波の到来時間が位相一致面で同一となるよう
   に前記時間補正信号を生成する受信ビーム指向方向制御
   手段とを具備するレーダ装置。
2. 【請求項２】さらに、 前記複数のアンテナ素子への各送信信号を時間補正信号
   に応じて遅延する送信時間補正手段と、 前記アンテナビームの形成方向について各アンテナ素子
   から送出する電波の放射時間が位相一致面で同一となる
   ように前記時間補正信号を生成する送信ビーム指向方向
   制御手段とを備えることを特徴とする請求項１記載のレ
   ーダ装置。
3. 【請求項３】それぞれ複数のアンテナ素子を有し、各ア
   ンテナ素子に対する送受信信号をまとめて扱う複数のサ
   ブアレイを備えた電子走査アンテナを用いて任意の方向
   にアンテナビームを形成し、内部で周波数変調された信
   号を送受するレーダ装置において、 前記サブアレイでまとめられた受信信号をそれぞれ時間
   補正信号に応じて遅延する受信時間補正手段と、 前記アンテナビームの形成方向について各サブアレイの
   合成開口中心点で受ける電波の到来時間が位相一致面で
   同一となるように前記時間補正信号を生成する受信ビー
   ム指向方向制御手段とを具備するレーダ装置。
4. 【請求項４】さらに、 前記複数のサブアレイへの各送信信号を時間補正信号に
   応じて遅延する送信時間補正手段と、 前記アンテナビームの形成方向について各サブアレイか
   ら送出する電波の放射時間が位相一致面で同一となるよ
   うに前記時間補正信号を生成する送信ビーム指向方向制
   御手段とを備えることを特徴とする請求項３記載のレー
   ダ装置。
5. 【請求項５】前記電子走査アンテナは、さらに各サブア
   レイの各アンテナ素子受信系路に受信信号の位相を位相
   制御信号に応じて制御する移相器を備え、 前記受信ビーム指向方向制御手段は、さらに前記アンテ
   ナビームの形成方向について各アンテナ素子で受ける電
   波の到来時間が位相一致面で同一となるように前記位相
   制御信号を生成するようにしたことを特徴とする請求項
   ３記載のレーダ装置。
6. 【請求項６】前記電子走査アンテナは、さらに各サブア
   レイの各アンテナ素子送信系路に送信信号の位相を位相
   制御信号に応じて制御する移相器を備え、 前記送信ビーム指向方向制御手段は、さらに前記アンテ
   ナビームの形成方向について各アンテナ素子から送出す
   る電波の放射時間が位相一致面で同一となるように前記
   位相制御信号を生成するようにしたことを特徴とする請
   求項４記載のレーダ装置。