JPH0682151B2 - ホログラフイツクレ−ダ - Google Patents

ホログラフイツクレ−ダ

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JPH0682151B2
JPH0682151B2 JP62018864A JP1886487A JPH0682151B2 JP H0682151 B2 JPH0682151 B2 JP H0682151B2 JP 62018864 A JP62018864 A JP 62018864A JP 1886487 A JP1886487 A JP 1886487A JP H0682151 B2 JPH0682151 B2 JP H0682151B2
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貴彦 藤坂
由昌 大橋
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ホログラフィックレーダの分解能及び測角
精度の向上に関するものである。
〔従来の技術〕
第3図は、国際学会誌「イースコン−78」(IEEE,EASCO
N−78)に発表されたアブラハム ルビン(ABRAHAM E.R
UVIN)とレオナルド ワインバーグ(LEONARD WEIBER
G)両氏の論文「レーダ用ディジタルマルチビーム形成
技術(DIGITAL MALTIPLE BEAMFORMING TECHNIQUES FOR
RADAR)」に示された従来のホログラフィックレーダの
構成を示す図である。図において、1は素子アンテナ、
2はN個の素子アンテナからなるアンテナアレー、3は
各素子アンテナ1に接続され、素子アンテナ1で受信さ
れた高周波数信号を増幅するRFアンプ、4は高周波信号
を中間周波信号に変換するミキサ、5はミキサ4から出
力された中間周波信号を増幅するIFアンプ、6は中間周
波信号の位相を保存しながらIFアンプ出力をベースバン
ドの複素ビデオ信号に変換するための位相検波器、7は
位相検波器6のI(in phase)チャンネル及びQ(quad
rature)チャンネルの各出力に接続されたローパスフィ
ルタ(LPF)、8はLPF7に接続され、ベースバンドに変
換された複素ビデオ信号をA/D変換するA/D変換器、9は
ビーム形成の際のサイドローブレベルを調整するための
重み付けを行う出力レベル調整器、10は上記各要素3〜
9で構成された受信機である。また、11は各素子アンテ
ナ1に接続された受信機10の出力に対してディジタル演
算を行うことにより、素子アンテナ数に相当する数のマ
ルチビームを形成するディジタルマルチビーム形成手段
である。
次に動作について説明する。
N個の素子アンテナ1で受信された高周波信号は、RFア
ンプ3で増幅された後、ミキサ4で中間周波信号に変換
され、再びIFアンプ5で増幅される。この中間周波信号
は位相検波器6で位相検波され、Iチャンネル及びQチ
ャンネルからなる複素ビデオ信号に変換される。複素ビ
デオ信号はLPF7で帯域制限された後、A/D変換器8でデ
ィジタル複素ビデオ信号に変換され、さらにビーム形成
の際のサイドローブ低減のための重み付けが出力レベル
調整器9で行われた後、ディジタルマルチビーム形成手
段11へ入力される。
このとき、第4図に示すように、N個の素子アンテナの
並んでいる方向をX軸とし、高周波信号、即ち電波の到
来方向とX軸とのなす角を電波の到来角度αとし、素子
アンテナ1の間隔をd、波長をλとすると、隣合った素
子アンテナで受信される信号の位相差は、2π(d cos
α)/λとなるから、ディジタルマルチビーム計算手段
11では、下記第(1)式 r=-N/2,-N/2+1,…,0,……,N/2-1 を計算することによって、αr=cos-1(rλ/Nd)に最
大利得を有するビームをN本(r=-N/2,…,0,…,N/2-
1)同時に形成できる。但し、第(1)式において、Wk
はサイドローブ抑圧のための重み係数で、各アンテナ素
子1に接続された受信機10内の出力レベル調整器9で与
えられる。この時、第r番目のビームのビーム幅δr
は、下記第(2)式 δr=wλ/Ndsin αr …(2) で与えられ、第r番目と第r−1番目のビームの間隔Δ
αrは、 Δαr=αr−αr-1 =λ/Ndsin αr …(3) で与えられる。第(2)式のwは重み係数Wkによって決
まる定数で、一般に0.88〜1.3程度に設定される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のホログラフィックレーダは以上のように構成され
ているので、その角度分解能及び測角精度は、第(2)
式に示すδrで制限されており、例えば送信波長λ=3c
m,アンテナ開口径Nd=1.5m,αr=90°,w=1.0とする
と、δr=0.02radであり、この場合レーダから50kmの
地点では、2つの目標間隔が1km以上離れていないと分
離できない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、アンテナのビーム幅で決まる角度分解能以
下に近接した複数目標を、そのラジアル速度差にもとづ
くドップラ周波数差を利用して分離し、個々の目標の方
向を測角することにできるホログラフィックレーダを得
ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るホログラフィックレーダは、ドップラ周
波数差で受信信号を弁別するために、周波数分析のため
の高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform;FFT)手
段を各受信機とディジタルマルチビーム形成手段の間に
設けるとともに、ディジタルマルチビーム形成手段の後
に、マルチビーム測角手段を設けたものである。
〔作用〕
この発明においては、受信機に接続されたFFT手段を用
いて受信信号を周波数分析し、ドップラ周波数差で複数
の目標からの信号成分を個々の目標成分毎に分離し、そ
の後ディジタルマルチビーム形成手段によりマルチビー
ムを形成し、上記ディジタルマルチビーム形成手段に接
続されたマルチビーム測角手段により、ディジタルマル
チビーム形成手段で形成されたマルチビームの隣接する
2つのビームを用いて、個々の目標の角度を計測する。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図について説明する。第1図に
おいて、1は素子アンテナ、2はN個の素子アンテナ1
からなるアンテナアレー、10は上記各素子アンテナ1に
接続され、素子アンテナ1で受信した高周波信号を増幅
及び検波し、さらにA/D変換する受信機、13は上記受信
機10に接続され、受信機10より出力されるディジタル複
素ビデオ信号の時系列を周波数分析し、ドップラ周波数
の異なる信号を弁別するためのFFT手段、11はこのFFT手
段13に接続され、各FFT手段13の周波数成分毎に独立に
マルチビーム形成るためのディジタルマルチビーム形成
手段、14は上記各ディジタルマルチビーム形成手段13に
接続され、ディジタルマルチビーム形成手段13で形成さ
れたマルチビームの隣接する2つのビームを用いて目標
からの反射波の到来角度を計測するマルチビーム測角手
段である。
また、第2図は上記のマルチビーム測角手段14の具体的
構成を示すもので、15はマルチビーム測角手段14に入力
されたマルチビームの隣接する2つのビームの和と差を
求める加減算器、16は上記加減算器15の差出力を和出力
で割り算する除算器、17は上記除算器16に接続され、除
算器16の出力を電波の到来角度に変換する角度変換器で
ある。
次に動作について説明する。
N個の素子アンテナ1で受信された高周波信号は、従来
のホログラフィックレーダと同様に、N個の受信機10に
より増幅及び検波され、ディジタル複素ビデオ信号に変
換される。各受信機10の内部構成及びその動作は従来の
ホログラフィックレーダと同一であるのでその説明は省
略する。上記N個の各受信機10より出力されるディジタ
ル複素ビデオ信号のK個の時系列sn,l(n=-N/2,…,0,
…,N/2-1、l=0,1,2,…,K−1)は、N個のFFT手段13
へ入力され、K点FFTによる周波数分析が行われる。n
は対応する素子アンテナ1及び受信機10の番号を表し、
lは時系列のパルスヒット番号を表す。FFT手段13へ入
力された時系列sn,lはスペクトルSn,k(n=-N/2,…,0,
…,N/2-1、k=0,1,2,…,k-1)に変換される。
N個のFFT手段13でそれぞれ周波数分析された出力Sn,k
は、同一周波数毎に同一のディジタルマルチビーム形成
手段11に入力される。各周波数成分毎にマルチビームが
形成される。即ち、N個のFFT手段13のk番目の出力Sn,
k(n=-N/2,…,0,…,N/2)は、k番目のディジタルマル
チビーム形成手段11へ入力され、k番目の周波数成分に
ついて、第(5)式に示すN本のマルチビームBr,k(r
=-N/2,…,0,…,N/2-1)が形成される。このようにして
K個のマルチビーム形成手段11によって、各周波数成分
毎に独立に上記N本のマルチビームが独立に形成され
る。
以上のような構成により、例え複数の目標が形成後のマ
ルチビームのビーム幅、即ち角度分解能以下に近接して
いる場合でも、目標のラジアル速度差により生じるドッ
プラ周波数差よりもFFT手段13の周波数分解能を小さく
することによって、個々の目標は、それぞれ異なったビ
ームBr,k(r=-N/2,…,0,…,N/2-1、k=0,1,2,…,k-
1)内に各1目標づつ分離される。
K個のディジタルマルチビーム形成手段11の出力は、そ
れぞれK個のマルチビーム測角手段14へ入力される。K
個のディジタルマルチビーム形成手段11及びマルチビー
ム測角手段14の動作は全て同一であるので、ここでは第
k番目のディジタルマルチビーム形成手段11とマルチビ
ーム測角手段14について動作を説明する。第k番目の周
波数成分について、ディジタルマルチビーム形成手段11
で形成されたN本のマルチビームBr,k(r=-N/2,…,0,
…,N/2-1は、 で与えられるから、隣接した2つのビームBr,kとBr-1,
kは角度αrとαr-1を用いて、それぞれ、 で表現できる。
ここで、2つのビームの角度の平均値を▲▼とする
と、 ▲▼=(αr+αr-1)/2 …(8) となり、ビーム間隔Δαrを用いて、 αr=▲▼+Δαr/2 …(9) αr-1=▲▼−Δαr/2 …(10) で表現できる。このとき、 cos αr≒cos▲▼−sin▲▼・Δαr/2 …(1
1) cos αr-1≒cos▲▼+sin▲▼・Δαr/2 …(1
2) の近似式が成立する。第(11)式及び第(12)式の第
(6)式及び第(7)式へ代入して、2つのビームの和
Σr,kと差Δr,kを求めると、 となる。即ち加減算器15では、第(6)式及び第(7)
式で示されるBr,k及びBr-1,kを入力とし、第(13)式
及び第(14)式で示される和Σr,kと差Δr,kとを出力す
る。Σr,kとΔr,kとは除算器16へ入力され、 が出力される。
今、第k番目の周波数成分Sn,kの電波の到来角度をαと
し、▲▼=45°,アンテナ開口径Nd=32λのアンテ
ナを仮定すると、αとBr,k及びBr-1,kの関係は、第5図
の(イ)及び(ロ)で表現でき、αと2つのビームの和
Σr,kとの関係は第6図、αと2つのビームの差Δr,kと
の関係は第7図、そしてαとΔr,k/Σr,kとの関係は第
8図で表現できる。第5図〜第7図のグラフにおいて、
横軸は電波の到来角度αを単位(度)で表し、縦軸は利
得を単位(dB)で表す。また、第8図のグラフにおい
て、横軸は電波の到来角度αを単位(度)で表し、縦軸
はΔr,k/Σr,kを無名数で表す。第8図より明らかなよ
うに、Δr,k,Σr,kを求めることができれば、容易に電
波の到来角度αを計測することができる。角度変換器17
では、第8図に示すΔr,k/Σr,kとαとの関係を用い
て、除算器16の出力Δr,k/Σr,kを電波の到来角度αに
変換する。
以上のように、マルチビーム測角器14を構成することに
より、電波の到来角度αを2つのビームの方向角αrと
αr-1との間で、高精度に計測できる。
なお、上記実施例では、素子アンテナがX軸方向に直線
状に並ぶリニア・アレーアンテナの場合について説明し
たが、素子アンテナがX及びY軸の2次元配列として平
面状に並ぶプラナー・アレーアンテナの場合にも、X及
びY軸の両方向について上記実施例と同様の構成をとる
ことによって同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、各受信機出力に接続
されたFFT手段で角度分解能以下に近接した複数目標を
弁別し、弁別後各周波数成分毎に独立にマルチビームを
形成し、これらのうちの隣接する2つのビームを用いて
マルチビーム測角手段により角度計測できるようにした
ので、ビーム内外の複数の目標を分離して同時に高精度
に測角できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例によるホログラフィックレ
ーダの構成図、第2図は該ホログラフィックレーダのマ
ルチビーム測角手段の具体的構成例を示す図、第3図は
従来のホログラフィックレーダの構成図、第4図はその
動作原理を説明するための図、第5図〜第8図はそれぞ
れこの発明の一実施例によるホログラフィックレーダの
マルチビーム測角手段の動作原理を説明するための図で
ある。 1…素子アンテナ、10…受信機、11…ディジタルマルチ
ビーム形成手段、13…FFT手段、14…マルチビーム測角
手段。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の素子アンテナのそれぞれに接続され
    た各受信機から出力されるディジタル複素ビデオ信号を
    用いてマルチビームを形成するホログラフィックレーダ
    において、 上記各受信機から出力される時系列信号をそれぞ周波数
    分析する複数の高速フーリエ変換手段と、 該高速フーリエ変換手段の出力であるスペクトルの各周
    波数成分毎にマルチビームを形成するための複数のディ
    ジタルマルチビーム形成手段と、 該ディジタルマルチビーム形成手段により形成されたマ
    ルチビームを入力とし、隣接する2つのビームを用いて
    電波の到来角度を計測するマルチビーム測角手段とを備
    えたことを特徴とするホログラフィックレーダ。
  2. 【請求項2】上記マルチビーム測角手段は、隣接する2
    つのビームの和と差を求める加減算器と、この加減算器
    の差出力を和出力で割り算する除算器と、除算器の出力
    を電波の到来角度に変換する角度変換器とからなるもの
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のホ
    ログラフィックレーダ。
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