JPH07280928A

JPH07280928A - ３次元レーダ装置

Info

Publication number: JPH07280928A
Application number: JP6100586A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Hasegawa; 昌延長谷川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1994-04-14
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】特定目標の測高データを高精度に取得できる
３次元レーダ装置を提供する。【構成】指示器9aで特定した目標の３次元情報、制御
信号を特定目標データ発生器11が生成し、ビーム制御器
15a にその特定目標へのビーム照射を行わせる。この
時、送信信号制御器12を制御して送信電波の周波数を変
更し、ビーム制御器にビーム照射時間を増加させてヒッ
ト数を変更し、偏波制御器18に偏波切替器49を制御させ
送信電波の偏波を変更することを独立にまたは組合わせ
て行う。その結果、マルチパスやロービングの影響を軽
減でき、またヒット数の増加により信号変動分の影響を
軽減でき、偏波を変えることにより最適な受信状態を形
成できるので、測角精度が向上し、高度情報の高精度化
が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３次元レーダ装置に係
り、特に特定した目標の高度データの測定方式に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に距離と方位と高度の情報を同時に
取得できるレーダ装置は３次元レーダ装置と称され、以
下の既刊文献１、同２等に広く紹介されている。

【０００３】文献１「RADAR HANDBOOK」(MERRILL SKOLN
IK監修、McGRAW-HILL PUBLISHING、SECOND EDITION) の
CHAPTER 20“HIGHT FINDER AND 3D RADAR ”。文献２「レーダ技術」（吉田孝監修、社団法人電子
情報通信学会編）の第１２章第１２．３節“３次元レー
ダ”。

【０００４】高度情報を取得する場合に必要となる測角
方式としては、インタフェロメータ方式、ペンシルビー
ム振幅比較方式やペンシルビームモノパルス方式等が実
用化されている。

【０００５】ここで、ペンシルビームを用いた方式は、
１本のペンシルビームを垂直面内で速く走査させなが
ら、水平面内をも走査して行く方式であり、このペンシ
ルビームを用いた３次元レーダ装置は例えば図５に示す
ように構成される。以下、図５を参照して動作概要を説
明する。

【０００６】図５において、このレーダ装置は、クロッ
ク信号発生器１６からのクロック信号及び角度信号発生
器１７からの角度信号に従い以下の動作をする。パルス
圧縮方式は、上記文献に詳述されている（「RADAR HAND
BOOK」ではpp10.1〜10.39 のCHAPTER 10“PULSE COPRES
SION RADAR”、「レーダ技術」では第１２章第１２．２
節）が、このパルス圧縮には一般にチャープ信号や符号
変調信号が用いられるので、送信信号発生器１は、その
ような送信信号を発生する。

【０００７】この送信信号は、アップコンバータ２にお
いて局部信号発生器１０ｂからのローカル信号によりレ
ーダ波帯の周波数へ変換され、電力増幅器３で増幅され
た後電子走査方式の空中線装置４に供給される。

【０００８】空中線装置４では、電力増幅器３の出力が
電力分配器４１により複数の電力増幅器４２に分配さ
れ、この複数の電力増幅器４２の出力が対応する送受切
替器４３及びフェイズシフタ４４を介して対応する空中
線放射素子４５から空中に放射される。空中に放射され
たそれぞれの信号は、フェイズシフタ４４の位相量に応
じて空間で電力合成され、所定のペンシルビームとな
る。そして、各フェイズシフタ４４の位相量がデータバ
ス４８を介してビーム制御器１５ｂから供給されるビー
ム制御信号により制御され、空間で合成されるペンシル
ビームの指向方向が制御される。かかるビーム形成及び
指向方向制御については上記文献に詳記されている。

【０００９】送信電波の反射信号は、複数の空中線放射
素子４５で受信され、それぞれの受信信号は対応するフ
ェイズシフタ４４及び送受切替器４３を介して対応する
低雑音増幅器４６に入力し、増幅され、複数の低雑音増
幅器４６の出力が電力合成器４７で合成されてミキサ５
に入り、局部信号発生器１０ｂからのローカル信号によ
り中間周波数帯（ＩＦ）の信号へ変換され、ＩＦ増幅器
６で増幅され、信号処理器７に入力する。

【００１０】信号処理器７では、入力するレーダ受信信
号についてマッチドフィルタ処理及びＭＴＩ処理等をし
てクラッタ信号やウェザ信号を除去し、目標信号のみを
抽出してビデオ信号を形成すると共に、ビーム制御器１
５ｂからのビーム制御信号に従い、目標の距離及び方位
だけでなく送受信ビームの指向方向から目標の高度を演
算し、それらの３次元情報を形成したビデオ信号と相関
させてビデオ増幅器８ｂを介して指示器９ｂに出力し、
目標を指示器９のＰＰＩ画面に表示させる。このＰＰＩ
画面については上記文献「レーダ技術」の第７章に詳述
されている。

【００１１】なお、ビーム制御器１５ｂと各フェイズシ
フタ４４間では相互に動作確認を行いつつ信号授受を行
い、また、ビーム制御器１５ｂと信号処理器７間では追
尾を行うための信号授受があることから、信号の向きが
双方向となっている。以下、信号の向きが双方向となっ
ている表記は、相互に動作確認等を行う場合があること
意味する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の３次元レーダ装
置は、上述したように動作し距離と方位と高度の３次元
情報を取得するが、全ての目標に対して３次元情報を取
得することから１目標当たりのデータ量は必然的に少な
くなり、かつ対象目標数が多いので演算処理速度は高速
性を余儀なくされている。一方、目標からのレーダ反射
信号は、目標自体の揺らぎ、マルチパスやロービングの
影響等により変動する。従って、かかる状況下で演算処
理された高度データは誤差及び変動が大きいという問題
がある。

【００１３】本発明の目的は、目標の高度データを高精
度に測定する手段を備えた３次元レーダ装置を提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の３次元レーダ装置は次の如き構成を有する。即
ち、第１発明の３次元レーダ装置は、３次元レーダ装置
において；特定の目標を選択する手段と；選択され
た特定目標のデータ及び制御信号を発生する手段と；
特定目標のデータに基づき特定目標に送受信ビームを指
向制御する手段と；制御信号に基づき特定目標に対す
る送信電波の周波数を制御する手段と；特定目標のデ
ータに基づきレーダ受信信号から特定目標からの受信信
号を抽出する手段と；抽出した特定目標の受信信号を
平均化処理する手段と；平均化処理結果から特定目標
の高度を演算する手段と；を備えたことを特徴とする
ものである。

【００１５】第２発明の３次元レーダ装置は、３次元レ
ーダ装置において；特定の目標を選択する手段と；
選択された特定目標のデータ及び制御信号を発生する手
段と；特定目標のデータに基づき特定目標に送受信ビ
ームを指向制御する手段と；制御信号に基づき特定目標
に対する送信電波のヒット数を制御する手段と；特定目
標のデータに基づきレーダ受信信号から特定目標からの
受信信号を抽出する手段と；抽出した特定目標の受信
信号を平均化処理する手段と；平均化処理結果から特
定目標の高度を演算する手段と；を備えたことを特徴
とするものである。

【００１６】第３発明の３次元レーダ装置は、３次元レ
ーダ装置において；特定の目標を選択する手段と；
選択された特定目標のデータ及び制御信号を発生する手
段と；特定目標のデータに基づき特定目標に送受信ビ
ームを指向制御する手段と；制御信号に基づき特定目標
に対する送信電波の偏波を制御する手段と；特定目標
のデータに基づきレーダ受信信号から特定目標からの受
信信号を抽出する手段と；抽出した特定目標の受信信
号を平均化処理する手段と；平均化処理結果から特定
目標の高度を演算する手段と；を備えたことを特徴と
するものである。

【００１７】第４発明の３次元レーダ装置は、３次元レ
ーダ装置において；特定の目標を選択する手段と；
選択された特定目標のデータ及び制御信号を発生する手
段と；特定目標のデータに基づき特定目標に送受信ビ
ームを指向制御する手段と；制御信号に基づき特定目標
に対する送信電波の周波数を制御する手段と；制御信
号に基づき特定目標に対する送信電波のヒット数を制御
する手段と；制御信号に基づき特定目標に対する送信
電波の偏波を制御する手段と；特定目標のデータに基
づきレーダ受信信号から特定目標からの受信信号を抽出
する手段と；抽出した特定目標の受信信号を平均化処理
する手段と；平均化処理結果から特定目標の高度を演
算する手段と；を備えたことを特徴とするものであ
る。

【００１８】第５発明の３次元レーダ装置は、３次元レ
ーダ装置において；特定の目標を選択する手段と；
選択された特定目標のデータ及び制御信号を発生する手
段と；特定目標のデータに基づき特定目標に送受信ビ
ームを指向制御する手段と；制御信号に基づき特定目標
に対する送信電波の周波数を制御する手段と；制御信
号に基づき特定目標に対する送信電波のヒット数を制御
する手段と；特定目標のデータに基づきレーダ受信信
号から特定目標からの受信信号を抽出する手段と；抽
出した特定目標の受信信号を平均化処理する手段と；
平均化処理結果から特定目標の高度を演算する手段と；
を備えたことを特徴とするものである。

【００１９】また、第６発明の３次元レーダ装置は、３
次元レーダ装置において；特定の目標を選択する手段
と；選択された特定目標のデータ及び制御信号を発生
する手段と；特定目標のデータに基づき特定目標に送
受信ビームを指向制御する手段と；制御信号に基づき
特定目標に対する送信電波のヒット数を制御する手段
と；制御信号に基づき特定目標に対する送信電波の偏
波を制御する手段と；特定目標のデータに基づきレーダ
受信信号から特定目標からの受信信号を抽出する手段
と；抽出した特定目標の受信信号を平均化処理する手
段と；平均化処理結果から特定目標の高度を演算する
手段と；を備えたことを特徴とするものである。

【００２０】

【作用】次に、前記の如く構成される本発明の３次元レ
ーダ装置の作用を説明する。本発明では、レーダ指示器
上の多くの目標の中から管制上高度情報を必要とする、
または、関心のある目標を特定し、その特定した目標に
高度を測定するためのビームを照射する。この時、この
ビームの送信電波は、周波数、ヒット数、偏波の何れか
１つを独立に変化させ（第１発明〜第３発明）、また
は、それらを組合わせて変化させる（第４発明、第５発
明）。

【００２１】その結果、マルチパスやロービングの影響
を軽減でき、またヒット数の増加により信号変動分の影
響を軽減でき、偏波を変えることにより最適な受信状態
を形成できるので、測角精度が向上し、高度情報の高精
度化が図れることになる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の第１実施例に係る３次元レーダ
装置を示す。図１において、本第１実施例では、図５に
示したものにおいて、ビデオ増幅器８ａと指示器９ａと
局部信号発生器１０ａとビーム制御器１５ａに若干の機
能追加を行う共に、特定目標データ発生器１１と送信信
号制御器１２と目標信号処理器１３と演算処理器１４と
を追加したものである。

【００２３】即ち、指示器９ａには、ＰＰＩ画面上に表
示された目標の中の任意の目標を特定できる機能と、特
定目標についての表示とその解除の指令をするキーと、
ビデオ増幅器８ａからの通常のルートによる表示の機能
の他に、演算処理器１４からの入力するその特定した目
標についての高度データを表示する機能とを追加してあ
る。目標を特定する機能は、例えばライトペン方式でも
良く、またキー入力方式でも良いが、ライトペン方式が
簡便であると思われる。

【００２４】特定目標データ発生器１１は、指示器９ａ
から送られて来た特定目標の情報に基づき、その特定目
標の方位、距離及び高度のデータを発生しそれをビーム
制御器１５ａに出力すると共に、高度測角のための制御
信号を発生する。

【００２５】本第１実施例では、空間へ放射されるレー
ダ電波の周波数のみを変えること、送信電波のヒット数
のみを変えること、この２つのパラメータを共に変える
ことの３方式が可能である。従って、局部信号発生器１
０ａは、可変周波数タイプとなっている。

【００２６】送信電波の周波数のみを変える方式では、
特定目標データ発生器１１は、ビーム制御器１５ａに特
定目標の３次元のデータを与え、その特定した目標の方
向へ空中線装置４の送受信ビームを指向させると同時
に、送信信号制御器１２に「周波数変更」を内容とする
制御信号を送り、局部信号発生器１０ａにその発生する
ローカル信号の周波数を変更させる。

【００２７】これによりアップコンバータ２では、特定
目標に対するレーダ電波の周波数が通常運用時のレーダ
電波とは異なる帯域のものへ変換されるが、ミキサ５の
ローカル信号はアップコンバータ２と同一のものである
から、支障なくその特定目標についての送受信が行え
る。

【００２８】ヒット数のみを変える方式では、局部信号
発生器１０ａは、可変周波数タイプである必要はなく、
特定目標データ発生器１１は、ビーム制御器１５ａに特
定目標の３次元のデータと「ヒット数増加」を内容とす
る制御信号を送り、その特定した目標の方向へ空中線装
置４の送受信ビームを指向させると共に、指定されたヒ
ット数となるまでそのビーム指向方向を保持する。

【００２９】そして、周波数とヒット数を共に変化させ
る方式では、以上説明した内容を並行して実施すること
になる。

【００３０】特定目標からの受信信号は、信号処理器７
において従来と同様の処理を受けてビデオ増幅器８ａに
入力する。ビデオ増幅器８ａでは特定目標データ発生器
１１から特定目標抽出用の制御信号を受けて、入力した
レーダ受信信号から特定目標からの受信信号をゲート処
理により抽出する。

【００３１】抽出された特定目標の受信信号は、目標信
号処理器１３で平均化処理され、演算処理器１４で高度
が算出され、指示器９ａに与えられ、特定目標について
の高度データが表示される。

【００３２】マルチパスやロービングの影響は、周波数
特性を持つので、周波数を変えることによりその影響を
除去または軽減できる。また、ヒット数を増加すること
により目標の受信信号のＳ／Ｎの改善及び多ヒットの平
均化による変動抑圧の効果が期待できる。周波数の変化
幅及び変化回数、ヒット数を幾らにするかは実際の運用
においてデータを収集して定めることになる。

【００３３】次に、図２は本発明の第２実施例に係る３
次元レーダ装置を示す。本第２実施例では、第１実施例
（図１）のものにおいて、偏波制御器１８を設けると共
に、空中線装置４ａ内に、空中線放射素子４５とフェイ
ズシフタ４４との間に偏波切替器４９を設け、また偏波
切替器４９と偏波制御器１８との間にデータバス５０を
設けたものである。

【００３４】偏波制御器１８は特定目標データ発生器１
１から「偏波の変更」を内容とする制御信号を受けて、
データバス５０を介して複数の偏波切替器４９を個別に
制御し、合成送信ビームの偏波状態を変更する。受信信
号の偏波状態は目標の形状等に依存するので、送信時に
偏波を変えて目標に合った偏波を検出すれば、最適な受
信状態を実現でき、受信信号の変動を抑圧できる。

【００３５】本第２実施例では、第１実施例で実現でき
る３つの方式に加え、レーダ電波の偏波を独立して変化
させる方式、偏波と周波数とヒット数の３者を変える方
式、偏波とヒット数を共に変える方式、偏波と周波数を
共に変化させる方式等を実現できることになる。

【００３６】第１実施例と第２実施例は、共に空中線装
置に送信系と受信系の切替機能及び増幅機能を備えるア
クティブフェーズドアレイ方式であるが、空中線装置が
かかる機能を有しないパッシブフェーズドアレイ方式で
も同様に適用できる。

【００３７】即ち、図３に示すように、第１実施例（図
１）の空中線装置４から送受信切替機能等を外に出し
て、空中線装置４ｂを空中線放射素子４５とフェイズシ
フタ４４と電力分配器４１とデータバス４８で構成する
のである。従って、この方式では、送信電波の所要の電
力は電力増幅器３が発生することになる。

【００３８】また、同様に図４に示すように、第２実施
例（図２）の空中線装置４ａから送受信切替機能等を外
に出して、空中線装置４ｃを空中線放射素子４５と偏波
切替器４９とフェイズシフタ４４と電力分配器４１とデ
ータバス４８と同５０とで構成するのである。従って、
この方式でも、送信電波の所要の電力は電力増幅器３が
発生することになる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の３次元レ
ーダ装置では、高度を測定しようとする目標を特定し、
その目標に送受信ビームを指向し、送信電波の周波数、
ヒット数、偏波を独立にまたは組合わせて変化させ得る
ようにしたので、目標からの受信信号の変動を抑圧し、
またマルチパスやロービイングの影響の除去または軽減
が可能となり、その結果精度の高い高度情報を測定でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る３次元レーダ装置の
構成ブロック図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る３次元レーダ装置の
構成ブロック図である。

【図３】本発明の第３実施例に係る３次元レーダ装置の
構成ブロック図である。

【図４】本発明の第４実施例に係る３次元レーダ装置の
構成ブロック図である。

【図５】従来の３次元レーダ装置の構成ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１送信信号発生器２アップコンバータ４，４ａ，４ｂ，４ｃ空中線装置５ミキサ６ＩＦ（中間周波数）増幅器７信号処理器８ａビデオ増幅器９ａ指示器１０ａ局部信号発生器１１特定目標データ発生器１２送信信号制御器１３目標信号処理器１４演算処理器１５ａビーム制御器１６クロック信号発生器１７角度信号発生器１８偏波制御器４１電力分配器４２電力増幅器４３送受切替器４４フェイズシフタ４５空中線放射素子４６低雑音増幅器４７電力合成器４８，５０データバス４９偏波切替器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元レーダ装置において；特定の目
標を選択する手段と；選択された特定目標のデータ及
び制御信号を発生する手段と；特定目標のデータに基
づき特定目標に送受信ビームを指向制御する手段と；
制御信号に基づき特定目標に対する送信電波の周波数を
制御する手段と；特定目標のデータに基づきレーダ受
信信号から特定目標からの受信信号を抽出する手段と；
抽出した特定目標の受信信号を平均化処理する手段
と；平均化処理結果から特定目標の高度を演算する手
段と；を備えたことを特徴とする３次元レーダ装置。
【請求項２】３次元レーダ装置において；特定の目
標を選択する手段と；選択された特定目標のデータ及
び制御信号を発生する手段と；特定目標のデータに基
づき特定目標に送受信ビームを指向制御する手段と；
制御信号に基づき特定目標に対する送信電波のヒット数
を制御する手段と；特定目標のデータに基づきレーダ
受信信号から特定目標からの受信信号を抽出する手段
と；抽出した特定目標の受信信号を平均化処理する手
段と；平均化処理結果から特定目標の高度を演算する
手段と；を備えたことを特徴とする３次元レーダ装
置。
【請求項３】３次元レーダ装置において；特定の目
標を選択する手段と；選択された特定目標のデータ及
び制御信号を発生する手段と；特定目標のデータに基
づき特定目標に送受信ビームを指向制御する手段と；
制御信号に基づき特定目標に対する送信電波の偏波を制
御する手段と；特定目標のデータに基づきレーダ受信
信号から特定目標からの受信信号を抽出する手段と；
抽出した特定目標の受信信号を平均化処理する手段と；
平均化処理結果から特定目標の高度を演算する手段
と；を備えたことを特徴とする３次元レーダ装置。
【請求項４】３次元レーダ装置において；特定の目
標を選択する手段と；選択された特定目標のデータ及
び制御信号を発生する手段と；特定目標のデータに基
づき特定目標に送受信ビームを指向制御する手段と；
制御信号に基づき特定目標に対する送信電波の周波数を
制御する手段と；制御信号に基づき特定目標に対する
送信電波のヒット数を制御する手段と；制御信号に基
づき特定目標に対する送信電波の偏波を制御する手段
と；特定目標のデータに基づきレーダ受信信号から特
定目標からの受信信号を抽出する手段と；抽出した特
定目標の受信信号を平均化処理する手段と；平均化処
理結果から特定目標の高度を演算する手段と；を備え
たことを特徴とする３次元レーダ装置。
【請求項５】３次元レーダ装置において；特定の目
標を選択する手段と；選択された特定目標のデータ及
び制御信号を発生する手段と；特定目標のデータに基
づき特定目標に送受信ビームを指向制御する手段と；
制御信号に基づき特定目標に対する送信電波の周波数を
制御する手段と；制御信号に基づき特定目標に対する
送信電波のヒット数を制御する手段と；特定目標のデ
ータに基づきレーダ受信信号から特定目標からの受信信
号を抽出する手段と；抽出した特定目標の受信信号を
平均化処理する手段と；平均化処理結果から特定目標
の高度を演算する手段と；を備えたことを特徴とする
３次元レーダ装置。
【請求項６】３次元レーダ装置において；特定の目
標を選択する手段と；選択された特定目標のデータ及
び制御信号を発生する手段と；特定目標のデータに基
づき特定目標に送受信ビームを指向制御する手段と；
制御信号に基づき特定目標に対する送信電波のヒット数
を制御する手段と；制御信号に基づき特定目標に対す
る送信電波の偏波を制御する手段と；特定目標のデー
タに基づきレーダ受信信号から特定目標からの受信信号
を抽出する手段と；抽出した特定目標の受信信号を平
均化処理する手段と；平均化処理結果から特定目標の
高度を演算する手段と；を備えたことを特徴とする３
次元レーダ装置。