JPS5844990B2 - 電波的測角装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は到来電波の入射角を測定する電波的測角装置に
関し、特に多経路伝播に起因する到来受信電波の異常仰
角情報を除去することのできる電波的測角装置に関する
ものである。

従来、この種の装置としては種々提案されているが、そ
の−例を第１図に示し説明すると、第１図は、同一の放
射特性を有する複数個の空中線を備え、それらの空中線
に到来する受信電波の位相情報を利用して当該受信電波
の入射角情報を得る方式の電波的測角装置をパルス捜索
レーダに適用した場合を示すものである。

第２図乃至第５図はその動作説明図である。

本発明の理解を容易にするため、まずこの従来の電波的
測角装置について説明する。

第１図において、送信機１からの無線周波送信パルス信
号は送受切換器２を経由して空中線３に給電され、送信
電波６となって空間に放射される放射された送信電波６
は目標物体（図示せず）に当って反射され、その反射電
波の一部は受信電波７．８．９としてそれぞれ同一特性
の空中線３゜４．５で受信される。

ここで、空中線３，４．５は第２図に示されるように、
垂直方向にｄｌ、ｄ２ だげ離して配置されているので
、空中線で受信された受信電波には下記（１） 、 （
２）式で示される位相差が発生する。

ここで、φ１：空中線３゜ ４の受信電波の位相差 φ２ ：空中線４，５の受信電波の位相差λ 二送信電
波の自由空間波長 θ ：受信電波の到来仰角 なお、空中線３，４．５の垂直面放射パターンは第３図
の特性ａに示すようにｃｏｓｅｃ ２ θ形をした扇形
ビームであり、例えばＯ〜３０°の仰角覆域をもってい
る。

１例としてｄｌ ＝１２λ、ｄ２＝１４λと選択すると
、仰角θと位相差φ１ 。

φ２の関係（位相軌跡という）は第４図のように表わさ
れ、仰角θ＝Ｏ〜３０°に対応する位相差φ１ 、φ２
の組合せはただｌっに限定される。

第３図において矢印イは高仰角受信の場合、矢印口は低
仰角受信の場合を示したものである。

さて、空中線３で受信された受信信号は再び送受切換器
２を経由して受信機１０に、一方空中線４．５で受信さ
れた受信信号はそれぞれ直接受信機ｌｌ、１２に加えら
れる。

この受信機１０゜１１．１２は同一特性のもので、入力
受信信号の位相関係を保ったまま増幅して次段の位相差
検出回路１３．１４に出力する。

そして位相差検出回路１３，１４の出力にはそれぞれ前
記（１） 、 （２）式で表わされる位相差φ１ 、φ
２が得られる。

このようにして得られた位相差φ１ 、φ２は位相−仰
角変換回路１５に加えられ、そこで第４図の関係になる
よう変換が行なわれ、仰角θの情報が端子１６に得られ
る。

ここで、通常位相差φ１゜φ２の測定精度は微塵である
から正常環境のもとでは目標物体についての正しい高精
度の仰角情報が得られるが、以下に述べるように、目標
物体からの直接反射波（以下、直接波と呼称する）のほ
かに海面等を経由した目標物体からの反射波（以下、海
面反射波と呼称する）を伴う所謂多経路伝播の状態では
、目標物体の正しい仰角情報が得られない場合が生ずる
という欠点を有することが知られている。

第５図は多経路伝播によって異常仰角情報を発生する機
構を示す原理図である。

第５図ａにおいて、仰角θの目標物体からの直接波Ｄ１
．Ｄ２Ｄ３は、前述したようにＤｌ とＤ２０位相差
＝φ１ 、Ｄ２とＤ３の位相差＝φ２という関係にある
ので、直接波Ｄ０ を基準にとってベクトル表示すると
第５図すに示すようになる。

一方、海面反射波は、入射仰角−〇で到来する。

（簡単化のため、地球の表面を平面として扱う）この海
面反射波は反射率σが１より小さいため、通常その振幅
は直接波より小さくなっている。

また第５図ａから明らかなように、この海面反射波８１
＋ Ｓ２ ｓＳ３の空中線３，４．５への到来位
相の関係は直接波Ｄ１．Ｄ２．Ｄ３に比べ、同値、逆符
号となっている。

したがって、海面反射波Ｓ１ ｊＳ２ 。Ｓ３の関係を
ベクトル表示すると第５図すに示すようになる。

空中線３，４．５では直接波Ｄ１．Ｄ２．Ｄ３と海面反
射波Ｓ１ 、Ｓ２ 、Ｓ３の合成波が受信されることに
なる。

この合成波Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３も第５図すに示す。

同図から明らかなように、合成波Ｒ１，Ｒ２間の位相差
φ１′は、一般に直接波Ｄ１．Ｄ２間の位相差φ１ と
は一致しない。

同様に合成波Ｒ２，Ｒ３間の位相差φ２′も一般に直接
波Ｄ２．Ｄ３間の位相差φ２とは一致しない。

第５図すでは、ある特定の場合について記したが、海面
等の反射率σは風向き風速などの気象条件により変化し
、また直接波Ｄ１ と海面反射波Ｓ、の間の位相差ψ
（図示せず）は入射仰角θによって変化するので、多経
路伝播による受信電波の位相差擾乱は位相差φ１ 、φ
２を中心にばらつくことになる。

この擾乱の大きさは、海面反射波の振幅が小さいほど小
さくなることは明白である。

なお、第３図の特性ａに示すように、捜索レーダでは負
の入射仰角が大きくなると空中線利得が小さくなるよう
に設計されていて、この結果海面反射波の影響が小さく
なるので、通常多経路伝播による位相差擾乱を発生する
仰角はＯ０付近に限定される。

このように、垂直方向に分離して配置された複数個の空
中線に到来する受信電波の位相情報を利用して到来電波
の仰角情報を得る従来の電波的測角装置は、入射仰角０
°付近において、多経路伝播により異常仰角情報を発生
することがあるという欠点があった。

本発明は以上の点に鑑み、このような問題を解決すべく
なされたもので、多経路伝播に起因する異常仰角情報を
除去する機能を付加した電波的測角装置を提供するもの
である。

以下、図示する実施例によってその構成等を詳細に説明
する。

第６図は本発明による電波的測角装置の一実施例の系統
を示すブロック図である。

第６図において第１図と同一符号のものは相当部分を示
し、第１図との共通部分は同一構成・動作であるから説
明を省略する。

２１は低仰角のみを覆う放射パターンを有する空中線、
２２は空中線２１に接続された受信機で、これらは低仰
角で到来する受信電波のみを検出する低仰角チャンネル
２０を構成している。

目標物体（図示せず）からの受信電波５０は、新に付加
された低仰角チャンネル２０の空中線２１において、他
の空中線３，４．５と同様に受信される。

ここで、空中線２１は第３図の特性すに示すように低仰
角例えばＯ〜１°のみを覆う放射パターンを持つ空中線
であり、低仰角では他の空中線３，４．５とほぼ同じレ
ベルで受信するが、高仰角では他の空中線３，４．５に
比べ充分低いレベルで受信するような特性を持つもので
ある。

そして空中線２１の垂直放射パターンの利得最大仰角を
ビームノーズ仰角θ８と称する。

なお、空中線２１と空中線４の放射中心の高さをほぼ一
致させ、両者はぼ同一の所謂干渉パターンを持たせてお
く。

この空中線２１で受信された受信電波は受信機１０，１
１．１２と同じ増幅特性を持つ受信機２２で増幅された
後、次段の仰角情報信頼度検定回路３０に送られる。

仰角情報信頼度検定回路３０は例えば受信機１１の出力
を入力とする検波器３１、受信機２２の出力を入力とす
る検波器３２、検波器３１゜３２０出力を入力とする振
幅差検定回路３３、端子１６．４０からの出力を入力と
する仰角差検定回路３４および前記振幅差検定回路３３
の出力を入力とし仰角差検定回路３４の出力によって制
御されるゲート回路３５から構成され、以下に述べる原
理で仰角情報の信頼度を検定する。

まず受信機１１，１２の出力はそれぞれ検波器３Ｌ３２
で検波されてビデオ信号となり、振幅情報が取り出され
る。

検波器３１．３２の出力は振幅差検定回路３３に加えら
れ、両者の振幅差が検定され、振幅差がある規定値例え
ば２ｄＢ以下であれば「１」、規定値以上であれば「０
」の論理信号を発生する。

ここで、「１」出力なら両者の差は小さいので低仰角目
標からの受信信号であり、「Ｏ」出力なら両者の差が大
きいので高仰角目標からの受信信号ということになる。

以下、この論理信号は仮りに低仰角ビットと呼称する。

一方、端子１６を経由して得られた位相−仰角変換回路
１５からの目標物体の仰角情報と、端子４０かもの空中
線２１のビームノーズ仰角θ８は仰角差検定回路３４に
加えられ、仰角差の検定が行なわれる。

そして、両者の差がある規定値、例えば１°以下であれ
ば「０」、規定値以上で「１」の論理信号を発生する。

以下、この論理信号を仮りに仰角不一致ビットと呼称す
る。

この仰角不一致ビットはゲート回路３５に制御信号とし
て加えられ、「１」であれば振幅差検定回路３３かもの
低仰角ビット情報を通過させ、「Ｏ」であれば低仰角ビ
ット情報を阻止する。

（このときゲート回路３５の出力は「Ｏ」となる。

）ここで、ゲート回路３５の出力を仮りに異常仰角ビッ
トと呼び、以上の動作をまとめると下表に示すようにな
る。

ゲート回路３５からの異常仰角ビット情報は、制御信号
としてゲート回路４１に加えられ、「１」であれば、仰
角情報は異常であるから端子４０からの空中線２１のビ
ームノーズ仰角θ３を仰角情報として取り出して端子４
２から出力する。

そして「０」であれば、仰角情報は正常であるから端子
１６からの仰角情報を取り出して端子４２から出力する
。

かくして低仰角目標からの受信の場合で、かつ仰角差が
大きい場合のみ異常仰角情報と見なし、位相−仰角変換
回路１５からの仰角情報を捨てて、低仰角チャンネルか
らの仰角情報を採用することにより異常仰角情報を除去
することができる。

第７図は本発明の他の実施例の系統を示すブロック図で
、第６図に比してより性能を向上させるようにしたもの
である。

第８図はその動作説明図ある。

第６図と同一部分には同一符号を付して説明を省略する
。

第７図において、第６図と異なる部分は、低仰角チャン
ネル群２０′として低仰角のみ覆う放射パターンを有す
る空中線２３とこの空中線２３に接続された受信機２４
を付加し、また低仰角チャンネル群２０′の出力ビデオ
信号の和を利用して仰角情報の信頼度を検定する仰角情
報信頼度回路３０′において受信機２４の出力を入力と
する検波器３６と、検波器３２，３６の出力を加算する
加算器３７を付加し、さらに低仰角チャンネル群２０′
の出力ビデオ信号間の振幅を比較することにより低仰角
で到来する受信電波の低仰角情報を検出する低仰角情報
検出回路６０の付加である。

そして、これらの付加部分以外の動作は第６図と変わら
ないため、重複部分の説明は一部省略する。

目標物体（図示せず）からの受信電波５１は、他の空中
線３，４，５．２１と同様に空中線２３でも受信される
。

空中線２３の垂直面放射パターンを第８図の特性すに示
す。

ここで、第８図は理解を容易にするため前述の第３図に
比べ、横軸を拡大して描いたものである。

第８図の特性ａは空中線２１の垂直面放射パターンを示
す。

図示の如く空中線２１，２３の垂直面放射パターンは同
一で、ビームノーズ仰角だけを少しずらし、かつ両者の
放射中心の高さをほぼ一定させ、両者はぼ同一の所謂干
渉パターンを持たせておく。

さて空中線２３で受信された受信信号は、受信機２２と
同じ増幅特性を持つ受信機２４で増幅され、仰角情報信
頼度検定回路３０′内の検波器３６で検波されて、ビデ
オ信号となり、振幅情報が取り出される。

検波器３２，３６のビデオ出力は加算器３７で加算され
、両者の振幅の和の情報が得られ、この和の情報は第８
図における特性ａとｂの和の合成特性Ｃとして表わされ
る。

換言するならば、第８図の合成特性Ｃの垂直面放射パタ
ーンを持つ空中線からの受信出力振幅の情報が、加算器
３７の出力に現われると考えてよい。

以下、この合成特性のビームノーズをθＢＲとする。

つぎに、仰角情報信頼度検定回路３０′の残りの部分の
動作については第６図の場合と同様なので省略する。

ただし、端子４０から入力するビームノーズ仰角は、第
６図の場合の０８の代りにθＢＲを採用するものとする
。

このように等何曲に第８図における合成特性Ｃを用いて
端子１６に出力する位相−仰角変換回路１５の仰角情報
の信頼度を検定する。

一方、検波器３２，３６の出力は、低仰角情報検出回路
６０に送られ、両者の振幅差の情報を利用して到来電波
の入射仰角が検出される。

この検出動作を第８図により説明する。

図において、矢印で示す電波が仰角θ。

で到来すると、両者にはＡＤの振幅差が生じる。

この振幅差とθ。−〇ＢＲとは一意的な関係で結びつげ
ることが可能であるから、符号も含む振幅差を測定する
ことによりθ０を精度よく測定することができる。

したがってゲート回路４１において仰角情報が正常の場
合には、端子１６からの仰角情報を取り出し、仰角情報
が異常の場合には低仰角情報検出回路６０かもの仰角情
報を取り出すことにより、第６図の場合に比してより高
性能で異常仰角情報を除去することができる。

すなわち、異常仰角が発生した場合、第６図の実施例に
おいては低仰角チャンネルのビームノーズθＢ（一定値
）を採用するのに対し、第７図の示す実施例においては
第８図に示す如くθＢＲでなくθ。

を採用するので、より高精度となり性能がさらに向上す
る。

以上本発明を３個の空中線を有する捜索レーダに適用し
た場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、一般に複数個の空中線を持つ電波的
測角装置についても同様に適用できる。

また第６図および第７図に示す実施例においては、検波
器３１への入力信号は受信機１１から加えられているが
、他の受信機１０または１２かも加えることもできる。

また第８図では低仰角チャンネルが２つの場合について
説明したが、一般にチャンネル数を２以上としても同様
の動作をさせることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、複雑
な手段を用いることなく簡単な構成によって、多経路伝
播に起因する異常仰角情報を除去することができるので
、実用上の効果は極めて犬である。

また低仰角目標からの受信の場合で、かつ仰角差が大き
い場合のみ異常仰角情報とみなし、位相−仰角変換回路
からの仰角情報を捨てて低仰角チャンネルからの仰角情
報を採用することにより異常仰角情報を除去できると共
に従来のこの種の装置に比してより高精度で性能をさら
に向上することができるという点においても極めて有効
であり、電波的測角装置としては独自のものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電波的測角装置の一例を示すブロック図
、第２図、第３図、第４図、第５図は第１図の動作説明
図、第６図は本発明による電波的測角装置の一実施例を
示すブロック図、第１図は本発明の他の実施例を示すブ
ロック図、第８図は第７図の動作説明図である。 ３〜５，２１，２３・・・−・・空中線、２０ 、２０
’・・・・・低仰角チャンネル、２２，２４・・・・・
・受信機、３０．３０′−・・・・・仰角情報信頼度検
定回路、３１゜３２．３６・・・・・・検波器、３７・
・・・・・加算器、４１・・・・・・ゲート回路、６０
・・・・・・低仰角情報検定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 垂直方向に分離して配置され、各々同一の扇形の垂
   直面放射パターンを有する複数個の空中線とこの空中線
   に各々接続された受信機を備え、それらの空中線に到来
   する受信電波の位相情報を利用して当該受信電波の仰角
   情報を得るようにした電波的測角装置において、低仰角
   のみを覆う放射パターンを有する空中線とこの空中線に
   接続された受信機とによって構成され、低仰角で到来す
   る受信電波のみを検出する低仰角チャンネルと、該低仰
   角チャンネルの受信機からの出力を入力とする検波器、
   前記複数個の受信機の一つからの出力を入力とする検波
   器、これらの両横波器の出力を入力して振幅差を検定し
   この振幅差が規定値以下であれば低仰角信号を出力する
   振幅差検定回路、前記仰角情報と前記低仰角チャンネル
   の空中線のビームノーズ仰角との差を検定しこの差が規
   定値以上であれば仰角不一致信号を出力する仰角差検定
   回路、前記仰角不一致信号が入力された時前記低仰角信
   号を通過させこれを異常仰角信号とじて出力するゲート
   回路から構成された仰角情報信頼度検定回路と、前記異
   常仰角信号が入力されない時は前記仰角情報を出力し、
   異常仰角信号が入力された時は前記低仰角チャンネルの
   空中線のビームノーズ仰角を出力する仰角情報切換回路
   とを備えたことを特徴とする電波的測角装置。