JPS5911876B2 - 積重ねビ−ム・レ−ダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は多重ビーム・レーダの改良に関するものであ
る。

当該技術関係者であれば判るように、一般に方位角で継
続的に回転しかつ垂直に積重ねられた固定仰角ペンシル
ビームを使用する多重ビームまたは積重ねビーム・レー
ダは物標の位置を、レーダから放射されたエネルギーが
その物標に到着した後、そこから戻るエネルギーから完
全に定めることのできる３次元レーダである。

このような３次元レーダにおいては、有効範囲の太きさ
としての監視空間区画は、別々ではあるが一定の仰角で
位置し、方位角方向に継続回転する多数のビームによっ
て走査される。

詳細についてはマグロウヒル社（Ｍｅ ｇ ｒａｗＨｉ
１１α）−ｍｐａｎｙ）刊（１９７０年）の、ノリ／
ｌ／。

工・スコルニク（Ｍｅｒｒｉｌｌ １．５ｋｏｌｎｉｋ
）著［レーダハンドブック（Ｒａｄｅｒ Ｈａｎｄｂｏ
ｏｋ） Ｊの２２４ページに収載されている一つの公知
例においては、上記ビームの発生は一連の１次源、例え
ば放物面反射装置の焦平面に置かれたらっは放射器によ
って行なわれる。

上記反射装置の焦点に置かれた１次源はこの反射装置の
軸に沿って向けられるビームを決定し、また他方、上記
焦点から外れた隣接の１次源は、上記の軸に対して多少
の角度をつけられたビームを決定する。

上記１次源の結合の仕方に従って、仰角的に段差をもっ
たビームは比較的高いあるいは低いレベルで互いに交差
し、こうして二つのビームの間で行なわれるいわゆる補
間１１Ｊｆｆｌ法による位置決定、特に一つの該当物標
の高度決定の精度を向上させることができる。

上記の補間測定法は二つの隣接ビーム間で受けたエコー
信号の振幅を同時比較することにあシ、この比較から、
二つのビームの軸を離間している間隔の範西向でレーダ
・エコーに関する仰角データを推定することができる。

上記の状況下においては、通常利用しているよりも多数
のビーム間に補間を行なうことによって仰角データを得
るのが有益であると考えられる。

この発明によれば、放物面反射装置と、この焦点面に設
けられた１次源と、特定方向の偏波面を有するビームを
送信する送信機と、第１の受信様と、該第１の受信機が
前記特定方向の偏波面と同ニーの偏波面を有する第１の
反射ビーム群を受信する如く、前記１次源と送受切換器
を介して前記送信機又は第１の受信機のいずれかと接続
する第１のディストリビュータと、第２の受信機と、該
第２の受信機が前記特定の偏波面に垂直な偏波面を有す
る第２の反射ビーム群を受信する如く、前記１次源と第
２の受信機とを接続する第２のディストリビュータと、
前記第１の受信機に接続され前記第１のビーム群のうち
２つの隣接するビームを補間する第１の補間手段と、前
記第２の受信機に接続され前記第２のビーム群のうち２
つの隣接するビームを補間する第２の補間手段と、前記
第１の補間手段及び第２の補間手段の出力信号を入力し
、反射ビームの強度又は存在に基づいていずれか一方の
出力信号を選択出力する論理回路と、該選択出力された
信号を表示する表示回路とを具備する積重ねビーム・レ
ーダが提供される。

この発明のその他の特徴および利益は添付図面中に例と
して示した実施例についての以下の説明から明らかとな
ろう。

上記説明において示したように、この発明の目的は、多
重ビームもしくは積重ねビーム・レーダ装置において、
一連の補給ビームを形成して先行技術に属するこの種の
レーダが現在発生させているビームに加えそしてそのビ
ーム間に挿入することにある。

これまでに言及されてきたのは、レーダが検出もしくは
追跡した物標の高度を、二つの隣接ビーム間の補間処理
によってできるだけ精確に測定できるようにすることを
主機能とする仰角的に段差のついたビームが専らであっ
た。

しかし、この発明は決してビームの仰角的段差付けに限
定されるものではない。

以下に説明する実施例においては方位角についてよりも
むしろ仰角について説明することになるが、ここに述べ
ることはすべてビームの方位角的分配にも等しく適用で
きるものである。

先ずここで、第１図を参照して、先行技術による積重ね
ビーム・レーダが実際にいかなるものであるかについて
簡単に説明する。

レーダは主として、放物面反射装置１の焦面に設けられ
た一連の１次源２から成り、ここではそのうちの６個の
１次源２００〜２０５だけが示されており、これらは例
えば発信の場合に、電力分割器を備えた発信機３から送
受切換器４００〜４０３およびマイクロ波ディストリビ
ュータ５を通じて信号を受け、マイクロ波ディストリビ
ュータ５は１次源を結合させかつ上記１次源に与えられ
たエネルギーの位相および振幅を、特定の特性を示すビ
ームが得られるように調整することができる。

上記１次源２から信号が投射されると、放物面反射装置
１は、その放落線がｃｏｓｅｃ２形輪郭をなしているビ
ームを空中へ放射する。

また受信の場合、一つまたはそれ以上の物標から戻った
エネルギーは１次源からの一つまたはそれ以上の１次ビ
ーム内に集中される。

上記エネルギーはディストリビュータ５および送受切換
器４を通じて一連の独立した受信機６（説明中の例では
６００〜６０３）に送られる。

各々の受信機に分離されたこれらの信号はその後、二つ
の隣接ビーム内に受信された信号間の比較を行なう補間
器回路Ｔにおいて補間処理を受ける。

補間器は一般に対数増幅器からなり、これらの増幅器に
受信信号が供給される。

二つの隣接ビームからの対数出力信号間の差異によシ、
信号振幅の比率の対数に比例した信号が発生し、上記比
率は適正精度で、物標の仰角とビームどうしの交叉角と
の間の間隔に比例する。

上記補間器回路には高度データ抽出・表示装置８が接続
されている。

第２図は反射装置１によって放射されたビームが第１図
に示すレーダにどのようにして現われかつ位置付けされ
るかについて概略的に示したものである。

ビームを４個だけ示したのは図面を煩雑にしないためで
ある。

その４個とはビームｆ１およびｆ ビームｆ（ｎ−１
） およびｆｎである。

各ビ２ ） −ムの幅および二つの隣接ビームが互いに交差するレベ
ルはディストリビュータ５の設計および設定次第である
。

第３図は仰角の関数としての、各ビームについての空中
線利得曲線を示している。

実線で示したのは第２図のビームに対応する利得曲線で
あり、これらの曲線は第２図のビームと同一基準で描か
れており、この第３図を考察すればわかるように、ビー
ムｆ１〜ｆｎの間で行なわれる補間により、両端のビー
ムの中心軸線間の間隔Ａ−Ｂの範囲内で仰角テークを得
ることができる。

この発明による多重ビーム・レーダに関しては、高Ｓ／
Ｎ比で補間を行なうことにその目的がある。

これは、可能な最も強い物標エコー信号が搬送され得る
チャンネルを選ぶことによって達成される。

すでに説明した通シ、この動作は受信時のビーム数を増
加させることになるこれに関連して特定数の補給ビーム
が供給され、それらは既に在るビームｆ、〜ｆｎの間に
挿入される。

次に、上記ビームを得る方法について述べることにする
。

し７５−し、ここでは第３図を考察すれば、すでに述べ
たビームに対して上記補給ビームの位置付けがいかにし
てなされるかについて指摘できる。

補給ビームは破線状で示しかつ参照信号ｆ１・・・ｆ’
（Ｎ−１）を付して示す。

第３図かられかるように、補間が行なわれる間隔Ｃ−Ｄ
は前記の間隔Ａ−Ｂよシも大きくかつｎ個のビームでは
なくｎ＋（ｎ−１）個のビームを含んでいる。

実際、例えばビームｆ２中に物標Ｆが位置しているとす
れば、対応の信号はレベル「ａ」における、ビームｆ２
との補間だけに使用でき、このビームｆ２は「Ａ」点に
おいてビームｆ１の軸と交差している。

これに対して、同様に物標Ｆが位置しているビームｆ１
は、レベルｂとレベルＧとの間に位置する、はるかに高
いレベルでのビームｆ１との補間に用いることができ、
ビームｆ１は例えばＨ点においてビームｆ１ の軸と交
差する。

従って、第１群のビームｆ・〜ｆ と第２群のビームｆ
１〜ｎ ｆ（Ｎ−ｘ）との間の補間は好結果をもたらすことが認
められる。

しかしながら、外部からのビームに関しては、信号の相
互関係が減する恐れがあシ、この減相関が起れば、上記
の結果は変り得ることを念頭におかねばならない。

危険性の、特に比較的小さい仰角に関、しての上記の危
険性の改善は、受信時に更に少なくとも一つの補給ビー
ムｆ、を発生させることによって行なうことができ、こ
のビームの発生条件は、このビームの属している第２群
のビームを支配する条件と同じである。

しかし、このビームを発生できる１次源１９９（第８図
参照）は受信時に作動するだけであり、そのチャンネル
はこのビームを負荷１９８に終端している発信機に供給
する。

更に、上記ビームｆ が小抑角での検出可能性の増大を
保証することについて説明する。

第７図は二つの群のビームがいかにして、空中において
互いに他に対して位置付けされるかについて概略図示し
たものである。

発生可能な最低ビームであるビームｆ。

の傾斜角は一実施例においては０．３゜であり、これに
対し、先行技術の方式で得られる最低ビームはその傾斜
角が水平線に対し約ｏ、 ｓ’−ｃある。

補給ビームは次のようにして形成される。

すなわち、先ず各１次源に特定方向への偏波を与えてこ
れを発信させる。

上記偏波と出合う障害物が完全に等方性であれば、反射
波は同じ偏波を保つ。

しかし実際には放射波と出合う障害物の種類は非常に多
様であるため、上記障害物によってなされる反射は反射
波を減極させる。

従ってこの反射波は同時に二つの互いに垂直な偏波平面
で受けられ、その受信時のエネルギー・レベルは相互に
ほとんど差異がない。

発信時に用いたと同じ偏波を有する反射波部分の処理は
すでに先行技術に関して説明したように行なわれる。

また、発信時の偏波に対し垂直な偏波な有する反射波部
分に関しては、この部分は補給ビームｆ１〜ｆ（Ｎ−ｔ
）を発生させるのに用いられる。

このエネルギ一部分は、先行技術の方式では吸収すなわ
ち損失されていたことに注意すべきである。

また、この発明は放射波の偏波が例え直線形でも円形あ
るいはだ円形であってもそのいかんを問わず実施できる
ことを指摘しておかねばならない。

各１次源とディストリビュータとの接続は、接続体を介
して長方形断面導波管に接続した方形断面または円形断
面の導波管で構成された両方向性結合器を介してなされ
る。

第４．５．６図は、上記レーダ装置で用いられるエネル
ギーを両方向に伝送できる導波管構造を示している。

第４〜６図に示す結合器への入力９はディストリビュー
タ５に接続され、そしてこの入力には偏波が例えば矢印
１０で示すように垂直方向の直線形であるエネルギーが
与えられる。

第４および第６図の場合、長方形断面導波管は上記の偏
波エネルギーを、接続体１２を通じて円形断面導波管１
１に伝送する。

第５図の場合、導波管人力９は方形断面導波管１３に結
合している。

上記の円形断面導波管１１および方形断面導波管１３に
は、いずれの場合にも導波管入力部の縦方向軸に対して
垂直な縦方向軸をもった長方形断面導波管１４が結合さ
れている。

上記導波管は放射波の偏波平面に対して垂直である偏波
平面をもつ波を伝播するようになされている。

円形断面導波管１１および方形断面導波管１３は１次源
に接続される。

第６図の円形断面導波管１１は方形波ひれ状体１５を有
しており、その配置は、長方形断面導波管９，１４に対
して４ヂをなす時、結合器人力９において受けた波の、
この場合では垂直方向の、直線形偏波を円形偏波に変換
するようになされている。

しかし、上記方形波ひれ状体１５の配向角度は上記の４
ｆに限定されるものでなく、このひれ状体１５は長方形
断面導波管の軸に対して例えば２２．ツの角度で配置す
ることもでざる。

この場合には放射波の偏波はだ円形になる。

レーダの出したビーム中に位置する一つもしくはそれ以
上の物標から戻ったエネルギーを受信した瞬間、反射波
の偏波は、最も複雑で従って非等方性の物標の、少なく
とも一般的かつ最も蓋然性の高い場合において移行して
しまうことになる。

上記の場合、反射エネルギーは、偏波が発信時に存在し
ていた偏波である部分と、偏波が発信時に存在した偏波
に対して垂直である部分とから構成される。

先行技術の方式においては、発信時に生じた偏波に対し
垂直な偏波な伴なう上記エネルギーは、特にその目的で
設けた負荷へ吸収させた。

しかしこの発明によれば、上記エネルギーは導波管１４
に接続した受信機へ送られる。

上記受信機は通常リミッタによって燭されている。

比較的一般性が高くしかも現実的な、第６図に示した導
波管の場合、物標から戻った複雑な波、刊股的にはだ円
形の波はその相互に直交した直線形偏波要素に分割され
て、その反射波の一部が導波管９に受入れられかつその
他部分が、上記のように受信１機の接続されている導波
管１４に受入れられるようにされる。

導波管９，１４に接続した受信機の受信する波のエネル
ギーは統計的観点からほぼ同じである。

第８図は以上に説明した改良を含む多重ビームもしくは
積重ねビーム・レーダの概括図である。

この図には、先行技術に関する第１図に示すもの全体が
含まれており、それというのもこの発明の目的が、与え
られた方向に沿って段差を有し、かつ第１図のディスト
リビュータ５の出すものと類似し、発信時および受信時
に作動する積重ねられたビームを形成する多数のビーム
を、受信時に供給することにあるためである。

第１図に示すように、送受切換器４を通じて受信機６に
接続されているディストリビュータ５は、互いに他と一
定の方向で交差する段差をもった多数のビームが得られ
るように１次源２を結合し、また１次源２は放物面反射
装置１の焦面に置かれている。

同様にして、この発明によれば、第２デイストリビユー
タ１６が設置され、このディストリビュータ１６は第４
〜６図にもとづいて説明したような公知の手段をもって
１次源２を導波管１４に一定の方法で結合し、上記導波
管１４自体は、非等方性物標での反射のために反射エネ
ルギーの、放射エネルギーの偏波とは異なった偏波をも
った部分を受ける受信機１８に接続している。

１次源２の結合は、受信エネルギーがディストリビュー
タ１６によって段差をもったビームの二つの積重ね群に
分けられまた受信時に形成された積重ねのビームが、デ
ィストリビュータ５から形成された積重ねのビームを混
有するように行なわれる。

ディストリビュータ１６はまた、すでに述べた、受信時
にのみ動作する補給１次源１９９を１次発生源２００〜
２０５に結合する。

先行技術（第１図参照）によれば、ビームｆ１を定める
ためにディストリビュータ５は１次発生源２００．２０
１．２０２を結合し、またビームｆ２を定めるためにこ
のディストリビュータ５は１次発生源２０２，２０３，
２０４を結合する。

ディストリビュータ５によって形成されるビームの中間
になるビームを得るために、ディストリビュータ１６は
例えば、ビームｆ■については１次発生源２０１．２０
２，２０３を、またビームｆ■については１次発生源２
０３．２０４，２０５針結合する。

ビームｆ。を定めるためにはディストリビュータ１６は
１次発生源１９９．２００ 。

２０１を結合する。

すなわち、１次源の結合をｆ１〜ｆｎを得る場合と変え
ることにより、第３図の破線に示すｆ１〜ｆ（Ｎ−ｘ）
のビームを得ることができる。

発生源の結合は例えばサーキュレータを用いた公知の手
段等によって行なわれる。

テイストリビュータ１６は上記のように１次発生源を結
合し捷たこのように形成された受信チャンネルは一連の
リミッタ１７に接続されそして、その後には受信機１８
が接続され、この受信機１８は補間器１９に接続してい
る。

補間器１９は選択装置として働く論理回路２０に接続さ
れ、上記論理回路２０はまた、先行技術の説明において
言及した補間器７に接続されている。

上記の論理選択装置すなわち論理回路２０は特に、この
発明の主題をなすレーダに関して定められる二つの群に
ビームの補間を拡大することができるものである。

上記論理選択装置は、レーダの捕えたデータを処理する
ことによって測定されたデータを表示する抽出・表示回
路２１に接続されている。

論理回路は比較的過剰なビームによって、物標の位置測
定およびその検出に使用できるデータ量を増大させる。

更に、この過剰なビームにょ訓特に最良のＳ／Ｎ比に関
して、先行技術の装置に開かれた可能性が増し、このこ
とは測定を行なうために、最良のＳ／Ｎ比を示すチャン
ネルと結合した受信機を選ぶ時の混信の場合に非常に有
利となる。

論理選択装置２０は、非常に強くかつもしくは最大の強
さをもった正確な信号が検出されたビームを正に選ぶよ
うになされており、この条件においてはピーク・セレク
タとして働くものである。

上記論理選択装置２０はまた、検出されたのが単に、一
定偽警報比装置からの存在信号であるようなビームを選
択することができる。

この論理選択装置は更に、上記の両基準、すなわち存在
および強さを満たす信号を選択することもできる。

例として、論理選択装置２０で得ることのできる結果に
ついて振図って見ることができ、この場合上記装置は例
えば、特定の用途に従って接続されたダイオードのモザ
イク構成からなっている。

各ビーム対間で信号を比較しかつ補間を行なって最適情
報を得るために最強信号の基準をとる場合、論理選択装
置は次のように動作するようになすことができる。

すなわち、一般的にはｆ１＋ｆ（Ｉ＋、）＞ｆ ｉ ＋
ｆ （ｉ＋１）またはその逆（この式中、記号ｆは対応
ビーム中に検出されるエコー信号の強さを表わす）とす
れば、ビームｆ１とｆ（■＋１）の組は補間がなされ、
あるいは逆に、上記不等記号が逆向きであればビームｆ
、とｆ（ｉやりの組が補間される。

存在を基準とした場合について考察すれば論理選択装置
２００行ない得る動作は次の通りである。

すなわち、ビームｆ１中に信号が存在すれば、ビームｆ
２ と隣接ビームｆ１との補間が行なわれ、この場合そ
の減相関は、これが影響を及ぼすのは信号の振幅だけに
対しであって上記信号の存在に対してではないために不
利とはならない。

またビームｆ１およびｆ２中に信号が存在すれば、ビー
ムｆ１とｆ２ との補間が行なわれるがビームｆ２とビ
ームｆ１ との補間は妨げられる。

更にビームｆ■およびｆｌ中に信号が存在すれば、それ
ら二つのビームの補間が行なわれかつビームｆ、とｆ２
の補間が妨げられる。

論理選択装置の動作はこの装置の全ビームに関して行な
われる。

以上のようにして、補間すべきビームが選択され、この
選択されたビームによる補間データを補間器７又は１９
から選択抽出する。

ここで注目に値する点は、この発明によれば、サイドロ
ープ消去装置の性能を大幅に改善できることである。

要するに、先行技術の方式においてはビームに沿った補
間点は第２０−プのレベル（第３図の「ａ」レベル）に
非常に近い。

実際、この発明の装置においては、最低補間点は第２０
−ブのレベルよりも実質的に高いレベル（第３図のｒｂ
Ｊレベル）に位置しておシ、シかもサイドロープ消去装
置の設定は上記のレベルまで調節することができる。

すなわち、先行技術では補間のためのデータとして第３
図のレベルａを最低補間点として用いており、サイドロ
ープの消去はこれ以下のレベルを消去することにより行
なわれている。

しかしながら、実際上レベルａ付近では種々の原因によ
る雑音等が存在する。

一方本発明では最低補間点はレベルｂであり、これ以下
のサイドロープを消去することができ、雑音等の影響を
受けることは先行技術よりも大幅に改善される。

以上で、従来知られている積重ねビーム・レーダよすも
秀れた性能をもつ改良された積重ねビーム・レーダにつ
いて説明した。

先に述べたメリル・工・スコルニク著の「レーダ・ハン
ドブック」なる書物の他にも、この発明の目的に対して
有益で、上記の説明においては必要ないと考えられた幾
つかの細部についても述べている別の文献が引用できる
。

その文献としては米国特許第２，６１９，６３５号明細
書があり、これには、一つの種類の偏波特性をもった電
磁波を伝播しかつ伝送偏波およびその交差偏波要素のい
ずれかあるいは双方をもった波を受ける装置が記載され
ており、更に、１９６７年１０月１６日返行のエレクト
ロニクス（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）誌の１１１ページ
以降に「空の交通警官の眼、またの名を「悪名、ｊ（エ
ア・トラヒック・コツプ・アイズ「バンデイツ」ツウ）
」という題名の記事が収載されており、これはＬ５らつ
は形積重ねビーム・レーダについて述べている。

以上この発明によれば、補間のためのデータとして、従
来用いられていなかった放射ビームと異なる偏波面を有
する反射ビームを用いることとしたため、より正確な高
度データを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術による多重ビーム・レーダの概略図、
第２図は第１図のレーダから得られるビームの概略図、
第３図は使用する二つのビーム群についての、換角の関
数としての空中線利得を示す図、第４．５．６図はこの
発明の範囲内で使用できる両方向性結合器を示す図、第
７図はこの発明によるレーダから得られるビームの概略
図、第８図はこの発明の多重ビーム・レーダの概略図で
ある。 図面中、１は放物面放射装置、２（２００〜２Ｏｎ）は
１次源、３は発信機、４（４００〜４０３）は送受切換
器、５は第１デイストリビユータ、６（６００〜６０３
）は受信機、７は補間器回路、８は高度データ抽出・表
示装置、９は導波管入力部、１０は偏波方向矢印、１１
は円形断面導波管、１２は接続体、１３は方形断面導波
管、１４は長方形断面導波管、１５は方形ひれ状体、１
６は第２デイストリビユータ、１７はリミッタ、１８は
受信機、１９は補間器、２０は論理回路、（論理選択装
置）、２１は抽出・表示回路、１９８は負荷、１９９は
補給１次源を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 放物面反射装置と、この焦点面に設けられた１次源
   と、特定方向の偏波面を有するビームを送信する送信機
   と、第１の受信機と、該第１の受信機が前記特定方向の
   偏波面と同一の偏波面を有する第１の反射ビーム群を受
   信する如く、前記１次源と送受切換器を介して前記送信
   機又は第１の受信機のいずれかと接続する第１のディス
   トリビュータと、第２の受信機と、該第２の受信機が前
   記特定の偏波面に垂直な偏波面を有する第２の反射ビー
   ム群を受信する如く、前記１次源と第２の受信機とを接
   続する第２のディストリビュータと、前記第１の受信機
   に接続され前記第１のビーム群のうち２つの隣接するビ
   ームを補間する第１の補間手段と、前記第２の受信機に
   接続され前記第２のビーム群のうち２つの隣接するビー
   ムを補間する第２の補間手段と、前記第１の補間手段及
   び第２の補間手段の出力信号を入力し、反射ビームの強
   度又は存在に基づいていずれか一方の出力信号を選択出
   力する論理回路と、該選択出力された信号を表示する表
   示回路とを具備する積重ねビーム・レーダ。