JPS6022308B2 - 追尾レ−ダ方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、近接位置にある複数個の移動目標物体を区
別して追尾できるとともに、これら移動体が相互間にあ
るいは基準方向についてなす角度を追尾に伴なつて測定
できる追尾レーダに関する。

一般に、．レーダは、目標物体の位置情報および速度情
報を与える。

レーダに対する目標物体の位置はしーダからの距離、レ
ーダから見た方位角および仰角で一義的に定まる。一方
、一つのレーダが複数の目標物体を区別して認識する能
力すなわち分解館は、位置情報だけに基づく場合には、
レーダの空間的分解セルの大きさにより定まる。空間的
分解セルは、送信パルス幅対応のレジ方向距離すなわち
レンジセルと、レーダが識別できる最小の方位角および
仰角すなわち角度分解セルとで定義される。角度分解セ
ルは、アンテナ指向特性パターンの主ロープの実効ひろ
がり角で定まり、その値は大型アンテナによる振幅モノ
パルスレ−ダでも常０．５度以上である。理論的にはア
ンテナをさらに大型化することによってこのひろがり角
を４・さくできるが、アンテナの大型化は製造コストの
上昇を招くばかりでなく、実用性を害なう。したがって
、ごく普通に使われている追尾レーダ用アンテナの実効
ひろがり角は１度である。このような特性のアンテナを
送信パルス幅１マイクロ秒の追尾用振幅モノパルスレー
ダに用いた場合は「距離３０肋における分解セルは、方
位角および仰角方向各５２６肌、レンジ方向１５０肌の
円錐状空間となる。このように分鱗セルはかなり大きい
空間に広がるので、この１つの分解セル内に複数の目標
物体が同時に存在する場合が生じ、単一分解セル内のこ
れら複数目標物体を個々に識別して追尾する必要がいよ
いよ生ずる。従来の追尾レーダは位置情報だけに基づき
複数の目標物体を識別していた。

したがってｔ上述のような単一分解セル内の複数の目標
物体の追尾の場合は、それら目標物体からの反射成分の
合成値を単一の目標物体からの反射電波とみなして追尾
することになり、一つの所望の目標物体を選択して追尾
することはできなかった。それだけでなく、追尾中の目
標物体と同じ分解セル内に他の目標物体が進入した場合
は、追尾は両方の目標物体の中間について行なわれるこ
ととなり、所望の目標物体に対する追尾が不正確となり
、その進入目標物体が分解セルから外れる時点ではそれ
以後の追尾対象が所望の目標物体からその進入目標物体
に切り換えられてしまう場合がある。したがって本発明
の目的は、単一の分解セル内に存在する複数個の目標物
体を互いに区別して検出し、所望の目標物体に対する追
尾を他の目標物体の存在に影響されることなく行なうこ
とのできるレーダを提供することである。

本発明によるレーダは、目標物体の位置情報だけでなく
その速度情報をも利用することにより「同一分解セル内
の複数個の目標物体を互いに区別して検出し追尾できる
ように構成されている。

目標物体の追尾は目標物体の角度情報だけに応答して行
なうこともできるが、同一角度セル内の複数の目標物体
を区別して追尾するには目標物体を速度ごとに分離する
必要がある。本発明による追尾レーダは、目標物体の角
度情報をとり出すためのアンテナ系と、このアンテナ系
の出力信号を受け前記角度情報を保持したまま各自標物
体のドップラ周波数を検出する手段と、前記角度情報を
前記ドップラ周波数ごとに検出する手段とからなる。以
下図面を参照してこの発明を詳細に説明する。「第１図
は、この発明を適用した一次元振幅モノパルス追尾レー
ダの実施例の系統図であって、１１および１２はアンテ
ナ素子（両素子は同位相の蟹波を受信するように配置さ
れている）、１３はアンテナ素子１１および１２の出力
を組み合わせて振幅モノパルス和差パターンを形成する
ためのモノパルス・コンパレータ、１７は送受切襖器、
１６は送信機、２０は送信周波数と中間周波数との差の
周波数の局部発振を生ずる局部発振器、２１および２２
は高周波信号を中間周波信号へ変換するためのミキサー
、３１および３２は中間周波増幅器、４０は同期検波の
ための基準位相信号を発生する基準発振器、４１および
４２はモノパルス和と差各中間周波信号の振幅・位相情
報を抽出するための同期検波器、５１および５２は同期
検波器の出力信号を各自標のドップラ周波数の差異に基
づいて各自標毎に分離するドツプラ信号処理器、６０は
和と差各系統のドップラ信号処理器５１および５２の出
力を用いて追尾角度誤差信号および角度信号を発生する
角度信号発生器、７川まこの追尾角度誤差信号に基づい
てアンテナ駆動信号を発生するサーボ制御器、７１はア
ンテナ機械軸を所定の方向に回転するアンテナ駆動器、
８０はアンテナ機械触角度表示デジタル信号を生ずる角
度検出器である。

モノパルスコンパレータ１３の和信号出力端子１３１か
らドツプ信号処理器５１までの上段の系統を和チャンネ
ル、モノパルスコンパレー夕１３の差信号出力端子１３
２からドップラ信号処理器５２までの下段の系統を差チ
ャンネルという。第１図の構成の振幅モノパルス追尾レ
ーダ・システムに於て、今２つの目標ＡおよびＢが同一
分解セル内に存在した場合を考える。

第２図は受信アンテナ・パターンと２目標の受信強度を
示す図で、２０川まアンテナ素子１１および１２とモノ
バルス。コンパレータ１３との組み合せによって形成さ
れた振幅モノパルス和パターンを、２０１は同差パター
ンを示す。この和差各パターンにより検知されたＡ目標
の信号振幅をそれぞれＺ＾，△＾とし、Ｂ目標の信号振
幅をそれぞれＺ８，△Ｂとする。目標Ａ及びＢのアンテ
ナ・ボアサイトからの偏角をそれぞれ８＾，ＯＢとする
と、振幅モノパルス方式の一般的性質によりｋをアンテ
ナパターンから決まる定数として帖ｋ・会 ８Ｂ＝ｋ・蔓 の関係が成立する。

従って、２目標からの反射信号が（２＾、△＾）と（Ｚ
Ｂ、△Ｂ）の絹に分離されれば、目標ＡとＢの偏角が計
算できることになる。この場合受信々号の中の各移動目
標に対応るドップラ角周波数および位相は和信号と差信
号との両者において同一であるので、これらをＡ目標に
ついてそれぞれの＾〔ｒａｄｉａｎ／ｓｅｃ〕、◇＾〔
ｒａｄｉａｎ〕とし、Ｂ目標についてはそれぞれのＢ〔
ｒａｄｉａｎ／ｓｅｃ〕、マＢ（ｒａｄｉａｎ〕とする
。さらに、レーダ送信角周波数をの〔ｒａｄｉａｎ／ｓ
ｅｃ〕とすると、モノパルス・コンパレータ１３の和チ
ャンネル端子１３１に出力される受信々号はＺ＾ｃｏｓ
｛（の十の＾）ｔ○＾｝ 十２ＢＣＯＳ｛（の十のＢ）ｔ＋ぐＢ｝ ｛
１，であり、差チャンネル端子１３２に出力される受信
々号は、△＾ＣＯＳ｛（の十の＾）ｔ＋で＾｝ 十△Ｂｃ。

ｓ｛（の十のＢ）ｔ＋？Ｂ｝ （２）である
。この和差各信号はミキサー２１および２２をそれぞれ
経て、中心角周波数のｏの中間周波信号へ変換され、そ
れぞれ次のように表わされる。（以後、信号振幅につい
ては和差チャンネル間の相対値のみを問題とするので、
振幅及び位相を表わす記号は前式と同一のものを用いる
。

）Ｚ＾ｃｏｓ｛（ｗ。

十の＾）ｔ＋○＾｝十２ＢＣＯＳ｛（山。

十のＢ）ｔ＋で８｝△＾ＣＯＳ｛（の。

十の＾）ｔ＋？＾｝十△ＢｃＯＳ｛（の。

十のＢ）ｔ＋やＢ｝ 【３１この和差各信号は
、中間周波増幅器３１および３２によりそれぞれ増幅さ
れた後、同期検波器４１および４２によってそれぞれ同
期検波され、次式で表わされる信号に変換される。（同
期検波器４１および４２出力は和信号と差信号との相対
位相を表わせば足りるから、基準信号発生器４０は送信
機１６とも同期作動を必要としない。）Ｚ＾ＣＯＳ（の
＾ｔ＋ぐ＾）十２８Ｃｏｓ（のＢｔ＋ＯＢ）
【４｝△＾ＣＯＳ（仇＾ｔ十。

＾）十△ＢＣＯＳ（の８ｔ＋ぐＢ）これら和、差信号を
周波数差に基づいてそれぞれ２信号に分離するドツプラ
信号処理器５１，５２の各々は、例えば第３図で構成さ
れる。

第３図に於て、ドップラ信号処理器５１は中心角周波数
〔ねｄｉａｎ／ｓｅｃ〕がそれぞれの，、の２ 、…・
・・の１・・・・・・のｎであるｎ個の帯城通過フィル
夕５１１，５１２・・・…５１ｊ・・・・・・５１ｎを
並列接続したフィル夕・バンクである。第４図は上記ｎ
個のフィル夕それぞれの帯減速過特性を示す図で、５１
１Ｆはフィル夕５１１の帯城通過特性を、５１２日まフ
ィル夕５１２の同特性を示し、５１岬まで同様である。
このように構成したドップラ信号処理器５１，５２へ、
同期検波器４１，４２の出力信号（式■）を加えると、
まずｎ個のフィル夕によって和信号は２目標に対応する
２つのドップラ周波数信号２＾ＣＯＳ（の＾ｔ＋少＾）
、 ２８ｃｏｓ（のＢｔ＋ＪＢ） ■に分離
され、差信号も同様に、△＾ｃｏｓ（の＾ｔ十ぐ＾）、 △ＢＣＯＳ（のＢｔ＋◇Ｂ） ■に分離さ
れる。

角度信号発生器６川ま第７図に示すように構成されるが
、以下ドツプラ信号処理器５１の出力の内、和差チャン
ネル間の対応する周波数のｉの信号Ｓｉｃｏｓ（のｉｔ
＋Ｊｉ）、△ｌｃｏｓ（ｗｉｔ十◇ｉ）を例に取って説
明する。

まず、この２信号間の位相差（この場合の位相差はＺｉ
と△ｉの符号だけで決定される）を位相検出器６０３ｉ
で検出し、正負の符号だけを表わす信号Ｓをバッファー
６０６に導びく。又、同時に、和差各チャンネルに於け
る入力信号を各包絡線検波器６０１ｉおよび６０２ｉで
それぞれ検波してｌ２ｉｌ、ｌ△ｉｌを表わす信号を得
て、これらをアナログノデジタルコンバータ６０４ｉ，
６０５ｉへそれぞれ導びく。バッファ６０６は、上記３
種の信号をデジタ、ルコンピュータ６０７の入力信号と
して適合するように信号配列して出力する。コンピュー
タ６０７はｌ２ｉｌ、ｌ△ｉｌおよび符号を表わす信号
Ｓを用いて、△ｉ／２ｉに相当する値を計算する。中心
角周波数のｉの帯城通過フィル夕を通過したドツプラ周
波数信号はこのように処理される。他のドップラ周波数
信号も対応する包絡線検波器および位相検出器へそれぞ
れ加えられ、同様に信号処理される。したがって、前述
の２目標Ａ、Ｂについてのドップラ周波数信号（式｛５
’および‘６ーで現わされる）もやはりドップラ周波数
の＾，仇８に対応する回路で信号処理を受け、コンピュ
ータ６０７で△＾／２＾、△Ｂ／２Ｂがまず計算これ、
次いで偏角への換算定数ｋを乗じてａ＾及び８８がそれ
ぞれ計算される。これらの値は、目標Ａ、Ｂのアンテナ
指向軸からねの偏角すなわち角度誤差信号をそれぞれ現
わすからこれらのうちいづれか一方を選択してアンテナ
追尾誤差信号としてアンテナ駆動系のサーボ制御器７０
へ帰還し、角度誤差信号が０となるようアンテナ駆動器
７１′を駆動することによりその選択目標を追尾するこ
とができる。この追尾目標の選択は、予め定めた優先追
尾基準に従いコンピュータ６０７が選択した角度誤差信
号を端子６０９から出力することにより行なう。例えば
、当初目標Ａを追尾していたとき目標Ｂが同一の空間的
分解セル内に入ったならば当初の追尾目標Ａを引き続き
迫尾すべ〈優先基準が定めてある場合、角度誤差Ｋ（△
＾／２＾）が端子６０９からサーボ制御器７０へ供給さ
れる。この優先基準はコンピュ−タプログラムまたは外
部操作卓からコンピュ−夕６０７へ与える指令により任
意に設定し得る。また、目標Ｂについての角度誤差信号
Ｋ（△Ｂ／２８）は端子６１０から表示装置（図示せず
）へ送出されアンテナ・ボアサィトからの偏向信号とし
て表示される。目標Ａの角度も、角度検出器８０からの
デジタルアンテナ角度信号を端子８０１から表示装置へ
送ることにより表示できる。また、目標Ｂの角度は入力
端子６０８へ受けたアンテナ角度信号と上記目標Ｂの偏
角信号△８／Ｚ８とをコンピュータ６０７で加算するこ
とにより算出し、これを表示器へ送って表示することも
できる。このようにして、目標Ａについては、ボアサィ
ト追尾（アンテナ指向藤を目標に指向する追尾）を、ま
た目標Ｂについてはオフ・ボアサィト追尾（目標はアン
テナ・ボアサィトからずれているが、目標の角度情報を
継続的に表示すること）をそれぞれ行うことができる。
次に第５図を参照して位相モノパルスレーダへ適用した
本発明実施例を説明する。

位相モノパルスレーダであるから、アンテナ素子１１お
よび１２は空間的位置を異にする。アンテナ素子１１お
よび１２をパラボラアンテナでそれぞれ構成した場合、
これら２つのアンテナ素子は中心位置をパラボラ反射鏡
の直径だけ隔てて、かつそれらのボアサイトを互いに平
行にして配置される。モノパルスコンパレータを備えな
い点で相異するほか、本実施例は第１図に示した第１の
実施例とほぼ同様の構成を有する。以後、ミキサー２１
からドップラ信号処理器５１までの上段の信号処理系統
を第１の系統、同機にミキサ２２からドップラ信号処理
器５２までの系統を第２の系統と称する。第６図は、ア
ンテナパターンと２目標の受信強度を示す図であり、図
中の２５０はアンテナ素子１１（または１２）の素子ア
ンテナ・パターンを示しており、８＾，ＯＢの方向に２
目標Ａ、Ｂが存在して、その受信強度がＥ＾，ＥＢであ
ることを示している。送信角周波数をの（ｒａｄｉａｎ
／ｓｅｃ〕、ドップラ角間波数を目標Ａについての＾〔
ｒａｄｉａｎ／ｓｅｃ〕、目標ＢについてのＢ〔ｒａｄ
ｉａｎ／ｓｅｃ〕、目標からの反射波の２アンテナ素子
中間点への到達位相を目標Ａ、Ｂについて、それぞれめ
＾〔ｒａｄｉａｎ〕、ＯＢ（ｒａｄｉａｎ〕とする。

また、反射波入射方向に対するアンテナ素子の相対位置
差より生ずる位相差を、第１のアンテナ素子１１につい
て目標Ａ、Ｂに対しそれぞれ６＾〔鼠ｄｉａｎ〕６Ｂ〔
ｒａｄｉａｎ〕、第２のアンテナ素子１２についてそれ
ぞれ−６＾〔ｒａｄｉａｎ〕、一６８〔的ｄｉａｎ〕と
する。この時、２つのアンテナ素子間の距離をｄとする
と、６＾，６８は次式で与えられる。圭三≦憲三三……
）【７’ 但し０＾，８８はアンテナ・ポアサィトからの目標Ａ、
Ｂの偏角を、入＾および＾Ｂは受信波の波長をそれぞれ
示し２汀Ｃ ＾＾：−−−入Ｂ：よ空き（Ｃ；光途 の十の＾ である。

このとき、アンテナ素子１１，１２からの受信信号は、
Ｅ＾ＣＯＳ〔（山十の＾）ｔ＋？＾十６＾〕十ＥＢｃ。

ｓ〔（山十のＢ）ｔ＋ＪＢ＋６８〕 （８）Ｅ＾ＣＯ
Ｓ〔（の十の＾）ｔ＋ぐ＾−６＾〕十ＥＢＣ。ｓ〔（仇
十のＢ）ｔ＋ＯＢ−６Ｂ〕であり、中間周波数増幅器３
１および３２の出力は、それぞれＥ＾ｃｏｓ〔（■。

十の＾）ｔ＋Ｊ＾＋６＾〕十ＥＢＣＯＳ〔（■。十のＢ
）ｔ十◇Ｂ＋６８〕 （９）Ｅ＾ＣＯＳ〔（■。十の＾
）ｔ十◇＾−６＾〕十ＥＢｃ。ｓ〔（■。十のＢ）ｔ＋
○８−８８〕となる。この信号が同期検波器４１および
４２で同期検波されると各系の信号はＥ＾ＣＯＳ（の＾
ｔ＋や＾十６＾） 十ＥＢｃＯＳ（のＢｔ＋◇Ｂ十６８） （ｌｏ）
Ｅ＾ＣＯＳ（の＾ｔ＋◇＾一６＾）十ＥＢｃＯＳ（山Ｂ
ｔ十ＯＢ一ａＢ） となる。

この信号は前実施例と同様ドップラ信号処理器５１およ
び５２において、ＥＡＣＯＳ（山Ａｔ＋？＾十６＾）、 ＥＢｃＯＳ（のＢｔ＋ＯＢ＋６Ｂ） （１２）
ＥＡｃｏｓ（のＡｔ＋ぐ＾−６＾）、ＥＢＣＯＳ（仇Ｂ
ｔ＋◇Ｂ一６Ｂ） なる各自標ごとのドップラ角周波数信号に分離され角度
信号発生器６５へ加えられる。

式（１２）をベクトル表示すると、登亭三章孝三＝きミ
ミミ宣言≦柊員＝葦昌三｝（１３）と現わされる。

第８図に示す角度信号発生器６５は、前記第１の実施例
における角度信号発生器６０中の包絡線検波器６０１ｉ
および６０２ｉを除去したことと、正逆の極性検出だけ
で足りる位相検出器６０３ｉに代えて任意位相差を検出
し得る位相検波器６５３ｉを採用したことの他は第７図
の角度信号発生器６０と同様の構成を有する。

したがって、ドップラ角周波数の＾，也Ｂにそれぞれ対
応する２つの位相検波器からＡＪｇ〔Ｅ＾ｅｊ（◇＾十
６＾）〕 −〜ｇ〔Ｅ＾ｅｉ（◇＾‐６＾）〕＝２６＾ （，４
）Ａ止ｇ〔ＥＢｅｊ（ＯＢ＋６Ｂ）〕−〜ｇ〔ＥＢｅｊ
（ぐＢ‐６Ｂ）〕＝２８８なる位相差信号が出力される
。

式（１４）右辺は式【７）から２６＾偽８羊８＾ ）（
，５） ２６８＝そ三ｍａＢ２２英ｄａＢ と表わされる（ただし、＾は送信波長）ので、これらは
目標ＡおよびＢの偏角にそれぞれ対応する。

したがって、コンピュータ６０７がいずれか一つの信号
を選択して端子６０９に出力することにより任意の目標
をボアサィト追尾し得ることおよび他方の目標物体をオ
フ・ボアサィト追尾し得ることは前記第１の実施例と同
様である。′上記２つの実施例においては、同一の空間
分解セル内にはＡおよびＢの２つの目標物体だけが存在
する場合につき述べたが、さらに多数の目標物体があっ
てもそれらのドップラ周波数がドップラ信号処理器５１
の周波数分解熊以上互いに隔っているかぎり個別的に追
尾できる。一例として、送信周波数的Ｈｚ、各フィル夕
の帯域１００ＨＺの追尾レーダを考えると、半径方向速
度において互いに１１物′日以上の速度差を持つ複数の
目標物体を分離して追尾することができる。この場合、
最大３マッハまでの速度を持つ目標を正しく分離するた
めにはドップラ処理器５１および５２の帯域通過フィル
夕数ｎはそれぞれ約３４０となり、各フィル夕の中心周
波数は１００ＨＺおきとなる。これら実施例における目
標物体追尾は、送信電波を連続波（ＣＷ）にした場合も
パルス状にした場合も達成できる。

パルス電波を用いれば、目標物体の距離情報が簡単に得
られるから、レンジ方向の追尾も可能である。第１図、
第５図に示した実施例では、１次元角度方向のみの追尾
を考えたが、２次元角度内の追尾を行なうためには、例
えば、前例のアンテナ系に直交する面内にもアンテナ系
を構成し、１次元角度内追尾時と同様のことを行えば良
い。

また、前実施例ではドツプラ信号処理器５１および５２
として、第３図の系統図のものを考えたが、これの代り
に高速フーリエ交換（ＦＦＴ）などを用いる離散的なド
ップラ信号処理器を用いても良い。

また、前実施例では２つの目標物体のうち１つを機械的
ビーム走査によってボアサィト追尾を行ない、他の１目
標はオフボアサィト追尾を行なったが、機械的走査の代
りに電子的ビーム走査など高速走査手段を採用し、時分
割で複数各自標方向ヘビーム走査を行えば、全ての目標
についてボアサイト追尾を又はボアサィト追尾とオフボ
アサイト追尾の組み合せ追尾を行なうことも可能となる
。

機械的走査と電子的走査の併用方式についても同様に可
能である。さらに、モノパルス・ビーム形成の代りに、
コニカル・ビーム走査方式やシークェソシャル・ビーム
走査方式など目標物体の偏角情報を含む受信信号を生じ
るレーダ方式に置換しても、複数目標追尾は同様に可能
である。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の複数目標追尾レーダ方式の一実施例
を示す系統図、第２図はこの系のアンテナ系により形成
されるアンテナ指向性パターンと受信々号強度を示す図
、第３図はドップラ信号処理器の一実施例を示す系統図
、第４図は第３図に示した系の帯城通過特性、第５図は
この発明の他の実施例を示す系統図、第６図はこの系の
アンテナにより形成されるアンテナ指向性パターンと受
信信号強度とを示す図で、第７図および第８図は角度信
号発生器の一実施例を示す図である。 第１図および第５図に於て、１１および１２はアンテナ
素子、１３はモノパルス・コンパレータ、１７は送受切
換器、１６は送信機、２０は局部発振器、２１および２
２はミキサー、３１および３２は中間周波増幅器、４０
は基準発振器、４１および４２は同期検波器、５１およ
び５２はドップラ信号処理器、６０および６５は角度信
号発生器、７川まサ−ボ制御器、７１はアンテナ駆動器
、８０は角度検出器であり、第２図に於て、２０川まモ
ノパルス和パターン、２０１は差パターンであり、第３
図に於て、５１１〜５１ｎは帯城通過フィル夕であり、
第４図に於て、５１１Ｆ〜５１ｎＦはこれらフィル夕の
帯域通過特性であり、第６図に於て、２５０１ま第５図
の系のアンテナ素子パターンである。第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第５図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 捜索空間に存在する目標物体の方位角および仰角を
   それぞれ検出できるように高い指向性を有するとともに
   その主ビーム内に存在する目標物体の偏角情報を出力す
   ることができるアンテナと、 このアンテナ指向性中心
   軸の向きを表わす信号を生ずる軸方向表示信号発生手段
   と、 前記アンテナを通じてマイクロ波を連続的あるい
   は断続的に前記捜索空間に発射するとともに前記目標物
   体からの反射波を受信する送受信機と、 その受信信号
   から互いに相異なる相対速度をもち互いに近接した方位
   角および仰角方向に存在する２つ以上の目標物体の相対
   速度を表わす情報をそれぞれの目的物体に対応した相対
   速度成分に区分するドツプラ信号処理器と、 このドツ
   プラ信号処理器からの出力信号を入力信号とし前記２つ
   以上の目標物体のそれぞれと前記アンテナとを結ぶ線が
   前記アンテナ指向性中心軸となす偏角を表わす偏角信号
   を発生する角度信号発生器と、 この角度信号発生器で
   得られた前記２つ以上の目標物体の偏角信号に基づいて
   １つの追尾方向角度を設定する手段とを設え、この追尾
   方向角度と前記軸方向角度との差が零になる方向に前記
   アンテナビームの指向方向を変えて所定方向にアンテナ
   ビームを追尾する追尾レーダ方式。