JPS6037906B2 - 3D radar device - Google Patents

3D radar device

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JPS6037906B2
JPS6037906B2 JP6828576A JP6828576A JPS6037906B2 JP S6037906 B2 JPS6037906 B2 JP S6037906B2 JP 6828576 A JP6828576 A JP 6828576A JP 6828576 A JP6828576 A JP 6828576A JP S6037906 B2 JPS6037906 B2 JP S6037906B2
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JP
Japan
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antenna
dimensional radar
azimuth
radar device
target
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JP6828576A
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正孝 横尾
紀英 江口
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/04Display arrangements
    • G01S7/06Cathode-ray tube displays or other two dimensional or three-dimensional displays
    • G01S7/20Stereoscopic displays; Three-dimensional displays; Pseudo-three-dimensional displays

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は3次元レーダに関するものである。[Detailed description of the invention] This invention relates to three-dimensional radar.

従来、3次元レーダは、2次元レーダ同様例えば第1図
のように通常方位方向に連続回転する比較的構造の複雑
なアンテナ11、送信部12、受信部13、データ処理
部14、指示部(PPI)15で構成されている。従っ
て在来の2次元レーダ(1次レーダ又は2次レーダ)を
3次元化するためには、特にアンテナ11にかなりの改
修を加えるかあるいはアンテナ全体を換菱する必要があ
り、他の各部もかなり新設、換装が必要となる。
Conventionally, a three-dimensional radar, like a two-dimensional radar, usually has a relatively complicated structure that rotates continuously in the azimuth direction as shown in FIG. PPI) 15. Therefore, in order to convert a conventional two-dimensional radar (primary radar or secondary radar) into a three-dimensional one, it is necessary to make considerable modifications to the antenna 11 in particular, or to replace the entire antenna. Much new construction and replacement will be required.

いずれにせよ、3次元化にはかなりの作動停止期間と改
修作業が見込まれるという問題があった。
In any case, the problem with converting to 3D was that it required a considerable amount of downtime and repair work.

この発明は、以上述べた点に鑑みてなされたもので、在
来の2次元レーダ(1次レーダ又は2次レーダ)に併設
して、この2次元レーダによる目標からの反射信号また
は応答信号を受信処理し、更に上記2次元レーダからの
アンテナ方位角情報を受けてデータ処理することにより
、設贋することが簡便な3次元レーダ装置を提供するも
のである。
This invention has been made in view of the above-mentioned points, and is installed alongside a conventional two-dimensional radar (primary radar or secondary radar) to detect reflected signals or response signals from targets by this two-dimensional radar. The present invention provides a three-dimensional radar device that is easy to install by performing reception processing and further receiving and data processing antenna azimuth information from the two-dimensional radar.

以下、この発明の一実施例を第2図に示し説明する。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.

第2図に於て、16は在釆のレーダ菱贋(2次元レーダ
)で、ファン・ビームを方位方向に回転させて目標から
の反射信号又は応答信を受信し方位角情報を得て目標の
捜索を行なうものである。レーダ装置16に併設される
本発明の3次元レーダ装置2川ま、垂直面内のパターン
は所要の覆城に合わせて成形しているが、水平面内パタ
−ンとしては無指向性であるようなアンテナ21と、受
信部13、データ処理部14、座標変換部22、指示部
(PPI)15とで構成されたものである。
In Figure 2, 16 is a two-dimensional radar that rotates the fan beam in the azimuth direction, receives reflected signals or response signals from the target, obtains azimuth angle information, and locates the target. The purpose of this is to conduct a search. The pattern in the vertical plane of the three-dimensional radar device 2 of the present invention attached to the radar device 16 is shaped to match the required cover, but the pattern in the horizontal plane seems to be non-directional. It is composed of an antenna 21, a receiving section 13, a data processing section 14, a coordinate conversion section 22, and an instruction section (PPI) 15.

次に第2図に示されたものの動作について説明する。Next, the operation of the device shown in FIG. 2 will be explained.

まず、在来のレーダ装置16としての例えば2次元レー
ダ(1次レーダ又は2次レーダ)からある方位に放射さ
れた送信信号は、目標にあたった後反射信号又は応答信
号となって反射されてくる。この反射信号又は応答信号
の1部は併置された3次元レーダ装置20のアンテナ2
1の無指向性パターンに捉えられ受信部13に達する。
受信部13ではしーダ装置16からトリガ等を受け同期
をとると共に在釆レーダ送信信号との周波数同調、局部
発振周波数の作成などを行なってレーダ装置16と独立
に受信処理を行なう能力をもたせている。受信部13の
出力はデータ処理部14で処理され目標の3次元情報を
抽出する。
First, a transmission signal emitted in a certain direction from a conventional radar device 16, such as a two-dimensional radar (primary radar or secondary radar), hits a target and is reflected as a reflected signal or response signal. come. A part of this reflected signal or response signal is transmitted to the antenna 2 of the three-dimensional radar device 20 located in parallel.
The signal is captured by one non-directional pattern and reaches the receiving section 13.
The receiving section 13 receives a trigger etc. from the radar device 16, synchronizes it, performs frequency tuning with the radar transmission signal in the area, creates a local oscillation frequency, etc., and has the ability to perform reception processing independently of the radar device 16. ing. The output of the receiving section 13 is processed by the data processing section 14 to extract target three-dimensional information.

また、レーダ装置16から方位角情報(シンクロ信号等
)を受けて座標変換部22においてレーダ装置16と3
次九レーダ装置20との設置位置のズレによる目標位置
測定ずれ(パララツクス)を修正する。受信部13、デ
ータ処理部14、座標変換部22で処理された信号、デ
ータは指示部15に表示される。さて、3次元レーダ装
置20をさらに第4図から第7図に基づいて詳細に説明
する。
Further, upon receiving azimuth information (synchronized signal, etc.) from the radar device 16, the coordinate conversion unit 22 converts the radar devices 16 and 3 into two.
Next, the target position measurement deviation (parallax) due to the deviation in the installation position with respect to the radar device 20 is corrected. The signals and data processed by the receiving section 13, data processing section 14, and coordinate conversion section 22 are displayed on the instruction section 15. Now, the three-dimensional radar device 20 will be further explained in detail based on FIGS. 4 to 7.

在来のレーダ装置16と3次元レーダ装置20及び目標
との関係を幾何学的に示すと第4図のとおりとなり、同
図から目標の3次元情報(距離r2、方位角?2、高さ
h)を導出するためには、まず電波の到来方向である抑
角8と方位角差で。−ぐ,が必要となる。そこで、抑角
◇を検出する方法は例えば袴公昭42−16474号公
報に記載されている。
The relationship between the conventional radar device 16, the three-dimensional radar device 20, and the target is shown geometrically as shown in FIG. To derive h), first, use the difference in azimuth from the suppression angle 8, which is the arrival direction of the radio wave. −g, is required. Therefore, a method for detecting the depression angle ◇ is described, for example, in Hakama Kosho No. 42-16474.

つまり、第5図に示すとおりアンテナ21にはスロット
アレィ形式の垂直面内パターンを所要の覆城に合わせて
形成し、水平面内パターンとして無指向性の素子アンテ
ナ211,212,213を垂直方向に配列した方式を
採用して、各々の受信信号を受信部13に内蔵された位
相検知器131,132に導びき素子アンテナ211,
212間及び212,213間の入力位相差心,,心2
を検出し(このとき各素子アンテナ間の間隔をd,,も
とする)からに位相検知器133で抑角惜報となる入力
位相差心,−山2を検出して、これをデータ処理部14
で公知の演算式8=sin‐1〔亭主浩三苦み〕;入は
電波の波長、から目標抑角0を求めることができる。
That is, as shown in FIG. 5, the antenna 21 is formed with a vertical plane pattern in the form of a slot array according to the required coverage, and omnidirectional element antennas 211, 212, 213 are formed in the vertical plane as a horizontal plane pattern. A system in which each received signal is arranged in
Input phase difference between 212 and between 212 and 213 core, core 2
is detected (at this time, the interval between each element antenna is d,), and then the phase detector 133 detects the input phase difference center, -peak 2, which is the suppression angle signal, and this is processed as data. Part 14
The target suppression angle 0 can be found from the well-known arithmetic formula 8=sin-1 [Kozo Teishu]; where input is the wavelength of the radio wave.

また、方位角差で。Also, with azimuth difference.

−ぐ,はしーダ装置16から送られる方位角?,を受け
て座標変換部12にて検出される。つまり、第4図から
明らかな様にレーダ装置16からの目標方位角を◇.、
し−ダ装置16から3次元レーダ装置20を見た方位角
をJ。とすると、方位角差はJo−0,となる。次に目
標に対する送信信号と受信信号の関係は第6図に示すと
おり‘こなり、距離r,十r2が検出できる。つまり、
第6図3に対する3次元レーダ装置装置20の送信トリ
ガ信号と第6図4に示す3次元レーダ装置20の受信信
号の間の見掛けの経過時間t′‘こしーダ装置16から
3次元レーダ装置20へのトリガ信号の遅延時間号;d
はしーダ装置間距離、Cは電波伝播速度、を加えること
により、レーダ装置16からの送信信号が距離r,の目
標に当たって距離r2の3次元レーダ装置2川こ到達す
欄間牛二が検出できるのでr,十r2が求まる。従って
、データ処理部14は下記の演算を行なうことにより目
標の3次元情報(距離r2,方位角J2、高さh)を求
めることができる。
- Gu, is the azimuth sent from the radar device 16? , and is detected by the coordinate transformation unit 12. In other words, as is clear from FIG. 4, the target azimuth from the radar device 16 is set to ◇. ,
The azimuth angle when viewing the three-dimensional radar device 20 from the radar device 16 is J. Then, the azimuth difference is Jo-0. Next, the relationship between the transmitted signal and the received signal with respect to the target is as shown in FIG. 6, and distances r and r2 can be detected. In other words,
The apparent elapsed time t'' between the transmission trigger signal of the three-dimensional radar device 20 shown in FIG. 6 and the reception signal of the three-dimensional radar device 20 shown in FIG. Delay time number of trigger signal to 20; d
By adding the distance between the radar devices, C is the radio wave propagation speed, the transmitted signal from the radar device 16 hits the target at distance r, and reaches the 3D radar device 2 at distance r2, which is detected by Ranma Ushiji. Therefore, r, 10r2 can be found. Therefore, the data processing unit 14 can obtain three-dimensional information (distance r2, azimuth J2, height h) of the target by performing the following calculations.

‘j} 距離r2 第4図から、(r2cos8)2 =d2十(r亭−r
費sino)−幻ノr亭r蔓sin28×cos(0。
'j} Distance r2 From Figure 4, (r2cos8)2 = d20(rtei-r
cost sino) - gen no r tei r vine sin28 x cos (0.

−で,)が成立し、0,◇。 一◇,,r・十r2,
dは上述のとおり既知であるから、r,とr2は一義的
に決定する。‘ii’ 方位角ぐ2 第4図からr喜一r亭s形8=が十r室COS28一2
dr〆os8×cos少3 や成立する。
-,) holds true, and 0, ◇. 1◇,,r・10r2,
Since d is known as described above, r and r2 are uniquely determined. 'ii' Azimuth gu 2 From Figure 4, r Kiichi r Tei S form 8 = is 10 r room COS 28 - 2
dr〆os8×cossmall3 is established.

従って、COS◇3 =が十r≧cos28−r亭+r
参sin202dr2Cos8#十r季・r≧ 一 2dr2Cos8 ◇3=COS‐1(d壕参ヂ) よって、?2=芸−◇3 御高さh 第4図から、h=r2Sinaとなる。
Therefore, COS◇3 = is 10r≧cos28−rtei+r
San202dr2Cos8#10rki・r≧1 2dr2Cos8 ◇3=COS-1 (d trench Sanji) So,? 2=Gei-◇3 Height h From Figure 4, h=r2Sina.

さらに、指示部15において、目標のビデオ表示を行な
うためには、3次元レーダ装置20を中心とする距離r
2、方位角?2 により掃引信号を作成し、これに童畳
してビデオの縄点表示を行なえばよい。
Furthermore, in order to display the video of the target in the instruction unit 15, the distance r from the center of the three-dimensional radar device 20 is
2. Azimuth? 2 to create a sweep signal, and use it to display rope points on the video.

つまり、第7図において、3次元レーダ装置20の中心
から始まって、→■→■→@→@→・・・・・・と走査
するような鏡引信号を作成する。なお、トリガ信号は各
演算処理の同期に利用される。このように構成すること
により、在来の2次元レーダ(1次レーダ又は2次レー
ダ)を捜索能力の飛躍的向上した3次元レーダ装置に簡
便に構成することが出釆る。
That is, in FIG. 7, a mirror signal is created that starts from the center of the three-dimensional radar device 20 and scans in the order of →■→■→@→@→.... Note that the trigger signal is used for synchronizing each calculation process. With this configuration, it is possible to easily configure a conventional two-dimensional radar (primary radar or secondary radar) into a three-dimensional radar device with dramatically improved search capability.

次にこの発明の他の実施例を第3図に示し説明する。Next, another embodiment of the present invention is shown in FIG. 3 and will be described.

第3図に於て第2図と同一符号は同一又は相当を示す。
31はアンテナで、3次元レーダ装置2川こ設けられた
ものであり、第2図に示したこの発明の一実施例ではア
ンテナ21として方位方向無指向性パターンを考えたが
方位方向指向性パターンを持つようにしたものである。
In FIG. 3, the same reference numerals as in FIG. 2 indicate the same or equivalent.
Reference numeral 31 denotes an antenna, which is provided with two three-dimensional radar devices. In the embodiment of the present invention shown in FIG. It is designed to have .

この時は捜索覆域は特定の方位角範囲となる。第3図に
示したものの動作は第2図で示したものと同様である。
ここで、アンテナ21,31自体は固定又は半固定でも
よくさらにレーダ装置16からの方位角情報により連動
して連続回転させてもよい。又3次元レーダ装置20‘
こ設けられたアンテナは方位方向に無指向性のものに限
定されることはない。以上述べたところによって明らか
なように、この発明は3次元レーダ装置としては各種の
レーダ方式(位相差万式、フヱーズド・アレイ方式等)
に対してアンテナ21,31の構成を適応させることに
より応用できるものである。以上説明したようにこの発
明は、在来のレーダ装置に併設して、このレーダ装置に
よる目標からの反射信号又は応答信号ならびにこの時の
アンテナ方位角情報を受けて受信処理することにより簡
便に3次元レーダ装置を構成することを可能としている
In this case, the search area is a specific azimuth angle range. The operation of the device shown in FIG. 3 is similar to that shown in FIG.
Here, the antennas 21 and 31 themselves may be fixed or semi-fixed, and may also be continuously rotated in conjunction with azimuth information from the radar device 16. Also, three-dimensional radar device 20'
The provided antenna is not limited to one that is omnidirectional in the azimuth direction. As is clear from the above, the present invention can be applied to various radar systems (phase difference type, phased array type, etc.) as a three-dimensional radar device.
This can be applied by adapting the configurations of the antennas 21 and 31. As explained above, the present invention is installed in conjunction with a conventional radar device, and receives and processes the reflected signal or response signal from the target by the radar device as well as the antenna azimuth information at this time. It is possible to construct a dimensional radar device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の3次元レーダ菱贋の構成図、第2図はこ
の発明の一実施例による3次元レーダ装置の構成図、第
3図はこの発明の他の実施例による3次元レーダ装置の
構成図である。 また、第4図は在釆レーダ装置と本発明の実施例である
3次允レーダ装置と目標との幾何学的関係を示す図、第
5図はアンテナ21と受信部13の詳細構成図、第6図
は目標に対する送信信号と受信信号の関係を示すタイム
チャート図、第7図は指示部15の表示を説明する図で
ある。図中、13は受信部、14はデータ処理部、15
は指示部、16は第1のアンテナを有する送受信装置で
あるレーダ装置、2川ま3次元レーダ袋贋、21,31
は第2のアンテナであるアンテナ、22は座標を定める
座標部である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。第4図第
1図 第5図 第6図 第7図 第2図 第3図
FIG. 1 is a block diagram of a conventional three-dimensional radar machine, FIG. 2 is a block diagram of a three-dimensional radar device according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. Further, FIG. 4 is a diagram showing the geometrical relationship between the radar device located in the area, the third-order radar device which is an embodiment of the present invention, and the target, and FIG. 5 is a detailed configuration diagram of the antenna 21 and the receiving section 13. FIG. 6 is a time chart showing the relationship between the transmitted signal and the received signal with respect to the target, and FIG. 7 is a diagram illustrating the display of the instruction section 15. In the figure, 13 is a receiving section, 14 is a data processing section, 15
1 is an instruction unit, 16 is a radar device which is a transmitting and receiving device having a first antenna, 2 Kawama 3D radar bag counterfeit, 21, 31
is an antenna which is a second antenna, and 22 is a coordinate section that determines coordinates. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts. Figure 4 Figure 1 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 複数の素子アンテナを有し、他の2次元レーダに近
接あるいは離隔して設けられ、この2次元レーダから放
射された送信信号による目標からの反射信号又は応答信
号を受信するアンテナ、このアンテナの受信信号から各
素子アンテナ間の入力位相差を検出する受信部、上記2
次元レーダからのアンテナ方位角を受け上記アンテナの
アンテナ方位角との方向角差を検出する座標変換部、上
記受信部で得られる入力位相差を基に上記アンテナから
の目標抑角を求め、この目標抑角と上記座標変換部で得
られる方位角差、及び上記送信信号と上記反射信号又は
応答信号との時間差により定まる上記2次元レーダから
目標を介して上記アンテナに到る距離とを基に、上記ア
ンテナからの目標の3次元位置(距離、方位角、高さ)
を抽出するデータ処理部、処理された信号とデータを表
示する指示部を備えた3次元レーダ装置。 2 アンテナを方位方向に無指向性のパターンを有する
アンテナで構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の3次元レーダ装置。 3 アンテナを方位方向に指向性のパターンを有するア
ンテナで構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の3次元レーダ装置。 4 アンテナを半固定または連続回転可能にしたことを
特徴とする特許請求の範囲第3項記載の3次元レーダ装
置。
[Claims] 1. Has a plurality of element antennas, is provided close to or separated from another two-dimensional radar, and receives a reflected signal or response signal from a target based on a transmission signal radiated from this two-dimensional radar. a receiving section that detects an input phase difference between each element antenna from a received signal of this antenna;
A coordinate transformation unit receives the antenna azimuth from the dimensional radar and detects the difference in direction angle from the antenna azimuth of the antenna, and a target suppression angle from the antenna is determined based on the input phase difference obtained by the reception unit. Based on the target suppression angle, the azimuth difference obtained by the coordinate conversion section, and the distance from the two-dimensional radar to the antenna via the target, which is determined by the time difference between the transmitted signal and the reflected signal or response signal. , 3D position (distance, azimuth, height) of the target from the above antenna
A three-dimensional radar device equipped with a data processing unit that extracts the signals and an instruction unit that displays the processed signals and data. 2. The three-dimensional radar device according to claim 1, wherein the antenna is constructed of an antenna having a non-directional pattern in the azimuth direction. 3. Claim 1, characterized in that the antenna is constituted by an antenna having a directional pattern in the azimuth direction.
The three-dimensional radar device described in Section 3. 4. The three-dimensional radar device according to claim 3, wherein the antenna is semi-fixed or continuously rotatable.
JP6828576A 1976-06-10 1976-06-10 3D radar device Expired JPS6037906B2 (en)

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