JPS61140883A - 目標追尾高分解能レ−ダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、沿岸を航行する船舶、あるいは航空機等の
移動または回転する物体を目標として、これを地上等に
設置された。固定レーダ装置で追尾することにより、そ
の形状等を高分解能識別する目標追尾高分解能レーダに
関する。　□〔発明の技術的背景およ、びその問題点〕
マイクロ波帯レーダは一般に天候等に左右され難いこと
で知られているが、このマイクロ波帯レーダであれ、地
上等に固定されたレーダ装置によって上述したような目
標の形状までも知ろうとすることは困難であるとされて
いた。これは該レーダ装置自身の空間分解能が目標の大
きさに比べて粗いためである。

そこで、これを克服する技術として合成開口レーダが提
案され実用されることとなった。周知のようにこの合成
開口レーダとは、アンテナおよび送受信装置を高速度で
移動するプラットフォーム上に搭載し、これらアンテナ
および送受信装置の移動に伴なう空間上の多数の場所で
目標のエコーデータを収集するようにしたものであり、
これによって大きな開口長をもつアンテナと同等の指向
性を作り出し、ひいては該レーダとしての分解能を高め
るものである。

ただし、この合成開口レーダとて、上記アンテナおよび
送受信装置を航空機の移動するプラット、フオームに搭
載する都合上、同装置の大きさや重量に関しての制約が
大きく、また上記収集したデータのリアルタイム処理も
困難であるなどの不都合を有するものであることから、
運用上はやはり上記固定レーダ装置によってこの合成開
口レーダと同等の高分解能が得られればそれに越したこ
とはない。せめて移動または回転等の運動を行なう目標
についてはこの固定レーダ装置によってもその形状等の
観測ができることが望ましい。しかし、同固定レーダ装
置に単に上述した合成開口レーダの技術を援用しようと
すれば、いわゆる角変アンビギュイティが除去できる程
度に近接して多数の送受信システムないしは受信システ
ムを配置し、さらに各々の受信データを統合して等測的
に合成開口レーダにおけるプラットフォームの移動に相
当する効果を作り出さなければならないことになり、結
局、 １）レーダ敷地面積が広大になる。

２）装置が複雑で高価になる。

３）各受信装置間の位相同期、をとらなければならす、
この操作も困難である。

等々の新たな問題が生じることとなる。

〔発明の目的〕

この発明は、少なくとも単一の固定レーダ装置によって
前記移動または回転する目標の形状等に関する高分解能
レーダ画像を得ることのできる目標追尾高分解能レーダ
を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

この発明では、例えば目標がある速度をもって移動する
場合、これに固定レーダ装置からコヒーレント（位相連
続）なパルス信号を照射し、かつこの反射信号を同固定
レーダ装置によって受信して得た信号の位相変化が、固
定目標に対する合成開口レーダの受信信号の位相変化と
同様な２次式で表わされ、したがって、その瞬時オフセ
ット周波数であるドツプラー周波数も時間の経過ととも
に直線的に変化するようになることに着目し才、上記受
信信号列にコヒーレントな位相標準信号に基づく位相検
波を施すとともに、この位相検波した信号列にさらに上
記目標が移動することにより生ずる各パルス間での２次
位相変化を追尾した合成開口レーダ技術において周知の
ドツプラー周波数追尾積分を施すようにする。これによ
り、ある観、測時間内における上記目標のドツプラー周
波数変化幅が既知となり、したがってこれをレンジ（ア
ンテナからの距離）との対応のもとに適宜表示するよう
にすれば、同目標の形状が識別できる程度に高分解能な
情報が得られるよ６になる。なお、上記受信信号のよう
な周波数が時刻とともに直線状に変化する信号は、従来
レーダのパルス圧縮、技術においてチャープ信号と呼ば
れ、これを適当なフィルタに通すことによって（すなわ
ち相関をとることによって）その周波数変調幅に反比例
した時間幅の急峻なパルス状信号に変換し得ることはよ
く知られている。

〔発明の効果〕

このように、この発明にかかる目標追尾高分解郁レーダ
によれば、比較的安価に構成することができ、しかも受
信データのリアルタイム処理も容。

易な地上等の固定レーダ装置によって移動または回転運
動を行なう目標の形状を的確に識別することができるよ
うになる。またこの発明では、いわゆる一般の合成開口
レーダとは異なってプラットフォームが固定であること
から、必要に応じて連続的に目標を追尾し、もってその
画像化を繰り返すといったことも容易にでき、ひいては
同目標の形状に関するより正確な判定を行なうことがで
きろ。さらにはまた、これと同様の理由から、比較的任
意に処理パルス数を可変することができ、特にビーム幅
以上の広がりにわたってレーダ信号を受信してこれに上
述したドツプラー周波数追尾積分を施すようにすれば、
紹介解能の画像を生成することもできる。

なお、目標の運動方向によっては、１つの固定レーダ装
置だけでは十分な高分解能が得られないことも有り得る
が、このような場合はこの発明にかかるレーダを複数任
意に離間して設けて、それぞ九の出力画像を統合するよ
うにすればよく、また通常に高分解能が得られる場合で
あっても、このように複数のレーダを併用するようにす
ればより優れた情報識別を行なうことができる。

〔発明の実施例〕

はじめに、第２図を参照してこの発明の詳細な説明する
。

一般に、地上等に置かれた固定レーダ装置に運動目標に
対する合成開口技術を適用する場合、次の問題がある。

そもそも合成開口における信号処理は、受信信号列に対
するコヒーレントな相関演算であるため、入力信号に整
合した相関標準関数が既知でなければならない。換言す
れば、目標の運動に関する情報が既知でなければならな
い。この点、従来のサイドルッキング方式合成開ロレー
ダのような合成開口技術を用いたレーダの場合、目標の
運動は航空機等のプラットフォームの運動とレーダビー
ムの照射方向とで定まってしまうから、上記の相関標準
関数も既知ということになり、したがって、特に問題は
生じないが、ここでとり上げたよろな上記固定レーダで
運動目標を観測する場合は、同目標の運動の種類、方向
、大きさの何れも未知であり、到底これでは正確な合成
開口画像を生成することができないという本質的な問題
がある。

そこでこの発明では、次のような原理によって上記目標
の合成開口像を得る。

例えばいま、第２図に示すように速度−をもって移動す
る目標Ｐを地上等に置かれた固定レーダ１００によって
観測するとする。ここで、ある基準とする時刻え＝０の
ときの目標Ｐに対するレーダスラント距離がＢ・。であ
るとすると、その後の時刻差におけろ同目標Ｐに対する
レーダスラント距離”（ｉ）は、 で与えられる。したがって、このレーダ装置１００から
目標Ｐに照射されるレーダビームの波長をλとすると、
同レーダ装置１００に受信される信号の上記時刻えにお
ける位相φ（ｉ）は次の２次変化を伴なうこととなる。

４π φ（、ｔ　）　＝　−−Ｔ−Ｒ・（ｉ）・・・・・・・
・（２） そしてこの受信信号列は次の形をもつ。

Ｓ（、ｔ）＝＝Ａ−８Ｘすφ（ｉ）、０＜ズくＴ・・・
・・・（３）ただし、八は同信号の振幅である。整合フ
ィルタの理論により周知のように、この信号列に対して
は、 Ｗ（ｉ）　＝　８　（ｉ） （帯は複素共役を示す） を相関標準関数として、相関演算 ｆｏＳ　＜ｉ）Ｗ＜ｔ＞　ｅｌｉ を行なえば、目標Ｐの運動方向に沿ったクロスレンジ軸
上について λ几。

２　？　Ｔ　ｓｉｎ”θ の分解能を有するレーダ出力を得るこＬができる。

すなわち、上記５（ｉ）のレプリカが既知となれば、こ
の固定レーダ装置１００によっても移動目標Ｐの合成開
口像が得られろことがわかる。例えば、同し−ダ装行１
００のアンテナとしてモノパルスアンチナラ用い、この
モノパルスアンテナから出力される和チャンネル信号お
よび差チャンネル信号に基づいて、上記目標Ｐの随時の
方位および距離を求めるようにすれば、これから該目標
Ｐの移動ベクトルが推定できろようになり、上記５（２
）のレプリカも既知となる。

第１図に、こうした原理に基づいて構成したこの発明に
かかる目標追尾高解能レーダの一実施例を示す。

この実施例では、同第１図に示すように、アンテナとし
て、単一のパルス応答で瞬時にその方位指向誤差を検出
し、該検出誤差に応じた和チャンネル信号Σおよび差チ
ャンネル信号Δを出力するモノパルスアンテナ１０１を
使用することを前提とする。

さてこの装置において、位相標準信号発生器１１０は安
定化した所定周波数のコヒーレントな信号を発生する回
路であり、この発生された信号は送信機１２０、位相検
波器１５】および１５２にそれぞれ供給される。送信機
１２０では、この入力された信号に基づいて所要の繰り
返し周期を有するパルス信号を発生し、これを上記モノ
パルスアンテナ１０１に供給する。これによりモノパル
スアンテナ１０１からは同パルス信号がレーダ送信信号
さして放射される。

一方、図示しない目標からの反射波は、同モノパルスア
ンテナ１０１によって受信され、これが上述した差チャ
ンネル信号Δおよび和チャンネル信号Σとしてそれぞれ
受信機１３１および１３２に供給される。そしてこれら
信号は、一般には該受信機１３１および１３２内で中間
周波信号に変換され、さらにその後段のパルス圧縮器１
４１および１４２で周知のパルス圧縮が施されて、高い
距離分解能をもったレーダ信号として位相検波器１５１
および１５２に供給される。位相検波器１５１および１
５２は、上記位相標準信号発生器１１０から発生される
位相標車信号によって、それぞれ入力されるレーダ信号
を位相検波する回路であり、これら位相検波された信号
ΔｄおよびΣｄが、上述した原理に基づく目標の高分解
能画像化のために、以下、詳述、する信号処理部に供給
される。

信号処理部は、上記位相検ズされた信号ΔｄおよびΣｄ
に基づいて目標の移動を角度変位として検知処理するモ
ノパルス測角処理器１６１と、同信号ΔｄおよびΣｄに
基づいて同じく目標の移動をスラント距離の変位として
検知処理する距離精測処理器１６２と、これら処理器１
６１および１６２から各パルス毎に加えられろ角度デー
タおよび距離データを逐次モニタして所定のパルス数の
間での目標の軌跡をベクトルとして検知し、これに基づ
いて前述した相関標準関数を求めるとともに、該信号処
理部内の各四素並びに後述する高分解能画像表示器１８
２の動作を統括的に制御するコントロールプロセッサ１
７０と、前記モノパルスアンテナ１０１の目標に対して
定められた所定の観測範囲内において収集される和チャ
ンネル信号の位相検波信号（１３）　　　　　　　　　
　　　　、＾＾Σｄを一時貯蔵するエリアメモリ１７１
と、上記コントロールプロセッサ１７０の制御のもとに
該エリアメモリ１７１から順次読み出される貯蔵データ
（上記信号Σｄ）に、同コントロールプロセッサ１７０
にて求められた相関標準関数に基づく前述した相関演算
を施す相関演算器１７２とを具えて構成され、該演算結
果を目標の形状を示す画像データとして逐次画像メモリ
１８１に格納するよう動作する。すなわち、画像化すべ
き目標が指定されると、モノパルスアンテナ１０１は、
上記モノパルス測角処理器１６１の測角処理に基づき、
目標が例えばほぼボアサイトに位置するようその指向方
向が定められ、かつ上記距離精測処理器１６２の測距処
理に基づきそのスラント距離範囲が定められて、上記エ
リアメモリ１７１にはモノパルスアンテナ１０１の該観
測範囲内において収集される位相検波信号Σｄがレーダ
データとして貯蔵され、またこれと並行して、上記コン
トロールプロセッサ１７０ではモノパルスアンテナ１０
１の同観測範囲内において各パルス毎に供給される上記
角度データと距離データとをモニタして上述した相関標
準関数を求めることから、上記エリアメモリ１７１に貯
蔵された各データと該相関標準関数との各相関演算値は
、モノパルスアンテナ】０１の実開口ビーム幅より狭い
角度分解能を有し、かつ目標の運動方向に沿ったクロス
レンジ軸上について前述した　λ几。／　（２？Ｔ　５
ｉｎ２θ）といった距離分解能を有する画像データとし
て、同目標の形状を有効に識別せしめ得るものになる。

因みに、簡単な例として、該固定されるレーダ装ｆＦｊ
　１００と目標Ｐ（！ｌ：の関係が第３図に示すようで
あるとすると（目標Ｐの移動経路に対し垂直にレーダビ
ームが照射されろ）、レーダビームの繰り返し周期（Ｐ
Ｒ・Ｉ）をＴとして目標ＰをｎＴ時間観測した場合（す
なわち、ｎ個の受信信号を得る場合）、クロスレンジ方
向の距離分解能は、λＲ０ ｖｎＴ となるから、例えば であるとすると、約８．５　ｍのクロスレンジ分解能を
得ることができる。

なお、上記相関演算器１７２は、従来の合成開口レーダ
におけろディジタル信号処理プロセッサとして周知のも
のであり、この詳細についての説明は割愛する。

高分解能画像表示器１８２は、こうして得られ画像メモ
リ１８１に格納された画像データをレンジとクロスレン
ジとの２次元、あるいはレンジとクロスレンジと強度と
の３次元に可視表示して同目標Ｐの形状を知らしめるも
のである。

また、ＰＰＩスコープ１９０は、前記位相検波信号Σｄ
に基づいて目標の付着を表示する周知の表示器であり、
ここでは画像化すべき目標を指定する際などに利用され
るとする。

ところで、この実施例ではレーダアンテナとしてモノパ
ルスアンテナを使用することを前提としく１５） だが、少なくともアンテナビームのポインティングが可
能なコヒーレント捜索レーダであれば、必ずしも同アン
テナの使用が限定されるものではない。

また、上述した信号処理部の構成も同実施例に限らず任
意であり、少なくとも位相検波された受゛　　　信信号
列に、目標が移動することにより生ずる各パルス間での
２次位相変化を追尾したドツプラー周波数追尾積分を施
し得る構成であればよい。

なお、使用アンテナが電子走査型で高速にビームを指回
し得る場合、さらには目標の移動速度が小さいなどの理
由によりデータ取得レートが遅くてよい場合などには、
この発明にかかろレーダでも、通常のビーム走査による
捜索と画像化のための目標照射とを時分割で行なういわ
ゆるトラックホワイルスキャン動作が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる目標追尾高分解能レーダの一
実施例装置構成を示すブロック図、第２図および第３図
はこの発明の詳細な説明するための略図′である。 １００・・・固定レーダ装置、１０１・・・モノパルス
アンテナ、１１０・・・位相標準信号発生器、１２０・
・・送信機、１３１　、１３２・・・受信機、１４１　
、１４２・・・パルス王縮器、１５１　、１５２・・・
位相検波器、１６１・・・モノパルス測角処理器、１６
２・・・距離精測処理器、１７０・・・コン）ロールプ
ロセッサ、１７１・・・エリアメモリ、１７２・・・相
関演算器、１８１・・・画像メモリ、１８２・・・高分
解能画像表示器、１９０・・・ＰＰＩスコープ、Ｐ・・
・目標。 第 ニニ」 １図 一牛群 １．１　戸ごｒ−筐 ″”“、　”　２１’１４　ｆｆｌ’Ｊ　Ｉ冒 乍匣汀旨午拝１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動または回転する目標を固定パルスレーダ装置
   で追尾してこのレーダアンテナの実開口ビーム幅より狭
   い角度分解能を有するレーダ画像を得る目標追尾高分解
   能レーダであって、前記レーダアンテナから前記目標に
   パルス信号を照射しながらこの信号の反射信号を同アン
   テナで逐次受信して得られた受信信号列にコヒーレント
   な位相標準信号に基づく位相検波を施す位相検波手段と
   、この位相検波された信号列に前記目標が移動すること
   により生ずる各パルス間での２次位相変化を追尾したド
   ップラー周波数追尾積分を施す演算手段とを具え、この
   演算値に基づいて前記レーダ画像を得る目標追尾高分解
   能レーダ。
2. （２）前記レーダアンテナは、単一のパルス応答で瞬時
   に同アンテナの方位指向誤差を検出し、該検出誤差に応
   じた和チャンネル信号および差チャンネル信号を出力す
   るモノパルスアンテナであり、前記演算手段は、前記和
   チャンネル信号および差チャンネル信号のそれぞれ位相
   検波された信号のうちのいずれか一方の信号列を所定の
   範囲にわたって一時貯蔵するメモリと、これら和チャン
   ネル信号および差チャンネル信号のそれぞれ位相検波さ
   れた信号に基づいて前記目標の方位および距離を求める
   手段と、これら求められた方位データおよび距離データ
   に基づいて同目標の移動ベクトルを推定する手段と、こ
   の推定された移動ベクトルにより前記一時貯蔵された信
   号列の相関をとる手段とを具えて構成される特許請求の
   範囲第（１）項記載の目標追尾高分解能レーダ。