JPS624667B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、位相走査アレイ・レーダー装置に
おいて、複数個の相異なる周波数パルスを時間的
に順次配列した送信パルスにより、相異なる方向
に各周波数に対応した複数個のビームを指向さ
せ、移相器位相量ならびにビーム走査方向および
走査範囲を変化することなく各周波数を所定帯域
内で任意に変化可能としたレーダー装置に関する
ものである。 従来距離、方位、高度を精密測定する３次元レ
ーダあるいは任意の座標平面内あるいは座標立体
内における精密測角装置における有力な方式とし
てペンシル・ビームによる電子走査方式があり、
これを実現する方式として従来、大別して送信周
波数を変える周波数走査方式および移相器を制御
して行なう位相走査方式ならびに両方式の長所を
組合わせた位相・周波数走査方式がある。 周波数走査方式は、空中線導波管の管内波長が
周波数によつて変化することにより、アレイを構
成している各素子アンテナへの給電位相を変化さ
せ、空中線開口面の等位相面を変化させてビーム
走査を行なうもので、各送信パルス毎に１周波の
みを用いて単一ビームによる高速ビーム走査する
単一ビーム走査方式と各送信パルスとして周波数
の相異なる複数個の送信信号をほゞ同時又は順次
配列した信号を用いることにより、相異なる方向
に指向する複数個のビームをほゞ同時に発生する
マルチ・ビーム方式がある。 前者の単一ビーム走査方式は、所定の空間を走
査する際、単一ビームを用いるため、走査時間が
大きくなり、データ更新速度（データ・レート）
が大きくとれない欠点があるのに対し、後者のマ
ルチ・ビーム方式ではこのデータ・レートを大幅
に向上させることが出来る。このマルチ・ビーム
方式の原理図を第１図に示す。 しかし乍ら上記いずれのケースにせよ、周波数
走査方式は、 ア 多周波数を使うため広周波数帯域を占有する
ため、電波監理行政上の障害となる イ 使用周波数で妨害された場合、その周波数に
対応する角度方向では探知が行なえず、又、周
波数切換等によつて回避しようにもビーム方向
と周波数が１対１に対応しているため異なる周
波数で同一方向を指向させるよう、新たな位相
補正手段を付加するなど複数化するなどの欠点
を有している。 これに対し、位相走査方式は、所要走査角度範
囲にわたり、周波数を変化させる必要がないため
占有周波数帯域を狭くできる反面、マルチ・ビー
ム発生が難かしく単一ビームにせざるを得ず必然
的にデータ・レートが低下する欠点を有する。 位相・周波数走査方式は、以上の２方式の長所
を組合わせたもので、第２図に示すように、所要
走査空間（指向角度範囲：θ₁₁〜θ_Po）を一回の
周波数走査でカバーするのでなく、複数範囲（θ
₁₁〜θ_1o，θ₂₁〜θ_2o…θ_p1〜θ_po）に分割して各
分割走査範囲内を複数周波（_１，_２…_o）
によるマルチ・ビームで覆い、異なる分割走査範
囲への切換は異なる送信周期において第２図に示
すように周波数_１の信号に対応するビーム指向
角度θがθ₁₁からθ₂₁になるよう移相器群１１の
位相量を設定して行なう。 _１〜_oの複数個の信号周波数に対応するビ
ーム指向方向相互の角度間隔は、遅波回路１２の
タツプ間距離（電 長）で定まる一定の関係を有
しており、移相器群１１の設定替えによつて_１
ビームの指向方向がθ₁₁→θ₂₁になるに伴ない、
_２〜_oビームの指向方向もそれぞれθ₁₂→θ
₂₂，θ₁₃→θ₂₃，…θ_1o→θ_2oへと一群となつて変
化する。 この位相・周波数走査方式のシステム構成およ
び動作原理を以下、第３図、第４図により説明す
る。 第３図は、ビーム走査に伴なう各ビームの振幅
比較結果により３次元位置を測定する方式に適用
した例であり、第４図は、モノパルス測角により
３次元位置を測定する方式に適用した例を示した
ものである。 第３図に関し以下動作原理を述べる。基準信号
発生回路１７で発生した送信種信号（第１中間周
波信号）は、変調回路１８でパルス変調を受け、
基準信号発生回路１７からの送信周波数選択指令
により第１局部発振回路２０で選択された第１局
部発振周波数信号（STALO）と周波数混合回路
１９で混合され、第２図ａに示すような送信信号
を作成し、電力増幅回路２１で最終送信出力とし
た後サーキユレータ１４を経由して遅波回路１２
に入る。 周波数_１，_２…_oから成る送信信号がこ
の遅波回路１２を進行するに伴ない、途中から移
相器群１１の各移相器、アレイアンテナ１０の各
アレイアンテナ素子へ出力する給電位相は、周波
数差に応じた異なる等位相面を形成する。 この結果、第２図ｃに示すように第１回送信に
よる走査範囲内では、周波数（_１〜_o）の信
号に対応し、それぞれ異なる方向θ₁₁，θ₁₂，…
θ_1oにビームを発生する。この時第３図移相器群
１１は、_１に対応するビームがθ₁₁を指向する
様、基準信号発生回路１７、ビーム制御回路１
６、移相器駆動回路１５からの制御信号を受けて
位相量設定を行なう。 アレイ・アンテナ１０から空間に放射された送
信信号は、目標に到達した後、反射されて、アレ
イ・アンテナ１０で受信される。 この受信信号は、移相器群１１、遅波回路１２
によつて形成されている各周波数対応のビーム系
で捕捉され、サーキユレータ１４を経由して高周
波増幅回路２２で増幅された後、周波数混合回路
２３において、第１局部発振回路２０からの第１
局部発振周波数信号（STALO）と混合され第１
中間周波信号に変換され第１中間周波増幅回路及
び分配回路２４で増幅され、ｎ分配される。 分配された各信号は、周波数混合回路２５１，
２５２，…，２５ｎで、基準信号発生回路１７か
らの_１，_２…_oに対応した第２局部発振周
波数信号と混合され、それぞれ第２中間周波信号
に変換されて対応する第２中間周波増幅回路及び
検波回路２６１，２６２，…２６ｎでビデオ信号
となる。 これらｎ個のビデオ信号を、隣接２ビーム出力
ずつ組合わせて振幅比較回路２７１，２７２，
…，２７ｎで振幅比較し、振幅比に対応した出力
を発生した後、相関処理回路２９でこれらの振幅
比較出力間の相関処理を行なつて、目標到来角を
知り、３次元位置が決定される。 一方、第２中間周波増幅回路及び検波回路２６
１，２６２，…，２６ｎの出力を、表示回路３０
に各出力に対応する仰角と関係づけて表示するこ
とにより、目視により３次元位置を測定すること
が出来る。 次に、第４図に関して第３図と異なる点につい
てのみ以下に説明する。 電力増幅回路２１の出力は、サーキユレータ１
４を介してハイブリツド１３に入力され２分配さ
れてそれぞれ２組の遅波回路１２ａ，１２ｂに入
力され、第１移相器群１１ａ、第２位相器群１１
ｂを経由して第１アレイ・アンテナ１０ａ、第２
アレイ・アンテナ１０ｂから空間へ放射される。 目標からの反射波は、アレイ・アンテナ１０
ａ，１０ｂ、移相器群１１ａ，１１ｂ、遅波回路
１２ａ，１２ｂを経由してハイブリツド１３に入
力され、和信号出力、差信号出力を発生する。 和信号はサーキユレータ１４経由、又差信号は
直接第３図同様、それぞれ高周波増幅回路２２
ａ，２２ｂ周波数混合回路２３ａ，２３ｂ、第１
中間周波増幅回路及び分配回路２４ａ，２４ｂを
通り、ｎビームに対応した各ｎ個の第１中間周波
信号となる。 これら和、差各ｎ個の信号は、更に周波数混合
回路２５ａ１，２５ａ２，…２５an；２５ｂ
１，２５ｂ２，…２５bnで基準信号発生回路１
７からの_１，_２…_oに対応したｎ個の第２
局部発振周波数信号と混合され、第２中間周波信
号となり、続く第２中間周波増幅回路及び検波回
路２６ａ１，２６ａ２，…２６an；２６ｂ１，
２６ｂ２…２６bnでビデオ信号となる。 これら和、差各ｎ個のビデオ信号は、各ビーム
に対応するもの同志組合わされて、モノパルス処
理回路２８１，２８２，…，２８ｎで角度信号に
変換され、相関処理回路２９で３次元位置が決定
される。 以上述べた第２図、第３図、第４図では、
_１，_２，…，_oを一定にした場合を考えてい
るが、_１，_２，…_oの周波数間隔を一定に
保つたまゝ、₁′，₂′…_o′に変化した場合に
ついて第５図により説明する。 第５図において、当初_１ビーム系、_２ビー
ム系、…_oビーム系の周波数が（_１，_２，
…，_o）に設定されていたものを例えば妨害波
をうけてそれぞれ△だけ変えて（₁′，₂′…
_o′）にしたとすると、移相器群１１の位相量
（φ10，φ20，…φmo）を一定に保つたまゝで
は、 △＝_１−₁′＝_２−₂′＝…_o−_o′ に対応した位相差が遅波回路１２内で発生し、た
とえば_１ビーム系はθ₁₁からθ₁₁′へと指向方向
が変化する。 以下_２，…，_oビーム系についても同様に
その指向方向は新たな方向θ₁₁′，θ₁₂′，…θ_1o′
となる。 このように、周波数変化により各ビーム系の指
向方向が変化することは探知上甚だ不都合であ
る。この問題を解消するため第５図に示すように
移相器群１１の位相量を次式にもとづき修正し、
_１ビーム系、_２ビーム系…_oビーム系の各
周波数が（₁′，₂′…_o′）に変化した状態に
於いて各ビームがもとの周波数（_１，_２…
_o）の場合に生成したと同一のビーム指向方向を
指すようにする。 φ₁₀′＝φ₁₀ φ₂₀′＝φ₂₀−２πｄ／λsin（θ₁₁′−θ₁₁） 〓 φmo′＝φmo−２πｄ／λ 〔sin（θ₁₁′−θ₁₁）〕×（ｍ−１） 次にこれらの事情の理解を深めるため、従来の
位相・周波数走査方式について具体的数値を入れ
て概説する。 レーダで使用できる周波数帯を6000MHz±
300MHz（比帯域10％）とする。位相・周波数走
査方式では各ビーム系の周波数は10MHz間隔で７
波並べられており、この周波数間隔10MHzの差で
指向角度差が0.5゜ずつ異なるビームを作つてい
る、とする。 具体的な周波数は、中心周波数が5750MHz，
5850MHz，5950MHz，6050MHz，6150MHz，
6250MHzのいずれかのうち指定されたものをと
り、その中心周波数を中心にして10MHz間隔で７
波をかためて配列している（一例として；_１＝
5720MHz，_２＝5730MHz，_３＝5740MHz，
_４＝5750MHz，_５＝5760MHz，_６＝5770M
Hz，_７＝5780MHz）。妨害をうけるとこの７波
の集団を他の中心周波数の所へ移し、妨害も回避
するようにしている。 すなわち、妨害をうけると各周波数は最大
500MHzジヤンプすることになるので（具体的に
は、₁′＝6220MHz，₂′＝6230MHz，₃′＝
6240MHz，₄′＝6250MHz，₅′＝6260MHz，
₆′＝6270MHz，₇′＝6280MHz）、これによるビー
ム方向の変化は25゜（＝５００ＭHz／１０ＭHz×0.5゜
）にもな り、これを元に引戻す大型の補正手段が必要、と
いうことになるのである。 以上説明してきたように、位相・周波数走査方
式は、 ア 比較的狭い占有周波数帯域幅で、 イ 高いデータ・レート を達成することが出来るが、周波数走査方式にお
けると同様、使用周波数で妨害された場合、その
周波数に対応する角度方向では探知が行なえず、
又周波数切換等によつて回避しようにもビーム方
向と周波数が１対１に対応しているため、異なる
周波数で同一方向を指向させるよう新たな位相補
正手段を必要とするなど複雑化する欠点を有して
いる。 この発明は、以上述べたような従来の周波数走
査方式あるいは位相・周波数走査方式において周
波数を切換えるたびに移相器の位相量を制御する
必要があつた欠点を解消するためなされたもので
ある。 以下、第６図に示すこの発明の一実施例につい
て説明する。 第６図は、従来の方式について説明した第３図
に対応するもので、第３図における遅波回路１２
の代りに分波・移相回路群４０および分配器４１
を用いたことを特徴としている。 この分波・移相回路群４０を第７図、第８図に
より説明する。 第７図に示すように、分波・移相回路群４０
は、アレイ・アンテナ１０を構成するｍ個の素子
および移相器群１１を構成するｍ個の移相器の各
個に対応するｍ個の分波・移相回路で構成され
る。一例として、ｉ番目の素子、移相器に対応す
る分波・移相回路について説明する。第８図ａに
示すように、分波器５０ｉおよび５１ｉを入出力
回路として有し、端子から入つた周波数_１，
_２，…，_oの信号は、各周波数に対応した出
力端子に分波され、各周波数に対応した固定遅延
線（５２ｉ０，５２ｉ１，５２ｉ２…，５２ｉ
（ｎ−１））により位相差を与えられた後再び分波
器５０ｉにより合成されて、端子出力となる。 逆に端子から入つた周波数（_１，_２，…
_o）の信号についても同様である。 第８図ａは、固定遅延線５２ｉを用いたが、同
図ｂのように、可変遅延線又は移相器５３ｉを用
いても同様の効果が得られる。 分波器５０，５１は、例えば第８図ｃに示すよ
うに相互に重複しない帯域フイルタ（_１系，
_２系，…_o系）の集合として構成することも可
能である。 第７図の構成により周波数（_１，_２，…，
_o）の信号による_１ビーム系，_２ビーム
系，…_oビーム系の等位相面は次の位相量で決
定される。

【表】 例えば、周波数_１の信号の各位相器群１１に
おける位相量（φ₁₀，φ₁₁，φ₁₂，…φ_1n）は第
９図で等位相面_１を形成するよう、次の関係に
設定される。 φ₁₁＝φ₁₀＋２πｄ／λsinθ_１ φ₁₂＝φ₁₀＋２πｄ／λ×２×sinθ_１ 〓 φ_1n＝φ₁₀＋２πｄ／λ×ｍ×sinθ_１ ただし、θ_１＝等位相面_１の傾き 同様に、周波数_２の信号の各位相器群１１に
おける位相量（φ₁₀＋φ₂₀，φ₁₁＋φ₂₁，φ₁₂＋φ
₂₂，…φ_1n＋φ_2n）は、第９図で等位相面_２を
形成するよう次の関係に設定される。 φ₁₁＋φ₂₁ ＝（φ₁₀＋φ₂₀＋２πｄ／λsinθ_２ φ₁₂＋φ₂₂ ＝（φ₁₀＋φ₂₀）＋２πｄ／λ×２×sinθ_２ 〓 φ_1n＋φ_2n ＝（φ₁₀＋φ₂₀）＋２πｄ／λ×ｍ×sinθ_２ 以下周波数_oの信号まで同様である。 次に、これらの事情の理解を深めるため具体的
数値を入れて概説する。 レーダで使用できる周波数帯をさきに説明の従
来例と同様に、6000MHz±300MHz（比帯域10
％）とする。説明を簡単にするため、図８図ｃに
示す各周波数系の周波数帯をガートバンドを考慮
し、_１系：5750±40MHz，_２系：5850±40M
Hz，_３系：5950±40MHz，_４系：6050±40M
Hz，_５系：6150±40MHz，_６系：6250±40M
Hzに設定し、（_１，_２…_６）の周波数は、
それぞれ_１系，_２系…_６系の周波数帯内の
任意の周波数を利用する。 例えば、_１系において妨害があると_１系の
周波数を_１系の周波数帯6750±40MHzの中で妨
害のない任意の周波数に移し、レーダとしての運
用を継続する。 この場合、_２系，_３系…_６系は_１系と
連動して移してもよいし、又妨害がなければ全く
元の周波数のまゝ変移させなくてもよい。 所で、移相器群１１及び分波・移相器群４０の
諸元は、各周波数系の中心周波数を100MHz離し
てそれによるビームの傾きのちいを0.5゜に設定
しているので、周波数系毎の移相量のちがいは従
来例に比べ極めて小さくてすむ。 このため、妨害信号に対応して周波数を最も大
きく移したとしても（＋40MHz又は−40MHz）、
それによるビーム指向方向のずれは±0.2゜（＝
４０ＭHz／１００ＭHz×0.5゜）となり、本発明に係る
レーダ装 置の機能から考え全く問題となることはない。 また、各アレイ素子１０に対応して用意されて
いる分波・移相器４０の分波器５０ｉ，５１ｉ
（バンドパスフイルタで構成されている）の移相
特性は、上記各各周波数系毎の周波数帯内（±
40MHz）に於て一定ではないが、各アレイ素子に
対応し用意された分波器５０ｉ，５１ｉの対応す
る各周波数帯内の移相特性を合せておくことによ
り、上記妨害波に対応して行う周波数の変化に対
しても次のように何らの影響もでない。 すなわち、妨害に対し例えば_１系の周波数を
△変移させたとすると、当該周波数変化による
各アレイ素子１０対応の分波移相器４０の分波器
５０ｉ，５１ｉにおける移相量は同じだけ変化す
る。 この結果、各アレイ素子における_１系の信号
に対する等位相面は変化せず、従つてビーム方向
の変化も全く生じない。 以上、述べたように、_１ビーム系、_２ビー
ム系…_oビーム系の信号周波数（_１，_２，
…，_o）が第８図ｃに示す各周波数に対応した
帯域内で変化する限り、各周波数に対して設定さ
れる位相量すなわち等位相面は実質的に変化せ
ず。従つて一妨害波に対応して周波数切換を行つ
ても位相量補正を全く必要としない。 なお、以上は、第３図に示すところの、各ビー
ムで受信する信号間の振幅比較により３次元位置
測定方式について考察したが、第４図に示すモノ
パルス測角方式にも適用出来ることは明らかであ
り、これを第１０図に示している。 以上の様に、この発明によれば、従来の周波数
走査方式あるいは位相・周波数走査方式が、周波
数を切換えるたびにビーム方向が変化しないよう
移相器位相量を補正する必要があつたのに対し、
相互に重複しない複数個の周波数帯域を有するフ
イルタで構成する分波・移相回路を用い複数個の
送信信号の周波数を、これら対応する各帯域毎に
割付け、周波数は帯域内変化し得るように構成し
たので、送信周波数を任意に変化しても、移相器
の位相量を補正することなく各信号周波数のビー
ム方向を一定に保持し得るレーダー装置を実現す
ることが出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の周波数走査方式において１送
信パルス内でマルチ・ビームを発生する方式のビ
ーム走査原理図、第２図は、従来の位相・周波数
走査方式のビーム走査原理図、第３図は従来の位
相・周波数走査方式を振幅比較測角方式と組合せ
て用いた場合の３次元レーダー系統図、第４図
は、従来の位相・周波数走査方式をモノパルス測
角方式と組合わせて用いた場合の３次元レーダー
系統図、第５図は、従来の位相・周波数走査方式
において、送信周波数を変化させた場合、ビーム
走査範囲等が変化しないよう移相器位相量を補正
する手段の説明図、第６図は、本発明の１実施例
の系統図、第７図は、本発明における分波・移相
回路群の構成図、第８図は、分波・移相回路群の
構成単位である分波・移相回路構成図、第９図
は、この分波・移相回路群によつて発生するｎ個
の等位相面の説明図、第１０図は、本発明の他の
実施例の系統図を示す。 図において、１０はアレイアンテナ、１１は移
相器群、１４はサーキユレータ、１７は基準信号
発生回路、１８は変調回路、１９は周波数混合回
路、２０は第１局部発振回路、４０は分波移相回
路群、４１は分配器である。なお図中同一符号は
同一または相当部分を示すものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個の素子アンテナとこの素子アンテナの
   給電位相を制御するための複数個の移相器で構成
   する位相走査型レーダ装置において、それぞれが
   相互に重複しない複数個の周波数帯域内でその周
   波数が変化し得るパルス状に変調された高周波信
   号を所定の順序に発生させる送信手段と、この送
   信手段の出力信号を素子アンテナに対応して複数
   個に分配する分配器と、この分配器の素子アンテ
   ナ対応の各出力を前記複数個の周波数帯域に対応
   して分波する分波器と各周波数帯域毎の信号に対
   しそれぞれの周波数の信号によるビームの方位角
   の角度差が所定の値になるように周波数帯域毎
   別々に所定の移相量を与える移相回路とこの移相
   回路の出力を合成する合成器とより成る分配・移
   相器群と、この分配・移相器群と前記各素子アン
   テナとの間に設けられ各周波数帯域毎の信号によ
   るビームの方位角を一群に束ねて変化させる移相
   器群とを備えたことを特徴とするレーダー装置。 ２ 分波・移相回路群の各分波・移相回路は分波
   器と遅延線とで構成されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のレーダー装置。 ３ 遅延線が固定遅延線であることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載のレーダー装置。 ４ 遅延線が可変遅延線であり、該可変遅延線の
   制御により該複数個のビームの相対角度間隔を任
   意に設定可能としたことを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載のレーダー装置。 ５ 分波・移相回路群の各分波・移相回路は分波
   器と移相器とで構成され、該各分波・移相回路を
   構成する該移相器を制御することにより該複数個
   のビームの相対角度を任意に設定可能としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーダ
   ー装置。