JPS63243891A - レ−ダ装置の目標方向検出装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はレーダ装置に係り、特に目標方向検出装置に
関する。

（従来の技術） レーダによって目標の方向を検出する方式として、従来
、モノパルス測角方式が多用されている。これは、例え
ば、第９図に示すように、和のノやターン（Σ）母ター
ン）ト差のパターン（Δパターン）が得られるリニアア
レイアンテナ１１を水平面内で回転させ、目標からの電
波を受信し、Δパターンによる受信レベルとΣパターン
による受圧と呼ぶ）を誤差電圧発生回路１３によって発
生させこの電圧を使って目標の方位角を測角装置１４で
求めるものである。

ここでビーム指向方位角と電波の到来方位角の差（以下
、偏角と呼ぶ）と誤差電圧との関係は予め知られており
、誤差電圧がわかれば偏角が求められる。したがりて、
ビーム指向方位角検出器１２で検出されたビーム指向方
位角データと偏角の和を求めれば目標の方位角がわかる
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記のような従来のレーダ装置の目標方
向検出方式には以下に述べるような欠点がある。

いま、リニアアレイアンテナ１１が第１０図に示すよう
に２軸を中心として回転しているとし、ボアサイトがＸ
軸方向を向いているとする。このとき、放射素子はｙ軸
に沿って配列されている。

ここで観測点方向の方位角をψ、仰角をαとすると、こ
のリニアアレイアンテナ１ノの和のパターンＥｌ　（ψ
、α）と差のパターンＥ２（ψ、α）は次式％式％ 但し、Ｆ（ψ、α）はりニアアレイアンテナを構成する
放射素子の放射パターン、 Ｎは放射素子数、 ｋは波数、 ｄは放射素子間隔 ■！（ｎ）は和のパターンを形成するための励振振幅（
Ｉ！（ｎ）＝Ｉｔ（ｎ））、 工ｚ（ｎ）は差のパターンを形成するための励振振幅（
Ｉｚ　（−ｎ）−ｌ２（ｎ））である。

式で与えられる。

仰角αの関数である。以上のことから、仰角αを１１図
に示すような特性となる（以下、これを誤差曲線と呼ぶ
）。

したがって、第１１図に示すように、誤差曲線は仰角に
よって変わるから、あるレベルの誤差電圧が検出された
とき、方位偏角を求めるためには目標が存在する仰角の
情報を得て、その仰角に於ける誤差曲線を用いなければ
ならない。そのためには別の手段によりて仰角を求めな
ければならず、システムが複雑になるとともに経済的負
担も大きくなる。これを避けるために、すべての仰角に
わたり、ある特定の仰角に於ける誤差曲線を用いるとい
う方法も採られるが、これでは正確な測角ができない。

また、ビームを全方位にわたって走査する電子走査式円
形プレイアンテナが用いられることもあるが、このアン
テナも前記リニアアンテナと同様に、仰角によって誤差
曲線が変化するので、仰角の情報を得なければ正確な測
角ができない。

この発明は上記の欠点を除去するもので、別の手段によ
って仰角を求めることなく、正確に方位角を測角するこ
とができ、また、仰角も求めることができるレーダ装置
の目標方向検出装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） すなわち、この発明に係るレーダ装置の目標検出装置は
、第１の軸を中心としてこの第１の軸とは垂直な第１の
面内において回転するりニアアレイアンテナまたは前記
第１の軸を中心として前記第１の面内に放射素子が円形
に配列されたアレイアンテナで構成され、空間に存在す
る目標からの電波を受信するアンテナ装置と、このアン
テナ装置の受信電波から互いに異なる２つのビームの前
記第１の面上での指向方向角を検出し、それぞれのビー
ム指向方向角について前記第１の面上での目標の方向角
との差である偏角に応じた誤差電圧を発生させる誤差電
圧発生回路と、この誤差電圧発生回路の出力及び前記第
１の面とは垂直な第２の面上の任意の一定方向角におけ
る既存の偏角と誤差電圧との関係に基づいて、前記目標
が前記一定方向角に存在すると仮定した場合の前記２つ
のビームの指向方向角のそれぞれに対する目標との仮の
偏角を求める偏角検出手段と、この偏角検出手段で得ら
れた仮の偏角と前記既存の偏角と前記２つのビームの指
向方向角との関係から真の偏角及び方向角を求める演算
手段とを具備して構成される。

（作用） 上記構成によるレーダ装置の目標方向検出装置は、まず
アンテナ装置の異なる２つのビーム指向方向角について
、目標との偏角に応じた誤差電圧を発生させ、この誤差
電圧と任意の一定方向角における既存の偏角との関係を
用いて、目標が上記一定方向角に存在すると仮定した場
合の２つのビーム指向方向角のそれぞれに対する目標の
仮の偏角を求め、この仮の偏角と既存の偏角と２つのビ
ーム指向方向角との関係から真の偏角及び方向角を求め
ることを特徴とする。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明に係る目標位置検出装置の系統図を示
している。但し、第１図に於いて、第９図と同一符号を
付しであるものについては前記の説明の通りである。第
１図の系統ではデータ処理器１５が追加されており、こ
こで偏角とビーム指向方位角のデータを用いて目標の方
位角及び仰角を算出するようになされている。

以下、データ処理器１５に於ける方位角及び仰角の算出
法を説明する。

まず、先に示した（３）式からｃｏｓαｓｉｎψが一定
とる。いま第２図に示すように、原点を中心とする半径
１の球面上の点で目標の方向を表わすと、ｃｏｓαｓｉ
ｎψＶｉ（ψ、α）方向を表わ下点のｙ座標となりてい
る。したがって、ｅＯ８αｓｉｎψが一定となる（９．
α）は第２図に於いてＺ−Ｘ面に平行な鉛直面と球の交
線である円周り上にある。ここではビーム指向方向をｚ
−ｘ面内としているから、一般的性な鉛直面と球が交わ
る線上では一定の値となるということになる。

第２図を上の方から見ると第３図（、）のようになる。

ここでビームはＸ軸の方を向いており、ｅｏＩ！αなる
記号で示す直線となる。なお、第３図伽）に示すように
、ビーム指向方位角がψ′であるとき、ピＢに平行に引
いた直線Ｌ′で示される。以下の説明では上記のように
、上方から見た図を用いる。

ここで、目標が第４図に示す点ＰＫあるとする。

この点の仰角をα′とする。ビームがφ１方向を向いて
いるとき、このビームに対する目標の偏角をψ。

とじ、このとき得られる誤差電圧をｖｌとする。また、
ビームが≠ｊ力方向向いているとき、このビームに対す
る目標の偏角を−９８とし、このとき得られる誤差電圧
を−ｖ３とする。点Ｐを通り、＋ｉのビームに平行に引
いた直線をＬｌとし、ｈと円周Ｃとの交点をＡとする。

ナｌビームに対する点Ａの偏角をψｌとする。また、点
Ｐを通りΦｊのビームに平行に引いた直線をＬｌとじ、
Ｌ、と円周Ｃとの交点をＢとする。＋ｊビームに対する
点Ｂの偏角を−９２とする。この場合、次の関係が成り
立つ。

ｃｏｇα’ｓｉｎψ、”！１ｎψｓ　　　　　　　　”
’　（４）ｅｏｌｌα’ｓｉｎψ８＝Ｂ１ｎｑ）２・・
・（５）ここで、ψ、、ψ３．ψ１．ψ２が小さい角で
あるとすると、次の近似式が成り立つ。

ψＡ　Ｃｏ３α−ψ１　　　　　　　　　　　・・・（
６）ψＢｅ０８α−ψ２　　　　　　　　　　・・・（
７）また、ビーム引とビーム≠ｊの間の角度をψ、とす
ると、次の関係が成り立つ。

ψム＋ψＢ　＝　９’ｄ　　　　　　　　　　　・・・
（８）し念がって、（６）　、　（７）　、　（８）式
からψ□、ψ８．α′を求めると次式のようになる。

ψ！ ψｘ十’Ｐｚ または・・・−１９’　ｚ　　　・＋＋　、。

ψＢ 以上のことから、ψ１と９２を求めれば偏角ψえ。

ψＢ及び仰角α′を３１［ることかできる。なお、ψ１
゜ψ２は第５図に示すように、誤差電圧Ｖ１と一■！を
使って仰角零に於ける誤差曲線から求めた偏角である。

すなわち、異なる２つのビーム指向方位角に於いて得ら
れた誤差４圧を用いて、目標が仰角零に存在すると仮定
し、仰角零に於ける誤差曲線から仮の偏角’Ｐｌ＋ψ２
を求め、この２つの偏角によって２つのビーム指向方向
の間の角度ψｄを比例配分することによって真の偏角９
．、ψ８が求められる。また、仮の偏角と真の偏角の比
の逆余弦をとれば仰角α′が求められる。次に、円形ア
レイアンテナにおいて、アクティブセクタを移動させる
ことんよってビームを走査した場合について説明する。

いま、目標が第６図に示す点Ｐにあるとする。

この点の仰角をα′とする。ビームが≠ｉ方向に向いて
いるとき、このビームに対する目標の偏角をψ６とし、
このとき得られる誤差電圧をｖｌとする。また、ビーム
がすｊ方向に向いているとき、このビームに対する目標
の偏角を−ψ３とし、このとき得られる誤差電圧を−ｖ
２とする。なお、ｌビームトナｊビームの間の角度をψ
、とする。

ここで、仰角零に於ける誤差曲線を偏角ψの関数として
ｆ。（ψ）と表わすと、仰角α′に於ける誤差曲線は、
ψが小さい範囲ではｆ。（Ｋψ）と近似できる。

ここで、Ｋは仰角によって決まる定数である。そこで、
第７図に示すように、目標が仰角零に存在すると仮定し
、仰角零に於ける誤差曲線を使って誤差電圧”１　＊　
−ｖｌに対応する偏角（仮の偏角）ψ１．−９２を求め
る。このとき、次の関係が成９立つ。

ψ冒 ψ鵞 ψＢ＝　−・・・（至） ψ、＋ψ３＝ψｄ　　　　　　　　　　　　・・・α→
このため、ψえ、ψ８．には次のようになる。

ψｄ　　　　ψム　　　ψＢ 丁なわち、真の偏角ψ□、ψ、は前記＋Ｊ　ニアアレイ
アンテナの場合と同様に求められる。また、仰角とＫの
関係を予め求めておけば、（ロ）式によって算出したＫ
から仰角を求めることができる。

ここで、円形アレイアンテナでビームを細かく走１ｆＴ
る場合は、アクティブセクタ上の給電位相に勾配を付与
する。例えば、目標が第８図に示す点Ｐにあるとする。

この点の仰角をα′とする。そして、第８図に示すよう
に、アクティブセクタの移動によって＋１のビームと＋
ｊのビームが形成されるとし、給電位相に勾配を付与す
ることによりてφｌから稲へ、ナｊから＋。へとビーム
を走査したとする。仰角零に於いて、ナｌビームの方位
角を基準とし九〜ビームの走査角をψ□とし、４ｊビー
ムの方位角を基準としたφユビームの走査角を−へとす
る。このとき仰角α′に於ける稲と≠ユのビームの走査
角をそれぞれψ。、−ψＡとすると、ψ＝。

ガは次式で与えられる。

一方、仰角α′に於いて、輻ビーム及びΦ。ビームに対
する目標の偏角をそれぞれψ、、−９８とする。

また、ナｌビームとΦｊビームの間の角をψｄとする。

先に第７図で説明したのと同様に、仰角零に於ける誤差
曲線をｆ。（Ｐ）と表わし、仰角α′に於ける誤差曲線
をｆｏ（Ｋψ）と近似する。目標が仰角零に存在すると
仮定して誤差曲線ｆ。（ψ）を用いて求めたビームφ。

および≠１からの仮の偏角をそれぞれψ１．−ψ２とす
ると次の関係が成り立つ。

また べ＋ψ≦＋ψふ＋ψＸ＝ψｄ　　　　　　　　　・・・
（イ）であるから、（１印〜（イ）式から次の関係が成
り立つ。

ここで、Ｋは仰角によって決まる定数であるから、上記
の式■から仰角α′が求められ、前記ａ枠〜（ハ）式に
よつてψ　、ψＸ　、ψ、・、ψ、ハがすべて求められ
、目標の方位角が求められる。

なお、上記実施例では仮の偏角を仰角零に於いて求めた
が、これを任意の仰角で求めても上記と同様な方法が適
用できｂことは勿論である。相異なる２つのビームを利
用して目標の方位角及び仰角を求めたが、さらに多くの
ビームを用いても上記と同様な方法が適用できることは
勿論である。

また、上記実施例は鉛直な軸の回りを回転するりニアプ
レイアンテナ及び鉛直な軸の回りに配列された円形アレ
イアンテナについてのものであるが、上記の軸を空間内
で任意の向きに回転させても上記と同様の方法が適用で
きることは勿論である。

例えば、水平な軸の回シを回転するＩＪ　ニアアレイア
ンテナあるいは水平な軸の回シに配列された円形アレイ
アンテナを用いて目標の方向を求める場合にも適用でき
る。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、所定面内で回転す
るりニアアレイアンテナあるいは所定面内に配列された
円形プレイアンテナを用いるだけで、目標の方向角を検
出できるレーダ装置の目標方向検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るレーダ装置の目標方向検出装置
の一実施例を示す系統図、第２図及び第３図はそれぞれ
同実施例のりニアアレイアンテナに於ける誤差曲線を説
明するために示す図、第４図乃至第８図はそれぞれ同実
施例の測角手段を説明する九めに示す図、第９図は従来
のモノ／４ルス測角方式を説明するために示す図、第１
０図はりニアアレイアンテナのノＪ？ターンを説明する
ために示す図、第１１図はモノパルス測角に用いられる
誤差曲線特性を示す図である。 １１・・・リニアアレイアンテナ、１２・・・ビーム指
向方位角検出器、１３・・・誤差電圧発生回路、１４・
・・測角装置、１５・・・データ処理器。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 （ａ） （ｂ） 第３図 第５図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の軸を中心としてこの第１の軸とは垂直な第１の面
   内において回転するリニアアレイアンテナまたは前記第
   １の軸を中心として前記第１の面内に放射素子が円形に
   配列されたアレイアンテナで構成され、空間に存在する
   目標からの電波を受信するアンテナ装置と、このアンテ
   ナ装置の受信電波から互いに異なる２つのビームの前記
   第１の面上での指向方向角を検出し、それぞれのビーム
   指向方向角について前記第１の面上での目標の方向角と
   の差である偏角に応じた誤差電圧を発生させる誤差電圧
   発生回路と、この誤差電圧発生回路の出力及び前記第１
   の面とは垂直な第２の面上の任意の一定方向角における
   既存の偏角と誤差電圧との関係に基づいて、前記目標が
   前記一定方向角に存在すると仮定した場合の前記２つの
   ビームの指向方向角のそれぞれに対する目標との仮の偏
   角を求める偏角検出手段と、この偏角検出手段で得られ
   た仮の偏角と前記既存の偏角と前記２つのビームの指向
   方向角との関係から真の偏角及び方向角を求める演算手
   段とを具備したレーダ装置の目標方向検出装置。