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ELECTRONIC SCANNING RADAR APPARATUS AND GONIOMETRIC PROCESSING METHOD

Patent code P05A007941
File No. 1966
Posted date Dec 2, 2005
Application number P2000-210276
Publication number P2002-022819A
Patent number P3443701
Date of filing Jul 11, 2000
Date of publication of application Jan 23, 2002
Date of registration Jun 27, 2003
Inventor
  • (In Japanese)戸梶 功
  • (In Japanese)森 健一
  • (In Japanese)上田 敏也
  • (In Japanese)中村 智
  • (In Japanese)蜂須 裕之
Applicant
  • (In Japanese)防衛装備庁長官
  • (In Japanese)株式会社東芝
Title ELECTRONIC SCANNING RADAR APPARATUS AND GONIOMETRIC PROCESSING METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic scanning radar apparatus which is provided with a function identical to that of a monopulse system and which reduces the scale of hardware so as to be made low-cost due its reduction.
SOLUTION: From a multipath goniometric processor 6, information on a measuring direction is given to a phase-shift-amount controller 2. Offset amounts in the horizontal direction and the vertical direction of a reception beam with reference to the direction of the measuring center are set. Thereby, in an antenna 1, a phase shift amount with reference to the direction of the measuring center is set in a transmission, and phase shift amounts which are offset in the horizontal direction and the vertical direction are changed over and set sequentially in every PRI with reference to the direction of the measuring center in a reception. A reception signal which is obtained by every PRI is collectively processed by the processor 6, and an error in an angle in a target direction with reference to the measuring center is calculated.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


周知のように、レーダ装置にあっては、自ら目標方向へ電波を照射し、目標によって反射された信号を処理することで目標情報(距離、角度等)を得る。これらのレーダ装置において、目標の角度誤差の算出方式として現在最も多く用いられているものがモノパルス方式である。
図5にモノパルス方式を用いた電子走査アンテナを使用したレーダ装置の一例を示す。図5において、11は電子走査アンテナであり、移相量制御器12からの移相量に応じて方位方向、高低方向に送信ビーム及び受信ビームを振ることができる。このアンテナ11の励振電力はコンパレータ(分配合成器)13を通じて与えられる。
送信機14は一定の繰り返し周期で送信パルスを発生する。この送信パルスはサーキュレータ15を介してコンパレータ13に送られてアンテナ11から指定方向へ放射される。この方向に目標物体があると、送信パルスが目標で反射され、その反射パルスが電子走査アンテナ11に返ってくる。
ここで、モノパルス方式とは、一部が重なり合った2個のアンテナビームを一組として用い、角度誤差を検出する方式である。方位、高低の両方について角度誤差を検出するときは、図5中に示すように例えばアンテナ11の放射素子を方位方向、高低方向に4分割して4個のアンテナビーム(図5ではA、B、C、D)を形成する。
これら4個のアンテナビームを形成する放射素子の出力A~Dはコンパレータ13に供給される。このコンパレータ13は各領域A~Dの放射素子出力を合成して和信号(Σ)と差信号(Δ)を得る。差信号(Δ)としては、方位角差信号(ΔAz)及び高低角差信号(ΔEl)が生成される。和信号(Σ)はサーキュレータ15を介して3チャネル受信機16に供給され、方位角差信号(ΔAz)及び高低角差信号(ΔEl)は直接3チャネル受信機16に供給されてそれぞれビデオ検波され、測角演算処理装置17に供給される。
具体的な測角演算処理を図6に示す。方位方向及び高低方向の角度-利得特性を表すビームパターンは、それぞれ図6(a)に示すようなΣパターン(実線)、Δパターン(点線)となる。測角演算処理では、この特性を利用し、差信号(Δ)を和信号(Σ)で除す、すなわち正規化するという方法を用いている。このとき、角度誤差電圧をεv とすると、
εv =Δ/Σ
となり、図6(b)に示すようなモノパルスS字カーブ特性に当てはめることで、角度誤差ε0 が得られる。そこで、計測中心方向をθa 、モノパルス方式で得られた角度誤差をε0とすると、目標方向θ0は
θ0 =θa +ε0
で表される。
以上のモノパルス方式は、1回の受信パルスの和及び差信号を同時に処理する必要があるため、図5に示すように、通常3系統の受信系統が必要である(方位方向と高低方向を時分割で処理するシステムでは、受信系統が2系統の場合もある)。
また、モノパルス方式以外にも比較的古いタイプのレーダにおいては、アンテナビームを目標近傍へ連続的に走査し、その受信信号強度を平均化することにより測角を行う方式がある。代表的な例としてはコニカルスキャン方式などがある。
しかしながら、これらの従来方式では、必要となる受信系統が1系統(和信号系統)であり、ハードウェアが簡素となる利点がある反面、受信信号の時間的変動の影響を受けやすい欠点がある。これは送受信ビームが目標近傍を連続的に走査するため、送信ビームの中心方向が時間的に刻々と変化し、常に異なる方向を向いていることになるからである。
この場合、目標の近傍に複雑なクラッタが存在すると、そのクラッタから反射する電波と目標から反射する電波とが合成されて入射される。このため、ビーム走査方向によりクラッタから反射する電波が著しく変化した場合には、これに伴って受信信号も変動してしまうことになる。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、電子走査アンテナを使用して目標を検出するレーダ装置に係り、特に小型化、低価格化が要求される飛しょう体搭載用小型レーダ装置やエアボーン用レーダ装置などに適するものに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
一定の繰り返し周期で送信パルスを生成する送信パルス生成手段と、
前記送信パルスを放射する送信ビーム、前記送信パルスの反射パルスを受信する受信ビームをそれぞれ指定方向に形成する電子走査型アンテナと、
この電子走査型アンテナに対し、前記送信ビームを指定された計測中心方向に向けて複数回繰り返して形成する送信ビーム形成制御手段と、
前記送信パルスの繰り返し周期毎に、前記送信パルスの送信期間終了後、前記計測中心方向に対して点対称となるように、水平方向の左右に順次規定量のオフセットを持たせて切り替えて第1及び第2の受信ビームを形成する水平方向受信ビーム形成、高低方向の上下に順次規定量のオフセットを持たせて切り替えて第3及び第4の受信ビームを形成する高低方向受信ビーム形成を交互に行う受信ビーム形成制御手段と、
この手段で前記送信パルスの繰り返し周期毎に切り替えられる第1及び第2の受信ビーム、第3及び第4の受信ビームの組の受信信号を順次取り込んで、それぞれ周波数変換を施してビデオ検波する受信手段と、
この受信手段で得られた対称関係にある第1及び第2の受信ビームのビデオ検波信号、第3及び第4の受信ビームのビデオ検波信号の組から前記計測中心方向に対する目標方向の水平方向の角度誤差及び高低方向の角度誤差をそれぞれ求め、前記計測中心方向の角度に加算することで目標方向の水平方向角度及び高低方向角度を求め測角手段とを具備することを特徴とする電子走査型レーダ装置。

【請求項2】
 
一定の繰り返し周期で送信パルスを生成し、前記送信パルスを放射する送信ビームを指定された計測中心方向に向けて形成し、前記送信パルスの繰り返し周期毎に、前記送信パルスの送信期間終了後、計測中心方向に対して点対称となるように、水平方向の左右に順次規定量のオフセットを持たせて切り替えて第1及び第2の受信ビームを形成する水平方向受信ビーム形成、高低方向の上下に順次規定量のオフセットを持たせて切り替えて第3及び第4の受信ビームを形成する高低方向受信ビーム形成を交互に行い、それぞれの受信ビームの受信信号を周波数変換してビデオ検波し、対称関係にある第1及び第2の受信ビームのビデオ検波信号、第3及び第4の受信ビームのビデオ検波信号の組から前記計測中心方向に対する目標方向の水平方向の角度誤差及び高低方向の角度誤差をそれぞれ求め、前記計測中心方向の角度に加算することで目標方向の水平方向角度及び高低方向角度を求める測角処理方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2000210276thum.jpg
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