JP2008039527A - Height-measuring radar apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a height-measuring radar apparatus which reduces multipath effects or the like and has good observation precision. <P>SOLUTION: Two pulses composed of a main pulse and a sub pulse following the main pulse are used as a radar transmitted signal and respectively radiated by using a transmission beam which is formed by overlapping the elevation angle zone of the sub pulse on a prescribed portion of the elevation angle coverage zone of the main pulse being made wide, where the multipath is generated easily for example. Then signal processing operations using their reflected waves are carried out by reception beam forming/height-measuring processing systems which are independently prepared and respectively respond to the main pulse and the sub pulse, and after acquiring height-measuring data sets from respective systems, a smoothing operation is applied to them. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、目標の高度情報を得る測高レーダ装置に係り、特に、マルチパス等に起因する測高精度の劣化を低減し得る測高レーダ装置に関する。   The present invention relates to a height measurement radar device that obtains target altitude information, and more particularly to a height measurement radar device that can reduce deterioration in height measurement accuracy due to multipath and the like.

従来より、航空機等の目標の位置情報として、距離及び方位情報に加え、高度情報を取得する測高レーダ装置が知られている。測高レーダ装置では、仰角面内に所期の送受信ビームを形成しながらレーダ波の送受信を行なうことによって、レーダ装置から見た目標の仰角情報を取得し、さらにこれをもとにして高度情報を得ている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a height measurement radar apparatus that acquires altitude information in addition to distance and azimuth information is known as target position information of an aircraft or the like. The height measurement radar device obtains the elevation angle information of the target as seen from the radar device by transmitting and receiving radar waves while forming the desired transmission / reception beam in the elevation angle plane, and further obtains altitude information based on this information. It has gained.

ところで、目標からのレーダ反射波は、いわゆるマルチパスの影響を受け、目標からの直接反射波に加え、例えば海面や地表面等に反射して別の経路を伝搬した信号が混入して受信されるため、高度情報としての測高値を取得する際に誤差を生じる。特に、目標の高度が低い場合、あるいは距離が長い場合には影響を受けやすい。   By the way, the radar reflected wave from the target is affected by so-called multipath, and in addition to the direct reflected wave from the target, for example, a signal reflected on the sea surface or the ground surface and propagated through another path is mixed and received. Therefore, an error occurs when the height measurement value as altitude information is acquired. In particular, it is easily affected when the target altitude is low or the distance is long.

マルチパスによる測高値の乱れの一例を図５に示す。図５は、３００００ｆｔの等高度飛行を行なう目標に対してマルチパスと熱雑音を考慮した測高値のシミュレーション結果の一例である。この事例では、マルチパスの強い領域である２００ＮＭ±３０ＮＭを中心に、測高値は真値である３００００ｆｔを中心に大きく乱れていることがわかる。   An example of the disturbance of the measured value due to multipath is shown in FIG. FIG. 5 is an example of a simulation result of height measurement values considering multipath and thermal noise with respect to a target performing an iso-altitude flight of 30000 ft. In this example, it can be seen that the measured value is greatly disturbed around 30000 ft, which is a true value, centering around 200 NM ± 30 NM, which is a strong region of multipath.

このようなマルチパスによる測高値への影響に対処しうる事例として、仰角方向にマルチビームを形成した手法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示された事例では、ひとつの目標方位に対して指向仰角の異なる複数の受信ビームを同時形成し、これらから高度情報を含む対象目標の概略的な位置情報を算出した後に、その結果に基づき最適な測角方式により測角演算処理を行なって仰角情報を取得している。
特許第３６３９１７９号公報（第９ページ、図３） As an example that can cope with the influence of the multipath on the height measurement value, a technique of forming a multi-beam in the elevation angle direction is disclosed (for example, see Patent Document 1). In the case disclosed in this Patent Document 1, after simultaneously forming a plurality of reception beams having different directivity elevation angles with respect to one target azimuth, and calculating approximate position information of the target target including altitude information from these, Based on the result, the angle measurement processing is performed by the optimum angle measurement method to obtain the elevation angle information.
Japanese Patent No. 3639179 (9th page, FIG. 3)

図５に例示したマルチパスによる測高値の乱れは、真値を中心にランダムに発生する性質のものである。このため、この性質を利用し、同時形成したマルチビームのそれぞれから算出した測高結果を平滑化することにより、測高値のばらつきを低減することが考えられる。   The disturbance of the measured value due to the multipath illustrated in FIG. 5 is of a nature that occurs randomly around the true value. For this reason, it is conceivable to reduce variations in height measurement values by smoothing height measurement results calculated from each of the simultaneously formed multi-beams using this property.

しかしながら、マルチビームのそれぞれで受信されるレーダ反射波は、同一かつ単独のレーダ送信波に対する反射波であるため、スパイキーに発生する要因に対するばらつきを低減することはできるものの、マルチパスに対しては、必ずしも十分な効果を得ることが困難であった。   However, since the radar reflected wave received by each of the multi-beams is a reflected wave for the same and single radar transmission wave, it is possible to reduce the variation for the spiky factor, but for multipath It was difficult to obtain a sufficient effect.

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、マルチパスの影響等を低減して良好な観測精度を有する測高レーダ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a height-measuring radar apparatus having a good observation accuracy by reducing the influence of multipath and the like.

上記目的を達成するために、本発明の測高レーダ装置は、第１のパルスとそのうしろに続く第２のパルスからなるレーダ送信信号を所定のくり返し周期で生成するレーダ送信部と、前記第１のパルスを仰角方向に広がりをもつ第１の覆域に放射するための第１の送信ビームを形成するとともに、前記第２のパルスをこの第１の覆域内に設定された第２の覆域に放射するための第２の送信ビームを形成する送信ビーム形成部と、複数のアンテナ素子をアレイ状に配列し、前記第１の送信ビーム及び前記第２の送信ビームに基づき前記レーダ送信信号を放射するとともに、その反射波を受信する空中線部と、この空中線部で受信した前記反射波を前記複数のアンテナ素子毎に受信処理して出力する受信部と、この受信処理後の信号から前記第１の覆域にマルチビームを形成するとともに形成した各ビームの出力を記憶する第１の受信ビーム形成部と、前記受信処理後の信号から前記第２の覆域にマルチビームを形成するとともに形成した各ビームの出力を記憶する第２の受信ビーム形成部と、前記第１の受信ビーム形成部に記憶された各ビームの出力から前記第１のパルスの反射成分を抽出して目標を検出し、この目標に対する測高データを算出する第１の測高処理部と、前記第２の受信ビーム形成部に記憶された各ビームの出力から前記第２のパルスの反射成分を抽出して目標を検出し、この目標に対する測高データを算出する第２の測高処理部と、前記第１の測高処理部及び前記第２の測高処理部での算出結果を平滑化し、前記目標に対する平滑化された測高データを算出する平滑処理部とを有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a height measuring radar apparatus according to the present invention includes a radar transmitter that generates a radar transmission signal having a first pulse and a second pulse following the first pulse at a predetermined repetition rate; Forming a first transmission beam for radiating the first pulse to the first coverage area extending in the elevation angle direction, and the second pulse being set in the first coverage area; A transmission beam forming unit that forms a second transmission beam for radiating to the coverage area and a plurality of antenna elements are arranged in an array, and the radar transmission is performed based on the first transmission beam and the second transmission beam. From the antenna unit that radiates the signal and receives the reflected wave, the reception unit that receives and outputs the reflected wave received by the antenna unit for each of the plurality of antenna elements, and the signal after the reception processing The first Forming a multi-beam in the area and storing the output of each formed beam; and forming each beam formed in the second covered area from the signal after the reception processing A second reception beam forming unit that stores the output of the first pulse, a reflected component of the first pulse is extracted from the output of each beam stored in the first reception beam forming unit, and a target is detected. Detecting a target by extracting a reflection component of the second pulse from the output of each beam stored in the second reception beam forming unit, and a first height measurement processing unit that calculates height measurement data for The second height measurement processing unit for calculating the height measurement data for the target, the calculation results of the first height measurement processing unit and the second height measurement processing unit are smoothed, and the target is smoothed. Smooth to calculate elevation data And having a processing section.

本発明によれば、マルチパスの影響等を低減して良好な観測精度を有する測高レーダ装置を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a height measurement radar apparatus having good observation accuracy by reducing the influence of multipath and the like.

以下に、本発明に係る測高レーダ装置を実施するための最良の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out a height measuring radar apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図１は、本発明に係る測高レーダ装置の一実施例を示すブロック図である。この図１に例示した測高レーダ装置は、送信部１、送信ビーム形成部２、空中線部３、受信部４、第１の受信ビーム形成部としてのメインビーム形成部５、第２の受信ビーム形成部としてのサブビーム形成部６、第１の測高処理部としてのメインパルス測高処理部７、第２の測高処理部としてのサブパルス測高処理部８、平滑処理部９、相関追尾処理部１０、及び表示部１１から構成されている。   FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a height measuring radar apparatus according to the present invention. The height measurement radar apparatus illustrated in FIG. 1 includes a transmission unit 1, a transmission beam formation unit 2, an antenna unit 3, a reception unit 4, a main beam formation unit 5 as a first reception beam formation unit, and a second reception beam. A sub beam forming unit 6 as a forming unit, a main pulse height measuring unit 7 as a first height measuring unit, a sub pulse height measuring unit 8 as a second height measuring unit, a smoothing unit 9, and a correlation tracking process The unit 10 and the display unit 11 are included.

送信部１は、第１のパルスとしてのメインパルスとそのうしろに続く第２のパルスのパルスとしてのサブパルスからなるレーダ送信信号を、所定のくり返し周期で生成する。また、本実施例ではこれらレーダ送信信号を生成する際に、メインパルスとサブパルスとで、その周波数、パルス幅、及びパルス内変調の少なくともいずれかひとつが、互いに異なるように生成する。生成されるレーダ送信信号波形の一例を図２に示す。   The transmission unit 1 generates a radar transmission signal composed of a main pulse as a first pulse and a sub-pulse as a second pulse following the main pulse at a predetermined repetition period. In this embodiment, when generating these radar transmission signals, the main pulse and the sub-pulse are generated so that at least one of the frequency, the pulse width, and the intra-pulse modulation is different from each other. An example of the generated radar transmission signal waveform is shown in FIG.

この図２に示した事例では、メインパルスとサブパルスとでそのパルス幅を変え、それぞれτ１、及びτ２としている。これに加え、それぞれのパルスの周波数をｆ１、及びｆ２としたり、パルス内変調を、例えば、メインパルスはアップチャープとしサブパルスはダウンチャープとするなど、さらに、これらを組み合わせてもよい。   In the example shown in FIG. 2, the pulse widths of the main pulse and the sub pulse are changed to τ1 and τ2, respectively. In addition, the frequency of each pulse may be set to f1 and f2, or the intra-pulse modulation may be combined, for example, the main pulse is up-chirped and the sub-pulse is down-chirped.

送信ビーム形成部２は、レーダ送信信号を後述する空中線部３から放射する際の送信ビームを形成する。これら送信ビームの概念図を図３に例示する。この図３に例示したように、送信ビーム形成部２では、メインパルス送信ビームと、サブパルス送信ビームとを形成する。メインパルス送信ビームは、測高レーダシステムとしての要求覆域をカバーするように、例えば、コセカントビームといった、仰角方向に広がりのある覆域を有するビームである。また、サブパルス送信ビームは、このメインパルス送信ビームの覆域内に設定され、例えば、特にマルチパスの発生しやすい、所定の仰角範囲を覆域とするビームである。そして、メインパルス及びサブパルスのそれぞれの送信タイミングに合わせて、それぞれの送信ビームを形成する。   The transmission beam forming unit 2 forms a transmission beam when a radar transmission signal is emitted from an antenna unit 3 described later. A conceptual diagram of these transmission beams is illustrated in FIG. As illustrated in FIG. 3, the transmission beam forming unit 2 forms a main pulse transmission beam and a sub-pulse transmission beam. The main pulse transmission beam is a beam having a covering area that spreads in the elevation angle direction, such as a cosecant beam, for example, so as to cover a required covering area as a height measurement radar system. Further, the sub-pulse transmission beam is set within the coverage area of the main pulse transmission beam. For example, the sub-pulse transmission beam is a beam having a predetermined elevation angle range that is particularly likely to cause multipath. And each transmission beam is formed according to each transmission timing of a main pulse and a sub pulse.

空中線部３は、レーダ送信信号を空間に放射するとともに、その反射波を受信する。ここに、空中線部３は、ｎ個のアンテナ素子３１１〜３１ｎをアレイ状に配列したアレイアンテナ３１、及び、送信期間はレーダ送信信号をアレイアンテナ３１に、また受信期間はアレイアンテナ３１からの受信信号を受信部４に送出する送受信切換器３２を有している。   The antenna unit 3 radiates the radar transmission signal to the space and receives the reflected wave. Here, the antenna unit 3 includes an array antenna 31 in which n antenna elements 311 to 31n are arranged in an array, a radar transmission signal is received from the array antenna 31 during a transmission period, and reception from the array antenna 31 during a reception period. It has a transmission / reception switcher 32 for sending a signal to the receiver 4.

受信部４は、空中線部３からの受信信号を、ｎ個のアンテナ素子３１１〜３１ｎに対応づけて受信処理し、ｎ個のデジタル受信信号として出力する。ここに、受信部４は、ｎ個のアンテナ素子３１１〜３１ｎのそれぞれに対応した受信器４１１〜４１ｎ、及びＡＤ変換器４２１〜４２ｎを有している。受信器４１１〜４１ｎは、各アンテナ素子３１１〜３１ｎからの受信信号に対して低雑音増幅やフィルタリング等の受信処理を行なう。ＡＤ変換器４２１〜４２ｎは、これら受信処理後の信号をデジタル信号に変換し、デジタル受信信号として出力する。   The reception unit 4 performs reception processing on the reception signal from the antenna unit 3 in association with the n antenna elements 311 to 31n, and outputs the result as n digital reception signals. Here, the receiving unit 4 includes receivers 411 to 41n and AD converters 421 to 42n corresponding to the n antenna elements 311 to 31n, respectively. The receivers 411 to 41n perform reception processing such as low noise amplification and filtering on the reception signals from the antenna elements 311 to 31n. The AD converters 421 to 42n convert these reception-processed signals into digital signals and output them as digital reception signals.

メインビーム形成部５は、いわゆるＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）手法に基づきｎ個のデジタル受信信号を用いてビーム形成演算を行ない、メインパルス送信時に形成したメインパルス送信ビームの覆域にメインパルス受信用のマルチビームを形成するとともに、形成した各マルチビームでの受信出力を記憶する。同様に、サブビーム形成部６は、サブパルス送信ビームの覆域にサブパルス受信用のマルチビームを形成するとともに、その各ビームでの受信出力を記憶する。   The main beam forming unit 5 performs beam forming calculation using n digital reception signals based on a so-called DBF (Digital Beam Forming) method, and receives the main pulse in the coverage of the main pulse transmission beam formed at the time of main pulse transmission. And the received output of each formed multi-beam is stored. Similarly, the sub-beam forming unit 6 forms a multi-beam for receiving a sub-pulse in the coverage area of the sub-pulse transmission beam, and stores the reception output of each beam.

メインビーム形成部５、及びサブビーム形成部６で形成される、これら受信用のマルチビームの概念図をそれぞれ図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す。この図４に示した事例では、例えばペンシルビーム等を対象の覆域をカバーするように、所定の間隔で仰角方向に複数本形成した場合をモデル化して示している。すなわち、メインパルス送信ビームに対応したメインビーム形成（メインパルス受信用のマルチビーム形成）ではｊ本、また、サブパルス送信ビームに対応したサブビーム形成（サブパルス受信用のマルチビーム形成）ではｋ本の受信用ビームを同時形成し、それぞれの覆域をカバーしている。   FIGS. 4A and 4B show conceptual diagrams of the multi-beam for reception formed by the main beam forming unit 5 and the sub beam forming unit 6, respectively. In the example shown in FIG. 4, for example, a case where a plurality of pencil beams or the like are formed at predetermined intervals in the elevation angle direction so as to cover the target coverage area is modeled. That is, j reception is performed for main beam formation corresponding to the main pulse transmission beam (multi-beam formation for main pulse reception), and k reception is performed for sub-beam formation corresponding to the sub-pulse transmission beam (multi-beam formation for sub-pulse reception). Beams are simultaneously formed to cover each covered area.

メインパルス測高処理部７は、メインビーム形成部５で形成した各マルチビームでの受信出力からメインパルスの反射成分を抽出して目標を検出し、検出した目標に対して測高演算を行なって測高データを算出する。ここに、メインパルス測高処理部７は、その反射成分を抽出するために、各マルチビームでの受信出力に対して送信時にメインパルスに加えられた変調等に対応した所定の信号処理を行なって目標を検出する目標検出器７１、及びその結果から目標の仰角情報を取得し測高データを算出するまでの一連の測高演算を行なう測高演算器７２を有している。   The main pulse height measurement processing unit 7 extracts a reflection component of the main pulse from the reception output of each multi-beam formed by the main beam forming unit 5 to detect a target, and performs a height measurement calculation on the detected target. To calculate elevation data. Here, the main pulse height measurement processing unit 7 performs predetermined signal processing corresponding to the modulation added to the main pulse at the time of transmission on the reception output of each multi-beam in order to extract the reflection component. A target detector 71 for detecting the target, and a height measurement calculator 72 for performing a series of height measurement operations from obtaining the target elevation angle information to calculating height measurement data.

同様に、サブパルス測高処理部８は、サブビーム形成部６で形成した各マルチビームでの受信出力からサブパルスの反射信号を抽出して目標を検出し、検出した目標に対して測高演算を行なって測高データを算出する。ここに、サブパルス測高処理部８も、同様に、所定の信号処理を行なってサブパルスの反射信号から目標を検出する目標検出器８１、及びその結果から一連の測高演算を行なう測高演算器８２を有している。   Similarly, the sub-pulse height measurement processing unit 8 extracts a reflected signal of the sub-pulse from the reception output of each multi-beam formed by the sub-beam forming unit 6, detects the target, and performs a height measurement calculation on the detected target. To calculate elevation data. Here, the sub-pulse height measurement processing unit 8 similarly performs a predetermined signal processing to detect a target from the reflected signal of the sub-pulse, and a height measurement arithmetic unit that performs a series of height measurement calculations based on the result. 82.

平滑処理部９は、メインパルス測高処理部７、及びサブパルス測高処理部８で算出した目標の測高データの算術平均、あるいはメインパルス及びサブパルスの反射波の受信電力による加重平均を算出し、測高データを平滑化する。   The smoothing processing unit 9 calculates the arithmetic average of the target height measurement data calculated by the main pulse height measurement processing unit 7 and the sub pulse height measurement processing unit 8, or the weighted average based on the received power of the reflected waves of the main pulse and the sub pulse. , Smooth the height measurement data.

追尾相関処理部１０は、平滑処理部９で得られた測高データに基づき目標の追尾相関処理を行ない、表示部１１は、その結果を表示する。   The tracking correlation processing unit 10 performs target tracking correlation processing based on the height measurement data obtained by the smoothing processing unit 9, and the display unit 11 displays the result.

次に、前出の図１乃至図４を参照して、上述のように構成された本発明に係る測高レーダ装置の動作について説明する。   Next, the operation of the height measurement radar apparatus according to the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS.

まず送信部１からは、所定のくり返し周期でレーダ送信信号が生成される。以下の説明においては、生成されるレーダ送信信号は、メインパルスとサブパルスとで、例えば図２に示したように、パルス幅及びパルス内変調が異なるものとし、パルス幅はそれぞれτ１及びτ２、またパルス内変調はそれぞれアップチャープ及びダウンチャープとして生成されるものとしている。   First, the transmission unit 1 generates a radar transmission signal at a predetermined repetition period. In the following description, the generated radar transmission signal is assumed to have different pulse width and intra-pulse modulation as shown in FIG. 2, for example, as shown in FIG. 2, and the pulse widths are τ1 and τ2, respectively. Intra-pulse modulation is generated as up-chirp and down-chirp, respectively.

レーダ送信信号の生成と同期するように、送信ビーム形成部２においては、空中線部３内のアレイアンテナの各アンテナ素子３１１〜３１ｎに対して電力や移相量等の給電制御を行なって、メインパルスの送信タイミングでは図３に例示したメインパルス送信ビームを、また、これに続くサブパルスの送信タイミングでは図３に例示したサブパルス送信ビームを形成する。そして、レーダ送信信号のメインパルスおよびサブパルスは、それぞれの送信ビームで空中線部３から空間に放射される。   In order to synchronize with the generation of the radar transmission signal, the transmission beam forming unit 2 performs power feeding control on the antenna elements 311 to 31n of the array antenna in the antenna unit 3 such as the power and the amount of phase shift. The main pulse transmission beam illustrated in FIG. 3 is formed at the pulse transmission timing, and the sub-pulse transmission beam illustrated in FIG. 3 is formed at the subsequent sub-pulse transmission timing. Then, the main pulse and the sub pulse of the radar transmission signal are radiated from the antenna unit 3 to the space by the respective transmission beams.

この後、レーダ送信信号に対する反射波が空中線部３の各アンテナ素子３１１〜３１ｎで受信され、受信された反射波は、これらアンテナ素子毎に受信部４に送られる。受信部４では、各アンテナ素子３１１〜３１ｎ毎に対応して設けられた受信器４１１〜４１ｎにおいて低雑音増幅、フィルタリング、及び検波等の受信処理を施された後、ＡＤ変換器４２１〜４２ｎにおいてデジタル信号に変換され、ｎ本のデジタル受信信号としてメインビーム形成部５、及びサブビーム形成部６に送出される。   Thereafter, the reflected wave with respect to the radar transmission signal is received by each antenna element 311 to 31n of the antenna unit 3, and the received reflected wave is sent to the receiving unit 4 for each of these antenna elements. In the receiving unit 4, after receiving processing such as low noise amplification, filtering, and detection is performed in the receivers 411 to 41n provided corresponding to the antenna elements 311 to 31n, the AD converters 421 to 42n It is converted into a digital signal and sent to the main beam forming unit 5 and the sub beam forming unit 6 as n digital received signals.

図１において、受信部４の後段となっているメインビーム形成部５及びメインパルス測高処理部７、ならびにサブビーム形成部６及びサブパルス測高処理部８は、それぞれ、レーダ送信信号のメインパルスならびにサブパルスに対する信号処理を行なう系統である。これらは、互いに同様な信号処理手法に基づき動作している。   In FIG. 1, the main beam forming unit 5 and the main pulse height measurement processing unit 7, and the sub beam forming unit 6 and the sub pulse height measurement processing unit 8, which are subsequent to the reception unit 4, respectively, This is a system for performing signal processing on sub-pulses. These operate based on similar signal processing techniques.

メインビーム形成部５では、これらｎ本のデジタル受信信号を用いてＤＢＦ手法等によりビーム形成演算を行ない、図４に例示したメインパルス受信用のｊ本のマルチビームを形成し、各ビーム毎の受信信号出力を算出する。同様に、サブビーム形成部６では、図４に例示したサブパルス受信用のｋ本のマルチビームを形成し、各ビーム毎の受信信号出力を算出する。これらメインビーム形成部５、及びサブビーム形成部６におけるビーム形成演算においては、さらに後段において実行される測高演算時の手法に対応させて、図４中には示さないが、例えばモノパルスビームの形成演算等を同時に行なうことも可能である。そして、これらの算出結果は、メインビーム形成部５、及びサブビーム形成部６のそれぞれに記憶されるとともに、対応する後段の機器であるメインパルス測高処理部７、及びサブパルス測高処理部８に送出される。   The main beam forming unit 5 performs a beam forming operation by the DBF method or the like using these n digital received signals to form j multi-beams for main pulse reception illustrated in FIG. Calculate the received signal output. Similarly, the sub-beam forming unit 6 forms k multi-beams for sub-pulse reception illustrated in FIG. 4 and calculates the reception signal output for each beam. The beam forming calculation in the main beam forming unit 5 and the sub beam forming unit 6 is not shown in FIG. 4 in correspondence with the method of the height measurement calculation executed in the subsequent stage. It is also possible to perform operations and the like simultaneously. These calculation results are stored in the main beam forming unit 5 and the sub beam forming unit 6 respectively, and are also stored in the main pulse height measurement processing unit 7 and the sub pulse height measurement processing unit 8 which are corresponding downstream devices. Sent out.

メインパルス測高処理部７では、メインビーム形成部５からの結果を受け、まず目標検出器７１において、メインパルスの反射成分を抽出して目標を検出するための信号処理を行なう。すなわち、メインパルス受信用のｊ本の各ビーム毎の受信信号出力に対して、メインパルスのパルス幅（τ１）、及びパルス内変調（アップチャープ）に対応した係数によるパルス圧縮処理、ＭＴＩ処理、ＣＦＡＲ処理等の信号処理を施す。なお、本実施例の説明では、メインパルスとサブパルスとは同じ周波数としているので、各ビーム毎の受信信号出力中にはサブパルスの反射成分も受信されてメインパルスに対する干渉信号となり得るが、サブパルスはメインパルスと異なる変調係数（パルス幅、パルス内変調）を持つため、上記パルス圧縮処理でサブパルスは無相関となり、干渉を回避できる。そして、その処理結果として、例えば、目標を検出したビーム番号（１〜ｊ）、及びその距離情報を取得し、測高演算器７２に送出する。   The main pulse height measurement processing unit 7 receives the result from the main beam forming unit 5, and first, the target detector 71 performs signal processing for extracting the reflection component of the main pulse and detecting the target. That is, with respect to the received signal output for each of the j beams for main pulse reception, pulse compression processing using coefficients corresponding to the pulse width (τ1) of the main pulse and intra-pulse modulation (up-chirp), MTI processing, Signal processing such as CFAR processing is performed. In the description of the present embodiment, since the main pulse and the sub pulse have the same frequency, the reflected component of the sub pulse can be received during the output of the received signal for each beam and can be an interference signal for the main pulse. Since it has a modulation coefficient (pulse width, intra-pulse modulation) different from that of the main pulse, the sub-pulse becomes uncorrelated in the above pulse compression processing, and interference can be avoided. Then, as the processing result, for example, the beam number (1 to j) at which the target is detected and its distance information are acquired and sent to the height measurement calculator 72.

測高演算器７２では、目標検出器７１で検出した目標に対して、まず、仰角方向の測角演算処理を行なう。このときの測角手法については、目標検出器７１からのビーム番号に基づき、例えば、最大振幅方式やモノパルス方式等を適用することが可能である。測角データを得た後は、更に目標の距離情報等を用いて測高演算を行なって測高データを算出する。そして、算出された測高データは、メインパルス系での測高結果として平滑処理部９に送出される。   The height measurement calculator 72 first performs angle measurement calculation processing in the elevation angle direction on the target detected by the target detector 71. As the angle measurement method at this time, for example, a maximum amplitude method, a monopulse method, or the like can be applied based on the beam number from the target detector 71. After obtaining the angle measurement data, the height measurement calculation is further performed using the target distance information and the like to calculate the height measurement data. The calculated height measurement data is sent to the smoothing processing unit 9 as a height measurement result in the main pulse system.

一方、サブパルスの信号処理系であるサブパルス測高処理部８においても同様な処理が行なわれる。すなわち、まず、目標検出器８１において、サブビーム形成部６からのｋ本の受信信号出力に対してパルス圧縮処理等を含む一連の信号処理を施す。そして、メインパルスによる干渉を回避しつつ、サブパルスの反射成分を抽出し、目標を検出したビーム番号（１〜ｋ）やその距離情報等の結果を測高演算器８２に送出する。   On the other hand, similar processing is also performed in the sub-pulse height measurement processing unit 8 which is a sub-pulse signal processing system. That is, first, in the target detector 81, a series of signal processing including pulse compression processing and the like is performed on the k received signal outputs from the sub-beam forming unit 6. Then, the reflection component of the sub-pulse is extracted while avoiding the interference due to the main pulse, and the result such as the beam number (1 to k) in which the target is detected and its distance information is sent to the height measurement calculator 82.

次に、測高演算器８２では、仰角方向の測角演算処理、及びその結果に基づき測高演算を行ない、測高データを算出する。そして、算出された測高データは、サブパルス系での測高結果として平滑処理部９に送出される。   Next, the height measurement calculator 82 performs height measurement calculation based on the angle measurement processing in the elevation direction and the result, and calculates height measurement data. The calculated height measurement data is sent to the smoothing processing unit 9 as a height measurement result in the sub-pulse system.

平滑処理部９では、上述のようにして算出された、メインパルス測高処理部７からの測高データ、及びサブパルス測高処理部８からの測高データを受けとって、これらを平滑化するための演算を行なう。この平滑化の手法としては、次のような手法を適用する。   The smoothing unit 9 receives the height measurement data from the main pulse height measurement processing unit 7 and the height measurement data from the sub-pulse height measurement processing unit 8 calculated as described above, and smoothes them. Perform the operation. As the smoothing technique, the following technique is applied.

すなわち、メインパルス測高処理部７からの測高データをＨｍａｉｎ、サブパルス測高処理部８からの測高データをＨｓｕｂ、平滑化後の測高データをＨｓｍとすると、まずは、下記の式（１）に示すように、これら２つの測高データの算術平均を算出して平滑化する手法である。   That is, assuming that the height measurement data from the main pulse height measurement processing unit 7 is Hmain, the height measurement data from the sub-pulse height measurement processing unit 8 is Hsub, and the smoothed height measurement data is Hsm, the following equation (1) ) Is a method of calculating and smoothing the arithmetic average of these two height measurement data.

Ｈｓｍ＝（Ｈｍａｉｎ＋Ｈｓｕｂ）／２ ・・・（１）
この手法では、互いに独立に送信されたメインパルス及びサブパルスの反射波をそれぞれ独立に信号処理して取得した２つの測高データを平均しており、その算出結果は、測高データのばらつきをより低減して良好な精度のものとなる。 Hsm = (Hmain + Hsub) / 2 (1)
In this method, the two measured height data obtained by independently processing the reflected waves of the main pulse and the sub-pulse transmitted independently of each other are averaged, and the calculation result shows that the measured data is more uneven. Reduced to have good accuracy.

また、次の手法としては、メインビーム形成部５及びサブビーム形成部６に記憶された、各ビーム毎の受信信号出力を用い、下記の式（２）に示すように、メインパルス及びサブパルスの反射波の受信電力による加重平均を算出して平滑化する手法である。   As the next method, the received signal output for each beam stored in the main beam forming unit 5 and the sub beam forming unit 6 is used to reflect the main pulse and the sub pulse as shown in the following equation (2). This is a method of calculating and smoothing a weighted average based on the received power of a wave.

Ｈｓｍ＝（Ｐｍ＊Ｈｍａｉｎ＋Ｐｓ＊Ｈｓｕｂ）／（Ｐｍ＋Ｐｓ）・・・（２）
ここに、Ｐｍはメインパルスの受信電力、Ｐｓはサブパルスの受信電力である。この手法では、さらに受信電力に基づきその確実性をさらに高めている。なお、これら手法は、例えばマイクロプロセッサ等によるプログラマブル演算によって、容易に実現される。 Hsm = (Pm * Hmain + Ps * Hsub) / (Pm + Ps) (2)
Here, Pm is the received power of the main pulse, and Ps is the received power of the subpulse. This method further increases the certainty based on the received power. Note that these methods are easily realized by, for example, programmable calculation by a microprocessor or the like.

このようにして算出された測高データは、さらに後段の追尾相関処理部１０に送られ、目標の測高データに基づいた追尾相関処理が施された後、その結果が表示部１１に表示される。   The height measurement data calculated in this way is further sent to the tracking correlation processing unit 10 in the subsequent stage, and after the tracking correlation processing based on the target height measurement data is performed, the result is displayed on the display unit 11. The

ここまでの動作の説明においては、メインパルスとサブパルスとで、パルス幅及びパルス内変調が異なるものとして説明したが、加えて、周波数が異なる場合、例えば、メインパルスの周波数ｆ１とサブパルスの周波数ｆ２とを、同一バンド内において適宜離間させた異なる周波数とした場合についても、上述した動作と同様の動作により平滑化された測高データが取得される。   In the description of the operation so far, it has been described that the pulse width and the intra-pulse modulation are different between the main pulse and the sub-pulse, but in addition, when the frequencies are different, for example, the frequency f1 of the main pulse and the frequency f2 of the sub-pulse. Are also measured at different frequencies that are appropriately separated in the same band, the height measurement data smoothed by the same operation as described above is acquired.

以上説明したように、本実施例の測高レーダ装置においては、レーダ送信信号としてメインパルスとこれに続くサブパルスの２つのパルスを用い、メインパルスを広い仰角覆域範囲に、またサブパルスをこの範囲内の、例えばマルチパスを生じやすい所定の仰角範囲に重複させて放射している。そして、その反射波から、メインパルス及びサブパルスに対応して設けられた受信ビーム形成及び測高処理系により信号処理を行ない、それぞれの系から測高データを得たのちに、これらを平滑化している。   As described above, in the height measurement radar apparatus according to the present embodiment, the main pulse is used as a radar transmission signal and the following two sub-pulses, and the main pulse is in a wide elevation coverage area and the sub-pulse is in this range. For example, it radiates by overlapping with a predetermined elevation angle range in which multipath is likely to occur. Then, from the reflected wave, signal processing is performed by a reception beam forming and height measurement processing system provided corresponding to the main pulse and sub pulse, and after obtaining height measurement data from each system, they are smoothed. Yes.

すなわち、マルチパス等の発生しやすい仰角範囲においては、互いに独立に放射されるメインパルス及びサブパルスのそれぞれにより取得した２つの独立な測高データを平滑化しているので、誤差要因となるマルチパスによる影響等を低減して良好な観測精度を有する測高レーダ装置を得ることができる。   That is, in an elevation angle range where multipaths are likely to occur, two independent height measurement data acquired by each of the main pulse and subpulse radiated independently from each other are smoothed. It is possible to obtain a height measuring radar apparatus having good observation accuracy by reducing influences and the like.

また、メインパルスとサブパルスとでは、そのパルス幅、パルス内変調、及び周波数の少なくともいずれかひとつが異なるものとしている。これにより、特に反射波からの目標検出処理時等における相互のパルスの干渉を回避して、良好な目標検出処理を実行することができる。また、マルチパスの影響は周波数依存性があるため、メインパルスとサブパルスとで周波数を変えた場合には、上記の効果に加えて周波数ダイバーシティによる効果により、マルチパスの影響を一層低減することができる。   Further, it is assumed that at least one of the pulse width, intra-pulse modulation, and frequency is different between the main pulse and the sub pulse. Thereby, it is possible to avoid the interference of the mutual pulses particularly during the target detection process from the reflected wave, and to execute a good target detection process. In addition, since the influence of multipath is frequency dependent, when the frequency is changed between the main pulse and the sub pulse, the influence of multipath can be further reduced by the effect of frequency diversity in addition to the above effect. it can.

さらに、２つの測高データを平滑化する際に、メインパルス及びサブパルスの受信電力に基づく加重平均を算出することによって、測高データのばらつきの影響をより低減し確実性を高めている。   Furthermore, when smoothing the two height measurement data, by calculating a weighted average based on the received power of the main pulse and the sub-pulse, the influence of variations in the height measurement data is further reduced and the reliability is increased.

本発明に係る測高レーダ装置の一実施例を示すブロック図。The block diagram which shows one Example of the height measurement radar apparatus which concerns on this invention. レーダ送信信号波形の一例をモデル化して示す図。The figure which models and shows an example of a radar transmission signal waveform. 送信ビーム形成の概念図。The conceptual diagram of transmission beam formation. 受信ビーム形成の概念図。The conceptual diagram of receiving beam formation. マルチパスによる測高値の乱れの一例を示すシミュレーション結果。The simulation result which shows an example of disturbance of the measured value by multipath.

符号の説明Explanation of symbols

１ 送信部
２ 送信ビーム形成部
３ 空中線部
４ 受信部
５ メインビーム形成部
６ サブビーム形成部
７ メインパルス測高処理部
８ サブパルス測高処理部
９ 平滑処理部
１０ 相関追尾処理部
１１ 表示部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission part 2 Transmission beam formation part 3 Aerial part 4 Reception part 5 Main beam formation part 6 Sub beam formation part 7 Main pulse height measurement process part 8 Sub pulse height measurement process part 9 Smoothing process part 10 Correlation tracking process part 11 Display part

Claims (4)

第１のパルスとそのうしろに続く第２のパルスからなるレーダ送信信号を所定のくり返し周期で生成するレーダ送信部と、
前記第１のパルスを仰角方向に広がりをもつ第１の覆域に放射するための第１の送信ビームを形成するとともに、前記第２のパルスをこの第１の覆域内に設定された第２の覆域に放射するための第２の送信ビームを形成する送信ビーム形成部と、
複数のアンテナ素子をアレイ状に配列し、前記第１の送信ビーム及び前記第２の送信ビームに基づき前記レーダ送信信号を放射するとともに、その反射波を受信する空中線部と、
この空中線部で受信した前記反射波を前記複数のアンテナ素子毎に受信処理して出力する受信部と、
この受信処理後の信号から前記第１の覆域にマルチビームを形成するとともに形成した各ビームの出力を記憶する第１の受信ビーム形成部と、
前記受信処理後の信号から前記第２の覆域にマルチビームを形成するとともに形成した各ビームの出力を記憶する第２の受信ビーム形成部と、
前記第１の受信ビーム形成部に記憶された各ビームの出力から前記第１のパルスの反射成分を抽出して目標を検出し、この目標に対する測高データを算出する第１の測高処理部と、
前記第２の受信ビーム形成部に記憶された各ビームの出力から前記第２のパルスの反射成分を抽出して目標を検出し、この目標に対する測高データを算出する第２の測高処理部と、
前記第１の測高処理部及び前記第２の測高処理部での算出結果を平滑化し、前記目標に対する平滑化された測高データを算出する平滑処理部と
を有することを特徴とする測高レーダ装置。 A radar transmitter for generating a radar transmission signal composed of a first pulse and a second pulse following the first pulse at a predetermined repetition rate;
A first transmission beam is formed to radiate the first pulse to a first coverage area extending in an elevation direction, and the second pulse is set in the first coverage area. A transmit beam forming section for forming a second transmit beam for radiating to the coverage area of
A plurality of antenna elements arranged in an array, and radiating the radar transmission signal based on the first transmission beam and the second transmission beam, and receiving the reflected wave;
A receiving unit that receives and outputs the reflected wave received by the antenna unit for each of the plurality of antenna elements;
A first reception beam forming unit that forms a multi-beam in the first coverage from the signal after the reception processing and stores an output of each beam formed;
A second received beam forming unit for storing a multi-beam from the signal after the reception processing in the second coverage and storing the output of each beam formed;
A first height measurement processing unit that extracts a reflection component of the first pulse from the output of each beam stored in the first reception beam forming unit, detects a target, and calculates height measurement data for the target When,
A second height measurement processing unit that detects the target by extracting the reflection component of the second pulse from the output of each beam stored in the second reception beam forming unit, and calculates height measurement data for the target. When,
A smoothing processing unit that smoothes the calculation results of the first height measurement processing unit and the second height measurement processing unit and calculates smoothed height measurement data for the target. High radar equipment. 前記第１のパルスと前記第２のパルスとは、その周波数、パルス幅、及びパルス内変調の少なくともいずれかひとつが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の測高レーダ装置。   2. The height measurement radar device according to claim 1, wherein the first pulse and the second pulse are different from each other in at least one of frequency, pulse width, and intra-pulse modulation. 前記平滑処理部での平滑化は、前記第１の測高処理部及び前記第２の測高処理部での算出結果の算術平均としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測高レーダ装置。   3. The smoothing in the smoothing processing unit is an arithmetic average of calculation results in the first height measurement processing unit and the second height measurement processing unit. 4. Radar measuring radar equipment. 前記平滑処理部での平滑化は、前記第１の測高処理部及び前記第２の測高処理部での算出結果に対して、第１のパルス及び第２のパルスの前記目標からの反射波の受信電力による加重平均としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の測高レーダ装置。   The smoothing in the smoothing processing unit is performed by reflecting the first pulse and the second pulse from the target with respect to the calculation results in the first height measuring processing unit and the second height measuring processing unit. The height-measuring radar device according to claim 1, wherein a weighted average based on a received wave power is used.
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