JP2545958B2 - ディジタルビームフォーミングレーダ - Google Patents

ディジタルビームフォーミングレーダ

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、受信アンテナにマルチ狭角ビームを形成
するディジタルビームフォーミング(Digital Beam For
ming:DBF)アンテナを用いたDBFレーダに係わり、特に
その耐妨害性能の向上に関するものである。
[従来の技術] 第5図は従来のDBFレーダとこれによって監視される
目標物等に搭載された妨害装置の概略構成を示す図であ
り、図において、(1)は広角ビームの送信アンテナ、
(2)は送信アンテナ(1)から周波数F1の電波を空間
に送信するための送信機である。(3)は一次元あるい
は二次元に配列された複数個のアンテナ素子、(4)は
各アンテナ素子(3)毎に設けられアンテナ素子(3)
を介して電波を受信する受信機、(5)は各受信機
(4)毎に設けられ受信機(4)から出力される信号を
A/D変換するA/D変換器、(6)は各A/D変換器(5)か
ら同時に転送される複数のディジタル信号を入力してそ
の内部でDFT(Digital Fourier Transform:ディジタル
フーリエ変換)を行い、異方向からの受信電波を各方向
毎に弁別して外部に出力するビームフォーマ(演算手
段)で、上記アンテナ素子(3)〜ビームフォーマ
(6)によりマルチ狭角ビームで無走査のDBFアンテナ
(7)が構成され、受信アンテナとして用いられる。
一方、(8)は目標物に搭載されたESM(Electronic
Support Measure)と呼ばれるレーザ波解析装置、
(9)はECM(Electronic Counter Measure)と呼ばれ
る妨害波発生装置、(10),(11)は妨害装置側の受信
アンテナと送信アンテナである。上記レーダ波解析装置
(8)は、受信アンテナ(10)によって捉えた電波のう
ち所定の電波のみを受信するチャンネライズド受信機
(12)と、このチャンネライズド受信機(12)から出力
される信号の特徴(パルス幅,周波数,パルス振幅等)
を抽出する信号特徴量抽出機(13)と、この信号特徴量
抽出機(13)から出力される特徴量から信号の分析を行
う信号分析機(14)とから構成され、信号分析機(14)
からの情報により妨害波発生装置(9)でレーダ波と等
価な妨害波を発生し、送信アンテナ(11)を介して送信
する。
次に動作について説明する。
DBFレーダ側では、広角ビームの送信アンテナ(1)
を用いて周波数F1の電波を広い範囲にわたって送信す
る。また、目標物に当たって戻ってくる反射エコーの受
信はDBFアンテナ(7)を用いて行い、反射エコーを各
アンテナ素子(3),受信機(4),A/D変換器(5)を
介してビームフォーマ(6)に取り込み、フーリエ変換
を施して異方向からの受信電波を各方向毎に弁別して出
力し、各目標物の位置,速度等の情報を得る。DBFアン
テナ(7)はマルイ狭角ビーム,すなわち複数の狭角ビ
ームを同時に空間に形成することができ、異方向から同
時に受信された周波数F1の複数の反射エコーを角度方向
に弁別できる。
一方、目標物側では、受信アンテナ(10)を介してチ
ャンネライズド受信機(12)がレーダ波を受信し、信号
特徴量抽出機(13)がレーダ波の特徴を抽出し、この信
号特徴量抽出機(13)から出力されるパルス幅,周波
数,パルス振幅等に基づき信号分析機(14)でレーダ波
を分析する。そして、レーダ波の分析がなされると、妨
害波発生装置(9)がレーダ波と等価な妨害波を作り出
し、送信アンテナ(11)を介してDBFレーダ側に送信す
る。
[発明が解決しようとする課題] 従来のDBFレーダは以上のように構成され、特定の周
波数F1の電波を広い範囲にわたって送信しているため、
電波の送信を相手のESMに容易に察知されて解析され、
その結果、送信電波と同一の周波数F1をもつ電波によっ
て妨害を受けやすいという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、耐妨害性能を向上させることができるDBF
レーダを得ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明にかかるDBFレーダは、通信アンテナとして
フェーズドアレイアンテナを用い、受信アンテナとし
て、複数のアンテナ素子と,各アンテナ素子毎に設けら
れた受信周波数を弁別するフィルタバンクを備えた受信
機と,上記フィルタバンクの各フィルタ毎に設けられ該
出力をA/D変換するA/D変換器と,各A/D変換器から同時
に転送される複数のデジタル信号を入力して所定の演算
を施し異方向からの受信電波を各方向毎に弁別する演算
手段とから成るディジタルビームフォーミングアンテナ
を用いるとともに、上記フェーズドアレイアンテナから
の送信をシングル狭角ビームで走査するビーム走査制御
器と、フェーズドアレイアンテナからの送信電波発生源
として設けられた発振周波数切替可能な周波数シンセサ
イザと、走査毎に送信周波数を定期的に切替えるモード
と,送信方向毎に送信周波数を周期的に切替えるモード
と,走査毎に各送信方向に対する送信周波数の割当てを
ランダムに切替えるモードのいずれかのモードで作動す
るように上記ビーム走査制御器と周波数シンセサイザと
を制御するとともに、各モードの切替えを制御する制御
手段とを備えたものである。
[作用] この発明においては、送信アンテナにフェーズドアレ
イアンテナを用いるとともに、制御手段でビーム走査制
御器と周波数シンセサイザを制御し、高速で狭角ビーム
を走査して各送信方向に送信電波を送信するとともに、
走査あるいは送信方向を切替える毎にそれに同期して送
信周波数を切替える。更に、上記周波数の切替えパター
ンとして、走査毎に送信周波数を定期的に切替えるモー
ドと、送信方向毎に送信周波数を周期的に切替えるモー
ドと、走査毎に各送信方向に対する送信周波数の割当て
をランダムに切替えるモードとを用意して、これら3つ
のパターンを併用する。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図は実施例によるDBFレーダの全体構成を示すブ
ロック図であり、図において、(1a)は複数のアンテナ
素子(1b)と各アンテナ素子(1b)毎に設けられた移相
器等からなり、電子的に高速にビーム走査可能なアンテ
ナとして周知のフェーズドアレイアンテナであり、送信
アンテナとして用いられる。(2a)は上記フェーズドア
レイアンテナ(1a)からの送信をシングル狭角ビームで
走査するビーム走査制御器、(2b)は上記フェーズドア
レイアンテナ(1a)からの送信電波発生源として設けら
れた発振周波数切替可能な周波数シンセサイザ、(2c)
は上記周波数シンセサイザ(2b)からの出力をフェーズ
ドアレイアンテナ(1a)の各アンテナ素子(1b)に分配
する電力分配器、(15)は上記ビーム走査制御器(2
a),周波数シンセサイザ(2b)及びDBFアンテナ(7)
の各A/D変換器(5)の動作タイミングを制御してそれ
らの同期をとるタイミングコントローラであり、マイク
ロプロセッサ等により構成され、走査毎に送信周波数を
定期的に切替える制御と、送信方向毎に送信周波数を周
期的に切替える制御と、走査毎に各送信方向の送信周波
数をランダムに切替える制御及びこれらのモードの切替
え制御がプログラムにより実現されている。尚、第1図
の各方向θ1〜θ5の送信ビームと受信ビームとは1対
1で対応している。また、送信アンテナは、ビームを送
信するだけなので、高速なビーム走査が可能なフェーズ
ドアレイアンテナを用いているが、受信アンテナは、受
信ビームを解析して送信モードを切替え制御する必要が
あるため、より精密な解析が行えるDBFアンテナを用い
ている。
例えば、DBFアンテナを用いれば、妨害波と目標エコ
ーを同時に受信できるため、周波数など妨害波の様態が
変化した場合、瞬時にこれを検出し、態様の変化に呼応
して送信モードを切替えることが可能となる。
第2図は受信アンテナとして用いられるDBFアンテナ
(7)における各受信機(4)の詳細な構成図であり、
図において、(41)は各アンテナ素子(3)の出力を増
幅する増幅器、(42)は増幅器(41)の出力信号を分配
する電力分配器、(43)は電力分配器(42)の出力から
所定の周波数成分の信号を取り出す複数(ここでは周波
数F1〜F5の5個)のフィルタ(43a)からなるフィルタ
バンクであり、各フィルタ(43a)毎にA/D変換器(5)
が設けられ、1つの受信機(4)に対し複数(ここでは
5個)のA/D変換器(5)が接続されている。
また、第3図は各受信機(4)とA/D変換器(5)と
ビームフォーマ(6)の接続の詳細を示す構成図であ
り、図に示すように、各受信機(4)の出力はそれぞれ
複数のA/D変換器(5)に入力され、各A/D変換器(5)
の出力はそれぞれ対応するビームフォーマ(6)に転送
されるように構成されている。
次に動作について説明する。
フェーズドアレイアンテナ(1a)を介して目標物に電
波を送信する際、タイミングコントローラ(15)でビー
ム走査制御器(2a),周波数シンセサイザ(2b)及びDB
Fアンテナ(7)の各A/D変換器(5)の動作タイミング
を制御して同期をとり、高速で狭角ビームを走査して各
送信方向に送信電波を送信するとともに、走査あるいは
送信方向を切替える毎にそれに同期して送信周波数を切
替える。例えば、第1図に示すようにある範囲を監視す
る場合、この範囲をθ1234と分け、各送
信方向θ〜θに割り当てられた周波数F1〜F5の電波
を送出しながら順次走査していく。
この時の送信方向θ〜θと周波数F1〜F6の対応付
けのパターン例を第4図(a)〜第4図(c)に示す。
例えば、通常の運用では電波の送信を第4図(a)の
パターンで行う。このパターは、送信方向θ〜θ
同一の周波数F1〜F5を割り当てた5つのパターンを用意
して、走査を行う毎に切替える例を示している。このよ
うに、空間的に狭角ビームを高速に走査するとともに、
送信電波の周波数を定期的に切替えることにより、ESM
が送信電波を計測するのを困難にし、妨害を受けること
が少なくなる。
また、上記のモードでESMが送信電波の周波数を計測
し、同一周波数の電波により妨害をかけてきたときに
は、電波の送信を第4図(b)のパターンに切替える。
このパターンは、送信方向θに対しては周波数F1,送
信方向θに対いては周波数F2,送信方向θに対して
は周波数F3,送信方向θに対しては周波数F4,送信方向
θに対しては周波数F5を割り当て、送信方向の切替え
が行われる毎に周波数が周期的に変化する例を示してい
る。仮に、送信方向θにESMがいたしても、この方向
には周波数F4の電波のみが送信されるので、妨害はθ
方向から周波数F4の電波により受けることになる。この
ときθ方向にある目標からのエコーは受信できなくな
るが、それ以外の方向から受信するエコーについては妨
害波と周波数が異なっているため、その影響を全く受け
ない。
更に、上記モードがEMSに対する周波数欺瞞であるこ
とをESMに察知されないように、第4図(c)のパター
ンに切替えて電波を送信する。このパターンは、各送信
方向θ〜θに対して周波数F1〜F5を擬似ランダムに
割り当て、走査が行われる毎に送信方向θ〜θと周
波数F1〜F5の対応付けが変化する例を示している。各方
向θ〜θに送信される電波の周波数がランダムに切
替わるので、ESMがこれを計測することが非常に困難と
なり、更に妨害を受けにくくなる。
このようなパターンは、時間帯に応じて,あるいは妨
害波が出されているのを検知した時点で任意に切替える
ようにしてもよく、また、複数のパターン例を組合せて
より複雑なパターンを構成するようにしても良い。
一方、目標物に当たって戻って来るエコーの受信は、
先ずDBFアンテナ(7)の各アンテナ素子(3)で捉え
た信号を受信機(4)内のフィルタバンク(43)により
各周波数F1〜F5毎に弁別し、弁別した各周波数F1〜F5
の信号をA/D変換器(5)によってA/D変換する。そし
て、A/D変換した各周波数F1〜F5毎の信号に対して対応
するビームフォーマ(6)でフーリエ変換を施し、各方
向θ〜θ毎のエコーを弁別して出力する。この際、
タイミングコントローラ(15)により、ビーム走査制御
器(2a)が行う送信方向θ〜θの走査と、周波数シ
ンセサイザ(2b)が行う周波数F1〜F5の切替えと、DBF
アンテナ(7)の各A/D変換器(5)が行うA/D変換の動
作タイミングが制御されてそれらの同期がとられる。す
なわち、アイクロプロセッサより成る制御手段としての
タイミングコントローラ(15)により、ビーム走査制御
器(2a)と周波数シンセサイザ(2b)とが、いずれかの
モードで作動するように制御されるわけである。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、送信アンテナとし
てフェーズドアレイアンテナを用い、受信アンテナとし
て、複数のアンテナ素子と,各アンテナ素子毎に設けら
れ受信周波数を弁別するフィルタバンクを備えた受信機
と,上記フィルタバンクの各フィルタ毎に設けられ該出
力をA/D変換するA/D変換器と,各A/D変換器から同時に
転送される複数のデジタル信号を入力して所定の演算を
施し異方向からの受信電波を各方向毎に弁別する演算手
段とから成るディジタルビームフォーミングアンテナを
用いるとともに、上記フェーズドアレイアンテナからの
送信をシングル狭角ビームで走査するニーム走査制御器
と、フェーズドアレイアンテナからの送信電波発生源と
して設けられた発振周波数切替可能な周波数シンセサイ
ザと、走査毎に送信周波数を定期的に切替えるモード
と,送信方向毎に送信周波数を周期的に切替えるモード
と,走査毎に各送信方向に対する送信周波数の割当てを
ランダムに切替えるモードのいずれかのモードで作動す
るように上記ビーム走査制御器と周波数シンセサイザと
を制御するとともに、各モードの切替えを制御する制御
手段とを備えたので、送信電波の解析を困難にして耐妨
害性能が大幅に向上する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す全体構成図、第2図
は実施例における受信機の詳細構成図、第3図は実施例
における受信機とA/D変換器とビームフォーマとの接続
関係を示す詳細構成図、第4図(a)〜(c)は実施例
における送受信タイミングを示す信号波形図、第5図は
従来例を示す全体構成図である。 (1a)はフェーズドアレイアンテナ、(1b),(3)は
アンテナ素子、(2a)はビーム走査制御器、(2b)は周
波数シンセサイザ、(2c)は電力分配器、(4)は受信
機、(5)はA/D変換器、(6)はビームフォーマ(演
算手段)、(7)はDBFアンテナ、(15)はタイミング
コントローラ、(41)は増幅器、(42)は電力分配器、
(43)はフィルタバンク、(43a)はフィルタ。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−284484(JP,A) 実開 昭62−86571(JP,U) 特公 昭46−8823(JP,B1)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】送信アンテナとしてフェーズドアレイアン
    テナを用い、受信アンテナとして、複数のアンテナ素子
    と,各アンテナ素子毎に設けられ受信周波数を弁別する
    フィルタバンクを備えた受信機と,上記フィルタバンク
    の各フィルタ毎に設けられ該出力をA/D変換するA/D変換
    器と,各A/D変換器から同時に転送される複数のデジタ
    ル信号を入力して所定の演算を施し異方向からの受信電
    波を各方向毎に弁別する演算手段とから成るディジタル
    ビームフォーミングアンテナを用いるとともに、上記フ
    ェーズドアレイアンテナからの送信をシングル狭角ビー
    ムで走査するビーム走査制御器と、フェーズドアレイア
    ンテナからの送信電波発生源として設けられた発振周波
    数切替可能な周波数シンセサイザと、走査毎に送信周波
    数を定期的に切替えるモードと,送信方向毎に送信周波
    数を周期的に切替えるモードと,走査毎に各送信方向に
    対する送信周波数の割当てをランダムに切替えるモード
    のいずれかのモードで作動するように上記ビーム走査制
    御器と周波数シンセサイザとを制御するとともに、各モ
    ードの切替えを制御する制御手段とを備えたことを特徴
    とするディジタルビームフォーミングレーダ。
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