JP2553711B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、送信用としてフェーズドアレーアンテ
ナ，受信用としてマルチビームを形成可能なディジタル
ビームフォーミングアンテナを組合せたレーダ装置に関
わり、特に送信パルス繰返し周期内に複数の異なる方向
に存在する目標を観測できるようにしたレーダ装置に関
するものである。

［従来の技術］ 第４図は、従来のこの種のレーダ装置として、特開昭
63−167287号公報，特開昭63−167288号公報に示された
レーダ装置を示すブロック図である。図において、101
は、図示しない発振回路から所要に変調されて送出され
る送信パルスを任意数のサブパルスに分割して，これを
後述する第１〜第ｎ受信モジュール201〜20nの各移相器
2011に対してそれぞれ分配出力する送信パルス分割分配
回路であり、このサブパルスへの分割は当該レーダ装置
の図示しない受信ビーム処理装置から伝達される目標数
情報に基づいて行なわれる。また、102は、後述する第
１〜第ｎ送受信モジュール201〜20nの各移相器2011の移
相量を上記分割されたサブパルス各々について各別に設
定制御する送信ビーム制御回路であり、これら各移相量
の設定は、同じく上記図示しない受信ビーム処理装置か
ら伝送される目標方位・距離情報に基づいて行なわれ
る。

上記第１〜第ｎ送受信モジュール201〜20nは、アレー
アンテナ300の各素子アンテナ301〜30nにそれぞれ対応
して配設されて、各対応する素子アンテナを通じての目
標（図示せず）に対する送信ビームの放射並びに同放射
ビーム内の目標からの反射波の受信を実行するモジュー
ルである。これらのモジュールは、例えば、第１送受信
モジュール201を例にとれば、上記送信パルス分割分配
回路101から加えられるサブパルス列F₁の各サブパルス
に対して，その各々に対応して上記送信ビーム制御回路
102から加えられる指令C₁に応じた量の移相処理を施す
移相器2011と、この移相処理された各サブパルスを増幅
する送信増幅器2012と、サーキュレータ（送受切換器）
2013等からなって、この増幅された各サブパルスを対応
素子アンテナ301に供給して目標に対して放射するとと
もに、同素子アンテナ301に受信された同目標からの反
射信号については、これを自モジュール201内に取り込
むサーキュレータ2013と、取り込まれた反射信号（高周
波信号）を位相検波して振幅情報と位相情報とを含む要
素Ｉと要素Ｑに分離する受信機2014と、この位相検波さ
れた受信信号を要素I,Q各別に量子化してディジタル信
号に変換するA/D変換器2015とをそれぞれ備えて構成さ
れる。こうして変換されたディジタル信号（DI,DQ）
は、これら各モジュール201〜20nの受信データR₁〜R_nと
してそれぞれ分配回路400に送出される。

分配回路400は、上記各モジュール201〜20nの受信デ
ータR₁〜R_nを一つの組としてこれを任意数（この例では
ｍ）に分配する回路であり、この分配された受信データ
R₁〜R_nは第１〜第ｍビーム形成回路501〜50mにそれぞれ
伝送される。

これらビーム形成回路501〜50mは、上記受信データR₁
〜R_nを用いてその振幅及び位相内容をそれぞれ所望に制
御することにより、それぞれ所望方向への受信ビームを
各別に形成する回路である。

第５図は、この種のレーダ装置の他の従来例として、
特開昭63−187180号公報に示されたホログラフィックレ
ーダを示すブロック図であり、前記第４図の従来例がア
レーアンテナを送信と受信で兼用しているのに対し、こ
の従来例は送信用と受信用それぞれにアレーアンテナを
備えたもので、同図（ａ）は送信系，同図（ｂ）は受信
系を示している。送信系を示す同図（ａ）において、４
は移相器群、５は送信機、６はビームステアリング計算
機、７は送信アンテナであり、前記第４図との対応にお
いて、上記移相器群４は第１〜第ｎ送受信モジュール20
1〜20nの各移相器2011に、送信機５は図示しない発振回
路等と送信パルス分割分配回路101に、ビームステアリ
ング計算機６は送信ビーム制御回路102に、送信アンテ
ナ７はアレーアンテナ300に相当する。また、受信系を
示す同図（ｂ）において、１は受信アンテナ、２は局発
分配回路、３はビーム形成回路であり、前記第４図との
対応において、上記受信アンテナ１はアレーアンテナ30
0に、局発分配回路２は第１〜第ｎ送受信モジュール201
〜20nの各受信機2014,各A/D変換器2015と分配回路400
に、ビーム形成回路３は第１〜第ｍビーム形成回路501
〜50mに相当する。

上記第４図，第５図に示すような，送信用としてフェ
ーズドアレーアンテナ、受信用としてマルチビームを形
成可能なディジタルビームフォーミングアンテナを組合
せたレーダ装置では、第６図，第７図に示すように、一
つの送信パルスを受信ビーム形成数に等しいサブパルス
A,B,C,D,Eに分割して各目標方向θ_A,θ_B,θ_C,θ_D,θ_Ｅ
に連続的に送信し、パルス繰返し周期内の非送信期間T_F
に目標からの反射波を受信することにより、パルス繰返
し周期内に複数の異なる方向に存在する目標を観測する
ことができる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のこの種のレーダ装置は以上のように構成されて
いるが、このような構成では、対処可能な目標数が受信
ビーム数に制限され、また、受信ビーム数を増やせたと
しても、サブパルス数の増大により送信パルス幅が長く
なり、送信中はその出力エネルギーの影響で受信できな
いので、近距離目標への対処が困難になる等の問題点が
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、サブパルス数を増大することなく多くの目
標を観測でき、近距離目標への対処も容易となるレーダ
装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に関るレーダ装置は、各受信ビーム出力を周
波数分析手段で処理することにより得られる各目標のド
ップラー周波数に基づき，各目標毎に送信パルスの間引
き数を算出して所要パルス数を得るとともに，各パルス
毎の目標方向を調整する間引き制御手段と、この間引き
制御手段からの所要パルス数に相当するパルスの送信タ
イミングを制御する送信タイミング制御手段と、このタ
イミングと上記間引き制御手段からの目標方向とに基づ
き送信ビームを各目標方向に制御する送信ビーム制御手
段とを備えるとともに、各目標毎のドップラー周波数に
基づき中心周波数が設定されて各受信ビーム出力の信号
帯域幅を制限し，処理信号点数を均一化する前処理手段
を備えたものである。

［作用］ この発明においては、低速目標の観測は毎回行なわな
くても良く，目標速度に応じてサブパルスを間引ける点
に着目し、間引き制御手段で各目標のドップラー周波数
から得られる間引き数に基づき間引き後の所要パルス数
とそれに伴って調整されたパルス数の目標方向とを得
て、これらに基づき送信タイミング制御手段と送信ビー
ム制御手段で各パルスの送信タイミングと送信方向を制
御するようにしたので、サブパルス数を増やすことな
く、多くの目標を観測できる。また、各受信ビーム出力
を、目標のドップラー周波数に基づき信号帯域幅を制限
する前処理手段を介して周波数分析手段に入力すること
により、周波数分析手段における高速目標の処理信号点
数を低速目標と同等にすることができ、演算負荷を均一
化できる。

［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図は本発明を前記第５図の装置に適用した一実施
例を示すブロック図であり、図において、１は受信アン
テナ、２は局発分配回路、３はビーム形成回路、４は移
相器群、５は送信機、６はビームステアリング計算機、
７は送信アンテナ、８はビーム形成回路３により形成さ
れる各受信ビームの出力毎に設けられて、該出力を高速
フーリエ変換（Fast Fourier Transform）により周波数
分析して目標のドップラー周波数（速度情報）を検出す
る高速フーリエ変換器（FFT）、９は上記各FFT8で検出
されたドップラー周波数に基づき後述する演算式を用い
て各目標（ビーム）毎に送信パルスの間引き数を演算す
るとともに、間引きに応じてパルス毎の目標（ビーム）
方向を調整する間引き数算出回路、10は上記間引き数算
出回路９からの目標毎の間引き数に基づき必要なパルス
数を算出する所要パルス数算出回路、11は本願の送信タ
イミング制御手段に相当する送信タイミング発生回路
で、上記所要パルス数算出回路10から送られてくる所要
パルス数に相当するパルスの送信タイミングを制御する
送信タイミング信号を発生するもので、このタイミング
信号は送信機５に供給されて送信機５から移相器群４に
加えられる各パルスのタイミングを制御するとともに、
本願のビーム制御手段に相当するビームステアリング計
算機６にも供給されて、間引き数算出回路９からの目標
（ビーム）方向情報に基づく移相器群４の移相量設定の
タイミングを制御する。また、12は上記各FFT8で検出さ
れた目標のドップラー周波数に応じて中心周波数が設定
されるバンドパスフィルタ（BPF）、13は上記各BPF12の
出力をリサンプリングするリサンプリング回路、14はビ
ーム形成回路３からの各受信ビーム出力を最初は対応す
るFFT8に直接入力させ、タイマー等による設定時間経過
後は対応するBPF12,リサンプリング回路13を介して入力
させる切換スイッチである。なお、上記間引き数算出回
路９と所要パルス数算出回路10とにより本願の間引き制
御手段15が構成され、また、BPF12とリサンプリング回
路13とにより前処理手段16が構成されている。

以上のように構成された本レーダ装置においては、観
測を開始した時点では各切換スイッチ14が接点14a側に
接続されており、ビーム形成回路３で形成された各受信
ビームの出力をFFT8により周波数分析して各ビームの方
向に存在する目標のドップラー周波数（速度情報，すな
わちドップラー周波数をf_d,ラジアル速度をv,送信波長
をλとすると、f_d＝2v/λの関係となる）を計測し、そ
の結果で各BPF12の中心周波数を設定する。また、計測
したドップラー周波数に応じて、間引き数算出回路９で
各目標（ビーム）毎の間引き数を算出するとともに、間
引き後のパルス毎の目標（ビーム）方向を調整する。所
要パルス数算出回路10は上記により得られた各ビーム毎
の間引き数から必要なパルス数を算出し、得られた所要
パルス数情報を送信タイミング発生回路11に送る。これ
に基づき送信タイミング発生回路11は第２図に示すよう
な送信タイミング信号を発生する。このタイミング信号
は送信機５を制御するとともに、上記により調整された
目標（ビーム）方向情報が与えられるビームステアリン
グ計算機６を制御し、各サブパルスの送信方向を設定す
るためのビームステアリング計算機６と移相器群４との
データ転送タイミングも同時に制御する。すなわち、第
３図（ａ）〜（ｆ）に示すように、高速目標Ａ及びＣは
パルス送信毎に観測を毎回行なうが、低速目標B,D,E及
びＦに対しては、各目標のラジアル速度に応じて，ドッ
プラー周波数のアンビギュイティを発生しない範囲でサ
ブパルスを間引くことにより、一個のサブパルスで複数
の目標を観測する。例えば、サブパルス番号＃２及び＃
４を使って奇数番目のパルス送信時にそれぞれ目標Ｂ及
びＤを観測し、偶数番目のパルス送信時には目標Ｅ及び
Ｆを観測する。

このように、目標ラジアル速度に応じて、サブパルス
を複数の目標で時分割利用することにより、サブパルス
数を増大させることなく、多くの目標を観測でき、近距
離目標の観測も容易となる。例えば、従来例では、第７
図に示すように５個のサブパルスで５つの目標しか観測
できなかったが、本実施例では、第２図，第３図に示す
ように、１個少ない４個のサブパルスで１つ多い６つの
目標を観測することになる。

ここで、各ビーム内の目標のドップラー周波数をfd_i
とすると、アンビギュイティを発生させないために必要
なサンプリング間隔Δｔは、標本化定理により で与えられる。よって、今，第２図に示すようにパルス
の繰返し周期をT₀とすると、このドップラー周波数fd_i
に対して許容される間引き数n_iは 但し、［ ］はガウス記号を表し、［ ］中の値を越
えない最大の整数を表す。

で与えられる。間引き数n_iとは、パルス送信n_i回につき
１回の割合で、その目標に対して送信することを示す。
各目標方向に対する間引き数n_iから、間引きを行なう目
標間でパルスを共用するためにビームステアリング計算
機６に与える目標（ビーム）方向を調整するとともに、
送信タイミング発生回路11に与える所要パルス数Ｍを所
要パルス数算出回路10において以下の式により決定す
る。

但し、｛ ｝は｛ ｝中の値を越える整数の最小値を
表す。

ところで、上記のような間引き制御を行なうと、各目
標に対する観測時間は一定であるが、サンプリング間隔
及びパルスヒット数は目標のドップラー周波数に応じて
変化するため、目標のラジアル速度によって各受信ビー
ム出力のFFTの点数が変化し、演算負荷のアンバランス
が生じる。このことは、いずれが高速か低速かを予め決
めることができないので、全ての受信ビーム出力に対し
て高速処理可能な高価なFFT等の周波数分析手段を備え
なければならないことを意味する。そこで、本実施例で
は、各FFT8の前段にBPF12とリサンプリング回路13及び
切換スイッチ14を設けた。すなわち、第２回目以降の観
測においては、各切換スイッチ14を接点14b側に接続し
てBPF12,リサンプリング回路13を介することにより、高
速目標の信号帯域幅を制限した後，リサンプリングを行
ない、低速目標と同等のサンプリングレートに変換す
る。これにより、FFTの点数を目標ラジアル速度にかか
わらず一定に保ち、演算負荷を均一化することができ
る。すなわち、FFT等の周波数分析手段としては、それ
ほど高速でない同様の性能のものを備えれば良いことに
なる。上記のようにな,BPFとリサンプリング回路により
サンプリングレートを下げることは、信号の前処理とし
て周知の技術である。

なお、上記実施例では、各受信ビームの出力からドッ
プラー周波数を検出する周波数分析手段としてFFTを用
いたが、MEM（Maximum Entropy Method;最大エントロピ
ー法）によるものであっても良い。また、上記実施例で
は、間引き制御専用にFFTを設けたものについて示した
が、各受信ビームの出力にFFTを挿入して後段の受信ビ
ーム処理用としても用いるようにしても良い。また、既
に受信ビーム処理装置でFFT等の周波数分析手段を使用
している場合は新たに設けることなくこれを流用するこ
とができる。

また、間引き制御手段12を構成する間引き数算出回路
９と所要パルス数算出回路10は上述した演算式を実行す
る各種演算器の組み合わせ回路により実現できるが、マ
イクロプロセッサを用いてプログラムにより実行するこ
とも可能である。また、送信タイミング発生回路11及び
ビームステアリング計算機６は、入力が異なる以外は従
来とほぼ同様な構成で実現することができる。

また、上記実施例では、本発明を前記第５図に示した
ものに適用した例について示したが、送信と受信でアレ
ーアンテナを兼用する第４図のものにも同様に適用でき
る。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、各受信ビーム出力
を周波数分析手段で処理することにより得られるドップ
ラー周波数に応じて送信パルスを間引くように構成した
ので、サブパルス数を増大することなく多くの目標を観
測でき、近距離目標への対処も容易となる。また、各受
信ビーム出力を、目標のドップラー周波数に基づき信号
帯域幅を制限する前処理手段を介して周波数分析手段に
入力するように構成したので、周波数分析手段における
高速目標の処理信号点数を低速目標と同等にすることが
でき、演算負荷を均一化できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の要部構成を示すブロック
図、第２図，第３図は実施例の動作を説明するためのタ
イミングチャート、第４図は従来例の構成を示すブロッ
ク図、第５図（ａ），（ｂ）は他の従来例の送信系と受
信系の構成を示すブロック図、第６図，第７図は従来例
の動作を説明するためのタイミングチャートである。 １は受信アンテナ、２は局発分配回路、３はビーム形成
回路、４は移相器群、５は送信機、６はビームステアリ
ング計算機（送信ビーム制御手段）、７は送信アンテ
ナ、８はFFT（周波数分析手段）、９は間引き数算出回
路、10は所要パルス数算出回路、11は送信タイミング発
生回路（送信タイミング制御手段）、12はBPF、13はリ
サンプリング回路、14は切換スイッチ、15は間引き制御
手段、16は前処理手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 倫正 神奈川県鎌倉市大船５丁目１番１号 三 菱電機株式会社情報電子研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−65391（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−65390（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−108780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−79683（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送信用としてフェーズドアレーアンテナを
   用い、受信用としてマルチビームを形成可能なディジタ
   ルビームフォーミングアンテナを用いるとともに、送信
   パルス繰返し周期内に目標数相当のパルスを発生して送
   信ビームを各目標方向に指向して送信し、上記パルス繰
   返し周期内の非送信時に目標からの反射波を受信するレ
   ーダ装置において、 各受信ビーム出力を周波数分析手段で処理することによ
   り得られる各目標のドップラー周波数に基づき，各目標
   毎に送信パルスの間引き数を算出して所要パルス数を得
   るとともに，各パルス毎の目標方向を調整する間引き制
   御手段と、この間引き制御手段からの所要パルス数に相
   当するパルスの送信タイミングを制御する送信タイミン
   グ制御手段と、このタイミングと上記間引き制御手段か
   らの目標方向とに基づき送信ビームを各目標方向に制御
   する送信ビーム制御手段とを備えるとともに、各目標毎
   のドップラー周波数に基づき中心周波数が設定されて各
   受信ビーム出力の信号帯域幅を制限し，処理信号点数を
   均一化する前処理手段を備えたことを特徴とするレーダ
   装置。