JP5697497B2 - レーダ受信機及びパルスレーダ装置 - Google Patents
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Description
従来のパルスレーダ装置では、送信機101がパルス送信波を出力すると、そのパルス送信波が送受切換器102を介してアンテナ103に出力され、アンテナ103からパルス送信波が空間に放射される。
空間に放射されたパルス送信波は、例えば、飛行機などの目標物が存在する場合、その目標物に反射してパルスレーダ装置に戻ってくる。
アンテナ103は、目標物に反射されて戻ってきている反射波であるパルス受信波を受信し、そのパルス受信波を送受切換器102に出力する。
送受切換器102は、アンテナ103により受信されたパルス受信波をIF変換器104に出力する。
中間周波増幅器105は、マッチドフィルタの働きを有しており、IF変換器104からIF変調波を受けると、そのIF変調波のS/N比(信号対ノイズ比)を最大にして、S/N比が最大のIF変調波を検波器106に出力する。
検波器106は、中間周波増幅器105からS/N比が最大のIF変調波を受けると、そのIF変調波の包絡線を検波する。
A/D変換器108は、パルス圧縮器107から出力されたパルス波形をアナログ信号からデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を信号処理器109に出力する。
信号処理器109は、A/D変換器108からデジタルのパルス波形を受けると、そのパルス波形に含まれているクラッタなどの不要な成分を除去するなどの信号処理を実施し、信号処理後のパルス波形をパルスレーダ装置に搭載されている目標物の測定処理器(図示せぬ)に出力する。
しかしながら、アンテナ103が受信しているパルス受信波が目標物に反射されて戻ってきているパルス送信波の反射波ではなく、欺瞞妨害装置が放射された偽のパルス波である場合、目標物が本来存在している場所と異なる位置に目標物が存在していると判断してしまって、レーダとしての機能を果たせなくなる。
また、中間周波増幅器105がIF変調波のS/N比を最大にしており、欺瞞妨害波形の分析能力を備えていないため、レーダ受信機において、欺瞞妨害波を検出すること自体困難である。
また、この発明は、パルス受信波が目標物の反射波であるのか、欺瞞妨害波であるのかを正確に識別して、真の目標物までの距離と方位を測定することができるパルスレーダ装置を得ることを目的とする。
図1はこの発明の実施の形態1によるパルスレーダ装置を示す構成図である。
図1において、送信機1は例えば高周波帯の変調波であるパルス送信波を発信する機器である。
送受切換器2は送信機1から発信されたパルス送信波をアンテナ3に出力する一方、アンテナ3により受信されたパルス受信波をIF変換器5に出力する機器である。
アンテナ3は送受切換器2から出力されたパルス送信波を空間に放射する一方、そのパルス送信波が目標物に反射されて戻ってきている反射波であるパルス受信波を受信する機器である。
IF変換器5は送受切換器2から出力されたパルス受信波の周波数を高周波帯から中間周波数帯に変換し、周波数変換後の信号であるIF変調波(中間周波数帯域の信号)を受信信号検出部6,11に出力する処理を実施する。
なお、送信機1、送受切換器2、アンテナ3及びIF変換器5からパルス波送受信手段が構成されている。
中間周波増幅器7はマッチドフィルタの働きを有しており、IF変換器5から出力されたIF変調波のS/N比(信号対ノイズ比)を最大にして、S/N比が最大のIF変調波を検波器8に出力する処理を実施する。
パルス圧縮器9は検波器8により検波された包絡線が示すパルス波形を圧縮してパルス振幅を大きくし、振幅増幅後のパルス波形をA/D変換器10に出力する処理を実施する。
A/D変換器10はパルス圧縮器9から出力されたパルス波形をアナログ信号からデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を第1の反射波抽出器14に出力する処理を実施する。
高速A/D変換器12は例えばパルス送信波のパルス周波数の2倍以上のサンプリングレートで、IF変換器5から出力されたIF変調波をサンプリングして、アナログ信号であるIF変調波をデジタル信号に変換することで、そのIF変調波のパルス波形を示す波形データをメモリ13に記録する処理を実施する。
メモリ13は波形データを記録する記録媒体である。
即ち、第1の反射波抽出器14はパルス受信波の立ち上がり時間がパルス送信波の立ち上がり時間より長い場合、そのパルス受信波が目標物の反射波であると識別し、第1の受信信号検出部6から出力されたパルス波形を信号処理器16に出力する処理を実施する。
また、第1の反射波抽出器14はパルス受信波の立ち上がり時間がパルス送信波の立ち上がり時間と同程度で短く、かつ、そのパルス受信波のドループがパルス送信波のドループより大きい場合、そのパルス受信波が欺瞞妨害波であると識別する処理を実施する。
なお、反射波抽出器14,15は受信波識別手段を構成している。
測定処理器17は信号処理器16による信号処理後のパルス波形に基づいて目標物までの距離及び目標物の方位を測定する処理を実施する。なお、測定処理器17は測定手段を構成している。
図2はこの発明の実施の形態1によるパルスレーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
まず、送信機1は、例えば高周波帯の変調波であるパルス送信波を発信する。
送受切換器2は、送信機1がパルス送信波を発信すると、そのパルス送信波をアンテナ3に出力する。
これにより、アンテナ3からパルス送信波が空間に放射され、空間内に目標物が存在する場合には、そのパルス送信波が目標物に反射されて、その反射波がパルスレーダ装置に戻ってくる。
ここでは、説明の便宜上、パルスレーダ装置から放射されるパルス送信波は、図5に示すようなパルス波形を有しているものとする。
なお、欺瞞妨害装置におけるパルス送信波の再現を困難にするために、図5に示すパルス送信波の立ち上がり部分は複雑なパルス波形に形成されている。
図6は各々の表面で反射する反射波及び合成波を示す説明図である。
そのため、目標物に反射してパルスレーダ装置に戻ってくる複数の反射波の合成波(パルス受信波)のパルス波形は、パルスレーダ装置から放射されたパルス送信波と同様の形状ではなく、目標物のレンジ方向の長さ分だけ時間がずれている複数の反射波が重なり合っているパルス波形となる。
パルス受信波の立ち上がり部分に注目すると、そのパルス受信波の立ち上がり時間は、パルス送信波と比べて長くなり、なだらかな立ち上がりとなる。
例えば、パルスレーダ装置のレンジ方向に30mの長さを有する目標物の場合、0.2μsec程度のパルス遅延が発生する。
図7は各々の表面で反射する反射波及び合成波を示す説明図である。
図8は欺瞞妨害装置から送信される欺瞞妨害波のパルス波形の一例を示す説明図であり、欺瞞妨害波のパルス波形は、図5に示すパルス送信波と類似した形状となる。
IF変換器5は、送受切換器2からパルス受信波を受けると、そのパルス受信波の周波数を高周波帯から中間周波数帯に変換し、周波数変換後の信号であるIF変調波(中間周波数帯域の信号)を受信信号検出部6,11に出力する(ステップST2)。
即ち、第1の受信信号検出部6の中間周波増幅器7は、マッチドフィルタの働きを有しており、IF変換器5からIF変調波を受けると、そのIF変調波のS/N比を最大にして、S/N比が最大のIF変調波を検波器8に出力する。
パルス圧縮器9は、アンテナ3が微弱なパルス受信波を受信している場合でも、目標物の探知を可能にするために、その包絡線が示すパルス波形を圧縮してパルス振幅を大きくし、振幅増幅後のパルス波形をA/D変換器10に出力する。
A/D変換器10は、パルス圧縮器9からパルス波形を受けると、そのパルス波形をアナログ信号からデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を第1の反射波抽出器14に出力する。
即ち、第2の受信信号検出部11の高速A/D変換器12は、パルス受信波のパルス波形を忠実に再現可能な間隔で、IF変換器5から出力されたIF変調波をサンプリングして(例えば、パルス送信波のパルス周波数の2倍以上のサンプリングレートで、IF変換器5から出力されたIF変調波をサンプリングする)、アナログ信号であるIF変調波をデジタル信号に変換することで、そのIF変調波のパルス波形を示す波形データをメモリ13に記録する。
ここで、図9はパルス受信波の立ち上がり時間及びドループを示す説明図である。
パルス受信波の「立ち上がり時間」は、パルス受信波が立ち上がるのに要する時間である。
「ドループ」は、送信機1がパルス送信波を出力する際にパワーを維持することができないために発生するパワーの低下率を示すものである。
第1の反射波抽出器14では、パルス受信波のドループを特定する際、オーバーシュートの歪みに影響されないようにするために、パルス受信波の最初の25%と最後の25%を除いて、ドループを特定するようにする。
即ち、残りの50%部分を例えば最小二乗法によって直線近似して、ドループ測定部分における最大振幅からの低下率を測定することで、ドループを特定する。
ここでは、パルス送信波の立ち上がり時間T2とドループdr2は、既知であることを想定しているが、送信機1がパルス送信波を発信する際、例えば、方向性結合器を用いて、そのパルス送信波の一部を第2の受信信号検出部11に与え、第1の反射波抽出器14が、第2の受信信号検出部11のメモリ13に記録されている波形データを参照して、そのパルス送信波の立ち上がり時間T2及びドループdr2を特定するようにしてもよい。
そこで、第1の反射波抽出器14は、パルス受信波の立ち上がり時間T1がパルス送信波の立ち上がり時間T2より長い場合(ステップST6;YES)、そのパルス受信波が目標物の反射波であると識別し、第1の受信信号検出部6から出力されたパルス波形を信号処理器16に出力する(ステップST7)。
第1の反射波抽出器14は、そのパルス受信波のドループdr1がパルス送信波のドループdr2より大きい場合(ステップST8;NO)、送信機1と異なる送信機から送信されたパルス波であることが想定されるため、そのパルス受信波が欺瞞妨害波であると識別する(ステップST9)。
この場合、第1の受信信号検出部6から出力されたパルス波形は、目標物の探知には使用されない。
パルス受信波が目標物の反射波である場合、マルチパスの影響でパルス受信波の後半部分が重なったために、パルス受信波のドループdr1がパルス送信波のドループdr2より小さくなることがある。
また、第1の反射波抽出器14は、第1の受信信号検出部6によりパルス波形が検出されているが、第2の受信信号検出部11によりパルス波形が検出されていない場合も、そのパルス受信波が目標物の反射波であると識別し、第1の受信信号検出部6から出力されたパルス波形を信号処理器16に出力する。
しかし、実際の運用では、パルスレーダ装置が確実に受信可能な強さで、欺瞞妨害装置が欺瞞妨害波を送信してくると考えられ、パルス圧縮が必要となる程度の欺瞞妨害波を送信してくることは運用上ほとんどない。
仮に、パルス圧縮が必要となる程度の欺瞞妨害波を送信してきても、遠距離からの妨害であれば、危険度が小さいため、目標物の反射波として扱っても差し支えない。
パルス受信波とパルス送信波における立ち上がり部分の相互相関処理は、立ち上がり部分の類似性を判定することができるものであれば、特に限定するものではないが、例えば、パルス受信波の立ち上がり部分とパルス送信波の立ち上がり部分とをFFT処理し、パルス受信波の立ち上がり部分のFFT結果とパルス送信波の立ち上がり部分のFFT結果とを比較することで、立ち上がり部分の類似性を判定することができる。
一方、立ち上がり部分が似ていることが認められなければ(ステップST10;NO)、そのパルス受信波が欺瞞妨害波であると識別する処理を実施する(ステップST9)。
この場合、第1の受信信号検出部6から出力されたパルス波形は、目標物の探知には使用されない。
なお、TWT、クライストロンなどの送信機には、送信機が意図しない立ち上がり、立ち下がり、ドループなど、送信機固有の特性が含まれているため、立ち上がり部分の相互相関処理を実施することで、パルスレーダ装置から送信されたパルス送信波の反射波であるのか、欺瞞妨害装置から送信された欺瞞妨害波であるのかを識別することができる。
測定処理器17は、信号処理器16による信号処理後のパルス波形に基づいて目標物までの距離及び目標物の方位を測定する。この測定処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
上記実施の形態1では、第1の反射波抽出器14又は第2の反射波抽出器15によりパルス受信波が欺瞞妨害波であると識別された場合、第1の受信信号検出部6から出力されたパルス波形が目標物の探知には使用されないものを示したが、その欺瞞妨害波を送信している欺瞞妨害装置を特定するようにしてもよい。
そして、第1の反射波抽出器14又は第2の反射波抽出器15によりパルス受信波が欺瞞妨害波であると識別された場合、図示せぬ妨害装置検索手段が、そのパルス受信波の特徴を特定し、そのパルス受信波の特徴を示す特徴データと、そのデータベースに記録されている特徴データとを照合する。
妨害装置検索手段は、そのデータベースに記録されている特徴データの中に、そのパルス受信波の特徴を示す特徴データと一致する特徴データがあれば、その特徴データに対応する欺瞞妨害装置が、その欺瞞妨害波の送信源であると特定する。
この実施の形態2によれば、上記実施の形態1と同様の効果を奏する他に、欺瞞妨害波の送信源を特定することができる効果を奏する。
Claims (7)
- パルス送信波を空間に放射する一方、上記パルス送信波が目標物に反射されて戻ってきている反射波であるパルス受信波を受信するパルス波送受信手段により受信された上記パルス受信波を、上記パルス波送受信手段から空間に放射されたパルス送信波のパルス周波数よりサンプリングレートが高いアナログ/デジタル変換器を用いてサンプリングして、上記パルス受信波のパルス波形を検出するパルス波形検出手段と、上記パルス波形検出手段により検出されたパルス波形から上記パルス受信波の立ち上がり時間を特定するとともに、上記パルス波形の立ち上がり部分、立ち下がり部分及びオーバーシュート部分を除いた部分における最大振幅からの振幅の低下率である上記パルス受信波のドループを特定し、上記パルス受信波の立ち上がり時間が上記パルス送信波の立ち上がり時間より長い場合、上記パルス受信波が上記目標物の反射波であると識別し、上記パルス受信波の立ち上がり時間が上記パルス送信波の立ち上がり時間より長くない場合、上記パルス受信波のドループが上記パルス送信波のドループより大きければ、上記パルス受信波が欺瞞妨害波であると識別する受信波識別手段とを備えたレーダ受信機。
- 上記受信波識別手段は、上記パルス受信波の立ち上がり時間が上記パルス送信波の立ち上がり時間より長くない場合、上記パルス受信波のドループが上記パルス送信波のドループより小さければ、上記パルス受信波と上記パルス送信波における立ち上がり部分の相互相関処理を実施し、上記相互相関処理の処理結果を示す相関度が予め設定されている閾値より大きい場合、上記パルス受信波が上記目標物の反射波であると識別し、上記相関度が上記閾値より小さい場合、上記パルス受信波が上記欺瞞妨害波であると識別することを特徴とする請求項1記載のレーダ受信機。
- 上記パルス波送受信手段により受信されたパルス受信波を検波し、その検波結果が示すパルス波形を圧縮してパルス振幅を大きくし、振幅増幅後のパルス波形を出力するパルス受信波検波手段を設け、
上記受信波識別手段は、上記パルス受信波が上記目標物の反射波であると識別する場合、上記パルス受信波検波手段から出力されたパルス波形をパルスレーダ装置における目標物の測定手段に出力することを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーダ受信機。 - 上記受信波識別手段は、上記パルス受信波において、上記立ち上がり時間内に複数のオーバーシュートが発生している場合、上記パルス受信波が上記目標物の反射波であると識別することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のレーダ受信機。
- 上記受信波識別手段は、上記パルス受信波検波手段から振幅増幅後のパルス波形が出力されているが、上記パルス波形検出手段によりパルス波形が検出されていない場合、上記パルス受信波が上記目標物の反射波であると識別することを特徴とする請求項3記載のレーダ受信機。
- 既知の妨害装置が送信する欺瞞妨害波の立ち上がり、立ち下がり又はドループを示す特徴データと、上記妨害装置との対応関係を記録しているデータベースが設けられている場合、
上記受信波識別手段により欺瞞妨害波であると識別されたパルス受信波の立ち上がり、立ち下がり又はドループを示す特徴データを抽出し、上記データベースから上記パルス受信波の特徴データに対応する妨害装置を検索する妨害装置検索手段を設けたことを特徴とする請求項1記載のレーダ受信機。 - パルス送信波を空間に放射する一方、上記パルス送信波が目標物に反射されて戻ってきている反射波であるパルス受信波を受信するパルス波送受信手段と、上記パルス波送受信手段により受信されたパルス受信波を検波し、その検波結果が示すパルス波形を圧縮してパルス振幅を大きくし、振幅増幅後のパルス波形を出力するパルス受信波検波手段と、上記パルス波送受信手段から空間に放射されたパルス送信波のパルス周波数よりサンプリングレートが高いアナログ/デジタル変換器を用いて、上記パルス波送受信手段により受信されたパルス受信波をサンプリングして、上記パルス受信波のパルス波形を検出するパルス波形検出手段と、上記パルス波形検出手段により検出されたパルス波形から上記パルス受信波の立ち上がり時間を特定するとともに、上記パルス波形の立ち上がり部分、立ち下がり部分及びオーバーシュート部分を除いた部分における最大振幅からの振幅の低下率である上記パルス受信波のドループを特定し、上記パルス受信波の立ち上がり時間が上記パルス送信波の立ち上がり時間より長い場合、上記パルス受信波が上記目標物の反射波であると識別し、上記パルス受信波の立ち上がり時間が上記パルス送信波の立ち上がり時間より長くない場合、上記パルス受信波のドループが上記パルス送信波のドループより大きければ、上記パルス受信波が欺瞞妨害波であると識別する受信波識別手段と、上記受信波識別手段により上記パルス受信波が上記目標物の反射波であると識別された場合、上記パルス受信波検波手段から出力されたパルス波形に基づいて上記目標物までの距離及び上記目標物の方位を測定する測定手段とを備えたパルスレーダ装置。
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