JP5911331B2 - Monopulse angle measuring device and monopulse angle measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、受信アンテナに到来する電波の到来方向を推定するモノパルス測角装置およびモノパルス測角方法に関するものである。 The present invention relates to a monopulse angle measuring device and a monopulse angle measuring method for estimating the direction of arrival of a radio wave arriving at a receiving antenna.
従来のフェーズドアレーレーダでは、モノパルスコンパレータを用いて和および差ビームを形成してモノパルス測角を行い、受信した目標信号の到来方向を推定している（例えば、非特許文献１参照）。これに対し、近年、レーダのさらなる高性能化を達成するために、ＤＢＦ（Digital Beamforming）方式を用いるフェーズドアレーレーダの開発が増加している。 In a conventional phased array radar, a monopulse comparator is used to form sum and difference beams, monopulse angle measurement is performed, and the arrival direction of the received target signal is estimated (see, for example, Non-Patent Document 1). On the other hand, in recent years, development of phased array radars using a DBF (Digital Beamforming) system has been increasing in order to achieve higher performance of radars.
このようなＤＢＦ方式レーダでは、ディジタル化された受信チャネルに対して、モノパルスコンパレータによるビーム形成と同じ処理を行うことにより、従来と同等の測角精度を有するモノパルス測角の実現が可能である。すなわち、互いに対称に左右（上下）分割されたアンテナ開口面に並べた素子アンテナに接続された各受信チャネルの受信信号に対して、ビーム指向のための移相設定等をした上で、互いに足し合わせることにより、和ビーム形成を行う。 In such a DBF type radar, it is possible to realize monopulse angle measurement having the same angle measurement accuracy as in the past by performing the same processing as beam forming by the monopulse comparator on the digitized reception channel. In other words, the phase-shift setting for beam directing is set for the received signals of each receiving channel connected to the element antennas arranged on the antenna aperture divided into left and right (up and down) symmetrically, and then added to each other. By combining them, a sum beam is formed.
同時に、各受信チャネルに対して「＋１」あるいは「−１」のウェイトを与えてから、互いに足し合わせることにより、差ビーム形成を行う。これにより、モノパルスコンパレータを用いた場合と同等の和ビームおよび差ビームを得ることが可能となる。 At the same time, a “+1” or “−1” weight is given to each reception channel, and then added together to perform difference beam formation. Thereby, it is possible to obtain a sum beam and a difference beam equivalent to the case of using a monopulse comparator.
このようなモノパルスコンパレータを前提とする従来のモノパルス測角方式の受信機雑音に対する測角精度は、メインビーム幅、規格化モノパルススロープ、受信ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）により理論的に与えられる。規格化モノパルススロープは、和ビームパターンおよび差ビームパターンより一意に決まる値であり、例えば、アンテナが等間隔リニアアレーの場合、規格化モノパルススロープは、ｋｍＭｏｎｏ＝１．３９１となる。 The angle measurement accuracy with respect to the receiver noise of the conventional monopulse angle measurement method based on such a monopulse comparator is theoretically given by the main beam width, the normalized monopulse slope, and the reception SNR (Signal to Noise Ratio). The standardized monopulse slope is a value uniquely determined from the sum beam pattern and the difference beam pattern. For example, when the antenna is an equidistant linear array, the standardized monopulse slope is km Mono = 1.391.
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
このような従来のモノパルス測角方式による測角精度は、クラメール・ラオの理論限界（下限）（Cramer-Rao Lower Bound: 以降、ＣＲＬＢと記す）に一致しない。等間隔リニアアレーによるモノパルス測角精度がＣＲＬＢに一致する場合、規格化モノパルススロープは、ｋｍＣＲＬＢ＝１．６０７に相当し、従来のモノパルス測角方式に比べて精度が１．１５５倍よい。
However, the prior art has the following problems.
The angle measurement accuracy by such a conventional monopulse angle measurement method does not coincide with the Cramer-Rao Lower Bound (hereinafter referred to as CRLB). When the monopulse angle measurement accuracy by the equally-spaced linear array matches CRLB, the normalized monopulse slope corresponds to km CRLB = 1.607, which is 1.155 times better than the conventional monopulse angle measurement method.
このように、従来のモノパルス測角方式は、規格化モノパルススロープが最適化されていないため、測角精度がＣＲＬＢに一致しないという問題があった。 Thus, the conventional monopulse angle measurement method has a problem that the angle measurement accuracy does not match CRLB because the standardized monopulse slope is not optimized.
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、モノパルス測角精度がＣＲＬＢに一致するモノパルス測角装置およびモノパルス測角方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a monopulse angle measurement device and a monopulse angle measurement method whose monopulse angle measurement accuracy matches CRLB.
本発明に係るモノパルス測角装置は、アンテナ開口中心を基準に対称に配置された素子アンテナ座標ｄを有し、到来する目標信号を受信するＭ（Ｍは、２以上の整数）個の素子アンテナと、Ｍ個の素子アンテナのそれぞれで受信した目標信号を、ディジタル化した目標信号に変換するＭ個の受信機と、Ｍ個の受信機のそれぞれによるディジタル化した目標信号を互いに足し合わせて和ビームを形成する和ビーム形成部と、Ｍ個の素子アンテナに関する素子アンテナ座標に基づいて、明細書中の式（２２）により差ビームウェイトをＷ Δ として求め、Ｍ個の受信機のそれぞれによるディジタル化した目標信号に対して差ビームウェイトによる重み付けを行うことで差ビームを形成する差ビーム形成部と、和ビーム形成部で形成された和ビーム、および差ビーム形成部で形成された差ビームを入力してモノパルス測角値を求めるモノパルス測角部とを備えるものである。 The monopulse angle measuring device according to the present invention has element antenna coordinates d arranged symmetrically with respect to the center of the antenna aperture, and M (M is an integer of 2 or more) element antennas for receiving an incoming target signal. And the M receivers that convert the target signals received by the M element antennas into digitized target signals and the digitized target signals of the M receivers, respectively, are added together. Based on the sum beam forming unit for forming the beam and the element antenna coordinates for the M element antennas, the difference beam weight is obtained as W Δ by the equation (22) in the specification, and the digital signal by each of the M receivers is obtained. A difference beam forming unit that forms a difference beam by performing weighting with a difference beam weight on the converted target signal, and a sum beam formed by the sum beam forming unit, Enter the difference beams formed by and difference beamformer in which and a monopulse angle measurement unit obtains the monopulse angle measurement value.
また、本発明に係るモノパルス測角方法は、アンテナ開口中心を基準に対称に配置された素子アンテナ座標ｄを有し、到来する目標信号をＭ（Ｍは、２以上の整数）個の素子アンテナにより受信する受信ステップと、受信ステップで受信した目標信号を、ディジタル化した目標信号に変換するディジタル変換ステップと、ディジタル変換ステップによりディジタル化した目標信号を互いに足し合わせて和ビームを形成する和ビーム形成ステップと、Ｍ個の素子アンテナに関する素子アンテナ座標に基づいて、明細書中の式（２２）により差ビームウェイトをＷ Δ として求め、ディジタル変換ステップによりディジタル化した目標信号に対して差ビームウェイトによる重み付けを行うことで差ビームを形成する差ビーム形成ステップと、和ビーム形成ステップで形成された和ビーム、および差ビーム形成ステップで形成された差ビームを入力してモノパルス測角値を求めるモノパルス測角ステップとを備えるものである。 In addition, the monopulse angle measuring method according to the present invention has element antenna coordinates d arranged symmetrically with respect to the center of the antenna aperture , and M (M is an integer of 2 or more) arriving target signals. Receiving step, a digital conversion step for converting the target signal received in the reception step into a digitized target signal, and a sum beam forming the sum beam by adding together the target signals digitized by the digital conversion step Based on the forming step and the element antenna coordinates for the M element antennas, the difference beam weight is obtained as W Δ by the equation (22) in the specification, and the difference beam weight is obtained with respect to the target signal digitized by the digital conversion step. A difference beam forming step for forming a difference beam by weighting according to Sum beam is formed in the forming step, and the difference by entering the difference beams formed by the beam forming step in which and a monopulse angle measurement step obtaining a monopulse angle measurement value.
本発明に係るモノパルス測角装置およびモノパルス測角方法によれば、ディジタル化した目標信号から和ビームを形成するとともに、与えられた素子アンテナ座標に基づいて差ビームウェイトを求めて差ビームを形成し、両ビームからモノパルス測角値を求めるように構成することで、従来のモノパルス測角方式に比べて高精度化を図ることができ、モノパルス測角精度がＣＲＬＢに一致するモノパルス測角装置およびモノパルス測角方法を得ることができる。 According to the monopulse angle measuring device and the monopulse angle measuring method of the present invention, a sum beam is formed from a digitized target signal, and a difference beam weight is obtained based on given element antenna coordinates to form a difference beam. By configuring so as to obtain the monopulse angle measurement value from both beams, it is possible to achieve higher accuracy than the conventional monopulse angle measurement method, and the monopulse angle measurement device and the monopulse whose monopulse angle measurement accuracy matches CRLB An angle measuring method can be obtained.
以下、本発明に係るモノパルス測角装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a monopulse angle measuring device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るモノパルス測角装置を示す構成図である。図中、Ｍ（≧２）個の素子アンテナＡ＃１〜Ａ＃Ｍは、到来する目標信号を受信するとともに、Ｍ個の受信機Ｒ＃１〜Ｒ＃Ｍにそれぞれ接続されている。受信機Ｒ＃１〜Ｒ＃Ｍでは、アンテナＡ＃１〜Ａ＃Ｍで受信した目標信号をベースバンド帯に周波数変換してアナログ信号を生成し、さらに、ＡＤ変換により、ディジタル化した目標信号に変換する。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a monopulse angle measuring device according to
受信機Ｒ＃１〜Ｒ＃Ｍは、和ビーム形成部１と差ビーム形成部２ａに共通に接続されている。和ビーム形成部１は、受信機Ｒ＃１〜Ｒ＃Ｍによりディジタル化された目標信号を互いに足し合わせた和ビームを形成する。一方、差ビーム形成部２ａは、与えられた素子アンテナ座標に基づく差ビームウェイトを求めるとともに、受信機Ｒ＃１〜Ｒ＃Ｍによりディジタル化された目標信号に対して差ビームウェイトを適用して、差ビームを形成する。
The
和ビーム形成部１および差ビーム形成部２ａは、モノパルス測角部３に接続されている。そして、モノパルス測角部３は、和ビーム形成部１からの和ビームおよび差ビーム形成部２ａからの差ビームを入力して、モノパルス測角を行う。
The sum
次に、本実施の形態１に係るモノパルス測角装置の背景理論として、モノパルス測角値のＣＲＬＢを示し、特に、等間隔リニアアレーの場合には、規格化モノパルススロープｋｍＣＲＬＢ＝１．６０７の場合に相当することを示す。 Next, as the background theory of the monopulse angle measuring device according to the first embodiment, the CRLB of the monopulse angle measurement value is shown. In particular, in the case of an equispaced linear array, the normalized monopulse slope km CRLB = 1.607 It corresponds to.
目標信号がＭ個の素子アンテナＡ＃１〜Ａ＃Ｍに到来し、それぞれ受信機Ｒ＃１〜Ｒ＃Ｍにてディジタル化され、ビーム形成部１および２ａに共通に与えられる受信信号ベクトルｘ（ｔ）（（ｔ＝１、・・・、Ｔ）はサンプル番号）を下式（１）のように表す。ただし、簡単のため、アンテナは、リニアアレーアンテナとする。また、フェーズドアレーアンテナでは、素子アンテナの後段に移相器を配するが、本発明の説明には、無関係なので省略する。
A target signal arrives at M element
上式（１）におけるｓ（ｔ）、ｎ（ｔ）は、それぞれ目標信号ベクトル、受信機雑音ベクトル（受信機雑音平均電力はσ２とする）を示す。また、ａ（ｕ）は、到来角θに対応するステアリングベクトルであり、ａ（ｕ）およびｕは、次式（２）、（３）で与えられる。 In the above equation (1), s (t) and n (t) indicate a target signal vector and a receiver noise vector (receiver noise average power is σ 2 ), respectively. Further, a (u) is a steering vector corresponding to the arrival angle θ, and a (u) and u are given by the following equations (2) and (3).
ここで、ｄ１、・・・、ｄＭは、差ビーム形成部２ａに与えられる素子アンテナ座標であり、λは、波長である。［・］Ｔの上添字Ｔは、［・］の転置を表わすものであり、サンプル番号のＴとは異なるものである。
Here, d 1 ,..., D M are element antenna coordinates given to the difference
上式（１）において、到来角θに対応するｕのＣＲＬＢによるモノパルス測角精度σＣＲＬＢは、次式（４）により与えられる。 In the above equation (1), the monopulse angle measurement accuracy σ CRLB by u CRLB corresponding to the arrival angle θ is given by the following equation (4).
ただし、ＥＳＮＲは、素子アンテナ段でのＳＮＲであり、次式（５）で与えられる。Ｈは、複素共役転置を表す。 However, ESNR is the SNR at the element antenna stage and is given by the following equation (5). H represents a complex conjugate transpose.
じょうしき（５）におけるｐｓは、各素子アンテナにおける目標電力であり、次式（６）で与えられる。 P s in step (5) is a target power in each element antenna and is given by the following equation (6).
また、Ｄは、素子アンテナ座標を対角成分とする対角行列であり、次式（７）で表される。 D is a diagonal matrix having the element antenna coordinates as diagonal components, and is expressed by the following equation (7).
素子アンテナ座標が、下式（８）のように、アンテナ開口中心を基準に対称である場合を考える。 Consider a case in which the element antenna coordinates are symmetric with respect to the center of the antenna aperture as in the following equation (8).
このとき、上式（４）は、次式（９）のように変形できる。 At this time, the above equation (4) can be transformed into the following equation (9).
ここで、上式（９）におけるＳＮＲは、次式（１０）で与えられる積分後ＳＮＲである。 Here, the SNR in the above equation (9) is a post-integration SNR given by the following equation (10).
さらに、等間隔リニアアレーの場合におけるσＣＲＬＢは、次式（１１）のように近似して変形することができる。 Furthermore, σ CRLB in the case of an equally spaced linear array can be approximated and deformed as in the following equation (11).
ここで、上式（１１）におけるＤ、ＢＷｕ、およびＳＮＲは、それぞれ次式（１２）〜（１４）で与えられる等間隔リニアアレーの開口長、ビーム幅、および積分後ＳＮＲである。 Here, D, BW u , and SNR in the above equation (11) are the aperture length, beam width, and post-integration SNR of the equally spaced linear array given by the following equations (12) to (14), respectively.
上式（１１）の右辺第３行目は、モノパルス測角精度の式（後述の式（１８）参照）と同じ形であり、ＣＲＬＢから導出される規格化モノパルススロープｋｍＣＲＬＢは、上式（１１）の右辺第２行目および３行目の関係から、次式（１５）のように与えられることが明らかとなる。 The third row on the right side of the above equation (11) has the same form as the monopulse angle measurement accuracy equation (see equation (18) described later), and the normalized monopulse slope km CRLB derived from the CRLB is the above equation ( From the relationship between the second and third rows on the right side of 11), it is apparent that the following equation (15) is given.
これに対し、等間隔リニアアレーでの従来のモノパルス測角方式の規格化モノパルススロープｋｍＭｏｎｏには、次式（１６）の関係がある。 On the other hand, the standardized monopulse slope km Mono of the conventional monopulse angle measurement method in an equispaced linear array has the relationship of the following equation (16).
よって、ｋｍＭｏｎｏは、上式（１３）を用いて、次式（１７）のように与えられる。 Therefore, km Mono is given by the following equation (17) using the above equation (13).
これより、等間隔リニアアレーでの従来のモノパルス測角方式の測角精度σＭｏｎｏは、次式（１８）のように表わされる。 As a result, the angle measurement accuracy σ Mono of the conventional monopulse angle measurement method using the equally spaced linear array is expressed by the following equation (18).
上式（１１）と上式（１８）を比較すると、次式（１９）の関係式が導かれる。 When the above equation (11) is compared with the above equation (18), the relational equation of the following equation (19) is derived.
すなわち、等間隔リニアアレーでの従来のモノパルス測角方式の測角精度は、ＣＲＬＢに達せず、ＣＲＬＢに比べて１．１５５倍劣化している。 That is, the angle measurement accuracy of the conventional monopulse angle measurement method with the equal interval linear array does not reach the CRLB, and deteriorates 1.155 times compared to the CRLB.
以上が本実施の形態１の背景理論の説明であり、モノパルス測角値のＣＲＬＢによる測角精度を示すとともに、特に等間隔リニアアレーの場合には、規格化モノパルススロープｋｍＣＲＬＢ＝１．６０７の場合に相当することを述べた。さらに、従来のモノパルス測角方式の測角精度は、ＣＲＬＢに一致しないことを述べた。 The above is the explanation of the background theory of the first embodiment. The angle measurement accuracy by the CRLB of the monopulse angle measurement value is shown. In particular, in the case of an equispaced linear array, the normalized monopulse slope km CRLB = 1.607. It is said that it corresponds to. Furthermore, it has been stated that the angle measurement accuracy of the conventional monopulse angle measurement method does not coincide with CRLB.
次に、本実施の形態１のモノパルス測角装置における処理の流れを説明する。 Next, the flow of processing in the monopulse angle measuring device of the first embodiment will be described.
和ビーム形成部１では、Ｍ個の受信機Ｒ＃１〜Ｒ＃Ｍから受信信号ベクトルｘ（ｔ）を入力し、次式（２０）により、和ビーム出力ｙΣ（ｔ）を得る。
The sum
ただし、上式（２０）におけるｗΣは、和ビームに対するビームウェイトであり、次式（２１）で与えられる。 However, w Σ in the above equation (20) is a beam weight for the sum beam, and is given by the following equation (21).
一方、差ビーム形成部２aでは、まず、素子アンテナ座標等を用いて、次式（２２）による差ビームウェイトｗΔを求める。
On the other hand, the difference
ただし、上式（２２）では、次式（２３）〜（２５）の関係を用いた。 However, in the above equation (22), the relationships of the following equations (23) to (25) are used.
続いて、和ビーム形成部１と同様に、Ｍ個の受信機Ｒ＃１〜Ｒ＃Ｍから受信信号ベクトルｘ（ｔ）を入力して、次式（２６）により、差ビームウェイトｗΔを適用して（すなわち、差ビームウェイトｗΔによる重み付けを行うことで）差ビーム出力ｙΔ（ｔ）を得る。
Subsequently, similarly to the
なお、従来のモノパルス測角方式では、差ビームウェイトｗΔの要素は、「＋１」あるいは「−１」となる。 In the conventional monopulse angle measurement method, the element of the difference beam weight wΔ is “+1” or “−1”.
モノパルス測角部３では、次式（２７）のように、上式（２０）および上式（２６）による和ビームと差ビームとの比を求め、リファレンスとなるモノパルスディスクリパターンを参照して、モノパルス測角値を求める。
The monopulse
以上が、本実施の形態１における処理の流れの説明である。 The above is the description of the processing flow in the first embodiment.
続いて、以下において、本実施の形態１による効果を確認する。
和ビームおよび差ビームのｕ＝０近傍（ビーム幅内程度）のモノパルスディスクリパターンを、ｕの１次関数近似にて表わせば、次式（２８）のようになる。ただし、ｋｍｐｒｏｐｏｓｅｄは、本実施の形態１による規格化モノパルススロープであり、ｋｍｐｒｏｐｏｓｅｄ／ＢＷｕが１次関数の傾きとなる。
Subsequently, the effects of the first embodiment will be confirmed below.
If the monopulse discrete pattern near u = 0 (about the beam width) of the sum beam and the difference beam is expressed by a linear function approximation of u, the following equation (28) is obtained. However, km promoted is a normalized monopulse slope according to the first embodiment, and km promoted / BW u is a slope of a linear function.
ここで、上式（２８）の右辺最終行の第２因子について、上式（８）の性質を考慮し、分母、分子を、それぞれ次式（２９）、（３０）のように変形する。 Here, for the second factor in the last row on the right side of the above equation (28), the denominator and the numerator are modified as in the following equations (29) and (30), considering the property of the above equation (8).
このとき、ｕの範囲は、ビーム幅以内程度であり、十分小さいので、次式（３１）、（３２）の近似が成り立つ。 At this time, the range of u is within the beam width and is sufficiently small, so the approximations of the following equations (31) and (32) hold.
よって、上式（２９）および上式（３０）のそれぞれは、さらに、次式（３３）、（３４）のように変形できる。 Therefore, each of the above formula (29) and the above formula (30) can be further transformed into the following formulas (33) and (34).
ここで、上式（３３）および上式（３４）を、上式（２８）に代入すると、次式（３５）のようになる。 When the above equation (33) and the above equation (34) are substituted into the above equation (28), the following equation (35) is obtained.
上式（３５）の両辺を比べれば、次式（３６）の関係が明らかとなる。 Comparing both sides of the above equation (35), the relationship of the following equation (36) becomes clear.
よって、モノパルス測角法の測角精度σｐｒｏｐｏｓｅｄは、次式（３７）のように与えられる。 Therefore, the angle measurement accuracy σ projected of the monopulse angle measurement method is given by the following equation (37).
ここで、上式（３７）と式（９）を比較すると、本実施の形態１のモノパルス測角方式の測角精度σｐｒｏｐｏｓｅｄが、ＣＲＬＢによる測角精度σＣＲＬＢに一致していることが分かる。 Now comparing the above formulas (37) Equation (9), angle measurement accuracy sigma proposed monopulse angle measurement method of the first embodiment is, it is found that match the angle measuring precision sigma CRLB by CRLB .
すなわち、素子アンテナ座標が、上式（８）を満たすリニアアレーにおいて、上式（２１）に示す和ビームウェイトｗΣおよび上式（２２）に示す差ビームウェイトｗΔを用いる本実施の形態１のモノパルス測角方式により、ＣＲＬＢによる測角精度σＣＲＬＢを達成できる効果を確認した。 That is, in the linear array in which the element antenna coordinates satisfy the above equation (8), the sum beam weight w Σ shown in the above equation (21) and the difference beam weight w Δ shown in the above equation (22) are used. The effect of achieving the angle measurement accuracy σ CRLB by CRLB by the monopulse angle measurement method was confirmed.
以上のように、実施の形態１におけるモノパルス測角装置は、素子アンテナ座標により算出する差ビームウェイトを用いることにより、従来のモノパルス測角方式に比べて高精度で、ＣＲＬＢによる測角精度を達成できるという効果がある。 As described above, the monopulse angle measuring device according to the first embodiment achieves angle measurement accuracy by CRLB with higher accuracy than the conventional monopulse angle measurement method by using the difference beam weight calculated by the element antenna coordinates. There is an effect that can be done.
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係るモノパルス測角装置を示す構成図である。本実施の形態２は、先の実施の形態１と比べると、Ｍ個のアンテナＡ＃１〜Ａ＃Ｍの直後に、サブアレー分割部４が挿入された点と、差ビーム形成部２ｂに対して、素子アンテナ座標に加えてサブアレー分割行列が与えられている点とが異なる。ここで、サブアレー分割行列は、サブアレー分割部４による分割に応じた行列である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing a monopulse angle measuring device according to Embodiment 2 of the present invention. Compared to the first embodiment, the second embodiment is different from the first embodiment in that the sub-array dividing unit 4 is inserted immediately after the M antennas A # 1 to A # M and the difference beam forming unit 2b. The difference is that a subarray partition matrix is provided in addition to the element antenna coordinates. Here, the subarray division matrix is a matrix corresponding to the division by the subarray division unit 4.
すなわち、サブアレー分割部４は、全素子アンテナＡ＃１〜Ａ＃Ｍからの目標信号を、ＭＳＡ（但し、Ｍ＞ＭＳＡ）個のサブアレー目標信号に分割し、これらのサブアレー目標信号を、受信機Ｒ＃１〜Ｒ＃ＭＳＡにそれぞれ送る。
That is, the sub-array dividing unit 4 divides the target signals from all the element antennas A # 1 to A # M into M SA (where M> M SA ) sub-array target signals, and these sub-array target signals are Send each
その後は、先の実施の形態１と同様に、和ビーム形成部１は、和ビームを生成する。また、差ビーム形成部２ｂは、素子アンテナ座標とサブアレー分割行列に基づき、差ビームウェイトを求め、この差ビームウェイトを各受信機からのディジタル化した目標信号に対して適用して差ビームを生成する。そして、モノパルス測角部３は、これら和ビームおよび差ビームに基づき、モノパルス測角を行う。
After that, as in the first embodiment, the sum
次に、本実施の形態２に係るモノパルス測角装置における処理の流れを説明する。本実施の形態２では、サブアレー分割部４を挿入することにより、以降の受信チャネル数は、ＭＳＡチャネルになるものの、和ビーム形成部１では、先の実施の形態１と同様の処理が行われる。
Next, the flow of processing in the monopulse angle measuring device according to the second embodiment will be described. In the second embodiment, the sub-array dividing unit 4 is inserted so that the number of subsequent reception channels becomes the MSA channel. However, the sum
これに対し、差ビーム形成部２ｂでは、先の実施の形態１と異なる方法で差ビームウェイトが算出される。そこで、以降では、差ビーム形成部２ｂにおける処理の流れのみを説明する。 On the other hand, the difference beam forming unit 2b calculates the difference beam weight by a method different from that of the first embodiment. Therefore, hereinafter, only the flow of processing in the difference beam forming unit 2b will be described.
ここで、差ビーム形成部２ｂで求める差ビームウェイトを、ｗΔ （ＳＡ）とする。また、差ビーム形成部２ｂに入力され、差ビームウェイトｗΔ （ＳＡ）を求める段階の受信信号ベクトルは、次式（３８）を満たすものとする。ただし、Ｔをサブアレー分割行列と呼び、ＴＴＨ＝Ｉを満たす。 Here, the difference beam weight obtained by the difference beam forming unit 2b is set to w Δ (SA) . The received signal vector input to the difference beam forming unit 2b and obtaining the difference beam weight w Δ (SA) satisfies the following equation (38). However, the T is referred to as a sub-array divided matrix satisfies TT H = I.
差ビームウェイトｗΔ （ＳＡ）には、先の実施の形態１で求めた差ビームウェイトｗΔにできるだけ高い相関を持つような準最適なビームウェイトを与える。すなわち、次式（３９）のようなｒに関する線形拘束付最小自乗問題の解を、差ビームウェイトｗΔ （ＳＡ）とする。なお、拘束条件は、ビーム指向方向へのヌル点を与えるものである。 The difference beam weight w Δ (SA) is given a quasi-optimal beam weight having a correlation as high as possible with the difference beam weight w Δ obtained in the first embodiment. In other words, the solution of the linear constraint constrained least square problem with respect to r as in the following equation (39) is set as the difference beam weight w Δ (SA) . The constraint condition gives a null point in the beam pointing direction.
上式（３９）の解ｗΔ （ＳＡ）は、ラグランジェの未定乗数法により求めることができ、次式（４０）のようになる。 The solution w Δ (SA) of the above equation (39) can be obtained by Lagrange's undetermined multiplier method and is represented by the following equation (40).
以上のように、実施の形態２に係るモノパルス測角装置では、素子アンテナ座標およびサブアレー分割行列により算出する差ビームウェイトを用いることにより、従来のモノパルス測角方式に比べて高精度で、ＣＲＬＢに漸近する測角精度を達成できるという効果がある。 As described above, in the monopulse angle measuring device according to the second embodiment, by using the difference beam weight calculated from the element antenna coordinates and the sub-array division matrix, the CRLB has high accuracy compared to the conventional monopulse angle measurement method. There is an effect that the ascending angle measurement accuracy can be achieved.
１ 和ビーム形成部、２ａ、２ｂ 差ビーム形成部、３ モノパルス測角部、４ サブアレー分割部、Ａ＃１〜Ａ＃Ｍ 素子アンテナ、Ｒ＃１〜Ｒ＃Ｍ 受信機。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記Ｍ個の素子アンテナのそれぞれで受信した前記目標信号を、ディジタル化した目標信号に変換するＭ個の受信機と、
前記Ｍ個の受信機のそれぞれによる前記ディジタル化した目標信号を互いに足し合わせて和ビームを形成する和ビーム形成部と、
前記Ｍ個の素子アンテナに関する前記素子アンテナ座標に基づいて、下式
前記和ビーム形成部で形成された前記和ビーム、および前記差ビーム形成部で形成された前記差ビームを入力してモノパルス測角値を求めるモノパルス測角部と
を備えることを特徴とするモノパルス測角装置。 M (M is an integer of 2 or more) element antennas having element antenna coordinates d arranged symmetrically with respect to the antenna aperture center and receiving an incoming target signal;
M receivers that convert the target signals received by each of the M element antennas into digitized target signals;
A sum beam former for summing together the digitized target signals from each of the M receivers to form a sum beam;
Based on the element antenna coordinates for the M antenna elements, the following equation
A monopulse angle measurement unit that inputs the sum beam formed by the sum beam formation unit and the difference beam formed by the difference beam formation unit to obtain a monopulse angle measurement value. Corner device.
前記Ｍ個の素子アンテナから出力される目標信号を入力し、ＭＳＡ（ＭＳＡはＭ未満の整数）個のサブアレー目標信号に分割するサブアレー分割部と、
前記サブアレー分割部から出力された前記サブアレー目標信号を、ディジタル化した目標信号に変換するＭＳＡ個の受信機と、
前記Ｍ ＳＡ 個の受信機のそれぞれによる前記ディジタル化した目標信号を互いに足し合わせて和ビームを形成する和ビーム形成部と、
前記Ｍ個の素子アンテナに関する前記素子アンテナ座標、および前記サブアレー分割部による分割に応じたサブアレー分割行列Ｔに基づいて、下式
前記和ビーム形成部で形成された前記和ビーム、および前記差ビーム形成部で形成された前記差ビームを入力してモノパルス測角値を求めるモノパルス測角部と
を備えることを特徴とするモノパルス測角装置。 M (M is an integer of 2 or more) element antennas having element antenna coordinates d arranged symmetrically with respect to the antenna aperture center and receiving an incoming target signal;
A sub-array dividing unit that inputs a target signal output from the M element antennas and divides it into M SA (M SA is an integer less than M) sub-array target signals;
M SA receivers that convert the sub-array target signals output from the sub-array dividers into digitized target signals ;
A sum beam forming section for forming a sum beam adding the target signal wherein the digitizing by each of the M SA number of receivers to each other,
Based on the element antenna coordinates for the M element antennas and the subarray division matrix T according to the division by the subarray division unit ,
A monopulse angle measuring unit for obtaining a monopulse angle measurement value by inputting the sum beam formed by the sum beam forming unit and the difference beam formed by the difference beam forming unit;
Monopulse angle measuring device, comprising a.
前記受信ステップで受信した前記目標信号を、ディジタル化した目標信号に変換するディジタル変換ステップと、
前記ディジタル変換ステップによりディジタル化した前記目標信号を互いに足し合わせて和ビームを形成する和ビーム形成ステップと、
前記Ｍ個の素子アンテナに関する前記素子アンテナ座標に基づいて、下式
前記和ビーム形成ステップで形成された前記和ビーム、および前記差ビーム形成ステップで形成された前記差ビームを入力してモノパルス測角値を求めるモノパルス測角ステップと
を備えることを特徴とするモノパルス測角方法。 A reception step of receiving an incoming target signal by M (M is an integer of 2 or more) element antennas having element antenna coordinates d arranged symmetrically with respect to the antenna aperture center ;
A digital conversion step of converting the target signal received in the reception step into a digitized target signal;
A sum beam forming step of adding the target signals digitized by the digital conversion step together to form a sum beam;
Based on the element antenna coordinates for the M antenna elements, the following equation
A monopulse angle measurement step for obtaining a monopulse angle measurement value by inputting the sum beam formed in the sum beam formation step and the difference beam formed in the difference beam formation step. Horn method.
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