JP6173242B2 - 探知妨害装置 - Google Patents

Description

この発明は、レーダ装置の目標検出能力を低下させる探知妨害装置に関するものである。

例えば、航空機に搭載されているレーダ装置は、レーダ波を目標である移動体（例えば、航空機、艦船、車両など）に向けて放射したのち、目標に反射されて戻ってきたレーダ波の反射波を受信し、その反射波の周波数を解析することで、目標の諸元（例えば、目標までの距離、目標の速度、目標の方位など）を探知する機能を備えるものである。

これに対して、レーダ装置により探知される航空機等の目標側では、探知を妨害するため、航空機等のボーディを反射板で覆うことで、レーダ波の反射波がレーダ装置と異なる方向に放射させる方法が以下の特許文献１に開示されている。
また、以下の特許文献１には、航空機等のボーディを電波吸収体で覆うことで、レーダ波を吸収して、そのレーダ波の反射波を抑える方法が開示されている。
しかし、これらの方法では、特殊な形状の反射板や、特殊な素材の電波吸収体を必要とするため、開発コストや製造コストなどが増加する問題がある。
また、電波吸収体の吸収性能には上限があり、電波暗室内で使用するような吸収体の耐候性を期待することができないため、屋外で使用される移動体に用いることは困難である（電波吸収体の吸収性能が劣化すれば、レーダ波の反射波を抑える性能が低下する）。

以下の特許文献２，３には、上記のような反射板や電波吸収体を用いないで、レーダ装置の目標検出能力を低下させる探知妨害装置が開示されている。
以下の特許文献２に開示されている探知妨害装置では、レーダ波の入射角が反射面に対して略垂直である場合、入射したレーダ波と逆相のキャンセル波を放射するようにしている。
以下の特許文献３に開示されている探知妨害装置では、レーダ波の到来方向を検出して、そのレーダ波のキャンセル波を到来方向に放射するようにしている。

特開２００９−６８６３号公報（段落番号［０００９］、図１） 特開２００３−３３７１６７号公報（段落番号［０００６］、図１） 特開２０１３−１６４３０３号公報（段落番号［０００８］、図１）

従来の探知妨害装置は以上のように構成されているので、レーダ波のキャンセル波を放射すれば、レーダ装置の目標検出能力をある程度低下させることができるが、レーダ波の反射波を完全に無くすことはできないため、レーダ装置によって探知されてしまうことがある課題がった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、レーダ装置の目標検出能力を著しく低下させることができる探知妨害装置を得ることを目的とする。

この発明に係る探知妨害装置は、レーダ装置から送信されたレーダ波を受信するアンテナと、アンテナにより受信されたレーダ波の位相を変調する移相器と、アンテナにより受信されたレーダ波の位相の変調量を時分割で切り換えるように移相器を制御することで、反射波のスペクトラムが周波数軸上で移動するようにアンテナにより受信されたレーダ波の変調周波数を段階的に変更するとともに、アンテナにより受信されたレーダ波における振幅の調整量を制御する制御器と、制御器によって制御された調整量に従って移相器により位相が変調されたレーダ波の振幅を調整する振幅調整器とを設け、反射波放射手段が、移相器及び制御器により変調周波数が変更されて振幅調整器により振幅が調整されたレーダ波を反射波として、アンテナから放射させるようにしたものである。

この発明によれば、レーダ装置から送信されたレーダ波を受信するアンテナと、アンテナにより受信されたレーダ波の位相を変調する移相器と、アンテナにより受信されたレーダ波の位相の変調量を時分割で切り換えるように移相器を制御することで、反射波のスペクトラムが周波数軸上で移動するようにアンテナにより受信されたレーダ波の変調周波数を段階的に変更するとともに、アンテナにより受信されたレーダ波における振幅の調整量を制御する制御器と、制御器によって制御された調整量に従って移相器により位相が変調されたレーダ波の振幅を調整する振幅調整器とを設け、反射波放射手段が、移相器及び制御器により変調周波数が変更されて振幅調整器により振幅が調整されたレーダ波を反射波として、アンテナから放射させるように構成したので、レーダ装置の目標検出能力を著しく低下させることができる効果がある。

この発明の実施の形態１による探知妨害装置を示す構成図である。 図１の探知妨害装置を搭載していない目標に反射されたレーダ波の反射波を示す説明図である。 目標に搭載されている図１の探知妨害装置から放射された反射波を示す説明図である。 目標に搭載されている図１の探知妨害装置から放射された反射波（位相の変調量が変更された後の反射波）を示す説明図である。 移相器３による位相変調の時間軸波形を示す説明図である。 移相器３が位相変調を実施しない場合の周波数軸上での反射波のスペクトラムを示す説明図である。 移相器３が５Ｈｚの変調周波数で位相変調を実施した場合の周波数軸上での反射波のスペクトラムを示す説明図である。 移相器３が１５Ｈｚの変調周波数で位相変調を実施した場合の周波数軸上での反射波のスペクトラムを示す説明図である。 目標が図１の探知妨害装置を搭載していない場合のレーダ波の反射波の周波数を示す説明図である。 目標が図１の探知妨害装置を搭載している場合のレーダ波の反射波の周波数を示す説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による探知妨害装置を示す構成図である。
図１において、素子アンテナ１はレーダ装置から送信されたレーダ波を受信して、そのレーダ波をサーキュレータ２に出力する一方、サーキュレータ２から出力された反射波を放射する送受信アンテナである。
ここでは、素子アンテナ１が送受信アンテナである例を説明するが、レーダ装置から送信されたレーダ波を受信するアンテナと、サーキュレータ２から出力された反射波を放射するアンテナとが別々のアンテナであってもよい。
サーキュレータ２は素子アンテナ１から出力されたレーダ波を移相器３に出力する一方、電力増幅器５から出力された反射波を素子アンテナ１に出力することで、素子アンテナ１から当該反射波を放射させる切替器である。なお、サーキュレータ２は反射波放射手段を構成している。

移相器３は制御器７の制御の下で、サーキュレータ２から出力されたレーダ波の位相を変調し、位相変調後のレーダ波を反射波として出力する。
可変減衰機器４は制御器７の制御の下で、移相器３から出力された反射波の電力（振幅）を減衰する。
電力増幅器５は可変減衰機器４から出力された反射波の電力を増幅し、電力増幅後の反射波をサーキュレータ２に出力する。
なお、可変減衰機器４及び電力増幅器５から振幅調整器６が構成されている。

制御器７は移相器３による位相の変調量を時分割で切り換えるとともに、可変減衰機器４による電力の減衰量（振幅の調整量）を制御する。

次に動作について説明する。
素子アンテナ１は、レーダ装置から送信されたレーダ波を受信すると、そのレーダ波をサーキュレータ２に出力する。
サーキュレータ２は、素子アンテナ１からレーダ波を受けると、そのレーダ波を移相器３に出力する。

移相器３は、サーキュレータ２からレーダ波を受けると、制御器７が指定する位相の変調量だけ、そのレーダ波の位相を変調し、位相変調後のレーダ波を反射波として出力する。
このとき、移相器３は、そのレーダ波に対して、０度と１８０度の位相変調を施すことで、反射波として、位相差が１８０度である２つの周波数の信号を出力する。
例えば、サーキュレータ２から出力されたレーダ波の周波数が５００ｋＨｚであり、制御器７が指定する位相の変調量が１００ｋＨｚの変調周波数に対応する場合、０度と１８０度の位相変調を施すことで、周波数が４００ｋＨｚの信号（５００ｋＨｚ−１００ｋＨｚの信号）と、周波数が６００ｋＨｚの信号（５００ｋＨｚ＋１００ｋＨｚの信号）とを出力する。

制御器７は、移相器３による位相の変調量を固定にせずに、位相の変調量を時分割で切り換えるように移相器３を制御する。位相の変調量を切り換えるタイミングは、予め設定された固定のタイミングでもよいが、乱数等を用いて、ランダムに切り換えるようにしてもよい。
レーダ装置では、反射波の受信信号をコヒーレント積分することで、目標検出能力を高める処理の実施することが想定されるが、制御器７が移相器３による位相の変調量を時分割で切り換えるようにしているので、レーダ装置が反射波の受信信号をコヒーレント積分しても、目標を探知するための情報（目標信号）が積み上がらないため、目標検出能力を高めることができない。
例えば、制御器７が位相の変調量として、１００ｋＨｚの変調周波数から２００ｋＨｚの変調周波数に段階的に変更すると、周波数が４００ｋＨｚの信号は、周波数が３００ｋＨｚの信号に切り換わり、周波数が６００ｋＨｚの信号は、周波数が７００ｋＨｚの信号に切り換わる。

可変減衰機器４は、移相器３から反射波として、２つの周波数の信号を受けると、制御器７が指定する減衰量だけ、２つの周波数の信号の電力を当該減衰量だけそれぞれ減衰する。
電力増幅器５は、可変減衰機器４から出力された反射波である２つの周波数の信号の電力をそれぞれ増幅し、電力増幅後の反射波である２つの周波数の信号をサーキュレータ２に出力する。
制御器７は、意図的に偽った周波数の信号（反射波）をレーダ装置に注目させるために、反射波の振幅を大きくしたり、小さくしたりする場合に、可変減衰機器４による電力の減衰量（振幅の調整量）を制御する。

サーキュレータ２は、電力増幅器５から出力された反射波（２つの周波数の信号）を素子アンテナ１に出力する。
これにより、素子アンテナ１から反射波（２つの周波数の信号）が放射され、２つの周波数の信号がレーダ装置に受信される。

ここで、図２は図１の探知妨害装置を搭載していない目標に反射されたレーダ波の反射波を示す説明図である。
図２の例では、レーダ装置と目標である移動体が静止している場合、レーダ波の周波数が５００ｋＨｚであれば、レーダ装置では、周波数が５００ｋＨｚの反射波が受信されることを示している。
レーダ装置は、レーダ波の周波数と同じ周波数の反射波を受信するため、目標からの反射波であることを容易に認識することができる。

図３は目標に搭載されている図１の探知妨害装置から放射された反射波を示す説明図である。
図３の例では、レーダ装置と目標である移動体が静止している場合、レーダ波の周波数が５００ｋＨｚであり、移相器３による位相の変調量が１００ｋＨｚの変調周波数に対応していれば、レーダ装置では、周波数が４００ｋＨｚの反射波（５００ｋＨｚ−１００ｋＨｚの信号）と、周波数が６００ｋＨｚの反射波（５００ｋＨｚ＋１００ｋＨｚの信号）とが受信される。
レーダ装置では、周波数が４００ｋＨｚの反射波と、周波数が６００ｋＨｚの反射波とを受信しても、自己が放射しているレーダ波の周波数（５００ｋＨｚ）と異なるため、目標からの反射波であることを認識することが困難であり、レーダ装置の目標検出能力が著しく低下する。

図４は目標に搭載されている図１の探知妨害装置から放射された反射波（位相の変調量が変更された後の反射波）を示す説明図である。
図４の例では、図３の状態から位相の変調量に対応する変調周波数が２００ｋＨｚの変調周波数に変更された状態を示しており、この場合、レーダ装置では、周波数が３００ｋＨｚの反射波（５００ｋＨｚ−２００ｋＨｚの信号）と、周波数が７００ｋＨｚの反射波（５００ｋＨｚ＋２００ｋＨｚの信号）とが受信される。
レーダ装置では、周波数が３００ｋＨｚの反射波と、周波数が７００ｋＨｚの反射波とを受信しても、自己が放射しているレーダ波の周波数（５００ｋＨｚ）と異なるため、目標の反射波であることを認識することが困難であり、目標検出能力が著しく低下する。
また、受信される反射波の周波数が切り換わることで、上述したように、レーダ装置が、反射波の受信信号をコヒーレント積分しても、目標を探知するための情報（目標信号）が積み上がらないため、目標検出能力を高めることができない。

図５は移相器３による位相変調の時間軸波形を示す説明図である。
移相器３による位相変調は、図５に示すように、ある任意の周波数に対して、１８０度位相の異なる周波数を電気信号の制御により付与できることである。
移相器３がレーダ波の位相を変調することで、素子アンテナ１から放射させる反射波の周波数を、レーダ装置から送信されたレーダ波の周波数と異なる周波数に分散させることができる。

図６は移相器３が位相変調を実施しない場合の周波数軸上での反射波のスペクトラムを示す説明図であり、図７は移相器３が５Ｈｚの変調周波数で位相変調を実施した場合の周波数軸上での反射波のスペクトラムを示す説明図である。
また、図８は移相器３が１５Ｈｚの変調周波数で位相変調を実施した場合の周波数軸上での反射波のスペクトラムを示す説明図である。
図６と図７を比較することで、移相器３が５Ｈｚの変調周波数で位相変調を実施することで、反射波のスペクトラムが周波数軸上で移動していることが分かる。
また、図８より、１５Ｈｚの変調周波数で位相変調を実施することで、反射波のスペクトラムが周波数軸上で更に移動していることが分かる。

［実施例１］
図９は目標が図１の探知妨害装置を搭載していない場合のレーダ波の反射波の周波数を示す説明図である。
図１０は目標が図１の探知妨害装置を搭載している場合のレーダ波の反射波の周波数を示す説明図である。
図９及び図１０の例では、レーダ装置を搭載している移動体が０．９マッハ（１マッハ＝音速３４０ｍ／ｓ）の速度で図中右方向に移動し、目標である移動体が０．９マッハの速度で図中左方向に移動している。即ち、レーダ装置を搭載している移動体と目標である移動体の進行方向が逆方向であり、両移動体が相対速度１．８マッハで接近している。

このとき、レーダ装置から送信されるレーダ波の周波数が１０ＧＨｚである場合には、図１の探知妨害装置を搭載していない図９の目標に反射されて、レーダ装置により受信されるレーダ波の反射波の周波数は、ドップラー効果によって、１０ＧＨｚ＋４１ｋＨｚになる。
一方、目標が図１の探知妨害装置を搭載している場合、図１の探知妨害装置から放射されて、レーダ装置により受信される反射波は、例えば、移相器３の変調周波数が１０ｋＨｚであれば、ドップラー効果によって、周波数が１０ＧＨｚ＋４１ｋＨｚ＋１０ｋＨｚの信号と、周波数が１０ＧＨｚ＋４１ｋＨｚ−１０ｋＨｚの信号とになる。
この場合、目標である移動体の真の速度は０．９マッハであるにもかかわらず、レーダ装置により算出される目標の速度は、０．４６マッハと１．３４マッハとなり、偽りの情報をレーダ装置に与えることになる。
図１の探知妨害装置における移相器３の変調量を変更して、反射波の周波数を変更すると、その偽り周波数は速度情報に追従するため、レーダ装置の目標探知処理において、目標の探知を持続することが困難になる。

［実施例２］
図１の探知妨害装置における移相器３の変調量を変更して、反射波の周波数を変更することで、データ通信を実施することができる。
図３及び図４においては、反射波の周波数は、移相器３の変調量を変更するタイミングで切り換えることができるため、受信キャリア周波数に対して、周波数が６００Ｈｚの信号がＬレベルの信号に対応し、周波数が７００Ｈｚの信号がＨレベルの信号に対応するとすれば、２値による情報通信を実施することが可能になる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、素子アンテナ１により受信されたレーダ波の位相を変調する移相器３と、移相器３による位相の変調量を時分割で切り換える制御器７とを設け、移相器３による位相変調後のレーダ波を反射波として、その素子アンテナ１から放射させるように構成したので、レーダ装置の目標検出能力を著しく低下させることができる効果を奏する。
これにより、目標である移動体に対して、ステルス効果と等価な効果をもたらすことができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 素子アンテナ、２ サーキュレータ（反射波放射手段）、３ 移相器、４ 可変減衰機器、５ 電力増幅器、６ 振幅調整器、７ 制御器。

Claims (1)

1. レーダ装置から送信されたレーダ波を受信するアンテナと、
   前記アンテナにより受信されたレーダ波の位相を変調する移相器と、
   前記アンテナにより受信されたレーダ波の位相の変調量を時分割で切り換えるように前記移相器を制御することで、反射波のスペクトラムが周波数軸上で移動するように前記アンテナにより受信されたレーダ波の変調周波数を段階的に変更するとともに、前記アンテナにより受信されたレーダ波における振幅の調整量を制御する制御器と、
   前記制御器によって制御された調整量に従って前記移相器により位相が変調されたレーダ波の振幅を調整する振幅調整器と、
   前記移相器及び前記制御器により変調周波数が変更されて前記振幅調整器により振幅が調整されたレーダ波を前記反射波として、前記アンテナから放射させる反射波放射手段と
   を備えた探知妨害装置。

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