JP6523932B2 - Antenna device and radar device - Google Patents
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Description
本実施形態は、アンテナ装置及びレーダ装置に関する。 The present embodiment relates to an antenna device and a radar device.
従来のレーダ装置では、アンテナ装置におけるＤＢＦ（Digital Beam Forming）により、送信ビーム及び受信ビームをそれぞれペンシルビームにして、目標の捜索及び追跡を行うことができる。 In a conventional radar device, it is possible to search and track a target by making each of a transmission beam and a reception beam a pencil beam by DBF (Digital Beam Forming) in an antenna device.
以上述べたように、従来のレーダ装置では、アンテナ装置におけるＤＢＦにより、送信ビーム及び受信ビームをそれぞれペンシルビームにして、目標の捜索及び追跡を行うことができる。但し、この場合は、１ポジション当たりの時間制約があり、ヒット数が少ないため、ＳＮ（信号対雑音電力）が低く、データレートも遅い。その結果、追跡用にペンシルビームを使用すると、初探知に遅れが生じるだけでなく、目標追跡中に誤検出が発生して目標のロストが生じるという課題があった。 As described above, in the conventional radar device, it is possible to search for and track a target by making the transmit beam and the receive beam pencil beams respectively by the DBF in the antenna device. However, in this case, since there is a time restriction per position and the number of hits is small, the SN (signal to noise power) is low and the data rate is also slow. As a result, using a pencil beam for tracking not only causes a delay in the initial detection, but also causes a false detection during target tracking, resulting in a loss of the target.
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、ＳＮ及びデータレートの向上を図り、さらには誤検出を低減することのできるアンテナ装置とレーダ装置を提供することを目的とする。 This embodiment is made in view of the above-mentioned subject, and aims at providing an antenna device and a radar device which aim at improvement of SN and a data rate, and can reduce false detection further.
上記の課題を解決するために、本実施形態に係るアンテナ装置は、観測範囲に送信ファンビームを形成する送信アンテナと、第１の軸（ａ軸）に沿って一次元に配列して素子信号Xan（ｎ＝１〜Ｎ、Ｎは２以上の自然数）を得るＮ素子受信アレイと、前記第１の軸と異なる第２の軸（ｂ軸）の一次元に配列して素子信号Xbm（ｍ＝１〜Ｍ、Ｍは２以上の自然数）を得るＭ素子受信アレイとを備え、前記第１の軸（ａ軸）及び第２の軸（ｂ軸）それぞれの素子信号の乗算Xan×Xbm（ｎ＝１〜Ｎ、ｍ＝１〜Ｍ）によりＮ×Ｍ素子の仮想アレイ信号を生成し、それぞれの信号に所定のウェイトを乗算し加算して前記観測範囲内に所定の角度範囲を覆う受信マルチビームを形成し、規定のデータレートで出力するように、スライディングした複数パルスまたは複数スイープの積分処理により連続して観測する受信アンテナとを備える構成である。 In order to solve the above-mentioned subject, the antenna device concerning this embodiment arranges in one dimension along the 1st axis (a axis) with the transmitting antenna which forms a transmitting fan beam in observation range, and is an element signal An element signal Xbm (m is an array of N elements receiving array for obtaining Xan (n = 1 to N, N is a natural number of 2 or more) and a second axis (b axis) different from the first axis And M is an M element receiving array for obtaining a natural number of 2 or more, and multiplication of element signals of the first axis (a axis) and the second axis (b axis) Xan × Xbm ( A virtual array signal of N × M elements is generated by n = 1 to N, m = 1 to M), each signal is multiplied by a predetermined weight and added, and reception is performed to cover a predetermined angle range within the observation range Sliding multiple pulses or to form multiple beams and output at a prescribed data rate And a receiving antenna that continuously observes by integration processing of a plurality of sweeps.
また、本実施形態に係るレーダ装置は、観測範囲に送信ファンビームを形成する送信アンテナと、第１の軸（ａ軸）に沿って一次元に配列して素子信号Xan（ｎ＝１〜Ｎ、Ｎは２以上の自然数）を得るＮ素子受信アレイと、前記第１の軸と異なる第２の軸（ｂ軸）の一次元に配列して素子信号Xbm（ｍ＝１〜Ｍ、Ｍは２以上の自然数）を得るＭ素子受信アレイとを備え、前記第１の軸（ａ軸）及び第２の軸（ｂ軸）それぞれの素子信号の乗算Xan×Xbm（ｎ＝１〜Ｎ、ｍ＝１〜Ｍ）によりＮ×Ｍ素子の仮想アレイ信号を生成し、それぞれの信号に所定のウェイトを乗算し加算して前記観測範囲内に所定の角度範囲を覆う受信マルチビームを形成し、規定のデータレートで出力するように、スライディングした複数パルスまたは複数スイープの積分処理により連続して観測する受信アンテナと、前記受信アンテナの観測結果から目標を検出する信号処理器とを具備する構成である。 In the radar apparatus according to the present embodiment, the transmission antenna forming the transmission fan beam in the observation range and the element signals Xan (n = 1 to N) are one-dimensionally arranged along the first axis (a-axis). , N is a natural number of 2 or more), and element signals Xbm (m = 1 to M, M are arrayed in one dimension of a second axis (b axis) different from the first axis) And M element reception array for obtaining a natural number of 2 or more, and multiplication of element signals of the first axis (a axis) and the second axis (b axis) Xan × Xbm (n = 1 to N, m) A virtual array signal of N × M elements is generated according to 1 to M, each signal is multiplied by a predetermined weight and added to form a reception multi-beam covering a predetermined angle range within the observation range, and defined. To integrate sliding multiple pulses or multiple sweeps to output at a data rate of It is a structure provided with the receiving antenna which observes more continuously, and the signal processor which detects a target from the observation result of the said receiving antenna.
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。なお、以下の説明において、アンテナ装置の実施形態はレーダ装置に適用されるものとする。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the description of each embodiment, the same parts will be denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions will be omitted. In the following description, the embodiment of the antenna device is applied to a radar device.
（第１の実施形態）（２次元ＤＢＦと高効率積分）
図１乃至図９を参照して、第１の実施形態に係るアンテナ装置について説明する。なお、ここではレーダ装置に適用されるものとする。
First Embodiment (Two-Dimensional DBF and High Efficiency Integration)
The antenna device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9. In addition, it shall apply to a radar apparatus here.
図１は本実施形態に係るアンテナ装置が適用されるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１において、１は送信アンテナ、２は受信アンテナ、３は信号処理器である。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a radar device to which the antenna device according to the present embodiment is applied. In FIG. 1, 1 is a transmitting antenna, 2 is a receiving antenna, and 3 is a signal processor.
上記送信アンテナ１は、送信部１Ａとビーム制御部１Ｂとを備える。具体的には、送信部１Ａは、図２に示すように、Ａ軸（図中、縦方向の軸）及びＡ軸とは異なるＢ軸（図中、横方向の軸）に配列されるアンテナ素子１１１１〜１１ＭＮを備え、送信信号を第１段送信分配器１２でＭ分配し、さらにＭ個の第２段送信分配器１３１〜１３ＭでそれぞれＮ分配してＭ×Ｎの送信信号を生成する。そして、各送信信号を送信移相器１４１１〜１４ＭＮでビーム形状に合わせて位相を調整し、送信増幅器１５１１〜１５ＭＮでそれぞれ電力増幅して上記アンテナ素子１１１１〜１１ＭＮから送出する。ここで、ビーム制御部１Ｂは、上記送信移相器１４１１〜１４ＭＮの移相量を制御することで、任意形状のビームを形成する。
The
上記受信アンテナ２は、図３に示すように、Ａ軸（図中、縦方向の軸）に配列されるアンテナ素子２１Ａ１〜２１ＡＮ、Ａ軸とは異なるＢ軸（図中、横方向の軸）に配列されるアンテナ素子２１Ｂ１〜２１ＢＭを備える。Ａ軸に配列されるアンテナ素子２１Ａ１〜２１ＡＮで受けた信号は増幅器２２Ａ１〜２２ＡＮで増幅されて周波数変換器２３Ａに送られ、それぞれベースバンドの信号に変換された後、ＡＤ変換器２４Ａでデジタル信号に変換されて１〜ＮｃｈのＡ軸受信信号＃Ａ１〜＃ＡＮとして仮想アレイ素子生成器２５に送られる。一方、Ｂ軸に配列されるアンテナ素子２１Ｂ１〜２１ＢＭで受けた信号は増幅器２２Ｂ１〜２２ＢＭで増幅されて周波数変換器２３Ｂに送られ、それぞれベースバンドの信号に変換された後、ＡＤ変換器２４Ｂでデジタル信号に変換されて１〜ＮｃｈのＢ軸受信信号＃Ｂ１〜＃ＢＮとして仮想アレイ素子生成器２５に送られる。上記仮想アレイ素子生成器２５は、Ａ軸受信信号＃Ａ１〜＃ＡＮとＢ軸受信信号＃Ｂ１〜＃ＢＮを用いて、素子信号毎の乗算演算を行うことで、１〜Ｎ×Ｍｃｈの仮想アレイ信号＃１〜＃Ｎ×Ｍを生成する。ここで生成された仮想アレイ信号＃１〜＃Ｎ×Ｍはビーム形成器２６に送られる。このビーム形成器２６は仮想アレイ信号＃１〜＃Ｎ×Ｍから＃１〜＃Ｂのマルチビームを形成する。
As shown in FIG. 3, the
上記信号処理器３は、受信アンテナ２からのマルチビーム形成された信号を入力して、高分解能処理として以下の信号処理を行う。まず、入力信号とレンジ圧縮用信号の相関処理を周波数領域で行うため、入力信号をＸ軸（時間軸）方向のＦＦＴ（Fast Fourier Transformation: 高速フーリエ変換）処理を行うＦＦＴｘ処理部３１で周波数領域の信号に変換し、パルス波の場合は第１乗算部３２でレンジ参照信号を乗算し（連続波の場合は不要）、乗算結果のデータをデータ保存部３３に保存した後、ＡＺ軸の参照信号を第２乗算部３４で乗算する。続いて、その乗算結果についてＦＦＴｙ処理部３５でＹ軸（合成開口長サンプル点ｕの配列軸：ＰＲＩ（Pulse Repeat Interval）軸）方向のＦＦＴ処理により周波数領域の信号に変換し、パルス波の場合は逆ＦＦＴｘ処理部３６でＸ軸（時間軸）方向の逆ＦＦＴ処理を行って時間領域の信号に変換し（連続波の場合は不要）、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理部３７で複数の極値を持つレンジセルを検出する。検出されたレンジセルについて、測距部３８、測角部３９で目標までの距離及び角度を測定し、観測値として出力する。
The signal processor 3 receives the multi-beam-formed signal from the
上記構成によるレーダ装置において、図２に示した異なる２軸（Ａ，Ｂ）のリニアアレイによる受信アンテナ２を用いた２次元仮想アレイによる受信方式について説明する。
In the radar apparatus according to the above configuration, a reception method by a two-dimensional virtual array using the
まず、２次元仮想アレイの概要を図４に示し、機上搭載レーダ装置の座標系を図５に示して、その原理を説明する。図４（ａ）において、図中縦方向のＡ軸のアレイについては、アンテナ素子２１Ａ１〜２１ＡＮの信号を周波数変換（２３Ａ）して、さらにＡＤ変換（２４Ａ）する。同様に図中横方向のＢ軸のアレイについては、アンテナ素子２１Ｂ１〜２１ＢＭの信号を周波数変換（２３Ｂ）して、さらにＡＤ変換（２４Ｂ）する。両軸の信号を用いて、仮想アレイ素子生成部２５で素子信号毎の乗算演算を行うことにより、Ｎ×Ｍの仮想アレイ信号を生成する。これを定式化すると、以下のように表すことができる。
First, the outline of the two-dimensional virtual array is shown in FIG. 4, and the coordinate system of the airborne radar device is shown in FIG. In FIG. 4A, for the array of the A axis in the vertical direction in the figure, the signals of the antenna elements 21A1 to 21AN are frequency converted (23A) and further AD converted (24A). Similarly, for the array of B axes in the horizontal direction in the drawing, the signals of the antenna elements 21B1 to 21BM are frequency converted (23B) and further AD converted (24B). The virtual array
まず、観測方向（AZ,EL）を含めた２軸の入力信号を、それぞれXa，Xbと表すと次式となる。
なお、Ａ軸アレイとＢ軸アレイの離隔距離が大きい場合を考えて、ＡＺ角とＥＬ角を、添え字のa,bにより区分けしているが、離隔距離が小さい場合には、Ａ軸アレイとＢ軸アレイからみたＡＺ角とＥＬ角は等しくなる。
以上より、仮想平面アレイの位相中心に入力される信号xinとして、２軸の信号XaとXbは次式となる。
From the above, as the signal xin input to the phase center of the virtual plane array, the two-axis signals Xa and Xb are expressed by the following equations.
この信号を用いて、本実施形態の手法の要点である両ベクトルの乗算を行うと、次式となる。
各要素は次式となる。
ここで、Ａ軸アレイとＢ軸アレイの離隔距離が小さい場合を考えて、ka＝kbとすると、次式となる。
これは、乗算演算により、anとbmの位置ベクトルの加算の位置に仮想素子信号が生成されることを示している。 This indicates that a virtual element signal is generated at the position of addition of the an and bm position vectors by the multiplication operation.
受信ビーム出力は、ビーム形成部２６において、（５）式の要素にサイドローブ低減用のウェイトとして、サイドローブ低減用のテーラーウェイト（非特許文献３）等を乗算し、ビーム指向方向制御用の複素ウェイトを乗算後、ＤＢＦ（Digital Beam Forming、非特許文献１）による加算を行い、次式となる。
ビーム指向方向制御用のウェイトWpnmは次式で表現できる。
この仮想アレイ信号Ｘを用いて、マルチビームを形成するには、（８）式のAZp，ELpを複数設定すればよい。 In order to form a multi-beam by using this virtual array signal X, a plurality of AZp and ELp in the equation (8) may be set.
以上述べたように、本実施形態では、Ａ軸とＢ軸の２軸の受信信号を用いて、乗算演算により仮想アレイ素子信号を生成しているが、これはMIMO（Multiple Input Multiple Output,非特許文献２）において、Nchの送信信号とMchの受信信号より、Ｎ×Ｍの仮想アレイ信号を得る方式に相当し、送信して受信する信号は自動的に乗算演算を実施しているのに対して、本方式では受信×受信の乗算演算を行っていることに相当する。 As described above, in the present embodiment, the virtual array element signal is generated by multiplication operation using received signals of two axes of A axis and B axis, but this is a MIMO (Multiple Input Multiple Output, non- In Patent Document 2), although it corresponds to a method of obtaining an N × M virtual array signal from an Nch transmit signal and an Mch receive signal, the signal to be transmitted and received is automatically subjected to multiplication operation. On the other hand, this method corresponds to performing reception multiplication of reception x.
以上は受信アレイについて述べたが、送信を含める場合は、図６に示すように、Ｎ×Ｍ素子の送信面アレイの周囲にＬ字型に受信アレイを配置するのが開口を有効に活用していることになる。ビ−ム形成手法としては、図６に示すように、送信ファンビームを所定の観測範囲に形成し、その範囲内に受信マルチビームを形成することにより、同時に広角範囲を観測することができる。 Although the above describes the receiving array, when transmission is included, it is effective to arrange the receiving array in an L shape around the transmitting surface array of N × M elements as shown in FIG. It will be. As a beam formation method, as shown in FIG. 6, the transmission fan beam is formed in a predetermined observation range, and the reception multi-beam is formed in that range, so that the wide angle range can be observed simultaneously.
なお、送信は受信アレイと独立に設定できるため、送信アレイは任意の形状でよく、極端には固体化送信機や電子管の送信機を用いて、アンテナはパラボラアンテナにすることもできる。 Since the transmission can be set independently of the receiving array, the transmitting array may have an arbitrary shape, and the antenna may be a parabola antenna by using a solidifying transmitter or a transmitter of an electron tube at the extreme.
送信変調としては、図７に示すＮヒットのパルス送信の場合と、図８に示すＮバーストの連続スイープ信号による場合がある。 As transmission modulation, there are cases of pulse transmission of N hits shown in FIG. 7 and cases of continuous sweep signals of N bursts shown in FIG. 8.
ドップラフィルタバンクを形成するには、ヒット間（バースト間）の積分を行う必要があり、高いデータレートで高いＳＮを得るためには、図７、図８にそれぞれ示すように、演算範囲をスライディングさせながら積分する。スライディングのシフト量は、必要なデータレートを満足できるようにすればよい。 In order to form a Doppler filter bank, it is necessary to perform integration between hits (between bursts), and in order to obtain a high SN at a high data rate, the operation range is slid as shown in FIGS. 7 and 8, respectively. Integrate while The sliding shift amount may be made to be able to satisfy the required data rate.
以上を踏まえて、処理の流れを図１〜図３の系統を参照して説明する。まず、図９に示すように観測範囲を覆うような送信ファンビームを形成するために、送信部１Ａの各アンテナ素子１１１１〜１１ＮＭに送る送信信号の位相をビーム制御部１Ｂにより制御する（非特許文献４）。広いファンビームを形成するには、アンテナ開口面で２次の形状の位相分布や、ランダム位相による場合が考えられる。送信信号は、図２の第１段送信分配器１２及び第２段送信分配器１３１〜１３Ｍで分配され、送信移相器１４１１〜１４ＮＭにより位相設定されて、送信増幅器１５１１〜１５ＮＭで高出力増幅された後、アンテナ素子１１１１〜１１ＮＭから送信される。
Based on the above, the flow of processing will be described with reference to the system of FIGS. 1 to 3. First, in order to form a transmission fan beam that covers the observation range as shown in FIG. 9, the phase of the transmission signal sent to each of the
受信系統では、図３のアンテナ２１Ａ１〜２１ＡＮ，２１Ｂ１〜２１ＢＭに入力した信号は、増幅器２２Ａ１〜２２ＡＮ，２２Ｂ１〜２２ＢＭで低雑音増幅された後、周波数変換（２３Ａ，２３Ｂ）及びＡＤ変換（２４Ａ，２４Ｂ）され、上述の（１）式のＡ系列とＢ系列の信号を得る。次に、仮想アレイ素子生成器２５により２次元の仮想アレイ素子信号が生成され、ビーム形成器２６によりマルチビーム信号が形成され、信号処理器３に出力される。
In the reception system, the signals input to the antennas 21A1 to 21AN and 21B1 to 21BM in FIG. 3 are subjected to low noise amplification by the amplifiers 22A1 to 22AN and 22B1 to 22BM, and then frequency conversion (23A, 23B) and AD conversion (24A, 24B) to obtain the A and B series signals of the above equation (1). Next, a two-dimensional virtual array element signal is generated by the virtual
以上のように高分解能処理された入力信号をsig（t,u）として、定式化すると、次の通りである。レンジ圧縮（非特許文献５）は、入力信号とレンジ圧縮用信号の相関処理であり、これを周波数領域で行う場合について定式化すると次の通りである。
これを用いて、ｕ軸でＦＦＴ処理して信号fcs（ω、ku）を得る。
長時間積分の出力fpは、fcsのω軸に関する逆ＦＦＴｘ処理（３６)により算出できる。
このように、レンジ圧縮と積分を実施することで、高いＳＮの信号を得ることができる。この信号を用いてＣＦＡＲ処理（３７）により目標を検出し、測距（３８）及び測角（３９）の処理を行い、その観測値を出力する。 Thus, by performing range compression and integration, a high SN signal can be obtained. Using this signal, a target is detected by CFAR processing (37), ranging (38) and angle measurement (39) are processed, and the observed value is output.
以上のように、本実施形態では、送信は所定の角度範囲にファンビームを形成し、受信は一次元に配列したＮ素子受信アレイ（Xan、ｎ＝１〜Ｎ）（Ａ軸）と、それと異なる軸（Ｂ軸）の一次元に配列したＭ素子受信アレイ（Xbm、ｍ＝１〜Ｍ）において、両軸の素子信号の乗算Xan×Xbm（ｎ＝１〜Ｎ、ｍ＝１〜Ｍ）によりＮ×Ｍ素子の仮想アレイ信号を生成して、その素子信号に所定のウェイトを乗算し加算して、所定の角度範囲のマルチビームを形成し、所定のデータレートで出力するように、スライディングしたＮパルス（Ｎスイープ）の積分処理により、連続して観測する装置（２次元ＤＢＦと高効率積分）である。 As described above, in the present embodiment, transmission forms a fan beam in a predetermined angle range, and reception is one-dimensionally arranged N element reception array (Xan, n = 1 to N) (A axis), and In an M-element receive array (Xbm, m = 1 to M) arranged in one dimension of different axes (B axes), multiplication of element signals of both axes Xan × Xbm (n = 1 to N, m = 1 to M) Generates a virtual array signal of N × M elements, multiplies the element signal by a predetermined weight and adds them, forms a multi-beam of a predetermined angle range, and slides to output at a predetermined data rate It is an apparatus (two-dimensional DBF and high efficiency integral) which continuously observes by integrating processing of N pulse (N sweep).
すなわち、異なる２軸のＮ段とＭ列のリニアアレイ信号を用いて、仮想的な面アレイのＮ×Ｍの受信素子信号を生成して、所定の角度範囲を覆い、送信ビームをファンビームにすることで、常に観測空間を連続して観測し、スライディグ処理を用いた積分処理により、高いＳＮ（信号対雑音電力）でかつ高いデータレートで出力することができる。 That is, N × M receive element signals of a virtual plane array are generated using linear array signals of N stages and M columns of different two axes to cover a predetermined angle range, and transmit beams are used as fan beams. By doing this, it is possible to always observe the observation space continuously, and to output with high SN (signal to noise power) and high data rate by integration processing using the slide processing.
（第２の実施形態）（合成ビームを用いた送信ペンシルと送信ファンによる相関処理）
第１の実施形態では、観測空間に送信ファンビーム＋受信マルチビームを形成する場合について述べた。この場合、送信全空間を覆うために、送信利得が低く、高いＳＮを得るためには積分時間を要する課題がある。そこで、第２の実施形態では、その対策のために、送信において、ファンビームとペンシルビームを合成したビームを用いて、ペンシルビームを観測範囲内で順次走査して観測し、送信ファンビームの場合と送信ペンシルビームの場合の観測値の相関処理を用いて、誤検出を低減する。
Second Embodiment (Correction Process by Transmission Pencil and Transmission Fan Using Synthetic Beam)
In the first embodiment, the case of forming the transmission fan beam + the reception multi beam in the observation space has been described. In this case, there is a problem that transmission gain is low to cover the entire transmission space, and integration time is required to obtain a high SN. Therefore, in the second embodiment, as a countermeasure, in the case of transmission fan beams, pencil beams are sequentially scanned and observed in the observation range using a beam combining fan beams and pencil beams in transmission. And correlation of observed values in the case of transmission pencil beams to reduce false positives.
図１０は本実施形態に係るアンテナ装置が適用されるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１０に示す第２の実施形態の構成が、図１に示した第１の実施形態の構成と異なる点は、信号処理器３において、送信ファンビームによる系統とは別に、送信ペンシルビームの系統を設け、両系統の観測結果を相関処理するようにしたことにある。 FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of a radar device to which the antenna device according to the present embodiment is applied. The configuration of the second embodiment shown in FIG. 10 differs from the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 in the signal processor 3 in the transmission pencil beam system separately from the transmission fan beam system. To correlate the observation results of both systems.
すなわち、送信ファンビームの系統は、ＦＦＴｘ処理部３１ａ、第１乗算部（レンジ参照信号乗算）３２ａ、データ保存部３３ａ、第２乗算部（ＡＺ軸参照信号乗算）３４ａ、ＦＦＴｙ処理部３５ａ、逆ＦＦＴｘ処理部３６ａ（連続波の場合は不要）、ＣＦＡＲ処理部３７ａ、測距部３８ａ、測角部３９ａ、観測値出力部３１０ａを備える。また、送信ペンシルビームの系統は、ＦＦＴｘ処理部３１ｂ、第１乗算部（レンジ参照信号乗算）３２ｂ、データ保存部３３ｂ、第２乗算部（ＡＺ軸参照信号乗算）３４ｂ、ＦＦＴｙ処理部３５ｂ、逆ＦＦＴｘ処理部３６ｂ（連続波の場合は不要）、ＣＦＡＲ処理部３７ｂ、測距部３８ｂ、測角部３９ｂ、観測値出力部３１０ｂを備える。さらに、各系統の観測値について相関を演算する相関処理部３１１を備える。
That is, the transmission fan beam system includes an
上記構成によるレーダ装置において、ビーム走査の概念図を図１１に示し、送信ペンシルビームと送信ファンビームを合成する場合の角度−振幅特性と送信振幅分布を図１２に示す。図１２において、（ａ）は送信ペンシルビームの角度−振幅特性とその送信振幅分布を示し、（ｂ）は送信ファンビームの角度−振幅特性とその送信振幅分布を示し、（ｃ）は送信ペンシルビームと送信ファンビームの合成ビームにおける角度−振幅特性とその送信振幅分布、ＡＺ振幅断面及びＥＬ振幅断面を示している。 FIG. 11 shows a conceptual diagram of beam scanning in the radar apparatus according to the above configuration, and FIG. 12 shows an angle-amplitude characteristic and a transmission amplitude distribution in the case of combining a transmission pencil beam and a transmission fan beam. In FIG. 12, (a) shows the angle-amplitude characteristics of the transmission pencil beam and its transmission amplitude distribution, (b) shows the angle-amplitude characteristics of the transmission fan beam and its transmission amplitude distribution, and (c) shows the transmission pencil The angle-amplitude characteristic and its transmission amplitude distribution, AZ amplitude cross section, and EL amplitude cross section in the combined beam of the beam and the transmission fan beam are shown.
送信の合成ビームは、図１１に示すように、所定の観測範囲を覆うファンビームと、所定の方向に向けた送信ペンシルビームを加算して得ることができる。ビームマネージメントとしては、ビーム制御部１Ｂのビーム制御により、送信ファンビ−ムを固定して送信ペンシルビームの方向を順次走査するように制御しつつ、送信部１Ａで合成したビームを送信する。
A combined beam of transmission can be obtained by adding a fan beam covering a predetermined observation range and a transmission pencil beam directed in a predetermined direction, as shown in FIG. As beam management, the beam control of the
例えば、図１１に示す受信アンテナ２の構成を受信２次元仮想アレイとした場合に、送信開口面の振幅分布において、例えば２×２素子の部分の振幅を高くすれば、ペンシルビームとファンビームの合成ビームを形成することができる。送信ペンシルビ−ムについては、開口面内でビーム指向方向に応じた波面を形成するように、送信部１Ａ内の移相器等により位相設定を行えばよい。
For example, assuming that the configuration of the receiving
パルス送信の場合の送信ペンシルビーム及び送信ファンビームの積分との関係を図１３に示す。同様に、スイープ信号の送信の場合の送信ペンシルビーム及び送信ファンビームの積分との関係を図１４に示す。 The relationship between the transmission pencil beam and the transmission fan beam integration in the case of pulse transmission is shown in FIG. Similarly, the relationship between the transmission pencil beam and the transmission fan beam integration in the case of transmission of a sweep signal is shown in FIG.
このように、第２の実施形態では、送信ファンビームと送信ペンシルビ−ムを合成した送信ビームを用いて、送信ペンシルビームを観測範囲内で順次走査し、Ｎpヒット（Ｎpスイープ）の積分処理した結果と、送信ファンビームのＮヒット（Ｎスイープ）の積分処理した結果を用いて、相関処理により誤検出を抑圧する。 As described above, in the second embodiment, the transmission pencil beam is sequentially scanned within the observation range using the transmission beam combining the transmission fan beam and the transmission pencil beam, and integration processing of Np hits (Np sweep) is performed. Using the result and the integration processing result of N hits (N sweep) of the transmission fan beam, the correlation processing is used to suppress false detection.
上記の関係から、第２の実施形態によれば、送信ペンシルビームと送信ファンビームの合成ビ−ムを用いて、送信ペンシルビームを用いて高いＳＮで順次観測範囲内を観測することができ、送信ファンビームで検出した観測値の相関処理を行うようにしているので、誤検出を低減することができる。 From the above relationship, according to the second embodiment, the transmission pencil beam can be used to sequentially observe within the observation range at a high SN using the transmission pencil beam and the combination beam of the transmission fan beam. Since correlation processing of observed values detected by the transmission fan beam is performed, false detection can be reduced.
（第３の実施形態）（送信ファン及び送信ペンシルの合成ビームを用いた追跡処理）
第２の実施形態では、観測空間に送信ファンビーム＋送信ペンシルビームの合成ビームを用いて、送信ペンシルビームにより捜索し、送信ファンビームとの相関処理により捜索時における誤検出を低減する方式について述べた。
Third Embodiment Tracking Processing Using a Composite Beam of a Transmitting Fan and a Transmitting Pencil
In the second embodiment, a method of searching for a transmission pencil beam using a combined beam of transmission fan beam and transmission pencil beam in the observation space and reducing erroneous detection at the time of search by correlation processing with the transmission fan beam is described. The
ところが、目標が高軌道目標の場合は、送信ファンビームのみでは、積分時間内で目標が動き、ＳＮ不足のために、追跡をロストする場合が生じる。そこで、本実施形態では、送信ファンビーム＋送信ペンシルビ−ムの合成ビ−ムを用いる場合において、送信ペンシルビ−ムを追跡ビ−ムとして用いる場合について述べる。 However, when the target is a high trajectory target, with the transmit fan beam alone, the target may move within the integration time, and tracking may be lost due to the lack of SN. Therefore, in the present embodiment, the case of using a transmission pencil beam as a tracking beam will be described in the case of using a combination beam of transmission fan beam + transmission pencil beam.
図１５は第３の実施形態に係るアンテナ装置が適用されるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１５に示す第３の実施形態の構成が、図１０に示した第２の実施形態の構成と異なる点は、信号処理器３において、送信ファンビーム系統の観測値出力部３１０ａから出力される目標観測値を送信アンテナ１のビーム制御部１Ｂに送り、このビーム制御部１Ｂによって目標観測値に基づいてペンシルビームのビーム指向方向を制御する。このように、送信ペンシルビームの指向方向を制御することにより、送信ペンシルビーム系統の測角部３９ｂの測角結果に基づいて、相関追跡部３１２により目標が相関追跡され、目標追跡結果としてその平滑値が出力されるようになる。
FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of a radar device to which the antenna device according to the third embodiment is applied. The configuration of the third embodiment shown in FIG. 15 is different from the configuration of the second embodiment shown in FIG. 10 in that the signal processor 3 outputs it from the observed
上記構成によるレーダ装置において、ビーム走査の概念図を図１６に示す。また、パルス送信の場合の送信ペンシルビーム及び送信ファンビームの積分との関係を図１７に示す。同様に、スイープ信号の送信の場合の送信ペンシルビーム及び送信ファンビームの積分との関係を図１８に示す。送信ファンビームと送信ペンシルビームの合成手法は、第２の実施形態と同様である。 FIG. 16 is a conceptual view of beam scanning in the radar apparatus of the above configuration. The relationship between the transmission pencil beam and the integration of the transmission fan beam in the case of pulse transmission is shown in FIG. Similarly, the relationship between the transmission pencil beam and the transmission fan beam integration in the case of transmission of the sweep signal is shown in FIG. The method of combining the transmission fan beam and the transmission pencil beam is the same as in the second embodiment.
第３の実施形態では、送信ファンビームにより、捜索し、検出した方向にビーム制御により追跡用のペンシルビームの指向方向を設定する。この追跡用のペンシルビームは、図１７または図１８に示すように、検出があったタイミングで設定すればよい。 In the third embodiment, the transmission fan beam searches for and sets the pointing direction of the pencil beam for tracking by beam control in the detected direction. The tracking pencil beam may be set at the timing when the detection is performed, as shown in FIG. 17 or FIG.
以上のように、第３の実施形態では、送信ファンビームと送信ペンシルビ−ムを合成した送信ビームを用いて、送信ファンビームにより観測した結果の所定のスレショルドにより抽出した方向に送信ペンシルビームを形成し、それに対応した受信ペンシルビームで観測するようにしている。 As described above, in the third embodiment, using the transmit beam combining the transmit fan beam and the transmit pencil beam, the transmit pencil beam is formed in the direction extracted by the predetermined threshold of the result observed by the transmit fan beam. It is made to observe with the receiving pencil beam corresponding to it.
このため、送信ペンシルビームと送信ファンビームの合成ビ−ムを用いて、送信ファンビームで常時観測範囲内を観測しつつ、送信ペンシルビームで高いＳＮで、検出した目標方向に追跡ビームを向けることで、捜索と追跡を同時に行うことができる。 For this reason, using the combined beam of the transmit pencil beam and the transmit fan beam, the tracking beam is directed to the detected target direction at the high SN by the transmit pencil beam while constantly observing the observation range with the transmit fan beam. Search and tracking can be done simultaneously.
（第４の実施形態）（時分割単独ビームを用いた追跡処理）
第３の実施形態では、捜索と追跡の両者を同時に行うために、送信ファンビームと送信ペンシルビームを合成したビームを用いて、ペンシルビームを追跡に使う手法について述べた。この場合、合成ビームであるために、追跡ビームのサイドローブが高いことと等価であり、誤追跡を行う課題があった。この対策のために、第４の実施形態では、時分割で捜索用のファンビームと追跡用のペンシルビ−ムを形成するものである。
(Fourth embodiment) (tracking process using time division single beam)
In the third embodiment, in order to perform both search and tracking simultaneously, a method is described in which a pencil beam is used for tracking using a beam combining transmit fan beam and transmit pencil beam. In this case, because the beam is a combined beam, this is equivalent to a high side lobe of the tracking beam, and there is a problem of mistracking. In order to solve this problem, in the fourth embodiment, a fan beam for search and a pencil beam for tracking are formed in time division.
図１９は、第４の実施形態に係るアンテナ装置が適用されるレーダ装置を構成を示すブロック図である。図１９に示す第４の実施形態の構成が、図１５に示した第３の実施形態の構成と異なる点は、信号処理器３において、ファンビームの系統とペンシルビームの系統とを処理切替部３１３で切替可能とし、これによって時分割で各系統の処理を実行可能としたことにある。 FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of a radar device to which the antenna device according to the fourth embodiment is applied. The configuration of the fourth embodiment shown in FIG. 19 is different from the configuration of the third embodiment shown in FIG. 15 in that in the signal processor 3, the system for switching the fan beam system and the pencil beam system is processed. It is possible to switch at 313, thereby making it possible to execute the processing of each system in time division.
ビーム走査の概念図を図２０に示す。図２０において、（ａ）は捜索用ビームとなる送信ファンビームと受信２次元仮想アレイによる受信マルチビームを形成する様子を示し、（ｂ）は追跡用ビームとなる送信ペンシルビームと受信ペンシルビームを形成する様子を示している。また、パルス送信の場合の送信ペンシルビーム及び送信ファンビームの積分との関係を図２１に示す。同様に、スイープ信号の送信の場合の送信ペンシルビーム及び送信ファンビームの積分との関係を図２２に示す。 A conceptual view of beam scanning is shown in FIG. In FIG. 20, (a) shows how to form a receiving multi-beam by a transmitting fan beam as a searching beam and a receiving two-dimensional virtual array, and (b) as a transmitting pencil beam and a receiving pencil beam as tracking beams. It shows how to form. Further, the relationship between the transmission pencil beam and the integration of the transmission fan beam in the case of pulse transmission is shown in FIG. Similarly, the relationship between the transmission pencil beam and the transmission fan beam integration in the case of transmission of a sweep signal is shown in FIG.
捜索用のファンビームと追跡用のペンシルビームの切替えは処理切替部３１３で行う。送信ファンビームによる捜索を継続して、高レートな高効率積分を行うためには、送信ペンシルビームにおいて、パルス送信の場合は、図２１に示すように、ＰＲＩ（Pulse Repetetion Interval）×Ｎp（ペンシルビームのＰＲＩ数）の時間だけ間引き、スイープ信号の場合は、図２２に示すように、スイープ時間×Ｎp（ペンシルビームのスイープ数）の時間だけ間引くようにする。この間引きは、送信ファンビームの積分に対するドップラ軸のグレーティングローブに対する影響を低減するために、極力ランンダム化した間引きとする。
The
このように、第４の実施形態は、送信ファンビームにより連続して観測する中で、所定のスレショルドにより抽出した方向に、所定の時間送信ペンシルビームを形成し、それに対応した受信ペンシルビームで観測する。 Thus, in the fourth embodiment, while continuously observing with the transmission fan beam, the transmission pencil beam is formed for a predetermined time in a direction extracted by a predetermined threshold, and observation is performed with a corresponding reception pencil beam. Do.
したがって、第４の実施形態によれば、送信ペンシルビームと送信ファンビームの時分割ビ−ムを用いて、送信ファンビームで捜索し、抽出した目標の方向に送信ペンシルビームを送信し、受信ペンシルビームで受信するようにしているので、サイドローブの十分低い送信ファンビームと送信ペンシルビ−ムを形成することができ、これによって誤検出を低減することができる。 Therefore, according to the fourth embodiment, the transmit pencil beam is searched for by the transmit fan beam using the transmit pencil beam and the transmit fan beam time division beam, and the transmit pencil beam is transmitted in the direction of the extracted target, and the receive pencil is Since the beam is to be received, it is possible to form a transmit fan beam and transmit pencil beam with sufficiently low side lobes, which can reduce false positives.
（第５の実施形態）（逆フィルタ位相補正による高効率積分）
ところで、パルス送信の場合のＰＲＩ間または、スイープ送信の場合のスイープ間（Slow-time）の積分については、目標や自機の運動により、位相補正が必要になる。この対策手法については、合成開口処理のオートフォーカス手法であるＰＧＡ（Phase Gradient Autofocus,非特許文献７）と類似の方法を適用することができる。
Fifth Embodiment High Efficiency Integration by Inverse Filter Phase Correction
By the way, with regard to the integration between PRI in the case of pulse transmission or in the sweep (Slow-time) in the case of sweep transmission, phase correction is required depending on the motion of the target and the own machine. A method similar to PGA (Phase Gradient Autofocus, Non-Patent Document 7) which is an autofocus method of synthetic aperture processing can be applied to this countermeasure method.
図２３は第５の実施形態に係るアンテナ装置を適用したレーダ装置の構成を示すブロック図である。図２３に示す第５の実施形態の構成が、図１５に示した第３の実施形態の構成と異なる点は、信号処理器３において、逆ＦＦＴｘ処理部３６ａの処理結果とＣＦＡＲ処理部３７ａの検出結果に基づいて補正信号を抽出する抽出部３１４と、その補正信号からＡＺ参照信号を補正するための補正部３１５を備えるようにしたことにある。
FIG. 23 is a block diagram showing the configuration of a radar device to which the antenna device according to the fifth embodiment is applied. The configuration of the fifth embodiment shown in FIG. 23 is different from the configuration of the third embodiment shown in FIG. 15 in the processing result of the inverse
上記構成において、図２４に示すフローチャートと図２５に示す説明図を参照して、処理の流れの説明する。 In the above configuration, the flow of processing will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 24 and the explanatory view shown in FIG.
まず、図２５（ａ）に示すように、レンジ−ドップラ（クロスレンジ（飛行軸））画像の結果より、所定の振幅スレショルドを超えたＮ個の極大値を補正信号抽出部３１４により抽出する。次に、ＡＺ参照信号補正部３１５において、以下の処理を実行する。まず、図２５（ｂ）に示すように、極大値のドップラ軸に対する位相勾配を除き、飛翔経路及び機体動揺による位相ずれのみを抽出するため、極大値をドップラ軸で０周波数（ゼロドップラ）にシフトする。次に、図２５（ｃ）、（ｄ）に示すように、位相ずれの振動成分を取り除き、安定した補正成分を得るために、０ドップラの周囲のＭセル幅に窓関数を乗算し、窓関数の外側にゼロ埋めした信号ｓ０を生成し、この信号を逆ＦＦＴ処理により時間領域に変換する。
この信号Ｓ０の逆特性となる補正量Wc(t)をクロスレンジ圧縮信号fs0(ω,u)（レンジの周波数軸、飛行長）を時間軸（ＰＲＩ軸）に変換したfs0(t)に乗算して、補正後の参照信号Rcとする。
この参照信号Fs0を用いて、第２乗算部３４ａに設定し、ＡＺ参照信号を乗算することで、図２５（ｅ）に示すように、補正後のレンジ−ドップラ画像が得られる。
The reference signal Fs0 is used to set in the
以上の処理フローを図２４に示す。図２４において、ＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）処理を行い（ステップＳ１１）、閾値を超えるピーク値を抽出し（ステップＳ１２）、ピーク値を持つＭセルを抽出し（ステップＳ１３）、ゼロシフトを行い（ステップＳ１４）、ウインドウ内を乗算してゼロ埋めし（ステップＳ１５）、逆ＦＦＴ処理して時間領域の信号に変換し（ステップＳ１６）、ＡＺ参照信号の補正値を算出し（ステップＳ１７）、補正されたＡＺ参照信号によりＳＡＲ処理を実行し（ステップＳ１８）、全てのピーク値について処理が行われたか判断し（ステップＳ１９）、終了していなければピーク値を変更して（ステップＳ２０）、ステップＳ１３から処理を繰り返す。ステップＳ１９で終了が確認された場合には一連の処理を終了する。 The above process flow is shown in FIG. In FIG. 24, SAR (Synthetic Aperture Radar) processing is performed (step S11), peak values exceeding the threshold are extracted (step S12), M cells having peak values are extracted (step S13), and zero shift is performed (step S13). S14) Multiply the window and zero-fill it (step S15), inverse FFT processing to convert it into a time domain signal (step S16), calculate the correction value of the AZ reference signal (step S17), correct it The SAR processing is executed based on the AZ reference signal (step S18), and it is determined whether the processing has been performed for all peak values (step S19). If not completed, the peak value is changed (step S20), and step S13. Repeat the process from. If the end is confirmed in step S19, the series of processing ends.
この一連の処理を必要に応じて、Ｍ回（Ｍ≧１）繰り返すことにより、積分ロスの少ないレンジ−ドップラ画像が得られる。このレンジ−ドップラ画像を用いて、ＣＦＡＲ処理部３７ａにより信号を検出し、測距部３８ａと測角部３９ａにより、観測値の位置を出力する。
By repeating this series of processing M times (M ≧ 1) as necessary, a range-Doppler image with less integral loss can be obtained. A signal is detected by the
以上の補正後積分処理は、送信ファンビームや送信ペンシルビームによらず、適用できる。また、この場合の測角値を用いれば、ビーム制御部１Ｂの制御によって目標方向にペンシルビームを向けることができ、図２３の系統図の下部の系統である相関追跡処理（３１２）も可能である。
The above-described post-correction integration processing can be applied regardless of the transmission fan beam or the transmission pencil beam. In addition, if the angle measurement value in this case is used, the pencil beam can be directed to the target direction by the control of the
以上のように、第５の実施形態では、Ｎパルス（Ｎスイープ）積分したレンジ−ドップラデータ（ＲＤデータ）より、振幅が所定のスレショルドを超えるレンジ−ドップラセルを抽出し、そのセルを含むドップラ軸方向にＭセル幅のセルを抽出し、ドップラ軸方向に逆ＦＦＴして得た補正値により補正して、再度積分する。このように、積分時間内で目標の動きや自機位置の変化により、振幅、位相がずれると、積分ロスが生じるが、これらについて補正処理を行うようにしているので、積分ロスを減じることができる。 As described above, in the fifth embodiment, the range-Doppler cell whose amplitude exceeds a predetermined threshold is extracted from the range-Doppler data (RD data) integrated by N pulses (N sweep), and the Doppler axis including the cell is extracted. A cell of M cell width is extracted in the direction, corrected using the correction value obtained by inverse FFT in the Doppler axis direction, and integration is performed again. As described above, when the amplitude and the phase shift due to the movement of the target or the change in the position of the own machine within the integration time, an integration loss occurs. However, since the correction process is performed on these, the integration loss can be reduced. it can.
（第６の実施形態）（目標情報を用いた位相補正による高効率積分）
第５の実施形態と同様に、パルス送信の場合のＰＲＩ間または、スイープ送信の場合のスイープ間（Slow-time）の積分については、目標や自機の運動により、位相補正が必要になる。この対策手法については、合成開口処理のＡＺ圧縮（非特許文献６）の参照信号演算と類似の方法を適用できる。
Sixth Embodiment (High Efficiency Integration by Phase Correction Using Target Information)
As in the fifth embodiment, with regard to integration during PRI for pulse transmission or during sweep (Slow-time) for sweep transmission, phase correction is required depending on the movement of the target or the own machine. A method similar to the reference signal calculation of AZ compression (non-patent document 6) of synthetic aperture processing can be applied to this countermeasure method.
図２６は第６の実施形態に係るアンテナ装置が適用されるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図２６に示す第６の実施形態の構成が、図２３に示した第５の実施形態の構成と異なる点は、補正信号抽出部３１４に代わって、ＣＦＡＲ処理部３７の検出結果から目標候補を抽出する目標候補抽出部３１６を設け、ここで抽出された目標候補に基づいてＡＺ参照信号を補正部３１５で補正するようにしたことにある。
FIG. 26 is a block diagram showing the configuration of a radar device to which the antenna device according to the sixth embodiment is applied. The configuration of the sixth embodiment shown in FIG. 26 differs from the configuration of the fifth embodiment shown in FIG. 23 in that instead of the correction
上記構成において、図２７に示す機上搭載レーダ装置の座標系を参照して説明する。 The above configuration will be described with reference to the coordinate system of the airborne radar device shown in FIG.
第１の実施形態では、Slow-timeの積分を位相補正せずに実施したが、本実施形態では、（１０）式の出力に対して、抽出した目標候補の方位とレンジを位置（Xn,Yn,Zn）に変換して位相を補正する。 In the first embodiment, integration of Slow-time is performed without phase correction. However, in the present embodiment, with respect to the output of equation (10), the direction and range of the extracted target candidate are set to the position (X n, Convert to Yn, Zn) to correct the phase.
ここで、（１０）式のsin(ω,u)を時間軸上にするには、逆フーリエ変換すればよいが、このあとＡＺ圧縮（３４）を行うために、（ω,u）軸のままとする。次に、クロスレンジの参照信号fs0を生成する。 Here, in order to make sin (ω, u) of equation (10) on the time axis, it is sufficient to perform inverse Fourier transform, but in order to perform AZ compression (34) thereafter, the (ω, u) axis Leave as it is. Next, the reference signal fs0 of the cross range is generated.
位置（Xn,Yn,Zn）は、目標候補の位置を用いればよい。もしくは、目標抽出位置が不明な場合は、図２８に示すように、目標候補抽出方位のレンジ軸でメッシュ分割した各メッシュの代表点の距離とビ−ム方位角より算出した位置とする（図２７の座標系参照）。
これを用いて、ＡＺ圧縮用の参照信号fs0は次式となる。
前述のsとＡＺ圧縮用のfs0を乗算して信号csを得る。
これを用いて、ｕ軸でＦＦＴ処理して信号fcs(ω,ku)を得る。
である。 It is.
ただし、長時間積分の出力fpは、fcsのω軸に関する逆ＦＦＴｘ処理部３６ａ，３６ｂにより算出できる。
処理フローを図２９に示す。まず、送信ビームと受信マルチビームを形成し（ステップＳ２１，Ｓ２２）、それぞれのビームによる観測結果を積分し（ステップＳ２３）、ＣＦＡＲ処理して（ステップＳ２４）、所定のスレショルドを超える目標候補を抽出する（ステップＳ２５）。目標候補が抽出された場合には（ステップＳ２６）、抽出された目標候補のレンジと速度を抽出し（ステップＳ２７）、そのレンジと速度を用いて位相補正量を算出し（ステップＳ２８）、その位相補正量を用いて位相補正を行い（ステップＳ２９）、高効率積分を再度行って（ステップＳ３０）、ＣＦＡＲ処理により目標候補を抽出し（ステップＳ３１）、複数の目標が抽出された場合には、これを繰り返して、所定の観測範囲の目標を検出し（ステップＳ３２）、それぞれ測距・測角を行ってその観測値を出力する（ステップＳ３３）。以上の処理を目的の走査方向全てにおいて実行し（ステップＳ３４，Ｓ３５）、一連の処理を完了する。 The processing flow is shown in FIG. First, transmit beams and receive multi-beams are formed (steps S21 and S22), observation results of each beam are integrated (step S23), CFAR processing is performed (step S24), and target candidates exceeding a predetermined threshold are extracted (Step S25). When the target candidate is extracted (step S26), the range and velocity of the extracted target candidate are extracted (step S27), and the phase correction amount is calculated using the range and velocity (step S28). Phase correction is performed using the phase correction amount (step S29), high efficiency integration is performed again (step S30), target candidates are extracted by CFAR processing (step S31), and a plurality of targets are extracted. This is repeated to detect a target in a predetermined observation range (step S32), perform ranging and angle measurement, and output the observed value (step S33). The above processing is executed in all the target scanning directions (steps S34 and S35), and a series of processing is completed.
この一連の処理を必要に応じてＭ回（Ｍ≧１）繰り返すことにより、積分ロスの少ないレンジ−ドップラ画像が得られる。このレンジ−ドップラ画像を用いて、ＣＦＡＲ（３７ａ，３７ｂ）により信号を検出し、測距（３８ａ，３８ｂ）と測角（３９ａ，３９ｂ）により、観測値の位置を出力する。 By repeating this series of processing M times (M ≧ 1) as necessary, a range-Doppler image with less integration loss can be obtained. A signal is detected by CFAR (37a, 37b) using this range-Doppler image, and the position of an observed value is output by ranging (38a, 38b) and angle measurement (39a, 39b).
以上の補正後の積分処理は、送信ファンビームや送信ペンシルビームによらずに適用できる。また、この場合の測角値を用いれば、ビーム制御１Ｂにより、目標方向にペンシルビームを向けることができ、図２６の信号処理器３の下部の系統である相関追跡処理（３１２）も可能である。
The above integration processing after correction can be applied regardless of the transmission fan beam or the transmission pencil beam. Also, if the angle measurement value in this case is used, the pencil control can be directed to the target direction by the
以上のように、第６の実施形態では、送信ファンビームまたは送信ペンシルビームで観測して所定のスレショルドを超える目標候補のレンジと速度を用いて、位相補正量を算出し、送信ファンビームによる積分を再度行う。すなわち、長い時間の積分を行う際に、目標候補の位置と速度を用いて位相を補正するようにしているので、高効率に積分することができ、高いＳＮで目標を観測することができる。 As described above, in the sixth embodiment, the phase correction amount is calculated using the range and speed of the target candidate observed by the transmission fan beam or the transmission pencil beam and exceeding the predetermined threshold, and integration by the transmission fan beam is performed. Do again. That is, since the phase is corrected using the position and velocity of the target candidate when integrating for a long time, integration can be performed with high efficiency, and the target can be observed with high SN.
その他、本実施形態は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 In addition, the present embodiment is not limited to the above embodiment as it is, and at the implementation stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the scope of the invention. In addition, various inventions can be formed by appropriate combinations of a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, components in different embodiments may be combined as appropriate.
１…送信アンテナ、１Ａ…送信部、１Ｂ…ビーム制御部、１１１１〜１１ＭＮ…アンテナ素子、１２…第１段送信分配器、１３１〜１３Ｍ…第２段送信分配器、１４１１〜１４ＭＮ…送信移相器、１５１１〜１５ＭＮ…送信増幅器、
２…受信アンテナ、２１Ａ１〜２１ＡＮ…Ａ軸アンテナ素子、２１Ｂ１〜２１ＢＭ…Ｂ軸アンテナ素子、２２Ａ１〜２２ＡＮ…Ａ軸増幅器、２２Ｂ１〜２２ＢＭ…Ｂ軸増幅器、２３Ａ…Ａ軸周波数変換器、２３Ｂ…Ｂ軸周波数変換器、２４Ａ…Ａ軸ＡＤ変換器、２４Ｂ…Ｂ軸ＡＤ変換器、２５…仮想アレイ素子生成器、２６…ビーム形成器、
３…信号処理器、３１，３１ａ，３１ｂ…ＦＦＴｘ処理部、３２，３２ａ，３２ｂ…第１乗算部（連続波の場合は不要）、３３，３３ａ，３３ｂ…データ保存部、３４，３４ａ，３４ｂ…第２乗算部、３５，３５ａ，３５ｂ…ＦＦＴｙ処理部、３６，３６ａ，３６ｂ…逆ＦＦＴｘ処理部（連続波の場合は不要）、３７，３７ａ，３７ｂ…ＣＦＡＲ処理部、３８，３８ａ，３８ｂ…測距部、３９，３９ａ，３９ｂ…測角部、３１０ａ，３１０ｂ…観測値出力部、３１１…相関処理部、３１２…相関追跡部、３１３…処理切替部、３１４…補正信号抽出部、３１５…ＡＺ参照信号補正部、３１６…目標候補抽出部。
DESCRIPTION OF
2 Receiving antenna 21A1 to 21AN A-axis antenna element 21B1 to 21BM B-axis antenna element 22A1 to 22AN A-axis amplifier 22B1 to 22BM B-
3
Claims (7)
第１の軸（ａ軸）に沿って一次元に配列して素子信号Xan（ｎ＝１〜Ｎ、Ｎは２以上の自然数）を得るＮ素子受信アレイと、前記第１の軸と異なる第２の軸（ｂ軸）の一次元に配列して素子信号Xbm（ｍ＝１〜Ｍ、Ｍは２以上の自然数）を得るＭ素子受信アレイとを備え、前記第１の軸（ａ軸）及び第２の軸（ｂ軸）それぞれの素子信号の乗算Xan×Xbm（ｎ＝１〜Ｎ、ｍ＝１〜Ｍ）によりＮ×Ｍ素子の仮想アレイ信号を生成し、それぞれの信号に所定のウェイトを乗算し加算して前記観測範囲内に所定の角度範囲を覆う受信マルチビームを形成し、規定のデータレートで出力するように、スライディングした複数パルスまたは複数スイープの積分処理により連続して観測する受信アンテナと
を具備するアンテナ装置。 A transmit antenna that forms a transmit fan beam in the observation range;
An N-element receive array arranged in one dimension along a first axis (a-axis) to obtain element signals Xan (n = 1 to N, N is a natural number of 2 or more), and a first element different from the first axis And an M element receiving array for obtaining element signals Xbm (m = 1 to M, M is a natural number of 2 or more) arranged in one dimension of two axes (b axis), and the first axis (a axis) A virtual array signal of N × M elements is generated by multiplication Xan × Xbm (n = 1 to N, m = 1 to M) of element signals of respective axes and the second axis (b axis), and predetermined signals are generated for each signal. Weights are multiplied and added to form a receiving multi-beam covering a predetermined angle range within the observation range, and observation is continuously performed by integration of sliding multiple pulses or multiple sweeps so as to output at a prescribed data rate An antenna device comprising a receiving antenna.
第１の軸（ａ軸）に沿って一次元に配列して素子信号Xan（ｎ＝１〜Ｎ、Ｎは２以上の自然数）を得るＮ素子受信アレイと、前記第１の軸と異なる第２の軸（ｂ軸）の一次元に配列して素子信号Xbm（ｍ＝１〜Ｍ、Ｍは２以上の自然数）を得るＭ素子受信アレイとを備え、前記第１の軸（ａ軸）及び第２の軸（ｂ軸）それぞれの素子信号の乗算Xan×Xbm（ｎ＝１〜Ｎ、ｍ＝１〜Ｍ）によりＮ×Ｍ素子の仮想アレイ信号を生成し、それぞれの信号に所定のウェイトを乗算し加算して前記観測範囲内に所定の角度範囲を覆う受信マルチビームを形成し、規定のデータレートで出力するように、スライディングした複数パルスまたは複数スイープの積分処理により連続して観測する受信アンテナと、
前記受信アンテナの観測結果から目標を検出する信号処理器と
を具備するレーダ装置。 A transmit antenna that forms a transmit fan beam in the observation range;
An N-element receive array arranged in one dimension along a first axis (a-axis) to obtain element signals Xan (n = 1 to N, N is a natural number of 2 or more), and a first element different from the first axis And an M element receiving array for obtaining element signals Xbm (m = 1 to M, M is a natural number of 2 or more) arranged in one dimension of two axes (b axis), and the first axis (a axis) A virtual array signal of N × M elements is generated by multiplication Xan × Xbm (n = 1 to N, m = 1 to M) of element signals of respective axes and the second axis (b axis), and predetermined signals are generated for each signal. Weights are multiplied and added to form a receiving multi-beam covering a predetermined angle range within the observation range, and observation is continuously performed by integration of sliding multiple pulses or multiple sweeps so as to output at a prescribed data rate Receiving antenna, and
And a signal processor for detecting a target from the observation result of the receiving antenna.
前記受信アンテナは、前記送信ファンビーム、前記送信ペンシルビームそれぞれについて観測し、
前記信号処理器は、前記送信ファンビーム、送信ペンシルビームそれぞれについて観測した受信信号から規定のヒット数またはスイープ数を積分処理し、両者の積分処理結果に基づいて相関処理を施して誤検出を抑圧する請求項２記載のレーダ装置。 The transmission antenna synthesizes a transmission pencil beam with the transmission fan beam within the observation range and sequentially scans.
The receiving antenna observes each of the transmitting fan beam and the transmitting pencil beam;
The signal processor integrates a defined number of hits or a number of sweeps from the reception signals observed for each of the transmission fan beam and transmission pencil beam, performs correlation processing based on the integration processing results of the two, and suppresses erroneous detection. The radar apparatus according to claim 2.
前記受信アンテナは、前記送信アンテナの前記送信ファンビームの観測後、送信ペンシルビームに対応した受信ペンシルビームで観測し、
前記信号処理器は、前記送信ファンビームにより観測した結果から規定のスレショルドにより抽出した方向を前記送信アンテナに指定する請求項２記載のレーダ装置。 The transmit antenna combines a transmit pencil beam with the transmit fan beam within the observation range to form the transmit pencil beam in a designated direction.
After the observation of the transmission fan beam of the transmission antenna, the reception antenna observes the reception pencil beam corresponding to the transmission pencil beam;
The radar apparatus according to claim 2, wherein the signal processor designates the direction extracted by a specified threshold from the result of observation by the transmission fan beam as the transmission antenna.
前記受信アンテナは、前記送信ペンシルビームに対応した受信ペンシルビームで観測し、
前記信号処理器は、前記送信ファンビームにより観測した結果から規定のスレショルドにより抽出した方向を指定して前記送信ペンシルビームを形成し、その方向に前記受信ペンシルビームを追跡させる請求項２記載のレーダ装置。 The transmission antenna synthesizes and forms a predetermined time transmission pencil beam in a designated direction during continuous observation by the transmission fan beam;
The receiving antenna observes with a receiving pencil beam corresponding to the transmitting pencil beam,
3. The radar according to claim 2, wherein said signal processor designates a direction extracted by a specified threshold from a result of observation by said transmission fan beam to form said transmission pencil beam and causes said reception pencil beam to track in that direction. apparatus.
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