JPS63179272A - ホログラフイツクレ−ダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は空間に配列された複数個のアンテナ素子が受
信した信号をディジタル信号処理することにより受信信
号に含まれる妨害信号を除去するレーダ方式に関するも
のである。

〔従来の技術〕

レーダが受信した信号に含ま−れる妨害信号を除去する
ための従来方式として、例えば１９７８年に開催された
国際学会誌「イースコン’８６Ｊ　　（ＥＡＳＣＯ，Ｎ
′８６）のアバラハム　ルピン（Ａｂｒａｈａｍ　Ｒｕ
ｖｉｎ　）による「レーダ用ディジタルマルチビーム形
成技術（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｂｅａｍ
　ｆｏｒｍｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒ　Ｒａ
ｄａｒ　）　Ｊに開示されたホログラフィックレーダが
知られている。

第４図は従来のホログラフィックレーダの構成を示すブ
ロック図である。第４図において、１ａ＋ｌｂ、ｌｃは
アンテナ素子、２ａ、　　２ｂ、　　２ｃは受信機、３
ａ、３ｂ、３ｃはＡ／Ｄ変換器、４は高速フーリエ変換
（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　；
　ＦＦＴ）演算手段としてのＦＦＴプロセッサである。

ｓｌ、ｓ２はホログラフィックレーダが受信する電波信
号であり、ここでは説明を簡単にするため電波信号数は
２つとする。Ｓｌは目標信号であり、Ｓ２は妨害信号で
ある。各信号の到来方向を各々θ１．θ２で表す。また
、アンテナ素子、受信機及びＡ／Ｄ変換器のそれぞれの
総数はＮ個とする。

以下の説明の便宜上、第４図において、アンテナ素子１
ａに＃１の番号を、アンテナ素子１ｂに＃２の番号を、
アンテナ素子ＩＣに＃Ｎの番号を与える。

外部空間から到来した電波信号はまずＮ（［ｌｉｌのア
ンテナ素子１ａ＝１ｃに捕られる。アンテナ素子ｌａ〜
ｌｃは各々捕えた電波信号をＲＦ　（Ｒａｄｉ。

Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　）の電気信号に変換して受信機２
ａ〜２Ｃに転送する。受信機２ａ〜２Ｃは、各々入力し
たＲＦ傷信号その内部で増幅９位相検波してベースバン
ドの電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器３ａ〜３Ｃに転送
する。Ａ／Ｄ変換器３ａ〜３Ｃは各々入力したベースバ
ンド信号をその内部で標本量子化し、ディジタル信号ｘ
（１）〜ｘ（Ｎ）に変換して出力する。ディジタル信号
ｘ　（１）〜ｘ（Ｎ）はアンテナ素子１ａ〜１ｃが受信
した電波信号の位相情報を保持しており、いわゆるｌ　
　（ｉｌ−ｐｈａｓｅ）信号とＱ（ｑｕａｄｒａｔｕｒ
ｅ　ｐｈａｓｅ）信号を各々実部、虚部にもつ複素信号
である。ここでディジタル信号の表記に用いられている
添字番号は、アンテナ素子を区別するために与えた番号
に対応しており、例えばｘ　（１）はアンテナ素子１ａ
が捕えた電波信号から生成されたディジタル信号である
ことを示している。

次にこれらのディジタル信号ばＦＦＴブロセフサ４に転
送される。ＦＦＴプロセッサ４はその内部でディジタル
フーリエ変換（Ｄｔｇｉｔａｌ　Ｆｏｕｒｉｅｒ□：Ｔ
’ｒａｓｆｏｒｍ　　；　Ｄ　Ｆ　Ｔ）演算を実行して
、ディジタル信号ｘ　（１）　〜Ｘ（Ｎ）のスペクトル
ｙ　（１）、７（２１〜ｙ（Ｎ）を出力する。これらス
ペクトルの表記に用いられている添字ｉはスペクトルの
周波数を表す数値で、以下これを周波数番号と呼ぶ。Ｆ
ＦＴプロセッサ４が実施するＤＦＴ演算は、Ｎ個のアン
テナ素子１ａ〜ＩＣで個別に受信した電波信号の位相を
そろえて積分することができ、その結果、受信した電波
信号の電力を電波信号の到来方向に対応するスペクトル
に集中して出力することができる。電波信号の到来方向
θと周波数番号ｉとの対応関係は次式によって与えられ
る。

ｄ：アンテナ素子間隔 λ：受信信号の波長 また、スペクトルの強度１ｙ（１）１２はθ方向から到
来する電波信号の電力に比例した量となる。

ホログラフィックレーダは以上述べた演算処理によって
アンテナ素子１ａ〜ＩＣが同時に捕えた複数個の電波信
号を空間的に弁別することができる。即ち第５図に示す
ように、ホログラフィックレーダは外部空間に向けて複
数個のペンシルビーム５を形成して、同時に到来する複
数個の電波信号を到来方向に応じて弁別することができ
る。第５図においてペンシルビーム５に付されている番
号は周波数番号である。例えば第４図に示されるように
、ホログラフィックレーダが捕える電波信号が８１と８
２の２つの場合には、ＦＦＴプロセッサ４が出力するス
ペクトルの強度１ｙ（ｉｌ１２（ｉ＝１〜Ｎ）は、第６
図に示されるように、２つの大きなスペクトルピーク６
．７をもつ。スペクトルピーク１ｙ（１）１２６は目標
信号Ｓ１によるものであり、スペクトルピーク１ｙ（Ｉ
Ｎ２７は妨害信号Ｓ２の受信によって生じたものである
。上記第（１）式より、周波数番号１）と周波数番号１
２は各々次式で与えられる。

Ａ このようにホログラフィックレーダでは同時に受信した
電波信号を弁別できるから、ここで、スペクトルｙ　（
ｉ２）を無視してスペクトルｙ（ｉｔ）のみを抽出すれ
ば、妨害信号Ｓ２を除去して目標信号Ｓ１を検出するこ
とができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べた方法により従来のホログラフィックレーダで
は妨害信号の除去を図っていたが、次のような問題があ
った。その問題点を第７図及び第８図を用いて説明する
。

第７図はＦＦＴプロセッサ４が実施するＤＦＴ演算によ
り等価的に形成されるペンシルビーム５の拡大図であっ
て、１０はスペクトルのメインローブ、１）はスペクト
ルのサイドローブである。

厳密に言えば、ＦＦＴプロセッサ４はアンテナ素子１ａ
〜ＩＣが捕えた電波信号の電力の大部分を（１）式で計
算される周波数番号に集中させて、スペクトルのメイン
ローブ１０を形成することができる。ところが、アンテ
ナ素子数が有限であるために、公知不確定性原理により
アンテナ素子１３〜ＩＣが捕えた電波信号電力の一部が
他の周波数番号に漏れて、スペクトルのサイドローブ１
）を形成する。例えば第６図において、８は目標信号Ｓ
１のサイドローブを示し、９は妨害信号Ｓ２のサイドロ
ーブを示している。第６図に示されるように、サイドロ
ーブはスペクトルの相互干渉を生じさせ、電波信号の弁
別性能を劣化させ得る。通常、サイドローブの大きさは
、メインローブの大きさに比べて１　／１００程度小さ
いため、妨害信号Ｓ２の電力と目標信号Ｓ１の電力に大
差がなければサイドローブに起因する干渉はほとんど問
題にならず、目標信号を正確に検出することができる。

ところが、妨害が故意になされる場合、妨害信号Ｓ２は
目標信号Ｓ１の電力に対して１０３倍。

１０４倍もの電力を有するものが用いられる。このよう
な場合、スペクトルの強度１ｙ（１）１２は第８図のよ
うになり、目標信号Ｓ１は妨害信号Ｓ２のサイドローブ
に埋れてしまい、目標信号Ｓ１を検出できないという問
題があった。

以上に述べたように、従来のホログラフィックレーダで
は、複数のペンシルと一部を形成して同時に受信する電
波信号を空間的に弁別することによって妨害信号の除去
を図るように構成されていたので、妨害信号の電力が目
標信号のそれに比べて大きくなるとサイドローブの下に
目標信号が埋もれてしまい、これを検出できなくなると
いう問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、妨害信号の電力が大きい場合にもこれを除去
して目標信号が検出できるホログラフィックレーダを得
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段〕 この発明に係るホログラフィックレーダは、妨害信号の
到来方向をスペクトル計算手段、最大値検出器を用いて
検出し、検出した方向にノツチを形成できるノツチフィ
ルタをＦＦＴプロセッサの前段に設けて、まずディジタ
ル信号に含まれる妨害信号成分を除去し、その後ノツチ
フィルタの出力信号をＦＦＴプロセッサに入力して等価
的マルチビームを形成し、目標信号を検出しようとする
ものである。

〔作用〕

この発明によるホログラフィックレーダでは、ＦＦＴプ
ロセッサがその内部で実施する演算によう電波信号の弁
別を行う前に、妨害信号の到来方向にノツチをもったデ
ィジタルフィルタにより妨害信号成分がディジタル信号
から除去されているため、妨害信号のサイドローブが目
標信号に干渉することを除去することができる。

〔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
図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。第１
図において、１２はスペクトル計算手段、１３は第２の
ＦＦＴプロセッサ、１４は検波器、１５は最大値検出器
、１６はノツチフィルタである。また、第１図において
、１ａ〜ｌｃ。

２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｃ、４の各符号は第４図で使用し
たものと全く同等のものである。第１図に示す装置が、
第４図に示した従来の装置と相違するところは、第１の
ＦＦＴプロセッサ４の前段のノツチフィルタ１６が付加
され、ディジタル信号ｘ　（１）〜ｘ（Ｎ）のスペクト
ル計算手段１２と最大値検出器１５が付加されている点
にある。上記スペクトル計算手段１２は第２ＯＦＦＴプ
ロセツサ１３と検波器１４とから構成され、ペリオドグ
ラム法によりディジタル信号ｘ（１）〜ｘ（Ｎ）のスペ
クトルを計算するものである。

第２のＦＦＴプロセッサ１３．検波器１４．最大値検出
器１５は妨害信号Ｓ２の到来方向θ２を検出するための
手段であって、以下それらの動作について説明する。

第２のＦＦＴプロセッサ１３がその内部で実施する演算
は第１のＦＦＴプロセッサ４が実施する演算と全く同等
であって、ディジタル信号ｘ（１）〜ｘ（Ｎ）のスペク
トルｙ（１）〜ｙｃＮ）を生成してこれらを検波器１４
に転送する。検波器１４はｙ（１）〜ｙ（Ｎ）の絶対２
乗値１ｙｌｌ１２〜ｌ　ｙ（Ｎ）ｌ　２を計算してこれ
らを最大値検出器１５へ転送する。

いま、第１図に示すように本実施例のホログラフィック
レーダが受信する電波信号が目標信号Ｓ１（到来方向は
θ１）と妨害信号Ｓ２　　（到来方向はθ２）の２つで
あり、妨害波信号Ｓ２の電力が目標信号Ｓ１のそれより
充分大きい場合を考えると、検波器１４が出力するスペ
クトルの強度１ｙ（１）１２（ｉ＝１〜Ｎ）の分布は第
８図に示すようになる。

第８図から明らかなように、１ｙ（ｉｌ１２の最大値は
ｌ　ｙ（ｉ　２）　ｌ　２で与えられる。１２は（３）
式より妨害信号の到来角と対応しているから、１２を検
出すること、即ちＩｙ（１）１２の最大値を検出するこ
とが妨害信号の到来角を検出することと等価になる。最
大値検出器１５は上に述べた原理に基づいて妨害信号の
到来方向を検出するもので、検波器１４が転送した８個
のスペクトル強度１ｙ（１）１２（ｌ＝１〜Ｎ）の大小
比較を実行して、最大のスペクトル強度ｌ　ｙ（ｉ　２
）　ｌ　２を検出し、１ｙ（ｉ２）１２を与える周波数
番号１２を出力信号としてノツチフィルタ１６に転送す
る。

第２図はノツチフィルタ１６の詳細ブロック図である。

第２図において、１７ａ、１７ｂ、１７Ｃは複素乗算器
、１８　ａ、　　１８　ｂ、　　１８　ｃは複素減算器
、１９は荷重計算手段である。

ノツチフィルタ１６は、Ａ／Ｄ変換器３ａ、３ｂ、３ｃ
から転送されるディジタル信号ｘ　（１）〜Ｘ（Ｎ）に
第（４）式に示される演算を施して信号ｕ　（１）〜（
Ｎ−１）を生成する。

ｕ（１）＝ｘ　（ｉ　＋１）−Ｗ−ｘ（ｉ）ｉ＝ｌ　〜
Ｎ−１・・・（４） 第（４）式に現われる減算は複素減算器１８ａ、１８ｂ
、１３ｃによって実行され、乗算は複素乗算器１７　ａ
、　　１７　ｂ、　　１７　ｃによって実行される。例
えばｕ　（１）は複素乗算器１７ａと複素減算器１８ａ
とが用いられて生成される。複素乗算器１８ａ。

１８ｂ、１８ｃに印加される荷重は全て同じ荷重Ｗが用
いられ、荷重Ｗは荷重計算手段１９により生成される。

荷重計算手段１９は最大値検出器１５が出力した信号で
ある周波数番号１２に基づき、その内部で第（５）式で
示される演算を実行して荷重Ｗを生成する。

以上述べた演算をその内部で実行することにより、ノツ
チフィルタ１６はディジタル信号ｘ（１）〜ｘ（Ｎ）に
含まれる妨害波信号Ｓ２を除去する。目標信号Ｓ１．妨
害信号Ｓ２は平面波であるから、ディジタル信号ｘ（１
）〜ｘ（Ｎ）は次式によって表すことができる。

−ｊ２ｔ−ｔｓＩｎＯＩ Ｘ（１）＝Ｓｅ　　λ　　＋５ｅ−Ｊ：Ｌ＊Ｔｊ　５ｌ
ｎｏ”　　−（６）１　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　ｉｎ〒１〜Ｎ 第（６）式において、第１項は目標信号Ｓ１の受信の結
果表記される項であり、第２項は妨害信号Ｓ２の受信の
結果表記される項である。第２項に示されるｅｘｐ　［
−ｊ２．’ｉ　ｓｉｎθ２］なる位相項は、妨害信号Ｓ
２が各アンテナ素子１ａ〜ＩＣに到来する時間遅れによ
る位相差を表したものである。同様に、第１項に示され
る位相項は目標信号Ｓ１が各アンテナ素子に到来する時
間遅れによる位相差を表したものである。第（５）式、
第（６）式を第（４）式に代ｉ＝１”Ｎ−１・・・（７
） さらに、第（７）式に第（２）式、第（３）式を代入す
るとｉ＝１〜Ｎ−１・・・（８） 第（８）式に示されるように、信号ｕ（１）には妨害信
号成分は含まれておらず、ノツチフィルタ１６がディジ
タル信号ｘ（１）〜ｘ　（Ｎ）に含まれる妨害信号Ｓ２
成分を除去したことが分かる。これは第３図（ａ）に示
すように、アンテナ素子１ａ〜ＩＣの受信利得を妨害信
号８２到来方向θ２に対してＯになるように成形したこ
とに相当する。

このように信号ｕ　（１）〜ｕ（Ｎ　−１）には妨害信
号Ｓ２成分は含まれないから、ＦＦＴプロセッサ４が出
力するスペクトルｖ　（ｉ）の強度ＩＶ（１）１２は第
３図世）に示すようになる。第３図（ｂ）に示されるよ
うにｖ（１）の強度には、目標信号Ｓ１の電力が積分さ
れて生じたスペクトルビーク６のみが現われ、目標信号
Ｓ１を検出することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、妨害信号の到来を検
出してその方向にノツチが形成されるようにホログラフ
ィックレーダを構成したので、妨害信号を除去して精度
よく目標信号を検出できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるホログラフィックレ
ーダを示すブロック図、第２図は該レーダのノツチフィ
ルタの構成を示す詳細ブロック図、第３図（ａ目よノツ
チフィルタの受信利得を示す図、第３図世）はスペクト
ル強度分布を示す図、第４図は従来のホログラフィック
レーダの構成を示すブロック図、第５図はホログラフィ
ックレーダが形成するマルチビームを示す図、第６図は
スペクトル強度を示す図、第７図はペン゛シルビームの
拡大図、第８図はスペクトル強度を示す図である。 １ａ〜ＩＣ・・・アンテナ素子、２ａ〜２Ｃ・・・受信
機、３ａ〜３ｃｍＡ／Ｄ変換器、４．１３・ＦＦＴプロ
セッサ、１２・・・スペクトル計算手段、１４・・・検
波器、１５・・・最大値検出器、１６・・・ノツチフィ
ルタ、１７ａ〜１７ｃ・・・複素乗算器、１８ａ〜１８
ｃ・・・複素減算器、１９・・・荷重計算手段。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個のアンテナ素子と、該アンテナ素子に接続
   された複数個の受信機と、該受信機に接続された複数個
   のＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器から出力されるディ
   ジタル信号を高速フーリエ変換するＦＦＴ演算手段とを
   備え、受信信号をディジタル処理して受信信号に含まれ
   る妨害信号を除去するようにしたホログラフィックレー
   ダにおいて、 上記各Ａ／Ｄ変換器から出力されたディジタル信号のス
   ペクトルを計算するスペクトル計算手段と、 該スペクトル計算手段が出力する複数の信号を入力して
   該出力信号の最大値を検出する最大値検出手段と、 上記ＦＦＴ演算手段の前段に挿入され、上記最大値検出
   手段の検出結果に応じて上記Ａ／Ｄ変換器から出力され
   るディジタル信号に含まれる特定の周波数成分を除去す
   るノッチフィルタとを備えたことを特徴とするホログラ
   フィックレーダ。
2. （２）上記スペクトル計算手段は、上記各ディジタル信
   号を高速フーリエ変換するＦＦＴ演算手段と、該ＦＦＴ
   演算手段が出力する信号の絶対二乗値を計算する計算手
   段とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のホログラフィックレーダ。