JPH0217484A - レーダ装置 - 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１周波数変調によって航空機目標までの距離
を測定するパルス・ドツプラ方式のレーダ装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第４図は従来の高いパルス繰返し周波数で周波数変調を
施した送信波により航空機目標までの距離を測定するレ
ーダ装Ｒを示した構成図でるり０図において、（１）は
直線状周波数変調の送信波を発生し、高いパルス繰返し
周波数でパルス変調して送出するとともに受信信号を増
幅し、クラッタ除去後ディジタル信号に変換する励振・
受信器、（２）は送信波を大を力に増幅して空間に放射
し、目標からの反射波を受信する空中線、　＋３１に上
記励振・受信器（１）からのディジタル信号を受けて種
々の信号処理を施こし目標までの測距を行う信号処理器
であり、　（４１ｉｉクラツタ除去フイルタ、（５）は
ドツプラ・フィルタ、（６）は信号検出器、（７）は測
距回路、αＱは目標距離等を表示する表示器、Ｕは目標
数判断回路である。

第５図はレーダ装置が飛しよう体等に搭載されて移動し
ながらアンテナ・ビームを走査して目標を捜索している
概念図であり７図において、α２はレーダ装置ｉｔ、　
ｕ３はメインビームＩはサイドロープ、ａｌは目標機、
αｅは大地でめる。

第６図はジェット・エンジン・コンプレッサのブレード
に平面ｔｖが入射し、負方向のドツプラ偏移を受けるこ
とを説明するための概念図であり１図において、αηは
ブレードでおる。

第７図は第５図に示す状態においてレーダ装置が受信［
７た信号の周波数スペクトラムであり１図において、ａ
８はメインビーム・クラッタ、　　＋１３はサイドロー
プブ・クラッタ、■は目標ドツプラ信号、Ｑυはジェッ
ト・エンジン・モジュレーションによるドツプラ信号で
める第８図は測距を行うときの周波数変調された送信波
及び受信信号の時間的周波数変化を示（７た図であり１
図において、＠は送信波の周波数変化特性、　ｃｒＪＶ
ｉ目標ドツプラ信号の周波数変化特性、＠はジェット・
エンジン・モジ、レーションによるドツプラ信号の周波
数変化特性である。

第９図は両ＦＭフェーズで得られた複数のドツプラ周波
数信号を用いて距離を算出するときの組合せを示した図
である。

次に動作について説明する。励振・受信器（１１からの
一定周波数と直線状周波数変調が交互に繰返された送信
波は、高いパルス繰返し周波数でパルス変調されて空中
線（２）に送られる。空中線（２）ではこの送信波を大
電力に増幅し０図示していない多数のアンテナ素子から
所定の位相偏移を与えて空間へ放射し、アンテナ・ビー
ムを形成する。そして電子的にアンテナ・ビームを走査
しながら目標を捜索し、必要なりラックと共に目標から
の受信信号を受信する。第５図において、レーダ装置ａ
邊を搭載した飛しょう体などが自速Ｖ！で飛行しており
、ダウンルック状態でレーダ装置１α２が目標機α１を
捜索した場合、メインビームα３とサイドロープα４が
大地ｆｉｌを照射することによって不要なりラックを受
信し、メインビームＱ３が目標機ｆｉ９からの信号を受
信する。このとき目標機α９からの信号は目標機α９の
ジェット・エンジンのブレードの回転によって引き起こ
される変調によりドツプラ周波数が複数となって発生す
る。第６図に示すように、ブレードα力は移動方向に対
して電波の照射面が遠ざかるように回転するので、ドツ
プラ偏移は低くなる方向に作用する。そして、ブレード
＋１７１の形状が複雑で傾きや回転数も異なシサプハー
モニツクの変調波成分を発生させる。Ｐ１点を照射して
いた電波が、ブレードの若干の回転によりＰ、点を照射
することになるので。

目標機ａｅが近づいているにも係わらずブレードは遠ざ
かるように作用し、その結果、目標機１１５との相対速
［Ｖａに起因するドツプラ周波数より低いドツプラ周波
数が複数発生する。

速度７丁で飛行する目標機のドツプラ周波数ｆ、は次式
で示される。

２ｆ。

ｆ１＝　　　（Ｖｘ＋Ｖｔ）（ＸＩＳθ＋＋＋＋・＋＋
＋　　（１１Ｏ ただしｔ　ｆｏは送信周波数＋　ＣＧは光速、θは速度
ベクトルＶ■とアンテナ・ビームなす角度である。

次ニジエツト・エンジン・モジュレ＝ションによる周波
数偏移量をｆＪ　ＩＢＭ　　とすると複数のドツプラ周
波数は次式で示される。

ｆｚ　＝　ｆ−ｆ　ＪｇＭ ｆｓ　＝　ｆ１２ｆ　ＪＢＭ ｆａ＝ｆｔ　　３ｈ詣 ｆｋ　”、ｆｓ＋に−１）ｆＪｇＭ μ上に示したクラッタ及び信号の周波数スペクトラムは
第７図に示される。目標との相対速度によって決ま、９
．（１１式で与えられる目標のドツプラ周改数■とそれ
よりも低い周波数で（２）〜（５）式で与えられるジェ
ット・エンジン・モジェレーション信号例及びメインビ
ーム・クラッタα稀とサイドロープ・クラッタ（１９が
受信信号には含まれている。励振・受信機（１）は、こ
の受信信号を空中線（２）から受けてまず第１に低雑音
で増幅し１局発信号によル中間周波数に変換して、クラ
ッタを除去した後位相検波によりビデオ帯のドツプラ信
号を得てディジタル信号に変換する。次にディジタル信
号は信号処理器（３）に入力され、再度クラッタ除去フ
ィルタ（４）によりクラッタが完全に除去される。その
後、高速フーリエ変換によるドツプラ・フィルタ（５）
によって狭帯域ドツプラ信号となり、この出力を振幅検
波後雑音と振幅比較する１ｄ号検出益（６）で信号とし
て検出される。第８図に示すように一定周波数のＦＭフ
ェーズＣと直物状周波数変調のＦＭフェーズＢのそれぞ
れでａ故のドツプラ周波数信号が検出される。ＦＭフェ
ーズＣでは、九ｆ＝、ｆｓ、土４の周波数の４つのドツ
プラ周波数信号が受信されると、ＦＭフェーズＢでは目
標の距離に応じた値だけ周波数の偏移したｉｌ、　ｌｘ
、　ｉｓ、　ｇ＜の周波数の４つのドツプラ周波数信号
が受信される。送信波の周波数変化特注（２）に対して
目標ドツプラ信号の周波数変化特性−は、ｆｓだけ周波
ａか高くなり０次式で示される時間τだけ遅れている。

Ｌ′Ｏ ただし几は目標距離でめる。

同様にして、ジェット・エンジン・モジユレーションに
よるドツプラ信号の周波数変化特性−も、送１６波に対
してｆｚ、ｆｓ・ｆ４だけ周波数が誦くなす１時間τだ
け遅れている。

もし１言号が１つのみであれば、ＦＭ７エーズＣで検出
された周波数Ｊ１とＦ’ＭフェーズＢで検出された周反
数ｙ１より目標距離は次式で求められる。

ただし４　ＦはＦＭフェーズＢの周波変調度でるる。

ところが信号が２つ以上になると、ＦＭフェーズＣとＦ
ＭフェーズＢの２つの組合せでは４つの組合せの目標距
離が得られてしまう。そこで、従来のレーダ装置では、
もう１つのＦＭフェーズＡを追加して１周波数変調度を
変えて使用することにより２目標の距離を求めることは
可能でｂった。しかし、第８図に示すように３つ以上の
ドツプラ周波数信号がめった場合には、３つのＰＭフェ
ーズを用いても３つの目標の距離を求めることは困難で
ある。このため１　目標数判断回路Ｑυは、ドツプラ周
波数信号が１個の場合Ｆｉ、ＦＭフェーズＣはＦＭフェ
ーズＢを用い、２個の場合にはＦＭフェーズ０．ＦＭフ
ェーズＢ、ＰＭフェーズへの３つを用いて測距回路（７
）に目標信号の周波数を送って（８）式による演算を実
行させていた。また、３個以上の場合には、第９図に示
すように多数の組合せがあり、Ｎ個の場合にはへ×Ｎ通
りとなる。ただし、ＦＭフェーズＢの周波数は、ＦＭフ
ェーズＣよりも必ず小さくなるので、　　１ｌａｔ　、
　Ｒ３１、Ｒ３２＊　Ｒ４１。

ｌ−１ｆｔ４３は負となり演算の対象外となる。実際に
は（Ｎ＋１）ＸＮ÷２通りの距離演算組合せがるる。こ
のように真の目標距離を求めることができないものとし
て、測距不能としていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のレーダ装置では、上記のような方法で目標距離を
演算していたため、目標が１つでそのジェット・エンジ
ン・モジュレーションにより複数のドツプラ周波数信号
が検出された場合においても測距不能としていた。信号
が検出され゛〔おり、かつ１つの目標のみのときでも測
距不能とするのは、レーダ装置の性能ケ犬幅に劣化させ
るという問題を有していた。

この発明は、このような課題を解決するためになされた
もので、ジェット・エンジン・モジュレーションによる
複数ドツプラ周波数の差がほとんど等間隔であることに
着目し。

３つ以上の信号を検出しても２つの周波数変調フェーズ
での複数ドツプラ周波数差の全ての組合せについて測距
演算を行って、同じ値となる数の最も多い距離を真の目
標距離とし目標の距離に関係なく常に真の目標距離が得
られることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係わるレーダ装置は、このような目的を達成
するため、信号処理器において、信号を検出後金ての組
合せについて測距演算を実施し、その出力に距離データ
分類回路を設けて、同じ値の距離ごとに分類するととも
にその距離データの数を計数し、一番数の多い距離デー
タを選定し、このデータを受は取る距離判定回路ではレ
ーダの最大距離性能と比較し、もしそれ以内ならば真の
目標距離と判断し、それ以上ならば距離データ分類回路
に対して二番目に数の多い距離データを選定させるよう
にして、順次圧しい答が得られるまで繰返し、どのよう
な目標の距離範囲に対しても、かつどのようなジェット
・エンジン・モジュレーション周波数に対しても確実に
正しい測距ができるようにしようとするものである。

〔作　用〕

この発明において、複数のドツプラ周波数信号を検出し
た後、全ての組合せについて測距を行い、その出力に距
離データ分類回路を設けて、同じ値の距離ごとに分類す
るとともにその距離データの数を計数し、一番数の多い
ものから順次出力するようにするとともにその出力に設
けた距離判定回路によりレーダの最大距離性能と比較し
、もしそれ以内ならば真の目標距離と判断し、それ以上
ならば。

距離データ分類回路に対して二番目に数の多い距離デー
タを選定させ、正しい距離データが得られるまで繰り返
す。このことによってどのような目標の距離範囲のデー
タであっても、かつどのようなジェット・エンジン・モ
ジュレーション周波数であっても確実に正しい目標距離
を算出することが可能となる。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例を図に基づいて説明する。第１
図は、この発明に係わるレーダ装置の構成である。図に
おいて、（１）〜（７）、　Ｑｌは上記従来のレーダ装
置と同一の機器又は部分である。この発明において、　
＋８１Ｕ測距回路より得られた全ての組合せの距離デー
タを分類し、その距離データごとの数を計数して。

数の多い順に出力する距離データ分類回路であり、（９
）は同一の数の距離データから正しい値の距離を選定し
たり、距離がレーダの探知性能と比較して妥当であるか
を判定する距離判定回路である。第２図は、２つの周波
数変調フェーズで検出した４つのドツプラ周波数信号を
用いて、目標距離を変えて全ての組合せについて距離を
演算した結果を示す。第３図は、この発明における信号
処理器の測距回路から距離判定回路までの距離演算フロ
ーチャートを示している。

次にこの発明によるレーダ装置の動作について説明する
。送信波が励振・受信器（１１より空中Ｉｗ！（２）に
送出され、空中線（２）から目標機ａＣａに向けて放射
されて再度璧中１Ｉｊｌ（２＋にてクラッタとともに受
信された後、励振・受信器（１１で増幅１周波数変換、
クラッタ除去１佇相検波を施され、ディジタル信号に変
換されて信号処理器（３）に入力される。そして信号処
理器（３）ではクラッタ除去フィルタ（４）によるクラ
ッタ除去、ドツプラ・フィルタ（５）による狭帯域ドツ
プラ周波数信号としての抽出、信号検出器（６）による
像幅検波と雑音中からの信号検出が行われて、ドツプラ
周波数として検出される。さらにジェット・エンジン・
モジュレーションによる複数のドツプラ周波数信号を用
いて測距回路（７）で全ての組合せについて距離演算が
（８）式に基づいて行われるが、ここまでは従来のレー
ダ装置と同様である。受信されたジェット・エンジン・
モジュレーション信号について述べると、これらの信号
は目標との相対速度によって決まる真のドツプラ周波数
の信号よりも周波数が低く、その周波数間隔ｆＪＷＭは
ほとんど等間隔である。また、ジェット・エンジン・モ
ジェーレーシ〕ンにヨルトップラ周波数のＰＭフェーズ
ＣとＦＭフェーズ］３における周波数差は距離によって
決まり、その値はほとんど同じである。第２図はこれを
図に表わしたものでありｌ　、ｆｌは目標との相対速度
によって決まる真のドツプラ周波数で；ｈ’）、　ｆｚ
、　ｆｓ、　ｆｓはジェット・エンジン・モジュレーシ
ョンによるドツプラ周波数である。そして９＋は直線状
周波数変調時に受信された真のドツプラ周波数であり＋
ｊｉに対して゛　２Ｒ （７）式で示される（Ｆｏｏ）だけ低い周波数となる。

またｆ＋〜ｔａ　、　Ｅｌｓ−９＜の各信号の周波数間
隔はすＪＩＭとなって等しくなる。したがって、距離演
算の組合せは、ＦＭフェーズＣよりもＦ　Ｍフェーズ１
３の方が必ず低くなることを考えると、その周波数差が
負のときは除外できるので、第２図（Ｊｌの場合（４＋
３＋２＋１　’）の１０通りとなり、叱２０（し）の場
合（４＋３＋２＋１＋３）の１３通りとなる。この発明
において／、ｌ（め７【い具の目標距離１Ｊ第２図（ａ
＞ｒｃおいてｆｌとゾ１より演算して氷める穐でめる。

Ｒ＝：、　＝　（ｆｓ　−９ｔ　）う　・・・・・・・
・・・・・（９）几０以外の似せの彫離揚＋ｋＬ２＋几
３．電は次式１示される。

几・＝鳥＋（ｇ・−ｇ・）ム Ｆ ＝Ｒ（１＋（ｇ・−２・）！ ＝几・＋（ｇ・−ｇ・）二 Ｆ ＝＝　ｌＬｏ　＋ＲＪａＭ ・・・・・・・・・・・・・・　ａ〔 Ｒ２＝几（、十（ｇ＋　　＆３）＝ Ｆ Ｏ Ｒｏ＋（＆２．９４）１ Ｆ ”　Ｒｏ　＋２　ＲＪＥＭ　　　　・・・・・・・・・
・・・・・・αυ＝　几Ｏ＋３ａ、、、、、　　　　　
　・・・・・・・・・・・・・・・　α２第２図（ｂ）
は＜ｆｓ　　ｉｌ）がｆＪｇＭ　　より太きくなった場
合であり、Ｒ４は次式で示される。

Ｒ，＝　Ｒ６−ＲＪＥＭ　　　　　　・・甲・・・・川
・・・　α４ここで、レーダの最大距離性能を偏とする
と、几ｍが常に几Ｊ藷よシ小はい場合には。

距離演算の組合せは第２図（ａ）となるので次式％式％ したがって、距離演算結果のうちから小さな値の距離デ
ータを選定すれば、真の距離島が容易に求められること
は明らかである。このように、目標とする航”２ｍのジ
ェット・エンジン・モジュレーション周波数ｆＪＢＭが
既知で、これによる距離データＲＩＭ　も既知となり、
レーダの最大距離性能がａＳ式を満足する場合には良い
が０通常、目標とする航空機のジェット・エンジン・モ
ジェレーシ１ン周波数は未知でろシ１かつレーダの最大
距離性能がａＳ式すなわちＲｍ＞ＲＪＩｉＭとなる場合
には。

第２図（ｂ）に示すように小さな値の距離データはα警
戒に示すＲ，となり似せの距離データとなってしまう。

そこで、この発明では、ジェット・エンジン・モジュレ
ーション族ａｍ、　　レーダ最大距離性能にかかわらず
、真の目標距離を求めるために、同一の距離データの数
を計数して最も数の大きくなった距離データを求める方
式を採用する。第２図に示したように、すｌとｉｌ、ｆ
ｓとｊｊｚ、ｆｓとｊｊｚ、ｆ４とｇ＜の組合せにより
演算した距離掲が４個となって最も多く、かつ真の目標
距離でるり、他の組合せは３個以下となるので、最も数
の多い距離を真の目標距離とすることが可能である。

第２図（ａ）において、ＦＭフェーズＢで周波数ｇ１の
信号が得られなかった場合、真の目標距離為と似せの距
離Ｒ１の数がそれぞれ３個と同数となるが、値の小さい
方を選定すれば。

Ｉｔ、　（Ｒ，より真の目標距離Ｒｏが求められる。

同様のことが第２図（ｂ）の場合についても成立する。

このように測距回路（７）よシ得られた全組合せの距離
データは、距離データ分類回路（８）に入力される。こ
こでは同一の距離データごとにその数が計数され、その
数が多い１随に距離データが出力される。数の同じ距離
データが２つ以上出力される場合もあるので、このデー
タを受は取る距離判定回路（９）はまず第ｌに距離デー
タ数を調べ、２個以上のときには。

距離の小さい方を選択する。そして、その距離データが
レーダ最大距離性能以［りの妥当な値であるか全比較し
、妥当な値が得られるまで距離データ分類回路（８）よ
り距離データを順次出力させる。このようにして確実に
正しい目標距離を得て、弐示器αｌに表示する。第３図
は、測距回路（７）から距離判定回路までの距離演算フ
ローチャートであり、第２図の例を用いて説明する。距
離データ分類回路（８）は測距回路（７）からの多数の
距離データをステップ（７）でｔｔｏ、”１．”２１　
”ｌ、Ｒ４ごとに分類し。

かつその敷金それぞれ４．　３．　２．　１．　３と計
数する。そしてステップ（イ）で最も数の多い４個のＲ
ｏを距離データとして出力する。距離判定回路（９）は
、まずステップ（つ）で距離データ数が１個であるかを
確認し、　ｉｔＯが１個でろるので、これを仮に真値と
する。次にステップ（４）で最大距離性能几ｍと比較し
て、ステップψ）で妥当な値かを判定し目標距離Ｒｏを
決定して表示器Ｑｌへ出力する。貼より太きつれば。

距離データ分類回路（８）より２番目に数の多い距離デ
ータを出力させて同様な処理を行う。

第２図を用いて説明したときのように、鳥とｋＬｌがそ
れぞれ３個ずつ得られた場合には距離判定回路はステッ
プに）で距離の小さい方を選択する。

このように、ジェット・エンジン・モジュレーション周
波数及びレーダ最大距離性能によらず、常に確実に正し
い目標距離が得られることになる。

なお上記実施例は、を子的にビーム走査を行うを中叡を
用いたレーダ装置ｊｔを示したが。

この発明はこれに駆足されるものではなく。

どのような方式の空中線や送信機を用いたレーダ装置に
も通用可能であり、また信号処理器は、ハードウェアに
よる構成でもソフトウェアによる構成でも実現可能でる
る。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明は、従来のレーダ装置の副圧演
算方式を利用し、距離データ分類回路と距離判定回路を
信号処理器の測距回路出力に追加するだけの簡単な構成
で、航空機目標のジェット・エンジン・ブレードの回転
に起因するジェット・エンジン・モジュレーションによ
る多数のドツプラ周波数信号を検出した場合でも、ジェ
ット・エンジン・モシュレージ３７周波数及びレーダ最
大距離性能による制限を受けず、確実に真の目標距離を
算出し、レーダ探知性能の劣化’ｔｂ止するという効果
かめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例によるレーダ装置を示す
概略の構成図、第２図は、この発明における周波数変調
測距を行う組合わせを示す図、第３図は、この発明にお
ける距離演算フローチャート、第４図は１従来のレーダ
装置を示す概略の構成図、第５図は、レーダ！Ｉ＆が飛
行しながら目標機を捜索している概念図、第６図は、ジ
ェット・エンジン・ブレードの回ｒにによる負方向のド
ツプラ偏移を説明するための概念図、第７図は、第５図
に示すレーダ装置が受信した４ｇ号の周波数スペクトラ
ム、第８図は、送信波と受１ぎ波の時間的変化を示した
図、第９図は、ａ数のドツプラ周波数信号を用いて距離
演算を行うときのｍ会わせを示す図である。 図において、（ｌ）は画像・受信器、（２）は空中庫。 （３）は信号処理器、（４）はクラッタ除去フィルタ。 （５）はドツプラ・フィルタ、（６）は信号検出器、（
７）は測距回路、（８）は距離データ分類回路、（９）
は距離判定回路、　Ｑｌは表示器、Ｑυは目標数判断回
路、ａδはレーダ装置、　Ｑｌはメインビーム、ａ尋は
サイドロープ、ａ埼は目標機、αｅは大地、顛はブレー
ド、　Ｑｌｌはメインビーム・クラッタ、　＜１９はサ
イドロープ・クラッタ、■は目標ドツプラ信号。 Ｑυはジェット・エンジン・モジュレーションによるド
ツプラ信号、＠は送信波の周波数変化特性９ｇ３は目標
ドツプラ信号の周波数変化特性。 ＠はジェット・エンジン・モジュレーションによるドツ
プラ信号の周波数変化特性＋　　ｆｌ　＊　ｆｌ　＋ｆ
３．　ｆａ、　Ｊ９ｔ、９ｚ、　９ｓ、　１１４’ｌ”
ｉドラ１ラ周波数。 ｈｒｏｔｔｆｌシェツト・エンジン・モジニレ−シラン
周波数、鳥は真の目標距離＊　　”ｌ＋　”！、”３＋
几４は似せの距離、Ｆは直線状周波数変調の周波数変調
度＋　　ｆＬＪＩＭはｆ　ＪｇＭを用いて演算した距離
１ＰＲＦはパルス繰返し周波数、ｆｏｒａ送信波の周波
数＋　　Ｒ１鳳〜Ｒ４４はｆ、　−ｆ、とｇ１〜１４の
組合せににより演算した距離、アルカは距離データ分類
回路から距離判定回路までの距離演算フローの各ステッ
プである。 なお１各図中、同−符号は同−又は相当部分を示すもの
とする。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一定周波数の送信波と直線状周波数変調の送信波を交互
   に所定の期間発生し、この送信波を所定のパルス繰返し
   周波数でパルス変調して空中線へ送出するとともに受信
   信号を増幅後局発信号により周波数変換してクラッタ等
   の不要信号を除去し、位相検波後ディジタル信号に変換
   する励振・受信器と、上記励振・受信器からの送振波を
   増幅して空間に放射し、目標からの反射信号を受信する
   空中線と、上記励振・受信器からのディジタル受信信号
   に含まれるクラッタを除去し、目標からのドップラ周波
   数を一定周波数での送信期間と直線状周波数変調での送
   信期間とで周波数分析により検出し、その両期間で得ら
   れたドップラ周波数の差から目標までの距離を算出する
   信号処理器と、目標諸元を表示する表示器とを具備し、
   さらに上記信号処理器は目標機からのドップラ周波数信
   号が目標機のエンジン・コンプレッサ・プレートの回転
   により周波数変調を受けて、一定周波数送信期間と直線
   状周波数変調送信期間の両方において、それぞれ複数の
   ドップラ周波数信号を受信した場れ、両者の複数のドッ
   プラ周波数差の全ての組合せについて測距演算を行い、
   その演算結果の中から同一の値となるものの数をもとめ
   、その数が最も多いものを真の目標距離として判断する
   手段を有することを特徴とするレーダ装置。