JPH0664140B2 - 方向識別レーダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、擬似ランダム・コードで変調された電波によ
る目標からの反射波の検波信号を相関処理し、目標物の
存在象限判定の応答性を向上させ、象限判定を行う方向
識別用レーダ装置に関するものである。

本発明において方向識別とは目標物体の存在する象限の
判定を意味するものとする。

〔従来技術および発明が解決しようとする課題〕

従来アクティブな目標検出装置として、単一の擬似ラン
ダムコード信号を用いて同一の送信および受信アンテナ
で全方位の目標からの反射信号を相関処理し目標の接近
に限り検出を行う目標検出レーダ装置が知られている。
これは目標までの距離が所定値以下になったことを検出
するものであり、その場合の目標の方向は検出できな
い。

また、目標方向の検出装置として、それぞれの２個の送
信用および受信用アンテナを設け送信アンテナで２個以
上の擬似ランダム・コード信号の投射象限と受信用アン
テナを高速に切換えた受信象限とで検出象限パターンを
合成し、相関処理を行い、検出象限内の目標の微弱な反
射信号を検出し、目標の接近および目標方向情報を得る
先行技術が提案されている。

この先行技術が第６図を用いて説明される。この先行技
術は本出願人の特願昭62−269420号に示されるものであ
る。

第６図は次の如く構成される。アンテナ部は一対の送信
アンテナ11,12と受信アンテナ13,14より構成される。無
線周波の発振器15からの発振波は、分配器16を介して一
対の変調器17,18に送られ、外部入力により変調された
出力は送信アンテナ11,12に送信される。

一対の受信アンテナ13,14からの受信入力はクロック発
生器200のクロックとともにマイクロ波スイッチング回
路210に送られてスイッチングを行い、そのスイッチン
グ出力は、無線周波発振器15の出力とともに復調器に送
られる。復調器21の復調出力は電力分配器22に送られて
４分割される。

電圧制御発振器25の発振出力は第１、第２の擬似ランダ
ムコード発生器24A,24Bに送られ、夫々第１の出力は前
記変調器17,18に送られる、夫々第２の出力は相関器31,
34へ、また夫々第３の出力は相関器32,33に送られる。
相関器31〜34出力は低域フィルタ311〜341を介して判定
器45に送信される。

判定器45は２個の比較器431,432と２個のスイッチ451,4
52とを含む。前記相関器31と32の出力は夫々フィルタ31
1,321を介して比較器431に入力して比較されてスイッチ
451に出力し、また相関器33と34の出力は夫々フィルタ3
31,341を介して比較器432に入力して比較されてスイッ
チ452に出力する。前記クロック発生器200からの出力は
第１、第２のスイッチ451,452に入力され、上記比較器4
31,432の出力とともにスイッチに入力されて、第１のス
イッチ451からは出力Ｘ_１,X_２、第２のスイッチ452から
出力Ｘ_３,X_４が得られる。

第６図装置においてRF発振器15より出力される無線周波
（RF）出力は分配器16で２分割されて分配された後、変
調器17で第１の擬似ランダムコード発生器24Aより発生
した擬似ランダムコードで変調された後、送信アンテナ
11より上方外部に放射される。また変調器18で第２の擬
似ランダムコード発生器24Bから発生した擬似ランダム
コードで変調された後に送信アンテナ12から下方外部に
放射される。

放射された電波は目標物体により反射され、左側受信ア
ンテナ13或いは右側受信アンテナ14で受信され、マイク
ロ波スイッチング回路210で受信電波は交互に切換えら
れた後復調器21で発振器15から出力される無線周波出力
を用いてホモダイン検波され復調される。

ホモダイン検波された信号は電力分配器22において４分
配され、先ず相関器31で無線周波の変調に用いた基準擬
似ランダムコード（24Aの左端出力）から反射時間τだ
け遅れたものと、基準と同一のコードでかつ１ビット遅
れたコード（24Aの左２番目出力）とで相関をとる。

また相関器32は１ビット進みコード（24Aの左３番目出
力）との相関をとる。同様に相関器33は擬似ランダムコ
ード発生器24Bで発生される１ビット遅れコードとの相
関を、また相関器34は１ビット進みとの相関をとること
になる。

４個の各相関器31,32,33,34からの出力は夫々低域フィ
ルタ311,321,331,341を介して積分され、判定器45にお
いて目標物体の方向を判定する。

次に相関器の作用について説明する。例えば相関器31は
平衡変調器を介して２つの入力の乗算を行う。この２入
力とは下方からの入力に擬似ランダム信号であり、左方
からの入力は電子分配器出力信号である。かつ相関器出
力は相関があればドップラー周波数のアナログ信号を検
出した出力であり、相関なければ０信号（信号なし）で
ある。

次に目標物体の存在領域の検知方式について説明する。

アンテナを90°間隔で４本設置し、対角線上に位置する
ものを対として、２組の対のうち１組を送信用、他方を
受信用のアンテナとする。このうち送信用パターンは常
時送信される。上下いずれかのパターンに対して反射が
あるのかを区別するために、擬似ランダムコードを上下
（又は左右）のパターンに対して異なるようにしてい
る。

これに対し受信パターンは、送信パターンと同じく左右
（又は上下）どちらのパターンから受信したかを区別す
るために、受信アンテナ13,14をマイクロ波スイッチ210
により切換えることにより識別が行われる。

相関器31,32,33,34では送信信号の変調に用いた２種の
擬似ランダムコード夫々と同一のコードで、かつ１ビッ
ト遅れたコードおよび１ビット進んだコードで相関をと
る。このとき相関器からの相関信号に基づき、判定部45
で２組の信号の乗算と積分演算を行って４種類の合成パ
ターンに対応した信号が得られる。たとえば、目標が左
下から近づいてきて、レーダー装置と目標との間の電波
の往復時間が１ビット対応時間以内となったとき、下方
送信アンテナ12から発射される電波の変調に用いた擬似
ランダムコードと、このコードの１ビット遅れのコード
（擬似ランダムコード発生器24Bでつくられ、相関器33
に出力される）との相関が顕著に現れるため、マイクロ
波スイッチ回路210が左側受信アンテナ13と復調器21を
接続している期間に相関器33の出力は他の相関器の出力
に比較して高レベルとなる。従ってこの期間に判定器45
内の比較器432から目標検出信号が出力されてスイッチ4
52に送られる。このスイッチ452は、クロック発生器200
でつくられるタイミング・パルス信号によって、比較器
432の出力を出力端Ｘ_３あるいはもう一つの出力端Ｘ_４
に、左右それぞれの受信アンテナ13,14の受信切換えと
同期して切換えるが、目標検出信号はマイクロ波スイッ
チ回路210が左側受信アンテナ13に接続されている期間
のみ比較器432の出力側に現れるので、目標検出信号は
判定器45の出力端Ｘ_３に出力される。同様に、もし目標
が左上から近づけばＸ_２、右上から近づけばＸ_１、Ｘ_４
から目標検出信号が出力され、目標物体の存在領域の確
認を行うことができる。

しかしながら第６図に示される先行技術は目標の象限方
向の検知判定を行うもので、受信用アンテナを切替える
ことによる検出信号の断続して目標検知の応答性に劣る
という問題点がある。なお、この先行技術においては受
信信号の切替え（スイッチング）により時間的断続が生
じ連続的な操作に困難があり、受信信号処理において切
替えに伴うスパイク波形が発生し、検知信号の不安定な
期間が発生し、例えば400Hz電源を用いて切替えを行う
と受信信号に2.5_msecのとぎれが生ずるなどの問題点も
ある。

本発明の主な目的は、４方向のビーム検出信号を用い、
スイッチング機構を用いることなく、目標を瞬時に検知
し、各ビーム検出信号レベルを比較し、目標の象限検知
の断続時間のない連続応答による象限判定を行い、目標
検知の応答性を向上させることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、それぞれ２個の送信用および受信用ア
ンテナを有し、各々の投射パターンにより目標検知象限
範囲の合成パターンを得るアンテナ部、複数種の擬似ラ
ンダムコードで変調したRF電波を送受信するとともに、
送信擬似ランダムコード信号と受信擬似ランダムコード
信号との相関検出を各受信用アンテナ別々に連続して出
力する送受信機部、夫々のビームの相関信号と無相関信
号を比較し、目標物を瞬時に検知した信号と送受信機部
の相関出力の直流電圧による合成パターン出力信号を用
いて各ビームの隣接する信号レベルの比較を行い、目標
存在の象限信号を検出し、全方向の目標物を断続するこ
となく確定に連続して目標の存在する象限を判定する象
限判定部、とを具備する方向識別レーダ装置、が提供さ
れる。

上記本発明の構成によれば、次の如き作用を有する。送
受信アンテナ部および送受信機部においては、各々２つ
の送信アンテナと受信アンテナの投射パターンを用いて
４象限方向の合成パターンを構成させる。また送信アン
テナの上下各々から２つの擬似ランダムコードA,Bを個
別に変調し、RF電波を発射させる。

左右受信アンテナの受信出力を時分割して切替えずに、
時間的に連続して左右２系統でホモダイン検波させる。

左右ホモダイン検波用復調器へのローカル信号はそれぞ
れアイソレーションのとれた分配器（25〜30dB以上）を
用いて、左右受信信号の分離を良くする。

左右の受信信号はそれぞれの電力分配され、２つの擬似
ランダムコードA,Bにより相関を行って、４方向のビー
ム信号を直流電圧で連続して出力させる。

象限判定部においては、 ４方向のビーム出力信号の一つは左右夫々無相関信号を
用いて比較し、目標反射信号があることを瞬時に検知
し、トリガーパルスによりラッチ信号を送出させる。

もう一つの４方向のビーム出力信号は、各々のビームの
隣り合った象限対の受信レベルを比較し、目標の存在象
限範囲を正確に判定して２値信号として出力させる。

目標を瞬時に検知したラッチ信号と各ビームの信号レベ
ルを比較した２値信号とにより、目標存在象限を判定
し、目標象限信号を出力させる。

〔実施例〕

本発明の一実施例としての象限識別機能をもつレーダ装
置を第１図に示す。

送受信アンテナ部10は一対の送信アンテナＴ（上）11、
Ｔ（下）12と一対の受信アンテナＲ（左）13、Ｒ（右）
14とにより構成される。

送受信機部100のRF発振器15の発振波は分配器16を介し
て一対の変調器17,18に送信され、擬似ランダムコード
発生器24からの擬似ランダムコードA,Bの信号により各
々変調されて、被変調波は夫々送信アンテナＴ（上）1
1、Ｔ（下）12から放射される。一方、一対の受信アン
テナＲ（左）13、Ｒ（右）14により捕捉された受信入力
は各々復調器I20、復調器II21へ送信される。この各々
の復調入力は分配器19により２分配されたRF発振器15か
らの出力とによりホモダイン検波されて復調され、それ
ぞれの電力分配器I22、電力分配器II23に送られる。

分配器19は復調器I,II間のアイソレーション、例えば25
〜30dB以上を取るためにハイブリッド分配器などを用い
て受信用アンテナの左、右の分離を行う。

電力分配器I22で３分配された受信信号は、第２図に示
す送受信アンテナパターンに於いて、受信アンテナＲ
（右）14の出力は送信アンテナ・パターンＴ（上）、Ｔ
（下）と受信アンテナ・パターンＲ（右）の合成受信パ
ターンであり、ビーム１とビーム４の信号が含まれる。
相関器31,32,33では従来公知の相関方法により、RF発振
信号の変調に用いた基準擬似ランダム・コードA,Bとい
ずれかの基準と同一のコードでかつ１ビット遅れのコー
ドとで相関され低減フィルタLPFを介して出力される。

従って相関器31は擬似ランダムコードＡの相関信号を用
いてビーム４の出力信号として低域フィルタ311を介し
て象限判定部400に入力する。同様に相関器32は擬似ラ
ンダム・コードＢの相関信号でビーム１の出力信号とし
て低域フィルタLPF321を介して象限判定部400に入力す
る。また、電力分配器II23で３分配された受信信号は第
２図に示す送受信アンテナＲ（左）13の出力で送信アン
テナ・パターンＴ（上）、Ｔ（下）と受信アンテナ・パ
ターンＲ（左）との合成受信パターンでビーム２とビー
ム３の信号が含まれ相関器34,35,36を用いて上記と同様
に相関がとられ、相関器34はビーム３の出力信号を、相
関器35はビーム２の出力信号として各々低域フィルタを
介して象限判定部400に入力される。

各ビームの出力信号は各々の象限方向の検出信号である
が、象限判定部400においては所定の設定及び正確な象
限の判定を行い、象限検知信号として出力端Ｘ_１〜Ｘ_４
に出力する。

擬似ランダムコードA,Bで変調した送信信号が上下の送
信アンテナから放射され、目標物体から反射して来た受
信信号は左右の受信アンテナで受信する。その受信信号
は目標物体までの往復の伝搬距離に相当する時間に、例
えば擬似ランダム・コード発生器24内で１ビット遅延さ
せた擬似ランダムコードＡにより相関器31,32,34,35で
相関がとられる。

相関器において擬似ランダムコードA,B夫々にして位相
が合った場合信号として極めて高い相関出力信号が発生
される。相関器33,36に於いては１ビット位相を進ませ
た擬似ランダム・コードにより相関を取るため他の擬似
ランダム・コードまたは１ビット以上位相がはずれた符
号に対しては極めて低いレベルの相関出力しか発生しな
い。これを非相関信号と称する。この原理については、
例えば、文献“SPREAD SPECTRUM SYSTEMS, R. C.
DIXON著”に記述されている。本発明はこの原理を利用
している。

無相関信号とはコード（擬似ランダムコード）を２分配
し、一方はそのまま、他方は遅延回路を介して相関処理
をした場合、±１ビットの位相差（時間差）であれば相
関出力が得られそれ以外の位相差（時間差）では何も相
関出力が得られない信号のことである。つまり目標物体
が設定した距離内に存在するか否かは送信アンテナ→目
標→受信アンテナ間を伝搬してくるコードと、送受信機
の中で強制的に遅延させたコードとの相関処理により求
めるが、目標の電波反射係数がばらつくため、絶対値と
してのスレッショルドを用いては特定できない。そこで
無相関信号をスレッショルドに利用すれば、受信電力の
強弱に対しても相対的に判断できることになる。ここで
使用するコード（擬似ランダムコード）とはＭ系列に代
表されるコードがよく知られている。

したがって、無相関信号は本装置内のノイズあるいは外
部からの妨害信号との相関のとれない非相関の信号、す
なわち無相関信号であり、この無相関信号は本装置内外
の電気的ノイズ環境に応じたアダプティブなスレッショ
ルドレベルを持った信号として信号検知機No.１におい
てビーム４とビーム１の相関信号の各々と比較し、相関
信号は目標に対する往復距離がコードの１ビットの伝搬
距離以内に接近した時の相関信号であり、目標が設定範
囲内に位置し、その目標が電波を反射しているならば検
知信号が出力されてトリガーパルス発生器42に送られ
る。

このうち、相関出力信号は信号比較器のコンパレータに
より直流電圧のビーム信号を比較し象限判定器に送出さ
れてトリガーパルス発生器からのラッチ信号により保持
され、目標存在方向の出力信号の状態を２値信号により
象限判定器から出力させる。

上記象限判定部400の動作の詳細について述べる。

信号検知器No.１ 40においては、ビーム４とビーム１
の相関信号の各々と相関器33からの無相関信号を比較
し、相関信号は目標に対する往復距離がコードの１ビッ
トの伝播距離以内に接近した時の相関信号であり、目標
が設定範囲内に位置し、その目標が電波を反射している
ならば検知信号が出力されてトリガ・パルス発生器42に
送られる。同様に信号検知器No.2,41においてビーム３
とビーム２の検知信号がトリガ・パルス発生器に送られ
る。トリガ・パルス発生器42はビーム１〜４のいずれか
で目標を検知した瞬間の検出信号が入力すると、トリガ
・パルスが発生され、ラッチ信号が象限判定器44に送ら
れ、各相関分の信号比較器43からの出力信号を保持す
る。

信号比較器43は各ビーム１〜４の相関出力信号が直流電
圧で入力される。各ビーム１〜４の出力信号は第２図
（３）の合成受信パターンに示す如く目標物体の方向に
対する直流電圧信号１〜４であり、各ビーム１〜４の隣
り合った象限I,II，III，IVの対の信号電圧レベル、例
えば象限IV,Iのビーム４とビーム１の相関出力のビーム
４信号とビーム１信号の直流電圧レベルの比較を行う。

この信号比較器43は、通例用いられているコンパレータ
回路で較正され、第３図に示す如く例えば、ビーム４信
号とビーム１信号の信号レベルを直流電圧で比較し、ビ
ーム４信号の直流電圧が高ければコンパレータ回路II43
2の出力は２値信号の０の出力信号が、ビーム１信号が
高ければ１が出力信号として象限判定器44におくられ
る。同様に、ビーム２信号とビーム３信号はコンパレー
タ回路I431で、ビーム４信号とビーム３信号はコンパレ
ータ回路III433で、ビーム１信号とビーム２信号では、
コンパレータ回路IV434で電圧比較を行い、それぞれの
２値信号出力として象限判定器44におくられる。この直
流電圧レベルでの比較精度はレベル差約0.5dB以内で比
較検出されることが試験結果により得られている。

象限判定器44はコンパレータ回路Ｉ〜IV431〜434からの
２値信号をトリガーパルス発生器42からの目標を検知し
た瞬時のラッチ信号により、第４図に示す例の如くコン
パレータ出力信号Ｉ〜IVの２値信号を保持し、その信号
の保持様態により目標物体の存在象限を判定する。目標
物体の存在象限に対するコンパレータ回路の出力信号状
態と目標物体の存在象限との関係は第５図に示される如
くである。例えば、象限IVに目標物体が存在すればコン
パレータ回路IIとIIIの出力信号は０の２値信号で、コ
ンパレータ回路ＩとIVは１の２値信号となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、４方向のビーム検出信号を用い、スイ
ッチング機構を用いることなく、目標を瞬時に検知し、
各ビーム検出信号レベルを比較し、目標の象限検知の断
続時間のない連続応答による象限判定が行われ、目標検
知の応答性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての方向識別レーダ装置
の全体構成を示す図、 第２図は、第１図の送受信アンテナにより合成される送
信アンテナパターン、 受信アンテナパターン、および合成受信パターンと目標
物体の方向を示す図、 第３図は、第１図装置における信号比較器を示す図、 第４図は第３図の装置の動作を説明するための信号波形
図、 第５図はコンパレータ出力と存在象限の関係を示す図、 第６図は従来形の装置を示す図、 である。 10…送受信アンテナ部、11,12…送信アンテナ、 13,14…受信アンテナ、15…RF発振器、 16…分配器、17,18…変調器、 19…分配器、20,21…復調器、 22,23…電力分配器、24…擬似ランダムコード発生器、 25…電圧制御発振器、31,32,33,34,35,36…相関器、 311〜361…低域フィルタ、40,41…信号検知器、 42…トリガ・パルス発生器、43…信号比較器、 44…象限判定部器、100…送受信機部、 400…象限判定部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各々２個の送信用アンテナ及び受信用アン
   テナを90°間隔で送信・受信用交互に配列し送受信合成
   パターンを得るアンテナ部（10）、 RF発振器（15）の出力を第１の分配器（16）を介して第
   １、第２の変調器に入力し、擬似ランダムコード発生器
   （24）からの第１、第２の擬似ランダムコードにより変
   調して送信アンテナに送る第１、第２の変調器（17,1
   8）と、上記RF発振器の出力を第２の分配器（19）を介
   して復調器に送り２個の受信用アンテナからの受信信号
   を復調する第１、第２の復調器（20,21）と、上記第１
   の復調器の出力を分配して第１、第２、第３の相関器
   （31,32,33）に送る第１の電力分配器（22）と、上記第
   ２の復調器の出力を分配して第４、第５、第６の相関器
   （34,35,36）に送る第２の電力分配器（23）と、上記第
   １の電力分配器の出力を上記擬似ランダムコード発生器
   （24）からの第１、第２の擬似ランダムコードで相関を
   とって各々低域フィルタを介してビーム信号４、及び、
   ビーム信号１として出力する第１、第２の相関器と、上
   記第１の電力分配器の出力を上記第１または第２の擬似
   ランダムコードより１ビット進んだ第３の擬似ランダム
   コードで相関をとって低域フィルタを介して第１の非相
   関信号として出力する第３の相関器と、上記第２の電力
   分配器の出力を上記擬似ランダムコード発生器（24）か
   らの第１、第２の擬似ランダムコードで相関をとって各
   々低域フィルタを介してビーム信号３、及び、ビーム信
   号２として出力する第４、第５の相関器と、上記第２の
   電力分配器の出力を上記第１または第２の擬似ランダム
   コードより１ビット進んだ第３の擬似ランダムコードで
   相関をとって低域フィルタを介して第２の非相関信号と
   して出力する第６の相関器からなる送受信機部（10
   0）、 上記ビーム信号４、ビーム信号１、及び、第１の非相関
   信号との比較により目標が象限範囲内に存在することを
   検知する第１の信号検知器（40）と、上記ビーム信号
   ２、ビーム信号３、及び、第２の非相関信号との比較に
   より目標が象限範囲内に存在することを検知する第２の
   信号検知器（41）と、上記第１、第２の信号検知器の出
   力からのトリガーパルスによりラッチ信号を送出するト
   リガーパルス発生器（42）と、隣合った象限方向に対応
   する各々２つの上記ビーム信号を比較して目標の存在象
   限範囲を判定し２値信号として出力する信号比較器（4
   3）と、上記２値信号を上記トリガーパルス発生器から
   のラッチ信号により保持し、その信号保持状態に応じて
   目標存在象限を判定し目標象限信号を出力する象限判定
   器（44）とからなる象限判定部（400）、 とを具備することを特徴とする方向識別レーダ装置。
2. 【請求項２】左右受信アンテナの受信出力を時分割して
   切替えることなく連続的に左右２系統でホモダイン検波
   を少なくとも２個の復調器を用いて行う、請求項１記載
   の方向識別レーダ装置。