JPS6247002B2 - - Google Patents

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JPS6247002B2
JPS6247002B2 JP53091947A JP9194778A JPS6247002B2 JP S6247002 B2 JPS6247002 B2 JP S6247002B2 JP 53091947 A JP53091947 A JP 53091947A JP 9194778 A JP9194778 A JP 9194778A JP S6247002 B2 JPS6247002 B2 JP S6247002B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
radiation
phase
beams
aperture
scanning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP53091947A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5518958A (en
Inventor
Toshuki Izumitani
Shinichi Ito
Hiroshi Yokoyama
Naohisa Goto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP9194778A priority Critical patent/JPS5518958A/ja
Publication of JPS5518958A publication Critical patent/JPS5518958A/ja
Publication of JPS6247002B2 publication Critical patent/JPS6247002B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、複数のペンシル・ビーム間の内挿に
より目標方向情報を得る電子走査レーダに於い
て、目標情報更新に要する時間の短縮と測角精度
の向上とを可能とするビーム走査方式に関する。 まず、電子走査三次元レーダの例によつてこの
種の従来技術を説明する。第1図は位相走査三次
元レーダの一般的構成を示している。同図に於
て、10はレーダアンテナであり、N個の放射素
子A1,A2……An、各放射素子に接続された移相
器B1,B2……Bn及び電力分配器Cにより構成さ
れる。また、11はビーム制御器、12は送受分
離回路、13は送信機、14は受信機、15は信
号処理回路、16は計算機を示す。第2図は、第
1図に示したような位相走査、三次元レーダによ
るレーダ垂直面覆域の形成の一例を示すものであ
り、複数個のペンシル・ビームを順次空間に放射
することにより覆域を形成している。 このような一連のビームにより得られる目標情
報によつて、その目標の三次元的位置情報を得る
ためには、レーダの通常の平面的二次元位置情報
の他に、隣接するビーム間内挿計算により仰角方
向を知ることが必要となる。たとえば、第2図に
於いてビーム間内挿仰角は、方向θ22-1とθ22-2
の間はビーム22−1と22−2のそれぞれより
得られる目標反射信号強度の比から算出される。
第5図は、2ビームの内挿計算の機能ブロツク図
であつて、50は空中線放射部を、51は両チヤ
ンネルの受信機を、52は両チヤンネルの対数増
幅器を、53は両チヤンネル信号間の差分を取る
減算器を、54は角度信号発生器を、55は角度
信号端子を示す。 上記の空中線は、通常与えられた空中線開口に
対し最大の開口能率で最小のビーム幅を得るため
に開口の励振位相をビーム指向方向に直交する画
内で放射電波の波面が同位相となるように各空中
線素子の移相量を設定する。一例として、素子間
隔がdの直線状のアレイ・アンテナについて考え
る。放射ビームをアレイ正面方向からθ
〔radian〕だけ走査する場合には、n番目の放射
素子の励振位相φnは1番目の放射素子の励振位
相を基準として φn=−2π/λ(n−1)d sinθ(1) の如く設定すれば良い。(ただし、λは自由空間
波長) この様に空中線開口の位相分布をビーム指向方
向に対し同相となるよう励振した状態を共相励振
と呼ぶ。この場合のビーム形状(電力パターン)
は、ビームノーズから測つた角度をθ、Kを定数
として〔sin(Kθ)/(Kθ)〕に比例するこ
とが知られており、さらにこの式はK′を定数と
してガウス函数型exp(−K′θ)で近似するこ
とが出来る。 この様なガウス函数型放射パターンを持つた空
中線による測角処理について以下に述べる。測角
しようとする方向を第2図のθ22-1とθ22-2の間
とする場合、ビーム22−1による受信信号を第
5図チヤンネルへ導びき、ビーム22−2によ
る受信信号を同図チヤンネルへ導びき、それぞ
れ受信機51を通した後、対数増幅器52にて対
数変換し、減算機53にて両受信信号の差を取
る。最後に差分信号電圧を角度に変換する角度信
号発生器54を通過させれば、角度信号端子55
に内挿された角度信号が出力される。この間の信
号演算は次の通りである。空中線電力パターンを
ガウス函数形 exp〔−K(θ−θ〕 ここに、Kは定数、θは目標の方向を示す角
度、θは主ビーム方向θ22-1又はθ22-2を示す
角度であるとすると、対数演算後の差分出力電圧
ΔVは次式となる。 ΔV=R・Δθ/〓 ここに、Rは定数、はビーム幅、Δθは2ビ
ームの交叉点より測つた目標方向角度である。こ
の式よりΔVの測定によりΔθが容易に計算でき
る。 さて、第2図に示した一連のビームは、ほぼ一
定のアンテナ利得を有するため、第2図21に示
す通常の垂直面覆域に対しては、その高仰角域、
たとえばビーム23−1,23−2,23−3に
於てアンテナ利得過剰となる。さらに、ペンシ
ル・ビームで垂直面覆域内を走査するため、数多
くのビームを必要とし、目標情報更新に時間を要
する欠点がある。これらの欠点を解決するには、
高仰角域における垂直面ビーム幅を拡大すること
により、覆域上適切なアンテナ利得を保持しつ
つ、覆域形成に必要なビーム数を低減する方法が
用いられる。従来、このビーム幅拡大はレーダ・
アンテナの移相器を制御し、アレイアンテナ開口
上の位相分布に正弦分布等、比較的簡単な函数状
の歪を与えることにより実現している。しかしな
がら、このようなビーム走査方法では、アンテナ
の放射特性上、必ず第3図30−1,30−2,
30−3に示すようなリツプルを有する複雑な形
状のビームを走査することになり、前述の内挿計
算時に測角精度が大幅に劣下する欠点があつた。 本発明の目的は、ビーム走査方式を改良するこ
とにより、上記欠点を解決し、測角精度を保持し
つつ、目標情報更新に要する時間を短縮したビー
ム走査を特徴とするレーダ方式を提供することに
ある。 かかる目的を達成するため本発明では、複数の
放射素子に対応して設けられた移相器に与える移
相量を制御して前記放射素子により構成される放
射開口から放射ビームを空間に順次走査形成する
電子走査レーダにおいて、前記順次走査形成され
る放射ビーム群の少なくとも1組の隣接する2本
の放射ビームについて、 その形状が略ガウス函数型でビーム幅が前記放
射開口を共相励振することにより得られるビーム
幅よりも拡大された期待パターン函数を予め定
め、前記放射開口からの放射電力パターンと前記
期待パターン函数との誤差を最小化するように定
められた前記各放射素子対応の励振位相を前記各
放射素子に対応した移相器に設定する手段と、前
記隣接する2本の拡大された放射ビームからの受
信信号を入力信号とする測角手段とを備えてい
る。 次に本発明の実施例を第4図を参照して詳細に
説明する。第4図はペンシル・ビーム位相走査レ
ーダーの一垂直面覆域を示す図であつて、10は
レーダアンテナ、21は本レーダが必要とする垂
直面覆域、40−1,40−2……は開口大きさ
より決まる狭ペンシル・ビーム群、41−1,4
1−2……は拡大されたペンシル・ビーム群を示
す。この実施例では、レーダ・アンテナ10とし
ては、垂直面内は電子走査し、水平面内は機械的
な回転により360゜を覆う電子的機械的併用走査
方式を考えている。この種ペンシル・ビームを走
査するレーダで要求覆域21を実現するために、
覆域距離が最大となる低仰角領域ではアンテナ開
口より決まる出来るだけ狭いビーム幅のビームを
形成して要求覆域を覆い、覆域距離が短かくなる
高仰角領域ではアンテナ利得がその方向の覆域距
離を確保するに十分な範囲内でビーム幅を拡大
し、ビーム間隔もビーム幅に比例して拡大する。
また、以上のビーム形成に於て、狭ビーム、拡大
ビーム共にその形状をガウス函数形に形成する。
このようなビーム形成、ビーム走査を実現するた
めには、ビーム幅拡大時にビーム制御器11より
の指令により移相器B1……Bnに適切な移相量を
設定すれば良い。この移相量の設定について以下
に示す。本実施例では式(1)で与えられる共相励振
時の放射ビームを基準としてこれよりビーム幅の
広いガウス函数型期待パターン函数を次式で設定
する。 g(u)=exp〔−(au)2〕 (3) ここに u=(2πd/λ)(sinθ−sinθ) (4) であり、dはアレイアンテナの素子間隔、λは自
由空間波長、θは空間角度、そしてθは主ビー
ム走査角度である。 次に、次式で表わされる評価函数 ε=1/2π∫〓〓{(u)−g(u)}2du (5) を設定する。 ここで(u)は主ビーム方向の放射電力p
(o)で正規化したアレイアンテナの正規化放射
電力パターンであり、 (u)=|E(u)|/|E(o)| (6) で表わされる。また、E(u)はアレイアンテナ
の放射電界パターンであり、各素子アンテナの励
振振幅をan、ビーム幅拡大のための励振位相を
αoとして で表わされる。ただし、uは第(4)式で与えられる
変数である。 次に第(5)式の評価函数で表わされる誤差εを、
いわゆる共役勾配法等による解法により最小化
し、その解αnを放射ビーム幅拡大のための励振
位相として設定する。 この結果より各移相器に設定すべき移相量φn
は、 φn=−(2πd/λ)n・sinθ+αn(8) の如く決定され、放射パターンは式(3)のガウス函
数で近似される形状となる。ガウス形状アンテ
ナ・ビームを用いるレーダ・システムに於ては、
従来技術として説明したように、ビーム間の内挿
計算により簡略に目標の方向が算定できる。この
演算はビーム幅ビーム間隔が拡大されたレーダ・
システムに於ても、それら変更されたパラメータ
を考慮することにより同様にして目標方向が算定
される。 以上述べたレーダ・システムが一垂直覆域をビ
ームで覆いつくす時間は、狭ビームの本数をM
本、拡大ビームの本数をN本とし、各ビーム方向
でその要求覆域上必要とされる送信、受信時間を
ビームj(j=1……)についてtjとすると、 となる。上式の第2項はビーム拡大による走査時
間の減少を示す項であり、ビーム拡大を行なわな
い場合の必要時間
【式】に対し、時 間の節約がはかれることを示している。この結
果、平均的に見たビームの照射回数の増大をはか
ることができ、目標の検知確率の向上をはかつた
り、重点的に捜索又は追尾すべき方向でのビーム
形成回数の増大をはかることができる。 以上の実施例では、ビームの形成は1度に1本
としたが1度に複数本のビームを形成するシステ
ムにおいても同様である。また、アンテナ・ビー
ムの走査方式は水平面機械的走査、垂直面位相ビ
ーム走査方式としたが、全方向位相ビーム走査方
式の場合や、単なるスイツチングにより同時又は
非同時にビーム群を形成する場合にも同様に有好
である。 なお、本実施例の測角のためのビーム間内挿処
理は、外挿処理が併用される方式の場合にも、同
様に有効である。 本発明は以上説明したように、レーダ・システ
ム覆域の内、近距離の目標が対象となる高仰角領
域に於て、ビーム形状を略ガウス函数形状を保つ
たまま拡大し、同時にビーム間隔も拡大すること
により、一垂直面内に形成するビーム本数を減少
する。この結果、必要な目標探知性能と簡略な目
標方向内挿方法を保持したまま、一垂直覆域を走
査するに要する時間の短縮をはかることができ、
時間という資源を有効に使かうことにより探知確
率や目標追尾能力の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は位相走査三次元レーダの構成説明図、
第2図は従来の垂直面ビーム走査方式を示す図、
第3図は高仰角域でビーム幅拡大を施した従来の
垂直面ビーム走査方式を示す図、第4図は本発明
による垂直面ビーム走査方式を示す図、第5図は
内挿計算の機能ブロツク図である。 10:レーダアンテナ、11:ビーム制御器、
12:送受分離回路、13:送信機、14:受信
機、15:信号処理回路、16:計算機、50:
空中線放射部、51:受信機、52:対数増幅
器、53:減算器、54:角度信号発生器、5
5:角度信号端子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数の放射素子に対応して設けられた移相器
    に与える移相量を制御して前記放射素子により構
    成される放射開口から放射ビームを空間に順次走
    査形成する電子走査レーダにおいて、前記順次走
    査形成される放射ビーム群の少なくとも1組の隣
    接する2本の放射ビームについて、 その形状が略ガウス函数型でビーム幅が前記放
    射開口を共相励振することにより得られるビーム
    幅よりも拡大された期待パターン函数を予め定
    め、前記放射開口からの放射電力パターンと前記
    期待パターン函数との誤差を最小化するように定
    められた前記各放射素子対応の励振位相を前記各
    放射素子に対応した移相器に設定する手段と、前
    記隣接する2本の拡大された放射ビームからの受
    信信号を入力信号とする測角手段とを備えること
    を特徴とする電子走査レーダ方式。
JP9194778A 1978-07-26 1978-07-26 Electronic scanning radar Granted JPS5518958A (en)

Priority Applications (1)

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JP9194778A JPS5518958A (en) 1978-07-26 1978-07-26 Electronic scanning radar

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JP9194778A JPS5518958A (en) 1978-07-26 1978-07-26 Electronic scanning radar

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JPS5518958A JPS5518958A (en) 1980-02-09
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JP9194778A Granted JPS5518958A (en) 1978-07-26 1978-07-26 Electronic scanning radar

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5813708U (ja) * 1981-07-17 1983-01-28 株式会社東芝 アレイアンテナ装置
JP5212335B2 (ja) * 2009-10-28 2013-06-19 日本電気株式会社 レーダ装置、該レーダ装置に用いられるビーム走査方法及びビーム走査制御プログラム
JP2014021031A (ja) * 2012-07-23 2014-02-03 Japan Radio Co Ltd 目標観測支援装置

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