JPH0137710B2 - - Google Patents
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- JPH0137710B2 JPH0137710B2 JP55047268A JP4726880A JPH0137710B2 JP H0137710 B2 JPH0137710 B2 JP H0137710B2 JP 55047268 A JP55047268 A JP 55047268A JP 4726880 A JP4726880 A JP 4726880A JP H0137710 B2 JPH0137710 B2 JP H0137710B2
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、低空を飛行する目標を精度よく探
知・追尾するレーダ装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a radar device that accurately detects and tracks targets flying at low altitude.
従来、この種の装置はモノパルスレーダ(M
NPULSE RADAR)によつて構成されてい
た。第1図aはモノパルスレーダの原理を示すブ
ロツク図であり、図中、1はモノパルスアンテ
ナ、2はハイブリツド回路、3は増幅器、4は利
得自動制御装置、5は位相検波器、6はモノパル
スアンテナ1の中心軸、7は目標、8は目標7の
イメージ、9は目標7からの反射波(直接波)、
10はイメージ8からの反射波、即ち、マルチパ
ス効果による目標7からの反射波(間接波)、1
1は海面である。第1図bは、上記モノパルスア
ンテナ1のアンテナパターン図である。モノパル
スレーダは、第1図bのような一部重なり合つた
2つのアンテナパターンで目標からの反射波を同
時に受信し、各々のアンテナパターンで得られた
2つの受信信号の和信号Σと差信号△をハイブリ
ツド回路2によつて得る。その結果、ハイブリツ
ト回路の出力信号は、第2図に示すような2つの
アンテナパターンによる受信信号と全く等価とな
る。図中、横軸は受信角度θ(アンテナ中心軸6
と受信反射波とのなす角度)、縦軸は受信電圧V
を示し、12は和のパターン、13は差のパター
ン、14は反射波9の和のパターン12による受
信電圧Σd、15は反射波9の差のパターン3に
よる受信電圧△d、16は反射波10の和のパタ
ーン12による受信電圧Σi、17は反射波10の
差のパターン13による受信電圧△iである。但
し、Σ、△、Σd、△d、Σi、△iは振幅と位相を含
む複素信号電圧である。 Conventionally, this type of device is a monopulse radar (M
NPULSE RADAR). Figure 1a is a block diagram showing the principle of monopulse radar, in which 1 is a monopulse antenna, 2 is a hybrid circuit, 3 is an amplifier, 4 is an automatic gain control device, 5 is a phase detector, and 6 is a monopulse antenna. 1 central axis, 7 is the target, 8 is the image of target 7, 9 is the reflected wave (direct wave) from target 7,
10 is the reflected wave from the image 8, that is, the reflected wave from the target 7 due to the multipath effect (indirect wave); 1
1 is the sea level. FIG. 1b is an antenna pattern diagram of the monopulse antenna 1. As shown in FIG. Monopulse radar simultaneously receives reflected waves from a target using two partially overlapping antenna patterns as shown in Figure 1b, and calculates the sum signal Σ and difference signal of the two received signals obtained from each antenna pattern. Δ is obtained by the hybrid circuit 2. As a result, the output signal of the hybrid circuit becomes completely equivalent to the signal received by the two antenna patterns as shown in FIG. In the figure, the horizontal axis is the reception angle θ (antenna center axis 6
and the received reflected wave), and the vertical axis is the received voltage V
, 12 is the sum pattern, 13 is the difference pattern, 14 is the received voltage Σ d due to the pattern 12 of the sum of the reflected waves 9, 15 is the received voltage Δ d due to the pattern 3 of the difference of the reflected waves 9, 16 is the reflected wave The received voltage Σ i due to the pattern 12 of the sum of the waves 10 and 17 is the received voltage Δ i due to the pattern 13 of the difference of the reflected waves 10 . However, Σ, Δ, Σ d , Δ d , Σ i , and Δ i are complex signal voltages including amplitude and phase.
まず、イメージ8がない場合を考える。このと
き、モノパルスアンテナ1は、目標7からの反射
波9のみを受信するから、和のパターン12によ
る受信信号電圧Σ、差のパターンによる受信信号
電圧△は、各々
Σ=Σd=Σ(θd) (1)
△=△d=△(θd) (2)
となる。ここにθdは反射波9の受信角度である。
増幅器3の利得Aは利得自動制御装置4により次
式に示すように制御される。 First, consider the case where image 8 does not exist. At this time, the monopulse antenna 1 receives only the reflected wave 9 from the target 7, so the received signal voltage Σ due to the sum pattern 12 and the received signal voltage △ due to the difference pattern are respectively Σ=Σ d = Σ(θ d ) (1) △=△ d = △(θ d ) (2). Here, θ d is the receiving angle of the reflected wave 9.
The gain A of the amplifier 3 is controlled by the automatic gain control device 4 as shown in the following equation.
A=Vs/|Σ| (3)
ここにVsは利得自動制御装置の帰還量によつ
て決まる定数である。 A=V s /|Σ| (3) Here, V s is a constant determined by the feedback amount of the automatic gain control device.
従つて、増幅器3を通つた後の受信信号電圧
は、各々
Σ′=VsΣd/|Σd|=VsΣ(θd)/|Σ(θd)| (4)
△′=Vs△d/|Σd|=Vs△(θd)/|Σ(θd)| (5)
となる。位相検波器4は、2入力信号の振幅と位
相差を保持する検波器であり、2複素入力信号を
I、Qとすると、その出力電圧Eは、
E=|I|2Re〔Q/I〕 (6)
となる。ここに、Re〔 〕は実部を表わす。従つ
て、式(4)、(5)で表わされる2信号が位相検波器5
に入力されると、出力電圧Eは、
E=Vs 2Re〔△d/Σd〕
=Vs 2Re〔△(θd)/Σ(θd)〕 (7)
となる。 Therefore, the received signal voltage after passing through the amplifier 3 is Σ′=V s Σ d / |Σ d |=V s Σ(θ d )/|Σ(θ d )| (4) △′= V s △ d / |Σ d | = V s △(θ d ) / |Σ(θ d ) | (5). The phase detector 4 is a detector that maintains the amplitude and phase difference of two input signals, and when the two complex input signals are I and Q, its output voltage E is as follows: E=|I| 2 Re[Q/I ] (6) becomes. Here, Re [ ] represents the real part. Therefore, the two signals expressed by equations (4) and (5) are detected by the phase detector 5.
, the output voltage E becomes E=V s 2 Re [Δ d /Σ d ] = V s 2 Re [Δ(θ d )/Σ(θ d )] (7).
第3図は、式(7)と第2図に示すアンテナパター
ンとに基づいて受信角度θdと位相検波器出力電圧
Eの関係を計算した図である。第3図で示すよう
に出力電圧Eと受信角度θdはその角度θdがあまり
大きくない領域で比例関係にあり、従つて、出力
電圧Eによつて受信角度θd即ち、目標7の位置方
向θdを正確に知ることができる。また、式(7)で与
えられる出力電圧Eを角度誤差信号としてモノパ
ルスアンテナ1の駆動部にフイードバツクするこ
とによつて、目標を精度よく追尾することもでき
る。 FIG. 3 is a diagram in which the relationship between the reception angle θ d and the phase detector output voltage E is calculated based on equation (7) and the antenna pattern shown in FIG. As shown in FIG. 3, the output voltage E and the receiving angle θ d have a proportional relationship in the range where the angle θ d is not very large. The direction θ d can be known accurately. Furthermore, by feeding back the output voltage E given by equation (7) to the drive section of the monopulse antenna 1 as an angular error signal, the target can be tracked with high accuracy.
一方、イメージ8が存在する場合、即ち、マル
チパス効果による反射波10と目標からの反射波
9が同時にモノパルスアンテナ1で受信される場
合、和のパターン12で受信される電圧Σ、差の
パターン11で受信される電波△は、次に示すよ
うに2つの電圧の合成値となる。 On the other hand, when the image 8 exists, that is, when the reflected wave 10 due to the multipath effect and the reflected wave 9 from the target are simultaneously received by the monopulse antenna 1, the voltage Σ received in the sum pattern 12 and the difference pattern The radio wave Δ received by 11 is a composite value of two voltages as shown below.
Σ=Σd+Σi=Σ(θd)+Σ(θi) (8) △=△d+△i=△(θd)+△(θi) (9) ここにθiは反射波10の受信角度である。 Σ=Σ d + Σ i = Σ (θ d ) + Σ (θ i ) (8) △=△ d + △ i = △ (θ d ) + △ (θ i ) (9) Here, θ i is the reflected wave 10 is the receiving angle.
式(8)、(9)を式(7)に代入して、マルチパス効果が
ある場合の位相検波出力電圧Eが同様にして次式
で与えられる。 By substituting equations (8) and (9) into equation (7), the phase detection output voltage E when there is a multipath effect is similarly given by the following equation.
E=Vs 2Re〔△d+△i/Σd+Σi〕=Vs 2Re〔△
(θd)/Σ(θd)・1+△(θi)/△(θd)/1+
Σ(θi)/Σ(θd)〕(10)
マルチパス効果のない場合、位相検波出力電圧
Eは、アンテナパターンが決まつていれば、目標
からの反射波の受信角度のみで決定されたが、こ
の場合にはイメージからの反射波の影響によつて
式(10)に示すように、上記パラメータ以外に上記2
つの反射波の振幅比、位相差によつても影響され
る。これは、位相検波出力電圧だけからは目標か
らの反射波の受信角度を決定できないことを意味
しており、本質的にモノパルスレーダではマルチ
パス効果の影響下で目標の正確な探知・追尾は不
可能となる。 E=V s 2 Re [△ d + △ i / Σ d + Σ i ] = V s 2 Re [△
(θ d )/Σ(θ d )・1+△(θ i )/△(θ d )/1+
Σ(θ i )/Σ(θ d )] (10) In the absence of multipath effects, the phase detection output voltage E is determined only by the reception angle of the reflected wave from the target if the antenna pattern is determined. However, in this case, due to the influence of the reflected waves from the image, as shown in equation (10), in addition to the above parameters, the above two
It is also affected by the amplitude ratio and phase difference of the two reflected waves. This means that the reception angle of the reflected wave from the target cannot be determined from the phase detection output voltage alone, and essentially monopulse radar cannot accurately detect and track the target due to the influence of multipath effects. It becomes possible.
しかしながら従来のレーダ装置は、モノパルス
レーダを用いて低空を飛行する目標の探知および
追尾を式(10)で与えられる位相検波出力電圧にマル
チパス効果のない場合に得られる第3図に示す受
信角度と位相検波出力電圧の対応関係を適用して
行なつており、その結果、目標の探知追尾精度は
非常に悪く、極端な場合、目標を見失しなうとい
う欠点があつた。 However, conventional radar equipment uses a monopulse radar to detect and track a target flying at low altitude. As a result, the target detection and tracking accuracy is very poor, and in extreme cases, the target may be lost.
この発明はこれらの欠点を解決するため、複数
個のアンテナを鉛直方向に直線状に配置し、各々
のアンテナで同時に得られる受信信号を所定の方
法で処理することによつてマルチパス効果を除去
し、目標の探知・追尾精度を向上させようとする
もので以下図面について詳細に説明する。 In order to solve these drawbacks, this invention removes the multipath effect by arranging multiple antennas vertically in a straight line and processing the received signals obtained simultaneously from each antenna in a predetermined manner. The aim is to improve target detection and tracking accuracy, and the drawings will be explained in detail below.
第4図は、この発明の実施例であつて、図中1
8は送受信アンテナ、19は受信専用アンテナ、
20は受信機、21は送信機、22は送受切替
器、23は測距装置、24は信号処理装置、25
は送信波である。 FIG. 4 shows an embodiment of the present invention.
8 is a transmitting/receiving antenna, 19 is a receiving antenna,
20 is a receiver, 21 is a transmitter, 22 is a transmission/reception switch, 23 is a ranging device, 24 is a signal processing device, 25
is the transmitted wave.
送信機21で発生した電波は送受切替器22、
アンテナ18を介し送信波25として外部空間に
放射される。送信波25のうち目標7およびイメ
ージ8によつて反射された電波はアンテナ18,
19によつて受信され、受信機20を介して信号
処理装置に入力される。ここではアンテナ18と
19の総数はNコとし、説明の便宜上各々のアン
テナを海面11に近いものから#1、#2、…
#Nのアンテナと呼ぶことにする。#1〜#Nの
アンテナで受信される反射波は目標7による反射
波9と、イメージ8による反射波10の合成値で
あり、それらは受信機20で位相検波され、信号
処理装置24に入力される複素信号Siは、
Si=ai+bi(i=1、2、…、N) (11)
で表わされる。ここに、iはアンテナの番号を示
し、ai、biは各々、反射波9、反射波10に対応
する複素受信信号である。また、#1のアンテナ
で受信された反射波は、公知の測距装置23によ
り目標7までの距離が計算され、測距データRp
が信号処理装置24に入力される。ここで測定さ
れるRpは反射波10の影響による誤差を含むが、
この誤差は目標7の高度がマルチパス効果を生じ
るほど低い場合には無視できる。 The radio waves generated by the transmitter 21 are sent to the transmitter/receiver switch 22,
It is radiated to the outside space as a transmission wave 25 via the antenna 18. Of the transmitted waves 25, the radio waves reflected by the target 7 and the image 8 are transmitted to the antenna 18,
19 and input to the signal processing device via the receiver 20. Here, the total number of antennas 18 and 19 is N, and for convenience of explanation, each antenna is numbered #1, #2, #2, etc. from the one closest to the sea surface 11.
Let's call it #N antenna. The reflected waves received by the antennas #1 to #N are a composite value of the reflected wave 9 from the target 7 and the reflected wave 10 from the image 8, which are phase-detected by the receiver 20 and input to the signal processing device 24. The complex signal S i to be calculated is expressed as S i =a i +b i (i=1, 2, . . . , N) (11). Here, i indicates the antenna number, and ai and bi are complex received signals corresponding to reflected waves 9 and 10, respectively. In addition, the distance to the target 7 of the reflected wave received by the #1 antenna is calculated by a known ranging device 23, and the distance measurement data R p
is input to the signal processing device 24. R p measured here includes an error due to the influence of the reflected wave 10, but
This error can be ignored if the altitude of target 7 is low enough to cause multipath effects.
第5図は、信号処理装置24が行なう処理方法
の原理を示す図であり、図中、26は信号処理上
の仮想目標、27は目標7およびイメージ8が存
在する面、28はアンテナ18,19が配列され
ている面、29は#1〜#Nのアンテナの中心を
示す軸である。 FIG. 5 is a diagram showing the principle of the processing method performed by the signal processing device 24. In the figure, 26 is a virtual target for signal processing, 27 is a surface where the target 7 and image 8 exist, 28 is the antenna 18, 19 is an array axis, and 29 is an axis indicating the center of antennas #1 to #N.
信号処理装置24は式(11)で与えられる受信信号
に対して次式に示すような演算処理を施す。 The signal processing device 24 performs arithmetic processing as shown in the following equation on the received signal given by equation (11).
V=|N
〓i=1
Siti| (12)
ここにti(i=1、2、…、N)は位相補正係
数で、次のようにして信号処理装置24で計算さ
れる。まず仮相目標26を仰角θp(θpは中心軸2
7と仮想目標26方向のなす角)の位置に定めら
れる。ここにθpは目標7が存在すると考えられる
値に設定される。このとき位相補正係数tiは次式
で計算される。 V = | N 〓 i=1 S i t i | (12) Here, t i (i=1, 2,..., N) is a phase correction coefficient, which is calculated by the signal processing device 24 as follows. . First, the tentative phase target 26 is set at an elevation angle θ p (θ p is the central axis 2
7 and the virtual target 26 direction). Here, θ p is set to a value at which target 7 is considered to exist. At this time, the phase correction coefficient t i is calculated by the following equation.
ti=K・eXP〔−j2π/λRi (13)
ここに、λは送信波長であり、Kは零でない任
意定数、Ri(i=1、2、…、N)は、仮想目標
24と#1〜#Nのアンテナ間の距離であり、次
式で与えられる。 t i =K・eXP [−j2π/λR i (13) Here, λ is the transmission wavelength, K is an arbitrary constant that is not zero, and R i (i=1, 2, ..., N) is the virtual target 24 and the distance between the antennas #1 to #N, which is given by the following equation.
Ri={(hM+Rptanθp−hi)2+Rp 2}1/2 (14)
(i=1、2、…、N)
ここにhiは各アンテナの海面11からの高度で
あり、hMは、
hM=(hN+h1)/2 (15)
で与えられる。信号処理装置24は、式(12)の演算
処理を仮想目標26の位置即ち、仰角θpを順次変
化させた行なう。このとき目標7およびイメージ
8に対する仰角をそれぞれ、θt、θiとして、仰角
θpが、
|θp−θt|<△θ (16)
あるいは
|θp−θi|△θ (17)
を満足するときの式(12)の演算結果VINと、仰角θp
が式(16),(17)のどちらにも満足しないときの
式(12)の演算結果VOUTの間には次式の関係
VIN#VOUT (18)
が成立する。 R i = {(h M + R p tanθ p −h i ) 2 + R p 2 } 1/2 (14) (i = 1, 2,..., N) where h i is the height of each antenna from the sea surface 11 and h M is given by h M = (h N + h 1 )/2 (15). The signal processing device 24 performs the arithmetic processing of equation (12) while sequentially changing the position of the virtual target 26, that is, the elevation angle θ p . At this time, let the elevation angles for target 7 and image 8 be θ t and θ i , respectively, and the elevation angle θ p is |θ p −θ t |<△θ (16) or |θ p −θ i |△θ (17) The calculation result V IN of equation (12) when satisfying , and the elevation angle θ p
When V OUT satisfies neither Equation (16) nor (17), the following relationship V IN #V OUT (18) holds true between the calculation result V OUT of Equation (12).
ここに、△θは#1〜#Nのアンテナで得られ
た受信信号に上述のような信号処理を行なうこと
によつて得られる等価的なアンテナビーム幅であ
る。 Here, Δθ is an equivalent antenna beam width obtained by performing the above-described signal processing on the received signals obtained by antennas #1 to #N.
式(13)で示される位相補正係数は、仮想目標
26からの反射波を#1〜#Nのアンテナで受信
したと仮定した場合の、仮想目標26と#1〜
#Nの各アンテナとの距離の差異による受信信号
の位相差を補正して同位相するものである。その
様子を第6図に示す。図中、30は仮想目標26
からの等距離面、即ち、仮想目標からの反射波の
等位相面である。今、仮想目標26の位置が目標
7の位置と一致しているとすると、式(12)で表され
る演算は、#1〜#Nのアンテナを30の面に配
列して目標7からの反射波を積分することになる
から、演算結果は30の面を鏡面とする実開口ア
ンテナで目標7からの反射波を受信したのと全く
等価になる。従つて、#1〜#Nのアンテナ受信
した信号に仰角をθpとして式(12)で示される演算処
理を行なうことは、実開口アンテナを仰角θp方向
に向けて目標あるいはイメージからの反射波を受
信することと等価になり、式(16)、(17)が成立
する場合は、目標あるいはイメージからの反射波
を実開口アンテナのメインビームで受信したこと
に相当し、逆に式(16)、(17)が成立しない場合
は、目標およびイメージからの反射波をサイドロ
ーブで受信したことに相当し、その結果、式
(18)のような関係が成立する。また、ビーム幅
△θも実開口アンテナの場合と同様に考えること
ができて、実開口アンテナのビーム幅を与える公
知の公式より次式で与えられる。 The phase correction coefficient shown by equation (13) is calculated based on the relationship between the virtual target 26 and #1 to #N when it is assumed that the reflected waves from the virtual target 26 are received by the antennas #1 to #N.
This is to correct the phase difference of the received signal due to the difference in distance with each antenna #N so that the received signal has the same phase. The situation is shown in FIG. In the figure, 30 is a virtual target 26
This is the equidistant plane from the virtual target, that is, the equiphase plane of the reflected wave from the virtual target. Now, assuming that the position of the virtual target 26 coincides with the position of the target 7, the calculation expressed by equation (12) is performed by arranging the antennas #1 to #N on 30 planes and Since the reflected waves are integrated, the calculation result is completely equivalent to receiving the reflected waves from the target 7 using a real aperture antenna with 30 mirror surfaces. Therefore, performing the arithmetic processing shown in equation (12) with the elevation angle θ p on the signals received by the antennas #1 to #N means directing the real aperture antenna in the direction of the elevation angle θ p and detecting the reflection from the target or image. If Equations (16) and (17) hold, it corresponds to receiving the reflected wave from the target or image with the main beam of the real aperture antenna, and conversely, Equation (16) and (17) hold. 16) and (17) do not hold, this corresponds to receiving the reflected waves from the target and the image as side lobes, and as a result, the relationship shown in equation (18) holds. Also, the beam width Δθ can be considered in the same way as in the case of a real aperture antenna, and is given by the following equation from a known formula that gives the beam width of a real aperture antenna.
△θ=λ/(hN−h1) (19)
このように、本発明によるレーダ装置では、鉛
直方向に開口長の大きな実開口アンテナをもつレ
ーダ装置で目標からの電波を受信したときに得ら
れる角度分解能と同様の角度分解能が得られ、し
かもビーム走査が、実開口アンテナをもつレーダ
装置においては大がかりな駆動装置が必要である
ことに比べて、式(13)で与えられる位相補正係
数を変化させることによつて簡単かつ高速に行な
える。また、式(19)で与えられるビーム幅は、
実開口アンテナでは目標が十分遠方にあるときに
得られるものであるが、本発明装置では目標まで
の距離を考慮して式(13)の位相補正係数を決定
しているので、目標までの距離に関係なく式
(19)のビーム幅が得られる。 Δθ=λ/(h N −h 1 ) (19) As described above, in the radar device according to the present invention, when receiving radio waves from a target with a radar device having a real aperture antenna with a large aperture length in the vertical direction, The phase correction coefficient given by Equation (13) can obtain the same angular resolution as the obtained angular resolution, and the beam scanning requires a large-scale driving device in radar equipment with a real aperture antenna. This can be done easily and quickly by changing the . Also, the beam width given by equation (19) is
With a real aperture antenna, this is obtained when the target is sufficiently far away, but in the device of the present invention, the phase correction coefficient in equation (13) is determined in consideration of the distance to the target. The beam width of equation (19) can be obtained regardless of .
従つて、仰角θpの変化幅を十分に小さくとつ
て、式(12)の演算を実施すれば、第7図に示すよう
な演算結果がが得られる。 Therefore, if the range of change in the elevation angle θ p is made sufficiently small and the calculation of equation (12) is carried out, the calculation result shown in FIG. 7 can be obtained.
第7図は、本発明の効果を示す図であり、3
1,32は各々、目標7、イメージ8に対応する
演算結果である。第7図が示すように、複数個の
アンテナで受信した受信信号に上述したような信
号処理を施すことによつて目標とイメージが分離
できる。演算結果Vのピーク値を検出することに
よつて目標の存在をマルチパスの影響を取り除い
て正確に探知でき、また、演算結果Vのピーク位
置の角度情報を抽出することによつて精度よく目
標を追尾することもできる。 FIG. 7 is a diagram showing the effect of the present invention, and 3
1 and 32 are calculation results corresponding to target 7 and image 8, respectively. As shown in FIG. 7, the target and image can be separated by subjecting the received signals received by a plurality of antennas to signal processing as described above. By detecting the peak value of the calculation result V, the presence of the target can be detected accurately by removing the influence of multipath, and by extracting the angle information of the peak position of the calculation result V, the target can be detected accurately. You can also track.
さて以上の説明では測距データRpが第5図に
示すように目標7とアンテナ素子18間の水平距
離を与えるとしたが、実際には測距データRpは
水平距離でなく目標7とアンテナ素子18間のス
ラントレンジを与えている。Rpが水平距離でな
くスラントレンジであつても、本発明によるレー
ダ装置がマルチパス効果を生じさせるような低空
を飛行する目標を捜索・追尾する場合には、この
ようなRpの誤差は本発明の効果には影響しない
ことを以下に説明する。 Now, in the above explanation, it was assumed that the ranging data R p gives the horizontal distance between the target 7 and the antenna element 18 as shown in FIG. A slant range between antenna elements 18 is provided. Even if R p is not a horizontal distance but a slant range, such an error in R p will be Things that do not affect the effects of the present invention will be explained below.
まず第(13)式第(14)式で計算される位相補
正係数tiに生じる誤差について説明する。 First, the error occurring in the phase correction coefficient t i calculated using equations (13) and (14) will be explained.
第(14)式においてhM+Rptanθpは仮想目標2
3の海面11から高度を示しており、これをhpと
おく、
hp=hM+Rptanθp (20)
第(20)式を用いて第(14)式を書き換えると次
式が得られる。 In equation (14), h M + R p tanθ p is the virtual target 2
3 shows the altitude from sea level 11, and let this be h p , h p = h M + R p tanθ p (20) Rewriting equation (14) using equation (20), the following equation is obtained. It will be done.
Ri={(hp−hi)2+Rp 2}1/2 (21)
マルチパ効果が問題となるような低空を飛行す
る目標を本発明によるレーダ装置が観測する場
合、一般には次式が成立する。 R i = {(h p −h i ) 2 + R p 2 } 1/2 (21) When the radar device according to the present invention observes a target flying at a low altitude where the multiplier effect is a problem, the following equation is generally used. holds true.
Rp≫(hp−hi)2 (22)
第(22)式を用いて第(21)式は次式で近似で
きる。 R p ≫ (h p −h i ) 2 (22) Using equation (22), equation (21) can be approximated by the following equation.
Ri=Rp+1/2Rp(hp−hi)2 (23)
第(23)式の右辺において第1項のRpはiの
変化に対して定数であり、Rpが水平距離ではな
くスラントレンジであつても位相補正の誤差を全
く与えない。ここで水平距離をRHと表し、スラ
ントレンジRpを次式に表わす。 R i = R p + 1/2R p (h p −h i ) 2 (23) On the right side of equation (23), the first term R p is a constant with respect to the change in i, and R p is the horizontal distance Even in the slant range, there is no phase correction error at all. Here, the horizontal distance is expressed as R H , and the slant range R p is expressed as the following equation.
Rp=RH+△R (24)
△Rは、スラントレンジRpと水平距離RHの差
であり、目標7の海面11からの高度をhtで表す
と次式で表される。 R p =R H +ΔR (24) ΔR is the difference between the slant range R p and the horizontal distance R H , and when the altitude of the target 7 from the sea surface 11 is expressed by h t , it is expressed by the following equation.
△R=√H 2+t 2−RH (25)
本発明レーダ装置ではるRH=10Km、ht=100m
程度の低空飛行目標の捜索・追尾を目的としてい
るから、第(25)式は次式で近似できる。 △R=√ H 2 + t 2 −R H (25) R H = 10 Km, h t = 100 m with the radar device of the present invention
Since the purpose is to search and track low-altitude flying targets, equation (25) can be approximated by the following equation.
△Rht 2/2RH (26)
第(26)式から
△R/RH≪1 (27)
は明らかである。第(27)式を用いて第(23)式
の右辺第2項は次式で表すことができる。 △Rh t 2 /2R H (26) From equation (26), it is clear that △R/R H ≪1 (27). Using equation (27), the second term on the right side of equation (23) can be expressed as the following equation.
第(23)式右辺第2項=1/2RH(hp−h1)2−
△R/2RH 2(hp−h1)2 (28)
第(28)式右辺第2項は距離データが水平距離
ではなく、スラントレンジであることによる位相
補正を与えるものである。その位相補正誤差の大
きさは送信波長入に依存する。即ち、第(28)式
右辺第2項がλに対して十分小さい場合には距離
データがスラントレンジであることが問題にはな
らない。本発明によるレーダ装置では送信波長が
λ=0.3m程度のものが多く用いられ、また、低
空飛行目標の捜索・追尾を目的としているため、
高々RH=10Km、ht=100m、hp−h1=200m程度で
ある。このとき次式が成り立つことは明らかであ
る。 The second term on the right side of equation (23) = 1/2R H (h p − h 1 ) 2 − △R/2R H 2 (h p − h 1 ) 2 (28) The second term on the right side of equation (28) is This provides phase correction because the distance data is not a horizontal distance but a slant range. The magnitude of the phase correction error depends on the transmission wavelength. That is, if the second term on the right side of equation (28) is sufficiently small with respect to λ, it does not matter that the distance data is in the slant range. In the radar device according to the present invention, a transmission wavelength of about λ = 0.3 m is often used, and since the purpose is to search and track low-altitude flying targets,
At most R H = 10 Km, h t = 100 m, and h p - h 1 = 200 m. At this time, it is clear that the following equation holds true.
△R/2RH 2(hp−hi)2≪λ (29)
つぎに、このようにして測定された目標の高度
htから目標の仰角θtが導出される場合の誤差につ
いて説明する。目標の高度htが与えられると第5
図に示す幾何学的関係より目標仰角θtは次式で表
される。 △R/2R H 2 (h p −h i ) 2 ≪λ (29) Next, the altitude of the target measured in this way
The error when the target elevation angle θ t is derived from h t will be explained. Given the target altitude h t , the fifth
From the geometrical relationship shown in the figure, the target elevation angle θ t is expressed by the following equation.
θt=tan-1ht−hM/Rp (30)
第(24)式を第30式に代入し、第(26)式、第
(27)式を用いれば第(30)式は次式で表される。 θ t = tan -1 h t −h M /R p (30) By substituting equation (24) into equation 30 and using equations (26) and (27), equation (30) becomes It is expressed by the following formula.
θt=tan-1((ht−hM)/RH−ht2(ht−hM)/2RH 3
)
第(31)式は、ht≪RHおよびhM≪RHであるこ
とを用いて第(32)式で表わされる。 θ t = tan -1 ((h t −h M )/R H −h t 2(h t −h M )/2R H 3
) Equation (31) is expressed as Equation (32) using h t <<R H and h M <<R H.
θtht−hM/Rt−ht 2(ht−hM)/2RH3
第(32)の式第2項は測距データRpは水平距
離ではなく、スラントレンジであることによる誤
差を示しているが、第2項が第1項に比べて十分
小さいことは明らかである。 θ t h t −h M /R t −h t 2 (h t −h M )/2R H3 The second term in equation (32) indicates that the distance measurement data R p is not the horizontal distance but the slant range. It is clear that the second term is sufficiently smaller than the first term.
このように本発明によるレーダ装置では水平距
離ではなく、スラントレンジを用いた場合にも十
分な精度で位相補正係数を生成し、目標仰角を測
角でき、第7図に示すような効果を得ることがで
きる。 In this way, the radar device according to the present invention can generate the phase correction coefficient with sufficient accuracy even when using the slant range instead of the horizontal distance, and can measure the target elevation angle, achieving the effects shown in FIG. be able to.
第8図は、本発明の装置を捜索レーダに用いた
場合の実施例であり、図中、33は本発明による
レーダ装置、34は公知のピーク検出装置であ
る。信号処理装置24から第7図に示す演算結果
Vを伝送し、公知のピーク検出装置34により演
算結果のピーク31検出して、目標を検出でき、
この作用を利用して本発明装置を捜索レーダに用
いることができる。 FIG. 8 shows an embodiment in which the device of the present invention is used in a search radar, and in the figure, 33 is the radar device according to the present invention, and 34 is a known peak detection device. The calculation result V shown in FIG. 7 is transmitted from the signal processing device 24, and the peak 31 of the calculation result is detected by a known peak detection device 34, so that the target can be detected.
Utilizing this effect, the device of the present invention can be used in a search radar.
第9図は、本発明装置を追尾レーダに用いた場
合の実施例であり、図中、35は公知のピークの
角度情報を抽出する装置である。信号処理装置2
4から第7図に示す演算結果Vを伝送し、上記装
置35によりピーク31の角度情報θtを抽出し、
これを信号処理装置24にフイードバツクする。
信号処理装置24はフイードバツクされた角度情
報θtを用いて、適当な位相補正係数を計算できる
ため、精度よく目標を追尾することができる。 FIG. 9 shows an embodiment in which the device of the present invention is used in a tracking radar, and in the figure, 35 is a known device for extracting peak angle information. Signal processing device 2
4 to transmit the calculation result V shown in FIG. 7, and the device 35 extracts the angle information θt of the peak 31
This is fed back to the signal processing device 24.
Since the signal processing device 24 can calculate an appropriate phase correction coefficient using the feedback angle information θt , it can accurately track the target.
以上のようにこの発明によれば低空で飛行する
目標に対してマルチパス効果の影響を取り除き、
目標の存在と位置を正確に知ることができるた
め、低仰角の目標を探知・追尾するレーダ装置に
用いて、その効果は極めて大きい。 As described above, according to the present invention, the influence of multipath effects on targets flying at low altitude is removed,
Since it is possible to accurately know the existence and location of a target, it is extremely effective when used in radar equipment that detects and tracks targets at low elevation angles.
第1図aは、モノパルスレーダの原理を示すブ
ロツク図、第1図bはモノパルスアンテナのパタ
ーンを示す図、第2図は、和および差のモノパル
スアンテナパターンを示す図、第3図は受信角度
と位相検波器出力電圧の関係を示す図、第4図は
この発明装置の一実施例を示すブロツク図、第5
図は信号処理方法の原理を示す図、第6図はこの
発明装置と実開口アンテナとの等価性を示す図、
第7図はこの発明装置の効果を示す図、第8図は
この発明装置を捜索レーダに用いた場合の構成ブ
ロツク図、第9図は、この発明装置を追尾レーダ
に用いた場合の構成ブロツク図である。
図中、1はモノパルスアンテナ、2はハイブリ
ツド回路、3は増幅器、4は利得自動制御装置、
5は位相検波器、6はアンテナの中心軸、7は目
標、8はイメージ、9,10は反射波、11は海
面、12は和のパターン、13は差のパターン、
14,15,16,17は受信電圧、18は送受
信アンテナ、19は受信専用アンテナ、20は受
信機、21は送信機、22は送受切換器、23は
測距装置、24は信号処理装置、25は送信波、
26は仮想目標、27は目標とイメージの存在す
る面、28はアンテナ配列面、29はアンテナ中
心軸、30は等位相面、31,32は演算結果、
33はこの発明装置、34はピーク検出装置、3
5はピーク位置抽出装置である。なお、図中、同
一あるいは相当部分には同一符号を示してある。
Figure 1a is a block diagram showing the principle of monopulse radar, Figure 1b is a diagram showing the monopulse antenna pattern, Figure 2 is a diagram showing the sum and difference monopulse antenna patterns, and Figure 3 is the reception angle. FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the inventive device, and FIG.
Figure 6 is a diagram showing the principle of the signal processing method, Figure 6 is a diagram showing the equivalence between this invention device and a real aperture antenna,
Fig. 7 is a diagram showing the effects of this inventive device, Fig. 8 is a block diagram of the configuration when this inventive device is used for a search radar, and Fig. 9 is a block diagram of the configuration when this inventive device is used for a tracking radar. It is a diagram. In the figure, 1 is a monopulse antenna, 2 is a hybrid circuit, 3 is an amplifier, 4 is an automatic gain control device,
5 is a phase detector, 6 is the central axis of the antenna, 7 is a target, 8 is an image, 9 and 10 are reflected waves, 11 is a sea surface, 12 is a sum pattern, 13 is a difference pattern,
14, 15, 16, 17 are reception voltages, 18 is a transmission/reception antenna, 19 is a reception-only antenna, 20 is a receiver, 21 is a transmitter, 22 is a transmission/reception switch, 23 is a ranging device, 24 is a signal processing device, 25 is a transmission wave,
26 is a virtual target, 27 is a plane where the target and image exist, 28 is an antenna array plane, 29 is an antenna central axis, 30 is an equal phase plane, 31 and 32 are calculation results,
33 is this invention device, 34 is a peak detection device, 3
5 is a peak position extraction device. In the drawings, the same or corresponding parts are indicated by the same reference numerals.
Claims (1)
を受信する受信専用アンテナ素子からなる複数個
のアンテナ素子を鉛直方向に1列かつ所定の間隔
に配列したアンテナと、目標に向かて放射する電
波を上記送信用アンテナに送出する送信機と上記
受信専用アンテナ素子からの受信信号が各々与え
られる複数個の受信機と、上記複数個の受信機の
うちいずれか1個の受信機から得られる受信信号
によりアンテナと目標までのスラントレンジを測
定する測距装置と、iを上記アンテナ素子を区別
する番号、Cを光速、Nをアンテナ素子数、fi
(i=1、2、3、…、N)を送信周波数、hi(i
=1、2、3、…、N)をアンテナ素子が配列さ
れた高さ、Rpを上記測距装置により測定された
スラントレンジ、θpを信号処理上の変数、Kを零
でない任意の定数とした時、 ti=K・exP〔−j2π/λ{(h1+hN/2+ Rptanθp−hi)2+Rp 2}1/2 で表される補正係数tiを各アンテナ素子毎に計算
し、さらに各アンテナ素子で得られる信号を Si(i=1、2、…、N)とした時 V=|N 〓i=1 Siti| を計算し、上記信号処理上の変数θpを変化させて
上記演算結果Vのピーク値を出力する信号処理装
置とを備え、上記演算結果Vのピーク値を与える
信号処理上の変数θpを目標の位置の角度情報とし
て目標を検出することを特徴とするレーダ装置。[Scope of Claims] 1. An antenna in which a plurality of antenna elements, each consisting of a transmitting antenna element for transmitting radio waves and a reception-only antenna element for receiving radio waves, are arranged vertically in a row at predetermined intervals, and the antenna is directed toward a target. a transmitter that sends out radio waves to the transmitting antenna; a plurality of receivers each receiving a received signal from the receive-only antenna element; and a receiver of any one of the plurality of receivers. a ranging device that measures the slant range between the antenna and the target using the received signal obtained from the aircraft; i is the number that distinguishes the antenna element; C is the speed of light; N is the number of antenna elements; f i
(i = 1, 2, 3, ..., N) is the transmission frequency, h i (i
= 1, 2, 3, ..., N) is the height at which the antenna elements are arranged, R p is the slant range measured by the above distance measuring device, θ p is a variable for signal processing, and K is any non-zero value. When set as a constant , the correction coefficient t i expressed as 1/2 is set for each Calculate for each antenna element, and further calculate V = | N 〓 i=1 S i t i | when the signal obtained from each antenna element is S i (i = 1, 2, ..., N), and use the above a signal processing device that outputs the peak value of the calculation result V by changing the signal processing variable θ p , and the signal processing variable θ p that gives the peak value of the calculation result V is set to the angle of the target position. A radar device characterized by detecting a target as information.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4726880A JPS56143972A (en) | 1980-04-10 | 1980-04-10 | Radar apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4726880A JPS56143972A (en) | 1980-04-10 | 1980-04-10 | Radar apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS56143972A JPS56143972A (en) | 1981-11-10 |
JPH0137710B2 true JPH0137710B2 (en) | 1989-08-09 |
Family
ID=12770543
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4726880A Granted JPS56143972A (en) | 1980-04-10 | 1980-04-10 | Radar apparatus |
Country Status (1)
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JP (1) | JPS56143972A (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4521238B2 (en) * | 2004-09-09 | 2010-08-11 | 株式会社東芝 | Height measuring radar device and its angle measurement processing method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS548219A (en) * | 1977-06-17 | 1979-01-22 | Lucas Industries Ltd | Fuel pump device |
JPS5482191A (en) * | 1977-12-14 | 1979-06-30 | Japan Radio Co Ltd | Incoming wave signal incident angle detecting system |
-
1980
- 1980-04-10 JP JP4726880A patent/JPS56143972A/en active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS548219A (en) * | 1977-06-17 | 1979-01-22 | Lucas Industries Ltd | Fuel pump device |
JPS5482191A (en) * | 1977-12-14 | 1979-06-30 | Japan Radio Co Ltd | Incoming wave signal incident angle detecting system |
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Publication number | Publication date |
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JPS56143972A (en) | 1981-11-10 |
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