JP2817733B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーダ装置に関
し、特に移動する遠距離の目標を検出するための対空レ
ーダにおけるレーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーダ装置は、図６に示す様に、
クラッタを抑圧するために複数の送信を行い、その受信
信号の位相変化よりドップラ周波数を算出していた。例
えば、図６の例では４回の送受信を行い、その間は、送
信周波数、送信パルス幅、送信間隔及びビーム方向は一
定としていた。

【０００３】遠距離の目標を検出するための技術として
パルス圧縮という方式がある。図５に従来のパルス圧縮
を用いたレーダの構成の一例を示す。送信機１は送信信
号を発生する。送信変調信号発生器２は、パルス圧縮を
するために必要となる変調信号を出力する。送受切替器
３は、送信信号を送信機からアンテナへ、受信信号をア
ンテナから受信機へ出力する切替を行う。アンテナ４は
指向性を持たせ必要な方向の送受信を可能とする。受信
機５はコヒーレント信号発生器６が出力する同期信号を
用いてＩ成分及びＱ成分に位相検波する。Ａ／Ｄ変換器
７，８はアナログビデオ信号をディジタル信号に変換す
る。受信信号記憶器１１，１２は受信信号を格納する。

【０００４】受信データ圧縮器９はドップラ係数発生器
１６及び送信変調信号発生器２において決定される位相
変化を用いてパルス圧縮をする。最大信号検出器１０は
パルス圧縮をした受信信号の最大値を選択する。推定受
信信号生成器１３は、最大のパルス圧縮後の受信信号か
らパルス圧縮前の受信信号を算出する。不要信号除去器
（Ｉ）１４及び不要信号除去器（Ｑ）１５は、受信信号
記憶器１１，１２に格納してあるパルス圧縮前の受信信
号から、推定受信信号生成器１３で算出した最大の信号
成分を減算することにより除去する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、従来
の技術においては、目標を検出するための送受信時間の
限界があった。その理由は、クラッタ抑圧及び目標検出
のために必要な送信エネルギー確保のため、複数の送受
信を行っていたからである。そして第２の問題点は、Ｅ
ＣＭ機（電波妨害機）により探知される怖れのある複数
の送信をしなくてはならなかった。その理由は、クラッ
タ抑圧及び目標検出のために必要な送信エネルギー確保
のため、同一のレーダ諸元（周波数、パルス幅、パルス
間隔、ビーム方向）の送信を繰返し行っていたからであ
る。

【０００６】本発明は、１回の送受信により目標を検出
し、各送信毎にレーダ諸元である周波数、パルス幅、パ
ルス間隔及びビーム方向を変えられるようにすることに
より、短時間の目標検出及びＥＣＭ機によるレーダの探
知阻止を実現できるレーダ装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のレーダ装置は、
１回の送受信により目標を検出できるように１つの受信
信号からドップラ周波数成分を抽出する。より具体的に
は、送信周波数、パルス間隔から適切なフィルタの係数
を出力するフィルタ係数発生器（図１の９）と、信号の
ドップラ周波数及び位置からクラッタか否かを判断しク
ラッタ以外の信号を出力するクラッタ抑圧器（図１の１
４）とを有する。

【０００８】また、周波数、パルス幅、パルス間隔及び
ビーム方向を１送信毎に変化させることも他の特徴であ
る。具体的には、各諸元の情報を各処理器に出力するレ
ーダ諸元発生器（図１の１）を含む。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施の形態
について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明
によるレーダ装置の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。図１は、図５に示す従来のパルス圧縮機能を持つレ
ーダ装置の構成に本発明に係わる機能を付加したもの
で、レーダ諸元発生器１、フィルタ係数発生器９及びク
ラッタ抑圧器１４以外は図５の従来のレーダ装置と同一
又は同程度の構成である。

【００１０】レーダ諸元発生器１は、送信パルスの周波
数、パルス幅、パルス間隔及びビーム方向を１送信パル
スで目標検出できる条件で任意に情報を出力する。アン
テナ２は、レーダ諸元発生器１が出力する周波数、ビー
ム方向、パルス間隔を条件としてビーム形成をする。送
受切替器３は送信機５が出力する信号をアンテナ２へ、
またアンテナ２で受信した信号を受信機６へ出力する。
送信変調信号発生器４は、レーダ諸元発生器１が出力す
る周波数とパルス幅より決定される、長い送信パルスを
受信後にパルス圧縮ができるように変調信号を出力す
る。送信機５は、送信変調信号発生器４が出力する変調
信号と、レーダ諸元発生器１が出力する周波数、パルス
幅及びパルス間隔より、送信エネルギーを出力する。

【００１１】受信機６は、アンテナ２から受信する電力
を増幅し、位相検波する。Ａ／Ｄ変換器７は、受信機６
の出力信号をＡ／Ｄ変換する。受信データ記憶器８は、
１送信分の受信データを格納する。フィルタ係数発生器
９は、レーダ諸元発生器１が出力する周波数、パルス間
隔より目標のドップラ周波数を考慮したフィルタの係数
を出力する。パルス圧縮器１０は、送信変調信号発生器
４が出力する送信パルスの変調信号情報及びフィルタ信
号発生器９が出力するフィルタの係数より、各ドップラ
周波数毎のパルス圧縮をする。

【００１２】最大信号検出器１１は、パルス圧縮器１０
の出力信号の中から最大の信号を選択し、その信号、距
離及びドップラ周波数を出力する。推定受信信号生成器
１２は、最大信号検出器１１が出力するパルス圧縮後の
最大信号、そのドップラ周波数及び送信変調信号発生器
４が出力する変調信号情報より、パルス圧縮前の受信信
号を推定する。不要信号除去器１３は、受信データ記憶
器８において格納されている受信信号から、推定受信信
号生成器１２で算出した受信信号を減算することにより
除去し、受信データ記憶器８に出力する。クラッタ抑圧
器１４は、最大信号検出器１１が出力する信号のドップ
ラ周波数、距離及びレーダ諸元発生器１が出力するビー
ム方向よりクラッタか否かを判断し、クラッタ以外の信
号を出力する。

【００１３】１送信の受信信号を、パルス圧縮器１０、
最大信号検出器１１、推定受信信号生成器１２、不要信
号除去器１３及び受信データ記憶器８で繰り返し処理す
ることにより信号の検出をし、そのドップラ周波数及び
位置からクラッタ抑圧をする。これにより、目標検出を
１回の送信でするために必要な長い送信パルスのパルス
圧縮において発生するタイムサイドローブの抑圧が可能
となる。また、１回の受信信号のドップラ周波数成分を
用いたクラッタ抑圧も可能となる。

【００１４】次に、本発明の実施の形態の動作につい
て、図１及び図２を参照して詳細に説明する。レーダ諸
元発生器１は、図２に示すタイミング例のように、レー
ダ諸元である送信パルス幅、送信パルス間隔、ビーム方
向及び周波数を１送信毎に変化するレーダ諸元情報を出
力する。この情報を受けるアンテナ２は、予じめビーム
方向と周波数よりビーム形成をするためのパラメータを
計算し、送信パルス間隔により決定される送信の直前か
らビーム形成を行い、受信区間の終了まで継続させる。
レーダ諸元情報を受ける送信変調信号発生器４は、予じ
め送信周波数及びパルス幅より対応する変調信号を用意
し、送信パルス間隔により決定される送信の直後から、
用意した変調信号を送信機５に出力するとともに、パル
ス圧縮器１０及び推定受信信号発生器１２に変調信号情
報として出力する。レーダ諸元情報を受ける送信機５
は、予じめ送信周波数とパルス幅より送信において必要
な内部のトリガ信号及びフィルタ設定等のパラメータを
用意し、パルス間隔により決定されるタイミングで送信
変調信号発生器４が出力する変調された送信エネルギー
を出力する。レーダ諸元情報を受ける受信機６は、予じ
め送信周波数より受信において必要な内部のトリガ信号
及びフィルタ設定等のパラメータを用意し、パルス間隔
により決定されるタイミングで指定された周波数設定と
する。

【００１５】レーダ諸元情報を受けるフィルタ係数発生
器９は、周波数、パルス間隔及び予じめ指定しているド
ップラ速度よりドップラを考慮したパルス圧縮に必要な
フィルタの係数を算出し、パルス圧縮器１０に出力す
る。変調信号情報及びパルス圧縮に必要なフィルタの係
数を受けるパルス圧縮器１０は、変調信号とフィルタの
係数とからパルス圧縮のパラメータを算出し、受信デー
タをパルス圧縮する。レーダ諸元情報を受けるクラッタ
抑圧器１４は、ビーム方向と最大信号検出器１１が出力
する信号の距離及びドップラ周波数より、信号がクラッ
タか否かを判断しクラッタ以外の信号を出力する。

【００１６】本発明の実施の形態において得られる特有
の効果を図２及び図４を参照して説明する。本発明によ
り、１回の送信により目標検出が可能となる。図４は、
従来と本発明の検出時間の一例を示す。図４（ａ）は、
最大探知距離と送信時間の比率として定義する送受比率
２５％で、４回の送信により目標検出をする従来のレー
ダにおける送受信のタイミングを示す。図４（ｂ）は、
従来の４回分の送信時間を１回の送信パルスで受信する
場合の本発明の送受信のタイミングを示す。これより、
従来の４０％の時間で目標を検出できることがわかる。

【００１７】図４（ｃ）は、ヒット数４の従来のレーダ
と本発明のレーダ方式との送受信に要する時間の短縮率
を、従来のレーダの送受比率をパラメータとして示した
ものである。これによれば、送受信時間が３０〜４０％
に短縮することがわかる。このように１回の送信で目標
を検出できることにより、図２に示すように各レーダ諸
元を送信毎に変化することも可能となる。

【００１８】次に、本発明の第２の実施の形態について
図面を参照して説明する。図３は、第２の実施の形態を
示す構成図であり、レーダ諸元発生器１、パルス圧縮器
１０と推定受信信号生成器１２において、図１に示す第
１の実施の形態と異なっている。

【００１９】レーダ諸元発生器１は、本発明外の装置に
おいて追尾処理のような目標の位置を予測し、その情報
である目標予測位置を入力源として、レーダ諸元である
周波数、送信パルス幅、送信間隔及びビーム方向につい
てより効率的な設定ができ、ビーム走査時間の短縮が可
能になる。つまり、目標の予測位置より遠距離の目標検
出が不要となるため、送信パルス幅及び送信間隔を短く
すること、使用できる周波数の制限を緩和できること及
びビーム方向を限定できることがその理由である。

【００２０】パルス幅及び周波数により使用する変調信
号を予じめ指定しておく場合、パルス圧縮器１０及び推
定受信信号生成器１２は、レーダ諸元発生器１が出力す
るレーダ諸元情報により変調信号に対応した復調信号を
用意することができる。第２の実施の形態では、それを
想定した情報の入出力となっている。

【００２１】上述のように送信周波数及びパルス間隔に
より変わる、ドップラ周波数を分離するためのフィルタ
の係数を変え、１送信分の受信信号によりクラッタ抑圧
を実施している。このため、１回の送信信号により目標
を検出することが可能となる。そして、送信周波数、パ
ルス幅、パルス間隔及びビーム方向を含むレーダ諸元に
ついて、１ヶ所から各処理部に出力できる。このため、
１回の送信毎にレーダ諸元を変え、ＥＣＭ機からのレー
ダの探知を阻止することが可能となる。

【００２２】

【実施例】次に、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。図１におけるレーダ諸元発生器１
は、複数の出力インタフェースを持ち、予じめ決められ
た条件でレーダ諸元情報を出力するプロセッサ、シーケ
ンサ又はゲートアレイで構成される。アンテナ２は、全
方位を任意の順序でビームスキャンできる複数の位相器
等を有し、ビーム形成をするための等位相面を形成する
フェーズド・アレイ・レーダで構成される。ただし、反
射鏡式のアンテナとしてもビームを任意に走査できない
以外は、本発明の効果を有する。受信データ記憶器８、
フィルタ係数発生器９、パルス圧縮器１０、最大信号検
出器１１、推定受信信号生成器１２、不要信号除去器１
３及びクラッタ抑圧器１４は、高速に多量のデータの演
算及び判定処理を実施するため、プロセッサ、シーケン
サ又はゲートアレイとメモリ及びディジタルＩＣより構
成される。

【００２３】次に、本実施例の動作について、図１及び
図２を参照して詳細に説明する。レーダ諸元発生器１
は、使用できる周波数と予測する目標の距離から周波数
を決定する。周波数により探知距離、クラッタ抑圧性能
等が変わるため、予測する目標の距離により使用できる
周波数を予じめ決定しておき、その中から任意に使用す
る周波数を決定する。使用する送信パルス幅は予測する
目標の距離により決定する。周波数毎に予じめ計算され
ている最大探知距離Ｒ_max 、そのパルス幅τ_maxと予測
する目標の距離Ｒにより、（１）式により使用できる最
小のパルス幅τを決定できる。

【００２４】

【数１】

【００２５】使用するパルス間隔は、予測する目標の距
離により決定する。パルス間隔は送信パルス幅と受信時
間の和であり、受信時間の最小値ｔ_r は（２）式により
求められ、これよりパルス間隔の最小値が決定される。

【００２６】

【数２】 ここで、Ｒ： 予測する目標の距離 ｃ： 光速

【００２７】使用するビーム方向は、予測する目標の方
向により決定する。尚、目標の距離が不明な場合は、必
要な最大距離を用いて処理を行う。図１の例は、各方位
毎に必要な最大距離が予じめ指定されている場合を示し
ている。

【００２８】フィルタ係数発生器９は、レーダ諸元情報
に含まれる送信周波数及びパルス間隔よりパルス圧縮に
必要なフィルタの係数を出力する。ここでフィルタの係
数とは、ドップラ周波数に相当する位相変化速度ω及び
パルス間隔のサンプル数ｎであり、（３）、（４）式に
より決定する。

【００２９】

【数３】

【００３０】

【数４】

【００３１】ここで、ｆ_c ： 送信周波数 ｖ ： ドップラ速度 ｃ ： 光速 ｔ ： パルス間隔 ｔ_s ： Ａ／Ｄサンプリング間隔 尚、パルス圧縮をＦＦＴ処理により実施する場合は、ｎ
を（４）式で算出した値を越える２のべき乗を出力す
る。また、ωは仮定するドップラ速度をｖ₁ ，ｖ ₂ ，
…，ｖ_m とすると（３）式におけるｖに代入して複数の
ω₁ ，ω₂ ，…，ω _m を出力する。

【００３２】パルス圧縮器１０は、変調信号情報と位相
変化速度ωを用いて復調信号を算出しパルス圧縮をす
る。例えば、ＦＦＴを用いてパルス圧縮をする場合を次
に示す。変調信号ｆ(i) （ｉ＝１，…，ｌ）を次のよう
に交換して、復調信号ｇ(i) （ｉ＝１，…，ｎ）を算出
する。

【００３３】

【数５】

【００３４】次に、受信信号ｒ(i) （ｉ＝１，…，ｌ）
に次のデータ拡張を行いｒ'(i)（ｉ＝１，…，ｎ）を用
意する。

【００３５】 ｒ'(i)＝０ （ｉ＝１，…，ｋ） ｒ'(i)＝ｒ(i−k) （ｉ＝ｋ＋１，…，ｋ＋１） ｒ'(i)＝０ （ｉ＝ｋ＋ｌ＋１，…，ｎ） ここで、ｋはパルス幅に相当するサンプリング数を示
す。

【００３６】以上より算出したｇ(i) とｒ(i)'（ｉ＝
１，…，ｎ）をそれぞれＦＦＴ処理を行い、それぞれに
ついて同一周波数の演算を行いＩＦＦＴを行うことによ
り、パルス圧縮をすることができる。尚、位相変化速度
ωを複数指定された場合は、それぞれのωの復調信号ｇ
(i) を求めてパルス圧縮をすることになる。したがって
ｍ組のωがある場合は、最大距離までのパルス圧縮後の
データがｍ組出力することになる。

【００３７】クラッタ抑圧器１４は、最大信号検出器１
１で出力する信号の距離とドップラ周波数とレーダ諸元
発生器１が出力するビーム方向より予じめ決定してある
方法によりクラッタか否かを判定する。例えば、低仰角
のドップラ周波数が０の付近の信号及びあらかじめ指定
された位置及びドップラ周波数の信号についてはクラッ
タと判定し、この信号については、出力しない。また、
送信パルス幅が短い場合にドップラ周波数を細かく分離
できない場合があり、その対策として送信パルス幅によ
りクラッタと判断するドップラ周波数の範囲を制御する
方法もある。

【００３８】

【発明の効果】第１の効果は、目標を検出するための送
受信時間を大幅に短縮することができ、これにより、高
速の目標追尾、ビーム走査及び走査範囲の拡大ができる
ことである。その理由は目標検出に必要な１回の長い送
信パルスの受信により目標を検出し、クラッタを抑圧で
きるようにしたからである。

【００３９】第２の効果は、１回の送信毎にレーダ諸元
である周波数、パルス幅、パルス間隔及びビーム方向を
変えられるようにしたことにより、ＥＣＭ機によるレー
ダの検出を阻止できることである。その理由は、ＥＣＭ
機は、繰り返す同一のレーダ諸元により、レーダの検出
をしており、本発明は同一のレーダ諸元を繰り返さない
ようにしたからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーダ装置の一実施の形態を示す構成
図である。

【図２】本発明の一実施の形態の動作を示すタイムチャ
ートである。

【図３】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。

【図４】本発明の効果を示す説明図である。

【図５】従来のレーダ装置の構成図である。

【図６】従来のレーダ装置の動作を示すタイムチャート
である。

【符号の説明】

１ レーダ諸元発生器 ２ アンテナ ３ 送受切替器 ４ 送信変調信号発生器 ５ 送信機 ６ 受信機 ７ Ａ／Ｄ変換器 ８ 受信データ記憶器 ９ フィルタ係数発生器 １０ パルス圧縮器 １１ 最大信号検出器 １２ 推定受信信号生成器 １３ 不要信号除去器 １４ クラッタ抑圧器

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−281342（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−294864（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−54478（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−137395（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−15555（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/64 G01S 13/00 - 13/95

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーダ諸元である送信パルスの周波数、
   パルス幅、パルス間隔及びビーム方向を、１送信パルス
   で目標検出できる条件で任意に出力するレーダ諸元発生
   器（１）と、 前記レーダ諸元発生器（１）が出力する周波数、ビーム
   方向及びパルス間隔を条件としてビーム形成をするアン
   テナ（２）と、 送信機が出力する信号をアンテナへ、またアンテナで受
   信した信号を受信機へ出力する送受切替器（３）と、 前記レーダ諸元発生器（１）が出力する周波数とパルス
   幅より決定される、長い送信パルスを受信後にパルス圧
   縮をするための変調信号を出力する送信変調信号発生器
   （４）と、 前記送信変調信号発生器（４）が出力する変調信号と、
   前記レーダ諸元発生器（１）が出力する周波数、パルス
   幅及びパルス間隔より送信エネルギーを出力する送信機
   （５）と、 前記アンテナ（２）から受信する電力を増幅し、位相検
   波する受信機（６）と、 前記受信機（６）の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変
   換器（７）と、 １送信分の受信データを格納する受信データ記憶器
   （８）と、 前記レーダ諸元発生器（１）が出力する周波数、パルス
   間隔より目標のドップラ周波数を考慮するフィルタを作
   るための係数を出力するフィルタ係数発生器（９）と、 前記送信変調信号発生器（４）が出力する送信パルスの
   変調信号情報及び前記フィルタ係数発生器（９）が出力
   するフィルタの係数より各ドップラ周波数毎のパルス圧
   縮をするパルス圧縮器（１０）と、 前記パルス圧縮器（１０）の出力信号の中から最大の信
   号を選択し、その信号、距離及びドップラ周波数を出力
   する最大信号検出器（１１）と、 前記最大信号検出器（１１）が出力するパルス圧縮後の
   最大信号、そのドップラ周波数及び前記送信変調信号発
   生器（４）が出力する変調信号情報より、パルス圧縮前
   の受信信号を推定する推定受信信号生成器（１２）と、 前記受信データ記憶器（８）において格納されている受
   信信号から、前記推定受信信号生成器（１２）で算出し
   た受信信号を減算することにより最大の信号成分を除去
   し、前記受信データ記憶器（８）に出力する不要信号除
   去器（１３）と、 前記最大信号検出器（１１）が出力する信号のドップラ
   周波数、距離及び前記レーダ諸元発生器（１）が出力す
   るビーム方向よりクラッタか否かを判断し、クラッタ以
   外の信号を出力するクラッタ抑圧器（１４）とを有する
   ことを特徴とするレーダ装置。
2. 【請求項２】 レーダ諸元発生器（１）が外部装置から
   の目標予測位置情報により送信パルスの周波数、パルス
   幅、パルス間隔及びビーム方向を、１送信パルスで目標
   検出できる条件で出力し、パルス圧縮器（１０）及び推
   定受信信号生成器（１２）が、前記レーダ諸元発生器
   （１）が出力するレーダ諸元情報により変調信号に対応
   した復調信号を用意する請求項１記載のレーダ装置。