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JP5911331B2 - Monopulse angle measuring device and monopulse angle measuring method - Google Patents

Monopulse angle measuring device and monopulse angle measuring method Download PDF

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JP5911331B2 JP2012038900A JP2012038900A JP5911331B2 JP 5911331 B2 JP5911331 B2 JP 5911331B2 JP 2012038900 A JP2012038900 A JP 2012038900A JP 2012038900 A JP2012038900 A JP 2012038900A JP 5911331 B2 JP5911331 B2 JP 5911331B2
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Description

本発明は、受信アンテナに到来する電波の到来方向を推定するモノパルス測角装置およびモノパルス測角方法に関するものである。   The present invention relates to a monopulse angle measuring device and a monopulse angle measuring method for estimating the direction of arrival of a radio wave arriving at a receiving antenna.

従来のフェーズドアレーレーダでは、モノパルスコンパレータを用いて和および差ビームを形成してモノパルス測角を行い、受信した目標信号の到来方向を推定している(例えば、非特許文献1参照)。これに対し、近年、レーダのさらなる高性能化を達成するために、DBF(Digital Beamforming)方式を用いるフェーズドアレーレーダの開発が増加している。   In a conventional phased array radar, a monopulse comparator is used to form sum and difference beams, monopulse angle measurement is performed, and the arrival direction of the received target signal is estimated (see, for example, Non-Patent Document 1). On the other hand, in recent years, development of phased array radars using a DBF (Digital Beamforming) system has been increasing in order to achieve higher performance of radars.

このようなDBF方式レーダでは、ディジタル化された受信チャネルに対して、モノパルスコンパレータによるビーム形成と同じ処理を行うことにより、従来と同等の測角精度を有するモノパルス測角の実現が可能である。すなわち、互いに対称に左右(上下)分割されたアンテナ開口面に並べた素子アンテナに接続された各受信チャネルの受信信号に対して、ビーム指向のための移相設定等をした上で、互いに足し合わせることにより、和ビーム形成を行う。   In such a DBF type radar, it is possible to realize monopulse angle measurement having the same angle measurement accuracy as in the past by performing the same processing as beam forming by the monopulse comparator on the digitized reception channel. In other words, the phase-shift setting for beam directing is set for the received signals of each receiving channel connected to the element antennas arranged on the antenna aperture divided into left and right (up and down) symmetrically, and then added to each other. By combining them, a sum beam is formed.

同時に、各受信チャネルに対して「+1」あるいは「−1」のウェイトを与えてから、互いに足し合わせることにより、差ビーム形成を行う。これにより、モノパルスコンパレータを用いた場合と同等の和ビームおよび差ビームを得ることが可能となる。   At the same time, a “+1” or “−1” weight is given to each reception channel, and then added together to perform difference beam formation. Thereby, it is possible to obtain a sum beam and a difference beam equivalent to the case of using a monopulse comparator.

このようなモノパルスコンパレータを前提とする従来のモノパルス測角方式の受信機雑音に対する測角精度は、メインビーム幅、規格化モノパルススロープ、受信SNR(Signal to Noise Ratio)により理論的に与えられる。規格化モノパルススロープは、和ビームパターンおよび差ビームパターンより一意に決まる値であり、例えば、アンテナが等間隔リニアアレーの場合、規格化モノパルススロープは、kmMono=1.391となる。 The angle measurement accuracy with respect to the receiver noise of the conventional monopulse angle measurement method based on such a monopulse comparator is theoretically given by the main beam width, the normalized monopulse slope, and the reception SNR (Signal to Noise Ratio). The standardized monopulse slope is a value uniquely determined from the sum beam pattern and the difference beam pattern. For example, when the antenna is an equidistant linear array, the standardized monopulse slope is km Mono = 1.391.

T. Jeffrey、 Phased-Array Radar Design: Application of Radar Fundamentals、 SciTech Publishing、 Raleigh、 NC、 2009.T. Jeffrey, Phased-Array Radar Design: Application of Radar Fundamentals, SciTech Publishing, Raleigh, NC, 2009.

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
このような従来のモノパルス測角方式による測角精度は、クラメール・ラオの理論限界(下限)(Cramer-Rao Lower Bound: 以降、CRLBと記す)に一致しない。等間隔リニアアレーによるモノパルス測角精度がCRLBに一致する場合、規格化モノパルススロープは、kmCRLB=1.607に相当し、従来のモノパルス測角方式に比べて精度が1.155倍よい。
However, the prior art has the following problems.
The angle measurement accuracy by such a conventional monopulse angle measurement method does not coincide with the Cramer-Rao Lower Bound (hereinafter referred to as CRLB). When the monopulse angle measurement accuracy by the equally-spaced linear array matches CRLB, the normalized monopulse slope corresponds to km CRLB = 1.607, which is 1.155 times better than the conventional monopulse angle measurement method.

このように、従来のモノパルス測角方式は、規格化モノパルススロープが最適化されていないため、測角精度がCRLBに一致しないという問題があった。   Thus, the conventional monopulse angle measurement method has a problem that the angle measurement accuracy does not match CRLB because the standardized monopulse slope is not optimized.

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、モノパルス測角精度がCRLBに一致するモノパルス測角装置およびモノパルス測角方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a monopulse angle measurement device and a monopulse angle measurement method whose monopulse angle measurement accuracy matches CRLB.

本発明に係るモノパルス測角装置は、アンテナ開口中心を基準に対称に配置された素子アンテナ座標dを有し、到来する目標信号を受信するM(Mは、2以上の整数)個の素子アンテナと、M個の素子アンテナのそれぞれで受信した目標信号を、ディジタル化した目標信号に変換するM個の受信機と、M個の受信機のそれぞれによるディジタル化した目標信号を互いに足し合わせて和ビームを形成する和ビーム形成部と、M個の素子アンテナに関する素子アンテナ座標に基づいて、明細書中の式(22)により差ビームウェイトを Δ として求め、M個の受信機のそれぞれによるディジタル化した目標信号に対して差ビームウェイトによる重み付けを行うことで差ビームを形成する差ビーム形成部と、和ビーム形成部で形成された和ビーム、および差ビーム形成部で形成された差ビームを入力してモノパルス測角値を求めるモノパルス測角部とを備えるものである。 The monopulse angle measuring device according to the present invention has element antenna coordinates d arranged symmetrically with respect to the center of the antenna aperture, and M (M is an integer of 2 or more) element antennas for receiving an incoming target signal. And the M receivers that convert the target signals received by the M element antennas into digitized target signals and the digitized target signals of the M receivers, respectively, are added together. Based on the sum beam forming unit for forming the beam and the element antenna coordinates for the M element antennas, the difference beam weight is obtained as W Δ by the equation (22) in the specification, and the digital signal by each of the M receivers is obtained. A difference beam forming unit that forms a difference beam by performing weighting with a difference beam weight on the converted target signal, and a sum beam formed by the sum beam forming unit, Enter the difference beams formed by and difference beamformer in which and a monopulse angle measurement unit obtains the monopulse angle measurement value.

また、本発明に係るモノパルス測角方法は、アンテナ開口中心を基準に対称に配置された素子アンテナ座標dを有し、到来する目標信号をM(Mは、2以上の整数)個の素子アンテナにより受信する受信ステップと、受信ステップで受信した目標信号を、ディジタル化した目標信号に変換するディジタル変換ステップと、ディジタル変換ステップによりディジタル化した目標信号を互いに足し合わせて和ビームを形成する和ビーム形成ステップと、M個の素子アンテナに関する素子アンテナ座標に基づいて、明細書中の式(22)により差ビームウェイトを Δ として求め、ディジタル変換ステップによりディジタル化した目標信号に対して差ビームウェイトによる重み付けを行うことで差ビームを形成する差ビーム形成ステップと、和ビーム形成ステップで形成された和ビーム、および差ビーム形成ステップで形成された差ビームを入力してモノパルス測角値を求めるモノパルス測角ステップとを備えるものである。 In addition, the monopulse angle measuring method according to the present invention has element antenna coordinates d arranged symmetrically with respect to the center of the antenna aperture , and M (M is an integer of 2 or more) arriving target signals. Receiving step, a digital conversion step for converting the target signal received in the reception step into a digitized target signal, and a sum beam forming the sum beam by adding together the target signals digitized by the digital conversion step Based on the forming step and the element antenna coordinates for the M element antennas, the difference beam weight is obtained as W Δ by the equation (22) in the specification, and the difference beam weight is obtained with respect to the target signal digitized by the digital conversion step. A difference beam forming step for forming a difference beam by weighting according to Sum beam is formed in the forming step, and the difference by entering the difference beams formed by the beam forming step in which and a monopulse angle measurement step obtaining a monopulse angle measurement value.

本発明に係るモノパルス測角装置およびモノパルス測角方法によれば、ディジタル化した目標信号から和ビームを形成するとともに、与えられた素子アンテナ座標に基づいて差ビームウェイトを求めて差ビームを形成し、両ビームからモノパルス測角値を求めるように構成することで、従来のモノパルス測角方式に比べて高精度化を図ることができ、モノパルス測角精度がCRLBに一致するモノパルス測角装置およびモノパルス測角方法を得ることができる。   According to the monopulse angle measuring device and the monopulse angle measuring method of the present invention, a sum beam is formed from a digitized target signal, and a difference beam weight is obtained based on given element antenna coordinates to form a difference beam. By configuring so as to obtain the monopulse angle measurement value from both beams, it is possible to achieve higher accuracy than the conventional monopulse angle measurement method, and the monopulse angle measurement device and the monopulse whose monopulse angle measurement accuracy matches CRLB An angle measuring method can be obtained.

本発明の実施の形態1に係るモノパルス測角装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the monopulse angle measuring device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係るモノパルス測角装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the monopulse angle measuring device which concerns on Embodiment 2 of this invention.

以下、本発明に係るモノパルス測角装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a monopulse angle measuring device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るモノパルス測角装置を示す構成図である。図中、M(≧2)個の素子アンテナA#1〜A#Mは、到来する目標信号を受信するとともに、M個の受信機R#1〜R#Mにそれぞれ接続されている。受信機R#1〜R#Mでは、アンテナA#1〜A#Mで受信した目標信号をベースバンド帯に周波数変換してアナログ信号を生成し、さらに、AD変換により、ディジタル化した目標信号に変換する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a monopulse angle measuring device according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, M (≧ 2) element antennas A # 1 to A # M receive an incoming target signal and are connected to M receivers R # 1 to R # M, respectively. In the receivers R # 1 to R # M, the target signals received by the antennas A # 1 to A # M are frequency-converted to the baseband to generate an analog signal, and further digitized by AD conversion Convert to

受信機R#1〜R#Mは、和ビーム形成部1と差ビーム形成部2aに共通に接続されている。和ビーム形成部1は、受信機R#1〜R#Mによりディジタル化された目標信号を互いに足し合わせた和ビームを形成する。一方、差ビーム形成部2aは、与えられた素子アンテナ座標に基づく差ビームウェイトを求めるとともに、受信機R#1〜R#Mによりディジタル化された目標信号に対して差ビームウェイトを適用して、差ビームを形成する。   The receivers R # 1 to R # M are commonly connected to the sum beam forming unit 1 and the difference beam forming unit 2a. The sum beam forming unit 1 forms a sum beam obtained by adding the target signals digitized by the receivers R # 1 to R # M to each other. On the other hand, the difference beam forming unit 2a obtains a difference beam weight based on the given element antenna coordinates and applies the difference beam weight to the target signals digitized by the receivers R # 1 to R # M. , Forming a difference beam.

和ビーム形成部1および差ビーム形成部2aは、モノパルス測角部3に接続されている。そして、モノパルス測角部3は、和ビーム形成部1からの和ビームおよび差ビーム形成部2aからの差ビームを入力して、モノパルス測角を行う。   The sum beam forming unit 1 and the difference beam forming unit 2 a are connected to a monopulse angle measuring unit 3. The monopulse angle measuring unit 3 inputs the sum beam from the sum beam forming unit 1 and the difference beam from the difference beam forming unit 2a, and performs monopulse angle measurement.

次に、本実施の形態1に係るモノパルス測角装置の背景理論として、モノパルス測角値のCRLBを示し、特に、等間隔リニアアレーの場合には、規格化モノパルススロープkmCRLB=1.607の場合に相当することを示す。 Next, as the background theory of the monopulse angle measuring device according to the first embodiment, the CRLB of the monopulse angle measurement value is shown. In particular, in the case of an equispaced linear array, the normalized monopulse slope km CRLB = 1.607 It corresponds to.

目標信号がM個の素子アンテナA#1〜A#Mに到来し、それぞれ受信機R#1〜R#Mにてディジタル化され、ビーム形成部1および2aに共通に与えられる受信信号ベクトルx(t)((t=1、・・・、T)はサンプル番号)を下式(1)のように表す。ただし、簡単のため、アンテナは、リニアアレーアンテナとする。また、フェーズドアレーアンテナでは、素子アンテナの後段に移相器を配するが、本発明の説明には、無関係なので省略する。   A target signal arrives at M element antennas A # 1 to A # M, is digitized by receivers R # 1 to R # M, respectively, and is received signal vector x that is commonly supplied to beam forming units 1 and 2a. (T) ((t = 1,..., T) is a sample number) is expressed by the following equation (1). However, for simplicity, the antenna is a linear array antenna. In the phased array antenna, a phase shifter is arranged after the element antenna.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

上式(1)におけるs(t)、n(t)は、それぞれ目標信号ベクトル、受信機雑音ベクトル(受信機雑音平均電力はσとする)を示す。また、a(u)は、到来角θに対応するステアリングベクトルであり、a(u)およびuは、次式(2)、(3)で与えられる。 In the above equation (1), s (t) and n (t) indicate a target signal vector and a receiver noise vector (receiver noise average power is σ 2 ), respectively. Further, a (u) is a steering vector corresponding to the arrival angle θ, and a (u) and u are given by the following equations (2) and (3).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

ここで、d、・・・、dは、差ビーム形成部2aに与えられる素子アンテナ座標であり、λは、波長である。[・]の上添字Tは、[・]の転置を表わすものであり、サンプル番号のTとは異なるものである。 Here, d 1 ,..., D M are element antenna coordinates given to the difference beam forming unit 2a, and λ is a wavelength. The superscript T of [•] T represents the transpose of [•] and is different from the sample number T.

上式(1)において、到来角θに対応するuのCRLBによるモノパルス測角精度σCRLBは、次式(4)により与えられる。 In the above equation (1), the monopulse angle measurement accuracy σ CRLB by u CRLB corresponding to the arrival angle θ is given by the following equation (4).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

ただし、ESNRは、素子アンテナ段でのSNRであり、次式(5)で与えられる。Hは、複素共役転置を表す。   However, ESNR is the SNR at the element antenna stage and is given by the following equation (5). H represents a complex conjugate transpose.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

じょうしき(5)におけるpは、各素子アンテナにおける目標電力であり、次式(6)で与えられる。 P s in step (5) is a target power in each element antenna and is given by the following equation (6).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

また、Dは、素子アンテナ座標を対角成分とする対角行列であり、次式(7)で表される。   D is a diagonal matrix having the element antenna coordinates as diagonal components, and is expressed by the following equation (7).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

素子アンテナ座標が、下式(8)のように、アンテナ開口中心を基準に対称である場合を考える。   Consider a case in which the element antenna coordinates are symmetric with respect to the center of the antenna aperture as in the following equation (8).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

このとき、上式(4)は、次式(9)のように変形できる。   At this time, the above equation (4) can be transformed into the following equation (9).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

ここで、上式(9)におけるSNRは、次式(10)で与えられる積分後SNRである。   Here, the SNR in the above equation (9) is a post-integration SNR given by the following equation (10).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

さらに、等間隔リニアアレーの場合におけるσCRLBは、次式(11)のように近似して変形することができる。 Furthermore, σ CRLB in the case of an equally spaced linear array can be approximated and deformed as in the following equation (11).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

ここで、上式(11)におけるD、BW、およびSNRは、それぞれ次式(12)〜(14)で与えられる等間隔リニアアレーの開口長、ビーム幅、および積分後SNRである。 Here, D, BW u , and SNR in the above equation (11) are the aperture length, beam width, and post-integration SNR of the equally spaced linear array given by the following equations (12) to (14), respectively.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

上式(11)の右辺第3行目は、モノパルス測角精度の式(後述の式(18)参照)と同じ形であり、CRLBから導出される規格化モノパルススロープkmCRLBは、上式(11)の右辺第2行目および3行目の関係から、次式(15)のように与えられることが明らかとなる。 The third row on the right side of the above equation (11) has the same form as the monopulse angle measurement accuracy equation (see equation (18) described later), and the normalized monopulse slope km CRLB derived from the CRLB is the above equation ( From the relationship between the second and third rows on the right side of 11), it is apparent that the following equation (15) is given.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

これに対し、等間隔リニアアレーでの従来のモノパルス測角方式の規格化モノパルススロープkmMonoには、次式(16)の関係がある。 On the other hand, the standardized monopulse slope km Mono of the conventional monopulse angle measurement method in an equispaced linear array has the relationship of the following equation (16).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

よって、kmMonoは、上式(13)を用いて、次式(17)のように与えられる。 Therefore, km Mono is given by the following equation (17) using the above equation (13).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

これより、等間隔リニアアレーでの従来のモノパルス測角方式の測角精度σMonoは、次式(18)のように表わされる。 As a result, the angle measurement accuracy σ Mono of the conventional monopulse angle measurement method using the equally spaced linear array is expressed by the following equation (18).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

上式(11)と上式(18)を比較すると、次式(19)の関係式が導かれる。   When the above equation (11) is compared with the above equation (18), the relational equation of the following equation (19) is derived.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

すなわち、等間隔リニアアレーでの従来のモノパルス測角方式の測角精度は、CRLBに達せず、CRLBに比べて1.155倍劣化している。   That is, the angle measurement accuracy of the conventional monopulse angle measurement method with the equal interval linear array does not reach the CRLB, and deteriorates 1.155 times compared to the CRLB.

以上が本実施の形態1の背景理論の説明であり、モノパルス測角値のCRLBによる測角精度を示すとともに、特に等間隔リニアアレーの場合には、規格化モノパルススロープkmCRLB=1.607の場合に相当することを述べた。さらに、従来のモノパルス測角方式の測角精度は、CRLBに一致しないことを述べた。 The above is the explanation of the background theory of the first embodiment. The angle measurement accuracy by the CRLB of the monopulse angle measurement value is shown. In particular, in the case of an equispaced linear array, the normalized monopulse slope km CRLB = 1.607. It is said that it corresponds to. Furthermore, it has been stated that the angle measurement accuracy of the conventional monopulse angle measurement method does not coincide with CRLB.

次に、本実施の形態1のモノパルス測角装置における処理の流れを説明する。   Next, the flow of processing in the monopulse angle measuring device of the first embodiment will be described.

和ビーム形成部1では、M個の受信機R#1〜R#Mから受信信号ベクトルx(t)を入力し、次式(20)により、和ビーム出力yΣ(t)を得る。 The sum beam forming unit 1 receives received signal vectors x (t) from M receivers R # 1 to R # M, and obtains a sum beam output y Σ (t) by the following equation (20).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

ただし、上式(20)におけるwΣは、和ビームに対するビームウェイトであり、次式(21)で与えられる。 However, w Σ in the above equation (20) is a beam weight for the sum beam, and is given by the following equation (21).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

一方、差ビーム形成部2aでは、まず、素子アンテナ座標等を用いて、次式(22)による差ビームウェイトwΔを求める。 On the other hand, the difference beam forming unit 2a first obtains a difference beam weight according to the following equation (22) using element antenna coordinates and the like.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

ただし、上式(22)では、次式(23)〜(25)の関係を用いた。   However, in the above equation (22), the relationships of the following equations (23) to (25) are used.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

続いて、和ビーム形成部1と同様に、M個の受信機R#1〜R#Mから受信信号ベクトルx(t)を入力して、次式(26)により、差ビームウェイトwΔを適用して(すなわち、差ビームウェイトwΔによる重み付けを行うことで)差ビーム出力yΔ(t)を得る。 Subsequently, similarly to the sum beamformer 1 inputs the received signal vector x (t) from the M receivers R # 1 to R # M, by the following equation (26), the difference beam weight w delta Applying (ie, weighting with the difference beam weight ) yields the difference beam output y Δ (t).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

なお、従来のモノパルス測角方式では、差ビームウェイトwΔの要素は、「+1」あるいは「−1」となる。 In the conventional monopulse angle measurement method, the element of the difference beam weight is “+1” or “−1”.

モノパルス測角部3では、次式(27)のように、上式(20)および上式(26)による和ビームと差ビームとの比を求め、リファレンスとなるモノパルスディスクリパターンを参照して、モノパルス測角値を求める。   The monopulse angle measuring unit 3 obtains the ratio of the sum beam and the difference beam by the above equation (20) and the above equation (26) as shown in the following equation (27), and refers to the monopulse discrete pattern as a reference. Obtain the monopulse angle measurement value.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

以上が、本実施の形態1における処理の流れの説明である。   The above is the description of the processing flow in the first embodiment.

続いて、以下において、本実施の形態1による効果を確認する。
和ビームおよび差ビームのu=0近傍(ビーム幅内程度)のモノパルスディスクリパターンを、uの1次関数近似にて表わせば、次式(28)のようになる。ただし、kmproposedは、本実施の形態1による規格化モノパルススロープであり、kmproposed/BWが1次関数の傾きとなる。
Subsequently, the effects of the first embodiment will be confirmed below.
If the monopulse discrete pattern near u = 0 (about the beam width) of the sum beam and the difference beam is expressed by a linear function approximation of u, the following equation (28) is obtained. However, km promoted is a normalized monopulse slope according to the first embodiment, and km promoted / BW u is a slope of a linear function.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

ここで、上式(28)の右辺最終行の第2因子について、上式(8)の性質を考慮し、分母、分子を、それぞれ次式(29)、(30)のように変形する。   Here, for the second factor in the last row on the right side of the above equation (28), the denominator and the numerator are modified as in the following equations (29) and (30), considering the property of the above equation (8).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

このとき、uの範囲は、ビーム幅以内程度であり、十分小さいので、次式(31)、(32)の近似が成り立つ。   At this time, the range of u is within the beam width and is sufficiently small, so the approximations of the following equations (31) and (32) hold.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

よって、上式(29)および上式(30)のそれぞれは、さらに、次式(33)、(34)のように変形できる。   Therefore, each of the above formula (29) and the above formula (30) can be further transformed into the following formulas (33) and (34).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

ここで、上式(33)および上式(34)を、上式(28)に代入すると、次式(35)のようになる。   When the above equation (33) and the above equation (34) are substituted into the above equation (28), the following equation (35) is obtained.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

上式(35)の両辺を比べれば、次式(36)の関係が明らかとなる。   Comparing both sides of the above equation (35), the relationship of the following equation (36) becomes clear.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

よって、モノパルス測角法の測角精度σproposedは、次式(37)のように与えられる。 Therefore, the angle measurement accuracy σ projected of the monopulse angle measurement method is given by the following equation (37).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

ここで、上式(37)と式(9)を比較すると、本実施の形態1のモノパルス測角方式の測角精度σproposedが、CRLBによる測角精度σCRLBに一致していることが分かる。 Now comparing the above formulas (37) Equation (9), angle measurement accuracy sigma proposed monopulse angle measurement method of the first embodiment is, it is found that match the angle measuring precision sigma CRLB by CRLB .

すなわち、素子アンテナ座標が、上式(8)を満たすリニアアレーにおいて、上式(21)に示す和ビームウェイトwΣおよび上式(22)に示す差ビームウェイトwΔを用いる本実施の形態1のモノパルス測角方式により、CRLBによる測角精度σCRLBを達成できる効果を確認した。 That is, in the linear array in which the element antenna coordinates satisfy the above equation (8), the sum beam weight w Σ shown in the above equation (21) and the difference beam weight w Δ shown in the above equation (22) are used. The effect of achieving the angle measurement accuracy σ CRLB by CRLB by the monopulse angle measurement method was confirmed.

以上のように、実施の形態1におけるモノパルス測角装置は、素子アンテナ座標により算出する差ビームウェイトを用いることにより、従来のモノパルス測角方式に比べて高精度で、CRLBによる測角精度を達成できるという効果がある。   As described above, the monopulse angle measuring device according to the first embodiment achieves angle measurement accuracy by CRLB with higher accuracy than the conventional monopulse angle measurement method by using the difference beam weight calculated by the element antenna coordinates. There is an effect that can be done.

実施の形態2.
図2は、本発明の実施の形態2に係るモノパルス測角装置を示す構成図である。本実施の形態2は、先の実施の形態1と比べると、M個のアンテナA#1〜A#Mの直後に、サブアレー分割部4が挿入された点と、差ビーム形成部2bに対して、素子アンテナ座標に加えてサブアレー分割行列が与えられている点とが異なる。ここで、サブアレー分割行列は、サブアレー分割部4による分割に応じた行列である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing a monopulse angle measuring device according to Embodiment 2 of the present invention. Compared to the first embodiment, the second embodiment is different from the first embodiment in that the sub-array dividing unit 4 is inserted immediately after the M antennas A # 1 to A # M and the difference beam forming unit 2b. The difference is that a subarray partition matrix is provided in addition to the element antenna coordinates. Here, the subarray division matrix is a matrix corresponding to the division by the subarray division unit 4.

すなわち、サブアレー分割部4は、全素子アンテナA#1〜A#Mからの目標信号を、MSA(但し、M>MSA)個のサブアレー目標信号に分割し、これらのサブアレー目標信号を、受信機R#1〜R#MSAにそれぞれ送る。 That is, the sub-array dividing unit 4 divides the target signals from all the element antennas A # 1 to A # M into M SA (where M> M SA ) sub-array target signals, and these sub-array target signals are Send each receiver R # 1~R # M SA.

その後は、先の実施の形態1と同様に、和ビーム形成部1は、和ビームを生成する。また、差ビーム形成部2bは、素子アンテナ座標とサブアレー分割行列に基づき、差ビームウェイトを求め、この差ビームウェイトを各受信機からのディジタル化した目標信号に対して適用して差ビームを生成する。そして、モノパルス測角部3は、これら和ビームおよび差ビームに基づき、モノパルス測角を行う。   After that, as in the first embodiment, the sum beam forming unit 1 generates a sum beam. The difference beam forming unit 2b obtains a difference beam weight based on the element antenna coordinates and the subarray division matrix, and applies the difference beam weight to the digitized target signal from each receiver to generate a difference beam. To do. The monopulse angle measurement unit 3 performs monopulse angle measurement based on the sum beam and the difference beam.

次に、本実施の形態2に係るモノパルス測角装置における処理の流れを説明する。本実施の形態2では、サブアレー分割部4を挿入することにより、以降の受信チャネル数は、MSAチャネルになるものの、和ビーム形成部1では、先の実施の形態1と同様の処理が行われる。 Next, the flow of processing in the monopulse angle measuring device according to the second embodiment will be described. In the second embodiment, the sub-array dividing unit 4 is inserted so that the number of subsequent reception channels becomes the MSA channel. However, the sum beam forming unit 1 performs the same processing as in the first embodiment. Is called.

これに対し、差ビーム形成部2bでは、先の実施の形態1と異なる方法で差ビームウェイトが算出される。そこで、以降では、差ビーム形成部2bにおける処理の流れのみを説明する。   On the other hand, the difference beam forming unit 2b calculates the difference beam weight by a method different from that of the first embodiment. Therefore, hereinafter, only the flow of processing in the difference beam forming unit 2b will be described.

ここで、差ビーム形成部2bで求める差ビームウェイトを、wΔ (SA)とする。また、差ビーム形成部2bに入力され、差ビームウェイトwΔ (SA)を求める段階の受信信号ベクトルは、次式(38)を満たすものとする。ただし、Tをサブアレー分割行列と呼び、TT=Iを満たす。 Here, the difference beam weight obtained by the difference beam forming unit 2b is set to w Δ (SA) . The received signal vector input to the difference beam forming unit 2b and obtaining the difference beam weight w Δ (SA) satisfies the following equation (38). However, the T is referred to as a sub-array divided matrix satisfies TT H = I.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

差ビームウェイトwΔ (SA)には、先の実施の形態1で求めた差ビームウェイトwΔにできるだけ高い相関を持つような準最適なビームウェイトを与える。すなわち、次式(39)のようなrに関する線形拘束付最小自乗問題の解を、差ビームウェイトwΔ (SA)とする。なお、拘束条件は、ビーム指向方向へのヌル点を与えるものである。 The difference beam weight w Δ (SA) is given a quasi-optimal beam weight having a correlation as high as possible with the difference beam weight w Δ obtained in the first embodiment. In other words, the solution of the linear constraint constrained least square problem with respect to r as in the following equation (39) is set as the difference beam weight w Δ (SA) . The constraint condition gives a null point in the beam pointing direction.

Figure 0005911331
Figure 0005911331

上式(39)の解wΔ (SA)は、ラグランジェの未定乗数法により求めることができ、次式(40)のようになる。 The solution w Δ (SA) of the above equation (39) can be obtained by Lagrange's undetermined multiplier method and is represented by the following equation (40).

Figure 0005911331
Figure 0005911331

以上のように、実施の形態2に係るモノパルス測角装置では、素子アンテナ座標およびサブアレー分割行列により算出する差ビームウェイトを用いることにより、従来のモノパルス測角方式に比べて高精度で、CRLBに漸近する測角精度を達成できるという効果がある。   As described above, in the monopulse angle measuring device according to the second embodiment, by using the difference beam weight calculated from the element antenna coordinates and the sub-array division matrix, the CRLB has high accuracy compared to the conventional monopulse angle measurement method. There is an effect that the ascending angle measurement accuracy can be achieved.

1 和ビーム形成部、2a、2b 差ビーム形成部、3 モノパルス測角部、4 サブアレー分割部、A#1〜A#M 素子アンテナ、R#1〜R#M 受信機。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sum beam forming part, 2a, 2b Difference beam forming part, 3 Monopulse angle measuring part, 4 Subarray division | segmentation part, A # 1-A # M Element antenna, R # 1-R # M Receiver.

Claims (3)

アンテナ開口中心を基準に対称に配置された素子アンテナ座標dを有し、到来する目標信号を受信するM(Mは、2以上の整数)個の素子アンテナと、
前記M個の素子アンテナのそれぞれで受信した前記目標信号を、ディジタル化した目標信号に変換するM個の受信機と、
前記M個の受信機のそれぞれによる前記ディジタル化した目標信号を互いに足し合わせて和ビームを形成する和ビーム形成部と、
前記M個の素子アンテナに関する前記素子アンテナ座標に基づいて、下式
Figure 0005911331
により差ビームウェイトを Δ として求め、前記M個の受信機のそれぞれによる前記ディジタル化した目標信号に対して前記差ビームウェイトによる重み付けを行うことで差ビームを形成する差ビーム形成部と、
前記和ビーム形成部で形成された前記和ビーム、および前記差ビーム形成部で形成された前記差ビームを入力してモノパルス測角値を求めるモノパルス測角部と
を備えることを特徴とするモノパルス測角装置。
M (M is an integer of 2 or more) element antennas having element antenna coordinates d arranged symmetrically with respect to the antenna aperture center and receiving an incoming target signal;
M receivers that convert the target signals received by each of the M element antennas into digitized target signals;
A sum beam former for summing together the digitized target signals from each of the M receivers to form a sum beam;
Based on the element antenna coordinates for the M antenna elements, the following equation
Figure 0005911331
And difference beamformer which determines the difference beam weight as W delta, to form the difference beam by performing weighting by the difference beam weight to the digitized target signal by each of said M receivers by,
A monopulse angle measurement unit that inputs the sum beam formed by the sum beam formation unit and the difference beam formed by the difference beam formation unit to obtain a monopulse angle measurement value. Corner device.
アンテナ開口中心を基準に対称に配置された素子アンテナ座標dを有し、到来する目標信号を受信するM(Mは、2以上の整数)個の素子アンテナと、
前記M個の素子アンテナから出力される目標信号を入力し、MSA(MSAはM未満の整数)個のサブアレー目標信号に分割するサブアレー分割部と、
前記サブアレー分割部から出力された前記サブアレー目標信号を、ディジタル化した目標信号に変換するMSA個の受信機と
前記M SA 個の受信機のそれぞれによる前記ディジタル化した目標信号を互いに足し合わせて和ビームを形成する和ビーム形成部と
前記M個の素子アンテナに関する前記素子アンテナ座標、および前記サブアレー分割部による分割に応じたサブアレー分割行列に基づいて、下式
Figure 0005911331
により差ビームウェイトを Δ (SA) として求め、前記MSA個の受信機のそれぞれによる前記ディジタル化した目標信号に対して前記差ビームウェイトによる重み付けを行うことで差ビームを形成する差ビーム形成部と、
前記和ビーム形成部で形成された前記和ビーム、および前記差ビーム形成部で形成された前記差ビームを入力してモノパルス測角値を求めるモノパルス測角部と
を備えることを特徴とするモノパルス測角装置。
M (M is an integer of 2 or more) element antennas having element antenna coordinates d arranged symmetrically with respect to the antenna aperture center and receiving an incoming target signal;
A sub-array dividing unit that inputs a target signal output from the M element antennas and divides it into M SA (M SA is an integer less than M) sub-array target signals;
M SA receivers that convert the sub-array target signals output from the sub-array dividers into digitized target signals ;
A sum beam forming section for forming a sum beam adding the target signal wherein the digitizing by each of the M SA number of receivers to each other,
Based on the element antenna coordinates for the M element antennas and the subarray division matrix T according to the division by the subarray division unit ,
Figure 0005911331
To obtain a difference beam weight as W Δ (SA) , and form a difference beam by weighting the digitized target signal by each of the M SA receivers with the difference beam weight. And
A monopulse angle measuring unit for obtaining a monopulse angle measurement value by inputting the sum beam formed by the sum beam forming unit and the difference beam formed by the difference beam forming unit;
Monopulse angle measuring device, comprising a.
アンテナ開口中心を基準に対称に配置された素子アンテナ座標dを有し、到来する目標信号をM(Mは、2以上の整数)個の素子アンテナにより受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信した前記目標信号を、ディジタル化した目標信号に変換するディジタル変換ステップと、
前記ディジタル変換ステップによりディジタル化した前記目標信号を互いに足し合わせて和ビームを形成する和ビーム形成ステップと、
前記M個の素子アンテナに関する前記素子アンテナ座標に基づいて、下式
Figure 0005911331
により差ビームウェイトを Δ として求め、前記ディジタル変換ステップによりディジタル化した前記目標信号に対して前記差ビームウェイトによる重み付けを行うことで差ビームを形成する差ビーム形成ステップと、
前記和ビーム形成ステップで形成された前記和ビーム、および前記差ビーム形成ステップで形成された前記差ビームを入力してモノパルス測角値を求めるモノパルス測角ステップと
を備えることを特徴とするモノパルス測角方法。
A reception step of receiving an incoming target signal by M (M is an integer of 2 or more) element antennas having element antenna coordinates d arranged symmetrically with respect to the antenna aperture center ;
A digital conversion step of converting the target signal received in the reception step into a digitized target signal;
A sum beam forming step of adding the target signals digitized by the digital conversion step together to form a sum beam;
Based on the element antenna coordinates for the M antenna elements, the following equation
Figure 0005911331
And difference beam forming step of a difference beam weight calculated as W delta, forming the difference difference beam by performing weighting by the beam weight to the target signal digitized by the digital conversion step by,
A monopulse angle measurement step for obtaining a monopulse angle measurement value by inputting the sum beam formed in the sum beam formation step and the difference beam formed in the difference beam formation step. Horn method.
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