JP2014174072A

JP2014174072A - 誘導装置

Info

Publication number: JP2014174072A
Application number: JP2013048703A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kobayashi; 弘幸小林; Hitoshi Isomura; 仁磯村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】従来の合成帯域法を用いた誘導装置は、目標に向けて電波を送信して、目標から直接反射してきた信号を受信することにより、目標信号を検出して追尾する。しかしながら、合成帯域処理部の処理時間を長く要することから、処理時間内での飛しょう距離の影響により、Ｓ／Ｎの劣化、距離精度の低下を生じるという問題がある。
【解決手段】それぞれ異なる周波数でパルス変調を行う複数のＤＤＳ回路の生成した送信周波数信号を同時に送信し、受信時にそれぞれの送信周波数信号に対応する受信信号を合成する。これによって、従来と同じ帯域を得るのに必要な処理時間が減少するため、誘導装置が目標を追尾する際に、Ｓ／Ｎ劣化及び距離精度の低下を防止できるので、誘導性能が向上する。
【選択図】図１

Description

この発明は、目標に向けて電波を送信し、目標からの反射信号を受信して、この受信信号から追尾する目標信号を検出し、目標に向けて飛しょう体を誘導する誘導装置に関する。

従来の誘導装置は、目標に向けて電波を送信し、目標からの反射信号を受信して、この受信信号について目標検出処理を行ない、目標信号を検出する。また、検出した目標信号から角度情報、速度情報、距離情報を得て、得られた目標の位置及び速度に基いて目標を追尾しながら、飛しょう体を目標に向けて誘導する。このような誘導装置の一例として、合成帯域処理により高分解能化された目標のレンジプロファイルを得て目標の追尾点を指定し、指定した追尾点に飛しょう体を誘導する、合成帯域法を用いた誘導装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２１５２３９号公報

従来の合成帯域法を用いた誘導装置は、目標に向けて電波を送信して、目標から直接反射してきた信号を受信し、受信信号に合成帯域処理を適用することにより、目標の追尾点からの反射信号を検出して、目標を追尾する。しかしながら、パルス毎に送信周波数が所定の周波数間隔ずつ変化する複数個のパルスを目標方向へ繰り返し送信することから、合成帯域処理に要する処理時間が長くなる。このため、処理時間が長いことからその間に目標との相対距離が変化するので、その速度の影響で、信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）の劣化及び距離精度の劣化を生じ、誘導性能が低下してしまうという問題がある。

この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであって、合成帯域処理の処理時間を減らすことで、追尾及び誘導精度の向上を図ることを目的とする。

この発明による誘導装置は、送信信号を空間へ送信し、目標からの反射信号を受信するアンテナ部と、送受信周波数設定信号により、送信周波数信号及びローカル信号を出力する局部発振部と、上記局部発振部からの送信周波数信号を増幅して、上記送信信号を上記アンテナ部に出力する送信部と、上記局部発振部からの基準信号を元に、複数に分割されたそれぞれの異なる周波数帯域毎に、合成帯域処理を行うために上記送信周波数信号の周波数を変化させるＤＤＳダイレクトデジタルシンセサイザ）部と、上記目標からの反射信号を上記局部発振部から出力されるローカル信号で周波数変換、及び増幅してビデオ信号を出力する受信部と、上記受信部からのビデオ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記異なる周波数帯域毎の送信周波数信号に対応する、上記Ａ／Ｄ変換部で変換されたディジタル信号のそれぞれについて、合成帯域処理を行う合成帯域処理部と、上記合成帯域処理部による合成帯域処理結果から目標の検出を行う目標検出部と、上記目標検出部により検出した目標信号から距離、速度、角度情報を計算し、目標に向けて誘導するための誘導信号を出力する誘導信号計算部と、を備えたものである。

この発明によれば、送信周波数信号の周波数遷移時間を減少させることができるので、合成帯域処理時間をより短くすることができる。また、合成帯域処理時間がより短くなるので、誘導装置による目標検出時のＳ／Ｎ劣化及び距離精度の低下を防止することができ、誘導装置の誘導性能が向上する。

実施の形態１による誘導装置の構成を示す図である。実施の形態１によるＤＤＳ部の動作の概要を説明する図である。処理の概要を示す図である。

実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明の係わる実施の形態１について説明する。
図１は、実施の形態１による誘導装置の構成を示す図である。実施の形態１による誘導装置１は、アンテナ部３と、送信部４と、ＤＤＳ部５と、局部発振部６と、受信部７と、Ａ／Ｄ変換部８と、合成帯域処理部９と、目標検出部１０と、誘導信号計算部１１を備えている。誘導装置１は、飛しょう体に搭載され、目標追尾を行うとともに、飛しょう体の飛行制御装置に誘導信号を送って飛行制御装置を制御し、飛しょう体を所望の目標に向けて誘導する。

誘導装置１のアンテナ部３は、送信信号を空間へ送信し、目標２からの反射信号を受信する。送信部４は、送信周波数信号を増幅した送信信号を出力する。ＤＤＳ（ダイレクトデジタルシンセサイザ；Direct Digital Synthesizer）部５は、所望の周波数の波形を与えるディジタルデータに基づいて、局発発振部６からの基準信号を元に、周波数を変調する数値制御発振器である。ＤＤＳ部５は、複数に分割された異なる周波数帯域で発振する複数の個別ＤＤＳ回路５０から構成され、それぞれの個別ＤＤＳ回路５０は、位相アキュムレータ、ルックアップテーブル、及びＤ／Ａ（ディジタルアナログ）変換器から構成されている。ＤＤＳ部５は、合成帯域処理を行うために、局発発振部６からの基準信号を元に周波数を変化させる。局部発振部６は、予め設定された送受信周波数設定信号により、送信周波数信号及びローカル信号を出力する。受信部７は、目標２からの反射信号を局部発振部６から出力されるローカル信号で周波数変換し、周波数変換した信号を増幅してビデオ信号を生成し、出力する。Ａ／Ｄ（アナログディジタル）変換部８は、受信部７からのビデオ信号をディジタル信号に変換する。

合成帯域処理部９は、Ａ／Ｄ変換部８によりディジタル信号に変換された受信ビデオ信号（以下、Ａ／Ｄ結果）のそれぞれに対して、合成帯域処理を実施する。目標検出部１０は、合成帯域処理部９の合成帯域処理結果から目標の検出を行う。誘導信号計算部１１は、目標検出部１０の検出した目標信号から、距離、速度、及び角度情報を計算し、誘導装置１を目標２に向けて誘導するための誘導信号を、飛しょう体の飛行制御装置（図示せず）に出力する。

次に、実施の形態１によるＤＤＳ部５の動作について、図２を用いて説明する。
図２は、実施の形態１によるＤＤＳ部５の動作の概要を説明する図であり、図２（ａ）はＤＤＳ部５の処理時間の短縮効果を説明する図であり、図２（ｂ）はＤＤＳ部５の分解能の向上効果を説明する図である。

合成帯域処理において、ＤＤＳ部５は、局発発振部６からの基準信号を元に、分割された複数の異なる周波数帯域で、同時に複数の送信パルスの周波数を変化させる。送信部４は、ＤＤＳ部５から送出される周波数の変化した送信周波数信号を増幅して送信信号を生成し、生成した送信信号をアンテナ部３に送信する。その後、目標２にて反射した信号は、アンテナ部３を介して受信部７が受信し、ビデオ信号を生成する。受信部７が生成したビデオ信号は、Ａ／Ｄ変換部８によりディジタル信号に変換され、合成帯域処理部９に入力される。合成帯域処理部９は、ディジタル信号に変換された受信信号について、複数の異なる周波数帯域毎に得られる各受信信号の周波数帯域を合成する、合成処理を行う。合成帯域処理部９は、周波数帯域の合成された受信信号について、送信パルス毎に異なっている広帯域な送信周波数に対応する受信信号を逆周波数解析し、距離方向に高分解されたレンジプロファイルを生成する合成帯域処理と、周波数スペクトル分析による相対速度計測処理を行う。
なお、合成帯域処理の詳細については、例えば特開平１１−２３１０４７号公報、特開２００５−３０８７２３号公報、「Donald R.Wehner著、High-Resolution Radar、Second Edition、Artech House、Chapter 5、第１９７頁−第２３７頁」などの文献に記載されている。

ここで、ＤＤＳ部５は、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の送信パルスに対して、パルス毎に送信周波数をｆ_０からｆ_Ｍ−１まで、周波数ステップ間隔Δｆ毎に時間変化させる。実施の形態１によるＤＤＳ部５は、複数（Ｎ；Ｎは２以上、Ｍ以下の整数）個の個別ＤＤＳ回路５０から構成されており、図１、２の例では４個（Ｎ＝４）の個別ＤＤＳ回路５０を有している。個別ＤＤＳ回路５０は、異なるＮ個の周波数帯域でそれぞれ送信パルスの周波数を変化させ、図２（ａ）に示すように、異なるＮ個の周波数帯域毎の送信周波数信号を生成する。このＮ個の周波数帯域は、隣接する周波数帯域に対してΔｆだけ帯域が離れていても良い。ＤＤＳ部５は、それぞれの個別ＤＤＳ回路５０で生成されたＮ個の周波数帯域の送信周波数信号を合成し、合成した送信周波数信号を送信部４に送出する。このとき、隣接する周波数帯域の送信周波数信号が混信しないように、隣接する周波数帯域で同一時間に発振する送信周波数信号は、互いに所定の周波数間隔だけ離隔するようになされている。

例えば、図２（ｂ）に示すように、ＤＤＳ部５におけるそれぞれの個別ＤＤＳ回路５０は、それぞれ異なる周波数帯域の送信周波数信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を発振する。送信周波数信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、送信周波数信号の送信パルス変調時間（以下、周波数遷移時間）を与える時刻ｔ_０〜ｔ_ｋの間、それぞれ異なる周波数帯域ｆＳ１_０〜ｆＳ１_ｋ−１，ｆＳ２_０〜ｆＳ２_ｋ−１，ｆＳ３_０〜ｆＳ３_ｋ−１，ｆＳ４_０〜ｆＳ４_ｋ−１で発振する。それぞれの周波数遷移時間（ｔ_０〜ｔ_ｋ）は、パルス繰り返し周期Ｔ_ｐよりも大きくなるように設定される。このとき、隣接した送信周波数信号Ｓ１，Ｓ２は、時刻ｔ_０において、周波数ｆｄだけ離隔した周波数ｆＳ１_０，ｆＳ２_０で発振する。これにより、送信周波数信号Ｓ１，Ｓ２の間にガード周波数帯域を設けることがなくとも、双方の信号が混信することがない。同様にして、隣接した送信周波数信号Ｓ２，Ｓ３、及び隣接した送信周波数信号Ｓ３，Ｓ４は、それぞれ周波数ｆｄだけ離隔した周波数で発振し、互いに混信することを防いでいる。

また、時刻ｔ_０のときの送信周波数信号Ｓ１の周波数ｆＳ１_０と時刻ｔ_ｋのときの送信周波数信号Ｓ２の周波数ｆＳ２_ｋ−１とが、上記周波数ステップ間隔Δｆだけずれた周波数となるようにＤＤＳ部５の発振周波数を設定する。同様にして、時刻ｔ_０のときの送信周波数信号Ｓ２の周波数ｆＳ２_０と時刻ｔ_ｋのときの送信周波数信号Ｓ３の周波数ｆＳ３_ｋ−１とが、上記周波数ステップ間隔Δｆだけずれた周波数となり、時刻ｔ_０のときの送信周波数信号Ｓ３の周波数ｆＳ３_０と時刻ｔ_ｋのときの送信周波数信号Ｓ４の周波数ｆＳ４_ｋ−１とが、上記周波数ステップ間隔Δｆだけずれた周波数となるように、ＤＤＳ部５の発振周波数を設定する。これにより、ＤＤＳ部５は、周波数ｆＳ１_０（＝ｆ_０）からｆＳ４_ｋ−１（＝ｆ_０＋Ｍ×Δｆ）まで、周波数ステップ間隔Δｆ毎に、連続的に送信パルスの送信周波数を時間変化させることができる。即ち、ＤＤＳ部５は、周波数ｆ_０〜（ｆ_０＋Ｍ×Δｆ）の間で、送信周波数信号の周波数を周波数ステップ間隔Δｆ毎に変化させることとなる。

なお、図２（ｂ）では、時刻ｔ_ｋで発振を停止しているが、時刻ｔ_ｋよりも更に長い時間間隔で、送信パルスの送信周波数を時間変化させても良い。この場合、送信周波数信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、それぞれの周波数帯域の一部が隣接する周波数帯域の一部と重なる。

合成帯域処理部９は、ディジタル信号に変換された受信信号について、複数の異なる周波数帯域で得られる、各送信周波数信号の送信パルスに対応したそれぞれの受信信号を、周波数ｆ_０〜（ｆ_０＋Ｍ×Δｆ）の周波数帯域の全域で合成する合成処理を行う。このとき、各送信周波数信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に対応した周波数帯域毎に、送信パルスと受信信号の対応付けを行い、対応する所定のレンジビンにディジタル化された受信信号のデータを格納していく。合成帯域処理部９は、各レンジビンに格納された受信信号のデータを用いて、逆周波数解析し、距離方向に高分解されたレンジプロファイルを生成する合成帯域処理、及び相対スペクトル分析による相対速度計測処理を行う。

このような構成を取ることにより、送信周波数信号の周波数遷移時間を減少させることができる。例えば、図２（ａ）に示すように、４個のそれぞれ異なる周波数で送信周波数信号を変化させ、受信時に異なる周波数の受信信号を合成することで、従来と同じ合成帯域を得るのに必要な周波数遷移時間が４分の１に減じる。

これによって、合成帯域処理部９の処理時間がより短くなるので、誘導装置１が目標２を追尾する際に、Ｓ／Ｎ劣化、距離精度の低下などを防止することができ、誘導装置１の誘導性能が向上する。

また、合成帯域処理部９の処理時間が同じものと比較すると、周波数帯域が４倍となり、距離分解能は４分の１となって、誘導性能がより向上する。

以上説明した通り、実施の形態１による誘導装置１は、送信信号を空間へ送信し、目標からの反射信号を受信するアンテナ部３と、送受信周波数設定信号により、送信周波数信号及びローカル信号を出力する局部発振部６と、上記局部発振部６からの送信周波数信号を増幅して、上記送信信号を上記アンテナ部に出力する４送信部と、上記局部発振部６からの基準信号を元に、複数に分割されたそれぞれの異なる周波数帯域毎に、合成帯域処理を行うために上記送信周波数信号の周波数を変化させるＤＤＳ部５と、上記目標からの反射信号を上記局部発振部から出力されるローカル信号で周波数変換、及び増幅してビデオ信号を出力する受信部７と、上記受信部からのビデオ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部８と、上記異なる周波数帯域毎の送信周波数信号に対応する、上記Ａ／Ｄ変換部８で変換されたディジタル信号のそれぞれについて、合成帯域処理を行う合成帯域処理部９と、上記合成帯域処理部９による合成帯域処理結果から目標の検出を行う目標検出部１０と、上記目標検出部１０により検出した目標信号から距離、速度、角度情報を計算し、目標に向けて誘導するための誘導信号を出力する誘導信号計算部１１と、を備えたものである。

これにより、送信周波数信号の周波数遷移時間を減少させることができるので、合成帯域処理時間をより短くすることができる。また、合成帯域処理時間がより短くなるので、誘導装置による目標検出時のＳ／Ｎ劣化及び距離精度の低下を防止することができ、誘導装置の誘導性能が向上する。

１誘導装置、２目標、３アンテナ部、４送信部、５ＤＤＳ部、６局部発振部、７受信部、８Ａ／Ｄ変換部、９合成帯域処理部、１０目標検出部、１１誘導信号計算部。

Claims

送信信号を空間へ送信し、目標からの反射信号を受信するアンテナ部と、
送受信周波数設定信号により、送信周波数信号及びローカル信号を出力する局部発振部と、
上記局部発振部からの送信周波数信号を増幅して、上記送信信号を上記アンテナ部に出力する送信部と、
上記局部発振部からの基準信号を元に、複数に分割されたそれぞれの異なる周波数帯域毎に、合成帯域処理を行うために上記送信周波数信号の周波数を変化させるＤＤＳダイレクトデジタルシンセサイザ）部と、
上記目標からの反射信号を上記局部発振部から出力されるローカル信号で周波数変換、及び増幅してビデオ信号を出力する受信部と、
上記受信部からのビデオ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
上記異なる周波数帯域毎の送信周波数信号に対応する、上記Ａ／Ｄ変換部で変換されたディジタル信号のそれぞれについて、合成帯域処理を行う合成帯域処理部と、
上記合成帯域処理部による合成帯域処理結果から目標の検出を行う目標検出部と、
上記目標検出部により検出した目標信号から距離、速度、角度情報を計算し、目標に向けて誘導するための誘導信号を出力する誘導信号計算部と、
を備えた誘導装置。