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JP3755349B2 - Radar equipment - Google Patents

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JP3755349B2
JP3755349B2 JP24845199A JP24845199A JP3755349B2 JP 3755349 B2 JP3755349 B2 JP 3755349B2 JP 24845199 A JP24845199 A JP 24845199A JP 24845199 A JP24845199 A JP 24845199A JP 3755349 B2 JP3755349 B2 JP 3755349B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、航空機等飛しょう体のプラットフォームに搭載されて、特定方向の地表面までの距離を測定するパルス方式のレーダ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図9は、航空機に搭載される従来のレーダ装置を示す図であり、1は、距離測定方向に対してエレベーション方向の上側に、一定角度離れたビーム中心方向を持ち、パルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信するUp(アップ)ビーム用アンテナ、2は、距離測定方向に対してエレベーション方向の下側に、一定角度離れたビーム中心方向を持ち、パルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信するDown(ダウン)ビーム用アンテナ、4は、距離測定方位角および処理開始レンジビンを出力するレーダ制御器、6は、上記レーダ制御器4より出力される距離測定方位角より、上記Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2のビーム中心方向を制御するビーム制御器、7は、パルス状の送信信号を発生する送信機、8は、上記Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2へ、上記送信機7からの送信信号を供給し、受信された受信信号を受信機へ供給するサーキュレータ、9は、上記サーキュレータ8から出力される受信信号を増幅・検波し、ビデオ信号として出力する受信機、10は、上記受信機9から出力されるビデオ信号をディジタルビデオ信号へ変換するA/D変換器、11は、上記A/D変換器10から出力されるディジタルビデオ信号を、メインビームクラッタ検出に必要なパルス数分積分し、振幅データとして出力する積分器、12は、上記Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2に対応する上記積分器11から出力される振幅データに対し、レンジ毎の加算および減算によりΣ(和)データおよびΔ(差)データを出力するΣΔ生成器、13は、上記ΣΔ生成器12から出力されるΣデータより、メインビームクラッタを検出し、メインビームクラッタのレンジビンを識別するためのクラッタ検出ゲートを発生するクラッタ検出器、14は、上記クラッタ検出器13から出力されるクラッタ検出ゲートの範囲内で、上記ΣΔ生成器12から出力されるΣデータおよびΔデータよりΔ/Σ演算を行い、Δ/Σデータを出力するΔ/Σ演算器、15は、上記レーダ制御器4より出力される処理開始レンジビンより、一定数のレンジビンに対して、上記Δ/Σ演算器14から出力されるレンジビン毎のΔ/Σデータを直線で近似し、傾きおよびオフセット値を出力する直線近似器、16は、上記直線近似器15から出力される傾きおよびオフセット値より、直線が0と交差するレンジを測定距離として算出する距離算出器である。
【0003】
従来のレーダ装置は上記のように構成され、図10に示すように、プラットフォーム17に搭載されて、レーダ制御器4より距離測定方向18を示す距離測定方位角19が出力される。ビーム制御器6は、距離測定方向18が距離測定方位角19となるように、Upビーム用アンテナ1およびDownビームアンテナ2のビーム指向方向を制御する。Upビーム用アンテナ1およびDownビームアンテナ2は、各ビーム照射範囲21、22にてパルス状の送信信号を、地表面23に対して放射する。送信機7は、図11に示すようなパルス状の送信信号32を発生し、地表面23で反射された電波は、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2で受信され、サーキュレータ8を通って、受信信号として各アンテナに対応した受信機9へ供給される。受信信号は受信機9で増幅・検波され、図11に示すようなUpビーム用アンテナ1に対応したUpビームビデオ信号33と、Downビーム用アンテナ2に対応したDownビームビデオ信号34となる。
【0004】
これらのビデオ信号はA/D変換器10で図11に示すようなUpビームディジタルビデオ信号35およびDownビームディジタルビデオ信号36にそれぞれ変換され、目標探知に必要なパルス数分積分されたUpビーム振幅データ37およびDownビーム振幅データ38として、積分器11から出力される。各振幅データに対して、ΣΔ生成器12において、各レンジ毎にΣデータ39=Upビーム振幅データ37+Downビーム振幅データ38、Δデータ40=Upビーム振幅データ37−Downビーム振幅データ38として演算を行うと、それぞれ図12に示す振幅が得られる。
【0005】
クラッタ検出器13では、Σデータ39に対してメインビームクラッタ検出を行い、メインビームクラッタを識別するクラッタ検出ゲート41を出力する。Δ/Σ演算器14では、Σデータ39、Δデータ40を使用して、クラッタ検出ゲート41の範囲で、Δ/Σの演算を行い、Δ/Σデータ42として出力する。直線近似器15では、レーダ制御器4より出力される処理開始レンジビン43より、一定数の処理レンジビン数44に対して、レンジ毎のΔ/Σデータ42に対して、最小二乗法等によりax+bの直線45に近似を行い、傾きaとオフセットbを出力する。距離算出器16では、ax+b=0となるxを算出し、xをビーム指向方向測定距離46としている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のレーダ装置においては、図13に示すように、距離測定方位角19が小さい場合29と通常の場合47を比較すると、レンジ分解能48をΔRとした場合、レンジビン毎のビーム指向方向からの角度49は、距離測定方位角19が小さい場合29の方が小さくなる。このため、Δ/Σデータ42もレンジビン毎の変化量が少なくなるため、傾きが小さくなり、一定の処理レンジビン数44を処理する場合、距離測定方位角19が通常の場合47は、Δ/Σデータ42は図13(b)に示す形状となり、距離測定方位角19が小さい場合29は、図13(a)に示す形状となる。実際の観測では、ノイズによりΔ/Σデータ42に誤差が発生するため、図13に示すΔ/Σデータ誤差範囲50にΔ/Σデータ42が存在することになる。距離測定方位角19が通常の場合47は、Δ/Σデータ誤差範囲50に対し、距離誤差範囲51は図13(b)に示すような範囲となるが、距離測定方位角19が小さい場合29は、Δ/Σデータ誤差範囲50に対して、距離誤差範囲51は図13(a)に示すように大きくなる。このため、Δ/Σデータ42の近似直線も誤差が大きくなり、結果として距離測定誤差が増大するという問題があった。また、距離測定方位角19が大きい場合30は、Δ/Σデータ42は図13(c)に示すように処理範囲内で非対称の飽和特性を持つため、直線45による近似誤差52が大きくなり、距離測定誤差が増大するという問題があった。
【0007】
この発明は、かかる問題を解決するために成されたものであり、距離測定方位角19が小さい場合29は、処理範囲内において、Δ/Σデータ42の傾きを一定に保ち、距離測定方位角19が大きい場合30には、Δ/Σデータ42の飽和を防ぐことにより、距離測定誤差増大を防ぎ、精度の良い距離測定が行えるレーダ装置を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の発明によるレーダ装置は、距離測定方向に対してエレベーション方向の上側に、角度変更可能なビーム中心方向を持ち、パルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信する第1のアンテナと、距離測定方向に対してエレベーション方向の下側に、角度変更可能なビーム中心方向を持ち、パルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信する第2のアンテナと、上記飛しょう体の高度を出力する高度計と、距離測定方位角および処理開始レンジビンを出力するレーダ制御器と、上記高度計より出力される高度および上記レーダ制御器より出力される距離測定方位角より、上記第1のアンテナおよび第2のアンテナの距離測定方向に対するビーム中心角度を出力するビーム中心角度出力手段と、上記ビーム中心角度出力手段から出力されるビーム中心角度および上記レーダ制御器より出力される距離測定方位角より、上記第1のアンテナおよび第2のアンテナのビーム中心方向を制御するビーム制御器とを備えたものである。
【0009】
また第2の発明によるレーダ装置は、第1の発明において上記ビーム中心角度出力手段として、上記高度計より出力される高度および上記レーダ制御器より出力される距離測定方位角より、上記第1のアンテナおよび第2のアンテナの距離測定方向に対するビーム中心角度計算するビーム間隔算出器を備えたものである。
【0010】
第3の発明によるレーダ装置は、第1の発明において上記ビーム中心角度出力手段として、上記飛しょう体の高度と上記距離測定方位角に応じた、上記第1のアンテナおよび第2のアンテナの距離測定方向に対するビーム中心角度が、予め計算され格納されたテーブルを有し、上記高度計より出力される自機高度および上記レーダ制御器より出力される距離測定方位角を入力し、当該高度と距離測定方位角に対応した当該ビーム中心角度を上記テーブルから読み出し出力する手段を備えたものである。
【0011】
第4の発明によるレーダ装置は、、距離測定方向に対してエレベーション方向の上側に、一定角度離れたビーム中心方向を持ち、ビーム幅が変更可能で、かつパルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信する第1のアンテナと、距離測定方向に対してエレベーション方向の下側に、一定角度離れたビーム中心方向を持ち、ビーム幅が変更可能で、かつパルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信する第2のアンテナと、上記飛しょう体の高度を出力する高度計と、距離測定方位角および処理開始レンジビンを出力するレーダ制御器と、上記高度計より出力される高度および上記レーダ制御器より出力される距離測定方位角から上記第1のアンテナおよび第2のアンテナのビーム幅を出力するビーム幅出力手段と、上記ビーム幅出力手段から出力されるビーム幅および上記レーダ制御器より出力される距離測定方位角から上記第1のアンテナおよび第2のアンテナのビーム中心方向およびビーム幅を制御するビーム制御器とを備えたものである。
【0012】
第5の発明によるレーダ装置は、第4の発明において上記ビーム幅出力手段として、上記高度計より出力される高度および上記レーダ制御器より出力される距離測定方位角から上記第1のアンテナおよび第2のアンテナのビーム幅を計算するビーム幅算出器を備えたものである。
【0013】
また第6の発明によるレーダ装置は、第4の発明において上記ビーム幅出力手段として、上記飛しょう体の高度と上記距離測定方位角に応じた、上記第1のアンテナおよび第2のアンテナのビーム幅が、予め計算され格納されたテーブルを有し、上記高度計から出力される飛しょう体の高度および上記レーダ制御器から出力される距離測定方位角を入力し、当該高度と距離測定方位角に対応したビーム幅を上記テーブルから読み出し出力する手段を備えたものである。
【0014】
第7の発明によるレーダ装置は、距離測定方向に対してエレベーション方向の上側に、一定角度離れたビーム中心方向を持ち、パルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信する第1のアンテナと、距離測定方向に対してエレベーション方向の下側に、一定角度離れたビーム中心方向を持ち、パルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信する第2のアンテナと、上記飛しょう体の高度を出力する高度計と、距離測定方位角および処理開始レンジビンを出力するレーダ制御器と、上記高度計から出力される高度および上記レーダ制御器から出力される距離測定方位角からレンジゲート幅を出力するゲート幅出力手段と、上記レーダ制御器より出力される距離測定方位角から上記第1のアンテナおよび第2のアンテナのビーム中心方向を制御するビーム制御器と、上記第1のアンテナおよび第2のアンテナで受信された受信信号をそれぞれ増幅・検波し、ビデオ信号として出力する第1、第2の受信機と、上記第1、第2の受信機から出力されるビデオ信号を、それぞれメインビームクラッタ検出に必要なパルス数分積分し、振幅データとして出力する第1、第2の積分器と、上記第1、第2の積分器から出力される振幅データに対し、レンジビン毎の加算および減算によりΣデータおよびΔデータを出力するΣΔ生成器と、上記ΣΔ生成器から出力されるΣデータより、メインビームクラッタを検出し、メインビームクラッタのレンジビンを識別するためのクラッタ検出ゲートを発生するクラッタ検出器と、上記クラッタ検出器から出力されるクラッタ検出ゲートの範囲内で、上記ΣΔ生成器から出力されるΣデータおよびΔデータよりΔ/Σ演算を行い、Δ/Σデータを出力するΔ/Σ演算器と、上記レーダ制御器から出力される処理開始レンジビンおよび上記ゲート幅出力手段から出力されるレンジゲート幅で示されるレンジビンに対して上記Δ/Σ演算器から出力されるレンジビン毎のΔ/Σデータを直線で近似し、傾きおよびオフセット値を出力する直線近似器とを備えたものである。
【0015】
また第8の発明によるレーダ装置は、第7の発明において上記ゲート幅出力手段として上記高度計から出力される高度および上記レーダ制御器から出力される距離測定方位角から上記直線近似器に対して近似を行なう範囲を示すためのレンジゲート幅を算出し、レンジゲート幅を出力するゲート幅算出器を備えたものである。
【0016】
第9の発明によるレーダ装置は、第7の発明において上記ゲート幅出力手段として上記飛しょう体の高度および上記距離測定方位角に応じたレンジゲート幅が、予め計算され、格納されたテーブルを有し、上記高度計から出力される高度および上記レーダ制御器から出力される距離測定方位角を入力し、当該高度と距離測定方位角に対応したレンジゲート幅を上記テーブルから読み出し出力する手段を備えたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1を示す図であり、図において4、7〜16は従来装置と全く同一のものである。1は、距離測定方向に対してエレベーション方向の上側に、角度変更可能なビーム中心方向を持ち、パルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信するUpビーム用アンテナ、2は、距離測定方向に対してエレベーション方向の下側に、角度変更可能なビーム中心方向を持ち、パルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信するDownビーム用アンテナ、3は、自機高度を出力する高度計、5は、高度計3より出力される自機高度およびレーダ制御器4より出力される距離測定方位角より、上記Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2の距離測定方向に対するビーム中心角度を計算するビーム間隔算出器、6は、ビーム間隔算出器5より出力されるビーム中心角度および上記レーダ制御器4より出力される距離測定方位角より、上記Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2のビーム中心方向を制御するビーム制御器である。
【0018】
前記のように構成されたレーダ装置においては、図2(a)に示すように、プラットフォーム17に搭載されて、レーダ制御器4より距離測定方向18を示す距離測定方位角19が出力される。ビーム間隔算出器5は、距離測定方位角19および高度計3から出力される自機高度20より、処理範囲内でΔ/Σデータの傾きを一定にするために必要な、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2の距離測定方向18に対するビーム中心角度24を計算する。例えば、距離測定方位角18をθEL、自機高度20をH、ビームが重なり合う角度をθOVER、ビームが重なり合うレンジビン数をN、レンジ分解能48をΔRとすると、Upビーム用アンテナ1により形成されるビーム照射範囲21およびDownビーム用アンテナ2により形成されるビーム照射範囲22の、地表面23からの受信信号が、Nレンジビンのみで重なり合うようにするためには、”数1”に従って計算すればよい。
【0019】
【数1】

Figure 0003755349
【0020】
Upビーム用アンテナ1により形成されるビーム照射範囲21およびDownビーム用アンテナ2により形成されるビーム照射範囲22の、距離測定方向18における信号レベルを同一とするためには、各ビームのエレベーション方向のアンテナビーム幅θEBWを同一とし、さらに、距離測定方向18に対するビーム中心角度24も同一とする必要がある。ビーム中心角度24をΔθ/2とすると、Δθ/2は”数2”の式で計算される。
【0021】
【数2】
Figure 0003755349
【0022】
ビーム間隔算出器5は、上記”数1”および”数2”の計算を行い、ビーム中心角度Δθ/2を出力する。ビーム制御器6は、ビーム中心角度Δθ/2および距離測定方位角θELより、Upビーム用アンテナ1のビーム中心方向をθEL−Δθ/2、Downビーム用アンテナ2のビーム中心方向をθEL+Δθ/2となるように制御する。これにより、距離測定方位角θELが変化しても、ビームが重なり合うレンジビン数は、常にNレンジビンに保たれることになる。以後の動作は、従来装置と全く同一であり、直線近似器15において処理するレンジビン数をNとすれば、Δ/Σデータは処理レンジビン内で常に一定の傾きを持つことになる。図13に示す距離測定方位角19が小さい場合29は、ビーム中心角度24が大きくなり、図13(b)に示すΔ/Σデータの形状を得ることが出来る。また、距離測定方位角19が大きい場合30は、ビーム中心角度24が小さくなるため、Δ/Σデータの飽和特性は発生せず、図13(b)に示すΔ/Σデータの形状を得ることが出来る。これにより、誤差の増大を防ぎ、精度の良い距離測定を行うことが可能である。
【0023】
距離測定方位角19が、レンジ分解能48に対して大きい場合、図2(b)に示すように、Upビーム用アンテナ1により形成されるビーム照射範囲21およびDownビーム用アンテナ2により形成されるビーム照射範囲22の、地表面23からの受信信号が、全て1レンジビン内に収まってしまう場合がある。この場合、Upビーム振幅データ37およびDownビーム振幅データ38のメインビームクラッタは、同一レンジビンのみに振幅を持ち、ΣΔ生成器12より出力されるΔデータ40は、正側または負側のみに振幅を持つため、以後の処理で距離測定を行うことが不可能となる。この条件を式で表わすと、”数3”となる。
【0024】
【数3】
Figure 0003755349
【0025】
この条件が成り立つ時、ビーム間隔算出器5において、”数4”に従ってビーム中心角度Δθ/2を算出する。
【0026】
【数4】
Figure 0003755349
【0027】
このビーム中心角度24を使用して、ビーム制御器6により各アンテナのビーム中心方向を制御すれば、Upビーム振幅データ37およびDownビーム振幅データ38のメインビームクラッタを1レンジビン以上離すことが可能となる。これにより、ΣΔ生成器12より出力されるΔデータ40は、正側および負側の両方に振幅を持つことになり、以後の処理での距離測定が可能となる。
【0028】
以上のようにこの発明は、距離測定方位角および自機高度に応じて、処理範囲内でΔ/Σデータの傾きを一定にするために必要な、 Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2の距離測定方向に対するビーム中心角度を計算し、ビーム中心方向を変更することにより、距離測定方位角に関わらずΔ/Σデータの傾きを一定に保つことが出来る。これにより、距離測定方位角が小さい場合は、距離測定誤差の増大を防ぐことが出来、距離測定方位角が大きい場合には、飽和特性による距離測定誤差増大を防ぐことが出来るため、精度の良い距離測定を行うことが出来る。また、距離測定方位角がレンジ分解能に対して大きく、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2の地表面からの受信信号が、全て1レンジビン内に収まってしまい、距離測定が不可能となる場合でも、ビーム中心方向を変更することにより、Upビーム用アンテナおよびDownビーム用アンテナの地表面からの受信信号を1レンジビン以上離すことが出来、距離測定を可能とすることができる。
【0029】
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2を示す図であり、図において4、7〜16は従来装置と全く同一のものである。1〜3、6は実施の形態1と全く同一のものである。25は、高度計3より出力される自機高度およびレーダ制御器4より出力される距離測定方位角より、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2の距離測定方向に対するビーム中心角度を、予め計算されたテーブルより参照して出力するビーム間隔テーブルである。
【0030】
前記のように構成されたレーダ装置においては、実施の形態1と同様に、レーダ制御器4より距離測定方位角19が出力され、高度計3より自機高度20が出力される。ビーム間隔テーブル25には、”数1”および”数2”の計算を、距離測定方位角19および自機高度20の各値に関して実施した結果が格納されており、距離測定方位角θELおよび自機高度Hを入力すると、テーブルから入力に応じたビーム中心角度Δθ/2を読み出し出力する。これにより、実施の形態1と同様の効果を得ることが出来る。”数1”の演算を高速に実施するためには、複雑な回路が必要となるが、テーブルとすることにより、簡易な構成で実現が可能である。
【0031】
距離測定方位角19が、レンジ分解能48に対して大きい場合、”数3”の条件が成り立つ時のテーブルのデータを”数4”の計算結果としておくことにより、実施の形態1と同様の効果を得ることが出来る。
【0032】
以上のように、この発明は、距離測定方位角および自機高度に応じて、処理範囲内でΔ/Σデータの傾きを一定にするために必要な、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2のビーム中心角度を、予め計算されたテーブルを参照することにより求め、ビーム中心方向を変更することにより、距離測定方位角に関わらずΔ/Σデータの傾きを一定に保つことが出来る。これにより、距離測定方位角が小さい場合は、距離測定誤差の増大を防ぐことが出来、距離測定方位角が大きい場合には、飽和特性による距離測定誤差増大を防ぐことが出来るため、精度の良い距離測定を行うことが出来る。また、距離測定方位角がレンジ分解能に対して大きく、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2の地表面からの受信信号が、全て1レンジビン内に収まってしまい、距離測定が不可能となる場合でも、ビーム中心方向を変更することにより、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2の地表面からの受信信号を1レンジビン以上離すことが出来、距離測定を可能とすることができる。さらに、この発明の実施の形態1よりも簡易な構成で実現可能である。
【0033】
実施の形態3.
図4はこの発明の実施の形態3を示す図であり、図において4、7〜16は従来装置と全く同一のものである。3は実施の形態1と全く同一のものである。
1は、距離測定方向に対してエレベーション方向の上側に、一定角度離れたビーム中心方向を持ち、ビーム幅が変更可能で、パルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信するUpビーム用アンテナ、2は、距離測定方向に対してエレベーション方向の下側に、一定角度離れたビーム中心方向を持ち、ビーム幅が変更可能で、パルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信するDownビーム用アンテナ、26は、高度計3より出力される自機高度およびレーダ制御器4より出力される距離測定方向より、上記Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2のビーム幅を計算するビーム幅算出器、6は、ビーム幅算出器26より出力されるビーム幅およびレーダ制御器4より出力される距離測定方位角より、上記Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2のビーム中心方向およびビーム幅を制御するビーム制御器である。
【0034】
前記のように構成されたレーダ装置においては、実施の形態1と同様に、レーダ制御器4より距離測定方位角19が出力され、高度計3より自機高度20が出力される。ビーム幅算出器22は、距離測定方位角19および自機高度20より、処理範囲内でΔ/Σデータの傾きを一定にするために必要な、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2のビーム幅を計算する。実施の形態1と同様にビームが重なり合う角度θOVERを、”数1”により算出する。Upビーム用アンテナ1により形成されるビーム21およびDownビーム用アンテナ2により形成されるビーム22の、距離測定方向18における信号レベルを同一とするためには、各ビームのエレベーション方向のアンテナビーム幅θEBWを同一とし、さらに、距離測定方向18に対するビーム中心角度24も同一とする必要がある。ビーム中心角度24をΔθ/2とすると、θEBWは”数5”の式で計算される。
【0035】
【数5】
Figure 0003755349
【0036】
ビーム幅算出器22は、”数1”および”数5”の計算を行い、ビーム幅θEBWを出力する。ビーム制御器6は、ビーム幅θEBWおよび距離測定方位角θELを、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2に対して設定する。これにより、距離測定方位角18が変化しても、ビームが重なり合うレンジビン数は、常にNレンジビンに保たれることになる。以後の動作は、従来装置と全く同一であり、直線近似器15において処理するレンジビン数をNとすれば、Δ/Σデータは処理レンジビン内で常に一定の傾きを持つことになる。図13に示す距離測定方位角19が小さい場合29は、ビーム中心角度24が大きくなり、図13(b)に示すΔ/Σデータの形状を得ることが出来る。また、距離測定方位角19が大きい場合30は、ビーム中心角度24が小さくなるため、Δ/Σデータの飽和特性は発生せず、図13(b)に示すΔ/Σデータの形状を得ることが出来る。これにより、誤差の増大を防ぎ、精度の良い距離測定を行うことが可能である。距離測定方位角19が、レンジ分解能48に対して大きい場合、”数3”の条件が成り立つ時のビーム幅θEBWを、”数6”に従って算出する。
【0037】
【数6】
Figure 0003755349
【0038】
このビーム幅θEBWを使用して、ビーム制御器6により各アンテナのビーム幅を設定すれば、実施の形態1と同様の効果を得ることが出来る。
【0039】
以上のように、この発明は、距離測定方位角および自機高度に応じて、処理範囲内でΔ/Σデータの傾きを一定にするために必要な、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2のビーム幅を計算し、ビーム幅を変更することにより、距離測定方位角に関わらずΔ/Σデータの傾きを一定に保つことが出来る。これにより、距離測定方位角が小さい場合は、距離測定誤差の増大を防ぐことが出来、距離測定方位角が大きい場合には、飽和特性による距離測定誤差増大を防ぐことが出来るため、精度の良い距離測定を行うことが出来る。また、距離測定方位角がレンジ分解能に対して大きく、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2の地表面からの受信信号が、全て1レンジビン内に収まってしまい、距離測定が不可能となる場合でも、ビーム幅を変更することにより、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2の地表面からの受信信号を1レンジビン以上離すことが出来、距離測定を可能とすることができる。
【0040】
実施の形態4.
図5はこの発明の実施の形態4を示す図であり、図において4、7〜16は従来装置と全く同一のものである。1〜3、6は実施の形態3と全く同一のものである。27は、高度計3より出力される自機高度およびレーダ制御器4より出力される距離測定方位角より、上記Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2のビーム幅を、予め計算されたテーブルより参照して出力するビーム幅テーブルである。
【0041】
前記のように構成されたレーダ装置においては、実施の形態3と同様に、レーダ制御器4より距離測定方位角19が出力され、高度計3より自機高度20が出力される。ビーム幅テーブル27には、”数1”および”数5”の計算を、距離測定方位角19および自機高度20の各値に関して実施した結果が格納されており、距離測定方位角θELおよび自機高度Hを入力すると、テーブルに格納されたデータから入力に応じたビーム幅θEBWを読み出し出力する。これにより、実施の形態3と同様の効果を得ることが出来る。”数1”の演算を高速に実施するためには、複雑な回路が必要となるが、テーブルとすることにより、簡易な構成で実現が可能である。
【0042】
距離測定方位角19が、レンジ分解能48に対して大きい場合、”数3”の条件が成り立つ時のテーブルのデータを”数6”の計算結果としておくことにより、実施の形態3と同様の効果を得ることが出来る。
【0043】
以上のように、この発明は、距離測定方位角および自機高度より、処理範囲内でΔ/Σデータの傾きを一定にするために必要な、Upビーム用アンテナ1およびDownビーム用アンテナ2のビーム幅を、予め計算されたテーブルを参照することにより求め、ビーム制御器6により各アンテナのビーム幅を変更することにより、距離測定方位角に関わらずΔ/Σデータの傾きを一定に保つことが出来る。
【0044】
実施の形態5.
図6はこの発明の実施の形態5を示す図であり、図において1、2、4〜14、16は従来装置と全く同一のものである。3は、実施の形態1と全く同一のものである。28は、上記高度計3より出力される自機高度および上記レーダ制御器4より出力される距離測定方位角より、上記直線近似器15に対して近似を行う範囲を示すためのレンジゲート幅を算出し、レンジゲート幅を出力するゲート幅算出器、15は、上記レーダ制御器4より出力される処理開始レンジおよび上記ゲート幅算出器28より出力されるレンジゲート幅で示されるレンジビンに対して、上記Δ/Σ演算器から出力されるレンジビン毎のΔ/Σデータを直線で近似し、傾きおよびオフセット値を出力する直線近似器である。
【0045】
前記のように構成されたレーダ装置においては、Δ/Σ演算器14において、Δ/Σデータ42を得るまでは、従来装置と全く同一である。レーダ制御器4より距離測定方位角19が出力され、高度計3より自機高度20が出力されると、ゲート幅算出器28は、距離測定方位角19および自機高度20より、処理範囲内でΔ/Σデータが飽和特性を持たないために必要な、直線近似器15において近似を行う範囲を示すためのレンジゲート幅を算出する。例えば、距離測定方位角19をθEL、自機高度20をH、ビームが重なり合う角度をθOVER、ビームが重なり合うレンジビン数をN、レンジビン間隔をΔRとすると、ビームが重なり合うレンジビン数Nは、”数7”に従って計算すればよい。
【0046】
【数7】
Figure 0003755349
【0047】
なお、ビームが重なり合う角度θOVERは、ビーム幅θEBW、ビーム中心角度Δθ/2を用いて、”数8”のように表わすことが出来る。
【0048】
【数8】
Figure 0003755349
【0049】
ゲート幅算出器24は、”数7”および”数8”の計算を行い、レンジゲート幅Nを出力する。図7に示すように、距離測定方位角が小さい場合29は、レンジゲート幅Nが大きくなり、距離測定方位角が大きい場合30は、レンジゲート幅Nが小さくなるため、各場合のレンジゲート幅に内のΔ/Σデータは、それぞれ図7(a)、図7(b)に示す形状となる。直線近似器15は、Δ/Σ演算器14より出力されるΔ/Σデータ42に対し、レーダ制御器4より出力される処理開始レンジビン43より、ゲート幅算出器28に示されるレンジゲート幅内で、レンジビン毎のΔ/Σデータ42に対して、最小二乗法等によりax+bの直線45に近似を行い、傾きaとオフセットbを出力する。距離算出器16では、ax+b=0となるxを算出し、xをビーム指向方向測定距離46とする。これにより、レンジゲート幅内では、Δ/Σデータ42が飽和特性を持たないようにすることが出来るため、誤差の増大を防ぎ、精度の良い距離測定を行うことが可能である。
【0050】
以上のようにこの発明は、距離測定方位角および自機高度より、処理範囲内でΔ/Σデータが飽和特性を持たないようにするために必要なレンジゲート幅を算出し、直線近似器15において、レンジゲート幅内で直線近似を行うことにより、距離測定方位角に関わらずΔ/Σデータが飽和特性を持たないようにすることが出来る。
【0051】
実施の形態6.
図8はこの発明の実施の形態6を示す図であり、図において1、2、4〜14、16は従来装置と全く同一のものである。3は実施の形態1と全く同一のものである。15は、実施の形態5と全く同一のものである。31は、高度計3より出力される自機高度およびレーダ制御器4より出力される距離測定方位角より、近似を行う範囲を示すためのレンジゲート幅を、予め計算されたテーブルより参照して出力するゲート幅テーブルである。
【0052】
前記のように構成されたレーダ装置においては、Δ/Σ演算器14において、Δ/Σデータ42を得るまでは、従来装置と全く同一である。実施の形態5と同様に、レーダ制御器4より距離測定方位角19が出力され、高度計3より自機高度20が出力されると、ゲート幅テーブル31には、”数7”および”数8”の計算を、距離測定方位角19および自機高度20の各値に関して実施した結果が格納されており、距離測定方位角θELおよび自機高度Hを入力すると、テーブルに格納されたデータから上記入力に応じたレンジゲート幅Nを読み出し出力する。これにより、実施の形態5と同様の効果を得ることが出来る。”数7”の演算を高速に実施するためには、複雑な回路が必要となるが、テーブルとすることにより、簡易な構成で実現が可能である。
【0053】
以上のようにこの発明は、距離測定方位角および自機高度より、処理範囲内でΔ/Σデータの傾きを確保するために必要なレンジゲート幅を、予め計算されたテーブルを参照することにより求め、直線近似器15において、レンジゲート幅内で直線近似を行うことにより、距離測定方位角に関わらずΔ/Σデータが飽和特性を持たないようにすることが出来る。
【0054】
【発明の効果】
この発明によれば、距離測定方位角に関わらずΔ/Σデータの傾きを一定に保つことが出来る。
【0055】
またこの発明によれば、距離測定方位角および自機高度に応じて、処理範囲内でΔ/Σデータが飽和特性を持たないために必要なレンジゲート幅を算出し、レンジゲート幅内で直線近似を行うことにより、距離測定方位角が大きい場合には、飽和特性による距離測定誤差増大を防ぐことが出来るため、精度の良い距離測定を行うことが出来る
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明によるレーダ装置の実施の形態1を示す図である。
【図2】 実施の形態1におけるプラットフォーム、ビーム指向方向および地表面の位置関係を示す図である。
【図3】 この発明によるレーダ装置の実施の形態2を示す図である。
【図4】 この発明によるレーダ装置の実施の形態3を示す図である。
【図5】 この発明によるレーダ装置の実施の形態4を示す図である。
【図6】 この発明によるレーダ装置の実施の形態5を示す図である。
【図7】 実施の形態5における距離測定方位角とレンジゲート幅の関係を示す図である。
【図8】 この発明によるレーダ装置の実施の形態6を示す図である。
【図9】 従来のレーダ装置を示す図である。
【図10】 従来のレーダ装置におけるプラットフォーム、ビーム指向方向および地表面の位置関係を示す図である。
【図11】 従来のレーダ装置における、送信信号から振幅データを得るまでの経過を示す図である。
【図12】 従来のレーダ装置における、ビーム指向方向距離の測定方法を示す図である。
【図13】 従来のレーダ装置における、ビーム指向方向測定距離の誤差を示す図である。
【符号の説明】
1 Upビーム用アンテナ、2 Downビーム用アンテナ、3 高度計、4レーダ制御器、5 ビーム間隔算出器、6 ビーム制御器、7 送信機、8 サーキュレータ、9 受信機、10 A/D変換器、11 積分器、12 ΣΔ生成器、
13 クラッタ検出器、14 Δ/Σ演算器、15 直線近似器、16 距離算出器、17 プラットフォーム、25 ビーム間隔テーブル、26 ビーム幅算出器27 ビーム幅テーブル、28 ゲート幅算出器、31 ゲート幅テーブル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse-type radar device mounted on a flying platform such as an aircraft and measuring a distance to a ground surface in a specific direction.
[0002]
[Prior art]
FIG. 9 is a diagram showing a conventional radar apparatus mounted on an aircraft. 1 is a pulse-shaped transmission wave having a beam center direction that is a predetermined angle away from the distance measurement direction and above the elevation direction. Up (up) beam antenna 2 that receives the reflected wave from the ground surface, 2 has a beam center direction at a certain angle below the elevation direction with respect to the distance measurement direction, and has a pulse shape A down (down) beam antenna that radiates a transmitted wave and receives a reflected wave from the ground surface, 4 is a radar controller that outputs a distance measurement azimuth and a processing start range bin, and 6 is the radar controller 4 described above. A beam controller 7 for controlling the beam center direction of the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 based on the distance measurement azimuth angle output from the distance measurement azimuth, A circulator for supplying a transmission signal from the transmitter 7 to the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 and supplying a received reception signal to the receiver; A receiver that amplifies and detects a reception signal output from the circulator 8 and outputs it as a video signal, 10 is an A / D converter that converts the video signal output from the receiver 9 into a digital video signal, and 11 , An integrator that integrates the digital video signal output from the A / D converter 10 by the number of pulses necessary for main beam clutter detection and outputs it as amplitude data, and 12 includes the Up beam antenna 1 and the Down beam. Σ (sum) data is added to and subtracted from the amplitude data output from the integrator 11 corresponding to the antenna 2 for each range. A ΣΔ generator 13 for outputting data and Δ (difference) data, a clutter detection gate for detecting a main beam clutter from the Σ data output from the ΣΔ generator 12 and identifying a range bin of the main beam clutter. The clutter detector 14 for generating a Δ / Σ operation from the Σ data and Δ data output from the ΣΔ generator 12 within the range of the clutter detection gate output from the clutter detector 13, A Δ / Σ calculator 15 for outputting / Σ data, for each range bin output from the Δ / Σ calculator 14 for a certain number of range bins from the processing start range bin output from the radar controller 4. A linear approximator for approximating Δ / Σ data of a straight line and outputting an inclination and an offset value, 16 is an inclination and an offset value output from the linear approximation unit 15 Thus, the distance calculator calculates a range where the straight line intersects with 0 as a measurement distance.
[0003]
The conventional radar apparatus is configured as described above. As shown in FIG. 10, the radar apparatus is mounted on the platform 17, and a distance measurement azimuth angle 19 indicating the distance measurement direction 18 is output from the radar controller 4. The beam controller 6 controls the beam pointing directions of the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 so that the distance measuring direction 18 becomes the distance measuring azimuth angle 19. The Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 radiate pulsed transmission signals to the ground surface 23 in the respective beam irradiation ranges 21 and 22. The transmitter 7 generates a pulse-like transmission signal 32 as shown in FIG. 11, and the radio wave reflected by the ground surface 23 is received by the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 and passes through the circulator 8. Thus, the received signal is supplied to the receiver 9 corresponding to each antenna. The received signal is amplified and detected by the receiver 9, and becomes an Up beam video signal 33 corresponding to the Up beam antenna 1 and a Down beam video signal 34 corresponding to the Down beam antenna 2 as shown in FIG.
[0004]
These video signals are respectively converted by the A / D converter 10 into an Up beam digital video signal 35 and a Down beam digital video signal 36 as shown in FIG. 11, and the Up beam amplitude integrated for the number of pulses necessary for target detection. The data 37 and Down beam amplitude data 38 are output from the integrator 11. For each amplitude data, the ΣΔ generator 12 performs calculation for each range as Σ data 39 = Up beam amplitude data 37 + Down beam amplitude data 38, Δ data 40 = Up beam amplitude data 37−Down beam amplitude data 38. And the amplitude shown in FIG. 12 is obtained.
[0005]
The clutter detector 13 performs main beam clutter detection on the Σ data 39 and outputs a clutter detection gate 41 for identifying the main beam clutter. The Δ / Σ calculator 14 calculates Δ / Σ in the range of the clutter detection gate 41 using the Σ data 39 and the Δ data 40 and outputs the result as Δ / Σ data 42. In the linear approximation unit 15, the processing start range bin 43 output from the radar controller 4 is set to a fixed number of processing range bins 44, and Δ / Σ data 42 for each range is ax + b by the least square method or the like. An approximation is made to the straight line 45, and the inclination a and the offset b are output. The distance calculator 16 calculates x that satisfies ax + b = 0, and sets x as the beam pointing direction measurement distance 46.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional radar apparatus as described above, as shown in FIG. 13, when the distance measurement azimuth angle 19 is small 29 and the normal case 47 are compared, when the range resolution 48 is ΔR, the beam directivity for each range bin. The angle 49 from the direction is smaller when the distance measurement azimuth angle 19 is smaller. Therefore, the Δ / Σ data 42 also has a smaller amount of change for each range bin, so that the inclination becomes smaller. When processing the fixed number of processing range bins 44, when the distance measurement azimuth angle 19 is normal 47, Δ / Σ The data 42 has the shape shown in FIG. 13B, and when the distance measurement azimuth angle 19 is small 29, it has the shape shown in FIG. In actual observation, an error occurs in the Δ / Σ data 42 due to noise. Therefore, the Δ / Σ data 42 exists in the Δ / Σ data error range 50 shown in FIG. When the distance measurement azimuth angle 19 is normal 47, the distance error range 51 is as shown in FIG. 13B with respect to the Δ / Σ data error range 50, but when the distance measurement azimuth angle 19 is small 29 Is larger than the Δ / Σ data error range 50, the distance error range 51 becomes larger as shown in FIG. For this reason, there is a problem that an error also increases in the approximate straight line of the Δ / Σ data 42, resulting in an increase in distance measurement error. Further, when the distance measurement azimuth angle 19 is large, the Δ / Σ data 42 has an asymmetric saturation characteristic within the processing range as shown in FIG. There was a problem that the distance measurement error increased.
[0007]
The present invention has been made to solve such a problem. When the distance measurement azimuth angle 19 is small 29, the slope of the Δ / Σ data 42 is kept constant within the processing range, and the distance measurement azimuth angle is maintained. When 19 is large, the object is to obtain a radar apparatus capable of performing distance measurement with high accuracy by preventing saturation of Δ / Σ data 42 to prevent increase in distance measurement error.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The radar apparatus according to the first aspect of the invention has a beam center direction whose angle can be changed above the elevation direction with respect to the distance measurement direction, emits a pulsed transmission wave, and receives a reflected wave from the ground surface. A first antenna has a beam center direction whose angle can be changed below the elevation direction with respect to the distance measurement direction, emits a pulsed transmission wave, and receives a reflected wave from the ground surface. Antenna, an altimeter that outputs the altitude of the flying object, a radar controller that outputs a distance measurement azimuth and a processing start range bin, an altitude output from the altimeter and a distance measurement output from the radar controller Beam center angle output means for outputting a beam center angle with respect to the distance measuring direction of the first antenna and the second antenna from the azimuth angle, and the beam center angle output means Than a distance measured azimuth angle output from the beam center angle and the radar controller is et output, in which a beam controller for controlling the beam center direction of the first and second antennas.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the radar apparatus according to the first aspect, wherein the beam center angle output means includes the altitude output from the altimeter and the distance measurement azimuth output from the radar controller. And a beam interval calculator for calculating a beam center angle with respect to the distance measuring direction of the second antenna.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the radar apparatus according to the first aspect, wherein the distance between the first antenna and the second antenna according to the altitude of the flying object and the distance measurement azimuth is used as the beam center angle output means. The beam center angle with respect to the measurement direction has a table that is pre-calculated and stored, and inputs the own altitude output from the altimeter and the distance measurement azimuth output from the radar controller, and measures the altitude and distance. Means for reading out and outputting the beam center angle corresponding to the azimuth angle from the table is provided.
[0011]
A radar apparatus according to a fourth aspect of the invention has a beam center direction that is apart from the distance measurement direction by a certain angle above the elevation direction, the beam width can be changed, and a pulsed transmission wave is emitted. A first antenna that receives a reflected wave from the ground surface, a beam center direction at a certain angle below the elevation direction with respect to the distance measurement direction, a beam width that can be changed, and a pulse-like shape A second antenna that radiates a transmission wave and receives a reflected wave from the ground surface; an altimeter that outputs the altitude of the flying object; a radar controller that outputs a distance measurement azimuth and a processing start range bin; and Beam width output means for outputting the beam widths of the first antenna and the second antenna from the altitude output from the altimeter and the distance measurement azimuth angle output from the radar controller; A beam controller for controlling the beam center direction and the beam width of the first antenna and the second antenna from the beam width output from the beam width output means and the distance measurement azimuth angle output from the radar controller. It is a thing.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a radar apparatus according to the fourth aspect, wherein the first antenna and the second antenna are used as the beam width output means from the altitude output from the altimeter and the distance measurement azimuth output from the radar controller. This comprises a beam width calculator for calculating the beam width of the antenna.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a radar apparatus according to the fourth aspect, wherein the beam of the first antenna and the second antenna according to the altitude of the flying object and the distance measurement azimuth as the beam width output means. The table has a table in which the width is calculated and stored in advance, and inputs the altitude of the flying object output from the altimeter and the distance measurement azimuth output from the radar controller, and the height and distance measurement azimuth Means for reading out and outputting the corresponding beam width from the table is provided.
[0014]
A radar apparatus according to a seventh aspect of the invention has a beam center direction at a certain angle above the elevation direction with respect to the distance measurement direction, emits a pulsed transmission wave, and receives a reflected wave from the ground surface. A second antenna having a beam center direction at a certain angle below the elevation direction with respect to the distance measurement direction, emitting a pulsed transmission wave and receiving a reflected wave from the ground surface; Antenna, an altimeter that outputs the altitude of the flying object, a radar controller that outputs a distance measurement azimuth and processing start range bin, an altitude output from the altimeter and a distance measurement output from the radar controller Gate width output means for outputting the range gate width from the azimuth angle, and the beam of the first antenna and the second antenna from the distance measurement azimuth angle output from the radar controller A beam controller for controlling the direction of the heart; first and second receivers for amplifying and detecting the received signals received by the first antenna and the second antenna and outputting them as video signals; 1. First and second integrators that integrate the video signals output from the second receiver by the number of pulses necessary for main beam clutter detection and output as amplitude data, and the first and second integrators. The main beam clutter is detected from the ΣΔ generator that outputs Σ data and Δ data by addition and subtraction for each range bin, and the Σ data output from the ΣΔ generator. A clutter detector for generating a clutter detection gate for identifying a range bin of the main beam clutter, and a range of the clutter detection gate output from the clutter detector A Δ / Σ arithmetic unit that performs Δ / Σ operation from the Σ data and Δ data output from the ΣΔ generator, and outputs a Δ / Σ data, a processing start range bin output from the radar controller, and A straight line that approximates the Δ / Σ data for each range bin output from the Δ / Σ calculator with a straight line and outputs a slope and an offset value with respect to the range bin indicated by the range gate width output from the gate width output means. And an approximation device.
[0015]
The radar apparatus according to the eighth invention approximates the linear approximation device from the altitude output from the altimeter and the distance measurement azimuth angle output from the radar controller as the gate width output means in the seventh invention. And a gate width calculator for calculating a range gate width for indicating a range in which to perform and outputting the range gate width.
[0016]
According to a ninth aspect of the invention, there is provided a radar apparatus according to the seventh aspect, wherein the gate width output means has a table in which a range gate width corresponding to the altitude of the flying object and the distance measurement azimuth is calculated and stored in advance. And means for inputting the altitude output from the altimeter and the distance measurement azimuth angle output from the radar controller, and reading out and outputting the range gate width corresponding to the altitude and the distance measurement azimuth angle from the table. Is.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing Embodiment 1 of the present invention. In the figure, reference numerals 4 and 7 to 16 are the same as those of the conventional apparatus. Reference numeral 1 denotes an Up beam antenna that has a beam center direction in which the angle can be changed above the elevation direction with respect to the distance measurement direction, emits a pulsed transmission wave, and receives a reflected wave from the ground surface. Has a beam center direction whose angle can be changed below the elevation direction with respect to the distance measurement direction, emits a pulsed transmission wave, and receives a reflected wave from the ground surface, 3 Is an altimeter that outputs its own altitude, and 5 is an altitude meter output from the altimeter 3 and a distance measurement azimuth angle output from the radar controller 4, and the Up beam antenna 1 and Down beam antenna 2 are A beam interval calculator 6 for calculating a beam center angle with respect to the distance measurement direction, and a beam center angle output from the beam interval calculator 5 and an output from the radar controller 4. From that distance measurement azimuth, a beam controller that controls the beam center direction of the Up-beam antenna 1 and Down-beam antenna 2.
[0018]
In the radar apparatus configured as described above, the distance measurement azimuth angle 19 indicating the distance measurement direction 18 is output from the radar controller 4 by being mounted on the platform 17 as shown in FIG. The beam interval calculator 5 uses the Up beam antenna 1 and the beam distance calculating azimuth 19 and the own altitude 20 output from the altimeter 3, which are necessary for making the slope of Δ / Σ data constant within the processing range. The beam center angle 24 with respect to the distance measurement direction 18 of the down beam antenna 2 is calculated. For example, the distance measurement azimuth 18 is θ EL The altitude 20 is H, the angle at which the beams overlap is θ OVER When the number of range bins where the beams overlap is N and the range resolution 48 is ΔR, the beam irradiation range 21 formed by the Up beam antenna 1 and the beam irradiation range 22 formed by the Down beam antenna 2 from the ground surface 23. In order to make the received signals overlap only by the N-range bin, the calculation may be performed according to “Equation 1”.
[0019]
[Expression 1]
Figure 0003755349
[0020]
In order to make the signal level in the distance measuring direction 18 the same in the beam irradiation range 21 formed by the Up beam antenna 1 and the beam irradiation range 22 formed by the Down beam antenna 2, the elevation direction of each beam Antenna beam width θ EBW And the beam center angle 24 with respect to the distance measuring direction 18 must be the same. Assuming that the beam center angle 24 is Δθ / 2, Δθ / 2 is calculated by the formula “Equation 2”.
[0021]
[Expression 2]
Figure 0003755349
[0022]
The beam interval calculator 5 performs the calculations of “Equation 1” and “Equation 2” and outputs the beam center angle Δθ / 2. The beam controller 6 includes a beam center angle Δθ / 2 and a distance measurement azimuth angle θ. EL Thus, the beam center direction of the Up beam antenna 1 is θ EL −Δθ / 2, the beam center direction of the Down beam antenna 2 is θ EL Control so that + Δθ / 2. Thereby, the distance measurement azimuth angle θ EL Even if changes, the number of range bins where the beams overlap is always kept in the N range bin. The subsequent operation is exactly the same as that of the conventional apparatus, and if the number of range bins processed in the linear approximation unit 15 is N, Δ / Σ data always has a constant slope in the processing range bin. When the distance measurement azimuth angle 19 shown in FIG. 13 is small 29, the beam center angle 24 becomes large, and the shape of Δ / Σ data shown in FIG. 13B can be obtained. Further, when the distance measurement azimuth angle 19 is large 30, the beam center angle 24 is small, so that the saturation characteristic of Δ / Σ data does not occur, and the shape of Δ / Σ data shown in FIG. 13B is obtained. I can do it. As a result, it is possible to prevent an increase in error and perform accurate distance measurement.
[0023]
When the distance measurement azimuth angle 19 is larger than the range resolution 48, as shown in FIG. 2B, the beam irradiation range 21 formed by the Up beam antenna 1 and the beam formed by the Down beam antenna 2 are used. In some cases, the reception signals from the ground surface 23 in the irradiation range 22 are all contained in one range bin. In this case, the main beam clutter of the Up beam amplitude data 37 and the Down beam amplitude data 38 has an amplitude only in the same range bin, and the Δ data 40 output from the ΣΔ generator 12 has an amplitude only on the positive side or the negative side. Therefore, it becomes impossible to measure the distance in the subsequent processing. When this condition is expressed by an equation, "Equation 3" is obtained.
[0024]
[Equation 3]
Figure 0003755349
[0025]
When this condition is satisfied, the beam center calculator 5 calculates the beam center angle Δθ / 2 according to “Equation 4”.
[0026]
[Expression 4]
Figure 0003755349
[0027]
If the beam controller 6 controls the beam center direction of each antenna using the beam center angle 24, the main beam clutter of the Up beam amplitude data 37 and the Down beam amplitude data 38 can be separated by one range bin or more. Become. As a result, the Δ data 40 output from the ΣΔ generator 12 has amplitudes on both the positive side and the negative side, and distance measurement is possible in the subsequent processing.
[0028]
As described above, according to the present invention, the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 necessary for making the slope of Δ / Σ data constant within the processing range according to the distance measurement azimuth and the altitude of the aircraft. By calculating the beam center angle with respect to the distance measurement direction and changing the beam center direction, the slope of Δ / Σ data can be kept constant regardless of the distance measurement azimuth angle. Accordingly, when the distance measurement azimuth is small, an increase in distance measurement error can be prevented, and when the distance measurement azimuth is large, an increase in distance measurement error due to saturation characteristics can be prevented, so that the accuracy is high. Distance measurement can be performed. In addition, the distance measurement azimuth is larger than the range resolution, and all the received signals from the ground surfaces of the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 are contained in one range bin, making distance measurement impossible. Even in this case, by changing the beam center direction, the received signals from the ground surface of the Up beam antenna and the Down beam antenna can be separated by one range bin or more, and distance measurement can be made possible.
[0029]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, in which 4 and 7 to 16 are the same as those of the conventional apparatus. 1 to 3 and 6 are exactly the same as those in the first embodiment. 25, the beam center angle with respect to the distance measurement direction of the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 is calculated in advance based on the altitude output from the altimeter 3 and the distance measurement azimuth angle output from the radar controller 4. This is a beam interval table which is output by referring to the table.
[0030]
In the radar apparatus configured as described above, the distance measurement azimuth angle 19 is output from the radar controller 4 and the own altitude 20 is output from the altimeter 3 as in the first embodiment. The beam interval table 25 stores the results of calculation of “Equation 1” and “Equation 2” for each value of the distance measurement azimuth angle 19 and the aircraft altitude 20 and the distance measurement azimuth angle θ. EL When the altitude H is input, the beam center angle Δθ / 2 corresponding to the input is read from the table and output. As a result, the same effect as in the first embodiment can be obtained. In order to perform the calculation of “Equation 1” at high speed, a complicated circuit is required. However, by using a table, it is possible to realize it with a simple configuration.
[0031]
When the distance measurement azimuth angle 19 is larger than the range resolution 48, the table data when the condition of “Equation 3” is satisfied is set as the calculation result of “Equation 4”. Can be obtained.
[0032]
As described above, according to the present invention, the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna necessary for making the slope of Δ / Σ data constant within the processing range according to the distance measurement azimuth and the altitude of the aircraft. 2 is obtained by referring to a pre-calculated table, and by changing the beam center direction, the slope of Δ / Σ data can be kept constant regardless of the distance measurement azimuth. Accordingly, when the distance measurement azimuth is small, an increase in distance measurement error can be prevented, and when the distance measurement azimuth is large, an increase in distance measurement error due to saturation characteristics can be prevented, so that the accuracy is high. Distance measurement can be performed. In addition, the distance measurement azimuth is larger than the range resolution, and all the received signals from the ground surfaces of the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 are contained in one range bin, making distance measurement impossible. Even in this case, by changing the beam center direction, the reception signals from the ground surfaces of the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 can be separated by one range bin or more, and distance measurement can be performed. Furthermore, it is realizable with a simpler structure than Embodiment 1 of this invention.
[0033]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. In the figure, reference numerals 4 and 7 to 16 are the same as those of the conventional apparatus. 3 is exactly the same as in the first embodiment.
1 has a beam center direction at a certain angle above the elevation direction with respect to the distance measurement direction, the beam width can be changed, a pulsed transmission wave is radiated, and a reflected wave from the ground surface is received. The up beam antenna 2 has a beam center direction at a certain angle below the elevation direction with respect to the distance measurement direction, the beam width can be changed, and a pulsed transmission wave is radiated. A down beam antenna 26 that receives a reflected wave from the surface, and the up beam antenna 1 and the down beam antenna from the altitude output from the altimeter 3 and the distance measurement direction output from the radar controller 4. The beam width calculator 6 for calculating the beam width of 2 is higher than the beam width output from the beam width calculator 26 and the distance measurement azimuth angle output from the radar controller 4. Up is a beam controller for controlling the beam center direction and beam width of the beam antenna 1 and Down-beam antenna 2.
[0034]
In the radar apparatus configured as described above, the distance measurement azimuth angle 19 is output from the radar controller 4 and the own altitude 20 is output from the altimeter 3 as in the first embodiment. The beam width calculator 22 determines the up beam antenna 1 and the down beam antenna 2 necessary for making the slope of Δ / Σ data constant within the processing range from the distance measurement azimuth angle 19 and the own altitude 20. Calculate the beam width. The angle θ at which the beams overlap as in the first embodiment OVER Is calculated by “Equation 1”. In order to make the signal level in the distance measuring direction 18 the same for the beam 21 formed by the Up beam antenna 1 and the beam 22 formed by the Down beam antenna 2, the antenna beam width in the elevation direction of each beam. θ EBW And the beam center angle 24 with respect to the distance measuring direction 18 must be the same. When the beam center angle 24 is Δθ / 2, θ EBW Is calculated by the formula of “Equation 5”.
[0035]
[Equation 5]
Figure 0003755349
[0036]
The beam width calculator 22 calculates “Equation 1” and “Equation 5” and calculates the beam width θ. EBW Is output. The beam controller 6 has a beam width θ EBW And distance measurement azimuth θ EL Are set for the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2. Thereby, even if the distance measurement azimuth angle 18 changes, the number of range bins where the beams overlap is always kept in the N range bin. The subsequent operation is exactly the same as that of the conventional apparatus, and if the number of range bins processed in the linear approximation unit 15 is N, Δ / Σ data always has a constant slope in the processing range bin. When the distance measurement azimuth angle 19 shown in FIG. 13 is small 29, the beam center angle 24 becomes large, and the shape of Δ / Σ data shown in FIG. 13B can be obtained. Further, when the distance measurement azimuth angle 19 is large 30, the beam center angle 24 is small, so that the saturation characteristic of Δ / Σ data does not occur, and the shape of Δ / Σ data shown in FIG. 13B is obtained. I can do it. As a result, it is possible to prevent an increase in error and perform accurate distance measurement. When the distance measurement azimuth angle 19 is larger than the range resolution 48, the beam width θ when the condition of “Equation 3” is satisfied. EBW Is calculated according to “Equation 6”.
[0037]
[Expression 6]
Figure 0003755349
[0038]
This beam width θ EBW If the beam controller 6 is used to set the beam width of each antenna, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0039]
As described above, according to the present invention, the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna necessary for making the slope of Δ / Σ data constant within the processing range according to the distance measurement azimuth and the altitude of the aircraft. By calculating the beam width of 2 and changing the beam width, the slope of Δ / Σ data can be kept constant regardless of the distance measurement azimuth angle. Accordingly, when the distance measurement azimuth is small, an increase in distance measurement error can be prevented, and when the distance measurement azimuth is large, an increase in distance measurement error due to saturation characteristics can be prevented, so that the accuracy is high. Distance measurement can be performed. In addition, the distance measurement azimuth is larger than the range resolution, and all the received signals from the ground surfaces of the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 are contained in one range bin, making distance measurement impossible. Even in this case, by changing the beam width, the reception signals from the ground surfaces of the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 can be separated by one range bin or more, and distance measurement can be performed.
[0040]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention, in which 4 and 7 to 16 are the same as those of the conventional apparatus. 1 to 3 and 6 are exactly the same as those in the third embodiment. 27 shows the beam widths of the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 from the table calculated in advance based on the altitude output from the altimeter 3 and the distance measurement azimuth angle output from the radar controller 4. It is a beam width table that is output with reference.
[0041]
In the radar apparatus configured as described above, the distance measurement azimuth angle 19 is output from the radar controller 4 and the own altitude 20 is output from the altimeter 3 as in the third embodiment. The beam width table 27 stores the results of calculation of “Equation 1” and “Equation 5” for each value of the distance measurement azimuth angle 19 and the aircraft altitude 20 and the distance measurement azimuth angle θ. EL When the altitude H is input, the beam width θ corresponding to the input from the data stored in the table EBW Is read out and output. As a result, the same effect as in the third embodiment can be obtained. In order to perform the calculation of “Equation 1” at high speed, a complicated circuit is required. However, by using a table, it is possible to realize it with a simple configuration.
[0042]
When the distance measurement azimuth angle 19 is larger than the range resolution 48, the data of the table when the condition of “Equation 3” is satisfied is set as the calculation result of “Equation 6”. Can be obtained.
[0043]
As described above, according to the present invention, the Up beam antenna 1 and the Down beam antenna 2 required to make the slope of Δ / Σ data constant within the processing range from the distance measurement azimuth and the own altitude. The beam width is obtained by referring to a pre-calculated table, and the beam controller 6 changes the beam width of each antenna to keep the slope of Δ / Σ data constant regardless of the distance measurement azimuth. I can do it.
[0044]
Embodiment 5. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention. In the figure, 1, 2, 4 to 14 and 16 are exactly the same as those of the conventional apparatus. 3 is exactly the same as in the first embodiment. 28 calculates a range gate width for indicating a range to be approximated with respect to the linear approximation device 15 from the altitude of the aircraft output from the altimeter 3 and the distance measurement azimuth angle output from the radar controller 4. The gate width calculator 15 for outputting the range gate width, for the range bin indicated by the processing start range output from the radar controller 4 and the range gate width output from the gate width calculator 28, This is a linear approximator that approximates Δ / Σ data for each range bin output from the Δ / Σ calculator with a straight line, and outputs a slope and an offset value.
[0045]
The radar apparatus configured as described above is exactly the same as the conventional apparatus until the Δ / Σ calculator 42 obtains the Δ / Σ data 42. When the distance measurement azimuth angle 19 is output from the radar controller 4 and the own altitude 20 is output from the altimeter 3, the gate width calculator 28 determines that the distance measurement azimuth 19 and the own altitude 20 are within the processing range. A range gate width is calculated to indicate a range to be approximated in the linear approximation unit 15 necessary for the Δ / Σ data not to have saturation characteristics. For example, the distance measurement azimuth angle 19 is θ EL The altitude 20 is H, the angle at which the beams overlap is θ OVER If the number of range bins where beams overlap is N and the range bin interval is ΔR, the number N of range bins where beams overlap may be calculated according to “Equation 7”.
[0046]
[Expression 7]
Figure 0003755349
[0047]
Note that the angle θ at which the beams overlap OVER Is the beam width θ EBW The beam center angle Δθ / 2 can be expressed as “Equation 8”.
[0048]
[Equation 8]
Figure 0003755349
[0049]
The gate width calculator 24 calculates “Equation 7” and “Equation 8” and outputs the range gate width N. As shown in FIG. 7, when the distance measurement azimuth is small 29, the range gate width N is large, and when the distance measurement azimuth is large 30, the range gate width N is small. The Δ / Σ data in FIG. 7 have the shapes shown in FIGS. 7A and 7B, respectively. The straight line approximator 15 receives the Δ / Σ data 42 output from the Δ / Σ calculator 14 within the range gate width indicated by the gate width calculator 28 from the processing start range bin 43 output from the radar controller 4. Then, the Δ / Σ data 42 for each range bin is approximated to the straight line 45 of ax + b by the least square method or the like, and the inclination a and the offset b are output. The distance calculator 16 calculates x such that ax + b = 0, and sets x to the beam directing direction measurement distance 46. As a result, the Δ / Σ data 42 can be prevented from having saturation characteristics within the range gate width, so that an increase in error can be prevented and accurate distance measurement can be performed.
[0050]
As described above, according to the present invention, the range gate width necessary for preventing the Δ / Σ data from having saturation characteristics within the processing range is calculated from the distance measurement azimuth and the own altitude, and the linear approximation unit 15 Thus, by performing linear approximation within the range gate width, it is possible to prevent the Δ / Σ data from having saturation characteristics regardless of the distance measurement azimuth angle.
[0051]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention. In the figure, 1, 2, 4 to 14 and 16 are the same as those of the conventional apparatus. 3 is exactly the same as in the first embodiment. 15 is the same as that of the fifth embodiment. 31 indicates a range gate width for indicating a range to be approximated based on the altitude output from the altimeter 3 and the distance measurement azimuth angle output from the radar controller 4 by referring to a previously calculated table. It is a gate width table.
[0052]
The radar apparatus configured as described above is exactly the same as the conventional apparatus until the Δ / Σ calculator 42 obtains the Δ / Σ data 42. Similarly to the fifth embodiment, when the distance measurement azimuth angle 19 is output from the radar controller 4 and the own altitude 20 is output from the altimeter 3, the gate width table 31 displays “Equation 7” and “Equation 8”. Is stored for each value of the distance measurement azimuth 19 and the aircraft altitude 20, and the distance measurement azimuth θ EL When the altitude H is input, the range gate width N corresponding to the input is read out from the data stored in the table and output. As a result, the same effect as in the fifth embodiment can be obtained. In order to perform the operation of “Equation 7” at high speed, a complicated circuit is required. However, by using a table, it is possible to realize the calculation with a simple configuration.
[0053]
As described above, according to the present invention, the range gate width necessary for securing the slope of Δ / Σ data within the processing range is referred to the table calculated in advance from the distance measurement azimuth and the altitude. Thus, the linear approximation unit 15 performs linear approximation within the range gate width, so that Δ / Σ data does not have saturation characteristics regardless of the distance measurement azimuth angle.
[0054]
【The invention's effect】
According to the present invention, the slope of Δ / Σ data can be kept constant regardless of the distance measurement azimuth.
[0055]
Further, according to the present invention, the range gate width required for the Δ / Σ data not to have saturation characteristics within the processing range is calculated according to the distance measurement azimuth and the altitude of the aircraft, and the straight line within the range gate width is calculated. By performing approximation, when the distance measurement azimuth is large, an increase in distance measurement error due to saturation characteristics can be prevented, so accurate distance measurement can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a radar apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between a platform, a beam pointing direction, and a ground surface in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of a radar apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of a radar apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of a radar apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a fifth embodiment of a radar apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a distance measurement azimuth angle and a range gate width in the fifth embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a sixth embodiment of a radar apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a conventional radar apparatus.
FIG. 10 is a diagram showing a positional relationship between a platform, a beam pointing direction, and a ground surface in a conventional radar apparatus.
FIG. 11 is a diagram showing a process until amplitude data is obtained from a transmission signal in a conventional radar apparatus.
FIG. 12 is a diagram showing a method of measuring a beam pointing direction distance in a conventional radar apparatus.
FIG. 13 is a diagram illustrating an error in a beam pointing direction measurement distance in a conventional radar apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Up beam antenna, 2 Down beam antenna, 3 altimeter, 4 radar controller, 5 beam interval calculator, 6 beam controller, 7 transmitter, 8 circulator, 9 receiver, 10 A / D converter, 11 Integrator, 12 ΣΔ generator,
13 Clutter Detector, 14 Δ / Σ Calculator, 15 Linear Approximator, 16 Distance Calculator, 17 Platform, 25 Beam Spacing Table, 26 Beam Width Calculator 27 Beam Width Table, 28 Gate Width Calculator, 31 Gate Width Table .

Claims (3)

航空機等の飛しょう体に搭載されて、特定方向の地表面までの距離を測定するパルス方式のレーダ装置において、距離測定方向に対してエレ
ベーション方向の上側に、角度変更可能なビーム中心方向を持ち、パルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信する第1のアンテナと、距離測定方向に対してエレベーション方向の下側に、角度変更可能なビーム中心方向を持ち、パルス状の送信波を放射し、地表面からの反射波を受信する第2のアンテナと、上記飛しょう体の高度を出力する高度計と、距離測定方位角および処理開始レンジビンを出力するレーダ制御器と、上記高度計より出力される高度および上記レーダ制御器より出力される距離測定方位角より、上記第1のアンテナおよび第2のアンテナの距離測定方向に対するビーム中心角度を出力するビーム中心角度出力手段と、上記ビーム中心角度出力手段から出力されるビーム中心角度および上記レーダ制御器より出力される距離測定方位角より、上記第1のアンテナおよび第2のアンテナのビーム中心方向を制御するビーム制御器と、上記第1のアンテナおよび第2のアンテナで受信された受信信号をそれぞれ増幅・検波し、ビデオ信号として出力する第1、第2の受信機と、上記第1、第2の受信機から出力されるビデオ信号を、それぞれメインビームクラッタ検出に必要なパルス数分積分し、振幅データとして出力する第1、第2の積分器と、上記第1、第2の積分器から出力される振幅データに対し、レンジビン毎の加算および減算によりΣデータおよびΔデータを出力するΣΔ生成器と、上記ΣΔ生成器から出力されるΣデータより、メインビームクラッタを検出し、メインビームクラッタのレンジビンを識別するためのクラッタ検出ゲートを発生するクラッタ検出器と、上記クラッタ検出器から出力されるクラッタ検出ゲートの範囲内で、上記ΣΔ生成器から出力されるΣデータおよびΔデータよりΔ/Σ演算を行い、Δ/Σデータを出力するΔ/Σ演算器とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
In a pulse-type radar device that is mounted on a flying object such as an aircraft and measures the distance to the ground surface in a specific direction, a beam center direction that can change the angle is set above the elevation direction with respect to the distance measurement direction. A first antenna that radiates a pulsed transmission wave and receives a reflected wave from the ground surface, and has a beam center direction that can change the angle below the elevation direction with respect to the distance measurement direction, A second antenna that emits a pulsed transmission wave and receives a reflected wave from the ground surface, an altimeter that outputs the altitude of the flying object, and a radar controller that outputs a distance measurement azimuth and a processing start range bin And the distance measurement azimuth angle output from the radar controller and the distance measurement azimuth angle output from the radar controller. Beam center angle output means for outputting a center angle, beam center angle output from the beam center angle output means, and distance measurement azimuth angle output from the radar controller, the first antenna and the second antenna A beam controller for controlling the beam center direction of the first and second receivers for amplifying and detecting the received signals received by the first antenna and the second antenna, respectively, and outputting them as video signals; The video signals output from the first and second receivers are respectively integrated by the number of pulses necessary for main beam clutter detection, and output as amplitude data, and the first and second integrators, From the amplitude data output from the second integrator, a ΣΔ generator that outputs Σ data and Δ data by addition and subtraction for each range bin, and the ΣΔ generator Within the range of the clutter detector that detects the main beam clutter from the input Σ data and generates a clutter detection gate for identifying the range bin of the main beam clutter, and the clutter detection gate output from the clutter detector A radar apparatus comprising: a Σ data output from the ΣΔ generator and a Δ / Σ calculator for performing Δ / Σ calculation from the Δ data and outputting Δ / Σ data.
上記ビーム中心角度出力手段は、上記高度計から出力される高度および上記レーダ制御器から出力される距離測定方位角より、上記第1のア
ンテナおよび第2のアンテナの距離測定方向に対するビーム中心角度計算するビーム間隔算出器を有することを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
The beam center angle output means calculates a beam center angle with respect to a distance measurement direction of the first antenna and the second antenna from an altitude output from the altimeter and a distance measurement azimuth angle output from the radar controller. The radar apparatus according to claim 1, further comprising a beam interval calculator.
上記ビーム中心角度出力手段は、上記飛しょう体の高度と上記距離測定方位角に応じた、上記第1のアンテナおよび第2のアンテナの距離測
定方向に対するビーム中心角度が、予め計算され格納されたテーブルを有し、上記高度計より出力される自機高度および上記レーダ制御器より出力される距離測定方位角を入力し、当該高度と距離測定方位角に対応した当該ビーム中心角度を上記テーブルから読み出し出力する手段を備えたことを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
The beam center angle output means calculates and stores in advance the beam center angle with respect to the distance measurement direction of the first antenna and the second antenna according to the altitude of the flying object and the distance measurement azimuth angle. It has a table, inputs its own altitude output from the altimeter and the distance measurement azimuth angle output from the radar controller, and reads the beam center angle corresponding to the altitude and the distance measurement azimuth angle from the table 2. The radar apparatus according to claim 1, further comprising means for outputting.
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