JPH03100484A

JPH03100484A - ２―１／２次元レーダ・システム

Info

Publication number: JPH03100484A
Application number: JP2241079A
Authority: JP
Inventors: Harold R Ward; ハロルド・アール・ウォード
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1990-09-11
Publication date: 1991-04-25
Also published as: EP0417939A3; US4961075A; CA2023973A1; EP0417939A2; CA2023973C

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、監視レーダ・システムに関し、特に目標の方
位および距離を決定するのみならず、制限された範囲の
仰角における目標高度をも見出すための単一レーダ・シ
ステムに関する。

（背景技術）２次元（２Ｄ）レーダは、距離と単一角度座標（通常は
、方位）を計測する。このレーダは、レーダ設置点から
最大探知距離まで、また水平レベルから対象となる最大
目標高度（通常、航空機目標の場合には約１２，２００
ｍ　（４０，０００フイート））まで延びる拡がりおよ
び空間にわたる網羅範囲を提供する。レーダは、５乃至
１０秒毎に完全な一回転を行うアンテナにより、方位に
おいて３６０″を走査し、アンテナ・ビームが目標を通
り走査すると、多数のパルス反射が受信される。

これらのパルス反射を処理して、クラッタからの反射を
除去し、目標反射を積分して各目標についての探知決定
を行った結果目標の方位および距離を決定する。

３次元（３Ｄ）レーダは、方位および距離のみでなく、
海面上の仰角即ち高度をも計測する。

これらのレーダは、典型的に複雑であり、高価であり、
アンテナ重量が重く、目標のパルス繰返し周波数（ＰＲ
Ｆ）反射が比較的少ない故に低い信号／雑音比を有する
。仰角情報が要求される場合は、別のレーダ・ハードウ
ェアが必要となる。

３Ｄレーダ・システムのこれ以上の論議については、−
１，１，５ｋｏｌｎｉｋ著ｒＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
　ｔｏ　ＲａｄａｒＳｙｓｔｅｍｓＪ　　（１９８０年
第２版、５４１乃至５４７ページ）および１．　Ａ、　
Ａｎｄｒｅｗｓ等の米国特許第４．６４９．３９０号を
参照されたい。しかし、航空管制システムの如きある用
途においては、限定された高度のみが対象とされ、典型
的な３次元レーダの複雑さを持たないレーダ・システム
が望ましい。

Ｇ、　Ｅ、　Ｅｖａｎｓの米国特許第４．３４２．９９
７号においては、２次元アレイ・レーダに対して高度の
能力を付加するレーダのアンテナ・システムが開示され
ている。アンテナ要素の第１のサブアレイおよび第２の
サブアレイが、異なる方向に２つのビームを形成して目
標の高度を得るため共通の目標に関する位相角度差およ
び高度差の双方のイルミネーション特性を得る。しかし
、この手法は、高度の計測に加えて位相角の計測をも必
要とし、長い最大距離網羅範囲の鋭い下側遮蔽領域が望
ましい用途において使用されるパラボラ型円筒反射器／
線形アレイ・タイプのアンテナ・システムを含み、この
ようなビーム特性は一般に空港の航空交通管制用途には
使用されない。

（発明の概要）本発明によれば、２次元レーダ・システムに対し最小限
度のハードウェアの増加で済む特定のレーダ・システム
用途に充分な予め定めた仰角範囲にわたり目標の方位お
よび距離のみでなく高度も決定する２、５次元（２−１
／２　Ｄ　）レーダ・システムが提供される。このよう
なレーダ・システムは、高いビーム・パターンおよび低
いビーム・パターンを持つ二重ビーム・アンテナを含む
レーダ信号を送信する手段と、この送信装置と接続され
て目標の反射信号を高いビーム・パターンから振幅サン
プルＭａ（ｉ）へ変換スル第１の手段と、前記送信装置
と接続されて目標の反射信号を低いビーム・パターンか
ら振幅サンプルＭａ（ｉ）へ変換する第２の手段と、前
記第１の変換手段および第２の変換手段の振幅サンプル
出力Ｍａ（ｉ）およびＭｂ（ｉ）に接続されてこれら出
力を処理して目標の高度を決定する手段とからなってい
る。この高度処理手段は、前記第１および第２の変換手
段と接続されて振幅サンプルＭａ（ｉ）および振幅サン
プルＭａ（ｉ）間の正規化された差Ｃ（ｉ）を計算する
手段と、この計算手段と接続されてアンテナ・パターン
変換データを格納しアンテナ・パターンの非線形性につ
いて正規化された差Ｃ（ｉ）を補償する手段と、前記格
納手段と接続されてこの格納手段からの仰角データに従
って目標の高度を計算する手段とからなる。レーダ信号
は、送信手段の低いビーム・パターン部分を経て送信さ
れる。第１の変換手段は、高いビーム反射信号からベク
トル・データを生じる第１の受信手段と、この第１の受
信手段と接続されて振幅サンプルＭａ（ｉ）を決定する
第１の処理手段とからなる。第２の変換手段は、低いビ
ーム反射信号からベクトル・データを生じる第２の受信
手段と、この第２の受信手段と接続されて振幅サンプル
Ｍａ（ｉ　）を決定する第２の処理手段とからなる。

本発明の更に他の特徴によれば、レーダ・システムによ
り、予め定めた仰角範囲にわたり目標の高度を決定する
方法が提供され、本方法は高いビーム・パターンと低い
ビーム・パターンを持つ二重ビーム・アンテナにょリレ
ーダ信号を送信し、送信手段と接続された第１の手段に
より目標の反射信号を高いビーム・パターンから振幅サ
ンプルＭａ（ｉ　）へ変換し、送信手段と接続された第
２の手段により目標の反射信号を低いビーム・パターン
から振幅サンプルＭｂ（ｉ）へ変換し、振幅サンプルＭ
ａ（ｉ）と振幅サンプルＭａ（ｉ）間の正規化された差
を計算し、この正規化された差によりアドレス指定され
る記憶手段にアンテナ・パターン変換データを格納して
アンテナ・パターンの非線形性を補償し、前記目標の高
度を前記記憶手段の出力と接続された手段により計算す
るステップを含む。

本発明の更に他の特徴については、添付図面に関して明
らかになるであろう。

（実施例）第１図および第２図においては、目標の方位および距離
、および予め定めた限定範囲の仰角にわたる目標の高度
を決定するためのレーダ・システム１０を含む本発明、
の機能ブロック図が示される。このようなレーダ・シス
テムは、目標高度が限定された範囲の仰角について決定
されるので、２−１／２次元（２−１／２　Ｄ）レーダ
と呼ばれる。

送信機Ｉ２は、レーダ信号を送受切換器１４を介して二
重ビーム・アンテナ１６へ供給して第２図に示される航
空機の如き目標を探知する。アンテナ１６は、湾曲した
反射器面とソースフィードとを有する。湾曲した反射器
は、ビームの所望の整形を行い、元のパラボラ形状から
反射器面の一部を変更することにより作られる。二重ビ
ーム・アンテナ１６の低いビーム・パターン２０は送信
および受信のために使用され、高いビーム・パターン２
２は受信のみに使用される。

高いビーム・パターンからの反射信号（Ａ）は、アンテ
ナ１６から受信機Ａ２４に結合され、受信機Ａ２４から
出力されるベクトル・データは信号プロセッサＡ２８に
接続される。同様に、低いビーム・パターンからの反射
信号ＣＢ）は、アンテナ１６から送受切換器１４を経て
受信機Ｂ２６に接続され、受信機Ｂ２６か、ら出力され
るベクトル・データは信号プロセッサＢ３０に接続され
る。

受信機Ａ２４および受信機Ｂ２６のベクトル・データ出
力は、当業者には周知である同一位相（Ｉ）および直角
位相（Ｑ）の直角検出アナログ／ディジタル変換により
得られる。アナログ／ディジタル・コンバータは、受取
った波形を連続する距離点と対応する時点においてサン
プルする。

レーダは空域全体を走査するため、全ての距離からのレ
ーダ反射波を受信して処理しなければならない。信号プ
ロセッサＡ２８および信号プロセッサ＋３３０は、最初
にベクトル・データを受取り（当業者には周知の）ド・
ソブラ濾波手法を用（１て地上のクラッタを除去し、次
いで単一の目標から受信した全ての信号サンプルを合成
する前に、濾波された出力サンプルのマグニチュードを
形成する。信号プロセッサＡ２８および信号プロセッサ
Ｂ３０からの出力はそれぞれ、スイ・ソチ３２および高
度プロセッサ３４に接続される振幅サンプルＭａ（ｉ　
）およびＭａ（ｉ）である。振幅サンプルＭａ（ｉ　）
およびＭｂ（ｉ）の相対振幅は、第２図に示される如き
アンテナ・ビーム・パターンおよび目標の高度によって
決定される。

符号「ｉ」は特定の信号サンプルを表わし、これは送信
されたパルス（目標距離）からの時間に比例する。目標
の振幅として第１図に示される従来のレーダ出力の振幅
データは、クラ・ツタの強さあるいは距離に応じて高い
ビームあるいは低いビーム出力のいずれか一方を週択す
ることにより、スイッチ３２から得られる。　次に第３
図によれば、目標の高度は、目標が探知された距離サン
プルにおける高いビームと低いビームのマグニチュード
を比較する高度プロセッサ３４により行われる計算から
得られる。振幅サンプルＭａ（ｉ）およびＭａ（ｉ）は
正規化された差の計算器３６に接続され、これは信号の
強さ即ち振幅とは独立して高度の決定を行うため、高い
ビームと低いビームのマグニチュードの正規化された差
Ｃ（ｉ）を決定する。差Ｃ（ｉ）は式１に従って計算さ
れる。

出力Ｃ（ｉ　）は、決定されたＣ（ｉ）を仰角Ｅ（ｉ　
）に変換するルックアップ・テーブルを有する読出し専
用メモリー（ＲＯＭ）補間器３８と接続されている。

ＲＯＭ３８のルックアップ・テーブルに含まれるＣおよ
びＥの対応する値は、特定のレーダ・アンテナに対する
パターン振幅の計測から得られる。このルックアップ・
テーブルの値は、アンテナ・パターンの非線形性を補償
することにより、正規化差計算器３６から結果として生
じる正規化差Ｃ（１）を補正する。アンテナ・パターン
の計測値Ｐ、（Ｅ）およびＰ、（Ｅ）は、式２を用いて
各仰角Ｅに対する値Ｃを計算するため使用される。

次いで、ＣおよびＥに対する値のテーブルを補間して、
式３を用いてＣをＥ４ご変換するが、Ｃ（ｎ）は入力Ｃ
より小さなルックアップ・テーブルにおけるＣに最も近
い値であり、Ｅ（ｎ）は、Ｃ（ｎ）と対応するテーブル
の値である。第３図は、ＲＯＭ補間器３８に記憶され、
る典型的データのプロットを示す。ＲＯＭ補間器３８の
出力は、格納された関数の導関数がゼロに近付（高度ま
での各目標探知に対する仰角をもたらす。

次いで、出力Ｅ（ｉ）を高度計算器４０に接続する。

目標の高度Ｈは、式Ｈ＝（ｋ）（ｉ　）　ｓｉｎ　　Ｅ
を解くことにより高度および距離のデータから高度計算
器４０において決定される。距離は目標のサンプル指数
「ｉ」に含まれ、これは発信パルスと受信したエコー間
の時間を表わす。因数には目標サンプル指数ｉと目標距
離との間のスケールファクタである。高度計算器４０の
出力における目標の高度Ｈ（ｉ　）は、レーダ・システ
ムまたはオペレータにより別の目標情報源として使用に
供することができる。

第１図および第３図に示２される如き望ましい実施態様
は、ＣがＥと共に速やかに変化する領域における正確な
高度の計測を行う。典型的な航空機の飛行管制レーダに
おいては、これは、ゼロから６°の仰角に対して生じる
。６°より小さな高度情報は、空港の航空機の飛行管制
装置に対する問題となるほとんどの目標をカバーする。

はとんどの航空機は、これもまた略々６°より小さな高
度である滑空経路（３°の高度）の接近する着陸パター
ンあるいは保持パターンのいずれかにある。空港の発進
は、典型的には約ｌＯ°の仰角で上昇し、２−１／２Ｄ
レーダが約６°に限定されることもあるが、２Ｄレーダ
・システムより最小限度のコストで空港の管制領域にお
ける問題となる目標をカバーする。

以上で望ましい実施態様の記述を終わる。

しかし、本発明の概念の趣旨および範囲から逸脱するこ
となく、当業者には多くの変更および修正が明らかであ
ろう。従って３、本発明の範囲は頭書の特許請求の範囲
によってのみ限定されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は２−１／２Ｄレーダ・システムを構成する本発
明の機能ブロック図、第２図は目標の航空機からの反射
信号に伴う高低のビーム・パターンを示す図、および第
３図は２−１／２　Ｄレーダ・システムの機能ブロック
図である。１０・・・レーダ・システム、１２・・・送信機、１４
・・・送受切換器、１６・・・二重ビーム・アンテナ、
１８・・・航空機、２０・・・低いビーム・パターン、
２２・・・高いビーム・パターン、２４・・・受信機Ａ
１２６・・・受信機Ｂ１２８・・・信号プロセッサＡ１
３０・・・信号プロセッサＢ１３２・・・スイツチ、３
４・・・高度プロセッサ、３６・・・正規化差計算器、
３８・・・専用メモリー（ＲＯＭ）補間器、４０・・・
高度計算器。（タト　４　名ン

Claims

【特許請求の範囲】１、予め定めた仰角範囲にわたり目標の方位、距離およ
び高度を決定するレーダ・システムであって、高いビーム・パターンと低いビーム・パターンとを持つ
二重ビーム・アンテナを含むレーダ信号を送信する手段
と、該送信手段と接続されて、前記目標の反射信号を前記高いビーム・パターンから振幅サンプルＭ＿ａ（ｉ）に変換する第１の手段と、前記送
信手段と接続されて、前記目標の反射信号を前記低いビ
ーム・パターンから振幅サンプルＭ＿ｂ（ｉ）に変換す
る第２の手段と、前記第１の変換手段および前記第２の変換手段の前記振幅サンプル出力Ｍ＿ａ（ｉ）および振幅サ
ンプル出力Ｍ、（ｉ）に接続されて、前記出力を処理し
て前記目標の前記高度を決定する手段と、を設けてなるレーダ・システム。２、前記送信手段が、前記レーダ信号を該送信手段の前
記低いビーム・パターンを経て送信する請求項１記載の
レーダ・システム。３、前記第１の変換手段が、前記高いビーム反射信号からベクトル・データを生成する第１の受信手段と、該第１の受信手段と接続されて、前記振幅サンプルＭ＿ａ（ｉ）を決定する第１の処理手段とを含
む請求項１記載のレーダ・システム。４、前記第２の変換手段が、前記低いビーム反射信号からベクトル・データを生成する第２の受信手段と、該第２の受信手段と接続されて、前記振幅サンプルＭ＿ｂ（ｉ）を決定する第２の処理手段とを含
む請求項１記載のレーダ・システム。５、前記高度処理手段が、前記振幅サンプルＭ＿ａ（ｉ）と前記振幅サンプルＭ＿
ｂ（ｉ）間の正規化された差Ｃ（ｉ）を計算する手段と
、前記計算手段と接続されて、アンテナ・パターン変換データを格納する手段と、該格納手段と接続されて、前記目標の高度を計算する手
段とを含む請求項１記載のレーダ・システム。６、前記アンテナ・パターン変換データが、前記アンテ
ナ・パターンの非線形性について前記計算された正規化
差Ｃ（ｉ）に対する補償を行う請求項５記載のレーダ・
システム。７、前記振幅サンプル出力Ｍ＿ａ（ｉ）およびＭ＿ｂ（
ｉ）に接続されて、前記高いビームまたは前記低いビー
ムを選定して前記目標の前記方位および距離を決定する
スイッチ手段を含む請求項１記載のレーダ・システム。８、予め定めた仰角範囲にわたり目標の高度を決定する
２−１／２次元レーダ・システムであって、高いビーム
・パターンと低いビーム・パターンとを持つ二重ビーム
・アンテナを含むレーダ信号を送信する手段と、該送信手段と接続されて、前記目標の反射信号を前記高いビーム・パターンから振幅サンプルＭ＿
ａ（ｉ）に変換する第１の手段と、前記送信手段と接続されて、前記目標の反射信号を前記
低いビーム・パターンから振幅サンプルＭ＿ｂ（ｉ）に
変換する第２の手段と、前記第１および第２の変換手段に接続されて、前記振幅
サンプルＭ＿ａ（ｉ）および前記振幅サンプルＭ＿ｂ（
ｉ）間の正規化された差Ｃ（ｉ）を計算する手段と、前記計算手段と接続されてアンテナ・パターン変換データを格納して、該アンテナ・パターン
の非線形性に対する前記正規化差Ｃ（ｉ）を補償する手
段と、前記格納手段と接続されて、該格納手段からの仰角に従って前記目標の高度を計算する手段と、を設けてなるレーダ・システム。９、前記送信手段が、前記レーダ信号を該送信信号の前
記低いビーム・パターンを経て送信する請求項８記載の
レーダ・システム。１０、前記第１の変換手段が、前記高いビーム反射信号からベクトル・データを生成する第１の受信手段と、該第１の受信手段と接続されて、前記振幅サンプルＭ＿ａ（ｉ）を決定をする第１の処理手段とを
含む請求項８記載のレーダ・システム。１１、前記第２の変換手段が、前記低いビーム反射信号からベクトル・データを生成する第２の受信手段と、前記第２の受信手段と接続されて、前記振幅サンプルＭ
＿ｂ（ｉ）を決定する第２の処理手段とを含む請求項８
記載のレーダ・システム。１２、予め定めた仰角範囲にわたり目標の方位、距離お
よび高度を決定する方法であって、高いビーム・パターンと低いビーム・パターンとを持つ二重ビーム・アンテナによりレーダ信
号を送信し、前記送信手段と接続された第１の手段により、前記目標
の反射信号を前記高いビーム・パターンから振幅サンプ
ルＭ＿ａ（ｉ）に変換し、前記送信手段と接続された第２の手段により、前記目標
の反射信号を前記低いビーム・パターンから振幅サンプ
ルＭ＿ｂ（ｉ）に変換し、前記第１の変換手段および前記第２の変換手段の前記振幅サンプル出力Ｍ＿ａ（ｉ）およびＭ＿ｂ
（ｉ）を処理して前記目標の前記高度を決定する、ステップを含む方法。１３、前記高いビーム反射信号を変換する前記ステップ
が更に、第１の受信手段においてベクトル・データを前記高いビ
ーム反射信号から生成し、前記第１の受信手段と接続された第１の処理手段におい
て前記振幅サンプルＭ＿ａ（ｉ）を決定するステップを
含む請求項１２記載の方法。１４、前記低いビーム反射信号を変換する前記ステップ
が更に、第２の受信手段において前記低いビーム反射信号からベ
クトル・データを生成し、前記第２の受信手段と接続された第２の処理手段におい
て前記振幅サンプルＭ＿ｂ（ｉ）を決定するステップを
含む請求項１２記載の方法。１５、前記振幅サンプル出力Ｍ＿ａ（ｉ）およびＭ＿ｂ
（ｉ）を処理する前記ステップが更に、前記振幅サンプルＭ＿ａ（ｉ）と前記振幅サンプルＭ＿
ｂ（ｉ）間の正規化された差を計算し、前記正規化差に
よりアドレス指定される格納手段にアンテナ・パターン
変換データを格納して該アンテナ・パターンの非線形性
を補償し、前記格納手段の出力に接続された手段により
前記目標の高度を計算するステップを含む請求項１２記
載の方法。１６、前記の高いあるいは低いビーム振幅サンプル出力
Ｍ＿ａ（ｉ）およびＭ＿ｂ（ｉ）を選定して前記目標の
前記方位および距離を決定するステップを更に含む請求
項１２記載の方法。１７、予め定めた仰角範囲にわたり目標の高度をレーダ
・システムにより決定する方法であって、高いビーム・パターンと低いビーム・パターンとを有する二重ビーム・アンテナによりレーダ
信号を送信し、前記目標の反射信号を前記高いビーム・パターンから振幅サンプルＭ＿ａ（ｉ）へ前記送信手段
と接続された第１の手段により変換し、前記目標の反射
信号を前記低いビーム・パターンから振幅サンプルＭ＿ｂ（ｉ）へ前記信号手段
と接続される第２の手段により変換し、前記振幅サンプ
ルＭ＿ａ（ｉ）と前記振幅サンプルＭ＿ｂ（ｉ）間の正規化された差を計算し、前
記正規化差によりアドレス指定される格納手段にアンテナ・パターン変換データを格納し、前記格納手段の出力と接続された手段により前記目標の
高度を計算する、ステップを含む方法。