JPH0310080B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はペンシルビーム走査方式の３次元レー
ダ装置における妨害信号の検出及び妨害信号デー
タの抽出処理を行なうレーダ信号処理装置に関す
る。

（従来技術） 一般に、レーダ受信信号の中には目標信号以外
に不要な受信信号が含まれているため、これらの
不要な受信信号により目標信号の検出が不可能に
なつたりあるいは目標信号以外の受信信号を誤つ
て検出したりする場合が生ずる。なかでも、レー
ダの受信帯域内の強い強度の電磁波（以下妨害信
号と呼ぶ）が人為的に外部から混入される場合
は、その妨害信号の到来方向の目標検出が困難と
なり、さらに目標の自動追尾処理等をコンピユー
タによつて処理する場合には、妨害信号が多数誤
つて検出されるため妨害信号到来方向以外の領域
においても目標の自動追尾処理が不可能になるこ
とがある。

このような妨害信号を受ける恐れのあるレーダ
装置では、受信信号から妨害信号を抑圧する手段
や妨害源の位置データ、妨害信号がレーダの目標
検出性能に影響を及ぼす範囲（以下ランレングス
と呼ぶ）を精度良く検出して妨害信号の影響を受
けた受信信号に対して目標検出処理を禁止し、コ
ンピユータの処理能力以上の信号検出を防ぐ手段
を有している。このような妨害防止手段をもつた
二次元レーダ装置として次のようなものがある。

このレーダは、レーダ受信信号を対数増幅して
対数ビデオとし、この対数ビデオを各レーダスイ
ープ毎に積分し、この積分値があらかじめ設定さ
れたしきい値を越えた時、そのレーダスイープを
妨害信号の影響を受けたレーダスイープと判定
し、その判定結果としてのパルス（以下ストロー
ブ応答と呼ぶ）を出力すると共に、そのレーダス
イープの受信信号が目標検出処理を行なう回路へ
入力されることを禁止している。一方、方位方向
に連続して検出されるストローブ応答を処理し、
初めて妨害信号の影響ありと判定されたレーダス
イープ（以下ストローブの前縁と呼ぶ）と、この
ストローブの前縁が検出された後に初めて妨害信
号の影響無しと判定されたレーダスイープ（以下
ストローブの後縁と呼ぶ）とを検出し、これらレ
ーダスイープの方位データ（前縁および後縁の中
間）から妨害信号の中心方位及びランレングスを
算出し外部へ出力する。このようにして二次元レ
ーダでは１個所からの妨害信号に対して空中線方
位ビーム幅に係わる多数のレーダスイープにわた
り妨害信号を受信するので、妨害信号の中心方
位、ランレングスを検出することができる。

一方、３次元レーダは尖鋭な空中線ペンシルビ
ームを方位方向及び仰角方向に走査し、１回の走
査ごとの送受信回数が通常１回であるようなペン
シルビーム走査方式を用いているので、１度妨害
信号を受信しても次に受信するのは仰角方向の空
中線ビーム走査（以下仰角スキヤンと呼ぶ）又は
方位方向の空中線ビーム走査が一度行なわれた後
となる。今、この３次元レーダ方式として、仰角
方向に電子的にペンシルビームを走査する空中線
が機械的に回転する場合を考えると、空中線の回
転速度が二次元レーダとほぼ同等である場合（す
なわちデータレートがほぼ同じ場合）には仰角ス
キヤン時間内の空中線回転角が、二次元レーダに
おけるパルス繰り返し時間内の空中線回転角に比
べて大きくなり、妨害信号を十分な強度で受信す
るレーダスイープ数が二次元レーダの場合に比べ
少なくなる。このため二次元レーダで用いた妨害
防止手段を用いて妨害信号の中心方位、ランレン
グスを検出することは困難となる。

また、方位方向に電子的にペンシルビーム走査
をする空中線が、仰角方向に機械的に走査される
場合や、仰角方向及び方位方向のペンシルビーム
走査が全て電子的に行なわれる場合についても同
様な理由により、その妨害防止手段を用いて妨害
信号の中心方位で又は中心仰角及びランレングス
を検出することは困難となる。

（発明の目的） 本発明の目的は、このような問題点を解決し、
３次元レーダにおける妨害信号の中心方位、中心
仰角及びランレングスを検出する機能をもつたレ
ーダ信号処理装置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明によるレーダ信号処理装置は、捜索空間
の方位方向および仰角方向に走査される空中線ペ
ンシルビームによつて妨害信号を含む受信信号を
受ける受信手段と、前記受信信号の中からクラツ
タ領域を除去して前記妨害信号を抽出するクラツ
タ除去手段と、このクラツタ除去手段により抽出
された複数の妨害信号の中から走査ビーム単位毎
に平均妨害強度を抽出する平均振幅抽出手段と、
前記の走査ビーム単位毎に得られる平均妨害強度
の中から極大となる強度の第１の走査ビームにお
ける第１の平均妨害信号を検出する極大信号検出
手段と、前記第１の走査ビームと方位方向で隣り
合う走査ビームの第２及び第３の平均妨害信号お
よび仰角方向で隣り合う走査ビームの第４及び第
５の平均妨害信号を抽出する信号抽出手段と、前
記第１、第２および第３の平均妨害信号強度及び
各平均妨害信号強度を与える走査ビームの方位か
ら妨害信号の到来する中心方位を検出する方位検
出手段と、前記第１、第４および第５の平均妨害
信号強度及び各平均妨害信号強度を与える走査ビ
ームの仰角から妨害信号の到来中心仰角を検出す
る仰角検出手段と、前記第１、第２および第３の
平均妨害信号強度、前記妨害信号の到来中心方位
および妨害信号を判定する所定基準レベルから妨
害信号の方位範囲を検出する方位範囲検出手段
と、前記第１、第４および第５の平均妨害信号強
度、前記妨害信号の到来中心仰角及び前記基準レ
ベルから妨害信号の仰角範囲を検出する仰角範囲
検出手段とを含み構成される。

なお、本発明の構成は、方位方向と仰角方向の
両者について妨害信号源の位置データ及びランレ
ングスを検出するものであるが、方位方向のみ又
は仰角方向のみについて妨害信号源の位置データ
及びズンレングスを検出する構成も簡単に出来る
ことは明らかである。

（発明の実施例） 次に、本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。第１図は本発明の実施例のレーダ信号処理装
置のブロツク図、第３図は第１図の動作波形図を
示し、本実施例は空中線ビームが仰角方向には電
子的に、方位方向には空中線の回転によつて走査
されるものとする。本実施例は、入力端子１から
レーダ受信信号１０１を入力とし対数ビデオ１０
２を出力する対数増幅器２と、この対数ビデオ１
０２をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３と、受信系
にあるSTC（Sensitivity Time Control）により
減衰を受けた受信信号強度を補正するための
STC振幅補正回路４と、グランド・クラツタ領
域であることを示すクラツタ領域ゲート１０３を
発生するクラツタ領域設定回路６と、このクラツ
タ領域ゲート１０３を受けこのクラツタ領域ゲー
トがかかつている間STC振幅補正回路４の出力
ビデオ１０５を禁止するクラツタ除去回路５と、
このクラツタ除去回路５の出力１０６から受信機
雑音を除去する受信機雑音除去回路７と、この雑
音除去回路７の出力１０７を１レーダスイープ間
積分しその積分値を１レーダスイープのうちクラ
ツタ領域及び受信機雑音のみの領域に相当する時
間を差し引いた時間で除することにより平均的な
妨害信号振幅値を抽出し出力する平均振幅抽出回
路８と、この平均振幅抽出回路８の出力を１レー
ダスイープ間及び２レーダスイープ間遅延させた
後出力するスイープメモリ１３と、このスイープ
メモリ１３の出力および平均振幅抽出回路８の出
力から仰角方向に隣接した３本の空中線ビームに
対応する平均振幅値出力を比較しこれらの中から
極大値とこの（極大値を与える空中線ビームに隣
接する空中線ビームに対応した）極大値の次に大
きな平均振幅値を抽出して空中線走査ビームを指
定する情報と共に出力する仰角信号抽出回路９
と、この仰角信号抽出回路９の出力を連続する仰
角スキヤン２回分にわたり記憶する仰角スキヤ
ン・メモリ１０と、これら仰角信号抽出回路９お
よび仰角スキヤンメモリ１０の出力から、連続す
る３回の仰角スキヤンにわたる仰角出力および空
中線２０から入力端子１５に受けた方位角信号を
受け平均振幅の方位方向の極大値とこの（極大値
を与える空中線ビームに隣接する空中線ビームに
対応した）極大値の次に大きな平均振幅値とそれ
ぞれの空中線ビームに対応する方位データとを抽
出し、仰角方向のデータと共に出力する方位信号
抽出回路１１と、この方位信号抽出回路１１の出
力と妨害信号検出の感度を決めるため外部より設
定される入力端子１６からの基準信号を受け、こ
の基準信号に応じて方位信号抽出回路１１の出力
を選択し、妨害信号源の方位、仰角、ランレング
スを算出して出力端子１４から出力する演算回路
１２とを含み構成される。

第２図は本実施例における空中線ビームパター
ンの一例の模式図である。空中線２０は図のよう
に時計方向３０に回転し、１回の送信又は受信に
おいて仰角方向に１本の空中線ビームが形成さ
れ、この空中線ビームを仰角方向３２に走査する
こによつて本実施例のレーダ装置が３次元の覆域
を有するものとする。この図の空中線ビーム４１
〜４９は、仰角方向に連続して形成される空中線
ビームを連続する３仰角スキヤンにわたつて模式
的に表わし、妨害信号が矢印方向３１から放射さ
れるものとする。

第３図は第１図の動作を説明する波形図であ
る。第２図において、空中線ビームで受信された
信号は対数増幅器２で対数ビデオ１０２（第３
図）に変換された後Ａ／Ｄ変換器３によりその振
幅がデイジタルコードに変換される。この対数ビ
デオ１０２は妨害信号の他にグランドクラツタ等
も含んでおり、またSTCによつて近距離からの
受信信号に対して減衰が加えられているため、
Ａ／Ｄ変換された対数ビデオはその後STC振幅
補正回路４によつてSTC逆特性の振幅補正が行
なわれ、この振幅補正出力１０５（第３図）がク
ラツタ除去回路５に送られる。

このクラツタ除去回路５は、妨害信号強度検出
の際のグランドクラツタの影響を除くため、振幅
補正が行なわれた対数ビデオ１０５と、クラツタ
領域設定回路６から送られるクラツタ領域ゲート
１０３（第３図）とを受け、このクラツタ領域ゲ
ート１０３で指定された期間STC振幅補正回路
４からの対数ビデオをしや断した後受信機雑音除
去回路７にこの対数ビデオ１０６（第３図）を送
り出す。この受信機雑音除去回路７はクラツタ除
去回路５から送られてくる対数ビデオと受信機雑
音レベルに相当するあらかじめ設定されたしきい
値とを比較し、このクラツタ除去回路５の出力１
０６出力のうちこのしきい値を越える対数ビデオ
振幅信号のみ平均振幅抽出回路８に出力し（信号
１０７〔第３図〕）、同時にこの回路８に出力され
る１レーダスイープあたりのデータ数（以下サン
プル数と呼ぶ）を計数する。この平均振幅抽出回
路８はその出力を１レーダスイープの間積分し、
この積分値を雑音除去回路７から送られる１レー
ダスイープあたりのサンプル数１０４で除するこ
とによつて妨害信号の平均振幅値１０８（第３
図）を抽出し仰角信号抽出回路９及びスイープメ
モリ１３に送り出す。

このスイープメモリ１３は、平均振幅値の仰角
方向の極大値等を抽出するための信号として、平
却振幅抽出回路８からの平均振幅値１０８を１レ
ーダトリガ間隔分遅延させたものと２レーダトリ
ガ間隔分遅延させたものとを仰角信号抽出回路９
に出力する。この仰角信号抽出回路９は、平均振
幅抽出回路８とスイープメモリ１３から送られる
３種類の平均振幅値のうち１種類について、それ
が極大値か否かを判定し、極大値である場合は、
その振幅値と空中線ビームを指定する情報及びこ
の極大値を与える空中線ビームに隣接した空中線
ビームに対応する平均振幅値のうち、極大値の次
に大きな値を与えるものにつきその値と、空中線
ビームを指定する情報を抽出し仰角スキヤンメモ
リ１０および方位信号抽出回路１１に送り出す。

この様子を第２図により説明する。この図にお
いて、現在形成されている空中線ビームがビーム
４３であるとすると、スリープメモリ１３からは
空中線ビーム４１，４２に対応する平均振幅値
が、平均振幅抽出回路８からは空中線ビーム４３
に対応する平均振幅値が出力される。まず、仰角
信号抽出回路９において空中線ビーム４１，４
２，４３の各振幅値を比較し、空中線ビーム４２
が極大値か否かを判定する。すなわち、空中線ビ
ーム４２を空中線ビーム４１，４３と比較した結
果、その両者よりも平均振幅値が大きい場合、こ
の空中線ビーム４２が極大値であると判定され
る。この空中線ビーム４２が極大値であると判定
されると、その平均振幅値と空中線ビーム４２を
指定する情報（例えばビーム番号）を抽出する。
それと同時に空中線ビーム４１，４３を比較し、
これらのうちの大きい方の値とそれに対応する空
中線ビーム指定情報をも抽出する。

一方、仰角スキヤンメモリ１０では、仰角信号
抽出回路９の出力を連続する２仰角スキヤンにわ
たり記憶し、この回路９の出力に比べて仰角スキ
ヤン前及び仰角スキヤン前の各出力を方位信号抽
出回路１１へ送り出す。この方位信号抽出回路１
１は、仰角信号抽出回路９の動作と同様に、これ
と仰角信号抽出回路９、仰角スキヤンメモリ１０
の各出力を比較し、平均振幅の方位方向の極大値
と極大値を与える空中線ビームに隣接する空中線
ビームに対応した極大値の次に大きな平均振幅値
及びそれらに対応する方位データを抽出する。

今、第２図のモデルにおいて各空中線ビーム４
２，４５，４８の妨害信号の受信電力が、各仰角
スキヤンで極大であつたとすると、各空中線ビー
ムにおける妨害信号受信レベルは、第４図のよう
に示される。この図において、４２Ａ，４５Ａ，
４８Ａは空中線ビーム４２，４５，４８の方位方
向のパターンを示したものであり、方向３１から
到来する妨害信号に対する各空中線ビームの空中
線利得は、それぞれ妨害到来方向３１の受信レベ
ル５１，５２，５３に対応した空中線利得とな
る。このモデルでは空中線パターン４５Ａの空中
線利得５２が最大であり、以下空中線パターン４
８Ａの空中線利得５３、空中線パターン４２Ａの
空中線利得Ｈと続く。したがつて、第１図仰角信
号抽出回路９からの平均振幅値の極大値出力は出
力５４，５５，５６のようになり、方位信号抽出
回路１１は出力５５，５６の振幅値をそれぞれ極
大値及び極大値の次の平均振幅値として抽出し、
さらに空中線ビーム４２，４５のノーズの方位角
θ₂，θ₃を出力５５，５６に対応する方位データと
して抽出する。

このようにして仰角データ抽出回路９、方位デ
ータ抽出回路１１によつて得られた妨害信号の平
均振幅値の２次元的な極大値及び極大値に次ぐ
値、それらに対応する空中線ビーム仰角情報及び
方位角情報が演算回路１２に送られこの演算回路
１２は、各データ及び基準信号から妨害信号源の
中心方位、中心仰角方位方向のランレングス及び
仰角方向のランレングスを算出するが、方位方
向、仰角方向とも処理のアルゴリズムは同じであ
るため、ここでは中心方位及び方位方向のランレ
ングスの算出について説明する。

今、第４図において、空中線ビーム４２，４
５，４８のビームノーズ方向の方位角をθ₁，θ₂，
θ₃とすると、出力５４，５５，５６は、第５図ａ
に示すように、空中線パターン特性に比例した値
となる。ここで平均振幅の極大値A₂、極大値の
次に大きい値A₃とすると、妨害信号の中心方位θ_I
は次式で計算される。

θ_I＝θ₂＋θ₃／２＋△θ (1) ここで、補正角△θは極大値A₂と極大値の次
に大きい値A₃とに係わる補正量であり、空中線
ビームパターン特性がガウス関数で近似される場
合、第５図ｂに示すように、A₂−A₃の値と直線
関数となる。

次に、この関数を式により説明する。

第４図における空中線パターン４５Ａ，４８Ａ
の特性ｆ（θ）、ｇ（θ）を次の式で示す（パター
ン４５Ａのビームノーズ方位を０度とする）。

ｆ（θ）＝Ａ・exp｛−ａ（θ_I−θ₂）²｝ ……(2) ｇ（θ）＝Ａ・exp｛−ａ（θ_I−θ₃）²｝ ……(3) ここで、Ａは最大振幅の定数、ａは定数、θ_Iは
妨害電波の方位、θ₂，θ₃はパターン４５Ａ，４８
Ａの各ビームノーズの方位を示す。

また、ｋ、ｂを定数として対数増幅器の特性を
次の式とする。

ｈ（ｘ）＝ｋ・lnbx ……(4) 従つて、対数増幅器の出力でのパターン特性は
次の式となる。

ｈ（ｆ（θ））＝ｋ・lnA・exp｛−ａ（θ_I−θ₂）²｝ ＝ｋ［lnA−ａ（θ_I−θ₂）²］ ……(5) ｈ（ｇ（θ））＝ｋ・lnA・exp｛−ａ（θ_I−θ₃）²｝ ＝ｋ［lnA−ａ（θ_I−θ₃）²］ ……(6) これら(5)、(6)式はそれぞれ角度θにおけるA₂、
A₃に相当し、これらの差をとると次のようにな
る。

A₂−A₃＝ｈ（ｆ（θ））−ｈ（ｇ（θ）） ＝ｋ［lnA−ａ（θ_I−θ₂）²］ −ｋ［lnA−ａ（θ_I−θ₃）²］ ＝ka［（θ_I−θ₃）²−（θ_I−θ₂）²］ ＝2ka（θ₂−θ₃）θ_I−ka（θ³ ₂−θ² ₃ この式からθ_Iを求めると、次のようになる。

θ_I＝１／2ka（θ₂−θ₃）（A₂−A₃）＋θ₂＋θ₃／２…
…(7) この式で、θ₂＋θ₃／２は定数であるが、θ_Iは(1)式 で示されるから△θは次の式となる。

△θ＝１／2ka（θ₂−θ₃）（A₂−A₃）……(8) ここで2ka（θ₂−θ₃）は定数であるから、△θと
A₂−A₃とが直線関係にあることになる。

このように第５図ｂにおける直線の傾き」は空
中線のパターンにより決定される。したがつて、
実測されたA₂、A₃から△θを求めることによつ
て妨害方位θ_Iを求めることができる。

一方、ランレングスθ_Rについては受信妨害信号
強度の空中線ビーム・パターン特性を極大値A₂、
A₃から推定し、この推定されたパターン特性が
外部より設定される基準信号値を越える角度範囲
から求める。すなわち、５７が出力５５，５６か
ら推定されたパターン特性、５８が基準信号レベ
ルであるとすると、この基準信号レベル５８を越
える角度範囲θ_Rがラン・レングスとなる。

また、中心仰角及び仰角方向のランレングスに
ついては、角度データの代わりに空中線ビームを
指定する情報からその空中線ビームの仰角を求め
る必要があるが、その後の処理は中心方位及び方
位方向のランレングスを得る処理と同じである。

なお、本実施例では最初に仰角方向の極大値を
抽出し、その後方位方向の極大値を検出したが、
この順番を逆にすることも出来、さらに方位方向
及び仰角方向の処理を同時に行なうことも容易に
考えられる。また、１回の送信で複数個の空中線
ビームを形成させることも出来る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ビーム
走査ごとの送受信回数が通常１回であるようなペ
ンシルビーム走査方式の３次元レーダ装置におい
ても妨害信号源の方位、仰角及びランレングスを
確実に検出できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図は本実施例における空中線ビームパターン
の一例を示す模式図、第３図は第１図のブロツク
の信号波形図、第４図は第２図における各空中線
ビームの妨害信号受信の様子を示す模式図、第５
図ａ，ｂは隣接する空中線ビームから得られた平
均振幅値より妨害信号源の方向を内そう計算する
方法の説明図である。図において １……レーダ受信信号入力端子、２……対数増
幅器、３……Ａ／Ｄ変換器、４……STC振幅補
正回路、５……クラツタ除去回路、６……クラツ
タ領域設定回路、７……受信機雑音除去回路、８
……平均振幅抽出回路、９……仰角信号抽出回
路、１０……仰角スキヤンメモリ、１１……方位
信号抽出回路、１２……演算回路、１３……スイ
ープメモリ、１４……妨害信号出力端子、１５…
…方位角入力端子、１６……基準信号入力端子、
２０……空中線、３０……空中線回転方向、３１
……妨害信号到来方向、３２……仰角走査方向、
４１〜４９……空中線ペンシルビーム、４２Ａ，
４５Ａ，４８Ａ……空中線ビーム４２，４５，４
８の各方位パターン、５１，５２，５３……妨害
信号の受信レベル、５４，５５，５６……各空中
線ビーム４２，４５，４８の振幅出力、５７……
指定されたパターン特性、５８……基準信号レベ
ル、１０１……レーダ受信信号、１０２……対数
ビデオ、１０３……クラツタ領域ゲート、１０４
……サンプル数信号、１０５……STC振幅補正
回路出力、１０６……クラツタ除去回路出力、１
０７……受信機雑音除去回路出力、１０８……平
均振幅値、１０９……妨害信号である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 捜索空間の方位方向および仰角方向に走査さ
   れる空中線ペンシルビームによつて妨害信号を含
   む受信信号を受ける受信手段と、前記受信信号の
   中からクラツタ領域を除去して前記妨害信号を抽
   出するクラツタ除去手段と、このクラツタ除去手
   段により抽出された複数の妨害信号の中から走査
   ビーム単位毎に平均妨害強度を抽出する平均振幅
   抽出手段と、前記の走査ビーム単位毎に得られる
   平均妨害強度の中から極大となる強度の第１の走
   査ビームにおける第１の平均妨害信号を検出する
   極大信号検出手段と、前記第１の走査ビームと方
   位方向で隣り合う走査ビームの第２及び第３の平
   均妨害信号および仰角方向で隣り合う走査ビーム
   の第４及び第５の平均妨害信号を抽出する信号抽
   出手段と、前記第１、第２および第３の平均妨害
   信号強度及び各平均妨害信号強度を与える走査ビ
   ームの方位から妨害信号の到来する中心方位を検
   出する方位検出手段と、前記第１、第４および第
   ５の平均妨害信号強度及び各平均妨害信号強度を
   与える走査ビームの仰角から妨害信号の到来中心
   仰角を検出する仰角検出手段と、前記第１、第２
   および第３の平均妨害信号強度、前記妨害信号の
   到来中心方位および妨害信号を判定する所定基準
   レベルから妨害信号の方位範囲を検出する方位範
   囲検出手段と、前記第１、第４および第５の平均
   妨害信号強度、前記妨害信号の到来中心仰角およ
   び前記基準レベルから妨害信号の仰角範囲を検出
   する仰角範囲検出手段とを含むレーダ信号処理装
   置。