(57)【要約】【課題】従来、ほぼ同じ大きさ、形状の目標の味方識別を行うには、レーダ装置以外の味方識別装置が必要な上、フェーズドアレイレーダ装置では、味方識別装置用のアンテナもビーム走査するため、目標に対して正確に質問信号が送信出来ないという問題点があった。【解決手段】本発明は、信号の送受信を行うアンテナと、信号送信時に位相符号変調を行う伸張パルス発生手段と、受信信号に対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段とを備え、目標追尾時に、味方識別のための識別符号を伸張パルスに埋め込んで変調する味方識別符号付与手段とを備えるレーダ装置に関するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号に位相符号変調を行うパルス伸張器を有したレーダ装置において、
パルス圧縮用の味方識別用符号系列を記憶する符号メモリと、
前記符号メモリの味方識別用符号系列に基づき位相符号変調を行うパルス伸張器と、
前記パルス伸張器からの信号に基づき励振パルスを発生する励振パルス発生器と、
前記励振パルス発生器からの信号に基づき位相・振幅変調する送信回路と、
前記送信回路により送信された信号を受信する受信回路と、
前記受信回路で受信した信号から目標信号を検出する信号処理器と、
を備えるレーダ装置。
【請求項２】
味方識別用符号系列に基づき位相符号変調された信号を送信したとき、前記信号処理器のスレッショルドレベル変更のための制御信号を出力する検出レベル制御器を備える請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
パルス繰返し周期が、送信パルス幅に対して大きい請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
パルス繰返し周期を目標距離により変更する請求項１に記載のレーダ装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は味方識別機能を有するレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーダ装置では、パルス圧縮の帯域を広げて距離方向の分解能を向上させることにより、目標の類別（大型機／小型機等）を行う構成となっていた。（例えば特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１５７８３９  図１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ装置では、目標の大きさ、形状に着目した類別（大型機／小型機等）を行う程度の識別能力しか無く、ほぼ同じ大きさ、形状の目標の味方識別を行うためには、レーダ装置以外の敵味方識別装置を持つ必要があるという問題点があった。
【０００５】
また、フェーズドアレイレーダ装置においては、電子的にビーム走査を行うために、味方識別装置用のアンテナもビーム走査する必要があり、レーダ装置と味方識別装置間で同期がとれなかったりビーム幅が異なる場合等において所望の目標に対して正確に質問信号が送信出来ないという問題点があった。
【０００６】
従って、レーダのみで同程度の大きさ、形状の目標の味方識別を行うという課題と、レーダ装置とは別に味方識別装置用の送信装置を持つことなく、目標方向に正確に質問信号を送信するという２つの課題があった。
【０００７】
本発明は、かかる課題を解決するものであり、味方識別装置を不要とし、所望の目標に対して正確に質問信号が送信できるレーダ装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、信号の送受信を行うアンテナと、信号送信時に位相符号変調を行う伸張パルス発生手段と、受信信号に対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段とを備え、目標追尾時に、味方識別のための識別符号を伸張パルスに埋め込んで変調する味方識別符号付与手段とを備えるレーダ装置に関するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の第一の実施例に係わるレーダ装置を示したものである。アンテナ素子毎にＴ／Ｒモジュール（送受信モジュール）と呼ばれる送受信機を備え、コンピュータの制御により、予め定めたビーム走査プログラムに従いビーム走査することにより捜索、追尾を行うものであり、一般にＮ個の素子アンテナ１０１〜１０Ｎは、それぞれＴ／Ｒモジュールに１対１に接続される。そして送信時にはＴ／Ｒモジュールから供給されるマイクロ波信号を空間に放射し、また受信時には受信したマイクロ波信号をＴ／Ｒモジュールに出力する。
【００１０】
ビーム形成手段としては、ビーム制御器８００がビームの形成方向を指示し、これを受けて空中線制御器４１０がＮ個のＴ／Ｒモジュール２０１〜２０Ｎに対してマイクロ波の移相量と電力の減衰量とを伝達することにより行う。Ｔ／Ｒモジュールにおいては、空中線制御器４１０から制御信号を受けると、送信時においては送信回路２１１へ、また受信時には受信回路２２１へ移相量と減衰量を指示する。
【００１１】
送信回路２１１は、励振パルス発生器３００から分配されたマイクロ波信号に対し指示された通りの位相・振幅変調を与えて、サーキュレータ２３１を介して素子アンテナ１０１に出力する。受信回路２２１は、サーキュレータ２３１を介して素子アンテナ１０１から入力した受信信号に対し、指示された通りの位相・振幅変調を与えた後、ビーム合成器４００に出力する。
【００１２】
ビーム合成器４００は、Ｎ個の素子アンテナ１０１〜１０Ｎから位相振幅変調されたマイクロ波信号を合成する。合成されたマイクロ波信号は、ミキサ５００において所定の中間周波信号に変換され、フィルタ５１１においては設計により定めた受信帯域内の信号のみが通過する。通過した帯域内受信信号は、位相検波器５２１において基準信号を基に位相検波が行われる。その後、Ａ／Ｄ変換器６０１でディジタル信号に変換された後、パルス圧縮器６３１において相関処理により圧縮され、狭パルスに成形される。
【００１３】
信号処理器６４０は、クラッタ等の不要信号の除去と目標信号の検出を行う。また、追尾データ処理器７００は、検出された目標信号に対して追尾処理を行い、捜索・追尾結果を表示器７１０に表示する。
【００１４】
パルス伸張器３２０は符号メモリ９００に予め用意したパルス圧縮用の２位相符号系列に基づいて送信パルスに対して位相符号変調を施す。ここで、パルス圧縮用２位相符号系列とは、バーカー系列、Ｍ系列等に代表されるパルス圧縮時にＳ／Ｎ比が高くなる組み合わせの、互いに位相が１８０度異なる２つの位相符号を組み合わせたものである。なお、２位相符号系列の総ビット長は、レーダの動作モードにより変わり得るものであり、任意の整数値をとるものである。図５に一例として、１３ビットバーカー系列を適用した場合の符号パターン及び圧縮後のパルス波形を示す。尚、符号パターンにおける数値「１」と「０」では１８０度の位相差がある。
【００１５】
追尾中の目標に対して味方識別を行う際は、追尾データ処理器７００からの識別要求信号により、符号メモリ９００に予め用意した味方識別用の２位相符号系列をパルス伸張器３２０へ送出し、送信パルスに対する位相符号変調内容を味方識別用質問信号に変更する。ここで、味方識別用の２位相符号系列とは、バーカー系列、Ｍ系列等に代表されるパルス圧縮時にＳ／Ｎ比が高くなる組み合わせの、互いに位相が１８０度異なる２つの位相符号を組み合わせたものに対して、任意のビット位置かつ任意のビット数の符号を反転させることにより、この信号を受信した味方が、予め取り決めたてメモリに保持している符号系列と比較することにより、本信号を味方識別用の質問信号であると認識することが可能となる。図６に１３ビットバーカー系列を適用し、味方識別用の質問コードとして第５ビット目の符号、１ビットだけを反転させた場合の符号パターン及び圧縮後のパルス波形を示す。また、符号パターンにおける数値「１」と「０」では１８０度の位相差がある。この場合、予め用意したパルス圧縮符号列が１３ビットで味方識別符号が１ビットであるので、有効なパルス圧縮符号列は１２ビットに短縮され、レンジサイドローブ９６０が上昇しＳ／Ｎが若干低下するが、目標の検出は可能である。更にレーダ装置全体のタイミング制御については、ビーム制御器８００からの指示に従い、タイミング制御器８１０より各機器にタイミング信号を供給する。
【００１６】
なお、味方からの応答識別信号が送信された場合、レーダ用アンテナ１０１〜１０Ｎとは別に設けられたアンテナ９１０から受信回路９２０を経て、味方識別処理器９３０において判定した識別結果を表示器６１０に表示される。
【００１７】
次に動作について説明する。図５はパルス圧縮の符号パターンと圧縮後の波形を示すもので、一例として１３ビットバーカー符号の場合を示している。前述したとおり、２位相符号系列はバーカー符号に限ったものでなくＭ系列等、パルス圧縮後のＳ／Ｎ比が高くなる組み合わせのもので、総ビット長も、レーダの動作モードにより決まる任意の整数値をとるものである。目標を捜索する場合、パルス伸張器３２０は符号メモリ９００に予め用意した最適パルス圧縮符号系列ｘ１（ｔ）に基づいて図５（ａ）に示すように「１」と「０」間で１８０°の位相差を持つような位相変調を行い、送信パルス信号を生成する。
【００１８】
上記信号を送信し、目標により反射した信号を受信し、パルス圧縮器６３１において式（１）に示す相関処理により圧縮することにより、図５（ｂ）に示す狭パルスｘ２（ｔ）に成形され、目標の検出が可能となる。
【００１９】
ｘ２（ｔ）＝ｘ１（ｔ）＊ｘ１＊（−ｔ）  ・・・（１）
【００２０】
ここで、ｔは時刻、
ｘ１＊（−ｔ）は、ｘ１（ｔ）の共役複素数
ｘ１（ｔ）＊ｘ１＊（−ｔ）は、ｘ１（ｔ）とｘ１＊（−ｔ）の畳み込み積分を示す。
【００２１】
目標を追尾し、味方識別が必要な場面においては、図６に示すように、一例として、１３ビットバーカー符号の１部を反転させた（ここでは符号パターン列の第５ビット目を反転させた）符号パターンｙ１（ｔ）に基づいて図６（ａ）に示すように「１」と「０」間で１８０°の位相差を持つような位相符号変調信号を生成する。前述のように、味方識別のための符号パターンの反転は、送信パルス内の任意のビット位置、任意のビット数で設定可能である。
【００２２】
上記信号を送信し、目標により反射した信号を受信し、パルス圧縮器６３１において式（２）に示す相関処理により圧縮することにより、図５（ｂ）に示す狭パルスｙ２（ｔ）に成形され目標の追尾が継続可能となる。
【００２３】
ｙ２（ｔ）＝ｙ１（ｔ）＊ｙ１＊（−ｔ）・・・（２）
【００２４】
ここで、ｔは時刻
ｙ１＊（−ｔ）は、ｙ１（ｔ）の共役複素数
ｙ１（ｔ）＊ｙ１＊（−ｔ）は、ｙ１（ｔ）とｙ１＊（−ｔ）の畳み込み積分を示す。
【００２５】
一方、目標である味方がパルス符号列ｙ１（ｔ）を受信した場合、復調処理により位相符号を復元し、予め取り決めた味方識別用質問コードと比較することにより、質問コードであることを認識できるため、味方から応答コードを返信することが可能となる。上記応答コードをアンテナ９１０により受信し、味方識別処理器９３０により応答コードを比較判定することにより、目標が味方であることが認識可能となる。従って、本発明の作用により、レーダ用の送信波そのものが味方識別用質問コードとして機能することになり、目標の大きさが同程度であっても、応答コードによる識別が可能になる上、レーダ装置以外の味方識別用質問装置も不要となる。
【００２６】
これにより、従来のレーダ捜索機能・性能を犠牲にすることなく、味方識別質問の符号を付与した送信波を送信することができ、前記信号を受信した味方からの応答信号を受信することにより味方識別を行うものである。また、レーダ波そのものを味方識別信号として使用するため、所望の目標に対する味方識別信号の送信が確実にできるという利点がある。
【００２７】
以上のように、本実施の形態によればによれば、従来のフェーズドアレイレーダの捜索機能・性能を犠牲にすることなく、味方識別質問の符号を埋め込んだ送信波を所望の目標方向に確実に送信することができ、前記信号を受信した味方からの応答信号を受信することにより、レーダ波そのもので味方識別を行うことができる。
【００２８】
実施の形態２．
図２に本発明の第２の実施例に係わるレーダ装置を示す。尚、図１に示したレーダ装置と同一部分には同一の符号及び名称を付してある。そしてこれら同一構成部分についての説明は省略し、この実施例に固有の部分を中心に説明する。
【００２９】
パルス伸張器３２０は符号メモリ９００に予め用意したパルス圧縮用の２位相符号系列に基づいて送信パルスに対して位相符号変調を施す。ここで、パルス圧縮用２位相符号系列とは、バーカー系列、Ｍ系列等に代表されるパルス圧縮時にＳ／Ｎ比が高くなる組み合わせの、互いに位相が１８０度異なる２つの位相符号を組み合わせたものである。なお、２位相符号系列の総ビット長は、レーダの動作モードにより変わり得るものであり、任意の整数値をとるものである。図５に一例として、１３ビットバーカー系列を適用した場合の符号パターン及び圧縮後のパルス波形を示す。尚、符号パターンにおける数値「１」と「０」では１８０度の位相差がある。
【００３０】
追尾中の目標に対して味方識別を行う際は、追尾データ処理器７００からの識別要求信号により、符号メモリ９００に予め用意した味方識別用の２位相符号系列をパルス伸張器３２０へ送出し、送信パルスに対する位相符号変調内容を味方識別用質問信号に変更する。ここで、味方識別用の２位相符号系列とは、バーカー系列、Ｍ系列等に代表されるパルス圧縮時にＳ／Ｎ比が高くなる組み合わせの、互いに位相が１８０度異なる２つの位相符号を組み合わせたものに対して、任意のビット位置かつ任意のビット数の符号を反転させることにより、この信号を受信した味方が、予め取り決めたてメモリに保持している符号系列と比較することにより、本信号を味方識別用の質問信号であると認識することが可能となる。図６に１３ビットバーカー系列を適用し、味方識別用の質問コードとして第５ビット目の符号、１ビットだけを反転させた場合の符号パターン及び圧縮後のパルス波形を示す。また、符号パターンにおける数値「１」と「０」では１８０度の位相差がある。この場合、予め用意したパルス圧縮符号列が１３ビットで味方識別符号が１ビットであるので、有効なパルス圧縮符号列は１２ビットに短縮され、レンジサイドローブ９６０が上昇しＳ／Ｎが若干悪くなり、圧縮後の狭パルスのレベル低下、誤目標の検出等が懸念されるが、ビーム制御器８００から追尾目標へのビーム指向が指示された場合に、検出レベル制御器９４０により信号処理器６４０に対して信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）制御信号を送出し、図６（ｂ）に示すように、目標検出のスレッショルドレベルをＴＨ１からＴＨ２に変更し、味方識別質問信号送信中のＳ／Ｎ比を制御することにより、真の目標の検出確率を向上させることが可能となる。
【００３１】
以上のように、本実施の形態によれば、パルス圧縮用の符号系列に通信符号を埋め込んだことによる、誤目標の検出を避けることによりレーダ装置の目標検出確率の向上が可能となる。
【００３２】
実施の形態３．
本発明の第３の実施例に係わるレーダ装置の構成は図１の第１の実施例と同一である。尚、第１の実施例と同一構成部分についての説明は省略し、この実施例に固有の部分を中心に説明する。
【００３３】
パルス伸張器３２０は符号メモリ９００に予め用意したパルス圧縮用の２位相符号系列に基づいて送信パルスに対して位相符号変調を施す。ここで、パルス圧縮用２位相符号系列とは、バーカー系列、Ｍ系列等に代表されるパルス圧縮時にＳ／Ｎ比が高くなる組み合わせの、互いに位相が１８０度異なる２つの位相符号を組み合わせたものである。なお、２位相符号系列の総ビット長は、レーダの動作モードにより変わり得るものであり、任意の整数値をとるものである。図５に一例として、１３ビットバーカー系列を適用した場合の符号パターン及び圧縮後のパルス波形を示す。尚、符号パターンにおける数値「１」と「０」では１８０度の位相差がある。
【００３４】
追尾中の目標に対して味方識別を行う際は、追尾データ処理器７００からの識別要求信号により、符号メモリ９００に予め用意した味方識別用の２位相符号系列をパルス伸張器３２０へ送出し、送信パルスに対する位相符号変調内容を味方識別用質問信号に変更する。ここで、２位相符号系列は、バーカー系列、Ｍ系列等に代表されるパルス圧縮時にＳ／Ｎ比が高くなる組み合わせのもので、互いに位相が１８０度異なる２つの位相符号を組み合わせたものであるが、味方識別用では、上記２位相符号系列に対して、任意のビット長分の位相符号データを追加する。追加する符号データの内容は予め取り決めておくものであり、内容は任意である。具体的には、追尾データ処理器７００からの要求に従い、目標に対して味方識別質問符号を付与した送信パルスを生成する。例えば、予め用意したパルス圧縮符号系列が１３ビットで味方識別符号が１ビットであった場合、送信パルス幅は１４ビット分に広がる。この場合、ブラインドレンジの増大が危惧されるが、パルス繰返し周期が送信パルス幅に対して５倍〜１０倍以上あるような場合においてはその影響は軽微であり、本実施例の構成により、味方識別時においても図５の符号パターン及び圧縮パルスが得られるため、実施例１、２のように味方識別のために最適パルス圧縮符号系列が短縮されるという問題が解決でき、レーダ追尾性能を低下させずに味方識別を行うことが可能となる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、パルス圧縮用の符号系列を維持した状態で味方識別用符号の送信を行うことにより、目標追尾性能を犠牲にせずにレーダ波そのもので味方識別符号の送信が可能となる。
【００３６】
実施の形態４．
図３に本発明の第４の実施例に係わるレーダ装置を示す。尚、図１に示したレーダ装置と同一部分には同一の符号及び名称を付してある。そしてこれら同一構成部分についての説明は省略し、この実施例に固有の部分を中心に説明する。
【００３７】
パルス伸張器３２０は符号メモリ９００に予め用意したパルス圧縮用の２位相符号系列に基づいて送信パルスに対して位相符号変調を施す。ここで、パルス圧縮用２位相符号系列とは、バーカー系列、Ｍ系列等に代表されるパルス圧縮時にＳ／Ｎ比が高くなる組み合わせの、互いに位相が１８０度異なる２つの位相符号を組み合わせたものである。なお、２位相符号系列の総ビット長は、レーダの動作モードにより変わり得るものであり、任意の整数値をとるものである。図５に一例として、１３ビットバーカー系列を適用した場合の符号パターン及び圧縮後のパルス波形を示す。尚、符号パターンにおける数値「１」と「０」では１８０度の位相差がある。
【００３８】
追尾中の目標に対して味方識別を行う際は、追尾データ処理器７００からの識別要求信号により、符号メモリ９００に予め用意した味方識別用の２位相符号系列をパルス伸張器３２０へ送出し、送信パルスに対する位相符号変調内容を味方識別用質問信号に変更する。ここで、２位相符号系列は、バーカー系列、Ｍ系列等に代表されるパルス圧縮時にＳ／Ｎ比が高くなる組み合わせのもので、互いに位相が１８０度異なる２つの位相符号を組み合わせたものであるが、味方識別用では、上記２位相符号系列に対して、任意のビット長分の位相符号データを追加する。追加する符号データの内容は予め取り決めておくものであり、内容は任意である。具体的には、追尾データ処理器７００からの要求に従い、目標に対して味方識別質問符号を付与した送信パルスを生成する。
【００３９】
例えば、予め用意したパルス圧縮符号系列が１３ビットで味方識別符号が１ビットであった場合、送信パルス幅は１４ビット分に広がる。この場合、ブラインドレンジの増大が危惧されるが、パルス繰返し周期制御器９４０により、目標の距離がブラインドとならないようなパルス繰り返し周期を算出し、タイミング制御器に指令を送出することで上記問題を回避することが可能となる。
【００４０】
図８に味方識別時のパルス繰り返し周期の概念図を示す。横軸は時間であり、送信パルス９７０がパルス繰り返し周期ＰＲＦ１の周期で繰り返し送信されることを示している。図８（ａ）ではパルス圧縮用の位相符号系列のみの場合を示しており、目標の受信期間はｔ１だけある。図８（ｂ）は本発明の第３の実施例における一例を示しており、送信パルス幅として、味方識別用質問符号９７２を追加するため、受信期間がｔ２に短縮される。仮に目標の受信信号９７１が図のような位置にある場合は、送信パルスのブラインド領域となるため信号を受信できなくなる。一方、目標の距離は既知であるため、式（３）及び図８（ｃ）に示すように、目標信号９７１が受信期間ｔ４の中央になるようなパルス繰り返し周波数ＰＲＦ２にすることにより、送信パルス幅に対してパルス繰り返し周期が２〜５倍程度であるような場合においても目標信号の検出確率が向上する。
【００４１】
ｔ３＝ｔ４／２  ・・・（３）
【００４２】
上記のような構成の場合、味方識別時においても図５の符号パターン及び圧縮パルスが得られるため、実施例１、２のように味方識別のために最適パルス圧縮符号系列が短縮されるという問題が解決でき、更には実施例３のような送信パルスによるブラインドの増大も回避することが可能となり、レーダ追尾性能を低下させずに味方識別を行うことが可能となる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態によれば、パルス圧縮用の符号系列を維持した状態で味方識別用符号の送信をし、パルス繰り返し周期を目標距離に合わせて制御することにより、送信パルス幅に対してパルス繰り返し周期が短い場合においても目標追尾性能を犠牲にせずにレーダ波そのもので味方識別符号の送信が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
この様に、本発明によれば、味方識別装置を不要とし、所望の目標に対して正確に質問信号が送信できるレーダ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のレーダ装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例のレーダ装置の構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施例のレーダ装置の構成を示したブロック図である。
【図４】従来のレーダ装置の構成を示したブロック図である。
【図５】捜索時のパルス圧縮の概念図である。
【図６】味方識別時のパルス圧縮の概念図である。
【図７】味方識別時のパルス圧縮の概念図である。
【図８】味方識別時のパルス繰り返し周期の概念図である。
【符号の説明】
１０１  素子アンテナ
２０１  Ｔ／Ｒモジュール
２１１  送信回路
２２１  受信回路
２３１  サーキュレータ
２４１  制御回路
３００  励振パルス発生器
３１０、６２０  切換器
３２０、３２１  パルス伸張器
４００  ビーム合成器
４１０  空中線制御器
５００  ミキサ
５１０、５１１  フィルタ
５２０、５２１  位相検波器
６００、６０１  Ａ／Ｄ変換器
６１０  信号変換器
６３０、６３１  パルス圧縮器
６４０  信号処理器
７００  追尾データ処理器
８００  ビーム制御器
８１０  タイミング発生器
９００  符号メモリ
９１０  アンテナ
９２０  受信回路
９３０  味方識別処理器
９４０  検出レベル制御器
９５０  パルス繰返し周期制御器
９６０  レンジサイドローブの上昇
９７０  送信パルス
９７１  受信目標信号
９７２  味方識別用質問符号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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