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JPH0130431B2 - - Google Patents
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JPH0130431B2 - - Google Patents

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JPH0130431B2
JPH0130431B2 JP9845882A JP9845882A JPH0130431B2 JP H0130431 B2 JPH0130431 B2 JP H0130431B2 JP 9845882 A JP9845882 A JP 9845882A JP 9845882 A JP9845882 A JP 9845882A JP H0130431 B2 JPH0130431 B2 JP H0130431B2
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target
rosette
scan
rosette scan
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Keizo Suzuki
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BOEICHO GIJUTSU KENKYU HONBUCHO
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BOEICHO GIJUTSU KENKYU HONBUCHO
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    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
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Description

【発明の詳細な説明】 (1) 本発明の属する技術の分野 本発明は、目標自身が発生するあるいは目標か
ら反射して来る波長の短い電磁波あるいは光を追
尾する追尾装置内で使用されるロゼツトスキヤン
受信機に使用可能な目標の高低角及び方位角の誤
差信号を取り出すための誤差信号を検出するロゼ
ツトスキヤン復調器に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Technical field to which the present invention pertains The present invention relates to a rosette scan method used in a tracking device that tracks electromagnetic waves or light with short wavelengths generated by a target itself or reflected from the target. The present invention relates to a rosette scan demodulator that detects error signals for extracting error signals of the elevation angle and azimuth angle of a target that can be used in a receiver.

(2) 本発明の背景 航空機、船舶及び車両等の目標を追尾すると
き、あらかじめ追尾装置のアンテナあるいは光学
系をその方向に向けるか、あるいは目標附近を捜
索するなどして目標を検知し追尾に入るという手
順をふむ。目標の追尾精度を高くするため、ミリ
波のような高い周波数を用いてアンテナビーム幅
の狭い追尾装置が使用されるが、そのときには、
ビーム幅が狭いため当然捜索状態から追尾状態に
引き込むための引込幅が狭くなる。そのため、引
き込み幅の広いロゼツトスキヤン追尾方式が注目
されているが、復調器はこれまでデイジタル方式
で作られるため、まだ装置は高価で、低雑音のも
のは製作に困難をともなうのが実情である。した
がつてアナログ方式の簡易で、低雑音のものが現
在も要求されている。
(2) Background of the present invention When tracking a target such as an aircraft, ship, or vehicle, the antenna or optical system of the tracking device is directed in that direction, or the target is detected and tracked by searching the vicinity of the target. Follow the steps to enter. In order to improve target tracking accuracy, tracking devices with narrow antenna beam widths using high frequencies such as millimeter waves are used.
Since the beam width is narrow, the width of pull-in for pulling from the search state to the tracking state is naturally narrow. For this reason, the rosette scan tracking method with a wide pull-in width is attracting attention, but demodulators have been made digitally so far, so the equipment is still expensive and low-noise devices are difficult to manufacture. Therefore, there is still a demand for a simple, low-noise analog system.

(3) 従来技術とその一般的問題点 ロゼツトスキヤンアンテナあるいは光学系が作
り出すロゼツトパターンの一例を第1図に示す。
第1図の19は12弁のロゼツトパターンである。
円で囲まれた部分20は捜索角である。ロゼツト
パターン上の点Pに目標があると、第2図のよう
にロゼツトスキヤン変調器のビデオ信号23にお
いて時間tにて目標を検知する。第2図のたて軸
は目標の強度21であり、横軸は時間22であ
る。これがロゼツトスキヤン変調器の基本的な機
能である。さらに詳細に説明する。
(3) Prior art and its general problems Figure 1 shows an example of a rosette pattern produced by a rosette scan antenna or optical system.
19 in FIG. 1 is a 12-valve rosette pattern.
The circled area 20 is the search angle. When a target is located at point P on the rosette pattern, the target is detected at time t in the video signal 23 of the rosette scan modulator as shown in FIG. The vertical axis of FIG. 2 is the target intensity 21, and the horizontal axis is the time 22. This is the basic function of a rosette scan modulator. This will be explained in more detail.

ロゼツトスキヤン変調器は例えば、ミリ波では
2つのアンテナを、光ではレンズ、プリズムある
いは凹面鏡等の2個を異なる角速度ω1、ω2で回
転させて、ロゼツトパターンを作つている。ロゼ
ツトパターンが2つのレンズ、プリズムあるいは
凹面鏡を回転して作られることの原理的意味を説
明する。ロゼツトパターン上の点Pの座標(x、
y)は、下記のように表現できる。
A rosette scan modulator, for example, creates a rosette pattern by rotating two antennas for millimeter waves and two lenses, prisms, concave mirrors, etc. for light at different angular velocities ω 1 and ω 2 . The principle meaning of the rosette pattern being created by rotating two lenses, prisms, or concave mirrors will be explained. Coordinates of point P on the rosette pattern (x,
y) can be expressed as follows.

x=−φsinω1+ω2/2t・cosω1−ω2/2t =φ/2(sinω2t+sinω1t) …(1) y=−φsinω1+ω2/2t・sinω1−ω2/2t =φ/2(cosω2t−cosω1t) …(2) 第1図はφ=1、ω2=5、ω1=7として、式
(1)、(2)を用い計算機により描いたものである。第
1図のパターン上に目標があると、第2図のよう
なビデオ信号23を生じる。ビデオ信号23から
時間tを正確に求めようとすると、立上りの鋭い
パルス信号から時間tを求める必要があり、復調
回路は、広帯域になり、信号対雑音比は悪くな
る。このようにして求めた時間tを式(1)、(2)に代
入して目標Pの位置(x、y)を求める。このよ
うに、従来の追尾装置、モノパルス追尾装置ある
いはレテイクル追尾装置と比べてロゼツトスキヤ
ン追尾装置は格段に複雑である。
x=-φsinω 12 /2t・cosω 1 −ω 2 /2t =φ/2(sinω 2 t+sinω 1 t) …(1) y=−φsinω 12 /2t・sinω 1 −ω 2 /2t = φ/2(cosω 2 t−cosω 1 t) …(2) In Figure 1, φ=1, ω 2 =5, ω 1 =7, and the formula
It was drawn by computer using (1) and (2). A target on the pattern of FIG. 1 will produce a video signal 23 as shown in FIG. In order to accurately determine time t from the video signal 23, it is necessary to determine time t from a pulse signal with a sharp rise, and the demodulation circuit becomes wideband, resulting in a poor signal-to-noise ratio. The time t thus obtained is substituted into equations (1) and (2) to obtain the position (x, y) of the target P. Thus, rosette scan tracking devices are significantly more complex than conventional tracking devices, monopulse tracking devices, or reticle tracking devices.

(4) 従来技術の具体的な問題点 第3図はミリ波用のロゼツトスキヤン受信機の
従来例である。ロゼツトスキヤンアンテナ31で
は第1図のようなロゼツトパターンを作つて目標
附近を捜索している。アンテナへの入力信号30
があれば、アンテナ31の出力は、局部発振器3
6、ミキサ32によつて中間周波に変換され、中
間周波増幅器33によつて増幅され、振幅検波器
34によつてビデオ信号になる。そして、ビデオ
増幅器35は第2図のビデオ信号23を出力し、
デイジタル復調器38に加える。一方ロゼツトス
キヤンアンテナ31を回転している2つの軸から
回転に同期した信号41,42を得て基準信号発
生器37により復調に必要な同期信号39を取り
出し、デイジタル復調器38にて式(1)、(2)を演算
して方位角誤差信号25と高低角誤差信号26を
取り出す。
(4) Specific problems with the prior art Figure 3 shows a conventional example of a rosette scan receiver for millimeter waves. The rosette scan antenna 31 creates a rosette pattern as shown in FIG. 1 to search the vicinity of the target. Input signal 30 to the antenna
If there is, the output of the antenna 31 is the local oscillator 3
6. The signal is converted into an intermediate frequency by the mixer 32, amplified by the intermediate frequency amplifier 33, and converted into a video signal by the amplitude detector 34. Then, the video amplifier 35 outputs the video signal 23 shown in FIG.
to the digital demodulator 38. On the other hand, signals 41 and 42 synchronized with the rotation of the rosette scan antenna 31 are obtained from the two rotating axes, and a synchronization signal 39 necessary for demodulation is extracted by the reference signal generator 37. 1) and (2) are calculated to take out the azimuth angle error signal 25 and the elevation angle error signal 26.

第4図に光のロゼツトスキヤン受信機の従来例
を示す。第3図と異なるのは、ロゼツトスキヤン
アンテナ31がロゼツトスキヤン光学系45に変
わり、ミキサ32は光検知器46に代ることであ
り、その他は第3図と基本的に変るところはな
い。
FIG. 4 shows a conventional example of an optical rosette scan receiver. The difference from FIG. 3 is that the rosette scan antenna 31 is replaced by a rosette scan optical system 45, and the mixer 32 is replaced by a photodetector 46, but otherwise there is basically no difference from FIG.

ところでロゼツトスキヤン受信機において、式
(1)、(2)に時間tを代入してx、yを解くためには
アナログ方式ではsin( )、cos( )の高速演算
が難かしく、したがつて式(1)、(2)の演算はデイジ
タル方式で行われていることが多い。そのため時
間tを正確に計測する必要があるが、目標が小さ
く、したがつて第2図の目標を検知したときのビ
デオ信号23のパルス幅が非常に狭いときは、第
2図の時間tを正確に測定できるが、目標が大き
く、パルス幅が広くなつたときには、パルスの中
心附近の時間tを測定する必要があるため、具体
的な装置は複雑になる。またデイジタル方式では
量子化誤差による雑音を除くことはできない。
By the way, in a rosette scan receiver, the formula
In order to solve x and y by substituting time t into (1) and (2), it is difficult to perform high-speed calculation of sin ( ) and cos ( ) using the analog method, so equations (1) and (2) The calculations are often performed digitally. Therefore, it is necessary to accurately measure the time t, but if the target is small and the pulse width of the video signal 23 when the target in Figure 2 is detected is very narrow, the time t in Figure 2 may be Although it can be measured accurately, when the target is large and the pulse width is wide, it is necessary to measure the time t near the center of the pulse, so the specific device becomes complicated. Further, with the digital method, noise due to quantization errors cannot be removed.

(5) 本発明の目的 本発明は、ミリ波及び光用のロゼツトスキヤン
変調器の出力信号として得られるビデオ信号から
目標の方位角誤差信号及び高低角誤差信号を復調
するための、簡易で信号対雑音比にすぐれたロゼ
ツトスキヤン復調器を得ることを目的とする。
(5) Purpose of the present invention The present invention provides a simple signal pairing method for demodulating a target azimuth error signal and an elevation angle error signal from a video signal obtained as an output signal of a millimeter wave and optical rosette scan modulator. The purpose is to obtain a rosette scan demodulator with excellent noise ratio.

(6) 本発明構成の要点 第8図及び第9図の本発明の実施例の構成にお
いて、ロゼツトスキヤンアンテナ31あるいはロ
ゼツトスキヤン光学系45は2つの角速度ω1
ω2で回転しているので、2つの回転軸に取り付
けた発電機により次の基準信号41,42を取り
出すことができる。
(6) Main points of the configuration of the present invention In the configuration of the embodiment of the present invention shown in FIGS. 8 and 9, the rosette scan antenna 31 or the rosette scan optical system 45 has two angular velocities ω 1 ,
Since it is rotating at ω 2 , the next reference signals 41 and 42 can be extracted by generators attached to the two rotating shafts.

S1=sinω1t …(3) S2=cosω2t …(4) ただしω1、ω2は正とする。式(3)、(4)から掛算
回路87により S3=sin(ω1+ω2)t …(5) S4=sin(ω1−ω2)t …(6) の基準信号61,62を作ることができる。また
式(5)、(6)の信号を1/2分周器88を通すと S5=sinω1+ω2/2t …(7) S6=sinω1−ω2/2t …(8) の基準信号63,81が得られる。さらに式(8)の
信号をπ/2位相器96に通すと S7=cosω1−ω2/2t …(9) の第3基準信号82を作ることができる。式(7)は
本復調器の第1同期検波回路85の第1基準信号
72を作る信号になり、式(8)、(9)は第2同期検波
回路97の第2基準信号81及び第3基準信号8
2になる。
S 1 = sinω 1 t…(3) S 2 = cosω 2 t…(4) However, ω 1 and ω 2 are assumed to be positive. From formulas (3) and (4), the multiplication circuit 87 calculates the reference signals 61, 62 of S 3 =sin(ω 12 )t...(5) S4 = sin(ω 12 )t...(6) can be made. Moreover, when the signals of equations (5) and (6) are passed through the 1/2 frequency divider 88, S 5 = sinω 12 /2t …(7) S 6 = sinω 1 −ω 2 /2t …(8) Reference signals 63, 81 are obtained. Furthermore, by passing the signal of equation (8) through the π/2 phase shifter 96, the third reference signal 82 of S 7 =cosω 1 −ω 2 /2t (9) can be generated. Equation (7) is a signal that creates the first reference signal 72 of the first synchronous detection circuit 85 of this demodulator, and Equations (8) and (9) are the signal that creates the second reference signal 81 and the second reference signal 72 of the second synchronous detection circuit 97. 3 reference signal 8
It becomes 2.

目標の大きさを半径γの小さな円目標51のモ
デルとして本復調器の原理を説明する。第1図の
中心附近を直線で近似し、第5図のようにビーム
が目標を横切る場合について考える。第5図の矢
印の1〜12の番号は目標を通過する方向と順番
を示している。またこの場合は目標51の位置と
基準軸は一致しており、方位角誤差信号25及び
高低角誤差信号26はいずれも零である。
The principle of this demodulator will be explained using a model of a circular target 51 having a small radius γ. Consider the case where the vicinity of the center of FIG. 1 is approximated by a straight line and the beam crosses the target as shown in FIG. The arrow numbers 1 to 12 in FIG. 5 indicate the direction and order of passing the target. Further, in this case, the position of the target 51 and the reference axis coincide, and both the azimuth angle error signal 25 and the elevation angle error signal 26 are zero.

第6図はさらに第5図を拡大したものである。
ただし、目標の位置A(a、b)と基準軸Oが一
致していない場合を示す。第6図の物理的意味に
ついて説明する。Oは追尾系の基準軸であり、そ
の座標の原点である。Aは円目標の中心位置
(a、b)である。C,Dはビームが円目標を横
切る点である。BはAからCDに下ろした垂線の
足である。したがつて△ABCと△ABDは合同で
ある。スキヤン信号がx軸からθだけ回転しかつ
第2象限から第4象限へ向けて通過した例であ
る。第6図で、=m、=l、==
r、=hとする。変調器のビデオ出力として
は間で1、それ以外では0というような2値
信号を検出する。この復調器では−という
演算を実施する。=であるので、座標の原
点Oが目標上にあるときには −=2l …(10) となり、式(10)は目標の大きさr、切辺2m等に関
係なくなり、lだけに注目すれば良いことがわか
る。第6図から基準軸Oを通る直線を次のように
定めることができる。
FIG. 6 is a further enlarged version of FIG.
However, a case is shown in which the target position A (a, b) and the reference axis O do not match. The physical meaning of FIG. 6 will be explained. O is the reference axis of the tracking system and is the origin of its coordinates. A is the center position (a, b) of the circular target. C and D are the points where the beam crosses the circular target. B is the leg of the perpendicular drawn from A to CD. Therefore, △ABC and △ABD are congruent. This is an example in which the scan signal rotates by θ from the x-axis and passes from the second quadrant to the fourth quadrant. In Figure 6, =m, =l, ==
Let r,=h. As the video output of the modulator, a binary signal such as 1 in between and 0 in other areas is detected. This demodulator performs the operation -. =, so when the origin O of the coordinates is on the target, -=2l...(10), and equation (10) has no relation to the target size r, cutting edge 2m, etc., and we only need to pay attention to l. I understand that. From FIG. 6, a straight line passing through the reference axis O can be determined as follows.

y=cx …(11) ただし c=tanθ …(12) である。ABを通る直線はy=cxと直交し点
(a、b)を通過するから y=−x/c+cb+a/c…(13) となる。
y=cx...(11) However, c=tanθ...(12). The straight line passing through AB is perpendicular to y=cx and passes through the point (a, b), so y=-x/c+cb+a/c...(13).

2直線の交点Bの座標(bx、by)は式(11)、
(13)を解いて (bx、by)={cb+a/c2+1、c(bc+a)
/c2+1} …(14) となる。したがつてBOの距離lは l=|cb+a|/(c2+1)1/2 …(15) となる。
The coordinates (bx, by) of the intersection point B of the two straight lines are given by formula (11),
Solve (13) (bx, by) = {cb+a/c 2 +1, c(bc+a)
/c 2 +1} ...(14). Therefore, the distance l of BO is l=|cb+a|/(c 2 +1) 1/2 (15).

cb+a>0 …(16) とし、式(12)を使えば l=btanθ+a/(tan2θ+1)1/2=√22cos(
θ−tan-1 b/a) …(17) となる。式(17)は目標Aの位置(a、b)だけ
の関数である。式(17)で得られる信号はコニカ
ルスキヤン変調器あるいは光学方式で良く使用さ
れるレテイクル変調器等で得られる信号と同じで
ある。
If cb+a>0...(16) and using equation (12), l=btanθ+a/(tan 2 θ+1) 1/2 =√ 2 + 2 cos(
θ−tan −1 b/a) …(17) Equation (17) is a function only of the position (a, b) of target A. The signal obtained by equation (17) is the same as the signal obtained by a conical scan modulator or a reticle modulator often used in optical systems.

さらに、この復調器をわかりやすく説明するた
めに、第6図のように目標Aの中心位置(a、
b)が、基準軸Oとずれている場合について、第
7図のタイムチヤートを使用して、図式的に説明
する。第5図に示すようにロゼツトスキヤン変調
器では中心に向かう軌跡は交互に横切るので、ロ
ゼツトスキヤン変調器の出力ビデオ信号71のパ
ルスの中心位置は交互に前後する。第7図のビデ
オ信号71の矢印は目標がずれているために移動
した方向を示す。ビデオ信号71と第1同期検波
回路85への基準信号72{角周波数(ω1
ω2)/2の信号}との積は式(10)の演算に相当し、
その信号の高調波成分を除去することによつて式
(17)に相当する誤差信号75が得られる。第6
図と第7図の説明図を使用して目標の相対位置と
信号波形とを関連づけて説明する。第6図の
に相当する信号は第7図のビデオ信号71のパル
ス幅に相当する。両極性パルスである第1同期検
波器出力84の正側のパルス幅をとすると負
側のパルス幅はとなる。従つて、同期検波を
して高域成分をろ波することは式(10)の演算を実施
することと同じである。第7図の誤差信号75が
示すように、式(17)のθは θ=ω1−ω2/2t …(18) で置き換えられる。
Furthermore, in order to explain this demodulator in an easy-to-understand manner, the center position of target A (a,
The case where b) is deviated from the reference axis O will be schematically explained using the time chart of FIG. As shown in FIG. 5, in the rosette scan modulator, the locus toward the center crosses alternately, so the center position of the pulse of the output video signal 71 of the rosette scan modulator alternates back and forth. The arrow in the video signal 71 in FIG. 7 indicates the direction in which the target has moved due to the misalignment. Video signal 71 and reference signal 72 to first synchronous detection circuit 85 {angular frequency (ω 1 +
The product of ω 2 )/2 signal} corresponds to the calculation of equation (10),
By removing harmonic components of the signal, an error signal 75 corresponding to equation (17) is obtained. 6th
The relative position of the target and the signal waveform will be explained in relation to each other using the diagram and the explanatory diagram of FIG. The signal corresponding to that in FIG. 6 corresponds to the pulse width of the video signal 71 in FIG. If the positive side pulse width of the first synchronous detector output 84, which is a bipolar pulse, is the negative side pulse width. Therefore, performing synchronous detection and filtering high frequency components is the same as performing the calculation of equation (10). As shown by the error signal 75 in FIG. 7, θ in equation (17) can be replaced by θ=ω 1 −ω 2 /2t (18).

式(8)、(9)の2つの直交した信号81,82を用
いて第2同期検波回路97にて同期検波すると となり式(19)は方位角誤差信号25(Az)及
び高低角誤差信号26(El)が第6図の基準軸O
からの目標Aの位置(a、b)を示していること
が判る。ただし は1周期の平均を表わす。これ
までの本発明の原理的説明から本復調器はコニカ
ルスキヤン方式及びレテイクル方式と比べてみて
も全く異なることがわかる。
When the second synchronous detection circuit 97 performs synchronous detection using the two orthogonal signals 81 and 82 of equations (8) and (9), Next, equation (19) shows that the azimuth error signal 25 (Az) and the elevation angle error signal 26 (El) are the reference axis O in Fig. 6.
It can be seen that it shows the position (a, b) of target A from . However, represents the average of one cycle. From the above explanation of the principles of the present invention, it can be seen that the present demodulator is completely different from the conical scan method and the reticle method.

第6図の座標のO点が目標の外にあるときには =+ …(20) となるが、そのときにはビデオ信号71のパルス
幅はではなくとなるので =2m …(21) となり、目標位置に比例した信号はもはや得られ
なくなり、入出力関係の直線性は悪化するが、第
10図に示すようなサーボ装置92を具備する追
尾装置の中で本発明のロゼツトスキヤン復調器が
使用されたときには、時間の経過とともに中心付
近に引き込み第6図のような関係になるので、充
分に実用性はある。
When point O in the coordinates in Figure 6 is outside the target, = + ...(20), but in that case, the pulse width of the video signal 71 is not , so =2m ...(21), and it is at the target position. Although a proportional signal can no longer be obtained and the linearity of the input/output relationship deteriorates, when the rosette scan demodulator of the present invention is used in a tracking device equipped with a servo device 92 as shown in FIG. With the passage of time, it draws in near the center and becomes the relationship shown in Fig. 6, so it is sufficiently practical.

(7) 本発明の実施例 第8図はミリ波用のロゼツトスキヤン復調器で
あつて、本発明の第1実施例である。入力信号3
0はロゼツトスキヤンアンテナ31によつて変調
され、局部発振器36、ミキサ32によつて、中
間周波数に落とされ、中間周波増幅器33によつ
て増幅され、振幅検波器34によつて検波され
る。検波により得られたビデオ信号はビデオ増幅
器35によつて増幅される。そのビデオ信号71
は第1同期検波器85によつて第7図に示した如
き第1基準信号72又は74を用いて同期検波さ
れ第1同期検波器出力84になる。検波された信
号より低域通過ろ波器86によつて高調波成分を
除いて誤差信号75を得、第2基準信号81、第
3基準信号82を使つて第2同期検波回路97に
よる同期検波をすると方位角誤差信号25と高低
角誤差信号26を生じる。
(7) Embodiment of the present invention FIG. 8 shows a rosette scan demodulator for millimeter waves, which is a first embodiment of the present invention. Input signal 3
0 is modulated by a rosette scan antenna 31, dropped to an intermediate frequency by a local oscillator 36 and mixer 32, amplified by an intermediate frequency amplifier 33, and detected by an amplitude detector 34. The video signal obtained by the detection is amplified by a video amplifier 35. The video signal 71
is synchronously detected by the first synchronous detector 85 using the first reference signal 72 or 74 as shown in FIG. 7, and becomes the first synchronous detector output 84. A low-pass filter 86 removes harmonic components from the detected signal to obtain an error signal 75, which is then subjected to synchronous detection by a second synchronous detection circuit 97 using the second reference signal 81 and third reference signal 82. This produces an azimuth angle error signal 25 and an elevation angle error signal 26.

各種の基準信号について説明をする。ロゼツト
スキヤンアンテナ31の2つの回転している軸に
取りつけた発電機から回転に同期した式(3)、(4)に
相当する2つの信号41,42を取り出し、掛算
器87によつて、式(5)、(6)の2つの信号61,6
2を得る。さらに61の信号は1/2分周器88に
よつて式(7)に相当する信号が作られ、波形整形回
路95によつて第7図に示した第1基準信号72
又は74を得る。なお、基準信号74は、第7図
に示された(ω1+ω2)の角周波数の両極性パル
ス信号76をその1周期毎に正負の極性を交互に
切換えた波形であり、例えば波形整形回路95に
おいて、第7図に示した第1基準信号72とゲー
ト信号73との積演算に相当する処理、あるいは
2つのパルス信号の積 sign[sin(ω1+ω2)t]×sign[cos(ω1+ω2/2
)t] の演算に相当する処理を実施すればよい。但し、
sign(x)はx>0で1、x<0で−1であるよ
うな信号である。掛算回路87によつて得られる
低い周波数の基準信号62を1/2分周器88で分
周することによつて式(8)に相当する第2基準信号
81が得られ、また、第1基準信号81はπ/2
移相器96によつて式(9)に相当する第3基準信号
82を得ることができる。
Various reference signals will be explained. Two signals 41 and 42 corresponding to equations (3) and (4) synchronized with the rotation are extracted from the generators attached to the two rotating shafts of the rosette scan antenna 31, and are processed by the multiplier 87. Two signals 61 and 6 of equations (5) and (6)
Get 2. Furthermore, the signal 61 is converted into a signal corresponding to equation (7) by a 1/2 frequency divider 88, and is converted into a first reference signal 72 shown in FIG. 7 by a waveform shaping circuit 95.
Or get 74. Note that the reference signal 74 has a waveform in which the polarity of the bipolar pulse signal 76 having an angular frequency of (ω 12 ) shown in FIG. In the circuit 95, a process corresponding to the product operation of the first reference signal 72 and the gate signal 73 shown in FIG. (ω 12 /2
)t] may be performed. however,
sign(x) is a signal that is 1 when x>0 and -1 when x<0. A second reference signal 81 corresponding to equation (8) is obtained by dividing the low frequency reference signal 62 obtained by the multiplication circuit 87 by a 1/2 frequency divider 88, and a second reference signal 81 corresponding to equation (8) is obtained. The reference signal 81 is π/2
A third reference signal 82 corresponding to equation (9) can be obtained by the phase shifter 96.

上記第1実施例によれば、本発明構成の要点と
して述べたように、目標からの電磁波をロゼツト
スキヤンアンテナ31にて受信し検波して得られ
たビデオ信号71と、ロゼツトスキヤンアンテナ
31を回転させている2つの軸から得られる2つ
の周波数の和の1/2の周波数の信号72又は前記
2つの周波数の和の周波数の両極性パルス信号を
1周期毎に正負の極性を交互に切換えることによ
つて、第7図に示すように、繰り返し角周波数が
(ω1+ω2)/2になつた信号74との積をとる
(同期検波する)ことにより、誤差信号75を得
ることができる。そして、この誤差信号75より
方位角誤差信号25及び高低角誤差信号26を知
ることができる。
According to the first embodiment, as described as the main points of the configuration of the present invention, the video signal 71 obtained by receiving and detecting the electromagnetic waves from the target by the rosette scan antenna 31 and the rosette scan antenna 31 A signal 72 with a frequency of 1/2 of the sum of the two frequencies obtained from the two axes rotating the , or a bipolar pulse signal with a frequency of the sum of the two frequencies, with positive and negative polarities alternated every cycle. By switching, as shown in FIG. 7, an error signal 75 can be obtained by multiplying the signal 74 with a signal 74 whose repetition angular frequency has become (ω 12 )/2 (synchronous detection). Can be done. From this error signal 75, the azimuth error signal 25 and the elevation angle error signal 26 can be determined.

第9図は光用のロゼツトスキヤン復調器であつ
て本発明の第2実施例である。従来例である第4
図及び、第1実施例である第8図と異なる部分に
ついてのみ説明すれば充分であるから相違点につ
いてのみ述べる。第9図では掛算器87の出力信
号である基準信号61を第2波形整形回路98に
入れ、不要雑音あるいは妨害信号を除去するため
ゲート信号73を作つてゲート回路99に加え、
ゲート回路99の出力としてビデオ信号71を得
ている。さらに第1同期検波回路85への第1基
準信号として信号72を使えば、低域通過ろ波器
86の出力に誤差信号75が得られる。このゲー
ト信号73を使つたゲート回路99と信号72を
使つた同期検波は、第8図の第1同期検波回路の
第1基準信号として信号74を使つた場合と作用
上は全く同じである。第10図を説明する。第1
0図は本発明による復調器を使用した追尾装置の
一例である。ロゼツトスキヤンアンテナ31(光
用の場合には第9図のロゼツトスキヤン光学系4
5)とサーボ装置92とは機械的に回定された構
造となつている。サーボ装置92は方位角誤差信
号25及び高低角誤差信号26をゼロにするよう
にロゼツトスキヤンアンテナ31(又はロゼツト
スキヤン光学系45)を目標に向ける。なお、そ
の他の構成は第8図と同様である。
FIG. 9 shows an optical rosette scan demodulator according to a second embodiment of the present invention. The fourth example is the conventional example.
Since it is sufficient to explain only the differences from the figure and FIG. 8 which is the first embodiment, only the differences will be described. In FIG. 9, the reference signal 61, which is the output signal of the multiplier 87, is input to a second waveform shaping circuit 98, and in order to remove unnecessary noise or interference signals, a gate signal 73 is generated and applied to the gate circuit 99.
A video signal 71 is obtained as the output of the gate circuit 99. Furthermore, if the signal 72 is used as the first reference signal to the first synchronous detection circuit 85, an error signal 75 is obtained at the output of the low-pass filter 86. The synchronous detection using the gate circuit 99 using the gate signal 73 and the signal 72 is completely the same in operation as the case where the signal 74 is used as the first reference signal of the first synchronous detection circuit shown in FIG. FIG. 10 will be explained. 1st
FIG. 0 is an example of a tracking device using a demodulator according to the present invention. Rosette scan antenna 31 (for optical use, rosette scan optical system 4 in Fig. 9)
5) and the servo device 92 have a mechanically rotated structure. The servo device 92 directs the rosette scan antenna 31 (or the rosette scan optical system 45) toward the target so as to make the azimuth error signal 25 and the elevation angle error signal 26 zero. Note that the other configurations are the same as in FIG. 8.

(8) 実施例の補足説明 (a) これまで目標は広がりがあり、ロゼツトパタ
ーンの線は非常に細い場合について説明した。
その逆にロゼツトスキヤンアンテナのビーム幅
あるいはロゼツトスキヤン光学系の視野角が目
標の大きさに比べて十分に広がつており、目標
が点電波源あるいは点光源の場合について第1
1図を用いて説明する。図中円で示す光学系の
視野(アンテナのビーム)が走査する。A1は
点光源(点電波源)である。光学系の視野(ア
ンテナのビーム)の中心がC1からD1に移動
し、視野を示す円αの状態から信号が受信され
βの状態で信号が消えるように移動すると、ち
ようど第6図に相当する信号が得られ、以下、
第6図の説明と同じである。
(8) Supplementary Explanation of Examples (a) So far, we have described the case where the target is wide and the lines of the rosette pattern are very thin.
On the other hand, if the beam width of the rosette scan antenna or the viewing angle of the rosette scan optical system is sufficiently wide compared to the target size, and the target is a point radio source or a point light source,
This will be explained using Figure 1. The field of view of the optical system (the beam of the antenna) shown by the circle in the figure scans. A1 is a point light source (point radio wave source). If the center of the field of view of the optical system (beam of the antenna) moves from C1 to D1, and the signal is received from the state of the circle α indicating the field of view, and the signal disappears in the state of β, the result will be as shown in Figure 6. The corresponding signal is obtained, below:
The explanation is the same as in FIG.

(b) 復調の原理を説明するのに、第6図では目標
のモデルを円形で説明したが、第12図のよう
な形状で光学系の視野角が目標に対して十分に
狭いときには m11 11 1 …(22) m22 22 2 …(23) l11 1 …(24) l22 1 …(25) r11 11 1 …(26) r21 21 2 …(27) h11 1 …(28) h21 2 …(29) 1 11 1=2l1 …(30) 2 11 2=2l1 …(31) とすると、第6図で説明したように、追尾の中
心はA1であるかのように方位角誤差信号25
及び高低角誤差信号26が得られるので、A1
は目標の中心でない場合もあり得るが、目標を
追尾できることにはかわりがない。
(b) In order to explain the principle of demodulation, the target model was explained as a circle in Figure 6, but when the shape of the target is as shown in Figure 12 and the viewing angle of the optical system is sufficiently narrow relative to the target, m 1 = 1 1 = 1 1 …(22) m 2 = 2 2 = 2 2 …(23) l 1 = 1 1 …(24) l 2 = 2 1 …(25) r 1 = 1 1 = 1 1 …( 26) r 2 = 1 2 = 1 2 … (27) h 1 = 1 1 … (28) h 2 = 1 2 … (29) 1 11 1 = 2l 1 … (30) 2 11 2 = 2l 1 ...(31) Then, as explained in Fig. 6, the azimuth error signal 25 is as if the center of tracking was A1 .
and the height angle error signal 26 are obtained, so A 1
may not be at the center of the target, but the target can still be tracked.

(c) 目標と追尾装置の間の距離によつて、目標の
大きさは変化しビデオ信号71のパルス幅も変
化するので、第7図の73のパルス幅を目標の
大きさに適合させる回路と組合せれば、この復
調器の信号対雑音比はさらに良くなる。
(c) Since the size of the target changes and the pulse width of the video signal 71 also changes depending on the distance between the target and the tracking device, a circuit that adapts the pulse width of 73 in FIG. 7 to the size of the target is provided. In combination with , the signal-to-noise ratio of this demodulator becomes even better.

(d) 第1図のロゼツトパターンはロゼツトスキヤ
ン変調器の2つの回転している軸が7対5の割
合いで同期して回転している例である。復調原
理の説明に使用した式(1)〜(17)が示すように
その回転している2つの軸が同期している必要
はない。第8図及び第9図の実施例では非同期
の場合について説明したが同期の例は41ある
いは42の1つの信号から容易に63,81等
の基準信号を作ることができて復調器はさらに
簡単になる。
(d) The rosette pattern in FIG. 1 is an example in which the two rotating axes of the rosette scan modulator rotate synchronously at a ratio of 7:5. As shown in equations (1) to (17) used to explain the demodulation principle, the two rotating axes do not need to be synchronized. In the embodiments shown in FIGS. 8 and 9, an asynchronous case was explained, but in a synchronous example, reference signals such as 63 and 81 can be easily created from one signal of 41 or 42, and the demodulator is even simpler. become.

(e) ロゼツトアンテナあるいはロゼツト光学系の
2つの回転している角速度ω1、ω2は正として
説明してきたが、右廻り、左廻りが当然許され
るからω1、ω2は正負を取る。その場合でもも
ちろんこの復調器は成立する。
(e) We have explained that the two rotating angular velocities ω 1 and ω 2 of the rosette antenna or rosette optical system are positive, but since clockwise and counterclockwise rotations are naturally allowed, ω 1 and ω 2 take positive and negative values . . Of course, this demodulator will work even in that case.

(f) これまでの説明の中で使用した、方位角誤差
信号及び高低角誤差信号などの信号は実際のハ
ードウエア上では信号は電圧と同一の意味を持
つている。したがつて信号という意味は、電圧
あるいは電流の正規化した量あるいはデイジタ
ル化した量など広い意味を持つ。
(f) The signals used in the explanation so far, such as the azimuth error signal and the elevation angle error signal, have the same meaning as voltage on actual hardware. Therefore, the meaning of "signal" has a wide meaning, including a normalized amount or a digitized amount of voltage or current.

(e) ゲート回路により目標のみを抽出して不要雑
音あるいは妨害信号を除去できるので、信号対
雑音比に優れている。
(e) The gate circuit extracts only the target and removes unnecessary noise or interfering signals, resulting in an excellent signal-to-noise ratio.

(9) 本発明の効果 (a) 方位角誤差信号及び高低角誤差信号を取り出
すのに、目標信号を検知する時間を計測して
sin( )及びcos( )の演算をする従来方式に
比べて、本発明は狭帯域のアナログ方式であ
り、量子化誤差もないので、信号対雑音比にお
いてすぐれている。
(9) Effects of the present invention (a) In order to extract the azimuth angle error signal and the elevation angle error signal, it is necessary to measure the time to detect the target signal.
Compared to the conventional method of calculating sin( ) and cos( ), the present invention is a narrowband analog method and has no quantization error, so it has an excellent signal-to-noise ratio.

(b) 第6図の目標が拡がりの大きさは式(10)が示す
ように目標の方位角誤差信号及び高低角誤差信
号に関係しない。したがつて復調器への入力信
号のビデオ信号は目標の信号強度に無関係に、
2値で良く、アナログ方式でありながら自動利
得制御回路が不要であるなど、極めて簡易な復
調器である。
(b) The size of the spread of the target in FIG. 6 is not related to the azimuth angle error signal and the elevation angle error signal of the target, as shown by equation (10). Therefore, the input video signal to the demodulator is independent of the target signal strength.
It is an extremely simple demodulator, as it only needs to be binary and does not require an automatic gain control circuit even though it is an analog system.

(c) 本発明の復調回路には2つの同期検波回路が
ある。したがつて目標附近に妨害源があつて
も、2つの同期検波回路によつて受信帯域幅を
狭めているので、容易に電磁波あるいは光の妨
害を受けることはない。なお第1同期検波回路
のバイポーラパルス基準信号のパルス幅を目標
の大きさに近似させれば、妨害はさらに受けに
くくなる。
(c) The demodulation circuit of the present invention includes two synchronous detection circuits. Therefore, even if there is a source of interference near the target, the reception bandwidth is narrowed by the two synchronous detection circuits, so it will not easily be interfered with by electromagnetic waves or light. Note that if the pulse width of the bipolar pulse reference signal of the first synchronous detection circuit is approximated to the target size, interference will be further reduced.

(d) 現在のところ、デイジタル方式に比べて格段
に安価である。
(d) Currently, it is much cheaper than digital methods.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はロゼツトスキヤンアンテナ又は光学系
が作り出すロゼツトパターンの1例を示す説明
図、第2図はロゼツトスキヤン変調器が目標を検
知したときに得られるビデオ信号の1例を示す説
明図、第3図はミリ波用のロゼツトスキヤン受信
機の従来例を示すブロツク図、第4図は光用のロ
ゼツトスキヤン受信機の従来例を示すブロツク
図、第5図はロゼツトパターンの中心に広がりの
ある円形目標があるとき、ロゼツトスキヤンアン
テナ又は光学系の細いビームの先端が通過する順
番を示した説明図、第6図は本発明の復調器の原
理を説明するのに使用するための説明図で目標が
アンテナあるいは光学系の基準軸から(a、b)
だけずれているときのモデル、第7図はロゼツト
スキヤン変調器の出力であるビデオ信号から同期
検波によつて誤差信号を取り出すことができるこ
とを示すために使用するタイムチヤート、第8図
はミリ波用ロゼツトスキヤン復調器であつて本発
明の第1実施例を示すブロツク図、第9図は光用
のロゼツトスキヤン復調器であつて本発明の第2
実施例を示すブロツク図、第10図は本発明のロ
ゼツトスキヤン復調器を備えた追尾装置の一例を
示すブロツク図、第11図はロゼツトスキヤンア
ンテナのビーム幅あるいはロゼツトスキヤン光学
系の視野角が目標の大きさに比べて十分に広がつ
ている場合の原理説明図、第12図は目標が円以
外の場合の原理説明図である。 1〜12……順番、19…ロゼツトパターン、
20……捜索角、21……目標の強度、22……
時間、23……ビデオ信号、25……方位角誤差
信号、26……高低角誤差信号、30……入力信
号、31……ロゼツトスキヤンアンテナ、32…
…ミキサ、33……中間周波増幅器、34……振
幅検波器、35……ビデオ増幅器、36……局部
発振器、37……基準信号発生器、38……デイ
ジタル復調器、39……同期信号、41,42…
…基準信号、45……ロゼツトスキヤン光学系、
46……光検知器、51……円目標、61,6
2,63……基準信号、71……ビデオ信号、7
2,74……第1基準信号、73……ゲート信
号、75……誤差信号、81……第2基準信号、
82……第3基準信号、84……第1同期検波器
出力、85……第1同期検波回路、86……低域
通過ろ波器、87……掛算回路、88……1/2分
周器、92……サーボ装置、95……波形整形回
路、96……π/2位相器、97……第2同期検
波回路、98……第2波形整形回路、99……ゲ
ート回路。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a rosette pattern created by a rosette scan antenna or optical system, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a video signal obtained when a rosette scan modulator detects a target. Fig. 3 is a block diagram showing a conventional example of a rosette scan receiver for millimeter waves, Fig. 4 is a block diagram showing a conventional example of a rosette scan receiver for optical use, and Fig. 5 shows a rosette pattern with a spread in the center. An explanatory diagram showing the order in which the tip of a narrow beam of a rosette scan antenna or an optical system passes when there is a circular target. FIG. 6 is an explanatory diagram used to explain the principle of the demodulator of the present invention. and the target is from the reference axis of the antenna or optical system (a, b)
Fig. 7 is a time chart used to show that the error signal can be extracted from the video signal output from the rosette scan modulator by synchronous detection, and Fig. 8 is for millimeter waves. FIG. 9 is a block diagram showing a rosette scan demodulator according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing an example of a tracking device equipped with a rosette scan demodulator of the present invention, and FIG. 11 is a block diagram showing an example of a tracking device equipped with a rosette scan demodulator of the present invention. A diagram explaining the principle when the target is sufficiently spread compared to the size, and FIG. 12 is a diagram explaining the principle when the target is other than a circle. 1 to 12...Order, 19...Rosette pattern,
20...Search angle, 21...Target intensity, 22...
Time, 23... Video signal, 25... Azimuth error signal, 26... Elevation angle error signal, 30... Input signal, 31... Rosette scan antenna, 32...
... mixer, 33 ... intermediate frequency amplifier, 34 ... amplitude detector, 35 ... video amplifier, 36 ... local oscillator, 37 ... reference signal generator, 38 ... digital demodulator, 39 ... synchronization signal, 41, 42...
... Reference signal, 45 ... Rosette scan optical system,
46...Photodetector, 51...Circular target, 61,6
2, 63...Reference signal, 71...Video signal, 7
2, 74...first reference signal, 73...gate signal, 75...error signal, 81...second reference signal,
82... Third reference signal, 84... First synchronous detector output, 85... First synchronous detection circuit, 86... Low pass filter, 87... Multiplication circuit, 88... 1/2 minute Frequency generator, 92... Servo device, 95... Waveform shaping circuit, 96... π/2 phase shifter, 97... Second synchronous detection circuit, 98... Second waveform shaping circuit, 99... Gate circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 目標からの電磁波をロゼツトスキヤンアンテ
ナにて受信し検波して得られるビデオ信号、ある
いは目標からの光をロゼツトスキヤン光学系にて
受光し検知して得られるビデオ信号と、 前記ロゼツトスキヤンアンテナあるいは前記ロ
ゼツトスキヤン光学系を回転させている2つの軸
から同期して得られる2つの周波数の和の周波数
の両極性パルス信号を、1周期毎にその正負の極
性を交互に切換えて得た基準信号、あるいは前記
2つの周波数の和の1/2の周波数の基準信号との
積を取ることによつて誤差信号を取り出すことを
特徴とするロゼツトスキヤン復調器。
[Claims] 1. A video signal obtained by receiving and detecting electromagnetic waves from a target with a rosette scan antenna, or a video signal obtained by receiving and detecting light from the target with a rosette scan optical system; A bipolar pulse signal having a frequency equal to the sum of two frequencies obtained synchronously from two axes rotating the rosette scan antenna or the rosette scan optical system is alternately switched between positive and negative polarity every cycle. A rosette scan demodulator characterized in that the error signal is extracted by multiplying the reference signal obtained by the above-mentioned reference signal or a reference signal having a frequency of 1/2 of the sum of the two frequencies.
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