アレイアンテナを用いたレーダシステム
【課題】より大きな開口面のアンテナを等価的に形成する手段を提供する。
【解決手段】複数のアレイアンテナ(10-1〜10-M)のそれぞれに設置位置と方向の情報を生成する位置情報発生器(11-1〜11-M)を各アレイアンテナ(10-1〜10-M)に付加し、アレイアンテナ(10-1〜10-M)の位置情報とレーダ制御器(9)が指示する放射ビーム指向方向のデータからアレイアンテナの最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器(13)と、選定された複数のアレイアンテナ開口面の素子配列形状からレーダ制御部が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を選定した開口を合成して求めるための各アンテナ励振条件算出器(14)を各アレイアンテナ共通の装置として付加する。
【解決手段】複数のアレイアンテナ(10-1〜10-M)のそれぞれに設置位置と方向の情報を生成する位置情報発生器(11-1〜11-M)を各アレイアンテナ(10-1〜10-M)に付加し、アレイアンテナ(10-1〜10-M)の位置情報とレーダ制御器(9)が指示する放射ビーム指向方向のデータからアレイアンテナの最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器(13)と、選定された複数のアレイアンテナ開口面の素子配列形状からレーダ制御部が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を選定した開口を合成して求めるための各アンテナ励振条件算出器(14)を各アレイアンテナ共通の装置として付加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アレイアンテナを用いたレーダシステムに関し、特に移動可能な複数のアレイアンテナ装置の放射開口を任意に増減した放射ビーム形成技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来アレイアンテナを用いたレーダシステムにおいて、開口面全体の中の部分形状を選択してアンテナ放射ビームの指向性を変える方式として、例えば、特許文献1あるいは非特許文献1に示されるように、円柱開口面に配列したアレイアンテナの部分を選択してアンテナ放射ビームを形成し、その選択する開口面を切り替えて放射ビームの指向方向を変える方式、あるいは非特許文献2に示されるように、任意形状開口面に配列したアレイアンテナの部分を選択してアンテナ放射ビームを形成すると同時に開口面の位相分布を変化させて電子的に放射ビームの方位角を変化させる方式、あるいは特許文献2に示されるように、複数のアンテナを分散配置して、放射ビームを目的の方向に指向するのに適したアンテナを選択する方式等が用いられている。
【0003】
図11は、従来のアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図の一例を示している。図11において、多数の放射素子(1)はアンテナ開口面(2)に所定の間隔で並べられており、開口面を選択できる開口面選択スイッチ(3)により放射ビームを形成したい方向の任意の範囲のN個の放射素子が選択される。選択された開口面の放射素子で、所要の方向にサイドローブを低く抑圧した放射ビームを形成するためには、選択された開口面の放射素子に例えば放射方向への位相が同じで、振幅がテイラー分布となるような、ビーム形成に適した位相と振幅の励振分布が与えられる。
【0004】
そのために、選択されたN個の放射素子(1)に最適な開口面励振分布を与えるための励振振幅調整器(4−1〜4−N)および励振位相調整器(5−1〜5−N)と、励振信号をN個の励振振幅調整器(4−1〜4−N)および励振位相調整器(5−1〜5−N)に分配し、またN個の励振振幅調整器(4−1〜4−N)および励振位相調整器(5−1〜5−N)を介して入力された受信信号を合成する電力分配/合成器(6)と、送信のための励振信号の種信号を生成して電力分配/合成器(6)へ送出し、電力分配/合成器(6)から入力された合成受信信号を処理する受信/励振器(7)と、任意の方向に放射ビームを生成し走査するための制御を行うアンテナビーム制御器(8)と、目標を探知するための放射ビームの指向方向の制御や送受信の制御を行うレーダ制御器(9)を備えている。
【0005】
このアレイアンテナを動作させる場合、開口面選択スイッチ(3)により放射ビームを形成したい方向のアンテナ開口面のN個の放射素子を選定し、各素子にビーム方向に対して同位相の励振位相となるように励振位相調整器(5−1〜5−N)で制御するとともに、励振振幅が例えば図12に示すようなテイラー分布の重み付けとなるように、励振振幅調整器(4−1〜4−N)で制御する。通常、励振振幅調整器には高周波信号の振幅を可変できる可変減衰器が使用され、励振位相調整器には高周波信号の位相を可変できる移相器が使用される。
【0006】
その結果、図13に示すような放射ビームが得られる。この例では、単独の開口面から48個の放射素子を選定し、任意の放射ビームを指向させる方向に直角な平面上で各素子の励振位相が同相で励振振幅がテイラー分布の重み付け、サイドローブが−30dBとなる分布制御を行った時の放射パターンであり、ビーム幅(−3dB)は2.6度、サイドローブレベルは−30dBが得られることを示している。また、送信電力はN個の素子から放射される電力の和となる。
【0007】
【特許文献1】特開平9−036637号公報
【特許文献2】特開平7−321534号公報
【非特許文献1】学会論文 シリンドリカルアクティブフェーズドアレイアンテナ(Cylindrical Active Phased Array Antenna),筆者 Mitsuhisa Sato,Masayuki Sugano,Kazuo Ikeba,Koichi Fukutani,Atsushi Terada,Tugio Yamazaki,“IEICE TRANSACTHIONS on Communications”10,OCTOBER 1993,VOL.E76-B ,PP1243-1248 Fig.2,Fig9
【非特許文献2】学会論文 ディジタルフォーミングフォアコンフォーマルアクティブアレイアンテナ(Digital Beam Forming for Conformal Active Array Antenna),筆者 Masaaki Kanno,Takayuki Hashimura,Takeshi Katada,Mitsuhisa Sato,Koichi Fukutani,Akihiro Suzuki,“IEEE Phased Array Systems and Technology”OCTOBER 1996 ,PP37-40 Fig.4~Fig8
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記従来技術では、放射ビームの指向方向が決まると、その方向に電波を出せる向きに実装されているアンテナ素子のみがアンテナ開口として使用できることになり、アンテナ開口の大きさは、アンテナの表面形状と個々のアンテナ配列および指向方向で決まってしまう。従って、構成されたアンテナ開口のうち、利用できる最大のアンテナ開口面積は放射ビームの指向方向に配列されている素子だけに制限され、それ以上は大きく出来ないので、アンテナ利得が制限されて大きく出来ないという問題がある。
【0009】
また送信電力も、放射ビームの指向方向に配列されている素子から放射される電力だけが寄与し、それ以上大きくすることは出来ないため、送信電力も同様に、そのアンテナ開口の中に実装されているアンテナ素子の放射電力と素子数で決まり、制限されてしまうという問題がある。
【0010】
本発明の目的は、分離して構成された複数のアレイアンテナ開口を用いることによって、単独でその中の開口を選択してビーム指向方向へのアンテナ利得を大きくまたは小さくしたり、複数のアレイアンテナ開口を同時に利用し、あたかも一つのアンテナ開口から電波が放射しているように制御することにより、さらに大きなアンテナ開口面積を作り出し、より狭いビーム幅の放射ビームを形成して、単独のアンテナ開口より大きなアンテナ利得が得られるアンテナ装置を提供することにある。
【0011】
本発明の他の目的は、前記と同様に、分離して構成された複数のアレイアンテナ開口のうち、単独でその中の開口を選択してビーム指向方向への放射電力を大きくまたは小さくしたり、複数のアレイアンテナ開口を同時に利用し、あたかも一つのアンテナ開口から電波が放射しているように制御することにより、さらに大きな送信電力を作り出すことを可能にし、単独のアンテナ開口より大きな送信電力が得られるアンテナ装置を提供することにある。
【0012】
本発明のさらに他の目的は、通常では、複数のレーダシステムを分離して配置して、それらのレーダ覆域を少しずつ重ねて、広い範囲の監視が出来、必要に応じて、任意の角度方向の距離方向の覆域を長くできる、広い範囲の監視と任意遠距離の監視を自由に選択出来るレーダシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明のアレイアンテナを用いたレーダシステムは、多数の放射素子をアンテナ開口面に並べ、空間でビーム合成を行って放射ビームを形成するアレイアンテナと、前記アレイアンテナにより形成される放射ビームを制御するアンテナビーム制御器と、前記アレイアンテナによる放射ビームの走査と送受信動作を制御するレーダ制御器と、前記アレイアンテナの設置位置と向きの情報を生成する位置情報発生器とを有する複数のアレイアンテナレーダと、前記複数のアレイアンテナレーダからなるシステムを統括制御するシステム制御部と、前記位置情報発生器から入力された前記複数のアレイアンテナレーダにおける前記アレイアンテナの設置位置と向きの情報と前記システム制御部から指示された方向データに基づいて、前記アレイアンテナ毎に最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器と、前記最適アンテナ開口面選定器で選定された前記アレイアンテナ毎の最適な放射開口面の素子配列形状から、前記システム制御部が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を前記アレイアンテナ毎に求めて、前記複数のアレイアンテナレーダの各アンテナビーム制御器へ出力する各アンテナ励振条件算出器と、を備えていることを特徴とする。
【0014】
本発明によれば、複数のアレイアンテナのそれぞれに設置位置と方向の情報を生成する位置情報発生器が付加され、各アンテナ開口面の位置が判るので、各アレイアンテナの放射素子の配置が判り、これら各アレイアンテナの放射素子を任意に組み合わせた放射素子による開口面を形成することが可能となる。
【0015】
また、各アレイアンテナの位置情報とレーダ制御器が指示する放射ビーム指向方向のデータから各アレイアンテナの最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器が付加されているので、複数のアレイアンテナ開口面から、放射ビーム指向方向に電波を放射できる任意または最大の開口面となる放射素子を選定することが可能となる。
【0016】
また、選定された複数のアレイアンテナ開口面の放射素子配列形状からレーダ制御部が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を選定した開口を合成して求めるための各アンテナ励振条件算出器が付加されているので、選定された複数のアレイアンテナ開口面の放射素子に放射ビームの指向方向およびアンテナ放射パターンのサイドローブ値を所要の値に抑えるための最適な開口面励振分布を求めることができる。
【0017】
また本発明の前記複数のアレイアンテナはその設置位置を移動可能に構成することができ、その場合、前記システム制御部は、各アレイアンテナを離隔して設置することにより前記複数のアレイアンテナレーダを、それぞれを単独のレーダとして運用制御する機能と、複数のアレイアンテナを近接して配置し、所望数のアレイアンテナの開口面を合わせたより大きな開口面を有するアレイアンテナを備えたレーダとして運用制御する機能を備えており、両機能を適宜切替えて運用可能としたことを特徴とする。
【0018】
例えば、各アレイアンテナを十分に離隔して設置し、アレイアンテナ単独の放射開口面の一部または全部を選定して、任意の放射ビームを形成し、走査させることにより、単独のアレイアンテナで任意のビーム指向方向への放射電力を大きくまたは小さくしたりして必要な範囲の領域をカバーするレーダシステムに用いたり、複数のアレイアンテナをそれぞれ単独で動作させ、それぞれのアレイアンテナでカバーすることのできる領域を分担させることにより、より広い範囲の領域をカバーできるレーダシステムに用いることもできる。
【0019】
また、各アレイアンテナを近接して設置し、複数のアンテナ開口を同時に選定して利用し、あたかも一つのアンテナ開口から電波が放射しているように制御させ、さらに大きなアンテナ開口面積を作り出すことによって、単独のアンテナ開口より大きな、アンテナ利得と送信電力を有するより遠距離の領域をカバーできるレーダシステムに用いることができる。
【0020】
したがって、通常では、複数のレーダシステムを分離して配置して、それらのレーダ覆域を少しずつ重ねて、広い範囲の監視が出来、必要に応じて、任意の角度方向で距離方向の覆域を長くもでき、広い範囲の監視と任意遠距離の監視を自由に選択出来るレーダシステムを提供できる。
【0021】
前記レーダシステムのより具体的な構成例は、前記複数のアレイアンテナを近接配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するときに共通の励振信号を前記所望数のアレイアンテナに種信号として供給し、前記所望数のアレイアンテナで受信された信号を処理する共通の受信/励振器を備え、前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数(N個)の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、選択されたN個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をN分配して前記励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記電力分配/合成器へ送出し、前記電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の受信/励振器と、前記単独のレーダとして運用するときに前記専用の受信/励振器を前記電力分配/合成器と接続し、複数のアレイアンテナを近接配置して前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナの1つとして運用されるときに前記共通の受信/励振器を前記電力分配/合成器と接続する切替器と、を備えていることを特徴とする。
【0022】
即ち本発明の場合、複数のアレイアンテナの開口面を同時に使用して位相と振幅の分布を所要の励振条件を満たすようにするには、複数のアレイアンテナに共通の種信号を送信する必要があり、そのため上記構成例では、複数のアレイアンテナに共通の受信/励振器を持ち、各アレイアンテナを単独で運用する場合はそれぞれ専用の受信/励振器を使用し、複数のアレイアンテナを近接して配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用する場合は共通の受信/励振器を使用するように切替える。
【0023】
また、前記レーダシステムの別の構成例では、前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数(N個)の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、選択されたN個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をN分配して前記励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記電力分配/合成器へ送出し、前記電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の受信/励振器を備えるとともに、前記アレイアンテナレーダのうち、所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用される複数のレーダから選定された1つのレーダは、当該レーダの前記専用の受信/励振器の励振信号を前記複数のアレイアンテナに分配するとともに前記複数のアレイアンテナで受信された信号を合成する第3の電力分配/合成器と、単独のレーダとしての運用と前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとしての運用を切替える切替器を備えており、前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用されるその他のレーダは、当該レーダの専用の受信/励振器を用いた単独のレーダとしての運用と前記第3の電力分配/合成器介して入力される励振信号を用いた前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとしての運用を切替える切替器を備えていることを特徴とする
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、アレイアンテナを複数組み合わせることにより、単独のアレイアンテナ開口より大きな、あるいは必要に応じた開口面積のアレイアンテナを提供でき、より遠距離、小目標、高方位分解能のレーダシステムが得られる。
【0025】
即ち本発明では、分離して構成された複数のアレイアンテナの開口面の一部を同時に利用し、あたかも一つのアンテナ開口から電波が放射しているように制御することにより、さらに大きなアンテナ開口面積を作り出すことができるが、アンテナ開口面を大きくすることにより放射ビームのビーム幅は小さく、かつアンテナ利得は大きくなる。レーダの目標探知距離は、送信アンテナ利得と受信アンテナ利得と送信電力および目標の反射断面積に比例する。一方、開口面積が増加するとアンテナ利得が大きくなると同時にアレイの素子数が増加する。アンテナ利得が増加すると同じ送信電力でより遠くに電波が届くが、放射素子数が増加するので送信電力も増加し、結果として、同じ反射断面積の目標をより遠方で探知できることになる。また、同じ探知距離で比べた場合、より小さな反射断面積の目標が探知できることになる。
【0026】
通常、同じ距離で同じビーム幅の中に存在する目標は同時に検出されるため分離が出来ず、また、同じビーム幅でも距離が遠くなればなるほど、そのビーム幅で照射される方位方向の距離は長くなるので方位方向の距離分解能は悪くなるが、本発明では、より大きなアンテナの開口面を形成することができるので、より狭いビーム幅のアンテナを生成することが可能となり、より遠くの目標を、より高分解能に探知することができる。
【0027】
また、複数のレーダシステムを分離して配置し、それらのレーダ覆域を少しずつ重ねて、広い範囲の監視が出来、必要に応じて、任意の角度方向の距離方向の覆域を長くもできる、広い範囲の監視と任意遠距離の監視を自由に選択出来るレーダシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0028】
図1は、本発明の第1の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【0029】
図1において、多数の放射素子(1)をアンテナ開口面(2)に並べて、開口面を構成する放射素子の中から任意のN個を選択できる開口面選択スイッチ(3)と、任意の方向に放射ビームを形成するために、選択されたN個の放射素子(1)に最適な開口面励振分布を与えるための励振振幅調整器(4−1〜4−N)および励振位相調整器(5−1〜5−N)と、選択された開口面に励振信号を分配したりまたはN個の放射素子で受信した信号を合成する電力分配/合成器(6)と、送信のための励振信号の種信号を生成したり、アンテナからの信号を受信したりする受信/励振器(7)は、図11に示す従来のアレイアンテナレーダの対応する部分と同様の機能を有している。
【0030】
本実施形態においては、複数のアレイアンテナレーダ(10−1〜10−M)が設けられ、各アレイアンテナレーダには、受信/励振器(7)で生成された送信信号の種を利用するか、またはアレイアンテナに共通の受信/励振器(16)で生成された送信信号を利用するかを選択して切替え、選択された開口面で受信した信号を受信/励振器(7)または(16)に取り込むように切替える切替器(17)が設けられる。また、任意の方向に放射ビームを生成し走査するための制御を行うアンテナビーム制御器(8)と、目標を探知するための放射ビームの指向方向の制御や送受信の制御を行うレーダ制御器(9)は、本実施形態のレーダシステムを統括するシステム制御器(12)により制御される。
【0031】
さらに本実施形態では、複数のアレイアンテナのそれぞれに設置位置と方向の情報を生成する位置情報発生器(11−1〜11−M)を付加するとともに、前記アレイアンテナの位置情報とシステム制御器(12)が指示する放射ビーム指向方向のデータからアレイアンテナの最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器(13)と、選定された複数のアレイアンテナ開口面の素子配列形状からシステム制御器(12)が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を選定した開口を合成して求めるための各アンテナ励振条件算出器(14)を各アレイアンテナ共通の装置として付加することにより、各アレイアンテナを任意に移動して設置出来るように構成する。
【0032】
複数のアレイアンテナの開口面を同時に使用して位相と振幅の分布を所要の励振条件を満たすようにするには複数のアレイアンテナに共通の種信号を供給する必要がある。そのため本実施形態では、複数のアレイアンテナに共通の受信/励振器(16)と電力分配/合成器(15)を更に持ち、各アレイアンテナレーダ(10−1〜10−M)の電力分配/合成器(6)と受信/励振器(7)の間に切替器(17)を設けている。アレイアンテナ1を単独で運用する場合は受信/励振器(7)を使用し、複数のアレイアンテナの一部として運用する場合は各アレイアンテナに共通の受信/励振器(16)を使用する。
【0033】
図2〜図5は、複数のアレイアンテナの開口面を同時に使用してより大きな開口面を形成する場合の、開口面選択および励振振幅と、放射パターンの例を示す概念図である。以下、図1〜図5を参照しながら本実施形態の動作について説明する。
【0034】
まず、各アレイアンテナを単独で動作させる場合には、各アレイアンテナレーダ(10−1〜10−N)は、互いに分離して配置され、システム制御器12により、例えば各レーダの覆域を少しずつ重ねて広い範囲の監視が出来る用に制御される。この場合、切替器(17)により各アレイアンテナの受信/励振器(7)が選択されるので、各アレイアンテナレーダは図11に示す構成と同様になる。
【0035】
そして図12に示すように、開口面選択スイッチ(3)により放射ビームを形成したい方向のアンテナ開口面のN個の放射素子を選定し、各素子にビーム方向に対して同位相の励振位相となるように励振位相調整器(5−1〜5−N)で制御し、励振振幅を例えばテイラー分布の重みを励振振幅調整器(4−1〜4−N)で制御するとともに、各レーダの覆域を走査するようにN個の放射素子の選定を順次切替える。
【0036】
その結果、単独で動作する各アレイアンテナからは、図13に示す放射ビームと同様の放射ビームが得られる。従って、単独の開口面から48個の放射素子を選定し、任意の放射ビームを指向させる方向に直角な平面上で各素子の励振位相が同相で励振振幅がテイラー分布の重み付けを行い、サイドローブが−30dBとなる分布制御を行った時の放射パターンは、図13に示す放射パターンと同様に、ビーム幅は2.6度、サイドローブレベルは−30dBとなる。
【0037】
次に、複数のアレイアンテナを同時に動作させて一つの大きな開口面を形成する場合には、図2に示すように、複数のアレイアンテナを近接して設置し、放射ビームを形成したい方向のアンテナ開口面の各N個の放射素子を選定する。図2の例では3台のアレイアンテナを近接して設置し、3N個の素子を使用して1つの開口面としている。そのため、これら3台のアレイアンテナに対して共通の受信/励振器(16)と電力分配/合成器(15)が接続されるように、それぞれの切替器(17)を切替える。
【0038】
また、複数のアレイアンテナから選定した各素子に、ビーム方向に対して同位相の励振位相となるように励振位相調整器(5−1〜5−N)で制御し、励振振幅を例えば3N個の素子全体でテイラー分布の重み付けとなるように各アレイアンテナの励振振幅調整器(4−1〜4−N)をそれぞれ制御する。図2では、3台のアレイアンテナからそれぞれ48個の放射素子を選定し、計144個の放射素子を同時に動作させた場合の例を示している。
【0039】
励振分布の算出には、複数のアンテナの各放射素子の位置を全て認識する必要があり、そのために、最適アンテナ開口面選定器(13)により、各アレイアンテナの位置情報発生器(11−1〜11-3)の情報と、放射したい方向から各アレイアンテナの最適なアンテナ開口を選択し、各アンテナ励振条件算出器(14)で各放射素子の励振条件を求め、各アレイアンテナのアンテナビーム制御器(8)を制御する。
【0040】
システム制御器(12)は複数のアレイアンテナを同時に動作させる働きを行う。但し、放射素子の配列上、各アレイアンテナが重なる部分には、放射方向に垂直な平面に投影した面上の励振分布で放射に寄与しない素子が存在することが起こり、ここでは、重なり部分が各4素子で2箇所生じるとしている。このときの放射パターンは、図3に示すように、ビーム幅は1度、サイドローブレベルとして−20dBが得られ、十分実用に供しうる放射パターン性能が得られる。
【0041】
このように、複数のアレイアンテナを同時に動作させると、放射素子数を増加させて開口面を大きくしたことになり、ビーム幅を狭め、アンテナ利得を増加させ、送信電力を増加させることができる。図2の例では、単独のアレイアンテナに比べてビーム幅が1/2.6となりアンテナ利得は逆に2.6倍に、送信電力は3N個の素子から放射される電力とすることが可能となる。
【0042】
前記複数のアレイアンテナを同時に動作させるに当り、開口面を切替えて放射ビームを走査することができるが、開口面を切替えないで励振位相を変化させることによってもビームを走査させることができる。
【0043】
図4は、複数のアレイアンテナを同時に動作させる場合に、各アレイアンテナ間の距離が離れすぎて、十分に接近していない状況を示しており、この場合には、開口面の励振分布の段差が大きくなり、放射ビームが崩れてしまう。図5は、各アンテナ開口面の間が48素子分開いた場合の放射パターンの例を示しており、サイドローブレベルを十分に抑圧することが困難となる。
【0044】
図6は、本発明の第2の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【0045】
本実施形態では、図1に示す実施形態における共通の受信/励振器(16)を省略し、複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用される複数のレーダのうち、アレイアンテナレーダ(10−1)の受信/励振器(7)を複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用する際の受信/励振器として共用する。そのため、本実施形態では、アレイアンテナレーダ(10−1)の受信/励振器(7)と電力分配/合成器6の間に、切替および分配/合成器(18)が設けられる。
【0046】
図7(a)は、切替および分配/合成器(18)の構成例を示しており、アレイアンテナレーダ(10−1)を単独のレーダとして運用するか、あるいは複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するかを切替えるスイッチ(19)と、複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用されるとき、受信/励振器(7)の励振信号を前記複数のアレイアンテナに分配するとともに複数のアレイアンテナからの受信信号を合成して受信/励振器(7)へ入力する分配/合成器(20)を備えている。
【0047】
図7(b)は、アレイアンテナレーダ(10−1)とともに複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用されるその他のアレイアンテナレーダにおける受信/励振器(7)と電力分配/合成器6の間に設けられる切替器(17)の構成を示しており、これは、図1の各アレイアンテナレーダに設けられている切替器(17)と同じ構成でよい。本実施形態では、共通の受信/励振器(16)を省略しているので、その分構成が簡略となる。
【0048】
なお上記各実施形態では、アンテナ開口面が円形の素子配列の場合を例として説明したが、各アンテナ開口面は円形に限らず直線や平面または他の曲面配列でも同様に実施可能である。
【0049】
更に、図8に示すように、たとえば5台のアレイアンテナを近接してリング状に配置し、これらのアレイアンテナの中から互いに近接する単独のアンテナを3台ずつ選択することによって、より大きな開口面のアンテナを等価的に形成しながら全方位の走査を行うように構成してもよい。
【0050】
あるいは共通受信/励振器(16)と共通電力分配/合成器(15)を2組設け、5台のアレイアンテナのうち近接して配置された3台を第1のグループ、近接して配置された残りの2台を第2のグループとして選択し、一方の共通受信/励振器(16)と共通電力分配/合成器(15)を第1のグループに割り当て、他方の共通受信/励振器(16)と共通電力分配/合成器(15)を第2のグループに割り当てることにより、2方向に対してより大きな開口面のアンテナを等価的に形成することができる。またそれらを順次走査することにより、走査周期を1/2に短縮化する探知制御方法として用いることもできる。
【0051】
図9は、本発明の第3の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【0052】
本実施形態では、図1に示す実施形態において、励振振幅調整器(4−1〜4−N)と励振位相調整器(5−1〜5−N)と切替器(17)および受信/励振器(7)を上記以外にもう1組用意し、単独レーダとして使用する場合に2つのビームを形成することにより、探査能力を向上させたことを特徴とする。
【0053】
この場合、図10に示すように、開口面選択スイッチ(3)でアレイアンテナの任意のN個と任意のL個の放射素子からなる、2つの開口面を同時に選択できるように構成する。従って、本実施形態では、単独のアレイアンテナで動作させる場合は、2つの受信/励振器(7,7)で発生する信号を基に、アレイアンテナの異なる2つの部分の開口面を選択して同時に動作させ、2つの方位に同時に放射ビームを形成したり、位相走査させたりできる。
【0054】
一方、複数のアレイアンテナを同時に動作させる場合、図2に示すように複数のアレイアンテナを近接して設置し、放射ビームを形成したい方向のアンテナ開口面の各N個の放射素子または各L個の放射素子の一方を選定して一つの大きな開口面を形成させ、対応する切替器(7)により共通の受信/励振器(16)からの励振信号を選定された各N個の放射素子または各L個の放射素子の一方に供給し、選定された各N個の放射素子または各L個の放射素子で受信された信号を共通の受信/励振器(16)に導くことによって、より大きな開口面による目標探知を行うことができる。
【0055】
なお、図9において、共通の受信/励振器(16)および電力分配/合成器(15)をもう1組用意し、各アレイアンテナの2組の切替器(17)にそれぞれ別々に接続すれば、各N個の放射素子を選定して一つの大きな開口面を形成できると同時に他の各L個の放射素子を選定してもう一つの大きな開口面を形成できるという効果が得られる。また、本構成では2組の場合について説明したが、3組以上の構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1】本発明の第1の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【図2】複数のアレイアンテナを近接して同時動作した場合の開口面選択と励振振幅の例を示す概念図である。
【図3】複数のアレイアンテナを近接して同時動作した場合の放射パターン例を示す図である。
【図4】複数のアレイアンテナを離隔して同時動作した場合の開口面選択と励振振幅の例を示す概念図である。
【図5】複数のアレイアンテナが離隔した状態で同時動作した場合の放射パターン例を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【図7】本実施形態で用いられる切替器および分配/合成器(18)の構成例を示す図である。
【図8】複数のアレイアンテナを近接して同時動作させる他の実施例の開口面選択を示す概念図である。
【図9】本発明の複数のアレイアンテナを近接して同時動作した場合の開口面選択の他の例を示す概念図である。
【図10】アレイアンテナを単独で動作した場合の開口面選択の他の例を示す概念図である。
【図11】従来のアレイアンテナを用いたレーダシステムを示すブロック系統図である。
【図12】単独のアレイアンテナの開口面選択と励振振幅の例を示す概念図である。
【図13】単独のアレイアンテナの放射パターン例を示す図である。
【符号の説明】
【0057】
1 放射素子
2 アンテナ開口面
3 開口面選択スイッチ
4−1〜4−N 励振振幅調整器
5−1〜5−N 励振位相調整器
6 電力分配/合成器
7 受信/励振器
8 アンテナビーム制御器
9 レーダ制御器
10−1〜10−M アレイアンテナレーダ
11−1〜11−M 位置情報発生器
12 システム制御器
13 最適アンテナ開口面選定器
14 各アンテナ励振条件算出器
15,19 電力分配/合成器
16 受信/励振器
17 切替器
18 切替/分配/合成器
【技術分野】
【0001】
本発明は、アレイアンテナを用いたレーダシステムに関し、特に移動可能な複数のアレイアンテナ装置の放射開口を任意に増減した放射ビーム形成技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来アレイアンテナを用いたレーダシステムにおいて、開口面全体の中の部分形状を選択してアンテナ放射ビームの指向性を変える方式として、例えば、特許文献1あるいは非特許文献1に示されるように、円柱開口面に配列したアレイアンテナの部分を選択してアンテナ放射ビームを形成し、その選択する開口面を切り替えて放射ビームの指向方向を変える方式、あるいは非特許文献2に示されるように、任意形状開口面に配列したアレイアンテナの部分を選択してアンテナ放射ビームを形成すると同時に開口面の位相分布を変化させて電子的に放射ビームの方位角を変化させる方式、あるいは特許文献2に示されるように、複数のアンテナを分散配置して、放射ビームを目的の方向に指向するのに適したアンテナを選択する方式等が用いられている。
【0003】
図11は、従来のアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図の一例を示している。図11において、多数の放射素子(1)はアンテナ開口面(2)に所定の間隔で並べられており、開口面を選択できる開口面選択スイッチ(3)により放射ビームを形成したい方向の任意の範囲のN個の放射素子が選択される。選択された開口面の放射素子で、所要の方向にサイドローブを低く抑圧した放射ビームを形成するためには、選択された開口面の放射素子に例えば放射方向への位相が同じで、振幅がテイラー分布となるような、ビーム形成に適した位相と振幅の励振分布が与えられる。
【0004】
そのために、選択されたN個の放射素子(1)に最適な開口面励振分布を与えるための励振振幅調整器(4−1〜4−N)および励振位相調整器(5−1〜5−N)と、励振信号をN個の励振振幅調整器(4−1〜4−N)および励振位相調整器(5−1〜5−N)に分配し、またN個の励振振幅調整器(4−1〜4−N)および励振位相調整器(5−1〜5−N)を介して入力された受信信号を合成する電力分配/合成器(6)と、送信のための励振信号の種信号を生成して電力分配/合成器(6)へ送出し、電力分配/合成器(6)から入力された合成受信信号を処理する受信/励振器(7)と、任意の方向に放射ビームを生成し走査するための制御を行うアンテナビーム制御器(8)と、目標を探知するための放射ビームの指向方向の制御や送受信の制御を行うレーダ制御器(9)を備えている。
【0005】
このアレイアンテナを動作させる場合、開口面選択スイッチ(3)により放射ビームを形成したい方向のアンテナ開口面のN個の放射素子を選定し、各素子にビーム方向に対して同位相の励振位相となるように励振位相調整器(5−1〜5−N)で制御するとともに、励振振幅が例えば図12に示すようなテイラー分布の重み付けとなるように、励振振幅調整器(4−1〜4−N)で制御する。通常、励振振幅調整器には高周波信号の振幅を可変できる可変減衰器が使用され、励振位相調整器には高周波信号の位相を可変できる移相器が使用される。
【0006】
その結果、図13に示すような放射ビームが得られる。この例では、単独の開口面から48個の放射素子を選定し、任意の放射ビームを指向させる方向に直角な平面上で各素子の励振位相が同相で励振振幅がテイラー分布の重み付け、サイドローブが−30dBとなる分布制御を行った時の放射パターンであり、ビーム幅(−3dB)は2.6度、サイドローブレベルは−30dBが得られることを示している。また、送信電力はN個の素子から放射される電力の和となる。
【0007】
【特許文献1】特開平9−036637号公報
【特許文献2】特開平7−321534号公報
【非特許文献1】学会論文 シリンドリカルアクティブフェーズドアレイアンテナ(Cylindrical Active Phased Array Antenna),筆者 Mitsuhisa Sato,Masayuki Sugano,Kazuo Ikeba,Koichi Fukutani,Atsushi Terada,Tugio Yamazaki,“IEICE TRANSACTHIONS on Communications”10,OCTOBER 1993,VOL.E76-B ,PP1243-1248 Fig.2,Fig9
【非特許文献2】学会論文 ディジタルフォーミングフォアコンフォーマルアクティブアレイアンテナ(Digital Beam Forming for Conformal Active Array Antenna),筆者 Masaaki Kanno,Takayuki Hashimura,Takeshi Katada,Mitsuhisa Sato,Koichi Fukutani,Akihiro Suzuki,“IEEE Phased Array Systems and Technology”OCTOBER 1996 ,PP37-40 Fig.4~Fig8
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記従来技術では、放射ビームの指向方向が決まると、その方向に電波を出せる向きに実装されているアンテナ素子のみがアンテナ開口として使用できることになり、アンテナ開口の大きさは、アンテナの表面形状と個々のアンテナ配列および指向方向で決まってしまう。従って、構成されたアンテナ開口のうち、利用できる最大のアンテナ開口面積は放射ビームの指向方向に配列されている素子だけに制限され、それ以上は大きく出来ないので、アンテナ利得が制限されて大きく出来ないという問題がある。
【0009】
また送信電力も、放射ビームの指向方向に配列されている素子から放射される電力だけが寄与し、それ以上大きくすることは出来ないため、送信電力も同様に、そのアンテナ開口の中に実装されているアンテナ素子の放射電力と素子数で決まり、制限されてしまうという問題がある。
【0010】
本発明の目的は、分離して構成された複数のアレイアンテナ開口を用いることによって、単独でその中の開口を選択してビーム指向方向へのアンテナ利得を大きくまたは小さくしたり、複数のアレイアンテナ開口を同時に利用し、あたかも一つのアンテナ開口から電波が放射しているように制御することにより、さらに大きなアンテナ開口面積を作り出し、より狭いビーム幅の放射ビームを形成して、単独のアンテナ開口より大きなアンテナ利得が得られるアンテナ装置を提供することにある。
【0011】
本発明の他の目的は、前記と同様に、分離して構成された複数のアレイアンテナ開口のうち、単独でその中の開口を選択してビーム指向方向への放射電力を大きくまたは小さくしたり、複数のアレイアンテナ開口を同時に利用し、あたかも一つのアンテナ開口から電波が放射しているように制御することにより、さらに大きな送信電力を作り出すことを可能にし、単独のアンテナ開口より大きな送信電力が得られるアンテナ装置を提供することにある。
【0012】
本発明のさらに他の目的は、通常では、複数のレーダシステムを分離して配置して、それらのレーダ覆域を少しずつ重ねて、広い範囲の監視が出来、必要に応じて、任意の角度方向の距離方向の覆域を長くできる、広い範囲の監視と任意遠距離の監視を自由に選択出来るレーダシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明のアレイアンテナを用いたレーダシステムは、多数の放射素子をアンテナ開口面に並べ、空間でビーム合成を行って放射ビームを形成するアレイアンテナと、前記アレイアンテナにより形成される放射ビームを制御するアンテナビーム制御器と、前記アレイアンテナによる放射ビームの走査と送受信動作を制御するレーダ制御器と、前記アレイアンテナの設置位置と向きの情報を生成する位置情報発生器とを有する複数のアレイアンテナレーダと、前記複数のアレイアンテナレーダからなるシステムを統括制御するシステム制御部と、前記位置情報発生器から入力された前記複数のアレイアンテナレーダにおける前記アレイアンテナの設置位置と向きの情報と前記システム制御部から指示された方向データに基づいて、前記アレイアンテナ毎に最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器と、前記最適アンテナ開口面選定器で選定された前記アレイアンテナ毎の最適な放射開口面の素子配列形状から、前記システム制御部が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を前記アレイアンテナ毎に求めて、前記複数のアレイアンテナレーダの各アンテナビーム制御器へ出力する各アンテナ励振条件算出器と、を備えていることを特徴とする。
【0014】
本発明によれば、複数のアレイアンテナのそれぞれに設置位置と方向の情報を生成する位置情報発生器が付加され、各アンテナ開口面の位置が判るので、各アレイアンテナの放射素子の配置が判り、これら各アレイアンテナの放射素子を任意に組み合わせた放射素子による開口面を形成することが可能となる。
【0015】
また、各アレイアンテナの位置情報とレーダ制御器が指示する放射ビーム指向方向のデータから各アレイアンテナの最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器が付加されているので、複数のアレイアンテナ開口面から、放射ビーム指向方向に電波を放射できる任意または最大の開口面となる放射素子を選定することが可能となる。
【0016】
また、選定された複数のアレイアンテナ開口面の放射素子配列形状からレーダ制御部が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を選定した開口を合成して求めるための各アンテナ励振条件算出器が付加されているので、選定された複数のアレイアンテナ開口面の放射素子に放射ビームの指向方向およびアンテナ放射パターンのサイドローブ値を所要の値に抑えるための最適な開口面励振分布を求めることができる。
【0017】
また本発明の前記複数のアレイアンテナはその設置位置を移動可能に構成することができ、その場合、前記システム制御部は、各アレイアンテナを離隔して設置することにより前記複数のアレイアンテナレーダを、それぞれを単独のレーダとして運用制御する機能と、複数のアレイアンテナを近接して配置し、所望数のアレイアンテナの開口面を合わせたより大きな開口面を有するアレイアンテナを備えたレーダとして運用制御する機能を備えており、両機能を適宜切替えて運用可能としたことを特徴とする。
【0018】
例えば、各アレイアンテナを十分に離隔して設置し、アレイアンテナ単独の放射開口面の一部または全部を選定して、任意の放射ビームを形成し、走査させることにより、単独のアレイアンテナで任意のビーム指向方向への放射電力を大きくまたは小さくしたりして必要な範囲の領域をカバーするレーダシステムに用いたり、複数のアレイアンテナをそれぞれ単独で動作させ、それぞれのアレイアンテナでカバーすることのできる領域を分担させることにより、より広い範囲の領域をカバーできるレーダシステムに用いることもできる。
【0019】
また、各アレイアンテナを近接して設置し、複数のアンテナ開口を同時に選定して利用し、あたかも一つのアンテナ開口から電波が放射しているように制御させ、さらに大きなアンテナ開口面積を作り出すことによって、単独のアンテナ開口より大きな、アンテナ利得と送信電力を有するより遠距離の領域をカバーできるレーダシステムに用いることができる。
【0020】
したがって、通常では、複数のレーダシステムを分離して配置して、それらのレーダ覆域を少しずつ重ねて、広い範囲の監視が出来、必要に応じて、任意の角度方向で距離方向の覆域を長くもでき、広い範囲の監視と任意遠距離の監視を自由に選択出来るレーダシステムを提供できる。
【0021】
前記レーダシステムのより具体的な構成例は、前記複数のアレイアンテナを近接配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するときに共通の励振信号を前記所望数のアレイアンテナに種信号として供給し、前記所望数のアレイアンテナで受信された信号を処理する共通の受信/励振器を備え、前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数(N個)の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、選択されたN個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をN分配して前記励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記電力分配/合成器へ送出し、前記電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の受信/励振器と、前記単独のレーダとして運用するときに前記専用の受信/励振器を前記電力分配/合成器と接続し、複数のアレイアンテナを近接配置して前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナの1つとして運用されるときに前記共通の受信/励振器を前記電力分配/合成器と接続する切替器と、を備えていることを特徴とする。
【0022】
即ち本発明の場合、複数のアレイアンテナの開口面を同時に使用して位相と振幅の分布を所要の励振条件を満たすようにするには、複数のアレイアンテナに共通の種信号を送信する必要があり、そのため上記構成例では、複数のアレイアンテナに共通の受信/励振器を持ち、各アレイアンテナを単独で運用する場合はそれぞれ専用の受信/励振器を使用し、複数のアレイアンテナを近接して配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用する場合は共通の受信/励振器を使用するように切替える。
【0023】
また、前記レーダシステムの別の構成例では、前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数(N個)の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、選択されたN個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をN分配して前記励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記電力分配/合成器へ送出し、前記電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の受信/励振器を備えるとともに、前記アレイアンテナレーダのうち、所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用される複数のレーダから選定された1つのレーダは、当該レーダの前記専用の受信/励振器の励振信号を前記複数のアレイアンテナに分配するとともに前記複数のアレイアンテナで受信された信号を合成する第3の電力分配/合成器と、単独のレーダとしての運用と前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとしての運用を切替える切替器を備えており、前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用されるその他のレーダは、当該レーダの専用の受信/励振器を用いた単独のレーダとしての運用と前記第3の電力分配/合成器介して入力される励振信号を用いた前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとしての運用を切替える切替器を備えていることを特徴とする
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、アレイアンテナを複数組み合わせることにより、単独のアレイアンテナ開口より大きな、あるいは必要に応じた開口面積のアレイアンテナを提供でき、より遠距離、小目標、高方位分解能のレーダシステムが得られる。
【0025】
即ち本発明では、分離して構成された複数のアレイアンテナの開口面の一部を同時に利用し、あたかも一つのアンテナ開口から電波が放射しているように制御することにより、さらに大きなアンテナ開口面積を作り出すことができるが、アンテナ開口面を大きくすることにより放射ビームのビーム幅は小さく、かつアンテナ利得は大きくなる。レーダの目標探知距離は、送信アンテナ利得と受信アンテナ利得と送信電力および目標の反射断面積に比例する。一方、開口面積が増加するとアンテナ利得が大きくなると同時にアレイの素子数が増加する。アンテナ利得が増加すると同じ送信電力でより遠くに電波が届くが、放射素子数が増加するので送信電力も増加し、結果として、同じ反射断面積の目標をより遠方で探知できることになる。また、同じ探知距離で比べた場合、より小さな反射断面積の目標が探知できることになる。
【0026】
通常、同じ距離で同じビーム幅の中に存在する目標は同時に検出されるため分離が出来ず、また、同じビーム幅でも距離が遠くなればなるほど、そのビーム幅で照射される方位方向の距離は長くなるので方位方向の距離分解能は悪くなるが、本発明では、より大きなアンテナの開口面を形成することができるので、より狭いビーム幅のアンテナを生成することが可能となり、より遠くの目標を、より高分解能に探知することができる。
【0027】
また、複数のレーダシステムを分離して配置し、それらのレーダ覆域を少しずつ重ねて、広い範囲の監視が出来、必要に応じて、任意の角度方向の距離方向の覆域を長くもできる、広い範囲の監視と任意遠距離の監視を自由に選択出来るレーダシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0028】
図1は、本発明の第1の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【0029】
図1において、多数の放射素子(1)をアンテナ開口面(2)に並べて、開口面を構成する放射素子の中から任意のN個を選択できる開口面選択スイッチ(3)と、任意の方向に放射ビームを形成するために、選択されたN個の放射素子(1)に最適な開口面励振分布を与えるための励振振幅調整器(4−1〜4−N)および励振位相調整器(5−1〜5−N)と、選択された開口面に励振信号を分配したりまたはN個の放射素子で受信した信号を合成する電力分配/合成器(6)と、送信のための励振信号の種信号を生成したり、アンテナからの信号を受信したりする受信/励振器(7)は、図11に示す従来のアレイアンテナレーダの対応する部分と同様の機能を有している。
【0030】
本実施形態においては、複数のアレイアンテナレーダ(10−1〜10−M)が設けられ、各アレイアンテナレーダには、受信/励振器(7)で生成された送信信号の種を利用するか、またはアレイアンテナに共通の受信/励振器(16)で生成された送信信号を利用するかを選択して切替え、選択された開口面で受信した信号を受信/励振器(7)または(16)に取り込むように切替える切替器(17)が設けられる。また、任意の方向に放射ビームを生成し走査するための制御を行うアンテナビーム制御器(8)と、目標を探知するための放射ビームの指向方向の制御や送受信の制御を行うレーダ制御器(9)は、本実施形態のレーダシステムを統括するシステム制御器(12)により制御される。
【0031】
さらに本実施形態では、複数のアレイアンテナのそれぞれに設置位置と方向の情報を生成する位置情報発生器(11−1〜11−M)を付加するとともに、前記アレイアンテナの位置情報とシステム制御器(12)が指示する放射ビーム指向方向のデータからアレイアンテナの最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器(13)と、選定された複数のアレイアンテナ開口面の素子配列形状からシステム制御器(12)が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を選定した開口を合成して求めるための各アンテナ励振条件算出器(14)を各アレイアンテナ共通の装置として付加することにより、各アレイアンテナを任意に移動して設置出来るように構成する。
【0032】
複数のアレイアンテナの開口面を同時に使用して位相と振幅の分布を所要の励振条件を満たすようにするには複数のアレイアンテナに共通の種信号を供給する必要がある。そのため本実施形態では、複数のアレイアンテナに共通の受信/励振器(16)と電力分配/合成器(15)を更に持ち、各アレイアンテナレーダ(10−1〜10−M)の電力分配/合成器(6)と受信/励振器(7)の間に切替器(17)を設けている。アレイアンテナ1を単独で運用する場合は受信/励振器(7)を使用し、複数のアレイアンテナの一部として運用する場合は各アレイアンテナに共通の受信/励振器(16)を使用する。
【0033】
図2〜図5は、複数のアレイアンテナの開口面を同時に使用してより大きな開口面を形成する場合の、開口面選択および励振振幅と、放射パターンの例を示す概念図である。以下、図1〜図5を参照しながら本実施形態の動作について説明する。
【0034】
まず、各アレイアンテナを単独で動作させる場合には、各アレイアンテナレーダ(10−1〜10−N)は、互いに分離して配置され、システム制御器12により、例えば各レーダの覆域を少しずつ重ねて広い範囲の監視が出来る用に制御される。この場合、切替器(17)により各アレイアンテナの受信/励振器(7)が選択されるので、各アレイアンテナレーダは図11に示す構成と同様になる。
【0035】
そして図12に示すように、開口面選択スイッチ(3)により放射ビームを形成したい方向のアンテナ開口面のN個の放射素子を選定し、各素子にビーム方向に対して同位相の励振位相となるように励振位相調整器(5−1〜5−N)で制御し、励振振幅を例えばテイラー分布の重みを励振振幅調整器(4−1〜4−N)で制御するとともに、各レーダの覆域を走査するようにN個の放射素子の選定を順次切替える。
【0036】
その結果、単独で動作する各アレイアンテナからは、図13に示す放射ビームと同様の放射ビームが得られる。従って、単独の開口面から48個の放射素子を選定し、任意の放射ビームを指向させる方向に直角な平面上で各素子の励振位相が同相で励振振幅がテイラー分布の重み付けを行い、サイドローブが−30dBとなる分布制御を行った時の放射パターンは、図13に示す放射パターンと同様に、ビーム幅は2.6度、サイドローブレベルは−30dBとなる。
【0037】
次に、複数のアレイアンテナを同時に動作させて一つの大きな開口面を形成する場合には、図2に示すように、複数のアレイアンテナを近接して設置し、放射ビームを形成したい方向のアンテナ開口面の各N個の放射素子を選定する。図2の例では3台のアレイアンテナを近接して設置し、3N個の素子を使用して1つの開口面としている。そのため、これら3台のアレイアンテナに対して共通の受信/励振器(16)と電力分配/合成器(15)が接続されるように、それぞれの切替器(17)を切替える。
【0038】
また、複数のアレイアンテナから選定した各素子に、ビーム方向に対して同位相の励振位相となるように励振位相調整器(5−1〜5−N)で制御し、励振振幅を例えば3N個の素子全体でテイラー分布の重み付けとなるように各アレイアンテナの励振振幅調整器(4−1〜4−N)をそれぞれ制御する。図2では、3台のアレイアンテナからそれぞれ48個の放射素子を選定し、計144個の放射素子を同時に動作させた場合の例を示している。
【0039】
励振分布の算出には、複数のアンテナの各放射素子の位置を全て認識する必要があり、そのために、最適アンテナ開口面選定器(13)により、各アレイアンテナの位置情報発生器(11−1〜11-3)の情報と、放射したい方向から各アレイアンテナの最適なアンテナ開口を選択し、各アンテナ励振条件算出器(14)で各放射素子の励振条件を求め、各アレイアンテナのアンテナビーム制御器(8)を制御する。
【0040】
システム制御器(12)は複数のアレイアンテナを同時に動作させる働きを行う。但し、放射素子の配列上、各アレイアンテナが重なる部分には、放射方向に垂直な平面に投影した面上の励振分布で放射に寄与しない素子が存在することが起こり、ここでは、重なり部分が各4素子で2箇所生じるとしている。このときの放射パターンは、図3に示すように、ビーム幅は1度、サイドローブレベルとして−20dBが得られ、十分実用に供しうる放射パターン性能が得られる。
【0041】
このように、複数のアレイアンテナを同時に動作させると、放射素子数を増加させて開口面を大きくしたことになり、ビーム幅を狭め、アンテナ利得を増加させ、送信電力を増加させることができる。図2の例では、単独のアレイアンテナに比べてビーム幅が1/2.6となりアンテナ利得は逆に2.6倍に、送信電力は3N個の素子から放射される電力とすることが可能となる。
【0042】
前記複数のアレイアンテナを同時に動作させるに当り、開口面を切替えて放射ビームを走査することができるが、開口面を切替えないで励振位相を変化させることによってもビームを走査させることができる。
【0043】
図4は、複数のアレイアンテナを同時に動作させる場合に、各アレイアンテナ間の距離が離れすぎて、十分に接近していない状況を示しており、この場合には、開口面の励振分布の段差が大きくなり、放射ビームが崩れてしまう。図5は、各アンテナ開口面の間が48素子分開いた場合の放射パターンの例を示しており、サイドローブレベルを十分に抑圧することが困難となる。
【0044】
図6は、本発明の第2の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【0045】
本実施形態では、図1に示す実施形態における共通の受信/励振器(16)を省略し、複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用される複数のレーダのうち、アレイアンテナレーダ(10−1)の受信/励振器(7)を複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用する際の受信/励振器として共用する。そのため、本実施形態では、アレイアンテナレーダ(10−1)の受信/励振器(7)と電力分配/合成器6の間に、切替および分配/合成器(18)が設けられる。
【0046】
図7(a)は、切替および分配/合成器(18)の構成例を示しており、アレイアンテナレーダ(10−1)を単独のレーダとして運用するか、あるいは複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するかを切替えるスイッチ(19)と、複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用されるとき、受信/励振器(7)の励振信号を前記複数のアレイアンテナに分配するとともに複数のアレイアンテナからの受信信号を合成して受信/励振器(7)へ入力する分配/合成器(20)を備えている。
【0047】
図7(b)は、アレイアンテナレーダ(10−1)とともに複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用されるその他のアレイアンテナレーダにおける受信/励振器(7)と電力分配/合成器6の間に設けられる切替器(17)の構成を示しており、これは、図1の各アレイアンテナレーダに設けられている切替器(17)と同じ構成でよい。本実施形態では、共通の受信/励振器(16)を省略しているので、その分構成が簡略となる。
【0048】
なお上記各実施形態では、アンテナ開口面が円形の素子配列の場合を例として説明したが、各アンテナ開口面は円形に限らず直線や平面または他の曲面配列でも同様に実施可能である。
【0049】
更に、図8に示すように、たとえば5台のアレイアンテナを近接してリング状に配置し、これらのアレイアンテナの中から互いに近接する単独のアンテナを3台ずつ選択することによって、より大きな開口面のアンテナを等価的に形成しながら全方位の走査を行うように構成してもよい。
【0050】
あるいは共通受信/励振器(16)と共通電力分配/合成器(15)を2組設け、5台のアレイアンテナのうち近接して配置された3台を第1のグループ、近接して配置された残りの2台を第2のグループとして選択し、一方の共通受信/励振器(16)と共通電力分配/合成器(15)を第1のグループに割り当て、他方の共通受信/励振器(16)と共通電力分配/合成器(15)を第2のグループに割り当てることにより、2方向に対してより大きな開口面のアンテナを等価的に形成することができる。またそれらを順次走査することにより、走査周期を1/2に短縮化する探知制御方法として用いることもできる。
【0051】
図9は、本発明の第3の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【0052】
本実施形態では、図1に示す実施形態において、励振振幅調整器(4−1〜4−N)と励振位相調整器(5−1〜5−N)と切替器(17)および受信/励振器(7)を上記以外にもう1組用意し、単独レーダとして使用する場合に2つのビームを形成することにより、探査能力を向上させたことを特徴とする。
【0053】
この場合、図10に示すように、開口面選択スイッチ(3)でアレイアンテナの任意のN個と任意のL個の放射素子からなる、2つの開口面を同時に選択できるように構成する。従って、本実施形態では、単独のアレイアンテナで動作させる場合は、2つの受信/励振器(7,7)で発生する信号を基に、アレイアンテナの異なる2つの部分の開口面を選択して同時に動作させ、2つの方位に同時に放射ビームを形成したり、位相走査させたりできる。
【0054】
一方、複数のアレイアンテナを同時に動作させる場合、図2に示すように複数のアレイアンテナを近接して設置し、放射ビームを形成したい方向のアンテナ開口面の各N個の放射素子または各L個の放射素子の一方を選定して一つの大きな開口面を形成させ、対応する切替器(7)により共通の受信/励振器(16)からの励振信号を選定された各N個の放射素子または各L個の放射素子の一方に供給し、選定された各N個の放射素子または各L個の放射素子で受信された信号を共通の受信/励振器(16)に導くことによって、より大きな開口面による目標探知を行うことができる。
【0055】
なお、図9において、共通の受信/励振器(16)および電力分配/合成器(15)をもう1組用意し、各アレイアンテナの2組の切替器(17)にそれぞれ別々に接続すれば、各N個の放射素子を選定して一つの大きな開口面を形成できると同時に他の各L個の放射素子を選定してもう一つの大きな開口面を形成できるという効果が得られる。また、本構成では2組の場合について説明したが、3組以上の構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1】本発明の第1の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【図2】複数のアレイアンテナを近接して同時動作した場合の開口面選択と励振振幅の例を示す概念図である。
【図3】複数のアレイアンテナを近接して同時動作した場合の放射パターン例を示す図である。
【図4】複数のアレイアンテナを離隔して同時動作した場合の開口面選択と励振振幅の例を示す概念図である。
【図5】複数のアレイアンテナが離隔した状態で同時動作した場合の放射パターン例を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【図7】本実施形態で用いられる切替器および分配/合成器(18)の構成例を示す図である。
【図8】複数のアレイアンテナを近接して同時動作させる他の実施例の開口面選択を示す概念図である。
【図9】本発明の複数のアレイアンテナを近接して同時動作した場合の開口面選択の他の例を示す概念図である。
【図10】アレイアンテナを単独で動作した場合の開口面選択の他の例を示す概念図である。
【図11】従来のアレイアンテナを用いたレーダシステムを示すブロック系統図である。
【図12】単独のアレイアンテナの開口面選択と励振振幅の例を示す概念図である。
【図13】単独のアレイアンテナの放射パターン例を示す図である。
【符号の説明】
【0057】
1 放射素子
2 アンテナ開口面
3 開口面選択スイッチ
4−1〜4−N 励振振幅調整器
5−1〜5−N 励振位相調整器
6 電力分配/合成器
7 受信/励振器
8 アンテナビーム制御器
9 レーダ制御器
10−1〜10−M アレイアンテナレーダ
11−1〜11−M 位置情報発生器
12 システム制御器
13 最適アンテナ開口面選定器
14 各アンテナ励振条件算出器
15,19 電力分配/合成器
16 受信/励振器
17 切替器
18 切替/分配/合成器
【特許請求の範囲】
【請求項1】
多数の放射素子をアンテナ開口面に並べ、空間でビーム合成を行って放射ビームを形成するアレイアンテナと、前記アレイアンテナにより形成される放射ビームを制御するアンテナビーム制御器と、前記アレイアンテナによる放射ビームの走査と送受信動作を制御するレーダ制御器と、前記アレイアンテナの設置位置と向きの情報を生成する位置情報発生器とを有する複数のアレイアンテナレーダと、
前記複数のアレイアンテナレーダからなるシステムを統括制御するシステム制御部と、
前記位置情報発生器から入力された前記複数のアレイアンテナレーダにおける前記アレイアンテナの設置位置と向きの情報と前記システム制御部から指示された方向データに基づいて、前記アレイアンテナ毎に最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器と、
前記最適アンテナ開口面選定器で選定された前記アレイアンテナ毎の最適な放射開口面の素子配列形状から、前記システム制御部が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を前記アレイアンテナ毎に求めて、前記複数のアレイアンテナレーダの各アンテナビーム制御器へ出力する各アンテナ励振条件算出器と
を備えていることを特徴とするアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項2】
前記システム制御部は、前記複数のアレイアンテナを近接して配置し、所望数のアレイアンテナの開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナを備えたレーダとして運用制御する機能を有していることを特徴とする請求項1に記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項3】
前記複数のアレイアンテナレーダにおけるアレイアンテナは、その設置位置を移動可能に構成されており、前記システム制御部は、各アレイアンテナを離隔して設置することにより前記複数のアレイアンテナレーダをそれぞれ単独のレーダとして運用制御する機能と、前記複数のアレイアンテナを近接して配置し、所望数のアレイアンテナの開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナを備えたレーダとして運用制御する機能を有していることを特徴とする請求項1に記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項4】
前記システム制御部は、前記複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する2台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくした第1のグループのアレイアンテナを形成するとともに、該複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する2台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくした前記第1のグループを含まない第2のグループのアレイアンテナを形成し、等価的に開口面を大きくした2組のアレイアンテナによる動作を同時に行う機能を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項5】
前記システム制御部は、前記複数のアレイアンテナレーダを近接してリング状に配置し、該複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する2台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくしたアレイアンテナを形成するとともに、該選択する2台以上のアレイアンテナレーダの組合せを順次ずらすことにより、等価的に開口面を大きくしたアレイアンテナによる全方位の走査を行う機能を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項6】
前記システム制御部は、前記複数のアレイアンテナレーダを近接してリング状に配置し、該複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する2台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくした第1のグループのアレイアンテナを形成するとともに、該複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する2台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくした前記第1のグループを含まない第2のグループのアレイアンテナを形成し、前記第1のグループと前記第2のグループの組合せを順次ずらすことにより、等価的に開口面を大きくした2組のアレイアンテナによる全方位の走査を同時に行う機能を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項7】
前記複数のアレイアンテナを近接配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するときに共通の励振信号を前記所望数のアレイアンテナに種信号として供給し、前記所望数のアレイアンテナで受信された信号を処理する共通の受信/励振器を備え、
前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数(N個)の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、選択されたN個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をN分配して前記励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記電力分配/合成器へ送出し、前記電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の受信/励振器と、それぞれが単独のレーダとして運用されるときに前記専用の受信/励振器を前記電力分配/合成器と接続し、複数のアレイアンテナを近接配置して前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナの1つとして運用されるときに前記共通の受信/励振器を前記電力分配/合成器と接続する切替器と、を備えていることを特徴とする請求項請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項8】
前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数(N個)の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、選択されたN個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をN分配して前記励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記電力分配/合成器へ送出し、前記電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の受信/励振器を備えるとともに、前記アレイアンテナレーダのうち、所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用される複数のレーダから選定された1つのレーダは、当該レーダの前記専用の受信/励振器の励振信号を前記複数のアレイアンテナに分配するとともに前記複数のアレイアンテナで受信された信号を合成する第3の電力分配/合成器と、単独のレーダとしての運用と前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとしての運用を切替える切替器を備えており、前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用されるその他のレーダは、当該レーダの専用の受信/励振器を用いた単独のレーダとしての運用と前記第3の電力分配/合成器介して入力される励振信号を用いた前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとしての運用を切替える切替器を備えていることを特徴とする請求項請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項9】
前記複数のアレイアンテナを近接配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するときに共通の励振信号を前記所望数のアレイアンテナに種信号として供給し、前記所望数のアレイアンテナで受信された信号を処理する共通の受信/励振器を備え、
前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数(N個)の放射素子と該所望位置とは異なる位置における所定数(L個)の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、前記選択されたN個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える第1の励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をN分配して前記第1の励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記第1の励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する第1の電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記第1の電力分配/合成器へ送出し、前記第1の電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の第1の受信/励振器と、前記選択されたL個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える第2の励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をL分配して前記第2の励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記第2の励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する第2の電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記第2の電力分配/合成器へ送出し、前記第2の電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の第2の受信/励振器と、単独のレーダとして運用するときに前記専用の第1、第2の受信/励振器を前記第1、第2の電力分配/合成器と接続し、複数のアレイアンテナを近接配置して前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナの1つとして運用されるときに前記第1または第2のいずれか一方の電力分配/合成器のみを前記共通の受信/励振器と接続する第1、第2の切替器と、を備えていることを特徴とする請求項請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項10】
前記複数のアレイアンテナを近接配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するときに共通の励振信号を前記所望数のアレイアンテナに種信号として供給し、前記所望数のアレイアンテナで受信された信号を処理する共通の第1および第2の受信/励振器を備え、
前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数(N個)の放射素子と該所望位置とは異なる位置における所定数(L個)の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、前記選択されたN個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える第1の励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をN分配して前記第1の励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記第1の励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する第1の電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記第1の電力分配/合成器へ送出し、前記第1の電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の第1の受信/励振器と、前記選択されたL個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える第2の励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をL分配して前記第2の励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記第2の励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する第2の電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記第2の電力分配/合成器へ送出し、前記第2の電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の第2の受信/励振器と、単独のレーダとして運用するときに前記専用の第1、第2の受信/励振器を前記第1、第2の電力分配/合成器と接続し、複数のアレイアンテナを近接配置して前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナの1つとして運用されるときに前記共通の第1、第2の受信/励振器を前記第1、第2の電力分配/合成器と接続する第1、第2の切替器と、を備えていることを特徴とする請求項請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項1】
多数の放射素子をアンテナ開口面に並べ、空間でビーム合成を行って放射ビームを形成するアレイアンテナと、前記アレイアンテナにより形成される放射ビームを制御するアンテナビーム制御器と、前記アレイアンテナによる放射ビームの走査と送受信動作を制御するレーダ制御器と、前記アレイアンテナの設置位置と向きの情報を生成する位置情報発生器とを有する複数のアレイアンテナレーダと、
前記複数のアレイアンテナレーダからなるシステムを統括制御するシステム制御部と、
前記位置情報発生器から入力された前記複数のアレイアンテナレーダにおける前記アレイアンテナの設置位置と向きの情報と前記システム制御部から指示された方向データに基づいて、前記アレイアンテナ毎に最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器と、
前記最適アンテナ開口面選定器で選定された前記アレイアンテナ毎の最適な放射開口面の素子配列形状から、前記システム制御部が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を前記アレイアンテナ毎に求めて、前記複数のアレイアンテナレーダの各アンテナビーム制御器へ出力する各アンテナ励振条件算出器と
を備えていることを特徴とするアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項2】
前記システム制御部は、前記複数のアレイアンテナを近接して配置し、所望数のアレイアンテナの開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナを備えたレーダとして運用制御する機能を有していることを特徴とする請求項1に記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項3】
前記複数のアレイアンテナレーダにおけるアレイアンテナは、その設置位置を移動可能に構成されており、前記システム制御部は、各アレイアンテナを離隔して設置することにより前記複数のアレイアンテナレーダをそれぞれ単独のレーダとして運用制御する機能と、前記複数のアレイアンテナを近接して配置し、所望数のアレイアンテナの開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナを備えたレーダとして運用制御する機能を有していることを特徴とする請求項1に記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項4】
前記システム制御部は、前記複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する2台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくした第1のグループのアレイアンテナを形成するとともに、該複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する2台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくした前記第1のグループを含まない第2のグループのアレイアンテナを形成し、等価的に開口面を大きくした2組のアレイアンテナによる動作を同時に行う機能を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項5】
前記システム制御部は、前記複数のアレイアンテナレーダを近接してリング状に配置し、該複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する2台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくしたアレイアンテナを形成するとともに、該選択する2台以上のアレイアンテナレーダの組合せを順次ずらすことにより、等価的に開口面を大きくしたアレイアンテナによる全方位の走査を行う機能を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項6】
前記システム制御部は、前記複数のアレイアンテナレーダを近接してリング状に配置し、該複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する2台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくした第1のグループのアレイアンテナを形成するとともに、該複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する2台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくした前記第1のグループを含まない第2のグループのアレイアンテナを形成し、前記第1のグループと前記第2のグループの組合せを順次ずらすことにより、等価的に開口面を大きくした2組のアレイアンテナによる全方位の走査を同時に行う機能を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項7】
前記複数のアレイアンテナを近接配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するときに共通の励振信号を前記所望数のアレイアンテナに種信号として供給し、前記所望数のアレイアンテナで受信された信号を処理する共通の受信/励振器を備え、
前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数(N個)の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、選択されたN個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をN分配して前記励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記電力分配/合成器へ送出し、前記電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の受信/励振器と、それぞれが単独のレーダとして運用されるときに前記専用の受信/励振器を前記電力分配/合成器と接続し、複数のアレイアンテナを近接配置して前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナの1つとして運用されるときに前記共通の受信/励振器を前記電力分配/合成器と接続する切替器と、を備えていることを特徴とする請求項請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項8】
前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数(N個)の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、選択されたN個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をN分配して前記励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記電力分配/合成器へ送出し、前記電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の受信/励振器を備えるとともに、前記アレイアンテナレーダのうち、所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用される複数のレーダから選定された1つのレーダは、当該レーダの前記専用の受信/励振器の励振信号を前記複数のアレイアンテナに分配するとともに前記複数のアレイアンテナで受信された信号を合成する第3の電力分配/合成器と、単独のレーダとしての運用と前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとしての運用を切替える切替器を備えており、前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用されるその他のレーダは、当該レーダの専用の受信/励振器を用いた単独のレーダとしての運用と前記第3の電力分配/合成器介して入力される励振信号を用いた前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとしての運用を切替える切替器を備えていることを特徴とする請求項請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項9】
前記複数のアレイアンテナを近接配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するときに共通の励振信号を前記所望数のアレイアンテナに種信号として供給し、前記所望数のアレイアンテナで受信された信号を処理する共通の受信/励振器を備え、
前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数(N個)の放射素子と該所望位置とは異なる位置における所定数(L個)の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、前記選択されたN個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える第1の励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をN分配して前記第1の励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記第1の励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する第1の電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記第1の電力分配/合成器へ送出し、前記第1の電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の第1の受信/励振器と、前記選択されたL個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える第2の励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をL分配して前記第2の励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記第2の励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する第2の電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記第2の電力分配/合成器へ送出し、前記第2の電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の第2の受信/励振器と、単独のレーダとして運用するときに前記専用の第1、第2の受信/励振器を前記第1、第2の電力分配/合成器と接続し、複数のアレイアンテナを近接配置して前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナの1つとして運用されるときに前記第1または第2のいずれか一方の電力分配/合成器のみを前記共通の受信/励振器と接続する第1、第2の切替器と、を備えていることを特徴とする請求項請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項10】
前記複数のアレイアンテナを近接配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するときに共通の励振信号を前記所望数のアレイアンテナに種信号として供給し、前記所望数のアレイアンテナで受信された信号を処理する共通の第1および第2の受信/励振器を備え、
前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数(N個)の放射素子と該所望位置とは異なる位置における所定数(L個)の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、前記選択されたN個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える第1の励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をN分配して前記第1の励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記第1の励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する第1の電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記第1の電力分配/合成器へ送出し、前記第1の電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の第1の受信/励振器と、前記選択されたL個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える第2の励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をL分配して前記第2の励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記第2の励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する第2の電力分配/合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記第2の電力分配/合成器へ送出し、前記第2の電力分配/合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の第2の受信/励振器と、単独のレーダとして運用するときに前記専用の第1、第2の受信/励振器を前記第1、第2の電力分配/合成器と接続し、複数のアレイアンテナを近接配置して前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナの1つとして運用されるときに前記共通の第1、第2の受信/励振器を前記第1、第2の電力分配/合成器と接続する第1、第2の切替器と、を備えていることを特徴とする請求項請求項1〜3のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
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【図12】
【図13】
【公開番号】特開2006−292614(P2006−292614A)
【公開日】平成18年10月26日(2006.10.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−115697(P2005−115697)
【出願日】平成17年4月13日(2005.4.13)
【出願人】(000004237)日本電気株式会社 (19,353)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年10月26日(2006.10.26)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年4月13日(2005.4.13)
【出願人】(000004237)日本電気株式会社 (19,353)
【Fターム(参考)】
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