レーダ装置
【課題】周波数選定範囲が狭い場合であっても、目標検出性能や測角精度を向上させ、また追尾能力を向上させることができるレーダ装置を提供する。
【解決手段】アレイアンテナ１と、基準位置をオフセットさせることによってアレイアンテナに与える複数の複素ウェイトを算出するウェイト演算部４４と、ウェイト演算部で算出された複数の複素ウェイトをアレイアンテナに順次設定してビームを形成させるビーム形成部１２1〜１２Nと、ビーム形成部で形成されたビームに基づき得られたビームデータを順次取得するビームデータ取得部４１と、ビームデータ取得部で順次取得された複数のビームデータの最大値を検出して受信信号とする最大値検出部４２と、最大値検出部で得られた受信信号に基づいて目標を検出する目標検出処理部４３とを備えている。
【解決手段】アレイアンテナ１と、基準位置をオフセットさせることによってアレイアンテナに与える複数の複素ウェイトを算出するウェイト演算部４４と、ウェイト演算部で算出された複数の複素ウェイトをアレイアンテナに順次設定してビームを形成させるビーム形成部１２1〜１２Nと、ビーム形成部で形成されたビームに基づき得られたビームデータを順次取得するビームデータ取得部４１と、ビームデータ取得部で順次取得された複数のビームデータの最大値を検出して受信信号とする最大値検出部４２と、最大値検出部で得られた受信信号に基づいて目標を検出する目標検出処理部４３とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェーズドアレイアンテナを用いたレーダ装置に関し、特にマルチパスによる受信信号のレベル低下を排除する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ装置では、マルチパス環境下においては、目標から反射されて直接に到達する直接波と途中で海面や地表などで反射されて到達するマルチパス波とが合成されてアンテナに入力されるため、距離によっては受信電力が急激に低下する（非特許文献１、ｐ．４９−５５参照）。その結果、目標の検出や追随維持ができなかったり、測角精度が大幅に劣化するという問題を生じていた。
【０００３】
このような問題の対策として、複数の周波数を使用して、受信電力の急激なレベル低下点をずらすことにより得られる受信信号の最大値を使用する周波数ダイバーシティ法が知られている（例えば、非特許文献１、ｐ．２６９−２７２参照）。
【非特許文献１】吉田孝監修、「改訂 レーダ技術」、初版、社団法人電子情報通信学会、平成１５年２月１５日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のレーダ装置では、周波数ダイバーシティ法を利用する場合に、周波数の可変幅に制約があり、周波数選定範囲が狭いシステムでは、受信電力のレベル低下点を大きくずらすことができない。その結果、周波数ダイバーシティ法を用いたとしても、大きな効果を期待できないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、周波数選定範囲が狭い場合であっても、目標検出性能や測角精度を向上させ、また追尾能力を向上させることができるレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明に係るレーダ装置は、上記課題を解決するために、アレイアンテナと、該アレイアンテナを制御するための信号処理器とを備えたレーダ装置において、信号処理器は、基準位置をオフセットさせることによってアレイアンテナに与える複数の複素ウェイトを算出するウェイト演算部と、ウェイト演算部で算出された複数の複素ウェイトをアレイアンテナに順次設定してビームを形成させるビーム形成部と、ビーム形成部で形成されたビームに基づき得られたビームデータを順次取得するビームデータ取得部と、ビームデータ取得部で順次取得された複数のビームデータの最大値を検出して受信信号とする最大値検出部と、最大値検出部で得られた受信信号に基づいて目標を検出する目標検出処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明に係るレーダ装置は、第１の発明に係るレーダ装置において、最大値検出部で得られた受信信号をスクイント測角の基準ビーム又は位相モノパルス測角のΣビームとして測角を行う測角処理部をさらに備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明に係るレーダ装置は、アレイアンテナと、該アレイアンテナを制御する信号処理器とを備えたレーダ装置において、信号処理器は、ビームの位相パターンに傾きを持たせたビームを指向性合成により求めて複数の複素ウェイトを算出するウェイト演算部と、ウェイト演算部で算出された複数の複素ウェイトをアレイアンテナに順次設定してビームを形成させるビーム形成部と、ビーム形成部で形成されたビームに基づき得られたビームデータを順次取得するビームデータ取得部と、ビームデータ取得部で順次取得された複数のビームデータの最大値を検出して受信信号とする最大値検出部と、最大値検出部で得られた受信信号に基づいて目標を検出する目標検出処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明に係るレーダ装置は、第３の発明に係るレーダ装置において、最大値検出部で得られた受信信号をスクイント測角の基準ビーム又は位相モノパルス測角のΣビームとして測角を行う測角処理部をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明に係るレーダ装置によれば、基準位置をオフセットさせてビーム出力の位相パターンの傾きを変えることにより、直接波とマルチパス波の位相関係をずらせて、距離に対するレベル低下点を変化させ、複数ビーム間の最大値をとって受信信号とすることにより、マルチパス環境下で、周波数選定範囲が狭い場合であっても、受信信号のレベル低下を防ぐことができる。その結果、目標検出性能や追尾能力を向上させることができる。
【００１１】
第２の発明に係るレーダ装置によれば、第１の発明に係るレーダ装置と同様にして得られた、マルチパスに起因するレベル低下の少ない受信信号を基準にしてスクイント測角や位相モノパルス測角を実施するので、マルチパス環境下で、周波数選定範囲が狭い場合であっても、測角精度を向上させることができる。
【００１２】
第３の発明に係るレーダ装置によれば、位相パターンに傾きを持たせたビームを指向性合成により求めてビーム出力の位相パターンの傾きを変えることにより、直接波とマルチパス波の位相関係をずらせて、距離に対するレベル低下点を変化させ、複数ビーム間の最大値をとって受信信号とするので、マルチパス環境下で、周波数選定範囲が狭い場合であっても、受信信号のレベル低下を防ぐことができる。その結果、目標検出性能や追尾能力を向上させることができる。
【００１３】
第４の発明に係るレーダ装置によれば、第３の発明に係るレーダ装置と同様にして得られた、マルチパスに起因するレベル低下の少ない受信信号を基準にしてスクイント測角や位相モノパルス測角を実施するので、マルチパス環境下で、周波数選定範囲が狭い場合であっても、測角精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例に係るレーダ装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、アレイアンテナ１、送信器２、受信器３および信号処理器４を有して構成されている。
【００１６】
アレイアンテナ１は、アンテナ素子１１1〜１１N、送受信モジュール１２1〜１２Nおよび給電回路１３から構成されており、アクティブフェーズドアレイ構成をとっている。
【００１７】
アンテナ素子１１1〜１１Nは、送受信モジュール１２1〜１２Nから送られてくる高周波信号を空中に向けてそれぞれ送信するとともに、空中からの信号、つまり目標からの直接波およびマルチパス波を受信し、送受信モジュール１２1〜１２Nにそれぞれ送る。
【００１８】
送受信モジュール１２1〜１２Nは、本発明のビーム形成部に対応する。送受信モジュール１２1〜１２Nの各々は、図２に示すように、サーキュレータ１２１、送信側増幅器１２２ｓ、送信側移相器１２３ｓ、受信側増幅器１２２ｒおよび受信側移相器１２３ｒから構成されている。
【００１９】
サーキュレータ１２１は、送信側増幅器１２２ｓから送られてくる高周波送信信号をアンテナ素子１１i（ｉ＝１〜Ｎの何れか１つ）に送るか、アンテナ素子１１iから送られてくる高周波受信信号を受信側増幅器１２２ｒに送るかを切り替える。
【００２０】
送信側増幅器１２２ｓは、送信側移相器１２３ｓから送られてくる高周波送信信号を増幅し、サーキュレータ１２１に送る。送信側移相器１２３ｓは、給電回路１３から送られてくる信号の位相を調整して高周波送信信号に変換し、送信側増幅器１２２ｓに送る。
【００２１】
受信側増幅器１２２ｒは、サーキュレータ１２１から送られてくる高周波受信信号を増幅し、送信側移相器１２３ｓに送る。受信側移相器１２３ｒは、受信側増幅器１２２ｒから送られてくる高周波受信信号の位相を調整して中間周波信号に変換し、受信信号として給電回路１３に送る。
【００２２】
給電回路１３は、送信器２から送られてくる信号をＮ個に電力分配して送受信モジュール１２1〜１２Nに送る。また、給電回路１３は、送受信モジュール１２1〜１２Nから送られてくる受信信号を合成して受信器３に送る。
【００２３】
受信器３は、給電回路１３から送られてくる信号を周波数変換し、さらにデジタル信号に変換する。受信器３で得られたデジタル信号は、受信デジタル信号として信号処理器４に送られる。
【００２４】
信号処理器４は、ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４１、最大値検出部４２、目標検出処理部４３およびレーダ制御部４４から構成されている。
【００２５】
ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４１は、本発明のビームデータ取得部に対応し、受信器３から送られてくる受信デジタル信号に対し、レーダの種類に応じて、ＭＴＩ（Moving Target Indicator；移動目標検出）処理、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation；離散フーリエ変換）処理、パルス圧縮処理等を行う。ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４１における処理結果は、ビームデータとして最大値検出部４２に送られる。
【００２６】
最大値検出部４２は、ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４１から送られてくるビームデータから最大値を検出する。最大値検出部４２で検出された最大値は、目標検出処理部４３に送られる。
【００２７】
目標検出処理部４３は、最大値検出部４２から順次送られてくる距離毎の最大値を連結して受信信号を生成し、生成した受信信号に基づいて目標検出を行う。目標検出処理部４３における検出結果は、目標情報として外部に送出される。
【００２８】
レーダ制御部４４は、本発明のウェイト演算部に対応し、複数のオフセットに対するウェイト演算を行う。レーダ制御部４４におけるウェイト演算によって得られた複素ウェイトは、アレイアンテナ１に送られる。レーダ制御部４４で行われる処理の詳細は後述する。
【００２９】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を説明する。まず、レーダ装置の動作の概略を、図３〜図６を参照しながら説明する。
【００３０】
図３は距離に対する受信信号の振幅レベルの変化を説明するための図である。従来のレーダ装置では、例えばアレイアンテナ１に対しオフセットしない複素ウェイト（例えばオフセット１の複素ウェイト）が与えられる。この場合、直接波とマルチパス波との干渉に起因して、距離によっては、振幅レベルの落ち込みが大きい部分Ａが発生する。
【００３１】
これに対して、本発明の実施例１に係るレーダ装置では、複数のオフセット（図３に示す例ではオフセット１とオフセット２）を有する複素ウェイトをアレイアンテナ１に与えることによって、落ち込みの発生する距離が異なる複数の受信信号を取得し、これら複数の受信信号の各距離における最大値（太線で示す）を検出して受信信号とする。従って、落ち込みが少ない、略フラットな振幅レベルを有する受信信号を得ることができる。
【００３２】
ここで、オフセットについて説明する。図４（ａ）は所定のアンテナ素子１１ｓ（ｓ＝１〜Ｎの何れか１つ）を基準位置とし、太線で示すように位相が変化する複素ウェイトを各アンテナ素子に与える状態を示している。図４（ｂ）は基準位置にオフセットＬを加えた状態を示している。この場合、各アンテナ素子に与えられる複素ウェイトの位相は太線で示すように変化（漸増）するので、図４（ａ）に示す場合に較べて、大きい位相が各アンテナ素子に与えられる。
【００３３】
図５は図４（ａ）に示すような、オフセットされていない複素ウェイトがアレイアンテナ１に与えられたときの振幅特性および位相特性を示す。この場合、位相パターンは角度に対して一定であるので、直接波とマルチパス波との位相特性は同じになり、直接波の位相とマルチパス波の位相が相違することに起因して、図３のオフセット１に示すように、所定の距離で受信信号の振幅レベルが落ち込む部分Ａが発生する。
【００３４】
これに対し、図６は図４（ｂ）に示す基準位置にオフセットＬが加えられた複素ウェイトがアレイアンテナ１に与えられたときの振幅特性および位相特性を示す。この場合、振幅特性はオフセットされていない場合と同じであるが、位相パターンは角度に対して傾きを有する。この傾きは、オフセットＬの大きさに応じて大きくなる。従って、直接波とマルチパス波との位相特性はオフセットに応じて異なることになる。従って、図３のオフセット２に示すように、受信信号の振幅レベルは、オフセットされていない場合と異なる距離の部分Ｂで落ち込む。そこで、各距離について、複数のオフセットに対して得られる複数の受信信号の最大値を最終的な受信信号として選択すれば、図３の太線で示すように、落ち込みが少ない、略フラットな振幅レベルを有する受信信号を得ることができる。
【００３５】
次に、本発明の実施例１に係るレーダ装置の詳細な動作を、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００３６】
まず、所定の距離に対して、所定のオフセットによるウェイト演算が実行される（ステップＳ１０）。即ち、レーダ制御部４４は、送信および受信ビームの複素ウェイトＷｍｎを式（１）に従って算出する。算出された複素ウェイトＷｍｎは、給電回路１３を介して送受信モジュール１２1〜１２Nに送られる。次に、ビーム形成が行われる（ステップＳ１１）。即ち、複素ウェイトＷｍｎが送受信モジュール１２1〜１２Nに設定されると、式（１）で表される形成ビームｂｍ（θ）が生成される。
【数１】
…（１）
ここで、Ｗｍｎはｂｍのｎ番目の素子の複素ウェイト（ｎ＝１〜Ｎ）、ｂｍ（θ）は形成ビーム（ｍ＝１〜Ｍ）、ｅｎ（θ）はｎ番目の素子パターン（ｎ＝１〜Ｎ）、θは観測角度、Ａｎは振幅ウェイト、θｂはビームピーク方向、ｊは虚数単位、ｋは波数（２π／λ）、λは波長、ｄｎはｎ番目の素子の基準位置からの距離（ｎ＝１〜Ｎ）およびＬｍはｂｍのビームの基準位置からのオフセット量である。
【００３７】
次に、ビームデータ取得が行われる（ステップＳ１２）。即ち、受信器３から得られた受信デジタル信号は、信号処理器４のＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４１で、レーダの種類に応じて、ＭＴＩ（Moving Target Indicator；移動目標検出）、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation；離散フーリエ変換）処理、パルス圧縮処理等が実行される。次に、全ビームの取得が完了したかどうか、つまり全てのオフセットに対する受信信号の取得が完了したかどうかが判定される（ステップＳ１３）。ここで、全ビームの取得が完了していないことが判断されると、シーケンスはステップＳ１０に戻り、上述した処理が繰り返される。
【００３８】
一方、ステップＳ１３において、全ビームの取得が完了したことが判断されると、最大値検出が行われる（ステップＳ１４）。即ち、最大値検出部４２は、ステップＳ１０〜ステップＳ１３の処理によって取得された複数のビームｂ１〜ｂＭから、式（２）によって最大値ビームｂmaxを取得する。
【００３９】
ｂmax＝ｍａｘ［ｂｍ］…（２）
ここで、ｍａｘ［ ］は最大値を表す。
【００４０】
ステップＳ１４で取得された最大値ビームｂmaxは、目標検出処理部４３に送られる。次に、全ての距離に対するデータ取得が終了したかどうかが判定される（ステップＳ１５）。ここで終了していないことが判断されると、次の距離が選択され（ステップＳ１６）、その後、シーケンスはステップＳ１０に戻って上述した動作が繰り返される。そして、ステップＳ１５において、データ取得が終了したことが判断されると、受信信号を取得する処理は終了する。その後、図示は省略するが、目標検出処理部４３において、目標検出処理が行われる。
【００４１】
以上説明したように、本発明の実施例１に係るレーダ装置によれば、基準位置をオフセットさせてビーム出力の位相パターンの傾きを変えることにより、直接波とマルチパス波の位相関係をずらせて、距離に対するレベル低下点を変化させ、複数ビーム間の最大値をとって受信信号とする。これにより、マルチパスに起因するレベル低下の少ない受信信号を用いて目標の検出処理や追随処理を実施できるので、検出確率や追尾維持率を向上させることができる。
【実施例２】
【００４２】
図８は本発明の実施例２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、信号処理器４にＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５が追加されるとともに、実施例１の目標検出処理部４３が目標検出測角処理部４６に置き換えられて構成されている。また、レーダ制御部４４は、さらに、測角用ビームを生成するための複素ウェイトをアレイアンテナ１に送る。
【００４３】
ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５の構成および機能は、ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４１と同じであり、アレイアンテナ１から得られる検出および測角用ビームに対して、レーダの種類に応じて、ＭＴＩ処理、ＤＦＴ処理、パルス圧縮処理等を行う。ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５における処理結果は、目標検出測角処理部４６に送られる。
【００４４】
目標検出測角処理部４６は、最大値検出部４２から送られてくる最大値ビームｂmaxに基づき目標検出処理を行うとともに、該最大値ビームｂmaxとＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５から送られてくる測角用ビームとに基づき測角処理を実行する。この測角処理の詳細は後述する。目標検出測角処理部４６における目標検出の結果および測角の結果は、目標情報として外部に送出される。
【００４５】
次に、本発明の実施例２に係るレーダ装置の詳細な動作を、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。この図９に示すフローチャートは、図７に示した実施例１に係るレーダ装置の動作を説明するためのフローチャートのステップＳ１４とステップＳ１５と間に測角処理を実施するステップＳ２０が挿入されている点のみが実施例１のそれと異なる。ステップＳ２０における測角処理では、スクイント測角処理または位相モノパルス処理が実行される。
【００４６】
まず、スクイント測角処理について説明する。なお、スクイント測角は、振幅比較モノパルスとも言われており、一部が重なりあった２個のアンテナビームを一組として用い、角度誤差（アンテナ正面方向からのずれ）を検出する。方位、高低の両方について角度誤差を検出するときは、４個のアンテナビームを必要とする。通常、一組のアンテナビームは、高低方向用の近接した２個のフィードホーンを用い、この両フィードホーンに共通の、リフレクタやプレーナフェーズドアレーなどに電波を放射する。更に方位方向の検出も同時に行う場合には、２対４個のホーンを配列する。ホーンの後段には合成器が置かれ、合成器は、ホーンの出力を合成して和信号（Σ１）と和信号（Σ２）とを得る。和信号（Σ１）と和信号（Σ２）とによって角度誤差が検出できる。角度誤差電圧εは和信号（Σ２）を和信号（Σ１）で正規化して、すなわち、ε＝Σ２／Σ１の形で演算される。角度誤差電圧は、概ねＳ字の形状となり、アンテナの正面方向からのずれが検出できる。アンテナ正面方向をα、この方式で得られた角度誤差をεとすると、目標の観測値γは、γ＝α＋εで表される。
【００４７】
スクイント測角処理では、目標検出測角処理部４６は、実施例１で説明した方法によって最大値検出部４２から最大値ビームｂmaxを取得し、図４に示すように、取得した最大値ビームｂmaxをスクイント測角用の下方ビームｂmaxlとすると、ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５から得られる上方ビームｂmaxuも含めて、ビームは、式（３）で表現できる。なお、下方ビームｂmaxlは、本発明の基準ビームに対応する。
【数２】
…（３）
ここで、Ｗlnは下方ビームｂmaxlのｎ番目の素子の複素ウェイト、Ｗunは上方ビームｂmaxuのｎ番目の素子の複素ウェイト、Θsqはｂmaxlとｂmaxuのスクイント角、Ｌmaxはｂmaxlの場合のオフセットＬである。
【００４８】
これら下方ビームｂmaxlと上方ビームｂmaxuとを用いて測角する場合は、式（４）により得られる誤差電圧ｅｓｑと、あらかじめ取得しておいた基準誤差電圧のテーブルとを比較することにより、角度が算出される。
【数３】
…（４）
ここで、Ｒｅは実部、「＊」は複素共役を表す。
【００４９】
次に、位相モノパルス測角処理について説明する。なお、位相モノパルス測角は、主としてアレイアンテナで用いられている。アレー面の半分の出力をそれぞれ、Ａ，Ｂとし、各々の位相差をΨとすると、Ψ＝２πｄζ／λとなる。ここで、ｄは半アレーの中心間の距離、ζはアレー面とビームとのなす角度αの方向余弦ｃｏｓα、λは波長である。スクイント測角と同様に、前置比較器でＡとＢとの和と差がとられる。スクイント測角とは異なり、ＡとＢとの振幅は等しいと考えることができるため、式（５）が得られる。
【００５０】
Σ＝Ａ＋Ｂ＝2Acos（Ψ／２）・ｅ（−ｊΨ／2）
Δ＝Ａ−Ｂ＝2ｊAsｉｎ（Ψ／２）・ｅ（−ｊΨ／2）
…（５）
Δチャネルの位相を９０°回転させた後、Σチャネルの信号で正規化することにより、角度誤差εはｔａｎ（Ψ／2）となり、アンテナビームの中央近傍では、ほぼΨに比例した値となる。この角度誤差εによって、スクイント測角方式と同様にアンテナ正面方向からの目標のずれを検出することができる。
【００５１】
位相モノパルス測角処理では、実施例１で説明した方法によって最大値検出部４２から最大値ビームｂmaxを取得し、図１０に示すように、この取得した最大値ビームｂmaxを位相モノパルス測角用のΣビームｂmaxσとすると、ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５から得られるΔビームｂmaxδも含めて、ビームは、式（６）で表現できる。なお、Σビームｂmaxσは、本発明の基準ビームに対応する。
【数４】
…（６）
ここで、ＷσnはΣビームｂmσのｎ番目の素子の複素ウェイト、ＷδnはΔビームｂmδのｎ番目の素子の複素ウェイトである。
【００５２】
これらΣビームｂmaxσとΔビームｂmaxδとを用いて測角する場合は、式（７）により得られる誤差電圧εと、あらかじめ取得しておいた基準誤差電圧のテーブルとを比較することにより、角度が算出される。
【数５】
…（７）
以上説明したように、この発明の実施例２に係るレーダ装置によれば、実施例１に係るレーダ装置と同様にして得られた、マルチパスに起因するレベル低下の少ない受信信号を基準にしてスクイント測角や位相モノパルス測角を実施するので、マルチパス環境下で、周波数選定範囲が狭い場合であっても、測角精度を向上させることができる。
【実施例３】
【００５３】
本発明の実施例３に係るレーダ装置の構成は、信号処理器４のレーダ処理部４４で実行される処理内容が異なる点を除けば、図１に示した実施例１に係るレーダ装置の構成と同じである。以下では、相違する部分についてのみ説明する。
【００５４】
レーダ処理部４４は、例えば図６に示すような振幅特性および傾きを持たせた位相特性を有する所望ビームをあらかじめ用意しておき、用意された所望ビームを逆フーリエ変換して複素ウェイトを算出する。
【００５５】
次に、本発明の実施例３に係るレーダ装置の詳細な動作を、図１１に示すフローチャートを参照しながら説明する。図１１に示すフローチャートは、図７に示したフローチャートにおけるステップＳ１０のオフセットによるウェイト演算処理を、所望ビームの逆フーリエ変換によるウェイト演算処理に変更してステップＳ３０としたものである。
【００５６】
まず、ステップＳ３０のウェイト演算処理では、例えば図６に示すような、あらかじめ作成された位相パターンに傾きを持たせた所望ビームｂｍ０を指向性合成により求めて複数の複素ウェイトＷｍｎを算出する。指向性合成としては、例えば逆フーリエ変換が使用される。
【００５７】
即ち、レーダ制御部４４は、送信および受信ビームの複素ウェイトＷｍｎを、式（８）に従って、所望ビームｂｍ０の逆フーリエ変換により算出する。算出された複素ウェイトＷｍｎは、給電回路１３を介して送受信モジュール１２1〜１２Nに送られる。次に、ビーム形成が行われる（ステップＳ１１）。即ち、複素ウェイトＷｍｎが送受信モジュール１２1〜１２Nに設定されると、式（８）で表される形成ビームｂｍ（θ）が生成される。以下の処理は、図７のフローチャートを参照して説明した実施例１に係るレーダ装置における処理と同じである。
【数６】
…（８）
ここで、Ｗｍｎはｎ番目の素子の複素ウェイト（ｎ＝１〜Ｎ）、ｂｍ０（θｑ）は位相パターンの異なる所望ビーム（ｍ＝１〜Ｍ）、θｑは位相パターンを規定する角度（ｑ＝１〜Ｑ）、ｂｍ（θ）は形成ビーム（ｍ＝１〜Ｍ）である。
【００５８】
以上説明したように、本発明の実施例３に係るレーダ装置によれば、位相パターンに傾きを持たせたビームを逆フーリエ変換により求めてビーム出力の位相パターンの傾きを変えることにより、直接波とマルチパス波の位相関係をずらせて、距離に対するレベル低下点を変化させ、複数ビーム間の最大値をとって受信信号とする。これにより、実施例１の場合と同様に、マルチパスに起因するレベル低下の少ない受信信号を用いて目標の検出処理や追随処理を実施できるので、検出確率や追尾維持率を向上させることができる。
【実施例４】
【００５９】
本発明の実施例４に係るレーダ装置の構成は、レーダ処理部４４で実行される処理内容が異なる点を除けば、図８に示した実施例２に係るレーダ装置の構成と同じである。レーダ処理部４４で実行される処理は、実施例３に係るそれと同じである。
【００６０】
次に、本発明の実施例４に係るレーダ装置の詳細な動作を、図１２に示すフローチャートを参照しながら説明する。図１２のフローチャートに示した処理は、図１１に示したフローチャートのステップＳ１４とステップＳ１５と間に測角処理を実施するステップＳ２０が挿入されている点のみが実施例３のそれと異なる。ステップＳ２０における測角処理では、スクイント測角処理または位相モノパルス処理が実行される。
【００６１】
スクイント測角処理では、目標検出測角処理部４６は、実施例３で説明した方法によって最大値検出部４２から最大値ビームｂmaxを取得し、図４に示すように、この取得した最大値ビームｂmaxをスクイント測角用の下方ビームｂmaxlとすると、ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５から得られる上方ビームｂmaxuも含めて、ビームは、式（９）で表現できる。なお、下方ビームｂmaxlは、本発明の基準ビームに対応する。
【数７】
…（９）
ここで、ｂmax0l（θq）は下方ビームに相当する位相パターンに傾きを持った所望ビーム（１〜Ｍ）のうち最大値となるビーム、ｂmax0u（θq）はｂmax0lに対応する上方ビーム、θqは位相パターンを規定する角度（ｑ＝１〜Ｑ）、Ｗlmaxnはｂmlのｎ番目の素子の複素ウェイト、Ｗumaxnはｂmuのｎ番目の素子の複素ウェイト、θｂは下方ビームのピーク方向（上方ビームのピーク方向の制御は、ｂmax0uに含む）である。
【００６２】
上記ステップＳ２０における処理以外の処理は、図９のフローチャートを参照して説明した実施例２に係るレーダ装置における処理と同じである。
【００６３】
また、位相モノパルス測角処理の場合は、オフセット量の代わりに位相の傾きを位相パターンで与えることにより、実施例２と同様の方法で測角処理を行うことができる。
【００６４】
以上説明したように、この発明の実施例４に係るレーダ装置によれば、実施例３に係るレーダ装置と同様にして得られた、マルチパスに起因するレベル低下の少ない受信信号を基準にしてスクイント測角や位相モノパルス測角を実施するので、マルチパス環境下で、周波数選定範囲が狭い場合であっても、測角精度を向上させることができる。
【００６５】
なお、上述した実施例１〜実施例４に係るレーダ装置では、送受信モジュール１２1〜１２Nを用いたアクティブフェーズドアレイの場合について説明したが、非特許文献１のｐ．２８９−２９１に説明されているＤＢＦ（Digital Beam Forming）の場合や移相器のみのパッシブフェーズドアレイの場合も、上述した手法を適用できる。
【００６６】
また、測角手法として、スクイント測角と位相モノパルス測角の場合について説明したが、マルチパスによるレベル低下の少ないビームを用いて測角するとことにより測角精度を向上させるのが主旨であり、他の測角方法を用いることができる。
【００６７】
また、位相パターンが異なる傾きをもつ複数のビームを用いて、直接波とマルチパス波の位相関係を変えて、マルチパスによるレベル低下を防ぐことが目的であるため、他のビーム形成方法を用いることもできる。さらに、大きい効果が得られる位相パターンのみではなく、振幅パターンの差違も含めて、レベル低下を防ぐように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した送受信モジュールの詳細な構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係るレーダ装置の距離に対する振幅レベルの変化を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例１に係るレーダ装置におけるオフセットおよび実施例２に係るレーダ装置におけるスクイント測角を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係るレーダ装置のオフセットがない場合のビームパターンを説明するための図である。
【図６】本発明の実施例１に係るレーダ装置のオフセットがある場合のビームパターンを説明するための図である。
【図７】本発明の実施例１に係るレーダ装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例２に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例２に係るレーダ装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例２に係るレーダ装置における位相モノパルス測角を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施例３に係るレーダ装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例４に係るレーダ装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１ アレイアンテナ
２ 送信器
３ 受信器
４ 信号処理器
１１1〜１１N アンテナ素子
１２1〜１２N 送受信モジュール
１３ 給電回路
４１ ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部
４２ 最大値検出部
４３ 目標検出処理部
４４ レーダ制御部
４５ ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部
４６ 目標検出測角処理部
１２１ サーキュレータ
１２２ｓ 送信側増幅器
１２２ｒ 受信側増幅器
１２３ｓ 送信側移相器
１２３ｒ 受信側移相器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェーズドアレイアンテナを用いたレーダ装置に関し、特にマルチパスによる受信信号のレベル低下を排除する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ装置では、マルチパス環境下においては、目標から反射されて直接に到達する直接波と途中で海面や地表などで反射されて到達するマルチパス波とが合成されてアンテナに入力されるため、距離によっては受信電力が急激に低下する（非特許文献１、ｐ．４９−５５参照）。その結果、目標の検出や追随維持ができなかったり、測角精度が大幅に劣化するという問題を生じていた。
【０００３】
このような問題の対策として、複数の周波数を使用して、受信電力の急激なレベル低下点をずらすことにより得られる受信信号の最大値を使用する周波数ダイバーシティ法が知られている（例えば、非特許文献１、ｐ．２６９−２７２参照）。
【非特許文献１】吉田孝監修、「改訂 レーダ技術」、初版、社団法人電子情報通信学会、平成１５年２月１５日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のレーダ装置では、周波数ダイバーシティ法を利用する場合に、周波数の可変幅に制約があり、周波数選定範囲が狭いシステムでは、受信電力のレベル低下点を大きくずらすことができない。その結果、周波数ダイバーシティ法を用いたとしても、大きな効果を期待できないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、周波数選定範囲が狭い場合であっても、目標検出性能や測角精度を向上させ、また追尾能力を向上させることができるレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明に係るレーダ装置は、上記課題を解決するために、アレイアンテナと、該アレイアンテナを制御するための信号処理器とを備えたレーダ装置において、信号処理器は、基準位置をオフセットさせることによってアレイアンテナに与える複数の複素ウェイトを算出するウェイト演算部と、ウェイト演算部で算出された複数の複素ウェイトをアレイアンテナに順次設定してビームを形成させるビーム形成部と、ビーム形成部で形成されたビームに基づき得られたビームデータを順次取得するビームデータ取得部と、ビームデータ取得部で順次取得された複数のビームデータの最大値を検出して受信信号とする最大値検出部と、最大値検出部で得られた受信信号に基づいて目標を検出する目標検出処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明に係るレーダ装置は、第１の発明に係るレーダ装置において、最大値検出部で得られた受信信号をスクイント測角の基準ビーム又は位相モノパルス測角のΣビームとして測角を行う測角処理部をさらに備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明に係るレーダ装置は、アレイアンテナと、該アレイアンテナを制御する信号処理器とを備えたレーダ装置において、信号処理器は、ビームの位相パターンに傾きを持たせたビームを指向性合成により求めて複数の複素ウェイトを算出するウェイト演算部と、ウェイト演算部で算出された複数の複素ウェイトをアレイアンテナに順次設定してビームを形成させるビーム形成部と、ビーム形成部で形成されたビームに基づき得られたビームデータを順次取得するビームデータ取得部と、ビームデータ取得部で順次取得された複数のビームデータの最大値を検出して受信信号とする最大値検出部と、最大値検出部で得られた受信信号に基づいて目標を検出する目標検出処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明に係るレーダ装置は、第３の発明に係るレーダ装置において、最大値検出部で得られた受信信号をスクイント測角の基準ビーム又は位相モノパルス測角のΣビームとして測角を行う測角処理部をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明に係るレーダ装置によれば、基準位置をオフセットさせてビーム出力の位相パターンの傾きを変えることにより、直接波とマルチパス波の位相関係をずらせて、距離に対するレベル低下点を変化させ、複数ビーム間の最大値をとって受信信号とすることにより、マルチパス環境下で、周波数選定範囲が狭い場合であっても、受信信号のレベル低下を防ぐことができる。その結果、目標検出性能や追尾能力を向上させることができる。
【００１１】
第２の発明に係るレーダ装置によれば、第１の発明に係るレーダ装置と同様にして得られた、マルチパスに起因するレベル低下の少ない受信信号を基準にしてスクイント測角や位相モノパルス測角を実施するので、マルチパス環境下で、周波数選定範囲が狭い場合であっても、測角精度を向上させることができる。
【００１２】
第３の発明に係るレーダ装置によれば、位相パターンに傾きを持たせたビームを指向性合成により求めてビーム出力の位相パターンの傾きを変えることにより、直接波とマルチパス波の位相関係をずらせて、距離に対するレベル低下点を変化させ、複数ビーム間の最大値をとって受信信号とするので、マルチパス環境下で、周波数選定範囲が狭い場合であっても、受信信号のレベル低下を防ぐことができる。その結果、目標検出性能や追尾能力を向上させることができる。
【００１３】
第４の発明に係るレーダ装置によれば、第３の発明に係るレーダ装置と同様にして得られた、マルチパスに起因するレベル低下の少ない受信信号を基準にしてスクイント測角や位相モノパルス測角を実施するので、マルチパス環境下で、周波数選定範囲が狭い場合であっても、測角精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例に係るレーダ装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、アレイアンテナ１、送信器２、受信器３および信号処理器４を有して構成されている。
【００１６】
アレイアンテナ１は、アンテナ素子１１1〜１１N、送受信モジュール１２1〜１２Nおよび給電回路１３から構成されており、アクティブフェーズドアレイ構成をとっている。
【００１７】
アンテナ素子１１1〜１１Nは、送受信モジュール１２1〜１２Nから送られてくる高周波信号を空中に向けてそれぞれ送信するとともに、空中からの信号、つまり目標からの直接波およびマルチパス波を受信し、送受信モジュール１２1〜１２Nにそれぞれ送る。
【００１８】
送受信モジュール１２1〜１２Nは、本発明のビーム形成部に対応する。送受信モジュール１２1〜１２Nの各々は、図２に示すように、サーキュレータ１２１、送信側増幅器１２２ｓ、送信側移相器１２３ｓ、受信側増幅器１２２ｒおよび受信側移相器１２３ｒから構成されている。
【００１９】
サーキュレータ１２１は、送信側増幅器１２２ｓから送られてくる高周波送信信号をアンテナ素子１１i（ｉ＝１〜Ｎの何れか１つ）に送るか、アンテナ素子１１iから送られてくる高周波受信信号を受信側増幅器１２２ｒに送るかを切り替える。
【００２０】
送信側増幅器１２２ｓは、送信側移相器１２３ｓから送られてくる高周波送信信号を増幅し、サーキュレータ１２１に送る。送信側移相器１２３ｓは、給電回路１３から送られてくる信号の位相を調整して高周波送信信号に変換し、送信側増幅器１２２ｓに送る。
【００２１】
受信側増幅器１２２ｒは、サーキュレータ１２１から送られてくる高周波受信信号を増幅し、送信側移相器１２３ｓに送る。受信側移相器１２３ｒは、受信側増幅器１２２ｒから送られてくる高周波受信信号の位相を調整して中間周波信号に変換し、受信信号として給電回路１３に送る。
【００２２】
給電回路１３は、送信器２から送られてくる信号をＮ個に電力分配して送受信モジュール１２1〜１２Nに送る。また、給電回路１３は、送受信モジュール１２1〜１２Nから送られてくる受信信号を合成して受信器３に送る。
【００２３】
受信器３は、給電回路１３から送られてくる信号を周波数変換し、さらにデジタル信号に変換する。受信器３で得られたデジタル信号は、受信デジタル信号として信号処理器４に送られる。
【００２４】
信号処理器４は、ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４１、最大値検出部４２、目標検出処理部４３およびレーダ制御部４４から構成されている。
【００２５】
ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４１は、本発明のビームデータ取得部に対応し、受信器３から送られてくる受信デジタル信号に対し、レーダの種類に応じて、ＭＴＩ（Moving Target Indicator；移動目標検出）処理、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation；離散フーリエ変換）処理、パルス圧縮処理等を行う。ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４１における処理結果は、ビームデータとして最大値検出部４２に送られる。
【００２６】
最大値検出部４２は、ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４１から送られてくるビームデータから最大値を検出する。最大値検出部４２で検出された最大値は、目標検出処理部４３に送られる。
【００２７】
目標検出処理部４３は、最大値検出部４２から順次送られてくる距離毎の最大値を連結して受信信号を生成し、生成した受信信号に基づいて目標検出を行う。目標検出処理部４３における検出結果は、目標情報として外部に送出される。
【００２８】
レーダ制御部４４は、本発明のウェイト演算部に対応し、複数のオフセットに対するウェイト演算を行う。レーダ制御部４４におけるウェイト演算によって得られた複素ウェイトは、アレイアンテナ１に送られる。レーダ制御部４４で行われる処理の詳細は後述する。
【００２９】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を説明する。まず、レーダ装置の動作の概略を、図３〜図６を参照しながら説明する。
【００３０】
図３は距離に対する受信信号の振幅レベルの変化を説明するための図である。従来のレーダ装置では、例えばアレイアンテナ１に対しオフセットしない複素ウェイト（例えばオフセット１の複素ウェイト）が与えられる。この場合、直接波とマルチパス波との干渉に起因して、距離によっては、振幅レベルの落ち込みが大きい部分Ａが発生する。
【００３１】
これに対して、本発明の実施例１に係るレーダ装置では、複数のオフセット（図３に示す例ではオフセット１とオフセット２）を有する複素ウェイトをアレイアンテナ１に与えることによって、落ち込みの発生する距離が異なる複数の受信信号を取得し、これら複数の受信信号の各距離における最大値（太線で示す）を検出して受信信号とする。従って、落ち込みが少ない、略フラットな振幅レベルを有する受信信号を得ることができる。
【００３２】
ここで、オフセットについて説明する。図４（ａ）は所定のアンテナ素子１１ｓ（ｓ＝１〜Ｎの何れか１つ）を基準位置とし、太線で示すように位相が変化する複素ウェイトを各アンテナ素子に与える状態を示している。図４（ｂ）は基準位置にオフセットＬを加えた状態を示している。この場合、各アンテナ素子に与えられる複素ウェイトの位相は太線で示すように変化（漸増）するので、図４（ａ）に示す場合に較べて、大きい位相が各アンテナ素子に与えられる。
【００３３】
図５は図４（ａ）に示すような、オフセットされていない複素ウェイトがアレイアンテナ１に与えられたときの振幅特性および位相特性を示す。この場合、位相パターンは角度に対して一定であるので、直接波とマルチパス波との位相特性は同じになり、直接波の位相とマルチパス波の位相が相違することに起因して、図３のオフセット１に示すように、所定の距離で受信信号の振幅レベルが落ち込む部分Ａが発生する。
【００３４】
これに対し、図６は図４（ｂ）に示す基準位置にオフセットＬが加えられた複素ウェイトがアレイアンテナ１に与えられたときの振幅特性および位相特性を示す。この場合、振幅特性はオフセットされていない場合と同じであるが、位相パターンは角度に対して傾きを有する。この傾きは、オフセットＬの大きさに応じて大きくなる。従って、直接波とマルチパス波との位相特性はオフセットに応じて異なることになる。従って、図３のオフセット２に示すように、受信信号の振幅レベルは、オフセットされていない場合と異なる距離の部分Ｂで落ち込む。そこで、各距離について、複数のオフセットに対して得られる複数の受信信号の最大値を最終的な受信信号として選択すれば、図３の太線で示すように、落ち込みが少ない、略フラットな振幅レベルを有する受信信号を得ることができる。
【００３５】
次に、本発明の実施例１に係るレーダ装置の詳細な動作を、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００３６】
まず、所定の距離に対して、所定のオフセットによるウェイト演算が実行される（ステップＳ１０）。即ち、レーダ制御部４４は、送信および受信ビームの複素ウェイトＷｍｎを式（１）に従って算出する。算出された複素ウェイトＷｍｎは、給電回路１３を介して送受信モジュール１２1〜１２Nに送られる。次に、ビーム形成が行われる（ステップＳ１１）。即ち、複素ウェイトＷｍｎが送受信モジュール１２1〜１２Nに設定されると、式（１）で表される形成ビームｂｍ（θ）が生成される。
【数１】
…（１）
ここで、Ｗｍｎはｂｍのｎ番目の素子の複素ウェイト（ｎ＝１〜Ｎ）、ｂｍ（θ）は形成ビーム（ｍ＝１〜Ｍ）、ｅｎ（θ）はｎ番目の素子パターン（ｎ＝１〜Ｎ）、θは観測角度、Ａｎは振幅ウェイト、θｂはビームピーク方向、ｊは虚数単位、ｋは波数（２π／λ）、λは波長、ｄｎはｎ番目の素子の基準位置からの距離（ｎ＝１〜Ｎ）およびＬｍはｂｍのビームの基準位置からのオフセット量である。
【００３７】
次に、ビームデータ取得が行われる（ステップＳ１２）。即ち、受信器３から得られた受信デジタル信号は、信号処理器４のＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４１で、レーダの種類に応じて、ＭＴＩ（Moving Target Indicator；移動目標検出）、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation；離散フーリエ変換）処理、パルス圧縮処理等が実行される。次に、全ビームの取得が完了したかどうか、つまり全てのオフセットに対する受信信号の取得が完了したかどうかが判定される（ステップＳ１３）。ここで、全ビームの取得が完了していないことが判断されると、シーケンスはステップＳ１０に戻り、上述した処理が繰り返される。
【００３８】
一方、ステップＳ１３において、全ビームの取得が完了したことが判断されると、最大値検出が行われる（ステップＳ１４）。即ち、最大値検出部４２は、ステップＳ１０〜ステップＳ１３の処理によって取得された複数のビームｂ１〜ｂＭから、式（２）によって最大値ビームｂmaxを取得する。
【００３９】
ｂmax＝ｍａｘ［ｂｍ］…（２）
ここで、ｍａｘ［ ］は最大値を表す。
【００４０】
ステップＳ１４で取得された最大値ビームｂmaxは、目標検出処理部４３に送られる。次に、全ての距離に対するデータ取得が終了したかどうかが判定される（ステップＳ１５）。ここで終了していないことが判断されると、次の距離が選択され（ステップＳ１６）、その後、シーケンスはステップＳ１０に戻って上述した動作が繰り返される。そして、ステップＳ１５において、データ取得が終了したことが判断されると、受信信号を取得する処理は終了する。その後、図示は省略するが、目標検出処理部４３において、目標検出処理が行われる。
【００４１】
以上説明したように、本発明の実施例１に係るレーダ装置によれば、基準位置をオフセットさせてビーム出力の位相パターンの傾きを変えることにより、直接波とマルチパス波の位相関係をずらせて、距離に対するレベル低下点を変化させ、複数ビーム間の最大値をとって受信信号とする。これにより、マルチパスに起因するレベル低下の少ない受信信号を用いて目標の検出処理や追随処理を実施できるので、検出確率や追尾維持率を向上させることができる。
【実施例２】
【００４２】
図８は本発明の実施例２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、信号処理器４にＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５が追加されるとともに、実施例１の目標検出処理部４３が目標検出測角処理部４６に置き換えられて構成されている。また、レーダ制御部４４は、さらに、測角用ビームを生成するための複素ウェイトをアレイアンテナ１に送る。
【００４３】
ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５の構成および機能は、ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４１と同じであり、アレイアンテナ１から得られる検出および測角用ビームに対して、レーダの種類に応じて、ＭＴＩ処理、ＤＦＴ処理、パルス圧縮処理等を行う。ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５における処理結果は、目標検出測角処理部４６に送られる。
【００４４】
目標検出測角処理部４６は、最大値検出部４２から送られてくる最大値ビームｂmaxに基づき目標検出処理を行うとともに、該最大値ビームｂmaxとＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５から送られてくる測角用ビームとに基づき測角処理を実行する。この測角処理の詳細は後述する。目標検出測角処理部４６における目標検出の結果および測角の結果は、目標情報として外部に送出される。
【００４５】
次に、本発明の実施例２に係るレーダ装置の詳細な動作を、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。この図９に示すフローチャートは、図７に示した実施例１に係るレーダ装置の動作を説明するためのフローチャートのステップＳ１４とステップＳ１５と間に測角処理を実施するステップＳ２０が挿入されている点のみが実施例１のそれと異なる。ステップＳ２０における測角処理では、スクイント測角処理または位相モノパルス処理が実行される。
【００４６】
まず、スクイント測角処理について説明する。なお、スクイント測角は、振幅比較モノパルスとも言われており、一部が重なりあった２個のアンテナビームを一組として用い、角度誤差（アンテナ正面方向からのずれ）を検出する。方位、高低の両方について角度誤差を検出するときは、４個のアンテナビームを必要とする。通常、一組のアンテナビームは、高低方向用の近接した２個のフィードホーンを用い、この両フィードホーンに共通の、リフレクタやプレーナフェーズドアレーなどに電波を放射する。更に方位方向の検出も同時に行う場合には、２対４個のホーンを配列する。ホーンの後段には合成器が置かれ、合成器は、ホーンの出力を合成して和信号（Σ１）と和信号（Σ２）とを得る。和信号（Σ１）と和信号（Σ２）とによって角度誤差が検出できる。角度誤差電圧εは和信号（Σ２）を和信号（Σ１）で正規化して、すなわち、ε＝Σ２／Σ１の形で演算される。角度誤差電圧は、概ねＳ字の形状となり、アンテナの正面方向からのずれが検出できる。アンテナ正面方向をα、この方式で得られた角度誤差をεとすると、目標の観測値γは、γ＝α＋εで表される。
【００４７】
スクイント測角処理では、目標検出測角処理部４６は、実施例１で説明した方法によって最大値検出部４２から最大値ビームｂmaxを取得し、図４に示すように、取得した最大値ビームｂmaxをスクイント測角用の下方ビームｂmaxlとすると、ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５から得られる上方ビームｂmaxuも含めて、ビームは、式（３）で表現できる。なお、下方ビームｂmaxlは、本発明の基準ビームに対応する。
【数２】
…（３）
ここで、Ｗlnは下方ビームｂmaxlのｎ番目の素子の複素ウェイト、Ｗunは上方ビームｂmaxuのｎ番目の素子の複素ウェイト、Θsqはｂmaxlとｂmaxuのスクイント角、Ｌmaxはｂmaxlの場合のオフセットＬである。
【００４８】
これら下方ビームｂmaxlと上方ビームｂmaxuとを用いて測角する場合は、式（４）により得られる誤差電圧ｅｓｑと、あらかじめ取得しておいた基準誤差電圧のテーブルとを比較することにより、角度が算出される。
【数３】
…（４）
ここで、Ｒｅは実部、「＊」は複素共役を表す。
【００４９】
次に、位相モノパルス測角処理について説明する。なお、位相モノパルス測角は、主としてアレイアンテナで用いられている。アレー面の半分の出力をそれぞれ、Ａ，Ｂとし、各々の位相差をΨとすると、Ψ＝２πｄζ／λとなる。ここで、ｄは半アレーの中心間の距離、ζはアレー面とビームとのなす角度αの方向余弦ｃｏｓα、λは波長である。スクイント測角と同様に、前置比較器でＡとＢとの和と差がとられる。スクイント測角とは異なり、ＡとＢとの振幅は等しいと考えることができるため、式（５）が得られる。
【００５０】
Σ＝Ａ＋Ｂ＝2Acos（Ψ／２）・ｅ（−ｊΨ／2）
Δ＝Ａ−Ｂ＝2ｊAsｉｎ（Ψ／２）・ｅ（−ｊΨ／2）
…（５）
Δチャネルの位相を９０°回転させた後、Σチャネルの信号で正規化することにより、角度誤差εはｔａｎ（Ψ／2）となり、アンテナビームの中央近傍では、ほぼΨに比例した値となる。この角度誤差εによって、スクイント測角方式と同様にアンテナ正面方向からの目標のずれを検出することができる。
【００５１】
位相モノパルス測角処理では、実施例１で説明した方法によって最大値検出部４２から最大値ビームｂmaxを取得し、図１０に示すように、この取得した最大値ビームｂmaxを位相モノパルス測角用のΣビームｂmaxσとすると、ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５から得られるΔビームｂmaxδも含めて、ビームは、式（６）で表現できる。なお、Σビームｂmaxσは、本発明の基準ビームに対応する。
【数４】
…（６）
ここで、ＷσnはΣビームｂmσのｎ番目の素子の複素ウェイト、ＷδnはΔビームｂmδのｎ番目の素子の複素ウェイトである。
【００５２】
これらΣビームｂmaxσとΔビームｂmaxδとを用いて測角する場合は、式（７）により得られる誤差電圧εと、あらかじめ取得しておいた基準誤差電圧のテーブルとを比較することにより、角度が算出される。
【数５】
…（７）
以上説明したように、この発明の実施例２に係るレーダ装置によれば、実施例１に係るレーダ装置と同様にして得られた、マルチパスに起因するレベル低下の少ない受信信号を基準にしてスクイント測角や位相モノパルス測角を実施するので、マルチパス環境下で、周波数選定範囲が狭い場合であっても、測角精度を向上させることができる。
【実施例３】
【００５３】
本発明の実施例３に係るレーダ装置の構成は、信号処理器４のレーダ処理部４４で実行される処理内容が異なる点を除けば、図１に示した実施例１に係るレーダ装置の構成と同じである。以下では、相違する部分についてのみ説明する。
【００５４】
レーダ処理部４４は、例えば図６に示すような振幅特性および傾きを持たせた位相特性を有する所望ビームをあらかじめ用意しておき、用意された所望ビームを逆フーリエ変換して複素ウェイトを算出する。
【００５５】
次に、本発明の実施例３に係るレーダ装置の詳細な動作を、図１１に示すフローチャートを参照しながら説明する。図１１に示すフローチャートは、図７に示したフローチャートにおけるステップＳ１０のオフセットによるウェイト演算処理を、所望ビームの逆フーリエ変換によるウェイト演算処理に変更してステップＳ３０としたものである。
【００５６】
まず、ステップＳ３０のウェイト演算処理では、例えば図６に示すような、あらかじめ作成された位相パターンに傾きを持たせた所望ビームｂｍ０を指向性合成により求めて複数の複素ウェイトＷｍｎを算出する。指向性合成としては、例えば逆フーリエ変換が使用される。
【００５７】
即ち、レーダ制御部４４は、送信および受信ビームの複素ウェイトＷｍｎを、式（８）に従って、所望ビームｂｍ０の逆フーリエ変換により算出する。算出された複素ウェイトＷｍｎは、給電回路１３を介して送受信モジュール１２1〜１２Nに送られる。次に、ビーム形成が行われる（ステップＳ１１）。即ち、複素ウェイトＷｍｎが送受信モジュール１２1〜１２Nに設定されると、式（８）で表される形成ビームｂｍ（θ）が生成される。以下の処理は、図７のフローチャートを参照して説明した実施例１に係るレーダ装置における処理と同じである。
【数６】
…（８）
ここで、Ｗｍｎはｎ番目の素子の複素ウェイト（ｎ＝１〜Ｎ）、ｂｍ０（θｑ）は位相パターンの異なる所望ビーム（ｍ＝１〜Ｍ）、θｑは位相パターンを規定する角度（ｑ＝１〜Ｑ）、ｂｍ（θ）は形成ビーム（ｍ＝１〜Ｍ）である。
【００５８】
以上説明したように、本発明の実施例３に係るレーダ装置によれば、位相パターンに傾きを持たせたビームを逆フーリエ変換により求めてビーム出力の位相パターンの傾きを変えることにより、直接波とマルチパス波の位相関係をずらせて、距離に対するレベル低下点を変化させ、複数ビーム間の最大値をとって受信信号とする。これにより、実施例１の場合と同様に、マルチパスに起因するレベル低下の少ない受信信号を用いて目標の検出処理や追随処理を実施できるので、検出確率や追尾維持率を向上させることができる。
【実施例４】
【００５９】
本発明の実施例４に係るレーダ装置の構成は、レーダ処理部４４で実行される処理内容が異なる点を除けば、図８に示した実施例２に係るレーダ装置の構成と同じである。レーダ処理部４４で実行される処理は、実施例３に係るそれと同じである。
【００６０】
次に、本発明の実施例４に係るレーダ装置の詳細な動作を、図１２に示すフローチャートを参照しながら説明する。図１２のフローチャートに示した処理は、図１１に示したフローチャートのステップＳ１４とステップＳ１５と間に測角処理を実施するステップＳ２０が挿入されている点のみが実施例３のそれと異なる。ステップＳ２０における測角処理では、スクイント測角処理または位相モノパルス処理が実行される。
【００６１】
スクイント測角処理では、目標検出測角処理部４６は、実施例３で説明した方法によって最大値検出部４２から最大値ビームｂmaxを取得し、図４に示すように、この取得した最大値ビームｂmaxをスクイント測角用の下方ビームｂmaxlとすると、ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部４５から得られる上方ビームｂmaxuも含めて、ビームは、式（９）で表現できる。なお、下方ビームｂmaxlは、本発明の基準ビームに対応する。
【数７】
…（９）
ここで、ｂmax0l（θq）は下方ビームに相当する位相パターンに傾きを持った所望ビーム（１〜Ｍ）のうち最大値となるビーム、ｂmax0u（θq）はｂmax0lに対応する上方ビーム、θqは位相パターンを規定する角度（ｑ＝１〜Ｑ）、Ｗlmaxnはｂmlのｎ番目の素子の複素ウェイト、Ｗumaxnはｂmuのｎ番目の素子の複素ウェイト、θｂは下方ビームのピーク方向（上方ビームのピーク方向の制御は、ｂmax0uに含む）である。
【００６２】
上記ステップＳ２０における処理以外の処理は、図９のフローチャートを参照して説明した実施例２に係るレーダ装置における処理と同じである。
【００６３】
また、位相モノパルス測角処理の場合は、オフセット量の代わりに位相の傾きを位相パターンで与えることにより、実施例２と同様の方法で測角処理を行うことができる。
【００６４】
以上説明したように、この発明の実施例４に係るレーダ装置によれば、実施例３に係るレーダ装置と同様にして得られた、マルチパスに起因するレベル低下の少ない受信信号を基準にしてスクイント測角や位相モノパルス測角を実施するので、マルチパス環境下で、周波数選定範囲が狭い場合であっても、測角精度を向上させることができる。
【００６５】
なお、上述した実施例１〜実施例４に係るレーダ装置では、送受信モジュール１２1〜１２Nを用いたアクティブフェーズドアレイの場合について説明したが、非特許文献１のｐ．２８９−２９１に説明されているＤＢＦ（Digital Beam Forming）の場合や移相器のみのパッシブフェーズドアレイの場合も、上述した手法を適用できる。
【００６６】
また、測角手法として、スクイント測角と位相モノパルス測角の場合について説明したが、マルチパスによるレベル低下の少ないビームを用いて測角するとことにより測角精度を向上させるのが主旨であり、他の測角方法を用いることができる。
【００６７】
また、位相パターンが異なる傾きをもつ複数のビームを用いて、直接波とマルチパス波の位相関係を変えて、マルチパスによるレベル低下を防ぐことが目的であるため、他のビーム形成方法を用いることもできる。さらに、大きい効果が得られる位相パターンのみではなく、振幅パターンの差違も含めて、レベル低下を防ぐように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した送受信モジュールの詳細な構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係るレーダ装置の距離に対する振幅レベルの変化を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例１に係るレーダ装置におけるオフセットおよび実施例２に係るレーダ装置におけるスクイント測角を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係るレーダ装置のオフセットがない場合のビームパターンを説明するための図である。
【図６】本発明の実施例１に係るレーダ装置のオフセットがある場合のビームパターンを説明するための図である。
【図７】本発明の実施例１に係るレーダ装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例２に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例２に係るレーダ装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例２に係るレーダ装置における位相モノパルス測角を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施例３に係るレーダ装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例４に係るレーダ装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１ アレイアンテナ
２ 送信器
３ 受信器
４ 信号処理器
１１1〜１１N アンテナ素子
１２1〜１２N 送受信モジュール
１３ 給電回路
４１ ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部
４２ 最大値検出部
４３ 目標検出処理部
４４ レーダ制御部
４５ ＭＴＩ／ＤＦＴ／パルス圧縮処理部
４６ 目標検出測角処理部
１２１ サーキュレータ
１２２ｓ 送信側増幅器
１２２ｒ 受信側増幅器
１２３ｓ 送信側移相器
１２３ｒ 受信側移相器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイアンテナと、
基準位置をオフセットさせることによって前記アレイアンテナに与える複数の複素ウェイトを算出するウェイト演算部と、
前記ウェイト演算部で算出された複数の複素ウェイトを前記アレイアンテナに順次設定してビームを形成させるビーム形成部と、
前記ビーム形成部で形成されたビームに基づき得られたビームデータを順次取得するビームデータ取得部と、
前記ビームデータ取得部で順次取得された複数のビームデータの最大値を検出して受信信号とする最大値検出部と、
前記最大値検出部で得られた受信信号に基づいて目標を検出する目標検出処理部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記最大値検出部で得られた受信信号をスクイント測角の基準ビーム又は位相モノパルス測角のΣビームとして測角を行う測角処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
アレイアンテナと、
ビームの位相パターンに傾きを持たせたビームを指向性合成により求めて複数の複素ウェイトを算出するウェイト演算部と、
前記ウェイト演算部で算出された複数の複素ウェイトを前記アレイアンテナに順次設定してビームを形成させるビーム形成部と、
前記ビーム形成部で形成されたビームに基づき得られたビームデータを順次取得するビームデータ取得部と、
前記ビームデータ取得部で順次取得された複数のビームデータの最大値を検出して受信信号とする最大値検出部と、
前記最大値検出部で得られた受信信号に基づいて目標を検出する目標検出処理部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
前記最大値検出部で得られた受信信号をスクイント測角の基準ビーム又は位相モノパルス測角のΣビームとして測角を行う測角処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
【請求項１】
アレイアンテナと、
基準位置をオフセットさせることによって前記アレイアンテナに与える複数の複素ウェイトを算出するウェイト演算部と、
前記ウェイト演算部で算出された複数の複素ウェイトを前記アレイアンテナに順次設定してビームを形成させるビーム形成部と、
前記ビーム形成部で形成されたビームに基づき得られたビームデータを順次取得するビームデータ取得部と、
前記ビームデータ取得部で順次取得された複数のビームデータの最大値を検出して受信信号とする最大値検出部と、
前記最大値検出部で得られた受信信号に基づいて目標を検出する目標検出処理部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記最大値検出部で得られた受信信号をスクイント測角の基準ビーム又は位相モノパルス測角のΣビームとして測角を行う測角処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
アレイアンテナと、
ビームの位相パターンに傾きを持たせたビームを指向性合成により求めて複数の複素ウェイトを算出するウェイト演算部と、
前記ウェイト演算部で算出された複数の複素ウェイトを前記アレイアンテナに順次設定してビームを形成させるビーム形成部と、
前記ビーム形成部で形成されたビームに基づき得られたビームデータを順次取得するビームデータ取得部と、
前記ビームデータ取得部で順次取得された複数のビームデータの最大値を検出して受信信号とする最大値検出部と、
前記最大値検出部で得られた受信信号に基づいて目標を検出する目標検出処理部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
前記最大値検出部で得られた受信信号をスクイント測角の基準ビーム又は位相モノパルス測角のΣビームとして測角を行う測角処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−５２９７７（Ｐ２００６−５２９７７Ａ）
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３３３９２（Ｐ２００４−２３３３９２）
【出願日】平成１６年８月１０日（２００４．８．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１０日（２００４．８．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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