レーダ装置
【課題】 ２以上のアンテナまたはアレイアンテナ等からの信号を合成してビームを形成し、目標物を探知または追尾する際、処理効率の良いレーダ装置を得ることを目的とする。
【解決手段】 複数の受信アンテナ１−１〜１−ｎ、受信アンテナ１−１〜１−ｎのそれぞれに接続した受信モジュール２−１〜２−ｎ、受信モジュール２−１〜２−ｎからの受信信号を合成して方位方向の受信ビームを形成する方位方向信号合成装置５１および受信モジュール２−１〜２−ｎからの受信信号を合成して仰角方向の受信ビームを形成する仰角方向信号合成装置５２を備える。
【解決手段】 複数の受信アンテナ１−１〜１−ｎ、受信アンテナ１−１〜１−ｎのそれぞれに接続した受信モジュール２−１〜２−ｎ、受信モジュール２−１〜２−ｎからの受信信号を合成して方位方向の受信ビームを形成する方位方向信号合成装置５１および受信モジュール２−１〜２−ｎからの受信信号を合成して仰角方向の受信ビームを形成する仰角方向信号合成装置５２を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２以上のアンテナまたはアレイアンテナ等からの信号を合成してビームを形成し、目標物を探知または追尾するレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、複数のアンテナ部が受信した受信信号を合成して目標物を探索または追尾するものである。例えば特許文献１には、異なる位置に配置された複数のアンテナからの信号を合成し、この合成信号に基づき目標物を検出するレーダ装置が記載されている。
【０００３】
一般的に、レーダ装置等の受信装置にはマルチパスの影響により受信感度が低下する問題があり、マルチパス対策として、複数の周波数を用いて送受信する周波数ダイバーシチや複数個のアンテナで信号を送受信するスペースダイバーシチなどの手法がある。特許文献２には探索方向の距離に応じて受信信号のパターン形状を変更するレーダ装置が記載されており、特に受信信号のパターン形状がペンシル状の尖鋭ビームである場合には、マルチパスの影響を小さくすることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７７５３３（第４、５頁、図１）
【特許文献２】特開平０６−１７４８２３（第４頁、図１）
【０００５】
上述のように、マルチパスの影響が小さければ受信感度の低下が抑制され、目標物の追尾をより正確に行なうことができる。しかし、広い領域内での目標物の探索に尖鋭ビームを用いると、ビームのレーダ反射断面積が狭いために探索領域内でのビーム走査に時間が掛かるという問題があった。
また、特許文献２におけるビーム形成の際、方位方向のビーム形成の後に仰角方向のビームを形成するため、処理に時間を要するという問題や、方位方向または仰角方向に分離してビームを形成できないという欠点もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、処理効率の良いレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るレーダ装置は、複数の受信アンテナ、受信アンテナのそれぞれに接続した受信モジュール、受信モジュールからの受信信号を合成して方位方向の受信ビームを形成する方位方向信号合成装置および受信モジュールからの受信信号を合成して仰角方向の受信ビームを形成する仰角方向信号合成装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、方位方向信号合成装置および仰角方向信号合成装置を備えて方位方向の受信信号処理および仰角方向の受信信号処理を同時に行なうため、処理効率の良いレーダ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成図である。実施の形態１に係るレーダ装置は、複数の受信アンテナおよび複数の送信アンテナであるアンテナ１−１〜１−ｎ、受信アンテナのそれぞれに接続した受信モジュールであるとともに送信アンテナのそれぞれに接続した送信モジュールでもある送受信装置２−１〜２−ｎ、統合送受信制御装置４、信号処理装置５および表示装置６を備え、方位方向および仰角方向の２次元のデジタルビームフォーミングを行なうものである。
【００１０】
ｎ個のアンテナ１−１〜１−ｎは分散して設置され、受信信号および送信信号であるレーダ信号を送受信する。このアンテナ１−１〜１−ｎのそれぞれは１つのアンテナであるが、アレイアンテナやパラボラアンテナ等、レーダ信号を送受信できればアンテナの種類を限定しない。
【００１１】
ｎ個の送受信装置２−１〜２−ｎはアンテナ１−１〜１−ｎのそれぞれに接続するとともに、対応するアンテナ１−１〜１−ｎを介してレーダ信号の送受信処理を行なう。特に、レーダ信号受信時には、処理したレーダ信号を受信データとして信号処理装置５に出力する。
なお、アンテナ１−１〜１−ｎの一つ一つが複数の素子アンテナからなるアレイアンテナである場合には、アンテナ１−１〜１−ｎおよび送受信装置２−１〜２−ｎのそれぞれは各素子アンテナが受信したレーダ信号を合成し、１つのアンテナおよび送受信装置につき１つの受信データを出力する処理を行なう。
【００１２】
統合送受信制御装置４は、所望の方向にレーダ信号を送信できるよう各アンテナ１−１〜１−ｎのそれぞれについて送信方向を計算し、レーダ信号として送信すべき信号およびアンテナ１−１〜１−ｎのそれぞれに対応する送信方向を指示した第１の制御データを送受信装置２−１〜２−ｎに伝送している。
このとき、送受信装置２−１〜２−ｎは、第１の制御信号に基づき所定の位相差をもった信号を生成し、生成した信号を送受信装置２−１〜２−ｎのそれぞれに対応するアンテナ１−１〜１−ｎを介してレーダ信号として放射する。
【００１３】
また、統合送受信制御装置４は、所望の方向からレーダ信号を受信できるよう各アンテナ１−１〜１−ｎのそれぞれについて受信方向を計算し、受信方向を指示した第２の制御データを送受信装置２−１〜２−ｎに伝送している。
このとき、送受信装置２−１〜２−ｎは、第２の制御信号に基づき受信したレーダ信号を所定の移相処理を行なうことにより受信データを生成する。これにより、信号処理装置５が送受信装置２−１〜２−ｎからの受信データを正しく処理することができる。
なお、第１の制御データおよび第２の制御データで指示される送信方向および受信方向は、信号処理装置５による処理結果に基づき決定される。一般的に、レーダ信号の送信方向および受信方向は同一である。
【００１４】
信号処理装置５は、送受信装置２−１〜２−ｎから入力された受信データを方位方向および仰角方向について解析し、目標物の検出処理や追尾処理などを行う。また、レーダ信号の送信方向および受信方向を決定し、レーダ信号を送受信すべき方向を統合送受信制御装置４に指示する。
【００１５】
表示装置６は、信号処理装置５による受信データの処理結果を表示する。オペレータは、表示装置６に表示された処理結果に基づき、目標物を探索する。
【００１６】
図２は、信号処理装置５の構成図である。この実施の形態１に係る信号処理装置５は、送受信装置２−１〜２−ｎからの受信信号を合成して方位方向の受信ビームを形成する方位方向信号合成装置であるＡＺ方向信号合成装置５１、送受信装置２−１〜２−ｎからの受信信号を合成して仰角方向の受信ビームを形成する仰角方向信号合成装置であるＥＬ方向信号合成装置５２、任意の方向にレーダ信号を送信するために送信タイミングおよび位相量を調整する時間／位相補正部５３、アンテナ１−１〜１−ｎから送信されるレーダ信号の基準となる信号を発生する基準信号発生部５４を備えている。ＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２の構成は以降に記載の通りであり、受信データに基づきビームフォーミングを行う。
【００１７】
ＡＺ方向信号合成装置５１は、受信信号を合成して方位方向に扇状のファンビームを形成する第１のファンビーム形成部であるファンビーム形成部５１１、受信信号を合成して方位方向に尖鋭なマルチビームを形成する第１のマルチビーム形成部であるマルチビーム形成部５１２、および外部から入力されたビーム形成切替信号に基づき受信信号をファンビーム形成部５１１またはマルチビーム形成部５１２のいずれか一方に入力させる第１のビーム切替器であるビーム切替器５１３からなる。
ファンビーム形成部５１１は最大固有値法を用いて受信データから幅の広いファンビームを形成し、マルチビーム形成部５１２は離散フーリエ変換を用いて受信データからファンビームよりも幅の狭いマルチビームを形成し、ビーム切替器５１３はファンビーム形成部５１１またはマルチビーム形成部５１２のいずれか一方に受信データを入力させて、ファンビームまたはマルチビームのいずれか一方を形成する。
【００１８】
このビーム切替器５１３には外部端末である入力装置５５が接続しており、入力装置５５からは、ファンビームを形成する指示およびマルチビームを形成する指示をビーム形成切替信号としてビーム切替器５１３に入力することができる。ビーム切替器５１３は、入力装置５５から入力されたビーム形成切替信号に基づき、ファンビーム形成部５１１またはマルチビーム形成部５１２のいずれか一方に受信データを入力させる。
【００１９】
また、ＥＬ方向信号合成装置５２は、受信信号を合成して仰角方向に尖鋭なマルチビームを形成する第２のマルチビーム形成部であるマルチビーム形成部５２２を備える。このマルチビーム形成部５２２は、マルチビーム形成部５１２と同様、離散フーリエ変換を用いて受信データから幅の狭いマルチビームを形成する。
【００２０】
また、時間／位相補正部５３は、ＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２が形成したビームが入力される。すると、これらのビームの種類や方向を解析し、次回に探索または追尾すべき方向を決定して、決定した方向でレーダ信号を送受信するための位相量を計算する。位相量および基準信号発生部５４で発生した基準信号は、統合送受信制御装置４に出力される。
【００２１】
次にレーダ装置のレーダ信号受信時の動作を説明する。
アンテナ１−１〜１−ｎを介して送受信装置２−１〜２−ｎがレーダ信号を受信すると、周波数や位相等の受信処理を行い、受信データを信号処理装置５に出力する。
【００２２】
信号処理装置５に入力された受信データはＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２に入力し、方位方向および仰角方向それぞれについてビームが形成される。
ＡＺ方向信号合成装置５１では、目標物を探索する探知モード時にはファンビーム形成部５１１が動作し、探知した目標物を追跡する追尾モード時にはマルチビーム形成部５１２が動作する。本レーダ装置の最初の動作は目標物の探索であり、レーダ装置の起動直後のＡＺ方向信号合成装置５１は探知モードとして動作している。つまり、ファンビーム形成部５１１に受信データが入力されて方位方向に広がったファンビームが形成され、フェンスサーチが可能な状態になっている。形成されたファンビームは表示装置６に出力される。
一方、ＥＬ方向信号合成装置５２では、マルチビーム形成部５２２が受信データから幅の狭いマルチビームを形成し、表示装置６に出力する。
【００２３】
図３は、実施の形態１におけるレーダ装置が受信したレーダ信号から形成するビームを模式的に示した図である。図３の（ａ）および（ｂ）は、探索モード時にＡＺ方向信号制御合成装置５１が形成するファンビームを鉛直方向上から見た図、およびＥＬ方向信号制御合成装置５２が形成するマルチビームを水平方向から見た図であり、図中の「О」は集合したアンテナ１−１〜１−ｎを示す。図３（ａ）では方位方向に幅の広いファンビームが形成されており、図３（ｂ）では仰角方向に幅の狭いマルチビームが形成されている。
このように、探知モード時には、仰角方向ではマルチビームにより高精度の測角が実現されるとともに、方位方向ではフェンスサーチにより一時に広範な探索が可能となる。
【００２４】
ＡＺ方向信号処理装置５１およびＥＬ方向信号処理装置５２により形成されたそれぞれのビームは表示装置６に表示され、オペレータは、表示されたビームを確認することにより目標物を探索できる。目標物の存在がレーダ信号に反映されない間は、表示装置６上には変化が表れず、ＡＺ方向信号合成装置５１は探知モードとして動作している。
【００２５】
次に、目標物の存在がビームに表れた場合の動作を説明する。
オペレータは表示装置６に表示されたＡＺ方向のファンビームおよびＥＬ方向のマルチビームを監視しており、目標物の存在を発見した場合には、方位方向のビームもマルチビームに切り替えて当該目標物を追尾するよう、レーダ装置に指令する。具体的には、ＡＺ方向信号合成装置５１で形成するビームをマルチビームに切り替える指示を入力装置５５に入力する。入力装置５５は、マルチビームを形成する旨の指示を表すビーム形成切替信号をビーム切替器５１３に出力する。
【００２６】
ビーム切替器５１３は、入力装置５５からビーム形成切替指示が入力されると、探知モードから追尾モードに遷移し、受信データの入力をファンビーム形成部５１１からマルチビーム形成部５１２に切り替える。これにより、方位方向において形成されるビームがファンビームからマルチビームに切り替わると同時に、目標物の追尾が開始される。追尾モード時には、方位方向のビームも仰角方向のビームもマルチビームとなる。
【００２７】
また、追尾モードから探知モードへの遷移は、探知モードから追尾モードに遷移した場合と同様、入力装置５５が出力するビーム形成切替信号により行なわれる。ＡＺ方向信号合成装置５１で形成するビームをファンビームに切り替える指示を入力装置５５に入力すると、入力装置５５がファンビームを形成する旨の指示を表すビーム形成切替信号をビーム切替器５１３に出力する。
【００２８】
ビーム切替器５１３は、ビーム形成切替指示が入力されると、追尾モードから探知モードに遷移し、受信データの入力をマルチビーム形成部５１２からファンビーム形成部５１１に切り替える。これにより、方位方向において形成されるビームがマルチビームからファンビームに切り替わり、レーダ装置は探知領域における目標物の探知動作に戻る。
【００２９】
図３の（ｃ）および（ｄ）は、追尾モード時にＡＺ方向信号制御合成装置５１が形成するマルチビームを鉛直方向上から見た図、およびＥＬ方向信号制御合成装置５２が形成するマルチビームを水平方向からから見た図である。図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、追尾モード時には、方位方向および仰角方向ともに幅の狭い、尖鋭なビームが形成されるので、マルチパスの影響を避けて目標物を正確に確認することができる。
【００３０】
なお、追尾モードから探知モードへの切り替えは、入力装置５５からの指示の他、マルチビーム形成部５１２の起動後一定時間経過後に自動で切り替わるようにしても良い。例えばビーム切替器５１３がマルチビーム形成部５１２への受信データの入力を開始したときからタイマを起動し、タイマのタイムアップ時に受信データの入力をファンビーム形成部５１１に切り替えれば、一定時間後のモード遷移を実現することができる。
【００３１】
以上のように、この実施の形態１に係るレーダ装置では、方位方向および仰角方向の２次元デジタルビームフォーミングを行なうため、受信したレーダ信号を速やかに解析することができ、目標物の探索および追尾の処理を高速に行なうことが可能となる。
また、方位方向においてファンビームおよびマルチビームを適宜形成し、探知モード時にはファンビームによるフェンスサーチを行って目標物の探索を高速に実施できるともに、追尾モード時にはマルチビームにより目標物を追尾するためマルチパス等の影響が少ない状態で正確に追尾することができ、目標物の迅速な探索と精度の良い追尾という、効率の良いレーダ装置を実現することができる。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態１では、オペレータが表示装置６を監視して目標物の出現を監視し、目標物探知時に探知モードから追尾モードへの遷移の指示を行なっていたが、目標物の探知と追尾モードへの切り替えを自動で行なっても良い。
【００３３】
図４は、実施の形態２に係る信号処理装置５の構成図である。図中において実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。実施の形態２に係る信号処理装置５は、図２に示す実施の形態１に係る信号処理装置５の入力装置５５の替わりに目標検出部５６を設置したものである。また、目標検出部５６にはＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２からの信号が入力される。
目標検出部５６は、ＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２からの信号に基づき目標物を探知すると受信データをファンビーム形成部５１１からマルチビーム形成部５１２に入力させるためのビーム形成切替信号をビーム切替器５１３に出力するものである。
【００３４】
目標検出部５６は、目標物か否かを区別するためのレーダ反射断面積の値やスピードを定めたデータベースを有しており、ＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２からの入力信号を解析してレーダ反射断面積や目標物候補のスピード等を取得するとともに、データベース中の値と比較することで目標物の有無を判別する。目標検出部５６が探知モード時に目標物を探知した場合には、マルチビームを形成する旨の指示を表すビーム形成切替信号をビーム切替器５１３に出力する。なお、ビーム形成切替指示信号は、実施の形態１において入力装置５５からビーム切替器５１３に出力されるビーム形成切替指示信号と同じであり、ビーム切替器５１３のビーム形成切替指示信号を受信した場合の動作は、実施の形態１と同様である。
【００３５】
以上のように、この実施の形態２に係るレーダ装置では、目標検出部５６がＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２からの信号を解析して目標物の有無を確認し、目標物検出時には追尾を指示するので、目標物の探知から追尾への変更を自動で行なうことができる。
【００３６】
実施の形態３．
実施の形態１および２では、ＡＺ方向信号合成装置５１の追尾モード時、およびＥＬ方向信号合成装置５２においてマルチビームを形成している。マルチビーム形成時には、グレーティングローブが発生するという問題がある。この実施の形態３では、グレーティングローブの発生を抑制するためにレーダ信号を一方向につき異なる周波数で複数回送信する。
【００３７】
図５は、実施の形態３に係る信号処理装置５の構成図である。図中において実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。実施の形態３に係る信号処理装置５は、図２に示す実施の形態１に係る信号処理装置５に周波数切替器５７を付加したものである。
周波数切替器５７は、所定の方向に送信される１つのレーダ信号につき複数の異なる周波数での送信を送受信モジュール２−１〜２−ｎに指示するものである。
【００３８】
レーダ信号の送信時、基準信号発生部５４で生成された送信信号は、時間／位相補正部５３により指定された所定の方向を示す位相情報とともに統合送受信制御装置４に出力される。実施の形態３では、所定の方向が指定された送信信号につき、周波数切替器５７が複数の周波数を指定する。
統合送受信制御装置４は、周波数切替器５７からの周波数の指定に従い、所定の方向と指定された周波数とを指示した第１の制御信号を送受信装置２−１〜２−ｎに伝送する。送受信装置２−１〜２−ｎは第１の制御信号に従い、所定の方向に指定された周波数でレーダ信号を送信し、周波数の異なるレーダ信号を同一方向につき複数回送信する。
【００３９】
同時に、統合送受信制御装置４は、送信したレーダ信号を受信できるよう、方向と周波数を指示した第２の制御信号を送受信装置２−１〜２−ｎに伝送する。
【００４０】
次にレーダ信号の処理を説明する。アンテナ１−１〜１−ｎから送信されたレーダ信号は、背景または目標物に反射することにより、アンテナ１−１〜１−ｎに再び入射する。送受信装置２−１〜２−ｎは、所定の同一方向から入射する周波数のみ異なるレーダ信号を複数回受信するとともに、同一方向から受信した、周波数のみ異なるレーダ信号を重ね合わせる。
なお、同一方向からの複数の受信データは、上記のように送受信装置２−１〜２−ｎが重ね合わせても良いが、統合送受信制御装置４が行なっても良い。統合送受信制御装置４で受信データの重ね合わせを行なう場合は、送受信装置２−１〜２−ｎはレーダ信号を受信するたびに受信データを統合送受信制御装置４に出力し、統合送受信制御装置４は受信データを送受信２−１〜２−ｎごとに分類し、さらに同一方向からの受信データを合成する。
【００４１】
グレーティングローブの生じるパターンは周波数毎に異なるため、一方向から受信したレーダ信号を重ね合わせるとサイドローブが打ち消しあい、グレーティングローブのレベルが低減する。
【００４２】
以上のように、この実施の形態３に係るレーダ装置では、周波数切替器５７を備え、レーダ信号を同一方向に周波数切替器５７が指示した周波数で複数回送信するため、マルチビーム形成時にグレーティングローブの発生を抑制することができる。これにより、仰角方向の探知および追尾精度ならびに方位方向の追尾精度を高めることができる。
【００４３】
実施の形態４．
実施の形態３では、周波数切替器５７を用いて同一方向について周波数の異なるレーダ信号を複数回送信することでグレーティングローブの発生を抑制していた。この実施の形態４では、グレーティングローブ抑制アルゴリズムを用いることを特徴とする。
【００４４】
図６は、実施の形態４に係る信号処理装置５の構成図である。図中において実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。実施の形態４に係る信号処理装置５は、図２に示す実施の形態１に係る信号処理装置５にグレーティングローブ抑圧器５８を付加したものである。
グレーティングローブ抑圧器５８は、受信データを用いてＣａｐｏｎアルゴリズムによりビームを形成する制御装置の一種であり、ＡＺ方向信号合成装置５１のマルチビーム形成部５１２およびＥＬ方向信号合成装置５２のマルチビーム形成部５２２と接続している。
【００４５】
マルチビーム形成部５１２および５２２は、受信データを受信した際にグレーティングローブ抑圧器５８を用いて受信データからビーム形成処理を行う。
【００４６】
以上のように、この実施の形態４に係るレーダ装置は、グレーティングローブ抑圧器５８を付加するだけでマルチビーム形成時のグレーティングローブの発生を抑制することができ、高精度の探索および追尾を実現することができる。
また、実施の形態３と比較すると、同一方向においてレーダ信号を複数回送受信する必要がないため、レーダ信号の送受信によるレーダ装置の負荷を低減することができる。さらに、所定の方向から受信したレーダ信号を処理する時間を短縮することができ、目標物の探索および追尾を高速に処理することができる。
【００４７】
なお、上述及び図６においては、マルチビーム形成部５１２およびマルチビーム形成部５２２のいずれもがグレーティングローブ抑圧器５８に接続しているが、いずれか一方がグレーティングローブ抑圧器５８に接続しても良い。
【００４８】
実施の形態５．
実施の形態１から４では、ＡＺ方向信号合成装置５１はファンビームとマルチビームを適宜形成し、ＥＬ方向信号合成装置５２はマルチビームを形成していたが、方位方向および仰角方向ともにファンビームを形成して目標物を探索しても良い、
【００４９】
図７は、実施の形態５に係る信号処理装置５の構成図である。図中において実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。実施の形態５に係る信号処理装置５は、図２に示す実施の形態１に係る信号処理装置５のＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２に扇状のファンビームの形成機能を持たせたものである。なお、実施の形態１から４に係るＥＬ方向信号合成装置５２はマルチビーム形成部５２２を備えてマルチビームを形成していたが、この実施の形態５に係るＥＬ方向信号合成装置５２は受信データを合成して仰角方向に扇状で幅の広いファンビームを形成する第２のファンビーム形成部となるファンビーム形成部５２１を備えてファンビームを形成するものである。なお、ファンビーム形成部５１１および５２１におけるファンビーム形成には、最大固有値法を用いる。
【００５０】
送受信装置２−１〜２−ｎから信号処理装置５に入力された受信データは、ＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２にそれぞれ入力され、方位方向および仰角方向のファンビームが形成される。最大固有値法によると、Ｍ個のアンテナで構成されるアンテナ群で互いに相関関係のないｎ個の受信電力Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓｎの信号を受信すると、合成受信電力ＳoutはＳout＝Ｍ（Ｓ１＋Ｓ２＋・・・＋Ｓｎ）と表される。つまり、いくつかの方向から到来した反射波と所望波とをコヒーレントに加算でき、Ｓ／Ｎ比の劣化を防ぐことができる。
【００５１】
以上のように、この実施の形態５に係るレーダ装置では、方位方向および仰角方向のそれぞれにおいてファンビームによるフェンスサーチを実施するため、目標物探知が実施の形態１よりも高速になり、高速探知専用のレーダ装置を得ることができる。また方位方向および仰角方向を同時に処理するため、処理速度が速いレーダ装置を得ることができる。
【００５２】
実施の形態６．
実施の形態５では方位方向および仰角方向の両方をファンビームにより探知していたため、高速探知が可能であった。実施の形態６では、方位方向および仰角方向の両方においてマルチビームを形成する。
【００５３】
図８は、実施の形態６に係る信号処理装置５の構成図である。図中において実施の形態５と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。実施の形態６に係る信号処理装置５は、実施の形態５に係る信号処理装置５におけるファンビームを形成する機能を尖鋭なマルチビームを形成する機能に置き換えたものである。つまり、ＡＺ方向信号合成装置５１ではファンビーム形成部５１１をマルチビーム形成部５１２に置き換え、ＥＬ方向信号合成装置５２ではファンビーム形成部５２１をマルチビーム形成部５２２に置き換えたものである。これにより、信号処理装置５により形成される受信ビームはペンシル状になる。
また、実施の形態４と同様にグレーティングローブ抑圧器５８を有し、マルチビーム形成部５１２および５２２は、受信データ処理時にグレーティングローブ抑圧器５８に受信データを入力してビームを形成する。
【００５４】
信号処理装置５に入力した受信データは方位方向および仰角方向のそれぞれについてマルチビームが形成される。また、グレーティングローブ抑圧器５８により、グレーティングローブの発生が抑制される。
【００５５】
以上のように、この実施の形態６に係るレーダ装置では、方位方向および仰角方向のそれぞれについてマルチビームが形成されるため、測角精度が向上し、高精度の追尾専用レーダ装置を得ることができる。また方位方向および仰角方向を同時に処理するため、処理速度が速いレーダ装置を得ることができる。
【００５６】
なお、上述ではグレーティングローブ抑圧器５８を備えた場合を説明したが、グレーティングローブ抑圧器５８の替わりに、周波数切替器５７を配置して実施の形態３と同様の動作を行なっても良い。また、グレーティングローブ抑圧器５８と周波数切替器５７との両方を備えても良い。これらの周波数切替器５７やグレーティングローブ抑圧器５８の使用により、マルチビーム形成時にグレーティングローブの発生を抑制することができる。
【００５７】
実施の形態７．
実施の形態５では方位方向および仰角方向においてファンビームを形成し、実施の形態６では方位方向および仰角方向においてマルチビームを形成するレーダ装置について説明したが、ＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２のそれぞれがファンビームおよびマルチビームを適宜形成しても良い。
【００５８】
図９は、実施の形態７に係る信号処理装置５の構成図である。図中において実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。実施の形態７に係る信号処理装置５は、図２に示す実施の形態１に係る信号処理装置５内のＥＬ方向信号合成装置５２の構成を、ＡＺ方向信号合成装置５１の構成と同様にしたものである。つまり、ＥＬ方向信号合成装置５２は、マルチビーム形成部５２２に加えて、ファンビーム形成部５２１、およびビーム形成切替信号に基づき受信データをファンビーム形成部５２１またはマルチビーム形成部５２２のいずれか一方に入力させる第２のビーム切替器となるビーム切替器５１３を備えている。
【００５９】
また、入力装置５５はＡＺ方向信号合成装置５１のビーム切替器５１３およびＥＬ方向信号合成装置５２のビーム切替器５２３の両方に接続している。入力装置５５を用いた探知モードから追尾モードへの遷移の指令は実施の形態１と同様であり、オペレータのビーム形成切替指示により行なわれる。なお、実施の形態７においては、探知モード時には方位方向および仰角方向の両方でファンビームが形成されており、ビーム形成切替指示により方位方向よび仰角方向の両方でマルチビームが形成される。
【００６０】
以上のように、この実施の形態７に係るレーダ装置によれば、探知時には方位方向および仰角方向についてファンビームにより探索するため目標物を高速で探索できるとともに、追尾時にはマルチビームを形成するため、高精度な追尾が可能となり、探索と追尾の効率が実施の形態１から４よりもさらに良いレーダ装置を得ることができる。
【００６１】
なお、実施の形態３と同様、周波数切替器５７を備えて同一方向へのレーダ信号につき異なる周波数で複数回送信する動作を追加したり、実施の形態４や６と同様、マルチビーム形成部５１２にグレーティングローブ抑圧器５８を接続したりすれば、グレーティングローブの発生を抑制することができる。
【００６２】
ところで、上記説明では、図１に代表するようにアンテナが分散して位置する、いわゆる分散アレイを有するレーダ装置を引用して説明した。しかし、分散アレイアンテナを用いたレーダ装置でなく、一般的なアレイアンテナに適用することもできる。
この場合、アンテナ１−１〜１−ｎがｎ個のアンテナ素子に相当し、送受信モジュール２−１〜２−ｎは素子アンテナに対応する送受信モジュールとして動作すれば良い。このように、アレイアンテナを有するレーダ装置に本発明を適用した場合にも、実施の形態１から７と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、実施の形態３から７では、探知モードと追尾モードとの切り替え、つまりファンビームとマルチビームとの切り替えを外部からの入力で実現していた。つまりオペレータが入力装置５５から指令していた。しかし、実施の形態３から７においても、実施の形態２のように、入力されたビームから目標物の検出を判定する目標検出部５６を備えれば、探知モードと追尾モードの切り替えを自動で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る信号処理装置の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１における形成されたビームの模式図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る信号処理装置の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る信号処理装置の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る信号処理装置の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係る信号処理装置の構成図である。
【図８】この発明の実施の形態６に係る信号処理装置の構成図である。
【図９】この発明の実施の形態７に係る信号処理装置の構成図である。
【符号の説明】
【００６５】
１−１〜１−ｎ アンテナ ２−１〜２−ｎ 送受信装置 ５１ ＡＺ方向信号合成装置
５２ ＥＬ方向信号合成装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２以上のアンテナまたはアレイアンテナ等からの信号を合成してビームを形成し、目標物を探知または追尾するレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、複数のアンテナ部が受信した受信信号を合成して目標物を探索または追尾するものである。例えば特許文献１には、異なる位置に配置された複数のアンテナからの信号を合成し、この合成信号に基づき目標物を検出するレーダ装置が記載されている。
【０００３】
一般的に、レーダ装置等の受信装置にはマルチパスの影響により受信感度が低下する問題があり、マルチパス対策として、複数の周波数を用いて送受信する周波数ダイバーシチや複数個のアンテナで信号を送受信するスペースダイバーシチなどの手法がある。特許文献２には探索方向の距離に応じて受信信号のパターン形状を変更するレーダ装置が記載されており、特に受信信号のパターン形状がペンシル状の尖鋭ビームである場合には、マルチパスの影響を小さくすることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７７５３３（第４、５頁、図１）
【特許文献２】特開平０６−１７４８２３（第４頁、図１）
【０００５】
上述のように、マルチパスの影響が小さければ受信感度の低下が抑制され、目標物の追尾をより正確に行なうことができる。しかし、広い領域内での目標物の探索に尖鋭ビームを用いると、ビームのレーダ反射断面積が狭いために探索領域内でのビーム走査に時間が掛かるという問題があった。
また、特許文献２におけるビーム形成の際、方位方向のビーム形成の後に仰角方向のビームを形成するため、処理に時間を要するという問題や、方位方向または仰角方向に分離してビームを形成できないという欠点もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、処理効率の良いレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るレーダ装置は、複数の受信アンテナ、受信アンテナのそれぞれに接続した受信モジュール、受信モジュールからの受信信号を合成して方位方向の受信ビームを形成する方位方向信号合成装置および受信モジュールからの受信信号を合成して仰角方向の受信ビームを形成する仰角方向信号合成装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、方位方向信号合成装置および仰角方向信号合成装置を備えて方位方向の受信信号処理および仰角方向の受信信号処理を同時に行なうため、処理効率の良いレーダ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成図である。実施の形態１に係るレーダ装置は、複数の受信アンテナおよび複数の送信アンテナであるアンテナ１−１〜１−ｎ、受信アンテナのそれぞれに接続した受信モジュールであるとともに送信アンテナのそれぞれに接続した送信モジュールでもある送受信装置２−１〜２−ｎ、統合送受信制御装置４、信号処理装置５および表示装置６を備え、方位方向および仰角方向の２次元のデジタルビームフォーミングを行なうものである。
【００１０】
ｎ個のアンテナ１−１〜１−ｎは分散して設置され、受信信号および送信信号であるレーダ信号を送受信する。このアンテナ１−１〜１−ｎのそれぞれは１つのアンテナであるが、アレイアンテナやパラボラアンテナ等、レーダ信号を送受信できればアンテナの種類を限定しない。
【００１１】
ｎ個の送受信装置２−１〜２−ｎはアンテナ１−１〜１−ｎのそれぞれに接続するとともに、対応するアンテナ１−１〜１−ｎを介してレーダ信号の送受信処理を行なう。特に、レーダ信号受信時には、処理したレーダ信号を受信データとして信号処理装置５に出力する。
なお、アンテナ１−１〜１−ｎの一つ一つが複数の素子アンテナからなるアレイアンテナである場合には、アンテナ１−１〜１−ｎおよび送受信装置２−１〜２−ｎのそれぞれは各素子アンテナが受信したレーダ信号を合成し、１つのアンテナおよび送受信装置につき１つの受信データを出力する処理を行なう。
【００１２】
統合送受信制御装置４は、所望の方向にレーダ信号を送信できるよう各アンテナ１−１〜１−ｎのそれぞれについて送信方向を計算し、レーダ信号として送信すべき信号およびアンテナ１−１〜１−ｎのそれぞれに対応する送信方向を指示した第１の制御データを送受信装置２−１〜２−ｎに伝送している。
このとき、送受信装置２−１〜２−ｎは、第１の制御信号に基づき所定の位相差をもった信号を生成し、生成した信号を送受信装置２−１〜２−ｎのそれぞれに対応するアンテナ１−１〜１−ｎを介してレーダ信号として放射する。
【００１３】
また、統合送受信制御装置４は、所望の方向からレーダ信号を受信できるよう各アンテナ１−１〜１−ｎのそれぞれについて受信方向を計算し、受信方向を指示した第２の制御データを送受信装置２−１〜２−ｎに伝送している。
このとき、送受信装置２−１〜２−ｎは、第２の制御信号に基づき受信したレーダ信号を所定の移相処理を行なうことにより受信データを生成する。これにより、信号処理装置５が送受信装置２−１〜２−ｎからの受信データを正しく処理することができる。
なお、第１の制御データおよび第２の制御データで指示される送信方向および受信方向は、信号処理装置５による処理結果に基づき決定される。一般的に、レーダ信号の送信方向および受信方向は同一である。
【００１４】
信号処理装置５は、送受信装置２−１〜２−ｎから入力された受信データを方位方向および仰角方向について解析し、目標物の検出処理や追尾処理などを行う。また、レーダ信号の送信方向および受信方向を決定し、レーダ信号を送受信すべき方向を統合送受信制御装置４に指示する。
【００１５】
表示装置６は、信号処理装置５による受信データの処理結果を表示する。オペレータは、表示装置６に表示された処理結果に基づき、目標物を探索する。
【００１６】
図２は、信号処理装置５の構成図である。この実施の形態１に係る信号処理装置５は、送受信装置２−１〜２−ｎからの受信信号を合成して方位方向の受信ビームを形成する方位方向信号合成装置であるＡＺ方向信号合成装置５１、送受信装置２−１〜２−ｎからの受信信号を合成して仰角方向の受信ビームを形成する仰角方向信号合成装置であるＥＬ方向信号合成装置５２、任意の方向にレーダ信号を送信するために送信タイミングおよび位相量を調整する時間／位相補正部５３、アンテナ１−１〜１−ｎから送信されるレーダ信号の基準となる信号を発生する基準信号発生部５４を備えている。ＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２の構成は以降に記載の通りであり、受信データに基づきビームフォーミングを行う。
【００１７】
ＡＺ方向信号合成装置５１は、受信信号を合成して方位方向に扇状のファンビームを形成する第１のファンビーム形成部であるファンビーム形成部５１１、受信信号を合成して方位方向に尖鋭なマルチビームを形成する第１のマルチビーム形成部であるマルチビーム形成部５１２、および外部から入力されたビーム形成切替信号に基づき受信信号をファンビーム形成部５１１またはマルチビーム形成部５１２のいずれか一方に入力させる第１のビーム切替器であるビーム切替器５１３からなる。
ファンビーム形成部５１１は最大固有値法を用いて受信データから幅の広いファンビームを形成し、マルチビーム形成部５１２は離散フーリエ変換を用いて受信データからファンビームよりも幅の狭いマルチビームを形成し、ビーム切替器５１３はファンビーム形成部５１１またはマルチビーム形成部５１２のいずれか一方に受信データを入力させて、ファンビームまたはマルチビームのいずれか一方を形成する。
【００１８】
このビーム切替器５１３には外部端末である入力装置５５が接続しており、入力装置５５からは、ファンビームを形成する指示およびマルチビームを形成する指示をビーム形成切替信号としてビーム切替器５１３に入力することができる。ビーム切替器５１３は、入力装置５５から入力されたビーム形成切替信号に基づき、ファンビーム形成部５１１またはマルチビーム形成部５１２のいずれか一方に受信データを入力させる。
【００１９】
また、ＥＬ方向信号合成装置５２は、受信信号を合成して仰角方向に尖鋭なマルチビームを形成する第２のマルチビーム形成部であるマルチビーム形成部５２２を備える。このマルチビーム形成部５２２は、マルチビーム形成部５１２と同様、離散フーリエ変換を用いて受信データから幅の狭いマルチビームを形成する。
【００２０】
また、時間／位相補正部５３は、ＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２が形成したビームが入力される。すると、これらのビームの種類や方向を解析し、次回に探索または追尾すべき方向を決定して、決定した方向でレーダ信号を送受信するための位相量を計算する。位相量および基準信号発生部５４で発生した基準信号は、統合送受信制御装置４に出力される。
【００２１】
次にレーダ装置のレーダ信号受信時の動作を説明する。
アンテナ１−１〜１−ｎを介して送受信装置２−１〜２−ｎがレーダ信号を受信すると、周波数や位相等の受信処理を行い、受信データを信号処理装置５に出力する。
【００２２】
信号処理装置５に入力された受信データはＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２に入力し、方位方向および仰角方向それぞれについてビームが形成される。
ＡＺ方向信号合成装置５１では、目標物を探索する探知モード時にはファンビーム形成部５１１が動作し、探知した目標物を追跡する追尾モード時にはマルチビーム形成部５１２が動作する。本レーダ装置の最初の動作は目標物の探索であり、レーダ装置の起動直後のＡＺ方向信号合成装置５１は探知モードとして動作している。つまり、ファンビーム形成部５１１に受信データが入力されて方位方向に広がったファンビームが形成され、フェンスサーチが可能な状態になっている。形成されたファンビームは表示装置６に出力される。
一方、ＥＬ方向信号合成装置５２では、マルチビーム形成部５２２が受信データから幅の狭いマルチビームを形成し、表示装置６に出力する。
【００２３】
図３は、実施の形態１におけるレーダ装置が受信したレーダ信号から形成するビームを模式的に示した図である。図３の（ａ）および（ｂ）は、探索モード時にＡＺ方向信号制御合成装置５１が形成するファンビームを鉛直方向上から見た図、およびＥＬ方向信号制御合成装置５２が形成するマルチビームを水平方向から見た図であり、図中の「О」は集合したアンテナ１−１〜１−ｎを示す。図３（ａ）では方位方向に幅の広いファンビームが形成されており、図３（ｂ）では仰角方向に幅の狭いマルチビームが形成されている。
このように、探知モード時には、仰角方向ではマルチビームにより高精度の測角が実現されるとともに、方位方向ではフェンスサーチにより一時に広範な探索が可能となる。
【００２４】
ＡＺ方向信号処理装置５１およびＥＬ方向信号処理装置５２により形成されたそれぞれのビームは表示装置６に表示され、オペレータは、表示されたビームを確認することにより目標物を探索できる。目標物の存在がレーダ信号に反映されない間は、表示装置６上には変化が表れず、ＡＺ方向信号合成装置５１は探知モードとして動作している。
【００２５】
次に、目標物の存在がビームに表れた場合の動作を説明する。
オペレータは表示装置６に表示されたＡＺ方向のファンビームおよびＥＬ方向のマルチビームを監視しており、目標物の存在を発見した場合には、方位方向のビームもマルチビームに切り替えて当該目標物を追尾するよう、レーダ装置に指令する。具体的には、ＡＺ方向信号合成装置５１で形成するビームをマルチビームに切り替える指示を入力装置５５に入力する。入力装置５５は、マルチビームを形成する旨の指示を表すビーム形成切替信号をビーム切替器５１３に出力する。
【００２６】
ビーム切替器５１３は、入力装置５５からビーム形成切替指示が入力されると、探知モードから追尾モードに遷移し、受信データの入力をファンビーム形成部５１１からマルチビーム形成部５１２に切り替える。これにより、方位方向において形成されるビームがファンビームからマルチビームに切り替わると同時に、目標物の追尾が開始される。追尾モード時には、方位方向のビームも仰角方向のビームもマルチビームとなる。
【００２７】
また、追尾モードから探知モードへの遷移は、探知モードから追尾モードに遷移した場合と同様、入力装置５５が出力するビーム形成切替信号により行なわれる。ＡＺ方向信号合成装置５１で形成するビームをファンビームに切り替える指示を入力装置５５に入力すると、入力装置５５がファンビームを形成する旨の指示を表すビーム形成切替信号をビーム切替器５１３に出力する。
【００２８】
ビーム切替器５１３は、ビーム形成切替指示が入力されると、追尾モードから探知モードに遷移し、受信データの入力をマルチビーム形成部５１２からファンビーム形成部５１１に切り替える。これにより、方位方向において形成されるビームがマルチビームからファンビームに切り替わり、レーダ装置は探知領域における目標物の探知動作に戻る。
【００２９】
図３の（ｃ）および（ｄ）は、追尾モード時にＡＺ方向信号制御合成装置５１が形成するマルチビームを鉛直方向上から見た図、およびＥＬ方向信号制御合成装置５２が形成するマルチビームを水平方向からから見た図である。図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、追尾モード時には、方位方向および仰角方向ともに幅の狭い、尖鋭なビームが形成されるので、マルチパスの影響を避けて目標物を正確に確認することができる。
【００３０】
なお、追尾モードから探知モードへの切り替えは、入力装置５５からの指示の他、マルチビーム形成部５１２の起動後一定時間経過後に自動で切り替わるようにしても良い。例えばビーム切替器５１３がマルチビーム形成部５１２への受信データの入力を開始したときからタイマを起動し、タイマのタイムアップ時に受信データの入力をファンビーム形成部５１１に切り替えれば、一定時間後のモード遷移を実現することができる。
【００３１】
以上のように、この実施の形態１に係るレーダ装置では、方位方向および仰角方向の２次元デジタルビームフォーミングを行なうため、受信したレーダ信号を速やかに解析することができ、目標物の探索および追尾の処理を高速に行なうことが可能となる。
また、方位方向においてファンビームおよびマルチビームを適宜形成し、探知モード時にはファンビームによるフェンスサーチを行って目標物の探索を高速に実施できるともに、追尾モード時にはマルチビームにより目標物を追尾するためマルチパス等の影響が少ない状態で正確に追尾することができ、目標物の迅速な探索と精度の良い追尾という、効率の良いレーダ装置を実現することができる。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態１では、オペレータが表示装置６を監視して目標物の出現を監視し、目標物探知時に探知モードから追尾モードへの遷移の指示を行なっていたが、目標物の探知と追尾モードへの切り替えを自動で行なっても良い。
【００３３】
図４は、実施の形態２に係る信号処理装置５の構成図である。図中において実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。実施の形態２に係る信号処理装置５は、図２に示す実施の形態１に係る信号処理装置５の入力装置５５の替わりに目標検出部５６を設置したものである。また、目標検出部５６にはＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２からの信号が入力される。
目標検出部５６は、ＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２からの信号に基づき目標物を探知すると受信データをファンビーム形成部５１１からマルチビーム形成部５１２に入力させるためのビーム形成切替信号をビーム切替器５１３に出力するものである。
【００３４】
目標検出部５６は、目標物か否かを区別するためのレーダ反射断面積の値やスピードを定めたデータベースを有しており、ＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２からの入力信号を解析してレーダ反射断面積や目標物候補のスピード等を取得するとともに、データベース中の値と比較することで目標物の有無を判別する。目標検出部５６が探知モード時に目標物を探知した場合には、マルチビームを形成する旨の指示を表すビーム形成切替信号をビーム切替器５１３に出力する。なお、ビーム形成切替指示信号は、実施の形態１において入力装置５５からビーム切替器５１３に出力されるビーム形成切替指示信号と同じであり、ビーム切替器５１３のビーム形成切替指示信号を受信した場合の動作は、実施の形態１と同様である。
【００３５】
以上のように、この実施の形態２に係るレーダ装置では、目標検出部５６がＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２からの信号を解析して目標物の有無を確認し、目標物検出時には追尾を指示するので、目標物の探知から追尾への変更を自動で行なうことができる。
【００３６】
実施の形態３．
実施の形態１および２では、ＡＺ方向信号合成装置５１の追尾モード時、およびＥＬ方向信号合成装置５２においてマルチビームを形成している。マルチビーム形成時には、グレーティングローブが発生するという問題がある。この実施の形態３では、グレーティングローブの発生を抑制するためにレーダ信号を一方向につき異なる周波数で複数回送信する。
【００３７】
図５は、実施の形態３に係る信号処理装置５の構成図である。図中において実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。実施の形態３に係る信号処理装置５は、図２に示す実施の形態１に係る信号処理装置５に周波数切替器５７を付加したものである。
周波数切替器５７は、所定の方向に送信される１つのレーダ信号につき複数の異なる周波数での送信を送受信モジュール２−１〜２−ｎに指示するものである。
【００３８】
レーダ信号の送信時、基準信号発生部５４で生成された送信信号は、時間／位相補正部５３により指定された所定の方向を示す位相情報とともに統合送受信制御装置４に出力される。実施の形態３では、所定の方向が指定された送信信号につき、周波数切替器５７が複数の周波数を指定する。
統合送受信制御装置４は、周波数切替器５７からの周波数の指定に従い、所定の方向と指定された周波数とを指示した第１の制御信号を送受信装置２−１〜２−ｎに伝送する。送受信装置２−１〜２−ｎは第１の制御信号に従い、所定の方向に指定された周波数でレーダ信号を送信し、周波数の異なるレーダ信号を同一方向につき複数回送信する。
【００３９】
同時に、統合送受信制御装置４は、送信したレーダ信号を受信できるよう、方向と周波数を指示した第２の制御信号を送受信装置２−１〜２−ｎに伝送する。
【００４０】
次にレーダ信号の処理を説明する。アンテナ１−１〜１−ｎから送信されたレーダ信号は、背景または目標物に反射することにより、アンテナ１−１〜１−ｎに再び入射する。送受信装置２−１〜２−ｎは、所定の同一方向から入射する周波数のみ異なるレーダ信号を複数回受信するとともに、同一方向から受信した、周波数のみ異なるレーダ信号を重ね合わせる。
なお、同一方向からの複数の受信データは、上記のように送受信装置２−１〜２−ｎが重ね合わせても良いが、統合送受信制御装置４が行なっても良い。統合送受信制御装置４で受信データの重ね合わせを行なう場合は、送受信装置２−１〜２−ｎはレーダ信号を受信するたびに受信データを統合送受信制御装置４に出力し、統合送受信制御装置４は受信データを送受信２−１〜２−ｎごとに分類し、さらに同一方向からの受信データを合成する。
【００４１】
グレーティングローブの生じるパターンは周波数毎に異なるため、一方向から受信したレーダ信号を重ね合わせるとサイドローブが打ち消しあい、グレーティングローブのレベルが低減する。
【００４２】
以上のように、この実施の形態３に係るレーダ装置では、周波数切替器５７を備え、レーダ信号を同一方向に周波数切替器５７が指示した周波数で複数回送信するため、マルチビーム形成時にグレーティングローブの発生を抑制することができる。これにより、仰角方向の探知および追尾精度ならびに方位方向の追尾精度を高めることができる。
【００４３】
実施の形態４．
実施の形態３では、周波数切替器５７を用いて同一方向について周波数の異なるレーダ信号を複数回送信することでグレーティングローブの発生を抑制していた。この実施の形態４では、グレーティングローブ抑制アルゴリズムを用いることを特徴とする。
【００４４】
図６は、実施の形態４に係る信号処理装置５の構成図である。図中において実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。実施の形態４に係る信号処理装置５は、図２に示す実施の形態１に係る信号処理装置５にグレーティングローブ抑圧器５８を付加したものである。
グレーティングローブ抑圧器５８は、受信データを用いてＣａｐｏｎアルゴリズムによりビームを形成する制御装置の一種であり、ＡＺ方向信号合成装置５１のマルチビーム形成部５１２およびＥＬ方向信号合成装置５２のマルチビーム形成部５２２と接続している。
【００４５】
マルチビーム形成部５１２および５２２は、受信データを受信した際にグレーティングローブ抑圧器５８を用いて受信データからビーム形成処理を行う。
【００４６】
以上のように、この実施の形態４に係るレーダ装置は、グレーティングローブ抑圧器５８を付加するだけでマルチビーム形成時のグレーティングローブの発生を抑制することができ、高精度の探索および追尾を実現することができる。
また、実施の形態３と比較すると、同一方向においてレーダ信号を複数回送受信する必要がないため、レーダ信号の送受信によるレーダ装置の負荷を低減することができる。さらに、所定の方向から受信したレーダ信号を処理する時間を短縮することができ、目標物の探索および追尾を高速に処理することができる。
【００４７】
なお、上述及び図６においては、マルチビーム形成部５１２およびマルチビーム形成部５２２のいずれもがグレーティングローブ抑圧器５８に接続しているが、いずれか一方がグレーティングローブ抑圧器５８に接続しても良い。
【００４８】
実施の形態５．
実施の形態１から４では、ＡＺ方向信号合成装置５１はファンビームとマルチビームを適宜形成し、ＥＬ方向信号合成装置５２はマルチビームを形成していたが、方位方向および仰角方向ともにファンビームを形成して目標物を探索しても良い、
【００４９】
図７は、実施の形態５に係る信号処理装置５の構成図である。図中において実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。実施の形態５に係る信号処理装置５は、図２に示す実施の形態１に係る信号処理装置５のＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２に扇状のファンビームの形成機能を持たせたものである。なお、実施の形態１から４に係るＥＬ方向信号合成装置５２はマルチビーム形成部５２２を備えてマルチビームを形成していたが、この実施の形態５に係るＥＬ方向信号合成装置５２は受信データを合成して仰角方向に扇状で幅の広いファンビームを形成する第２のファンビーム形成部となるファンビーム形成部５２１を備えてファンビームを形成するものである。なお、ファンビーム形成部５１１および５２１におけるファンビーム形成には、最大固有値法を用いる。
【００５０】
送受信装置２−１〜２−ｎから信号処理装置５に入力された受信データは、ＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２にそれぞれ入力され、方位方向および仰角方向のファンビームが形成される。最大固有値法によると、Ｍ個のアンテナで構成されるアンテナ群で互いに相関関係のないｎ個の受信電力Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓｎの信号を受信すると、合成受信電力ＳoutはＳout＝Ｍ（Ｓ１＋Ｓ２＋・・・＋Ｓｎ）と表される。つまり、いくつかの方向から到来した反射波と所望波とをコヒーレントに加算でき、Ｓ／Ｎ比の劣化を防ぐことができる。
【００５１】
以上のように、この実施の形態５に係るレーダ装置では、方位方向および仰角方向のそれぞれにおいてファンビームによるフェンスサーチを実施するため、目標物探知が実施の形態１よりも高速になり、高速探知専用のレーダ装置を得ることができる。また方位方向および仰角方向を同時に処理するため、処理速度が速いレーダ装置を得ることができる。
【００５２】
実施の形態６．
実施の形態５では方位方向および仰角方向の両方をファンビームにより探知していたため、高速探知が可能であった。実施の形態６では、方位方向および仰角方向の両方においてマルチビームを形成する。
【００５３】
図８は、実施の形態６に係る信号処理装置５の構成図である。図中において実施の形態５と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。実施の形態６に係る信号処理装置５は、実施の形態５に係る信号処理装置５におけるファンビームを形成する機能を尖鋭なマルチビームを形成する機能に置き換えたものである。つまり、ＡＺ方向信号合成装置５１ではファンビーム形成部５１１をマルチビーム形成部５１２に置き換え、ＥＬ方向信号合成装置５２ではファンビーム形成部５２１をマルチビーム形成部５２２に置き換えたものである。これにより、信号処理装置５により形成される受信ビームはペンシル状になる。
また、実施の形態４と同様にグレーティングローブ抑圧器５８を有し、マルチビーム形成部５１２および５２２は、受信データ処理時にグレーティングローブ抑圧器５８に受信データを入力してビームを形成する。
【００５４】
信号処理装置５に入力した受信データは方位方向および仰角方向のそれぞれについてマルチビームが形成される。また、グレーティングローブ抑圧器５８により、グレーティングローブの発生が抑制される。
【００５５】
以上のように、この実施の形態６に係るレーダ装置では、方位方向および仰角方向のそれぞれについてマルチビームが形成されるため、測角精度が向上し、高精度の追尾専用レーダ装置を得ることができる。また方位方向および仰角方向を同時に処理するため、処理速度が速いレーダ装置を得ることができる。
【００５６】
なお、上述ではグレーティングローブ抑圧器５８を備えた場合を説明したが、グレーティングローブ抑圧器５８の替わりに、周波数切替器５７を配置して実施の形態３と同様の動作を行なっても良い。また、グレーティングローブ抑圧器５８と周波数切替器５７との両方を備えても良い。これらの周波数切替器５７やグレーティングローブ抑圧器５８の使用により、マルチビーム形成時にグレーティングローブの発生を抑制することができる。
【００５７】
実施の形態７．
実施の形態５では方位方向および仰角方向においてファンビームを形成し、実施の形態６では方位方向および仰角方向においてマルチビームを形成するレーダ装置について説明したが、ＡＺ方向信号合成装置５１およびＥＬ方向信号合成装置５２のそれぞれがファンビームおよびマルチビームを適宜形成しても良い。
【００５８】
図９は、実施の形態７に係る信号処理装置５の構成図である。図中において実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。実施の形態７に係る信号処理装置５は、図２に示す実施の形態１に係る信号処理装置５内のＥＬ方向信号合成装置５２の構成を、ＡＺ方向信号合成装置５１の構成と同様にしたものである。つまり、ＥＬ方向信号合成装置５２は、マルチビーム形成部５２２に加えて、ファンビーム形成部５２１、およびビーム形成切替信号に基づき受信データをファンビーム形成部５２１またはマルチビーム形成部５２２のいずれか一方に入力させる第２のビーム切替器となるビーム切替器５１３を備えている。
【００５９】
また、入力装置５５はＡＺ方向信号合成装置５１のビーム切替器５１３およびＥＬ方向信号合成装置５２のビーム切替器５２３の両方に接続している。入力装置５５を用いた探知モードから追尾モードへの遷移の指令は実施の形態１と同様であり、オペレータのビーム形成切替指示により行なわれる。なお、実施の形態７においては、探知モード時には方位方向および仰角方向の両方でファンビームが形成されており、ビーム形成切替指示により方位方向よび仰角方向の両方でマルチビームが形成される。
【００６０】
以上のように、この実施の形態７に係るレーダ装置によれば、探知時には方位方向および仰角方向についてファンビームにより探索するため目標物を高速で探索できるとともに、追尾時にはマルチビームを形成するため、高精度な追尾が可能となり、探索と追尾の効率が実施の形態１から４よりもさらに良いレーダ装置を得ることができる。
【００６１】
なお、実施の形態３と同様、周波数切替器５７を備えて同一方向へのレーダ信号につき異なる周波数で複数回送信する動作を追加したり、実施の形態４や６と同様、マルチビーム形成部５１２にグレーティングローブ抑圧器５８を接続したりすれば、グレーティングローブの発生を抑制することができる。
【００６２】
ところで、上記説明では、図１に代表するようにアンテナが分散して位置する、いわゆる分散アレイを有するレーダ装置を引用して説明した。しかし、分散アレイアンテナを用いたレーダ装置でなく、一般的なアレイアンテナに適用することもできる。
この場合、アンテナ１−１〜１−ｎがｎ個のアンテナ素子に相当し、送受信モジュール２−１〜２−ｎは素子アンテナに対応する送受信モジュールとして動作すれば良い。このように、アレイアンテナを有するレーダ装置に本発明を適用した場合にも、実施の形態１から７と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、実施の形態３から７では、探知モードと追尾モードとの切り替え、つまりファンビームとマルチビームとの切り替えを外部からの入力で実現していた。つまりオペレータが入力装置５５から指令していた。しかし、実施の形態３から７においても、実施の形態２のように、入力されたビームから目標物の検出を判定する目標検出部５６を備えれば、探知モードと追尾モードの切り替えを自動で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る信号処理装置の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１における形成されたビームの模式図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る信号処理装置の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る信号処理装置の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る信号処理装置の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係る信号処理装置の構成図である。
【図８】この発明の実施の形態６に係る信号処理装置の構成図である。
【図９】この発明の実施の形態７に係る信号処理装置の構成図である。
【符号の説明】
【００６５】
１−１〜１−ｎ アンテナ ２−１〜２−ｎ 送受信装置 ５１ ＡＺ方向信号合成装置
５２ ＥＬ方向信号合成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受信アンテナ、
前記受信アンテナのそれぞれに接続した受信モジュール、
前記受信モジュールからの受信信号を合成して方位方向の受信ビームを形成する方位方向信号合成装置、
前記受信モジュールからの前記受信信号を合成して仰角方向の受信ビームを形成する仰角方向信号合成装置
を備えたレーダ装置。
【請求項２】
方位方向信号合成装置は、受信信号を合成して方位方向に扇状のファンビームを形成する第１のファンビーム形成部、前記受信信号を合成して方位方向に尖鋭なマルチビームを形成する第１のマルチビーム形成部、および外部から入力されたビーム形成切替信号に基づき前記受信信号を前記第１のファンビーム形成部または前記第１のマルチビーム形成部のいずれか一方に入力させる第１のビーム切替器を備え、
仰角方向信号合成装置は、前記受信信号を合成して仰角方向に尖鋭なマルチビームを形成する第２のマルチビーム形成部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
方位方向信号合成装置は受信信号を合成して方位方向に尖鋭なマルチビームを形成する第１のマルチビーム形成部を備え、
仰角方向信号合成装置は前記受信信号を合成して仰角方向に尖鋭なマルチビームを形成する第２のマルチビーム形成部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
方位方向信号合成装置は受信信号を合成して方位方向に扇状のファンビームを形成する第１のファンビーム形成部を備え、
仰角方向信号合成装置は前記受信信号を合成して仰角方向に扇状のファンビームを形成する第２のファンビーム形成部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項５】
方位方向信号合成装置は、受信信号を合成して方位方向に扇状のファンビームを形成する第１のファンビーム形成部、前記受信信号を合成して方位方向に尖鋭なマルチビームを形成する第１のマルチビーム形成部、および外部から入力されたビーム形成切替信号に基づき前記受信信号を前記第１のファンビーム形成部または前記第１のマルチビーム形成部のいずれか一方に入力させる第１のビーム切替器を備え、
仰角方向信号合成装置は、前記受信信号を合成して仰角方向に扇状のファンビームを形成する第２のファンビーム形成部、前記受信信号を合成して仰角方向に尖鋭なマルチビームを形成する第２のマルチビーム形成部、および前記ビーム形成切替信号に基づき前記受信信号を前記第２のファンビーム形成部または前記第２のマルチビーム形成部のいずれか一方に入力させる第２のビーム切替器を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項６】
方位方向信号合成装置からの信号および仰角方向信号合成装置からの信号に基づき目標物を探知すると受信信号を第１のマルチビーム形成部または第２のマルチビーム形成部のいずれかに入力させるビーム形成切替信号を第１のビーム切替器または第２のビーム切替器のいずれか一方若しくは両方に出力する目標物検出部を備えたことを特徴とする請求項２または５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項７】
第１のマルチビーム形成部または第２のマルチビーム形成部のいずれかが、Ｃａｐｏｎアルゴリズムを用いて受信信号を合成して尖鋭なマルチビームを形成するグレーティングローブ抑圧器を備えたことを特徴とする請求項２、３および５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項８】
複数の送信アンテナ、
前記送信アンテナのそれぞれに接続するとともに前記送信アンテナが送信する送信信号を指示された周波数で任意の方向に送信する送信モジュール、
所定の方向に送信される１つの前記送信信号につき複数の異なる周波数での送信を前記送信モジュールに指示する周波数切替器
を備え、
前記送信信号が目標または背景で反射して受信アンテナで受信された受信信号を合成することを特徴とする請求項２、３および５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１】
複数の受信アンテナ、
前記受信アンテナのそれぞれに接続した受信モジュール、
前記受信モジュールからの受信信号を合成して方位方向の受信ビームを形成する方位方向信号合成装置、
前記受信モジュールからの前記受信信号を合成して仰角方向の受信ビームを形成する仰角方向信号合成装置
を備えたレーダ装置。
【請求項２】
方位方向信号合成装置は、受信信号を合成して方位方向に扇状のファンビームを形成する第１のファンビーム形成部、前記受信信号を合成して方位方向に尖鋭なマルチビームを形成する第１のマルチビーム形成部、および外部から入力されたビーム形成切替信号に基づき前記受信信号を前記第１のファンビーム形成部または前記第１のマルチビーム形成部のいずれか一方に入力させる第１のビーム切替器を備え、
仰角方向信号合成装置は、前記受信信号を合成して仰角方向に尖鋭なマルチビームを形成する第２のマルチビーム形成部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
方位方向信号合成装置は受信信号を合成して方位方向に尖鋭なマルチビームを形成する第１のマルチビーム形成部を備え、
仰角方向信号合成装置は前記受信信号を合成して仰角方向に尖鋭なマルチビームを形成する第２のマルチビーム形成部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
方位方向信号合成装置は受信信号を合成して方位方向に扇状のファンビームを形成する第１のファンビーム形成部を備え、
仰角方向信号合成装置は前記受信信号を合成して仰角方向に扇状のファンビームを形成する第２のファンビーム形成部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項５】
方位方向信号合成装置は、受信信号を合成して方位方向に扇状のファンビームを形成する第１のファンビーム形成部、前記受信信号を合成して方位方向に尖鋭なマルチビームを形成する第１のマルチビーム形成部、および外部から入力されたビーム形成切替信号に基づき前記受信信号を前記第１のファンビーム形成部または前記第１のマルチビーム形成部のいずれか一方に入力させる第１のビーム切替器を備え、
仰角方向信号合成装置は、前記受信信号を合成して仰角方向に扇状のファンビームを形成する第２のファンビーム形成部、前記受信信号を合成して仰角方向に尖鋭なマルチビームを形成する第２のマルチビーム形成部、および前記ビーム形成切替信号に基づき前記受信信号を前記第２のファンビーム形成部または前記第２のマルチビーム形成部のいずれか一方に入力させる第２のビーム切替器を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項６】
方位方向信号合成装置からの信号および仰角方向信号合成装置からの信号に基づき目標物を探知すると受信信号を第１のマルチビーム形成部または第２のマルチビーム形成部のいずれかに入力させるビーム形成切替信号を第１のビーム切替器または第２のビーム切替器のいずれか一方若しくは両方に出力する目標物検出部を備えたことを特徴とする請求項２または５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項７】
第１のマルチビーム形成部または第２のマルチビーム形成部のいずれかが、Ｃａｐｏｎアルゴリズムを用いて受信信号を合成して尖鋭なマルチビームを形成するグレーティングローブ抑圧器を備えたことを特徴とする請求項２、３および５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項８】
複数の送信アンテナ、
前記送信アンテナのそれぞれに接続するとともに前記送信アンテナが送信する送信信号を指示された周波数で任意の方向に送信する送信モジュール、
所定の方向に送信される１つの前記送信信号につき複数の異なる周波数での送信を前記送信モジュールに指示する周波数切替器
を備え、
前記送信信号が目標または背景で反射して受信アンテナで受信された受信信号を合成することを特徴とする請求項２、３および５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２４０１８４（Ｐ２００７−２４０１８４Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５９３５２（Ｐ２００６−５９３５２）
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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