レーダ装置
【課題】目標が予め分かっていない状態でも瞬時に受信電力が最大となる最適偏波が送信可能な偏波制御型のレーダ装置を得る。
【解決手段】レーダ装置は、異なる偏波状態を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナと、異なる偏波状態の信号をアレーアンテナに出力する２つの送信機と、異なる偏波状態の受信信号として出力する２つの受信機と、２つの受信信号それぞれに対して直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、２つの受信機のいずれかを符号分離手段に接続する第２の切換手段と、各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、受信電力が最大となる偏波状態に基づいて送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、を備え、前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信される。
【解決手段】レーダ装置は、異なる偏波状態を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナと、異なる偏波状態の信号をアレーアンテナに出力する２つの送信機と、異なる偏波状態の受信信号として出力する２つの受信機と、２つの受信信号それぞれに対して直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、２つの受信機のいずれかを符号分離手段に接続する第２の切換手段と、各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、受信電力が最大となる偏波状態に基づいて送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、を備え、前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ装置に関し、特に同一周波数で垂直・水平偏波など直交する２つの偏波が送信可能な偏波制御型のレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の、複数の偏波を切り換えたり、合成したりするレーダ装置は、送受信アンテナ、水平偏波系回路、垂直偏波系回路、偏波切換スイッチ、サーキュレータ、送信機、受信機、目標検出回路、目標追尾回路、偏波制御回路、偏波特性テーブルを有する。
そして、送信機から出力された垂直または水平偏波の両方の送信信号は、サーキュレータを経て偏波切換スイッチに入力される。送信開始時にはいずれかの偏波を選択するが、ここでは例として垂直偏波を選択する。この送信信号は偏波切換スイッチにより垂直偏波が選択され、垂直偏波系回路を経て送受信アンテナから送信される。目標から反射された電波は、送受信アンテナで垂直偏波成分を受信した後、垂直偏波系回路と偏波切換スイッチ、サーキュレータを経て受信機に出力される。受信信号は信号処理され、目標検出回路にて目標検出がされる。これにより目標の位置が距離および方位として出力される。この目標位置情報に基づいて、目標追尾回路において目標追尾され、これにより目標の水平面内の速度ベクトルが測定される。
【０００３】
一般に物体のレーダ断面積は寸法や形状、及びレーダから見た姿勢により変化するが、あらかじめ寸法、形状が分かっている目標については、垂直及び水平偏波に対するレーダ断面積を解析的に予測することが可能である。これより追尾結果の速度ベクトルから偏波特性テーブルを参照することにより、垂直偏波または水平偏波のいずれかのレーダ断面積が大きいかわかる。これにより、偏波制御回路において偏波特性テーブルからレーダ断面積が大きくなるように垂直もしくは水平偏波が選択され、偏波切換スイッチにより最適な偏波に切り換える。以上のようにレーダ断面積を大きく保ちつつ送受信することができ、目標検出率を向上させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１９４０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のレーダ装置には複数の偏波を切り換える手段が備えられており、一度に垂直または水平偏波のみ送信可能である。目標は常に動いているため、姿勢も常に変化している状態なので、垂直偏波と水平偏波だけが最適な偏波とは限らない。また、最初に垂直偏波で送信し、その後水平偏波で送信し目標のレーダ断面積が最大となる最適偏波を見つけるとなるとリアルタイム性が失われる。
また、実際にレーダを運用させる場合、目標は不定であるため、従来技術は目標があらかじめ分かっているときのみに有効である。
【０００６】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、目標が予め分かっていない状態でも瞬時に受信電力が最大となる最適偏波が送信可能な偏波制御型の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、異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、直交符号を生成する直交符号生成手段と、任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する２つの送信機と、前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する２つの受信機と、前記２つの受信機から出力される受信信号と前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、前記各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、前記符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と、前記受信電力が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する第１の切換手段と、前記２つの受信機のいずれかを前記符号分離手段に接続する第２の切換手段と、を備え、前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信される。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るレーダ装置は、任意のレーダ波形と直交符号に基づいて生成される信号を異なる偏波成分を有する２つの信号をアレーアンテナから同時に送信する２つの送信機と、目標から反射される反射信号を同時に異なる偏波成分を有する２つの信号として受信する２つの受信機と、を備えているので、高速に受信電力が最大となる偏波を推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の機能系統図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】偏波の様子を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の機能系統図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の機能系統図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の機能系統図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る垂直偏波系回路の機能ブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係る水平偏波系回路の機能ブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の機能系統図である。
【図１３】この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のレーダ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
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機能系統図である。
この発明の実施の形態１に係るレーダ装置は、同時に同一周波数で異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナからなる送受信アンテナ１、垂直偏波系回路２、水平偏波系回路３、垂直偏波系回路２の送受切換機４、水平偏波系回路３の送受切換機５、垂直偏波系回路２の送信機６、垂直偏波系回路２の受信機７、水平偏波系回路３の送信機８、水平偏波系回路３の受信機９、符号分離回路１４、及び、垂直偏波系回路２の受信機７または水平偏波系回路３の受信機９のいずれか一方を符号分離回路１４に接続して受信信号を切換える受信機切換スイッチ１０を有する。
【００１１】
また、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置は、直交符号を生成する直交符号生成回路１１、任意のレーダ波形を生成する任意波形生成回路１３、受信電力が最大になる偏波状態を推定する偏波推定回路１５、合成回路１６、信号処理回路１７、偏波制御回路１８、及び、直交符号生成回路１１または偏波制御回路１８のいずれか一方を任意波形生成回路１３に接続する切換スイッチ１２を有する。
【００１２】
図２は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の動作をフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１で、直交符号生成回路１１により直交符号が生成される。ここで切換スイッチ１２は直交符号生成回路１１を選択する。直交符号には、例えばＭ系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
【００１３】
次に、ステップＳ２で、任意波形生成回路１３によりパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成した直交符号を重畳し送信機６、８へ入力する。
次に、ステップＳ３で、目標方向に対するビームを形成する。
次に、ステップＳ４で、送信機６から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換機４を経て送受信アンテナ１に入力される。また、送信機８から水平偏波用の信号を出力し、送受切換機５を得て送受信アンテナ１に入力される。送受信アンテナ１から垂直偏波と水平偏波の直交２偏波が同時に同一周波数で送信される。
【００１４】
次に、ステップＳ５で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に、水平偏波成分の信号が送受切換機５を経て受信機９に出力される。受信機７と受信機９からの受信信号が受信機切換スイッチ１０に入力される。ここで、受信機切換スイッチ１０は垂直偏波系回路２の受信機７と水平偏波系回路３の受信機９のどちらかを選択するが、ここではまず垂直偏波系回路２の受信機７とする。
【００１５】
次に、ステップＳ６で、垂直偏波成分を分離する。受信機７からの信号は受信機切換スイッチ１０を経て符号分離回路１４に入力される。符号分離回路１４に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分と水平偏波で送信した時の垂直偏波成分が混合しているので、直交符号生成回路１１の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＶＶ成分とし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＶＨ成分とする。Ｖは垂直偏波を表し、Ｈは水平偏波を表す。また、表記順番は、（受信）―（送信）成分とする。符号分離された各偏波成分、ＶＶ成分とＶＨ成分が偏波推定回路１５と合成回路１６に入力される。
【００１６】
次に、ステップＳ７で、水平偏波成分を分離する。受信機切換スイッチ１０の接続を水平偏波系回路３の受信機９に切り換える。受信機９からの信号は受信機切換スイッチ１０を経て符号分離回路１４に入力される。符号分離回路１４に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分と水平偏波で送信した時の水平偏波成分が混合しているので、直交符号生成回路の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＨＶ成分とし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＨＨ成分とする。符号分離された各偏波成分、ＨＶ成分とＨＨ成分が偏波推定回路１５と合成回路１６に入力される。
【００１７】
各偏波成分の抽出方法は以下の通りである。垂直偏波用の直交符号をａ１とし、水平偏波用の直交符号をａ２とする。任意波形生成回路１３によって生成される垂直偏波用の信号をｘ１、水平偏波用の信号をｘ２とする。これより送信信号ｙは式（１）で表される。
【００１８】
【数１】
【００１９】
ここで添え字のＶは垂直偏波を表し、Ｈは水平偏波を表し、括弧内の信号がそれぞれの偏波によって送信される。式（１）で与えられる送信信号ｙを送信し、目標物に反射し、反射信号ｙ’は式（２）で表される。
【００２０】
【数２】
【００２１】
ここでＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは反射後のそれぞれの偏波成分の強度を含む複素数で表される定数である。反射信号ｙ’を垂直偏波系回路２で受信すると式（３）で表される信号ｙ’Ｖが得られる。
【００２２】
【数３】
【００２３】
また、水平偏波系回路３で受信すると式（４）で表される信号ｙ’Ｈが得られる。
【００２４】
【数４】
【００２５】
式（３）で表される信号ｙ’Ｖに垂直偏波用の直交符号ａ１を掛けると、直交関係により垂直偏波で送信した垂直偏波成分ＳＶＶが抽出できる。
また、式（３）で表される信号ｙ’Ｖに水平偏波用の直交符号ａ２を掛けると、直交関係により水平偏波で送信した垂直偏波成分ＳＶＨが抽出できる。
同様に、式（４）で表される信号ｙ’Ｈに垂直偏波用の直交符号ａ１を掛けると、直交関係により垂直偏波で送信した水平偏波成分ＳＨＶが抽出できる。
また、式（４）で表される信号ｙ’Ｈに水平偏波用の直交符号ａ２を掛けると、直交関係により水平偏波で送信した水平偏波成分ＳＨＨ成分が抽出できる。
【００２６】
次に、ステップＳ８で、最適偏波を推定する。偏波推定回路１５に入力された各偏波成分、すなわちＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨにより受信電力が最大となる偏波を推定する。推定結果を偏波制御回路１８に出力する。
次に、ステップＳ９で、最適偏波を送信する。偏波制御回路１８により受信電力が最大となる偏波が選択され、任意波形生成回路１３で垂直偏波用と水平偏波用に同一の信号を生成し、垂直偏波系回路２の送信機６と水平偏波系回路３の送信機８に入力する。ここで切換スイッチ１２は偏波制御回路１８を選択する。これにより受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
【００２７】
最適偏波推定方法は以下の通りである。各偏波成分、すなわちＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨにより目標の散乱行列［Ｓ］を推定する。散乱行列［Ｓ］は式（５）で与える。
【００２８】
【数５】
【００２９】
ここで式（５）の各要素ＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨは式（６）、式（７）、式（８）、式（９）に対応する。
【００３０】
【数６】
【００３１】
送信時における偏波状態と受信時における偏波状態が異なる時の受信電力Ｐｘは式（１０）で表される。
【００３２】
【数７】
【００３３】
また、送信時における偏波状態と受信時における偏波状態が等しい時の受信電力Ｐｃは式（１１）で表される。
【００３４】
【数８】
【００３５】
ここでρは偏波比を示し、式（１２）で表される。
【００３６】
【数９】
【００３７】
ＥＡとＥＢの関係は図３に示す。式（６）が０のときの偏波比ρが受信電力最大となる偏波比ρで、式（７）が０のときの偏波比ρが受信電力最小となる偏波比ρとなるので、式（１３）、式（１４）から最適偏波を推定できる。ここでτ、εは図３に示す偏波の角度パラメータである。
【００３８】
【数１０】
【００３９】
次に、ステップＳ１０で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波成分の信号を合成する。合成回路１６に入力された各偏波成分ＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨを用いて信号対雑音電力比が最大となるように合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路１７に入力する。
次に、ステップＳ１１で、信号処理回路１７において目標を検出したり、目標を追尾したりするなどレーダ信号処理を実行する。
【００４０】
この発明の実施の形態１に係るレーダ装置では、任意のレーダ波形と直交符号に基づいて生成される信号を異なる偏波成分を有する２つの信号をアレーアンテナから同時に送信する２つの送信機と、目標から反射される反射信号を同時に異なる偏波成分を有する２つの信号として受信する２つの受信機と、を備えているので、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、各偏波情報を取得することで、高速に受信電力が最大となる偏波を推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
なお、上述の実施の形態１では異なる偏波成分を有する複数の信号の一例として直交する偏波成分を有する２つの信号を用いたが、これに限るものではない。
【００４１】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態２に係るレーダ装置は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の受信機切換スイッチ１０を省略し、代わりにもう１つ符号分離回路１９を追加したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
【００４２】
垂直偏波系回路２の受信機７が受信した信号は一方の符号分離回路１４に送信され、水平偏波系回路３の受信機９が受信した信号は他方の符号分離回路１９に送信され、同時に符号分離することが可能となる。
【００４３】
図５は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の動作をフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１で、直交符号生成回路１１により直交符号が生成される。ここで切換スイッチ１２は直交符号生成回路１１を選択する。直交符号には、例えばＭ系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
【００４４】
次に、ステップＳ２で、任意波形生成回路１３によりパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成した直交符号を重畳し送信機６、８へ入力する。
次に、ステップＳ３で、目標方向に対してビームを形成する。
次に、ステップＳ４で、送信機６から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換機４を経て送受信アンテナ１に入力される。また、送信機８から水平偏波用の信号を出力し、送受切換機５を得て送受信アンテナ１に入力される。送受信アンテナ１から垂直偏波と水平偏波の直交２偏波が同時に同一周波数で送信される。
【００４５】
次に、ステップＳ５で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に、水平偏波成分の信号が送受切換機５を経て受信機９に出力される。受信機７と受信機９からの受信信号が受信機切換スイッチ１０に入力される。受信機７からの受信信号が符号分離回路１４に入力され、受信機９からの受信信号が符号分離回路１９に入力される。
【００４６】
次に、ステップＳ６で、垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。
受信機７からの信号は符号分離回路１４に入力される。符号分離回路１４に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＶＶと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＶＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＶＶとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＶＨとする。符号分離された各偏波成分ＳＶＶ、ＳＶＨが偏波推定回路１５と合成回路１６に入力される。
【００４７】
受信機９からの信号は符号分離回路１９に入力される。符号分離回路１９に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＨＶと水平偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＨＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分ＳＨＶとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分ＳＨＨとする。符号分離された各偏波成分ＳＨＶとＳＨＨが偏波推定回路１５と合成回路１６に入力される。
【００４８】
次に、ステップＳ７で、最適偏波を推定する。偏波推定回路１５に入力された各偏波成分ＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨにより受信電力が最大となる偏波を推定する。推定結果を偏波制御回路１８に出力する。
次に、ステップＳ８で、最適偏波を送信する。偏波制御回路１８により受信電力が最大となる偏波を垂直偏波系回路２の送信機６と水平偏波系回路３の送信機８に入力する。ここで切換スイッチ１２は偏波制御回路１８との接続を選択する。これにより受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
【００４９】
次に、ステップＳ９で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波情報を合成する。合成回路１６に入力された各偏波成分ＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨを用いて信号対雑音電力比が最大となるように合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路１７に入力する。
次に、ステップＳ１０で、信号処理回路１７において目標を検出したり、目標を追尾したりするなどレーダ信号処理を実行する。
【００５０】
この発明の実施の形態２に係るレーダ装置では、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、また、垂直偏波系回路２の受信機７と水平偏波系回路３の受信機９を切換えずに同時に受信し、各偏波情報を取得することで、より高速に受信電力が最大となる偏波を推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
【００５１】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態３に係るレーダ装置は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置に偏波推定回路１５と偏波制御回路１８の間に偏波予測回路２０を追加したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
偏波予測回路２０は、事前に算出した最適偏波情報から次の最適偏波を予測する。
【００５２】
図７は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の動作をフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１で、直交符号生成回路１１により直交符号が生成される。ここで切換スイッチ１２は直交符号生成回路１１を選択する。直交符号には、例えばＭ系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
【００５３】
次に、ステップＳ２で、任意波形生成回路１３によりパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成した直交符号を重畳し送信機６、８へ入力する。
次に、ステップＳ３で、目標方向に対してビームを形成する。
次に、ステップＳ４で、送信機６から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換機４を経て送受信アンテナ１に入力される。また、送信機８から水平偏波用の信号を出力し、送受切換機５を得て送受信アンテナ１に入力される。送受信アンテナ１から垂直偏波と水平偏波の直交２偏波が同時に同一周波数で送信される。
【００５４】
次に、ステップＳ５で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に、水平偏波成分の信号が送受切換機５を経て受信機９に出力される。受信機７と受信機９からの受信信号が受信機切換スイッチ１０に入力される。受信機７からの受信信号が符号分離回路１４に入力され、受信機９からの受信信号が符号分離回路１９に入力される。
【００５５】
次に、ステップＳ６で、垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。
受信機７からの信号は符号分離回路１４に入力される。符号分離回路１４に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＶＶと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＶＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＶＶとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＶＨとする。符号分離された各偏波成分ＳＶＶとＳＶＨが偏波推定回路１５と合成回路１６に入力される。
【００５６】
受信機９からの信号は符号分離回路１９に入力される。符号分離回路１９に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＨＶと水平偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＨＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分ＳＨＶとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分ＳＨＨとする。符号分離された各偏波成分ＳＨＶとＳＨＨ成分が偏波推定回路１５と合成回路１６に入力される。
【００５７】
次に、ステップＳ８で、最適偏波を推定する。偏波推定回路１５に入力された各偏波成分ＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨにより受信電力が最大となる偏波を推定する。推定結果を偏波制御回路１８に出力する。
【００５８】
次に、ステップＳ８で、最適偏波の予測が可能か判定する。目標が移動体であった場合、たえず動き続けるため姿勢も変化し、受信電力が最大となる最適偏波も変化する。従って高速に追尾するためには最適偏波を予測する必要がある。そして、最適偏波の予測には所定のデータ数が揃っていることが必要であるので、最適偏波の予測が可能か否かを所定のデータ数が揃っているか否かで判定する。所定のデータ数が揃っているときにはステップＳ９に進み、所定のデータ数が揃っていないときにはステップＳ１に戻る。
次に、ステップＳ９で、最適偏波を予測する。
【００５９】
次に、ステップＳ１０で、最適偏波を送信する。ここで切換スイッチ１２は偏波制御回路１８を選択する。しばらく予測値に応じて最適偏波を送信するが、予測値と実際の最適偏波がずれてくる可能性もあるので、一定時間ごとに切換スイッチ１２を直交符号生成回路１１に切り換え、最適偏波を推定し予測値の補正も行う。
【００６０】
次に、ステップＳ１１で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波情報を合成する。合成回路１６に入力された各偏波成分、すなわち、ＶＶ成分、ＶＨ成分、ＨＶ成分、ＨＨ成分を用いて信号対雑音電力比が最大となるように各偏波成分を合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路１７に入力する。
次に、ステップＳ１２で、信号処理回路１７により目標の追尾などレーダ信号処理を実行する。
【００６１】
この発明の実施の形態３に係るレーダ装置では、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、また、垂直偏波系回路２の受信機７と水平偏波系回路３の受信機９を切換えずに同時に受信し、各偏波情報を取得することで、より高速に受信電力が最大となる偏波を推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
【００６２】
実施の形態４．
上述の実施の形態１〜３に係るレーダ装置では目標の受信電力が最大となる偏波を推定しているが、実際の運用ではクラッタや干渉波による影響があるので、本実施の形態４に係るレーダ装置ではクラッタを抑圧しつつ、目標からの受信電力が最大となるような偏波を推定する。
【００６３】
図８は、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態４に係るレーダ装置は、垂直偏波に対応可能な送受信アンテナ１１〜１Ｎ、水平偏波に対応可能な送受信アンテナ１Ｎ＋１〜１２Ｎ、垂直偏波系回路２１〜２Ｎ、水平偏波系回路３１〜３Ｎ、直交符号を生成する直交符号生成回路１１、任意のレーダ波形を生成する任意波形生成回路１３、垂直偏波系の符号分離回路１４１〜１４Ｍ、水平偏波系の符号分離回路１９１〜１９Ｍ、偏波推定回路１５、合成回路１６、レーダ信号処理回路１７、偏波制御回路１８、直交符号生成回路１１と偏波制御回路１８の切換スイッチ１２、垂直偏波系の送信ビーム形成回路２４１〜２４Ｍ、垂直偏波系の受信ビーム形成回路２５１〜２５Ｍ、水平偏波系の送信ビーム形成回路２６１〜２６Ｍ、水平偏波系の受信ビーム形成回路２７１〜２７Ｍを備える。
【００６４】
図９は、この発明の実施の形態４に係る垂直偏波系回路の機能ブロック図である。図１０は、この発明の実施の形態４に係る水平偏波系回路の機能ブロック図である。
垂直偏波系回路２１〜２Ｎは、回路構成が同じであり、垂直偏波系回路２１は、送受信切換機４、送信機７、受信機６を備える。
また、水平偏波系回路３１〜３Ｎは、回路構成が同じであり、水平偏波系回路３１は、送受信切換機５、送信機８、受信機９を備える。
【００６５】
なお、以下の説明では素子数をＮ、クラッタや干渉波の数をＭとして説明する。
また、送受信アンテナ１１〜１２Ｎは、実施の形態１に係る送受信アンテナ１と同様であるので、説明は省略する。
【００６６】
図１１は、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の動作を説明する。
まずステップＳ１で、直交符号生成回路１１により目標に対する垂直偏波と水平偏波用の２つの直交符号を生成する。ここで切換スイッチ１２は直交符号生成回路１１を選択する。直交符号には、例えばＭ系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
【００６７】
次にステップＳ２で、直交符号生成回路１１によりクラッタに対する垂直偏波と水平偏波用の２つの直交符号を生成する。
次にステップＳ３で、任意波形生成回路１３により目標用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成した目標用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路２４１、２６１へ入力する。ここで送信ビーム形成回路２４１、２６１に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
【００６８】
次にステップＳ４で、任意波形生成回路１３によりクラッタ用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成したクラッタ用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路２４２、２６２へ入力する。ここで送信ビーム形成回路２４２、２６２に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
【００６９】
次にステップＳ５で、送信ビーム形成回路２４１、２６１によりクラッタ方向に対して低サイドローブとなる目標用のビームを形成し、送信機６、８へ入力する。
次にステップＳ６で、送信ビーム形成回路２４２、２６２により目標方向に対して低サイドローブとなるクラッタ用のビームを形成し、送信機６、８へ入力する。
【００７０】
次にステップＳ７で、垂直偏波用の信号が送信機６から出力され、送受切換器４を経て垂直偏波用送受信アンテナ１１〜１Ｎに入力される。また、水平偏波用の信号が送信機８から出力され、送受切換器５を経て水平偏波用送受信アンテナ１Ｎ＋１〜１２Ｎに入力される。送受信アンテナ１１〜１２Ｎから目標に対して垂直偏波と水平偏波の直交２偏波とクラッタに対して垂直偏波と水平偏波の直交２偏波がそれぞれ同時に同一周波数で送信される。
【００７１】
次にステップＳ８で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路２１〜２Ｎの送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路３１〜３Ｎの送受切換機５を経て受信機９に出力される。
受信機７と受信機９からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路２５１、２７１に入力される。そして受信ビーム形成回路２５１、２７１から符号分離回路１４１と符号分離回路１９１に入力される。
同時に、クラッタより反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路２１〜２Ｎの送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路３１〜３Ｎの送受切換機５を経て受信機９に出力される。
受信機７と受信機９からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路２５２、２７２に入力される。そして受信ビーム形成回路２５２、２７２から符号分離回路１４２と符号分離回路１９２に入力される。
【００７２】
次に、ステップＳ９で、目標からの垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。
垂直偏波系の受信ビーム形成回路２５１からの信号は符号分離回路１４１に入力される。符号分離回路１４１に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＳＶＶと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＳＶＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＳＶＶとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＳＶＨとする。符号分離された各偏波成分ＳＳＶＶとＳＳＶＨが偏波推定回路１５に入力される。
【００７３】
水平偏波系の受信ビーム形成回路２７１からの信号は符号分離回路１９１に入力される。符号分離回路１９１に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＳＨＶと水平偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＳＨＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＳＨＶとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＳＨＨとする。符号分離された各偏波成分、ＳＳＨＶとＳＳＨＨが偏波推定回路１５に入力される。
【００７４】
次に、ステップＳ１０で、クラッタからの垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。垂直偏波系の受信ビーム形成回路２５２からの信号は符号分離回路１４２に入力される。符号分離回路１４２に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＣＶＶと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＣＶＨが混合しているので、直交符号生成回路１１のクラッタ用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＣＶＶとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＣＶＨとする。符号分離された各偏波成分、ＳＣＶＶとＳＣＶＨが偏波推定回路１５に入力される。
【００７５】
水平偏波系の受信ビーム形成回路２７２からの信号は符号分離回路１９２に入力される。符号分離回路１９２に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＣＨＶと水平偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＣＨＨが混合しているので、直交符号生成回路１１のクラッタ用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＣＨＶとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＣＨＨとする。符号分離された各偏波成分、ＳＣＨＶとＳＣＨＨが偏波推定回路１５に入力される。これにより目標とクラッタから反射された信号が各偏波成分に全て同時に分離される。
【００７６】
次に、ステップＳ１１で、クラッタを抑圧しつつ、目標からの電力を最大とする最適偏波を推定する。偏波推定回路１５で最適偏波を以下の手順により推定する。
符号分離回路１４１、１４２、１９１、１９２で求めた目標の散乱行列とクラッタの散乱行列は式（１５）、式（１６）で表される。
【００７７】
【数１１】
【００７８】
これより目標からの受信電力ＰＳとクラッタからの受信電力ＰＣはそれぞれ式（１７）、（１８）で与えられる。
【００７９】
【数１２】
【００８０】
ここでは、送信アンテナと受信アンテナが同じであるモノスタティックレーダを想定している。式（１７）と式（１８）より目標からの受信電力ＰＳとクラッタからの受信電力ＰＣとの比ＰＳ／ＰＣは式（１９）となる。
【００８１】
【数１３】
【００８２】
クラッタからの受信電力ＰＣを抑圧しつつ、目標からの受信電力ＰＳが最大となるためには比ＰＳ／ＰＣが最大となれば良い。すなわち式（１９）の絶対値の中の値が最大となればよいので、絶対値の中をρで微分すると式（２０）を得る。ここで、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４はそれぞれ式（２１）、（２２）、（２３）、（２４）である。
【００８３】
【数１４】
【００８４】
そして、式（１９）が最大となるためには式（２０）が０となれば良い。従って式（２５）を得る。ここで、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ式（２６）、（２７）、（２８）である。
そして、式（２５）をρについて解くと式（２９）を得る。
【００８５】
【数１５】
【００８６】
前提条件として式（２９）が成立するためにａは０でないとする。ここで式（２９）より解が２つ存在する。これは式（１９）が最小になる解と最大となる解を表しており、式（２９）で与えられる解を式（１９）に代入し、最大となる解をクラッタを抑圧しつつ、目標からの電力を最大とする最適偏波する。
【００８７】
次に、ステップＳ１２で、最適偏波を送信する。偏波制御回路１８によりクラッタを抑圧しつつ、目標からの受信電力が最大となる偏波が選択され、任意波形生成回路１３で垂直偏波用と水平偏波用に同一の信号を生成し、送信ビーム形成回路２４１でクラッタ方向に低サイドローブとなる目標用のビームを形成し、垂直偏波系回路の送信機６と水平偏波系回路の送信機８に入力する。ここで切換スイッチ１２は偏波制御回路１８を選択する。これにより目標に対して受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
【００８８】
次に、ステップＳ１３で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波情報を合成する。すなわち、合成回路１６に入力された各偏波成分、ＶＶ成分、ＶＨ成分、ＨＶ成分、ＨＨ成分を用いて信号対雑音電力比が最大となるように各偏波成分を合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路１７に入力する。
【００８９】
次に、ステップＳ１４で、信号処理回路１７により目標の追尾などレーダ信号処理を実行する。
【００９０】
以上により、従来技術に比べ偏波を単一送信でなく、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、各偏波情報を取得することで、クラッタを抑圧しつつ目標からの受信電力が最大となる偏波を高速に推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
なお、上述の実施の形態４に係るレーダ装置では、クラッタを１つとして最適偏波を求めていたが、送信ビーム形成回路および受信ビーム形成回路、符号分離回路を複数設けているので複数のクラッタや干渉波に対しても有効である。
【００９１】
実施の形態５．
上述の実施の形態４に係るレーダ装置では、予め目標とクラッタの方向が分かっているが、本実施の形態５に係るレーダ装置ではクラッタと目標を検出し、クラッタを抑圧しつつ目標の電力を最大とする最適偏波の推定が可能となる。
図１２は、この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態５に係るレーダ装置は、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置に目標・クラッタ方向検出回路２１とスイッチ２２、２３を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
目標・クラッタ方向検出回路２１は、目標とクラッタの方向を検出する。
スイッチ２２は、受信ビーム形成回路２５１〜２５Ｎの接続先を符号分離回路１４１〜１４Ｍまたは目標・クラッタ方向検出回路２１のいずれか一方に切り換える。
スイッチ２３は、受信ビーム形成回路２７１〜２７Ｎの接続先を符号分離回路１９１〜１９Ｍまたは目標・クラッタ方向検出回路２１のいずれか一方に切り換える。
【００９２】
図１３は、この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の動作を説明する。
まずステップＳ１で、目標とクラッタを検出する。目標とクラッタを検出するために、任意波形生成回路１３によりパルス波形など任意のレーダ波形を生成し、送信機６、８へ入力する。ここでは目標とクラッタを検出するのが目的なので、送信機６のみを用いる。送信機６から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換器４を経て送受信アンテナ１に入力される。送受信アンテナ１より垂直偏波が送信される。ここで目標とクラッタを検出するため、ビーム走査を実施する。反射された信号が送受信アンテナ１で受信され、送受切換器４を経て受信機７へ入力される。受信機７からスイッチ２２を経て目標・クラッタ検出回路２１に入力される。目標・クラッタ検出回路２１でドップラー周波数を算出し、クラッタであれば静止しているものなのでドップラー周波数は０となるが、目標は動いているのでドップラー周波数が求まる。従ってドップラー周波数より目標とクラッタの検出が可能となる。
【００９３】
次に、ステップＳ２で、直交符号生成回路１１により目標に対する垂直偏波と水平偏波用の２つの直交符号を生成する。ここで切換スイッチ１２は直交符号生成回路１１を選択する。直交符号には、例えばＭ系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
【００９４】
次にステップＳ３で、直交符号生成回路１１によりクラッタに対する垂直偏波と水平偏波用の２つの直交符号を生成する。
次にステップＳ４で、任意波形生成回路１３により目標用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成した目標用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路２４１、２６１へ入力する。ここで送信ビーム形成回路２４１、２６１に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
【００９５】
次にステップＳ５で、任意波形生成回路１３によりクラッタ用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成したクラッタ用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路２４２、２６２へ入力する。ここで送信ビーム形成回路２４２、２６２に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
【００９６】
次にステップＳ６で、送信ビーム形成回路２４１、２６１によりクラッタ方向に対して低サイドローブとなる目標用のビームを形成し、送信機６、８へ入力する。
次にステップＳ７で、送信ビーム形成回路２４２、２６２により目標方向に対して低サイドローブとなるクラッタ用のビームを形成し、送信機６、８へ入力する。
【００９７】
次にステップＳ８で、垂直偏波用の信号が送信機６から出力され、送受切換器４を経て垂直偏波用送受信アンテナ１１〜１Ｎに入力される。また、水平偏波用の信号が送信機８から出力され、送受切換器５を経て水平偏波用送受信アンテナ１Ｎ＋１〜１２Ｎに入力される。送受信アンテナ１１〜１２Ｎから目標に対して垂直偏波と水平偏波の直交２偏波とクラッタに対して垂直偏波と水平偏波の直交２偏波がそれぞれ同時に同一周波数で送信される。
【００９８】
次にステップＳ９で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路２１〜２Ｎの送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路３１〜３Ｎの送受切換機５を経て受信機９に出力される。
受信機７と受信機９からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路２５１、２７１に入力される。そして受信ビーム形成回路２５１、２７１から符号分離回路１４１と符号分離回路１９１に入力される。
【００９９】
同時に、クラッタより反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路２１〜２Ｎの送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路３１〜３Ｎの送受切換機５を経て受信機９に出力される。
受信機７と受信機９からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路２５２、２７２に入力される。そして受信ビーム形成回路２５２、２７２から符号分離回路１４２と符号分離回路１９２に入力される。
【０１００】
次に、ステップＳ１０で、目標からの垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。
垂直偏波系の受信ビーム形成回路２５１からの信号は符号分離回路１４１に入力される。符号分離回路１４１に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＳＶＶと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＳＶＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＳＶＶとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＳＶＨとする。符号分離された各偏波成分ＳＳＶＶとＳＳＶＨが偏波推定回路１５に入力される。
【０１０１】
水平偏波系の受信ビーム形成回路２７１からの信号は符号分離回路１９１に入力される。符号分離回路１９１に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＳＨＶと水平偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＳＨＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＳＨＶとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＳＨＨとする。符号分離された各偏波成分、ＳＳＨＶとＳＳＨＨが偏波推定回路１５に入力される。
【０１０２】
次に、ステップＳ１１で、クラッタからの垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。垂直偏波系の受信ビーム形成回路２５２からの信号は符号分離回路１４２に入力される。符号分離回路１４２に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＣＶＶと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＣＶＨが混合しているので、直交符号生成回路１１のクラッタ用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＣＶＶとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＣＶＨとする。符号分離された各偏波成分、ＳＣＶＶとＳＣＶＨが偏波推定回路１５に入力される。
【０１０３】
水平偏波系の受信ビーム形成回路２７２からの信号は符号分離回路１９２に入力される。符号分離回路１９２に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＣＨＶと水平偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＣＨＨが混合しているので、直交符号生成回路１１のクラッタ用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＣＨＶとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＣＨＨとする。符号分離された各偏波成分、ＳＣＨＶとＳＣＨＨが偏波推定回路１５に入力される。これにより目標とクラッタから反射された信号が各偏波成分に全て同時に分離される。
【０１０４】
次にステップＳ１２で、クラッタを抑圧しつつ、目標からの電力を最大とする最適偏波を推定する。推定方法は実施の形態４で実施されている方法と同様であるので説明を省略する。
【０１０５】
次に、ステップＳ１３で、最適偏波を送信する。偏波制御回路１８によりクラッタを抑圧しつつ、目標からの受信電力が最大となる偏波が選択され、任意波形生成回路１３で垂直偏波用と水平偏波用に同一の信号を生成し、送信ビーム形成回路２４１でクラッタ方向に低サイドローブとなる目標用のビームを形成し、垂直偏波系回路の送信機６と水平偏波系回路の送信機８に入力する。ここで切換スイッチ１２は偏波制御回路１８を選択する。これにより目標に対して受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
【０１０６】
次に、ステップＳ１４で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波情報を合成する。すなわち、合成回路１６に入力された各偏波成分、ＶＶ成分、ＶＨ成分、ＨＶ成分、ＨＨ成分を用いて信号対雑音電力比が最大となるように各偏波成分を合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路１７に入力する。
【０１０７】
次に、ステップＳ１４で、信号処理回路１７により目標の追尾などレーダ信号処理を実行する。
【０１０８】
この発明の実施の形態５に係るレーダ装置は、目標とクラッタの方向が分からない場合でも、目標・クラッタ検出回路２１により目標とクラッタを検出することができ、さらに、従来技術に比べ偏波を単一送信でなく、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、各偏波情報を取得することで、クラッタを抑圧しつつ目標からの受信電力が最大となる偏波を高速に推定し、最適偏波の推定が可能となる。
上述の実施例ではクラッタを１つとして最適偏波を求めているが、複数の符号分離回路によりクラッタや干渉波が複数あっても本発明は有効である。
【符号の説明】
【０１０９】
１、１１〜１Ｎ、１Ｎ＋１〜１２Ｎ 送受信アンテナ、２、２１〜２Ｎ 垂直偏波系回路、３、３１〜３Ｎ 水平偏波系回路、４、５ 送受切換機、６、８ 送信機、７、９ 受信機、１０ 受信機切換スイッチ、１１ 直交符号生成回路、１２ 切換スイッチ、１３ 任意波形生成回路、１４、１４１〜１４Ｍ 符号分離回路、１５ 偏波推定回路、１６ 合成回路、１７ 信号処理回路、１８ 偏波制御回路、１９、１９１〜１９Ｍ 符号分離回路、２０ 偏波予測回路、２１ 目標・クラッタ方向検出回路、２４１〜２４Ｎ、２６１〜２６Ｎ 送信ビーム形成回路、２５１〜２５Ｎ、２７１〜２７Ｎ 受信ビーム形成回路。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ装置に関し、特に同一周波数で垂直・水平偏波など直交する２つの偏波が送信可能な偏波制御型のレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の、複数の偏波を切り換えたり、合成したりするレーダ装置は、送受信アンテナ、水平偏波系回路、垂直偏波系回路、偏波切換スイッチ、サーキュレータ、送信機、受信機、目標検出回路、目標追尾回路、偏波制御回路、偏波特性テーブルを有する。
そして、送信機から出力された垂直または水平偏波の両方の送信信号は、サーキュレータを経て偏波切換スイッチに入力される。送信開始時にはいずれかの偏波を選択するが、ここでは例として垂直偏波を選択する。この送信信号は偏波切換スイッチにより垂直偏波が選択され、垂直偏波系回路を経て送受信アンテナから送信される。目標から反射された電波は、送受信アンテナで垂直偏波成分を受信した後、垂直偏波系回路と偏波切換スイッチ、サーキュレータを経て受信機に出力される。受信信号は信号処理され、目標検出回路にて目標検出がされる。これにより目標の位置が距離および方位として出力される。この目標位置情報に基づいて、目標追尾回路において目標追尾され、これにより目標の水平面内の速度ベクトルが測定される。
【０００３】
一般に物体のレーダ断面積は寸法や形状、及びレーダから見た姿勢により変化するが、あらかじめ寸法、形状が分かっている目標については、垂直及び水平偏波に対するレーダ断面積を解析的に予測することが可能である。これより追尾結果の速度ベクトルから偏波特性テーブルを参照することにより、垂直偏波または水平偏波のいずれかのレーダ断面積が大きいかわかる。これにより、偏波制御回路において偏波特性テーブルからレーダ断面積が大きくなるように垂直もしくは水平偏波が選択され、偏波切換スイッチにより最適な偏波に切り換える。以上のようにレーダ断面積を大きく保ちつつ送受信することができ、目標検出率を向上させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１９４０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のレーダ装置には複数の偏波を切り換える手段が備えられており、一度に垂直または水平偏波のみ送信可能である。目標は常に動いているため、姿勢も常に変化している状態なので、垂直偏波と水平偏波だけが最適な偏波とは限らない。また、最初に垂直偏波で送信し、その後水平偏波で送信し目標のレーダ断面積が最大となる最適偏波を見つけるとなるとリアルタイム性が失われる。
また、実際にレーダを運用させる場合、目標は不定であるため、従来技術は目標があらかじめ分かっているときのみに有効である。
【０００６】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、目標が予め分かっていない状態でも瞬時に受信電力が最大となる最適偏波が送信可能な偏波制御型の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、異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、直交符号を生成する直交符号生成手段と、任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する２つの送信機と、前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する２つの受信機と、前記２つの受信機から出力される受信信号と前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、前記各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、前記符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と、前記受信電力が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する第１の切換手段と、前記２つの受信機のいずれかを前記符号分離手段に接続する第２の切換手段と、を備え、前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信される。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るレーダ装置は、任意のレーダ波形と直交符号に基づいて生成される信号を異なる偏波成分を有する２つの信号をアレーアンテナから同時に送信する２つの送信機と、目標から反射される反射信号を同時に異なる偏波成分を有する２つの信号として受信する２つの受信機と、を備えているので、高速に受信電力が最大となる偏波を推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の機能系統図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】偏波の様子を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の機能系統図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の機能系統図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の機能系統図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る垂直偏波系回路の機能ブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係る水平偏波系回路の機能ブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の機能系統図である。
【図１３】この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のレーダ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
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機能系統図である。
この発明の実施の形態１に係るレーダ装置は、同時に同一周波数で異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナからなる送受信アンテナ１、垂直偏波系回路２、水平偏波系回路３、垂直偏波系回路２の送受切換機４、水平偏波系回路３の送受切換機５、垂直偏波系回路２の送信機６、垂直偏波系回路２の受信機７、水平偏波系回路３の送信機８、水平偏波系回路３の受信機９、符号分離回路１４、及び、垂直偏波系回路２の受信機７または水平偏波系回路３の受信機９のいずれか一方を符号分離回路１４に接続して受信信号を切換える受信機切換スイッチ１０を有する。
【００１１】
また、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置は、直交符号を生成する直交符号生成回路１１、任意のレーダ波形を生成する任意波形生成回路１３、受信電力が最大になる偏波状態を推定する偏波推定回路１５、合成回路１６、信号処理回路１７、偏波制御回路１８、及び、直交符号生成回路１１または偏波制御回路１８のいずれか一方を任意波形生成回路１３に接続する切換スイッチ１２を有する。
【００１２】
図２は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の動作をフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１で、直交符号生成回路１１により直交符号が生成される。ここで切換スイッチ１２は直交符号生成回路１１を選択する。直交符号には、例えばＭ系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
【００１３】
次に、ステップＳ２で、任意波形生成回路１３によりパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成した直交符号を重畳し送信機６、８へ入力する。
次に、ステップＳ３で、目標方向に対するビームを形成する。
次に、ステップＳ４で、送信機６から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換機４を経て送受信アンテナ１に入力される。また、送信機８から水平偏波用の信号を出力し、送受切換機５を得て送受信アンテナ１に入力される。送受信アンテナ１から垂直偏波と水平偏波の直交２偏波が同時に同一周波数で送信される。
【００１４】
次に、ステップＳ５で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に、水平偏波成分の信号が送受切換機５を経て受信機９に出力される。受信機７と受信機９からの受信信号が受信機切換スイッチ１０に入力される。ここで、受信機切換スイッチ１０は垂直偏波系回路２の受信機７と水平偏波系回路３の受信機９のどちらかを選択するが、ここではまず垂直偏波系回路２の受信機７とする。
【００１５】
次に、ステップＳ６で、垂直偏波成分を分離する。受信機７からの信号は受信機切換スイッチ１０を経て符号分離回路１４に入力される。符号分離回路１４に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分と水平偏波で送信した時の垂直偏波成分が混合しているので、直交符号生成回路１１の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＶＶ成分とし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＶＨ成分とする。Ｖは垂直偏波を表し、Ｈは水平偏波を表す。また、表記順番は、（受信）―（送信）成分とする。符号分離された各偏波成分、ＶＶ成分とＶＨ成分が偏波推定回路１５と合成回路１６に入力される。
【００１６】
次に、ステップＳ７で、水平偏波成分を分離する。受信機切換スイッチ１０の接続を水平偏波系回路３の受信機９に切り換える。受信機９からの信号は受信機切換スイッチ１０を経て符号分離回路１４に入力される。符号分離回路１４に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分と水平偏波で送信した時の水平偏波成分が混合しているので、直交符号生成回路の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＨＶ成分とし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＨＨ成分とする。符号分離された各偏波成分、ＨＶ成分とＨＨ成分が偏波推定回路１５と合成回路１６に入力される。
【００１７】
各偏波成分の抽出方法は以下の通りである。垂直偏波用の直交符号をａ１とし、水平偏波用の直交符号をａ２とする。任意波形生成回路１３によって生成される垂直偏波用の信号をｘ１、水平偏波用の信号をｘ２とする。これより送信信号ｙは式（１）で表される。
【００１８】
【数１】
【００１９】
ここで添え字のＶは垂直偏波を表し、Ｈは水平偏波を表し、括弧内の信号がそれぞれの偏波によって送信される。式（１）で与えられる送信信号ｙを送信し、目標物に反射し、反射信号ｙ’は式（２）で表される。
【００２０】
【数２】
【００２１】
ここでＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは反射後のそれぞれの偏波成分の強度を含む複素数で表される定数である。反射信号ｙ’を垂直偏波系回路２で受信すると式（３）で表される信号ｙ’Ｖが得られる。
【００２２】
【数３】
【００２３】
また、水平偏波系回路３で受信すると式（４）で表される信号ｙ’Ｈが得られる。
【００２４】
【数４】
【００２５】
式（３）で表される信号ｙ’Ｖに垂直偏波用の直交符号ａ１を掛けると、直交関係により垂直偏波で送信した垂直偏波成分ＳＶＶが抽出できる。
また、式（３）で表される信号ｙ’Ｖに水平偏波用の直交符号ａ２を掛けると、直交関係により水平偏波で送信した垂直偏波成分ＳＶＨが抽出できる。
同様に、式（４）で表される信号ｙ’Ｈに垂直偏波用の直交符号ａ１を掛けると、直交関係により垂直偏波で送信した水平偏波成分ＳＨＶが抽出できる。
また、式（４）で表される信号ｙ’Ｈに水平偏波用の直交符号ａ２を掛けると、直交関係により水平偏波で送信した水平偏波成分ＳＨＨ成分が抽出できる。
【００２６】
次に、ステップＳ８で、最適偏波を推定する。偏波推定回路１５に入力された各偏波成分、すなわちＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨにより受信電力が最大となる偏波を推定する。推定結果を偏波制御回路１８に出力する。
次に、ステップＳ９で、最適偏波を送信する。偏波制御回路１８により受信電力が最大となる偏波が選択され、任意波形生成回路１３で垂直偏波用と水平偏波用に同一の信号を生成し、垂直偏波系回路２の送信機６と水平偏波系回路３の送信機８に入力する。ここで切換スイッチ１２は偏波制御回路１８を選択する。これにより受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
【００２７】
最適偏波推定方法は以下の通りである。各偏波成分、すなわちＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨにより目標の散乱行列［Ｓ］を推定する。散乱行列［Ｓ］は式（５）で与える。
【００２８】
【数５】
【００２９】
ここで式（５）の各要素ＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨは式（６）、式（７）、式（８）、式（９）に対応する。
【００３０】
【数６】
【００３１】
送信時における偏波状態と受信時における偏波状態が異なる時の受信電力Ｐｘは式（１０）で表される。
【００３２】
【数７】
【００３３】
また、送信時における偏波状態と受信時における偏波状態が等しい時の受信電力Ｐｃは式（１１）で表される。
【００３４】
【数８】
【００３５】
ここでρは偏波比を示し、式（１２）で表される。
【００３６】
【数９】
【００３７】
ＥＡとＥＢの関係は図３に示す。式（６）が０のときの偏波比ρが受信電力最大となる偏波比ρで、式（７）が０のときの偏波比ρが受信電力最小となる偏波比ρとなるので、式（１３）、式（１４）から最適偏波を推定できる。ここでτ、εは図３に示す偏波の角度パラメータである。
【００３８】
【数１０】
【００３９】
次に、ステップＳ１０で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波成分の信号を合成する。合成回路１６に入力された各偏波成分ＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨを用いて信号対雑音電力比が最大となるように合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路１７に入力する。
次に、ステップＳ１１で、信号処理回路１７において目標を検出したり、目標を追尾したりするなどレーダ信号処理を実行する。
【００４０】
この発明の実施の形態１に係るレーダ装置では、任意のレーダ波形と直交符号に基づいて生成される信号を異なる偏波成分を有する２つの信号をアレーアンテナから同時に送信する２つの送信機と、目標から反射される反射信号を同時に異なる偏波成分を有する２つの信号として受信する２つの受信機と、を備えているので、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、各偏波情報を取得することで、高速に受信電力が最大となる偏波を推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
なお、上述の実施の形態１では異なる偏波成分を有する複数の信号の一例として直交する偏波成分を有する２つの信号を用いたが、これに限るものではない。
【００４１】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態２に係るレーダ装置は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の受信機切換スイッチ１０を省略し、代わりにもう１つ符号分離回路１９を追加したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
【００４２】
垂直偏波系回路２の受信機７が受信した信号は一方の符号分離回路１４に送信され、水平偏波系回路３の受信機９が受信した信号は他方の符号分離回路１９に送信され、同時に符号分離することが可能となる。
【００４３】
図５は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の動作をフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１で、直交符号生成回路１１により直交符号が生成される。ここで切換スイッチ１２は直交符号生成回路１１を選択する。直交符号には、例えばＭ系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
【００４４】
次に、ステップＳ２で、任意波形生成回路１３によりパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成した直交符号を重畳し送信機６、８へ入力する。
次に、ステップＳ３で、目標方向に対してビームを形成する。
次に、ステップＳ４で、送信機６から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換機４を経て送受信アンテナ１に入力される。また、送信機８から水平偏波用の信号を出力し、送受切換機５を得て送受信アンテナ１に入力される。送受信アンテナ１から垂直偏波と水平偏波の直交２偏波が同時に同一周波数で送信される。
【００４５】
次に、ステップＳ５で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に、水平偏波成分の信号が送受切換機５を経て受信機９に出力される。受信機７と受信機９からの受信信号が受信機切換スイッチ１０に入力される。受信機７からの受信信号が符号分離回路１４に入力され、受信機９からの受信信号が符号分離回路１９に入力される。
【００４６】
次に、ステップＳ６で、垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。
受信機７からの信号は符号分離回路１４に入力される。符号分離回路１４に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＶＶと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＶＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＶＶとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＶＨとする。符号分離された各偏波成分ＳＶＶ、ＳＶＨが偏波推定回路１５と合成回路１６に入力される。
【００４７】
受信機９からの信号は符号分離回路１９に入力される。符号分離回路１９に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＨＶと水平偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＨＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分ＳＨＶとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分ＳＨＨとする。符号分離された各偏波成分ＳＨＶとＳＨＨが偏波推定回路１５と合成回路１６に入力される。
【００４８】
次に、ステップＳ７で、最適偏波を推定する。偏波推定回路１５に入力された各偏波成分ＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨにより受信電力が最大となる偏波を推定する。推定結果を偏波制御回路１８に出力する。
次に、ステップＳ８で、最適偏波を送信する。偏波制御回路１８により受信電力が最大となる偏波を垂直偏波系回路２の送信機６と水平偏波系回路３の送信機８に入力する。ここで切換スイッチ１２は偏波制御回路１８との接続を選択する。これにより受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
【００４９】
次に、ステップＳ９で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波情報を合成する。合成回路１６に入力された各偏波成分ＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨを用いて信号対雑音電力比が最大となるように合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路１７に入力する。
次に、ステップＳ１０で、信号処理回路１７において目標を検出したり、目標を追尾したりするなどレーダ信号処理を実行する。
【００５０】
この発明の実施の形態２に係るレーダ装置では、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、また、垂直偏波系回路２の受信機７と水平偏波系回路３の受信機９を切換えずに同時に受信し、各偏波情報を取得することで、より高速に受信電力が最大となる偏波を推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
【００５１】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態３に係るレーダ装置は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置に偏波推定回路１５と偏波制御回路１８の間に偏波予測回路２０を追加したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
偏波予測回路２０は、事前に算出した最適偏波情報から次の最適偏波を予測する。
【００５２】
図７は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の動作をフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１で、直交符号生成回路１１により直交符号が生成される。ここで切換スイッチ１２は直交符号生成回路１１を選択する。直交符号には、例えばＭ系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
【００５３】
次に、ステップＳ２で、任意波形生成回路１３によりパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成した直交符号を重畳し送信機６、８へ入力する。
次に、ステップＳ３で、目標方向に対してビームを形成する。
次に、ステップＳ４で、送信機６から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換機４を経て送受信アンテナ１に入力される。また、送信機８から水平偏波用の信号を出力し、送受切換機５を得て送受信アンテナ１に入力される。送受信アンテナ１から垂直偏波と水平偏波の直交２偏波が同時に同一周波数で送信される。
【００５４】
次に、ステップＳ５で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に、水平偏波成分の信号が送受切換機５を経て受信機９に出力される。受信機７と受信機９からの受信信号が受信機切換スイッチ１０に入力される。受信機７からの受信信号が符号分離回路１４に入力され、受信機９からの受信信号が符号分離回路１９に入力される。
【００５５】
次に、ステップＳ６で、垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。
受信機７からの信号は符号分離回路１４に入力される。符号分離回路１４に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＶＶと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＶＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＶＶとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＶＨとする。符号分離された各偏波成分ＳＶＶとＳＶＨが偏波推定回路１５と合成回路１６に入力される。
【００５６】
受信機９からの信号は符号分離回路１９に入力される。符号分離回路１９に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＨＶと水平偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＨＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分ＳＨＶとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分ＳＨＨとする。符号分離された各偏波成分ＳＨＶとＳＨＨ成分が偏波推定回路１５と合成回路１６に入力される。
【００５７】
次に、ステップＳ８で、最適偏波を推定する。偏波推定回路１５に入力された各偏波成分ＳＶＶ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＨＨにより受信電力が最大となる偏波を推定する。推定結果を偏波制御回路１８に出力する。
【００５８】
次に、ステップＳ８で、最適偏波の予測が可能か判定する。目標が移動体であった場合、たえず動き続けるため姿勢も変化し、受信電力が最大となる最適偏波も変化する。従って高速に追尾するためには最適偏波を予測する必要がある。そして、最適偏波の予測には所定のデータ数が揃っていることが必要であるので、最適偏波の予測が可能か否かを所定のデータ数が揃っているか否かで判定する。所定のデータ数が揃っているときにはステップＳ９に進み、所定のデータ数が揃っていないときにはステップＳ１に戻る。
次に、ステップＳ９で、最適偏波を予測する。
【００５９】
次に、ステップＳ１０で、最適偏波を送信する。ここで切換スイッチ１２は偏波制御回路１８を選択する。しばらく予測値に応じて最適偏波を送信するが、予測値と実際の最適偏波がずれてくる可能性もあるので、一定時間ごとに切換スイッチ１２を直交符号生成回路１１に切り換え、最適偏波を推定し予測値の補正も行う。
【００６０】
次に、ステップＳ１１で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波情報を合成する。合成回路１６に入力された各偏波成分、すなわち、ＶＶ成分、ＶＨ成分、ＨＶ成分、ＨＨ成分を用いて信号対雑音電力比が最大となるように各偏波成分を合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路１７に入力する。
次に、ステップＳ１２で、信号処理回路１７により目標の追尾などレーダ信号処理を実行する。
【００６１】
この発明の実施の形態３に係るレーダ装置では、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、また、垂直偏波系回路２の受信機７と水平偏波系回路３の受信機９を切換えずに同時に受信し、各偏波情報を取得することで、より高速に受信電力が最大となる偏波を推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
【００６２】
実施の形態４．
上述の実施の形態１〜３に係るレーダ装置では目標の受信電力が最大となる偏波を推定しているが、実際の運用ではクラッタや干渉波による影響があるので、本実施の形態４に係るレーダ装置ではクラッタを抑圧しつつ、目標からの受信電力が最大となるような偏波を推定する。
【００６３】
図８は、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態４に係るレーダ装置は、垂直偏波に対応可能な送受信アンテナ１１〜１Ｎ、水平偏波に対応可能な送受信アンテナ１Ｎ＋１〜１２Ｎ、垂直偏波系回路２１〜２Ｎ、水平偏波系回路３１〜３Ｎ、直交符号を生成する直交符号生成回路１１、任意のレーダ波形を生成する任意波形生成回路１３、垂直偏波系の符号分離回路１４１〜１４Ｍ、水平偏波系の符号分離回路１９１〜１９Ｍ、偏波推定回路１５、合成回路１６、レーダ信号処理回路１７、偏波制御回路１８、直交符号生成回路１１と偏波制御回路１８の切換スイッチ１２、垂直偏波系の送信ビーム形成回路２４１〜２４Ｍ、垂直偏波系の受信ビーム形成回路２５１〜２５Ｍ、水平偏波系の送信ビーム形成回路２６１〜２６Ｍ、水平偏波系の受信ビーム形成回路２７１〜２７Ｍを備える。
【００６４】
図９は、この発明の実施の形態４に係る垂直偏波系回路の機能ブロック図である。図１０は、この発明の実施の形態４に係る水平偏波系回路の機能ブロック図である。
垂直偏波系回路２１〜２Ｎは、回路構成が同じであり、垂直偏波系回路２１は、送受信切換機４、送信機７、受信機６を備える。
また、水平偏波系回路３１〜３Ｎは、回路構成が同じであり、水平偏波系回路３１は、送受信切換機５、送信機８、受信機９を備える。
【００６５】
なお、以下の説明では素子数をＮ、クラッタや干渉波の数をＭとして説明する。
また、送受信アンテナ１１〜１２Ｎは、実施の形態１に係る送受信アンテナ１と同様であるので、説明は省略する。
【００６６】
図１１は、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の動作を説明する。
まずステップＳ１で、直交符号生成回路１１により目標に対する垂直偏波と水平偏波用の２つの直交符号を生成する。ここで切換スイッチ１２は直交符号生成回路１１を選択する。直交符号には、例えばＭ系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
【００６７】
次にステップＳ２で、直交符号生成回路１１によりクラッタに対する垂直偏波と水平偏波用の２つの直交符号を生成する。
次にステップＳ３で、任意波形生成回路１３により目標用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成した目標用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路２４１、２６１へ入力する。ここで送信ビーム形成回路２４１、２６１に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
【００６８】
次にステップＳ４で、任意波形生成回路１３によりクラッタ用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成したクラッタ用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路２４２、２６２へ入力する。ここで送信ビーム形成回路２４２、２６２に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
【００６９】
次にステップＳ５で、送信ビーム形成回路２４１、２６１によりクラッタ方向に対して低サイドローブとなる目標用のビームを形成し、送信機６、８へ入力する。
次にステップＳ６で、送信ビーム形成回路２４２、２６２により目標方向に対して低サイドローブとなるクラッタ用のビームを形成し、送信機６、８へ入力する。
【００７０】
次にステップＳ７で、垂直偏波用の信号が送信機６から出力され、送受切換器４を経て垂直偏波用送受信アンテナ１１〜１Ｎに入力される。また、水平偏波用の信号が送信機８から出力され、送受切換器５を経て水平偏波用送受信アンテナ１Ｎ＋１〜１２Ｎに入力される。送受信アンテナ１１〜１２Ｎから目標に対して垂直偏波と水平偏波の直交２偏波とクラッタに対して垂直偏波と水平偏波の直交２偏波がそれぞれ同時に同一周波数で送信される。
【００７１】
次にステップＳ８で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路２１〜２Ｎの送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路３１〜３Ｎの送受切換機５を経て受信機９に出力される。
受信機７と受信機９からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路２５１、２７１に入力される。そして受信ビーム形成回路２５１、２７１から符号分離回路１４１と符号分離回路１９１に入力される。
同時に、クラッタより反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路２１〜２Ｎの送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路３１〜３Ｎの送受切換機５を経て受信機９に出力される。
受信機７と受信機９からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路２５２、２７２に入力される。そして受信ビーム形成回路２５２、２７２から符号分離回路１４２と符号分離回路１９２に入力される。
【００７２】
次に、ステップＳ９で、目標からの垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。
垂直偏波系の受信ビーム形成回路２５１からの信号は符号分離回路１４１に入力される。符号分離回路１４１に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＳＶＶと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＳＶＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＳＶＶとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＳＶＨとする。符号分離された各偏波成分ＳＳＶＶとＳＳＶＨが偏波推定回路１５に入力される。
【００７３】
水平偏波系の受信ビーム形成回路２７１からの信号は符号分離回路１９１に入力される。符号分離回路１９１に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＳＨＶと水平偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＳＨＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＳＨＶとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＳＨＨとする。符号分離された各偏波成分、ＳＳＨＶとＳＳＨＨが偏波推定回路１５に入力される。
【００７４】
次に、ステップＳ１０で、クラッタからの垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。垂直偏波系の受信ビーム形成回路２５２からの信号は符号分離回路１４２に入力される。符号分離回路１４２に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＣＶＶと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＣＶＨが混合しているので、直交符号生成回路１１のクラッタ用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＣＶＶとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＣＶＨとする。符号分離された各偏波成分、ＳＣＶＶとＳＣＶＨが偏波推定回路１５に入力される。
【００７５】
水平偏波系の受信ビーム形成回路２７２からの信号は符号分離回路１９２に入力される。符号分離回路１９２に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＣＨＶと水平偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＣＨＨが混合しているので、直交符号生成回路１１のクラッタ用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＣＨＶとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＣＨＨとする。符号分離された各偏波成分、ＳＣＨＶとＳＣＨＨが偏波推定回路１５に入力される。これにより目標とクラッタから反射された信号が各偏波成分に全て同時に分離される。
【００７６】
次に、ステップＳ１１で、クラッタを抑圧しつつ、目標からの電力を最大とする最適偏波を推定する。偏波推定回路１５で最適偏波を以下の手順により推定する。
符号分離回路１４１、１４２、１９１、１９２で求めた目標の散乱行列とクラッタの散乱行列は式（１５）、式（１６）で表される。
【００７７】
【数１１】
【００７８】
これより目標からの受信電力ＰＳとクラッタからの受信電力ＰＣはそれぞれ式（１７）、（１８）で与えられる。
【００７９】
【数１２】
【００８０】
ここでは、送信アンテナと受信アンテナが同じであるモノスタティックレーダを想定している。式（１７）と式（１８）より目標からの受信電力ＰＳとクラッタからの受信電力ＰＣとの比ＰＳ／ＰＣは式（１９）となる。
【００８１】
【数１３】
【００８２】
クラッタからの受信電力ＰＣを抑圧しつつ、目標からの受信電力ＰＳが最大となるためには比ＰＳ／ＰＣが最大となれば良い。すなわち式（１９）の絶対値の中の値が最大となればよいので、絶対値の中をρで微分すると式（２０）を得る。ここで、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４はそれぞれ式（２１）、（２２）、（２３）、（２４）である。
【００８３】
【数１４】
【００８４】
そして、式（１９）が最大となるためには式（２０）が０となれば良い。従って式（２５）を得る。ここで、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ式（２６）、（２７）、（２８）である。
そして、式（２５）をρについて解くと式（２９）を得る。
【００８５】
【数１５】
【００８６】
前提条件として式（２９）が成立するためにａは０でないとする。ここで式（２９）より解が２つ存在する。これは式（１９）が最小になる解と最大となる解を表しており、式（２９）で与えられる解を式（１９）に代入し、最大となる解をクラッタを抑圧しつつ、目標からの電力を最大とする最適偏波する。
【００８７】
次に、ステップＳ１２で、最適偏波を送信する。偏波制御回路１８によりクラッタを抑圧しつつ、目標からの受信電力が最大となる偏波が選択され、任意波形生成回路１３で垂直偏波用と水平偏波用に同一の信号を生成し、送信ビーム形成回路２４１でクラッタ方向に低サイドローブとなる目標用のビームを形成し、垂直偏波系回路の送信機６と水平偏波系回路の送信機８に入力する。ここで切換スイッチ１２は偏波制御回路１８を選択する。これにより目標に対して受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
【００８８】
次に、ステップＳ１３で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波情報を合成する。すなわち、合成回路１６に入力された各偏波成分、ＶＶ成分、ＶＨ成分、ＨＶ成分、ＨＨ成分を用いて信号対雑音電力比が最大となるように各偏波成分を合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路１７に入力する。
【００８９】
次に、ステップＳ１４で、信号処理回路１７により目標の追尾などレーダ信号処理を実行する。
【００９０】
以上により、従来技術に比べ偏波を単一送信でなく、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、各偏波情報を取得することで、クラッタを抑圧しつつ目標からの受信電力が最大となる偏波を高速に推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
なお、上述の実施の形態４に係るレーダ装置では、クラッタを１つとして最適偏波を求めていたが、送信ビーム形成回路および受信ビーム形成回路、符号分離回路を複数設けているので複数のクラッタや干渉波に対しても有効である。
【００９１】
実施の形態５．
上述の実施の形態４に係るレーダ装置では、予め目標とクラッタの方向が分かっているが、本実施の形態５に係るレーダ装置ではクラッタと目標を検出し、クラッタを抑圧しつつ目標の電力を最大とする最適偏波の推定が可能となる。
図１２は、この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態５に係るレーダ装置は、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置に目標・クラッタ方向検出回路２１とスイッチ２２、２３を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
目標・クラッタ方向検出回路２１は、目標とクラッタの方向を検出する。
スイッチ２２は、受信ビーム形成回路２５１〜２５Ｎの接続先を符号分離回路１４１〜１４Ｍまたは目標・クラッタ方向検出回路２１のいずれか一方に切り換える。
スイッチ２３は、受信ビーム形成回路２７１〜２７Ｎの接続先を符号分離回路１９１〜１９Ｍまたは目標・クラッタ方向検出回路２１のいずれか一方に切り換える。
【００９２】
図１３は、この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の動作を説明する。
まずステップＳ１で、目標とクラッタを検出する。目標とクラッタを検出するために、任意波形生成回路１３によりパルス波形など任意のレーダ波形を生成し、送信機６、８へ入力する。ここでは目標とクラッタを検出するのが目的なので、送信機６のみを用いる。送信機６から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換器４を経て送受信アンテナ１に入力される。送受信アンテナ１より垂直偏波が送信される。ここで目標とクラッタを検出するため、ビーム走査を実施する。反射された信号が送受信アンテナ１で受信され、送受切換器４を経て受信機７へ入力される。受信機７からスイッチ２２を経て目標・クラッタ検出回路２１に入力される。目標・クラッタ検出回路２１でドップラー周波数を算出し、クラッタであれば静止しているものなのでドップラー周波数は０となるが、目標は動いているのでドップラー周波数が求まる。従ってドップラー周波数より目標とクラッタの検出が可能となる。
【００９３】
次に、ステップＳ２で、直交符号生成回路１１により目標に対する垂直偏波と水平偏波用の２つの直交符号を生成する。ここで切換スイッチ１２は直交符号生成回路１１を選択する。直交符号には、例えばＭ系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
【００９４】
次にステップＳ３で、直交符号生成回路１１によりクラッタに対する垂直偏波と水平偏波用の２つの直交符号を生成する。
次にステップＳ４で、任意波形生成回路１３により目標用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成した目標用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路２４１、２６１へ入力する。ここで送信ビーム形成回路２４１、２６１に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
【００９５】
次にステップＳ５で、任意波形生成回路１３によりクラッタ用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路１１より生成したクラッタ用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路２４２、２６２へ入力する。ここで送信ビーム形成回路２４２、２６２に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
【００９６】
次にステップＳ６で、送信ビーム形成回路２４１、２６１によりクラッタ方向に対して低サイドローブとなる目標用のビームを形成し、送信機６、８へ入力する。
次にステップＳ７で、送信ビーム形成回路２４２、２６２により目標方向に対して低サイドローブとなるクラッタ用のビームを形成し、送信機６、８へ入力する。
【００９７】
次にステップＳ８で、垂直偏波用の信号が送信機６から出力され、送受切換器４を経て垂直偏波用送受信アンテナ１１〜１Ｎに入力される。また、水平偏波用の信号が送信機８から出力され、送受切換器５を経て水平偏波用送受信アンテナ１Ｎ＋１〜１２Ｎに入力される。送受信アンテナ１１〜１２Ｎから目標に対して垂直偏波と水平偏波の直交２偏波とクラッタに対して垂直偏波と水平偏波の直交２偏波がそれぞれ同時に同一周波数で送信される。
【００９８】
次にステップＳ９で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路２１〜２Ｎの送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路３１〜３Ｎの送受切換機５を経て受信機９に出力される。
受信機７と受信機９からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路２５１、２７１に入力される。そして受信ビーム形成回路２５１、２７１から符号分離回路１４１と符号分離回路１９１に入力される。
【００９９】
同時に、クラッタより反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路２１〜２Ｎの送受切換機４を経て受信機７に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路３１〜３Ｎの送受切換機５を経て受信機９に出力される。
受信機７と受信機９からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路２５２、２７２に入力される。そして受信ビーム形成回路２５２、２７２から符号分離回路１４２と符号分離回路１９２に入力される。
【０１００】
次に、ステップＳ１０で、目標からの垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。
垂直偏波系の受信ビーム形成回路２５１からの信号は符号分離回路１４１に入力される。符号分離回路１４１に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＳＶＶと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＳＶＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＳＶＶとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＳＶＨとする。符号分離された各偏波成分ＳＳＶＶとＳＳＶＨが偏波推定回路１５に入力される。
【０１０１】
水平偏波系の受信ビーム形成回路２７１からの信号は符号分離回路１９１に入力される。符号分離回路１９１に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＳＨＶと水平偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＳＨＨが混合しているので、直交符号生成回路１１の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＳＨＶとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＳＨＨとする。符号分離された各偏波成分、ＳＳＨＶとＳＳＨＨが偏波推定回路１５に入力される。
【０１０２】
次に、ステップＳ１１で、クラッタからの垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。垂直偏波系の受信ビーム形成回路２５２からの信号は符号分離回路１４２に入力される。符号分離回路１４２に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＣＶＶと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分ＳＣＶＨが混合しているので、直交符号生成回路１１のクラッタ用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＣＶＶとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をＳＣＶＨとする。符号分離された各偏波成分、ＳＣＶＶとＳＣＶＨが偏波推定回路１５に入力される。
【０１０３】
水平偏波系の受信ビーム形成回路２７２からの信号は符号分離回路１９２に入力される。符号分離回路１９２に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＣＨＶと水平偏波で送信した時の水平偏波成分ＳＣＨＨが混合しているので、直交符号生成回路１１のクラッタ用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＣＨＶとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をＳＣＨＨとする。符号分離された各偏波成分、ＳＣＨＶとＳＣＨＨが偏波推定回路１５に入力される。これにより目標とクラッタから反射された信号が各偏波成分に全て同時に分離される。
【０１０４】
次にステップＳ１２で、クラッタを抑圧しつつ、目標からの電力を最大とする最適偏波を推定する。推定方法は実施の形態４で実施されている方法と同様であるので説明を省略する。
【０１０５】
次に、ステップＳ１３で、最適偏波を送信する。偏波制御回路１８によりクラッタを抑圧しつつ、目標からの受信電力が最大となる偏波が選択され、任意波形生成回路１３で垂直偏波用と水平偏波用に同一の信号を生成し、送信ビーム形成回路２４１でクラッタ方向に低サイドローブとなる目標用のビームを形成し、垂直偏波系回路の送信機６と水平偏波系回路の送信機８に入力する。ここで切換スイッチ１２は偏波制御回路１８を選択する。これにより目標に対して受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
【０１０６】
次に、ステップＳ１４で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波情報を合成する。すなわち、合成回路１６に入力された各偏波成分、ＶＶ成分、ＶＨ成分、ＨＶ成分、ＨＨ成分を用いて信号対雑音電力比が最大となるように各偏波成分を合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路１７に入力する。
【０１０７】
次に、ステップＳ１４で、信号処理回路１７により目標の追尾などレーダ信号処理を実行する。
【０１０８】
この発明の実施の形態５に係るレーダ装置は、目標とクラッタの方向が分からない場合でも、目標・クラッタ検出回路２１により目標とクラッタを検出することができ、さらに、従来技術に比べ偏波を単一送信でなく、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、各偏波情報を取得することで、クラッタを抑圧しつつ目標からの受信電力が最大となる偏波を高速に推定し、最適偏波の推定が可能となる。
上述の実施例ではクラッタを１つとして最適偏波を求めているが、複数の符号分離回路によりクラッタや干渉波が複数あっても本発明は有効である。
【符号の説明】
【０１０９】
１、１１〜１Ｎ、１Ｎ＋１〜１２Ｎ 送受信アンテナ、２、２１〜２Ｎ 垂直偏波系回路、３、３１〜３Ｎ 水平偏波系回路、４、５ 送受切換機、６、８ 送信機、７、９ 受信機、１０ 受信機切換スイッチ、１１ 直交符号生成回路、１２ 切換スイッチ、１３ 任意波形生成回路、１４、１４１〜１４Ｍ 符号分離回路、１５ 偏波推定回路、１６ 合成回路、１７ 信号処理回路、１８ 偏波制御回路、１９、１９１〜１９Ｍ 符号分離回路、２０ 偏波予測回路、２１ 目標・クラッタ方向検出回路、２４１〜２４Ｎ、２６１〜２６Ｎ 送信ビーム形成回路、２５１〜２５Ｎ、２７１〜２７Ｎ 受信ビーム形成回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、
直交符号を生成する直交符号生成手段と、
任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、
前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する２つの送信機と、
前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する２つの受信機と、
前記２つの受信機から出力される受信信号と前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、
前記各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、
前記符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、
前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と、
前記受信電力が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する第１の切換手段と、
前記２つの受信機のいずれかを前記符号分離手段に接続する第２の切換手段と、
を備え、
前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信されることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
異なる偏波状態を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、
直交符号を生成する直交符号生成手段と、
任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、
前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する２つの送信機と、
前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する２つの受信機と、
前記２つの受信機から出力される受信信号それぞれに対して前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する２つの符号分離手段と、
前記各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、
前記２つの符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、
前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と
前記受信電力が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する切換手段と、
を備え、
前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信されることを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
前記アレーアンテナは、所定の周期毎に同時に同一周波数且つ異なる偏波成分を有する複数の信号を送信し、
直近の所定の回数の送信で所望のデータが検出されているとき該回数の送信に伴って推定した受信電力が最大になる偏波状態から目標の偏波状態を予測する偏波予測手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、
直交符号を生成する直交符号生成手段と、
任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、
前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する２つの送信機と、
前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する２つの受信機と、
前記２つの受信機から出力される受信信号と前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、
前記各偏波成分を用いて目標からの受信電力とクラッタからの受信電力との比が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、
前記目標からの受信電力とクラッタからの受信電力との比が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
前記２つの符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、
前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と
前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する第１の切換手段と、
を備え、
前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信されることを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、
直交符号を生成する直交符号生成手段と、
任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、
前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する２つの送信機と、
前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する２つの受信機と、
前記２つの受信機から出力される受信信号と前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、
前記の受信機からクラッタと目標を検出する検出回路と、
前記各偏波成分を用いて目標からの受信電力とクラッタからの受信電力との比が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、
前記目標からの受信電力とクラッタからの受信電力との比が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
前記２つの符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、
前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と
前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する第１の切換手段と、
を備え、
前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信されることを特徴とするレーダ装置。
【請求項６】
前記偏波推定手段は、目標の散乱行列とクラッタの散乱行列から目標からの受信電力とクラッタからの受信電力の比が最大となる偏波を推定することを特徴とする請求項４または５に記載のレーダ装置。
【請求項７】
異なる偏波成分として直交する２つの偏波を利用することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記合成手段は、各送受信間の偏波情報の振幅に応じて重み係数を割り当て、受信電力が最大となるように最大比合成を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項１】
異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、
直交符号を生成する直交符号生成手段と、
任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、
前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する２つの送信機と、
前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する２つの受信機と、
前記２つの受信機から出力される受信信号と前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、
前記各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、
前記符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、
前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と、
前記受信電力が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する第１の切換手段と、
前記２つの受信機のいずれかを前記符号分離手段に接続する第２の切換手段と、
を備え、
前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信されることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
異なる偏波状態を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、
直交符号を生成する直交符号生成手段と、
任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、
前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する２つの送信機と、
前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する２つの受信機と、
前記２つの受信機から出力される受信信号それぞれに対して前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する２つの符号分離手段と、
前記各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、
前記２つの符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、
前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と
前記受信電力が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する切換手段と、
を備え、
前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信されることを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
前記アレーアンテナは、所定の周期毎に同時に同一周波数且つ異なる偏波成分を有する複数の信号を送信し、
直近の所定の回数の送信で所望のデータが検出されているとき該回数の送信に伴って推定した受信電力が最大になる偏波状態から目標の偏波状態を予測する偏波予測手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、
直交符号を生成する直交符号生成手段と、
任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、
前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する２つの送信機と、
前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する２つの受信機と、
前記２つの受信機から出力される受信信号と前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、
前記各偏波成分を用いて目標からの受信電力とクラッタからの受信電力との比が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、
前記目標からの受信電力とクラッタからの受信電力との比が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
前記２つの符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、
前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と
前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する第１の切換手段と、
を備え、
前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信されることを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、
直交符号を生成する直交符号生成手段と、
任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、
前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する２つの送信機と、
前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する２つの受信機と、
前記２つの受信機から出力される受信信号と前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、
前記の受信機からクラッタと目標を検出する検出回路と、
前記各偏波成分を用いて目標からの受信電力とクラッタからの受信電力との比が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、
前記目標からの受信電力とクラッタからの受信電力との比が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
前記２つの符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、
前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と
前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する第１の切換手段と、
を備え、
前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信されることを特徴とするレーダ装置。
【請求項６】
前記偏波推定手段は、目標の散乱行列とクラッタの散乱行列から目標からの受信電力とクラッタからの受信電力の比が最大となる偏波を推定することを特徴とする請求項４または５に記載のレーダ装置。
【請求項７】
異なる偏波成分として直交する２つの偏波を利用することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記合成手段は、各送受信間の偏波情報の振幅に応じて重み係数を割り当て、受信電力が最大となるように最大比合成を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか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１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２５７３７６（Ｐ２０１１−２５７３７６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５３０８６（Ｐ２０１０−２５３０８６）
【出願日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【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２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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