測角装置
【課題】アンテナ素子単体の指向性の影響を軽減して高精度の測角が可能な測角装置。
【解決手段】複数のアンテナ素子11〜13が配置されたアンテナ装置1と、アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により粗測角を行う粗測角器4と、粗測角器で得られた粗測角の方向に精測角用ビームを指向させるビーム形成部3と、ビーム形成部により指向された精測角用ビームを用いて、アンテナ装置に含まれる離隔したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により精測角を行う精測角器5を備える。
【解決手段】複数のアンテナ素子11〜13が配置されたアンテナ装置1と、アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により粗測角を行う粗測角器4と、粗測角器で得られた粗測角の方向に精測角用ビームを指向させるビーム形成部3と、ビーム形成部により指向された精測角用ビームを用いて、アンテナ装置に含まれる離隔したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により精測角を行う精測角器5を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、受信装置またはレーダ装置に適用される測角装置に関し、特に離隔したアンテナ素子を用いて測角する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
図11は、従来のインターフェロメータ方式(非特許文献1参照)で目標を測角する測角装置の構成を示すブロック図である。この測角装置は、3個のアンテナ素子11〜13を備えたアンテナ装置1、3個の受信器21〜23および測角器7から構成されている。
【0003】
アンテナ素子11〜13は、空中からの電波を受信して電気信号に変換し、受信器21〜23にそれぞれ送る。図12は、アンテナ装置1の構造を示す図である。このアンテナ装置1は、インターフェロメータ用のアンテナ素子として、近接して配置された3個のアンテナ素子a1、a2およびa3、これらからEL方向に離隔して配置されたアンテナ素子a4、ならびに、AZ方向に離隔して配置されたアンテナ素子a5を備えている。図11に示すアンテナ素子11〜13は、これら5個のアンテナ素子a1〜a5の中から測角の種類(粗測角または精測角)に応じて選択される3個のアンテナ素子を示している。
【0004】
受信器21〜23は、アンテナ素子11〜13から送られてくる信号に所定の処理をそれぞれ施し、アンテナ素子信号として測角器7に送る。測角器7は、受信器21〜23から送られてくるアンテナ素子信号に基づき粗測角を行った後に精測角を行う。この測角器7において得られた目標角度は、測角値として外部に出力される。
【0005】
上記のように構成される従来の測角装置の動作を、測角処理を中心に、図13に示すフローチャートおよび図14に示す説明図を参照しながら説明する。
【0006】
測角処理では、まず、粗測角が行われる(ステップS51)。すなわち、図12に示すようにアンテナ素子が配置されているとすると、測角器7は、AZ面またはEL面で近接して配置された一対のアンテナ素子(以下、「ペア素子」という)から受信器を介して得られるアンテナ素子信号の誤差電圧から、誤差電圧と角度の関係を規定した測角曲線を用いて、粗測角を実施し、大まかな目標角度を算出する。この場合、図14(b)に示すように、精度は低いが角度アンビギュイティの生じない測角値が得られる。
【0007】
次いで、精測角が行われる(ステップS52)。すなわち、測角器7は、AZ面またはEL面で離隔して配置されたペア素子から受信器を介して得られるアンテナ素子信号の誤差電圧から、測角曲線を用いて精測角を実施し、高精度の目標角度を算出する。この場合は、図14(a)に示すように、角度アンビギュイティが発生する。そこで、測角器7は、ステップS51で得られた測角値から所定の範囲を目標範囲として設定し、この目標範囲に存在する目標角度を測角値として特定する。この特定された測角値が外部に出力される。
【0008】
上記ステップS51およびS52における測角処理において、目標角度Φは、インターフェロメータの原理を表す次式により算出できる。
【数1】
【0009】
ここで、
λ ;波長
di ;アンテナ素子iの位相中心からの位置
dj ;アンテナ素子jの位相中心からの位置
Φ ;目標角度
Δψij;ペア素子の位相差
【非特許文献1】吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.285-286(1996)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
上述したように、離隔したアンテナ素子を用いて測角する従来のインターフェロメータ方式を用いた測角装置においては、アンテナ素子から得られる信号はアンテナ素子の指向性の影響を受け、レドームがある場合等には、測角精度が乱れるという問題がある。また、広角から不要波が入力する場合には、不要波の影響で測角値が乱れるという問題がある。
【0011】
本発明の課題は、アンテナ素子単体の指向性の影響を軽減し、また、広角から不要波が入力する場合であっても高精度の測角が可能な測角装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するために、第1の発明は、複数のアンテナ素子が配置されたアンテナ装置と、アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により粗測角を行う粗測角器と、粗測角器で得られた粗測角の方向に精測角用ビームを指向させるビーム形成部と、ビーム形成部により指向された精測角用ビームを用いて、アンテナ装置に含まれる離隔したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により精測角を行う精測角器を備えたことを特徴とする。
【0013】
また、第2の発明は、複数のアンテナ素子および指向性の広い補助アンテナが配置されたアンテナ装置と、アンテナ装置に含まれる補助アンテナ、複数のアンテナ素子の一部、または、複数のアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いて形成されたΔビームの少なくとも1つを補助チャンネル信号として出力するとともに、アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いて形成されたΣビームを主チャンネル信号として出力するビーム形成部と、ビーム形成部から出力される主チャンネル信号の振幅と補助チャンネル信号の振幅とを比較する振幅比較器と、振幅比較器により、主チャンネル信号の振幅が補助チャンネル信号の振幅より大きいことが判断された場合に、アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により粗測角を行う粗測角器と、粗測角器で得られた粗測角の方向に精測角用ビームを指向させるビーム形成部と、ビーム形成部により指向された精測角用ビームを用いて、アンテナ装置に含まれる離隔したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により精測角を行う精測角器を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
第1の発明によれば、アンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により測角するので、アンテナ素子単体の指向性の影響が軽減され、高精度な測角が可能になる。
【0015】
また、第2の発明によれば、補助チャンネルの信号とΣビームによる主チャンネル信号とを比較して、目標以外の方向から入力する不要波の影響を除き、その後、アンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により粗測角を行うので、広角から不要波が入力する場合であっても高精度の測角が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、背景技術の欄で説明した従来の測角装置の構成部分に相当する部分には、背景技術の欄で使用した符号と同じ符号を付して説明を省略または簡単化する。
【実施例1】
【0017】
図1は、本発明の実施例1に係る測角装置の構成を示すブロック図である。この測角装置は、図11に示した従来の測角装置に、ビーム形成部3が追加されるとともに、測角器7が、粗測角器4と精測角器5とに分割されて構成されている。以下、従来の測角装置と異なる部分を中心に説明する。
【0018】
図2は、実施例1に係る測角装置で使用されるアンテナ装置1の構造を示す図である。このアンテナ装置1は、モノパルス用のアンテナ素子として、近接して配置された3個のアンテナ素子a1、a2およびa3、これらからEL方向に離隔して配置されたアンテナ素子a4、ならびに、AZ方向に離隔して配置されたアンテナ素子a5を備えている。図1に示すアンテナ素子11〜13は、これら5個のアンテナ素子a1〜a5の中から測角の種類(粗測角または精測角)に応じて選択される3個のアンテナ素子を示している。なお、図2に示す補助アンテナ101は、後述する実施例2に係る測角装置において使用されるアンテナ素子であり、詳細は後述する。
【0019】
ビーム形成部3は、受信器21〜23から送られてくるアンテナ素子信号を保存するとともに、この保存したアンテナ素子信号の中の、アンテナ装置1のAZ面またはEL面で近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いてΣビーム信号およびΔビーム信号を形成し、粗測角器4に送る。また、ビーム形成部3は、粗測角器4から送られてくる指向方向信号によって示される方向、つまり粗測角方向に精測角用ビーム(ΣビームおよびΔビーム)を指向させて精測角器5に送る。
【0020】
粗測角器4は、ビーム形成部3からのΣビーム信号およびΔビーム信号を用いて、位相および振幅を用いる位相モノパルス(位相比較モノパルス)方式によって測角を実施する。図3は、位相モノパルス方式の原理を示す図である。位相モノパルス方式の場合、Σビーム信号およびΔビーム信号といった2つのビーム信号の振幅及び位相による複素信号の比をとることによって、誤差電圧が求められる。そして、予め取得したアンテナパターンから求められている測角曲線のテーブルを参照し、誤差電圧に対応する目標角度が求められる。
【0021】
なお、位相モノパルス方式の詳細は、『吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.262-264(1996)』に説明されている。
【0022】
この粗測角器4における測角により得られた測角値は、精測角の際の指向方向を表す指向方向信号として、ビーム形成部3に送られる。
【0023】
精測角器5は、ビーム形成部3からの精測角用ビームを用いて、位相モノパルス方式による測角を実施する。この精測角器5における測角によって得られた目標方向が測角値として外部に出力される。
【0024】
なお、粗測角器4および精測角器5における測角方式として、位相および振幅を用いるスクイント測角(振幅比較モノパルス)方式を用いることもできる。なお、スクイント測角方式では、振幅のみを用いる場合もある。図4は、スクイント測角方式の原理を示す図である。スクイント測角の場合、図4に示すようなΣLビーム信号およびΣUビーム信号といった2つのビーム信号の振幅の比をとって誤差電圧を求め、あらかじめ用意された測角曲線のテーブルを参照し、誤差電圧に対応する角度を求める。
【0025】
なお、スクイント測角方式の詳細は『吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.260-262(1996)』に説明されている。
【0026】
図5は、位相モノパルス方式およびスクイント測角方式に共通なモノパルス測角において使用される、誤差電圧と角度の関係を規定した測角曲線を示す図であり、図5(a)は精測角に用いられる立ち上がりが急峻な測角曲線、図5(b)は粗測角に用いられる立ち上がりが緩やかな測角曲線である。
【0027】
次に、上記のように構成される本発明の実施例1に係る測角装置の動作を、測角処理を中心に、図6に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【0028】
測角処理では、まず、モノパルスによる粗測角が行われる(ステップS11)。すなわち、粗測角器4は、ビーム形成部3からのΣビーム信号およびΔビーム信号を用いて、位相モノパルス方式またはスクイント測角方式による測角を実施し、大まかな目標角度を算出する。この場合、図3(b)または図4(b)に示すように、精度は低いが角度アンビギュイティの生じない測角値が得られる。この粗測角器4における測角により得られた測角値は、指向方向信号として、ビーム形成部3に送られる。
【0029】
次いで、精測角用ビーム指向処理が行われる(ステップS12)。すなわち、ビーム形成部3は、粗測角器4から送られてくる指向方向信号によって示される方向、つまり粗測角方向に指向する精測角用ビーム(ΣビームおよびΔビーム)を精測角器5に送る。
【0030】
次いで、モノパルスによる精測角が行われる(ステップS13)。すなわち、精測角器5は、ビーム形成部3からの精測角用ビームを用いて、位相モノパルス方式またはスクイント測角方式による測角を実施し、高精度の目標角度を算出する。この場合、粗測角方向に精測角用ビームが指向されているので、図3(a)または図4(a)に示すように、真の目標の周囲に角度アンビギュイティ(偽目標)が生じても真の目標を識別して正しい測角値を得ることができる。この精測角器5における測角によって得られた目標方向が測角値として外部に出力される。
【0031】
以上説明したように、本発明の実施例1に係る測角装置によれば、アンテナ素子単体の指向性よりも誤差の影響を受けにくい、アンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づくΣビーム信号およびΔビーム信号を用いた位相モノパルス方式、または、ΣLビーム信号およびΣUビーム信号を用いたスクイント測角方式により測角するので、アンテナ素子単体の指向性の影響が軽減され、高精度な測角が可能になる。
【0032】
なお、上述した実施例1に係る測角装置では、3個のアンテナ素子を用いた場合について説明したが、アンテナ装置の数は4個以上とすることもできる。逆に、角度アンビギュティが生じないのであれば、アンテナ装置の数は2個とすることもできる。
【実施例2】
【0033】
本発明の実施例2に係る測角装置は、目標以外の不要波が入力されると測角誤差が生じるので、不要波を除去して測角するようにしたものである。
【0034】
図7は、本発明の実施例2に係る測角装置の構成を示すブロック図である。この測角装置は、実施例1に係る測角装置に対して以下の点が変更されている。すなわち、アンテナ装置1に補助アンテナ101が追加されるとともに、受信器24および振幅比較器6が追加され、さらに、ビーム形成部3が、新たなビーム形成部31に変更されて構成されている。以下では、実施例1に係る測角装置と異なる部分を中心に説明する。
【0035】
補助アンテナ101は、空中からの不要波および目標で反射された反射波を含む電波を受信して電気信号に変換し、受信器24に送る。受信器24は、補助アンテナ101から送られてくる信号に所定の処理を施し、アンテナ素子信号としてビーム形成部31に送る。
【0036】
ビーム形成部31は、受信器21〜24から送られてくるアンテナ素子信号を保存するとともに、この保存したアンテナ素子信号の中の、アンテナ装置1のAZ面またはEL面で近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いてΣビームおよびΔビームを形成し、主チャンネル信号(以下、「主CH」と略する)として振幅比較器6に送る。
【0037】
また、ビーム形成部31は、指向性の広い補助アンテナ101から受信器24を介して送られてくるアンテナ素子信号、測角に用いるアンテナ素子11〜13の中から選定したアンテナ素子からのアンテナ素子信号、および、Σビームのメインローブ付近の直接波を抑圧するために主CHとして送られてくるΔビームの少なくとも1つに基づき補助ビーム信号を形成し、補助チャンネル信号(以下、「補助CH」と略する)として振幅比較器6に送る。
【0038】
振幅比較器6は、ビーム形成部31から送られてくる主CHに含まれるΣビームの振幅と補助CHの振幅とを比較する。補助CHとして、補助アンテナ101の出力、アンテナ素子11〜13の中から選定したアンテナ素子の出力およびΔビームの少なくとも2つを用いる場合には、ビーム形成部31は、これらを合成して1つの補助CHとして出力し、振幅比較器6は、合成された補助CHの振幅と主CHの振幅とを比較する。
【0039】
なお、補助アンテナ101の出力、アンテナ素子11〜13の中から選定したアンテナ素子の出力およびΔビームの各々を1つの補助CHとし、これら複数の補助CHの各々の振幅を主CHの振幅と比較するように構成することもできる。
【0040】
振幅比較器6は、主CHの振幅と補助CHの振幅とを比較した結果、図8に原理的に示すように、主CHの振幅が補助CHの振幅より大きい場合に、目標からの反射波である旨を認識し、ビーム形成部3で形成されたΣビーム信号およびΔビーム信号を粗測角器4に送る。なお、図8は、補助CH1(例えば補助アンテナ101または選択された1つのアンテナ素子)および補助CH2(例えばΔビーム)といった2個の補助CHが存在する場合の例を示している。
【0041】
一方、振幅比較器6は、主CHの振幅が補助CHの振幅以下である場合に、不要波である旨を認識し、Σビーム信号およびΔビーム信号を粗測角器4に送るのを抑止する。
【0042】
次に、上記のように構成される本発明の実施例2に係る測角装置の動作を、測角処理を中心に、図10に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下では、補助CHは1つのみが存在し、複数の補助CHが存在する場合は1つの補助CHに合成されているものとして説明する。
【0043】
測角処理では、まず、Σビームが形成される(ステップS21)。すなわち、ビーム形成部31は、受信器21〜24から送られてくるアンテナ素子信号を保存するとともに、この保存したアンテナ素子信号の中の、アンテナ装置1のAZ面またはEL面で近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いてΣビーム信号およびΔビーム信号を形成し、主CHとして振幅比較器6に送る。
【0044】
次いで、主CHと補助CHのレベルが比較される(ステップS22)。すなわち、振幅比較器6は、ビーム形成部31から送られてくる主CHに含まれるΣビーム信号の振幅と補助CHの振幅とを比較する。
【0045】
次いで、主CHが補助CHより大きいかどうかが調べられる(ステップS23)。すなわち、振幅比較器6は、ステップS22における比較結果が、主CHに含まれるΣビーム信号の振幅が補助CHの振幅より大きいことを示しているかどうかを調べる。このステップS23において、主CHが補助CHより大きくないことが判断されると、主CHは不要波であることが認識され、測角処理は終了する。
【0046】
一方、ステップS23において、主CHが補助CHより大きいことが判断されると、主CHは目標からの反射波であることが認識され、次いで、モノパルスによる粗測角が行われる(ステップS24)。すなわち、粗測角器4は、ビーム形成部31から振幅比較器6を経由して送られてくるΣビーム信号およびΔビーム信号を用いて、位相モノパルス方式による測角を実施し、大まかな目標角度を算出する。この場合、図9(b)に示すように、精度は低いが角度アンビギュイティの生じない測角値が得られる。この粗測角器4における測角により得られた測角値は、指向方向信号として、ビーム形成部3に送られる。
【0047】
次いで、精測角用ビーム指向処理が行われる(ステップS25)。すなわち、ビーム形成部31は、粗測角器4から送られてくる指向方向信号によって示される方向、つまり粗測角方向に指向する精測角用ビーム(ΣビームおよびΔビーム)を精測角器5に送る。
【0048】
次いで、モノパルスによる精測角が行われる(ステップS26)。すなわち、精測角器5は、ビーム形成部3からの精測角用ビームを用いて、位相モノパルス方式による測角を実施し、高精度の目標角度を算出する。この場合、粗測角方向に精測角用ビームが指向されているので、図9に示すように、真の目標の周囲に角度アンビギュイティ(偽目標)が生じても真の目標を識別して正しい測角値を得ることができる。この精測角器5における測角によって得られた目標方向が測角値として外部に出力される。
【0049】
以上説明したように、本発明の実施例2に係る測角装置によれば、補助CHとΣビームによる主CHとを比較して、目標以外の方向から入力する不要波の影響を除き、その後、アンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式により粗測角を行うので、広角から不要波が入力する場合であっても高精度の測角が可能になる。
【0050】
なお、上述した実施例2に係る測角装置においては、測角方式として、位相モノパルス方式を用いる場合について説明したが、実施例1に係る測角装置と同様に、スクイント測角方式を用いることもできる。
【0051】
また、上述した実施例2に係る測角装置では、3個のアンテナ素子を用いた場合について説明したが、アンテナ装置の数は4個以上とすることもできる。逆に、角度アンビギュティが生じないのであれば、アンテナ装置の数は2個とすることもできる。
【0052】
また、上述した実施例1および実施例2に係る測角装置では、測角については、粗測角と精測角の組み合わせて行うように構成したが、必ずしも粗測角と精測角の組み合わせでなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0053】
本発明は、高精度の測角が要求されるレーダ装置などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】本発明の実施例1に係る測角装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施例1に係る測角装置で使用されるアンテナ装置の構造を示す図である。
【図3】本発明の実施例1に係る測角装置で使用される位相モノパルス方式の原理を示す図である。
【図4】本発明の実施例1に係る測角装置で使用されるスクイント測角方式の原理を示す図である。
【図5】本発明の実施例1に係る測角装置におけるモノパルス測角において使用される、誤差電圧と角度の関係を規定した測角曲線を示す図である。
【図6】本発明の実施例1に係る測角装置の動作を、測角処理を中心に示すフローチャートである。
【図7】本発明の実施例2に係る測角装置の構成を示すブロック図である。
【図8】本発明の実施例2に係る測角装置の動作を原理的に説明するための図である。
【図9】本発明の実施例2に係る測角装置の動作を説明するための図である。
【図10】本発明の実施例2に係る測角装置の動作を、測角処理を中心に示すフローチャートである。
【図11】従来の測角装置の構成を示すブロック図である。
【図12】従来の測角装置のアンテナ装置の構造を示す図である。
【図13】従来の測角装置の動作を示すフローチャートである。
【図14】従来の測角装置の動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【0055】
1 アンテナ装置
11〜13 アンテナ素子
101 補助アンテナ
21〜24 受信器
3、31 ビーム形成部
4 粗測角器
5 精測角器
6 振幅比較器
【技術分野】
【0001】
本発明は、受信装置またはレーダ装置に適用される測角装置に関し、特に離隔したアンテナ素子を用いて測角する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
図11は、従来のインターフェロメータ方式(非特許文献1参照)で目標を測角する測角装置の構成を示すブロック図である。この測角装置は、3個のアンテナ素子11〜13を備えたアンテナ装置1、3個の受信器21〜23および測角器7から構成されている。
【0003】
アンテナ素子11〜13は、空中からの電波を受信して電気信号に変換し、受信器21〜23にそれぞれ送る。図12は、アンテナ装置1の構造を示す図である。このアンテナ装置1は、インターフェロメータ用のアンテナ素子として、近接して配置された3個のアンテナ素子a1、a2およびa3、これらからEL方向に離隔して配置されたアンテナ素子a4、ならびに、AZ方向に離隔して配置されたアンテナ素子a5を備えている。図11に示すアンテナ素子11〜13は、これら5個のアンテナ素子a1〜a5の中から測角の種類(粗測角または精測角)に応じて選択される3個のアンテナ素子を示している。
【0004】
受信器21〜23は、アンテナ素子11〜13から送られてくる信号に所定の処理をそれぞれ施し、アンテナ素子信号として測角器7に送る。測角器7は、受信器21〜23から送られてくるアンテナ素子信号に基づき粗測角を行った後に精測角を行う。この測角器7において得られた目標角度は、測角値として外部に出力される。
【0005】
上記のように構成される従来の測角装置の動作を、測角処理を中心に、図13に示すフローチャートおよび図14に示す説明図を参照しながら説明する。
【0006】
測角処理では、まず、粗測角が行われる(ステップS51)。すなわち、図12に示すようにアンテナ素子が配置されているとすると、測角器7は、AZ面またはEL面で近接して配置された一対のアンテナ素子(以下、「ペア素子」という)から受信器を介して得られるアンテナ素子信号の誤差電圧から、誤差電圧と角度の関係を規定した測角曲線を用いて、粗測角を実施し、大まかな目標角度を算出する。この場合、図14(b)に示すように、精度は低いが角度アンビギュイティの生じない測角値が得られる。
【0007】
次いで、精測角が行われる(ステップS52)。すなわち、測角器7は、AZ面またはEL面で離隔して配置されたペア素子から受信器を介して得られるアンテナ素子信号の誤差電圧から、測角曲線を用いて精測角を実施し、高精度の目標角度を算出する。この場合は、図14(a)に示すように、角度アンビギュイティが発生する。そこで、測角器7は、ステップS51で得られた測角値から所定の範囲を目標範囲として設定し、この目標範囲に存在する目標角度を測角値として特定する。この特定された測角値が外部に出力される。
【0008】
上記ステップS51およびS52における測角処理において、目標角度Φは、インターフェロメータの原理を表す次式により算出できる。
【数1】
【0009】
ここで、
λ ;波長
di ;アンテナ素子iの位相中心からの位置
dj ;アンテナ素子jの位相中心からの位置
Φ ;目標角度
Δψij;ペア素子の位相差
【非特許文献1】吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.285-286(1996)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
上述したように、離隔したアンテナ素子を用いて測角する従来のインターフェロメータ方式を用いた測角装置においては、アンテナ素子から得られる信号はアンテナ素子の指向性の影響を受け、レドームがある場合等には、測角精度が乱れるという問題がある。また、広角から不要波が入力する場合には、不要波の影響で測角値が乱れるという問題がある。
【0011】
本発明の課題は、アンテナ素子単体の指向性の影響を軽減し、また、広角から不要波が入力する場合であっても高精度の測角が可能な測角装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するために、第1の発明は、複数のアンテナ素子が配置されたアンテナ装置と、アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により粗測角を行う粗測角器と、粗測角器で得られた粗測角の方向に精測角用ビームを指向させるビーム形成部と、ビーム形成部により指向された精測角用ビームを用いて、アンテナ装置に含まれる離隔したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により精測角を行う精測角器を備えたことを特徴とする。
【0013】
また、第2の発明は、複数のアンテナ素子および指向性の広い補助アンテナが配置されたアンテナ装置と、アンテナ装置に含まれる補助アンテナ、複数のアンテナ素子の一部、または、複数のアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いて形成されたΔビームの少なくとも1つを補助チャンネル信号として出力するとともに、アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いて形成されたΣビームを主チャンネル信号として出力するビーム形成部と、ビーム形成部から出力される主チャンネル信号の振幅と補助チャンネル信号の振幅とを比較する振幅比較器と、振幅比較器により、主チャンネル信号の振幅が補助チャンネル信号の振幅より大きいことが判断された場合に、アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により粗測角を行う粗測角器と、粗測角器で得られた粗測角の方向に精測角用ビームを指向させるビーム形成部と、ビーム形成部により指向された精測角用ビームを用いて、アンテナ装置に含まれる離隔したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により精測角を行う精測角器を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
第1の発明によれば、アンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により測角するので、アンテナ素子単体の指向性の影響が軽減され、高精度な測角が可能になる。
【0015】
また、第2の発明によれば、補助チャンネルの信号とΣビームによる主チャンネル信号とを比較して、目標以外の方向から入力する不要波の影響を除き、その後、アンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により粗測角を行うので、広角から不要波が入力する場合であっても高精度の測角が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、背景技術の欄で説明した従来の測角装置の構成部分に相当する部分には、背景技術の欄で使用した符号と同じ符号を付して説明を省略または簡単化する。
【実施例1】
【0017】
図1は、本発明の実施例1に係る測角装置の構成を示すブロック図である。この測角装置は、図11に示した従来の測角装置に、ビーム形成部3が追加されるとともに、測角器7が、粗測角器4と精測角器5とに分割されて構成されている。以下、従来の測角装置と異なる部分を中心に説明する。
【0018】
図2は、実施例1に係る測角装置で使用されるアンテナ装置1の構造を示す図である。このアンテナ装置1は、モノパルス用のアンテナ素子として、近接して配置された3個のアンテナ素子a1、a2およびa3、これらからEL方向に離隔して配置されたアンテナ素子a4、ならびに、AZ方向に離隔して配置されたアンテナ素子a5を備えている。図1に示すアンテナ素子11〜13は、これら5個のアンテナ素子a1〜a5の中から測角の種類(粗測角または精測角)に応じて選択される3個のアンテナ素子を示している。なお、図2に示す補助アンテナ101は、後述する実施例2に係る測角装置において使用されるアンテナ素子であり、詳細は後述する。
【0019】
ビーム形成部3は、受信器21〜23から送られてくるアンテナ素子信号を保存するとともに、この保存したアンテナ素子信号の中の、アンテナ装置1のAZ面またはEL面で近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いてΣビーム信号およびΔビーム信号を形成し、粗測角器4に送る。また、ビーム形成部3は、粗測角器4から送られてくる指向方向信号によって示される方向、つまり粗測角方向に精測角用ビーム(ΣビームおよびΔビーム)を指向させて精測角器5に送る。
【0020】
粗測角器4は、ビーム形成部3からのΣビーム信号およびΔビーム信号を用いて、位相および振幅を用いる位相モノパルス(位相比較モノパルス)方式によって測角を実施する。図3は、位相モノパルス方式の原理を示す図である。位相モノパルス方式の場合、Σビーム信号およびΔビーム信号といった2つのビーム信号の振幅及び位相による複素信号の比をとることによって、誤差電圧が求められる。そして、予め取得したアンテナパターンから求められている測角曲線のテーブルを参照し、誤差電圧に対応する目標角度が求められる。
【0021】
なお、位相モノパルス方式の詳細は、『吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.262-264(1996)』に説明されている。
【0022】
この粗測角器4における測角により得られた測角値は、精測角の際の指向方向を表す指向方向信号として、ビーム形成部3に送られる。
【0023】
精測角器5は、ビーム形成部3からの精測角用ビームを用いて、位相モノパルス方式による測角を実施する。この精測角器5における測角によって得られた目標方向が測角値として外部に出力される。
【0024】
なお、粗測角器4および精測角器5における測角方式として、位相および振幅を用いるスクイント測角(振幅比較モノパルス)方式を用いることもできる。なお、スクイント測角方式では、振幅のみを用いる場合もある。図4は、スクイント測角方式の原理を示す図である。スクイント測角の場合、図4に示すようなΣLビーム信号およびΣUビーム信号といった2つのビーム信号の振幅の比をとって誤差電圧を求め、あらかじめ用意された測角曲線のテーブルを参照し、誤差電圧に対応する角度を求める。
【0025】
なお、スクイント測角方式の詳細は『吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.260-262(1996)』に説明されている。
【0026】
図5は、位相モノパルス方式およびスクイント測角方式に共通なモノパルス測角において使用される、誤差電圧と角度の関係を規定した測角曲線を示す図であり、図5(a)は精測角に用いられる立ち上がりが急峻な測角曲線、図5(b)は粗測角に用いられる立ち上がりが緩やかな測角曲線である。
【0027】
次に、上記のように構成される本発明の実施例1に係る測角装置の動作を、測角処理を中心に、図6に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【0028】
測角処理では、まず、モノパルスによる粗測角が行われる(ステップS11)。すなわち、粗測角器4は、ビーム形成部3からのΣビーム信号およびΔビーム信号を用いて、位相モノパルス方式またはスクイント測角方式による測角を実施し、大まかな目標角度を算出する。この場合、図3(b)または図4(b)に示すように、精度は低いが角度アンビギュイティの生じない測角値が得られる。この粗測角器4における測角により得られた測角値は、指向方向信号として、ビーム形成部3に送られる。
【0029】
次いで、精測角用ビーム指向処理が行われる(ステップS12)。すなわち、ビーム形成部3は、粗測角器4から送られてくる指向方向信号によって示される方向、つまり粗測角方向に指向する精測角用ビーム(ΣビームおよびΔビーム)を精測角器5に送る。
【0030】
次いで、モノパルスによる精測角が行われる(ステップS13)。すなわち、精測角器5は、ビーム形成部3からの精測角用ビームを用いて、位相モノパルス方式またはスクイント測角方式による測角を実施し、高精度の目標角度を算出する。この場合、粗測角方向に精測角用ビームが指向されているので、図3(a)または図4(a)に示すように、真の目標の周囲に角度アンビギュイティ(偽目標)が生じても真の目標を識別して正しい測角値を得ることができる。この精測角器5における測角によって得られた目標方向が測角値として外部に出力される。
【0031】
以上説明したように、本発明の実施例1に係る測角装置によれば、アンテナ素子単体の指向性よりも誤差の影響を受けにくい、アンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づくΣビーム信号およびΔビーム信号を用いた位相モノパルス方式、または、ΣLビーム信号およびΣUビーム信号を用いたスクイント測角方式により測角するので、アンテナ素子単体の指向性の影響が軽減され、高精度な測角が可能になる。
【0032】
なお、上述した実施例1に係る測角装置では、3個のアンテナ素子を用いた場合について説明したが、アンテナ装置の数は4個以上とすることもできる。逆に、角度アンビギュティが生じないのであれば、アンテナ装置の数は2個とすることもできる。
【実施例2】
【0033】
本発明の実施例2に係る測角装置は、目標以外の不要波が入力されると測角誤差が生じるので、不要波を除去して測角するようにしたものである。
【0034】
図7は、本発明の実施例2に係る測角装置の構成を示すブロック図である。この測角装置は、実施例1に係る測角装置に対して以下の点が変更されている。すなわち、アンテナ装置1に補助アンテナ101が追加されるとともに、受信器24および振幅比較器6が追加され、さらに、ビーム形成部3が、新たなビーム形成部31に変更されて構成されている。以下では、実施例1に係る測角装置と異なる部分を中心に説明する。
【0035】
補助アンテナ101は、空中からの不要波および目標で反射された反射波を含む電波を受信して電気信号に変換し、受信器24に送る。受信器24は、補助アンテナ101から送られてくる信号に所定の処理を施し、アンテナ素子信号としてビーム形成部31に送る。
【0036】
ビーム形成部31は、受信器21〜24から送られてくるアンテナ素子信号を保存するとともに、この保存したアンテナ素子信号の中の、アンテナ装置1のAZ面またはEL面で近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いてΣビームおよびΔビームを形成し、主チャンネル信号(以下、「主CH」と略する)として振幅比較器6に送る。
【0037】
また、ビーム形成部31は、指向性の広い補助アンテナ101から受信器24を介して送られてくるアンテナ素子信号、測角に用いるアンテナ素子11〜13の中から選定したアンテナ素子からのアンテナ素子信号、および、Σビームのメインローブ付近の直接波を抑圧するために主CHとして送られてくるΔビームの少なくとも1つに基づき補助ビーム信号を形成し、補助チャンネル信号(以下、「補助CH」と略する)として振幅比較器6に送る。
【0038】
振幅比較器6は、ビーム形成部31から送られてくる主CHに含まれるΣビームの振幅と補助CHの振幅とを比較する。補助CHとして、補助アンテナ101の出力、アンテナ素子11〜13の中から選定したアンテナ素子の出力およびΔビームの少なくとも2つを用いる場合には、ビーム形成部31は、これらを合成して1つの補助CHとして出力し、振幅比較器6は、合成された補助CHの振幅と主CHの振幅とを比較する。
【0039】
なお、補助アンテナ101の出力、アンテナ素子11〜13の中から選定したアンテナ素子の出力およびΔビームの各々を1つの補助CHとし、これら複数の補助CHの各々の振幅を主CHの振幅と比較するように構成することもできる。
【0040】
振幅比較器6は、主CHの振幅と補助CHの振幅とを比較した結果、図8に原理的に示すように、主CHの振幅が補助CHの振幅より大きい場合に、目標からの反射波である旨を認識し、ビーム形成部3で形成されたΣビーム信号およびΔビーム信号を粗測角器4に送る。なお、図8は、補助CH1(例えば補助アンテナ101または選択された1つのアンテナ素子)および補助CH2(例えばΔビーム)といった2個の補助CHが存在する場合の例を示している。
【0041】
一方、振幅比較器6は、主CHの振幅が補助CHの振幅以下である場合に、不要波である旨を認識し、Σビーム信号およびΔビーム信号を粗測角器4に送るのを抑止する。
【0042】
次に、上記のように構成される本発明の実施例2に係る測角装置の動作を、測角処理を中心に、図10に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下では、補助CHは1つのみが存在し、複数の補助CHが存在する場合は1つの補助CHに合成されているものとして説明する。
【0043】
測角処理では、まず、Σビームが形成される(ステップS21)。すなわち、ビーム形成部31は、受信器21〜24から送られてくるアンテナ素子信号を保存するとともに、この保存したアンテナ素子信号の中の、アンテナ装置1のAZ面またはEL面で近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いてΣビーム信号およびΔビーム信号を形成し、主CHとして振幅比較器6に送る。
【0044】
次いで、主CHと補助CHのレベルが比較される(ステップS22)。すなわち、振幅比較器6は、ビーム形成部31から送られてくる主CHに含まれるΣビーム信号の振幅と補助CHの振幅とを比較する。
【0045】
次いで、主CHが補助CHより大きいかどうかが調べられる(ステップS23)。すなわち、振幅比較器6は、ステップS22における比較結果が、主CHに含まれるΣビーム信号の振幅が補助CHの振幅より大きいことを示しているかどうかを調べる。このステップS23において、主CHが補助CHより大きくないことが判断されると、主CHは不要波であることが認識され、測角処理は終了する。
【0046】
一方、ステップS23において、主CHが補助CHより大きいことが判断されると、主CHは目標からの反射波であることが認識され、次いで、モノパルスによる粗測角が行われる(ステップS24)。すなわち、粗測角器4は、ビーム形成部31から振幅比較器6を経由して送られてくるΣビーム信号およびΔビーム信号を用いて、位相モノパルス方式による測角を実施し、大まかな目標角度を算出する。この場合、図9(b)に示すように、精度は低いが角度アンビギュイティの生じない測角値が得られる。この粗測角器4における測角により得られた測角値は、指向方向信号として、ビーム形成部3に送られる。
【0047】
次いで、精測角用ビーム指向処理が行われる(ステップS25)。すなわち、ビーム形成部31は、粗測角器4から送られてくる指向方向信号によって示される方向、つまり粗測角方向に指向する精測角用ビーム(ΣビームおよびΔビーム)を精測角器5に送る。
【0048】
次いで、モノパルスによる精測角が行われる(ステップS26)。すなわち、精測角器5は、ビーム形成部3からの精測角用ビームを用いて、位相モノパルス方式による測角を実施し、高精度の目標角度を算出する。この場合、粗測角方向に精測角用ビームが指向されているので、図9に示すように、真の目標の周囲に角度アンビギュイティ(偽目標)が生じても真の目標を識別して正しい測角値を得ることができる。この精測角器5における測角によって得られた目標方向が測角値として外部に出力される。
【0049】
以上説明したように、本発明の実施例2に係る測角装置によれば、補助CHとΣビームによる主CHとを比較して、目標以外の方向から入力する不要波の影響を除き、その後、アンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式により粗測角を行うので、広角から不要波が入力する場合であっても高精度の測角が可能になる。
【0050】
なお、上述した実施例2に係る測角装置においては、測角方式として、位相モノパルス方式を用いる場合について説明したが、実施例1に係る測角装置と同様に、スクイント測角方式を用いることもできる。
【0051】
また、上述した実施例2に係る測角装置では、3個のアンテナ素子を用いた場合について説明したが、アンテナ装置の数は4個以上とすることもできる。逆に、角度アンビギュティが生じないのであれば、アンテナ装置の数は2個とすることもできる。
【0052】
また、上述した実施例1および実施例2に係る測角装置では、測角については、粗測角と精測角の組み合わせて行うように構成したが、必ずしも粗測角と精測角の組み合わせでなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0053】
本発明は、高精度の測角が要求されるレーダ装置などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】本発明の実施例1に係る測角装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施例1に係る測角装置で使用されるアンテナ装置の構造を示す図である。
【図3】本発明の実施例1に係る測角装置で使用される位相モノパルス方式の原理を示す図である。
【図4】本発明の実施例1に係る測角装置で使用されるスクイント測角方式の原理を示す図である。
【図5】本発明の実施例1に係る測角装置におけるモノパルス測角において使用される、誤差電圧と角度の関係を規定した測角曲線を示す図である。
【図6】本発明の実施例1に係る測角装置の動作を、測角処理を中心に示すフローチャートである。
【図7】本発明の実施例2に係る測角装置の構成を示すブロック図である。
【図8】本発明の実施例2に係る測角装置の動作を原理的に説明するための図である。
【図9】本発明の実施例2に係る測角装置の動作を説明するための図である。
【図10】本発明の実施例2に係る測角装置の動作を、測角処理を中心に示すフローチャートである。
【図11】従来の測角装置の構成を示すブロック図である。
【図12】従来の測角装置のアンテナ装置の構造を示す図である。
【図13】従来の測角装置の動作を示すフローチャートである。
【図14】従来の測角装置の動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【0055】
1 アンテナ装置
11〜13 アンテナ素子
101 補助アンテナ
21〜24 受信器
3、31 ビーム形成部
4 粗測角器
5 精測角器
6 振幅比較器
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のアンテナ素子が配置されたアンテナ装置と、
前記アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により粗測角を行う粗測角器と、
前記粗測角器で得られた粗測角の方向に精測角用ビームを指向させるビーム形成部と、
前記ビーム形成部により指向された精測角用ビームを用いて、前記アンテナ装置に含まれる離隔したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により精測角を行う精測角器と、
を備えたことを特徴とする測角装置。
【請求項2】
複数のアンテナ素子および指向性の広い補助アンテナが配置されたアンテナ装置と、
前記アンテナ装置に含まれる補助アンテナ、前記複数のアンテナ素子の一部、または、前記複数のアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いて形成されたΔビームの少なくとも1つを補助チャンネル信号として出力するとともに、前記アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いて形成されたΣビームを主チャンネル信号として出力するビーム形成部と、
前記ビーム形成部から出力される主チャンネル信号の振幅と補助チャンネル信号の振幅とを比較する振幅比較器と、
前記振幅比較器により、主チャンネル信号の振幅が補助チャンネル信号の振幅より大きいことが判断された場合に、前記アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により粗測角を行う粗測角器と、
前記粗測角器で得られた粗測角の方向に精測角用ビームを指向させるビーム形成部と、
前記ビーム形成部により指向された精測角用ビームを用いて、前記アンテナ装置に含まれる離隔したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により精測角を行う精測角器と、
を備えたことを特徴とする測角装置。
【請求項1】
複数のアンテナ素子が配置されたアンテナ装置と、
前記アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により粗測角を行う粗測角器と、
前記粗測角器で得られた粗測角の方向に精測角用ビームを指向させるビーム形成部と、
前記ビーム形成部により指向された精測角用ビームを用いて、前記アンテナ装置に含まれる離隔したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により精測角を行う精測角器と、
を備えたことを特徴とする測角装置。
【請求項2】
複数のアンテナ素子および指向性の広い補助アンテナが配置されたアンテナ装置と、
前記アンテナ装置に含まれる補助アンテナ、前記複数のアンテナ素子の一部、または、前記複数のアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いて形成されたΔビームの少なくとも1つを補助チャンネル信号として出力するとともに、前記アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号を用いて形成されたΣビームを主チャンネル信号として出力するビーム形成部と、
前記ビーム形成部から出力される主チャンネル信号の振幅と補助チャンネル信号の振幅とを比較する振幅比較器と、
前記振幅比較器により、主チャンネル信号の振幅が補助チャンネル信号の振幅より大きいことが判断された場合に、前記アンテナ装置に含まれる近接したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により粗測角を行う粗測角器と、
前記粗測角器で得られた粗測角の方向に精測角用ビームを指向させるビーム形成部と、
前記ビーム形成部により指向された精測角用ビームを用いて、前記アンテナ装置に含まれる離隔したアンテナ素子からのアンテナ素子信号に基づき位相モノパルス方式またはスクイント測角方式により精測角を行う精測角器と、
を備えたことを特徴とする測角装置。
【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14】
【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14】
【公開番号】特開2009−204420(P2009−204420A)
【公開日】平成21年9月10日(2009.9.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−46349(P2008−46349)
【出願日】平成20年2月27日(2008.2.27)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年9月10日(2009.9.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年2月27日(2008.2.27)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
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