目標高度計測方法、目標高度計測方式及びレーダ装置
【課題】距離と方位角のみを計測する従来の二次元レーダにより等高度で等速直線運動する目標の高度を推定する。
【解決手段】距離と方位角のみを計測する従来の二次元レーダにおいても、等高度で等速直線運動を行う目標について、３スキャン分の目標の検出距離と検出方位角を用いて目標の高度を推定する。
【解決手段】距離と方位角のみを計測する従来の二次元レーダにおいても、等高度で等速直線運動を行う目標について、３スキャン分の目標の検出距離と検出方位角を用いて目標の高度を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置に関し、特に目標の距離と方位から高度を計算（推定）する目標高度計測方法、目標高度計測方式及びレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は一般に、空間に電波を発射して目標からの反射信号を受信することにより、目標の位置情報などを測定する装置である。レーダ装置は、位置情報としてレーダ位置を基準として目標の方位と距離を測定するレーダ装置を二次元レーダに、方位と距離に加えて高度情報を測定するレーダ装置は三次元レーダに分類される。レーダでは所定の監視範囲に一通り電波を発射して、監視範囲内の目標を測定する。これをスキャン（走査）といい、スキャンの動作を繰り返すことにより目標の位置情報を連続して得ることができる。
【０００３】
二次元レーダでは、一般的に空中線の回転もしくは電子走査により、電波照射ビームの方位角のみを変化させるビーム走査を行い、目標の距離と方位を計測する。三次元レーダでは高度情報を測定するため、仰角方向に和ビーム、差ビームを形成し、その振幅比較によって測角を行うモノパルス方式や、複数の周波数を使用して、仰角方向に異なるビームパターンを形成する方式や、方位方向、仰角方向共に狭いビーム幅のペンシルビームを垂直面内で素早く電子走査する方式など多数の方式がある。しかしこれらの三次元レーダは送受信系を複数持ったり、周波数を複数使用したり、ビーム仰角を電子的に制御するための位相器を持つ必要があったりと、一般的に高コストになりやすい。
【０００４】
本発明の関連技術として、目標の距離と方位角のみを得る二次元レーダで目標の高度情報を推定する処理方式が、例えば特許文献１に記載されている。
【０００５】
図４は特許文献１に記載された二次元レーダ装置の構成を示す図である。この二次元レーダ装置は、二次元レーダ８と高度推定装置１２とから構成され、二次元レーダ８はアンテナ４、送受信器５、信号検出器６及びアンテナ駆動部７で構成され、高度推定装置１２は速度成分算出器９、加速度成分算出器１０及び推定高度算出器１１により構成される。
【０００６】
この二次元レーダ装置の原理は、対象とする目標が等速直線運動し、かつ二次元レーダの真上を通過すると仮定することにより、目標の距離の変化分である速度成分と速度成分の変化分である加速度成分とから目標高度を算出するものである（特許文献１、段落0012、0022参照）。以下、図４を参照してその動作を説明する。
【０００７】
二次元レーダ８では、アンテナ４はそのビーム方向がアンテナ駆動部７により走査され、送受信部５からの送受信により目標からの反射波を受信して信号検出器６に出力する。信号検出器６は前記送受信部５からの送受信信号により所定の目標を検出して前記目標までの距離を測定し、前記目標の検出時のアンテナ駆動部７から得られる走査情報により目標の方位角を測定し、目標までの距離及び方位角を算出する。
【０００８】
高度推定装置１２では、速度成分算出器９が信号検出器６の出力を入力し、今回のスキャンにおける目標距離と前回のスキャンにおける目標距離の差分を求め、当該差分を単位時間で割ることにより目標距離の距離変化率である速度成分を算出する。速度成分算出器９は速度成分算出器９で算出した速度成分を入力し、その今回出力値と前回出力値の差分を単位時間で割ることにより加速度成分を算出して出力する。推定高度算出器１１は信号検出器６、速度成分算出器９、加速度成分算出器１０の各出力値である、目標距離、速度成分、加速度成分を既知パラメータとして、以下に示す式（１）を用いて目標の高度cを算出する。
【０００９】
ｃ＝３{Ｒ１３Ｒ３／（Ｒ１Ｒ３＋Ｒ２２）}１／２ ・・・（１）
Ｒ１：目標距離
Ｒ２：速度成分
Ｒ３：加速度成分
【特許文献１】特開２００２−１３１４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の関連技術である高度情報を推定可能な二次元レーダ装置は以下の問題点がある。
【００１１】
第一の問題点は、対象とする目標が二次元レーダの直上を通過するという前提条件の下に導かれた計算式に基づき高度推定処理を行うものであるから、二次元レーダの直上を通過しない目標高度計測はできないという点である。
【００１２】
第二の問題点は、距離の時間微分を使用するものであり、時間微分をスキャン毎の目標距離の差分で算出しているから、距離の測定誤差がゼロであっても、正確な高度を計測できない点である。
【００１３】
［発明の目的］
本発明の目的は、上述した問題点を解決するものであり、距離と方位を計測できる二次元レーダを用いて、レーダの直上を通過しない目標であっても高度情報を算出できる目標高度計測方法、目標高度計測方式及びレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の発明の目標高度計測方法は、距離と方位角を計測する二次元レーダにより目標の高度を計測する目標高度計測方法であって、目標の少なくとも移動する３位置で計測した距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出することを特徴とする。
【００１５】
第２の発明の目標高度計測方式は、目標までの距離を計測する距離計測器と目標の方位角を計測して出力する方位角計測器とを備える二次元レーダにより目標の高度を計測する目標高度計測方式であって、目標の少なくとも移動する３位置で計測した距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出することを特徴とする。
【００１６】
第３の発明のレーダ装置は、目標までの距離を計測する距離計測器と目標の方位角を計測して出力する方位角計測器とを備える二次元レーダと、前記二次元レーダにより計測した、目標の少なくとも移動する３位置の距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出する推定高度算出器とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、レーダの直上を通過しない目標であっても従来の二次元レーダを使用して、ほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を推定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の目標高度計測方法、目標高度計測方式及びレーダ装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
［第１の実施の形態］
［構成の説明］
図１は本発明の第１の実施の形態１のレーダ装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態１のレーダ装置は、電波照射ビームを空間に放出する空中線部１０１、空中線部の方向を制御する駆動制御部１０２、送信波の生成と受信波の受信を行う送受信部１０３、送信した時刻と受信した時刻の差分より目標の距離を計測し出力する距離計測器１０４、ビーム送信角度と、受信信号の振幅等から目標信号の方位角を計測し出力する方位角計測器１０５、目標距離計測器１０４と方位角計測器１０５からの出力信号を一定時間分（同一遅延時間）遅延させる複数の遅延器１０６−１、１０６−２、１０６−３、１０６−４、距離計測器１０４の出力信号及び方位角計測器１０５の出力信号をそれぞれ遅延器１０６−１、１０６−２及び遅延器１０６−３、１０６−４を通過させ、距離計測器１０４の出力信号と方位角計測器１０５の出力信号とそれぞれの遅延器の出力信号を入力信号として目標の高度を算出する推定高度算出器１０７より構成される。
【００２０】
［動作の説明］
本発明の第１の実施の形態１の動作について図１を用いて説明する。送受信部１０３では、送信波を空中線部１０１に出力し、目標からの反射波を空中線部１０１から入力し、距離計測器１０４へ出力する。駆動制御部１０２は空中線の方向を制御する。距離計測器１０４は送信波を送信した時刻と目標からの反射波が得られた時刻との差分に基づき距離を算出して出力する。ビーム送信角度と受信信号の振幅等から方位角計測器１０５により目標の方位角を算出し、出力する。遅延器１０６−１、１０６−２、１０６−３、１０６−４は距離計測器１０４と方位角計測器１０５の出力信号を一定時間遅延させて出力する。推定高度算出器１０７は、距離計測器１０４と方位角計測器１０５の出力信号をそれぞれ０，１，２回遅延器を通過させた合計６つの信号を入力信号として高度を推定する。
【００２１】
図２は第１の実施の形態のレーダ装置と目標の位置関係を示す模式図である。最初に、図２により本発明の動作原理について説明する。
同図に示すように、３次元空間の原点ｏに本実施の形態のレーダ装置の空中線部が設置され、計測対象の飛翔体等の目標が等高度で等速直線運動を行っているものとする。二次元レーダでは１スキャン分の計測値として、時刻Ｔ、距離Ｒ、方位角θが取得可能であるが、１スキャン分のこれらの計測値から高度を算出することはできないため、本実施の形態では同図に示す目標の位置Ａ１，Ａ２，Ａ３の３スキャン分の計測値を使用する。
【００２２】
この３スキャン分の時刻Ｔ、距離Ｒ、方位角θの計測値は既知パラメータであって、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，θ１，θ２，θ３（各計測値の添字ｋはｋスキャン目）とし、更に未知パラメータとして、１〜３スキャン目の目標のｘ，ｙ，ｚ座標Ａ１（ｘ１，ｙ１，ｚ０），Ａ２（ｘ２，ｙ２，ｚ０），Ａ３（ｘ３，ｙ３，ｚ０）がある。ここでｚ０は高度であり３スキャン間で一定である。本実施の形態では、以上の９つの既知パラメータと７つの未知パラメータの間に８個の独立な関係式を作成し、未知数の高度ｚ０を算出するものである。
【００２３】
次に、高度ｚ０の計算式について以下説明する。
スキャンによる目標の計測時刻ｔは等間隔（目標の計測は同一データレート）とし、ｔ＝Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３（Ｔ２−Ｔ１＝Ｔ３−Ｔ２）において、距離計測器１０４により計測された目標の距離Ｒは、Ｒ＝Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とし、方位角計測器１０５により計測された目標の方位角θは、θ＝θ１，θ２，θ３とする。
【００２４】
これらは計測結果として既知の値であり、図１に示すレーダ装置における距離計測器１０４、遅延器１０６−１及び遅延器１０６−２の各出力信号（０回、１回、２回の同一遅延出力に相当）と、方位角計測器１０５、遅延器１０６−３及び遅延器１０６−４の各出力信号（０回、１回、２回の同一遅延出力に相当）に対応する。
【００２５】
図２から分かるように、空中線部の位置ｏから目標の位置Ａ１，Ａ２，Ａ３までの各距離と、それぞれのスキャンでのｘ，ｙ，ｚ軸の値は、それぞれピタゴラスの定理により、
Ｒ１２＝ｘ１２＋ｙ１２＋ｚ０２ ・・・（２）
Ｒ２２＝ｘ２２＋ｙ２２＋ｚ０２ ・・・（３）
Ｒ３２＝ｘ３２＋ｙ３２＋ｚ０２ ・・・（４）
となり、方位角θとｘ，ｙ軸の値の関係は、
ｔａｎθ１＝ｙ１／ｘ１ ・・・（５）
ｔａｎθ２＝ｙ２／ｘ２ ・・・（６）
ｔａｎθ３＝ｙ３／ｘ３ ・・・（７）
となる。
【００２６】
目標は等速直線運動を行っており、Ｔ２−Ｔ１＝Ｔ３−Ｔ２であるから、
ｘ２−ｘ１＝ｘ３−ｘ２ ・・・（８）
ｙ２−ｙ１＝ｙ３−ｙ２ ・・・（９）
が成り立つ。
【００２７】
（２），（３），（４）式へ（５），（６），（７）式のｙ１（＝ｘ１ｔａｎθ１），ｙ２（＝ｘ２ｔａｎθ２），ｙ３（＝ｘ３ｔａｎθ３）を代入してｘについて整理すると、
ｘ１２＝（Ｒ１２−ｚ０２）／ｋ１ ・・・（１０）
ｘ２２＝（Ｒ２２−ｚ０２）／ｋ２ ・・・（１１）
ｘ３２＝（Ｒ３２−ｚ０２）／ｋ３ ・・・（１２）
となる。ここで、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１ ・・・（１３）
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２ ・・・（１４）
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３ ・・・（１５）
である。
【００２８】
（８）式のｘ２の項を左辺に纏めて両辺を二乗して変形すると、
４ｘ２２＝ｘ１２＋２ｘ１ｘ３＋ｘ３２ ・・・（１６）
（９）式を同様に変形すると、
４ｙ２２＝ｙ１２＋２ｙ１ｙ３＋ｙ３２ ・・・（１７）
【００２９】
（１７）式へ（５），（６），（７）式のｙ１，ｙ２，ｙ３を代入すると、
４ｘ２２ｔａｎ２θ２＝ｘ１２ｔａｎ２θ１＋２ｘ１ｘ３ｔａｎθ１ｔａｎθ３＋ｘ３２ｔａｎ２θ３ ・・・（１８）
となり、
（１８）式へ（１６）式の２ｘ１ｘ３（＝４ｘ２２−ｘ１２−ｘ３２）を代入して整理すると、
ｘ１２ｈ１＋ｘ２２ｈ２＋ｘ３２ｈ３＝０ ・・・（１９）
ここで、
ｈ１＝ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３ ・・・（２０）
ｈ２＝４ｔａｎθ１ｔａｎθ３−４ｔａｎ２θ２ ・・・（２１）
ｈ３＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３ ・・・（２２）
となる。
【００３０】
（１９）式へ（１０），（１１），（１２）式のｘ１２，ｘ２２，ｘ３２を代入して整理すると、
（ｋ２ｋ３ｈ１＋ｋ３ｋ１ｈ２＋ｋ１ｋ２ｈ３）ｚ０２＝ｋ２ｋ３ｈ１Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３Ｒ３２
となり、同式から目標の高度ｚ０の計算式は次式（２３）のようになり、同式のｋ１，ｋ２，ｋ３，ｈ１，ｈ２，ｈ３は（１３）〜（１５）式と（２０）〜（２２）式により方位角θに基づいて算出可能である。
【００３１】
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１＋ｋ３ｋ１ｈ２＋ｋ１ｋ２ｈ３）}１／２ ・・・（２３）
【００３２】
したがって、本実施の形態によれば、（１３）〜（１５）式および、（２０）〜（２２）式に既知パラメータθ１，θ２，θ３を代入してｋ１，ｋ２，ｋ３，ｈ１，ｈ２，ｈ３を求め、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と合わせて（２３）式に代入することにより、二次元レーダでも高度ｚ０を算出することができる。
【００３３】
以上のように本実施の形態のレーダ装置は、距離情報と方位情報を得る従来の二次元レーダに、目標距離計測器と方位角計測器からの出力信号を一定時間分遅延させる遅延器、現スキャン、１スキャン前、２スキャン前の目標の距離と方位角を用いて高度を算出する推定高度算出器を付加することにより、等高度等速直線運動する目標の高度を推定するものである。より具体的には、電波照射ビームを空間に放出する空中線部、空中線部の方向を制御する駆動制御部、送信波の生成と受信波の受信を行う送受信部、送信した時刻と受信した時刻の差分より目標の距離を計測して出力する距離計測器、ビーム送信角度と、受信信号の振幅等から目標信号の方位角を計測して出力する方位角計測器、目標距離計測器と方位角計測器の出力信号を一定時間分遅延させる遅延器、距離計測器と方位角計測器の出力信号をそれぞれ０，１，２回遅延器に通過させた信号を入力信号として目標の高度を算出する推定高度算出器より構成される。
【００３４】
本実施の形態の推定高度の計算式（２３）には、差分表現（処理）は含まれないため、距離、方位角、時間の測定誤差がゼロであれば、推定高度に誤差は無く、正確な高度を算出することができる。
【００３５】
以上説明した第１の実施の形態１は、目標を検出するデータレートが一定（Ｔ３−Ｔ２＝Ｔ２−Ｔ１）の場合、例えば、空中線部（レーダアンテナ）の回転等によりスキャンビームを３６０°全周を監視する３６０°全周監視レーダなどに構成上からも好適である。
【００３６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態として、セクタスキャンを行うレーダのようにデータレートが一定ではないレーダ装置について以下説明する。
【００３７】
図３は本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。本実施の形態２では、図１に示すような空中線部１０１、駆動制御部１０２、送受信部１０３、距離計測器１０４、方位角計測器１０５を備え、更に距離計測器１０４及び方位角計測器１０５の出力に接続した遅延時間の制御が可能な遅延器１０６’−１、１０６’−２、同遅延器１０６’−３、１０６’−４と、推定高度算出器１０７’、目標検出時刻測定器１０８、目標検出時刻測定器１０８の出力に接続した遅延時間の制御が可能な遅延器１０６’−５、１０６’−６、遅延時間制御器１０９、時間補正係数算出器１１０を備える。
【００３８】
本実施の形態２において図１に示す方位角計測器１０５までの同一符号のブロックの各構成及び動作は、図１に示す第１の実施の形態で説明したものと同じであり、以下実施の形態１と相違する構成について詳細に説明する。
【００３９】
本実施の形態２の二次元レーダが例えばセクタスキャンを行う二次元レーダとすると、空中線部１０１は所定の方位角範囲を往復する動作を行い、この場合、目標を検出するデータレートが一定とならないことがある。そこで、本実施の形態２では、データレートが一定でない各測定値による高度の算出の補正と、同一時刻での処理を可能とするため、目標の検出時刻を得る目標検出時刻測定器１０８及び時間補正係数算出器１１０を設け、目標検出時刻測定器１０８、距離計測器１０４及び方位角計測器１０５の出力側に、遅延時間が可変の遅延器をそれぞれ設け、高度推定の処理で目標の検出時刻及び高度算出の補正を可能とする。本実施の形態２の動作を以下説明する。
【００４０】
目標検出時刻測定器１０８は対象とする目標を検出した時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の情報を測定し記録（出力）する。遅延時間制御器１０９は、距離計測器１０４と方位角計測器１０５の出力をもとにＴ３−Ｔ２，Ｔ２−Ｔ１を計算し、遅延器１０６’−１〜１０６’−６の遅延時間を制御する。例えば遅延器１０６’−１と１０６’−２、遅延器１０６’−３と１０６’−４及び遅延器１０６’−５と１０６’−６の遅延時間をそれぞれ（Ｔ２−Ｔ１）と（Ｔ３−Ｔ２）に設定する。時間補正係数算出器１１０はＴ２−Ｔ１とＴ３−Ｔ２の比例値Ｃ（時間補正係数）を算出し、推定高度算出器１０７’へ出力する。推定高度算出器１０７’では距離計測器１０４及び方位角計測器１０５の各出力信号と、それぞれの出力信号を遅延器１０６’−１、１０６’−２及び遅延器１０６’−３、１０６’−４で遅延した各遅延器の出力信号と、時間補正係数算出器１１０の出力信号の合計７つの入力信号を用いて推定高度を算出する。
【００４１】
次に本実施の形態２の推定高度を算出する計算式について説明する。
まず、時間補正係数算出器１１０は比例値Ｃを、
Ｃ＝（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１） ・・・（２４）
として、推定高度算出器１０７’へ出力する。高度を算出する計算式は、前述の式（８）、（９）に代えて以下の式に変更して計算される。
【００４２】
Ｃ（ｘ２−ｘ１）＝ｘ３−ｘ２ ・・・（８）’
Ｃ（ｙ２−ｙ１）＝ｙ３−ｙ２ ・・・（９）’
【００４３】
（２）〜（７），（８）’，（９）’を用いて第１の実施の形態と同様に高度ｚ０を求めると、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１’Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２’Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３’Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１’＋ｋ３ｋ１ｈ２’＋ｋ１ｋ２ｈ３’）}１／２ ・・・（２５）
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１’＝Ｃ２（ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３）
ｈ２’＝（１＋Ｃ）２（ｔａｎθ１ｔａｎθ３−ｔａｎ２θ２）
ｈ３’＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
となる。
【００４４】
したがって、本実施の形態２では、既知パラメータθ１，θ２，θ３によりｋ１，ｋ２，ｋ３，ｈ１，ｈ２，ｈ３を求め、既知パラメータＲ１，Ｒ２，Ｒ３と合わせて（２５）式に代入することにより、二次元レーダでも高度ｚ０を算出することができる。
【００４５】
以上のように（２５）式により、例えばセクタスキャン方式のレーダのように目標を検出するデータレートが一定でない二次元レーダにおいても本発明を適用することが可能である。
【００４６】
［他の実施の形態］
第２の実施の形態として、データレートが一定でない二次元レーダを使用する例として説明したが、レーダの計測方式の違い、スキャン特性、目標の移動速度等によりデータレートが変化しうる二次元レーダに適用して好適である。また、第２の実施の形態は、データレートが一定の場合はＣ＝１となり高度の算出式は第１の実施の形態と同様となるからデータレートが一定の場合にも適用可能である。
【００４７】
また、以上の実施の形態では、二次元レーダの空中線部を機械的に駆動しビームを走査する構成例を想定したが、空中線部をアレイアンテナ等とし、供給する無線周波信号に対する位相器の位相制御により、ビームを電子走査するように構成した二次元レーダに適用できることはいうまでもなく、この場合にも本発明の原理により同様の効果を奏する。
【００４８】
更に、以上の実施の形態の距離、方位角及び時刻の情報の遅延手段（遅延器）としては、個別の遅延手段を使用する代わりに、計測データを一旦記憶し、所望の出力タイミングで読み出すメモリ等を利用して構成することが可能である。
【００４９】
また、第２の実施の形態において、遅延時間制御器１０９は、距離計測器１０４と方位角計測器１０５の出力に代えて目標検出時刻測定器１０８の出力をもとにＴ３−Ｔ２，Ｔ２−Ｔ１を計算して遅延器の遅延時間を制御するように構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態のレーダ装置と目標の位置関係を説明する模式図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態２の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の関連技術のレーダ装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０１ 空中線部
１０２ 駆動制御部
１０３ 送受信部
１０４ 距離計測器
１０５ 方位角計測器
１０６−１〜１０６−４、１０６’−１〜１０６’−６ 遅延器
１０７、１０７’ 推定高度算出器
１０８ 目標検出時間測定器
１０９ 遅延時間制御器
１１０ 時間補正係数算出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置に関し、特に目標の距離と方位から高度を計算（推定）する目標高度計測方法、目標高度計測方式及びレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は一般に、空間に電波を発射して目標からの反射信号を受信することにより、目標の位置情報などを測定する装置である。レーダ装置は、位置情報としてレーダ位置を基準として目標の方位と距離を測定するレーダ装置を二次元レーダに、方位と距離に加えて高度情報を測定するレーダ装置は三次元レーダに分類される。レーダでは所定の監視範囲に一通り電波を発射して、監視範囲内の目標を測定する。これをスキャン（走査）といい、スキャンの動作を繰り返すことにより目標の位置情報を連続して得ることができる。
【０００３】
二次元レーダでは、一般的に空中線の回転もしくは電子走査により、電波照射ビームの方位角のみを変化させるビーム走査を行い、目標の距離と方位を計測する。三次元レーダでは高度情報を測定するため、仰角方向に和ビーム、差ビームを形成し、その振幅比較によって測角を行うモノパルス方式や、複数の周波数を使用して、仰角方向に異なるビームパターンを形成する方式や、方位方向、仰角方向共に狭いビーム幅のペンシルビームを垂直面内で素早く電子走査する方式など多数の方式がある。しかしこれらの三次元レーダは送受信系を複数持ったり、周波数を複数使用したり、ビーム仰角を電子的に制御するための位相器を持つ必要があったりと、一般的に高コストになりやすい。
【０００４】
本発明の関連技術として、目標の距離と方位角のみを得る二次元レーダで目標の高度情報を推定する処理方式が、例えば特許文献１に記載されている。
【０００５】
図４は特許文献１に記載された二次元レーダ装置の構成を示す図である。この二次元レーダ装置は、二次元レーダ８と高度推定装置１２とから構成され、二次元レーダ８はアンテナ４、送受信器５、信号検出器６及びアンテナ駆動部７で構成され、高度推定装置１２は速度成分算出器９、加速度成分算出器１０及び推定高度算出器１１により構成される。
【０００６】
この二次元レーダ装置の原理は、対象とする目標が等速直線運動し、かつ二次元レーダの真上を通過すると仮定することにより、目標の距離の変化分である速度成分と速度成分の変化分である加速度成分とから目標高度を算出するものである（特許文献１、段落0012、0022参照）。以下、図４を参照してその動作を説明する。
【０００７】
二次元レーダ８では、アンテナ４はそのビーム方向がアンテナ駆動部７により走査され、送受信部５からの送受信により目標からの反射波を受信して信号検出器６に出力する。信号検出器６は前記送受信部５からの送受信信号により所定の目標を検出して前記目標までの距離を測定し、前記目標の検出時のアンテナ駆動部７から得られる走査情報により目標の方位角を測定し、目標までの距離及び方位角を算出する。
【０００８】
高度推定装置１２では、速度成分算出器９が信号検出器６の出力を入力し、今回のスキャンにおける目標距離と前回のスキャンにおける目標距離の差分を求め、当該差分を単位時間で割ることにより目標距離の距離変化率である速度成分を算出する。速度成分算出器９は速度成分算出器９で算出した速度成分を入力し、その今回出力値と前回出力値の差分を単位時間で割ることにより加速度成分を算出して出力する。推定高度算出器１１は信号検出器６、速度成分算出器９、加速度成分算出器１０の各出力値である、目標距離、速度成分、加速度成分を既知パラメータとして、以下に示す式（１）を用いて目標の高度cを算出する。
【０００９】
ｃ＝３{Ｒ１３Ｒ３／（Ｒ１Ｒ３＋Ｒ２２）}１／２ ・・・（１）
Ｒ１：目標距離
Ｒ２：速度成分
Ｒ３：加速度成分
【特許文献１】特開２００２−１３１４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の関連技術である高度情報を推定可能な二次元レーダ装置は以下の問題点がある。
【００１１】
第一の問題点は、対象とする目標が二次元レーダの直上を通過するという前提条件の下に導かれた計算式に基づき高度推定処理を行うものであるから、二次元レーダの直上を通過しない目標高度計測はできないという点である。
【００１２】
第二の問題点は、距離の時間微分を使用するものであり、時間微分をスキャン毎の目標距離の差分で算出しているから、距離の測定誤差がゼロであっても、正確な高度を計測できない点である。
【００１３】
［発明の目的］
本発明の目的は、上述した問題点を解決するものであり、距離と方位を計測できる二次元レーダを用いて、レーダの直上を通過しない目標であっても高度情報を算出できる目標高度計測方法、目標高度計測方式及びレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の発明の目標高度計測方法は、距離と方位角を計測する二次元レーダにより目標の高度を計測する目標高度計測方法であって、目標の少なくとも移動する３位置で計測した距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出することを特徴とする。
【００１５】
第２の発明の目標高度計測方式は、目標までの距離を計測する距離計測器と目標の方位角を計測して出力する方位角計測器とを備える二次元レーダにより目標の高度を計測する目標高度計測方式であって、目標の少なくとも移動する３位置で計測した距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出することを特徴とする。
【００１６】
第３の発明のレーダ装置は、目標までの距離を計測する距離計測器と目標の方位角を計測して出力する方位角計測器とを備える二次元レーダと、前記二次元レーダにより計測した、目標の少なくとも移動する３位置の距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出する推定高度算出器とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、レーダの直上を通過しない目標であっても従来の二次元レーダを使用して、ほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を推定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の目標高度計測方法、目標高度計測方式及びレーダ装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
［第１の実施の形態］
［構成の説明］
図１は本発明の第１の実施の形態１のレーダ装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態１のレーダ装置は、電波照射ビームを空間に放出する空中線部１０１、空中線部の方向を制御する駆動制御部１０２、送信波の生成と受信波の受信を行う送受信部１０３、送信した時刻と受信した時刻の差分より目標の距離を計測し出力する距離計測器１０４、ビーム送信角度と、受信信号の振幅等から目標信号の方位角を計測し出力する方位角計測器１０５、目標距離計測器１０４と方位角計測器１０５からの出力信号を一定時間分（同一遅延時間）遅延させる複数の遅延器１０６−１、１０６−２、１０６−３、１０６−４、距離計測器１０４の出力信号及び方位角計測器１０５の出力信号をそれぞれ遅延器１０６−１、１０６−２及び遅延器１０６−３、１０６−４を通過させ、距離計測器１０４の出力信号と方位角計測器１０５の出力信号とそれぞれの遅延器の出力信号を入力信号として目標の高度を算出する推定高度算出器１０７より構成される。
【００２０】
［動作の説明］
本発明の第１の実施の形態１の動作について図１を用いて説明する。送受信部１０３では、送信波を空中線部１０１に出力し、目標からの反射波を空中線部１０１から入力し、距離計測器１０４へ出力する。駆動制御部１０２は空中線の方向を制御する。距離計測器１０４は送信波を送信した時刻と目標からの反射波が得られた時刻との差分に基づき距離を算出して出力する。ビーム送信角度と受信信号の振幅等から方位角計測器１０５により目標の方位角を算出し、出力する。遅延器１０６−１、１０６−２、１０６−３、１０６−４は距離計測器１０４と方位角計測器１０５の出力信号を一定時間遅延させて出力する。推定高度算出器１０７は、距離計測器１０４と方位角計測器１０５の出力信号をそれぞれ０，１，２回遅延器を通過させた合計６つの信号を入力信号として高度を推定する。
【００２１】
図２は第１の実施の形態のレーダ装置と目標の位置関係を示す模式図である。最初に、図２により本発明の動作原理について説明する。
同図に示すように、３次元空間の原点ｏに本実施の形態のレーダ装置の空中線部が設置され、計測対象の飛翔体等の目標が等高度で等速直線運動を行っているものとする。二次元レーダでは１スキャン分の計測値として、時刻Ｔ、距離Ｒ、方位角θが取得可能であるが、１スキャン分のこれらの計測値から高度を算出することはできないため、本実施の形態では同図に示す目標の位置Ａ１，Ａ２，Ａ３の３スキャン分の計測値を使用する。
【００２２】
この３スキャン分の時刻Ｔ、距離Ｒ、方位角θの計測値は既知パラメータであって、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，θ１，θ２，θ３（各計測値の添字ｋはｋスキャン目）とし、更に未知パラメータとして、１〜３スキャン目の目標のｘ，ｙ，ｚ座標Ａ１（ｘ１，ｙ１，ｚ０），Ａ２（ｘ２，ｙ２，ｚ０），Ａ３（ｘ３，ｙ３，ｚ０）がある。ここでｚ０は高度であり３スキャン間で一定である。本実施の形態では、以上の９つの既知パラメータと７つの未知パラメータの間に８個の独立な関係式を作成し、未知数の高度ｚ０を算出するものである。
【００２３】
次に、高度ｚ０の計算式について以下説明する。
スキャンによる目標の計測時刻ｔは等間隔（目標の計測は同一データレート）とし、ｔ＝Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３（Ｔ２−Ｔ１＝Ｔ３−Ｔ２）において、距離計測器１０４により計測された目標の距離Ｒは、Ｒ＝Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とし、方位角計測器１０５により計測された目標の方位角θは、θ＝θ１，θ２，θ３とする。
【００２４】
これらは計測結果として既知の値であり、図１に示すレーダ装置における距離計測器１０４、遅延器１０６−１及び遅延器１０６−２の各出力信号（０回、１回、２回の同一遅延出力に相当）と、方位角計測器１０５、遅延器１０６−３及び遅延器１０６−４の各出力信号（０回、１回、２回の同一遅延出力に相当）に対応する。
【００２５】
図２から分かるように、空中線部の位置ｏから目標の位置Ａ１，Ａ２，Ａ３までの各距離と、それぞれのスキャンでのｘ，ｙ，ｚ軸の値は、それぞれピタゴラスの定理により、
Ｒ１２＝ｘ１２＋ｙ１２＋ｚ０２ ・・・（２）
Ｒ２２＝ｘ２２＋ｙ２２＋ｚ０２ ・・・（３）
Ｒ３２＝ｘ３２＋ｙ３２＋ｚ０２ ・・・（４）
となり、方位角θとｘ，ｙ軸の値の関係は、
ｔａｎθ１＝ｙ１／ｘ１ ・・・（５）
ｔａｎθ２＝ｙ２／ｘ２ ・・・（６）
ｔａｎθ３＝ｙ３／ｘ３ ・・・（７）
となる。
【００２６】
目標は等速直線運動を行っており、Ｔ２−Ｔ１＝Ｔ３−Ｔ２であるから、
ｘ２−ｘ１＝ｘ３−ｘ２ ・・・（８）
ｙ２−ｙ１＝ｙ３−ｙ２ ・・・（９）
が成り立つ。
【００２７】
（２），（３），（４）式へ（５），（６），（７）式のｙ１（＝ｘ１ｔａｎθ１），ｙ２（＝ｘ２ｔａｎθ２），ｙ３（＝ｘ３ｔａｎθ３）を代入してｘについて整理すると、
ｘ１２＝（Ｒ１２−ｚ０２）／ｋ１ ・・・（１０）
ｘ２２＝（Ｒ２２−ｚ０２）／ｋ２ ・・・（１１）
ｘ３２＝（Ｒ３２−ｚ０２）／ｋ３ ・・・（１２）
となる。ここで、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１ ・・・（１３）
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２ ・・・（１４）
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３ ・・・（１５）
である。
【００２８】
（８）式のｘ２の項を左辺に纏めて両辺を二乗して変形すると、
４ｘ２２＝ｘ１２＋２ｘ１ｘ３＋ｘ３２ ・・・（１６）
（９）式を同様に変形すると、
４ｙ２２＝ｙ１２＋２ｙ１ｙ３＋ｙ３２ ・・・（１７）
【００２９】
（１７）式へ（５），（６），（７）式のｙ１，ｙ２，ｙ３を代入すると、
４ｘ２２ｔａｎ２θ２＝ｘ１２ｔａｎ２θ１＋２ｘ１ｘ３ｔａｎθ１ｔａｎθ３＋ｘ３２ｔａｎ２θ３ ・・・（１８）
となり、
（１８）式へ（１６）式の２ｘ１ｘ３（＝４ｘ２２−ｘ１２−ｘ３２）を代入して整理すると、
ｘ１２ｈ１＋ｘ２２ｈ２＋ｘ３２ｈ３＝０ ・・・（１９）
ここで、
ｈ１＝ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３ ・・・（２０）
ｈ２＝４ｔａｎθ１ｔａｎθ３−４ｔａｎ２θ２ ・・・（２１）
ｈ３＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３ ・・・（２２）
となる。
【００３０】
（１９）式へ（１０），（１１），（１２）式のｘ１２，ｘ２２，ｘ３２を代入して整理すると、
（ｋ２ｋ３ｈ１＋ｋ３ｋ１ｈ２＋ｋ１ｋ２ｈ３）ｚ０２＝ｋ２ｋ３ｈ１Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３Ｒ３２
となり、同式から目標の高度ｚ０の計算式は次式（２３）のようになり、同式のｋ１，ｋ２，ｋ３，ｈ１，ｈ２，ｈ３は（１３）〜（１５）式と（２０）〜（２２）式により方位角θに基づいて算出可能である。
【００３１】
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１＋ｋ３ｋ１ｈ２＋ｋ１ｋ２ｈ３）}１／２ ・・・（２３）
【００３２】
したがって、本実施の形態によれば、（１３）〜（１５）式および、（２０）〜（２２）式に既知パラメータθ１，θ２，θ３を代入してｋ１，ｋ２，ｋ３，ｈ１，ｈ２，ｈ３を求め、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と合わせて（２３）式に代入することにより、二次元レーダでも高度ｚ０を算出することができる。
【００３３】
以上のように本実施の形態のレーダ装置は、距離情報と方位情報を得る従来の二次元レーダに、目標距離計測器と方位角計測器からの出力信号を一定時間分遅延させる遅延器、現スキャン、１スキャン前、２スキャン前の目標の距離と方位角を用いて高度を算出する推定高度算出器を付加することにより、等高度等速直線運動する目標の高度を推定するものである。より具体的には、電波照射ビームを空間に放出する空中線部、空中線部の方向を制御する駆動制御部、送信波の生成と受信波の受信を行う送受信部、送信した時刻と受信した時刻の差分より目標の距離を計測して出力する距離計測器、ビーム送信角度と、受信信号の振幅等から目標信号の方位角を計測して出力する方位角計測器、目標距離計測器と方位角計測器の出力信号を一定時間分遅延させる遅延器、距離計測器と方位角計測器の出力信号をそれぞれ０，１，２回遅延器に通過させた信号を入力信号として目標の高度を算出する推定高度算出器より構成される。
【００３４】
本実施の形態の推定高度の計算式（２３）には、差分表現（処理）は含まれないため、距離、方位角、時間の測定誤差がゼロであれば、推定高度に誤差は無く、正確な高度を算出することができる。
【００３５】
以上説明した第１の実施の形態１は、目標を検出するデータレートが一定（Ｔ３−Ｔ２＝Ｔ２−Ｔ１）の場合、例えば、空中線部（レーダアンテナ）の回転等によりスキャンビームを３６０°全周を監視する３６０°全周監視レーダなどに構成上からも好適である。
【００３６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態として、セクタスキャンを行うレーダのようにデータレートが一定ではないレーダ装置について以下説明する。
【００３７】
図３は本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。本実施の形態２では、図１に示すような空中線部１０１、駆動制御部１０２、送受信部１０３、距離計測器１０４、方位角計測器１０５を備え、更に距離計測器１０４及び方位角計測器１０５の出力に接続した遅延時間の制御が可能な遅延器１０６’−１、１０６’−２、同遅延器１０６’−３、１０６’−４と、推定高度算出器１０７’、目標検出時刻測定器１０８、目標検出時刻測定器１０８の出力に接続した遅延時間の制御が可能な遅延器１０６’−５、１０６’−６、遅延時間制御器１０９、時間補正係数算出器１１０を備える。
【００３８】
本実施の形態２において図１に示す方位角計測器１０５までの同一符号のブロックの各構成及び動作は、図１に示す第１の実施の形態で説明したものと同じであり、以下実施の形態１と相違する構成について詳細に説明する。
【００３９】
本実施の形態２の二次元レーダが例えばセクタスキャンを行う二次元レーダとすると、空中線部１０１は所定の方位角範囲を往復する動作を行い、この場合、目標を検出するデータレートが一定とならないことがある。そこで、本実施の形態２では、データレートが一定でない各測定値による高度の算出の補正と、同一時刻での処理を可能とするため、目標の検出時刻を得る目標検出時刻測定器１０８及び時間補正係数算出器１１０を設け、目標検出時刻測定器１０８、距離計測器１０４及び方位角計測器１０５の出力側に、遅延時間が可変の遅延器をそれぞれ設け、高度推定の処理で目標の検出時刻及び高度算出の補正を可能とする。本実施の形態２の動作を以下説明する。
【００４０】
目標検出時刻測定器１０８は対象とする目標を検出した時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の情報を測定し記録（出力）する。遅延時間制御器１０９は、距離計測器１０４と方位角計測器１０５の出力をもとにＴ３−Ｔ２，Ｔ２−Ｔ１を計算し、遅延器１０６’−１〜１０６’−６の遅延時間を制御する。例えば遅延器１０６’−１と１０６’−２、遅延器１０６’−３と１０６’−４及び遅延器１０６’−５と１０６’−６の遅延時間をそれぞれ（Ｔ２−Ｔ１）と（Ｔ３−Ｔ２）に設定する。時間補正係数算出器１１０はＴ２−Ｔ１とＴ３−Ｔ２の比例値Ｃ（時間補正係数）を算出し、推定高度算出器１０７’へ出力する。推定高度算出器１０７’では距離計測器１０４及び方位角計測器１０５の各出力信号と、それぞれの出力信号を遅延器１０６’−１、１０６’−２及び遅延器１０６’−３、１０６’−４で遅延した各遅延器の出力信号と、時間補正係数算出器１１０の出力信号の合計７つの入力信号を用いて推定高度を算出する。
【００４１】
次に本実施の形態２の推定高度を算出する計算式について説明する。
まず、時間補正係数算出器１１０は比例値Ｃを、
Ｃ＝（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１） ・・・（２４）
として、推定高度算出器１０７’へ出力する。高度を算出する計算式は、前述の式（８）、（９）に代えて以下の式に変更して計算される。
【００４２】
Ｃ（ｘ２−ｘ１）＝ｘ３−ｘ２ ・・・（８）’
Ｃ（ｙ２−ｙ１）＝ｙ３−ｙ２ ・・・（９）’
【００４３】
（２）〜（７），（８）’，（９）’を用いて第１の実施の形態と同様に高度ｚ０を求めると、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１’Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２’Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３’Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１’＋ｋ３ｋ１ｈ２’＋ｋ１ｋ２ｈ３’）}１／２ ・・・（２５）
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１’＝Ｃ２（ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３）
ｈ２’＝（１＋Ｃ）２（ｔａｎθ１ｔａｎθ３−ｔａｎ２θ２）
ｈ３’＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
となる。
【００４４】
したがって、本実施の形態２では、既知パラメータθ１，θ２，θ３によりｋ１，ｋ２，ｋ３，ｈ１，ｈ２，ｈ３を求め、既知パラメータＲ１，Ｒ２，Ｒ３と合わせて（２５）式に代入することにより、二次元レーダでも高度ｚ０を算出することができる。
【００４５】
以上のように（２５）式により、例えばセクタスキャン方式のレーダのように目標を検出するデータレートが一定でない二次元レーダにおいても本発明を適用することが可能である。
【００４６】
［他の実施の形態］
第２の実施の形態として、データレートが一定でない二次元レーダを使用する例として説明したが、レーダの計測方式の違い、スキャン特性、目標の移動速度等によりデータレートが変化しうる二次元レーダに適用して好適である。また、第２の実施の形態は、データレートが一定の場合はＣ＝１となり高度の算出式は第１の実施の形態と同様となるからデータレートが一定の場合にも適用可能である。
【００４７】
また、以上の実施の形態では、二次元レーダの空中線部を機械的に駆動しビームを走査する構成例を想定したが、空中線部をアレイアンテナ等とし、供給する無線周波信号に対する位相器の位相制御により、ビームを電子走査するように構成した二次元レーダに適用できることはいうまでもなく、この場合にも本発明の原理により同様の効果を奏する。
【００４８】
更に、以上の実施の形態の距離、方位角及び時刻の情報の遅延手段（遅延器）としては、個別の遅延手段を使用する代わりに、計測データを一旦記憶し、所望の出力タイミングで読み出すメモリ等を利用して構成することが可能である。
【００４９】
また、第２の実施の形態において、遅延時間制御器１０９は、距離計測器１０４と方位角計測器１０５の出力に代えて目標検出時刻測定器１０８の出力をもとにＴ３−Ｔ２，Ｔ２−Ｔ１を計算して遅延器の遅延時間を制御するように構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態のレーダ装置と目標の位置関係を説明する模式図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態２の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の関連技術のレーダ装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０１ 空中線部
１０２ 駆動制御部
１０３ 送受信部
１０４ 距離計測器
１０５ 方位角計測器
１０６−１〜１０６−４、１０６’−１〜１０６’−６ 遅延器
１０７、１０７’ 推定高度算出器
１０８ 目標検出時間測定器
１０９ 遅延時間制御器
１１０ 時間補正係数算出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
距離と方位角を計測する二次元レーダにより目標の高度を計測する目標高度計測方法であって、目標の少なくとも移動する３位置で計測した距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出することを特徴とする目標高度計測方法。
【請求項２】
遅延手段により３位置で計測したそれぞれの距離及び方位角の出力タイミングを一致させて高度を算出することを特徴とする請求項１記載の目標高度計測方法。
【請求項３】
前記３位置で計測した距離及び方位角をそれぞれ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及び方位角θ１，θ２，θ３とし、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１＋ｋ３ｋ１ｈ２＋ｋ１ｋ２ｈ３）}１／２
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１＝ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
ｈ２＝４ｔａｎθ１ｔａｎθ３−４ｔａｎ２θ２
ｈ３＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
により目標の高度ｚ０を算出することを特徴とする請求項２記載の目標高度計測方法。
【請求項４】
３位置の計測時刻により計測の時間間隔を算出し、該時間間隔に基づいて遅延手段により距離、方位角及び計測時刻の出力タイミングを一致させ、前記時間間隔の変化による時間補正を行って高度を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の目標高度計測方法。
【請求項５】
前記３位置で計測した距離、方位角及び計測時刻をそれぞれ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、方位角θ１，θ２，θ３及び計測時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３とし、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１’Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２’Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３’Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１’＋ｋ３ｋ１ｈ２’＋ｋ１ｋ２ｈ３’）}１／２
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１’＝Ｃ２（ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３）
ｈ２’＝（１＋Ｃ）２（ｔａｎθ１ｔａｎθ３−ｔａｎ２θ２）
ｈ３’＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
Ｃ＝（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）
により目標の高度ｚ０を算出することを特徴とする請求項４記載の目標高度計測方法。
【請求項６】
目標までの距離を計測する距離計測器と目標の方位角を計測して出力する方位角計測器とを備える二次元レーダにより目標の高度を計測する目標高度計測方式であって、目標の少なくとも移動する３位置で計測した距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出することを特徴とする目標高度計測方式。
【請求項７】
遅延手段により３位置で計測したそれぞれの距離及び方位角の出力タイミングを一致させて高度を算出することを特徴とする請求項６記載の目標高度計測方式。
【請求項８】
前記３位置で計測した距離及び方位角をそれぞれ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及び方位角θ１，θ２，θ３とし、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１＋ｋ３ｋ１ｈ２＋ｋ１ｋ２ｈ３）}１／２
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１＝ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
ｈ２＝４ｔａｎθ１ｔａｎθ３−４ｔａｎ２θ２
ｈ３＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
により目標の高度ｚ０を算出することを特徴とする請求項７記載の目標高度計測方式。
【請求項９】
前記３位置の計測時刻を計測する目標検出時刻測定器を備え、３位置の計測時刻により計測の時間間隔を算出し、該時間間隔に基づいて遅延手段により距離、方位角及び計測時刻の出力タイミングを一致させ、前記時間間隔の変化による時間補正を行って高度を算出することを特徴とする請求項６又は７記載の目標高度計測方式。
【請求項１０】
前記３位置で計測した距離、方位角及び計測時刻をそれぞれ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、方位角θ１，θ２，θ３及び計測時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３とし、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１’Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２’Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３’Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１’＋ｋ３ｋ１ｈ２’＋ｋ１ｋ２ｈ３’）}１／２
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１’＝Ｃ２（ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３）
ｈ２’＝（１＋Ｃ）２（ｔａｎθ１ｔａｎθ３−ｔａｎ２θ２）
ｈ３’＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
Ｃ＝（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）
により目標の高度ｚ０を算出することを特徴とする請求項９記載の目標高度計測方式。
【請求項１１】
目標までの距離を計測する距離計測器と目標の方位角を計測して出力する方位角計測器とを備える二次元レーダと、前記二次元レーダにより計測した目標の少なくとも移動する３位置の距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出する推定高度算出器とを備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項１２】
前記３位置で計測したそれぞれの距離及び方位角の出力タイミングを一致させて前記推定高度算出器に出力することを特徴とする請求項１１記載のレーダ装置。
【請求項１３】
前記３位置で計測した距離及び方位角をそれぞれ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及び方位角θ１，θ２，θ３とし、前記推定高度算出器は、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１＋ｋ３ｋ１ｈ２＋ｋ１ｋ２ｈ３）}１／２
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１＝ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
ｈ２＝４ｔａｎθ１ｔａｎθ３−４ｔａｎ２θ２
ｈ３＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
により目標の高度ｚ０を算出することを特徴とする請求項１２記載のレーダ装置。
【請求項１４】
前記３位置の計測時刻を計測する目標検出時刻測定器と、距離、方位角及び計測時刻の出力タイミングを一致させる遅延器と、前記計測時刻により時間補正係数を算出する時間補正係数算出器とを備え、前記推定高度算出器は、前記時間補正係数、距離、方位角及び計測時刻に基づいて目標の高度を算出することを特徴とする請求項１１又は１２記載のレーダ装置。
【請求項１５】
前記３位置で計測した距離、方位角及び計測時刻をそれぞれ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、方位角θ１，θ２，θ３及び計測時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３とし、前記推定高度算出器は、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１’Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２’Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３’Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１’＋ｋ３ｋ１ｈ２’＋ｋ１ｋ２ｈ３’）}１／２
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１’＝Ｃ２（ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３）
ｈ２’＝（１＋Ｃ）２（ｔａｎθ１ｔａｎθ３−ｔａｎ２θ２）
ｈ３’＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
Ｃ＝（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）
により目標の高度ｚ０を算出することを特徴とする請求項１４記載のレーダ装置。
【請求項１】
距離と方位角を計測する二次元レーダにより目標の高度を計測する目標高度計測方法であって、目標の少なくとも移動する３位置で計測した距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出することを特徴とする目標高度計測方法。
【請求項２】
遅延手段により３位置で計測したそれぞれの距離及び方位角の出力タイミングを一致させて高度を算出することを特徴とする請求項１記載の目標高度計測方法。
【請求項３】
前記３位置で計測した距離及び方位角をそれぞれ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及び方位角θ１，θ２，θ３とし、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１＋ｋ３ｋ１ｈ２＋ｋ１ｋ２ｈ３）}１／２
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１＝ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
ｈ２＝４ｔａｎθ１ｔａｎθ３−４ｔａｎ２θ２
ｈ３＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
により目標の高度ｚ０を算出することを特徴とする請求項２記載の目標高度計測方法。
【請求項４】
３位置の計測時刻により計測の時間間隔を算出し、該時間間隔に基づいて遅延手段により距離、方位角及び計測時刻の出力タイミングを一致させ、前記時間間隔の変化による時間補正を行って高度を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の目標高度計測方法。
【請求項５】
前記３位置で計測した距離、方位角及び計測時刻をそれぞれ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、方位角θ１，θ２，θ３及び計測時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３とし、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１’Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２’Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３’Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１’＋ｋ３ｋ１ｈ２’＋ｋ１ｋ２ｈ３’）}１／２
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１’＝Ｃ２（ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３）
ｈ２’＝（１＋Ｃ）２（ｔａｎθ１ｔａｎθ３−ｔａｎ２θ２）
ｈ３’＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
Ｃ＝（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）
により目標の高度ｚ０を算出することを特徴とする請求項４記載の目標高度計測方法。
【請求項６】
目標までの距離を計測する距離計測器と目標の方位角を計測して出力する方位角計測器とを備える二次元レーダにより目標の高度を計測する目標高度計測方式であって、目標の少なくとも移動する３位置で計測した距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出することを特徴とする目標高度計測方式。
【請求項７】
遅延手段により３位置で計測したそれぞれの距離及び方位角の出力タイミングを一致させて高度を算出することを特徴とする請求項６記載の目標高度計測方式。
【請求項８】
前記３位置で計測した距離及び方位角をそれぞれ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及び方位角θ１，θ２，θ３とし、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１＋ｋ３ｋ１ｈ２＋ｋ１ｋ２ｈ３）}１／２
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１＝ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
ｈ２＝４ｔａｎθ１ｔａｎθ３−４ｔａｎ２θ２
ｈ３＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
により目標の高度ｚ０を算出することを特徴とする請求項７記載の目標高度計測方式。
【請求項９】
前記３位置の計測時刻を計測する目標検出時刻測定器を備え、３位置の計測時刻により計測の時間間隔を算出し、該時間間隔に基づいて遅延手段により距離、方位角及び計測時刻の出力タイミングを一致させ、前記時間間隔の変化による時間補正を行って高度を算出することを特徴とする請求項６又は７記載の目標高度計測方式。
【請求項１０】
前記３位置で計測した距離、方位角及び計測時刻をそれぞれ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、方位角θ１，θ２，θ３及び計測時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３とし、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１’Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２’Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３’Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１’＋ｋ３ｋ１ｈ２’＋ｋ１ｋ２ｈ３’）}１／２
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１’＝Ｃ２（ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３）
ｈ２’＝（１＋Ｃ）２（ｔａｎθ１ｔａｎθ３−ｔａｎ２θ２）
ｈ３’＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
Ｃ＝（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）
により目標の高度ｚ０を算出することを特徴とする請求項９記載の目標高度計測方式。
【請求項１１】
目標までの距離を計測する距離計測器と目標の方位角を計測して出力する方位角計測器とを備える二次元レーダと、前記二次元レーダにより計測した目標の少なくとも移動する３位置の距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出する推定高度算出器とを備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項１２】
前記３位置で計測したそれぞれの距離及び方位角の出力タイミングを一致させて前記推定高度算出器に出力することを特徴とする請求項１１記載のレーダ装置。
【請求項１３】
前記３位置で計測した距離及び方位角をそれぞれ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及び方位角θ１，θ２，θ３とし、前記推定高度算出器は、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１＋ｋ３ｋ１ｈ２＋ｋ１ｋ２ｈ３）}１／２
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１＝ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
ｈ２＝４ｔａｎθ１ｔａｎθ３−４ｔａｎ２θ２
ｈ３＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
により目標の高度ｚ０を算出することを特徴とする請求項１２記載のレーダ装置。
【請求項１４】
前記３位置の計測時刻を計測する目標検出時刻測定器と、距離、方位角及び計測時刻の出力タイミングを一致させる遅延器と、前記計測時刻により時間補正係数を算出する時間補正係数算出器とを備え、前記推定高度算出器は、前記時間補正係数、距離、方位角及び計測時刻に基づいて目標の高度を算出することを特徴とする請求項１１又は１２記載のレーダ装置。
【請求項１５】
前記３位置で計測した距離、方位角及び計測時刻をそれぞれ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、方位角θ１，θ２，θ３及び計測時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３とし、前記推定高度算出器は、
ｚ０＝{（ｋ２ｋ３ｈ１’Ｒ１２＋ｋ３ｋ１ｈ２’Ｒ２２＋ｋ１ｋ２ｈ３’Ｒ３２）／（ｋ２ｋ３ｈ１’＋ｋ３ｋ１ｈ２’＋ｋ１ｋ２ｈ３’）}１／２
但し、
ｋ１＝１＋ｔａｎ２θ１
ｋ２＝１＋ｔａｎ２θ２
ｋ３＝１＋ｔａｎ２θ３
ｈ１’＝Ｃ２（ｔａｎ２θ１−ｔａｎθ１ｔａｎθ３）
ｈ２’＝（１＋Ｃ）２（ｔａｎθ１ｔａｎθ３−ｔａｎ２θ２）
ｈ３’＝ｔａｎ２θ３−ｔａｎθ１ｔａｎθ３
Ｃ＝（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）
により目標の高度ｚ０を算出することを特徴とする請求項１４記載のレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１４６５５（Ｐ２００９−１４６５５Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７９６９２（Ｐ２００７−１７９６９２）
【出願日】平成１９年７月９日（２００７．７．９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月９日（２００７．７．９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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