移動体搭載開口アンテナのビーム形成手法
【課題】物理的、機械的な制約を受けることなく、サイドローブ、グレーティングローブを軽減することができ、さらには広帯域での利用を可能とする。
【解決手段】開口アンテナ１１の移動中に一定のずれ量が生じる間隔で複数回のパルス送受信を行うものとし、複数回のパルス送受信における基準位相同士の位相差を各パルス送受信時点のアンテナ基準座標の差を用いてビーム走査方向に対して波面が揃うように決定し、複数回のパルス送受信それぞれの送受信信号の合成により一つの指向性パターンを生成し、移動によるずれ量を調整することでサイドローブレベルを調整する。
【解決手段】開口アンテナ１１の移動中に一定のずれ量が生じる間隔で複数回のパルス送受信を行うものとし、複数回のパルス送受信における基準位相同士の位相差を各パルス送受信時点のアンテナ基準座標の差を用いてビーム走査方向に対して波面が揃うように決定し、複数回のパルス送受信それぞれの送受信信号の合成により一つの指向性パターンを生成し、移動によるずれ量を調整することでサイドローブレベルを調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体搭載のレーダや通信で使用される開口アンテナのビーム形成手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、開口アンテナのサイドローブレベルを低減させる手段として、アンテナ開口内の励振分布をコサイン分布やテイラー分布などに対応するように分布させる方法がある。しかしながら、開口アンテナでそのような分布を実現することは物理的に非常に困難である。また、アレーアンテナの場合、サイドローブ軽減を目的として開口上に非一様な振幅分布を持たせる方法があるが、その実現には機械的な制限がかかることが多い。
【０００３】
さらに、アンテナ素子間隔を一定以上離すと、グレーティングローブが可視領域内に発生してしまう。このため、アンテナ素子間隔は規定の値より短くするのが一般的である。しかしながら、この規定の素子間隔は波長によって決まるため、適切な素子間隔の選択には周波数の制限がかかることが多い。この際、アンテナの開口長を大きくすることにより、発生するグレーティングローブのレベルを小さくすることが可能であるが、サイドローブレベルがそのアンテナ単体のサイドローブレベルよりも大きくなってしまう傾向がある。特に、移動体搭載のレーダや通信で使用されるアレーアンテナにあっては、搭載場所の制約から上記の問題がいっそう顕著になる。
【０００４】
尚、衛星や航空機等のプラットフォームに搭載するレーダ装置において、アレーアンテナのアンテナ角度とプラットフォーム速度と送信時の高周波パルスのパルス繰り返し周期に応じてアンテナのベースライン長を算出することが特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３５２２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来の移動体搭載の開口アンテナでは、物理的、機械的な制約によってサイドローブ、グレーティングローブを軽減することが困難であった。
【０００６】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、移動体搭載の開口アンテナにおけるアンテナ指向性パターンにおいて、物理的、機械的な制約を受けることなく、サイドローブ、グレーティングローブを軽減することができ、さらには広帯域での利用を可能とするビーム形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明に係る移動体搭載の開口アンテナに用いられるビーム形成手法は、前記開口アンテナの移動中に一定のずれ量が生じる間隔で複数回のパルス送受信を行うものとし、前記複数回のパルス送受信における基準位相同士の位相差を各パルス送受信時点のアンテナ基準座標の差を用いてビーム走査方向に対して波面が揃うように決定し、前記複数回のパルス送受信それぞれの送受信信号の合成により一つの指向性パターンを生成し、前記ずれ量を調整することでサイドローブレベルを調整することを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明に係る移動体搭載開口アンテナのビーム形成方法では、１つの開口アンテナの座標をその移動軌跡の中から複数点決定することによって、実際のアンテナ個数より多数の座標を用いてビーム形成処理を行う。これにより、アダプティブアレー技術における自由度が大きくなるなど、サイドローブもしくはグレーティングローブの発生を軽減させることができる。このビーム形成方法では、使用周波数によって発生する制限を緩和できるという特徴から、広帯域での利用が可能となる。
【０００９】
よって、移動式のレーダや通信の利用におけるアンテナ指向性パターンにおいて、サイドローブレベルおよびグレーティングローブレベルの軽減、広帯域での利用が可能となる。
【００１０】
尚、上記特許文献１には、本発明と同じように、移動体搭載のアレーアンテナにおいて、移動速度に基づくパルス送受信のビーム形成手法について記載されているが、その目的とするところはパルス繰り返し周期を自由に設計できるようにすることにあり、サイドローブもしくはグレーティングローブの発生を軽減することを目的とする本発明とは基本的な構成が異なる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、移動体搭載の開口アンテナにおけるアンテナ指向性パターンにおいて、物理的、機械的な制約を受けることなく、サイドローブ、グレーティングローブを軽減することができ、さらには広帯域での利用を可能とするビーム形成方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係るビーム形成方法が適用される移動体搭載の開口アンテナの一実施形態を示す概念図で、Ｘ−Ｙ平面上を移動する開口アンテナ１１の軌跡と、その中でパルス送受信を行った際の位置を示している。
【００１４】
図１において、ビーム走査方向に対して波面を揃えることが可能な一様振幅分布を持つＸ軸方向の開口長ａX の開口アンテナ１１がＸ−Ｙ平面上を平行移動したとする。このとき、開口アンテナ１１の時刻ｔ1 の座標と時刻ｔ2 の座標のＸ軸方向の座標のずれ量（移動量）ｄX が生じる様に、時刻ｔ1 と時刻ｔ2 の２回のタイミングでパルス送受信を行う。
【００１５】
さらに、２回のパルス送受信における基準位相同士の位相差は、Ｘ−Ｚカット面上にビーム走査を行うとき、２回のパルス送受信におけるＸ軸方向のアンテナ基準座標の差を用いてビーム走査方向に対して波面が揃うように決定し、２回の送受信信号の合成により１つの指向性パターンを生成可能となるようにする。この際、開口アンテナ１１の時刻ｔ1 の座標と時刻ｔ2 の座標のＸ軸方向の座標のずれ量ｄX を、アンテナ移動速度とパルス送受信を行うタイミングにより調節することで、Ｘ−Ｚカット面の指向性におけるサイドローブレベルを調節することができる。特に、ずれ量ｄX をａX よりも小さくすることで、サイドローブもしくはグレーティングローブを軽減させることが可能となる。さらに、このような２回のパルス送受信を行ったほうが、１回のパルス送受信に比べてＸ−Ｚカット面上でサイドローブレベルを軽減できるほか、ビーム幅も狭くなり、しかもメインローブ以外の指向性レベルはどの方位も１回のパルス送受信の指向性レベル以下に抑えることが可能となり、利得を高くすることができる。
【００１６】
尚、開口アンテナ１１のＹ軸方向の時刻ｔ1 の座標と時刻ｔ2 の座標の差ｄY は任意のものでよいが、Ｘ−Ｚカット面以外の指向性パターンも考慮した場合、その差ｄY は半波長程度もしくはそれ以下になるようにした方がよい。
【００１７】
上記構成によれば、２回のパルス送受信を行った場合、開口アンテナ１１の時刻ｔ1 の座標と時刻ｔ2 の座標のＸ軸方向の座標のずれ量ｄX を（１）式が成立するように設定すると、ビーム走査方向によらず、Ｘ−Ｚカット面の指向性におけるサイドローブレベルを１回のパルス送受信のサイドローブレベル−１３ｄＢより８ｄＢ低い、−２１ｄＢに軽減することが可能となる。
ｄX ＝０．２７ａX …（１）
図２は、ずれ量ｄX の変化によるメインビーム以外の最大ローブレベル特性を示した特性図である。横軸はｄX となっており、単位はｄX ＝１６λでａX と同じ値となる。縦軸は、通常の一様励振開口アンテナでのサイドローブレベル（−１３．３ｄＢ）を基準としたメインビーム以外の最大ローブレベルである。この図２からも、ｄX ＜ａX の範囲でサイドローブレベルの軽減が可能であることが分かる。
【００１８】
例えば、ａX ＝１６λ（λは波長）のとき、図２の特性図に示したように、ずれ量ｄX を任意に設定することでサイドローブレベルを調節することができる。ずれ量ｄX の値を（１）式により４．３２λと設定すると、図２の曲線上でもサイドローブレベルが最小になることが分かる。
【００１９】
図３は、上記一定条件でのＸ−Ｚカット面の指向性パターンを固定時と移動時とで比較して示すもので、横軸はＺ軸を０deg とした方位を示しており、０〜９０deg までを示している。ビーム走査方向は０deg としてあるので、−９０〜０degは０〜９０deg を対称としたものとなる。縦軸は指向性強度を示しており、カット面上の最高値を０deg としている。
【００２０】
この図３からも分かるように、上記のように２回のパルス送受信した方が、パルス送受信１回の場合に比べてビーム幅が狭くなり、サイドローブレベルは減少し、しかもビームローブ以外の指向性レベルはどの方位もパルス送受信１回の指向性レベル以下に抑えられる。
【００２１】
（１）式では、式中に周波数特性がないことに特徴を有する。よって、上記のような２回のパルス送受信により、単一周波数に対する広帯域周波数において、パルス送受信１回の場合に比べてビーム幅が狭くなり、サイドローブレベルは減少し、しかもビームローブ以外の指向性レベルはどの方位もパルス送受信１回の指向性レベル以下に抑えることが可能となり、利得を高くすることができる。また、これによりパルス圧縮技術との併用も可能となる。この際に用いられた複数のパルス送受信信号を応用して、ＭＴＩ（移動目標指示装置）も同時に用いることができる。
【００２２】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、例えば他の励振分布の場合、他のパルス送受信回数の場合でもよく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るビーム形成方法が適用される移動体搭載の開口アンテナの一実施形態を示す概念図。
【図２】図１に示す開口アンテナのずれ量ｄX の変化によるメインビーム以外の最大ローブレベル特性を示す特性図。
【図３】図１に示す開口アンテナについて、固定時と移動時のＸ−Ｚカット面における指向性パターンを比較して示すパターン波形図。
【符号の説明】
【００２４】
１１…開口アンテナ、ａX …開口長、ａY …幅、ｄX…Ｘ軸方向ずれ量、ｄY …Ｙ軸方向ずれ量。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体搭載のレーダや通信で使用される開口アンテナのビーム形成手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、開口アンテナのサイドローブレベルを低減させる手段として、アンテナ開口内の励振分布をコサイン分布やテイラー分布などに対応するように分布させる方法がある。しかしながら、開口アンテナでそのような分布を実現することは物理的に非常に困難である。また、アレーアンテナの場合、サイドローブ軽減を目的として開口上に非一様な振幅分布を持たせる方法があるが、その実現には機械的な制限がかかることが多い。
【０００３】
さらに、アンテナ素子間隔を一定以上離すと、グレーティングローブが可視領域内に発生してしまう。このため、アンテナ素子間隔は規定の値より短くするのが一般的である。しかしながら、この規定の素子間隔は波長によって決まるため、適切な素子間隔の選択には周波数の制限がかかることが多い。この際、アンテナの開口長を大きくすることにより、発生するグレーティングローブのレベルを小さくすることが可能であるが、サイドローブレベルがそのアンテナ単体のサイドローブレベルよりも大きくなってしまう傾向がある。特に、移動体搭載のレーダや通信で使用されるアレーアンテナにあっては、搭載場所の制約から上記の問題がいっそう顕著になる。
【０００４】
尚、衛星や航空機等のプラットフォームに搭載するレーダ装置において、アレーアンテナのアンテナ角度とプラットフォーム速度と送信時の高周波パルスのパルス繰り返し周期に応じてアンテナのベースライン長を算出することが特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３５２２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来の移動体搭載の開口アンテナでは、物理的、機械的な制約によってサイドローブ、グレーティングローブを軽減することが困難であった。
【０００６】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、移動体搭載の開口アンテナにおけるアンテナ指向性パターンにおいて、物理的、機械的な制約を受けることなく、サイドローブ、グレーティングローブを軽減することができ、さらには広帯域での利用を可能とするビーム形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明に係る移動体搭載の開口アンテナに用いられるビーム形成手法は、前記開口アンテナの移動中に一定のずれ量が生じる間隔で複数回のパルス送受信を行うものとし、前記複数回のパルス送受信における基準位相同士の位相差を各パルス送受信時点のアンテナ基準座標の差を用いてビーム走査方向に対して波面が揃うように決定し、前記複数回のパルス送受信それぞれの送受信信号の合成により一つの指向性パターンを生成し、前記ずれ量を調整することでサイドローブレベルを調整することを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明に係る移動体搭載開口アンテナのビーム形成方法では、１つの開口アンテナの座標をその移動軌跡の中から複数点決定することによって、実際のアンテナ個数より多数の座標を用いてビーム形成処理を行う。これにより、アダプティブアレー技術における自由度が大きくなるなど、サイドローブもしくはグレーティングローブの発生を軽減させることができる。このビーム形成方法では、使用周波数によって発生する制限を緩和できるという特徴から、広帯域での利用が可能となる。
【０００９】
よって、移動式のレーダや通信の利用におけるアンテナ指向性パターンにおいて、サイドローブレベルおよびグレーティングローブレベルの軽減、広帯域での利用が可能となる。
【００１０】
尚、上記特許文献１には、本発明と同じように、移動体搭載のアレーアンテナにおいて、移動速度に基づくパルス送受信のビーム形成手法について記載されているが、その目的とするところはパルス繰り返し周期を自由に設計できるようにすることにあり、サイドローブもしくはグレーティングローブの発生を軽減することを目的とする本発明とは基本的な構成が異なる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、移動体搭載の開口アンテナにおけるアンテナ指向性パターンにおいて、物理的、機械的な制約を受けることなく、サイドローブ、グレーティングローブを軽減することができ、さらには広帯域での利用を可能とするビーム形成方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係るビーム形成方法が適用される移動体搭載の開口アンテナの一実施形態を示す概念図で、Ｘ−Ｙ平面上を移動する開口アンテナ１１の軌跡と、その中でパルス送受信を行った際の位置を示している。
【００１４】
図１において、ビーム走査方向に対して波面を揃えることが可能な一様振幅分布を持つＸ軸方向の開口長ａX の開口アンテナ１１がＸ−Ｙ平面上を平行移動したとする。このとき、開口アンテナ１１の時刻ｔ1 の座標と時刻ｔ2 の座標のＸ軸方向の座標のずれ量（移動量）ｄX が生じる様に、時刻ｔ1 と時刻ｔ2 の２回のタイミングでパルス送受信を行う。
【００１５】
さらに、２回のパルス送受信における基準位相同士の位相差は、Ｘ−Ｚカット面上にビーム走査を行うとき、２回のパルス送受信におけるＸ軸方向のアンテナ基準座標の差を用いてビーム走査方向に対して波面が揃うように決定し、２回の送受信信号の合成により１つの指向性パターンを生成可能となるようにする。この際、開口アンテナ１１の時刻ｔ1 の座標と時刻ｔ2 の座標のＸ軸方向の座標のずれ量ｄX を、アンテナ移動速度とパルス送受信を行うタイミングにより調節することで、Ｘ−Ｚカット面の指向性におけるサイドローブレベルを調節することができる。特に、ずれ量ｄX をａX よりも小さくすることで、サイドローブもしくはグレーティングローブを軽減させることが可能となる。さらに、このような２回のパルス送受信を行ったほうが、１回のパルス送受信に比べてＸ−Ｚカット面上でサイドローブレベルを軽減できるほか、ビーム幅も狭くなり、しかもメインローブ以外の指向性レベルはどの方位も１回のパルス送受信の指向性レベル以下に抑えることが可能となり、利得を高くすることができる。
【００１６】
尚、開口アンテナ１１のＹ軸方向の時刻ｔ1 の座標と時刻ｔ2 の座標の差ｄY は任意のものでよいが、Ｘ−Ｚカット面以外の指向性パターンも考慮した場合、その差ｄY は半波長程度もしくはそれ以下になるようにした方がよい。
【００１７】
上記構成によれば、２回のパルス送受信を行った場合、開口アンテナ１１の時刻ｔ1 の座標と時刻ｔ2 の座標のＸ軸方向の座標のずれ量ｄX を（１）式が成立するように設定すると、ビーム走査方向によらず、Ｘ−Ｚカット面の指向性におけるサイドローブレベルを１回のパルス送受信のサイドローブレベル−１３ｄＢより８ｄＢ低い、−２１ｄＢに軽減することが可能となる。
ｄX ＝０．２７ａX …（１）
図２は、ずれ量ｄX の変化によるメインビーム以外の最大ローブレベル特性を示した特性図である。横軸はｄX となっており、単位はｄX ＝１６λでａX と同じ値となる。縦軸は、通常の一様励振開口アンテナでのサイドローブレベル（−１３．３ｄＢ）を基準としたメインビーム以外の最大ローブレベルである。この図２からも、ｄX ＜ａX の範囲でサイドローブレベルの軽減が可能であることが分かる。
【００１８】
例えば、ａX ＝１６λ（λは波長）のとき、図２の特性図に示したように、ずれ量ｄX を任意に設定することでサイドローブレベルを調節することができる。ずれ量ｄX の値を（１）式により４．３２λと設定すると、図２の曲線上でもサイドローブレベルが最小になることが分かる。
【００１９】
図３は、上記一定条件でのＸ−Ｚカット面の指向性パターンを固定時と移動時とで比較して示すもので、横軸はＺ軸を０deg とした方位を示しており、０〜９０deg までを示している。ビーム走査方向は０deg としてあるので、−９０〜０degは０〜９０deg を対称としたものとなる。縦軸は指向性強度を示しており、カット面上の最高値を０deg としている。
【００２０】
この図３からも分かるように、上記のように２回のパルス送受信した方が、パルス送受信１回の場合に比べてビーム幅が狭くなり、サイドローブレベルは減少し、しかもビームローブ以外の指向性レベルはどの方位もパルス送受信１回の指向性レベル以下に抑えられる。
【００２１】
（１）式では、式中に周波数特性がないことに特徴を有する。よって、上記のような２回のパルス送受信により、単一周波数に対する広帯域周波数において、パルス送受信１回の場合に比べてビーム幅が狭くなり、サイドローブレベルは減少し、しかもビームローブ以外の指向性レベルはどの方位もパルス送受信１回の指向性レベル以下に抑えることが可能となり、利得を高くすることができる。また、これによりパルス圧縮技術との併用も可能となる。この際に用いられた複数のパルス送受信信号を応用して、ＭＴＩ（移動目標指示装置）も同時に用いることができる。
【００２２】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、例えば他の励振分布の場合、他のパルス送受信回数の場合でもよく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るビーム形成方法が適用される移動体搭載の開口アンテナの一実施形態を示す概念図。
【図２】図１に示す開口アンテナのずれ量ｄX の変化によるメインビーム以外の最大ローブレベル特性を示す特性図。
【図３】図１に示す開口アンテナについて、固定時と移動時のＸ−Ｚカット面における指向性パターンを比較して示すパターン波形図。
【符号の説明】
【００２４】
１１…開口アンテナ、ａX …開口長、ａY …幅、ｄX…Ｘ軸方向ずれ量、ｄY …Ｙ軸方向ずれ量。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載される開口アンテナのビーム形成方法において、
前記開口アンテナの移動中に一定のずれ量が生じる間隔で複数回のパルス送受信を行うものとし、
前記複数回のパルス送受信における基準位相同士の位相差を各パルス送受信時点のアンテナ基準座標の差を用いてビーム走査方向に対して波面が揃うように決定し、
前記複数回のパルス送受信それぞれの送受信信号の合成により一つの指向性パターンを生成し、
前記ずれ量を調整することでサイドローブレベルを調整することを特徴とする移動体搭載開口アンテナのビーム形成方法。
【請求項２】
前記パルス送受信の間隔は、開口アンテナの開口長より短い間隔とすることを特徴とする請求項１記載の移動体搭載開口アンテナのビーム形成方法。
【請求項３】
前記パルス送受信の間隔は、前記開口アンテナの移動速度に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の移動体搭載開口アンテナのビーム形成方法。
【請求項４】
前記パルス送受信の送受信信号は広帯域信号であることを特徴とする請求項１記載の移動体搭載開口アンテナのビーム形成方法。
【請求項１】
移動体に搭載される開口アンテナのビーム形成方法において、
前記開口アンテナの移動中に一定のずれ量が生じる間隔で複数回のパルス送受信を行うものとし、
前記複数回のパルス送受信における基準位相同士の位相差を各パルス送受信時点のアンテナ基準座標の差を用いてビーム走査方向に対して波面が揃うように決定し、
前記複数回のパルス送受信それぞれの送受信信号の合成により一つの指向性パターンを生成し、
前記ずれ量を調整することでサイドローブレベルを調整することを特徴とする移動体搭載開口アンテナのビーム形成方法。
【請求項２】
前記パルス送受信の間隔は、開口アンテナの開口長より短い間隔とすることを特徴とする請求項１記載の移動体搭載開口アンテナのビーム形成方法。
【請求項３】
前記パルス送受信の間隔は、前記開口アンテナの移動速度に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の移動体搭載開口アンテナのビーム形成方法。
【請求項４】
前記パルス送受信の送受信信号は広帯域信号であることを特徴とする請求項１記載の移動体搭載開口アンテナのビーム形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−８５７８９（Ｐ２００９−８５７８９Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５６５１５（Ｐ２００７−２５６５１５）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【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４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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