電子走査レーダのビーム制御装置
【課題】複数のアンテナを装備し、同時に複数のアンテナ面で捜索および多目標追尾を行う電子走査レーダにおいて、アンテナ面間の電波干渉を回避するために設定する送信ディレイ時間により、ビーム切換タイミングで発生する無駄時間を極小化すること。
【解決手段】同一目標に対するビーム照射時間を、電子走査アンテナ毎に決定された送信パルス幅、パルス繰り返し周波数（ＰＲＩ）、送信パルス幅の送信パルスを受信するための受信時間、同一目標を追尾するために必要な所要ヒット数および、これらを元に算出された、電子走査アンテナ間で電波干渉を回避可能なＰＲＩ、送信ディレイ時間、ビーム切換タイミングを揃えるための加算時間に基づいて決定する。
【解決手段】同一目標に対するビーム照射時間を、電子走査アンテナ毎に決定された送信パルス幅、パルス繰り返し周波数（ＰＲＩ）、送信パルス幅の送信パルスを受信するための受信時間、同一目標を追尾するために必要な所要ヒット数および、これらを元に算出された、電子走査アンテナ間で電波干渉を回避可能なＰＲＩ、送信ディレイ時間、ビーム切換タイミングを揃えるための加算時間に基づいて決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捜索および多目標追尾する電子走査レーダのビーム制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置において、複数の電子走査アンテナ（Phased Array Antenna：以下「ＰＡＡ」と表記）を装備する電子走査レーダ（Phased Array RADAR：以下「ＰＡＲ」と表記）が存在し、その中でも、同時ビームを照射可能なＰＡＲ（以下「同期型ＰＡＲ」という）については、日本のみでも複数のシステムが存在している。
【０００３】
この同期型ＰＡＲと呼ばれるレーダ装置において、例えば下記特許文献１には、アンテナ面間の電波干渉を回避するために各ＰＡＡの送信タイミングを制御する方法が開示されている。
【０００４】
この特許文献１に開示された方法は、複数目標を追尾するための同時ビーム照射方法として、各ＰＡＡに割り当てられ、同時にビーム照射する追尾目標の中で、一番遠い目標の距離を基準として、各ＰＡＡのビーム送信時間と目標からの反射信号を受信する時間とが相互に重ならないように、各ＰＡＡの送信タイミングを計算することを特徴としている。
【０００５】
より詳細には、一番遠い目標に対する送信時刻を基準時刻とし、各ＰＡＡの送信タイミングは、一番遠い目標の距離と当該ＰＡＡにおける目標距離差を元に基準時刻からの送信ディレイ時間を計算し、各ＰＡＡの送信タイミングを制御することで電波干渉を回避している。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２２５２８７号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、同期型ＰＡＲは、捜索と多目標追尾とを同時（時分割ビーム照射）に行うシステムであり、様々な要因で発生する無駄時間を可能な限り抑えることが、レーダの性能を大きく左右する。また、電波干渉回避を目的に、複数ＰＡＡの送信タイミングを制御することも、無駄時間発生の一因であり、この目的で発生する無駄時間についても、可能な限り少なくすることが好ましい。
【０００８】
しかしながら、従来の同期型ＰＡＲは、電波干渉回避のみを主眼にした送信タイミング計算方法となっており、無駄時間を極小化したものではない。特に、レーダの主要パラメータである送信パルス幅にシステム上の制約等がある場合においては、本来必要とする以上の送信ディレイ時間を設定することになり、これにより無駄時間が発生するという問題点がある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送信ディレイ時間による無駄時間を極小化し、電子走査レーダの能力向上を可能とする電子走査レーダのビーム制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
なお、送信ディレイ時間を最小に抑えることでレーダの時間資源をより有効に使用し、レーダ性能の向上を可能とする同期型ＰＡＲは、これまでの特許文献や非特許文献において報告されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電子走査レーダのビーム制御装置は、レーダ信号を目標に照射する複数の電子走査アンテナと、前記レーダ信号を前記複数の電子走査アンテナへ供給し、目標からの反射信号を該複数の電子走査アンテナを介して受信する送受信部と、前記送受信部の受信出力に基づいて目標の距離、方位および高度に関する情報を検出するレーダ信号処理器と、前記レーダ信号処理器が検出した目標情報に基づいて目標の予測位置を算出する追尾信号処理器と、前記追尾信号処理器から入力された複数の目標の予測位置への追尾要求を満たすために決定された同一目標に対するビーム照射時間に基づいてビーム切換タイミングを制御するビーム制御器と、前記複数の電子走査アンテナから送出されるビームを合成して得られるレーダビームを所望方向に指向させるビーム走査処理器を備え、前記同一目標に対するビーム照射時間は、前記電子走査アンテナ毎に決定された送信パルス幅、パルス繰り返し周波数（ＰＲＩ）、該送信パルス幅の送信パルスを受信するための受信時間、該同一目標を追尾するために必要な所要ヒット数と、これらを元に求めた、該電子走査アンテナ間で電波干渉を回避可能なＰＲＩと送信ディレイ時間、ビーム切換タイミングを揃えるための加算時間に基づいて決定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる電子走査レーダのビーム制御装置によれば、電子走査アンテナ間の送信ディレイ時間を各アンテナで使用するパルス幅を基に決定しているので、ビーム切換タイミングを揃えるために発生する無駄時間を極小化し、レーダ能力を向上させることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる電子走査レーダのビーム制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１４】
（装置の概略構成）
図１は、本発明の好適な実施の形態にかかる電子走査レーダのビーム制御装置が搭載されたＰＡＲを説明するための概観図である。同図において、このＰＡＲ１には、複数のＰＡＡ２（２ａ〜２ｄ）が搭載されており、各々のＰＡＡが個々に割り当てられた追尾目標４（４ａ〜４ｄ）と、追尾目標４を追尾するための追尾ビーム３（３ａ〜３ｄ）が示されている。なお、同図に示したＰＡＲ１には、各種の設備が設けられているが、ここでは本発明の主旨とする部分のみを説明する。
【００１５】
（本発明の主旨）
本発明は、複数のＰＡＡ２を装備し、目標の探知を目的とする捜索および探知した目標の運動諸元情報を取得することを目的とする目標追尾の両機能を併せ持ち、ＰＡＡ２ごとに追尾ビームの照射を実施する際に、各ＰＡＡ２相互の電波干渉を回避する一方で、送信ディレイ時間による無駄時間を極小化するなどして、効果的な同時多目標追尾を行うものである。
【００１６】
このような同時多目標追尾の処理を行う場合、追尾ビーム３を送信して得られる追尾目標４に対するＰＲＩ（パルス繰り返し周期）は、目標の距離が既知であり、かつ、受信信号処理範囲がその近傍のみでよいという特徴を利用し、各ＰＡＡ２で使用する共通のＰＲＩが算出される。具体的には、まず、各ＰＡＡ２に割り当てられた追尾目標４の目標距離からそれぞれの所要ＰＲＩを計算し、そのＰＲＩの長短に応じて数種のグループにグルーピングした後に、各ＰＡＡ２で共通に使用するＰＲＩとして算出される。
【００１７】
このようにＰＡＡ２ごとに同時ビーム照射する目標の組み合わせと、その共通ＰＲＩを求めることにより、追尾に消費する時間資源をできるだけ少なくすることが可能となる。
【００１８】
なお、ＰＡＲ１は地上または移動体（車両、艦船など）に設置することが可能であり、各ＰＡＡ２は、それぞれ限定された覆域に対し捜索および追尾を行う。
【００１９】
（装置の機能構成）
図２は、本発明の好適な実施形態にかかる電子走査レーダのビーム制御装置が搭載されたＰＡＲの機能構成を示すブロック図である。同図に示すＰＡＲは、複数のＰＡＡ２（ＰＡＡ（＃１）２ａ〜ＰＡＡ（＃４）２ｄ）、送受信機１１、レーダ信号処理器１２、追尾信号処理器１３、ビーム制御器１４および複数のビーム走査処理器１５（ビーム走査処理器（＃１）１５ａ〜ビーム走査処理器（＃４）１５ｄ）を備えて構成される。
【００２０】
（装置各部の機能）
つぎに、図２に示した各構成部の機能について説明する。ＰＡＡ２（２ａ〜２ｄ）は、受信した目標信号を送受信機１１に送出する。送受信機１１は、ＰＡＡ２から送出された目標信号を周波数変換、位相検波した後、レーダ信号処理器１２に送出する。
【００２１】
レーダ信号処理器１２は、目標検出処理にて目標距離、方位（ベアリング）、高角（エレべーション）等の情報を算出して追尾信号処理器１３へ送出する。
【００２２】
追尾信号処理器１３は、目標の予測位置（予測距離、予測方位、予想高角）等を算出するとともに、算出した目標予測位置の情報に基づいてビーム制御器１４に対して追尾要求を送出する。
【００２３】
ビーム制御器１４は、一定時間内に入力された複数の追尾要求に対し、それぞれビームパラメータ（パルス繰り返し周期（ＰＲＩ）、パルス幅、ヒット数、アンテナ面ビーム指向角等）を求め、予め決められた所定の規則に従い追尾目標に対するビーム照射順番を並べかえた後、アンテナ面ビーム指向角をビーム走査処理器１５（１５ａ〜１５ｄ）へ送出するとともに、ＰＲＩ、ヒット数、パルス幅等の情報を送受信機１１へ送出する。
【００２４】
ビーム走査処理器１５（１５ａ〜１５ｄ）は、アンテナ面ビーム指向角からレーダビームを所定の方向に指向させるための位相情報を計算し、ＰＡＡ２（２ａ〜２ｄ）にそれぞれ送出する。
【００２５】
（ビームマネージメント）
図３は、本発明の実施形態にかかる送信タイミングの一例を示す図であり、ＰＡＲ１から送信される追尾ビーム３の送信タイミングを示しものである。同図に示すように、各ＰＡＡからはＰＡＡ毎に決定された所定のパルス幅を有する送信パルス５が送出されるとともに、送信パルス５のパルス幅によって決まる受信時間７の受信出力をパルス圧縮処理することによって得られた追尾目標受信信号６が生成出力される。
【００２６】
各ＰＡＡは、追尾目標４の受信タイミングと送信パルスの送信タイミングとが重ならないように、各ＰＡＡ毎の送信パルス幅に応じた送信ディレイ時間ＴＤ（ＴＤ１(Ｎ)〜ＴＤ４(Ｎ)）を用いて送信タイミングを調整している。
【００２７】
ここで、各ＰＡＡ２は、各目標に対して、同一のＰＲＩと同一のヒット数を使用するものとする。このとき、同一目標に追尾ビーム３を照射している時間をＴＯＴ（Time On Target）とし定義することができる。このＴＯＴは、図３に示すように、当該ヒット数分のＰＲＩの和に送信ディレイ時間を加算することで次式のように表すことができる。
ＴＯＴ＝ΣＰＲＩ＋ＴＤ …（１）
【００２８】
また、各ＰＡＡのビーム切換タイミング時（ビームＮからビームＮ＋１への切換時）を同期するために、最終ヒットのＰＲＩに調整用の加算時間（最終ヒット加算時間：Ｔａｄｄ）が、加算される。この最終ヒット加算時間Ｔａｄｄは、各ＰＡＡ毎に異なる送信パルス幅を考慮して算出される。
【００２９】
図３に示す例では、各ＰＡＡ（ＰＡＡ（＃１）〜ＰＡＡ（＃４））の中で送信パルス幅の最も大きいＰＡＡ（＃１）において、最も大きな最終ヒット加算時間Ｔａｄｄ１が設定されている。一方、送信パルス幅の最も小さいＰＡＡ（＃２）では、最終ヒット加算時間Ｔａｄｄ２が“０”に設定されているが、この技術的意義はつぎのとおりである。
【００３０】
１つのアンテナ面にのみ目標が存在し、アンテナ面間の電波干渉対策が不要の場合は、最終ヒット加算時間は“０”である。しかしながら、複数のアンテナ面に目標が存在し、複数面で同時にビーム照射を行う場合は、電波干渉を回避するために、送信から受信に切り換えるタイミングを揃え、更に信号処理時間等の制約により、同一目標に対する最終ＰＲＩを他のＰＲＩより短くできない。よって、一番送信タイミングが遅い（送信パルス幅が短い）ＰＡＡの最終ＰＲＩタイミングを面間のビームの切換タイミングとするため、Ｔａｄｄ２が“０”となるのである。この方式により、ビーム切換タイミングを各ＰＡＡで同期する場合に発生する無駄時間を極小化が可能となる。
【００３１】
（ビーム制御器の機能）
図４は、本発明の好適な実施形態にかかるビーム制御器の機能を説明するためのブロック図である。同図において、ビーム制御器１４は、アンテナ面配分部１９、追尾パラメータ計算部２０、面間同期パラメータ計算部２１、追尾送信タイミング計算部２２、ビームスケジューリング部２３の各機能部を備えて構成される。
【００３２】
アンテナ面配分部１９は、追尾信号処理器１３から入力する追尾要求を、その目標予測位置情報に基づいて、担当するＰＡＡに割り当てる。
【００３３】
追尾パラメータ計算部２０は、追尾要求、環境条件（クラッタ、ＥＣＭ）に対する対策等に基づいて、所要のビームパラメータ（送信パルス幅、ＰＲＩ、ヒット数）を計算する。なお、送信パルス幅およびＰＲＩは、目標予測距離により決定され、次式で求めることができる。ただし、通常はシステムのハードウェアの制約等により、次式で算出された値に対して、使用可能な範囲が限定される。
【００３４】
τ＝２×(Ｒ−(Δｒ／２))／Ｃ×Ｋ …（２）
ＰＲＩ＝τ＋２×(Ｒ＋(Δｒ／２))／Ｃ＋Δｃｈ …（３）
【００３５】
上記、（２）、（３）式における各記号の意味は、つぎのとおりである。
τ：送信パルス幅
Ｒ：目標予測距離
Δｒ：検出ゲート幅（圧縮後の目標受信信号を検出するための距離範囲）
Ｃ：光速
Δｃｈ：送受切替時間
Ｋ：近距離クラッタの影響を回避するための係数
（０＜Ｋ≦１を満たす実数であり、近距離クラッタの影響が大きいほど小さくなる。）
【００３６】
また、所要ヒット数は、所要追尾精度が得られるように、次式に基づいて算出することができる。
【００３７】
Ｎ＝ｎＥ＋ｎＣＬＴ＋ｎＥＣＣＭ …（４）
ｎＥ＝θｂ2／（Ｋｍ2・σＲ2・ＳＮ） …（５）
【００３８】
上記、（４）、（５）式における各記号の意味は、つぎのとおりである。
Ｎ：ヒット数
ｎＣＬＴ：クラッタ抑圧に要するヒット数
ｎＥＣＣＭ：ＥＣＭに対抗するために要するヒット数
ｎＥ：積分数
θｂ：ビーム幅
Ｋｍ：モノパルススロープ
（一般的には、１＜Ｋｍ＜２を満たす実数が選ばれる。）
σＲ：所要追尾精度を考慮した測角精度
ＳＮ：レーダ方程式から算出される信号電力対雑音電力
【００３９】
なお、ビームパラメータであるパルス幅、ＰＲＩおよびヒット数の計算手法には、上記の手法に限らず種々の手法がある。したがって、目標の検出・追尾を可能とする検出ゲート幅、追尾精度等を得られるものであれば、上記の（２）〜（５）式以外の計算手法を用いてもよい。
【００４０】
図４に戻り、面間同期パラメータ計算部２１は、一定時間内に入力された追尾要求に対して、各ＰＡＡ間の電波干渉を防止し、総ビーム照射時間を出来る限り小さくする種々の手法を用いるとともに、各ＰＡＡにて共通のＰＲＩ、ヒット数を用いることを基本とし、各ＰＡＡ間の同期をとる。
【００４１】
追尾送信タイミング計算部２２は、図３で示したように、追尾目標の受信タイミングと送信パルスの送信タイミングとが重ならないよう、各ＰＡＡの送受切換タイミングが合うように送信ディレイ時間を算出するとともに、ビーム切換タイミングを各ＰＡＡで揃えるために必要な最終ヒット加算時間を算出する。
【００４２】
図５は、図４に示した追尾送信タイミング計算部２２の機能を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ２４では、各ＰＡＡで使用する送信パルス幅（τ１〜τ４）の中で、最も大きな値（τｍａｘ）が算出される。
【００４３】
ステップＳ２５では、各ＰＡＡで使用する送信ディレイ時間（ＴＤ(ｎ)）が、最大パルス幅（τｍａｘ）から各ＰＡＡで使用する送信パルス幅の差をとることで算出される。
【００４４】
ステップＳ２６では、各ＰＡＡで使用する送信ディレイ時間の中で最も大きな値（ＴＤｍａｘ）が算出されるとともに、この送信ディレイ時間の最大値と各ＰＡＡで使用する送信ディレイ時間（ＴＤ（ｎ））との差が当該ビームの最終ヒットに加算され、最終ヒットＰＲＩが算出される。
【００４５】
図４に戻り、ビームスケジューリング部２３は、追尾送信タイミング計算部２２から入力された追尾ビームパラメータ、捜索ビームパラメータ等を所定の優先順位で並び替えるとともに、並び替えた捜索・追尾パラメータを各ビーム走査処理器１５に送出する。
【００４６】
以上説明したように、この実施の形態の電子走査レーダのビーム制御装置によれば、同一目標に対するビーム照射時間を、電子走査アンテナ毎に決定された送信パルス幅、パルス繰り返し周波数（ＰＲＩ）、送信パルス幅の送信パルスを受信するための受信時間、同一目標を追尾するために必要な所要ヒット数とこれらを元に求めた、該電子走査アンテナ間で電波干渉を回避可能なＰＲＩと送信ディレイ時間、ビーム切換タイミングを揃えるための加算時間に基づいて決定しており、この最終ヒット加算時間を極小化することで無駄時間を抑え、レーダ能力を向上させることが可能となる。
【００４７】
なお、上記実施の形態は、ＰＡＡが４つの場合を一例として示しているが、４つに限定されるものではなく、複数のＰＡＡを具備する同期型ＰＡＲへの適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明にかかる電子走査レーダのビーム制御装置は、捜索および多目標追尾する電子走査レーダのビーム制御装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の好適な実施の形態にかかる電子走査レーダのビーム制御装置が搭載されたＰＡＲを説明するための概観図である。
【図２】本発明の好適な実施形態にかかる電子走査レーダのビーム制御装置が搭載されたＰＡＲの機能構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる送信タイミングの一例を示す図である。
【図４】本発明の好適な実施形態にかかるビーム制御器の機能を説明するためのブロック図である。
【図５】図４に示した追尾送信タイミング計算部の機能を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
１ ＰＡＲ（電子走査レーダ）
２ ＰＡＡ（電子走査アンテナ）
３ 追尾ビーム
４ 追尾目標
５ 送信パルス
６ 追尾目標受信信号
７ 受信時間
１１ 送受信機
１２ レーダ信号処理器
１３ 追尾信号処理器
１４ ビーム制御器
１５ ビーム走査処理器
１９ アンテナ面配分部
２０ 追尾パラメータ計算部
２１ 面間同期パラメータ計算部
２２ 追尾送信タイミング計算部
２３ ビームスケジューリング部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捜索および多目標追尾する電子走査レーダのビーム制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置において、複数の電子走査アンテナ（Phased Array Antenna：以下「ＰＡＡ」と表記）を装備する電子走査レーダ（Phased Array RADAR：以下「ＰＡＲ」と表記）が存在し、その中でも、同時ビームを照射可能なＰＡＲ（以下「同期型ＰＡＲ」という）については、日本のみでも複数のシステムが存在している。
【０００３】
この同期型ＰＡＲと呼ばれるレーダ装置において、例えば下記特許文献１には、アンテナ面間の電波干渉を回避するために各ＰＡＡの送信タイミングを制御する方法が開示されている。
【０００４】
この特許文献１に開示された方法は、複数目標を追尾するための同時ビーム照射方法として、各ＰＡＡに割り当てられ、同時にビーム照射する追尾目標の中で、一番遠い目標の距離を基準として、各ＰＡＡのビーム送信時間と目標からの反射信号を受信する時間とが相互に重ならないように、各ＰＡＡの送信タイミングを計算することを特徴としている。
【０００５】
より詳細には、一番遠い目標に対する送信時刻を基準時刻とし、各ＰＡＡの送信タイミングは、一番遠い目標の距離と当該ＰＡＡにおける目標距離差を元に基準時刻からの送信ディレイ時間を計算し、各ＰＡＡの送信タイミングを制御することで電波干渉を回避している。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２２５２８７号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、同期型ＰＡＲは、捜索と多目標追尾とを同時（時分割ビーム照射）に行うシステムであり、様々な要因で発生する無駄時間を可能な限り抑えることが、レーダの性能を大きく左右する。また、電波干渉回避を目的に、複数ＰＡＡの送信タイミングを制御することも、無駄時間発生の一因であり、この目的で発生する無駄時間についても、可能な限り少なくすることが好ましい。
【０００８】
しかしながら、従来の同期型ＰＡＲは、電波干渉回避のみを主眼にした送信タイミング計算方法となっており、無駄時間を極小化したものではない。特に、レーダの主要パラメータである送信パルス幅にシステム上の制約等がある場合においては、本来必要とする以上の送信ディレイ時間を設定することになり、これにより無駄時間が発生するという問題点がある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送信ディレイ時間による無駄時間を極小化し、電子走査レーダの能力向上を可能とする電子走査レーダのビーム制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
なお、送信ディレイ時間を最小に抑えることでレーダの時間資源をより有効に使用し、レーダ性能の向上を可能とする同期型ＰＡＲは、これまでの特許文献や非特許文献において報告されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電子走査レーダのビーム制御装置は、レーダ信号を目標に照射する複数の電子走査アンテナと、前記レーダ信号を前記複数の電子走査アンテナへ供給し、目標からの反射信号を該複数の電子走査アンテナを介して受信する送受信部と、前記送受信部の受信出力に基づいて目標の距離、方位および高度に関する情報を検出するレーダ信号処理器と、前記レーダ信号処理器が検出した目標情報に基づいて目標の予測位置を算出する追尾信号処理器と、前記追尾信号処理器から入力された複数の目標の予測位置への追尾要求を満たすために決定された同一目標に対するビーム照射時間に基づいてビーム切換タイミングを制御するビーム制御器と、前記複数の電子走査アンテナから送出されるビームを合成して得られるレーダビームを所望方向に指向させるビーム走査処理器を備え、前記同一目標に対するビーム照射時間は、前記電子走査アンテナ毎に決定された送信パルス幅、パルス繰り返し周波数（ＰＲＩ）、該送信パルス幅の送信パルスを受信するための受信時間、該同一目標を追尾するために必要な所要ヒット数と、これらを元に求めた、該電子走査アンテナ間で電波干渉を回避可能なＰＲＩと送信ディレイ時間、ビーム切換タイミングを揃えるための加算時間に基づいて決定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる電子走査レーダのビーム制御装置によれば、電子走査アンテナ間の送信ディレイ時間を各アンテナで使用するパルス幅を基に決定しているので、ビーム切換タイミングを揃えるために発生する無駄時間を極小化し、レーダ能力を向上させることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる電子走査レーダのビーム制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１４】
（装置の概略構成）
図１は、本発明の好適な実施の形態にかかる電子走査レーダのビーム制御装置が搭載されたＰＡＲを説明するための概観図である。同図において、このＰＡＲ１には、複数のＰＡＡ２（２ａ〜２ｄ）が搭載されており、各々のＰＡＡが個々に割り当てられた追尾目標４（４ａ〜４ｄ）と、追尾目標４を追尾するための追尾ビーム３（３ａ〜３ｄ）が示されている。なお、同図に示したＰＡＲ１には、各種の設備が設けられているが、ここでは本発明の主旨とする部分のみを説明する。
【００１５】
（本発明の主旨）
本発明は、複数のＰＡＡ２を装備し、目標の探知を目的とする捜索および探知した目標の運動諸元情報を取得することを目的とする目標追尾の両機能を併せ持ち、ＰＡＡ２ごとに追尾ビームの照射を実施する際に、各ＰＡＡ２相互の電波干渉を回避する一方で、送信ディレイ時間による無駄時間を極小化するなどして、効果的な同時多目標追尾を行うものである。
【００１６】
このような同時多目標追尾の処理を行う場合、追尾ビーム３を送信して得られる追尾目標４に対するＰＲＩ（パルス繰り返し周期）は、目標の距離が既知であり、かつ、受信信号処理範囲がその近傍のみでよいという特徴を利用し、各ＰＡＡ２で使用する共通のＰＲＩが算出される。具体的には、まず、各ＰＡＡ２に割り当てられた追尾目標４の目標距離からそれぞれの所要ＰＲＩを計算し、そのＰＲＩの長短に応じて数種のグループにグルーピングした後に、各ＰＡＡ２で共通に使用するＰＲＩとして算出される。
【００１７】
このようにＰＡＡ２ごとに同時ビーム照射する目標の組み合わせと、その共通ＰＲＩを求めることにより、追尾に消費する時間資源をできるだけ少なくすることが可能となる。
【００１８】
なお、ＰＡＲ１は地上または移動体（車両、艦船など）に設置することが可能であり、各ＰＡＡ２は、それぞれ限定された覆域に対し捜索および追尾を行う。
【００１９】
（装置の機能構成）
図２は、本発明の好適な実施形態にかかる電子走査レーダのビーム制御装置が搭載されたＰＡＲの機能構成を示すブロック図である。同図に示すＰＡＲは、複数のＰＡＡ２（ＰＡＡ（＃１）２ａ〜ＰＡＡ（＃４）２ｄ）、送受信機１１、レーダ信号処理器１２、追尾信号処理器１３、ビーム制御器１４および複数のビーム走査処理器１５（ビーム走査処理器（＃１）１５ａ〜ビーム走査処理器（＃４）１５ｄ）を備えて構成される。
【００２０】
（装置各部の機能）
つぎに、図２に示した各構成部の機能について説明する。ＰＡＡ２（２ａ〜２ｄ）は、受信した目標信号を送受信機１１に送出する。送受信機１１は、ＰＡＡ２から送出された目標信号を周波数変換、位相検波した後、レーダ信号処理器１２に送出する。
【００２１】
レーダ信号処理器１２は、目標検出処理にて目標距離、方位（ベアリング）、高角（エレべーション）等の情報を算出して追尾信号処理器１３へ送出する。
【００２２】
追尾信号処理器１３は、目標の予測位置（予測距離、予測方位、予想高角）等を算出するとともに、算出した目標予測位置の情報に基づいてビーム制御器１４に対して追尾要求を送出する。
【００２３】
ビーム制御器１４は、一定時間内に入力された複数の追尾要求に対し、それぞれビームパラメータ（パルス繰り返し周期（ＰＲＩ）、パルス幅、ヒット数、アンテナ面ビーム指向角等）を求め、予め決められた所定の規則に従い追尾目標に対するビーム照射順番を並べかえた後、アンテナ面ビーム指向角をビーム走査処理器１５（１５ａ〜１５ｄ）へ送出するとともに、ＰＲＩ、ヒット数、パルス幅等の情報を送受信機１１へ送出する。
【００２４】
ビーム走査処理器１５（１５ａ〜１５ｄ）は、アンテナ面ビーム指向角からレーダビームを所定の方向に指向させるための位相情報を計算し、ＰＡＡ２（２ａ〜２ｄ）にそれぞれ送出する。
【００２５】
（ビームマネージメント）
図３は、本発明の実施形態にかかる送信タイミングの一例を示す図であり、ＰＡＲ１から送信される追尾ビーム３の送信タイミングを示しものである。同図に示すように、各ＰＡＡからはＰＡＡ毎に決定された所定のパルス幅を有する送信パルス５が送出されるとともに、送信パルス５のパルス幅によって決まる受信時間７の受信出力をパルス圧縮処理することによって得られた追尾目標受信信号６が生成出力される。
【００２６】
各ＰＡＡは、追尾目標４の受信タイミングと送信パルスの送信タイミングとが重ならないように、各ＰＡＡ毎の送信パルス幅に応じた送信ディレイ時間ＴＤ（ＴＤ１(Ｎ)〜ＴＤ４(Ｎ)）を用いて送信タイミングを調整している。
【００２７】
ここで、各ＰＡＡ２は、各目標に対して、同一のＰＲＩと同一のヒット数を使用するものとする。このとき、同一目標に追尾ビーム３を照射している時間をＴＯＴ（Time On Target）とし定義することができる。このＴＯＴは、図３に示すように、当該ヒット数分のＰＲＩの和に送信ディレイ時間を加算することで次式のように表すことができる。
ＴＯＴ＝ΣＰＲＩ＋ＴＤ …（１）
【００２８】
また、各ＰＡＡのビーム切換タイミング時（ビームＮからビームＮ＋１への切換時）を同期するために、最終ヒットのＰＲＩに調整用の加算時間（最終ヒット加算時間：Ｔａｄｄ）が、加算される。この最終ヒット加算時間Ｔａｄｄは、各ＰＡＡ毎に異なる送信パルス幅を考慮して算出される。
【００２９】
図３に示す例では、各ＰＡＡ（ＰＡＡ（＃１）〜ＰＡＡ（＃４））の中で送信パルス幅の最も大きいＰＡＡ（＃１）において、最も大きな最終ヒット加算時間Ｔａｄｄ１が設定されている。一方、送信パルス幅の最も小さいＰＡＡ（＃２）では、最終ヒット加算時間Ｔａｄｄ２が“０”に設定されているが、この技術的意義はつぎのとおりである。
【００３０】
１つのアンテナ面にのみ目標が存在し、アンテナ面間の電波干渉対策が不要の場合は、最終ヒット加算時間は“０”である。しかしながら、複数のアンテナ面に目標が存在し、複数面で同時にビーム照射を行う場合は、電波干渉を回避するために、送信から受信に切り換えるタイミングを揃え、更に信号処理時間等の制約により、同一目標に対する最終ＰＲＩを他のＰＲＩより短くできない。よって、一番送信タイミングが遅い（送信パルス幅が短い）ＰＡＡの最終ＰＲＩタイミングを面間のビームの切換タイミングとするため、Ｔａｄｄ２が“０”となるのである。この方式により、ビーム切換タイミングを各ＰＡＡで同期する場合に発生する無駄時間を極小化が可能となる。
【００３１】
（ビーム制御器の機能）
図４は、本発明の好適な実施形態にかかるビーム制御器の機能を説明するためのブロック図である。同図において、ビーム制御器１４は、アンテナ面配分部１９、追尾パラメータ計算部２０、面間同期パラメータ計算部２１、追尾送信タイミング計算部２２、ビームスケジューリング部２３の各機能部を備えて構成される。
【００３２】
アンテナ面配分部１９は、追尾信号処理器１３から入力する追尾要求を、その目標予測位置情報に基づいて、担当するＰＡＡに割り当てる。
【００３３】
追尾パラメータ計算部２０は、追尾要求、環境条件（クラッタ、ＥＣＭ）に対する対策等に基づいて、所要のビームパラメータ（送信パルス幅、ＰＲＩ、ヒット数）を計算する。なお、送信パルス幅およびＰＲＩは、目標予測距離により決定され、次式で求めることができる。ただし、通常はシステムのハードウェアの制約等により、次式で算出された値に対して、使用可能な範囲が限定される。
【００３４】
τ＝２×(Ｒ−(Δｒ／２))／Ｃ×Ｋ …（２）
ＰＲＩ＝τ＋２×(Ｒ＋(Δｒ／２))／Ｃ＋Δｃｈ …（３）
【００３５】
上記、（２）、（３）式における各記号の意味は、つぎのとおりである。
τ：送信パルス幅
Ｒ：目標予測距離
Δｒ：検出ゲート幅（圧縮後の目標受信信号を検出するための距離範囲）
Ｃ：光速
Δｃｈ：送受切替時間
Ｋ：近距離クラッタの影響を回避するための係数
（０＜Ｋ≦１を満たす実数であり、近距離クラッタの影響が大きいほど小さくなる。）
【００３６】
また、所要ヒット数は、所要追尾精度が得られるように、次式に基づいて算出することができる。
【００３７】
Ｎ＝ｎＥ＋ｎＣＬＴ＋ｎＥＣＣＭ …（４）
ｎＥ＝θｂ2／（Ｋｍ2・σＲ2・ＳＮ） …（５）
【００３８】
上記、（４）、（５）式における各記号の意味は、つぎのとおりである。
Ｎ：ヒット数
ｎＣＬＴ：クラッタ抑圧に要するヒット数
ｎＥＣＣＭ：ＥＣＭに対抗するために要するヒット数
ｎＥ：積分数
θｂ：ビーム幅
Ｋｍ：モノパルススロープ
（一般的には、１＜Ｋｍ＜２を満たす実数が選ばれる。）
σＲ：所要追尾精度を考慮した測角精度
ＳＮ：レーダ方程式から算出される信号電力対雑音電力
【００３９】
なお、ビームパラメータであるパルス幅、ＰＲＩおよびヒット数の計算手法には、上記の手法に限らず種々の手法がある。したがって、目標の検出・追尾を可能とする検出ゲート幅、追尾精度等を得られるものであれば、上記の（２）〜（５）式以外の計算手法を用いてもよい。
【００４０】
図４に戻り、面間同期パラメータ計算部２１は、一定時間内に入力された追尾要求に対して、各ＰＡＡ間の電波干渉を防止し、総ビーム照射時間を出来る限り小さくする種々の手法を用いるとともに、各ＰＡＡにて共通のＰＲＩ、ヒット数を用いることを基本とし、各ＰＡＡ間の同期をとる。
【００４１】
追尾送信タイミング計算部２２は、図３で示したように、追尾目標の受信タイミングと送信パルスの送信タイミングとが重ならないよう、各ＰＡＡの送受切換タイミングが合うように送信ディレイ時間を算出するとともに、ビーム切換タイミングを各ＰＡＡで揃えるために必要な最終ヒット加算時間を算出する。
【００４２】
図５は、図４に示した追尾送信タイミング計算部２２の機能を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ２４では、各ＰＡＡで使用する送信パルス幅（τ１〜τ４）の中で、最も大きな値（τｍａｘ）が算出される。
【００４３】
ステップＳ２５では、各ＰＡＡで使用する送信ディレイ時間（ＴＤ(ｎ)）が、最大パルス幅（τｍａｘ）から各ＰＡＡで使用する送信パルス幅の差をとることで算出される。
【００４４】
ステップＳ２６では、各ＰＡＡで使用する送信ディレイ時間の中で最も大きな値（ＴＤｍａｘ）が算出されるとともに、この送信ディレイ時間の最大値と各ＰＡＡで使用する送信ディレイ時間（ＴＤ（ｎ））との差が当該ビームの最終ヒットに加算され、最終ヒットＰＲＩが算出される。
【００４５】
図４に戻り、ビームスケジューリング部２３は、追尾送信タイミング計算部２２から入力された追尾ビームパラメータ、捜索ビームパラメータ等を所定の優先順位で並び替えるとともに、並び替えた捜索・追尾パラメータを各ビーム走査処理器１５に送出する。
【００４６】
以上説明したように、この実施の形態の電子走査レーダのビーム制御装置によれば、同一目標に対するビーム照射時間を、電子走査アンテナ毎に決定された送信パルス幅、パルス繰り返し周波数（ＰＲＩ）、送信パルス幅の送信パルスを受信するための受信時間、同一目標を追尾するために必要な所要ヒット数とこれらを元に求めた、該電子走査アンテナ間で電波干渉を回避可能なＰＲＩと送信ディレイ時間、ビーム切換タイミングを揃えるための加算時間に基づいて決定しており、この最終ヒット加算時間を極小化することで無駄時間を抑え、レーダ能力を向上させることが可能となる。
【００４７】
なお、上記実施の形態は、ＰＡＡが４つの場合を一例として示しているが、４つに限定されるものではなく、複数のＰＡＡを具備する同期型ＰＡＲへの適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明にかかる電子走査レーダのビーム制御装置は、捜索および多目標追尾する電子走査レーダのビーム制御装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の好適な実施の形態にかかる電子走査レーダのビーム制御装置が搭載されたＰＡＲを説明するための概観図である。
【図２】本発明の好適な実施形態にかかる電子走査レーダのビーム制御装置が搭載されたＰＡＲの機能構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる送信タイミングの一例を示す図である。
【図４】本発明の好適な実施形態にかかるビーム制御器の機能を説明するためのブロック図である。
【図５】図４に示した追尾送信タイミング計算部の機能を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
１ ＰＡＲ（電子走査レーダ）
２ ＰＡＡ（電子走査アンテナ）
３ 追尾ビーム
４ 追尾目標
５ 送信パルス
６ 追尾目標受信信号
７ 受信時間
１１ 送受信機
１２ レーダ信号処理器
１３ 追尾信号処理器
１４ ビーム制御器
１５ ビーム走査処理器
１９ アンテナ面配分部
２０ 追尾パラメータ計算部
２１ 面間同期パラメータ計算部
２２ 追尾送信タイミング計算部
２３ ビームスケジューリング部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ信号を目標に照射する複数の電子走査アンテナと、
前記レーダ信号を前記複数の電子走査アンテナへ供給し、目標からの反射信号を該複数の電子走査アンテナを介して受信する送受信部と、
前記送受信部の受信出力に基づいて、目標の距離、方位および高度に関する情報を検出するレーダ信号処理器と、
前記レーダ信号処理器が検出した目標情報に基づいて、目標の予測位置を算出する追尾信号処理器と、
前記追尾信号処理器から入力された複数の目標の予測位置への追尾要求を満たすために決定された同一目標に対するビーム照射時間に基づいて、ビーム切換タイミングを制御するビーム制御器と、
前記複数の電子走査アンテナから送出されるビームを合成して得られるレーダビームを所望方向に指向させるビーム走査処理器と、
を備え、
前記同一目標に対するビーム照射時間は、前記電子走査アンテナ毎に決定された送信パルス幅、パルス繰り返し周波数（ＰＲＩ）、該送信パルス幅の送信パルスを受信するための受信時間、該同一目標を追尾するために必要な所要ヒット数および該電子走査アンテナ間のビーム切換タイミングを揃えるための加算時間に基づいて決定されることを特徴とする電子走査レーダのビーム制御装置。
【請求項２】
前記ビーム制御器は、
前記追尾信号処理器から入力された複数目標の予測位置への追尾要求に対し、各々の目標を追尾する電子走査アンテナを割り当てるアンテナ面配分部と、
前記追尾信号処理器からの追尾要求に基づいて、所要のＰＲＩ、ヒット数、パルス幅を含む追尾パラメータを計算する追尾パラメータ計算部と、
一定時間内に入力された追尾要求に対する総ビーム照射時間を最も小さくする組み合わせを求める面間同期パラメータ計算部と、
追尾目標の受信タイミングと送信パルスのタイミングが重ならないように送信タイミングの遅延時間を算出するとともに、ビーム切換タイミングを電子走査アンテナ間で揃えるために必要な加算時間を算出する追尾送信タイミング計算部と、
前記追尾送信タイミング計算部から入力されたＰＲＩ、ヒット数、パルス幅を含む捜索ビームパラメータを所定の優先順位で並び替えるビームスケジューリング部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子走査レーダのビーム制御装置。
【請求項３】
前記追尾送信タイミング計算部は、
各電子走査アンテナで使用する送信パルス幅の中で、その最大値を算出する最大パルス幅算出部と、
前記最大パルス幅算出部が算出した最大パルス幅と各電子走査アンテナで使用する送信パルス幅との差に基づいて、各電子走査アンテナで使用する送信ディレイ時間を算出する送信ディレイ算出部と、
各電子走査アンテナで使用する送信ディレイ時間の最大値と該各電子走査アンテナ毎の送信ディレイ時間との差分値を、当該ビームの最終ヒットを処理するための処理時間に加算することによって算出された最終ヒットＰＲＩを算出する最終ヒットＰＲＩ算出部と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電子走査レーダのビーム制御装置。
【請求項１】
レーダ信号を目標に照射する複数の電子走査アンテナと、
前記レーダ信号を前記複数の電子走査アンテナへ供給し、目標からの反射信号を該複数の電子走査アンテナを介して受信する送受信部と、
前記送受信部の受信出力に基づいて、目標の距離、方位および高度に関する情報を検出するレーダ信号処理器と、
前記レーダ信号処理器が検出した目標情報に基づいて、目標の予測位置を算出する追尾信号処理器と、
前記追尾信号処理器から入力された複数の目標の予測位置への追尾要求を満たすために決定された同一目標に対するビーム照射時間に基づいて、ビーム切換タイミングを制御するビーム制御器と、
前記複数の電子走査アンテナから送出されるビームを合成して得られるレーダビームを所望方向に指向させるビーム走査処理器と、
を備え、
前記同一目標に対するビーム照射時間は、前記電子走査アンテナ毎に決定された送信パルス幅、パルス繰り返し周波数（ＰＲＩ）、該送信パルス幅の送信パルスを受信するための受信時間、該同一目標を追尾するために必要な所要ヒット数および該電子走査アンテナ間のビーム切換タイミングを揃えるための加算時間に基づいて決定されることを特徴とする電子走査レーダのビーム制御装置。
【請求項２】
前記ビーム制御器は、
前記追尾信号処理器から入力された複数目標の予測位置への追尾要求に対し、各々の目標を追尾する電子走査アンテナを割り当てるアンテナ面配分部と、
前記追尾信号処理器からの追尾要求に基づいて、所要のＰＲＩ、ヒット数、パルス幅を含む追尾パラメータを計算する追尾パラメータ計算部と、
一定時間内に入力された追尾要求に対する総ビーム照射時間を最も小さくする組み合わせを求める面間同期パラメータ計算部と、
追尾目標の受信タイミングと送信パルスのタイミングが重ならないように送信タイミングの遅延時間を算出するとともに、ビーム切換タイミングを電子走査アンテナ間で揃えるために必要な加算時間を算出する追尾送信タイミング計算部と、
前記追尾送信タイミング計算部から入力されたＰＲＩ、ヒット数、パルス幅を含む捜索ビームパラメータを所定の優先順位で並び替えるビームスケジューリング部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子走査レーダのビーム制御装置。
【請求項３】
前記追尾送信タイミング計算部は、
各電子走査アンテナで使用する送信パルス幅の中で、その最大値を算出する最大パルス幅算出部と、
前記最大パルス幅算出部が算出した最大パルス幅と各電子走査アンテナで使用する送信パルス幅との差に基づいて、各電子走査アンテナで使用する送信ディレイ時間を算出する送信ディレイ算出部と、
各電子走査アンテナで使用する送信ディレイ時間の最大値と該各電子走査アンテナ毎の送信ディレイ時間との差分値を、当該ビームの最終ヒットを処理するための処理時間に加算することによって算出された最終ヒットＰＲＩを算出する最終ヒットＰＲＩ算出部と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電子走査レーダのビーム制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１５７７３５（Ｐ２００８−１５７７３５Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４６３３４（Ｐ２００６−３４６３３４）
【出願日】平成１８年１２月２２日（２００６．１２．２２）
【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２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２２日（２００６．１２．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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