JP2000075015A - パルスレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】計測エリアごとに復数の受信信号を用いる処理
を施す際に生じる処理精度の方位特性を抑圧し、これに
より捜索性能の更なる向上を図り得るパルスレーダ装置
を提供する。 【解決手段】ビーム走査制御手段７ａを設け、アンテナ
１の回転に伴いアンテナ１のアンテナパターンをボアサ
イトに対して走査して、積分開始時点（積分終了時点）
付近に対応する方位近傍ではアンテナ１の高利得位置が
密に、積分期間の中央に対応する方位近傍ではアンテナ
１の高利得位置が疎になるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナ回転方式
のパルスレーダ装置に関し、特にパルス積分処理やパル
ス・ドプラ処理などの、計測エリアごとに復数の受信信
号を用いる処理を施す機能を有するパルスレーダ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】パルスレーダ装置にあっては、受信利得
を向上（あるいは受信Ｓ／Ｎを向上）させるために、受
信パルスを所定の回数ごとに積分する積分処理がよく知
られている。また、移動する目標の移動速度を互いに分
離するために、数回〜数十回ごとの受信パルス信号に対
してフーリエ変換などの処理を行い、速度ごとの成分に
分離するパルス・ドプラ処理がよく知られている。

【０００３】ところで、一般に全方位目標捜索用パルス
レーダ装置にあっては、レーダ波の送受信を行うアンテ
ナを、機械的回転駆動機構により全方位に渡って回転で
きるようにしたタイプのものが主流である。このような
アンテナ回転式パルスレーダ装置において、上記積分処
理またはパルス・ドプラ処理などの、計測エリアごとに
複数の受信信号を用いる処理を行う場合、以下に示す不
具合が生じていた。

【０００４】すなわち、従来のアンテナ回転式パルスレ
ーダ装置において積分処理またはパルス・ドプラ処理を
行う場合に、処理のもととなる受信パルスを等方位的に
（つまり、方位角度的に等間隔に）取り込んでいた。こ
のため、処理の精度（積分処理においては受信利得、パ
ルス・ドプラ処理においては速度の分離度）が方位ごと
にばらつくという不具合が有った。

【０００５】このことを、図５および図６を用いて詳し
く説明する。図５（ａ）は、従来のパルスレーダ装置を
用いてパルス積分処理を行う仕方を示している。図５
（ａ）において、レーダパルスの放射角度は、積分処理
の開始時点に対応するパルスから終了時点に対応するパ
ルスに渡って等間隔となっている。このとき、目標が積
分開始パルスの近辺にいた場合を考える。つまり積分開
始時点において、既にアンテナが目標の位置する方位を
向いているとする。

【０００６】この場合、図６（ａ）に示すようにアンテ
ナの回転に伴って、積分される利得は急速に低下してい
く（図６（ａ）において、ＳＴＡＲＴが積分開始パルス
に、ＥＮＤが積分終了パルスに対応している）。積分結
果としての出力はこれらの和として表されるので、結果
として受信利得が低くなることになる。

【０００７】一方、図５（ａ）において目標が積分期間
の中心付近にいた場合を考える。つまり積分期間の中間
辺りで、アンテナが目標の位置する方位に向くものとす
る。この場合、図６（ｂ）に示すように、アンテナが回
転しても積分される利得はあまり変化しない（図６
（ｂ）においても、ＳＴＡＲＴが積分開始パルスに、Ｅ
ＮＤが積分終了パルスに対応している）。このため、結
果として受信利得は高くなることになる。

【０００８】図６に示したことは、アンテナのビーム形
状（アンテナパターン）が指向性を持つことに由来して
いる。つまり、アンテナのボアサイトが積分開始時に既
に目標を向いている場合と、積分期間中に目標に向く場
合とでは、後者の積分出力のほうがより高利得になるこ
とになる。

【０００９】したがって図５（ｂ）に示すように、信号
利得（積分出力）における利得特性が観測方位に対して
波を打つ（方位特性が発生する）ことになる。なお、図
５（ｂ）に表した波は、積分開始時点の設定により左右
（方位に対して）に移動する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な全方位目標捜索用のアンテナ回転式パルスレーダ装置
にあっては、その性能を測る指標としての距離計測可能
レンジは、「全方位に渡って計測可能であること」を前
提として評価される。つまり、方位ごとに距離計測可能
レンジが異なっていた場合、その最低値が、レーダ装置
としての性能をはかる基準とされてしまう。このため、
受信利得に方位特性があると、本来持っているポテンシ
ャルよりも低い所で性能を評価されてしまうことにな
り、好ましくなかった。

【００１１】本発明は上記事情によりなされたもので、
その目的は、計測エリアごとに復数の受信信号を用いる
処理を施す際に生じる処理精度の方位特性を抑圧し、こ
れにより捜索性能の更なる向上を図り得るパルスレーダ
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、回転軸周りに一定の回転速度で回転駆動さ
れるフェーズドアレイアンテナと、このフェーズドアレ
イアンテナからレーダパルスを繰り返し放射するレーダ
パルス放射手段と、このレーダパルス放射手段により放
射された前記レーダパルスに基づく反射パルスを受信し
て、複数の計測エリアごとに復数の受信信号を用いる例
えばパルス積分処理やパルスドプラ処理などの受信処理
を施す受信信号処理手段と、前記受信処理を施す際に前
記フェーズドアレイアンテナのアンテナパターンが有す
る指向性によって発生する、前記各計測エリア内におけ
る方位ごとの受信利得の不均等を打ち消すべく、前記ア
ンテナパターンを前記各計測エリアごとに、前記フェー
ズドアレイアンテナのボアサイトに対して走査すること
で前記受信処理に係わる前記受信利得を均一化するビー
ム走査制御手段とを具備することを特徴とする。

【００１３】このように構成すると、ビーム走査制御手
段により、フェーズドアレイアンテナのアンテナパター
ンがボアサイトに対して走査される。これにより、ボア
サイトが回転軸周りに一定の速度で回転するにもかかわ
らず、アンテナパターンの高利得方向の回転速度は一定
ではなくなることになる。

【００１４】つまり、計測エリアの開始および終了時点
の近傍ではアンテナパターンの高利得方向が密に、計測
単位の中間近傍ではアンテナパターンの高利得方向が粗
になるように走査される。

【００１５】したがって、計測エリアごとに方位ごとの
受信利得の不均等が打ち消され、均一化されることにな
る。これにより処理精度の方位特性を抑圧することが可
能となる。このことは、出力パワーが同じであれば、最
大探知距離を延伸できることを意味する。また、最大探
知距離が等しければ、出力パワーを下げることが可能と
なり、レーダ装置の規模を縮小し、小型・軽量化を図る
ことが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】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。図１は、本発明の実施形態
に係わるパルスレーダ装置の構成を示す機能ブロック図
である。図１において、送信機２で発生出力されるレー
ダ送信信号は、サーキュレータ８を介してアンテナ１か
ら空間に向け放射される。このアンテナ１はフェーズド
アレイアンテナをなし、そのアンテナパターン（ビーム
方向）は制御部７からの制御に基づいて走査される。さ
らに、回転駆動機構４により一定速度でアジマス方向に
関して回転駆動されるようになっている。

【００１７】アンテナ１に到来した目標（図示せず）か
らのレーダ反射信号は、サーキュレータ８を介して受信
機５に導かれて受信処理を施される。受信信号は積分回
路６に入力され、ここでパルス積分処理を施されて目標
信号出力が得られる。

【００１８】ところで、制御部７は、本発明に係わる制
御機能として、ビーム走査制御手段７ａを備えている。
このビーム走査制御手段７ａは、アンテナ１のアンテナ
パターンを、アンテナ１のボアサイトに対して走査する
ための制御を行う。この走査の仕方が本発明の根幹をな
すもので、以下に詳しく説明する。

【００１９】次に、上記構成のパルスレーダ装置の動作
を説明する。まず、図２および図３を用いて概略的に説
明する。図２（ａ）は、本実施形態のパルスレーダ装置
を用いて、ある計測エリアに対してパルス積分処理を行
う仕方を示している。図２（ａ）において、レーダパル
スの放射角度は、積分期間の開始および終了時点の近傍
では密に、また積分期間の中央近傍では疎になってい
る。つまり積分されるパルスの間隔は、積分期間の両端
にいくほどに小さく、中央にいくほどに大きいものとな
っている。

【００２０】このとき、目標が積分開始パルスの近辺に
いた場合を考える（場合Ａとする）。つまり積分開始時
点において、既にアンテナが目標の位置する方位を向い
ているとする。この場合、図３（ａ）に示すように、積
分される利得はアンテナの回転に伴って、ＳＴＡＲＴか
らＥＮＤまで不均等の間隔をもって低下していく。積分
結果としての出力は、これらの和として与えられる。

【００２１】一方、図２（ａ）において目標が積分期間
の中心付近にいた場合を考える（場合Ｂとする）。つま
り積分期間の中間辺りで、アンテナが目標の位置する方
位を向くとする。

【００２２】この場合、図５（ｂ）に示すように、積分
される利得はアンテナの回転に伴って、ＳＴＡＲＴから
一旦上昇し、積分期間の中間で最大となりその後ＥＮＤ
まで低下していく。このときのアンテナ方位角度に対す
る間隔も不均等である。

【００２３】上記場合ＡおよびＢにおける、積分される
利得のアンテナ方位角度に対する間隔の不均等さは、ビ
ーム走査制御手段７ａによる制御によりもたらされる。
つまり、ビーム走査制御手段７ａは、積分期間の中央を
境として、この中央点よりも先行する時点では、アンテ
ナ１のアンテナパターンをアンテナ１の回転方向に対し
て逆方向に走査する。一方、積分期間の中央点よりも後
の時点では、アンテナ１のアンテナパターンをアンテナ
１の回転方向に対して順方向に走査する。そしてこの走
査の度合いは、積分期間の両端に近づくに連れて大きく
なる。

【００２４】換言すれば、ビーム走査制御手段７ａは、
アンテナ１の回転軸の全周囲方向に対して、積分開始時
点（積分終了時点）付近に対応する方位付近では、アン
テナ１の高利得位置が密に、積分期間の中央に対応する
方位付近では、アンテナ１の高利得位置が疎になるよう
に、アンテナ１のアンテナパターンを走査する。

【００２５】このようなビーム走査制御手段７ａによる
制御により、結果として、積分期間における積分結果は
目標の位置によらず均等になる。つまり図２（ａ）のよ
うに、積分利得の最大と最小値との差が小さくなる。こ
れにより大きな効果が得られるが、それは後述するとし
て、本実施形態におけるビーム走査制御手段７ａの制御
の仕方をより詳しく説明することにする。

【００２６】次に、下記に示した諸元を持つパルスレー
ダ装置を仮定して、このようなパルスレーダ装置におけ
るビーム走査制御手段７ａの制御の仕方を説明する。つ
まり、図３に示される（ビーム形状）アンテナパターン
は、数式を用いて解析的に表現できることが多い。そこ
で、アンテナパターンおよびその他のパラメータを定義
すると、ビーム走査制御手段７ａの制御の仕方も数式的
に表現できるはずである。そのような試みを、以下に示
す。以下の説明に用いるパルスレーダ装置の諸元を、以
下のように定義する。

【００２７】

【数１】 このように設計すると、１ＰＲＩ当たりの時間にアンテ
ナ１が回転する角度としてのΔφは、次の式（２）で表
される。

【００２８】

【数２】 ここで、積分区間における積分数ｎが１０であるので、
アンテナ１が積分期間中に回転する角度としてのΔθ
は、次の式（３）で表される。

【００２９】

【数３】

【００３０】さて、以上の量を用いて、従来のパルスレ
ーダ装置によりパルス積分処理を行った場合の積分損失
（ＬＯＳＳ）を、目標が積分開始パルスの位置にある場
合（上記場合Ａ）と、目標が積分期間の中心にある場合
（上記場合Ｂ）とに分けて求めると、それぞれ次の式
（４）、（５）で表される。

【００３１】

【数４】 なお、上記式（４）、（５）においてＰ（ψ）はアンテ
ナパターンであり、ここでは近似的に以下の式（６）で
表されるものを仮定した。

【００３２】

【数５】

【００３３】ここで、ψはアンテナ１のボアサイトに対
する角度を示す。また式（４）、（５）においてφ_A
（ｉ）およびφ_B （ｉ）は、それぞれ場合ＡおよびＢに
おけるｉ番目のパルスでの目標とボアサイトとの相対角
度であり、以下の式（７）で表される。

【００３４】

【数６】

【００３５】さて、上記式（４）、（５）に基づき、従
来のパルスレーダ装置における、（積分開始時の空中線
正面（ボアサイト）に対する目標の角度）と積分損失と
の関係を算出した。そのグラフを図４に点線で示す。こ
れから判るように、積分開始時に目標がボアサイト正面
にいた場合その損失は−３．９ｄＢとなり、目標が積分
期間中点（：０．３度）にいた場合には、損失は−１．
８ｄＢとなる。両者の差は大きく、またレーダ装置の性
能を評価する場合にはその基準を−３．９ｄＢに採らざ
るを得ない。

【００３６】次に、本実施の形態のパルスレーダ装置に
よりパルス積分処理を行った場合の積分損失を、場合Ａ
と場合Ｂとに分けて求める。本発明においては、ビーム
走査制御手段７ａによりビーム走査を行うので、これを
表す新たな量としてｉ番目のパルスに対するビーム走査
角Φ（ｉ）を定義する。定義の仕方は様々あるが、本実
施形態では次の式（８）のように定義した。

【００３７】

【数７】

【００３８】ここで、ｋは積分損失を更に低下させるた
めに設けた係数で、本発明の要旨には直接の関係はない
が、このｋを適切に設定することでより大きな効果を見
込むことができる。

【００３９】式（８）に示すごとくビーム走査を行う
と、ｉ番目のパルスでの、目標とボアサイトとの相対角
度は以下の式（９）で示されるようになる。つまりビー
ム走査を行うことで、式（７）が式（９）に書き換えら
れる。

【００４０】

【数８】 この式（９）に基づき積分損失ＬＯＳＳを求めると、次
の式（１０）に示すようになる。

【００４１】

【数９】

【００４２】この式（１０）、（５）に基づき、本実施
形態のパルスレーダ装置における（積分開始時の空中線
正面に対する目標の角度）と積分損失との関係を算出し
た。そのグラフを図４に実線で示す。ただし、ｋ＝２．
０３とした。これによれば、最大の損失は−３．３ｄＢ
となる。

【００４３】すなわち、式（８）に示すようにビーム走
査を行うことで、積分損失を０．６ｄＢ削減させること
が可能となる。つまり、性能を評価する際の基準を０．
６ｄＢ向上させることができるようになる。

【００４４】かくして本実施形態では、ビーム走査制御
手段７ａを設け、アンテナ１の回転に伴いアンテナ１の
アンテナパターンをボアサイトに対して走査して、積分
開始時点（積分終了時点）付近に対応する方位近傍では
アンテナ１の高利得位置が密に、積分期間の中央に対応
する方位近傍ではアンテナ１の高利得位置が疎になるよ
うにしている。

【００４５】このようにすることで、アンテナ１の指向
性によらず、積分される受信利得を全方位に渡って均等
にすることができるようになり、積分出力の方位ごとの
ばらつきを解消できる。

【００４６】したがって、パルス積分処理の精度の方位
特性を抑圧することが可能となる。これにより性能評価
の際の基準を引き上げることができ、本来の性能を十分
に発揮することが可能となる。また、従来のパルスレー
ダ装置に比較して、出力パワーが同じであれば、最大探
知距離を延伸できるようになる。また、最大探知距離を
等しくすれば、出力パワーを下げることができるので、
規模の縮小、小型・軽量化を図ることが可能となる。

【００４７】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。上記実施形態においては、パルス積分
処理機能を有するパルスレーダ装置に対して本発明を適
用したが、これに限らず、所定の計測エリアにおいて複
数の受信信号を用いる処理を施す機能を有したパルスレ
ーダ装置の全てに対して本発明は有効である。このよう
な処理機能の他の例としては、パルス・ドプラ処理が挙
げられる。

【００４８】また、上記実施形態ではパルスの送信およ
び受信を一つのアンテナを介して行っているが、送信用
および受信用のアンテナを別々に設けても本発明が有効
であることは言うまでもない。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々の変形実施を行うことができる。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明は、パルスレ
ーダ装置におけるアンテナをフェーズドアレイアンテナ
とし、かつビーム走査制御手段を設け、このビーム走査
制御手段により、計測エリアごとに、アンテナパターン
をボアサイトに対して走査して、受信利得を均一化する
ようにしたので、計測エリアごとに復数の受信信号を用
いる処理を施した際に生じる処理精度の方位特性を抑圧
することができるようになり、これにより捜索性能を更
に向上させたパルスレーダ装置を提供することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係わるパルスレーダ装置
の構成を示す機能ブロック図。

【図２】 本発明の実施形態に係わるパルスレーダ装置
における積分処理の仕方およびその信号利得特性を示す
図。

【図３】 本発明の実施形態に係わるパルスレーダ装置
における積分位置を示す図。

【図４】 本発明の実施形態に係わるパルスレーダ装置
の積分損失を、従来のレーダ装置との比較において示し
た図。

【図５】 従来のパルスレーダ装置における積分処理の
仕方およびその信号利得特性を示す図。

【図６】 従来のパルスレーダ装置における積分位置を
示す図。

【符号の説明】

１…アンテナ ２…送信機 ３…方位ビーム走査回路 ４…回転駆動機構 ５…受信機 ６…積分回路 ７…制御部 ７ａ…ビーム走査制御手段 ８…サーキュレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹谷 晋一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝小向工場内 Ｆターム(参考） 5J070 AA14 AB01 AD01 AD10 AG08 AH02 AK22 AK33

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸周りに一定の回転速度で回転駆動
   されるフェーズドアレイアンテナと、 このフェーズドアレイアンテナからレーダパルスを繰り
   返し放射するレーダパルス放射手段と、 このレーダパルス放射手段により放射された前記レーダ
   パルスに基づく反射パルスを受信して、複数の計測エリ
   アごとに、復数の受信信号を用いる受信処理を施す受信
   信号処理手段と、 前記受信処理を施す際に、前記フェーズドアレイアンテ
   ナのアンテナパターンが有する指向性によって発生す
   る、前記各計測エリア内における方位ごとの受信利得の
   不均等を打ち消すべく、前記アンテナパターンを、前記
   各計測エリアごとに、前記フェーズドアレイアンテナの
   ボアサイトに対して走査することで、前記受信処理に係
   わる前記受信利得を均一化するビーム走査制御手段とを
   具備することを特徴とするパルスレーダ装置。
2. 【請求項２】 前記ビーム走査制御手段は、 パルス繰り返し間隔をＴ［秒］、 前記フェーズドアレイアンテナの回転角速度をω［ｒ．
   ｐ．ｍ：回転／分］ 前記計測エリアごとのパルス受信回数をｎ、 ｋを任意定数、 前記計測エリアにおける最初からｉ番目のパルスのビー
   ム走査角をΦ（ｉ）としたとき、 ｉ≦ｎ／２のときには、 Φ（ｉ）＝ｋ・（１−ｉ）・Ｔ・ω・３６０／６０
   ［度］ ｉ≧ｎ／２のときには、 Φ（ｉ）＝ｋ・（ｎ−ｉ）・Ｔ・ω・３６０／６０
   ［度］ なるビーム走査角をもって、前記各計測エリアごとに、
   前記アンテナパターンを前記フェーズドアレイアンテナ
   のボアサイトに対して走査することを特徴とする請求項
   １記載のパルスレーダ装置。