JP2001228243A

JP2001228243A - ドップラーレーダ装置及びそのビーム走査方法

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Publication number: JP2001228243A
Application number: JP2000040727A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Omori; 康伸大森; Kiyoyuki Hata; 清之畑
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2001-08-24
Anticipated expiration: 2020-02-18
Also published as: JP3520829B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ドップラーレーダのアンテナの回転を制御す
ることで地形エコーのスペクトル幅の拡大を防止し、Ｍ
ＴＩフィルタの効果を向上させて、レーダの探知性能を
向上する。【解決手段】アンテナビームの走査において、アンテ
ナビームの回転角速度を低下させる期間を設け、アンテ
ナビームの走査に起因するスペクトル幅の拡大を防止
し、角速度の低下期間中の受信エコー信号から距離情
報、速度情報を求め、アンテナビームの走査に起因する
虚偽の速度情報の発生を減少させることでＭＴＩフィル
タの効果を向上させて、ドップラーレーダの探知性能を
向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はレーダ装置に関す
るもので、特に移動物標と固定物標を識別する性能を向
上させるドップラーレーダ装置及びそのビーム走査方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ドップラーレーダ装置において
は、広域な空間に存在する物標のドップラー速度を測定
する場合に、例えば図１２のアンテナビームパターンに
示すように１０度以下のビーム幅θ_BWの指向性アンテナ
を等速度で回転させ、アンテナ方位θのビーム幅θ_BWの
領域に含まれる複数のエコーのスペクトルを解析するこ
とで、アンテナ方位θ方向に存在する物標のドップラー
速度を測定している。

【０００３】一般に、ドップラーレーダ装置は固定物標
と移動物標のエコーが混在する中で移動物標のエコーを
検出対象とする。また、エコー信号のスペクトルを解析
して移動物標の速度を推定する場合に、エコー信号の中
に地形エコーのような速度０の固定物標のエコーが含ま
れていると速度推定に支障をきたすことがあるため、固
定物標のエコーは除去しなければならない。

【０００４】このため、低域遮断フィルタ機能を有する
ＭＴＩ（Moving Target Indicator）フィルタを使用し
て固定物標のエコーを遮断し、移動物標のエコーを抽出
している。

【０００５】ＭＴＩフィルタは固定物標に起因する０ド
ップラ周波数成分を除去し、一方、微速度で移動する物
標に起因する０近傍のスペクトル成分を確実に抽出する
ために、阻止域の狭い低域遮断フィルタで構成する。

【０００６】しかし、図１２のアンテナビームパターン
に示すような鋭い指向特性のアンテナを回転させて広範
囲を走査するレーダのエコーは、アンテナビームの走査
に応じて振幅変調されて強度が変化する。

【０００７】例えば、図１３のようにθ＝θ_Tの方向に
点物標のエコーを捉えた場合に、エコーの受信電力は図
１４のようにアンテナビームパターンに対応した変化を
する。

【０００８】図１３において、アンテナビームの回転角
度θ、アンテナビームの角速度ω、走査時間ｔは、ｔ＝
θ／ωの関係があり、また図１４のエコーは送信と受信
の２回アンテナビームパターンの影響を受ける。

【０００９】ここで、アンテナビーム走査の影響を受け
て図１４のような振幅変動を持ったエコーは、図１５の
（１０１）のように幅の広がったスペクトルを持つ。

【００１０】一方、アンテナを回転させずに複数のパル
スを送信すると、受信されるエコーのスペクトルはアン
テナビーム走査によって振幅変動が発生することなく同
じ電力で受信されるので、図１５の（１００）のように
幅の狭いスペクトルになる。

【００１１】以上に説明したエコースペクトルの広がり
に関する現象は、アンテナビームをガウス関数と仮定す
ると、アンテナ走査に基づくクラッタスペクトラムの標
準偏差を示す下記の式（１）で評価できる。［出典：電
子通信シリーズ「レーダ技術（その１）」Ｐ７８昭
和５６年３月１０日電子通信学会発行］ σ＝ω／（３．７８θ_BW）＝１／（３．７８ｔ_BW） ………（１）ここで、σ：エコースペクトルの標準偏差、ω：アンテ
ナビームの回転角速度、θ_BW：アンテナビームの電力半
値幅、ｔ_BW：ビームが物標に当っている時間である。

【００１２】（１）式から、エコースペクトルの標準偏
差、即ちスペクトルの幅σはアンテナビームの回転角速
度ωが遅くなれば、或いはアンテナビームの電力半値幅
θ_BWまたはビームが物標に当っている時間ｔ_BWが大きく
なれば狭くなることが理解できる。

【００１３】図１５の（１０１）のような幅の広がった
スペクトルを遮断するためには、ＭＴＩフィルタの阻止
域は（１０１）のスペクトル幅に応じて広く設定しなけ
ればならない。この条件は微速度で移動する物標を探知
するためにＭＴＩフィルタの阻止域を狭く設定しなけれ
ばならない条件に相反することになる問題があった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のド
ップラーレーダ装置においては、広域を走査するアンテ
ナを等速度で回転させ、その間に観測されるエコーを受
信し、ＭＴＩフィルタを用いて地形エコーを除去し、速
度をもつ物標のスペクトルを解析して物標の位置、速度
を探知する。

【００１５】しかし、本来狭いはずの地形エコーのスペ
クトル幅がアンテナの回転によって拡大するので、ＭＴ
Ｉフィルタの効果は低下して、探知性能の向上には限界
があった。

【００１６】この発明は、係る問題を解決するためにな
されたものであり、アンテナビーム走査に起因する虚偽
のドップラ速度の発生を抑圧して誤警報の発生を低下さ
せ、かつ探知性能を向上させることを目的とする。つま
りこの発明は、アンテナのビーム走査に変化を与えるこ
とで地形等のエコーのスペクトル幅が広がることを防
ぎ、ＭＴＩフィルタの阻止帯域を必要最小限にして微速
度で移動する物標のスペクトルを阻止することなく探知
性能を向上させることを目的とする。

【００１７】そのために、アンテナビームの回転を停止
または回転速度を低下させて移動物標が探知できるよう
にレーダ装置を構成し、エコー信号が受ける振幅変動の
影響を少なくして（１００）のような幅の狭いエコース
ペクトルにする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るドップラーレーダ装置は、所定の移動速度以上で運動
する移動物標を検出するに際し、レーダパルスを空間に
放射し空間より反射したレーダパルスを受信するレーダ
アンテナと、このレーダアンテナのビーム幅により決ま
るビーム走査ステップ角度のアンテナ回転動作と上記移
動速度により決まるビーム走査停止期間中のアンテナ停
止動作とを上記レーダアンテナに対し交互に与えるアン
テナ駆動手段とを備え、上記レーダアンテナは上記ビー
ム走査停止期間中にレーダパルスの送信・受信を行うよ
うにしたものである。

【００１９】この発明の請求項２に係るドップラーレー
ダ装置は、上記ビーム走査ステップ角度を、レーダアン
テナのビーム幅以下の角度としたものである。

【００２０】この発明の請求項３に係るドップラーレー
ダ装置は、上記ビーム走査ステップ角度を、３６０°／
Ｎ（Ｎ：１以上の整数）で決まる値とは異なる角度にし
たものである。

【００２１】この発明の請求項４に係るドップラーレー
ダ装置は、上記アンテナ駆動手段は上記レーダアンテナ
の基準位置からの回転角度を検出する回転角度検出手段
または上記レーダアンテナの回転角速度を検出する回転
角速度検出手段を備え、上記回転角度または回転角速度
を上記アンテナ回転動作の補正に用いるようにしたもの
である。

【００２２】この発明の請求項５に係るドップラーレー
ダ装置は、所定の移動速度以上で運動する移動物標を検
出するに際し、レーダパルスを空間に放射し空間より反
射したレーダパルスを受信する主反射鏡、この主反射鏡
との間で上記レーダパルスの送信・受信を行う副反射鏡
を有するレーダアンテナと、上記主反射鏡のビーム幅と
上記移動速度により決まる回転角速度での主反射鏡回転
動作を上記主反射鏡に対し与える主反射鏡駆動手段と、
上記主反射鏡回転動作に重畳させ、上記主反射鏡の１／
２の回転角速度での上記主反射鏡と同じ方向への副反射
鏡回転動作とこの副反射鏡回転動作の開始位置への副反
射鏡復帰動作とを上記移動速度により決まる一定周期で
上記副反射鏡に対し交互に与える副射鏡駆動手段とを備
え、上記レーダアンテナは上記主反射鏡駆動手段と副反
射鏡駆動手段との回転動作の組合せにより生ずる上記一
定周期に相当するビーム走査停止期間中にレーダパルス
の送信・受信を行うようにしたものである。

【００２３】この発明の請求項６に係るドップラーレー
ダ装置は、上記主反射鏡駆動手段は上記主反射鏡の基準
位置からの回転角度を検出する主反射鏡回転角度検出手
段または上記主反射鏡の回転角速度を検出する主反射鏡
回転角速度検出手段を備え、上記副反射鏡駆動手段は上
記副反射鏡の基準位置からの回転角度を検出する副反射
鏡回転角度検出手段または上記副反射鏡の回転角速度を
検出する副反射射鏡回転角速度検出手段を備え、上記主
反射鏡の回転角度または回転角速度を上記主反射鏡回転
動作の補正に用い、上記副反射鏡の回転角度または回転
角速度を上記副反射鏡回転動作の補正に用いるようにし
たものである。

【００２４】この発明の請求項７に係るフェーズドアレ
イ方式のドップラーレーダ装置は、所定の移動速度以上
で運動する移動物標を検出するに際し、位相制御可能な
複数の移相器、この移相器に対応して接続される複数の
アンテナ素子とを有し、上記複数の移相器への位相制御
の結果上記アンテナ素子で形成されるビームにより、レ
ーダパルスを空間に放射し空間より反射したレーダパル
スを受信するレーダアンテナと、このレーダアンテナの
ビーム幅により決まるビーム走査ステップ角度を与える
位相制御量を算出し、上記移動速度により決まるビーム
走査停止期間中は上記位相制御量を維持する位相制御手
段とを備え、上記レーダアンテナは上記ビーム走査停止
期間中にレーダパルスの送信・受信を行うようにしたも
のである。

【００２５】この発明の請求項８に係るドップラーレー
ダ装置のビーム走査方法は、所定の移動速度以上で運動
する移動物標を検出するに際し、レーダアンテナのビー
ム指向方向を固定した後、上記移動速度により決まるビ
ーム走査停止期間中にレーダパルスを空間に放射し空間
より反射したレーダパルスを受信し、その後上記レーダ
アンテナのビーム幅により決まるビーム走査ステップ角
度だけ上記レーダアンテナのビーム指向方向を変更し固
定するようにしたものである。

【００２６】この発明の請求項９に係るドップラーレー
ダ装置は、予め記憶された固定物標の位置情報を用い、
上記固定物標の方位で上記アンテナ回転動作とアンテナ
停止動作を行うようにしたものである。

【００２７】この発明の請求項１０に係るドップラーレ
ーダ装置は、ＭＴＩフィルタの高域側に所定の通過域を
有するドップラー成分検出用フィルタを備え、このドッ
プラー成分検出用フィルタからの出力が存在する場合に
上記アンテナ回転動作とアンテナ停止動作を行うように
したものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１に係るドップラーレーダ装置の構成図であ
る。一般に、アンテナ回転角は方位角と仰角等で構成す
るが、本発明は方位角、仰角等の何れにも適用できるの
で実施の形態は方位角の動作例についてのみ説明する。
図２は本発明の実施の形態１に係るアンテナビームの回
転動作を示す図である。

【００２９】実施の形態１において、アンテナ主軸がス
テップ状に回転駆動されてアンテナビームが全方位を走
査する。ステップ幅（「ビーム走査ステップ角度」とも
いう）は隣接ステップ間に存在する物標を逃すことなく
探知できるように、例えば図３のようにアンテナビーム
の電力半値幅θ_BW間隔で駆動する。例えば、半値幅θ _BW
が６度の場合上記ステップ幅を６度とし、全方位を６０
ステップで走査する。

【００３０】図１において、アンテナ主軸（１）は駆動
部（２）によって駆動されてアンテナビームが図２に示
すステップ状の回転をする。受信エコーはデータメモリ
ー（３）に蓄積され、アンテナ停止位置θ_Nにおけるア
ンテナ回転停止区間τ_ω ₌₀（「ビーム走査停止期間」と
もいう）の収集データに基づいて演算処理部（４）でＭ
ＴＩフィルタ処理、スペクトル解析を行い移動物標の位
置、速度を得る。全方位の情報は各ステップの情報を集
約して得る。一連の動作は制御部（５）で管理され、駆
動部（２）にアンテナ停止位置θ_Nの指令値を与えると
伴に、データメモリ（３）と演算処理部（４）にアンテ
ナ停止位置θ_N、及びアンテナ回転停止区間τ_ω ₌₀の情
報を与えて収集データの管理と演算処理を指令する。

【００３１】上記スペクトル解析は、ビーム走査停止期
間の収集データを例えばフーリエ変換したスペクトルを
用いて行われる。このときスペクトル幅は有限のビーム
走査停止期間により決まる一定の広がりを持つ（図１２
の１００のように狭いながらも幅を持ったスペクトルと
なる）。そしてこれが移動物標の最低検出速度を決定す
る（前記「最低検出速度」の他、「速度分解能」（異な
る速度を分離検出できる性能）も決定する）こととな
る。従って、逆に、ビーム走査停止期間はドップラーレ
ーダ装置で要求される最低検出速度（さらに必要に応じ
て、ドップラーレーダ装置で要求される「速度分解
能」）により決める必要がある。

【００３２】上記は制御部（５）の一元管理で一連の動
作を行う例を説明したが、角度検出部（６）で検出され
たアンテナ主軸角度θ_A（レーダアンテナの基準位置か
らの「回転角度」）の時間変化率からアンテナ主軸角速
度ω_A（レーダアンテナの「回転角速度」）を算出し、
ω_A＝０を規準にアンテナビームの停止位置θ_N、停止区
間τ_ω ₌₀を設定してデータメモリ（３）に蓄積された受
信エコーデータの演算処理領域を定めてもよい。或い
は、アンテナ主軸（１）に取り付けられた速度検出部
（７）でアンテナ主軸角速度ω_Aを検出して上記と同様
の処理を行うことも可能である。なお、上記はアンテナ
が理想的に駆動できるものとして説明したが、実施にお
いてはアンテナ機構の慣性モーメント、摩擦等のため完
全なステップ状の駆動にはなることはないが本発明の範
囲を逸脱するものではない。ただし、アンテナの回転精
度をさらに高めるためには、上記θ_Aまたはω_Aをアンテ
ナ駆動のフィードバックデータとして用い、アンテナの
回転動作を補正するのが望ましい。

【００３３】ステップ駆動を円滑に行うために、アンテ
ナ構造体は高剛性に構成し、アンテナ主軸（１）は適度
の摩擦を与え、慣性モーメントを極小化して構成する。
駆動部（２）はステップモータ、またはダイレクトドラ
イブモータ、または汎用モータとクラッチを組合せた方
式、または速度ループと位置ループで構成するサーボ機
構による方式、或いは差動機構に主モータとサブモータ
を組合せた方式等で構成する。

【００３４】アンテナ回転停止区間τ_ω ₌₀の受信エコー
はアンテナビームの回転により発生する振幅変動がな
く、広がりのない幅の狭いスペクトルになるので、虚偽
のドップラ速度を抑圧するためにＭＴＩフィルタの低域
遮断帯域を広げる必要もなく、狭帯域で構成できるため
に微速度で移動する物標も漏らすことなく探知すること
が可能になる。

【００３５】次に、ステップ駆動の隣接ステップの間に
存在する物標をより確実に探知するために、アンテナ回
転周期毎に停止位置をオフセットさせても良い。例えば
６度ステップ毎に１回転を６０ステップで走査する計画
では、アンテナ２回転で（６０×２＋１）ステップ進む
ように設定する。この場合、１ステップは約５．９５度
で、６０ステップ目は３５７．０２度になり、２周目の
ステップ位置は２．９８度から始まるので一周目のステ
ップ位置の間を走査する。さらにきめこまかくオフセッ
トするには、１回転をＳステップで走査し、ステップ間
をＮ分割にオフセットする場合は、１ステップ当り３６
０Ｎ／（ＳＮ＋１）度で駆動する。また、一般的にはス
テップ幅をアンテナのビーム幅以下とし、かつ３６０／
Ｎ（Ｎ：１以上の整数）以外の値に設定すれば、アンテ
ナは完全に一回転することはなく、上記オフセットを発
生させることができる。

【００３６】実施の形態２．図４は実施の形態２に係る
ドップラーレーダ装置の構成図である。実施の形態１で
は、アンテナビームをステップ状に回転走査するために
アンテナ主軸を駆動した。実施の形態２では、アンテナ
の給電部から主反射鏡までの電波伝送路の構成要素を操
作してアンテナビームの走査を行う。電波伝送路の構成
要素とは、例えば主反射鏡―副反射鏡―放射器−給電部
を構成要素とするもの、或いは主反射鏡―放射器―給電
部を構成要素とするもの等がある。本実施の形態では、
副反射鏡の回転は主反射鏡の回転に重畳させて行われ
る。この重畳は例えば、駆動部２により主反射鏡と副反
射鏡駆動部９を同時に回転させ、さらに副反射鏡を上記
副反射鏡駆動部９により回転させることによって実現で
きる。図中、（主反射鏡）アンテナ主軸１から副反射鏡
駆動部９に延びている破線は、駆動部２により主反射鏡
と副反射鏡駆動部９を同時に連動して回転することを示
すものである。

【００３７】例えば、図５のようにアンテナ主軸に平行
な軸上で副反射鏡を時計方向にθ_S回転するとアンテナ
ビームθは反時計方向に２θ_S回転する。従って、副反
射鏡の回転角度θ_S、角速度ω_Sをアンテナ主軸の回転角
度θ_A、角速度ω_Aに同期して駆動することで図２、図３
と同様のアンテナビーム走査ができる。

【００３８】図６はアンテナ主軸回転角度θ_A、副反射
鏡回転角度θ_Sとアンテナビーム回転角度θの関係を示
し、図７はアンテナ主軸角速度ω_A、副反射鏡角速度ω_S
とアンテナビーム角速度ωの関係を示す。アンテナ主軸
角度θ_Aが予め設定された位置になると、副反射鏡はア
ンテナ主軸角速度ω_Aの１／２の角速度で初期位置から
回転を開始する。ω_S＝ω_A／２の関係を保ちながらアン
テナ主軸と副反射鏡が回転するのでアンテナビームの角
度変位は、θ＝θ_A−２θ_S＝ω_Aｔ−２ω_Sｔ＝０である
からアンテナビームは回転しない。副反射鏡が回転を継
続している間はアンテナビームは回転を停止しているの
で、この間にエコーデータを収集する。アンテナビーム
が所定の回転停止区間τ_ω ₌₀を過ぎると、副反射鏡は回
転を反転して急速に初期位置に戻り、再び回転を開始す
る。副反射鏡の回転開始時点にアンテナ主軸の角度を読
み取り、アンテナビームの停止位置、即ちエコーデータ
の収集角度θ_Nを決定する。つまり、アンテナビーム回
転停止区間を周期として副反射鏡に回転動作と回転開始
位置への復帰動作とを与えることで所定のステップ幅で
のビーム走査を行うことができる。

【００３９】図４において、アンテナ主軸（１）と副反
射鏡軸（８）は駆動部（２）と副反射鏡駆動部（９）に
よって各々駆動されてアンテナ主軸、副反射鏡及びアン
テナビームは図６、図７に示す回転をする。アンテナ主
軸角速度ω_Aと副反射鏡角速度ω_S並びにアンテナ主軸と
副反射鏡の初期位置は制御部から指令値が与えられる。
アンテナ主軸と副反射鏡の角度θ_A、θ_S並びに角速度ω
_A、ω_Sは角度検出部（６）、（１０）並びに速度検出部
（７）、（１１）で検出されて制御部（５）で監視され
る。受信エコーはデータメモリー（３）に蓄積され、ア
ンテナビーム停止位置θ_Nにおけるアンテナビーム回転
停止区間τ_ω ₌₀の収集データに基づいて演算処理部
（４）でＭＴＩフィルタ処理、スペクトル解析を行い移
動物標の位置、速度を得る。全方位の情報は各ステップ
の情報を集約して得る。一連の動作は制御部（５）で管
理され、駆動部（２）と副反射鏡駆動部（９）に上記一
連の指令値を与えると伴に、データメモリ（３）と演算
処理部（４）にアンテナビーム停止位置θ_N、及びアン
テナビーム回転停止区間τ_ω ₌₀の情報を与えて収集デー
タの管理と演算処理を指令する。

【００４０】なお、実際の角速度ω_A（＝２ω_S）、アン
テナビーム回転停止区間τ_ω ₌₀は、実施の形態１の場合
と同様に、ドップラーレーダ装置への要求仕様から決定
される。τ_ω ₌₀については、移動物標の最低検出速度
（さらに必要に応じて、ドップラーレーダ装置で要求さ
れる「速度分解能」）により決まる。また、図６にてス
テップ幅＝ω_A＊τ_ω ₌₀であることから、ステップ幅
（主反射鏡のビーム幅以下の値）を決めれば、（既に決
まっているτ_ω ₌₀も用いて）前記式よりω_Aを決定でき
る。

【００４１】以上のように構成することで図２、図３同
様のアンテナビーム走査ができるので実施の形態１と同
様の効果を奏する。

【００４２】なお、上記の図５、図６、図７に基づく実
施例は、副反射鏡の回転を反転して初期位置に戻し、再
び回転を開始させる構成について説明したが、１枚以上
の副反射鏡からなる構成体を同一方向に回転させ、アン
テナ主軸の回転と構成体の回転を同期させて、上記実施
例と同様にアンテナビームの回転が停止する区間を作
り、この間のエコーデータを収集するように構成しても
よい。

【００４３】また、実施の形態１の場合と同様、主反射
鏡、副反射鏡の回転精度を高めるために、上記θ_Aまた
はω_A、上記θ_Sまたはω_Sを各反射鏡駆動のフィードバ
ックデータとして用い、回転動作を補正するのが望まし
いことはいうまでもない。

【００４４】実施の形態３．図８は、実施の形態３に係
るドップラーレーダ装置の構成図である。実施の形態１
では、アンテナビームをステップ状に回転走査するため
にアンテナ主軸を駆動した。実施の形態３では電子走査
式のアンテナ、例えば電子走査式のフェーズドアレイア
ンテナを用いて電子的にアンテナビームを走査する。

【００４５】電子走査式のフェーズドアレイアンテナ
（１２）は、例えば複数のアンテナ素子とアンテナ素子
に対応した複数の移相器でアンテナを構成する。アンテ
ナパターン、アンテナビームの方向は移相器の位相量Φ
［Φ₁…Φ_P］を制御して操作し、アンテナビームを所望
の方向へ向けるためには、所望の方向へアンテナビーム
が向くように予め設定された制御信号Ｃ［Ｃ₁…Ｃ_P］を
移相器へ与えることでアンテナビームの方向を制御す
る。従って、アンテナビームをステップ状に駆動するた
めに所望のステップ方向に対応する制御信号を制御部
（５）から移相器へ逐次に与えることで図２、図３と同
様のアンテナビーム走査ができる。

【００４６】制限された走査範囲のフェーズドアレイア
ンテナ（１２）で全方位を走査するためにアンテナ主軸
（１）を回転させてフェーズドアレイアンテナの走査範
囲を拡大する。アンテナ主軸（１）にフェーズドアレイ
アンテナ（１２）を搭載するために、アンテナビーム角
度θとアンテナ主軸角度θ_A、フェーズドアレイアンテ
ナ単体のビーム角度θ_Pはθ＝θ_A＋θ_Pの関係になる。
アンテナ主軸（１）の回転を停止し、フェーズドアレイ
アンテナ（１２）のビームをステップ状に駆動してアン
テナビームを所望の停止位置θ_Nへ向ける。

【００４７】受信エコーはデータメモリー（３）に蓄積
され、アンテナビーム停止位置θ_Nにおけるアンテナビ
ーム回転停止区間τ_ω ₌₀の収集データに基づいて演算処
理部（４）でＭＴＩフィルタ処理、スペクトル解析を行
い移動物標の位置、速度を得る。全方位の情報は各ステ
ップの情報を集約して得る。一連の動作は制御部（５）
で管理され、駆動部（２）とフェーズドアレイアンテナ
（１２）の移相器に上記一連の指令値を与えると伴に、
データメモリ（３）と演算処理部（４）にアンテナビー
ム停止位置θ_N、及びアンテナビーム回転停止区間τ_ω
₌₀の情報を与えて収集データの管理と演算処理を指令す
る。

【００４８】なお、実際のアンテナビームのステップ
幅、アンテナビームのビーム走査停止期間は、実施の形
態１の場合と同様に、ドップラーレーダ装置への要求仕
様から決定される。ビーム走査停止期間については、移
動物標の最低検出速度（さらに必要に応じて、ドップラ
ーレーダ装置で要求される「速度分解能」）により決ま
る。また、ステップ幅については、フェーズドアレイア
ンテナのビーム幅以下の値に設定すればよい。

【００４９】以上のように構成することで実施の形態１
と同様の効果を奏する。

【００５０】なお、上記実施例はアンテナ主軸（１）の
回転を停止してフェーズドアレイアンテナ（１２）のビ
ームを駆動する例を示したが、上記実施の形態２と同様
にアンテナ主軸（１）を回転した状態でフェーズドアレ
イアンテナのビームを駆動しても同等の効果を得ること
ができる。この場合に、フェーズドアレイアンテナ単体
のビーム角度θ_Pはアンテナ主軸角度θ_Aに対して逆方向
にのみ駆動される。

【００５１】実施の形態４．図９は、実施の形態４に係
るドップラーレーダの構成図である。実施の形態４は固
定レーダ装置、特に気象レーダ装置のようにレーダ装置
が周囲環境のなかに固定されており、探査期間中はレー
ダアンテナと固定物標の相対的な位置関係が変わらない
ものについて適用する。固定レーダ装置において、一般
に周囲環境の山、建物等の固定物標のエコーの出現場所
は固定しているので出現を予測することが可能である。
従って、固定物標が存在し固定物標のエコーの出現が予
測できる方向はアンテナの回転を停止または回転速度を
低下させ、アンテナビームの走査による建物等のエコー
信号の振幅変動の影響を少なくしてスペクトル幅が広が
ることを防ぎ、ＭＴＩフィルタの阻止帯域を必要最小限
に狭くして微速度で移動する物標のスペクトルを阻止す
ることなく探知性能を向上させることが可能である。

【００５２】図９において、固定物標予測メモリー（１
３）は固定物標エコーの位置情等が記憶されている。位
置情報等は予め周囲環境の情報から書き込み、必要に応
じて逐次更新する。

【００５３】固定物標エコーの位置情報等の入手方法
は、例えば、最初にアンテナビームを低速で走査し、Ｍ
ＴＩフィルタの阻止帯域に相当する通過帯域のフィルタ
等で固定物標エコーを抽出して位置情報等を入手するこ
とができる。また、地図情報等から固定物標の存在が予
測できる地域に対してアンテナビームを低速で走査する
等しても得ることができる。固定物標予測メモリー（１
３）に書き込まれた固定物標エコーの位置情報等はアン
テナビーム走査のプログラムデータとして読み出され
る。プログラムデータで固定物標エコーの存在が予測さ
れる方向はアンテナビーム走査の角速度を低下させ、或
いは実施の形態１乃至実施の形態３の方法でアンテナビ
ーム走査を行い、ＭＴＩフィルタは走査形態に最適な設
定を行う。固定物標エコーの存在が予測されない方向に
ついては、探索時間を短くする場合は、上記措置より
も高速度な通常の角速度のアンテナビーム走査と、通状
のＭＴＩフィルタの阻止帯域に設定する。或いは、微
速度で移動する物標の探知性能を向上させる場合は、Ｍ
ＴＩフィルタの阻止帯域を通常より狭く設定し、アンテ
ナビームは通常もしくは通常より遅く走査する。

【００５４】上記の固定物標予測メモリーは固定物標エ
コーから成る位置情報等を収録した。エコーは対象レー
ダ装置の送信周波数、送信パルス幅、偏波等の要素で形
態が変化するので、対象レーダ装置の動作モードに対応
したエコー情報を予測メモリーとして収録しておく。或
いは、固定物標の地理情報等のデータを収録し、演算処
理してエコー情報と同等の信号を得てもよい。或いは、
固定物標エコーの予測精度は劣化するが固定物標の地理
情報をそのまま用いることも可能である。

【００５５】上記のように、固定物標予測メモリーに収
納された固定物標エコーの位置情報等に応じて、アンテ
ナビームの走査形態とＭＴＩフィルタの阻止帯域を、固
定レーダ装置とその設置周囲環境に特有の固定物標に対
して適応的に制御することで、短い走査時間で良好な探
知性能のドップラーレーダ装置を構成できる。

【００５６】なお、上記説明では、固定物標予測メモリ
ーに記憶するデータはレーダで取得した情報から自動的
に得られるものとしているが、ユーザの手動入力によっ
て入力するようにしてもよい。

【００５７】また、固定物標予測メモリーはアンテナビ
ーム走査周期毎に逐次更新して予測精度を向上させるこ
ともできる。

【００５８】さらにまた、固定物標予測メモリーの予測
データと収集エコーの相互相関値を求め、所定の閥値以
上の相関値を持つ収集エコーを固定物標エコーとみなし
て効率良く移動物標エコーを抽出することもできる。

【００５９】実施の形態５．図１０は、実施の形態５に
係るドップラーレーダの構成図である。実施の形態５は
実施の形態４と同様に固定レーダ装置に係るもので、ア
ンテナビーム走査で発生する虚偽のドップラー成分を検
出する手段を設け、検出出力が有意のアンテナビーム方
向はビーム走査の角速度を低下させ、或いは実施の形態
１乃至実施の形態４の方法でアンテナビーム走査を行
い、虚偽のドップラー成分の発生を低下させて探知性能
の向上を計るものである。

【００６０】虚偽ドップラー成分の検出手段は帯域通過
フィルタ等で構成する。図１１のように、帯域通過フィ
ルタ（１４）の通過帯域Ｂ_DOPはＭＴＩフィルタの低域
阻止帯域Ｂ_MTIの外側に設定する。ＭＴＩフィルタの低
域阻止帯域Ｂ_MTIは虚偽ドップラー成分を生じていない
固定物標のエコースペクトルを阻止できる帯域に設定す
る。一方、帯域通過フィルタ（１４）の通過帯域Ｂ_DOP
は、ＭＴＩフィルタの低域遮断周波数と前記（１）式の
σ（エコースペクトルの標準偏差）等で決定できる周波
数、例えば３σの間を通過帯域にする。

【００６１】帯域通過フィルタ（１４）は虚偽ドップラ
ー成分と微速度移動物標のドップラー成分の両方を通過
域に含むため、虚偽ドップラー成分検出手段は何れの成
分が存在しても有意信号を出力するが、アンテナビーム
走査の角速度を低下させ、或いは実施の形態１乃至実施
の形態４の方法でアンテナビーム走査を行うと、虚偽ド
ップラー成分はＭＴＩフィルタの低域阻止帯域Ｂ_MTIに
移行するのでＭＴＩフィルタで虚偽ドップラー成分を阻
止できる。また、虚偽ドップラー成分の検出手段は低域
通過フィルタで構成することもできる。この場合、低域
通過フィルタの通過帯域Ｂ_DOPはＭＴＩフィルタの低域
阻止帯域Ｂ_MTIよりも広く、例えば前記（１）式を参考
に３σ程度の遮断周波数に設定する。

【００６２】全探査域の移動物標データを拾得するに
は、初めにアンテナビームを回転させて虚偽ドップラー
成分の発生方位のマップを作成し、次にマップに従いア
ンテナビーム走査の角速度を低下させて虚偽ドップラ成
分を阻止して移動物標の速度を計測する。或いは、通常
のアンテナビーム走査中に虚偽ドップラー成分検出出力
が有意になるとアンテナビーム走査の角速度を低下、ま
たは走査を停止して虚偽ドップラ成分を阻止する動作に
移行するように構成してもよい。

【００６３】上記のように、虚偽のドップラー成分の検
出情報等に応じて、アンテナビームの走査形態とＭＴＩ
フィルタの阻止帯域を、固定レーダ装置とその設置周囲
環境に特有の固定物標に対して適応的に制御すること
で、短い走査時間で良好な探知性能のドップラーレーダ
装置を構成できる。

【００６４】また、虚偽ドップラー成分の発生方位のマ
ップはアンテナビーム走査周期毎に逐次更新して予測精
度を向上させることもできる。

【００６５】また、実施の形態５で収集した虚偽ドップ
ラー成分の発生方位のマップで実施の形態４の固定物標
予測メモリーを更新するように構成しても良い。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明はアンテナビーム
の走査形態を制御し、エコー信号の振幅変動を少なくし
て固定物標のエコースペクトルが広がることを防ぎ、Ｍ
ＴＩフィルタの阻止帯域を必要最小限にできるので微速
度で移動する物標のスペクトルを阻止することなく探知
性能を向上させることができる効果がある。

【００６７】また、固定物標エコーの位置情報または虚
偽ドップラー成分の検出情報等に応じて、アンテナビー
ムの走査形態とＭＴＩフィルタの阻止帯域を、固定レー
ダ装置とその設置周囲環境に特有の固定物標に対して適
応的に制御することで、探索時間の短い、或いは探知性
能の向上したドップラーレーダ装置を構成できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係るドップラーレ
ーダ装置の構成図である。

【図２】この発明の実施の形態１に係るアンテナビー
ムの回転角度と時間の関係を示す図である。

【図３】この発明の実施の形態１に係るアンテナビー
ムパターンの回転走査を示す図である。

【図４】この発明の実施の形態２に係るドップラーレ
ーダ装置の構成図である。

【図５】この発明の実施の形態２に係る副反射鏡の回
転とアンテナビーム走査の関係を示す図である。

【図６】この発明の実施の形態２に係る回転角度の相
互関係を示す図である。

【図７】この発明の実施の形態２に係る角速度の相互
関係を示す図である。

【図８】この発明の実施の形態３に係るドップラーレ
ーダ装置の構成図である。

【図９】この発明の実施の形態４に係るドップラーレ
ーダ装置の構成図である。

【図１０】この発明の実施の形態５に係るドップラー
レーダ装置の構成図である。

【図１１】この発明の実施の形態５に係る虚偽ドップ
ラー成分検出フィルタの通過帯域とＭＴＩフィルタの低
域阻止帯域の関係を示す図である。

【図１２】ドップラーレーダ装置の標準的なアンテナ
ビームパターンを示す図である。

【図１３】ドップラーレーダ装置の標準的なアンテナ
ビームパターンの回転走査を示す図である。

【図１４】固定物標エコー信号の受信電力変動を示す
図である。

【図１５】固定物標エコー信号のスペクトル分布の変
化を示す図である。

【符号の説明】

１アンテナ主軸、２駆動部、３データメモリ、４
演算処理部、５制御部、６角度検出部、７速度
検出部、８副反射鏡軸、９副反射鏡駆動部、１０
副反射鏡角度検出部、１１副反射鏡速度検出部、１２
フェーズドアレイアンテナ、１３固定物標予測メモ
リ、１４帯域通過フィルタ、１００アンテナ回転停止
時の受信エコースペクトラム、１０１アンテナ回転走
査時の受信エコースペクトラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H303 AA30 BB02 BB07 BB14 DD01 EE03 EE07 FF03 HH05 JJ01 QQ09 5J070 AB01 AC01 AC06 AC11 AD01 AD10 AG09 AH25 AH35 AH40 AK22 BA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の移動速度以上で運動する移動物標
を検出するドップラーレーダ装置において、レーダパル
スを空間に放射し空間より反射したレーダパルスを受信
するレーダアンテナと、このレーダアンテナのビーム幅
により決まるビーム走査ステップ角度のアンテナ回転動
作と上記移動速度により決まるビーム走査停止期間中の
アンテナ停止動作とを上記レーダアンテナに対し交互に
与えるアンテナ駆動手段とを備え、上記レーダアンテナ
は上記ビーム走査停止期間中にレーダパルスの送信・受
信を行うことを特徴とするドップラーレーダ装置。
【請求項２】上記ビーム走査ステップ角度は、レーダ
アンテナのビーム幅以下の角度としたことを特徴とする
請求項１に記載のドップラーレーダ装置。
【請求項３】上記ビーム走査ステップ角度は、３６０
°／Ｎ（Ｎ：１以上の整数）で決まる値ではないことを
特徴とする請求項１乃至２に記載のドップラーレーダ装
置。
【請求項４】上記アンテナ駆動手段は上記レーダアン
テナの基準位置からの回転角度を検出する回転角度検出
手段または上記レーダアンテナの回転角速度を検出する
回転角速度検出手段を備え、上記回転角度または回転角
速度を上記アンテナ回転動作の補正に用いることを特徴
とする請求項１に記載のドップラーレーダ装置。
【請求項５】所定の移動速度以上で運動する移動物標
を検出するドップラーレーダ装置において、レーダパル
スを空間に放射し空間より反射したレーダパルスを受信
する主反射鏡、この主反射鏡との間で上記レーダパルス
の送信・受信を行う副反射鏡を有するレーダアンテナ
と、上記主反射鏡のビーム幅と上記移動速度により決ま
る回転角速度での主反射鏡回転動作を上記主反射鏡に対
し与える主反射鏡駆動手段と、上記主反射鏡回転動作に
重畳させ、上記主反射鏡の１／２の回転角速度での上記
主反射鏡と同じ方向への副反射鏡回転動作とこの副反射
鏡回転動作の開始位置への副反射鏡復帰動作とを上記移
動速度により決まる一定周期で上記副反射鏡に対し交互
に与える副射鏡駆動手段とを備え、上記レーダアンテナ
は上記主反射鏡駆動手段と副反射鏡駆動手段との回転動
作の組合せにより生ずる上記一定周期に相当するビーム
走査停止期間中にレーダパルスの送信・受信を行うこと
を特徴とするドップラーレーダ装置。
【請求項６】上記主反射鏡駆動手段は上記主反射鏡の
基準位置からの回転角度を検出する主反射鏡回転角度検
出手段または上記主反射鏡の回転角速度を検出する主反
射鏡回転角速度検出手段を備え、上記副反射鏡駆動手段
は上記副反射鏡の基準位置からの回転角度を検出する副
反射鏡回転角度検出手段または上記副反射鏡の回転角速
度を検出する副反射射鏡回転角速度検出手段を備え、上
記主反射鏡の回転角度または回転角速度を上記主反射鏡
回転動作の補正に用い、上記副反射鏡の回転角度または
回転角速度を上記副反射鏡回転動作の補正に用いること
を特徴とする請求項５に記載のドップラーレーダ装置。
【請求項７】所定の移動速度以上で運動する移動物標
を検出するフェーズドアレイ方式のドップラーレーダ装
置において、位相制御可能な複数の移相器、この移相器
に対応して接続される複数のアンテナ素子とを有し、上
記複数の移相器への位相制御の結果上記アンテナ素子で
形成されるビームにより、レーダパルスを空間に放射し
空間より反射したレーダパルスを受信するレーダアンテ
ナと、このレーダアンテナのビーム幅により決まるビー
ム走査ステップ角度を与える位相制御量を算出し、上記
移動速度により決まるビーム走査停止期間中は上記位相
制御量を維持する位相制御手段とを備え、上記レーダア
ンテナは上記ビーム走査停止期間中にレーダパルスの送
信・受信を行うことを特徴とするドップラーレーダ装
置。
【請求項８】所定の移動速度以上で運動する移動物標
を検出するドップラーレーダ装置のビーム走査方法にお
いて、レーダアンテナのビーム指向方向を固定した後、
上記移動速度により決まるビーム走査停止期間中にレー
ダパルスを空間に放射し空間より反射したレーダパルス
を受信し、その後上記レーダアンテナのビーム幅により
決まるビーム走査ステップ角度だけ上記レーダアンテナ
のビーム指向方向を変更し固定することを特徴とするド
ップラーレーダ装置のビーム走査方法。
【請求項９】予め記憶された固定物標の位置情報を用
い、上記固定物標の方位で上記アンテナ回転動作とアン
テナ停止動作を行うようにしたことを特徴とする請求項
１に記載のドップラーレーダ装置。
【請求項１０】ＭＴＩフィルタの高域側に所定の通過
域を有するドップラー成分検出用フィルタを備え、この
ドップラー成分検出用フィルタからの出力が存在する場
合に上記アンテナ回転動作とアンテナ停止動作を行うよ
うにしたことを特徴とする請求項１に記載のドップラー
レーダ装置。