JP2004340615A

JP2004340615A - 標定レーダ装置

Info

Publication number: JP2004340615A
Application number: JP2003134712A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Yamakawa; 克也山川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】高速で弾道飛行する砲弾等の目標の発射位置や着弾位置等の位置標定の精度を向上させた標定レーダ装置を得る。
【解決手段】目標の捕捉情報を検定して標定精度の劣化が見込まれる場合、すなわち目標までの距離が遠い場合、または目標からの受信レベルが十分でない場合は、同一のビーム走査スケジュールのサイクル中において１つの目標に複数の追尾走査を割り当てることによってビーム走査スケジュールの１サイクルの期間を短縮することなく目標の捕捉点数を増加させ、位置標定の精度を向上させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速で弾道飛行する例えば砲弾等の目標を捕捉・追尾しながらその発射位置及び着弾位置等を標定する標定レーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーダビームを走査することによって形成したビーム幕の中を高速で弾道飛行する砲弾等の目標が通過したときの位置情報から目標の弾道を推定し、その発射位置及び着弾位置を求める標定レーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この特許文献１においては、目標を捜索するために対象領域の方位方向に所定の速度でレーダビームの走査を繰り返すことによりビーム幕を形成しておき、砲弾等の目標がこのビーム幕を通過している間に１つの目標に対して複数点の捕捉位置情報を取得する。そして、これら取得した捕捉位置情報から目標の弾道を推定し、さらに標定演算を行なうことにより目標の発射位置及び着弾位置を標定している。
【０００４】
この事例では、標定レーダ装置は対象領域内をビーム走査により捜索して目標を捕捉するという、いわゆる捜索モードでの動作が開示されているが、弾道の推定を含めた標定演算を良好に実施できるように、捜索モードで得た目標の捕捉位置情報から更に目標の将来位置を予測するという、いわゆる追尾モードを併用するように構成することができる。そして、そのときの捜索モード及び追尾モードのスケジュールは、対象領域内のビーム走査により目標を捜索・捕捉する捜索走査期間と、捕捉した目標を追尾ビームにより追尾する追尾走査期間とを連続させて設け、これら２つの期間の合計を１周期として繰り返す方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
上述のように、捜索及び追尾モードを有するように構成した、従来の標定レーダ装置におけるビーム走査スケジュールの一例を図５に示す。図５は、捜索走査数を例えば５走査として捜索走査期間を構成し、また、追尾走査数は例えば５走査とし各走査毎に異なる目標を追尾する追尾走査期間を構成して、これら捜索走査期間及び追尾走査期間の合計を１サイクルとして捜索及び追尾を繰り返している。
【０００６】
このビーム走査スケジュールに従った従来の標定レーダ装置の動作を、図５を参照して説明する。まず捜索走査の第１番目として、レーダビームを対象領域内の第１の方向に指向させ、所定回数のレーダパルスの送受信を行なって目標を探知し捕捉位置情報を得る（図５の捜索１）。次に、レーダビームを対象領域内の第２〜第５の方向に順次指向させ、同様に所定回数のレーダパルスの送受信を行なう（捜索２〜捜索５）。そして、この捜索走査期間に探知された複数の目標の捕捉位置情報から各目標毎に弾道を推定してそれらの将来予測位置を求める。
【０００７】
この後に続く追尾走査期間においては、捕捉した異なる５目標に対して、先に求めたそれぞれの将来予測位置に順次レーダビームを指向させ、所定回数のレーダパルスの送受信を行なって各目標の追尾位置情報を得る（追尾１〜追尾５）。ここで得た追尾位置情報は、各目標に対する新たな捕捉位置情報として加えられ、各目標の推定弾道及び将来予測位置が更新される。１サイクルのビーム走査スケジュール完了後は次のサイクルへと移行し、新たな目標の探知及び捕捉、ならびに前サイクルまでに捕捉されている目標も含めた追尾を継続する。そして、取得した各目標の捕捉位置情報及び追尾位置情報に基づいて所定のタイミングで発射位置及び着弾位置の標定演算が行なわれる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１０１３６３号公報（第４頁、図１）
【０００９】
【特許文献２】
特開平７−１６７９４３号公報（第４頁、図２）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーダの特性上、目標の捕捉距離が遠距離の場合、目標の捕捉位置誤差が大きくなる。また、目標との相互位置関係によっては目標からの反射信号の受信レベルが低くなり、目標を捕捉できないか捕捉できてもその位置誤差が大きくなることがある。このため、これら捕捉位置情報に基づいて目標の弾道を推定するとその誤差も大きくなり、結果として発射及び着弾位置の標定精度も劣化していた。
【００１１】
このような場合に、位置標定精度を向上させる方法として、目標の捕捉点数を増加させ、より多くの捕捉位置情報により目標の弾道を推定する方法が考えられる。すなわち、図５のビーム走査スケジュールにおいては、１サイクルの期間を短縮し、同一目標に対して追尾走査が行なわれる時間間隔を短くすることによってより多くの追尾位置情報を取得し、これら追尾位置情報を取得済みの捕捉位置情報に加える方法が考えられる。
【００１２】
しかしながら、１サイクルの期間を短縮するには捜索走査期間及び追尾走査期間を短縮しなければならないが、捜索走査期間を短縮すると目標の捜索範囲や最大探知距離等の探知性能に影響を及ぼす。また、追尾走査期間を短縮するには追尾走査数を減らさなければならないが、この場合は追尾可能な目標数も減ってしまう。さらに、リアルタイム性を要求されるビーム走査スケジューリングや標定演算等についても一層の高速化が求められ、処理負荷も増大する。
【００１３】
以上述べたように、あらかじめ設定されたビーム走査スケジュールに従って目標を捜索・追尾する従来の標定レーダ装置では、目標の捕捉距離が遠距離の場合には目標の捕捉誤差が大きくなって標定精度が劣化するという問題があり、また、これを改善するためにビーム走査スケジュールの１サイクルの期間を短縮して目標の捕捉点数を増加させると、標定レーダ装置の探知性能に影響を及ぼすという問題があった。このため、ビーム走査スケジュールの１サイクルの期間を短縮することなく目標の捕捉点数を増加させ、発射及び着弾位置の標定精度を向上させる方策が望まれていた。
【００１４】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ビーム走査スケジュールの１サイクルの期間を変えることなく、目標の発射位置や着弾位置等の位置標定の精度を向上させた標定レーダ装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の標定レーダ装置は、高速で弾道飛行する砲弾等の目標の位置を時刻の異なる複数の点で捕捉し、これら複数の捕捉点から目標の発射位置及び着弾位置を標定する標定レーダ装置であって、所定の方向に捜索ビーム及び追尾ビームを形成して送受信を行なう空中線部と、この空中線部に送信信号を供給する送信部と、前記空中線部で受信した信号を受信処理する受信部と、この受信部からの受信処理出力に基づいて目標を検出し目標捕捉情報を出力する目標検出手段と、この目標検出手段からの目標捕捉情報に基づいて前記目標の将来位置を予測してこの目標を追尾する目標追尾手段と、前記目標捕捉情報に基づいて前記目標の弾道を推定しその発射位置及び着弾位置を標定する位置標定手段と、あらかじめ設定された捜索ビーム走査数及び追尾ビーム走査数、ならびに捜索走査時間及び追尾走査時間の割付けに従って前記捜索ビーム及び前記追尾ビームを走査するとともに、前記追尾走査期間においては、前記目標に対して割り当てる前記追尾ビームの走査数を、前記目標の目標捕捉情報に基づいて前記あらかじめ設定された追尾ビーム走査数の範囲内で増減させて走査するビーム走査スケジュール制御手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、ビーム走査スケジュールの１サイクルの期間を変えることなく、目標の発射位置及び着弾位置の標定精度を向上させた標定レーダ装置を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る標定レーダ装置の実施の形態を、図１乃至図４を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る標定レーダ装置の一実施の形態を示すブロック図である。この標定レーダ装置は、空中線部１、送信部２、受信部３、目標検出部４、目標追尾部５、ビーム制御部６、標定部７、及び表示部８を有している。空中線部１は、ビーム制御部６からのビーム制御信号に基づいて所定の方向に捜索ビーム及び追尾ビームを形成し、送信部２からの送信パルス信号を放射するとともに目標からの反射信号を受信して受信部３に送出する。送信部２では、ビーム制御部６からの送信スケジュール信号に従って送信パルス信号を発生し、空中線部１に送出する。
【００１９】
受信部３は、空中線部１からの受信信号を処理し、受信ビデオ信号として目標検出部４に送出する。目標検出部４ではこの受信ビデオ信号から目標を検出してその時刻、方位角、仰角、距離、及び受信信号レベルから成る目標捕捉情報を生成し、目標追尾部５に送出する。
【００２０】
目標追尾部５は、目標検出部４からの目標捕捉情報を受けとってこれらを目標別に仕分けし、各目標毎に複数の捕捉点からなる目標弾道情報を編集するとともに、所定のタイミングでこの目標弾道情報を標定部７に送出する。ここで、各目標毎に生成される目標弾道情報の一例を図２に示す。この例に示した目標弾道情報は、複数の各捕捉点毎に、捕捉した時刻、方位角、仰角、距離、及びそのときの受信信号レベルから構成されている。加えて、目標追尾部５は、各目標毎に所定時間経過後の将来位置を予測してその追尾ビーム指向角を算出し、その値をビーム制御部６に送出する。
【００２１】
ビーム制御部６は、あらかじめ設定された捜索及び追尾走査の時間スケジュールに従って、捜索走査期間では対象領域内に捜索ビームを走査するとともに、追尾走査期間では目標追尾部６からの追尾ビーム指向角に基づいて追尾ビームを走査するためのビーム制御信号を空中線部１に送出する。ここで、ビーム制御部６にあらかじめ設定されたビーム走査スケジュールの一例を図３（ａ）に示す。この例に示したビーム走査スケジュールでは、捜索走査数及び追尾走査数とも５走査としてそれぞれ捜索走査期間及び追尾走査期間を構成し、これら２つの期間の合計を１サイクルとして走査を順次繰り返している。捜索及び追尾の１走査においては所定の回数の送受信が行なわれる。
【００２２】
さらに、ビーム制御部６は、上記のビーム走査スケジュールに従って送信パルス信号を発生させるための送信スケジュール信号を送信部２に送出する。
【００２３】
また、標定部７は、目標追尾部５からの目標弾道情報を受けとって対象目標の弾道を推定するための演算を行ない、目標の発射位置及び着弾位置を標定する。そして、標定位置を表示部８に送出し、表示部８はこれを表示する。
【００２４】
次に、前述の図１、図２、及び図３、ならびに図４のフローチャートを参照して、上述した本発明の実施の形態による標定レーダ装置の動作をビーム走査スケジュールに沿って説明する。
【００２５】
まず、ビーム制御部６にあらかじめ設定された図３（ａ）に示すビーム走査スケジュールに従って捜索走査期間の捜索１が開始され、ビーム制御部６から送信スケジュール信号が送信部２に送出される。同時に、捜索ビームを対象領域内の第１の方向に形成するためのビーム制御信号がビーム制御部６から空中線部１に送出され、送信パルス信号が空中線部１から第１の方向に放射される。この後、目標からの反射信号が空中線部１で受信される。この受信信号は、受信部３において受信処理され受信ビデオ信号となって目標検出部４に送られる。目標検出部４ではこの受信ビデオ信号から目標を検出すると、その目標に対応付けて目標捕捉情報が生成される。そして、この送受信動作を所定の回数繰り返し、第１の方向に対する目標捕捉情報が収集される。
【００２６】
同様に、上記の捜索１に続く捜索２〜捜索５においては、捜索ビームを第２〜第５の方向に形成するためのビーム制御信号が、順次ビーム制御部６から空中線部１に出力される。そして、捜索１と同様の送受信動作により、第２〜第５のそれぞれの方向に対する目標捕捉情報が収集される。このようにして捜索１〜捜索５の捜索走査期間に収集された目標捕捉情報は、所定のタイミングで目標検出部４から目標追尾部５に転送される。
【００２７】
次に、捜索走査期間に続けて追尾走査期間が開始され、捕捉した目標に対する追尾走査が行なわれる。目標の追尾においては、対象目標の将来予測位置に追尾ビームを指向させて送受信を行なう。このために目標追尾部５は、追尾走査期間の追尾１〜追尾５の各走査に対する対象目標の割り当てとその追尾ビーム指向角を算出してビーム制御部６に送出する。このときの目標追尾部５の動作を図４のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００２８】
まず、目標検出部５は、目標検出部４から送られてくる目標捕捉情報を受けとると、これらを目標毎に仕分けして、各目標毎に図２に示す目標弾道情報を編集する（ＳＴ１）。そして、これら複数の目標から１つの追尾対象目標の目標弾道情報を取り出す（ＳＴ２）。
【００２９】
次に、取り出した目標弾道情報を参照して、この目標が対象領域内にあるか否かを判定する（ＳＴ３）。対象領域内にある場合には（ＳＴ３のＹＥＳ）、続けて弾道を推定するのに必要な所定の捕捉点数が得られているか否かを判定する（ＳＴ４）。
【００３０】
ここで、対象領域を既に出ている場合（ＳＴ３のＮＯ）、または、既に十分な捕捉点数が得られている場合は（ＳＴ４のＹＥＳ）、この目標弾道情報を標定部７に送出する（ＳＴ５）。そして、次の追尾対象目標の抽出に進む（ＳＴ１３）。
【００３１】
また、十分な捕捉点数が得られていない場合には（ＳＴ４のＮＯ）、更に目標弾道情報を参照し、すべての捕捉点について目標との距離及び受信信号レベルをそれぞれ所定の値と比較する（ＳＴ６及びＳＴ７）。これらの比較において、目標との距離が所定の値より小さく目標が近距離にあり（ＳＴ６のＹＥＳ）、かつ受信レベルが所定の値より大きく十分な受信レベルを得ている場合には（ＳＴ７のＹＥＳ）、この目標に対する追尾走査の割り当て数を１走査とする（ＳＴ８）。そして、目標弾道情報の各捕捉点の方向（方位角及び仰角）及び距離に基づいて、１追尾走査に対応した１点の目標将来位置の予測演算を実行し、その追尾ビーム指向角を算出する（ＳＴ９）。
【００３２】
一方、目標が所定の距離よりも遠距離にある場合（ＳＴ６のＮＯ）、または目標からの受信信号レベルが十分ではない場合は（ＳＴ７のＮＯ）、この目標に対する追尾走査の割り当て数を複数とし、本実施の形態では２走査を割り当てる（ＳＴ１０）。そして、目標弾道情報に基づいて２追尾走査に対応した２点の目標将来位置の予測演算を実行し、それらの追尾ビーム指向角を算出する（ＳＴ１１）。
【００３３】
こうして算出された追尾ビーム指向角は、所定のタイミングでビーム制御部６に送られる（ＳＴ１２）。そして、上記のＳＴ２〜ＳＴ１２のステップをすべての追尾対象目標について完了するまで繰り返す（ＳＴ１３）。
【００３４】
目標追尾部５によって追尾走査期間の追尾１〜追尾５の各走査に対して対象目標を割り当てた後の一例を、図３（ｂ）に示す。この図では、追尾対象の３目標に対して、目標１はその距離が近くかつ受信レベルが十分と判定されて１追尾走査（追尾１）が割り当てられている。また、目標２及び目標３については、ともに遠距離にあるかあるいは受信レベルが十分でないと判定され、目標２については追尾２及び追尾３の２追尾走査が、目標３については追尾４及び追尾５の２追尾走査がそれぞれ割り当てられている。
【００３５】
そして、目標追尾部５で算出された各目標の追尾ビーム指向角に基づいて、追尾ビームを形成するためのビーム制御信号がビーム制御部６から空中線部１に送出され、所定の送受信動作を行なって追尾１〜追尾５の追尾走査期間を終了する。これら追尾走査期間に得られた目標の情報は、対象目標の新たな捕捉点として目標弾道情報に加えられる。この後、次のサイクルのビーム走査スケジュールが開始され、再び捜索走査期間の捜索１からの動作が繰り返される。
【００３６】
一方、目標追尾部５において、既に対象領域を出ているか、または十分な捕捉点数を得ていると判定された目標は、その目標弾道情報が標定部７に送出される。標定部７では受けとった目標弾道情報を参照して、複数の捕捉点の位置及び時刻情報に基づいて目標の推定弾道を描き、その発射位置及び着弾位置の標定演算を行なう。この演算結果は各目標に対する標定位置として表示部８に送出され、表示部８には標定位置が表示される。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態による標定レーダ装置によれば、目標の距離情報及び受信レベル情報に基づいて、同一のビーム走査スケジュールのサイクル中において１つの目標に複数の追尾走査を割り当てている。これにより、ビーム走査スケジュールの１サイクルの期間を短縮することなく、標定精度の劣化が見込まれる目標に対してその捕捉点数を増加させることができ、目標の発射及び着弾位置の標定精度を向上させることができる。
【００３８】
また、少ないビーム走査スケジュールのサイクル数で十分な目標の捕捉点数を得ることができ、目標の捕捉からその標定位置の算出までの応答時間が短縮されて高速な位置標定を行なうことができる。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、ビーム走査スケジュールにおける捜索走査数及び追尾走査数をそれぞれ５走査とし、また、追尾走査において１目標に割り当てる走査数を１または２追尾走査としているが、これらの値は装置の運用に対する要求等を勘案して決定されるものであり、種々の値を設定することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、ビーム走査スケジュールの１サイクルの期間を変えることなく、目標の位置標定の精度を向上させた標定レーダ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る標定レーダ装置の一実施の形態を示すブロック図。
【図２】目標弾道情報の一例を示す説明図。
【図３】図１の標定レーダ装置におけるビーム走査スケジュールの一例を示す説明図。
【図４】図１の標定レーダ装置における目標追尾部５の動作を説明するためのフローチャート。
【図５】従来の標定レーダ装置におけるビーム走査スケジュールの一例を示す説明図。
【符号の説明】
１空中線部
２送信部
３受信部
４目標検出部
５目標追尾部
６ビーム制御部
７標定部
８表示部

Claims

高速で弾道飛行する砲弾等の目標を時刻の異なる複数の点で捕捉し、これら複数の捕捉点から目標の位置を標定する標定レーダ装置であって、
所定の方向に捜索ビーム及び追尾ビームを形成して送受信を行なう空中線部と、この空中線部に送信信号を供給する送信部と、
前記空中線部で受信した信号を受信処理する受信部と、
この受信部からの受信処理出力に基づいて目標を検出し目標捕捉情報を出力する目標検出手段と、
この目標検出手段からの目標捕捉情報に基づいて前記目標の将来位置を予測してこの目標を追尾する目標追尾手段と、
前記目標捕捉情報に基づいて前記目標の弾道を推定しその位置を標定する位置標定手段と、
あらかじめ設定された捜索ビーム走査数及び追尾ビーム走査数、ならびに捜索走査時間及び追尾走査時間の割付けに従って前記捜索ビーム及び前記追尾ビームを走査するとともに、前記追尾走査期間においては、前記目標に対して割り当てる前記追尾ビームの走査数を、前記目標の目標捕捉情報に基づいて前記あらかじめ設定された追尾ビーム走査数の範囲内で増減させて走査するビーム走査スケジュール制御手段と
を有することを特徴とする標定レーダ装置。
前記目標捕捉情報は、前記目標の距離情報及び前記目標からのレーダ反射波の受信レベル情報を含み、前記ビーム走査スケジュール制御手段は前記目標の距離情報及び前記目標からのレーダ反射波の受信レベル情報に基づいて前記追尾ビーム走査数を増減させることを特徴とする請求項１に記載の標定レーダ装置。
前記標定する位置は、前記目標の発射位置及びまたは着弾位置としたことを特徴とする請求項１に記載の標定レーダ装置。