JP2005121421A - 海上用ｒｃｓ計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の海上における目標ＲＣＳを計測する装置は、目標ＲＣＳをパラボラアンテナから放射される送受信ビームを用いて計測するものであり、目標からの受信電力を大きくとるためアンテナ開口径を大きくすると、目標の大きさに対して、測定周波数とパラボラアンテナの開口径から決まるビーム幅が狭くなるため、目標全てをカバーするビームを照射することができなくなり、そのＲＣＳが正しく計測されないという問題があった。
【解決手段】 パラボラアンテナをアレーアンテナにし、ディジタル・ビーム・フォーミング技術を用いて目標３の大きさに合った任意のビーム幅を持つ送受信ビームを形成し、目標３のＲＣＳを正しく計測することができる。また、同時に目標の大きさに合ったビームを形成するため、不要波の受信を低減できる。
【選択図】 図３

Description

この発明は、海上における目標のＲＣＳ（レーダ反射面積）を計測する海上目標ＲＣＳ計測装置に関するものである。

目標のＲＣＳを計測することについては、送受信アンテナと被測定ターゲットの間に設けるフェンスの地上高さを変えながら計測を行ない、得られたデータに対する平均化処理、あるいは離散フーリエ変換処理等を適用して必要な距離分解能が得られるようにすることで、広帯域送信あるいは超短パルス変調を適用しなくても不要波除去ができるようになり、屋外での高精度レーダ断面積計測が実現できるものが開示されている（特許文献１参照。）。

特開２０００−２１４２４９号公報（第１図）

海上における目標ＲＣＳを計測する装置は、目標ＲＣＳをパラボラアンテナから放射される送受信ビームを用いて計測するものであり、目標からの受信電力を大きくとるためアンテナ開口径を大きくすると、目標の大きさに対して、測定周波数とパラボラアンテナの開口径から決まるビーム幅が狭くなるため、目標全てをカバーするビームを照射することができなくなり、そのＲＣＳが正しく計測されないという問題がある。

この発明は、係る問題を解決するために成されたものであり、パラボラアンテナをアレーアンテナにし、ディジタル・ビーム・フォーミング技術を用いて目標の大きさに合った任意のビーム幅を持つ送受信ビームを形成し、目標ＲＣＳを正しく計測することを目的とする。

第１の発明の海上用ＲＣＳ計測装置、海上における目標のＲＣＳを計測する海上目標ＲＣＳ計測装置で、アンテナ部の素子アンテナのビーム制御を行うビーム制御器を有する信号処理器において、複数個の素子アンテナからの受信マルチビーム内に目標を含む複数本の受信信号を受ける分割ビームフォーマと、上記分割ビームフォーマからの電力レベルがある閾値を超えたビームを検出する電力レベル判定器と、上記電力レベル判定器からの信号により目標のビーム本数を求め、受信マルチビームのビーム形成数を決定する分割ビーム数算出器と、複数本の受信信号を受け取り、上記分割ビーム数算出器からの情報により設定された目標全体に照射される受信ブロードビームを目標の中心位置に向けるビームフォーマと、上記ビームフォーマからの受信信号により各ビームの面積を積分する積分器と、上記積分器からの信号をレーダ方程式を用いて目標のＲＣＳを算出するＲＣＳ算出器とを具備したものである。

第２の発明の海上用ＲＣＳ計測装置、海上における目標のＲＣＳを計測する海上目標ＲＣＳ計測装置で、アンテナ部の素子アンテナのビーム制御を行うビーム制御器を有する信号処理器において、複数個の素子アンテナからの受信マルチビーム内に目標を含む複数本の受信信号を受ける分割ビームフォーマと、上記分割ビームフォーマの出力である複数本の受信信号の各々のＲＣＳを算出する部分ＲＣＳ算出器と、上記部分ＲＣＳ算出器からの信号により複数本のビームの各々のＲＣＳの大きさがある閾値を超えたビームを検出するＲＣＳレベル判定器と、上記ＲＣＳレベル判定器からの信号により目標のビーム本数を求め、受信マルチビームのビーム形成数を決定する分割ビーム数算出器と、複数本の受信信号を受け取り、上記分割ビーム数算出器からの情報により設定された目標全体に照射される受信ブロードビームを目標の中心位置に向けるビームフォーマと、上記ビームフォーマからの受信信号により各ビームの面積を積分する積分器と、上記積分器からの信号をレーダ方程式を用いて目標のＲＣＳを算出するＲＣＳ算出器とを具備したものである。

パラボラアンテナをアレーアンテナにし、ディジタル・ビーム・フォーミング技術を用いて目標の大きさを受信マルチビームで計測し、その大きさに合った受信ブロードビームを用いてＲＣＳを求めることにより、海上における目標のＲＣＳを正しく計測できるという効果がある。

実施の形態１．
図１は実施の形態１による海上用ＲＣＳ計測装置を説明するための図であり、１は海上用ＲＣＳ計測装置、２はアンテナ部、３は目標、４は送信ブロードビーム、５は受信マルチビーム、６は受信ブロードビームである。

図１において、海上用ＲＣＳ計測装置１は艦船に搭載され、海上用ＲＣＳ計測装置１に搭載されているアンテナ部２から送信波を放射し、艦船や海上浮遊物である目標３からの反射波を受信するものである。海上用ＲＣＳ計測装置１は陸上に設置しても良く、この場合には海上を見通せる場所に設置するものである。
なお、受信マルチビーム５と受信ブロードビーム６の方向とビームの幅は送信ブロードビーム４内になるように設定される。

アンテナ部２は、俯角仰角の２軸で駆動し所望の方向に向くことができ、アンテナ部２から放射される送信波は、送信ブロードビーム４を形成し、目標３からの反射波は受信マルチビーム５と受信ブロードビーム６を形成する。

なお、アンテナ部２は必ずしも駆動しなくても良く、この場合には、ビーム制御器１２で所望の方位にビームを指向させることで同様の効果が得られる。

図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ部の開口面の模式図であり、９は素子アンテナである。
アンテナ部２は、例えば、俯角２^Ｎ個×仰角２^Ｎ個の合計２^２Ｎ個（N：１以上の正の整数）の素子アンテナ９で構成され、俯角仰角の２軸で駆動し所望の方向に向くことができ、アンテナ部２は送信用、受信用で使用される。

図３はこの発明の実施の形態１による海上目標ＲＣＳ計測を行うための信号処理構成を説明するための図であり、７は送信機、８は送受信モジュール、１０は受信機、１１は信号処理器、１２はビーム制御器、１３は分割ビームフォーマ、１４は電力レベル判定器、１５は分割ビーム数算出器、１６はビームフォーマ、１７は積分器、１８はＲＣＳ算出器であり、２は図１と同じものであり、９は図２と同じものである。

図３において、送信機７は、送信ブロードビーム４を形成するための送信信号を送出し、アンテナ部２の構成品である送受信モジュール８で増幅され、素子アンテナ９から送出される。なお、素子アンテナ９は、図２の配列で、俯角方向に２^Ｎ個、仰角方向に２^Ｎ個の合計計２^２Ｎ個で構成されており、各送受信モジュール８は各素子アンテナ９に対応して構成されている。

アンテナ部２は、俯角仰角の２軸で駆動し所望の方向に向くことができ、アンテナ部２から放射される送信波は、信号処理器１１で送信ブロードビーム４を形成し、目標３からの反射波は、信号処理器１１で受信マルチビーム５と受信ブロードビーム６を形成する。

なお、アンテナ部２は必ずしも駆動しなくても良く、この場合には、ビーム制御器１２で所望の方位にビームを指向させることで同様の効果が得られる。

受信機１０は、素子アンテナ９で受信し送受信モジュール８で増幅された２^２Ｎ個の受信信号を、周波数変調、Ａ／Ｄ位相検波した後、ディジタル信号として信号処理器１１に送出する。信号処理器１１では、送信ブロードビーム４を形成するためのビーム制御を行うビーム制御器１２があり、送信ブロードビーム４の指向方向も決定する。

分割ビームフォーマ１３は、受信機１０からの２^２Ｎ個の受信信号を用いて受信マルチビーム５を目標３を含む捜索覆域内に２^２Ｎ本形成しそのそれぞれのビームからの受信信号を電力レベル判定器１４へ送出する。電力レベル判定器１４では、２^２Ｎ本の受信信号の振幅値から、ある閾値を超えたビームを検出する。

分割ビーム数算出器１５は電力レベル判定器１４からの信号を受け取り、俯角方向での最大ビーム本数ａは、例えば、各ライン毎のビームレベルが閾値を超えた本数を記憶または保持し、新たなラインの電力レベルを超えたビーム本数を比較し、大きいビーム本数を記憶または保持する機能を持っており、全ラインの中で最も大きなビーム本数の値を最大ビーム本数ａとして、算出するものである。また、仰角方向の最大ビーム本数ｂについても、同様に実施される。

このように、分割ビーム数算出器１５で最大ビーム本数ａと仰角方向の最大ビーム本数ｂ算出するとともに、閾値を超えた各ビームの中心位置の方位θcを算出する。分割ビーム数算出器１５は閾値を超えた各ビームの中心位置をビームフォーマ１６へ送出する。

ビームフォーマ１６が閾値を超えた全ビームの中心位置の方位θcを算出し、積分器１７が俯角方向の最大ビーム本数ａと仰角方向の最大ビーム本数ｂと、閾値を超えた全ビームを送出し、ＲＣＳ算出器１８が目標の面積と中心方位を計算し送出する。

図３において、分割ビーム数算出器１５は、電力レベル判定器１４からの信号でビーム本数を求め、受信マルチビーム５のビーム形成数を決定する。
決定方法は、俯角方向の最大ビーム本数ａと、仰角方向の最大ビーム本数ｂを乗算し、式（１）を満たすｋを求めた後、式（２）よりビーム形成数を求め、ビームフォーマ１６に送出する。

図４はこの発明の実施の形態１による電力レベル判定器１４での処理をイメージした模式図であり、俯角方向の最大ビーム本数ａが３本で、仰角方向の最大ビーム本数ｂが4本の例を表している。
アンテナ部２は、２^２Ｎ個の受信マルチビーム５で構成され、俯角仰角の２軸で駆動し所望の方向に向くことができ、アンテナ部２は受信用で使用される。

ビームフォーマ１６は、ビーム形成数２^{2（Ｎ-ｋ）}（K：１以上の正の整数）からアンテナ部２の開口面を図４に示したように２^{2（Ｎ-ｋ）}分割する。各々の開口面で形成した受信ブロードビーム５を中心位置に向け、２^{2（Ｎ-ｋ）}個の受信信号を得、積分器１７へ送出する。
このとき、受信ブロードビーム６のビーム幅は目標の大きさをカバーするだけの幅を持っている。

積分器１７は、２^{2（Ｎ-ｋ）}個の受信信号の相当するビームの面積を積分し、ＲＣＳ算出器１８でレーダ方程式を用いて目標のＲＣＳを算出する。

このようにして、目標３の大きさを受信マルチビーム５で計測し、その大きさに合った受信ブロードビーム６を用いてＲＣＳを求めることにより、従来正しく計測されなかった目標３のＲＣＳを正しく計測できるという効果がある。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による海上目標ＲＣＳ計測を行うための信号処理構成を説明するための図であり、１９は部分ＲＣＳ算出器、２０はＲＣＳレベル判定器であり、１〜１８は図1のものと同じである。

図５において、実施の形態１の分割ビームフォーマ１３の後段に部分ＲＣＳ算出器１９を設け、部分ＲＣＳ算出器１９は、分割ビームフォーマ１３の出力である２^２Ｎ本の受信信号から、各々のビームのＲＣＳを算出し、ＲＣＳレベル判定器２０へ送出する。

ＲＣＳレベル判定器２０は、実施の形態１の電力レベル判定器１４をおきかえてもいいもので、２^２Ｎ個のＲＣＳ値から、ある閾値を超えた面積を有するビームを検出し、俯角方向の最大ビーム本数ａと仰角方向の最大ビーム本数ｂ、閾値を超えた全ビームの中心位置の方位θcを算出し、俯角方向の最大ビーム本数ａと仰角方向の最大ビーム本数ｂを分割ビーム数算出器１５へ、閾値を超えた全ビームの中心位置の方位をビームフォーマ１６へ送出する。

このようにして、実施の形態１同様、目標３の大きさを受信マルチビーム５で計測し、その大きさに合った受信ブロードビーム６を用いてＲＣＳを求めることにより、従来正しく計測されなかった目標３のＲＣＳを正しく計測できるという効果がある。

この発明の各種説明において、アンテナ部の説明では、「俯角２^Ｎ個×仰角２^Ｎ個の合計２^２Ｎ個の素子アンテナで構成されている」等の表現で、あたかも２の階乗のみで構成されているかの表現をしているが、これは、２の階乗の方が素子アンテナからの信号本数等に関連した各種処理回路が効率良く構成できることから現実的な個数で表現したものであり、２^２Ｎ個の素子アンテナが２の階乗でない複数個であっても発明の本質には何ら影響しないことは明白なことである。

さらに、この発明の各種説明において、アンテナ部が俯角方向と仰角方向の素子アンテナ数が同数であるかの表現をしていることも、俯角方向と仰角方向の素子アンテナ数が異なっても発明の本質には何ら影響しないことは明白なことである。

この発明の実施の形態１及び２による海上目標ＲＣＳ計測装置を説明するための図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ部の開口面の模式図である。 この発明の実施の形態１による海上目標ＲＣＳ計測を行うための信号処理構成を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による電力レベル判定器での処理をイメージした模式図である。 この発明の実施の形態２による海上目標ＲＣＳ計測を行うための信号処理構成を説明するための図である。

符号の説明

１ 海上用ＲＣＳ計測装置、 ２ アンテナ部、 ３ 目標、 ４ 送信ブロードビーム、 ５ 受信マルチビーム、 ６ 受信ブロードビーム、 ７ 送信機、 ８ 送受信モジュール、 ９ 素子アンテナ、 １０ 受信機、 １１ 信号処理器、 １２ ビーム制御器、 １３ 分割ビームフォーマ、 １４ 電力レベル判定器、 １５ 分割ビーム数算出器、 １６ ビームフォーマ、 １７ 積分器、 １８ ＲＣＳ算出器、 １９ 部分ＲＣＳ算出器、 ２０ ＲＣＳレベル判定器。

Claims (3)

1. 海上における目標のＲＣＳを計測する海上目標ＲＣＳ計測装置で、アンテナ部の素子アンテナのビーム制御を行うビーム制御器を有する信号処理器において、
   複数個の素子アンテナからの受信マルチビーム内に目標を含む複数本の受信信号を受ける分割ビームフォーマと、
   上記分割ビームフォーマからの電力レベルがある閾値を超えたビームを検出する電力レベル判定器と、
   上記電力レベル判定器からの信号により目標のビーム本数を求め、受信マルチビームのビーム形成数と目標の中心を決定する分割ビーム数算出器と、
   複数本の受信信号を受け取り、上記分割ビーム数算出器からの情報により設定された目標全体に照射される受信ブロードビームを目標の中心位置に向けるビームフォーマと、
   上記ビームフォーマからの受信信号により各ビームの面積を積分する積分器と、
   上記積分器からの信号をレーダ方程式を用いて目標のＲＣＳを算出するＲＣＳ算出器と
   を具備したことを特徴とする海上用ＲＣＳ計測装置。
2. 海上における目標のＲＣＳを計測する海上目標ＲＣＳ計測装置で、アンテナ部の素子アンテナのビーム制御を行うビーム制御器を有する信号処理器において、
   複数個の素子アンテナからの受信マルチビーム内に目標を含む複数本の受信信号を受ける分割ビームフォーマと、
   上記分割ビームフォーマの出力である複数本の受信信号の各々のＲＣＳを算出する部分ＲＣＳ算出器と、
   上記部分ＲＣＳ算出器からの信号により複数本のビームの各々のＲＣＳの大きさがある閾値を超えたビームを検出するＲＣＳレベル判定器と、
   上記ＲＣＳレベル判定器からの信号により目標のビーム本数を求め、受信マルチビームのビーム形成数を決定する分割ビーム数算出器と、
   複数本の受信信号を受け取り、上記分割ビーム数算出器からの情報により設定された目標全体に照射される受信ブロードビームを目標の中心位置に向けるビームフォーマと、
   上記ビームフォーマからの受信信号により各ビームの面積を積分する積分器と、
   上記積分器からの信号をレーダ方程式を用いて目標のＲＣＳを算出するＲＣＳ算出器と
   を具備したことを特徴とする海上用ＲＣＳ計測装置。
3. 上記複数個の素子アンテナが２^２Ｎ個（N：１以上の正の整数）で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の海上用ＲＣＳ計測装置。

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