JP2005148013A

JP2005148013A - レーダ装置

Info

Publication number: JP2005148013A
Application number: JP2003389614A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kimura; 忠木村; Akitsugu Ueno; 晃嗣上野; Shoji Matsuda; 庄司松田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】目標物の位置測定精度が高く、利用者が、目標物に対してより的確な対応を取ることが可能なレーダ装置を得る。
【解決手段】放送電波発射塔１０１から発射される直接波１０３と、目標物１０２によって反射された反射波１０４を受信する直接アレー型受信アンテナ１１と、受信した直接波１０３と反射波１０４をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１２と、直接波１０３の強度を減衰させ、反射波１０４と同程度の強度とする大電力波抑圧装置１３と、目標物１０２の方位を推定する方位推定装置１４と、方位推定装置１４による推定結果に基づいて直接波１０３と反射波１０４の到着時間差を出力する遅延時間算出装置１５と、到着時間差に基づいて、目標物１０２と直接アレー型受信アンテナ１１との間の距離を算出する目標位置算出装置１６と、算出された目標物１０２までの距離と、方位を出力する目標位置表示装置１７を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、自ら電波を発射せず、他の電波発振源からの電波を利用して目標物の位置を同定するレーダ装置に関するものである。

パッシブレーダは、自らは電波を発射せず、他のレーダ等の発振源から発振された電波や放送波等を利用して目標物の位置を測定する。
従来のパッシブレーダによる目標捕捉方法の例として、特許文献１に開示された技術がある。特許文献１に記載された目標捕捉方法では、パッシブレーダは、他のレーダＲからの直接波Ａと捕捉目標Ｔにより反射されたレーダＲの間接波Ｂを受信し、両電波の到来角度θＲ，θＴを検知すると共に、両電波を受信した時間差Δｔを検知する。パッシブレーダは、レーダＲまでの距離ＬＲと、直接波Ａ及び間接波Ｂの各電波到来角度θＲ，θＴ、及びその電波到来時間差Δｔに基づいて、目標Ｔの位置座標（ｘ，ｙ）を求める。

特開平５−１０００２０号公報

通常、発振源からの直接波は目標物によって反射された間接波に比べて電力が桁違いに大きい。
しかし、特許文献１に開示された従来のパッシブレーダ装置は上記のように構成されているので、直接波が目標物からの反射波に比べて強力である場合、目標反射波と直接波の分離が困難であるという問題があった。
このため、測定した目標物の位置測定精度が低くなるという問題があった。また、装置運用者が、測定精度を知る手段がないという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、目標物の位置測定精度が高く、利用者が、目標物に対してより的確な対応を取ることが可能なレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ装置は、他の電波発振源から発射される直接波と、電波発振源から発射された後に探知目標物によって反射された反射波を受信するアンテナと、受信した直接波と反射波をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、直接波の強度を減衰させ、反射波と同程度の強度とする電力波抑圧部と、探知目標物の方位を推定する方位推定部と、方位推定部による推定結果とＡ／Ｄ変換部によって変換された直接波のデジタル信号との相関処理を行い、直接波と反射波の到着時間差を出力する遅延時間算出部と、到着時間差に基づいて、探知目標物とアンテナとの間の距離を算出する目標位置算出部と、目標位置算出部で算出された距離と、方位推定部で推定された探知目標物の方位を出力する目標位置表示部を備えたものである。

この発明によれば、電波発振源からの直接波および目標物による反射波が効率的に分離されるため、目標の測定位置精度が向上すると共に、利用者が目標物の位置精度を知ることができるため、位置精度に応じた的確な処理が可能となる。

以下、この発明の実施の様々な形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置（レーダ装置）の構成と、目標物の位置測定方法を説明する図である。パッシブレーダ装置は、直接アレー型受信アンテナ１１、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ変換部）１２、大電力波抑圧装置（電力抑圧部）１３、方位推定装置（方位推定部）１４、遅延時間算出装置（遅延時間算出部）１５、目標位置算出装置（目標位置算出部）１６、目標位置表示装置（目標位置表示部）１７を備えている。
また、図中、目標物（探知目標物）１０２は、パッシブレーダ装置によって捜索、追尾すべき航空機等である。放送電波発射塔（電波発振源）１０１は、パッシブレーダが目標物１０２の位置を測定するために利用する電波の発振源であり、直接波１０３は、放送電波発射塔１０１からパッシブレーダ装置の直接アレー型受信アンテナ１１に直接入射される直接波、反射波１０４は、放送電波発射塔１０１から発射された後、目標物１０２で反射されて直接アレー型受信アンテナ１１に入射される反射波である。

次に、動作について説明する。
放送電波発射塔１０１から発射された電波は空間に放出された後、一部は直接波１０３として直接アレー型受信アンテナ１１に入射する。また、空間に放出された一部の電波は捜索・追尾すべき目標物１０２に当たった後反射され、反射波１０４としてアレー型受信アンテナ１１に入射する。直接波１０３は、反射波１０４に比べ強力な信号強度を有している。

直接アレー型受信アンテナ１１に入射した直接波１０３、および反射波１０４は、それぞれＡ／Ｄ変換回路１２によってデジタル信号に変換された後、大電力波抑圧装置１３に供給される。
大電力波抑圧装置１３では、電力の大きな直接波１０３が選択的に抑圧され、反射波１０４の強度と同程度の強度にされる。直接波１０３は、反射波１０４に対して参照信号、即ち基準信号として作用するため、直接波１０３の強度を反射波１０４の強度と同程度にすることで、後に行われる方位推定演算がしやすくなる。なお、電力の抑圧には、例えば、ＰＩＡＡ（ＰｏｗｅｒＩｎｖｅｒｓｉｏｎＡｄａｐｔｉｖｅＡｒｒａｙ）等のアルゴリズムを用いる。

大電力波抑圧装置１３で抑圧された信号は、方位推定装置１４に供給される。方位推定装置１４では、目標物１０２の方位が算出される。方位算出には、例えば、超高分解能方位推定アルゴリズムＭＵＳＩＣ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＳｉｇｎａｌＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）等を使用する。

方位推定装置１４から出力された方位推定結果は、目標位置表示装置１７および遅延時間算出装置１５に出力される。遅延時間算出装置１５では、方位推定装置１４から出力される方位推定結果とＡ／Ｄ変換回路１２から出力される直接波１０３の信号との相関処理が実施され、直接波１０３と反射波１０４の到来時間差が出力される。

次に、目標位置算出装置１６において、遅延時間算出装置１５から出力される両信号の到来時間差に基づいて目標物１０２と直接アレー型受信アンテナ１１との間の距離が算出される。なお、ここで放送電波発射塔１０１と直接アレー型受信アンテナ１１との間の距離は既知とする。算出された距離は目標位置表示装置１７に出力され、方位推定装置１４から供給された方位推定結果と併せて目標物１０２の方位情報、距離情報が表示される。

以上のように、この実施の形態１によれば、放送電波発射塔１０１からの直接波１０３が、大電力波抑圧装置１３において目標物１０２による反射波１０４と同程度の強度に抑圧するようにしたので、目標物１０２の測定位置精度が向上する。

実施の形態２．
実施の形態１では、１つの処理装置を用いて目標物の位置を算出した。実施の形態２では、目標物の位置の精度を向上させるため、２組以上の処理装置を用いる。

図２はこの発明の実施の形態２によるパッシブレーダ装置の構成と、目標物の位置測定方法を説明する図である。図１と同一の符号は同一の構成要素を表している。実施の形態２によるパッシブレーダ装置は、直接アレー型受信アンテナ１１，２１、Ａ／Ｄ変換回路１２，２２、大電力波抑圧装置１３，２３、方位推定装置１４，２４、遅延時間算出装置１５，２５、目標位置算出装置１６，２６、目標位置表示装置１７、および目標位置相関処理装置１８を備えている。直接波１０５は、放送電波発射塔１０１からパッシブレーダ装置の直接アレー型受信アンテナ２１に直接入射される直接波、反射波１０６は、放送電波発射塔１０１から発射された後、目標物１０２で反射されて直接アレー型受信アンテナ２１に入射される反射波である。

放送電波発射塔１０１から発射された周波数ｆ１の電波は空間に放出された後、一部は直接波１０３として直接アレー型受信アンテナ１１に入射する。また、空間に放出された一部の電波は目標物１０２に当たった後、反射されて反射波１０４として直接アレー型受信アンテナ１１に入射する。入射した直接波１０３および反射波１０４は、それぞれＡ／Ｄ変換回路１２によってデジタル信号に変換された後、大電力波抑圧装置１３において抑圧処理される。その後、大電力波抑圧装置１３より出力された信号は、方位推定装置１４に供給され、方位推定装置１４では、目標物１０２の方位が算出される。方位の推定は、実施の形態１と同様にＭＵＳＩＣ等のアルゴリズムを使用して行われる。

方位推定装置１４から出力された方位推定結果は、目標位置相関処理装置１８および遅延時間算出装置１５に出力される。その後、遅延時間算出装置１５では、方位推定装置１４から出力される方位推定結果とＡ／Ｄ変換回路１２から出力される直接波１０３の信号との相関処理が実施され、直接波１０３と反射波１０４の到来時間差が出力される。また目標位置算出装置１６において、遅延時間算出装置１５から出力される両信号の到来時間差に基づいて目標物１０２と直接アレー型受信アンテナ１１との間の距離が算出される。この結果は目標位置相関処理装置１８に出力される。

同様に、放送電波発射塔１０１から発射された周波数ｆ２の電波は空間に放出された後、一部は直接波１０５として直接アレー型受信アンテナ２１に入射する。また、空間に放出された一部の電波は目標物１０２に当たった後、反射されて反射波１０６として直接アレー型受信アンテナ２１に入射する。入射した直接波１０５および反射波１０６は、それぞれＡ／Ｄ変換回路２２によってデジタル信号に変換された後、大電力波抑圧装置２３において抑圧処理される。その後、大電力波抑圧装置２３より出力された信号は、方位推定装置２４に供給され、方位推定装置２４では、目標物１０２の方位が算出される。方位の推定は、実施の形態１と同様にＭＵＳＩＣ等のアルゴリズムを使用して行われる。

方位推定装置２４から出力された方位推定結果は、目標位置相関処理装置１８および遅延時間算出装置２５に出力される。その後、遅延時間算出装置２５では、方位推定装置２４から出力される方位推定結果とＡ／Ｄ変換回路２２から出力される直接波１０５の信号との相関処理が実施され、直接波１０５と反射波１０６の到来時間差が出力される。また目標位置算出装置２６において、遅延時間算出装置２５から出力される両信号の到来時間差に基づいて目標物１０２と直接アレー型受信アンテナ２１との間の距離が算出される。この結果は目標位置相関処理装置１８に出力される。

目標位置相関処理装置１８では、各々の目標位置算出結果の相関処理が実施され、目標位置表示装置１７に目標物１０２の方位情報、距離情報が表示される。

以上のように、この実施の形態２によれば、複数の受信側装置を用いるようにしたので、アレー素子数の少ないレーダシステムにおいても、目標物１０２の測定位置精度を向上させることができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、目標物１０２の位置情報を目標位置表示装置１７に表示したが、実施の形態３では、この方位情報にさらに精度情報を付加して表示する。

実施の形態３では、方位推定装置１４において算出されるＭＵＳＩＣ処理の共分散行列固有値を目標物１０２の方位の信頼度として利用する。方位推定装置１４では、直接アレー型受信アンテナ１１の素子数に応じた共分散行列が形成される。この共分散行列の固有値は、それぞれ直接波１０３、反射波１０４の入射信号に対応しており、目標物１０２の方位の信頼度として利用することができる。

図３は、実施の形態３による、目標物１０２の方位推定の信頼度の表示例を示す図である。横軸の方位に対し、規格化した固有値をスペクトラム表示している。目標位置表示装置１７に目標物１０２の方位と共に、図３に示すような位置精度の情報を表示する。

このように、実施の形態３によれば、目標物１０２の方位推定の信頼度を直接的に運用者に伝達することが可能となる。運用者は、信頼度を考慮して適切な対応を取ることができるという効果がある。

実施の形態４．
実施の形態３では、方位信頼度を方位に対するスペクトラム表示によって示したが、目標物１０２を表すシンボルを利用し、方位推定の信頼度とシンボルの大きさを対応させて表示するようにしてもよい。図４に、目標物１０２を表すシンボルを利用して信頼度を表示した例を示す。図に示すように、信頼度が高いほど、シンボルの大きさが連動して大きくなるように表示する。このような表示方法を用いることにより、運用者はより直感的に位置推定の信頼度を把握することができる。

或いは、シンボル自体の大きさは変えず、シンボルの輝度等で表現しても良い。例えば、信頼度が低い場合は目標位置表示装置１７上に表示されたシンボルの輝度を低くし、信頼度が高くなるにつれて輝度を高めるようにしてもよい。

以上のように、実施の形態４によれば、目標物１０２位置推定の信頼度を運用者が直感的に確認することができる。

実施の形態５．
実施の形態１から実施の形態４では、目標物１０２の位置推定の信頼度に関わらず、常に算出された位置情報を表示している。実施の形態５では、位置情報の信頼度が所定の値より低い場合には、位置情報を表示しないようにする。

図５は、実施の形態５による、目標物１０２の位置推定の信頼度の表示例を示す図である。図に示すように、位置精度にしきい値を設け、しきい値よりも位置精度が低い場合には、位置情報を表示せず、しきい値以上の場合にのみ、位置情報を表示する。

または、方位推定装置１４において、共分散行列固有値に基づいて求められた信頼度がしきい値以下であると判断された場合には、方位推定装置１４における方位推定処理、および遅延時間算出装置１５と目標位置算出装置１６における目標位置までの距離の算出を行わないようにしてもよい。

このように、実施の形態５によれば、位置推定の信頼度が低い場合には、当該位置情報を表示しないようにしたので、装置の演算負荷の低減が可能となり、無駄なリソースを消費せずに効率的なシステム運用が可能となる。

この発明の実施の形態１による、パッシブレーダ装置の構成と、目標物の位置測定方法を説明する図である。この発明の実施の形態２による、パッシブレーダ装置の構成と、目標物の位置測定方法を説明する図である。この発明の実施の形態３による、目標物の方位推定の信頼度の表示例を示す図である。この発明の実施の形態４による、目標物の方位推定の信頼度の表示例を示す図である。この発明の実施の形態５による、目標物の方位推定の信頼度の表示例を示す図である。

符号の説明

１１，２１直接アレー型受信アンテナ(アンテナ)、１２，２２Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ変換部）、１３，２３大電力波抑圧装置（電力波抑圧部）、１４，２４方位推定装置（方位推定部）、１５，２５遅延時間算出装置（遅延時間算出部）、１６，２６目標位置算出装置（目標位置算出部）、１７目標位置表示装置（目標位置表示部）、１８目標位置相関処理装置、１０１放送電波発射塔（電波発振源）、１０２目標物（探知目標物）、１０３，１０５直接波、１０４，１０６反射波。

Claims

他の電波発振源から発射される直接波と、上記電波発振源から発射された後に探知目標物によって反射された反射波を受信するアンテナと、
受信した直接波と反射波をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
上記直接波の強度を減衰させ、上記反射波と同程度の強度とする電力波抑圧部と、
上記探知目標物の方位を推定する方位推定部と、
上記方位推定部による推定結果と上記Ａ／Ｄ変換部によって変換された上記直接波のデジタル信号との相関処理を行い、上記直接波と上記反射波の到着時間差を出力する遅延時間算出部と、
上記到着時間差に基づいて、上記探知目標物と上記アンテナとの間の距離を算出する目標位置算出部と、
上記目標位置算出部で算出された距離と、上記方位推定部で推定された上記探知目標物の方位を出力する目標位置表示部を備えたレーダ装置。
電力波抑圧部は、信号抑圧のアルゴリズムとしてＰＩＡＡを用いることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
複数の電波発振源から発射される直接波と、それらの電波発振源から発射された後、探知目標物によって反射された反射波を同時に受信し、
遅延時間算出部は、各々の直接波と反射波について到着時間差を算出し、
目標位置算出部は、おのおのの到着時間差に基づいて、上記探知目標物とアンテナとの距離を算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーダ装置。
目標位置表示部は、方位推定部により推定された探知目標物の方位精度と、目標位置算出部により算出された上記探知目標物とアンテナとの間の距離精度を表示することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
目標位置表示部は、探知目標物の方位精度および距離精度に対応した形態のシンボルを表示することを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
目標位置表示部は、方位精度および距離精度がある閾値よりも低い場合には、探知目標物の方位および距離の算出処理を停止することを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。