JP2005283167A - ビーム切替式レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビーム切替式レーダ装置において、簡単な構成で対象物の方位を精度良く検出す
ることができるようにする。
【解決手段】
ビーム切替式レーダ装置は、送信アンテナ及び受信アンテナのアンテナ角度を順次切り
替えて、複数のアンテナ角度θ_１〜θ_３から対象物の反射波を受信し、各アンテナ角度θ
_１〜θ_３に対応する受信信号の受信レベルＰ_１〜Ｐ_１を得る。そして、これらアンテナ角
度及び受信レベルとからなるデータ（θ_１，Ｐ_１），（θ_２，Ｐ_２），（θ_３，Ｐ_３）を
用いて、これら各点を通る方位角推定曲線Ｐ（θ）を求め、この方位角推定曲線Ｐ（θ）
の受信レベルが最大となる点Ｍのアンテナ角度θ_ｍを対象物の方位角とする。方位角推定
曲線Ｐ（θ）に基づいて対象物の方位角を求めるので、少ないデータ点数で対象物の方位
を精度良く検出することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、送信アンテナ及び受信アンテナのビーム方向を切り替えて周囲の物体の位置を検知するビーム切替式レーダ装置に関するものである。

一般に、対象物の方位角を求める方式として、ビームスキャン方式とモノパルス方式が挙げられる。前者のビームスキャン方式では、例えば、図１０（ａ）（ｂ）に示されるように、レーダ装置１０１より電磁波等のビームＢ１０１〜Ｂ１０５を複数のアンテナ角度θ_１０１〜θ_１０５へ放射し、対象物Ｔからの反射波を受信した際に受信レベルの得られた角度θ_１０４を対象物Ｔの方位角として求めていた（例えば、特許文献１参照）。

また、後者のモノパルス方式（ここでは振幅モノパルス方式）では、図１１（ａ）（ｂ）に示されるように、一部が重なりあった２個のビームＢ２０１，Ｂ２０２を一組として用い、一つの送信機からの送信信号の対象物Ｔでの反射波を二つの受信機で同時に検波し、受信レベルの差成分Δと和成分Σに関してビーム指向性より予め求めた特性曲線ε（θ）に照らし合わせて対象物Ｔの方位角θ_２０１として求めていた（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−１８０５２９号公報 特開平６−３４７５４０号公報

ところが、従来の方式では、ビームスキャン方式の場合、上記特許文献１に示されるように、方位角の分解能を上げるにはビーム幅を細かく設定する必要があり、アンテナが複雑な構成となってしまう。また、モノパルス方式の場合、上記特許文献２に示されるように、二つ受信機での各受信レベルを用いて対象物Ｔの方位角を求めるため、片方のアンテナの性能が落ちただけで、対象物測定結果の信頼性が格段に下がってしまう（モノパルス方式の場合、最低条件として、略等しい性能のアンテナが２つ必要である）。また、レーダ装置の探知能力は、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）に依存する。従って、対象物の方位を精度良く検出するためには、レーダ装置の送信部分と受信部分の干渉を防止して雑音を低減することが望ましい。

本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、簡単な構成で対象物の方位を精度良く検出することができるレーダ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、送信信号を生成する送信機と、前記送信機からの送信信号を複数の方向へ放射する送信アンテナと、前記送信機からの送信信号を複数の方向へ放射するために、前記送信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、前記送信機から前記送信アンテナに前記送信信号を供給する送信アンテナ切替手段と、対象物からの反射波を複数の方向から受信する受信アンテナと、前記対象物からの反射波を複数の方向から受信するために、前記受信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、該受信アンテナが受信した受信信号を受信機に供給する受信アンテナ切替手段と、前記受信アンテナからの受信信号を検波し、受信信号の受信レベルを検出する受信機と、前記送信アンテナ切替手段及び前記受信アンテナ切替手段を制御することにより前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、これらアンテナを複数のアンテナ角度に順次設定するアンテナ角度制御手段と、前記アンテナ角度制御手段で設定した複数のアンテナ角度と前記受信機で検出したこれらアンテナ角度に対応する受信レベルとからなるデータを用いて対象物の方位角を求める方位角演算手段と、を備えたビーム切替式レーダ装置において、前記方位角演算手段は、前記データを少なくとも３点以上用いてこれら各点を通る曲線を求め、この曲線を対象物の方位角を推定するための方位角推定曲線とし、この方位角推定曲線の前記受信レベルが最大となるアンテナ角度を対象物の方位角とすることを特徴とする。

請求項２の発明は、送信信号を生成する送信機と、前記送信機からの送信信号を複数の方向へ放射する送信アンテナと、前記送信機からの送信信号を複数の方向へ放射するために、前記送信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、前記送信機から前記送信アンテナに前記送信信号を供給する送信アンテナ切替手段と、対象物からの反射波を複数の方向から受信する受信アンテナと、前記対象物からの反射波を複数の方向から受信するために、前記受信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、該受信アンテナが受信した受信信号を受信機に供給する受信アンテナ切替手段と、前記受信アンテナからの受信信号を検波し、受信信号の受信レベルを検出する受信機と、前記送信アンテナ切替手段及び前記受信アンテナ切替手段を制御することにより前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、これらアンテナを複数のアンテナ角度に順次設定するアンテナ角度制御手段と、前記アンテナ角度制御手段で設定した複数のアンテナ角度と前記受信機で検出したこれらアンテナ角度に対応する受信レベルとからなるデータを用いて対象物の方位角を求める方位角演算手段と、を備えたビーム切替式レーダ装置において、前記方位角演算手段は、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの指向性に基づいて、前記アンテナ角度に対する前記受信レベルの特性を示す特性曲線を求め、前記データの少なくとも２点以上を前記特性曲線に当てはめて、対象物の方位角を推定するための方位角推定曲線を求め、前記方位角推定曲線において、前記受信レベルが最大となるアンテナ角度を対象物の方位角とすることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載のビーム切替式レーダ装置において、方位角演算手段は、方位角推定曲線を求めるために用いられるデータとして、複数のデータの中から受信レベルが強いデータを選択して特性曲線に当てはめて、方位角推定曲線を求めることを特徴とする。

請求項４の発明は、送信信号を生成する送信機と、前記送信機からの送信信号を複数の方向へ放射する送信アンテナと、前記送信機からの送信信号を複数の方向へ放射するために、前記送信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、前記送信機から前記送信アンテナに前記送信信号を供給する送信アンテナ切替手段と、対象物からの反射波を複数の方向から受信する受信アンテナと、前記対象物からの反射波を複数の方向から受信するために、前記受信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、該受信アンテナが受信した受信信号を受信機に供給する受信アンテナ切替手段と、前記受信アンテナからの受信信号を検波し、受信信号の受信レベルを検出する受信機と、前記送信アンテナ切替手段及び前記受信アンテナ切替手段を制御することにより前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、これらアンテナを複数のアンテナ角度に順次設定するアンテナ角度制御手段と、前記アンテナ角度制御手段で設定した複数のアンテナ角度と前記受信機で検出したこれらアンテナ角度に対応する受信レベルとからなるデータを用いて対象物の方位角を求める方位角演算手段と、を備えたビーム切替式レーダ装置において、前記方位角演算手段は、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの指向性に基づいて、前記アンテナ角度に対する前記受信レベルの特性を示す特性曲線を求め、前記データの中から任意のデータを２点以上選択して得た複数のデータの組み合わせを前記特性曲線に当てはめて、対象物の方位角を推定するための方位角推定曲線を各組み合わせ毎に求め、これら各方位角推定曲線毎に前記受信レベルが最大となるアンテナ角度を求め、これら求められた複数個のアンテナ角度に基づいて、対象物の方位角を演算することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のビーム切替式レーダ装置において、方位角演算手段は、所定範囲外の受信レベルを含むデータを異常値としてデータの中から除き、該異常値を含まないデータを用いて対象物の方位角を演算することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のビーム切替式レーダ装置において、受信機で検出した受信レベルの履歴を用いて、各アンテナ角度に対応する受信レベルを平均化して平均受信レベルを求める平均受信レベル演算手段を更に有し、方位角演算手段は、受信レベルに替えて、平均受信レベルに基づいて、対象物の方位角を演算することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のビーム切替式レーダ装置において、方位角演算手段により得られた対象物の方位角を平滑化して平滑化方位角を求める平滑化方位角演算手段を更に有し、方位角演算手段により得られた対象物の瞬時的な方位角に替えて、平滑化方位角演算手段により得られた平滑化方位角を対象物の方位角としたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、３点以上のデータを用いてこれら各点を通る方位角推定曲線を求め、この方位角推定曲線に基づいて対象物の方位角を求めるようにしたので、少ないデータ点数で対象物の方位角を精度良く検出することができる。このため、送信アンテナ及び受信アンテナのビーム幅を細くしてアンテナ角度を細かく設定する必要がなく、簡単な構成で対象物の方位角を検出することができる。また、送信アンテナを含む送信部分と受信アンテナを含む受信部分を別々に構成したので、送信部分と受信部分の干渉を防止して雑音を低減することができる。このため、受信機で検出されるＳ／Ｎ比を高くすることができ、対象物の方位角を精度良く検出することができる。

請求項２の発明によれば、送信アンテナ及び受信アンテナの指向性に基づいて、アンテナ角度に対する受信レベルの特性を示す特性曲線を求め、更に、この特性曲線に２点以上のデータを当てはめて方位角推定曲線を求め、この方位角推定曲線に基づいて対象物の方位角を求めるようにしたので、少ないデータ点数で対象物の方位角を精度良く検出することができる。

請求項３の発明によれば、方位角推定曲線は、受信レベルが強く、Ｓ／Ｎ比が高いデータを用いて求められるので、信頼度の高い方位角推定曲線が求められる。このため、対象物の方位角を精度良く検出することができる。

請求項４の発明によれば、複数のデータの組み合わせを用いて複数の方位角推定曲線を求め、これら各方位角推定曲線毎に受信レベルが最大となるアンテナ角度を求め、これら求められた複数個のアンテナ角度に基づいて、対象物の方位角を演算するようにしたので、1組のデータの組み合わせを用いて方位角を求める場合より、より信頼度の高い対象物の方位角を求めることができる。

請求項５の発明によれば、所定範囲外の受信レベルを含むデータを異常値としてデータの中から除き、異常値を含まないデータを用いて対象物の方位角を演算するようにしたので、信頼度の高い対象物の方位角を求めることができる。

請求項６の発明によれば、方位角演算手段において、受信レベルに替えて、受信レベルを平均化して求めた平均受信レベルに基づいて、対象物の方位角を演算するようにしたので、瞬時的なレベル変動に伴う方位角の誤差を抑制することができ、信頼度の高い対象物の方位角を求めることができる。

請求項７の発明によれば、方位角演算手段により得られた対象物の瞬時的な方位角に替えて、平滑化方位角演算手段により得られた平滑化方位角を対象物の方位角としたので、瞬時的な方位角の変動を抑制することができ、信頼度の高い対象物の方位角を求めることができる。

本発明の第１の実施形態によるビーム切替式レーダ装置（以下、レーダ装置という）について、図１乃至図３を参照して説明する。図１に示されるように、レーダ装置１は、送信信号を生成する送信機２と、送信機２からの送信信号を複数の方向へ放射する送信アンテナ３ａと、送信アンテナ３ａのアンテナ角度を切り替える送信アンテナ切替手段４ａと、対象物Ｔ（図２参照）からの反射波を複数の方向から受信する受信アンテナ３ｂと、受信アンテナ３ｂのアンテナ角度を切り替える受信アンテナ切替手段４ｂと、受信アンテナ３ｂからの受信信号を検波し、受信信号の受信レベルを検出する受信機５と、送信アンテナ３ａ及び受信アンテナ３ｂのアンテナ角度を制御するアンテナ角度制御手段６と、対象物Ｔの方位角を演算する方位角演算手段７と、を備えている。

これら使用される送信機２、アンテナ３ａ，３ｂ、受信機５等の種類には特に制限はなく、種々の公知の機器を使用することができる。例えば、送信機２としては、電子管（送信管）を使用したものに限られず、送信管をＦＥＴやダイオード等の半導体素子で置換した、いわゆる固体化送信機等であってもよい。送信アンテナ３ａ及び受信アンテナ３ｂとしては、例えば、素子アンテナ３１〜３６を複数個配列したアンテナアレー等が用いられる。送信アンテナ３ａを含む送信部分と受信アンテナ３ｂを含む受信部分を別々に構成したので、送信部分と受信部分の干渉を防止して雑音を低減することができる。このため、受信機５で検出されるＳ／Ｎ比を高くすることができ、対象物Ｔの方位角を精度良く検出することができる。

送信アンテナ切替手段４ａは、送信機２からの送信信号を複数の方向へ放射するために、送信アンテナ３ａのアンテナ角度を切り替えて、送信機２から送信アンテナ３ａに送信信号を供給する。また、受信アンテナ切替手段４ｂは、対象物Ｔからの反射波を複数の方向から受信するために、受信アンテナ３ｂのアンテナ角度を切り替えて、受信アンテナ３ｂが受信した受信信号を受信機５に供給する。これら送信アンテナ切替手段４ａ及び受信アンテナ切替手段４ｂとしては、例えば、移相器等を利用した電子的な手段が用いられる。

アンテナ角度制御手段６は、アンテナ角度に関する信号を生成し、送信アンテナ切替手段４ａ及び受信アンテナ切替手段４ｂに出力する。送信アンテナ切替手段４ａ及び受信アンテナ切替手段４ｂは、この信号に基づいてアンテナ角度を切り替え、アンテナ３ａ，３ｂを複数のアンテナ角度に順次設定する。方位角演算手段７は、アンテナ角度制御手段６で設定したアンテナ角度と受信機５で検出したアンテナ角度に対応する受信レベルとからなるデータを用いて対象物Ｔの方位角を演算する。

次に、レーダ装置１により対象物Ｔの方位角を求める手順について、図１に加えて図２を参照して説明する。レーダ装置１は、送信機２で送信信号を生成し、送信アンテナ３ａを介してアンテナ角度θ_１で送信信号を空間に放射する。放射された送信信号が対象物Ｔに照射され、対象物Ｔにより四方に反射された反射波の一部が照射された方向へ戻ると、反射波は受信アンテナ３ｂで受信され、受信信号が受信機５で増幅されて、アンテナ角度θ_１における受信レベルＰ_１が検出される。続けて、レーダ装置１は、アンテナ角度制御手段６の制御により送信アンテナ３ａ及び受信アンテナ３ｂのアンテナ角度を切り替えて、アンテナ角度θ_１のビームＢ１とビーム領域の一部が重なり合うようにしてアンテナ角度θ_２でビームＢ２を放射し、アンテナ角度θ_２における受信レベルＰ_２を得る。更に、レーダ装置１は、ビームＢ１，Ｂ２とビーム領域の一部が重なり合うようにしてアンテナ角度θ_３でビームＢ３を放射し、アンテナ角度θ_３における受信レベルＰ_３を得る。

次に、方位角演算手段７について、図３を参照してより詳細に説明する。図３において、横軸はアンテナ角度θであり、縦軸は受信レベルＰであり、各アンテナ角度θ_１〜θ_３とこれらに対応する受信レベルＰ_１〜Ｐ_３とからなるデータ（θ_１，Ｐ_１），（θ_２，Ｐ_２），（θ_３，Ｐ_３）がプロットされている。また、これらデータの各点を通る曲線Ｐ（θ）が示されており、この曲線Ｐ（θ）において受信レベルが最大となる点をＭで示している。この曲線Ｐ（θ）が対象物Ｔの方位角を推定するために用いられる。以下、このように、対象物Ｔの方位角を推定するために用いられる曲線を方位角推定曲線という。

方位角推定曲線Ｐ（θ）を、データ（θ_１，Ｐ_１），（θ_２，Ｐ_２），（θ_３，Ｐ_３）を通る曲線で定義すると、方位角推定曲線Ｐ（θ）は、以下の２次方程式（１）で与えられる。
Ｐ（θ）＝Ａ×θ^２＋Ｂ×θ＋Ｃ （１）
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃは係数あり、これらの係数は以下の連立方程式（２）〜（４）より求められる。
Ｐ_１＝Ａ×θ_１ ^２＋Ｂ×θ_１＋Ｃ （２）
Ｐ_２＝Ａ×θ_２ ^２＋Ｂ×θ_２＋Ｃ （３）
Ｐ_３＝Ａ×θ_３ ^２＋Ｂ×θ_３＋Ｃ （４）

そして、この方位角推定曲線Ｐ（θ）において受信レベルが最大となる点Ｍのアンテナ角度θ_ｍは、１次微分（Ｐ’（θ）＝０）より求められ、以下の式（５），（６）の通りとなる。
Ｐ’（θ_ｍ）＝２Ａ×θ_ｍ＋Ｂ＝０ （５）
θ_ｍ＝−Ｂ／２Ａ （６）

本実施形態においては、以上により求められたアンテナ角度θ_ｍを対象物Ｔの方位角とする。すなわち、仮にレーダ装置１のアンテナ角度を細かく設定すると、アンテナ角度と対象物Ｔの方位角が一致した場合に、受信レベルが最大となることが予想されるが、本実施形態においては、アンテナ角度を細かく設定することなく、方位角推定曲線Ｐ（θ）を利用して受信レベルが最大となるアンテナ角度θ_ｍを求め、アンテナ角度θ_ｍを対象物Ｔの方位角とする。このため、図１０に示される従来例のようにビーム幅を細くしてアンテナ角度を細かく設定する必要がなく、少ないデータ点数で対象物Ｔの方位角を精度良く検出することができ、簡単な構成で対象物Ｔの方位角を検出することができる。

次に、第２の実施形態によるレーダ装置について図４（ａ）（ｂ）及び図５を参照して説明する。本実施形態によるレーダ装置１は、方位角演算手段７において、送信アンテナ３ａ及び受信アンテナ３ｂの指向性に基づいて求められたアンテナ角度に対する受信レベルの特性を示す特性曲線Ｓ（θ）、及び２点のデータを用いて方位角推定曲線Ｐ（θ）を求める点で第１の実施形態と異なり、他の構成は、図１に示される第１の実施形態と同様である。

本実施形態の方位角演算手段７は、例えば、図４（ａ）に示されるようなレーダ装置１の送信アンテナ３ａ及び受信アンテナ３ｂの指向特性に基づいて、図４（ｂ）に示されるような角度θに対する受信レベルの特性を示す特性曲線Ｓ（θ）を求め、得られた特性曲線Ｓ（θ）を不図示のメモリ内に記憶しておいて対象物Ｔの方位角を演算する際に使用する。具体的には、特性曲線Ｓ（θ）は、送信アンテナ３ａ及び受信アンテナ３ｂの指向特性に基づいて、例えば、式（７）に示されるような２次方程式に近似することができる。 Ｓ（θ）＝Ａ×θ^２＋Ｂ×θ＋Ｃ （７）
ここで、Ａ＜０である。

方位角推定曲線Ｐ（θ）は、この特性曲線Ｓ（θ）を縦軸方向にＰ_ａ，横軸方向にθ_ａだけシフトした式（８）で表される。
Ｐ（θ）＝Ｓ（θ−θ_ａ）＋Ｐ_ａ （８）

そして、図５に示されるように、複数のビームで検出されたデータ（θ_１，Ｐ_１），（θ_２，Ｐ_２），（θ_３，Ｐ_３）の中、例えば、受信レベルが強いデータ（θ_１，Ｐ_１），（θ_２，Ｐ_２）を用いれば、方位角推定曲線Ｐ（θ）は、以下の連立方程式（９），（１０）より求められる。
Ｐ_１＝Ａ×（θ_１−θ_ａ）^２＋Ｂ×（θ_１−θ_ａ）＋Ｃ＋Ｐ_ａ （９）
Ｐ_２＝Ａ×（θ_２−θ_ａ）^２＋Ｂ×（θ_２−θ_ａ）＋Ｃ＋Ｐ_ａ （１０）

そして、この方位角推定曲線Ｐ（θ）において受信レベルが最大となる点Ｍのアンテナ角度θ_ｍは、１次微分（Ｐ’（θ）＝０）より求められ、以下の式（１１），（１２）の通りとなる。
Ｐ’（θ）＝２Ａ×（θ_ｍ−θ_ａ）＋Ｂ＝０ （１１）
θ_ｍ＝−Ｂ／２Ａ＋θ_ａ （１２）

以上より、方位角推定曲線Ｐ（θ）において、受信レベルが最大となるアンテナ角度θ_ｍを求め、このアンテナ角度θ_ｍを方位角とすることにより、対象物Ｔの方位角を精度よく求めることができる。

本実施形態では、３点のデータ（θ_１，Ｐ_１），（θ_２，Ｐ_２），（θ_３，Ｐ_３）を使用した第１の実施形態と異なり、２点のデータ（例えば、（θ_１，Ｐ_１），（θ_２，Ｐ_２））だけで方位角推定曲線Ｐ（θ）を求めることができる。また、複数のビームで検出されたアンテナ角度に対する受信レベルの中、受信レベルが強いデータ（θ_１，Ｐ_１），（θ_２，Ｐ_２）を選んで方位角推定曲線Ｐ（θ）を求めたが、このように、受信レベルが強く、Ｓ／Ｎ比が高いデータを用いて方位角推定曲線Ｐ（θ）を求めることにより、信頼度の高い方位角推定曲線を求めることができ、信頼度の高い方位角を求めることができる。

次に、第３の実施形態によるレーダ装置について図６（ａ）（ｂ）を参照して説明する。本実施形態では、方位角演算手段７は、複数のデータの組み合わせを用いて複数の方位角推定曲線を求め、これら各方位角推定曲線毎に受信レベルが最大となるアンテナ角度を求め、これら求められた複数個のアンテナ角度に基づいて、対象物Ｔの方位角を演算する点で、1組のデータの組み合わせを用いて方位角を求める第２の実施形態と異なる。

具体的には、方位角演算手段７は、複数のビームで検出されたデータ（θ_１，Ｐ_１），（θ_２，Ｐ_２），（θ_３，Ｐ_３）の中から、複数の組み合せ、例えば、図６（ａ）に示されるように、（θ_１，Ｐ_１）及び（θ_２，Ｐ_２）の組み合わせ、並びに、図６（ｂ）に示されるように、（θ_１，Ｐ_１）及び（θ_３，Ｐ_３）の組み合わせの２種類を用いて方位角推定曲線Ｐ（θ），Ｑ（θ）を求め、これら方位角推定曲線Ｐ（θ），Ｑ（θ）毎に受信レベルが最大となる点Ｍ，Ｍ’のアンテナ角度θ_ｍ，θ_ｍ’を求める。そして、これらアンテナ角度θ_ｍ，θ_ｍ’が所定の範囲内であれば、アンテナ角度θ_ｍ若しくはθ_ｍ’のいずれか、又はこれらアンテナ角度θ_ｍ，θ_ｍ’の平均値を対象物Ｔの方位角として出力することにより、1組のデータの組み合わせを用いて対象物Ｔの方位角を求める場合と比較して、より信頼度の高い対象物Ｔの方位角を求めることができる。

次に、第４の実施形態によるレーダ装置について図７（ａ）（ｂ）を参照して説明する。本実施形態では、方位角演算手段７は、所定範囲外の受信レベルを含むデータを異常値としてデータの中から除き、異常値を含まないデータを用いて対象物Ｔの方位角を演算する点で、第１乃至第３の実施形態と異なる。

一般に、受信レベルは、レーダ装置１と対象物Ｔの位置に応じて、以下のレーダ方程式（１３）により与えられる。
Ｐ_ｒ＝｛Ｐ_ｔ×Ｇ^２×λ^２×σ｝／｛（４π）^３×Ｒ^４｝ （１３）
ここで、Ｐ_ｒは受信レベル、Ｐ_ｔは送信電力、Ｇはアンテナ利得、λは電波の波長、σは
対象物のレーダ反射断面積、Ｒは対象物までの距離を表している。

本実施形態におけるレーダ装置１においては、例えば、第１の実施形態のように３点以
上のデータを用いて方位角推定曲線Ｐ（θ）を求める場合、予め式（１０）において想定
する最大距離、対象物のレーダ反射断面積の最小値、エリア外側での最小利得、想定送信
電力から求められる最小想定受信レベルを閾値レベルＬ_ａとして設定する。そして、図７
（ａ）に示されるように、閾値レベルＬ_ａより低い受信レベルを含むデータ（θ_２，Ｐ_２
）は異常値としてデータの中から除き、異常値を含まないデータを用いて方位角推定曲線
Ｐ（θ）を求める。そして、方位角推定曲線Ｐ（θ）において、受信レベルが最大となる
アンテナ角度θ_ｍを求めることにより、対象物Ｔの方位角を求める。

また、例えば、第２の実施形態のように、特性曲線Ｓ（θ）に受信データに当てはめて方位角推定曲線Ｐ（θ）を求める場合には、予め式（１０）において想定する最大距離又は最小距離、対象物のレーダ反射断面積の最小値又は最大値、想定送信電力から求められる、アンテナ角度に対する受信レベルの最大／最小曲線を閾値レベルＬ_ｂ（θ），Ｌ_ｃ（θ）として設定する。なお、閾値レベルＬ_ｂ（θ），Ｌ_ｃ（θ）は、以下の式（１４），（１５）により与えられる。
Ｌ_ｂ（θ）＝｛Ｐ_ｔ×Ｇ（θ）^２×λ^２×σ_ｍａｘ｝／｛（４π）^３×Ｒ_ｍｉｎ ^４｝ （１４）
Ｌ_ｃ（θ）＝｛Ｐ_ｔ×Ｇ（θ）^２×λ^２×σ_ｍｉｎ｝／｛（４π）^３×Ｒ_ｍａｘ ^４｝ （１５）
ここで、σ_ｍａｘは想定するレーダ反射断面積の最大値、σ_ｍｉｎは想定するレーダ反射断面積の最小値、Ｒ_ｍａｘは想定する検知距離の最大値、Ｒ_ｍｉｎは想定する検知距離の最小値、Ｐ_ｔは想定送信電力、Ｇ（θ）はアンテナ利得である。

そして、図７（ｂ）に示されるように、閾値レベルＬ_ｂ（θ），Ｌ_ｃ（θ）の範囲外にある受信レベルを含むデータ（θ_２，Ｐ_２）は異常値としてデータの中から除き、異常値を含まないデータを用いて方位角推定曲線Ｐ（θ）を求める。そして、方位角推定曲線Ｐ（θ）において、受信レベルが最大となるアンテナ角度θ_ｍを求めることにより、対象物Ｔの方位角を求める。

このように、本実施形態においては、所定範囲外の受信レベルを含むデータを異常値と
してデータの中から除き、異常値を含まないデータを用いて対象物Ｔの方位角を演算する
ようにしたので、信頼度の高い方位角を求めることができる。

次に、第５の実施形態によるレーダ装置について図８を参照して説明する。図８に示さ
れるように、本実施形態によるレーダ装置１は、受信機５で検出した受信レベルの履歴を
用いて、各アンテナ角度に対応する受信レベルを平均化して平均受信レベルを求める平均
受信レベル演算手段８を、更に有する点で第１乃至第４の実施形態と異なる。

平均受信レベル演算手段８は、受信機５で検出した受信レベルを、不図示のメモリ内に
記憶し、所定走査回数毎に、各アンテナ角度毎に受信レベルを平均化して、平均受信レベ
ルを求める。そして、方位角演算手段７において、受信レベルに替えて平均受信レベルに
基づいて、対象物Ｔの方位角を演算する。平均受信レベルに基づいて対象物Ｔの方位角を
求めるので、瞬時的なレベル変動に伴う方位角の誤差を抑制することができ、信頼度の高
い方位角を求めることができる。

次に、第６の実施形態によるレーダ装置について図９を参照して説明する。図９に示さ
れるように、本実施形態によるレーダ装置１は、方位角演算手段７により得られた対象物
Ｔの方位角を平滑化して平滑化方位角を求める平滑化方位角演算手段９を、更に有する点
で第１乃至第５の実施形態と異なる。

平滑化方位角演算手段９は、方位角演算手段７により得られた対象物Ｔの方位角を、各瞬間における対象物Ｔの方位角（以下、瞬時方位角という）として、不図示のメモリ内に記憶する。そして、測定時点ｔにおける瞬時方位角θ_ｔから、以下の式（１６）を用いて測定時点ｔにおける平滑化方位角θ_ｎ＋１を求める。
θ_ｎ＋１＝α×θ_ｎ＋β×θ_ｔ （１６）
ここで、θ_ｎは過去から測定時点ｔまでのデータを基にして求めた平滑化方位角、α及びβは重み係数であり、例えば、α＝１／２，β＝１／２である。

式（１６）から分かるように、平滑化方位角θ_ｎ＋１は、過去のデータ蓄積の結果であるθ_ｎの影響をαだけ受け、測定時点ｔでの瞬時方位角θ_ｔの影響をβだけ受けることになる。この平滑化方位角θ_ｎ＋１を、瞬時方位角θ_ｔに替えて対象物Ｔの方位角とすることにより、瞬時方位角θ_ｔが、例えば、ノイズ等に起因して異常値を示したときであっても、異常値であるθ_ｔの影響がβ倍されて平滑化方位角θ_ｎ＋１に反映されるので、異常値に基づく瞬時的な方位角の変動を抑制することができる。このため、信頼度の高い方位角を求めることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範
囲で種々の変形が可能である。

本発明の第１の実施形態によるレーダ装置のブロック図。 同レーダ装置の送受共用アンテナのビームを示す図。 同レーダ装置により検出された受信レベルとアンテナ角度の関係を示す図。 （ａ）は第２の実施形態によるレーダ装置の送受共用アンテナの指向性を示す図、（ｂ）は同アンテナの指向性に基づいて求められた特性曲線を示す図。 同レーダ装置により検出された受信レベルとアンテナ角度の関係を示す図。 （ａ），（ｂ）は第３の実施形態のレーダ装置により検出された受信レベルとアンテナ角度の関係を示す図。 （ａ），（ｂ）は第４の実施形態のレーダ装置により検出された受信レベルとアンテナ角度の関係を示す図。 第５の実施形態によるレーダ装置のブロック図。 第６の実施形態によるレーダ装置のブロック図。 （ａ）は従来例によるビームスキャン方式レーダ装置のアンテナのビームを示す図、（ｂ）は同レーダ装置により検出された受信レベルとアンテナ角度の関係を示す図。 （ａ）は従来例によるモノパルス方式レーダ装置のアンテナのビームを示す図、（ｂ）は同レーダ装置により検出された受信レベルとアンテナ角度の関係を示す図、及び同アンテナの指向性に基づいて求められた特性曲線を示す図。

符号の説明

１ レーダ装置（ビーム切替式レーダ装置）
２ 送信機
３ａ 送信アンテナ
３ｂ 受信アンテナ
４ａ 送信アンテナ切替手段
４ｂ 受信アンテナ切替手段
５ 受信機
６ アンテナ角度制御手段
７ 方位角演算手段
８ 平均受信レベル演算手段
９ 平滑化方位角演算手段
Ｐ（θ），Ｑ（θ） 方位角推定曲線
Ｓ（θ） 特性曲線

Claims (7)

1. 送信信号を生成する送信機と、
   前記送信機からの送信信号を複数の方向へ放射する送信アンテナと、
   前記送信機からの送信信号を複数の方向へ放射するために、前記送信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、前記送信機から前記送信アンテナに前記送信信号を供給する送信アンテナ切替手段と、
   対象物からの反射波を複数の方向から受信する受信アンテナと、
   前記対象物からの反射波を複数の方向から受信するために、前記受信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、該受信アンテナが受信した受信信号を受信機に供給する受信アンテナ切替手段と、
   前記受信アンテナからの受信信号を検波し、受信信号の受信レベルを検出する受信機と、
   前記送信アンテナ切替手段及び前記受信アンテナ切替手段を制御することにより前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、これらアンテナを複数のアンテナ角度に順次設定するアンテナ角度制御手段と、
   前記アンテナ角度制御手段で設定した複数のアンテナ角度と前記受信機で検出したこれらアンテナ角度に対応する受信レベルとからなるデータを用いて対象物の方位角を求める方位角演算手段と、を備えたビーム切替式レーダ装置において、
   前記方位角演算手段は、
   前記データを少なくとも３点以上用いてこれら各点を通る曲線を求め、この曲線を対象物の方位角を推定するための方位角推定曲線とし、この方位角推定曲線の前記受信レベルが最大となるアンテナ角度を対象物の方位角とすることを特徴とするビーム切替式レーダ装置。
2. 送信信号を生成する送信機と、
   前記送信機からの送信信号を複数の方向へ放射する送信アンテナと、
   前記送信機からの送信信号を複数の方向へ放射するために、前記送信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、前記送信機から前記送信アンテナに前記送信信号を供給する送信アンテナ切替手段と、
   対象物からの反射波を複数の方向から受信する受信アンテナと、
   前記対象物からの反射波を複数の方向から受信するために、前記受信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、該受信アンテナが受信した受信信号を受信機に供給する受信アンテナ切替手段と、
   前記受信アンテナからの受信信号を検波し、受信信号の受信レベルを検出する受信機と、
   前記送信アンテナ切替手段及び前記受信アンテナ切替手段を制御することにより前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、これらアンテナを複数のアンテナ角度に順次設定するアンテナ角度制御手段と、
   前記アンテナ角度制御手段で設定した複数のアンテナ角度と前記受信機で検出したこれらアンテナ角度に対応する受信レベルとからなるデータを用いて対象物の方位角を求める方位角演算手段と、を備えたビーム切替式レーダ装置において、
   前記方位角演算手段は、
   前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの指向性に基づいて、前記アンテナ角度に対する前記受信レベルの特性を示す特性曲線を求め、
   前記データの少なくとも２点以上を前記特性曲線に当てはめて、対象物の方位角を推定するための方位角推定曲線を求め、
   前記方位角推定曲線において、前記受信レベルが最大となるアンテナ角度を対象物の方位角とすることを特徴とするビーム切替式レーダ装置。
3. 前記方位角演算手段は、
   前記方位角推定曲線を求めるために用いられる前記データとして、複数のデータの中から受信レベルが強いデータを選択して前記特性曲線に当てはめて、前記方位角推定曲線を求めることを特徴とする請求項２に記載のビーム切替式レーダ装置。
4. 送信信号を生成する送信機と、
   前記送信機からの送信信号を複数の方向へ放射する送信アンテナと、
   前記送信機からの送信信号を複数の方向へ放射するために、前記送信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、前記送信機から前記送信アンテナに前記送信信号を供給する送信アンテナ切替手段と、
   対象物からの反射波を複数の方向から受信する受信アンテナと、
   前記対象物からの反射波を複数の方向から受信するために、前記受信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、該受信アンテナが受信した受信信号を受信機に供給する受信アンテナ切替手段と、
   前記受信アンテナからの受信信号を検波し、受信信号の受信レベルを検出する受信機と、
   前記送信アンテナ切替手段及び前記受信アンテナ切替手段を制御することにより前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのアンテナ角度を切り替えて、これらアンテナを複数のアンテナ角度に順次設定するアンテナ角度制御手段と、
   前記アンテナ角度制御手段で設定した複数のアンテナ角度と前記受信機で検出したこれらアンテナ角度に対応する受信レベルとからなるデータを用いて対象物の方位角を求める方位角演算手段と、を備えたビーム切替式レーダ装置において、
   前記方位角演算手段は、
   前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの指向性に基づいて、前記アンテナ角度に対する前記受信レベルの特性を示す特性曲線を求め、
   前記データの中から任意のデータを２点以上選択して得た複数のデータの組み合わせを前記特性曲線に当てはめて、対象物の方位角を推定するための方位角推定曲線を各組み合わせ毎に求め、
   これら各方位角推定曲線毎に前記受信レベルが最大となるアンテナ角度を求め、これら求められた複数個のアンテナ角度に基づいて、対象物の方位角を演算することを特徴とするビーム切替式レーダ装置。
5. 前記方位角演算手段は、
   所定範囲外の受信レベルを含むデータを異常値として前記データの中から除き、該異常値を含まないデータを用いて対象物の方位角を演算することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のビーム切替式レーダ装置。
6. 前記受信機で検出した受信レベルの履歴を用いて、各アンテナ角度に対応する受信レベルを平均化して平均受信レベルを求める平均受信レベル演算手段を更に有し、
   前記方位角演算手段は、
   前記受信レベルに替えて、前記平均受信レベルに基づいて、対象物の方位角を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のビーム切替式レーダ装置。
7. 前記方位角演算手段により得られた対象物の方位角を平滑化して平滑化方位角を求める平滑化方位角演算手段を更に有し、
   前記方位角演算手段により得られた対象物の瞬時的な方位角に替えて、前記平滑化方位角演算手段により得られた平滑化方位角を対象物の方位角としたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のビーム切替式レーダ装置。
   

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