JP2006071597A - 測高レーダ装置とその測角処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で、マルチパスによる測高精度の劣化を低減する。
【解決手段】 目標検出回路１３で複数の受信ビームのいずれかから目標が検出されたとき、目標検出ビームの受信信号から検出目標の距離情報及び粗測角値を求める。測角用ビーム形成回路１６は、粗測角値に対して所定仰角だけずらして指向方向を決定し、予め記憶した素子信号メモリ１５から目標距離に応じて記憶した素子信号を読み出し、測角用ビームを形成する。目標検出位置と検出ビームによる概略測角結果を基に、再度指向仰角の異なる複数の受信ビームを形成して測角処理を行い、各ビームで測角した結果を平均化してマルチパスの影響による測高精度のばらつきを低減する。この際、このとき、素子信号をいったんメモリして必要なビームを再形成するので、再度複数ビームを形成するために新たな送受信を要しない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、仰角方向の測角値から目標を測高する測高レーダ装置とその測角処理方法に関する。

従来の測高レーダ装置では、仰角方向に連続して設定した複数のビームで目標を検出し、最も受信強度の大きいビームの測角値を目標の測高に使用する方法が一般的に採用されている。また、マルチパス対策として、受信ビームの指向中心を上方にずらして設定（オフボア）した振幅比較測角方式が利用される。この方式は、オフボアして形成された受信ビームから海面付近の低高度飛行目標を検出することで、目標測高演算の際に海面からの反射波による影響を軽減するものである。

但し、上記振幅比較測角方式を利用した測高レーダ装置では、オフボアした受信ビームであっても、ビーム幅等の制約から、海面からの反射波成分に影響されて下方ビームの受信強度が部分的に大きくなり、誤った測高値を算出してしまうことがある。そこで、従来では、この影響を低減するための手法として、海面方向のマルチパスを受けやすい領域に対して、指向仰角の異なる複数の受信ビームを形成し、その各々について測角処理を行うマルチビーム方式が提案されている。また、各ビームで測角した結果を平均化することにより、マルチパスの影響による測高精度のばらつきを低減する方法も考えられている。

しかしながら、上記のような従来のマルチビームによる対処方法では、マルチパスの影響を受けやすい領域を適当な判断で予想し、不用意に適当な角度、方位に対して複数のマルチビームを形成しており、その機能によるハードウェア規模の増大が問題となっている。

尚、従来のレーダ装置のマルチパス対策として、特許文献１にその例が示されている。この文献のマルチパス対策例では、受信信号から目標を検出してオフボアサイト角を求め、目標検出結果とオフボアサイト角から得られる方位角及び仰角に基づいて目標位置を特定し表示する際に、目標検出結果を用いて目標の速度成分を検出し、速度検出結果と目標検出結果を用いてフィルタ処理を行うことにより、目標からの反射成分のうち間接波（マルチパス）成分を抑圧し、仰角の再演算を行って選択的に切り換えて表示するようにしている。但し、この例は、目標捕捉・追尾用のレーダ装置に適用されるものであり、高精度な測高が要求される本発明のレーダ装置とは種類が異なる。
特開２００２−０７１７９５号公報

以上述べたように、従来の測高レーダ装置では、マルチパスによる影響を軽減するために、マルチビーム方式を採用する場合には、その機能によるハードウェア規模の増大が問題となっている。

本発明は上記の問題を解決し、マルチパスによる測高精度の劣化を低減しつつ、その機能によるハードウェア規模の増加を縮小することのできる測高レーダ装置とその測角処理方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明に係る測高レーダ装置は、空中線装置によって覆域内に送出した送信パルスの反射波を互いに仰角の異なる複数の受信ビームで受信する送受信手段と、前記複数の受信ビームそれぞれから目標成分を抽出して最大振幅が得られる受信ビームを特定し、その受信ビームに含まれる目標反射信号の距離及び仰角をそれぞれ目標距離情報及び粗測角値として出力する目標検出手段と、前記空中線装置の受信信号を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された受信信号を用い、測角用として、前記粗測角値に基づいて互いに異なる方向にずらした複数の受信ビームを再形成する測角用ビーム形成手段と、前記複数の測角用ビームそれぞれで目標仰角を測角して平均化し、前記目標検出手段の目標検出位置に基づいて測高値を求める測角／測高演算手段とを具備することを特徴とする。

特に、前記空中線装置は複数のアンテナ素子をアレイ状に配列してなるアレイアンテナであり、前記記憶手段は前記複数のアンテナ素子それぞれの素子信号を記憶することを特徴とする。

すなわち、上記構成による測高レーダ装置では、複数の受信ビームのいずれかから目標が検出されたとき、目標検出ビームの受信信号から検出目標の距離情報及び粗測角値を求め、粗測角値に対して所定仰角だけずらして指向方向を決定し、予め記憶した受信信号から目標距離に応じた信号を読み出し、複数の測角用ビームを形成する。目標検出位置と検出ビームによる概略測角結果を基に、再度指向仰角の異なる複数の受信ビームを形成して測角処理を行い、各ビームで測角した結果を平均化してマルチパスの影響による測高精度のばらつきを低減する。この際、このとき、受信信号をいったんメモリして必要なビームを再形成するので、再度複数ビームを形成するために新たな送受信を要しない。また、ビームの再形成は目標の距離のみ実施すればよいため、ビーム形成のためのハードウェアは最小限でよい。

本発明によれば、マルチパスによる測高精度の劣化を低減しつつ、その機能によるハードウェア規模の増加を縮小することのできる測高レーダ装置とその測角処理方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係る測高レーダ装置の一実施形態を示すブロック図である。図１において、空中線装置１１は例えば複数のアンテナ素子をアレイ状に配列し、各素子の給電振幅・位相を任意に制御可能なアレイアンテナで構成される。そして、任意の方位・仰角方向に所定ビーム幅の送信ビーム（通常、コセカンドビーム）を形成して送信パルスを送出し、その反射波を受信する。

この空中線装置１１の受信信号は、検出用ビーム形成回路１２に送られる。この検出用ビーム形成回路１２は、目標検出用に、仰角方向にマルチビームを形成してビーム毎に受信信号を得る。各検出用ビームの受信信号は目標検出回路１３に入力される。この目標検出回路１３は、各検出用ビームの受信信号それぞれについて目標要素、すなわち目標距離（レンジ）情報及び粗測角値を検出するもので、その検出結果は測角／測高演算回路１４に送られる。また、この目標検出回路１３で得られた目標距離情報は素子信号メモリ１５に供給され、粗測角値はそれぞれ測角用ビーム形成回路１６に送られる。

一方、空中線装置１１の各素子で得られた受信信号は素子信号メモリ１５に供給される。この素子信号メモリ１５は、目標検出回路１３からの目標距離情報に基づいてその前後一定範囲の各素子信号を記憶し、測角用ビーム形成回路１６からの要求に応じて読み出し出力する。測角用ビーム形成回路１６は、目標検出回路１３からの粗測角値に基づいて、上記検出用ビームとは指向中心を所定角度だけ仰角方向にずらした（オフボアした）方向に、素子信号メモリ１５に記憶された素子信号を用いてマルチビームを形成し、ビーム毎に受信信号を得る。各測角用ビームの受信信号は測角／測高演算回路１４に送られる。

この測角／測高演算回路１４は、目標検出回路１３で得られた目標要素それぞれについて測角用ビーム形成回路１５で形成される測角用ビームにより目標仰角を測角し、その測角結果と目標要素の距離から測高値を換算するもので、ここで得られた測高演算結果は相関追尾回路１７に送られ、検出目標の相関追尾がなされて表示器１８に表示される。

上記構成において、以下、図２及び図３を参照してその処理動作を説明する。

いま、空中線装置１１によって、所定の方位に送信パルスを図２（ａ）に示すようなコセカンドビームで送出し、図２（ｂ）に示すように互いに仰角の異なる第１乃至第ｎの検出用ビーム＃１〜＃ｎでそれぞれ送信パルスの反射信号を受信した場合を想定する。

目標検出回路１３において、検出用ビーム＃１〜＃ｎのいずれかから目標信号の振幅成分が得られたとする。このとき、目標検出回路１３では、目標が検出されたビーム受信信号から検出目標の距離情報及び粗測角値を求め、それぞれ測角／測高演算回路１４に送ると共に、距離情報を素子信号メモリ１５へ、粗測角値を測角用ビーム形成回路１６へ送る。

測角用ビーム形成回路１６は、目標検出で得られた粗測角値に対して所定仰角だけずらして指向方向を決定し、素子信号メモリ１５から目標距離に応じて記憶した素子信号を読み出し、測角用ビームを形成する。ここで、マルチパスによる測角（測高）精度のばらつきは、真値を中心にばらついていることに着目し、粗測角値に対してそれぞれ異なる方向にずらした複数の測角用ビームを形成する。

すなわち、検出した目標に対して、その目標検出位置と検出ビームによる概略測角結果を基に、再度指向仰角の異なる複数の受信ビームを形成し、その各々について測角処理を行う。そして、測角／測高演算回路１４にて各ビームで測角した結果を平均化することにより、マルチパスの影響による測高精度のばらつきを低減する。その際、ビーム再形成には、素子信号メモリ１５に記憶した素子信号を用いる。

したがって、上記構成による測高レーダ装置では、１つの目標に対して指向仰角の異なる複数の受信ビームを形成し（ビームスペースダイバーシティと呼ぶ）、各ビームの測角処理結果を平均するようにしているので、マルチパスによる影響を軽減することができ、しかも素子信号をいったんメモリしておいて必要なビームを再形成するようにしているので、再度複数ビームを形成するために新たな送受信を要せず、これによってハードウェア規模の増加を縮小することができる。

尚、本発明に係る測高レーダ装置では、図３（ａ）に示すように目標が検出された受信ビームを基準にして、図３（ｂ）に示すように和ビームΣに対して一対の差ビームΔを形成し、両者のレベル差から測角値を求めるモノパルス測角方式、あるいは図３（ｃ）に示すようにΣhighとΣlowの複数ビームで振幅比較を行って測角処理し、その振幅レベルの割合から測角値を求める振幅比較測角のいずれの測角方式であってもよい。但し、目標が低仰角に存在する場合には、下側にビームの広がりがある差ビームΔを必要としない振幅比較測角方式が有利といえる。

尚、本発明は、マルチビーム数を限定するものではない。また、素子信号メモリ１５から受信信号を読み出して複数のビームを形成する場合には、各ビームは必ずしも同時に形成しなくてもよく、時分割で走査して形成するようにしても同様の処理を実施可能である。

また、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係る測高レーダ装置の一実施形態を示すブロック構成図。 図１の構成による測高レーダ装置の処理動作を説明するためのビーム形成パターンを示す図。 図１の実施形態で適用可能な測角方式の例を示す概念図。

符号の説明

１１…空中線装置、１２…検出用ビーム形成回路、１３…目標検出回路、１４…測角／測高演算回路、１５…素子信号メモリ、１６…測角用ビーム形成回路、１７…相関追尾回路、１８…表示器。

Claims (5)

1. 空中線装置によって覆域内に送出した送信パルスの反射波を互いに仰角の異なる複数の受信ビームで受信する送受信手段と、
   前記複数の受信ビームそれぞれから目標成分を抽出して最大振幅が得られる受信ビームを特定し、その受信ビームに含まれる目標反射信号の距離及び仰角をそれぞれ目標距離情報及び粗測角値として出力する目標検出手段と、
   前記空中線装置の受信信号を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された受信信号を用い、測角用として、前記粗測角値に基づいて互いに異なる方向にずらした複数の受信ビームを再形成する測角用ビーム形成手段と、
   前記複数の測角用ビームそれぞれで目標仰角を測角して平均化し、前記目標検出手段の目標検出位置に基づいて測高値を求める測角／測高演算手段とを具備することを特徴とする測高レーダ装置。
2. 前記記憶手段は、前記受信信号から前記目標距離情報に基づく所定範囲を抽出し記憶することを特徴とする請求項１記載の測高レーダ装置。
3. 前記空中線装置は複数のアンテナ素子をアレイ状に配列してなるアレイアンテナであり、前記記憶手段は前記複数のアンテナ素子それぞれの素子信号を記憶することを特徴とする請求項１記載の測高レーダ装置。
4. 前記測角用ビーム形成手段は、モノパルス測角方式または振幅比較測角方式であることを特徴とする請求項１記載の測高レーダ装置。
5. 空中線装置によって覆域内に送出した送信パルスの反射波を互いに仰角の異なる複数の受信ビームで受信し、
   前記複数の受信ビームそれぞれから目標成分を抽出して最大振幅が得られる受信ビームを特定し、
   その受信ビームに含まれる目標反射信号の距離及び仰角をそれぞれ目標距離情報及び粗測角値として出力し、
   前記空中線装置の受信信号を記憶しておき、前記記憶された受信信号を用い、測角用として、前記粗測角値に基づいて互いに異なる方向にずらした複数の受信ビームを再形成し、
   前記複数の測角用ビームそれぞれで目標仰角を測角して平均化し、
   前記目標検出手段の目標検出位置に基づいて測高値を求めることを特徴とする測高レーダ装置の測角処理方法。

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