JP2006266929A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小さい開口アンテナを用いた小さなハードウェア規模で精度よく目標位置を評定できるレーダ装置を提供する。
【解決手段】 空間を走査する空中線１と、空中線で空間を走査することにより得られた受信信号に基づき目標を検出する目標検出回路６と、自己の位置を測定する航法装置５と、今回の走査において目標検出回路で検出された第１の目標と過去の走査において目標検出回路で検出された第２の目標との相関の有無を判定する相関回路８と、相関回路において相関が有る旨が判定された場合に、今回の走査時に航法装置で測定された位置から見て目標検出回路で検出された第１の目標が存在する可能性のある範囲と過去の走査時に航法装置で測定された位置から見て目標検出回路で検出された第２の目標が存在する可能性のある範囲との重なりに基づき目標位置を評定する位置評定回路９とを備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば航空機等といった飛翔体に搭載されるレーダ装置に関し、特に広範囲を走査して目標を検出する際の目標位置を評定する技術に関する。

従来、目標を捜索するために、空中線の回転やビーム走査によって広範囲を走査し、目標を検出するレーダ装置が知られている。このようなレーダ装置においては、方位方向分解能と距離方向分解能とによって探知精度が決定される。このレーダ装置における目標位置の評定においては、一般に、距離方向の精度に比べ、方位方向の精度は低い。

距離方向分解能は、パルス圧縮技術等を用いることにより高くすることができるが、方位方向分解能は空中線の開口面積に依存するため、高い方位方向分解能を得るためには大きな開口の空中線が必要となる。しかしながら、特に航空機に搭載されるレーダ装置においては、機体の制限によって空中線の開口面積にも制限があり、十分な方位方向の精度が得られない場合が多い。このようなレーダ装置において、方位方向の探知精度を向上させるために、一般に、隣接ビーム間の振幅を比較する振幅比較方式やモノパルス測角方式等が採用されている（例えば、非特許文献１参照）。

吉田孝監修、「改訂 レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、１９９６、ｐ２６０−２６４

しかしながら、上述した振幅比較方式を採用したレーダ装置では、信号対雑音電力比（以下、「ＳＮ比」という）が小さい場合、十分な精度が得られないことがある。また、モノパルス測角方式を採用したレーダ装置では、高い精度は得られるが、ハードウェア規模が大きくなるなどの欠点がある。従って、現状では、ハードウェア規模を大きくすることなくしては、ＳＮ比の小さな小目標に対して、距離方向の精度と同程度の方位方向の精度で目標位置を評定することは困難である。

この発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、小さい開口アンテナを用いた小さなハードウェア規模で精度よく目標位置を評定できるレーダ装置を提供することを目的とする。

この発明に係るレーダ装置は、上記目的を達成するために、空間を走査する空中線と、空中線で空間を走査することにより得られた受信信号に基づき目標を検出する目標検出回路と、自己の位置を測定する航法装置と、今回の走査において目標検出回路で検出された第１の目標と過去の走査において目標検出回路で検出された第２の目標との相関の有無を判定する相関回路と、相関回路において相関が有る旨が判定された場合に、今回の走査時に航法装置で測定された位置から見て目標検出回路で検出された第１の目標が存在する可能性のある範囲と過去の走査時に航法装置で測定された位置から見て目標検出回路で検出された第２の目標が存在する可能性のある範囲との重なりに基づき目標位置を評定する位置評定回路とを備えている。

この発明によれば、空中線による複数回の走査によって検出された複数の目標の相関をとり、相関がある旨が判定された場合に同一目標と判断し、今回の走査を行った時の自己の位置および過去の走査を行った時の自己の位置から見て目標が存在する可能性がある範囲の重なりを利用して目標位置を評定するように構成したので、レーダ装置のハードウェア規模は従来と変らず、また、目標が検出されれば、ＳＮ比に依存せずに、距離方向の精度と同程度の方位方向の精度が得られるので、精度よく目標位置を評定できる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、空中線（アンテナ）１、送受切替器２、送信機３、受信機４、航法装置５、目標検出回路６、記憶回路７、相関回路８および位置評定回路９から構成されている。

空中線１は、回転やビーム走査によって広範囲の空間を走査する。この空中線１は、送信機３から送受切替器２を経由して送られてくる送信信号を送信波として空中に送出するとともに、この送信波が目標で反射されて戻ってくる反射波を受信し、受信信号として、送受切替器２を経由して送信機３に送る。送受切替器２は、サーキュレータとも呼ばれ、送受信のタイミングに応じて、送信機３から送られてくる送信信号を空中線１に送るか、空中線１から送られてくる受信信号を受信機４に送るかを切り替える。

送信機３は、高電力送信パルスからなる送信信号を生成する。この送信機３で生成された送信信号は、送信タイミングにおいて、送受切替器２を経由して空中線１に送られる。受信機４は、受信タイミングにおいて、空中線１から送受切替器２を経由して送られてくる微弱な受信信号を増幅して検波する。この受信機４で検波された信号は、目標検出回路６に送られる。

航法装置５は、自機（自己）の現在位置、つまり当該レーダ装置が搭載された飛翔体の現在位置を検出する。この航法装置５で検出された自機の現在位置は、自機位置信号として目標検出回路６に送られる。目標検出回路６は、受信機４から送られてくる受信信号に基づき目標を検出し、必要に応じて測距および測角を行う。この目標検出回路６で検出された目標を表す検出目標信号は、目標検出時に航法装置５で測定された自機位置信号とともに相関回路８に送られる。

記憶回路７は、過去の走査（前回以前の走査）によって検出された目標を表す検出目標信号を検出目標情報として格納する。この記憶回路７に記憶されている検出目標情報は、相関回路８によって読み出される。相関回路８は、目標検出回路６から送られてくる今回の走査によって検出された検出目標信号と、記憶回路７から読み出した目標検出情報を表す検出目標信号との相関の有無を判定する。この相関回路８で判定された相関の有無を表す信号は、位置評定回路９に送られる。また、相関回路８は、今回の走査によって検出された検出目標信号を、目標検出情報として記憶回路７に格納する。

位置評定回路９は、相関回路８によって、今回の走査で検出された目標（第１の目標）と過去の走査で検出された目標（第２の目標）とが相関があると判定された場合に、各走査時の自機位置に対し、レーダ装置の観測精度（距離方向精度および方位方向精度）、目標の最大移動量を考慮して、第１の目標および第２の目標が存在する可能性のある範囲を求め、これら目標が存在する可能性のある範囲の重なりから目標位置を評定する。この位置評定回路９における評定結果が、目標位置として外部に出力される。

次に、上記のように構成される、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の動作を、図２を参照しながら説明する。

このレーダ装置が起動されると、空中線１は、所望の捜索範囲を、回転またはビーム走査等によって走査する。この走査中においては、各方位ポジションにおいて送信機３から出力される送信信号が送受切替器２を経由して空中線１から空中に送信波として送出される。また、送信波が目標で反射されて戻ってきた反射波が空中線１で受信されて、受信信号として送受切替器２を経由して受信機４に送られる。受信機４は、受信信号を増幅した後に検波し、検波信号として目標検出回路６に送る。

受信機４から検波信号を受け取った目標検出回路６は、該検波信号を所定の閾値と比較することにより目標の有無を検出する。そして、目標検出回路６は、検出した目標に対して、図示しない計時回路で測定された送信信号が送出されてから受信信号が得られるまでの時間に基づき目標までの距離を算出するとともに、空中線１のビーム位置（方位ポジション）から検出した目標が存在する方位を測定し、航法装置５から送られてくる自機位置信号に基づき目標位置を求める。

レーダ装置における１回の走査には、通常、数秒〜数十秒を要するので、プラットホームが航空機の場合、今回の走査時点における自機位置は、航空機の移動によって、過去の走査時点における自機位置から変化する。この段階において求めることができる目標位置の精度は、距離方向に関しては送信信号を形成する送信パルスのもつ周波数帯域に反比例し、高精度が期待できる。しかしながら、方位方向に関しては、特に測角を実施しなければ、図２に示すように、ほぼビーム幅に相当する誤差を生じる。この誤差は、目標が存在する可能性のある範囲と考えることができる。

相関回路８は、図２に示すように、今回の走査において目標検出回路６で検出された目標（第１の目標）と、過去の走査において目標検出回路６で検出されて記憶回路７に格納されている目標（第２の目標）との間で概略の位置相関をとる。相関回路８により、今回の走査で検出された目標と過去の走査で検出された目標との間で相関が有る旨が判定されると、それら２つの目標を表す検出目標信号は、それら２つの目標に対応する自機位置信号とともに位置評定回路９へ送られる。

位置評定回路９では、各走査時の自機位置に対し、
（１）レーダの観測精度（距離方向精度および方位方向精度）
（２）目標の移動量（目標のモデルから推定）
を考慮して、目標が存在する可能性がある範囲を求め、さらに、その範囲の重なりから、目標位置を特定する。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置によれば、空中線１による複数回の走査によって検出された複数の目標の相関をとり、相関がある旨が判定された場合に同一目標と判断し、今回の走査を行った時の自機位置および過去の走査を行った時の自機位置から見て目標が存在する可能性がある範囲の重なりを利用して目標位置を評定するように構成したので、レーダ装置のハードウェア規模は従来と変らず、また、目標が検出されれば、ＳＮ比に依存せずに、距離方向の精度と同程度の方位方向の精度が得られるので精度よく目標位置を評定できる。このレーダ装置は、目標が静止または低速移動している場合に特に有効であり、また、距離方向の精度が高いほど、自己の移動量が大きいほど目標が存在する可能性がある範囲の重なりは小さくなるので、目標の探知精度を向上させることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るレーダ装置は、実施の形態１に係るレーダ装置において、目標検出時に振幅比較方式やモノパルス測角方式などを用いて測角を行うようにしたものである。

目標検出回路６は、受信機４から送られてくる受信信号に基づき目標を検出し、さらに、検出した目標に対して、振幅比較方式やモノパルス測角方式などを用いて高精度で方位を計測する測角を実行する。なお、振幅比較方式およびモノパルス測角方式については、上述した非特許文献１に説明されているので、必要に応じて参照されたい。この目標検出回路６で検出された目標を表す検出目標信号および測角によって得られた方位を表す方位信号は、相関回路８に送られる。

相関回路８は、今回の走査において目標検出回路６で検出された目標（第１の目標）と、過去の走査において目標検出回路６で検出されて記憶回路７に格納されている目標（第２の目標）との間で、方位信号によって示される高精度の方位情報を加味して位置相関をとる。相関回路８により、今回の走査で検出された目標と過去の走査で検出された目標との間で相関が有る旨が判定されると、それら２つの目標に対応する自機位置信号とともに位置評定回路９へ送られる。

上述したように構成される実施の形態２に係るレーダ装置によれば、目標検出回路６において、振幅比較方式やモノパルス測角方式などを用いて測角を実施することにより目標位置精度を高め、目標が存在する可能性のある範囲を狭めた後に相関回路８で相関をとるように構成したので、目標位置の評定を高精度で行うことができるとともに、目標が存在する可能性がある範囲の重なりを計算するための演算量が少なくて済むという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の動作を説明するための図である。

符号の説明

１ 空中線、２ 送受切替器、３ 送信機、４ 受信機、５ 航法装置、６ 目標検出回路、７ 記憶回路、８ 相関回路、９ 位置評定回路。

Claims (3)

1. 空間を走査する空中線と、
   前記空中線で空間を走査することにより得られた受信信号に基づき目標を検出する目標検出回路と、
   自己の位置を測定する航法装置と、
   今回の走査において前記目標検出回路で検出された第１の目標と過去の走査において前記目標検出回路で検出された第２の目標との相関の有無を判定する相関回路と、
   前記相関回路において相関が有る旨が判定された場合に、今回の走査時に前記航法装置で測定された位置から見て前記目標検出回路で検出された第１の目標が存在する可能性のある範囲と過去の走査時に前記航法装置で測定された位置から見て前記目標検出回路で検出された第２の目標が存在する可能性のある範囲との重なりに基づき目標位置を評定する位置評定回路
   とを備えたレーダ装置。
2. 目標検出回路は、検出した目標に対してさらにモノパルス測角方式で測角した結果を検出結果として出力することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 目標検出回路は、検出した目標に対してさらに振幅比較方式で測角した結果を検出結果として出力することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
   

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