JP2007278772A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の周波数を用いることなく、マルチパス環境下における受信信号のレベル低下を防止し、目標高度を高精度で測定できるレーダ装置を提供する。
【解決手段】全開口で送信した送信波に対する反射波を受信してΣビームおよびΔビームを生成するアンテナ２と、アンテナからのΣビームおよびΔビームを合成することによりアンテナの開口面を高さ方向に変えた複数のビームを生成するビーム合成器４１と、ビーム合成器で生成された複数のビームの中から最大レベルを有するビームを基準ビームとして選択する最大値選択処理器４２と、最大値選択処理器から出力される基準ビームに基づき測角を行って目標高度を出力する測角処理器４６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチパス環境下で目標高度の測定または仰角測定を実施するレーダ装置に関する。

従来のレーダ装置は、マルチパス環境下においては、目標からの直接波の他にマルチパス波を受信する。その結果、直接波とマルチパス波がベクトル合成されて受信信号のレベルが低下し、モノパルス測角の精度が極端に低減する場合があるという問題がある。

このような問題を解消するために、複数の周波数を用いることにより直接波とマルチパス波の位相関係を変えて観測し、その中で基準ビーム（Σビーム）のレベルの最も高い周波数の信号を用いる周波数ホッピング手法が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１、非特許文献２参照）。また、送信パルスを周波数分で分割したサブパルスを使用するサブパルス方式も知られている。
特開２００４−２２６１８８号公報 E.BOSSE ,"Model-Based Multifrequency Array Signal Processing for Low-Angle Tracking ",IEEE Trans. AES. Vol.31,No.1, pp.194-210, Jan.(1995) 稲葉、"マルチパス環境でのΣΔアンテナにおける低高度レーダ目標の高度推定法"、電子情報通信学会論文誌Ｂ，vol.J87-B,No.3,pp.446-456(2004)

上述した複数の周波数を用いる周波数ホッピング手法においては、離隔した周波数を複数用いる必要があり、また、複数の周波数で送受信するための観測時間が必要になるという制約がある。また、送信パルスを周波数分で分割したサブパルス方式では、システム利得が低下するという問題がある。

本発明は、このような従来の装置が有する問題を解決するためになされたものであり、その課題は、複数の周波数を用いることなく、マルチパス環境下における受信信号のレベル低下を防止し、目標高度を高精度で測定できるレーダ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、全開口で送信した送信波に対する反射波を受信してΣビームおよびΔビームを生成するアンテナと、アンテナからのΣビームおよびΔビームを合成することによりアンテナの開口面を高さ方向に変えた複数のビームを生成するビーム合成器と、ビーム合成器で生成された複数のビームの中から最大レベルを有するビームを基準ビームとして選択する最大値選択処理器と、最大値選択処理器から出力される基準ビームに基づき測角を行って目標高度を出力する測角処理器とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、距離毎の目標高度をマルチパスモデルの測角の誤差電圧に対応させて記憶した探索用テーブルを備え、測角処理器は、最大値選択処理器から出力される基準ビームに対する他のビームの比率で表される誤差電圧と探索用テーブルに格納されている誤差電圧とを比較することにより目標高度を出力することを特徴とする。

また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、測角処理器は、前回の観測において得られた目標高度を中心とする所定の範囲内で探索用テーブルを検索して目標高度を出力することを特徴とする。

本発明によれば、複数の周波数を用いることなく、マルチパス環境下であっても、受信信号のレベル低下を防止して、高速かつ高精度に目標高度を求めることができる。すなわち、請求項１記載の発明によれば、送信時は、アンテナ全開口を使用することによりシステム利得の低減を防止し、受信時は、ΣビームとΔビームを用いて、アンテナ開口面を高さ方向に変えた複数のビームを形成し、マルチパス環境下で直接波とマルチパス波との位相関係が異なる複数のビームの中で、最もレベルの高い入力を基準ビームとして選択し、この選択した基準ビームを用いて測角（例えば、位相モノパルス測角またはスクイント測角）を行って目標高度を出力するので、測角精度が向上し、高精度の目標高度を求めることができる。

また、請求項２記載の発明によれば、送信時は、アンテナ全開口を使用することによりシステム利得の低減を防止し、受信時は、ΣビームとΔビームを用いて、アンテナ開口面を高さ方向に変えた複数のビームを形成し、マルチパス環境下で直接波とマルチパス波との位相関係が異なる複数のビームの中で、最もレベルの高いビームを基準ビームとして選択し、この選択した基準ビームに対する他のビームの比率で表される誤差電圧と探索用テーブルに格納されている誤差電圧とを比較することにより目標高度を出力するので、マルチパス環境下でも高速かつ高精度で目標高度を求めることができる。

また、請求項３記載の発明によれば、送信時は、アンテナ全開口を使用することによりシステム利得の低減を防止し、受信時は、ΣビームとΔビームを用いて、アンテナ開口面を高さ方向に変えた複数のビームを形成し、マルチパス環境下で直接波とマルチパス波との位相関係が異なる複数のビームの中で、最もレベルの高いビームを基準ビームとして選択し、この選択した基準ビームに対する他のビームの比率で表される誤差電圧と探索用テーブルに格納されている誤差電圧のうち、前回観測された目標高度を中心に所定の範囲の中の誤差電圧と比較することにより目標高度を出力するので、マルチパス環境下でも、所望の目標に対して、高速にかつアンビギュイティが小さく高精度で目標高度を求めることができる。

以下、本発明の実施の形態の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例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、送信器１、アンテナ２、第１受信器３₁、第２受信器３₂、第３受信器３₃および信号処理器４から構成されている。

送信器１は、内部で生成したパルス信号をアンテナ２に送る。アンテナ２は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子２１、ｎ個の送受信モジュール２２および給電回路２３から構成されている。ｎ個のアンテナ素子２１の各々の構成は同じであるので、以下では、１つのアンテナ素子について「アンテナ素子２１」として説明する。同様に、ｎ個の送受信モジュール２２の各々の構成は同じであるので、以下では、１つの送受信モジュールについて「送受信モジュール２２」として説明する。

アンテナ素子２１は、送受信モジュール２２から送られてくる高周波信号を空中に向けて送信するとともに、空中からの信号、つまり目標からの反射波を受信し、送受信モジュール２２に送る。

送受信モジュール２２は、図２に示すように、サーキュレータ２２１、送信側増幅器２２２ａ、送信側移相器２２３ａ、受信側増幅器２２２ｂおよび受信側移相器２２３ｂから構成されている。サーキュレータ２２１は、送信側増幅器２２２ａから送られてくる高周波送信信号をアンテナ素子２１に送るか、アンテナ素子２１から送られてくる高周波受信信号を受信側増幅器２２２ｂに送るかを切り替える。

送信側増幅器２２２ａは、送信側移相器２２３ａから送られてくる高周波送信信号を増幅し、サーキュレータ２２１に送る。送信側移相器２２３ａは、給電回路２３から送られてくる送信信号の位相を調整して高周波送信信号に変換し、送信側増幅器２２２ａに送る。

受信側増幅器２２２ｂは、サーキュレータ２２１から送られてくる高周波受信信号を増幅し、受信側移相器２２３ｂに送る。受信側移相器２２３ｂは、受信側増幅器２２２ｂから送られてくる高周波受信信号の位相を調整して中間周波信号に変換し、受信信号として給電回路２３に送る。

給電回路２３は、いずれも図示は省略するが、送信分配器とモノパルス比較器を含む受信合成器とから構成されている。送信分配器は、送信器１から送られてくるパルス信号を電力分配してｎ個の送受信モジュール２２に送る。また、受信合成器は、ｎ個の送受信モジュール２２から送られてくる受信信号を合成してΣビーム信号（以下、単に「Σビーム」と呼ぶ）、ΔＥＬビーム（以下、単に「ΔＥＬビーム」と呼ぶ）およびΔＡＺビーム（以下、単に「ΔＡＺビーム」と呼ぶ）を生成する。この給電回路２３で生成されたΣビームは第１受信器３₁に送られ、ΔＥＬビームは第２受信器３₂に送られ、ΔＡＺビームは第３受信器３₃に送られる。

第１受信器３₁は、アンテナ２の給電回路２３から送られてくるΣビームを周波数変換し、さらにデジタル信号に変換して信号処理器４に送る。第２受信器３₂は、アンテナ２の給電回路２３から送られてくるΔＥＬビームを周波数変換し、さらにデジタル信号に変換して信号処理器４に送る。第３受信器３₃は、アンテナ２の給電回路２３から送られてくるΔＡＺビームを周波数変換し、さらにデジタル信号に変換して信号処理器４に送る。

信号処理器４は、ビーム合成器４１、最大値選択処理器４２、目標検出処理器４３、測距処理器４４、ＡＺ測角処理器４５およびＥＬ測角処理器４６から構成されている。

ビーム合成器４１は、第１受信器３₁から送られてくるΣビームおよび第２受信器３₂から送られてくるΔＥＬビームから、開口分割信号としてのＸｕビームおよびＸｄビーム（詳細は後述する）を生成する。このビーム合成器４１は、生成したＸｕビームおよびＸｄビームと、受信器３₁から受け取ったΣビームを、最大値選択処理器４２に送る。

最大値選択処理器４２は、ビーム合成器４１から送られてくるΣビーム、ＸｕビームおよびＸｄビームの中から最大値を有する信号を選択し、基準ビームΣｒを表す信号として目標検出処理器４３、ＡＺ測角処理器４５およびＥＬ測角処理器４６に送る。

目標検出処理器４３は、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒの信号を所定のスレッショルドレベルと比較することにより目標を検出する。この目標検出処理器４３で検出された目標は、目標信号として測距処理器４４に送られる。

測距処理器４４は、目標検出処理器４３から送られてくる目標信号に基づき目標までの距離を算出する。この測距処理器４４で算出された距離は、距離信号としてＡＺ測角処理器４５およびＥＬ測角処理器４６に送られる。

ＡＺ測角処理器４５は、測距処理器４４から送られてくる距離信号、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号、および、受信器３₃から送られてくるΔＡＺビームに基づきアジマス方向の角度、つまりＡＺ測角値を算出する。このＡＺ測角処理器４５で算出されたＡＺ測角値はＥＬ測角処理器４６に送られる。

ＥＬ測角処理器４６は、ＡＺ測角処理器４５から送られてくるＡＺ測角値、測距処理器４４から送られてくる距離信号、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号、および、第２受信器３₂から送られてくるΔＥＬビームに基づきエレベーション方向の角度、つまりＥＬ測角値を算出し、さらに、この算出したＥＬ測角値に基づき目標高度を算出し、目標情報として外部に送る。

次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を説明する。送信器１から出力された信号は、アンテナ２の給電回路２３で分配され、送信信号としてｎ個の送受信モジュール２２に入力される。ｎ個の送受信モジュール２２の各々の内部においては、入力された送信信号は、送信側移相器２２３ａで位相制御された後に送信側増幅器２２２ａで増幅され、サーキュレータ２２１を経由してアンテナ素子２１に送られ、空中に放射される。

また、目標からの反射信号は、ｎ個のアンテナ素子２１で受信されてｎ個の送受信モジュール２２にそれぞれ送られる。ｎ個の送受信モジュール２２の各々の内部においては、アンテナ素子２１からの信号は、サーキュレータ２２１を介して受信器側増幅器２２２ｂに入力され、この受信器側増幅器２２２ｂで増幅された後に受信側移相器２２３ｂで位相制御され、給電回路２３に送られる。

給電回路２３は、ｎ個の送受信モジュール２２からの受信信号を合成してΣビーム、ΔＥＬビームおよびΔＡＺビームを生成する。図３は、Σビーム、ΔＡＺビームおよびΔＥＬビームの形成原理を示す図である。図３に示すように、アンテナの開口を４分割した信号を、Ｘ１１、Ｘ１２、Ｘ２１およびＸ２２とすると、モノパルス信号は次式で表すことができる。

ここで、
Σ ； 和信号
ΔＡＺ ； ＡＺ面差信号
ΔＥＬ ； ＥＬ面差信号
給電回路２３は、以上のようにして生成したΣビームを第１受信機３₁に、ΔＥＬビームを第２受信機３₂に、ΔＡＺビームを第３受信器３₃にそれぞれ送る。第１受信器３₁〜第３受信器３₃は、アンテナ２の給電回路２３から送られてくるΣビーム、ΔＡＺビームおよびΔＥＬビームをそれぞれ周波数変換し、さらにデジタル信号に変換して信号処理器４に送る。

開口分割信号としてのＸｌビーム、Ｘｒビーム、ＸｕビームおよびＸｄビームは、上記（１）式より、次式によって算出することができる。

これらＸｌビーム、Ｘｒビーム、ＸｕビームおよびＸｄビームの中で、マルチパスに対してアンテナ開口面の高さを変えることにより、直接波とマルチパス波の位相関係を変えるには、Σビーム、ＸｕビームおよびＸｄビームの中から選定するのが有効である。そこで、信号処理器４内のビーム合成器４１は、第１受信器３₁から送られてくるΣビームと第２受信器３₂から送られてくるΔＥＬビームとに基づき、ＸｕビームおよびＸｄビームを生成し、Σビームとともに最大値選択処理器４２に送る。

最大値選択処理器４２は、ビーム合成器４１から受け取ったΣビーム、ＸｕビームおよびＸｄビームの中から、次式により、レベルが最も高い信号を選定して、基準ビームΣｒを表す信号とする。

ここで、
ｍａｘ［ ］ ；絶対値が最大になる複素数の値
この最大値選択処理器４２で選択された基準ビームΣｒを表す信号は、目標検出処理器４３、ＡＺ測角処理器４５およびＥＬ測角処理器４６に送られる。

目標検出処理器４３は、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号を所定のスレッショルドレベルと比較することにより目標を検出し、目標信号として測距処理器４４に送る。測距処理器４４は、目標検出処理器４３から送られてくる目標信号に基づき目標までの距離を算出し、距離信号としてＡＺ測角処理器４５およびＥＬ測角処理器４６に送る。

ＡＺ測角処理器４５は、測距処理器４４から送られてくる距離信号、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号、および、受信器３₃から送られてくるΔＡＺビームに基づきＡＺ測角値を算出し、ＥＬ測角処理器４６に送る。

ＥＬ測角処理器４６は、ＡＺ測角処理器４５から送られてくるＡＺ測角値、測距処理器４４から送られてくる距離信号、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号、および、第２受信器３₂から送られてくるΔＥＬビームに基づきＥＬ測角値を算出し、さらに、この算出したＥＬ測角値に基づき目標高度を算出し、目標情報として外部に送る。

ここで、ＡＺ測角処理器４５において行われるＡＺ測角処理およびＥＬ測角処理器４６において行われるＥＬ測角処理を説明する。図４は、マルチパス環境をモデル化した図である。マルチパス環境としては、目標までの距離が比較的短いモデルを考えることとし、簡単のために、反射面として平面大地を考える。反射面を平面大地とすると、図４に示すように、アンテナ２とマルチパスの反射点までの水平距離Ｒａ、アンテナ２と目標との間の直接波の距離Ｒｄ、およびアンテナと目標との間のマルチパス波の距離Ｒｍ（＝Ｒｍ１＋Ｒｍ２）は、次式で定式化される。

ここで、
Ｒｄ ； アンテナと目標との間の直接波の距離
Ｒｍ ； アンテナと目標との間のマルチパス波の距離（＝Ｒｍ１＋Ｒｍ２）
Ｒａ ； アンテナとマルチパスの反射点までの水平距離
Ｒ ； アンテナと目標の水平距離
ｈｔ ； 目標高度
ｈａ ； アンテナ高度
θｄ ； アンテナ法線方向からの直接波の到来角度
θｍ ； アンテナ法線方向からのマルチパスの到来角度
次に、一般論として、位相モノパルス測角について、ＡＺ測角およびＥＬ測角の両者に共通な簡易な方式として、アンテナ２がリニアアレイの場合について説明する。

なお、位相モノパルス（位相比較モノパルス）測角方式については、例えば『電子情報通信学会、改訂レーダ技術、ｐｐ．２６２−２６４（１９９６）』に説明されている。位相モノパルス測角の場合の受信信号は、ΣビームｂσとΔビームｂδに分けて、次式で表される。

ここで、
Ｗσｎ ； Σビームｂｍσのｎ番目の素子の複素ウェイト
Ｗδｎ ； Δビームｂｍδのｎ番目の素子の複素ウェイト
Ａσｎ ； Σビームの振幅ウェイト
Ａδｎ ； Δビームの振幅ウェイト
θｂ ； ビーム走査角
ｂσ ； Σビーム
ｂδ ； Δビーム
ｅｎ ； ｎ番目の素子パターン（ｎ＝１〜Ｎ）
ｄｎ ； ｎ番目の素子の基準位置からの距離（ｎ＝１〜Ｎ）
ρ ； 反射係数（振幅）
φ ； 反射係数（位相）
ｊ ； 虚数単位
ｋ ； 波数（２π／λ）
λ ； 波長
図５は、位相モノパルス測角時のビーム形成の様子を示す図である。このビームを用いて、測角するには、次式により求められる誤差電圧εと、あらかじめ取得しておいた基準誤差電圧のテーブルとを比較することにより、角度を算出すればよい。

ここで、
Ｒｅ［ ］ ； 実部
＊ ； 複素共役
以上は、位相モノパルス測角の場合の一般的な測角手法であるが、本発明の実施例１に係るレーダ装置では、（５）式に示すΣビームｂσの代わりに、（３）式によって求められた基準ビームΣｒが用いられる。したがって、Σビーム、ＸｕビームおよびＸｄビームを位相モノパルス測角用のΣビームｂσとして、あらかじめ取得し、（６）式にしたがって誤差電圧を求めてテーブルに格納しておく。これにより、マルチパス環境下おいて、直接波とマルチパス波の干渉によるレベル低下が小さいビームにより測角することができる。

次に、スクイント測角の場合について説明する。なお、スクイント（振幅比較モノパルス）測角方式については、例えば『電子情報通信学会、改訂レーダ技術、ｐｐ．２６０−２６２（１９９６）』に説明されている。スクイント測角用の下方ビームｂｌおよび上方ビームｂｕは、次式で表現できる。

ここで、
Ｗｌｎ ； ｂｍａｘｌのｎ番目の素子の複素ウェイト
Ｗｕｎ ； ｂｍａｘｕのｎ番目の素子の複素ウェイト
Ａｎ ； 振幅ウェイト
θｓｑ ； ｂｍａｘｌとｂｍａｘｕのスクイント角
θｂ ； ビーム走査角
ｂｌ ； Σビーム
ｂｕ ； Δビーム
図６は、スクイント測角時のビーム形成の様子を示す図である。このビームを用いて、測角するには、次式により求められる誤差電圧Ｅｓｑと、あらかじめ取得しておいた基準誤差電圧のテーブルとを比較することにより、角度を算出すればよい。

ここで、
Ｒｅ［ ］ ； 実部
＊ ； 複素共役
以上は、スクイント測角の場合の一般的な測角手法であるが、本発明の実施例１に係るレーダ装置では、（７）式に示す下方ビームｂｌの代わりに、（３）式によって求められた基準ビームΣｒが用いられる。したがって、Σビーム、ＸｕビームおよびＸｄビームをスクイント測角用の下方ビームｂｌとして、あらかじめ取得し、（８）式を用いて誤差電圧を求めてテーブルに格納しておく。これにより、マルチパス環境下おいて、直接波とマルチパス波の干渉によるレベル低下が小さいビームにより測角することができる。

次に、上述した実施例１に係るレーダ装置の動作を、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。図７に示すフローチャートは、位相モノパルス測角の場合とスクイント測角の場合とで共通に使用される。

まず、ビームデータ取得が行われる（ステップＳ１１）。すなわち、図示しないレーダ制御器からの指示に応じて、送信器１は信号を発生してアンテナ２に送る。アンテナ２は、送信器からの信号に応じた送信波を空中に送信するとともに、目標で反射された反射波からΣビーム、ΔＥＬビームおよびΔＡＺビームを生成し、第１受信器３₁〜第３受信器３₃をそれぞれ介して信号処理器４に送る。

次いで、ビーム合成が行われる（ステップＳ１２）。すなわち、ビーム合成器４１は、第１受信器３₁から送られてくるΣビームおよび第２受信器３₂から送られてくるΔＥＬビームからＸｕビームおよびＸｄビームを生成し、第１受信器３₁から受け取ったΣビームとともに最大値選択処理器４２に送る。

次いで、ビーム最大値抽出が行われる（ステップＳ１３）。すなわち、最大値選択処理器４２は、ビーム合成器４１から送られてくるΣビーム、ＸｕビームおよびＸｄビームの中から最大値を有する信号を選択し、基準ビームΣｒを表す信号として目標検出処理器４３に送る。目標検出処理器４３は、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号を所定のスレッショルドレベルと比較することにより目標を検出し、目標信号として測距処理器４４に送る。

次いで、測距が行われる（ステップＳ１４）。すなわち、測距処理器４４は、目標検出処理器４３から送られてくる目標信号に基づき目標までの距離を算出し、距離信号としてＡＺ測角処理器４５およびＥＬ測角処理器４６に送る。

次いで、ＡＺ測角が行われる（ステップＳ１５）。すなわち、ＡＺ測角処理器４５は、測距処理器４４から送られてくる距離信号、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号、および、受信器３₃から送られてくるΔＡＺビームに基づきＡＺ測角値を算出し、ＥＬ測角処理器４６に送る。

次いで、ＥＬ測角が行われる（ステップＳ１６）。すなわち、ＥＬ測角処理器４６は、ＡＺ測角処理器４５から送られてくるＡＺ測角値、測距処理器４４から送られてくる距離信号、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号、および、第２受信器３₂から送られてくるΔＥＬビームに基づきＥＬ測角値を算出し、さらに、この算出したＥＬ測角値に基づき目標高度を算出し、目標情報として外部に送る。

次いで、データ取得が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ１７）。このステップＳ１７において、データ取得が終了していないことが判断されると、ステップＳ１１に戻り、次の観測が行われる。一方、データ取得が終了したことが判断されると、処理は終了する。

以上説明した実施例１に係るレーダ装置では、測角時の基準ビームとして、（３）式により選定された基準ビームΣｒを用いるように構成したが、目標検出時に基準ビームΣｒを用いれば検出性能が向上するので、目標検出後の測角時には、テーブルを削減するために、Σビームを常に用いるように変形することができる。

図８は、この実施例１の変形例に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。この変形例に係るレーダ装置は、上述した実施例１に係るレーダ装置に第４受信器３₄が追加されて構成されている。以下では、実施例１に係るレーダ装置と相違する部分を中心に説明する。

アンテナ２の給電回路２３は、Σビーム、ΔＥＬビームおよびΔＡＺビームの他にΣｕビームを生成し、第４受信器３₄に送る。第４受信器３₄は、アンテナ２の給電回路２３から送られてくるΣｕビームを周波数変換し、さらにデジタル信号に変換して信号処理器４内のＥＬ測角処理器４６に送る。

ＥＬ測角処理器４６は、ＡＺ測角処理器４５から送られてくるＡＺ測角値、測距処理器４４から送られてくる距離信号、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号、および、第４受信器３₄から送られてくるΣＥｕビームに基づきＥＬ測角値を算出し、さらに、この算出したＥＬ測角値に基づき目標高度を算出し、目標情報として外部に送る。

本発明の実施例２に係るレーダ装置は、測角方式として測角曲線による探索法を用いるものである。図９は、本発明の実施例２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、実施例１に係るレーダ装置の信号処理器４ａに、テーブル作成用パラメータ制御器４７および探索用テーブル保存器４８が追加されるとともに、ＥＬ測角処理器４６がＥＬ測角処理器４９に変更されて構成されている。以下では、実施例１に係るレーダ装置と相違する部分を中心に説明する。

テーブル作成用パラメータ制御器４７は、測距制御器４４から送られてくる距離信号で示される目標までの距離毎に、目標高度を算出するためのパラメータを作成する。このテーブル作成用パラメータ制御器４７で作成されたパラメータは、探索用テーブル保存器４８に送られる。

探索用テーブル保存器４８は、テーブル作成用パラメータ制御器４７から送られてきたパラメータを含む探索用テーブルを記憶する。この探索用テーブル保存器４８に保存されている探索用テーブルの内容は、ＥＬ測角処理器４６によって読み出される。

ＥＬ測角処理器４９は、測距処理器４４から送られてくる距離信号、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号、および、第２受信器３₂から送られてくるΔＥＬビームに基づき誤差電圧を算出するとともに、算出した誤差電圧と、探索用テーブル保存器４７に格納されている探索用テーブルの誤差電圧とを比較して目標高度を算出する。

次に、上記のように構成される本発明の実施例２に係るレーダ装置の動作を説明する。測角曲線による探索法においては、位相モノパルス測角の場合もスクイント測角の場合も、誤差電圧の観測値と、目標高度を探索するための誤差電圧とを比較して、最も近い値となる目標高度をパラメータ推定して、目標仰角が算出される。

位相モノパルス測角の場合は、探索用のΣビームとΔビームに分けて、次式となる。

ここで、
ｂｓｒｃσ ； 探索用のΣビーム
ｂｓｒｃδ ； 探索用のΔビーム
探索用のΣビームｂｓｒｃσとしては、（３）式のΣビーム、ＸｕビームおよびＸｄビームの分だけ用意される。この（９）式を用いて、誤差電圧Ｅｓｒｃは、

ここで、
Ｒｅ［ ］ ； 実数部
＊ ； 複素共役
となる。テーブル作成用パラメータ制御器４７は、反射係数ρ、反射位相φおよび誤差電圧Ｅｓｒｃを、各距離毎に演算し、図１０に示すように、パラメータとして探索用テーブル保存器４７の探索用テーブルに保存する。この際、角度精度Δθが与えられた場合に、距離Ｒ毎の高度ステップ幅Δｈを削減するために、次式を用いてΔｈを決めることもできる。

ここで、
Δｈ ； 探索用のテーブルの高度ステップ幅
Ｒ ； 探索用テーブルの距離
Δθ ； 許容角度精度
観測値の誤差電圧をＥとして、探索法によると、次式によりパラメータ推定を行えば、目標高度ｈｔ、反射係数の振幅ρおよび位相φを算出できる。

ここで、
Ｅ ； 誤差電圧
Ｅｓｒｃ ； 探索に用いる誤差電圧
δｅ ； 差の許容値
目標高度ｈｔより、次式を用いれば、目標の仰角θｄを求めることができる。

ここで、
Ｒ ； 目標の水平距離
探索の際には、あらかじめ誤差電圧のテーブルを、テーブル作成用パラメータ制御器４７により作成し、探索用テーブル保存器４８に保存してあるので、観測した誤差電圧Ｅに最も近い目標高度を抽出する処理を高速化できる。

また、スクイント測角の場合は、探索用に用いる上方ビームと下方ビームに分けて、次式となる。

ここで、
ｂｓｒｃｌ ； 探索用のΣビーム
ｂｓｒｃｕ ； 探索用のΔビーム
探索用のΣビームｂｓｒｃｌとしては、（３）式のΣビーム、ＸｕビームおよびＸｄビームの分だけ用意される。この（１４）式を用いて、誤差電圧Ｅｓｒｃは、

ここで、
Ｒｅ［ ］ ； 実数部
＊ ； 複素共役
となる。観測値の誤差電圧をＥとして、次式によりパラメータ推定を行えば、目標高度ｈｔ、反射係数の振幅ρおよび位相φを算出できる。

目標高度ｈｔより、（１３）式を用いれば、目標の仰角θｄを求めることができる。

次に、上述した実施例２に係るレーダ装置の動作を、図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。図１０に示すフローチャートは、位相モノパルス測角の場合とスクイント測角の場合の共通に使用される。

まず、探索用テーブル演算が行われる（ステップＳ２１）。すなわち、テーブル作成用パラメータ制御器４７は、測距制御器４４から送られてくる距離信号で示される目標までの距離毎に、目標高度を算出するためのパラメータを作成し、探索用テーブル保存器４８の探索用テーブルに保存する。

次いで、ビームデータ取得が行われる（ステップＳ２２）。すなわち、図示しないレーダ制御器からの指示に応じて、送信器１は信号を発生してアンテナ２に送る。アンテナ２は、送信器からの信号に応じた送信波を空中に送信するとともに、目標で反射された反射波からΣビーム、ΔＥＬビーム、ΔＡＺビームおよびΣｕビームを生成し、第１受信器３₁〜第３受信器３₃をそれぞれ介して信号処理器４ａに送る。

次いで、ビーム合成が行われる（ステップＳ２３）。すなわち、ビーム合成器４１は、受信器３₁から送られてくるΣビームおよび受信器３₂から送られてくるΔＥＬビームから開口分割信号であるＸｕビームおよびＸｄビームを生成し、受信器３₁から受け取ったΣビームとともに最大値選択処理器４２に送る。

次いで、ビーム最大値抽出が行われる（ステップＳ２４）。すなわち、最大値選択処理器４２は、ビーム合成器４１から送られてくるΣビーム、ＸｕビームおよびＸｄビームの中から最大値を有する信号を選択し、基準ビームΣｒを表す信号として目標検出処理器４３に送る。目標検出処理器４３は、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号を所定のスレッショルドレベルと比較することにより目標を検出し、目標信号として測距処理器４４に送る。

次いで、測距が行われる（ステップＳ２５）。すなわち、測距処理器４４は、目標検出処理器４３から送られてくる目標信号に基づき目標までの距離を算出し、距離信号としてＡＺ測角処理器４５およびＥＬ測角処理器４６に送る。

次いで、ＡＺ測角が行われる（ステップＳ２６）。すなわち、ＡＺ測角処理器４５は、測距処理器４４から送られてくる距離信号、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号、および、受信器３₃から送られてくるΔＡＺビームに基づきＡＺ測角値を算出し、ＥＬ測角処理器４６に送る。

次いで、誤差電圧演算が行われる（ステップＳ２７）。すなわち、ＥＬ測角処理器４６は、測距処理器４４から送られてくる距離信号、最大値選択処理器４２から送られてくる基準ビームΣｒを表す信号、および、第２受信器３₂から送られてくるΔＥＬビームに基づき誤差電圧を算出する。

次いで、誤差電圧と探索用テーブルとの比較が行われる（ステップＳ２８）。すなわち、ＥＬ測角処理器４６は、ステップＳ２７で算出した誤差電圧と、探索用テーブル保存器４７に格納されている探索用テーブルの誤差電圧とを比較する。

次いで、許容値以下であるかどうかが調べられる（ステップＳ２９）。ここで、許容値以下でないことが判断されると、シーケンスはステップＳ２８に戻り、次の高度に対する比較が行われる。一方、許容値以下であることが判断されると、次いで、データ取得が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ３０）。このステップＳ３０において、終了していないことが判断されると、ステップＳ２２に戻り、次の観測が行われる。一方、データ取得が終了したことが判断されると、処理は終了する。

以上説明した実施例２に係るレーダ装置では、探索法適用時の基準ビームとして、基準ビームΣｒを用いる場合について説明したが、目標検出後の測角時には、探索用テーブルを削減するために、Σビームを常に用いるように構成することができる。

また、反射係数、反射位相については、あらかじめ事前情報があれば、探索範囲を限定するように構成することができ、探索用テーブルの容量の低減と探索処理の高速化が可能になる。

本発明の実施例３に係るレーダ装置は、実施例２に係るレーダ装置において、探索する範囲を限定するようにしたものである。限定方法としては、前回の観測で求められた目標高度ｈｔを中心に、所定の範囲内（ｈｔ±ΔＨ）で、探索して目標高度を求める。これにより、誤差電圧の探索用テーブルに類似の値がある場合であっても、より真値に近い誤差電圧用いて、目標高度ｈｔを抽出することができる。

本発明は、正確な高度を検出する追尾レーダの測角などに利用可能である。

本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係るレーダ装置のアンテナで使用される送受信モジュールの詳細な構成を示す図である。 本発明の実施例１に係るレーダ装置で使用されるモノパルスビーム形成の原理を示す図である。 本発明の実施例１に係るレーダ装置が使用されるマルチパス環境をモデル化した図である。 本発明の実施例１に係るレーダ装置における位相モノパルス測角時のビーム形成の様子を示す図である。 本発明の実施例１に係るレーダ装置におけるスクイント測角時のビーム形成の様子を示す図である。 本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例１の変形例に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係るレーダ装置で使用される探索用テーブルの例を示す図である。 本発明の実施例２に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 送信器
２ アンテナ
３ 受信器
４，４ａ，４ｂ 信号処理器
２１ アンテナ素子
２２ 送受信モジュール
２３ 給電回路
４１ ビーム形成器
４２ 最大値選定処理器
４３ 目標検出処理器
４４ 測距処理器
４５ ＡＺ測角処理器
４６ ＥＬ測角処理器
４７ テーブル作成用パラメータ制御器
４８ 探索用テーブル保存器
４９ ＥＬ測角処理器

Claims (3)

1. 全開口で送信した送信波に対する反射波を受信してΣビームおよびΔビームを生成するアンテナと、
   前記アンテナからのΣビームおよびΔビームを合成することにより前記アンテナの開口面を高さ方向に変えた複数のビームを生成するビーム合成器と、
   前記ビーム合成器で生成された複数のビームの中から最大レベルを有するビームを基準ビームとして選択する最大値選択処理器と、
   前記最大値選択処理器から出力される基準ビームに基づき測角を行って目標高度を出力する測角処理器と、
   を備えたことを特徴とするレーダ装置。
2. 距離毎の目標高度をマルチパスモデルの測角の誤差電圧に対応させて記憶した探索用テーブルを備え、
   前記測角処理器は、前記最大値選択処理器から出力される基準ビームに対する他のビームの比率で表される誤差電圧と前記探索用テーブルに格納されている誤差電圧とを比較することにより目標高度を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. 前記測角処理器は、前回の観測において得られた目標高度を中心とする所定の範囲内で前記探索用テーブルを検索して目標高度を出力することを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。

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