JP2008128807A

JP2008128807A - レーダ装置

Info

Publication number: JP2008128807A
Application number: JP2006313982A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Harada; 哲治原田; Shoji Matsuda; 庄司松田; Takashi Kakimoto; 隆柿元
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】レーダ装置の覆域を拡充すると装置規模が拡大する問題が発生していた。
【解決手段】空中線から送信信号を放射し目標からの反射波を受信処理して目標検出を行うレーダ装置において、目標検出器８で目標が検出されるまでは、仰角ビーム制御器５と方位ビーム制御器６とレンジビン制御器９を広仰角ビーム、広方位ビーム、粗いレンジビンに制御することで誤警報確率を緩和し、最小探知Ｓ／Ｎを緩和させることによって、尖頭送信電力を抑えレーダ装置規模を縮小する。目標検出器８が目標を検出した際は、仰角ビーム制御器５と方位ビーム制御器６とレンジビン制御器９を狭仰角ビーム、狭方位ビーム、細かいレンジビンに制御して、再度目標検出することにより、分解能を向上して目標に対し精確に位置を特定する
【選択図】図１

Description

この発明は航空機、船舶等の目標を検出するために、地上、飛行機上、船舶上等に設置されるレーダ装置に関するものである。

目標の検出を行うレーダ装置は、送信部からの送信パルスを空中線より放射し、送信パルスが目標に反射して戻ってくる反射パルスを空中線で受信して、受信した信号を受信部で信号処理することにより目標の方位および距離などを検出するものである。
レーダ装置に要求される性能は、年々厳しいものとなり、要求性能を実現するためには大規模な装置が必要となる。例えば、距離覆域を延伸させるための手法の１つとして、レーダ装置の尖頭送信電力を向上させることが考えられるが、尖頭送信電力を上げることは直接レーダ装置規模の拡大に繋がる。

このようなレーダ装置の１つとして、遠距離の目標を探知するために幅の長い送信波パルスを用いて送信電力を増大させ、かつパルス圧縮処理により反射波パルスからインパルス状の波形成分を抽出することにより目標を検出するようにしたパルス圧縮処理レーダ装置が知られている。この種レーダ装置においては、信号処理の処理負荷を軽減することが重要であり、信号処理の一部であるパルス圧縮処理を軽減するパルス圧縮処理手段が使用されている。（特許文献１参照）

また、誤警報の検出確率（誤警報確率）を抑えつつ、目標検出率の向上した目標検出を行なうレーダ装置として、目標までの距離を一旦算出し、目標までの距離に応じて送信部から送信される送信パルスのパルス繰返し周期（ＰＲＴ）を変更して、目標までの距離に応じた最適なＰＲＴのビームにより目標検出を行なうことにより、目標検出処理部における処理時間を大幅に短縮するようにしたことも知られている。（特許文献２参照）
このように、レーダ装置の規模縮小はレーダ装置を製作するうえで一つの指標となるものであり、レーダ装置の規模を縮小することにより小型化、軽量化、省電力化につながり、レーダ装置の低コスト化が可能となる。
特開２００５−２６５５００号公報特開２００２−１３９５６３号公報（図１１）

しかし、従来のレーダ装置では、レーダ装置で探知できる覆域を拡充することによる送信系装置の規模拡大について何ら対応策が採られていなく、もし覆域を拡大しようとした場合、レーダ装置が依然として大型化、重量化、大電力化となり、航空機などに搭載する場合は特に問題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、レーダ装置の覆域を拡充する一方で、レーダ装置の要求性能を満足したまま規模が縮小できる構成のレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明のレーダ装置は、送信種信号を出力する基準信号発生器、この基準信号発生器からの送信種信号を受けて送信信号を出力する励振器、この励振器からの送信信号を所定の仰角及び方位に向けて放射するよう空中線を制御する空中線制御器、この空中線制御器で制御された送信信号を送信すると共に目標からの反射波を受信する空中線、この空中線より受信された反射波を受信処理する受信器、この受信器より受信処理された受信信号が入力され目標検出を行う目標検出器、この目標検出器で検出するレンジビンを制御するレンジビン制御器、および目標検出器で目標が検出されるまではレンジビン制御器のレンジビンを粗いレンジにし、目標を検出した際にレンジビン制御器のレンジビンを細かいレンジに制御するレンジ制御器を備えたものである。

この発明のレーダ装置は、送信種信号を出力する基準信号発生器、この基準信号発生器からの送信種信号を受けて送信信号を出力する励振器、この励振器からの送信信号を所定の仰角及び方位に向けて放射するよう空中線を制御する空中線制御器、この空中線制御器で制御された送信信号を送信すると共に目標からの反射波を受信する空中線、この空中線より受信された反射波を受信処理する受信器、この受信器より受信処理された受信信号が入力され目標検出を行う目標検出器、空中線制御器を制御して送信信号の仰角ビーム幅を制御する仰角ビーム幅制御器、および目標検出器で目標が検出されるまでは仰角ビーム幅制御器で制御される仰角ビーム幅を広仰角ビームとし、目標を検出した際に仰角ビーム制御器で制御される仰角ビーム幅を狭仰角ビームに制御するビーム制御器を備えたものである。

この発明のレーダ装置は、送信種信号を出力する基準信号発生器、この基準信号発生器からの送信種信号を受けて送信信号を出力する励振器、この励振器からの送信信号を所定の仰角及び方位に向けて放射するよう空中線を制御する空中線制御器、この空中線制御器で制御された送信信号を送信すると共に目標からの反射波を受信する空中線、この空中線より受信された反射波を受信処理する受信器、この受信器より受信処理された受信信号が入力され目標検出を行う目標検出器、空中線制御器を制御して送信信号の方位ビーム幅を制御する方位ビーム幅制御器、および目標検出器で目標が検出されるまでは方位ビーム幅制御器で制御される方位ビーム幅を広方位ビームとし、目標検出器が目標を検出した際に方位ビーム制御器で制御される方位ビーム幅を狭方位ビームに制御するビーム制御器を備えたものである。

この発明のレーダ装置は、送信種信号を出力する基準信号発生器、この基準信号発生器からの送信種信号を受けて送信信号を出力する励振器、この励振器からの送信信号を所定の仰角及び方位に向けて放射するよう空中線を制御する空中線制御器、この空中線制御器で制御された送信信号を送信すると共に目標からの反射波を受信する空中線、この空中線より受信された反射波を受信処理する受信器、この受信器より受信処理された受信信号が入力され目標検出を行う目標検出器、空中線制御器を制御して送信信号の仰角ビーム幅を制御する仰角ビーム幅制御器、空中線制御器を制御して送信信号の方位ビーム幅を制御する方位ビーム幅制御器、目標検出器で検出するレンジビンを制御するレンジビン制御器、および目標検出器で目標が検出されるまでは、仰角ビーム制御器と方位ビーム制御器とレンジビン制御器の少なくともいずれか１つを広仰角ビームまたは広方位ビームまたは粗いレンジビンに制御し、目標検出器が目標を検出した際に仰角ビーム制御器と方位ビーム制御器とレンジビン制御器の少なくともいずれか１つを狭仰角ビームまたは狭方位ビームまたは細かいレンジビンに制御する制御器を備えたものである。

この発明によれば、レーダ装置が探知できる覆域を拡充できる一方で、レーダ装置の要求性能を落とすことなく規模を縮小することが出来、しかもコストを低減できるものである。

実施の形態１
以下、この発明の実施の形態１のレーダ装置について説明する。図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示すブロック図である。
図１において、レーダ装置は送信系と受信系およびそれらを制御する系とから成り、送信系は、送信パルス信号の基となる送信種信号を出力する基準信号発生器１と、基準信号発生器１から出力された送信種信号を送信信号として出力する励振器２と、励振器２からの送信信号を所定の仰角及び方位に向けて放射するよう指向性空中線４を制御する空中線制御器３と、空中線制御器３の制御により励振器２から入力される送信信号を所定方向に送信する指向性空中線４とを有する。更に送信系には、指向性空中線４から放射される送信ビームの仰角ビーム幅を制御する仰角ビーム幅制御器５と、方位ビーム幅を制御する方位ビーム幅制御器６を有し、これら仰角ビーム幅制御器５及び方位ビーム幅制御器６からの制御信号により空中線制御器３を制御して、指向性空中線４から所定の仰角及び方位に向けて送信信号を送信するようになっている。

また、レーダ装置の受信系は、目標からの反射信号を受信する指向性空中線４より受信された反射信号を受信処理（増幅・検波処理）しビデオ信号に変換する受信器７、受信器７により入力された受信ビデオについて予め設定されたスレッショルド値を超える受信ビデオ信号を検出して目標を検出する目標検出器８と、目標検出器８で検出するレンジビンを制御するレンジビン制御器９と、目標検出器８から出力される検出信号を表示する監視管制コンソール１０とを有する。
この発明のレーダ装置は、更に、目標検出器８から出力される目標検出信号に基づいて仰角ビーム幅制御器５及び方位ビーム幅制御器６とレンジビン制御器９を制御する制御器１１を有している。したがってこの制御器１１は仰角ビーム幅制御器５及び方位ビーム幅制御器６を制御する場合はビーム制御器として機能し、レンジビン制御器９を制御する場合はレンジビン制御器として機能する。

次に、この発明の動作について説明する。まず、基準信号発生器１から出力された送信種信号は励振器２により電力増幅と周波数逓倍が行なわれ送信信号として空中線制御器３へ出力される。空中線制御器３に入力された送信信号は、仰角ビーム幅制御器５と方位ビーム幅制御器６の制御を受けて指向性空中線４へ出力され、指向性空中線４から所定方向へ送信電波として放射される。この送信電波は、目標が検出されるまでは仰角ビーム幅制御器５と方位ビーム幅制御器６の制御により、広仰角ビーム幅と広方位ビーム幅に設定される。
この送信電波の目標からの反射信号は指向性空中線４により受信され、受信器７へ出力される。受信器７へ入力した反射信号は増幅・検波処理が施されて目標検出器８へ受信信号として出力される。目標検出器８へ入力された受信信号は設定されたスレッショルド値を基準に目標検定が行われる。なお、目標検出器８は目標が検出されるまでレンジビン制御器９の制御により、粗い処理レンジビンに設定される。

このようにレーダ装置は、目標が検出されるまでは、送信電波は広い仰角ビーム幅と広い方位ビーム幅で目標を探索すると共に、目標検出器８で検出するレンジビンも粗いレンジで検出して、レーダ装置が探知できる覆域を拡充する。
上記動作において目標が検出された場合、目標検出器８からの検出信号を制御器１１が受け、目標が検出された位置に対し、再度、基準信号発生器１、励振器２、空中線制御器３の送信系により指向性空中線４から送信電波を放射する。その際、制御器１１は仰角ビーム幅制御器５と方位ビーム幅制御器６とレンジビン制御器９に対し、今までの広仰角ビーム幅と広方位ビーム幅と粗いレンジビンから狭仰角ビーム幅と狭方位ビーム幅と細かい処理レンジビンとする指示を行う。仰角ビーム幅制御器５と方位ビーム幅制御器６は制御器１１の指示を受けて空中線制御器３を制御し、指向性空中線４から放射される送信電波を、広い仰角ビーム幅と広い方位ビーム幅から狭い仰角ビーム幅と狭い方位ビーム幅へと変更する。一方、レンジビン制御器９は制御器１１の指示を受けて目標検出器８のレンジビンを制御し、粗い処理レンジビンから細かい処理レンジビンに変更する。
こうして目標が検出された場合は、仰角ビーム幅制御器５と方位ビーム幅制御器６とレンジビン制御器９の制御により、狭仰角ビーム幅と狭方位ビーム幅と細かい処理レンジビンとすることにより分解能は向上し、目標に対し精確に位置を特定することができる。

ここで、仰角ビーム幅と方位ビーム幅と処理レンジビンについて制御する効果についてレーダ装置規模と分解能の観点から説明する。
まず、レーダ装置規模の観点で説明する。通常、レーダ装置の覆域を検討する際、誤警報数及び探知確率Ｐｄについて規定する。１レンジセルあたりの領域を広くすると、覆域全体を捜索する際の総レンジセル数は減少する。誤警報数が一定であるならば、誤警報確率（以下、Ｐｆａという。）は、誤警報数／総レンジセル数であるため、総レンジセル数の減少に伴い緩和される。また、Ｐｆａの緩和は最小探知Ｓ／Ｎの緩和につながる。

例えば、誤警報数を５以下、探知確率Ｐｄを０．５以上（スワーリングケース＝１）という規定をすると、レーダ諸元が次の場合、
レンジセル０〜３００ＮＭ △Ｔ＝１／２４ＮＭ
（ＮＭ：３００×２４＝７２００セル）
方位角（AZ）ステップ６０ステップ：６０セル
迎角（EL）ステップ１０ステップ：１０セル
誤警報確率Ｐｆａは
Ｐｆａ＝５／（７２００×６０×１０）≒１０^−６
となる。
このＰｆａにおいて探知確率Ｐｄを満足するための最小探知Ｓ／ＮはＭｅｙｅｒ＆Ｍｅｙｅｒの計算式より１２．７７ｄＢとなる。
一方、この発明によりレンジセルを粗いレンジとして△Ｔ＝１／１２ＮＭとすると、レンジセルは３００×１２＝３６００と半分に緩和される。
よって、誤警報確率Ｐｆａは
Ｐｆａ＝５／（３６００×６０×１０）≒２×１０^−６
となる。
このＰｆａにおいて探知確率Ｐｄを満足するための最小探知Ｓ／ＮはＭｅｙｅｒ＆Ｍｅｙｅｒの計算式より１２．５４ｄＢとなり緩和される。

したがって、図２のように探知確率Ｐｄ＝０．５のときにＰｆａ＝１０^−６からＰｆａ＝１０^−５へ緩和される場合、最小探知Ｓ／Ｎは約１ｄＢ緩和される。結果として、レーダ方程式より最小探知Ｓ／Ｎの緩和分、覆域が一定であるなら尖頭送信電力について緩和でき、尖頭送信電力が一定であるなら覆域について拡充することが可能となる。ここで、覆域を一定のままとするなら尖頭送信電力の緩和によりレーダ装置の送信系装置の規模縮小が可能となる。更に、総レンジセル数の減少は信号処理負荷の緩和にも繋がり、信号処理に関わる装置の規模縮小も可能となる。
なお、精度劣化については、目標に対して狭角ビーム幅と細かい処理レンジビンとして、高分解能トラッキングビームとすることにより回避する。

次に分解能の観点で説明する。分解能の性能は狭角（狭仰角と狭方位）ビーム幅と細かい処理レンジビンにより向上する。上記のようにレーダ装置規模を縮小するため、広角（広仰角と広方位）ビーム幅にし、処理レンジビンを粗くすると分解能は劣化する。そこで、広角ビーム幅と粗い処理レンジビンで検出した目標に対し、再度、同じ箇所に狭角ビーム幅の送信電波を放射し、細かい処理レンジビンで目標を検出する。この動作により、検出された目標について精確な位置が測定でき、広角ビーム幅と粗い処理レンジビンによる分解能の劣化を防ぐ事ができる。

以上より、目標検出を広角ビーム幅と粗い処理レンジビンにより実施し、目標を検出した場合のみ、再度、目標検出を狭角ビーム幅と細かいレンジビンで実施することで、レーダ装置の性能を劣化させることなくレーダ装置規模について縮小することができる。
なお、ここで言う広角ビーム幅と粗い処理レンジビンに対して狭角ビーム幅と細かいレンジビンにするとは、相対的なもので、要は目標を検出した場合は、目標が検出されるまでのビーム幅と処理レンジビンに比較して狭いビーム幅と細かい処理レンジビンにするということである。

実施の形態２
実施の形態１では、仰角ビーム幅と方位ビーム幅と処理レンジビンの３つを同時に制御したが、仰角ビーム幅と方位ビーム幅と処理レンジビンの内の少なくとも一つを制御しても実施の形態１と同様の効果が得られる。
即ち、実施の形態２は、図１におけるブロック図において、仰角ビーム幅制御器５と方位ビーム幅制御器６とレンジビン制御器９のいずれか１つをそれぞれ設けたものである。

例えば、上記３つの制御器のうちレンジビン制御器９だけを設けたレーダ装置においては、目標検出を所定の仰角ビーム幅と所定の方位ビーム幅と粗い処理レンジビンにより実施し、目標を検出した場合のみ、再度、目標検出を粗いレンジビンで実施することで、レーダ装置の性能を劣化させることなくレーダ装置規模について縮小することができる。
また、上記３つの制御器のうち仰角ビーム幅制御器５だけを設けたレーダ装置においては、目標検出を広い仰角ビーム幅と所定の方位ビーム幅と所定の処理レンジビンにより実施し、目標を検出した場合のみ、再度、目標検出を狭い仰角ビーム幅で実施することで、レーダ装置の性能を劣化させることなくレーダ装置規模について縮小することができる。
また、上記３つの制御器のうち方位ビーム幅制御器６だけを設けたレーダ装置においては、目標検出を所定の仰角ビーム幅と広い方位ビーム幅と所定の処理レンジビンにより実施し、目標を検出した場合のみ、再度、目標検出を狭い方位ビーム幅で実施することで、レーダ装置の性能を劣化させることなくレーダ装置規模について縮小することができる。

この発明の実施の形態１を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による最小探知Ｓ／Ｎのシミュレーション結果の１例を示す図である。

符号の説明

１．基準信号発生器
２．励振器
３．空中線制御器
４．空中線
５．仰角ビーム幅制御器
６．方位ビーム幅制御器
７．受信器
８．目標検出器
９．レンジビン制御器
１０．監視管制コンソール
１１．制御器（ビーム制御器・レンジ制御器）

Claims

送信種信号を出力する基準信号発生器、この基準信号発生器からの送信種信号を受けて送信信号を出力する励振器、この励振器からの送信信号を所定の仰角及び方位に向けて放射するよう空中線を制御する空中線制御器、この空中線制御器で制御された送信信号を送信すると共に目標からの反射波を受信する空中線、この空中線より受信された上記反射波を受信処理する受信器、この受信器より受信処理された受信信号が入力され目標検出を行う目標検出器、この目標検出器で検出するレンジビンを制御するレンジビン制御器、および前記目標検出器で目標が検出されるまでは前記レンジビン制御器のレンジビンを粗いレンジにし、目標を検出した際に前記レンジビン制御器のレンジビンを細かいレンジに制御するレンジ制御器を備えたことを特徴とするレーダ装置。
送信種信号を出力する基準信号発生器、この基準信号発生器からの送信種信号を受けて送信信号を出力する励振器、この励振器からの送信信号を所定の仰角及び方位に向けて放射するよう空中線を制御する空中線制御器、この空中線制御器で制御された送信信号を送信すると共に目標からの反射波を受信する空中線、この空中線より受信された上記反射波を受信処理する受信器、この受信器より受信処理された受信信号が入力され目標検出を行う目標検出器、前記空中線制御器を制御して前記送信信号の仰角ビーム幅を制御する仰角ビーム幅制御器、および前記目標検出器で目標が検出されるまでは前記仰角ビーム幅制御器で制御される仰角ビーム幅を広仰角ビームとし、目標を検出した際に前記仰角ビーム制御器で制御される仰角ビーム幅を狭仰角ビームに制御するビーム制御器を備えたことを特徴とするレーダ装置。
送信種信号を出力する基準信号発生器、この基準信号発生器からの送信種信号を受けて送信信号を出力する励振器、この励振器からの送信信号を所定の仰角及び方位に向けて放射するよう空中線を制御する空中線制御器、この空中線制御器で制御された送信信号を送信すると共に目標からの反射波を受信する空中線、この空中線より受信された上記反射波を受信処理する受信器、この受信器より受信処理された受信信号が入力され目標検出を行う目標検出器、前記空中線制御器を制御して前記送信信号の方位ビーム幅を制御する方位ビーム幅制御器、および前記目標検出器で目標が検出されるまでは前記方位ビーム幅制御器で制御される方位ビーム幅を広方位ビームとし、前記目標検出器が目標を検出した際に前記方位ビーム制御器で制御される方位ビーム幅を狭方位ビームに制御するビーム制御器を備えたことを特徴とするレーダ装置。
送信種信号を出力する基準信号発生器、この基準信号発生器からの送信種信号を受けて送信信号を出力する励振器、この励振器からの送信信号を所定の仰角及び方位に向けて放射するよう空中線を制御する空中線制御器、この空中線制御器で制御された送信信号を送信すると共に目標からの反射波を受信する空中線、この空中線より受信された上記反射波を受信処理する受信器、この受信器より受信処理された受信信号が入力され目標検出を行う目標検出器、前記空中線制御器を制御して前記送信信号の仰角ビーム幅を制御する仰角ビーム幅制御器、前記空中線制御器を制御して前記送信信号の方位ビーム幅を制御する方位ビーム幅制御器、前記目標検出器で検出するレンジビンを制御するレンジビン制御器、および前記目標検出器で目標が検出されるまでは、前記仰角ビーム制御器と前記方位ビーム制御器と前記レンジビン制御器の少なくともいずれか１つを広仰角ビームまたは広方位ビームまたは粗いレンジビンに制御し、前記目標検出器が目標を検出した際に前記仰角ビーム制御器と前記方位ビーム制御器と前記レンジビン制御器の少なくともいずれか１つを狭仰角ビームまたは狭方位ビームまたは細かいレンジビンに制御する制御器を備えたことを特徴とするレーダ装置。
請求項４のレーダ装置において、前記制御器は、前記目標検出器が目標を検出した際に前記仰角ビーム制御器と前記方位ビーム制御器と前記レンジビン制御器に対して狭仰角ビーム及び狭方位ビーム及び細かいレンジビンに制御するようにしたレーダ装置。