JP2011027544A - 電波受信装置及び到来方向測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーダ波の到来方向を、精度良く、短時間で求めることができ、かつ小さなハードウェア規模を実現することが可能な電波受信装置及び到来方向測定方法を提供する。
【解決手段】まず、アンテナ１１−２，１１−３からの受信波に基づいて、粗測角処理器１５３で振幅モノパルス方式を利用して、レーダ波の到来方向を測定する。その後、アンテナ１１−１，１１−４からの受信波に基づいて、精測角処理器１５４でインターフェロメータ方式を利用すると共に、粗測角の結果を参照して、レーダ波の到来方向を測定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、到来するレーダ波を複数個のアンテナで受信し、そのレーダ波の到来方向を測定する電波受信装置及び到来方向測定方法に関する。

一般的に、レーダ波の発信源の方向を求める場合、一対のアンテナにより、振幅モノパルス方式又はインターフェロメータ方式を用いてレーダ波の到来方向を測定するようにしている。ここで、インターフェロメータ方式は、レーダ波の位相情報に基づいて到来方向を測定するため、レーダ波の振幅情報に基づいて到来方向を測定する振幅モノパルス方式よりも高精度であることが知られている。

ところで、飛しょう体に搭載する電波受信装置では、飛しょう体前方に設置した一対の受信用アンテナでレーダ波を受信し、このレーダ波に基づいて振幅モノパルス方式又はインターフェロメータ方式を利用することにより、レーダ波の到来方向を測定する。

しかしながら、飛しょう体ではレドームが尖った形状となっているため、レーダ波の到来方向の変化による位相の乱れが大きくなってしまう。そのため、インターフェロメータ方式を用いた測定では、正確な方向を測定することができない。

一方、振幅モノパルス方式では、インターフェロメータ方式と比べて測角精度が低いため、飛しょう体の飛しょうに求められる精度が得られない。そこで、特許文献１のように、アンテナの設置数を増やし、複数のアンテナの組み合わせの最適解を求めることで、測角精度を上げることが可能である。しかしながら、飛しょう体では、小型化の観点から簡素な構造をとる必要がある。そのため、特許文献１の方法では、ハードウェア規模が大きくなり飛しょう体における電波受信装置に適さない。

特開平８−５７３４号公報

以上のように、飛しょう体に搭載する電波受信装置においては、レドームが尖った形状をしているため、インターフェロメータ方式を利用しての測角が正確に行えず、振幅モノパルス方式を利用した測角では、飛しょう体の飛しょうに必要な精度が得られなかった。

この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、レーダ波の到来方向を、精度良く、短時間で求めることができ、かつ小さなハードウェア規模を実現することが可能な電波受信装置及び到来方向測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る電波受信装置は、予め設定された角度を持って配置され、レーダ波を受信する第１のアンテナ対と、予め設定された間隔を隔てて配列され、前記レーダ波を受信する第２のアンテナ対と、前記第１のアンテナ対により受信された第１の受信波、及び、第２のアンテナ対により受信された第２の受信波のうちいずれか一方の受信波を選択するアンテナ選択器と、前記アンテナ選択器で選択された受信波に対して受信処理を施す受信処理部と、前記受信処理部からの信号に基づいて振幅モノパルス方式を利用し、前記レーダ波の到来方向の粗測角を行った後、前記受信処理部からの信号に基づいてインターフェロメータ方式を利用すると共に、前記粗測角結果を参照して前記到来方向の精測角を行う信号処理部と、前記アンテナ選択器に、前記第１の受信波を選択させ、前記信号処理部に、前記第１の受信波による信号に基づいて前記粗測角を行わせる第１の制御と、前記アンテナ選択器に、第２の受信波を選択させ、前記信号処理部に、前記第２の受信波による信号に基づいて前記精測角を行わせる第２の制御とを行う制御器とを具備する。

また、本発明に係る到来方向測定方法は、予め設定された角度を持って配置された第１のアンテナ対と、予め設定された間隔を隔てて配列された第２のアンテナ対とでレーダ波を受信し、前記第１のアンテナ対により受信された第１の受信波と、前記第２のアンテナ対により受信された第２の受信波とのうち、前記第１の受信波を選択し、前記第１の受信波に対して受信処理を施し、前記受信処理が施された信号に基づき、振幅モノパルス方式を利用して前記レーダ波の到来方向の粗測角を行い、前記第１の受信波と、前記第２の受信波とのうち、前記第２の受信波を選択し、前記第２の受信波に対して受信処理を施し、前記受信処理が施された信号に基づき、インターフェロメータ方式を利用すると共に、前記粗測角結果を参照して前記レーダ波の到来方向の精測角を行うことを特徴とする。

上記構成による電波受信装置及び到来方向測定方法では、まず、位相変化の影響のない振幅モノパルス方式を利用してレーダ波の到来方向を測定する。その後に、高精度の測角が可能なインターフェロメータ方式を利用し、粗測角の結果を参照して、一意にレーダ波の到来方向を特定するようにしている。これにより、レドームの影響が比較的大きい位相情報の誤差を抑え、レーダ波の到来方向を精度良く、一意に求めることが可能となる。

この発明によれば、レーダ波の到来方向を、精度良く、短時間で求めることができ、かつ小さなハードウェア規模を実現することが可能な電波受信装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電波受信装置の機能構成を示すブロック図である。 図１のアンテナを飛しょう体の先端方向から見た場合の図である。 図１のアンテナを飛しょう体の側面方向から見た場合の図である。 図１の制御器が到来角の測定をする際の処理動作を示すフローチャートである。 図１のアンテナの配列例を示す図である。 図１のアンテナの配列例を示す図である。 図１のアンテナの配列例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係る電波受信装置の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電波受信装置の機能構成を示すブロック図である。図１における電波受信装置は、アンテナ１１−１〜１１−４、アンテナ選択器１２、受信処理部、信号処理部１５及び制御器１６を具備する。ここで、受信処理部は、受信器１３及びアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１４を備える。

アンテナ１１−１〜１１−４は、他のレーダからのレーダ波を受信する。図２は、図１に示されるアンテナ１１−１〜１１−４を飛しょう体の先端方向から見た場合の模式図である。アンテナ１１−１〜１１−４は、水平方向に一列に配列される。

また、図３は、図１に示されるアンテナ１１−１〜１１−４を飛しょう体の上面方向から見た場合の模式図である。アンテナ１１−１，１１−４は、同一方向を向くように配置される。一方、アンテナ１１−２，１１−３は、物体からの反射波を検出できるそれぞれの範囲が重なるように、所定の角度だけやや外側を向いて配置される。

アンテナ選択器１２は、アンテナ１１−１〜１１−４のうち、アンテナ１１−１，１１−４のアンテナ対又はアンテナ１１−２，１１−３のアンテナ対のうちいずれか一方のアンテナ対を制御器１３からの指示により選択する。これにより、アンテナ選択器１２は、アンテナ１１−１，１１−４からの受信波、又は、アンテナ１１−２，１１−３からの受信波のいずれか一方を選択して受信器１３へ出力する。

受信器１３は、アンテナ１１−２，１１−３からの受信波を受け取った場合は、予め設定された範囲の周波数帯域で周波数をスイープさせて、受信波を検波する。また、アンテナ１１−１，１１−４からの受信波を受け取った場合は、制御器１６から指定された周波数で受信波を検波する。受信器１３で検波された受信波は、受信アナログ信号としてアナログ−デジタル変換器１４でデジタル信号に変換され、信号処理部１５へ出力される。

信号処理部１５は、受信アナログ信号に基づいてレーダ波の到来方向を測定する。信号処理部１５は、検出器１５１、測角処理選択器１５２、粗測角処理器１５３及び精測角処理器１５４を備える。

検出器１５１は、アナログ−デジタル変換器１４からのデジタル信号の振幅値が予め設定された閾値を超えるか否かを判断する。検出器１５１は、閾値を超えた場合、受信波を検出したと判断し、制御器１６に対して、受信波を検出した旨を示す検出信号を出力する。また、検出器は、アンテナ１１−２，１１−３からの受信波のデジタル信号が閾値を超えた場合、その超えたときの周波数を制御器１６へ通知する。

測角処理選択器１５２は、検出器１５１からのデジタル信号を、制御器１６からの指示に基づいて、粗測角処理器１５３又は精測角処理器１５４のいずれかへ出力する。

粗測角処理器１５３は、振幅モノパルス方式を利用し、アンテナ１１−２，１１−３からの受信波のデジタル信号に基づいて、レーダ波の到来角度を求める。粗測角処理器１５３は、アンテナ１１−２からの受信波のデジタル信号の振幅をＡ２、アンテナ１１−３からの受信波のデジタル信号の振幅をＡ３とし、和信号Σ及び差信号Δを算出する。

Σ＝Ａ２＋Ａ３
Δ＝Ａ２−Ａ３
粗測角処理器１５３は、誤差角係数をＫとし、粗測角θ１を算出する。粗測角θ１は、
θ１＝Ｋ・Δ／Σ
である。ここで、誤差角係数Ｋは、制御器１６からの指示により決定する。

精測角処理器１５４は、インターフェロメータ方式を利用し、アンテナ１１−１，１１−４からの受信波のデジタル信号に基づいて、レーダ波の到来角度を求める。精測角処理器１５４は、アンテナ１１−１とアンテナ１１−４との素子間隔をＤ［ｍ］、受信波の周波数をＦ［Ｈｚ］、受信波の速度をＣ［ｍ／ｓ］、アンテナ１１−１からの受信波のデジタル信号の位相値をφ１、アンテナ１１−４からの受信波のデジタル信号の位相値をφ４とすると、精測角θ２は、

と算出される。ここで、精測角θ２は、サイン関数の周期性から複数の角度値を取りうる。精測角処理器１５４は、粗測角処理器１５３で算出された粗測角θ１を参照して、一意の精測角θ２を求める。すなわち、精測角処理器１５４は、粗測角θ１に最も近い精測角θ２をレーダ波の到来方向であると特定する。

制御器１６は、アンテナ選択器１２、受信器１３及び測角処理選択器１５２に対して制御を行う。

次に、上記構成における動作を説明する。図４は、本発明に係る制御器１６が到来角の測定をする際の処理動作を示すフローチャートである。

まず、制御器１６は、アンテナ選択器１２に対して、アンテナ１１−２，１１−３を選択するように指示を出す（ステップＳ４１）。制御器１６は、検出器１５１からの検出信号があるか否かを判断する（ステップＳ４２）。また、制御器１６は、検出器１５１から、検出信号と共に、受信波が検出された周波数の通知を受ける。制御器１６は、検出信号が無い場合（ステップＳ４２のＮｏ）、処理を終了する。

制御器１６は、検出信号があった場合（ステップＳ４２のＹｅｓ）、測角処理選択器１５２に対して、検出器１５１で検出された信号を粗測角処理器１５３へ出力するように指示を出す（ステップＳ４３）。これにより、粗測角処理器１５３は、振幅モノパルス方式を利用し、アンテナ１１−２，１１−３からの受信波のデジタル信号に基づいて、粗測角θ１を算出する。制御器１６は、算出された粗測角θ１を精測角処理器１５４へ出力するように指示を出す（ステップＳ４４）。

続いて、制御器１６は、アンテナ選択器１２に対して、アンテナ１１−１，１１−４を選択するように指示を出す（ステップＳ４５）。制御器１６は、検出器１５１から通知された周波数で受信波の検波をするように、受信器１３に対して、検波周波数を指定する（ステップＳ４６）。

制御器１６は、検出器１５１からの検出信号があるか否かを判断する（ステップＳ４７）。制御器１６は、検出信号が無い場合（ステップＳ４７のＮｏ）、処理を終了する。

制御器１６は、検出信号があった場合（ステップＳ４７のＹｅｓ）、測角処理選択器１５２に対して、検出器１５１で検出された信号を精測角処理器１５４へ出力するように指示を出す（ステップＳ４８）。これにより、精測角処理器１５４は、インターフェロメータ方式を利用し、アンテナ１１−１，１１−４からの受信波のデジタル信号と、粗測角θ１に基づいて精測角θ２を算出する。

以上のように、上記一実施形態では、電波受信装置は、まず振幅モノパルス方式を利用して粗測角θ１を算出する。振幅モノパルス方式を用いた測角は、測角精度は低いが、受信波の振幅情報に基づいて測角を行うため、レドームの影響が比較的少ない。このため、受信波の到来方向を概略的に求めることが可能となる。そして、受信電波装置は、粗測角θ１を参照し、インターフェロメータ方式を利用して精測角θ２を算出するようにしている。インターフェロメータ方式では、高精度に到来角を測定する場合、サイン関数の周期性から複数の角度値を取りうる。本実施形態では、振幅モノパルス方式を利用して粗測角θ１を予め算出しているため、精測角θ２を一意に算出することが可能となる。すなわち、本実施形態に係る電波受信装置は、レドームの影響が比較的大きい位相情報の誤差を抑え、レーダ波の到来方向を精度良く、一意に求めることが可能である。

また、上記一実施形態では、振幅モノパルス方式を利用した粗測角θ１の算出の際に得られた周波数情報を、インターフェロメータ方式を利用した精測角θ２の算出に利用するようにしている。これにより、レーダ波が様々な周波数を取り得る場合であっても、検波周波数を予想しておく必要はない。つまり、レーダ波が様々な周波数を取り得る場合であっても、精度良く受信波の到来角を測定することが可能となる。

また、上記一実施形態では、振幅モノパルス方式と、インターフェロメータ方式とを利用して到来方向を精度良く測定するようにしている。このため、インターフェロメータ方式を利用したアンテナを複数対用いて測定するよりも、レーダ波の到来方向を短時間で測定することが可能となる。

また、上記一実施形態では、少なくとも４つのアンテナでレーダ波の到来方向を測定することが可能である。そのため、ハードウェア構成を小さく抑えることが可能となる。すなわち、本実施形態に係る電波受信装置は、飛しょう体に搭載させることが可能となる。

したがって、本発明に係る電波受信装置は、レーダ波の到来方向を、精度良く、短時間で求めることができ、かつ小さなハードウェア規模を実現することができる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記一実施形態では、アンテナ１１−１〜１１−４が、図２に示すように、水平方向に一列に配列される例について説明したが、アンテナ１１−１〜１１−４の配列はこれに限定される訳ではない。例えば、アンテナ１１−２，１１−３が、図５に示すように、縦方向にずれている場合であっても同様に実施可能である。

また、上記一実施形態では、図２に示すように、アンテナ１１−１〜１１−４を水平方向に配列し、１次元方向の測角を行う例について説明したが、本実施形態はこれに限定される訳ではない。例えば、図６に示すように、水平方向の測定をアンテナ１１−１〜１１−４で行い、垂直方向の測定をアンテナ１１−５〜１１−８で行う場合であっても同様に実施可能である。また、図７に示すように、水平方向の測定をアンテナ１１−１〜１１−４で行い、垂直方向の測定をアンテナ１１−４〜１１−７で行うことで、アンテナ１１−４を水平方向と垂直方向とで共有する場合であっても同様に実施可能である。なお、図６及び図７に示すアンテナ配列の際、到来方向の測定処理は、水平方向と垂直方向とで並列して行なう。

さらに、この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。

１１−１〜１１−４…アンテナ
１２…アンテナ選択器
１３…受信器
１４…Ａ／Ｄ変換器
１５…信号処理部
１５１…検出器
１５２…測角処理選択器
１５３…粗測角処理器
１５４…精測角処理器
１６…制御器

Claims (4)

1. 予め設定された角度を持って配置され、レーダ波を受信する第１のアンテナ対と、
   予め設定された間隔を隔てて配列され、前記レーダ波を受信する第２のアンテナ対と、
   前記第１のアンテナ対により受信された第１の受信波、及び、第２のアンテナ対により受信された第２の受信波のうちいずれか一方の受信波を選択するアンテナ選択器と、
   前記アンテナ選択器で選択された受信波に対して受信処理を施す受信処理部と、
   前記受信処理部からの信号に基づいて振幅モノパルス方式を利用し、前記レーダ波の到来方向の粗測角を行った後、前記受信処理部からの信号に基づいてインターフェロメータ方式を利用すると共に、前記粗測角結果を参照して前記到来方向の精測角を行う信号処理部と、
   前記アンテナ選択器に、前記第１の受信波を選択させ、前記信号処理部に、前記第１の受信波による信号に基づいて前記粗測角を行わせる第１の制御と、前記アンテナ選択器に、第２の受信波を選択させ、前記信号処理部に、前記第２の受信波による信号に基づいて前記精測角を行わせる第２の制御とを行う制御器と
   を具備することを特徴とする電波受信装置。
2. 前記信号処理部は、
   前記受信処理部からの信号を受け取り、前記信号の振幅が予め設定された閾値を超えた場合、前記レーダ波を検出した旨を示す検出信号を生成する検出器と、
   前記制御器からの指示に従って、前記受信処理部からの信号の出力先を選択する測角処理選択器と、
   前記測角処理選択器からの信号に基づき、前記振幅モノパルス方式を利用して第１の方向を算出する粗測角処理器と、
   前記測角処理選択器からの信号に基づき、前記インターフェロメータ方式を利用して第２の方向を算出し、前記第２の方向のうち前記第１の方向に最も近い方向を前記到来方向と特定する精測角処理器と
   を備え、
   前記制御器は、前記第１の制御において、前記測角処理選択器に、前記受信処理部からの信号を前記粗測角処理器へ出力させ、前記第２の制御において、前記測角処理選択器に、前記受信処理部からの信号を前記精測角処理器へ出力させることを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
3. 前記受信処理部は、前記アンテナ選択器で前記第１の受信波が選択された場合は、予め設定された範囲の周波数帯域で周波数をスイープさせて前記第１の受信波を検波し、前記アンテナ選択器で前記第２の受信波が選択された場合は、前記制御器により指定された指定周波数で前記第２の受信波を検波し、
   前記信号処理部は、前記第１の受信波が検波された検波周波数を前記制御器へ通知し、
   前記制御器は、前記信号処理部からの検波周波数に基づいて、前記受信処理部に対して前記指定周波数を指定することを特徴とする請求項１記載の電波受信装置。
4. 予め設定された角度を持って配置された第１のアンテナ対と、予め設定された間隔を隔てて配列された第２のアンテナ対とでレーダ波を受信し、
   前記第１のアンテナ対により受信された第１の受信波と、前記第２のアンテナ対により受信された第２の受信波とのうち、前記第１の受信波を選択し、
   前記第１の受信波に対して受信処理を施し、
   前記受信処理が施された信号に基づき、振幅モノパルス方式を利用して前記レーダ波の到来方向の粗測角を行い、
   前記第１の受信波と、前記第２の受信波とのうち、前記第２の受信波を選択し、
   前記第２の受信波に対して受信処理を施し、
   前記受信処理が施された信号に基づき、インターフェロメータ方式を利用すると共に、前記粗測角結果を参照して前記レーダ波の到来方向の精測角を行うことを特徴とする到来方向測定方法。

Images